WO2021124427A1 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の運転方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の運転方法 Download PDF

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plasma processing
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拓哉 安永
佐々木　寛
征洋 長谷
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株式会社日立ハイテク
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Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus for processing a wafer arranged in the processing chamber using plasma formed in the processing chamber inside the vacuum vessel and an operation method of the plasma processing apparatus, and an electrode inside a sample table on which the wafer is placed.
  • the present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for processing a wafer while supplying high-frequency power by repeating large and small amplitudes at predetermined time intervals.
  • Patent Document 1 the state of discharge of plasma formed in the processing chamber by the high-frequency power supply connected to the electrodes constituting the sample table and the high-frequency power supplied from the high-frequency power source at predetermined intervals is described in the sample table or its inside. It is provided with a discharge sensor that detects an electric potential through the electrodes of the above, and a signal analysis unit that analyzes a signal from the discharge sensor and detects an abnormality.
  • Patent Document 1 it is the average value of the absolute values of the signals from the discharge sensor in which the signal analysis unit detects the potential of high-frequency power through the electrodes within the Nth period of the sampling period during processing.
  • the increase / decrease rate is calculated by comparing the N average value with the Nn average value of the absolute value of the signal in the latest Nn sampling period before the Nth period, and the increase / decrease rate exceeds a predetermined ratio. It is disclosed that it is judged that an abnormality has occurred in.
  • Patent Document 2 describes a high-frequency power supply that outputs high-frequency power in a pulsed waveform, and includes an RF power control unit that adjusts the output of high-frequency power and an RF power control unit.
  • the one provided with a DC-RF conversion unit that amplifies and outputs the signal output from the pulse, and has a configuration in which the pulse waveform control unit arranged in the RF power control unit controls the pulse output. It is disclosed.
  • the pulse waveform control unit performs processing to increase each rise and fall time at a predetermined time pitch, and when the difference becomes less than or equal to the reference value. Discloses a technique for stopping the processing.
  • a signal output from a power source is detected and the signal is compared with a reference value to determine whether or not the signal is correct, or a high-frequency power source applied to a sample table in a processing chamber or an electrode inside the sample table. It is determined whether or not the reduction rate of the signal obtained by sampling the electric power from the signal a plurality of times at a predetermined time interval in each of a specific plurality of periods is normal.
  • a conventional technique it is unclear whether the waveform of the high-frequency power when output from the power source conforms to a predetermined reference or target shape, and this is detected and determined. No consideration is given to what to do.
  • An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus or a method of operating a plasma processing apparatus in which the waveform of high-frequency power supplied to the sample table or the electrodes inside the sample table is accurately detected to improve the yield and the efficiency of operation. There is.
  • the above object is a plasma processing apparatus that processes a wafer to be processed placed on the upper surface of a sample table arranged in a processing chamber arranged inside a vacuum vessel by using plasma formed in the processing chamber. From the high-frequency power supply that forms the high-frequency power that is pulsedly supplied to the plasma or wafer at a predetermined cycle during the processing of the wafer, and the voltage or current value of the high-frequency power detected at intervals longer than the cycle. It is equipped with a judgment device that calculates a voltage or current waveform and determines whether the waveform is within a predetermined allowable range, and a notification device that notifies the user of the judgment result of the judgment device and the shape of the waveform. It is achieved by the plasma processing device and its operation method.
  • a plasma processing device or a plasma processing device that guarantees the operation of the pulse control device by monitoring the waveform of the pulse control device provided in the plasma processing device and improves the efficiency of operation by avoiding maintenance work.
  • a method of operating a plasma processing apparatus can be provided.
  • FIG. 1 It is a vertical sectional view schematically showing the outline of the structure of the plasma processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. It is a figure which shows the outline of the structure of the control microcomputer of the plasma processing apparatus which concerns on the Example shown in FIG. 1 schematically. It is a block diagram which shows the outline of the structure of the control microcomputer and the input / output board of the Example shown in FIG. It is a graph which shows typically the example of the high frequency power for forming a bias potential detected at a predetermined sampling interval in the plasma processing apparatus which concerns on the Example shown in FIG. FIG.
