KR20220113267A - 기판 처리 장치, 기판 처리 시스템 및 이상 검지 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 처리 용기에의 고주파 전력의 공급에 대해서 이상을 검지하는 기술을 제공한다. 플라스마 생성용의 고주파 전력을 처리 용기에 공급하는 고주파 전원부와, 상기 처리 용기에의 상기 고주파 전력의 공급에 대해서 이상을 검지하는 감시부를 구비하고, 상기 감시부는, 상기 고주파 전원부와 상기 처리 용기 사이를 전반하는 신호를 상기 고주파 전력의 주파수보다 높은 샘플링 주파수로 샘플링한 신호 데이터에 기초하여, 상기 처리 용기에의 상기 고주파 전력의 공급에 대해서 이상을 검지하는 기판 처리 장치.
Description
본 개시는, 기판 처리 장치, 기판 처리 시스템 및 이상 검지 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 플라스마 챔버 내에서, 플라스마 챔버 내에서의 척에 인가되는 펄스 RF 바이어스 전압 신호를 감시 및 조정하기 위한 회로 구성이 개시되어 있다. 특허문헌 1에는, 당해 회로 구성이 척에 인가되는 상기 펄스 RF 바이어스 전압 신호의 개별 펄스를 검출하기 위한 RF 바이어스 전압 검출기를 구비하는 것이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 변조 기준 신호 및 피크값 설정 신호를 바탕으로 단속되는 고주파 출력을 생성하는 변조부를 구비한 플라스마 생성 장치용 고주파 전원 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, 펄스 생성부가 미리 설정한 피크 설정값 및 듀티비 설정값을 바탕으로 단속되는 고주파 출력의 평균값을 연산하여, 고주파 출력의 평균값과 연산 수단이 연산한 고주파 출력의 평균값을 바탕으로, 변조 기준 신호를 생성하는 것이 개시되어 있다.
본 개시는, 처리 용기에의 고주파 전력의 공급에 대해서 이상을 검지하는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의하면, 플라스마 생성용의 고주파 전력을 처리 용기에 공급하는 고주파 전원부와, 상기 처리 용기에의 상기 고주파 전력의 공급에 대해서 이상을 검지하는 감시부를 구비하고, 상기 감시부는, 상기 고주파 전원부와 상기 처리 용기 사이를 전반하는 신호를 상기 고주파 전력의 주파수보다 높은 샘플링 주파수로 샘플링한 신호 데이터에 기초하여, 상기 처리 용기에의 상기 고주파 전력의 공급에 대해서 이상을 검지하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 개시는, 처리 용기에의 고주파 전력의 공급에 대해서 이상을 검지하는 기술을 제공한다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 개략 단면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 고주파 전원에 관련된 부분의 블록도이다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례에 관련된 파형을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 신호 처리를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 처리 결과를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 동작을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 동작을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 동작을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 고주파 전원에 관련된 부분의 블록도이다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례에 관련된 파형을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 신호 처리를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 처리 결과를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 동작을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 동작을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 동작을 설명하는 도면이다.
이하, 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략한다. 또한, 이해를 용이하게 하기 위해서, 도면에서의 각 부의 축척은 실제와는 다른 경우가 있다.
평행, 직각, 직교, 수평, 수직, 상하, 좌우 등의 방향에는, 실시 형태의 효과를 손상시키지 않을 정도의 어긋남이 허용된다. 모퉁이부의 형상은, 직각에 한정되지 않고, 활 형상으로 둥그스름해도 된다. 평행, 직각, 직교, 수평, 수직에는, 대략 평행, 대략 직각, 대략 직교, 대략 수평, 대략 수직이 포함되어도 된다.
<기판 처리 장치>
본 개시의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성예에 대해서 설명한다. 도 1은, 기판 처리 장치의 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 기판 처리 장치(1)는, 플라스마 CVD법에 의해, 예를 들어 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼(W)」라고 함)에 티타늄(Ti)막을 성막하는 처리를 행하는 성막 장치이다. 기판 처리 장치(1)는, 대략 원통상의 기밀인 처리 용기(2)를 구비한다. 처리 용기(2)의 저벽의 중앙부에는, 배기실(21)이 마련된다.
배기실(21)은, 하방을 향해서 돌출되는 예를 들어 대략 원통상의 형상을 구비한다. 배기실(21)에는, 예를 들어 배기실(21)의 측면에서 배기로(22)가 접속된다.
배기로(22)에는, 압력 조정부(23)를 통해서 배기부(24)가 접속된다. 압력 조정부(23)는, 예를 들어 버터플라이 밸브 등의 압력 조정 밸브를 구비한다. 배기로(22)는, 배기부(24)에 의해 처리 용기(2) 내를 감압할 수 있도록 구성된다.
처리 용기(2)의 측면에는 반송구(25)가 마련된다. 반송구(25)는, 게이트 밸브(26)에 의해 개폐 가능하게 구성된다. 처리 용기(2) 내와 반송실(도시하지 않음) 사이에서의 웨이퍼(W)의 반입출은, 반송구(25)를 통해서 행하여진다.
처리 용기(2) 내에는, 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 보유 지지하기 위한 기판 적재대인 스테이지(3)가 마련된다. 스테이지(3)는, 평면으로 보아 대략 원 형상으로 형성된다. 스테이지(3)는 지지 부재(31)에 의해 지지된다. 스테이지(3)의 표면에는, 예를 들어 직경이 300mm인 웨이퍼(W)를 적재하기 위한 원 형상의 오목부(32)가 형성된다.
