TW201038142A - Plasma Processing System - Google Patents

Description

201038142 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於電漿處理裝置，特別是關於以取得的參 數値爲基礎來診斷裝置狀態之電漿處理裝置。 【先前技術】 爲了於半導體晶圓等的表面形成微細電路或電子裝置 Ο ，一般使用電漿蝕刻等之電漿處理。於半導體裝置之製造 工程中，被要求高製造良率，在發生致命的處理異常前， 檢測其徵兆的技術爲所期望。另外，爲了製造產出的提升 ’於電漿處理裝置之異常發生時，期望能在短期間恢復。 作爲發生致命的處理異常前能檢測其徵兆的技術，於 專利文獻1 (日本專利特開20〇4_131777號公報）公開有 :檢測電漿的異常放電，以異常放電的次數爲基礎來進行 被處理物之管理的方法。另外，於專利文獻2(日本專利 Ο 特開2004-200323號公報）公開有：在處理異常連續發生 時，當成電漿處理裝置爲處於致命的異常狀態，將處理予 以中斷之方法。另外’於專利文獻3 (日本專利特開 2006-324316號公報）公開有··收集電發處理裝置之裝置 參數’於參數和正常狀態不同的情形時，診斷爲異常之技 術。 【發明內容】 但是’一般在電漿處理中，如專利文獻1般，對異常 -5- 201038142 和正常之間設定明確的臨界値進行判斷之方法，並無法順 利地發揮功能。原因何在？此係處理狀況經常存在變動， 將正常之處理判斷爲異常、將異常之處理判斷爲正常之錯 誤判定，並無法避免。 特別是在載置被處理物之工作台中，於被處理物和工 作台之間夾有極細微的異物之情形時，處理雖正常地結束 ’但處理裝置之參數卻爲異常之狀況經常會有。在此種情 形時’儘管正常地結束，但卻被判定爲異常而使處理停止 ，導致裝置的稼動率降低。 於專利文獻2中，考慮此點，只在處理異常連續的情 形時，才停止處理。但是有變動之情事，異常處理一旦正 常化’也有之後再度成爲異常之情形，只將連續之異常檢 測爲異常，會導致漏掉處理裝置之失常。 另外’如專利文獻3所示般，一般爲藉由收集處理參 數’來判斷處理爲異常或正常之方法。但是，只是收集參 數’大多無法掌握異常的原因。原因何在呢？ 一般在發生 處理異常之情形，複數的處理參數顯示異常値。在此種狀 況下’要查明異常的原因，多數需要依賴熟練技術人員的 經驗與直覺，難於進行迅速的處置。 本發明係有鑑於此等問題點所完成者，爲提供：可以 高精度地檢測裝置的異常發生，另外，能容易地探索異常 的原因之電漿處理技術。 本發明爲了解決前述課題，採用如下之手段。 具備：具有對所被供給之處理氣體施加高頻電力，來 -6- 201038142 產生電漿之電漿產生手段、及載置被處理基板之試料台的 處理室；及 依循事先所被設定的處理條件，來產生電漿，逐次地 對被載置於前述試料台上的被處理基板施以電漿處理，且 逐次收集表示電漿處理的狀態之參數値的控制用計算機， 前述控制用計算機，係具備：於每一特定期間將收集 的裝置參數値偏離事先設定的基準値之次數予以記錄之記 0 錄部、及以前述次數爲基礎，來計算裝置參數値偏離基準 値的機率之機率計算部、及比較前述發生機率與事先設定 的設定値，來診斷裝置狀態的比較部。 本發明係具備以上的構造，可以高精度地檢測裝置的 異常發生，另外，可以容易地探索異常的原因。 