JPH02205019A - プラズマ処理装置およびその診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、プラズマ処理装置およびその診断技術に関
し、特に、半導体集積回路装置の製造工程に用いられる
プラズマ処理設備などに適用して効果のある技術に関す
る。

〔従来の技術〕

たとえば、半導体集積回路装置の製造プロセスにおける
周知のフォ）　ＩＪソグラフィ技術では、産業図書株式
会社、昭和６０年６月２５日第４刷発行、菅野卓雄編著
「半導体プラズマプロセス技術ＪＰ１０８〜Ｐ１１．９
、などの文献に記載されているように、化学気相成長に
よる薄膜の形成や、所望のパターンに形成されたフォト
レジストをマスクとするドライエツチングなどに際して
、反応ガスをプラズマ化してこれらの処理の勅率化およ
び高精度化を図ることが知られている。

ところで、このようなプラズマ処理技術では、プラズマ
が形成される処理室内の圧、反応ガスの流量、反応ガス
をプラズマ化する高周波電力を印加する電極電圧などの
種々の制御パラメータを所定の設定値に安定に維持する
ことが良好かつ安定な処理結果を得るなどの観点から重
要である。

このため、従来では、いくつかの制御パラメータの所定
の設定値からの逸脱を監視することで、稼働中のプラズ
マ処理設備の異常の有無を判断することが一般的であっ
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、近年では、要求性能の高度化に対応してプラ
ズマ処理設備の製蓋構成は複雑化の一途を辿っており、
−旦故障が発生した場合には、上記のような従来技術の
ように、単にいくつかの制御パラメータの異常を監視す
るだけでは、異常の発生を看過したり、故障原因の特定
を迅速に行うことができないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、異常の発見および原因究明を
迅速に行うことが可能なプラズマ処理装置を提供するこ
とにある。

本発明の他の目的は、プラズマ処理装着における異常の
発見ふよび原因究明を迅速に行うことが可能な診断方法
を提供することにある。　　′□本発明の前記ならびに
尋″の他のｉ的と新規な特徴は、本明細書の記述および
添行′□ｉ面か６明らかになるであろう。

〔課題□を解決するための手段〕

本願に右いて開□示される発−〇うちで代表的なものの
概要を簡単にｖ！幽すれば、下記のと返りである。

すなわち、本発明になるブダズマ処理ｍ！＋は、被処理
物が収容された処珈室丙に反応ガスのプラズマを形成し
、このプラブマと被処理物との間の反応によって当該彼
処□理物に目□的）処理□を施すプラズマ処理装置であ
って、処理中・め複数の１測データの各々の第１の経時
変化パターンを監視・記憶するきともに、予め記憶され
ている正常時の当該観測データの゛第２の経時変化パタ
ーンと比較することで処理の異常の有無を診断し、判□
明した当該異常の原因と複数の観測データの第１の経時
変化パターンとの関係を知識として蓄積し、異常の再発
時には知識を参照して原因を推定する動作を行う診断手
段を設けたものである。

また、本発明になるプラズマ処理装置の診断方法は、被
処理物が収容された処理室内に反応ガスのプラズマを形
成し、このプラズマと被処理物との間の反応によって当
該被処理物に目的の処理を施すプラズマ処理装置の診断
方法であって、処理中の複数の観測データの各々の第１
の経時変化パターンを監視・記憶するとともに、予め記
憶されている正常時の当該観測データの第２の経時変化
パターンと比較することで処理の異常の有無を判定し、
判明した当該異常の原因と複数の観測データの第１の経
時変化パターンとの関係を知識として蓄積し、異常の再
発時には知識を参照して原因を推定するようにしたもの
である。

〔作用〕

上記した本発明のプラズマ処理装置によれば、稼働時に
おける複数の制御パラメータの第１の経時変化パターン
を、正常時の第２の経時変化パターンと比較することで
、異常の発生を迅速かつ確実に把握することができると
ともに、異常発生時の第１の経時変化パターンと原因と
を相互に関連付けて構築された知識に基づいて異常原因
の推定が行われるので、たとえば同様の異常が発生した
場合などに、異常発生時における原因究明を迅速かつ正
確に行うことができる。

