TWI684843B - 電漿處理裝置及狀態預測裝置 - Google Patents
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Abstract
[課題] 在電漿處理裝置中，可以高精度預測需要維護的時期。 [解決手段] 構成如下，電漿處理裝置，係具備：在處理室內生成電漿對試樣進行處理的電漿處理裝置；及對電漿處理裝置的裝置狀態進行預測之狀態預測裝置者；狀態預測裝置係具備：裝置數據收集記錄部，從電漿處理裝置收集記錄處理試樣中所輸出的裝置數據；實體環境測量數據收集記錄部，對處理室內的實體環境進行測量並作為裝置實體環境數據進行收集記錄；數據補正部，從實體環境測量數據收集記錄部所收集記錄的複數個裝置實體環境數據中抽出實體環境的隨時間變化成分，從裝置數據收集記錄部所收集記錄的裝置數據中抽出實體環境的隨時間變化成分並進行除去；及裝置狀態預測計算部，以已除去實體環境的隨時間變化成分的裝置數據作為輸入數據而進行預測電漿處理裝置的裝置狀態之計算。
Description
本發明關於具備使用從電漿處理裝置輸出的感測器數據進行運算處理來預測裝置的狀態之功能的電漿處理裝置、及針對進行試樣之電漿處理的處理室的狀態進行預測的狀態預測裝置。
半導體元件製造工程中，重複進行微影成像或成膜、蝕刻等各種製程之處理。於半導體元件量產工廠中，抑制擔當該等製程的半導體製造裝置的運轉效率降低是減低量產成本的重要課題之一。
例如，電漿蝕刻裝置中，伴隨著裝置的長期運轉，會產生伴隨著反應生成物的蓄積或零件的消耗而引起的處理室內的隨時間變化或擔當電漿生成及控制的構件之劣化等。因此，作為進行定期性的裝置清掃或零件更換的定期維護(maintenance)或者非預期性的裝置故障･不良狀況等之對應而進行維護。
該等都會降低裝置運轉效率，因此就量產成本之觀點而言，裝置維護時間有必要設為必要上的最低限。為了削減花在裝置維護的累計時間，要求對各製造裝置的可靠性或壽命進行預測，進一步對應維護的裝置部位進行事前界定，據此，在最佳時間進行高效率的維護。
目前為止，在電漿處理裝置中，作為監控裝置狀態、檢測/預測異常的方法有以下所示的技術被提案。例如，專利文獻1或專利文獻2記載般從裝置的運轉時取得的裝置信號數據群作成成為基準的模型，算出與從待預測狀態的裝置取得的裝置信號數據中的模型之變化程度(以下稱為裝置可靠性指標)，對裝置可靠性指標設定臨界值，據此，來判斷運轉停止時期的手法。
該等手法中，作為模型或可靠性指標、臨界值之算出時使用的輸入數據，係使用電漿發光分光測量數據、或者感測器或構件之控制信號或響應信號等之裝置的任意點的電氣信號數據等。 [先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 專利第4570736號公報 [專利文獻2] 特開2016-192532號公報 [專利文獻3] 國際公開編號WO2004-19396A1 [專利文獻4] 專利第3709378號公報
[發明所欲解決之課題]
但是，從該等裝置所取得的原始的數據群中，大多情況下包含對於電漿處理結果僅給出可以忽視程度的變化，卻對數據給出大的變化之變化成分。
例如，可以舉出基於裝置內壁消耗等裝置內實體環境的變化而產生的變化成分等。具體而言，在電漿發光測量數據中為，以覆蓋電漿處理裝置內壁的方式設置的石英製披覆物、或為了分光測量的光導入目的而設置的石英窗中的石英霧霾量變化、或膜厚的變化、凹凸(粗度)的變化而產生的發光強度變化成分，在電漿阻抗數據中為，在接地的裝置內壁部所形成之絕緣膜層的膜厚變化而產生的電漿阻抗變化成分等。
亦即，以從該等裝置取得的原始的數據群作為輸入數據，為了進行先前說明的電漿處理裝置的狀態預測而算出模型或臨界值、裝置可靠性指標時，難以高精度預測對於成為預測對象的電漿處理結果帶來影響的狀態變化。因此，有必要將伴隨裝置實體環境變化而產生的變化成分消除(除去)。
作為該習知技術，如專利文獻3之記載般提案，按任意區間的每一筆數據實施規格化等而對值進行補正的技術。又，如專利文獻4所示，在設置有覆蓋裝置內壁的石英製披覆物或透過電漿發光分光測量用的光導入石英窗的外部光之電漿處理裝置中，根據事先取得的外部光的參照光與任意的裝置狀態中取得的外部光的光量差來檢測出基於石英霧霾而產生的光的衰減量，並由該光的衰減量對任意的裝置狀態下取得的電漿發光分光測量數據進行補正的手法被提案。
但是，專利文獻3所示技術中，係以離散式補正任意區間產生的變化，因此不適用於除去連續性產生的隨時間變化的成分。又，專利文獻4所示技術中存在以下課題，亦即為了對各個數據點進行補正，所產生的補正誤差成為對各個數據點的新的偏差。產生的補正誤差成為對連續性隨時間變化成分之新的外來干擾，實用上為了使對各個數據點不產生(或減低)補正誤差而有必要採取新的對策。亦即，在高精度的裝置狀態的預測上，把握實體環境變化的連續性的隨時間變化成分，僅將該變化成分從供作為模型作成或臨界值算出、可靠性指標算出的輸入數據中除去之手法或系統是必要的。
本發明係為了解決上述課題而完成的，目的在於提供可以把握電漿裝置中的實體環境變化的連續性的隨時間變化成分，僅將該變化成分從裝置狀態預測中的輸入數據消除(除去)之後，藉由算出為了預測之目的的基準模型及異常之判斷用的臨界值、表示裝置狀態的可靠性指標，由此，在電漿處理裝置中，可以高精度檢測出對成為預測對象的電漿處理結果帶來影響的裝置異常，可以高精度預測需要維護的時期之電漿處理裝置及對進行試樣之電漿處理的電漿處理室的狀態進行預測之狀態預測裝置。 [用以解決課題的手段]
