WO2016021355A1 - プラズマの安定性判定方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2016021355A1
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plasma
function
processing
stability
emission intensity
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遼 美山
直人 渡邊
紘一郎 中村
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東京エレクトロン株式会社
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    • H05H1/461—Microwave discharges
    • H05H1/463—Microwave discharges using antennas or applicators

Definitions

  • the present invention relates to a plasma stability determination method and a plasma processing apparatus in a plasma processing apparatus that processes a target object by converting a processing gas supplied into a processing container into plasma.
  • a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) as an object to be processed is subjected to a film forming process or an etching process using a plasma processing apparatus.
  • a gas is introduced into a reduced pressure processing container in which a wafer is accommodated, and the plasma processing of the wafer is performed by plasma of the gas.
  • abnormal discharge such as arc discharge may occur due to various factors, or reaction products adhering to components in the processing container may be peeled off to generate particles. These can all cause wafer defects.
  • Patent Document 1 proposes a method of diagnosing the state of the plasma processing apparatus by monitoring a predetermined parameter during execution of the plasma processing in the plasma processing apparatus.
  • plasma processing is performed on a dummy wafer for inspection using a state diagnosis recipe, and predetermined parameters are acquired. Then, the acquired parameter is compared with a parameter acquired in advance in a state where there is no abnormality in the plasma processing apparatus, thereby diagnosing whether or not the apparatus is abnormal.
  • Patent Document 1 when an abnormality cannot be detected by the method of Patent Document 1, plasma processing is continued in a state where plasma stability is lacking, and a large number of defective wafers exist until an abnormality is discovered in a subsequent defect inspection process. There is a risk of being produced. Therefore, a new method for determining the stability of plasma in a plasma processing apparatus is required.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to appropriately determine the stability of plasma in a plasma processing apparatus.
  • the present invention provides a method for determining the stability of plasma in a plasma processing apparatus for plasma processing by converting a processing gas supplied into a processing container into plasma. While the plasma is generated, the emission intensity of the plasma in the processing container is detected, and a first function representing a relationship between time and the emission intensity is generated from the detection result of the emission intensity, and the first function A function is differentiated with respect to time, a differential value is calculated, a second function is generated from the relationship between the absolute value of the differential value and time, the second function is integrated with time, and an integral value is calculated. Based on the calculated integration value, the stability of the plasma is determined.
  • the first function generated based on the detection result of the emission intensity is time-differentiated, and the second function is generated based on the absolute value of the differential value.
  • the second function indicates the degree of variation in emission intensity, and the integral value of this second function indicates the total amount of variation in emission intensity. Therefore, for example, when the integral value of the second function exceeds a predetermined threshold value set in advance, it is determined that the plasma is not stable, and when it is equal to or less than the threshold value, the stability is obtained. be able to.
  • a plasma processing apparatus for performing plasma processing by converting a processing gas supplied into a processing container into a plasma, a processing gas supply unit for supplying the processing gas into the processing container, and the processing container
  • a first function generation unit that generates a first function that represents a relationship of intensity, a differential value is calculated by time differentiation of the first function, and a second value is calculated from the relationship between the absolute value of the differential value and time.
  • a second function generation unit that generates a function of the above, a stability determination unit that integrates the second function with time to calculate an integral value, and determines the stability of the plasma based on the calculated integral value And having.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an outline of a configuration of a plasma processing apparatus 1 according to the present embodiment.
  • the plasma stability in the plasma processing apparatus 1 is increased.
  • the case of determination will be described as an example. Further, in the present specification and the drawings, the same reference numerals are given to constituent elements having substantially the same functional configuration, and redundant description is omitted.
  • the plasma processing apparatus 1 includes a processing container 2 that keeps the inside airtight, a radial line slot antenna 3 that supplies a microwave for plasma generation into the processing container 2, a control unit that executes a plasma stability determination method, and the like. 4.
  • the processing container 2 has a substantially cylindrical main body 2a whose upper surface is open and a substantially disc-shaped lid 2b that hermetically closes the opening of the main body 2a.
  • the main body 2a and the lid 2b are made of a metal such as aluminum, for example.
  • the main body 2a is grounded by a ground wire (not shown).
  • a susceptor 10 on which the wafer W is placed is provided on the bottom surface of the main body 2a of the processing container 2.
  • the susceptor 10 has a disk shape, for example, and is made of a metal such as aluminum.
  • a high frequency power supply 12 for bias is connected to the susceptor 10 via a matching unit 11.
  • the high frequency power source 12 outputs a certain frequency suitable for controlling the energy of ions drawn into the wafer W, for example, a high frequency of 13.56 MHz.
  • the susceptor 10 is provided with an electrostatic chuck for electrostatically attracting the wafer W, and the wafer W can be electrostatically attracted onto the susceptor 10.
  • a heater 13 is provided inside the susceptor 10 to heat the wafer W to a predetermined temperature.
  • lift pins (not shown) are provided below the susceptor 10.
  • the elevating pin is inserted through a through hole (not shown) formed in the susceptor 10 and can protrude from the upper surface of the susceptor 10.
  • An annular focus ring 14 is provided on the upper surface of the susceptor 10 so as to surround the wafer W.
  • an insulating material such as ceramics or quartz is used.
  • the plasma generated in the processing container 2 converges on the wafer W by the action of the focus ring 14, thereby improving the uniformity of plasma processing in the wafer W surface.
  • the exhaust chamber 20 is formed at the bottom of the main body 2a of the processing container 2 so as to protrude to the side of the main body 2a, for example.
  • An exhaust mechanism 21 that exhausts the inside of the processing container 2 is connected to the bottom surface of the exhaust chamber 20 via an exhaust pipe 22.
  • the exhaust pipe 22 is provided with an adjustment valve 23 that adjusts the amount of exhaust by the exhaust mechanism 21.
  • an annular baffle plate 24 for exhausting the inside of the processing vessel 2 uniformly is provided along the outer surface of the susceptor 10 and the inner surface of the main body 2a.
  • an opening (not shown) penetrating the baffle plate 24 in the thickness direction is formed over the entire circumference.
  • An opening 2 c is formed on the side surface of the main body 2 a of the processing container 2 and above the baffle plate 24.
  • the opening 2 c is provided with an observation window 25 for observing the inside of the processing container 2, and the observation window 25 is provided with a light emission detection mechanism 26 for detecting the emission intensity of plasma in the processing container 2.
  • a light emission detection mechanism 26 for detecting the emission intensity of plasma in the processing container 2.
  • the luminescence detection mechanism 26 for example, an emission spectroscopy analyzer (OES: Optical Emisson Spectrometer) is used.
  • OES Optical Emisson Spectrometer
  • a loading / unloading port (not shown) for loading / unloading the wafer W to / from the outside, and a gate valve (not shown) for closing the loading / unloading port in an airtight manner. ) Is formed.
  • the radial opening slot antenna 3 (radial line slot antenna) which supplies the microwave for plasma generation in the processing container 2 is provided in the ceiling surface opening part of the processing container 2.
  • the radial line slot antenna 3 includes a microwave transmission plate 31, a slot plate 32, and a slow wave plate 33.
  • the microwave transmission plate 31, the slot plate 32, and the slow wave plate 33 are stacked in this order from the bottom, and are provided in the opening of the main body 2a of the processing container 2.
  • the upper surface of the slow wave plate 33 is covered with the lid 2b.
  • the microwave transmitting plate 31 and the main body 2a are kept airtight by a sealing material (not shown) such as an O-ring.
  • the microwave transmitting plate 31 is made of a dielectric material such as quartz, Al 2 O 3 , AlN, or the like, and the microwave transmitting plate 31 transmits microwaves.
  • a plurality of slots are formed in the slot plate 32 provided on the upper surface of the microwave transmission plate 31, and the slot plate 32 functions as an antenna.
  • the slot plate 32 is made of a conductive material such as copper, aluminum, nickel or the like.
  • the slow wave plate 33 provided on the upper surface of the slot plate 32 is made of a low-loss dielectric material such as quartz, Al 2 O 3 , AlN or the like, and shortens the wavelength of the microwave.