また、上記した本発明のプラズマ処理装置の診断方法に
よれば、稼働時における複数の制御パラメータの第１の
経時変化パターンを、正常時の第２の経時変化パターン
と比較することで、異常の発生を迅速かつ確実に把握す
ることができるとともに、異常発生時の第１の経時変化
パターンと原因とを相互に関連付けて構築された知識に
基づいて異常原因を推定するので、たとえば同様の異常
が発生した場合などに、異常発生時における原因□究明
を迅速かつ正確に行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら詳細に説
明する。

第１図は、本発明の一実施例であるプラズマ処理装置お
よびそれの診断方法を実現するための装置構成の一例を
示すブロック図であり、第２図〜第４図は、その作用の
一例を説明する線図である。

基体部１には、半球状に成形された石英などからなるベ
ルジャ２が気密に装着され、密閉された処理室３を構成
している。

基体部１の下部中央には、被処理物４が載置されるとと
もに、電極を兼ねる昇降自在な試料台５が着脱される構
造となっており、この試料台５の上下動によって被処理
物４の処理室３の内部への搬入および搬出が行われるも
のである。

基体部１の一部には、排気管６および圧制御機構７など
を介して図示しない真空ホンブが接続されており、処理
室３の内部が所望の真空度に排気可能にされている。

一方、処理室３の内部において被処理物４が載置される
試料台５に対向する位置には、上部電極８が設けられて
おり、外部に設けられ高周波電源９から、下方の電極を
兼ねる試料台５との間に所望の高周波電力が印加される
構造となっている。

高周波電源９と上部電極８との間には、高周波電源９か
ら送出される高周波電力を上部電極８の側のインピーダ
ンスに整合させるための整合器１０および上部電極８の
電位を検出する電極電位モニタ１１が介設されている。

上部電極８の内部には、当該上部電極８の試料台５に対
する対向面に開口するガス導入路１２が穿設されている
。このガス導入路１２には、周知のマスフローコントロ
ーラなどからなる流量制御機構１３を介して、反応ガス
１４を供給する図示しないガス源が接続されている。

そして、上部電極８と試料台５との間に印加される高周
波電力によって、所定の真空度に排気された処理室３の
内部に供給される反応ガス１４のプラズマ１４ａを形成
することにより、試料台５に載置された被処理物４に対
して、たとえばエツチングなどの処理を施すものである
。

処理室３を構成する透明なベルジャ２の近傍には、処理
室３の内部に形成されるプラズマ１４ａからの発光スペ
クトル１４ｂを検出するプラズマモニタ１５が設けられ
ており、たとえば、プラズマ１４ａの中のエツチング種
などの特定の物質の発光スペクトル１４ｂの変化を観察
することによって、被処理物４に対するエツチング処理
の終点判定などが行われる構造となっている。

この場合、排気管６に設けられた圧制御機構７゜高周波
電源９．流量制御機構１３．電極電位モニタ１１．プラ
ズマモニタ１５は、マルチプレクサ１６、　　アナログ
ディジタル変換器１７．メモリ１８、制御部１９１表示
部２０などからなる診断手段２１に接続されている。

そして、各々から出力される、処理室３の内部の圧、高
周波電力の大きさ、処理室３に供給される反応ガス１４
の流量、などの制御パラメータ（観測データ）や、上部
電極８の電位、プラズマ１４ａの特定の物質の発光スペ
クトル１４ｂのレベルなどのモニタ情報（観測データ）
が、マルチプレクサ１６を介して時分割に常時取り込ま
れるようになっている。

そして、マルチプレクサ１６を介して診断手段２１に取
り込まれた前述の各種の制御パラメータやモニタ情報は
、アナログディジタル変換器１７を経てディジタル化さ
れた後にメモリ１８に第１の経時変化パターンＰ１とし
て格納されるように構成されている。

