JP6761910B1 - エッチング終点検出装置、基板処理システム、エッチング終点検出方法及び分類器 - Google Patents

エッチング終点検出装置、基板処理システム、エッチング終点検出方法及び分類器 Download PDF

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Abstract

【課題】エッチングの終点を検出する際に分光器を用いる必要のないエッチング終点検出装置等を提供する。【解決手段】エッチング終点検出装置20は、チャンバ1内に配置された基板Wにプラズマ処理等の処理を施す基板処理装置10のプロセスログデータを取得するプロセスログ取得部21と、プロセスログ取得部によって取得したプロセスログデータに基づき、チャンバ内に生じた光に関わる測定値以外の入力データを作成し、入力データに基づき、基板処理装置におけるエッチングの終点を検出する検出部22と、を備える。検出部は、機械学習を用いて生成された分類器25であって、入力データが入力され、基板処理装置におけるエッチングの終点前後の何れであるかを出力する分類器を具備する。

Description

本発明は、プラズマ処理装置等の基板処理装置におけるエッチングの終点を検出するエッチング終点検出装置、これを備えた基板処理システム、エッチング終点検出方法及び分類器に関する。特に、本発明は、エッチングの終点を検出する際に分光器を用いる必要のないエッチング終点検出装置、基板処理システム、エッチング終点検出方法及び分類器に関する。
従来、チャンバ内に配置された基板に処理を施す基板処理装置として、チャンバ内で生成されたプラズマを用いて、基板にエッチングを施すエッチング処理や、基板上に膜を形成する成膜処理等のプラズマ処理を実行するプラズマ処理装置が知られている。
エッチング処理を実行するプラズマ処理装置において基板にエッチングを施す際には、基板が過剰にエッチングされないように、エッチングの終点を検出することが重要である。
一方、成膜処理を実行するプラズマ処理装置においては、一般的に、成膜処理を施した基板をチャンバ外に搬送した後、成膜処理によってチャンバ内に付着した膜組成物をクリーニングによって除去している。具体的には、プラズマを用いたエッチングによって、チャンバ内に付着した膜組成物を除去している。このクリーニングの際に実行するエッチングについても、プラズマを生成する処理ガスの過剰供給を防止するため、エッチングの終点(クリーニングの終点)を検出することが重要である。
従来、基板に対するエッチングの終点を検出する装置として、分光器を備えた装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、特許文献1に記載のような従来のエッチング終点検出装置は、チャンバ内に生じた光をチャンバ外に設置した分光器に導き、この分光器で所定の波長を有する光の強度を測定することで、基板に対するエッチングの終点を検出する装置である。例えば、特許文献1に記載の装置では、処理ガスとしてSFガスを用いてSi基板をエッチングする場合、Siの反応生成物であるSiFの発光波長を有する光の強度が基準値以下となった時点をエッチングの終点として検出している。
上記と同様に、チャンバ内に付着した膜組成物に対するエッチングの終点を検出する際にも、分光器を備えた装置が用いられている。例えば、処理ガスとしてCガスを用いて膜組成物をエッチングする場合、Fの発光波長を有する光の強度が基準値以上となった時点をエッチングの終点として検出している。
以上のように、従来のエッチング終点検出装置は、エッチングの終点を検出する際に必ず分光器が必要な構成であり、プラズマ処理装置のチャンバ毎に分光器を設けて終点検出の際に必ず用いる必要があった。このため、製造コストやメンテナンスの手間が増加するという問題があった。
特許第4101280号公報
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、エッチングの終点を検出する際に分光器を用いる必要のないエッチング終点検出装置、これを備えた基板処理システム、エッチング終点検出方法及び分類器を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明者は鋭意検討し、基板処理装置のプロセスログデータを利用することに着眼した。プロセスログデータは、基板処理装置において各種の処理を実行した際の各種の測定値や設定値の履歴であり、一般的な基板処理装置の稼働時に逐次得られるものであり、プロセスログデータには、エッチングの終点前後でその値が変化するものが存在するのではないかと考えたためである。しかしながら、多種類のプロセスログデータの値の大小でエッチングの終点を検出するには、複雑な検出ロジックの検討や、しきい値等のパラメータの煩雑な調整が必要であり、膨大な手間がかかる。このため、本発明者は、プロセスログデータに機械学習を適用することを検討した結果、手間をかけずにエッチングの終点を精度良く検出可能であることを見出した。
本発明は、上記の本発明者の知見に基づき完成したものである。
すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、チャンバ内に配置された基板に処理を施す基板処理装置のプロセスログデータを取得するプロセスログ取得部と、前記プロセスログ取得部によって取得したプロセスログデータに基づき、前記チャンバ内に生じた光に関わる測定値以外の入力データを作成し、前記入力データに基づき、前記基板処理装置におけるエッチングの終点を検出する検出部と、を備え、前記検出部は、前記入力データが入力され、前記基板処理装置におけるエッチングの終点前後の何れであるかを出力する、機械学習を用いて生成された分類器を具備する、ことを特徴とするエッチング終点検出装置を提供する。
本発明に係るエッチング終点検出装置において、プロセスログ取得部が、基板処理装置のプロセスログデータを取得し、検出部がこのプロセスログデータからチャンバ内に生じた光(チャンバ内に供給する処理ガスや基板の成分に応じて生じた光)に関わる測定値以外の入力データ(例えば、従来の分光器を用いた光の強度測定値等は除外される)を作成する。
そして、検出部は、機械学習を用いて生成された分類器を具備し、この分類器に入力データが入力されることで、基板処理装置におけるエッチングの終点前後の何れであるかを分類器が出力するように構成されている。したがい、エッチング処理を実行する過程において、逐次取得したプロセスログデータから作成された入力データが検出部の分類器に入力されることで、その入力データがエッチングの終点前後の何れのものであるかを分類器が出力することになり、これによりエッチングの終点を検出可能である。