【實施方式】 [實施型態1 ] 〇 以下，一面參照所附圖面一面說明第1實施型態。第 1圖係說明關於本發明之第1實施型態的電漿處理裝置之 構造圖。於用以處理被處理物之電漿處理室100內，具備 有：供給處理氣體之氣體供給手段101、調整處理氣體的 排氣，來控制電漿處理室100內的壓力之閥門103、氣體 排氣手段102、及測定電漿處理室101內的壓力之壓力計 104° 另外，電漿處理室100內具備有：用以產生電漿之電 漿產生手段106，電漿產生手段106，係具備有：對該手 201038142 段供給電力之高頻電源109，以及調整電力供給路徑的阻 抗之調諧器108。 另外，於電漿處理室100內設置有：載置被處理物 107並予以支撐之工作台105，工作台105具備有：對前 述工作台施加電壓之高頻電源111及調整阻抗之調諧器 1 1 0。另外，利用電子迴旋器共鳴來產生電漿之情形時， 於處理室100的周圍配置作爲電磁鐵之線圈。 本實施型態之電漿處理裝置，進而具備控制用計算機 1 1 2，控制用計算機1 1 2係具備：取得壓力計1 04之壓力 指示値、閥門103的開度、高頻電源109、111的輸出電 力値、調諧器1 0 8、1 1 0檢測之阻抗値、反射電力値等之 處理參數的處理參數取得手段1 1 3。 第2圖係表不控制用計算機112之詳細圖。如前述般 ’計算機112係具備：接收處理參數之處理參數取得手段 113，將接收的處理參數發送至將處理參數間的因果關係 予以圖式化之圖式化手段202及第1比較部203。 圖式化手段202係將接收的處理參數間之因果關係予 以圖式化，顯示於顯示部2 0 9。作爲圖式化手法，可以使 用：SGS演算法、WL演算法、PC演算法、登普斯特（ Dempster)之共變數選擇，圖形化模式、多變量分析等之 已知的方法。 第1比較部203係判定處理參數値是否脫離事先決定 的輸出範圍（第1基準値）。在脫離第1基準値的情形時 ’判斷處理參數爲異常，在沒有脫離之情形時，判斷爲正 -8 - 201038142 常。 第1比較部203所下之此種判斷，於記錄部204中被 當成履歷進行記錄。機率計算部205係計算以被記錄於記 錄部204之履歷爲基礎，在事先決定的期間內，被判斷爲 異常之機率。 機率計算部205所計算出的機率値，被送至第2比較 部206，比較是否在事先決定的第2基準値以上。在第2 〇 基準値以上的情形時，藉由警報手段207，發出電漿處理 裝置爲異常狀態之警報。另外，藉由控制用計算機11 2所 計算之結果，則被顯示於外部的顯示部209。 接著，說明於前述第1比較部中，被與處理參數値比 較之事先決定的輸出範圍（第1基準値）。前述輸出範圍 係表示裝置正常地動作之範圍。因此，期望由至目前爲止 的處理資料之記錄來統計性地決定。但是，對於異常的處 理條件，個別地決定時，欠缺泛用性。 〇 第3圖係說明具備有產生標準的處理參數値（模式値 )之模式式製作部201之控制用計算機圖。第3圖中’控 制用計算機1 1 2係具備：將各處理參數的相關關係轉換爲 模式式之模式式製作部20 1 ’產生對於任意的處理參數之 標準的處理參數値。例如，將某處理參數値與其他的處理 參數値的關係以線性一次多變數函數予以近似地描述時’ 對於任意的處理參數，可以算出正常裝置本來所持有之處 理參數値（模式値）。 如此，可以藉由控制用計算機112來算出正常的處理 -9 - 201038142 參數的範圍，使用此値可以彈性地決定第1比較部203所 使用的基準値，能更提高裝置的泛用性。 