  • the lid body 2b covering the upper surface of the slow wave plate 33 is provided with a plurality of annular flow passages 34 for circulating a cooling medium, for example.
  • the lid 2b, the microwave transmission plate 31, the slot plate 32, and the slow wave plate 33 are adjusted to a predetermined temperature by the cooling medium flowing through the flow path.
  • a coaxial waveguide 40 is connected to the center of the lid 2b.
  • a microwave generation source 43 is connected to the upper end portion of the coaxial waveguide 40 via a rectangular waveguide 41 and a mode converter 42.
  • the microwave generation source 43 is installed outside the processing container 2 and can generate a microwave of 2.45 GHz, for example.
  • the coaxial waveguide 40 has an inner conductor 44 and an outer tube 45.
  • the inner conductor 44 is connected to the slot plate 32.
  • the slot plate 32 side of the inner conductor 44 is formed in a conical shape so that microwaves can be efficiently propagated to the slot plate 32.
  • the microwave generated from the microwave generation source 43 sequentially propagates through the rectangular waveguide 41, the mode converter 42, and the coaxial waveguide 40, and is compressed by the slow wave plate 33 to be shortened in wavelength. . Then, a circularly polarized microwave is transmitted from the slot plate 32 through the microwave transmission plate 31 and irradiated into the processing container 2. The processing gas is converted into plasma in the processing chamber 2 by the microwave, and the plasma processing of the wafer W is performed by the plasma.
  • the radial line slot antenna 3, the coaxial waveguide 40, the rectangular waveguide 41, the mode converter 42, and the microwave generation source 43 constitute a plasma generation unit in the present invention.
  • a first processing gas supply pipe 50 is provided at the center of the ceiling surface of the processing container 2, that is, at the center of the radial line slot antenna 3.
  • the first processing gas supply pipe 50 penetrates the radial line slot antenna 3 in the vertical direction, and one end portion of the first processing gas supply pipe 50 is opened on the lower surface of the microwave transmission plate 31. Further, the first processing gas supply pipe 50 penetrates the inside of the inner conductor 44 of the coaxial waveguide 40 and further passes through the mode converter 42. The other end of the first process gas supply pipe 50 is connected to a first process gas supply source 51.
  • the first processing gas supply source 51 is configured so that, for example, O 2 gas and CF 4 gas can be individually supplied as processing gases.
  • this processing gas may be referred to as a “first processing gas”.
  • the first processing gas supply pipe 50 is provided with a supply device group 52 including a valve for controlling the flow of the first processing gas, a flow rate adjusting unit, and the like.
  • the first processing gas supplied from the first processing gas supply source 51 is supplied into the processing container 2 via the first processing gas supply pipe 50 and is directed toward the wafer W placed on the susceptor 10. Flows vertically downward.
  • a second processing gas supply pipe 60 is provided on the inner peripheral surface of the upper portion of the processing container 2.
  • a plurality of second processing gas supply pipes 60 are provided at equal intervals along the inner peripheral surface of the processing container 2.
  • a second processing gas supply source 61 is connected to the second processing gas supply pipe 60. Inside the second processing gas supply source 61, for example, O 2 gas and CF 4 gas can be individually supplied as processing gases. In the following, this processing gas may be referred to as a “second processing gas”.
  • the second processing gas supply pipe 60 is provided with a supply device group 62 including a valve for controlling the flow of the second processing gas, a flow rate adjusting unit, and the like.
  • the second processing gas supplied from the second processing gas supply source 61 is supplied into the processing container 2 via the second processing gas supply pipe 60, and the outer peripheral portion of the wafer W placed on the susceptor 10. It flows toward.
  • the first processing gas from the first processing gas supply pipe 50 is supplied toward the center of the wafer W
  • the second processing gas from the second processing gas supply pipe 60 is supplied to the wafer W. Supplied toward the outer periphery.
  • processing gas supplied from the first processing gas supply pipe 50 and the second processing gas supply pipe 60 into the processing container 2 may be the same type of gas or a different type of gas. Each can be supplied at an independent flow rate or at an arbitrary flow rate ratio.
  • FIGS. A graph can be obtained. 2 to 4, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents emission intensity.
  • FIG. 2 shows an example in which the fluctuation of the emission intensity is not large in both amplitude and frequency (cycle).
  • the plasma processing having the light emission intensity distribution as shown in FIG. 2 it is confirmed that the processing is appropriately performed on the wafer W, and that there is no abnormality in the wafer W in the subsequent defect inspection process. It shall be.
  • the emission intensity distribution as shown in FIG. 2 is provided, the plasma in the processing container 2 is stable, and as a result, stable plasma processing is performed.
  • FIG. 3 shows an example in which the fluctuation range of the emission intensity is similar to that in FIG. 2, but the amplitude fluctuation range is very large.
  • FIG. 4 shows an example in which the emission intensity fluctuation period is similar or slightly larger than that in FIGS. 3 and 2, but the amplitude fluctuation range is smaller than that in FIG. 3 and larger than that in FIG. .
  • the method disclosed in Patent Document 1 when determining the suitability of plasma processing, for example, the method disclosed in Patent Document 1 is used. That is, when the light emission intensity of plasma-derived light detected by the light emission detection mechanism 26 is compared with a predetermined reference value, for example, FIG. Although the abnormality can be detected when the emission intensity as shown is obtained, the abnormality may not be detected with the emission intensity as shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 3, for example, the reference value (broken line Q in FIG. 3) is set to “30000”, and the minimum value of plasma emission intensity (point P in FIG. 3) is the reference value. If it is clearly below, a plasma abnormality in the plasma treatment can be easily detected.
  • the operator confirms the waveform of the light emission intensity detected by the light emission detection mechanism 26 every time the wafer W is processed or every predetermined number of processes, or determines an abnormality. It is also conceivable to set a high reference value. However, confirmation by the operator places a heavy burden on the operator. Even if the operator confirms the emission intensity, it is abnormal if the intensity distribution as shown in FIG. 4 is present, that is, if the minimum value of the emission intensity is not below the reference value. Such a determination is difficult, and it is conceivable that the determination result varies greatly depending on the skill level of the operator. Also, if the reference value is set high, it is not preferable because there is a high possibility that it is determined to be abnormal even if it is not abnormal.
  • the present inventors diligently studied a method for determining the stability of plasma in the plasma processing apparatus 1, for example, quantifying the degree of change in emission intensity, in other words, quantifying the stability of emission intensity. Therefore, we thought that the stability of the plasma could be judged based on the quantified information. Then, the method for quantifying the stability of the emission intensity is further examined. For example, the relationship between the emission intensity and time as shown in FIGS. 2 to 4 is time-differentiated, and the absolute value of the differential value is obtained. We came up with the idea that the frequency and magnitude of fluctuations in emission intensity could be quantified.
  • the relationship between the light emission intensity and time is differentiated with respect to time, and the absolute value of the differential value is further obtained.
  • a waveform graph as shown in FIG. 5 is obtained.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the time differential value of the emission intensity.
  • the area surrounded by the graph shown in FIG. 5 and the horizontal axis can be obtained as a numerical value (integrated value) as shown in FIG.
  • a test is performed in advance, and the emission intensity is detected for each of the cases where the plasma processing is performed without any abnormality and when some abnormality occurs, and the integral values as shown in FIG.
  • a predetermined threshold value is set based on the obtained integrated value, and the plasma emission intensity at the time of plasma processing is evaluated based on the threshold value, it is caused by the stability of the plasma that cannot be detected by the method of Patent Document 1.
  • An abnormality to be detected can be detected.
  • control unit 4 that determines the stability of the plasma based on this principle will be described.
  • the control unit 4 includes an input unit 70 that inputs a detection result of the light emission intensity by the light emission detection mechanism 26, and a first function that represents the relationship between time and the light emission intensity from the detection result of the light emission intensity.
  • the generation unit 72 calculates the integral value of the second function, and based on the calculated integral value, the stability determination unit 73 that determines the stability of the plasma, and the determination result in the stability determination unit 73 And an output unit 74 for outputting.