このように、本発明に係るエッチング終点検出装置によれば、エッチングの終点を検出する際に、プロセスログデータに基づきチャンバ内に生じた光に関わる測定値以外の入力データを作成し、この入力データを用いるだけでエッチングの終点を検出可能である。すなわち、エッチングの終点を検出する際に分光器を用いる必要がない。
なお、本発明に係るエッチング終点検出装置を適用する基板処理装置は、プラズマ処理装置に限るものではない。例えば、従来、時間エッチング(予め定めた一定時間だけ実行するエッチング)しかできなかった無水HFガス及びアルコールを用いた犠牲層エッチング装置や、XeFガスを用いた犠牲層エッチング装置などにも適用可能である。
また、分類器としては、ニューラルネットワークやサポートベクターマシンなど、機械学習を用いて生成できる限りにおいて種々の構成を採用可能である。
好ましくは、前記検出部は、前記分類器の出力を所定のしきい値と比較し、その大小に応じて、前記基板処理装置におけるエッチングの終点を検出する。
好ましくは、前記プロセスログ取得部は、所定のサンプリング周期で前記プロセスログデータを取得し、前記検出部は、前記入力データを前記サンプリング周期毎に作成し、前記分類器は、前記サンプリング周期毎に前記入力データが入力され、前記基板処理装置におけるエッチングの終点前後の何れであるかを前記サンプリング周期毎に出力する
好ましくは、前記分類器は、教師データの入力として、前記エッチングの終点前に取得した前記プロセスログデータから作成された入力データが与えられた場合に、前記エッチングの終点前であることを出力し、教師データの入力として、前記エッチングの終点後に取得したものを含む前記プロセスログデータから作成された入力データが与えられた場合に、前記エッチングの終点後であることを出力するように、機械学習を用いて生成されている。
上記の好ましい構成によれば、分類器は、教師データ(分類器への既知の入出力の組み合わせ)の入力として、エッチングの終点前に取得したプロセスログデータから作成された入力データが与えられた場合に、エッチングの終点前であること(具体的には、エッチングの終点前であることを示す数値、例えば、「0」)を出力するように(すなわち、教師データの出力として、例えば、「0」を与えて)、機械学習を用いて生成される。また、分類器は、教師データの入力として、エッチングの終点後に取得したものを含むプロセスログデータから作成された入力データが与えられた場合に、エッチングの終点後であること(具体的には、エッチングの終点後であることを示す数値、例えば、「1」)を出力するように(すなわち、教師データの出力として、例えば、「1」を与えて)、機械学習を用いて生成される。後者の教師データの入力である「エッチングの終点後に取得したものを含むプロセスログデータから作成された入力データ」とは、エッチングの終点後に取得したプロセスログデータのみから作成された入力データであってもよいし、エッチングの終点前後にまたがるプロセスログデータから作成された入力データであってもよいことを意味する。
上記のような教師データを用いた機械学習を行って分類器を生成することで、複雑な検出ロジックの検討や、しきい値等のパラメータの煩雑な調整が不要であり、機械学習後の分類器にプロセスログデータから作成された入力データを入力するだけで、エッチングの終点前後の何れであるかを容易に検出可能である。
なお、上記の好ましい構成において、教師データとして用いる入力データの基になるプロセスログデータがエッチングの終点前に取得したものであるか、或いは、エッチングの終点後に取得したものであるかは、例えば、従来と同様に、分光器で所定の波長を有する光の強度を測定することで判定すればよい。すなわち、分光器を用いてエッチングの終点を検出し、この分光器で検出したエッチングの終点を真として、プロセスログデータがその真の終点より前に取得したものであるか、或いは、真の終点より後に取得したものであるかを判定すればよい。
具体的には、例えば、本発明に係るエッチング終点検出装置でエッチングの終点を検出する基板処理装置自体が分光器を備える場合には、その分光器を用いて、教師データとして用いる入力データの基になるプロセスログデータがエッチングの終点前後の何れであるかを判定すればよい。また、例えば、本発明に係るエッチング終点検出装置でエッチングの終点を検出する基板処理装置が分光器を備えていない場合には、分光器を備えた他の基板処理装置を用いた機械学習によって分類器を生成し、この分類器を本発明に係るエッチング終点検出装置に用いることも可能である。
また、必ずしも分光器を用いて判定する場合に限るものではなく、例えば、教師データを取得する際にエッチング中の基板の表面を観察し、エッチングの終点前後に応じた基板表面の色の違いから、プロセスログデータがエッチングの終点前後の何れであるかを判定することも考えられる。
本発明に係るエッチング終点検出装置において、前記基板処理装置が前記基板にエッチングを施すエッチング装置である場合、前記検出部で検出するエッチングの終点は、前記基板に施すエッチングの終点とされる。
また、本発明に係るエッチング終点検出装置において、前記基板処理装置が前記基板上に膜を形成する成膜装置である場合、前記検出部で検出するエッチングの終点は、前記基板上に膜を形成した後、前記チャンバ内に付着した膜組成物を除去するために実行するエッチングの終点とされる。
本発明に係るエッチング終点検出装置は、前記基板処理装置が、前記基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置である場合に、好適に用いられる。
本発明者らの鋭意検討した結果によれば、前記基板処理装置がプラズマ処理装置である場合、各種のプロセスログデータのうち、排気管内の圧力と、自動圧力制御装置のバルブ開度と、上部マッチングユニットの整合位置と、下部マッチングユニットの整合位置とが、エッチングの終点前後で特に変化し易い。エッチングが終了すれば、エッチングの対象物(基板や膜組成物)が無くなるため、プラズマの状態が変化するからである。このため、エッチングの終点を検出するには、少なくともこれらのプロセスログデータを用いることが好ましい。ただし、排気管内の圧力と自動圧力制御装置のバルブ開度とは連動して変化するため、何れか一方だけを用いてもよいと考えられる。
すなわち、前記基板処理装置は、前記チャンバ内に配置された載置台に載置された前記基板にプラズマ処理装置を施すプラズマ処理装置であり、前記基板処理装置が、前記チャンバを囲うように前記チャンバに配置されたコイル又は前記チャンバ内に前記載置台と平行に対向配置された上部電極と、前記コイル又は前記上部電極に上部マッチングユニットを介して高周波電力を印加する上部高周波電源と、前記載置台に下部マッチングユニットを介して高周波電力を印加する下部高周波電源と、前記チャンバ内に連通する排気管と、前記排気管に設けられ、バルブ開度を調整することにより、前記チャンバ内の圧力を制御する自動圧力制御装置と、を備える場合、前記プロセスログデータには、少なくとも、前記排気管内の圧力又は前記自動圧力制御装置のバルブ開度と、前記上部マッチングユニット及び/又は前記下部マッチングユニットの整合位置と、が含まれることが好ましい。