また、このメモリ１８には、各種の制御パラメータやモ
ニタ情報の正常な稼働時における第２の経時変化パター
ンＰ２が予め格納されている。

この場合、メモリ１８に接続される制御部１９の内部に
は、後述のようにして検出される異常時における各種の
制御パラメータやモニタ情報に関する第１の経時変化パ
ターンＰ１と、究明された異常原因とを関連付けて記憶
する知識ベース１９ａ（第２のメモリ）が設けられてい
る。

そして、当該制御部１９は、メモリ１８に格納されてい
る第１の経時変化パターンＰ１と第２の経時変化パター
ンＰ２との比較によって異常発生の有無を監視するとと
もに、異常を見出した場合には、知識ベース１９ａに蓄
積されている情報に基づいて、異常原因の推定および表
示部２０への＝　１１− 表示などを行うものである。

以下、本実施例のプラズマ処理装置の動作の一例を説明
する。

まず、基体部１から離脱して降下した状態にある試料台
５に被処理物４を載置した後、当該試料台５を上昇させ
て基体部１に密着させることによって、処理室３の内部
に被処理物４を搬入して密閉状態とする。

その後、図示しない真空ホンブを起動して、処理室３の
内部の排気を開始し、圧制御機構７によって到達真空度
を監視・制御するとともに、排気動作中の処理室３の内
部の圧の変化は、マルチプレクサ１６に入力されている
。

そして処理室３の内部が所定の真空度に到達した後、上
部電極８と試料台５との間に高周波電源９から所定の高
周波電力を印加しつつ、当該上部電極８の内部に設けら
れたガス導入路１２を通じて、外部の図示しないガス源
から流量制御機構１３を介して所定の流量および組成の
反応ガス１４を上部電極８と試料台５０間の空間に導入
する。

この時、高周波電源９から出力される高周波電力および
反応ガス１４の流量などはマルチプレクサ１６に継続的
に取り込まれている。

処理室３の内部に導入された反応ガス１４は、高周波電
力によってプラズマ１４ａを形成し、プラズマ状態に励
起された当該反応ガス１４の所定の物質と彼処□理物４
との反応が促進され、たとえば、当該被処理物４に形成
されている薄膜などに対するエツチング処理などが進行
する。

また、このような反応中のプラズマ１４ａから放射され
る特定の物質（たとえばエツチング種）の発光スペクト
ル１４ｂの変化は、プラズマモニタ１５によって観察さ
れており、前記の各制御パラメータなど同様にマルチプ
レクサ１６に人力される。

ここで、診断手段２１は、到来する各制御パラメータや
モニタ情報の経時変化パターンＰ２と、正常時における
経時変化パターンＰ１とを逐次表示部２０に出力すると
ともに、当該診断手段２１０制御部１９においては、個
々の制御パラメータにおけるＰｌとＰ２との差分演算や
所定の規定レベルまでの到達時間の差を監視することに
よって、異常の有無を検出する。

たとえば、第２図に破線で示されるように、処理室３の
排気操作に際して、処理室３の圧の経時変化パターンＰ
２が正常時の経時変化パターンＰ１から逸脱した場合に
は、正常時の経時変化パターンＰ１および現在進行しつ
つある処理の経時変化パターンＰ２の規定レベルに到達
するまでの時間Ｔ１およびＴ２の差によって、排気系に
異常を生じたことを認識し、表示部２０にその旨を出力
する。

この時、制御部１９は、同時に検出されている他の制御
パラメータなどの経時変化パターンＰ２などとともに、
知識ベース１９ａに蓄積されている、処理室３の圧およ
びその他のパラメータに関する過去の経時変化パターン
群と対応する異常原因を参照することで、総合的に異常
原因の推定を行い、推定される異常原因を表示部２０に
表示する。

たとえば、第２図に示されるような処理室３の圧の異常
では、排気系における真空ポンプの能力低下、圧制御機
構７の異常、処理室３を構成する基体部１とベルジャ２
との密着部などからの外気のリークなどが考えられるが
、第３図に示されるように、処理室３の圧の異常と同時
に、発光スペクトル１４ｂのレベルの全体的な低下が生
じている場合には、処理室３のリークによって侵入した
外気による反応ガス１４の濃度低下が考えられ、処理室
３における外気のリークが有力と推定するなどして、表
示部２０に出力する。