上述目的藉由以下構成來達成，亦即一種電漿處理裝置，具備：處理室，對試樣進行電漿處理；及狀態預測裝置，對該處理室的狀態進行預測；狀態預測裝置，係從電漿處理中監控出的第一數據中將處理室的實體環境的隨時間變化成分除去，以已除去隨時間變化成分的第一數據作為輸入數據並進行預測處理室的狀態之運算，隨時間變化成分係從表示處理室的實體環境之第二數據中抽出。
又，上述目的藉由以下構成來達成，亦即一種狀態預測裝置，係對進行試樣之電漿處理的處理室的狀態進行預測者，具備：運算部，以處理室的實體環境的隨時間變化成分已被除去的電漿處理中監控出的第一數據作為輸入數據來進行預測處理室的狀態之運算；隨時間變化成分係從表示上述處理室的實體環境之第二數據被抽出。 [發明效果]
依據本發明，在具有處理試樣的處理室之電漿處理裝置中，可以把握對電漿處理結果無影響卻對從裝置取得的數據給出大的影響的裝置實體環境變化的連續性的隨時間變化成分，可以僅將該變化成分從進行裝置狀態預測的計算中的輸入數據除去，可以提升裝置狀態的預測精度。 又，依據本發明，在電漿處理裝置中，可以高精度檢測出對成為預測對象的電漿處理結果帶來影響的裝置異常，可以高精度預測需要維護的時期。
本發明關於電漿處理狀態預測裝置，其構成為具備：電漿處理裝置，在氣密的處理室內生成電漿對試樣進行處理；及狀態預測裝置，對電漿處理裝置的裝置狀態進行預測；狀態預測裝置具備：裝置數據收集記錄部，將電漿處理裝置進行試樣之處理中從電漿處理裝置輸出的裝置數據進行收集記錄；實體環境測量數據收集記錄部，對處理室內的實體環境進行測量並作為裝置實體環境數據進行收集記錄；數據補正部，從實體環境測量數據收集記錄部所收集記錄的複數個裝置實體環境數據抽出實體環境的隨時間變化成分，從裝置數據收集記錄部所收集記錄的裝置數據抽出實體環境的隨時間變化成分並進行除去；及裝置狀態預測計算部，以已除去實體環境的隨時間變化成分的裝置數據作為輸入數據而進行預測電漿處理裝置的裝置狀態之計算。
又，本發明關於電漿處理狀態預測裝置，其構成為具備：電漿處理裝置，具有內部具備試樣台的處理室，於該處理室的內部生成電漿並以該電漿對載置於上述試樣台的試樣進行處理；及狀態預測裝置，對電漿處理裝置的裝置狀態進行預測；狀態預測裝置具備：數據收集記錄部，將變化處理室內的實體環境進行測量而得的複數個裝置實體環境數據以及在電漿處理裝置處理試樣中從電漿處理裝置輸出的裝置數據進行收集記錄；數據補正部，使用數據收集記錄部所收集記錄的複數個裝置實體環境數據與裝置數據並從裝置數據中將對電漿處理裝置的電漿處理結果無影響卻對從電漿處理裝置取得的裝置數據給定大的影響的裝置實體環境變化的連續性的隨時間變化成分抽出進行除去；裝置狀態預測部，使用已除去裝置實體環境的連續性的隨時間變化成分的裝置數據來預測對電漿處理裝置的電漿處理結果帶來影響的裝置異常；及判斷･控制裝置，當裝置狀態預測部預測到電漿處理裝置成為裝置異常時將警報電漿處理裝置的異常之資訊予以輸出。
又，本發明構成為，在上述電漿處理狀態預測裝置中，數據補正部具備：實體環境變化成分抽出部，藉由使用複數個裝置實體環境數據進行主成分分析來構築複數個裝置實體環境數據的主成分空間；及實體環境成分除去部，將裝置數據收集記錄部所收集記錄的裝置數據投影到主成分空間並從投影到主成分空間的裝置數據將第一主成分或上位複數個主成分除去再度返回原始的數據空間，據此，而從裝置數據中將實體環境的隨時間變化成分除去。
進一步，本發明係在具備上述數據補正部的電漿處理狀態預測裝置中，處理室具備位於對向位置的1對光透過窗，且具有：外部光照射部，從該1對光透過窗的一側的光透過窗向處理室的內部發射外部光；及分光測量部，針對從外部光照射部發射並透過一側的光透過窗而入射至處理室內部之外部光之中透過1對光透過窗之中的另一側的光透過窗之外部光進行分光測量；在處理室的內部未生成電漿的狀態下重複執行變更處理室的內部條件並從外部光照射部照射且藉由分光測量部進行分光測量來取得複數個外部光的分光測量數據，將該取得的分光測量數據作為裝置實體環境數據並收集記錄於實體環境測量數據收集記錄部，在處理室的內部生成電漿處理試樣時藉由分光檢測部進行分光測量並取得電漿發光分光測量數據，將該取得的電漿發光分光測量數據作為上述裝置數據並收集記錄於裝置數據收集記錄部。
進一步，本發明係在具備上述數據補正部的電漿處理狀態預測裝置中，處理室具備：石英製披覆物，覆蓋處理室的內壁而設置；1對透過窗，設於對向位置；分光測量部，針對透過1對透過窗之中的一方透過窗之光進行分光測量；及外部光照射部，從1對透過窗之中的另一方透過窗向處理室內部發射外部光；在處理室的內部未生成電漿的狀態下變更石英製披覆物或1對透過窗的石英霧霾量、表面的凹凸、厚度之任一並藉由分光測量部取得複數個外部光的分光測量數據，將該取得的分光測量數據作為裝置實體環境數據並收集記錄於實體環境測量數據收集記錄部，在處理室的內部生成電漿的狀態下將藉由分光測量部取得的電漿發光分光測量數據作為裝置數據並收集記錄於裝置數據收集記錄部。