스테이지(3)는, 예를 들어 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹스 재료에 의해 형성된다. 또한, 스테이지(3)는, 니켈(Ni) 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있어도 된다. 또한, 오목부(32) 대신에 스테이지(3)의 표면의 주연부에 웨이퍼(W)를 가이드하는 가이드 링을 마련해도 된다.
스테이지(3)에는, 예를 들어 접지된 하부 전극(33)이 매설된다. 하부 전극(33)의 하방에는 가열 기구(34)가 매설된다. 가열 기구(34)는, 제어부(90)로부터의 제어 신호에 기초하여 전원부(도시하지 않음)로부터 급전됨으로써, 스테이지(3)에 적재된 웨이퍼(W)를 설정 온도(예를 들어 350 내지 700℃의 온도)로 가열한다. 스테이지(3) 전체가 금속에 의해 구성되어 있는 경우에는, 스테이지(3) 전체가 하부 전극으로서 기능하므로, 하부 전극(33)을 스테이지(3)에 매설하지 않아도 된다.
스테이지(3)에는, 스테이지(3)에 적재된 웨이퍼(W)를 보유 지지해서 승강하기 위한 복수개(예를 들어 3개)의 승강 핀(41)이 마련된다. 승강 핀(41)의 재료는, 예를 들어 알루미나(Al2O3) 등의 세라믹스나 석영 등이면 된다. 승강 핀(41)의 하단은 지지판(42)에 설치되어 있다. 지지판(42)은, 승강 축(43)을 통해서 처리 용기(2)의 외부에 마련된 승강 기구(44)에 접속되어 있다.
승강 기구(44)는 예를 들어 배기실(21)의 하부에 설치되어 있다. 벨로우즈(45)는, 배기실(21)의 하면에 형성된 승강 축(43)용 개구부(211)와 승강 기구(44)의 사이에 마련되어 있다. 지지판(42)의 형상은, 스테이지(3)의 지지 부재(31)와 간섭하지 않고 승강할 수 있는 형상이어도 된다. 승강 핀(41)은, 승강 기구(44)에 의해, 스테이지(3)의 표면의 상방측과, 스테이지(3)의 표면의 하방측 사이에서 승강 가능하게 구성된다.
처리 용기(2)의 천장벽(27)에는, 절연 부재(28)를 개재해서 가스 공급부(5)가 마련된다. 가스 공급부(5)는 상부 전극을 이루고 있고, 하부 전극(33)에 대향하고 있다. 가스 공급부(5)에는, 정합기(52)를 통해서 고주파 전원(51)이 접속된다. 고주파 전원(51)으로부터 상부 전극(가스 공급부(5))에 고주파 전력을 공급함으로써, 상부 전극(가스 공급부(5))과 하부 전극(33)의 사이에 고주파 전계가 생기도록 구성되어 있다.
가스 공급부(5)는 중공형의 가스 공급실(53)을 구비한다. 가스 공급실(53)의 하면에는, 처리 용기(2) 내에 처리 가스를 분산 공급하기 위한 다수의 구멍(54)이 예를 들어 균등하게 배치된다. 가스 공급부(5)에서의 예를 들어 가스 공급실(53)의 상방측에는, 가열 기구(55)가 매설된다. 가열 기구(55)는, 제어부(90)로부터의 제어 신호에 기초해서 도시하지 않은 전원부로부터 급전됨으로써, 설정 온도로 가열된다.
가스 공급실(53)에는 가스 공급로(6)가 마련된다. 가스 공급로(6)는 가스 공급실(53)에 연통하고 있다. 가스 공급로(6)의 상류측에는, 가스 라인(L1)을 통해서 가스원(GS1)이 접속되고, 가스 라인(L2)을 통해서 가스원(GS2)이 접속된다. 가스 라인(L1)에는, 가스 라인(L31) 및 가스 라인(L3)을 통해서 가스원(GS3)이 접속된다. 가스 라인(L2)에는, 가스 라인(L32) 및 가스 라인(L3)을 통해서 가스원(GS3)이 접속된다.
도 1의 예에서는, 가스원(GS1)은 TiCl4의 가스원이며, 가스원(GS2)은 H2의 가스원이며, 가스원(GS3)은 Ar의 가스원이다. 단, 가스원(GS1)은, 다른 금속 원료(예를 들어, 할로겐 원소를 포함하는 금속 원료인, WCl6, WCl5, WF6, TaCl5, AlCl3나 Co, Mo, Ni, Ti, W, Al을 포함하는 유기 원료)의 가스원이어도 되고, 가스원(GS2)은, 다른 환원 가스(예를 들어, NH3, 히드라진, 모노메틸히드라진)의 가스원이어도 되고, 가스원(GS3)은, 다른 불활성 가스(예를 들어, N2, He, Ne, Kr, Xe)이어도 된다.
또한, 가스 라인(L1)과 가스 라인(L2)은, 가스 라인(L1)에서의 밸브(V1)와 가스 공급로(6) 사이, 가스 라인(L2)에서의 밸브(V2)와 가스 공급로(6) 사이에서 서로 접속된다.
가스원(GS1)은, 가스 라인(L1)을 통해서 가스 공급로(6)에 접속된다. 가스 라인(L1)에는, 유량 제어기(MF1) 및 밸브(V1)가 가스원(GS1)측으로부터 이 순번대로 개재 설치된다. 유량 제어기(MF1) 및 밸브(V1)가 가스원(GS1)측으로부터 이 순번대로 개재 설치됨으로써, 가스원(GS1)으로부터 공급되는 TiCl4는, 유량 제어기(MF1)에 의해 유량이 제어되어 가스 공급로(6)에 공급된다.