  • the first function generation unit 71 receives the light emission intensity of the plasma in the processing container 2 detected by the light emission detection mechanism 26 during the plasma processing via the input unit 70 as an electrical signal.
  • a first function f (t) (hereinafter referred to as the relationship between the emission intensity and time as shown in FIGS. 2 to 4 described above).
  • first function a first function f (t) (hereinafter referred to as the relationship between the emission intensity and time as shown in FIGS. 2 to 4 described above).
  • first function simply referred to as “first function”.
  • the emission intensity shown in FIGS. 2 to 4 is derived from oxygen plasma having a wavelength of 777 nm, for example.
  • the second function generation unit 72 obtains f ′ (t) by time-differentiating the first function f (t) generated by the first function generation unit 71. Next, based on the relationship between the absolute value of f ′ (t) and time, a second function
  • the stability determination unit 73 first calculates an integral value of the second function. Specifically, the second function is definitely integrated for a predetermined period, and the amount of change in light emission intensity is obtained as a numerical value, for example, as shown in FIG. Then, the stability determination unit 73 compares the integral value of the second function with a predetermined threshold value. For example, if the integral value exceeds the threshold value, the plasma in which the emission intensity distribution is detected has stability. It is not sufficient, and it is determined that there is some abnormality.
  • the threshold for determining the stability of the plasma is obtained by, for example, accumulating a plurality of inspection results of the wafer W subjected to plasma processing in the plasma processing apparatus 1 and emission intensity data corresponding to the inspection results. It can be determined based on data, determined based on the results of tests performed in advance, or appropriately determined by various methods.
  • the output unit 74 displays the determination result of the plasma stability in the stability determination unit 73 and various data shown in FIGS. 2 to 6, for example.
  • control unit 4 is configured by, for example, a computer including a CPU, a memory, and the like.
  • the plasma processing in the plasma processing apparatus 1 can be realized by executing a program stored in the memory.
  • Various programs for realizing plasma processing in the plasma processing apparatus 1 include, for example, a computer-readable hard disk (HD), flexible disk (FD), compact disk (CD), magnetic optical desk (MO), memory card, and the like. Are stored in the storage medium and installed in the control unit 4 from the storage medium.
  • the plasma processing apparatus 1 according to the present embodiment is configured as described above. Next, plasma processing of the wafer W performed by the plasma processing apparatus 1 according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, the case where the resist film formed on the surface of the wafer W is etched by plasma of a processing gas as described above will be described as an example.
  • a gate valve (not shown) provided in the processing container is opened, and the wafer W is loaded into the processing container 2.
  • the wafer W is placed on the susceptor 10 via the lift pins.
  • a DC voltage is applied to the electrostatic chuck, and the wafer W is electrostatically attracted onto the susceptor 10 by the Coulomb force.
  • the first processing gas is supplied from the first processing gas supply pipe 50 into the processing container 2, and the second processing gas is supplied from the second processing gas supply pipe 60 into the processing container 2.
  • the flow rate of Ar gas supplied from the first process gas supply pipe 50 is, for example, 100 sccm (mL / min)
  • the flow rate of Ar gas supplied from the second process gas supply pipe 60 is, for example, 750 sccm ( mL / min).
  • the first processing gas and the second processing gas are supplied into the processing container 2 and the microwave generation source 43 is operated.
  • the microwave generation source 43 for example, a microwave having a predetermined power at a frequency of 2.45 GHz is used. Generate a wave.
  • the microwave is irradiated into the processing container 2 through the rectangular waveguide 41, the mode converter 42, the coaxial waveguide 40, and the radial line slot antenna 3.
  • the processing gas is turned into plasma in the processing chamber 2 by the microwave, and the dissociation of the processing gas proceeds in the plasma, and the resist film on the wafer W is etched by radicals (active species) generated at that time.
  • the light emission intensity of light derived from the plasma in the processing container 2 is detected by the light emission detection mechanism 26.
  • the light emission intensity detected by the light emission detection mechanism 26 is input as an electrical signal to the first function generation unit 71 via the input unit 70.
  • the first function generation unit 71 generates a first function f (t) based on this input.
  • the stability determination unit 73 performs a constant integration on the generated second function for a predetermined period to calculate an integral value.
  • the definite integration is performed over the entire period in which the plasma is generated in the processing container 2. May be performed.
  • the period for which the definite integration is performed is appropriately set based on a test performed in advance.
  • end point detection of etching by plasma processing EPD: End Point
  • Detection is performed based on a change in light emission of the reaction product
  • the plasma processing apparatus 1 is provided with means for detecting light emission in the processing container 2. Therefore, this light emission detection means may be used as the light emission detection mechanism 26.
  • the stability determination unit 73 sequentially compares the integral value with the threshold value. For example, when etching by plasma processing is sequentially performed on three wafers W and integrated values X, Y, and Z are obtained as shown in FIG. 7, the stability determination unit 73 performs integration values X, The Y and Z are sequentially compared with the threshold value S, and if the integral value exceeds the threshold value S, it is determined that the plasma stability is not sufficient, and the X and Z values less than or equal to the threshold value S ensure the plasma stability. It is determined that For example, FIG. 7 illustrates a case where the threshold value S is set to “60000”, but the value of the threshold value S is not limited to the contents of the present embodiment, and can be arbitrarily set. It is.
  • the determination result in the stability determination unit 73 is output to the output unit 74. For example, when a numerical value calculated by definite integration exceeds a threshold value, an alarm is also output that the plasma processing apparatus 1 is abnormal.
  • a high frequency of a predetermined power is applied to the susceptor 10 by the high frequency power supply 12 at a frequency of, for example, 13.56 MHz.
  • ions in the plasma act to be attracted to the wafer W, so that the etching rate can be improved.
  • the electron temperature of the plasma can be kept low by using the microwave plasma, the wafer W is not damaged, and the molecules of the processing gas are easily dissociated by the high-density plasma, thereby promoting the reaction.
  • the stability determination unit 73 determines the plasma stability in the plasma processing apparatus 1 each time.
  • the plasma processing apparatus 1 when the integrated value continuously exceeds the threshold value or the integrated value significantly exceeds the threshold value, it is determined that some abnormality has occurred in the plasma processing apparatus 1, and the plasma processing apparatus 1 is appropriately selected. Cleaning and maintenance are performed.
  • the first function generation unit 71 generates the first function based on the information on the emission intensity detected by the light emission detection mechanism 26, and the second function generation unit 72 further generates the first function.
  • a second function is generated.
  • the stability determination unit 73 obtains an integral value by definitely integrating the second function, thereby grasping the variation amount of the emission intensity in the processing container 2. Then, by comparing this fluctuation amount, that is, the integral value with a preset threshold value, the detected light emission intensity is compared with a preset reference value as in the conventional method, for example, the method of Patent Document 1. In this case, it is possible to appropriately determine the stability of the plasma, which is difficult to determine.
  • the absolute value of the plasma emission intensity detected during the plasma processing varies depending on various factors such as the type of processing gas used, the pressure in the processing container 2, and the plasma electron temperature. Therefore, as in the prior art, in order to compare the emission intensity itself with a predetermined reference value, it is necessary to provide a plurality of reference values corresponding to the plasma processing recipe. In such a case, in order to provide a set value for each recipe, for example, a test using a dummy wafer needs to be performed according to the number of recipes. On the other hand, as in the present embodiment, it is not the absolute value of the light emission intensity itself, but the frequency of light emission intensity fluctuation and the amount of fluctuation per unit time, that is, information corresponding to the second function in the present embodiment.
  • the plasma processing apparatus 1 of the present invention information on the emission intensity used for end point detection is used. Since the stability of the plasma can be determined based on this, it is not necessary to add a new device.
  • plasma processing is performed on a wafer W as a product.
  • the present invention is naturally applicable to a case where plasma processing is performed on a dummy wafer for inspection, for example.
  • plasma processing is performed on a dummy wafer for inspection, for example.
  • the wafer W and the dummy wafer are not necessarily required, and the processing container 2 is not loaded with the wafer W or the dummy wafer.
  • a plasma may be generated in 2 and the emission intensity of the plasma may be monitored.