進一步，本發明係在具備上述數據補正部的電漿處理狀態預測裝置中，處理室具備：石英製披覆物，覆蓋該處理室的內壁而設置；1對透過窗，設於對向位置；分光測量部，針對透過1對透過窗之中的一方透過窗之光進行分光測量；及外部光照射部，從1對透過窗之中的另一方透過窗向處理室內部發射外部光；在處理室的內部裝配有初期的石英製披覆物的狀態下進行試樣的電漿處理並藉由分光測量部對電漿處理中的電漿發光進行分光測量來獲得基於分光測量數據的電漿發光分光測量數據(一)，取代初期的石英披覆物改用與初期的石英披覆物為不同厚度且較薄的複數個石英製披覆物，藉由分光測量部針對各個厚度的石英製披覆物的每一個對試樣的電漿處理中的電漿發光進行分光測量而取得基於分光測量數據的電漿發光分光測量數據(二)，將該電漿發光分光測量數據(一)及電漿發光分光測量數據(二)作為裝置實體環境數據並收集記錄於實體環境測量數據收集記錄部，在處理室的內部裝配有規定的石英製披覆物的狀態下在處理室的內部生成電漿依序更換試樣而進行試樣的電漿處理時在每一次電漿處理藉由分光測量部進行分光測量並取得電漿發光分光測量數據，將該取得的電漿發光分光測量數據作為裝置數據並收集記錄於裝置數據收集記錄部。
進一步，本發明係在具備上述數據補正部的電漿處理狀態預測裝置中，電漿處理裝置具備：基板電極，配置於處理室的內部；高頻電源，從處理室的外部對基板電極施加高頻電力；電壓/電流探針，在高頻電源與基板電極之間針對從高頻電源施加於基板電極的高頻電力的高頻電流值或電壓值進行測定；及阻抗運算部，從電壓/電流探針測定高頻電流值或電壓值而得的測定值算出電漿阻抗；在處理室的內部裝配有初期的石英製披覆物的狀態下在處理室的內部生成電漿對載置於基板電極的試樣進行電漿處理中針對從高頻電源施加於基板電極的高頻電力的高頻電流值或電壓值藉由電壓/電流探針進行測定而獲得測定值，藉由阻抗運算部從該獲得的測定值算出電漿阻抗(一)；取代初期的石英披覆物改用與初期的石英披覆物為不同的厚度且較薄的複數個石英製披覆物，在各別厚度的每一個石英製披覆物對試樣的電漿處理中針對從高頻電源施加於基板電極的高頻電力的高頻電流值或電壓值藉由電壓/電流探針進行測定獲得測定值，藉由阻抗運算部從該獲得的測定值算出電漿阻抗(二)，將該電漿阻抗(一)及電漿阻抗(二)作為裝置實體環境數據並收集記錄於實體環境測量數據收集記錄部，在處理室的內部裝配有規定的石英製披覆物的狀態下在處理室的內部生成電漿進行試樣之電漿處理中針對從高頻電源施加於基板電極的高頻電力的高頻電流值或電壓值藉由電壓/電流探針進行測定獲得測定值，藉由阻抗運算部從該獲得的測定值算出電漿阻抗(三)，將該電漿阻抗(三)作為裝置數據並收集記錄於裝置數據收集記錄部。以下依據圖面說明本發明實施例。 [實施例]
使用圖1至圖6說明本發明實施例的電漿處理狀態預測裝置。 首先，使用圖1說明本發明的電漿處理裝置之除去一部分構成即狀態預測裝置600以外的構成亦即電漿蝕刻裝置的一例。圖1係說明本實施例的電漿蝕刻裝置100的一例亦即微波ECR(Electron Cyclotron Resonance)電漿蝕刻裝置的構成的縱剖面圖，以模式示出設置於處理室101的內部的基板電極109、設置於形成處理室101的真空容器的外部之電場的供給裝置(磁控管106)、磁場的供給裝置(螺線管線圈105)、以及高頻電源112及控制裝置200。該等以外的機器、裝置，具有本實施例的技術領域的通常知識者，在不損及本實施例的發明的作用、效果範圍內，可以依據要求的性能或規格進行配置或削除。
圖1所示電漿蝕刻裝置100中，在具有上部為開放的圓筒形狀的處理室101的上方設置有，由具有用於導入反應性氣體的複數個開口部1021的導體形成的圓板形狀的噴淋板102與介電質窗103(石英製等)，處理室101的內部藉由該介電質窗103被被氣密密封。反應性氣體，藉由氣體供給裝置104控制流量，透過噴淋板102供給至處理室101。在處理室101的外周及上方配置有在處理室101內部形成磁場的螺線管線圈105，藉由螺線管線圈105的電流對形成於處理室101內的磁場進行控制。
又，在處理室101上部的開放部設置有產生電磁波的磁控管106與傳送電磁波的導波管107(或天線)，透過開口部1014連結於介電質窗103的上方之圓筒形狀的空間1013。本實施例中使用的電磁波係基於磁控管106的2.45GHz的微波，但可以依據效果･作用，而不特別限定。
藉由形成於介電質窗103的上部的圓筒形狀的空間1013，以及由導體形成的圓板形狀的噴淋板102與介電質窗103所間隔出的處理室101內部的空間1012來形成空腔共振器。由空間1013與介電質窗103及空間1012構成的空腔共振器的內部，係形成為從開口部1014導入的微波滿足共振條件的空間。
在處理室101的下部通過真空排氣管108連接有真空排氣泵(省略圖示)，被介電質窗103間隔出的處理室101內部的真空排氣成為可能。又，以與處理室101上部的噴淋板102呈對向的方式設置在處理室101下部之基板電極(試樣台)109，其上面被介電質膜(省略圖示)被覆。
試樣(晶圓)110係藉由機器手臂等(省略圖示)搬送裝置被搬送至處理室101內部。接著，被載置於基板電極109上，藉由從直流電源111對被覆基板電極109的上面之未圖示之介電質膜的內部所形成的電極(省略圖示)施加直流電壓，據此，而被靜電吸附於被覆基板電極109的上面之介電質膜。高頻電源112係透過高頻整合器113將高頻電力施加於基板電極109。在處理室101的中段設置有與地面連接的接地114，經由高頻電源112施加於基板電極109上的高頻電流，係透過電漿流入接地114。
處理室101具有被石英窗201-A填埋的貫穿孔，在外側設置有外部光源202。在處理室101的設置有石英窗201-A的貫穿孔的對角亦具有同樣的貫穿孔，被石英窗201-B填埋。外部光源202發射的外部光係透過石英窗201-A入射至處理室101的內部，其之一部分透過設於對向側的石英窗201-B而被分光測量器203測量。分光測量器203，除了外部光源202發射的外部光以外，亦可以對處理室101的內部產生的電漿之電漿發光進行分光測量。