  • FIG. 5 is a graph schematically showing an example of a virtual waveform and a target waveform formed by using a sampled value of an output from a high-frequency bias power supply of the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 5 is a graph schematically showing an example of a virtual waveform and a target waveform formed by using a sampled value of an output from a high-frequency bias power supply of the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 5 is a graph schematically showing an example of a virtual waveform and a target waveform formed by using a sampled value of an output from a high-frequency bias power supply of the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 5 is a graph schematically showing an example of a virtual waveform and a target waveform formed by using a sampled value of an output from a high-frequency bias power supply of the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing an outline of a configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the plasma processing apparatus 100 of this embodiment is a vacuum vessel, a processing chamber arranged inside the vacuum vessel and in which the inside is exhausted and depressurized, and plasma is formed in the upper portion thereof, and plasma is formed in the processing chamber.
  • a vacuum container portion provided with a sample table on which a semiconductor wafer, which is a substrate-like sample to be processed, is placed and held below the region to be processed, and above or around the upper part of the vacuum container.
  • a plasma forming part that forms and supplies an electric field or magnetic field for forming plasma in the processing chamber, and an exhaust that is connected below the vacuum vessel and placed below the sample table in the processing chamber to discharge internal gas and plasma. It is provided with an exhaust unit including an exhaust pump such as a turbo molecular pump arranged in communication with the mouth.
  • the plasma processing apparatus 100 is an etching processing apparatus that etches a film on the surface of a sample arranged in the processing chamber using plasma formed in the processing chamber.
  • the plasma processing apparatus 100 includes a reaction vessel 101, which is a vacuum vessel having a processing chamber inside.
  • a disk-shaped lid member made of a dielectric such as quartz that constitutes the reaction vessel 101 and covers the top surface of the processing chamber is placed above the upper end of the side wall portion that constitutes the upper cylindrical portion of the reaction vessel 101.
  • the ceiling of the reaction vessel 101 is formed.
  • the lid member is held by sandwiching a sealing member such as an O-ring between the lid member and the upper end of the cylindrical side wall portion of the reaction vessel 101, so that the space outside the reaction vessel 101 and the treatment inside the reaction vessel 101 are processed.
  • the space between the room and the room is airtight.
  • a processing chamber which is a space including a cylindrical portion on which the plasma 111 is formed, is arranged, and a substrate-like sample 105 such as a semiconductor wafer is placed on the upper surface of the processing chamber below the processing chamber.
  • a sample table 104 having a cylindrical shape that is placed and held on the upper surface is provided.
  • electrodes made of a conductive material such as a metal having a disk or a cylindrical portion are arranged, and wiring of a coaxial cable or the like is performed via a high frequency bias power supply 107 and a matching unit 115. , Electrically connected by a cable.
  • high-frequency bias power supply 107 From the high-frequency bias power supply 107, high-frequency power is supplied to the electrodes while the sample 105 is placed on the sample table 104 and processed, and between the high-frequency bias power supply 107 and the plasma 111 formed in the processing chamber above the upper surface of the sample 105. , A bias potential that forms a potential difference according to the potential of the plasma 111 is formed.
  • a plasma forming portion is formed above the lid member on the upper part of the reaction vessel 101, and is a conduit for supplying an electric field of microwaves for plasma generation supplied to the processing chamber of the reaction vessel 101, which is a central portion of the lid member.
  • a waveguide 110 having a cylindrical portion extending in the vertical direction is arranged above the above.
  • the waveguide 110 is a portion in which the upper end portion of a cylindrical portion having a circular cross section extending in the vertical direction and one end portion thereof are connected and the axis passing through the central portion extends in the horizontal direction, and the cross section is rectangular or square.
  • a rectangular portion is provided, and an oscillator 103 such as a magnetron formed by oscillating a microwave electric field is arranged at the other end portion of the rectangular portion.