  • the stability determination unit 73 When determining the stability of the plasma in a state where the wafer W or the dummy wafer is not carried into the processing container 2, for example, during a period in which plasma is generated in the processing container 2 from ignition of the plasma to extinction of the plasma.
  • the stability determination unit 73 performs the definite integration over the whole, but the time from the ignition of the plasma to the extinction can be set as appropriate. Regardless of whether or not a wafer W or a dummy wafer is loaded into the processing container 2, the plasma is in an unstable state immediately after the ignition of the plasma as compared with the case where the plasma is stabilized.
  • the period for performing the above may be shortened by excluding immediately after plasma ignition.
  • the period of time to be shortened is appropriately determined based on emission intensity data and the like.
  • the threshold value in the stability determination unit 73 is set in advance.
  • the threshold value may be changed as appropriate, for example, by providing a setting screen for changing the threshold value in the output unit 74.
  • the wavelength of light to be detected is not limited to the content of the present embodiment. You may make it detect emitted light intensity about other wavelengths, for example, the wavelength of 703.7 nm derived from a fluorine plasma. According to the present inventors, when the plasma becomes unstable, it has been confirmed that the same tendency can be obtained for any light having a wavelength detected in the processing container 2. Therefore, in determining the stability of the plasma, light having an arbitrary wavelength that can be detected from the plasma processing apparatus 1 can be used. However, since the absolute value of the emission intensity differs for each wavelength, the threshold is preferably set for each wavelength.
  • the emission intensity is detected in parallel for a plurality of wavelengths of light
  • the first function and the second function are generated for the plurality of emission intensities
  • the integrated values are calculated, and any one of the calculated integration values is calculated.
  • the threshold value is exceeded, it may be determined that there is no plasma stability.
  • the plasma is generated by the microwave.
  • the means for generating the plasma is not limited to the contents of the present embodiment.
  • a parallel plate plasma the present invention can also be applied to plasma generated by other means such as ICP plasma.
  • the present invention is applied to plasma processing for performing etching processing.
  • the present invention can also be applied to substrate processing other than etching processing, for example, plasma processing for film formation processing and sputtering.
  • the target object to be processed by the plasma processing of the present invention may be any of a glass substrate, an organic EL substrate, a substrate for FPD (flat panel display), and the like.
  • the present invention is useful when plasma processing a substrate such as a semiconductor wafer.

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Abstract

　処理容器内に供給した処理ガスをプラズマ化させてプラズマ処理するプラズマ処理装置のプラズマの安定性を判定するにあたり、処理容器内でプラズマが生成している間に、当該処理容器内におけるプラズマの発光強度を検出し、発光強度の検出結果から、時間と発光強度の関係を表す第１の関数を生成し、第１の関数を時間微分して微分値を算出し、当該微分値の絶対値と時間との関係から第２の関数を生成し、第２の関数を時間で積分して積分値を算出し、当該算出した積分値に基づいて、プラズマの安定性を判定する。

Description

プラズマの安定性判定方法及びプラズマ処理装置
（関連出願の相互参照）
　本願は、２０１４年８月６日に日本国に出願された特願２０１４－１６０５４２号に基づき、優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　本発明は、処理容器内に供給した処理ガスをプラズマ化させて被処理体を処理するプラズマ処理装置におけるプラズマの安定性の判定方法、及びプラズマ処理装置に関する。
　半導体デバイスの製造においては、被処理体としての半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」という。）に対して、プラズマ処理装置を用いて成膜処理やエッチング処理が行われる。このような成膜処理やエッチング処理においては、ウェハが収容された減圧処理容器内にガスを導入し、当該ガスのプラズマによりウェハのプラズマ処理が行われる。
　プラズマ処理を行う処理容器内では、様々な要因によりアーク放電等の異常放電が発生したり、処理容器内の構成部品に付着した反応生成物等が剥離してパーティクルが発生したりする場合があり、これらはいずれもウェハ欠陥の原因となりうる。
　そして、このようなプラズマ処理は、半導体デバイス製造の比較的上流側の工程で用いられるため、プラズマ処理で異常があった場合、当該工程の下流の欠陥検査工程で異常が発見されるまではウェハ処理が継続して行われてしまう。その結果、その間に不良品ウェハが大量に生産されることとなり、製品の歩留まりが低下しまう。したがって、プラズマ処理を安定して行うと共に、プラズマ処理における異常を早期に検出することが求められる。