가스원(GS2)은, 가스 라인(L2)을 통해서 가스 공급로(6)에 접속되어 있다. 가스 라인(L2)에는, 유량 제어기(MF2) 및 밸브(V2)가 가스원(GS2)측으로부터 이 순번대로 개재 설치된다. 유량 제어기(MF2) 및 밸브(V2)가 가스원(GS2)측으로부터 이 순번대로 개재 설치됨으로써, 가스원(GS2)으로부터 공급되는 H2는, 유량 제어기(MF2)에 의해 유량이 제어되어 가스 공급로(6)에 공급된다.
가스원(GS3)은, 가스 라인(L3) 및 가스 라인(L31)을 통해서 가스 라인(L1)에서의 밸브(V1)와 가스 공급로(6) 사이에 접속된다. 가스 라인(L31)에는, 유량 제어기(MF31) 및 밸브(V31)가 가스원(GS3)측으로부터 이 순번대로 개재 설치된다. 유량 제어기(MF31) 및 밸브(V31)가 가스원(GS3)측으로부터 이 순번대로 개재 설치됨으로써, 가스원(GS3)으로부터 공급되는 Ar은, 유량 제어기(MF31)에 의해 유량이 제어된다. 유량 제어기(MF31)에 의해 유량이 제어된 Ar은, 가스 라인(L1)에 공급되어 가스 라인(L1)을 흐르는 TiCl4와 혼합되어서 가스 공급로(6)에 공급된다.
또한, 가스원(GS3)은, 가스 라인(L3) 및 가스 라인(L32)을 통해서 가스 라인(L2)에서의 밸브(V2)와 가스 공급로(6) 사이에 접속된다. 가스 라인(L32)에는, 유량 제어기(MF32) 및 밸브(V32)가 가스원(GS3)측으로부터 이 순번대로 개재 설치된다. 유량 제어기(MF32) 및 밸브(V32)가 가스원(GS3)측으로부터 이 순번대로 개재 설치됨으로써, 가스원(GS3)으로부터 공급되는 Ar은, 유량 제어기(MF32)에 의해 유량이 제어된다. 유량 제어기(MF32)에 의해 유량이 제어된 Ar은, 가스 라인(L2)에 공급되어 가스 라인(L2)을 흐르는 H2와 혼합되어서 가스 공급로(6)에 공급된다.
이러한 구성에 의해, 가스원(GS3)으로부터 공급되는 Ar을, 각각 유량 제어기(MF31) 및 유량 제어기(MF32)에 의해 유량을 제어해서 가스 라인(L1) 및 가스 라인(L2)에 공급할 수 있다.
기판 처리 장치(1)는, 제어부(90)와, 기억부(91)를 구비한다. 제어부(90)는, 도시하지 않은 CPU, RAM, ROM 등을 구비한다. 제어부(90)는, 예를 들어 ROM이나 기억부(91)에 저장된 컴퓨터 프로그램을 CPU에 실행시킴으로써, 기판 처리 장치(1)를 통괄적으로 제어한다.
도 2는, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 일례의 고주파 전원(51)에 관련된 부분의 블록도이다.
고주파 전원(51)은, 고주파 발생기(56)와, 쌍방향성 결합기(57)와, 전원 제어부(58)를 구비한다.
고주파 발생기(56)는, 플라스마를 발생시키기 위한 고주파 전력, 즉, 플라스마 생성용의 고주파 전력을 발생시킨다. 고주파 발생기(56)는 고주파 전력을 펄스상으로 발생시킨다. 즉, 고주파 발생기(56)는, 고주파 전력을 발생시키는 기간과, 고주파 전력을 정지하는 기간을 교대로 반복한다.
예를 들어, 고주파 발생기(56)는, 기본 주파수가 주파수 450kHz의 사인파인 고주파 전력을 발생시킨다. 또한, 고주파 발생기(56)는, 20마이크로초 내지 50000마이크로초의 기간(출력 기간)에서 고주파 전력을 발생시키고, 이어서 20마이크로초 내지 100마이크로초의 기간(정지 기간)에서 고주파 전력을 정지한다. 그리고, 고주파 발생기(56)는, 고주파 전력의 발생과, 고주파 전력의 정지를 교대로 반복한다. 즉, 고주파 발생기(56)는, 1마이크로초의 주기이면서 또한 듀티비 17 내지 99％(= 고주파 전력을 출력하는 기간/(고주파 전력을 출력하는 기간+고주파 전력을 정지하는 기간))로 동작한다.
고주파 발생기(56)는 전원 제어부(58)에 접속된다. 전원 제어부(58)는, 고주파 발생기(56)를 제어한다. 전원 제어부(58)는, 예를 들어 고주파 발생기(56)가 출력하는 고주파 전력의 기본 주파수, 반복 주파수, 듀티비를 변경할 수 있다.
또한, 고주파 전력의 기본 주파수에 대해서는, 주파수 450kHz에 제한하지 않는다. 예를 들어, 고주파 전력의 기본 주파수는, 350kHz 이상 550kHz 이하의 범위에 포함되는 주파수로 해도 된다.