  • the outer periphery of the side wall portion having a cylindrical shape of the reaction vessel 101 and the circumference of the waveguide 110 above the lid member are arranged so as to surround them and supplied to form the plasma 111 in the reaction vessel 101.
  • a solenoid coil 102 that generates a magnetic field is arranged to form a plasma forming portion.
  • the diameter between the lower end of the waveguide 110 and the upper surface of the lid member is the same as or close to that of the lid member, and is larger than that of the waveguide 110. Is provided with a cavity having a large cylindrical shape, the electric field of the microwave propagating through the waveguide 110 diffuses inside to form an electric field having a predetermined mode, and the electric field is a dielectric lid member. It is supplied from above into the processing chamber through.
  • a conduit 106 for supplying a process gas in which the atom or molecule is excited and ionized or dissociated to form a plasma 111 is connected to the side surface of the reaction vessel 101.
  • the through hole at the upper part of the reaction vessel 101 to which the pipeline 106 is connected is arranged below the lid member (not shown) and is located between the shower plate having a disk shape and forming the ceiling surface of the processing chamber and the lid member.
  • the process gas that is communicated with the gap and flows through the pipeline 106 is introduced into the gap between the shower plate and the lid member from the connection portion with the reaction vessel 101, diffuses inside the gap, and then the central portion of the shower plate. It is introduced from above into the inside of the processing chamber through the through hole arranged in.
  • An opening communicating between the inside of the processing chamber and the outside is arranged below the sample table 104 at the bottom of the reaction vessel 101, and the processing chamber and the exhaust portion are connected with the opening.
  • the circular opening is a place where the gas and plasma in the processing chamber and the particles of the product generated during the processing are discharged through the opening, and the exhaust port communicating with the inlet of the turbo molecular pump 114 in the exhaust section is provided.
  • the processing chamber has a space between the lower surface of the sample table 104 and the opening, and an exhaust control valve 112 having a circular shape that moves up and down upward from the position where the opening is closed is arranged in this space. There is.
  • the exhaust control valve 112 is provided with two beam-shaped flange portions extending outward along the plane direction of the circle on the outer peripheral edge portion of the circular portion, and the lower surface of the flange portion is the tip of an actuator attached to the bottom surface of the reaction vessel 101.
  • the exhaust control valve 112 constitutes a valve that increases or decreases the distance between the exhaust port and the exhaust port in the processing chamber below the sample table 104 and increases or decreases the flow path area of the exhaust from the processing chamber by the operation of the actuator. ..
  • the pressure in the processing chamber is the supply of the process gas whose flow rate or speed is adjusted by a flow controller (Mass Flow Controller, MFC) (Mass Flow Controller, MFC) arranged on the pipeline 106 through the pipeline 106 to the processing chamber. It is adjusted by the balance of each amount with the exhaust from the exhaust port by the operation of the exhaust unit including the turbo molecular pump 114 and the exhaust control valve 114.
  • MFC Mass Flow Controller
  • the high-frequency bias power supply 107 of this embodiment outputs high-frequency power to a metal circular film-like or cylindrical block inside the sample table 104 during the processing of the sample 105.
  • the voltage or current of the high-frequency power is output by changing its amplitude and its magnitude with parameters such as period or frequency according to the transition of time.
  • Such operation parameters are communicably connected to the input / output board 109 via a wired or wireless communication path with the high frequency power supply 107, and a signal indicating the operation parameters is transmitted from the input / output board 109 to the high frequency bias power supply 107. Or conversely, it is transmitted to the input / output board 109 provided with a circuit that receives a signal output from the high frequency bias power supply 107 and indicating an operation state corresponding to the operation parameter.
  • the command signal that specifies the operation parameters for the input / output board 109 is transmitted from the control microcomputer 108 that is communicably connected to the input / output board 109 via a wired or wireless communication path.
  • a signal transmitted from the high frequency power supply 107 to the input / output board 109 and indicating an operation state is transmitted from the input / output board 109 to the control microcomputer 108.