在高頻電源112與基板電極109之間連接有可以測定高頻電流值或電壓值的電壓/電流探針(V/I探針)301，連接有控制裝置200的內部的從測定值算出電漿阻抗的阻抗運算部302。
氣體供給裝置104、螺線管線圈105、磁控管106、高頻電源112、外部光源202、及分光測量器203係與控制裝置200連接。
上述電漿蝕刻裝置100中的蝕刻處理係按以下的流程開始。首先，作動被控制裝置200控制的未圖示之真空排氣泵對處理室101的內部實施真空排氣。在處理室101的內部到達規定的真空度(壓力)之階段，通過控制裝置200作動氣體供給裝置104，從氣體供給裝置104將製程氣體導入處理室101內，處理室101的內部被控制為所要的壓力。
於該狀態下藉由控制裝置200控制磁控管106，在處理室101內部在噴淋板102與載置於基板電極109的晶圓110之間的空間，產生相對於磁控管106供給的電磁波(微波)滿足ECR條件之強度的磁場。
接著，藉由控制裝置200控制磁控管106從磁控管106產生電磁波(微波)。從磁控管106振盪出的微波，在導波管107內部傳導並從開口部1014被導入至，由形成於介電質窗103的上部的圓筒形狀的空間1013、與由導體形成的圓板形狀的噴淋板102與介電質窗103間隔出的處理室101內部的空間1012所形成的空腔共振器的內部。由空間1013與介電質窗103及空間1012構成的空腔共振器的內部之空間，係形成為從開口部1014被導入的微波滿足共振的條件。
在空腔共振器的內部共振並放大的微波，從形成於噴淋板102的複數個開口部1021傳導至處理室101的內部，在處理室101的內部所形成的磁場中，激發從氣體供給裝置104供給至處理室101的內部之處理用的製程氣體，藉由電子回旋共振(ECR)產生密度較高的電漿。
另一方面，藉由被控制裝置200控制的高頻電源112將高頻電力施加於基板電極109，從處理室101的內部所產生的處理用的製程氣體的電漿將離子引入至載置於基板電極109上的晶圓110上面，而對晶圓110的表面實施蝕刻處理。
本發明不限定於上述實施例，包含各樣的變形例。例如，上述本實施例中特別對ECR電漿裝置的實施例進行說明，但本發明使用其他的電漿生成裝置或方法例如感應耦合型電漿(ICP)、電容耦合型電漿(CCP)亦可以獲得同樣的效果。又，上述實施例係為了容易理解本發明而詳細說明者，但未必需要限定於具備說明的全部構成者。又，可以對本實施例的構成的一部分進行追加･削除･置換。
圖2係表示本發明實施例的電漿處理裝置500的構成者。本實施例的電漿處理裝置500係由圖1中已說明其構成的對晶圓110進行處理的電漿蝕刻裝置100、及從電漿蝕刻裝置100運轉中獲得的資訊對電漿蝕刻裝置100的狀態進行預測之狀態預測裝置600構成。
狀態預測裝置600具備數據收集記錄部610、數據補正部620、裝置狀態預測計算部630、及判斷･控制部640。
數據收集記錄部610具備：對電漿蝕刻裝置100的裝置實體環境數據進行收集記錄的實體環境測量數據收集記錄部611；及對裝置數據進行收集記錄的裝置數據收集記錄部612。
數據補正部620具備：前處理部621，對數據收集記錄部610的實體環境測量數據收集記錄部611所收集記錄的裝置實體環境數據及裝置數據收集記錄部612所收集記錄的裝置數據進行前處理；實體環境變化成分抽出部622，從被前處理部621進行前處理完畢的電漿蝕刻裝置100的裝置實體環境數據群將實體環境變化成分抽出；及實體環境變化成分除去部623，使用被實體環境變化成分抽出部622抽出的實體環境變化成分的資訊將被前處理部621進行前處理完畢的電漿蝕刻裝置100的裝置數據中的實體環境變化成分除去。
運算部之裝置狀態預測計算部630係具備：模型作成及臨界值算出部631，使用已被數據補正部620的實體環境變化成分除去部623除去電漿蝕刻裝置100的裝置數據中的實體環境變化成分之後的補正後的數據群，進行為了預測電漿蝕刻裝置100之狀態的模型的作成及臨界值的算出；及可靠性指標算出部632，使用已被數據補正部620的實體環境變化成分除去部623除去電漿蝕刻裝置100的裝置數據中的實體環境變化成分之後的補正後的數據群以及模型作成及臨界值算出部631所算出的臨界值來算出電漿蝕刻裝置100的可靠性指標。
判斷･控制部640具備：輸出部641，其使用裝置狀態預測計算部630的模型作成及臨界值算出部631所算出的臨界值以及可靠性指標算出部632所算出的電漿蝕刻裝置100的可靠性指標，判斷電漿蝕刻裝置100的狀態，並依據結果將事先決定的進行裝置控制的信號進行輸出。
圖3所示流程圖係本實施例的原理之說明圖，係表示電漿處理裝置500的狀態預測裝置600中的數據補正部620所執行的實體環境變化成分除去順序。圖3所示對本實施例的原理進行說明的順序，係表示使用主成分分析時，從裝置實體環境數據群抽出實體環境變化成分，而將裝置數據中的實體環境變化成分除去的計算順序。
首先，作為第一工程，係將實體環境測量數據收集記錄部611所收集記錄的裝置實體環境數據使用作為在前處理部621進行前處理的數據，在實體環境變化成分抽出部622中進行裝置實體環境數據的主成分分析，並構築主成分空間(S3001)。
接著，作為第二工程，於實體環境變化成分抽出部622中，將已被前處理部621進行前處理後的裝置數據投影到S3001中經由裝置實體環境數據的主成分分析而構築的主成分空間(S3002)。
作為第三工程，於實體環境變化成分除去部623中，針對收集記錄部612所收集記錄的裝置數據，使用在前處理部621已進行了前處理的數據，從S3002中被投影到主成分空間的裝置數據對主成分空間中的第一主成分(或上位複數個主成分)乘上係數0(S3003)。