例如’將前述處理參數的模式値和實際的參數値的偏 差予以統計性地調查時，可以決定正常的裝置本來持有之 處理參數値的範圍。以此値爲基礎來決定前述基準範圍時 ，來處理正常裝置的任意狀態，變得非常地便利。另外， 此處雖描述以線性1次多變數函數來近似地描述某處理參 數値與其他的處理參數的關係之方法，當然也可以假定非 線性函數等的其他方法來描述模式式。 於第3圖中，處理參數取得手段1 1 3所取得的處理參 數被發送至模式式製作部201、圖式化手段202及第1比 較部203 。 模式式製作部201以接收的處理參數爲基礎，製作描 述對於任意的處理參數之處理參數群的回應之模式式。接 著，模式式製作部2 0 1將藉由所製作的模式式之響應値（ 計算値）發送至第1比較部2〇3。第1比較部203將接收 的處理參數（實測値）和藉由模式式之響應値（計算値） 予以比較，計算兩者之差或差的絕對値或差的平方等，來 算出藉由模式式之響應與處理參數値的分離程度。之後， 以前述分離程度爲基礎，判斷處理參數値是否從藉由模式 式之響應値脫離。在沒有脫離之情形時，判斷處理裝置爲 正常，在脫離之情形時，判斷處理裝置爲異常。 第1比較部203的前述判斷被發送至記錄部204，記 錄部2 04將接收的判斷予以記錄。此後之動作，係與第2 -10- 201038142 圖所示例子的情形相同。 第4圖係表示第丨比較部2 〇 3所算出的處理參數的計 算値與實測値（實驗値）的差之曲線。對於橫軸所示之處 理步驟的延伸數’縱軸所示之處理參數的計算値和實測値 的差’幾乎如白雜訊（white noise)般的動作。 因此’決定某臨界値（例如針對從藉由模式式之響應 値的偏差’計算分散σ m()del，將臨界値設爲3 σ m()del )， Ο ___ 參數的計算値和實測値之差的絕對値超過臨界 値的情形時，診斷爲裝置狀態屬於異常之規則時，變成電 漿處理裝置處於異常狀態之警報會被頻繁地發出。此種狀 態，成爲將正常狀態誤判爲異常狀態，不單使得裝置的稼 動率降低’也損及警報的可靠性。另外，如將臨界値設定 得太大’即使是電漿處理裝置真的成爲異會狀態之情形時 ，也會無法檢測出異常。 第5圖係將在特定期間（例如過去2 0步驟之間）， 〇 出現異常判定之機率設定在縱軸之曲線，此種曲線可以藉 由機率計算部205來獲得。如前述般，處理參數的計算値 與實測値的差，幾乎爲如白雜訊般，電槳處理裝置在爲正 常狀態的情形下，出現異常之判定的機率低。但是，電漿 處理裝置一真正成爲異常狀態時，出現異常判定的機率增 大。因此，可以提高警報的可靠性。第5圖中，雖將出現 異常的判定之機率超過60%時，定義爲裝置真正地處於異 常狀態，但藉由此設定’能以高機率地檢測裝置真正的異 常狀態。 -11 - 201038142 第6圖係表示將處理參數的因果關係予以輸出之圖式 化手段2〇2的輸出圖。第6圖所示之各參數的名稱與其意 義，係如第13圖所示般。另外，第6圖中之[X]— [Y]的 表示，係表示Y爲X的原因。 第7圖係表示閥門103之開度[F]發生異常的情形中 之圖式化手段的輸出圖。圖中，將藉由模式式之計算値與 實測値之差超過臨界値的處理參數（F、Ο、P、I)予以剖 面線處理來表示。在參數[F]之外，有因果關係之其他的 參數（0、P、I )的實測値，也從藉由模式式之計算値偏 離而顯示異常之値。但是，藉由尋求因果關係，可以容易 地推測參數[F](閥門1 3的開度）爲故障的原因。 