本発明に係るエッチング終点検出装置において、プロセスログデータから作成される入力データとしては、プロセスログデータを加工せずにそのまま用いることも可能であるし、プロセスログデータを加工したものを用いることも可能である。例えば、分類器がニューラルネットワークである場合には、ニューラルネットワークが画像認識に優れることを利用し、後者の例として、プロセスログデータを加工して得られる画像データを入力データとする場合が挙げられる。
具体的には、前記検出部は、前記プロセスログ取得部によって取得したプロセスログデータに基づき、一軸が前記プロセスログデータの種類であり、前記一軸に直交する他軸が前記プロセスログデータの値であるグラフを画像化した画像データを作成し、前記画像データを前記分類器への入力データとして用いることが考えられる。
本発明に係るエッチング終点検出装置において、好ましくは、前記検出部は、前記プロセスログ取得部によって取得したプロセスログデータに対して、前記プロセスログデータの種類毎に最大値が1となり最小値が0となる正規化を行い、前記正規化後のプロセスログデータに基づき、前記分類器への入力データを作成する。
プロセスログデータの値は、圧力、温度、流量など、プロセスログデータの種類に応じて大きく異なる。また、どのような単位で表すかによっても異なる値となる。このため、エッチングの終点を検出するに際し、各種類のプロセスログデータの値をそのまま用いると、検出精度に影響を及ぼす可能性がある。これを避けるには、各種類のプロセスログデータの値が何れも一定の範囲内で変動するように正規化することが好ましい。
具体的には、前記検出部は、前記プロセスログ取得部によって取得したプロセスログデータに対して、前記プロセスログデータの種類毎に最大値が1となり最小値が0となる正規化を行い、前記正規化後のプロセスログデータに基づき、前記分類器への入力データを作成することが好ましい。
上記の好ましい構成によれば、正規化後のプロセスログデータは、プロセスログデータの種類に関わらず、0〜1の一定の範囲内でその値が変動するため、これに基づき作成した入力データを分類器に用いることで、検出精度の低下を回避できることが期待できる。
また、前記課題を解決するため、本発明は、チャンバ内に配置された基板に処理を施す基板処理装置と、前記の何れかに記載のエッチング終点検出装置と、を備えることを特徴とする基板処理システムとしても提供される。
また、前記課題を解決するため、本発明は、チャンバ内に配置された基板に処理を施す基板処理装置のプロセスログデータを取得するプロセスログ取得工程と、前記プロセスログ取得工程によって取得したプロセスログデータに基づき、前記チャンバ内に生じた光に関わる測定値以外の入力データを作成し、前記入力データに基づき、前記基板処理装置におけるエッチングの終点を検出する検出工程と、を含み、前記検出工程では、機械学習を用いて生成された分類器を用いて、前記分類器に前記入力データを入力し、前記分類器から前記基板処理装置におけるエッチングの終点前後の何れであるかを出力する、ことを特徴とするエッチング終点検出方法としても提供される。
さらに、前記課題を解決するため、本発明は、チャンバ内に配置された基板に処理を施す基板処理装置のプロセスログデータに基づき作成された、前記チャンバ内に生じた光に関わる測定値以外の入力データが入力され、前記基板処理装置におけるエッチングの終点前後の何れであるかを出力する、機械学習を用いて生成された分類器としても提供される。
本発明によれば、エッチングの終点を検出する際に分光器を用いる必要がない。
本発明の第1実施形態に係る基板処理システムの概略構成を模式的に示す図である。 図1に示す正規化部及び画像化部の動作を説明する説明図である。 図1に示す分類器の概略構成及び動作を模式的に示す図である。 図1に示す基板処理システムを用いた試験の結果を示す。 本発明の第2実施形態に係る基板処理システムの概略構成を模式的に示す図である。 図5に示す基板処理システムを用いた試験の結果を示す。
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係るエッチング終点検出装置及びこれを備えた基板処理システムについて説明する。
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る基板処理システムの概略構成を模式的に示す図である。図1(a)は基板処理システムの全体構成図であり、図1(b)はエッチング終点検出装置の概略構成を示すブロック図である。なお、図1(a)では、測定するパラメータを破線の矩形で囲って図示している。
図1(a)に示すように、第1実施形態に係る基板処理システム100は、基板処理装置10と、エッチング終点検出装置20と、を備えている。
第1実施形態の基板処理装置10は、チャンバ1と、チャンバ1内に配置された載置台2と、を具備し、載置台2に載置された基板Wにプラズマ処理を施す装置である。より具体的には、第1実施形態の基板処理装置10は、基板Wにプラズマ処理としてのエッチングを施す誘導結合プラズマ(ICP)方式のプラズマエッチング装置である。
基板処理装置10のチャンバ1内には、ガス供給源(図示せず)からプラズマを生成するための処理ガスが供給される。図1(a)では、ガスNo.1〜ガスNo.6までの6種類の処理ガスを供給可能とした構成が図示されている。しかしながら、エッチング処理を実行する際、6種類の処理ガスの全てを使用する場合に限るものではなく、何れか1種類以上の処理ガスを用いてエッチングを行うことが可能である。なお、供給する各処理ガスの流量は、ガス供給源からチャンバ1までの流路に設けられたマスフローコントローラ(Mass Flow Controller、MFC)11によって測定される。また、チャンバ1には、チャンバ1の壁面を加熱するヒータ(図示せず)が適宜の箇所に設けられており、各箇所のヒータの温度(図1(a)に示す温度No.1−1〜No.1−4)が、熱電対等の公知の測定器(図示せず)によって測定される。さらに、チャンバ1内の圧力が、真空計12によって測定される。
基板処理装置10は、チャンバ1を囲うようにチャンバ1に配置されたコイル3を具備する(図1(a)では、便宜上、左側に位置するコイル3の断面のみを図示している)。コイル3には、上部高周波電源4から上部マッチングユニット5を介して高周波電力(上部高周波電力)が印加される。コイル3に上部高周波電力を印加することで、チャンバ1内に供給された処理ガスがプラズマ化される。なお、上部高周波電源4が印加する上部高周波電力と、上部マッチングユニット5の整合位置(上部マッチングユニット5が具備する可変コンデンサや可変コイルなどの定数)とが、それぞれ公知の測定器(図示せず)によって測定される。
