KR101133700B1

KR101133700B1 - 플라즈마처리장치

Info

Publication number: KR101133700B1
Application number: KR1020100007838A
Authority: KR
Inventors: 아키라 가고시마; 다이스케 시라이시; 사토미 이노우에; 시게루 나카모토; 쇼지 이쿠하라; 도시히로 모리사와
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2012-04-06
Also published as: KR20110039167A; US20140277626A1; TW201404247A; JP2011082441A; TWI418256B; US8992721B2; JP5334787B2; TW201116165A; TWI549568B; US10262840B2; US20110083808A1

Abstract

본 발명은 웨이퍼 처리마다 처리 조건을 변경하는 Run-to-Run 제어에 있어서, 제어 루프에 프로세스 처리장치의 상태의 변동을 나타내는 프로세스 모델을 부가함으로써 프로세스에 변동이 존재하는 경우에서도, 안정된 처리결과를 얻는 것이다.
이를 위하여 본 발명의 플라즈마 처리장치에 있어서, 플라즈마처리에서 생성되는 프로세스량을 모니터하는 모니터장치(102)와, 처리한 시료의 수에 대한 상기 프로세스량의 모니터값의 추이를 기억한 모니터량 변동 모델(21, 22)을 구비하고, 당해 모니터량 변동 모델을 참조하여, 다음 시료의 처리 시에 있어서의 모니터값을 추정하는 모니터값 추정수단(104)과, 상기 진공처리장치의 프로세스량을 제어할 때의 제어량과 모니터값의 관련을 기억한 제어량 계산수단(111)을 구비하고, 당해 제어량 계산수단은, 다음 시료를 처리할 때, 상기 추정된 모니터값과 목표값의 편차를 기초로 상기 제어량을 계산하여 프로세스량을 제어한다.

Description

플라즈마처리장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 플라즈마처리장치에 관한 것으로, 특히, 플라즈마처리의 진행에 따라 발생하는 프로세스 조건의 변동에 의한 영향을 억제할 수 있는 플라즈마처리장치에 관한 것이다.

플라즈마처리장치는, 예를 들면, 진공처리실 내에, 에칭가스를 도입하여, 도입한 에칭가스에 감압 하에서 플라즈마 방전을 발생시켜 라디칼 또는 이온을 발생시키고, 이들을 피처리물인 웨이퍼 표면으로 유도하여 웨이퍼 표면과 반응시킴으로써 웨이퍼 표면을 에칭하는 장치이다.

이와 같은 플라즈마처리장치에서는, 제조하는 디바이스의 미세화에 따라, 일정한 레시피를 사용하여 처리를 행하여도, 여러가지 외란에 의해 원하는 성능을 얻을 수 없는 경우가 있다.

그래서, 여러가지 외란에 의한 영향을 억제할 수 있는 Run-to-Run(런투런)제어가 채용되게 되었다. Run-to-Run 제어는, 제조 조건인 레시피를, 처리하는 웨이퍼마다 또는 로트마다 변경하여, 프로세스 조건의 변동에 의한 영향을 억제하고자 하는 기술이다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, 진공처리실 내에 수용한 시료에 처리를 실시하는 플라즈마처리장치에 있어서, 처리 중의 프로세스량을 모니터하는 센서, 가공 처리 결과를 추정하는 가공 결과 추정 모델, 가공 처리 결과 추정 모델의 추정 결과를 기초로 최적 레시피를 계산하는 최적 레시피 계산 모델을 구비하고, 당해 최적 레시피 계산 모델이 생성한 레시피를 기초로, 플라즈마처리를 제어하는 것이 나타나 있다.

또, 특허문헌 2에는, 제어대상의 모델을 사용하여 예측하고, 이것을 평가하여 최적 제어를 행하는 모델 예측 제어장치에 있어서, 다른 샘플링 주기를 가지는 제어대상 모델을 구비하고, 샘플링 주기의 변환에 대응하여 제어대상 모델을 변환하도록 하여, 연산처리시간의 단축과 예측 정밀도의 확보를 양립시키는 것이 나타나 있다.

[특허문헌 1]

일본국 특개2003-l7471호 공보

[특허문헌 2]

일본국 특개2006-72791호 공보

플라즈마 에칭장치에서는, 통상, 미리 설정된 레시피라 불리우는 처리조건 에 의거하여 에칭처리가 행하여진다. 그런데, 프로세스 챔버(처리실)의 내벽 등에 부착한 반응생성물의 상태, 부품의 소모 정도 등이 변화하면, 에칭 성능(에칭 레이트, 에칭치수 등)이 변동하는 경우가 있다. 이와 같은 변동을 저감시키기 위하여, 상기한 바와 같이 웨이퍼 처리마다 처리조건을 변경하는 Run-to-Run 제어가 적용되는 경우가 있다.

에칭장치에 의한 처리결과의 좋고 나쁨을 판단하기 위한 지표로서, 에칭 레이트나 가공 치수를 들 수 있다. 그러나, 이들 에칭 레이트 또는 가공 치수를 측정하기 위해서는, 웨이퍼를 검사장치까지 반송하지 않으면 안된다. 이 때문에, 웨이퍼 처리마다 Run-to-Run 제어를 실현하기 위해서는, 처리 후 즉시 처리결과(성능 결과)를 평가할 수 있는 수단이 필요하게 된다.