쌍방향성 결합기(57)는, 고주파 발생기(56)와, 정합기(52) 사이에 마련된다. 쌍방향성 결합기(57)는, 고주파 발생기(56)로부터 입력되는 고주파 전력을 신호(RF)로서 정합기(52)에 출력한다. 또한, 고주파 발생기(56)로부터 입력되는 고주파 전력의 일부를, 신호(SIG_RF_FWD)로서 후술하는 펄스 모니터(100)에 출력한다. 또한, 정합기(52)쪽으로부터 쌍방향성 결합기(57)에 입력되는 고주파 전력을, 신호(SIG_RF_REF)로서 펄스 모니터(100)에 출력한다.
전원 제어부(58)는 고주파 발생기(56)를 제어한다. 또한, 전원 제어부(58)는, 고주파 전원(51)이 고주파 전력을 출력하는 것을 나타내는 신호(SIG_RF-ON) 및 펄스를 발생시키고 있는 것을 나타내는 신호(SIG_PULSE)를 펄스 모니터(100)에 출력한다.
펄스 모니터(100)는, 고주파 전원(51)으로부터 입력되는 고주파 신호에 기초하여, 고주파 전원(51)으로부터 적절하게 상부 전극(가스 공급부(5))에 고주파 전력이 공급되고 있는지를 감시한다. 구체적으로는, 펄스 모니터(100)는, 고주파 전원(51)으로부터 입력되는 신호(SIG_RF_FWD) 및 정합기(52)로부터 쌍방향성 결합기에 입력되는 고주파 전력에 관한 신호(SIG_RF_REF)에 기초하여, 고주파 전원(51)으로부터 적절하게 상부 전극(가스 공급부(5))에 고주파 전력이 공급되고 있는지를 감시한다.
펄스 모니터(100)에서의 신호 처리에 대해서 설명한다. 도 3은, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 일례에 관련된 파형을 설명하는 도면이다.
먼저, 펄스 모니터(100)에 입력되는 디지털 신호에 대해서 설명한다. 도 3의 (A)는, 펄스 모니터(100)에 입력되는 디지털 신호의 파형을 나타낸다. 제어부(90)는 신호(SIG_START)를 하이 레벨로 한다(시각 TA). 신호(SIG_START)가 하이 레벨로 되면, 펄스 모니터(100)는 동작을 개시한다.
고주파 전원(51)은, 고주파 전력의 공급을 개시하면, 신호(SIG_RF-ON)를 하이 레벨로 한다. 또한, 고주파 전원(51)은, 신호 펄스에 동기하여, 신호(SIG_PULSE)를 하이 레벨로 한다. 또한, 신호(SIG_PULSE)는, 하이 레벨이 PA초, 로우 레벨이 PB초인 파형이 반복된다.
신호(SIG_RF-ON) 및 신호(SIG_PULSE)가 하이 레벨로 되면, 펄스 모니터(100)는 이상 검지 처리를 개시한다(시각 TB). 또한, 예를 들어 연속 방전(펄스상이 아닌 고주파 전력의 공급)을 행하는 경우에는, 신호(SIG_PULSE)가 하이 레벨로 천이되지 않으므로, 펄스 모니터(100)는 이상 검지 처리를 행하지 않는다.
또한, 제어부(90)는, 펄스 모니터(100)의 동작을 정지시킬 때는, 신호(SIG_START)를 로우 레벨로 한다(시각 TC). 신호(SIG_START)가 로우 레벨로 천이되면, 펄스 모니터(100)는 동작을 정지한다.
고주파 전원(51)은, 고주파 전력의 공급을 정지하면, 신호(SIG_RF-ON)를 로우 레벨로 한다(시각 TD).
이어서, 펄스 모니터(100)에 입력되는 아날로그 신호에 대해서 설명한다. 도 3의 (B)는 펄스 모니터(100)에 입력되는 아날로그 신호의 파형을 나타낸다. 펄스 모니터(100)에 입력되는 아날로그 신호의 파형은, 구체적으로는, 신호(SIG_RF_FWD) 및 신호(SIG_RF_REF)이다. 도 3의 (B)에서는, 신호(SIG_RF_FWD)의 파형을 모식적으로 도시한다.
신호(SIG_RF_FWD) 및 신호(SIG_RF_REF)에는, 신호(SIG_PULSE)가 하이 레벨인 기간(PA)에서, 주파수 450kHz의 SIN파가 주로 포함된다. 예를 들어, 도 3의 (B)의 신호(SIG_RF_FWD)에서는, 당해 SIN파의 실효값은, 예를 들어 300W이다. 한편, 신호(SIG_RF_FWD) 및 신호(SIG_RF_REF)에는, 신호(SIG_PULSE)가 로우 레벨인 기간(PB)에서, 거의 0과 동등하다.
이어서, 펄스 모니터(100)에 의해 연산되는 신호에 대해서 설명한다. 도 3의 (C)는 펄스 모니터(100)에 의해 연산되는 신호의 파형을 나타낸다. 펄스 모니터(100)는, 신호(SIG_RF_FWD) 및 신호(SIG_RF_REF)를 실효값으로 변환한 펄스로 한다. 예를 들어, 신호(SIG_RF_FWD)의 경우에는, 신호(SIG_PULSE)가 하이 레벨인 기간(PA)에서는 실효값이 설정 POWER, 신호(SIG_PULSE)가 로우 레벨인 기간(PB)에서는 실효값이 대략 0W의 펄스로 된다.
펄스 모니터(100)는, 아날로그/디지털 컨버터(110) 및 아날로그/디지털 컨버터(111)와, 신호 처리부(120)를 구비한다.