如此’藉由將處理參數的因果關係予以圖式化，推測 電漿處理裝置的故障原因變得容易，能夠縮短維修時間。 另外’如第7圖般，於表示因果關係之圖中，藉由將處理 參數由基準範圍偏離者以和正常的參數不同的顏色或模樣 來表示，能夠視覺性地容易掌握故障原因。 作爲異常檢測的例子，說明工作台i 05之更換時期的 推算方法。於電漿處理裝置中，被處理物107係被藉由電 漿被加熱。因此，爲了冷卻被處理物107的目的，於工作 台105內設置有冷卻手段。此時，於被處理物107和工作 台1〇5之間，爲了提高熱傳導率的目的，塡充有氦等之熱 傳導性高的傳熱性氣體。在工作台105與被處理物107密 接的情形時，前述傳熱性氣體幾乎不洩漏，因此，供給量 可以少。可是’在工作台1 05的表面逐漸磨耗，傳熱性氣 -12- 201038142 體從間隙洩漏，必要的氣體供給量增加。因此，藉由監視 前述氣體的供給量，可以掌握工作台105的消耗狀況。 然而，於極小的異物夾在工作台105與被處理物107 的間隙之情形時，會有傳熱性氣體洩漏的情形。即工作台 1 0 5的消耗即使沒有相當程度地進行，而必要的供給量增 加。 第8圖係表示供給至工作台之傳熱性氣體的供給量的 〇 時間變化圖。如圖所示般，得知隨著工作台的時間變化進 行，工作台1 0 5的更換時期接近，傳熱性氣體供給量的實 際値增加。另外，得知直到該時期爲止，有時候突發性地 供給量增加。在該種狀況下，單單設定對於供給量之臨界 値，想要檢測工作台1 0 5的更換時期，由圖得知並無法順 利爲之。 相對於此，如計算超過事先設定的基準値之機率時， 計算結果如第8圖所示之曲線般。在此例子之情形時，於 G 機率超過60%時，以促使進行工作台105的更換之方式， 藉由警報手段207來發出警報，可以容易地通報更換時期 〇 如以上說明般，如依據本發明之第1實施型態，係計 算收集到的裝置參數値脫離事先設定的基準範圍之現象的 發生機率，將計算的發生機率和事先設定的基準値比較， 來診斷裝置狀態，針對裝置異常，可以發出可靠性高的警 報。另外，且使用做成的因果關係圖，可以快速地進行原 因之探究。 -13- 201038142 [實施型態2] 第9圖係說明關於本實施型態之控制用計算機圖。如 第9圖所示般，控制用計算機112係具備接收處理參數之 處理參數取得手段113，將取得的處理參數發送至將處理 參數間的因果關係予以圖式化之圖式化手段202及記錄部 204。此時，圖式化手段202係將接收的處理參數的因果 關係予以圖式化。 記錄部204係將接收的處理參數値當成履歷予以記錄 。記錄部204所保持的履歷係藉由統計處理部805而被讀 入，計算出特定期間中之處理參數的最頻繁値。所計算的 最頻繁値係於第2比較部206中，被與事先決定的基準値 (第2基準値）比較，如超過基準値，則被判斷爲電漿處 理裝置的狀態爲異常，藉由警報手段207對運轉人員發出 警報。另外，此等藉由計算機112的分析結果，係被顯示 於顯示部209。 第1 〇圖係與實施型態1相同，表示設置有模式式製 作部201及第1比較部203之例子圖。第1 0圖中，處理 參數取得手段U 3係將取得的處理參數發送至模式式製作 部201、圖式化手段202及第1比較部203。 模式式製作部201係從接收的處理參數製作描述對於 任意的處理參數之處理參數群的響應之模式式。接著，模 式式製作部201將藉由製作的模式式之響應値（計算値） 發送至第1比較部203。