그래서, 성능 결과를 직접 측정하는 것은 아니고, 플라즈마 발광 등의 처리 중에 모니터할 수 있는 데이터를 이용하여 간접적으로 측정하는 것을 생각한다. 예를 들면, 모니터값과 성능 결과의 관계를 모델화하여 두면, 당해 모델을 참조함으로써 성능 결과를 모니터값으로 대체할 수 있다.

또한, 이와 같은 Run-to-Run 제어를 실현하기 위해서는, 웨이퍼처리마다 얻어지는 처리결과와의 관계가 분명하게 되어 있는 프로세스 모니터값과, 당해 프로세스 모니터값을 제어할 수 있는 제어변수와의 관계를 모델화한 제어 모델을 작성하여 두는 것이 필요하다.

도 2는, 에칭처리 중의 플라즈마 발광과 처리 조건인 가스유량과의 관계를 모델화한 도면(제어 모델)이다. 이 모델은, 에칭 처리 시의 도입 가스인 산소가스의 유량과, 처리 중에 얻어지는 플라즈마 발광강도의 모니터값인 산소를 나타내는 파장의 발광 강도와의 관계를 나타낸 것이다.

도 2에서, 1은 프로세스처리(에칭처리)가 문제없이 실행되었을 때의 플라즈마 발광강도를 나타내는 값으로, Run-to-Run 제어의 목표값이 되는 값이다. 즉, 플라즈마 발광강도가 목표값(1)의 값을 나타내고 있으면, 에칭 성능 결과인, 예를 들면 가공 치수는 원하는 치수인 것이 된다.

한편, 처리 중의 플라즈마 발광이 이 목표값(1)을 상회하거나 하회하고 있는 경우는, 프로세스 조건에 무엇인가의 변동이 있었던 것을 나타내고, 에칭 성능 결과가 원하는 값으로 되어 있지 않은 것을 나타낸다.

Run-to-Run 제어는, 성능 결과가 원하는 값으로부터 벗어나려고 한 경우에, 그것을 목표값에 근접하도록 작용한다. 즉, Run-to-Run 제어에서는, 얻어진 프로세스 모니터값과 목표값(1)과의 차분으로부터, 다음번(예를 들면, 다음 웨이퍼) 처리에 있어서의 제어량을 산출하고, 이 산출결과를 기초로 다음번 처리조건(레시피)을 수정하여, 수정한 처리조건으로 처리를 실행한다.

도 3은, 상기 제어 모델을 사용하여 Run-to-Run 제어를 실행하여 얻어진 플라즈마 발광강도를, 웨이퍼처리마다 플롯한 도면이다. 도 3에서, 2는 처리하는 제품 로트의 변환 시점을 나타내고 있다.

이 예에서는, Run-to-Run 제어에 의하여, 플라즈마 발광강도를 목표값(1)에 수속시키려 하고 있다. 그러나, 목표값에 일치하는 제어를 할 수 없는 경우도 있어, 도 3의 예와 같이, 현실적으로는 어느 정도의 불균일(3)을 가지고 제어된다. 이 불균일은, 성능 결과가 흩어져 있는 것을 의미하고, 제조된 제품의 성능에 영향을 미치게 하고 있게 된다. 이와 같은 불균일은, 제어 모델이 처리실 내에서 일어나고 있는 프로세스상태의 모두를 반영하고 있지 않은 것이 원인이다.

또한, 특허문헌 1의 예에서는, 로트 내 또는 로트 사이에서 변동하는 장기적인 프로세스 변동에는 대응할 수 없다. 또, 특허문헌 2의 예에서는, 다른 샘플링주기를 가지는 제어대상 모델은, 기간의 단위(로트마다, 로트 사이)로 변동하는 프로세스에는 적용할 수 없다.

본 발명은, 이와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 장치의 프로세스상태를 반영한 Run-to-Run 제어를 실행할 수 있고, 안정된 성능 결과를 얻을 수 있는 플라즈마처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 다음과 같은 수단을 채용하였다.

진공처리장치 내에 플라즈마를 생성하고, 생성한 플라즈마를 사용하여 상기진공처리장치 내에 배치한 시료에 플라즈마처리를 실시하는 플라즈마처리장치에 있어서, 플라즈마처리에서 생성되는 프로세스량을 모니터하는 모니터장치와, 처리한 시료의 수에 대한 상기 프로세스량의 모니터값의 추이를 기억한 모니터량 변동 모델을 구비하고, 당해 모니터량 변동 모델을 참조하여, 다음번 처리 시에 있어서의 모니터값을 추정하는 모니터값 추정수단과, 상기 진공처리장치의 프로세스량을 제어할 때의 제어량과 모니터값과의 관련을 나타내는 제어 모델을 기억한 제어량 계산수단을 구비하고, 당해 제어량 계산수단은, 다음번 처리를 할 때, 상기 추정된 모니터값과 목표값의 편차를 기초로 상기 제어량을 계산하여 프로세스량을 제어한다.