作為第四工程，於實體環境變化成分除去部623中將裝置數據再度轉換為原始的數據空間(S3004)。
數據收集記錄部610的裝置數據收集記錄部612所收集記錄的電漿蝕刻裝置100的裝置數據，係電漿蝕刻裝置100運轉中獲得的任意點的電氣信號數據，或者電漿處理中由分光測量器203測量獲得的電漿發光分光測量數據。
本實施例中，對將電漿發光分光測量數據作為裝置數據之一例進行說明。但是裝置數據收集記錄部612收集記錄的裝置數據與實體環境測量數據收集記錄部611收集記錄的裝置實體環境數據的數據種類必須要相同，因此裝置數據收集記錄部612收集記錄的裝置數據設為經由分光測量器203檢測出的發光分光測量數據時，實體環境測量數據收集記錄部611收集記錄的裝置實體環境數據亦同樣成為經由分光測量器203檢測出的發光分光測量數據。
經由分光測量器203檢測出的發光分光測量數據，其測量值因為處理室101內的消耗零件的狀態變化而隨時間變化。例如，在用於將光導入設置於處理室101的外側之分光測量器203的石英窗201-B、或者覆蓋處理室101的內壁而設置的石英製披覆物115中，基於石英霧霾量或凹凸、膜厚之隨時間變化，導致經由分光測量器203檢測出的發光分光測量數據亦變化。
該等石英變化成分幾乎對電漿蝕刻結果不造成影響，因此進行高精度的裝置狀態預測時，需要從數據收集記錄部610所收集記錄的測量數據中排除(消除)。
因此，本實施例的電漿處理裝置500中，在圖3說明的藉由本實施例的原理進行說明的處理流程上，再加上藉由圖4所示的手法、或圖5所示變形例的手法將包含於裝置數據的石英表面狀態的隨時間變化成分進行除去。
圖4的流程圖所示本實施例的使用外部光的石英表面變化的測量與石英表面變化成分的除去順序中，首先，在電漿蝕刻裝置100未進行電漿處理的時間，亦即在處理室101的內部未產生電漿之狀態下，將從設置於處理室101外部之外部光源202所發射且透過石英窗201-A之外部光導入處理室101的內部，由分光測量器203接受透過石英窗201-B之光並進行分光測量，將該分光測量數據作為裝置的裝置實體環境數據並收集記錄於裝置的實體環境測量數據收集記錄部611(S4001)。作為外部光源202使用的光源，較好是持有與處理室101產生的電漿發光為同樣的(或類似的)光成分(波長成分)者，適合的電漿發光的波長為包含100nm至1000nm的光者。
之後，在遮斷外部光源202之狀態下，在處理室101的內部生成電漿對晶圓110進行電漿處理，由分光測量器203接受處理中的電漿發光之中透過石英窗201-B之光並進行分光測量，將該分光測量數據作為裝置數據並收集記錄於裝置數據收集記錄部612(S4002)。
重複執行該等步驟複數次，對複數個裝置實體環境數據與裝置數據進行測量。該等數據包含基於複數次的重複處理而產生的反應生成物的蓄積或溫度的變化、或者石英窗201-B或石英製披覆物115的膜厚或表面狀態的變化所引起的隨時間變化成分。
測量出的裝置實體環境數據與裝置數據分別收集記錄於數據收集記錄部610的實體環境測量數據收集記錄部611或裝置數據收集記錄部612進行保存。於數據收集記錄部610可以事前保存按(S4001)與(S4002)所示方法取得的裝置實體環境數據與裝置數據。此情況下，較好是將在設置有未產生膜厚變化或凹凸、霧霾等之表面狀態變化的石英窗201-A、201-B及石英製披覆物115的處理室101內，且從已知裝置狀態為健全的裝置開始處理而獲得的裝置實體環境數據與裝置數據進行保存。
又，保存有這樣的事前數據群之情況下，較好是從和已取得事前數據群的裝置狀態為相同(或類似)的裝置狀態開始進行(S4001)及(S4002)所示的數據收集記錄。
接著，藉由數據補正部620的前處理部621對保存於數據收集記錄部610的裝置實體環境數據與裝置數據進行前處理(S4003)。前處理部621中進行的前處理係指偏差值的除去或特徵量的抽出、標準化處理。
作為抽出的特徵量可以使用Standard Deviation或Mean、Variance、Kurtosis、Crest Factor、Skewness等的統計值或通過傅立葉轉換等獲得的頻率成分等。
標準化處理係指，以同種類的數據群的平均值减去各個數據點，通過數據群的標準偏差進行除法處理，藉由標準化可以以使數據群的平均值成為0、標準偏差成為1的方式來轉換各個數據點。又，對裝置實體環境數據與裝置數據應進行同種類･同數目的特徵量的抽出及同一手法的標準化處理。
之後，於實體環境變化成分抽出部622中，對已在S4003進行了前處理的裝置實體環境數據亦即外部光分光測量數據群進行主成分分析，並構築主成分空間(S4004：與圖3的S3001對應)。
通常，主成分分析係保持數據上分散大的方向的資訊之狀態下，可以減少數據的維度的無監督學習算法(Unsupervised learning algorithm)。稱為將主成分(Principal Component：PCs)設置在分散大的方向，依據該主成分再度構築數據，由此，可以避免資訊的丟失，並且可以低維度空間表現存在於高維度空間的數據。
代數學上，方陣(square matrix)的特徵向量意味著，在公式(數3)所示線性轉換中，方向被維持的向量。
由主成分分析結果獲得的第一主成分(或上位複數個主成分)，係收集記錄於裝置的實體環境測量數據收集記錄部611的外部光測量數據的隨時間變化成分，外部光的測量數據的隨時間變化主要因石英的表面狀態的變化而產生，因此第一主成分(或上位複數個主成分)成為伴隨著石英表面狀態變化的隨時間變化成分。