　そこで、例えば特許文献１では、プラズマ処理装置でのプラズマ処理の実行中に、所定のパラメータを監視することで、プラズマ処理装置の状態を診断する方法が提案されている。特許文献１の方法によれば、検査用のダミーウェハに対して、状態診断用のレシピを用いてプラズマ処理を実行して所定のパラメータを取得する。そして、この取得したパラメータと、プラズマ処理装置に異常がない状態で予め取得したパラメータを比較して、装置の異常の有無を診断している。
日本国特開２００６－３２４３１６号公報
　ところで、プラズマ処理において何らかの要因で異常放電が発生したりすると、換言すれば、処理容器内のプラズマが不安定になると、上述のパラメータが頻繁に、或いは大きく変動する場合がある。かかる場合、プラズマ処理の安定性が確保できず、ウェハ面内におけるプラズマ処理の均一性が低下してしまう。その結果、ウェハになんらかの欠陥が生じてしまう場合がある。
　パラメータが変動した場合、その変動が例えば特許文献１に示される基準値を超える場合、特許文献１の方法により異常を検出することができる。しかしながら本発明者らによれば、特許文献１の方法において、パラメータの変動幅が基準値以内に収まっている場合であっても、ウェハに欠陥が生じてしまう場合が確認されている。パラメータが変動する場合、処理容器内に安定したプラズマを生成できておらず、それにより、ウェハ面内におけるプラズマ処理の均一性が低下してしまうことが欠陥の原因であると推察される。
　そして、例えば特許文献１の方法で異常を検出できない場合、プラズマの安定性を欠いた状態でプラズマ処理が継続され、後続の欠陥検査工程で異常が発見されるまでは不良品のウェハが多量に生産されてしまう恐れがある。そのため、プラズマ処理装置におけるプラズマの安定性を判定する手法が新たに求められている。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、プラズマ処理装置において、プラズマの安定性を適正に判定することを目的としている。
　前記の目的を達成するため、本発明は、処理容器内に供給した処理ガスをプラズマ化させてプラズマ処理するプラズマ処理装置において、プラズマの安定性を判定する方法であって、前記処理容器内でプラズマが生成している間に、当該処理容器内におけるプラズマの発光強度を検出し、前記発光強度の検出結果から、時間と発光強度の関係を表す第１の関数を生成し、前記第１の関数を時間微分して微分値を算出し、当該微分値の絶対値と時間との関係から第２の関数を生成し、前記第２の関数を時間で積分して積分値を算出し、当該算出された積分値に基づいて、プラズマの安定性を判定する。
　本発明によれば、発光強度の検出結果に基づいて生成した第１の関数を時間微分し、当該微分値の絶対値に基づいて第２の関数を生成する。第２の関数は発光強度の変動の度合いを示すものであり、この第２の関数の積分値は、発光強度の変動の総量を示すものである。したがって、第２の関数の積分値が、例えば予め設定された所定の閾値を超えている場合はプラズマの安定性が無く、閾値以下である場合は安定性を有しているとの判定を行うことができる。
　別な観点による本発明は、処理容器内に供給した処理ガスをプラズマ化させてプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、当該処理容器内で生成されたプラズマの発光強度を検出する発光検出機構と、前記発光検出機構による発光強度の検出結果から、時間と発光強度の関係を表す第１の関数を生成する第１の関数生成部と、前記第１の関数を時間微分して微分値を算出し、当該微分値の絶対値と時間との関係から第２の関数を生成する第２の関数生成部と、前記第２の関数を時間で積分して積分値を算出し、当該算出した積分値に基づいて、プラズマの安定性を判定する安定性判定部と、を有する。
　本発明によれば、プラズマ処理装置において、プラズマの安定性を適正に判定することができる。
本実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 発光強度と時間との関係を表す第１の関数を示す説明図である。 発光強度と時間との関係を表す第１の関数を示す説明図である。 発光強度と時間との関係を表す第１の関数を示す説明図である。 第１の関数の微分値の絶対値と時間との関係を表す第２の関数を示す説明図である。 第２の関数を定積分して求めた積分値を示す説明図である。 複数のウェハについての第２の関数の積分値を示す説明図である。 制御部の構成の概略を示す説明図である。
　以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１の構成の概略を示す縦断面図である。なお、本実施の形態では、ウェハＷの表面に形成されたレジスト膜を、例えば酸素含有ガス及びフッ素含有ガスを用いたプラズマ処理によりエッチングする際に、当該プラズマ処理装置１におけるプラズマの安定性を判定する場合を一例にして説明する。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　プラズマ処理装置１は、内部を気密に保持する処理容器２と、プラズマ生成用のマイクロ波を処理容器２内に供給するラジアルラインスロットアンテナ３と、プラズマの安定性判定方法などを実行する制御部４を有している。処理容器２は上面が開口した略円筒状の本体部２ａと、本体部２ａの開口を気密に塞ぐ略円盤状の蓋体２ｂを有している。本体部２ａ及び蓋体２ｂは、例えばアルミニウム等の金属から形成されている。また、本体部２ａは接地線（図示せず）により接地されている。
　処理容器２の本体部２ａ底面には、ウェハＷを載置するサセプタ１０が設けられている。サセプタ１０は、例えば円盤形状を有し、アルミニウム等の金属から形成されている。サセプタ１０には、整合器１１を介してバイアス用の高周波電源１２が接続されている。高周波電源１２は、ウェハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を出力する。なお、図示していないが、サセプタ１０には、ウェハＷを静電吸着するための静電チャックが設けられており、ウェハＷをサセプタ１０上に静電吸着することができる。また、サセプタ１０の内部にはヒータ１３が設けられ、ウェハＷを所定の温度に加熱することができる。
　なお、サセプタ１０の下方には、ウェハＷを下方から支持し昇降させるための昇降ピン（図示せず）が設けられている。昇降ピンは、サセプタ１０に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、サセプタ１０の上面から突出可能になっている。
　サセプタ１０の上面には、ウェハＷを囲むように環状のフォーカスリング１４が設けられている。フォーカスリング１４には例えばセラミックスあるいは石英などの絶縁性材料が用いられる。処理容器２内に発生したプラズマは、当該フォーカスリング１４の作用によりウェハＷ上に収束し、これにより、ウェハＷ面内におけるプラズマ処理の均一性が向上する。
　処理容器２の本体部２ａの底部には、例えば本体部２ａの側方に突出して排気室２０が形成されている。排気室２０の底面には、処理容器２内を排気する排気機構２１が、排気管２２を介して接続されている。排気管２２には、排気機構２１による排気量を調整する調整弁２３が設けられている。
　排気室２０の上方には、処理容器２内を均一に排気するための円環状のバッフル板２４が、サセプタ１０の外側面及び本体部２ａの内側面に沿って設けられている。バッフル板２４には、当該バッフル板２４を厚み方向に貫通する開口（図示せず）が全周にわたって形成されている。
　処理容器２の本体部２ａの側面であってバッフル板２４の上方には、開口部２ｃが形成されている。開口部２ｃには、処理容器２の内部を観察するための観察窓２５が設けられており、観察窓２５には、処理容器２内におけるプラズマの発光強度を検出する発光検出機構２６が設けられている。発光検出機構２６としては、例えば発光分光分析装置（ＯＥＳ：Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｍｉｓｓｉｔｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）が用いられる。発光検出機構２６での発光強度の検出結果は、制御部４に入力される。また、処理容器２の本体部２ａの側面には、外部との間でウェハＷの搬入出を行うための搬入出口（図示せず）と、当該搬入出口を気密に塞ぐゲートバルブ（図示せず）が形成されている。
　処理容器２の天井面開口部には、処理容器２内にプラズマ生成用のマイクロ波を供給するラジアルラインスロットアンテナ３（ｒａｄｉａｌ　ｌｉｎｅ　ｓｌｏｔ　ａｎｔｅｎｎａ）が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ３は、マイクロ波透過板３１、スロット板３２、遅波板３３を有している。マイクロ波透過板３１、スロット板３２、遅波板３３は、この順に下から積層して、処理容器２の本体部２ａの開口部に設けられている。遅波板３３の上面は、蓋体２ｂにより覆われている。
マイクロ波透過板３１と本体部２ａとの間は、例えばＯリング等のシール材（図示せず）により気密に保たれている。マイクロ波透過板３１には誘電体、例えば石英、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等が用いられ、マイクロ波透過板３１はマイクロ波を透過させる。
　マイクロ波透過板３１の上面に設けられたスロット板３２には複数のスロットが形成され、スロット板３２はアンテナとして機能する。スロット板３２には、導電性を有する材料、たとえば銅、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。