본 발명은, 이상의 구성을 구비하기 때문에, 장치의 프로세스상태를 반영한 Run-to-Run 제어를 실행할 수 있어, 안정된 성능 결과를 얻을 수 있는 플라즈마처리장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 플라즈마처리장치를 설명하는 도,
도 2는 플라즈마 발광과 처리조건인 가스유량과의 관계를 모델화하여 나타내는 도,
도 3은 Run-to-Run 제어 시의 플라즈마 발광강도를 나타내는 도,
도 4는 Run-to-Run 제어를 실행하고 있지 않을 때의 플라즈마 발광강도의 트렌드를 나타내는 도,
도 5는 장기 변동 모델, 단기 변동 모델, 제어 모델을 조합시킨 프로세스 모델의 예를 설명하는 도,
도 6은 다음번 처리의 제어량을 산출하는 방법을 설명하는 도,
도 7은 Run-to-Run 제어의 제어 플로우를 나타내는 도,
도 8은 변동 모델을 이동하는 방법을 설명하는 도,
도 9는 이동 후의 단기 변동 모델을 생성하는 방법을 설명하는 도,
도 10은 장기 변동 모델과 단기 변동 모델로부터, 다음번 처리 시의 추정 모니터값을 산출하는 방법을 설명하는 도,
도 11은 Run-to-Run 제어의 형태에 대하여 설명하는 도,
도 12는 Run-to-Run 제어를 실행할 때에, 모니터 대상이나 제어대상의 차이에 의하여, 그 제어방법이 어떠한 형태가 되는지의 예를 나타낸 도,
도 13은 도 12에서 설명한 제어형태에 있어서, 로트의 변환이 존재하는 경우의 제어형태의 예를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 첨부도면을 참조하면서 설명한다. 먼저, 프로세스상태를 모델화할 때의 착안점에 대하여, 플라즈마 에칭장치를 예로 설명하나, 플라즈마 CVD 장치 등의 플라즈마를 이용하여 처리를 하는 장치에 적용 가능하다.

도 4는, Run-to-Run 제어를 실행하고 있지 않을 때의 플라즈마 발광강도의 트렌드를 관찰한 예를 나타내는 도면이다. 도 4에서, 가로축은 웨이퍼 처리 매수, 세로축은 플라즈마 발광 모니터값을 나타내고 있다. 또, 도면에서의 구획선(2)은 처리되는 제품 로트의 변환을 나타내고 있다. 또한, 이 플라즈마 발광 모니터값은 에칭성능을 나타내는 지표이다.

도 4를 참조하면, 모니터값에는, 로트의 변환(2)마다 증가하는 패턴(10) 및 전체적으로 감소하는 패턴(11)이 있는 것을 알 수 있다.

먼저, 증가하는 패턴(10)은 구획선(2)마다 반복되고 있다. 이 구획선(2)은 로트의 변환을 나타내는 선이나, 프로세스적으로는, 에이징이라 불리우는 프로세스 챔버의 길들이기 운전, 또는 플라즈마를 사용하여 챔버 내를 클리닝하는 플라즈마 클리닝이 행하여지는 단위이다.

즉, 웨이퍼처리가 반복되면, 처리마다 챔버 내의 상태, 예를 들면, 챔버 내벽의 상태 또는 온도 등이 변화되고, 프로세스 환경이 변화된다. 환경이 변화됨으로써, 결과적으로 플라즈마 발광강도가 변화하게 된다. 그리고, 에이징이나 플라즈마 클리닝이 실행되면, 처리실 상태가 초기 상태에 가까운 상태가 되고, 플라즈마 발광강도도 챔버 환경을 반영하여 초기 상태에 가까운 상태가 된다.

이것이 반복됨으로써, 플라즈마 발광강도의 패턴(10)이 나타나게 된다.

그러나, 로트마다 실행되는 에이징이나 플라즈마 클리닝에서는 챔버를 완전히 원래의 상태로 되돌릴 수 없는 경우가 있다. 이 원래로 되돌릴 수 없는 편차분이 패턴(11)에 나타나게 된다.

그러나, 웨트 클리닝이라 불리우는 프로세스 챔버를 대기 개방하여 행하여지는 청소를 실행함으로써, 초기상태로 되돌아가게 된다. 즉, 패턴(11)은 이 웨트 클리닝마다 반복된다.

또한, 여기서 나타낸 패턴의 형상은 일례이며, 처리대상, 프로세스 조건, 장치 등에 의하여, 여러가지 형태가 될 수 있다. 즉, 이 패턴은 프로세스 모델이라 환언할 수 있다. 그래서, 패턴(10, 11) 중, 패턴(10)은 비교적 단기적으로 발생하기 때문에 「단기 변동 모델」, 패턴(11)은 비교적, 장기적으로 나타나기 때문에 「장기 변동 모델」이라 부르기로 한다.

또한, 프로세스에 따라서는, 단기 모델만을 고려하면 되는 경우, 장기 모델만을 고려하면 되는 경우도 있다.