接著，於實體環境變化成分抽出部622中，將被裝置數據收集記錄部612收集記錄且已在前處理部621實施前處理的裝置數據亦即電漿分光測量數據投影到上述主成分空間(S4005：與圖3的S3002對應)。進一步，於實體環境變化成分除去部623中，從電漿分光測量數據中對第一主成分(或上位複數個主成分)乘上係數0，將第一主成分(或上位複數個主成分)除去(S4006：與圖3的S3003對應)。接著，於實體環境變化成分除去部623中，將電漿分光測量數據再度轉換為原始的數據空間(S4007：與圖3的S3004對應)，將再度轉換後的電漿分光測量數據作為裝置狀態預測計算的輸入數據，於裝置狀態預測計算部630中進行運算(S4008：與圖3的S3005對應)。
藉由以上的順序，將裝置數據亦即電漿分光測量數據捕正成為，石英的變化成分被消除，僅包含基於監控對象亦即反應生成物的蓄積等而產生的隨時間變化成分的數據。該等一連串的順序，在以後進行試樣的電漿處理的每一次被實施。由此，可以從每一次試樣處理獲得的裝置數據中將伴隨著石英狀態的隨時間變化而產生的變化成分予以除去，可以執行預測裝置狀態之運算。
作為圖4說明的石英表面變化的測量與石英表面變化成分的除去順序的變形例，將變化S4001的外部分光測量數據取得步驟之例作為本發明實施例的變形，並使用圖5進行說明。
圖5所示流程圖示出本發明實施例的使用外部光(或稀有氣體放電)之石英表面變化的測量與石英表面變化成分的除去順序的第2變形例。
首先，準備複數個石英製的消耗程度不同的石英窗201-A、201-B(或石英製披覆物115)，將其中的一個安裝於電漿蝕刻裝置100(S5001)。於該電漿蝕刻裝置100中，在未實施電漿處理時(處理室101的內部未產生電漿之狀態)，針對從外部光源202發射並透過石英窗201-A通過處理室101內部之外部光之中，透過石英窗201-B之外部光藉由分光測量器203進行分光測量。將獲得的分光測量數據作為參照數據儲存於數據收集記錄部610的裝置的實體環境測量數據收集記錄部611(S5002：與圖4的S4001對應)。
將已準備好的複數個石英製的消耗程度不同的石英窗201-A、201-B(或石英製披覆物115)更換安裝於電漿蝕刻裝置100並且重複執行該S5001與S5002，將獲得的分光測量數據作為參照數據儲存於裝置的實體環境測量數據收集記錄部611。
接著，針對經重複執行S5001與S5002而已儲存於實體環境測量數據收集記錄部611之參照數據的數據群，於數據補正部620的前處理部621進行前處理(S5003：與圖4的S4003對應)。S5003所執行的前處理手法係和S4003說明的前處理同樣。
針對在S5003已實施前處理的參照數據，於實體環境變化成分抽出部622中進行主成分分析，並構築主成分空間(S5004：與圖3的S3001、圖4的S4004對應)。通過主成分分析而獲得的主成分及其係數，係作為主成分數據並儲存於實體環境變化成分抽出部622內的主成分數據儲存部(未圖示)。
接著，藉由控制裝置200對電漿蝕刻裝置100進行控制於處理室101的內部生成電漿進行試樣的電漿處理，在進行該處理的當中使處理室101的內部產生的電漿的發光透過石英窗201-B並由分光測量器203進行測量來取得電漿發光分光測量數據並作為裝置數據，將其保存於裝置數據收集記錄部612(S5101：與圖4的S4002對應)。
在裝置數據收集記錄部612可以保存按事前(S5101)預定的所示方法取得的裝置數據。該情況下，較好是儲存有在設置有未產生膜厚變化或凹凸、霧霾等的表面狀態變化的石英窗201-A、201-B及石英製披覆物115的處理室內，且從已知裝置狀態為健全的裝置開始處理而獲得的裝置數據。又，儲存有這樣的事前數據群時，較好是從與已取得事前數據群的裝置狀態為相同的(或類似的)裝置狀態，開始(S5101)所示的裝置數據的收集記錄。
之後，於前處理部621和S5003說明的前處理同樣地進行前處理(S5102：與圖4的S4003對應)。於實體環境變化成分抽出部622中使用儲存於主成分數據儲存部之主成分數據，將裝置數據亦即電漿分光測量數據投影到主成分空間(S5103：與圖3的S3002、圖4的S4005對應)，於實體環境變化成分除去部623中從投影到主成分空間的電漿分光測量數據中對第一主成分(或上位複數個主成分)乘上係數0，將第一主成分(或上位複數個主成分)除去(S5104：與圖4的S4006對應)。
最後，於實體環境變化成分除去部623中將電漿分光測量數據再度轉換為原始的數據空間(S5105：與圖4的S4007對應)，以再度轉換後的電漿分光測量數據作為裝置狀態預測計算部630的輸入數據，在裝置狀態預測計算部630中進行對裝置狀態預測之運算(S5106：與圖4的S4008對應)。
該等一連串的順序，之後在電漿蝕刻裝置100中進行試樣的電漿處理的每一次被重複實施。據此，從試樣處理的每一次獲得的電漿蝕刻裝置100的裝置數據可以將伴隨石英窗201-B的石英狀態(電漿光的透過率)的隨時間變化而致之變化成分除去，可以執行對電漿蝕刻裝置100的裝置狀態進行預測之運算。
本實施例中說明，針對電漿發光測量數據之中，將以覆蓋電漿蝕刻裝置100的內壁的方式而設置的石英製披覆物115或為了導入分光測量之光而設置的石英窗201-A、201-B中的石英霧霾量變化或膜厚的變化、凹凸(粗度)的變化所引起的發光強度變化成分進行除去之例，但針對電漿阻抗測量數據之中，將形成在已接地的裝置內壁部之絕緣膜層的膜厚變化所引起的電漿阻抗變化成分進行除去時亦可以適用同樣的手法。此時，將上述外部光測量及電漿分光測量替換為電漿阻抗測量即可。