　スロット板３２の上面に設けられた遅波板３３は、低損失誘電体材料、例えば石英、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等により構成されており、マイクロ波の波長を短縮する。
　遅波板３３の上面を覆う蓋体２ｂは、その内部に例えば冷却媒体を流通させる円環状の流路３４が複数設けられている。流路３４を流れる冷却媒体によって、蓋体２ｂ、マイクロ波透過板３１、スロット板３２及び遅波板３３が所定の温度に調節される。
　蓋体２ｂの中央部には同軸導波管４０が接続されている。同軸導波管４０の上端部には、矩形導波管４１およびモード変換器４２を介して、マイクロ波発生源４３が接続されている。マイクロ波発生源４３は、処理容器２の外部に設置されており、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させることができる。
　同軸導波管４０は、内部導体４４と外管４５を有している。内部導体４４は、スロット板３２と接続されている。内部導体４４のスロット板３２側は円錐形に形成されて、スロット板３２に対してマイクロ波を効率よく伝播するようになっている。
　かかる構成により、マイクロ波発生源４３から発生したマイクロ波は、矩形導波管４１、モード変換器４２、同軸導波管４０内を順次伝播し、遅波板３３で圧縮され短波長化される。そして、スロット板３２から円偏波状のマイクロ波が、マイクロ波透過板３１を透過して処理容器２内に照射される。このマイクロ波により処理容器２内では処理ガスがプラズマ化し、このプラズマによりウェハＷのプラズマ処理が行われる。
　なお、本実施の形態では、ラジアルラインスロットアンテナ３、同軸導波管４０、矩形導波管４１、モード変換器４２及びマイクロ波発生源４３が、本発明におけるプラズマ生成部を構成している。
　処理容器２の天井面中央部、すなわちラジアルラインスロットアンテナ３の中央部には、第１の処理ガス供給管５０が設けられている。第１の処理ガス供給管５０はラジアルラインスロットアンテナ３を上下方向に貫通し、当該第１の処理ガス供給管５０の一端部はマイクロ波透過板３１の下面において開口している。また、第１の処理ガス供給管５０は同軸導波管４０の内部導体４４の内部を貫通し、さらにモード変換器４２内を挿通している。当該第１の処理ガス供給管５０の他端部は第１の処理ガス供給源５１に接続されている。
　第１の処理ガス供給源５１は、処理ガスとして、例えばＯ２ガス、ＣＦ４ガスをそれぞれ個別に供給可能に構成されている。なお、以下において、この処理ガスを「第１の処理ガス」という場合がある。また、第１の処理ガス供給管５０には、第１の処理ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群５２が設けられている。第１の処理ガス供給源５１から供給された第１の処理ガスは、第１の処理ガス供給管５０を介して処理容器２内に供給され、サセプタ１０に載置されたウェハＷに向かって鉛直下方に流れる。
　また、図１に示すように、処理容器２の上部の内周面には、第２の処理ガス供給管６０が設けられている。第２の処理ガス供給管６０は、処理容器２の内周面に沿って等間隔に複数設けられている。第２の処理ガス供給管６０には、第２の処理ガス供給源６１が接続されている。第２の処理ガス供給源６１の内部には、処理ガスとして、例えばＯ２ガス、ＣＦ４ガスをそれぞれ個別に供給可能に構成されている。なお、以下において、この処理ガスを「第２の処理ガス」という場合がある。また、第２の処理ガス供給管６０には、第２の処理ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群６２が設けられている。第２の処理ガス供給源６１から供給された第２の処理ガスは、第２の処理ガス供給管６０を介して処理容器２内に供給され、サセプタ１０に載置されたウェハＷの外周部に向かって流れる。このように、第１の処理ガス供給管５０からの第１の処理ガスはウェハＷの中心部に向けて供給され、第２の処理ガス供給管６０からの第２の処理ガスはウェハＷの外周部に向けて供給される。
　なお、第１の処理ガス供給管５０と第２の処理ガス供給管６０から処理容器２内にそれぞれ供給される処理ガスは、同種のガスであっても、別種類のガスであってもよく、各々独立した流量で、或いは任意の流量比で供給することができる。
　次に、制御部４について説明するにあたり、先ず本発明にかかるプラズマの安定性判定方法の原理について説明する。
　プラズマ処理装置１でのプラズマ処理中に、例えば発光検出機構２６を用いて処理容器２内のプラズマの発光強度を検出すると、例えば図２～図４に示すように時間と発光強度との関係を表すグラフを得ることができる。図２～図４では、横軸を時間、縦軸を発光強度としている。図２は、発光強度の変動が、振幅、頻度（周期）共に大きくない場合の例である。ここで、図２に示すような発光強度分布を有するプラズマ処理においては、ウェハＷに対して適正に処理が行われており、後続の欠陥検査工程においてウェハＷに異常がないことが確認されているものとする。換言すれば、図２に示すような発光強度分布を有する場合、処理容器２内でのプラズマが安定しており、その結果、安定性のあるプラズマ処理が行われている。
　図３は、図２と比較して発光強度の変動周期は同程度であるものの、振幅の変動幅が非常に大きい場合の例である。また、図４は、図３、図２と比較して、発光強度の変動周期は同程度か或いはやや大きいものの、振幅の変動幅は図３より小さく且つ図２よりも大きい場合の例である。
　なお、図３及び図４に示すような発光強度分布を有するプラズマにより行われるプラズマ処理においては、後続の欠陥検査工程において、ウェハＷにプラズマ処理に起因する異常が発見されることが確認されているものとする。即ち、図３に示すような発光強度分布を有する場合、プラズマの安定性が十分であるとはいえない。
　そして、プラズマ処理の適否を判定するにあたり例えば特許文献１に示される方法を用いると、即ち発光検出機構２６で検出したプラズマ由来の光の発光強度を所定の基準値と比較すると、例えば図３に示すような発光強度が得られた場合には異常を検出できるものの、図４に示すような発光強度では異常を検出できない場合がある。具体的には、例えば図３に示すように、基準値（図３の破線Ｑ）が「３００００」に設定されており、プラズマの発光強度の極小値（図３の点Ｐ）が基準値を明確に下回っていれば、プラズマ処理におけるプラズマの異常は容易に検出できる。
　その一方で、図４に示すように、発光強度が頻繁に変動していても、発光強度が基準値を下回っていない場合は、特許文献１に示される方法を用いても異常を検出することができない。そうすると、図４に示す場合では直ちに異常が検出できず、後続の欠陥検査工程で異常が発見されるまでは不良品のウェハが多量に生産されてしまう恐れがある。
　そのような事態を避けるためには、例えばオペレータがウェハＷの処理毎に、或いは所定の枚数の処理毎に、発光検出機構２６で検出した発光強度の波形を確認したり、異常を判定するための基準値を高く設定したりすることも考えられる。しかしながら、オペレータによる確認は、オペレータへの負担が多大なものとなる。仮に、オペレータによる発光強度の確認作業を行ったとしても、図４に示すような強度分布を有する場合、即ち、発光強度の極小値が基準値を下回っていないような場合は異常であるか否かの判定が困難であり、オペレータの熟練度によっても判定結果が大きく異なってしまうことが考えられる。また、基準値を高く設定すると、本来は異常でない場合も異常と判定されてしまう可能性が高くなるので好ましくない。
　そこで、本発明者らは、プラズマ処理装置１におけるプラズマの安定性を判定する手法について鋭意検討し、例えば発光強度の変化の程度を定量化、換言すれば発光強度の安定性を定量化することで、定量化した情報に基づいてプラズマの安定性を判定できると考えた。そして、発光強度の安定性を定量化する手法についてさらに検討し、例えば図２～図４に示すような発光強度と時間との関係を時間微分し、その微分値の絶対値を求めることで、発光強度の変動の頻度や大きさを定量化できると想到した。
　具体的には、例えば図３に示すような、発光強度と時間との関係を時間微分して、さらにその微分値の絶対値を求める。そうすると、例えば図５に示すような波形のグラフが得られる。図５の横軸は時間、縦軸は発光強度の時間微分値である。
　そして、図５に示すグラフをさらに所定期間について定積分すると、図５に示すグラフと横軸とに囲まれた部分の面積を図６に示すように数値（積分値）として求めることができる。そして、例えば予め試験を行い、異常なくプラズマ処理が行われた場合と、何らかの異常が生じた場合についてそれぞれ発光強度を検出し、それに基づき図６のような積分値をそれぞれについて求める。そして、求めた積分値に基づいて所定の閾値を設定し、その閾値に基づいてプラズマ処理の際のプラズマの発光強度を評価すれば、特許文献１の方法では検出できない、プラズマの安定性に起因する異常を検出することができる。
　本発明の基本的な原理は上述の通りであり、次に、この原理に基づいてプラズマの安定性を判定する制御部４について説明する。
　制御部４は、例えば図８に示すように、発光検出機構２６による発光強度の検出結果を入力する入力部７０と、発光強度の検出結果から、時間と発光強度の関係を表す第１の関数を生成する第１の関数生成部７１と、第１の関数を時間微分して微分値を算出し、当該微分値の絶対値と時間との関係から第２の関数を生成する第２の関数生成部７２と、第２の関数の積分値を算出し、当該算出された積分値に基づいて、プラズマの安定性を判定する安定性判定部７３と、安定性判定部７３での判定結果を出力する出力部７４と、を有している。