載置台2には、下部高周波電源6から下部マッチングユニット7を介して高周波電力(下部高周波電力)が印加される。載置台2に下部高周波電力を印加することで、載置台2とチャンバ1内のプラズマとの間にバイアス電位を与え、プラズマ中のイオンを加速して載置台2に載置された基板Wに引き込む。これにより、基板Wにエッチングが施される。なお、下部高周波電源6が印加する下部高周波電力と、下部マッチングユニット7の整合位置(下部マッチングユニット7が具備する可変コンデンサや可変コイルなどの定数)とが、それぞれ公知の測定器(図示せず)によって測定される。
プラズマ処理の実行中、載置台2は、チラー8によって冷却される。チラー8の温度が、熱電対等の公知の測定器(図示せず)によって測定される。また、プラズマ処理の実行中、基板Wの裏面にHeガスが供給され、このHeガスによって基板Wが冷却される。この際、供給するHeガスの圧力・流量が、Heガス供給源(図示せず)から基板Wの裏面(載置台2の上面)までの流路に設けられた圧力・流量計9によって測定される。
プラズマ処理を実行することでチャンバ1内に生成された反応生成物等は、チャンバ1内に連通する排気管17を通じてチャンバ1外に排気される。排気管17には、バルブ開度を調整することにより、チャンバ1内の圧力を制御する自動圧力制御装置(Auto Pressure Controller,APC)13、反応生成物を排気するための第1ポンプ(ターボ分子ポンプ)14、及び、第1ポンプ14を補助する第2ポンプ(ドライポンプやロータリーポンプなど)15が設けられている。なお、自動圧力制御装置13の温度(図1(a)に示す温度No.1−5)と、第1ポンプ14の温度(図1(a)に示す温度No.1−6)とが、熱電対等の公知の測定器(図示せず)によって測定される。また、排気管17には、排気管17を加熱するヒータ(図示せず)が適宜の箇所(例えば、第1ポンプ14と第2ポンプ15との間)に設けられており、各箇所のヒータの温度(図1(a)に示す温度No.1−7、No.1−8)が、熱電対等の公知の測定器(図示せず)によって測定される。また、自動圧力制御装置13のバルブ開度(APC開度)が、エンコーダ等の公知の測定器(図示せず)によって測定される。さらに、第1ポンプ14と第2ポンプ15との間に位置する排気管17内の圧力(フォアライン圧力)が、真空計16によって測定される。
エッチング終点検出装置20は、上記の構成を有する基板処理装置10に電気的に接続されており、基板処理装置10において基板Wに施すエッチングの終点を検出する装置である。
図1(b)に示すように、エッチング終点検出装置20は、プロセスログ取得部21と、検出部22と、を備え、例えば、コンピュータから構成されている。
プロセスログ取得部21は、図1(a)を参照して前述した各測定値を測定する測定器(例えば、マスフローコントローラ11)と有線又は無線で電気的に接続されており(図1(a)では、便宜上、圧力・流量計9、マスフローコントローラ11及び真空計12だけに有線で接続されている状態を図示している)、各測定器から逐次入力された測定データを所定のサンプリング周期(例えば、1秒)で取得(A/D変換)する機能を有する。プロセスログ取得部21は、例えば、コンピュータに搭載されたA/D変換ボードや、コンピュータが具備するROM、RAM等のメモリや、該メモリに記憶され、プロセスログ取得部21としての動作をCPUに実行させるプログラムによって構成される。取得された各測定値及び各測定値に対応する各設定値が、プロセスログデータとして、検出部22でのエッチングの終点検出に用いられる。
第1実施形態では、図1(a)に示す全ての測定値をプロセスログデータとしてエッチングの終点検出に用いているが、本発明はこれに限るものではない。ただし、少なくとも、フォアライン圧力又はAPC開度と、上部マッチングユニット5及び/又は下部マッチングユニット7の整合位置と、を用いることが好ましい。
なお、エッチング終点検出装置20が基板処理装置10の稼働を制御するために一般的に用いられる制御装置としての機能も有する場合(制御装置がエッチング終点検出装置20としても兼用される場合)には、プロセスログデータを構成する各設定値は、予めエッチング終点検出装置20(プロセスログ取得部21)に記憶されている。エッチング終点検出装置20が上記の制御装置と別体であり、両者が電気的に接続されている場合には、制御装置に予め記憶された各設定値がエッチング終点検出装置20(プロセスログ取得部21)に送信されることになる。また、第1実施形態では、エッチング終点検出装置20が各測定器と直接接続されている場合を例示したが、上記の制御装置と各測定器とが直接接続され、制御装置で取得した各測定値をエッチング終点検出装置20に送信する構成を採用することも可能である。
検出部22は、プロセスログ取得部21によって逐次(例えば、1秒毎に)取得したプロセスログデータから入力データを作成し、この入力データに基づき、基板処理装置10におけるエッチングの終点を検出する部分である。検出部22は、例えば、コンピュータが具備するROM、RAM等のメモリや、該メモリに記憶され、検出部22としての動作をCPUに実行させるプログラムによって構成される。
検出部22は、分類器25を具備する。第1実施形態の検出部22は、好ましい構成として、更に、正規化部23と、画像化部24と、を具備する。これら正規化部23、画像化部24及び分類器25も、例えば、コンピュータが具備するROM、RAM等のメモリや、該メモリに記憶され、各部23〜25としての動作をCPUに実行させるプログラムによって構成される。
図2は、正規化部23及び画像化部24の動作を説明する説明図である。図2(a)は正規化部23の動作を説明する図であり、図2(b)、(c)は画像化部24の動作を説明する図である。
図2(a)の左図は、プロセスログ取得部21によって取得したプロセスログデータを模式的に示す図である。図2(a)に示すパラメータ1〜Nは、例えば、パラメータ1が図1(a)に示すマスフローコントローラ11で測定したガスNo.1の流量であり、パラメータNが図1(a)に示す温度No.1−8である等、プロセスログデータの種類を意味する。図2(a)の左図に示すXij(i=1〜N、j=1〜M)は、パラメータiについてプロセス時間(エッチング開始からの経過時間)がj[sec]のときに取得されたプロセスログデータの値を意味する。例えば、X11は、パラメータ1についてプロセス時間が1[sec]のときに取得されたプロセスログデータの値であり、XNMは、パラメータNについてプロセス時間がM[sec]のときに取得されたプロセスログデータの値である。