そして、作業者は、表示部２０に示された異常原因に関
する情報に基づいて、所定の故障対策を実施する。この
時、作業者による実際の故障対策の作業において、診断
手段２１が推定した原因とは異なる異常原因が見出され
た場合には、図示しないキーボードなどを介して作業が
その旨を入力し、その時の種々の制御パラメータの経時
変化パターンＰ２とともに、知識ベース１９’ａの内容
の修正や充実化を図る。

このように、本実施例のプラズマ処理装置によれば、稼
働中における制御パラメータなど異常発生に際して、診
断手段２１により異常発生が速やかに検知されるととも
に、知識ベース１９ａなどの情報に基づく原因の推定動
作によって、故障原因の究明および対策の実施を迅速に
行うことが可能となる。

この結果、プラズマ処理装置における故障対策のための
稼働中断時間が確実に減少し、稼働率の向上を実現する
ことができる。

また、制御パラメータなどの異常を看過したまま被処理
物４に対する処理を継続することなどに起因する当該被
処理物４の不良発生が防止され、半導体ウェハなどの被
処理物４に形成される半導体集積回路素子などの分留り
が確実に向上する。

なお、上記の説明では、診断手段２１に対して、個々の
被処理物４に対する処理中の種々の制御パラメータなど
の経時変化パターンＰ２を取り込ませる場合について説
明したが、これに限らず、たとえば、第４図に示される
ように、個々の被処理物４の各ロフト毎の電極電圧など
の変化を観測して、その変化と、個々のロット（処理）
中の制御パラメータの異常とを組み合わせて装置の異常
を検出してもよい。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、プラズマ処理装置において実施される処理と
しては、前記の実施例中に□例示したエツチング処理な
どに限らず、プラ、ズマ化学気相成長による薄膜の形成
処理などいかなるものであってもよい。また、マイクロ
波電源を用いた装置でもよい。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりで
ある。

すなわち、本発明になるプラズマ処理装置によれば、被
処理物が収容された処理室内に反応ガスのプラズマを形
成し、このプラズマと前記被処理物との間の反応によっ
て当該被処理物に目的の処理を施すプラズマ処理装置で
あって、前記処理中の複数の観測データの各々の第１の
経時変化パターンを監視・記憶するとともに、予め記憶
されている正常時の当該観測データの第２の経時変化パ
ターンと比較することで前記処理の異常の有無を診断し
、判明した当該異常の原因と複数の前記観測データの第
１の経時変化パターンとの関係を知識として蓄積し、異
常の発生時には前記知識を参照して原因を推定する動作
を行う診断手段を備えているので、異常の発生を迅速か
つ確実に把握することができるとともに、異常発生時の
第１の経時変化パターンと原因とを相互に関連付けて構
築した知識に基づいて異常原因の推定が行われるので、
たとえば同様の異常が発生した場合などに、異常発生時
における原因究明を迅速かつ正確に行うことができる。