  • these high-frequency power supplies 107, the control microcomputer 108, and the input / output board 109 of this embodiment are communicably connected via a cable for transmitting and receiving signals, wireless transmission / reception may be performed.
  • the arithmetic unit in the control microcomputer 108 that receives data such as processing conditions and recipes stored in a storage device such as a RAM, ROM, or hard disk (not shown) in the control microcomputer 108 or information given by the user of the device is the storage device.
  • a command signal indicating the operation parameters calculated based on the algorithm of the software stored in the control microcomputer 108 is transmitted to the input / output board 109 through the interface unit inside the control microcomputer 108.
  • the input / output board 109 after forming a signal indicating an operation parameter based on the command signal and performing its calibration processing, a signal is transmitted from the input / output board 109 to the high frequency bias power supply 107, and the high frequency bias power supply 107 The operation is adjusted according to the signal.
  • a signal indicating the operation parameter of the output is transmitted to the input / output board 109, the calibration process is performed, and then the signal is transmitted to the control microcomputer 108 and received through the interface unit.
  • the high-frequency bias power supply 107 of this embodiment includes a detector that detects the state of operation such as the magnitude of the output of the high-frequency bias power supplied to the sample table 104 and its change at predetermined sampling intervals.
  • the output of the detector output as an operation parameter is transmitted to the input / output board 109, stored in the storage device inside the input / output board 109, and after performing calibration processing, a signal is transmitted from the input / output board 109 to the control microcomputer 108. Will be done.
  • the high-frequency bias power supply 107 continuously transmits the output of the detector that detects the output of the high-frequency power to the input / output board 109 during the processing of the sample 105, and the input / output board 109 transmits the above-mentioned signal from the transmitted signal.
  • the operation parameters may be detected at predetermined intervals, or the input / output board 109 transmits the result of performing the processing of calibrating the signal from the high frequency bias power supply 107 to the control microcomputer 108, and the control microcomputer 108 performs the processing.
  • the parameters of the above operation may be detected from the transmitted signal at predetermined intervals.
  • the arithmetic unit of the control microcomputer 108 detects the value of the output magnitude of the high-frequency bias power supply 07 from the received signal based on the algorithm of the software in the storage device, and gives it to a predetermined value or from the user.
  • the process of determining the presence or absence of an abnormality, which will be described later, is carried out using the above-mentioned criteria.
  • control microcomputer 108 is located between each part constituting the plasma processing device 100 including the solenoid coil 102, the oscillator 103, and the sample table 104, and a sensor provided in these parts for detecting the operation state of each part. It is connected so that signals can be transmitted and received by wire or wirelessly, and based on the received signals indicating its operating state, a command signal is calculated in the same way as the high-frequency bias power supply 107, and transmitted to these to perform operation. It has a function to adjust.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing an outline of the configuration of a control microcomputer of the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG.
  • the control microcomputer 108 of the present embodiment detects the operation state of the plasma processing device 100 from the signal received during the processing of the sample 105, and receives the calculation unit 201 and the calculation unit 201 that calculates a signal instructing the operation according to the state. It has a storage unit 202 that stores and stores the signal or the information indicating the state of the operation detected from the signal. Further, the control microcomputer 108 has an interface unit (not shown), and the interface unit mass-produces semiconductor devices such as a clean room in which the plasma processing device 100 is installed via communication equipment schematically shown as a network 208. It is communicably connected to host 209, which is a control device including a computer that regulates the manufacturing operation of the building to be manufactured.
  • the plasma processing device 108 or its control microcomputer 108 which is one of the devices for manufacturing semiconductor devices in the building, processes the sample 105 processing command and the sample 105 as required from the host 209 via the network 208. It is possible to receive information 205 including recipes such as processing conditions at the time and the processing order of a plurality of samples 105.
  • the calculation unit 201 of this embodiment is a part composed of at least one circuit or element including a calculation unit composed of a circuit for calculation by a semiconductor such as an MPU.