正規化部23は、プロセスログデータの種類毎(パラメータi毎)に、全プロセス時間(1〜M[sec])でのプロセスログデータの最大値MAX、最小値MINを予め算出する。例えば、パラメータ1についての最大値はMAX、最小値はMINであり、パラメータNについての最大値はMAX、最小値はMINである。なお、これらの最大値MAX及び最小値MINは、1つの基板Wをエッチングする際に取得されたプロセスログデータを用いて算出するのではなく、後述の分類器25の学習時等において、同等のレシピ(プラズマ処理の条件)でエッチングされた複数の基板Wについて取得されたプロセスログデータを用いて予め算出しておくことが好ましい。算出したプロセスログデータの種類毎(パラメータi毎)の最大値MAX及び最小値MINは、正規化部23に記憶される。
そして、正規化部23は、プロセスログ取得部21によって逐次取得したプロセスログデータXijに対して、プロセスログデータの種類毎(パラメータi毎)に最大値が1となり最小値が0となる正規化を行う。
具体的には、以下の式(1)に基づき、図2(a)の右図に示すように、正規化後のプロセスログデータYijを算出する。
ij=(Xij−MIN)/(MAX−MIN) ・・・(1)
上記の式(1)において、i=1〜Mであり、j=1〜Nである。
上記の式(1)から、Xij=MAXのとき、Yij=1となり、Xij=MINのとき、Yij=0となるように正規化されることは明らかである。
画像化部24は、正規化後のプロセスログデータに基づき、分類器25への入力データを作成する。
具体的には、画像化部24は、図2(b)の左図に示す正規化後のプロセスログデータに基づき、図2(b)の右図に示すように、一軸(図2(b)の右図に示す例では横軸)がプロセスログデータの種類(パラメータ1〜N)であり、一軸に直交する他軸(図2(b)の右図に示す例では縦軸)が正規化後のプロセスログデータの値Yijであるグラフ(棒グラフ)を画像化した画像データを逐次(例えば、1秒毎に)作成する。
画像データの種類としては、図2(b)の右図に示すようなモノクロ濃淡画像に限るものではなく、2値化画像やカラー画像など、任意の画像データを作成可能である。
次に、第1実施形態の画像化部24は、作成した画像データを複数の画素から構成される所定の画素領域に分割する。
具体的には、図2(c)に示すように、画像化部24は、画像データを一軸(横軸)方向及び他軸(縦軸)方向にそれぞれK分割して画素領域Aij(i=1〜K、j=1〜K)を作成する。そして、画像化部24は、画素領域Aij毎に平均濃度値(画素領域Aijを構成する複数の画素の濃度値の平均値)Iave(Aij)(i=1〜K、j=1〜K)を算出する。この平均濃度値Iave(Aij)が、分類器25への入力データとして用いられる。
なお、画像化部24がカラー画像(RGB3色のカラー画像)を作成する場合には、画像化部24は各色の画像について平均濃度値を算出し、それら全てが分類器25への入力データとして用いられる。
また、第1実施形態では、画像化部24が画像データを画素領域に分割する例を示したが、本発明はこれに限るものではなく、画像データを構成する各画素の濃度値をそのまま分類器25への入力データとして用いることも可能である。
図3は、分類器25の概略構成及び動作を模式的に示す図である。
図3に示すように、第1実施形態の分類器25は、入力層、中間層及び出力層を有するニューラルネットワークから構成されている。図3では、2層の中間層を有する構成を例示しているが、本発明の分類器として用いることのできるニューラルネットワークはこれに限るものではなく、任意の層数の中間層を有する構成を採用可能である。また、図3に示す各層のノード(図3において「○」で示す部分)の個数は単なる例示であり、本発明の分類器として用いることのできるニューラルネットワークにおけるノードの個数は図示したものに限らない。
分類器25は、入力データとして画像化部24で作成した画像データ(具体的には、各画素領域Aijの平均濃度値Iave(Aij))が入力層に入力された場合に、基板処理装置10におけるエッチングの終点前後の何れであるかを出力層から出力する(出力値OUTを出力する)ように、機械学習によって生成された構成である。
具体的には、分類器25の学習時には、教師データの入力として、エッチングの終点前に取得したプロセスログデータから作成された入力データ(画像データ)を与え、前記入力と組み合わされる教師データの出力として、エッチングの終点前であること(第1実施形態では、OUT=0)を与えて、前記入力を入力層に入力した場合に、出力層からOUT=0が出力されるように、機械学習を行う。
また、教師データの入力として、エッチングの終点後に取得したプロセスログデータから作成された入力データ(画像データ)を与え、前記入力と組み合わされる教師データの出力として、エッチングの終点後であること(第1実施形態では、OUT=1)を与えて、前記入力を入力層に入力した場合に、出力層からOUT=1が出力されるように、機械学習を行う。
なお、基板処理装置10が分光器を備える場合には、その分光器を用いて教師データを取得すればよいし、基板処理装置10が分光器を備えない場合には、分光器を備えた他の基板処理装置を用いて教師データを取得すればよい。また、分類器25の機械学習は一度に限られない。必要に応じて、新たな教師データを用いて分類器25の再学習を行ったり、従来の教師データに新たな教師データを追加して分類器25の再学習を行うことも可能である。
上記のようにして学習した後の分類器25により、逐次入力される入力データに基づきエッチングの終点を検出する検出時には、分類器25の入力層に入力データ(画像データ)が逐次入力され、分類器25の出力層から出力値OUTが出力される。学習時と異なり、検出時の出力値OUTの値は、0≦OUT≦1となる。
第1実施形態の検出部22は、0≦OUT<0.5のとき(小数点1桁で四捨五入して0になるとき)には、エッチングの終点前であると判定し、0.5≦OUT≦1のとき(小数点1桁で四捨五入して1になるとき)には、エッチングの終点後であると判定するように構成されている。
以上に説明した構成を有するエッチング終点検出装置20により、基板処理装置10において基板Wに施すエッチングの終点が逐次検出される。
以下、第1実施形態に係る基板処理システム100の基板処理装置10によって基板Wをエッチングし、エッチング終点検出装置20によってエッチングの終点を検出する試験を行った結果の一例について説明する。