종래, 프로세스 모니터값과 제어변수와의 관계를 나타내는 제어 모델만을 제어 루프에 적용하여, Run-to-Run 제어를 실행하고 있었다. 그러나, 상기 제어 모델만으로는 나타낼 수 없는 프로세스상태가 있고, 결과적으로 제어의 불균일로 되어 있었다. 그래서, 제어 모델에, 상기한 장기 변동 모델, 단기 변동 모델을 고려한 제어를 실행하면, 종래보다 안정된 제어를 실현할 수 있는 것을 알 수 있다.

도 5는, 장기 변동 모델, 단기 변동 모델, 제어 모델을 조합한 프로세스 모델의 예를 설명하는 도면이다.

Run-to-Run 제어 실행 시에, 프로세스 챔버(100) 내의 프로세스적인 거동을 나타내는 프로세스 모델은, 장기 변동 모델(21), 단기 변동 모델(22), 제어 모델(23)을 조합한 모델이 된다.

장기 변동 모델(21)은, 웨트 클리닝부터의 처리매수(24)(N1)를 입력, 플라즈마 발광 모니터값(18)을 출력으로 하여, 예를 들면, 수학식 1에서 나타내는 모델로 나타낸다.

Y1 : 프로세스 모니터값(예를 들면, 플라즈마 발광 모니터값)

N1 : 웨트 클리닝부터의 처리매수

B1, C1, D1 : 장기 변동 모델 계수

여기서는, N1을 웨트 클리닝부터의 처리매수로 하였으나, 장기 변동 모델을 리세트하는 처리가 있으면, 그것을 기점으로 한 처리매수를 N1이라 할 수도 있다.

단기 변동 모델(22)은, 로트 내의 처리매수(25)(N2)를 입력, 플라즈마 발광 모니터값(19)을 출력으로 하여, 예를 들면, 수학식 2에서 나타내는 모델로 나타낸다.

Y2 : 프로세스 모니터값(예를 들면, 플라즈마 발광 모니터값)

N2 : 로트 내의 처리매수

A2, B2, C2 : 단기 변동 모델 계수

제어 모델(23)은, 가스 변경량(26)(X3)을 입력, 플라즈마 발광 모니터값(20)을 출력으로 하여, 예를 들면, 수학식 3에서 나타내는 모델로 나타낸다.

Y3 : 프로세스 모니터값(예를 들면, 플라즈마 발광 모니터값)

X3 : 제어량

A3 : 제어 모델 계수

프로세스 챔버(100)로부터의 출력(103)은, 각 모델의 출력(18, 19, 20)의 조합으로 하여 나타낸다.

이와 같이 프로세스 챔버 내의 상태를 모델의 조합으로 표현할 수 있기 때문에, 이것에 맞춘 제어 시스템을 구축하면, 프로세스를 안정되게 제어할 수 있는 장치를 실현할 수 있게 된다.

도 1은 플라즈마 에칭장치를 예로 하여, 본 발명의 실시형태의 실시형태에 관한 플라즈마처리장치를 나타내는 도면이다.

프로세스 챔버(100)에는 에칭 처리 대상의 웨이퍼(117)가 반송되어, 플라즈마 에칭처리가 실시된다. 에칭처리는 레시피라 불리우는 제조 조건에 맞추어, 장치 컨트롤러(114)가 액츄에이터(101)를 제어하여 실행된다. 액츄에이터(101)는 전원, 압력 제어기기, 매스플로우 컨트롤러 등을 제어한다.

프로세스 모니터(102)는, 에칭처리 중의 프로세스 챔버(100)의 상태를 모니터하는 것이다. 예를 들면, 에칭 처리 중의 플라즈마 발광을 분광하여 모니터하는 발광 분광기 등을 들 수 있다.

모니터값 추정수단(104)은, 장기 변동 모델?데이터베이스(109), 및 단기 변동 모델?데이터베이스(110)를 구비하고, 각 데이터베이스에는 당해 장치에서 처리되는 레시피마다, 또는 레시피 그룹마다 각 변동 모델이 저장되어 있다. 여기서 레시피 그룹이란, 동일한 변동 모델을 적용할 수 있는 복수의 레시피 모임이다. 또한, 처리 이력 관리부(116)로부터, 웨트 클리닝부터의 처리 매수(24), 로트 선두부터의 처리 매수(25) 등의 프로세스 챔버(100)에서 과거에 처리된 웨이퍼의 정보를 취득할 수 있게 되어 있다. 또한, 로트 선두부터의 처리 매수(25)는 프로세스 챔버마다의 매수로 한다. 예를 들면, 제품 웨이퍼 25매 구성의 로트를 2개의 프로세스 챔버에서 나누어 처리하고 있는 경우는, 처리 매수(25)는 한쪽의 프로세스 챔버에서는 1 ～ 13매, 또 한쪽에서는 1 ～ 12매로 1 로트를 구성하게 된다.

모니터값 추정수단(104)은, 이들 정보와 실측된 모니터값(103)을 이용하여, Run-to-Run 제어를 행하지 않은 경우의 다음번 처리 추정 모니터값(105)을 산출한다.