　第１の関数生成部７１には、プラズマ処理の際に発光検出機構２６で検出された処理容器２内のプラズマの発光強度が、電気信号として入力部７０を介して入力される。第１の関数生成部７１では、入力された電気信号に基づいて、例えば上述の図２～図４に示すような、発光強度と時間との関係を表す第１の関数ｆ（ｔ）（以下、単に「第１の関数」という場合がある）を生成する。なお、本実施の形態において、図２～４に示す発光強度は、例えば波長が７７７ｎｍである酸素プラズマ由来のものである。
　第２の関数生成部７２では、第１の関数生成部７１で生成した第１の関数ｆ（ｔ）を時間微分して、ｆ’（ｔ）を求める。次いで、ｆ’（ｔ）の絶対値と時間との関係から、図５に示すような、第２の関数｜ｆ’（ｔ）｜（以下、単に「第２の関数」という場合がある）を生成する。なお、図５に示す第２の関数は、既述のように、図３に示す第１の関数から求めたものである。
　安定性判定部７３では、先ず第２の関数の積分値を算出する。具体的には、第２の関数を所定の期間について定積分して、例えば図６に示すように、発光強度の変動量を数値として求める。そして、安定性判定部７３では、第２の関数の積分値を予め定められた閾値と比較し、例えば積分値が閾値を超えていれば、当該発光強度分布が検出されたプラズマは安定性が十分であるとはいえず、何らかの異常があるものと判定する。なお、プラズマの安定性を判定するための閾値は、例えばプラズマ処理装置１でプラズマ処理を行ったウェハＷの検査結果と、当該検査結果に対応する発光強度のデータを複数蓄積し、当該蓄積したデータに基づいて決定したり、予め行った試験の結果に基づいて決定したり、様々な方法により適宜決定できる。
　出力部７４には、安定性判定部７３でのプラズマの安定性の判定結果や、例えば図２～図６に示される各種のデータが表示される。
　なお上述の制御部４は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えたコンピュータにより構成され、例えばメモリに記憶されたプログラムを実行することによって、プラズマ処理装置１におけるプラズマ処理を実現できる。なお、プラズマ処理装置１におけるプラズマ処理を実現するための各種プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどの記憶媒体に記憶されていたものであって、その記憶媒体から制御部４にインストールされたものが用いられている。
　本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１は以上のように構成されている。次に、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１で行われるウェハＷのプラズマ処理について説明する。本実施の形態では、上述したようにウェハＷの表面に形成されたレジスト膜を処理ガスのプラズマによりエッチングする場合を例にして説明する。
　ウェハＷの処理にあたっては、先ず、処理容器に設けられた図示しないゲートバルブが開き、処理容器２内にウェハＷが搬入される。ウェハＷは、昇降ピンを介してサセプタ１０上に載置される。それと共に、静電チャックに直流電圧が印可され、クーロン力によりウェハＷがサセプタ１０上に静電吸着する。そして、ゲートバルブを閉じ、処理容器２内を密閉した後、排気機構２１を作動させ、処理容器２内を所定の圧力、例えば４００ｍＴｏｒｒ（＝５３Ｐａ）に減圧する。
　その後、第１の処理ガス供給管５０から処理容器２内に第１の処理ガスを供給し、第２の処理ガス供給管６０から処理容器２内に第２の処理ガスを供給する。このとき、第１の処理ガス供給管５０から供給されるＡｒガスの流量は例えば１００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）であり、第２の処理ガス供給管６０から供給されるＡｒガスの流量は例えば７５０ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）である。
　処理容器２内に第１の処理ガス、第２の処理ガスを供給すると共に、マイクロ波発生源４３を作動させ、当該マイクロ波発生源４３において、例えば２．４５ＧＨｚの周波数で所定の電力のマイクロ波を発生させる。マイクロ波は、矩形導波管４１、モード変換器４２、同軸導波管４０、ラジアルラインスロットアンテナ３を介して、処理容器２内に照射される。このマイクロ波によって処理容器２内では処理ガスがプラズマ化し、プラズマ中で処理ガスの解離が進み、その際に発生したラジカル（活性種）によってウェハＷ上のレジスト膜がエッチング処理される。
　処理容器２内でのプラズマ処理の開始と並行して、発光検出機構２６により処理容器２内のプラズマに由来する光の発光強度が検出される。発光検出機構２６で検出された発光強度は、入力部７０を介して第１の関数生成部７１に電気信号として入力される。第１の関数生成部７１では、この入力に基づいて第１の関数ｆ（ｔ）を生成する。
　第１の関数生成部７１で第１の関数が生成されると、第２の関数生成部７２では、第１の関数に基づいて第２の関数を生成する。次いで、安定性判定部７３では、生成された第２の関数を所定の期間について定積分し、積分値を算出する。定積分を行う所定の期間を定めることにより、プラズマの安定性の判定対象となる期間が決定する。そのため、本実施の形態のようにプラズマ処理におけるプラズマの安定性を判定する際には、プラズマ処理によるエッチングの開始からエッチング終了までの期間が定積分を行う所定の期間として設定される。なお、定積分を行う期間としては、少なくともプラズマ処理を行う期間を含んでいればよく、例えばプラズマの着火からプラズマの消火まで、処理容器２内にプラズマが生成されている期間の全部にわたって定積分を行ってもよい。定積分をどの程度の期間について行うかは、予め行う試験等に基づいて適宜設定される。また、通常、例えばプラズマ処理によるエッチングの終点検出（ＥＰＤ：Ｅｎｄ Ｐｏｉｎｔ
Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）は、反応生成物の発光の変化に基づいて行われるため、プラズマ処理装置１には処理容器２内の発光を検出するための手段が設けられる。そのため、この発光検出用の手段を発光検出機構２６として用いてもよい。
　積分値が算出されると、安定性判定部７３では積分値と閾値との比較を順次行う。例えば３枚のウェハＷに対して順次プラズマ処理によるエッチングが行われ、図７に示すように、積分値Ｘ、Ｙ、Ｚがそれぞれ得られた場合、安定性判定部７３では、積分値Ｘ、Ｙ、Ｚと閾値Ｓを順次比較し、積分値が閾値Ｓを超えているＹではプラズマの安定性が十分でないと判定し、閾値Ｓ以下であるＸ、Ｚではプラズマの安定性が確保されていると判定する。なお、例えば図７では閾値Ｓが「６００００」に設定されている場合を描図しているが、閾値Ｓの値は本実施の形態の内容に限定されるものではなく、任意に設定が可能である。
　安定性判定部７３での判定結果は出力部７４に出力され、例えば定積分により算出した数値が閾値を超えている場合は、プラズマ処理装置１に異常があるとして警報が併せて出力される。
　なお、ウェハＷにプラズマ処理を行っている間、高周波電源１２により例えば１３．５６ＭＨｚの周波数で所定の電力の高周波がサセプタ１０に印加される。適切な範囲でのＲＦバイアスの印加により、プラズマ中のイオンをウェハＷへ引き込むように作用するため、エッチングレートを向上させることができる。また、マイクロ波プラズマを用いることでプラズマの電子温度を低く維持できるので、ウェハＷへのダメージがなく、しかも、高密度プラズマにより、処理ガスの分子が解離されやすいので、反応が促進される。
　エッチング処理が進行し、ウェハＷ上からレジスト膜が除去されると、処理ガスと、マイクロ波の照射が停止される。その後、ウェハＷは処理容器２から搬出されて、一連のプラズマ処理が終了する。そして、このプラズマ処理が順次繰り返し行われ、その都度、安定性判定部７３によりプラズマ処理装置１におけるプラズマの安定性の判定行われる。
　そして、例えば連続して積分値が閾値を上回ったり、積分値が大幅に閾値を上回ったりするような場合は、プラズマ処理装置１に何らかの異常が生じているものと判断し、適宜プラズマ処理装置１のクリーニングやメンテナンスが行われる。
　以上の実施の形態によれば、発光検出機構２６で検出された発光強度の情報に基づいて、第１の関数生成部７１により第１の関数を生成し、さらに第２の関数生成部７２で第２の関数を生成する。次いで、安定性判定部７３において、この第２の関数を定積分して積分値を得ることにより、処理容器２内における発光強度の変動量を把握する。そして、この変動量、即ち積分値を、予め設定された閾値と比較することで、従来の方法、例えば特許文献１の方法のように、検出された発光強度を予め設定された基準値と比較した場合では判定することが困難な、プラズマの安定性を適正に判定することができる。
　また、プラズマ処理中に検出されるプラズマの発光強度の絶対値は、例えば用いる処理ガスの種類、処理容器２内の圧力、プラズマの電子温度等、様々な要因で変動する。そのため、従来のように、発光強度そのものを所定の基準値と比較するには、プラズマ処理のレシピに対応して基準値も複数設ける必要がある。かかる場合、レシピ毎の設定値を設けるために、例えばダミーウェハを用いた試験をレシピ数に応じて行う必要があるため、多大な時間と労力が必要であった。それに対して、本実施の形態のように、発光強度そのものの絶対値ではなく、発光強度の変動の頻度や単位時間当たりの変動量、即ち本実施の形態における第２の関数に相当する情報に基づいて判定することで、レシピの内容によらず、プラズマの安定性を適正に判定することができる。なお、本発明者らによれば、プラズマ処理におけるプラズマの発光強度の変動の周期や単位時間当たりの変動量といった、本実施の形態における第２の関数に相当する情報については、レシピの内容によらず概ね同様な傾向を有することが確認されている。