上記試験では、まず、19枚の基板W(Si基板)をSFガスを用いてエッチングし、各基板Wのエッチング時間(基板Wのエッチング開始からエッチング終了を経てオーバーエッチングが終了するまでの約50秒間)において1秒のサンプリング周期毎に分類器25への入力データ(画像データ)を作成した。各サンプリング周期の入力データが、エッチングの終点前に取得したプロセスログデータから作成された入力データであるか、エッチングの終点後に取得したプロセスログデータから作成された入力データであるかについては、上記試験で用いた基板処理装置10には分光器が設けられているため、この分光器で測定したSiFの発光波長を有する光の強度が基準値以下であるか否かによって判定した。以上のようにして採取した教師データを用いて、分類器25を機械学習させた。学習後の分類器25に同じ教師データの入力データを入力してエッチングの終点前後の何れであるかを判定したところ、正解率(正解した回数/判定回数×100)は99.89%であった。なお、分類器25での1回の判定に要する時間は、オーバーエッチングの時間よりも十分に短かったため、エッチング終点検出装置20によってエッチングの終点を検出(エッチングの終点後であると判定)してからエッチングを終了しても何ら支障は生じないといえる。
次に、上記試験では、同じレシピで別の6枚(No.1−1〜No.1−6)の基板W(Si基板)をSFガスを用いてエッチングし、各基板Wのエッチング時間において1秒のサンプリング周期毎に分類器25への入力データ(画像データ)を作成し、上記学習後の分類器25に入力してエッチングの終点前後の何れであるかを判定した。この際、前述の学習時と同様に、基板処理装置10に設けられた分光器を用いて、各サンプリング周期の入力データが、エッチングの終点前のものであるか、エッチングの終点後のものであるかを判定した。
図4は、上記試験の結果を示す。図4に示す「0」は、エッチング終点検出装置20によってエッチングの終点前であると判定したものであり、「1」は、エッチング終点検出装置20によってエッチングの終点後であると判定したものである。図4において、ハッチングを施し、太線で囲んだ欄は、分光器を用いてエッチングの終点後であると判定したものである。
図4に示すように、分光器を用いた判定と異なる判定をしたのは、No.1−3の基板Wの38秒時点における判定と、No.1−5の基板Wの38秒時点における判定だけであり、正解率は99.35%(=306/308×100)であった。したがい、第1実施形態に係る基板処理システム100のエッチング終点検出装置20によれば、基板Wのエッチングの終点を精度良く検出可能であるといえる。
<第2実施形態>
図5は、第2実施形態に係る基板処理システムの概略構成を模式的に示す図である。なお、図5においても、前述の図1(a)と同様に、測定するパラメータを破線の矩形で囲って図示している。図5では、前述の図1(b)に相当する構成の図示を省略している。
図5に示すように、第2実施形態に係る基板処理システム200は、基板処理装置10Aと、エッチング終点検出装置20と、を備えている。
以下、主として第1実施形態に係る基板処理システム100と相違する点について説明し、第1実施形態に係る基板処理システム100と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
第2実施形態の基板処理装置10Aは、チャンバ1と、チャンバ1内に配置された載置台2と、を具備し、載置台2に載置された基板Wにプラズマ処理を施す装置である。より具体的には、第2実施形態の基板処理装置10Aは、プラズマ処理として基板W上に膜を形成する容量結合プラズマ(CCP)方式のプラズマ成膜装置である。
このため、第1実施形態の基板処理装置10と異なり、コイル3(図1(a)参照)の代わりに、チャンバ1内に載置台2と平行に対向配置された上部電極18を備えている。
基板処理装置10Aのチャンバ1内には、ガス供給源(図示せず)からプラズマを生成するための処理ガスが供給される。図5では、ガスNo.1〜ガスNo.6までの6種類の処理ガスを供給可能とした構成が図示されている。しかしながら、成膜処理を実行する際や、成膜処理後にチャンバ1内に付着した膜組成物をクリーニングする際に、6種類の処理ガスの全てを使用する場合に限るものではなく、何れか1種類以上の処理ガスを用いて成膜処理や、クリーニングを行うことが可能である。
上部電極18には、上部高周波電源4から上部マッチングユニット5を介して高周波電力(上部高周波電力)が印加される。また、載置台2には、下部高周波電源6から下部マッチングユニット7を介して高周波電力(下部高周波電力)が印加される。これにより、チャンバ1内に供給された処理ガスがプラズマ化され、生成されたプラズマが載置台2に向けて移動することで、載置台2に載置された基板W上に膜が形成される。成膜処理後に膜組成物をクリーニングする際には、生成されたプラズマがチャンバ1の内面に向けて移動することで、チャンバ1内に付着した膜組成物がエッチングによって除去される。
第2実施形態の基板処理装置10Aは、第1実施形態の基板処理装置10と異なり、チラー8、圧力・流量計9、第1ポンプ(ターボ分子ポンプ)14及び真空計16を備えていない。
第2実施形態に係る基板処理システム200では、供給する各処理ガスの流量が、ガス供給源からチャンバ1までの流路に設けられたマスフローコントローラ11によって測定される。また、チャンバ1の壁面の適宜の箇所に設けられたヒータ(図示せず)の温度(図5に示す温度No.2−1〜No.2−3)が、熱電対等の公知の測定器(図示せず)によって測定される。さらに、チャンバ1内の圧力が、真空計12によって測定される。
また、上部高周波電源4が印加する上部高周波電力と、上部マッチングユニット5の整合位置(上部マッチングユニット5が具備する可変コンデンサや可変コイルなどの定数)とが、それぞれ公知の測定器(図示せず)によって測定される。
また、下部高周波電源6が印加する下部高周波電力と、下部マッチングユニット7の整合位置(下部マッチングユニット7が具備する可変コンデンサや可変コイルなどの定数)とが、それぞれ公知の測定器(図示せず)によって測定される。
さらに、自動圧力制御装置13の温度(図5に示す温度No.2−5)と、排気管17の適宜の箇所に設けられたヒータ(図示せず)の温度(図5に示す温度No.2−4、No.2−6、No.2−7)とが、熱電対等の公知の測定器(図示せず)によって測定される。また、自動圧力制御装置13のAPC開度が、エンコーダ等の公知の測定器(図示せず)によって測定される。
第2実施形態に係る基板処理システム200が備えるエッチング終点検出装置20は、第1実施形態と同様の構成を有し、図5を参照して前述した各測定値を測定する測定器(例えば、マスフローコントローラ11)と有線又は無線で電気的に接続されている。エッチング終点検出装置20は、各測定器から逐次入力された測定データを所定のサンプリング周期(例えば、1秒)で取得し、これら取得された各測定値及び各測定値に対応する各設定値が、プロセスログデータとしてエッチングの終点検出に用いられる。