  • the calculation unit 201 includes a processing room control unit 203 including a calculation unit that calculates a command signal for adjusting the operation in each unit of the plasma processing device 100 based on a signal for instructing the operation sent from the host 209, and an adjustment unit 201.
  • Condition monitoring with an arithmetic unit that detects the state of operation from the signal output from the sensor provided in each device subject to the above and determines whether or not the state is within the permissible range including the reference value. It has a part 204.
  • the processing room control unit 203 and the condition monitoring unit 204 may be arranged in different circuits, the same circuits, or the same devices so as to be able to communicate with each other by wiring or cables, and at least a part of them may be the same circuit.
  • elements and devices for example, arithmetic units may be shared.
  • the storage unit 202 includes a storage device including at least one semiconductor device such as RAM or ROM, a storage device including a removable medium such as a hard disk drive, a CD-ROM, or a DVD-ROM drive, and wiring for transmitting and receiving signals. It is configured.
  • a storage device including at least one semiconductor device such as RAM or ROM, a storage device including a removable medium such as a hard disk drive, a CD-ROM, or a DVD-ROM drive, and wiring for transmitting and receiving signals. It is configured.
  • Each of a plurality of types of information and data such as a signal received through the interface unit provided in the control microcomputer 108, or a command signal calculated and detected by the calculation unit and a signal indicating data is stored in the above storage device. be able to.
  • the storage unit 202 operates as information stored in the storage device from signals output from sensors provided in each device of the plasma processing device 100 to be adjusted by the calculation unit 201.
  • Software for detecting the state and calculating the signal of the command for adjusting the operation is stored in advance in each part, and in response to the command from the calculation unit 201 as the information necessary for the calculation process. It has the recipe information 205, the parameter information 206, and the processing room state information 207 acquired in the above.
  • the recipe information 205 is information including conditions for processing the sample 105 and is given by the user in advance before the start of the processing.
  • the recipe information 205 of this embodiment is subject to control of the time of any step in the treatment of the sample 105 composed of at least one step, the pressure in the treatment chamber in the step, the type of gas supplied, and the control. Information on a value that serves as a reference for the output of each device of the plasma processing device 100 is included.
  • the parameter information 206 includes the configuration of the plasma processing device 100 and the processing of the sample 105 of the plasma processing device 100 such as the upper limit value or the lower limit value in the performance of each device to be controlled, for example, the output of the high frequency bias power supply 107.
  • the processing room state information 207 includes a signal transmitted from each device to be controlled to the control microcomputer 108 to indicate the state of the device, and the state and processing of the surface of the sample 105 that changes as the processing of the sample 105 progresses.
  • Information such as a signal output from a detector such as a sensor indicating the state of the plasma 111 in the room is included. These include information that changes according to the processing conditions for each process to be transferred in the processing of the sample 105 and the progress of the processing during an arbitrary process.
  • the operation of the calculation unit 201 is as follows.
  • the processing room control unit 203 reads out the recipe information 205, the parameter information 206, and the processing room state information 207 stored in the storage device according to the algorithm of the soft wafer stored in the storage unit 202 in advance, and operates each device. And calculate the command signal to do this. Further, the signals output from the controlled device or detector received by the control microcomputer 108 via the communication means are calculated or detected by the condition monitoring unit 204 as information indicating these states according to the algorithm of the soft wafer. Then, it is transmitted as data to the storage unit 202 in response to a command from the arithmetic unit and stored in the processing room state information 207.
  • recipe information 205, parameter information 206, and processing room state information 207 detected from signals transmitted from each device or sensor to be controlled during processing of the sample 105 and stored in the storage unit 202. At least one of the data is read out at predetermined time intervals, and based on the data, whether or not the operating state of each device to be controlled is within the permissible range, or whether or not an abnormal state has occurred. To judge. Further, when it is determined that the state is abnormal, information indicating that the state is abnormal or that this has occurred is transmitted to the host 209 via the network 208 and also transmitted to the processing room control unit 203. .. Alternatively, a command signal is transmitted to the processing room control unit 203 so as to perform an operation or processing when an abnormality occurs.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an outline of the configuration of the control microcomputer and the input / output board of the embodiment shown in FIG.