모니터 추정수단(104)으로 산출된 다음번에 Run-to-Run 제어를 실행하지 않았던 경우의 추정 모니터값(105)은 프로세스 모니터값의 목표값(106)과 비교되고, 그 편차량(112)이 계산된다. 여기서, 목표값(106)은 레시피 단위마다, 또는 레시피 그룹마다 미리 설정되어 있는 값이다.

제어량 계산수단(111)에는, 제어 모델?데이터베이스(115)가 구비되고, 그 데이터베이스에는 당해 장치에서 처리되는 레시피마다, 또는 레시피 그룹마다의 제어 모델이 저장되어 있다. 이 제어 모델?데이터베이스(115)로부터 선택된 제어 모델과, 편차량(112)으로부터 다음번 처리의 제어량(107)을 산출한다.

도 6은, 다음번 처리의 제어량을 산출하는 방법을 설명하는 도면이다. 도 6에서, 산출된 편차량(112)이 제어 모델(23) 상에서 겹치는 점을 찾아 내면, 다음번처리의 제어량(107)이 산출된다. 또한, 제어량(107)은 레시피에 대한 변경량을 나타내는 값으로, 본 발명에서의 Run-to-Run 제어에서는 당해 레시피를 구성하는 복수의 조건의 일부를 산출된 편차량(112)분만큼 변경하고, 그 밖의 조건은 당해 레시피 그대로 하여, 처리를 실행하는 것이다.

도 1에 나타내는 장치 컨트롤러(114)는, 프로세스 챔버(100)에서 처리되는 제품별, 또는 제품군별로 처리조건인 레시피(113)를 구비하고 있다. 장치 컨트롤러(114)는 레시피(113)에 맞추어 장치의 복수의 액츄에이터(101)를 제어하고, 처리조건과 같이 처리를 실행한다. 또, 처리가 실행되면 처리 이력(116)을 갱신한다.

이때, 레시피(108)의 제어대상 항목은, 제어량 계산수단(111)으로 산출된 다음번 처리의 제어량(107)분만큼 가산 또는 감산된다. 레시피는 통상, 복수의 항목으로 이루어지고, 제어량(107)으로 변경되는 것은 그 중의 일부이다.

본 실시형태의 플라즈마처리장치는 이상의 처리를 웨이퍼처리마다 반복하게 된다.

또한, Run-to-Run 제어는, 제품 웨이퍼뿐만 아니라, 제품 웨이퍼 처리 사이에 실행되는 플라즈마 클리닝 처리의 레시피에 대해서도 적용할 수 있다. 예를 들면, 금회의 클리닝 처리부터 다음번 클리닝 처리의 레시피를 변경하는 클리닝 처리의 Run-to-Run 제어에도 적용할 수 있다. 또한, 클리닝 처리의 결과(모니터값)를 제품 처리에, 또는 그 반대라는 Run-to-Run 제어에도 적용할 수 있다.

도 7은 Run-to-Run 제어의 제어 플로우를 나타내는 도면이다. 프로세스 챔버의 웨트 클리닝이 완료되고, 제품 처리가 개시되기 직전을 제어 플로우의 개시점(601)이라 한다.

단계 602에서, 당해 처리가 Run-to-Run 제어의 대상인지의 여부를 판단한다. 예를 들면, 제품 1 로트(제품 웨이퍼 25매)를 처리할 때, 로트 선두에 에이징이라 불리우는 처리가 있고, 각 제품 웨이퍼 사이에 클리닝 처리가 적용되는 경우가 있다. 이와 같을 때, Run-to-Run 제어의 대상을 제품 웨이퍼만으로 하는 경우는 에이징이나 클리닝은 대상 밖이라는 것이 된다. 또한, Run-to-Run 제어의 대상은 클리닝처리의 경우도 있다.

단계 603에서, 처리 중에 얻어지는 프로세스 모니터값을 취득한다. 취득되는 모니터값은, 다음 처리와 동일한 레시피 또는 레시피 그룹에서 과거에 처리된 최신의 값이다. 이 때, 모니터값은, 프로세스 처리시간별, 또는 단계별로 평균화 또는 통계 처리하거나, 주성분 분석 등의 다변량 해석을 행하여도 된다.

단계 604에서 취득한 모니터값으로부터 제어하지 않았던 경우의 모니터값을 산출한다. 산출방법은, 취득한 모니터값이 처리되었을 때의 제어량과, 그 때에 사용된 제어 모델을 사용하고, 제어한 것에 의하여 변화된 모니터량(편차량)을 역산한다. 그리고, 취득한 모니터값과 그 역산한 모니터량(편차량)의 차를 구하여, 이것을 제어하지 않았던 경우의 모니터값으로 한다.

단계 605에서, 그 후의 계산에서 사용하는 장기 변동 모델, 또는 단기 변동 모델을 이동할지의 여부를 판정한다. 예를 들면, 제품 로트 1매째의 처리나 에이징 직후의 처리의 경우는 장기 변동 모델을 이동하고, 제품 로트 2매째 이후의 처리나 제품 사이에서 처리되는 플라즈마 클리닝 후의 처리의 경우는 단기 변동 모델을 이동한다. 단계 606, 607에서 장기 변동 모델 또는 단기 변동 모델을 이동한다.