第1比較部203比較接收的處理 -14- 201038142 參數（實測値）和藉由模式式之響應値（計算値），計算 兩者之差或差的絕對値或差的平方等，來算出藉由模式式 之響應與處理參數値的分離程度。之後，以前述分離程度 爲基礎，判斷處理參數値是否從藉由模式式之響應値脫離 。在沒有脫離之情形時，判斷處理裝置爲正常，在脫離之 情形時，判斷處理裝置爲異常。 第1比較部2〇3的前述判斷被發送至記錄部204，記 0 錄部204將接收的判斷予以記錄。被保持在記錄部204的 記錄係藉由統計處理部805而被讀入，計算出對於特定期 間中之第1比較部203的輸出的最頻繁値。此後之動作， 係與第9圖的例子的情形相同。 第11圖係表示第1比較部2 03所算出的處理參數的 計算値與實測値的差之最頻繁値的時間變化圖。橫軸爲處 理步驟的延伸數，縱軸爲最頻繁値。和第4圖比較時，變 成容易掌握雜訊變少之舉動。此是最頻繁値之統計量，如 〇 和平均等之統計量相比，爲雜訊耐受性高之穩定的指標的 關係所致。 第1 2圖係表示供給至工作台之傳熱性氣體的供給量 (實測値）的時間變化及最頻繁値的時間變化圖。如第1 2 圖所示般’藉由使用最頻繁値，實測値和計算値的偏差的 突發性之增加可被忽視，知道能夠正確地追隨偏差變化的 趨勢。 另外’做爲前述最頻繁値之代替，即使使用最小値也 可以獲得同樣的效果。另外，對於事先決定的範圍，處理 -15- 201038142 參數値逐漸減少之趨勢的情形中，代替最頻繁値而使用最 大値也可以獲得同樣的效果。另外，在雜訊充分小之情形 時，也可以使用移動平均等之統計量，在想要處理雜訊本 身之情形時，也可以使用分散或標準偏差等之統計量。 如以上說明般，如依據第2實施型態，藉由使用最頻 繁値、最大値、最小値等之統計指標，可以發出可靠性高 的警報，能適切地檢測裝置的異常發生時期。 【圖式簡單說明】 第1圖係說明關於第1實施型態之電漿處理裝置的構 成圖。 第2圖係說明控制用計算機的詳細圖。 第3圖係說明具備有模式式製作部之控制用計算機圖 〇 第4圖係表示處理參數的計算値和實測値（實驗値） 之差的圖。 第5圖係表示在特定期間出現異常的判定之機率圖。 第6圖係表示圖式化手段的輸出例圖。 第7圖係表示診斷裝置的異常原因並予以視覺化之例 子圖。 第8圖係表示供給至工作台之導熱性氣體的供給量的 時間變化圖。 第9圖係說明關於第2實施型態之控制用計算機圖。 第1 0圖係說明具備有關於第2實施型態之模式式製 -16- 201038142 制用計算機圖。 1圖係表示處理參數的計算値和實測値之差的最 時間變化圖。 2圖係表示導熱性氣體的供給量（實測値）的時 最頻繁値的時間變化圖。 3圖係說明第6圖所示之各參數的名稱與其意義 作部的控 第1 頻繁値的 第1 間變化及 第1 之圖。 ❹ 【主要元 100 ： 101 ： 102 ： 103 ： 104 ： 105 ： 〇 106: 107 ： 108 ： 109 ： 110： 111： 112： 113： 201 ： 件符號說明】 電漿處理室 氣體供給手段 氣體排氣手段 閥門 壓力計 工作台 電漿產生手段 被處理物 調諧器 高頻電源 調諧器 筒頻電源 控制用計算機 參數取得手段 模式式製作部 -17- 201038142 2 Ο 2 :圖式化手段 2 0 3 :第1比較部 2 04 :記錄部 2 0 5 :機率計算部 206:第2比較部 209 :外部顯示部 8 0 5 :統計處理部

Claims (1)