また、本発明のプラズマ処理装置の診断方法によれば、
被処理物が収容された処理室内に反応ガスのプラズマを
形成し、このプラズマと前記被処理物との間の反応によ
って当該被処理物に目的の処理を施すプラズマ処理装置
の診断方法であって、前記処理中の複数の観測データの
各々の第１の経時変化パターンを監視・記憶するととも
に、予め記憶されている正常時の当該観測データの第２
の経時変化パターンと比較することで前記処理の異常の
有無を判定し、判明した当該異常の原因と複数の前記観
測データの第１の経時変化パターンとの関係を知識とし
て蓄積し、異常の発生時には前記知識を参照して原因を
推定するので、異常の発生を迅速かつ確実に把握するこ
とができるとともに、異常発生時の第１の経時変化パタ
ーンと原因とを相互に関連付けて構築された知識に基づ
く異常原因の推定により、たとえば同様の異常が発生し
た場合などに、異常発生時における原因究明を迅速かつ
正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるプラズマ処理装置およ
びそれの診断方法を実現するための装置構成の一例を示
すブロック図、 第２図はその作用の一例を説明する線図、第３図は同じ
くその作用の一例を説明する線図、第４図は同じくその
作用の一例を説明する線図である。 １・・・基体部、２・・・ベルジャ、３・・・処理室、
４・・・被処理物、５・・・試料台、６・・・排気管、
７・・・圧制御機構、８・・・上部電極、９・・・高周
波電源、１０・・・整合器、１１・・・電極電位モニタ
、１２・・・ガス導入路、１３・・・流量制御機構、１
４・・・反応ガス、１４ａ・・・プラズマ、１４ｂ・・
・発光スペクトル、１５・・・プラズマモニタ、１６・
・・マルチプレクサ、１７・・・アナログディジタル変
換器、１８・・・メモリ、１９・・・制御部、１９ａ・
・・知識ベース、２０・・・逐次表示部、２０・・・表
示部、２１・・・診断手段、Ｐｌ・・・正常時の経時変
化パターン（第２の経時変化パターン）、Ｐ２・・・処
理中の観測データの経時変化パターン（第１の経時変化
パターン〉、Ｔ１、Ｔ２・・・規定レベルまでの到達時
間。 代理人　弁理士　筒　井　大　和

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被処理物が収容された処理室内に反応ガスのプラズ
   マを形成し、このプラズマと前記被処理物との間の反応
   によって当該被処理物に目的の処理を施すプラズマ処理
   装置であって、前記処理中の複数の観測データの各々の
   第１の経時変化パターンを監視・記憶するとともに、予
   め記憶されている正常時の当該観測データの第２の経時
   変化パターンと比較することで前記処理の異常の有無を
   診断し、判明した当該異常の原因と複数の前記観測デー
   タの第１の経時変化パターンとの関係を知識として蓄積
   し、異常の発生時には前記知識を参照して原因を推定す
   る動作を行う診断手段を備えたことを特徴とするプラズ
   マ処理装置。 ２、前記診断手段は、複数の前記観測データを時分割で
   取り込むマルチプレクサと、取り込まれたアナログデー
   タをディジタルデータに変換するアナログディジタル変
   換器と、ディジタル化された前記観測データの第１の経
   時変化パターンおよび正常時の前記第２の経時変化パタ
   ーンとを記憶する第１のメモリと、前記知識が格納され
   る第２のメモリと、前記第１および第２の経時変化パタ
   ーンの比較によって異常発生の有無を監視するとともに
   、異常が見出された場合には、前記知識を参照して当該
   異常の原因の推定を行う制御部と、前記第１、第２の経
   時変化パターンおよび前記知識および推定される異常の
   原因などを表示する表示手段とからなることを特徴とす
   る請求項１記載のプラズマ処理装置。 ３、観測される前記第１の経時変化パターンと正常時の
   前記第２の経時変化パターンとの比較による異常の有無
   の判定は、比較的短時間における異常な変化およびレベ
   ルシフトと、適正レベルまでの到達時間などとを総合的
   に判断することで行うようにした請求項１または２記載
   のプラズマ処理装置。 ４、被処理物が収容された処理室内に反応ガスのプラズ
   マを形成し、このプラズマと前記被処理物との間の反応
   によって当該被処理物に目的の処理を施すプラズマ処理
   装置の診断方法であって、前記処理中の複数の観測デー
   タの各々の第１の経時変化パターンを監視・記憶すると
   ともに、予め記憶されている正常時の当該観測データの
   第２の経時変化パターンと比較することで前記処理の異
   常の有無を判定し、判明した当該異常の原因と複数の前
   記観測データの第１の経時変化パターンとの関係を知識
   として蓄積し、異常の発生時には前記知識を参照して原
   因を推定することを特徴とするプラズマ処理装置の診断
   方法。 ５、観測される前記第１の経時変化パターンと正常時の
   前記第２の経時変化パターンとの比較による異常の有無
   の判定は、比較的短時間における異常な変化およびレベ
   ルシフトと、適正レベルまでの到達時間などとを総合的
   に判断することで行うようにした請求項４記載のプラズ
   マ処理装置の診断方法。