在電漿阻抗測量中，除了上述石英窗201-A、201-B及上述石英製披覆物115的厚度的隨時間變化成分以外，亦可以將基板電極109上或接地114上所形成的絕緣層的膜厚的隨時間變化成分設為除去對象。
圖6係示出本發明實施例的裝置狀態預測計算順序者，相當於圖4說明的本實施例中的處理流程的S4007，或者圖5說明的變形例中的處理流程的S5105的詳細內容。裝置狀態預測計算順序，係接受來自裝置狀態預測計算部630的數據，於裝置狀態預測計算部630中執行。
首先，在裝置狀態預測計算部630的實體環境變化成分除去部623中以經由S4008或S5106再度轉換後的裝置數據作為輸入數據，於模型作成及臨界值算出部631中分割出成為基準的模型作成用的數據群及待進行狀態預測的裝置數據(S6001)。本實施例中，成為基準的模型作成用的數據群意味著，作為健全的裝置狀態且在已知的期間被收集的數據群，本實施例中使用在裝置的初期狀態所收集記錄的數據群。
接著，於模型作成及臨界值算出部631進行模型的作成與臨界值的算出(S6002)。最後，於可靠性指標算出部632中算出，與從裝置狀態預測計算部630的實體環境變化成分除去部623輸入的待進行狀態預測之裝置數據中已被模型作成及臨界值算出部631作成的模型之間之解離量(S6003)。
模型作成及臨界值算出部631中的模型的作成或臨界值的算出以及可靠性指標算出部632中的可靠性指標值的算出，係使用機械學習算法(algorithm)。例如可以適用Kevin P. Murphy著作的Machine leaning中收集記錄的通常既知的各種機械學習算法。本實施例中，針對應用了多變量分析(multivariate analysis)的一種主成分分析之T-squared statistics及Q statistics之情況進行說明。
在圖4所示順序的S4007、或者圖5所示順序的S5105，於實體環境變化成分除去部623中從裝置數據中將裝置實體環境的隨時間變化成分除去之後，依據使用圖6說明的順序，於S6001分割成為模型作成用的數據群與待進行狀態預測之裝置數據之後，對模型作成用的數據群進行主成分分析。之後，將學習數據與評價數據再度構築於主成分空間，於S6002算出用於判斷異常的臨界值，於S6003對各個待進行狀態預測之裝置數據計算出表示裝置狀態的可靠性指標值。
如上述般，S6002中的臨界值的算出與S6003中的可靠性指標值的算出，係使用T-squared statistics與Q statistics。T-squared statistics中，變化量係基於F分布。定義如下，將臨界值設為除去信賴區間99%以外的拒絕區域1%，符合拒絕區域的待進行狀態預測之裝置數據被判定為異常。
臨界值的算出係使用公式(數5)。
S6002中的臨界值的算出後，藉由以下的公式(數6)算出S6003中的各個待進行狀態預測之裝置數據的可靠性指標值。
臨界值的算出係使用以下公式(數7)。
Q statistics表示如公式(數8)。
圖7表示使用將裝置實體環境數據的隨時間變化成分除去，補正後的裝置數據，藉由S6001至S6003的工程算出的本發明實施例的裝置狀態預測計算結果的一例，係表示相對於晶圓處理數的可靠性指標值的變動與臨界值之關係。可靠性指標值的變動與臨界值係使用T-squared算出。可知伴隨著裝置的連續運轉時間(晶圓處理數)之增加，可靠性指標值亦增加。如此般，藉由監控算出的可靠性指標值與臨界值的關係可以進行異常判斷檢測。
實際的運用時，例如當可靠性指標算出部632所算出的可靠性指標值連續超出模型作成及臨界值算出部631所算出的臨界值時，可以從判斷･控制部640的輸出部641將停止電漿蝕刻裝置100的裝置控制信號輸出至電漿蝕刻裝置100側，或者輸出催促維護等的警報信息信號，或者同時進行對電漿蝕刻裝置100側的裝置控制信號的輸出與警報信息信號的輸出等之事先制定成規則化的控制。
依據以上說明的本實施例，在對試樣進行處理的電漿處理裝置中，可以把握對電漿處理結果無影響卻對從裝置取得的數據給出大的影響的裝置實體環境變化的連續性的隨時間變化成分，可以僅將該變化成分從進行裝置狀態預測的計算中的輸入數據除去，可以提升裝置狀態的預測精度。
又，依據本實施例，在電漿處理裝置中，可以高精度檢測出對成為預測對象的電漿處理結果帶來影響的裝置異常，可以高精度預測需要維護的時間。
以上，依據實施例具體說明本發明人完成之發明，但本發明不限定於上述實施例，在不脫離其要旨之範圍內可以進行各種變更。例如，上述實施例係為了容易理解本發明而詳細說明者，但未必限定於需要具備說明的全部構成。又，針對各實施例的構成的一部分，可以進行其他構成的追加･削除･置換。
100‧‧‧電漿蝕刻裝置101‧‧‧處理室102‧‧‧噴淋板103‧‧‧介電質窗104‧‧‧氣體供給裝置105‧‧‧螺線管線圈106‧‧‧磁控管107‧‧‧導波管108‧‧‧真空排氣管109‧‧‧基板電極(試樣台)110‧‧‧晶圓(試樣)111‧‧‧直流電源112‧‧‧高頻電源113‧‧‧高頻整合器114‧‧‧接地115‧‧‧石英製披覆物200‧‧‧控制裝置201-A，201-B‧‧‧石英窗202‧‧‧外部光源203‧‧‧分光測量器301‧‧‧電壓/電流探針(V/I探針)302‧‧‧阻抗運算部500‧‧‧電漿處理裝置600‧‧‧狀態預測裝置610‧‧‧數據收集記錄部620‧‧‧數據補正部630‧‧‧裝置狀態預測計算部640‧‧‧判斷･控制部