아날로그/디지털 컨버터(110)는, 아날로그 신호인 신호(SIG_RF_FWD)를 제1 샘플링 주파수로 디지털 신호(신호 데이터)로 변환한다. 아날로그/디지털 컨버터(110)는, 디지털 신호로 변환한 신호(SIG_RF_FWD)를 신호 처리부(120)에 출력한다.
아날로그/디지털 컨버터(111)는, 아날로그 신호인 신호(SIG_RF_REF)를 제2 샘플링 주파수로 디지털 신호(신호 데이터)로 변환한다. 아날로그/디지털 컨버터(111)는, 디지털 신호로 변환한 신호(SIG_RF_REF)를 신호 처리부(120)에 출력한다.
제1 샘플링 주파수와 제2 샘플링 주파수는 동등해도 되고, 달라도 된다. 제1 샘플링 주파수 및 제2 샘플링 주파수 각각은, 고주파 발생기(56)의 기본 주파수의 10배 이상인 것이 바람직하고, 20배 이상인 것이 보다 바람직하고, 50배 이상인 것이 특히 바람직하다.
신호 처리부(120)는, 예를 들어 디지털 시그널 프로세서이다. 신호 처리부(120)는, 아날로그/디지털 컨버터(110) 및 아날로그/디지털 컨버터(111)로부터의 디지털 신호를 처리한다. 신호 처리부(120)에서의 처리를 도 4에 도시하였다. 도 4는, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 일례의 신호 처리를 설명하는 도면이다.
신호 처리부(120)에는, 고주파 전원(51)으로부터 입력되는 디지털화된 신호(SIG_RF_FWD) 및 신호(SIG_RF_REF)(도 4의 INPUT)가 입력된다. 신호(SIG_RF_FWD) 및 신호(SIG_RF_REF)에는, 고주파 발생기(56)가 공급하는 고주파 전력의 주파수 450kHz(주기 2.2마이크로초)의 SIN파 이외에 많은 주파수 성분의 신호가 포함된다.
신호 처리부(120)는, 고주파 발생기(56)가 공급하는 고주파 전력의 주파수 450kHz(주기 2.2마이크로초)의 SIN파를 추출하기 위해서 필터 처리를 행한다. 신호 처리부(120)는, 고주파 전원(51)으로부터 입력되는 디지털화된 신호(SIG_RF_FWD) 및 신호(SIG_RF_REF) 각각에 대해서 필터 처리를 행한다. 구체적으로는, 신호 처리부(120)는, 디지털화된 신호(SIG_RF_FWD) 및 신호(SIG_RF_REF)에 대하여 IIR(Infinite Impulse Response) 필터에 의해 필터 처리를 행한다.
IIR 필터는, 고주파 발생기(56)의 기본 주파수를 통과 대역의 중심 주파수로 하는 대역 통과 필터이다. 예를 들어, 기본 주파수를 주파수 450kHz로 하면, 신호(SIG_RF_FWD)에 대해서는, IIR 필터의 통과 대역은, 400kHz 내지 500kHz로 해도 된다. 또한, 신호(SIG_RF_REF)에 대해서는, IIR 필터의 통과 대역은, 430kHz 내지 470kHz로 해도 된다. 또한, 통과 대역은, 0 내지 5MHz의 범위에서 설정을 변경할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)에서의 IIR 필터의 이득 특성 및 IIR 필터의 전달 함수를 도 4의 하측에 도시하였다. IIR 필터의 차수는 2차이다.
IIR 필터를 통과한 신호는 실효값으로 변환된다. 실효값은, 진폭(Vm)에 대하여 2의 평방근으로 나눔으로써 구해진다. RMS(Root Mean Square) 변환 블록에서는, IIR 필터를 통과한 신호를 실효값으로 변환한다.
IIR 필터의 효과에 대해서 도 5에 도시하였다. 도 5의 (A)는 설정 POWER의 실효값의 신호(SIG_RF_FWD)에 대해서, IIR 필터 없이 실효값 변환을 행한 결과를 도시한다. 도 5의 (B)는 신호(SIG_RF_FWD)에 대해서, IIR 필터를 가지고 실효값 변환을 행한 결과를 도시한다. 또한, 횡축은 시간(단위 0.1마이크로초), 종축은 실효값을 나타낸다.
IIR 필터가 없을 경우에는, 실효값이 크게 변화하여, 특히 실효값이 설정 POWER를 초과하는 값이 검출되었다. IIR 필터가 없을 경우에는, 구형파로서 판단하기 어려운 파형으로 되어 있다. 한편, IIR 필터에 의해 고주파 전력의 주파수 성분 이외의 신호를 제거함으로써, 안정적으로 거의 설정 POWER에 가까운 값을 갖는 파형을 얻을 수 있다. 또한, IIR 필터가 있을 경우에는, 구형파에 가까운 파형으로 되었다.
이어서, 이상 검지 처리에 의한 감시 처리의 흐름에 대해서 설명한다. 도 6은, 이상 검지 처리에 의한 감시(monitor)를 개시하고 나서의 흐름에 대해서 설명하는 도면이다. 또한, 도 6의 종축은 고주파 전력의 파워(RF POWER(W))의 실효값, 횡축은 시각을 나타낸다.
기판 처리 장치(1)를 성막 장치로서 사용하는 경우, 성막 프로세스에서는 플라스마의 상태가 바뀌기 쉽다. 따라서, 이상 판정을 하기 위한 기준값을 절댓값으로 정하면 이상을 정확하게 판정할 수 없는 경우가 있다. 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)에서는, 이상 판정을 행하는 전 기간에서 기준값을 구하여, 당해 기준값을 사용해서 판정을 행한다. 즉, 직전의 기간에서의 특성값의 상대 비교에 의해 이상의 검출을 행한다.