　また、特許文献１のようにダミーウェハを用いるのではなく、製品となるウェハＷのプラズマ処理中にプラズマの安定性を判定することができるので、ウェハ処理のスループットを低下させることがない。特に、プラズマが不安定になる、換言すれば、プラズマの発光強度が変動する原因としては、処理容器２内の反応生成物が剥離して飛散したり、処理容器２内のパーツの破損であったり、メンテナンス時のパーツの組み立て誤差であったりと、様々な要因があるが、本発明では、プラズマの安定性を連続的に監視することで、異常の原因を推定することも可能となる。つまり、例えばメンテナンス後に連続して異常と判定されるような場合は、組み立て誤差が原因であると推定され、ある処理以降に連続して異常と判定されるような場合は、例えばパーツの破損が疑われる。また、異常と判定された後、後続の処理で異常と判定されることがなければ、その異常は偶発的なものであり、その原因としては、例えば処理容器２内の反応生成物が偶発的に剥離して飛散したことによるものであると推定できる。
　さらには、既述のように、プラズマ処理においては終点検出のためにプラズマの発光状態を監視することが通常であり、本発明のプラズマ処理装置１では、この終点検出に用いる発光強度の情報に基づいてプラズマの安定性を判定することができるので、新たな機器を追加する必要がない。
　以上の実施の形態では、例えば製品となるウェハＷに対してプラズマ処理を行っていたが、本発明は、例えば検査用のダミーウェハに対してプラズマ処理を行う場合にも当然適用できる。例えば、メンテナンスやクリーニングを行った後にダミーウェハを用いてプラズマ処理を行い、当該プラズマ処理におけるプラズマの安定性を確認した後に製品となるウェハＷの処理を行うことで、歩留まりが低下することを避けることができる。また、プラズマの発光強度に基づいてプラズの安定性を判定するという観点からは、ウェハＷやダミーウェハは必ずしも必要ではなく、処理容器２内にウェハＷやダミーウェハを搬入していない状態で当該処理容器２内にプラズマを生成し、そのプラズマの発光強度を監視するようにしてもよい。処理容器２内にウェハＷやダミーウェハを搬入していない状態でプラズマの安定性を判定する際には、例えばプラズマの着火からプラズマの消火まで、処理容器２内にプラズマが生成されている期間の全部にわたって安定性判定部７３で定積分が行われるが、プラズマの着火から消火までの時間は適宜設定が可能である。なお、処理容器２内にウェハＷやダミーウェハを搬入した状態であるか否かによらず、プラズマの着火直後はプラズマの静定時と比較して当該プラズマが不安定な状態にあるので、定積分を行う期間については、プラズマの着火直後を除くなどして短縮するようにしてもよい。どの程度の期間短縮するかについては、発光強度のデータなどに基づいて適宜決定される。
　以上の実施の形態では、安定性判定部７３における閾値は予め設定していたが、例えば出力部７４に閾値変更用の設定画面を設けるなどして、適宜閾値を変更するようにしてもよい。
　以上の実施の形態では、発光検出機構２６により例えば酸素プラズマ由来の発光強度を検出した場合を例に説明したが、検出する光の波長は本実施の形態の内容に限定されるものではなく、他の波長、例えばフッ素プラズマ由来の７０３．７ｎｍの波長について発光強度を検出するようにしてもよい。本発明者らによれば、プラズマが不安定になる場合、処理容器２内で検出される波長の光のいずれにおいても同様の傾向が得られることが確認されている。したがって、プラズマの安定性の判定においては、プラズマ処理装置１から検出可能な任意の波長の光を用いることができる。但し、波長ごとに発光強度の絶対値が異なるため、閾値は波長ごとに設定することが好ましい。
　また、複数の波長の光について並行して発光強度を検出し、複数の発光強度について第１の関数及び第２の関数を生成してそれぞれ積分値を算出し、算出した積分値うち、いずれかにおいて閾値を超えた場合にプラズマの安定性が無いと判定するようにしてもよい。
　以上の実施の形態では、マイクロ波によりプラズマを生成していたが、プラズマを生成する手段についても本実施の形態の内容に限定されるものではなく、例えばマイクロ波以外にも、平行平板プラズマや、やＩＣＰプラズマ等、他の手段により生成されたプラズマに対しても、本発明を適用することができる。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、以上の実施の形態では、本発明をエッチング処理を行うプラズマ処理に適用していたが、本発明は、エッチング処理以外の基板処理、例えば成膜処理やスパッタリングを行うプラズマ処理にも適用できる。さらに、本発明のプラズマ処理で処理される被処理体は、ガラス基板、有機ＥＬ基板、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用の基板等のいずれのものであってもよい。
　本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板をプラズマ処理する際に有用である。
　　１　　プラズマ処理装置
　　２　　処理容器
　　３　　ラジアルラインスロットアンテナ
　　４　　制御部
　　１０　サセプタ
　　１１　整合器
　　１２　高周波電源
　　１３　ヒータ
　　１４　フォーカスリング
　　２０　排気室
　　２１　排気機構
　　２２　排気管
　　２３　調整弁
　　２４　バッフル板
　　３１　マイクロ波透過板
　　３２　スロット板
　　３３　遅波板
　　４０　同軸導波管
　　７１　第１の関数生成部
　　７２　第２の関数生成部
　　７３　安定性判定部
　　Ｗ　　ウェハ

Claims (12)

  1. 処理容器内に供給した処理ガスをプラズマ化させてプラズマ処理するプラズマ処理装置において、プラズマの安定性を判定するプラズマの安定性判定方法であって、
    前記処理容器内でプラズマが生成している間に、当該処理容器内におけるプラズマの発光強度を検出し、
    前記発光強度の検出結果から、時間と発光強度の関係を表す第１の関数を生成し、
    前記第１の関数を時間微分して微分値を算出し、当該微分値の絶対値と時間との関係から第２の関数を生成し、
    前記第２の関数を時間で積分して積分値を算出し、当該算出した積分値に基づいて、プラズマの安定性を判定する。
  2. 請求項１に記載のプラズマの安定性判定方法において、
    前記算出した積分値を、予め定められた閾値と比較することで、プラズマの安定性を判定する。
  3. 請求項２に記載のプラズマの安定性判定方法において、
    前記発光強度を複数の波長の光毎に検出し、
    前記第１の関数及び前記第２の関数を、前記複数の波長の光毎に生成し、
    前記閾値を前記複数の波長の光毎に設定し、
    前記複数の波長の光における各積分値の少なくともいずれかが、前記閾値を超えている場合に、プラズマの安定性が無いと判定する。
  4. 請求項１に記載のプラズマの安定性判定方法において、
    前記プラズマが生成している間に、基板の処理を行う。
  5. 請求項２に記載のプラズマの安定性判定方法において、
    前記プラズマが生成している間に、基板の処理を行う。
  6. 請求項３に記載のプラズマの安定性判定方法において、
    前記プラズマが生成している間に、基板の処理を行う。
  7. 処理容器内に供給した処理ガスをプラズマ化させてプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
    前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    当該処理容器内で生成されたプラズマの発光強度を検出する発光検出機構と、
    前記発光検出機構による発光強度の検出結果から、時間と発光強度の関係を表す第１の関数を生成する第１の関数生成部と、
    前記第１の関数を時間微分して微分値を算出し、当該微分値の絶対値と時間との関係から第２の関数を生成する第２の関数生成部と、
    前記第２の関数を時間で積分して積分値を算出し、当該算出した積分値に基づいて、プラズマの安定性を判定する安定性判定部と、を有する。
  8. 請求項７に記載のプラズマ処理装置において、
    前記安定性判定部は、前記算出した積分値を、予め定められた閾値と比較することで、プラズマの安定性を判定する。
  9. 請求項８に記載のプラズマ処理装置において、
    前記発光検出機構は、複数の波長の光毎に設けられ、
    前記第１の関数生成部及び前記第２の関数生成部は、前記第１の関数及び前記第２の関数を、前記複数の波長の光毎にそれぞれ生成し、
    前記安定性判定部は、前記複数の波長の光における各積分値の少なくともいずれかが、前記複数の波長の光毎に設定された閾値を超えている場合に、プラズマの安定性が無いと判定する。
  10. 請求項７に記載のプラズマ処理装置において、
    前記プラズマが生成している間に、基板の処理が行なわれる。
  11. 請求項８に記載のプラズマ処理装置において、
    前記プラズマが生成している間に、基板の処理が行なわれる。
  12. 請求項９に記載のプラズマ処理装置において、
    前記プラズマが生成している間に、基板の処理が行なわれる。
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