第2実施形態では、図5に示す全ての測定値をプロセスログデータとして判定に用いているが、本発明はこれに限るものではない。ただし、少なくとも、APC開度と、上部マッチングユニット5及び/又は下部マッチングユニット7の整合位置と、を用いることが好ましい。
第2実施形態のエッチング終点検出装置20が検出するエッチングの終点は、第1実施形態と異なり、基板W上に膜を形成した後、チャンバ1内に付着した膜組成物を除去するために実行するエッチングの終点である。
以下、第2実施形態に係る基板処理システム200の基板処理装置10Aによって基板W上に膜を形成した後、チャンバ1内に付着した膜組成物を除去するために実行するエッチング(クリーニング)の際、エッチング終点検出装置20によってエッチングの終点を検出する試験を行った結果の一例について説明する。
上記試験では、まず、Cガスを用いてチャンバ1内を13回クリーニングし、各クリーニングのエッチング時間(チャンバ1内に付着した膜組成物のエッチング開始からエッチング終了を経てオーバーエッチングが終了するまでの約150秒間)において1秒のサンプリング周期毎に分類器25への入力データ(画像データ)を作成した。各サンプリング周期の入力データが、エッチングの終点前に取得したプロセスログデータから作成された入力データであるか、エッチングの終点後に取得したプロセスログデータから作成された入力データであるかについては、上記試験で用いた基板処理装置10Aには分光器が設けられているため、この分光器で測定したFの発光波長を有する光の強度が基準値以上であるか否かによって判定した。以上のようにして採取した教師データを用いて、分類器25を機械学習させた。学習後の分類器25に同じ教師データの入力データを入力して判定を行ったところ、正解率は99.39%であった。なお、分類器25での1回の判定に要する時間は、オーバーエッチングの時間よりも十分に短かかったため、エッチング終点検出装置20によってエッチングの終点を検出(エッチングの終点後であると判定)してからエッチングを終了しても何ら支障は生じないといえる。
次に、上記試験では、同じレシピで別のタイミングの5回(No.2−1〜No.2−5)Cガスを用いてチャンバ1内をクリーニングし、各クリーニングのエッチング時間において1秒のサンプリング周期毎に分類器25への入力データ(画像データ)を作成し、上記学習後の分類器25に入力してエッチングの終点前後の何れであるかを判定した。この際、前述の学習時と同様に、基板処理装置10Aに設けられた分光器を用いて、各サンプリング周期の入力データが、エッチングの終点前のものであるか、エッチングの終点後のものであるかを判定した。
図6は、上記試験の結果を示す。図6に示す「0」は、エッチング終点検出装置20によってエッチングの終点前であると判定したものであり、「1」は、エッチング終点検出装置20によってエッチングの終点後であると判定したものである。図6において、斜線のハッチングを施し、太線で囲んだ欄は、分光器を用いてエッチングの終点後であると判定したものである。
図6に示すように、分光器を用いた判定と異なる判定をしたのは、No.2−1のクリーニングの35〜39秒時点における判定と、No.2−3のクリーニングの3秒時点における判定と、No.2−5のクリーニングの44秒時点における判定だけであり、正解率は99.1%(=743/750×100)であった。したがい、第2実施形態に係る基板処理システム200のエッチング終点検出装置20によれば、チャンバ1内に付着した膜組成物のエッチング(クリーニング)の終点を精度良く検出可能であるといえる。
なお、以上に説明した第1実施形態及び第2実施形態では、検出部22が正規化部23を具備する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではない。検出部22が正規化部23を具備せず、プロセスログ取得部21によって取得したプロセスログデータを正規化せずに、そのまま用いて入力データを作成することも可能である。
また、第1実施形態及び第2実施形態では、検出部22が画像化部24を具備する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではない。検出部22が画像化部24を具備せず、プロセスログ取得部21によって取得したプロセスログデータをそのまま又は正規化した後、画像化せずに分類器25への入力データとして用いることも可能である。
具体的には、画像化しない場合、例えば、図3に示す分類器25の入力層に、図2に示すプロセスログデータXij(i=1〜N、j=1〜M)又は正規化後のプロセスログデータYij(i=1〜N、j=1〜M)が入力されることになる。
また、第1実施形態及び第2実施形態では、学習時にも判定時にも分類器25への入力データとして、所定のサンプリング周期(例えば、1秒)で作成した入力データ(画像データ)を用いる構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、所定のサンプリング周期で取得したプロセスログデータの所定時間内(複数のサンプリング周期に相当する時間内)での変化を表わしたグラフを画像化し、この画像データを分類器25への入力データとして用いることも可能である。上記の画像データの何れかには、エッチングの終点前後にまたがるプロセスログデータから作成されたグラフが含まれることになる。
また、第1実施形態及び第2実施形態では、検出部22が単一の分類器25を具備する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではない。同等のレシピ毎に複数の分類器25を機械学習によって生成し、エッチングの終点の検出時には、複数の分類器25のうち、対応するレシピに応じて生成された分類器25を用いて終点を検出する構成を採用することも可能である。
さらに、第1実施形態及び第2実施形態のエッチング終点検出装置20によれば、エッチング終点検出装置20を適用する基板処理装置10、10A自体に分光器を設けることは必ずしも必要ではなく、分光器を設けるとしても分類器25の学習時にのみ使用すればよい。学習後には分光器を取り外してもよい。ただし、本発明は、分類器25の学習時に分光器を使用する態様に限るものではない。
一般に、チャンバ1内に生じた光をチャンバ1外に設置した分光器に導くために、チャンバ1の側壁に石英ガラス等の透明材料からなる光学窓が設けられる。この光学窓は、チャンバ1内のプラズマによってエッチングされて粗面化したり、チャンバ1内の反応生成物が付着することで曇る場合がある。光学窓が曇ると、分光器で検出される光の光量が低下することで、分光器によるエッチングの終点検出精度が低下する場合がある。このため、例えば、既設の基板処理装置10、10Aに既に分光器が設けられている場合には、エッチング終点検出装置20によるエッチングの終点検出を、分光器によるエッチングの終点検出の補助(例えば、アラームを出すための用途)として使用する態様を採用することも可能である。