최초로, 고주파 전원(51)이 고주파 전력의 공급을 개시하고 나서, 장치가 안정될 때까지 대기한다(마스크 시간). 본 예에서는, 마스크 시간으로서 4초간 대기한다.
그리고, 다음의 1초간에, 이상 판정을 행하기 위한 기준값을 구하기 위해서 학습(기준값 학습)을 행한다(학습 시간, 기준 정하기(1)). 기준 정하기가 끝나면, 감시를 개시한다.
그리고, 다음의 1초간에, 기준 정하기(1)에서 구한 기준(1)(기준값)을 사용해서, 당해 기준값에 대하여, 설정된 범위 내에 측정값이 들어 있는지 여부의 판정을 행한다(톨러런스 감시)(기준(1)에 대한 톨러런스 감시). 또한, 동시에 다음 기간(다음의 1초간)에서의 기준값을 구하는 학습(기준값 학습)을 행한다(학습 시간, 기준 정하기(2)).
이하, 마찬가지로, 톨러런스 감시와, 기준값 학습을 반복해서 행한다. 또한, 상기에서는, 마스크 시간을 4초, 학습 시간, 톨러런스 감시의 시간을 1초로 했지만, 당해 시간에 한하지 않고 적절히 변경해도 된다.
또한, 예를 들어 학습 시간, 기준 정하기(1)에서의 최초의 1초간은 제1 기간의 일례, 학습 시간, 기준 정하기(1)에서의 1초간 직후의 학습 시간, 기준 정하기(2)에서의 1초간은 제2 기간의 일례이다. 또한, 학습 시간, 기준 정하기(2)에서의 1초간 직후의 학습 시간, 기준 정하기(2)에서의 1초간은 제3 기간의 일례이다. 또한, 제1 기간, 제2 기간 및 제3 기간 각각에서 측정되는 측정값(후술하는 파형 지표)이, 각각 제1 파형 지표, 제2 파형 지표 및 제3 파형 지표의 일례이다.
이어서, 파형을 평가하는 파형 지표와 이상 검지 방법에 대해서 설명한다. 본 실시 형태의 기판 처리 장치(1)에서는, 파형 지표로서, 진행파의 강도(FWD), 반사파의 강도(REF), 듀티비(Pulse Duty) 및 반복 주파수(Pulse Freq)를 파형 지표로서 사용한다. 파형 지표가 설정된 범위 내에 있는지 여부에 기초하여 이상을 검지한다.
[진행파의 강도(FWD)]
진행파의 강도(FWD)는, 고주파 전원(51)으로부터 처리 용기(2)의 배향으로 전반하는 진행파의 강도이다. 구체적으로는, 신호(SIG_PULSE)에 대응하는 각 펄스에 대해서 실효값 변환한 신호(SIG_RF_FWD)를 시간으로 적분한다. 그리고, 신호(SIG_RF_FWD)를 적분한 값을 시간으로 나눔으로써, 실효값 상당의 환산 실효값을 산출한다.
도 7의 <FWD>에 나타내는 바와 같이, 실효값이 시간 방향으로 작아지거나 커지거나 하면, 환산 실효값이 작아지거나 커지거나 한다.
예를 들어, 감시를 행하는 기간 전의 학습 기간에서, 환산 실효값의 평균값을 구한다. 그리고, 환산 실효값의 평균값을 기준으로 해서, 그 ±10％의 범위 내에 들어 있을 경우에는 정상이라고 판단한다. 예를 들어, 기준값이 1000W인 경우, 감시 기간에서의 각 펄스의 환산 실효값이 900W 이상 1100W 이하인지 여부를 판단한다. 범위 내인 경우에는 정상(OK)이라고 판단한다. 범위 밖일 경우에는 이상(NG)이라고 판단한다. 또한, 범위에 대해서는, ±10％의 범위에 한하지 않고, 예를 들어 설정에서 범위를 정하는 역치를 변경할 수 있도록 해도 된다.
[반사파의 강도(REF)]
반사파의 강도(REF)는, 처리 용기(2)로부터 고주파 전원(51)의 배향으로 전반하는 반사파의 강도이다. 구체적으로는, 신호(SIG_PULSE)에 대응하는 각 펄스에 대해서 실효값 변환한 신호(SIG_RF_REF)를 시간으로 적분한다. 그리고, 신호(SIG_RF_REF)를 적분한 값을 시간으로 나눔으로써, 실효값 상당의 환산 실효값을 산출한다.
도 7의 <REF>에 나타내는 바와 같이, 반사파가 크면 환산 실효값이 커진다.
예를 들어, 감시를 행하는 기간 전의 학습 기간에서 환산 실효값의 평균값을 구한다. 그리고, 환산 실효값의 평균값을 기준으로 해서, +30W 이하의 범위에 들어 있을 경우에는 정상이라고 판단한다. 예를 들어, 기준값이 10W인 경우, 감시 기간에서의 각 펄스의 환산 실효값이 40W 이하인지 여부를 판단한다. 범위 내인 경우에는 정상(OK)이라고 판단한다. 범위 밖일 경우에는 이상(NG)이라고 판단한다. 또한, 범위에 대해서는, +30W 이하의 범위에 한하지 않고, 예를 들어 설정에서 범위를 정하는 역치를 변경할 수 있도록 해도 된다.