도 8은, 변동 모델(단기 변동 모델)을 이동하는 방법을 설명하는 도면이다.

먼저, 단계 604에서 구한 제어하지 않았던 경우의 모니터값을 플롯하면, 도면 중의 점 31이 된다. 모델 이동방법의 하나는, 이동 전의 단기 변동 모델(32)을, 제어하지 않았던 경우의 모니터값(31)에 겹치도록 평행 이동시키면 이동 후의 단기 변동 모델(33)이 된다. 예를 들면, 수학식 2로 나타내는 단기 변동 모델에서는, 제어하지 않았던 경우의 모니터값(31)을 지나도록, C2의 값을 변경함으로써 평행 이동할 수 있다.

또, 도 9에 나타내는 바와 같이, 수학식 2의 계수(A2, B2)를 변경함으로써, 이동후의 단기 변동 모델(35)을 생성할 수도 있다. 모델의 이동방법은, 제어대상으로 하는 프로세스 변동에 맞춘 방법을 선택하게 된다. 또한, 여기서는 단기 변동 모델의 이동방법을 설명하였으나, 장기 변동 모델의 이동방법에 대해서도 마찬가지로 실시한다.

단계 608에서, 다음번 처리의 추정 모니터값을 산출한다. 이 값은 다음번 처리에서 제어하지 않은 경우(레시피를 변경하지 않는다)에, 장기 변동 모델과 단기 변동 모델로부터 추정되는 값이다.

도 10은, 장기 변동 모델과 단기 변동 모델로부터, 다음번 처리 시의 추정모니터값을 산출하는 방법을 설명하는 도면이다.

먼저, 단기 변동 모델(33)과 장기 변동 모델(36)의 합성 모델(37)을 구한다. 이 때에 사용하는 단기 변동 모델과 장기 변동 모델은 단계 606, 607에서 이동한 후의 모델이다. 다음에, 이 합성 모델(37) 상에서, 다음번 처리매수(N)에 합치하는 값(38)을 산출한다. 이 값(38)이 다음번 처리의 추정 모니터값이 된다.

단계 609에서 레시피마다 또는 레시피 그룹마다 설정되어 있는 목표값과, 단계 608에서 산출된 추정 모니터값의 편차를 구한다. 즉, 다음번 처리에서는 이 편차분을 목표값에 맞추도록 제어한다.

단계 610에 있어서 단계 609에서 산출된 편차량과 제어 모델로부터 제어량이 산출된다. 도 6을 이용하여 제어량 산출방법을 설명한다. 제어 모델(23)은 제어량과 모니터값의 함수이다. 여기서, 제어량이란 레시피를 기준으로 하여 그 증감분을 나타내는 값이다. 또, 모니터값이란 레시피를 제어량분 변경한 경우의 모니터값의 변화량이다. 따라서, 목표값과의 편차분만큼 모니터값을 제어하기 위해서는, 제어 모델(23) 상에서, 편차량(112)에 합치하는 제어량(107)을 산출하면 된다. 즉, 제어량(107)이 다음번 처리의 제어량이 된다. 여기서, 제어량이란, 레시피에 있는 복수의 처리조건 중, 적어도 하나의 항목의 값을, 미리 설정되어 있는 값을 기준으로 하여 변화시키는 양이다. 레시피 내의 복수의 처리조건에는, 가스 종별의 유량, 전력, 압력 등이 있다.

단계 611에 있어서 이전 단계에서 산출된 제어량을 다음처리의 레시피에 가산하여, 다음처리에 사용하는 처리조건을 생성한다.

단계 612에 있어서 단계 611에서 제어량분만큼 가산된 레시피를 이용하여 처리를 실행한다.

단계 613에 있어서, 단계 612의 처리가, 프로세스 챔버를 대기 개방하여 행하여지는 웨트 클리닝으로부터 몇매째인지, 로트 선두에 실행되는 에이징처리로부터 몇매째인지 등을 나타내는 처리 이력을 기록한다.

단계 614, 616에 있어서, 단계 602에서 당해 처리가 제어대상 이외라고 판단된 후, 변동 모델을 리세트할지의 여부가 판단된다. 예를 들면, 장기 변동 모델의 경우는 프로세스 챔버가 웨트 클리닝을 실행한 직후이면 모델을 리세트한다(단계615). 또, 단기 변동 모델의 경우는 제품 로트의 구획, 즉, 에이징처리가 실행된 직후에 모델을 리세트한다(단계 617).

모델의 리세트란, 1식의 장기 변동 모델의 예에서는, 변수(N1)를 1(또는 0)로 되돌리는 것이고, 수학식 2의 단기 변동 모델의 예에서는, 변수(N2)를 1(또는 0)로 되돌리는 것이다. 또한, 모델을 리세트하는 조건은 상기 이외의 임의의 이벤트에서 설정할 수 있도록 하고, 이벤트에 따라서는 리세트를 행하지 않는 경우도 있다.