1・・・チャンバ
2・・・載置台
10、10A・・・基板処理装置
20・・・エッチング終点検出装置
21・・・プロセスログ取得部
22・・・検出部
23・・・正規化部
24・・・画像化部
25・・・分類器
100、200・・・基板処理システム
W・・・基板

Claims (13)

  1. チャンバ内に配置された基板に処理を施す基板処理装置のプロセスログデータを取得するプロセスログ取得部と、
    前記プロセスログ取得部によって取得したプロセスログデータに基づき、前記チャンバ内に生じた光に関わる測定値以外の入力データを作成し、前記入力データに基づき、前記基板処理装置におけるエッチングの終点を検出する検出部と、を備え、
    前記検出部は、前記入力データが入力され、前記基板処理装置におけるエッチングの終点前後の何れであるかを出力する、機械学習を用いて生成された分類器を具備する、
    ことを特徴とするエッチング終点検出装置。
  2. 前記検出部は、前記分類器の出力を所定のしきい値と比較し、その大小に応じて、前記基板処理装置におけるエッチングの終点を検出する、
    ことを特徴とする請求項1に記載のエッチング終点検出装置。
  3. 前記プロセスログ取得部は、所定のサンプリング周期で前記プロセスログデータを取得し、
    前記検出部は、前記入力データを前記サンプリング周期毎に作成し、
    前記分類器は、前記サンプリング周期毎に前記入力データが入力され、前記基板処理装置におけるエッチングの終点前後の何れであるかを前記サンプリング周期毎に出力する、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のエッチング終点検出装置。
  4. 前記分類器は、教師データの入力として、前記エッチングの終点前に取得した前記プロセスログデータから作成された入力データが与えられた場合に、前記エッチングの終点前であることを出力し、教師データの入力として、前記エッチングの終点後に取得したものを含む前記プロセスログデータから作成された入力データが与えられた場合に、前記エッチングの終点後であることを出力するように、機械学習を用いて生成されている、
    ことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載のエッチング終点検出装置。
  5. 前記基板処理装置は、前記基板にエッチングを施すエッチング装置であり、
    前記検出部で検出するエッチングの終点は、前記基板に施すエッチングの終点である、
    ことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載のエッチング終点検出装置。
  6. 前記基板処理装置は、前記基板上に膜を形成する成膜装置であり、
    前記検出部で検出するエッチングの終点は、前記基板上に膜を形成した後、前記チャンバ内に付着した膜組成物を除去するために実行するエッチングの終点である、
    ことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載のエッチング終点検出装置。
  7. 前記基板処理装置は、前記基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置である、
    ことを特徴とする請求項1から6の何れかに記載のエッチング終点検出装置。
  8. 前記基板処理装置は、前記チャンバ内に配置された載置台に載置された前記基板にプラズマ処理装置を施すプラズマ処理装置であり、
    前記基板処理装置は、
    前記チャンバを囲うように前記チャンバに配置されたコイル又は前記チャンバ内に前記載置台と平行に対向配置された上部電極と、
    前記コイル又は前記上部電極に上部マッチングユニットを介して高周波電力を印加する上部高周波電源と、
    前記載置台に下部マッチングユニットを介して高周波電力を印加する下部高周波電源と、
    前記チャンバ内に連通する排気管と、
    前記排気管に設けられ、バルブ開度を調整することにより、前記チャンバ内の圧力を制御する自動圧力制御装置と、を備え、
    前記プロセスログデータには、少なくとも、前記排気管内の圧力又は前記自動圧力制御装置のバルブ開度と、前記上部マッチングユニット及び/又は前記下部マッチングユニットの整合位置と、が含まれる、
    ことを特徴とする請求項1から6の何れかに記載のエッチング終点検出装置。
  9. 前記検出部は、前記プロセスログ取得部によって取得したプロセスログデータに基づき、一軸が前記プロセスログデータの種類であり、前記一軸に直交する他軸が前記プロセスログデータの値であるグラフを画像化した画像データを作成し、前記画像データを前記分類器への入力データとして用いる、
    ことを特徴とする請求項1から8の何れかに記載のエッチング終点検出装置。
  10. 前記検出部は、前記プロセスログ取得部によって取得したプロセスログデータに対して、前記プロセスログデータの種類毎に最大値が1となり最小値が0となる正規化を行い、前記正規化後のプロセスログデータに基づき、前記分類器への入力データを作成する、
    ことを特徴とする請求項1から9の何れかに記載のエッチング終点検出装置。
  11. チャンバ内に配置された基板に処理を施す基板処理装置と、請求項1から10の何れかに記載のエッチング終点検出装置と、
    を備えることを特徴とする基板処理システム。
  12. チャンバ内に配置された基板に処理を施す基板処理装置のプロセスログデータを取得するプロセスログ取得工程と、
    前記プロセスログ取得工程によって取得したプロセスログデータに基づき、前記チャンバ内に生じた光に関わる測定値以外の入力データを作成し、前記入力データに基づき、前記基板処理装置におけるエッチングの終点を検出する検出工程と、を含み、
    前記検出工程では、機械学習を用いて生成された分類器を用いて、前記分類器に前記入力データを入力し、前記分類器から前記基板処理装置におけるエッチングの終点前後の何れであるかを出力する、
    ことを特徴とするエッチング終点検出方法。
  13. チャンバ内に配置された基板に処理を施す基板処理装置のプロセスログデータに基づき作成された、前記チャンバ内に生じた光に関わる測定値以外の入力データが入力され、前記基板処理装置におけるエッチングの終点前後の何れであるかを出力する、機械学習を用いて生成された分類器。
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