1. 201038142 七、申請專利範圍： 1· 一種電漿處理裝置，其特徵爲： 具備：具有對所被供給之處理氣體施加高頻電力，來 產生電漿之電漿產生手段、及載置被處理基板之試料台的 處理室；及 依循事先所被設定的處理條件，來產生電漿，逐次地 對被載置於前述試料台上的被處理基板施以電漿處理，且 〇 逐次收集表示電漿處理的狀態之參數値的控制用計算機， 前述控制用計算機，係具備：於每一特定期間將收集 的裝置參數値偏離事先設定的基準値之次數予以記錄之記 錄部、及以前述次數爲基礎，來計算裝置參數値偏離基準 値的機率之機率計算部、及 比較前述發生機率與事先設定的設定値，來診斷裝置 狀態的比較部。 2. —種電漿處理裝置，其特徵爲： 〇 具備：具有對所被供給之處理氣體施加高頻電力，來 產生電漿之電漿產生手段、及載置被處理基板之試料台的 處理室；及 依循事先所被設定的處理條件，來產生電漿，逐次地 對被載置於前述試料台上的被處理基板施以電漿處理，且 逐次收集表示電漿處理的狀態之參數値的控制用計算機， 前述控制用計算機，係具備：將表示電漿處理裝置的 狀態之複數的參數値的相關關係予以格式化，並將特定裝 置的裝置參數之模式値予以輸出之模式製作部、於每一特 -19- 201038142 定期間將收集的前述特定裝置的裝置參數値偏離以前述模 式製作部所產生的裝置參數的模式値爲基礎所設定的基準 値之次數予以記錄之記錄部、以前述次數爲基礎，計算裝 置參數値偏離基準値之機率的機率計算部、及比較前述發 生機率與事先設定的基準値來診斷裝置狀態的比較部、以 及顯示表示前述收集的電漿處理裝置的各裝置參數與參數 間的因果關係之圖的顯示部。 3. —種電漿處理裝置，其特徵爲： 具備：具有對所被供給之處理氣體施加高頻電力，來 產生電漿之電漿產生手段、及載置被處理基板之試料台的 處理室：及 依循事先所被設定的處理條件，來產生電漿，逐次地 對被載置於前述試料台上的被處理基板施以電漿處理，且 逐次收集表示電漿處理的狀態之參數値的控制用計算機， 前述控制用計算機，係具備：將收集的裝置參數値當 成履歷予以記錄的記錄部、以記錄部所保持的記錄爲基礎 ，來計算特定期間中之處理參數的最頻繁値的統計處理部 、將藉由統計處理部所計算的最頻繁値和基準値比較來診 斷裝置狀態的比較部。 4. 一種電漿處理裝置，其特徵爲： 具備：具有對所被供給之處理氣體施加高頻電力，來 產生電漿之電漿產生手段、及載置被處理基板之試料台的 處理室；及 依循事先所被設定的處理條件，來產生電漿，逐次地 -20- 201038142 對被載置於前述試料台上的被處理基板施以電漿處理，且 逐次收集表示電漿處理的狀態之參數値的控制用計算機， 前述控制用計算機，係具備：將表示電漿處理裝置的 狀態之複數的參數値的相關關係予以格式化，並將裝置參 數之模式値予以輸出之模式製作部、於每一特定期間將收 集的前述裝置參數値與前述模式製作部所產生的裝置參數 的模式値的偏差予以記錄之記錄部、以記錄部所保持的記 〇 錄爲基礎，計算特定期間中之處理參數的偏差之最頻繁値 之統計處理部、及將藉由統計處理部所計算的最頻繁値與 基準値比較來診斷裝置狀態的比較部、以及顯示表示前述 收集的電漿處理裝置的各裝置參數與參數間的因果關係之 圖的顯示部。 5 .如申請專利範圍第2項所記載之電漿處理裝置， 其中，偏離前述基準範圍的裝置參數，係以和其它的裝置 參數不同的顏色來表示。 Ο 6.如申請專利範圍第3或4項所記載之電漿處理裝 置’其中，使用最大値或最小値來代替最頻繁値。 -21 -