[圖1] 表示本發明實施例的電漿處理裝置的構成之縱剖面的方塊圖。 [圖2] 表示本發明實施例的電漿處理狀態預測裝置的整體構成的方塊圖。 [圖3] 表示本發明實施例的除去實體環境成分之順序的原理的流程圖。 [圖4] 表示本發明實施例的石英表面變化的測量與石英表面變化成分的除去順序的流程圖。 [圖5] 表示本發明實施例的石英表面變化的測量與石英表面變化成分的除去順序的變形例的流程圖。 [圖6] 表示本發明實施例的裝置狀態預測計算順序的流程圖。 [圖7] 表示本發明實施例的裝置狀態預測結果的一例的圖表。
100‧‧‧電漿蝕刻裝置
500‧‧‧電漿處理裝置
600‧‧‧狀態預測裝置
610‧‧‧數據收集記錄部
611‧‧‧實體環境測量數據收集記錄部
612‧‧‧裝置數據收集記錄部
620‧‧‧數據補正部
621‧‧‧前處理部
622‧‧‧境變化成分抽出部
623‧‧‧實體環境變化成分除去部
630‧‧‧裝置狀態預測計算部
631‧‧‧模型作成及臨界值算出部
632‧‧‧可靠性指標算出部
640‧‧‧判斷．控制部
641‧‧‧輸出部
Claims (15)
- 一種電漿處理裝置，係具備：處理室，對試樣進行電漿處理；及狀態預測裝置，對上述處理室的狀態進行預測；其特徵為：上述狀態預測裝置，係從電漿處理中監控出的第一數據中將上述處理室的實體環境的隨時間變化成分除去，並且以已除去上述處理室的實體環境的隨時間變化成分的上述第一數據作為輸入數據來進行預測上述處理室的狀態之運算，上述隨時間變化成分係從表示上述處理室的實體環境之第二數據中抽出。
- 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中上述狀態預測裝置，係通過使用上述第二數據的主成分分析來構築上述第二數據的主成分空間，藉由將上述第一數據投影到上述主成分空間並從已投影到上述主成分空間的上述第一數據中將第一主成分或複數個主成分除去使回復至原始的數據空間，據此，而從上述第一數據將上述隨時間變化成分除去。
- 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中上述第一數據包含電漿的發光數據，上述第二數據包含通過變化上述處理室的內部狀態而 取得的外部光的數據。
- 如申請專利範圍第3項之電漿處理裝置，其中變化上述處理室的內部狀態，係變化以覆蓋上述處理室的內壁的方式而配置的石英製披覆物的霧霾量、上述石英製披覆物的表面狀態或者上述石英製披覆物的厚度或使上述外部光透過的透過窗的霧霾量、上述透過窗的表面狀態或者上述透過窗的厚度。
- 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中上述第一數據包含：在上述試樣的電漿處理中，通過對載置上述試樣的試樣台施加的高頻電壓或流入上述試樣台的高頻電流而算出的電漿阻抗，上述第二數據包含：藉由變化以覆蓋上述處理室的內壁的方式而配置的石英製披覆物的厚度來獲取，且藉由上述高頻電壓或上述高頻電流算出的電漿阻抗。
- 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中上述狀態預測裝置，係使用PCA-T-squared或PCA-SPE來進行預測上述處理室的狀態之運算。
- 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中上述狀態預測裝置中，作為對上述第二數據進行主成分分析時的前處理，係進行從上述第二數據將偏差值除去 的處理。
- 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中上述狀態預測裝置中，作為對上述第二數據進行主成分分析時的前處理，係進行抽出上述第二數據的特徵量的處理。
- 如申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中上述狀態預測裝置，係抽出統計值作為上述第二數據的特徵量。
- 如申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中上述狀態預測裝置，係抽出頻率成分作為上述第二數據的特徵量。
- 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中上述狀態預測裝置，係使用機械學習的算法來作為從上述第二數據抽出上述實體環境的上述隨時間變化成分的手法。
- 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中上述狀態預測裝置，係使用非線性的算法來作為從上述第二數據抽出上述實體環境的上述隨時間變化成分的手法。
- 如申請專利範圍第7項之電漿處理裝置，其中上述狀態預測裝置中，係進行數據的標準化處理作為對上述第二數據進行主成分分析時的前處理。
- 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中上述狀態預測裝置，係按5Hz以上的取樣頻率之每一間隔取得上述第一數據及上述第二數據。
- 一種狀態預測裝置，係對進行試樣之電漿處理的處理室的狀態進行預測者，其特徵為：具備：運算部，係以上述處理室的實體環境的隨時間變化成分已被除去的由電漿處理中監控出的第一數據作為輸入數據來進行預測上述處理室的狀態之運算，上述隨時間變化成分係從表示上述處理室的實體環境之第二數據中抽出。
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