도 7에 나타내는 플로우는, 동일 레시피 또는 동일 레시피 그룹의 제품을 반복하여 처리하는 경우이나, 예를 들면, 복수의 품종을 처리하는 경우는, 장기 변동 모델 또는 단기 변동 모델의 이동방법을, 그 품종에 맞추어 조정함으로써 대응할 수 있는 경우도 있다.

또, 도 7에 나타내는 플로우에서는, 모니터로서 취득하는 것은 최신의 과거의 값뿐이나, 과거 수회분의 모니터값을 취득하고, 그 변화의 경향에 맞추어, 장기 변동 모델이나 단기 변동 모델을 갱신하는 것도 생각할 수 있다.

도 11은, Run-to-Run 제어의 형태에 대하여 설명하는 도면이다. 여기서는 플라즈마 에칭장치를 예로 설명한다.

반도체제조에서의 에칭 프로세스는, 통상, 단계라고 불리우는 처리단위가 있고, 이 단위마다 가스유량, 압력, 전력 등의 처리조건이 정해져 있다. 이 단계별 조건이 모여, 하나의 레시피가 구성되어 있다.

도 11(a)는, 모니터대상 단계가 1개인 경우에 있어서의 Run-to-Run 제어를 나타내는 예이다.

도 11(a)에 나타내는 바와 같이, 처리(N)의 단계 2를 처리 중인 플라즈마 발광(150)은 분광기(151)로 측정된다. 측정된 데이터에는 예를 들면 통계처리가 적용되고, 프로세스 모니터값(152)이 된다. 153은 도 1에서 설명한 모니터값 추정수단(104) 및 제어량 계산수단(111)이다. 153에 의해 산출된 제어량은, 제어대상인 단계 2와 단계 3이 대응한 레시피 항목에 할당되게 된다. 그 할당 방법은 균등하여도 되고, 특정한 계수을 곱하여 증감시킬 수도 있다.

도 11(b)는 모니터 대상 단계가 복수인 경우에 있어서의 Run-to-Run 제어를 나타내는 예이다.

처리(N)의 단계 2를 처리 중인 플라즈마 발광(170)은 분광기(171)로 측정된다. 측정된 데이터에는 예를 들면 통계처리가 적용되고, 프로세스 모니터값(172)이 된다. 173은 도 1에서 설명한 모니터값 추정수단(104) 및 제어량 계산수단(111)이다. 173에 의해 산출된 제어량은, 제어대상인 단계 2와 단계 3이 대응한 레시피 항목에 할당되게 된다. 그 할당 방법은 균등하여도 되고, 특정한 계수을 곱하여 증감시킬 수도 있다.

또, 처리(N)의 단계 4를 처리 중인 플라즈마 발광(176)은 분광기(171)로 측정된다. 측정된 데이터에는 예를 들면 통계처리가 적용되고, 프로세스 모니터값(177)이 된다. 178은 도 1에서 설명한 모니터값 추정수단(104) 및 제어량 계산수단(111)이다. 178에 의해 산출된 제어량은, 제어대상인 단계 4와 단계 5가 대응한 레시피 항목에 할당되게 된다. 그 할당 방법은 균등하여도 되고, 특정한 계수을 곱하여 증감시킬 수도 있다.

이와 같이 하여, 모니터 대상 단계가 복수인 경우도, 모니터 대상이 1개인 경우의 제어 로직을 복수 조합시킴으로써 대응할 수 있다.

도 12는, Run-to-Run 제어를 실행할 때에, 모니터 대상이나 제어대상의 차이에 의하여, 그 제어방법이 어떠한 형태가 되는지의 예를 나타낸 도면이다.

도면에서의 Aging는 로트 개시 시에 행하는 에이징 처리를, CL은 제품 처리 전에 행하는 플라즈마 클리닝 처리를, 제품은 제품 처리를 나타내고, 그 줄은 처리순서를 나타내고 있다.

도 12(a)는 모니터 대상, 제어 대상을 함께 제품 처리로 한 경우의 제어형태이다. 도면 중 200은 제품 처리의 모니터 결과를 다음 제품 처리의 제어에 이용하는 것을 의미하고 있다. 또한, 도면에 나타낸 바와 같이, 제품처리와 제품처리의 사이에는 클리닝 처리(도면에서 CL)가 들어가는 경우도 있으나, 이 경우도 제품처리만을 대상으로 한 제어를 실행하게 된다.

도 12(b)는 모니터 대상, 제어 대상을 함께 클리닝 처리(도면 중 CL)로 한 경우의 제어형태이다. 도면 중 210은 클리닝 처리의 모니터 결과를 다음 클리닝 처리의 제어에 이용하는 것을 의미하고 있다.

도 12(c)는 모니터 대상을 클리닝 처리, 제어 대상을 제품 처리로 한 경우의 제어형태이다. 도면 중 220은 클리닝 처리의 모니터 결과를 다음 제품 처리의 제어에 이용하는 것을 의미하고 있다.

도 12(d)는 모니터 대상을 제품 처리, 제어 대상을 클리닝 처리로 한 경우의 제어형태이다. 도면 중 230은 제품 처리의 모니터 결과를 다음 클리닝 처리의 제어에 이용하는 것을 의미하고 있다.