[듀티비(Pulse Duty)]
듀티비(Pulse Duty)는 각 펄스의 듀티비이다. 구체적으로는, 신호(SIG_PULSE)에 대응하는 각 펄스에 대해서 신호(SIG_RF_FWD)의 시간 방향의 폭을 산출한다.
도 8의 <Pulse Duty>에 나타내는 바와 같이, 펄스의 폭이 변화하여, 듀티비가 변화하는 경우가 있다.
예를 들어, 감시를 행하는 기간 전의 학습 기간에서 듀티비의 평균값을 구한다. 그리고, 그 ±10％의 범위 내에 들어 있을 경우에는 정상이라고 판단한다. 예를 들어, 기준값이 50％인 경우, 감시 기간에서의 각 펄스의 듀티비가 40％ 이상 60％ 이하의 범위 내인지 여부를 판단한다. 범위 내인 경우에는 정상(OK)이라고 판단한다. 범위 밖일 경우에는 이상(NG)이라고 판단한다. 또한, 범위에 대해서는, 40％ 이상 60％ 이하의 범위에 한하지 않고, 예를 들어 설정에서 범위를 정하는 역치를 변경할 수 있도록 해도 된다.
[반복 주파수(Pulse Freq)]
반복 주파수(Pulse Freq)는 각 펄스의 반복 주파수이다. 구체적으로는, 신호(SIG_PULSE)에 대응하는 각 펄스에 대해서 신호(SIG_RF_FWD)의 반복 주파수를 산출한다.
도 8의 <Pulse Freq>에 나타내는 바와 같이, 펄스가 변화하여, 반복 주파수가 변화하는 경우가 있다.
예를 들어, 감시를 행하는 기간 전의 학습 기간에서 반복 주파수의 평균값을 구한다. 그리고, 그 ±10％의 범위 내에 들어 있을 경우에는 정상이라고 판단한다. 예를 들어, 기준값이 1kHz인 경우, 감시 기간에서의 각 펄스의 반복 주파수가 0.9kHz 이상 1.1kHz 이하의 범위 내인지 여부를 판단한다. 범위 내인 경우에는 정상(OK)이라고 판단한다. 범위 밖일 경우에는 이상(NG)이라고 판단한다. 또한, 범위에 대해서는, 0.9kHz 이상 1.1kHz 이하의 범위에 한하지 않고, 예를 들어 설정에서 범위를 정하는 역치를 변경할 수 있도록 해도 된다.
펄스 모니터(100)는 디지털 입출력을 구비한다. 제어부(90)는 펄스 모니터(100)에 접속된다. 제어부(90)는, 신호(SIG_START)에 의해, 펄스 모니터(100)에 감시 동작을 실행시킨다. 또한, 펄스 모니터(100)는, 제어부(90)에 알람 신호를 출력한다. 알람 신호로서는, 예를 들어 진행파의 강도(FWD), 반사파의 강도(REF), 듀티비(Pulse Duty) 및 반복 주파수(Pulse Freq) 중 어느 것이 이상이라고 판정되었을 때 출력해도 된다. 펄스 모니터(100)가 제어부(90)에 알람 신호를 출력함으로써, 제어부(90)는 파형에 이상이 발생한 것을 검출할 수 있다.
또한, 펄스 모니터(100)는 퍼스널 컴퓨터(200)에 접속된다. 퍼스널 컴퓨터(200)는 펄스 모니터(100)로부터 데이터를 수신한다. 예를 들어, 퍼스널 컴퓨터(200)는 파형의 정보를 펄스 모니터(100)로부터 수신한다. 또한, 예를 들어 퍼스널 컴퓨터(200)는, 알람 정보(SIG_ALARM)를 펄스 모니터(100)로부터 수신한다.
퍼스널 컴퓨터(200)에서 표시되는 파형의 예를 도 9에 도시하였다. 선(Lfwd)은 신호(SIG_RF_FWD)의 파형을 나타낸다. 선(Lref)은 신호(SIG_RF_REF)의 파형을 나타낸다. 여기서, 파형(P2)은, 펄스 모니터(100)가 이상이라고 판정한 파형(이상 파형)이다. 파형(P1)과 파형(P3)은, 파형(P2) 전후의 파형이다. 이상이라고 판정된 파형(P2)을 한가운데에 표시하고, 그 전후에 정상 파형을 표시함으로써, 이상 상태를 용이하게 판정할 수 있다.
또한, 퍼스널 컴퓨터(200)에서는, 예를 들어 파형이 정상 또는 이상인 것에 관계없이 파형을 표시하도록 해도 된다. 또한, 이상이라고 판정되었을 때, 신호(SIG_RF_FWD) 및 신호(SIG_RF_REF)를 샘플링한 신호 데이터를, 파일로서 보존하도록 해도 된다. 이상이라고 판정했을 때 신호 데이터를 보존함으로써, 트러블 등의 해석을 행할 수 있다. 또한, 이상이라고 판정했을 때 신호 데이터를 보존함으로써, 보존하는 데이터양을 삭감할 수 있다.
또한, 기판 처리 장치(1)와 퍼스널 컴퓨터(200)의 조합을 기판 처리 시스템(300)이라고 하는 경우가 있다. 고주파 전원(51)은 고주파 전원부의 일례, 펄스 모니터(100)는 감시부의 일례, 퍼스널 컴퓨터(200)는 표시 단말기의 일례이다.
<작용·효과>
본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)에 의하면, 처리 용기에의 고주파 전력의 공급에 대해서 이상을 검지할 수 있다.