도 13은, 도 12에서 설명한 제어형태에서, 로트의 변환, 즉 단기 변동 모델이 존재하는 경우의 제어형태의 예를 나타낸 도면이다. 여기서는, 도 12(a)와 마찬가지로, 모니터 대상, 제어 대상을 함께 제품 처리로서 Run-to-Run 제어를 실행한 경우를 기재하고 있다. 단기 변동 모델은 로트의 변환으로 모델을 리세트함으로써, 로트 내의 단기적인 변동을 나타내고 있다. 도면 중 204로 나타내고 있는 것이 그 리세트를 행하는 시기이며, 이 도면에서는, 로트 선두에 처리되는 에이징 처리와 리세트를 동기시키고 있다. 리세트(204)의 이벤트가 있었던 경우, 다음 제품 처리의 제어에 대해서는, 직전의 제품 처리(도면 중 204)의 모니터 결과를 이용하지 않고, 이전 로트에서의 리세트 직후의 제품 처리의 모니터 결과(도면 중 201), 또는 에이징 처리(도면 중 Aging)의 모니터 결과(도면 중 202), 또는 제품 처리 사이의 클리닝 처리(도면 중 CL)의 모니터 결과(도면 중 203)를 이용하여 제어하게 된다. 또한, 도 12에서 나타낸 다른 제어형태에서도, 이 리세트방법을 적용하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 웨이퍼처리마다 처리조건을 변경하는 Run-to-Run 제어에서, 제어 루프에 프로세스 처리장치 상태의 장기 또는 단기의 변동을 나타내는 프로세스 모델을 적용하기 때문에, 로트 내 변동이나 로트간 변동 등의 프로세스적인 변동이 존재하는 경우에 있어서도, 안정된 처리 결과를 얻을 수 있다.

100 : 프로세스 챔버 101 : 액츄에이터
102 : 프로세스 모니터
109 : 장기 변동 모델 데이터베이스
110 : 단기 변동 모델 데이터베이스
111 : 제어량 계산수단 113 : 레시피
114 : 장치 컨트롤러 115 : 제어 모델 데이터베이스
116 : 처리 이력 관리부

Claims

진공처리장치 내에 플라즈마를 생성하고, 생성한 플라즈마를 사용하여 상기진공처리장치 내에 배치한 시료에 플라즈마처리를 실시하는 플라즈마처리장치에 있어서,
플라즈마처리에서 생성되는 프로세스량을 모니터하는 모니터장치와,
처리한 시료의 수에 대한 상기 프로세스량의 모니터값의 추이를 나타낸 모니터량 변동 모델을 구비하고, 당해 모니터량 변동 모델을 참조하여, 처리가 예정되어 있는 다음번 처리 시에 있어서의 모니터값을 추정하는 모니터값 추정수단과,
상기 진공처리장치의 프로세스량을 제어할 때의 제어량과 모니터값의 관련을 나타내는 제어 모델을 기억한 제어량 계산수단을 구비하고, 당해 제어량 계산수단은, 처리가 예정되어 있는 다음번 처리를 할 때, 상기 추정된 모니터값과 목표값의 편차를 기초로 상기 제어량을 계산하여 프로세스량을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
제 1항에 있어서,
상기 모니터량 변동 모델은 웨트 클리닝마다 또는 제품 로트의 변환마다 리세트하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
제 1항에 있어서,
상기 모니터량 변동 모델은, 웨트 클리닝 실시 시부터 다음번 실시 시까지의 기간에 걸쳐, 처리한 시료의 매수와 이 매수의 시료를 처리하였을 때에 얻어지는 프로세스량의 모니터값의 관계를 나타낸 모델인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
제 1항에 있어서,
상기 모니터량 변동 모델은, 로트 처리의 개시 시부터 로트 처리의 종료 시까지의 기간에 걸쳐, 처리한 시료의 매수와 이 매수의 시료를 처리하였을 때에 얻어지는 프로세스량의 모니터값의 관계를 나타낸 모델인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
제 1항에 있어서,
상기 모니터량 변동 모델은, 웨트 클리닝 실시 시부터 다음번 실시 시까지의 기간에 걸쳐, 처리한 시료의 매수와 이 매수의 시료를 처리하였을 때에 얻어지는 프로세스량의 모니터값, 및 로트 처리의 개시 시부터 로트 처리의 종료 시까지의 기간에 걸쳐, 처리한 시료의 매수와 이 매수의 시료를 처리하였을 때에 얻어지는 프로세스량의 모니터값의 관계를 나타낸 모델인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
제 1항에 있어서,
상기 처리가 예정되어 있는 다음번 처리는, 금회와 동일한 제품 처리 또는 클리닝 처리인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
제 1항에 있어서,
금회의 처리는 제품 처리이고, 상기 처리가 예정되어 있는 다음번 처리는 클리닝 처리인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
제 1항에 있어서,
금회의 처리는 클리닝 처리이고, 상기 처리가 예정되어 있는 다음번 처리는 제품 처리인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.