기판 처리 장치의 플라스마 출력을 조정하기 위해서, 펄스의 고주파 전력이 사용된다. 종래는, 고주파 전력이 처리 용기에 공급되고 있는지를 감시하기 위해서, 100m초 정도의 프로세스 로그밖에 없었다. 플라스마 원자층 퇴적법에 있어서, 고속으로 플라스마를 전환해서 성막을 행한다. 고속으로 플라스마를 전환하는 성막 장치에서는, 마이크로초 오더의 펄스 파형의 상태도 성막에 영향을 미친다.
본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)는, 고주파 전력의 주파수보다 높은 샘플링 주파수로 샘플링한 신호 데이터에 기초하여 이상을 검지하므로, 마이크로초 오더의 펄스 파형의 상태를 감시할 수 있다. 또한, 기판 처리 장치(1)에 의하면, 고주파 전원부로부터 처리 용기의 배향으로 전반하는 진행파 및 처리 용기로부터 고주파 전원부의 배향으로 전반하는 반사파 각각의 하나하나의 파형을 감시할 수 있다. 파형을 감시함으로써 보다 세밀한 이상을 검지할 수 있다.
또한, 고주파 전원부로부터 처리 용기의 배향으로 전반하는 진행파 및 처리 용기로부터 고주파 전원부의 배향으로 전반하는 반사파 각각의 하나하나의 파형을 감시하므로, 아크 방전 등의 이상을 검지할 수 있다.
또한, 기판 처리 장치(1)에 의하면, 고주파 전력의 듀티비 및 반복 주파수의 이상을 검지할 수 있다.
또한, 기판 처리 장치(1)의 현상의 상태를 학습함으로써, 학습한 정보로부터 상대적으로 이상을 검지할 수 있다. 상대적으로 이상을 검지함으로써, 플라스마의 상태가 시시각각 변화하는 환경에서도 이상을 검지할 수 있다. 또한, 학습을 고주파 전력이 공급되고 있는 동안에 계속적으로 실시할 수 있다.
또한, 파형을 감시하여 이상을 검지함으로써, 이상 파형에서 기판 처리를 행한 기판을 후공정에 보내는 것을 방지할 수 있다. 이상 파형에서 기판 처리를 행한 기판을 후공정에 보내는 것을 방지함으로써, 후공정에서 불필요한 처리를 행하는 것을 방지하여, 제조 비용을 삭감할 수 있다.
금회 개시된 본 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태에서 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시 형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있고, 또한 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
Claims (7)
- 플라스마 생성용의 고주파 전력을 처리 용기에 공급하는 고주파 전원부와,
상기 처리 용기에의 상기 고주파 전력의 공급에 대해서 이상을 검지하는 감시부를 포함하고,
상기 감시부는, 상기 고주파 전원부와 상기 처리 용기 사이를 전반하는 신호를 상기 고주파 전력의 주파수보다 높은 샘플링 주파수로 샘플링한 신호 데이터에 기초하여, 상기 처리 용기에의 상기 고주파 전력의 공급에 대해서 이상을 검지하는,
기판 처리 장치. - 제1항에 있어서, 상기 감시부는,
제1 기간에서, 상기 신호 데이터를 사용해서 상기 신호의 파형 지표인 제1 파형 지표를 산출하고,
상기 제1 기간 직후인 제2 기간에서, 상기 신호 데이터를 사용해서 상기 파형 지표인 제2 파형 지표를 산출하고,
상기 제1 파형 지표와 상기 제2 파형 지표의 비교에 기초하여, 상기 이상을 검지하는, 기판 처리 장치. - 제2항에 있어서, 상기 감시부는, 상기 제1 파형 지표를 기준값으로 해서, 상기 제2 파형 지표가 상기 기준값에 대하여, 설정된 범위 내에 있는지 여부에 기초하여 상기 이상을 검지하는, 기판 처리 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 감시부는,
상기 제2 기간 직후인 제3 기간에서, 상기 신호 데이터를 사용해서 상기 파형 지표인 제3 파형 지표를 산출하고,
상기 제2 파형 지표를 상기 기준값으로 해서, 상기 제3 파형 지표가 상기 기준값에 대하여, 설정된 범위 내에 있는지 여부에 기초하여 상기 이상을 검지하는, 기판 처리 장치. - 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파형 지표는, 상기 고주파 전원부로부터 상기 처리 용기의 배향으로 전반하는 진행파의 강도, 상기 처리 용기로부터 상기 고주파 전원부의 배향으로 전반하는 반사파의 강도, 듀티비 및 반복 주파수 중 어느 것인, 기판 처리 장치.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치와, 표시 단말기
를 포함하고,
상기 표시 단말기는, 상기 감시부가 상기 이상을 검지했을 때, 상기 신호 데이터에서의 상기 이상을 검지한 이상 파형과, 상기 이상 파형의 전후의 파형을 표시하는,
기판 처리 시스템. - 플라스마 생성용의 고주파 전력을 처리 용기에 공급하는 고주파 전원부를 포함하는 기판 처리 장치의 상기 처리 용기에의 상기 고주파 전력의 공급에 대해서 이상을 검지하는 이상 검지 방법이며,
상기 고주파 전원부와 상기 처리 용기 사이를 전반하는 신호를 상기 고주파 전력의 주파수보다 높은 샘플링 주파수로 샘플링한 신호 데이터에 기초하여, 상기 처리 용기에의 상기 고주파 전력의 공급에 대해서 이상을 검지하는,
이상 검지 방법.
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