  • the control microcomputer 108 adjusts the operation of the plasma processing device 100, at least one of the recipe information 205, the parameter information 206, and the processing room state information 207 stored in the internal storage unit 202 shown in FIG. 2 is used. Operates on the target device according to the recipe data that is the processing conditions such as the amount of the membrane to be processed and the process gas supplied to the sample 105 given from the host 209 or the host 209 via the network 208, and the pressure in the processing chamber.
  • the processing room control unit 203 calculates a command signal for adjusting the above, and transmits the signal to the input / output board 109.
  • the state monitoring unit 204 in the control microcomputer 108 receives a signal indicating the processing conditions (recipe) of the sample 105 transmitted from the host 209 received by the interface unit of the control microcomputer 108 via the network 208, and receives the signal indicating the processing condition (recipe) of the sample 105 from the signal.
  • Data of processing conditions such as information on a value that serves as a reference for the output of each device of the plasma processing apparatus 100 during processing is detected and stored as recipe information 205 in the storage unit.
  • a value (monitor value) indicating the operation or processing state of each device of the plasma processing device 100 is detected from the signal from each device or detector to be controlled by the plasma processing device 100 received through the input / output board 109.
  • the processing room state information 207 It is stored in the storage unit 202 as the processing room state information 207. Then, it is determined whether or not the monitor value stored as the processing room state information 207 is within the permissible range, or whether or not an abnormality has occurred, and if it is determined that it is out of the permissible range, it is determined. Information indicating the occurrence of an abnormality and the content of the abnormal state is transmitted to the host 209 via the network 208.
  • the state monitoring unit 204 reads out the monitor value included in the processing room state information 207 during the processing of the sample 105 at a predetermined time interval P1 and determines the occurrence of an abnormality. Therefore, the control microcomputer 108 is provided with the input / output board 109 by inputting signals from each device or detector to be controlled by the plasma processing apparatus 100 at a predetermined time interval P0 which is the same as or sufficiently smaller than the time interval P1.
  • the sampling unit 301 that receives the signal via the device is provided. The sampling unit 301 receives signals from the devices and detectors controlled by the plasma processing device 100 to the input / output board 109 at the predetermined time interval P0, and transmits a calibrated signal. You may send a command signal to do so.
  • the sampling unit 301 calibrates the signal from each device or detector to be controlled that is continuously transmitted at an interval sufficiently smaller than the predetermined time interval P0, and obtains the result of the sampling unit 301.
  • the above time obtained from the signal from the sampling unit 301 by transmitting the signal received from the sampling unit 301 to the condition monitoring unit 204 while transmitting a command to the input / output board 109 so as to transmit the signal.
  • the signal data indicating the monitor value for each interval P0 may be stored in the storage unit 202 as the processing room state information 207.
  • the state monitoring unit 204 detects the magnitude of the high-frequency power output by the high-frequency bias power supply 107 at a predetermined time interval (hereinafter, sampling interval), and is output from the high-frequency bias 107 from the result.
  • sampling interval a predetermined time interval
  • the high-frequency power it has a function of calculating a waveform as a target for determining the presence or absence of an abnormality and comparing the waveform of the determination target with a reference waveform to determine the presence or absence of an abnormality.
  • the waveform created in this embodiment will be described with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a graph schematically showing an example of high-frequency power for forming a bias potential detected at a predetermined sampling interval in the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG.
  • the high-frequency bias power supply 107 of this embodiment has at least two different magnitudes of high-frequency power voltage or current amplitude with respect to the electrodes inside the sample table 104 that are output during the processing of the sample 105 via the matching unit 115. The value is changed in each predetermined period and order, and this is periodically repeated to output the high frequency power.
  • FIG. 4 shows an example in which the amplitude of the voltage of the high-frequency power is alternately output for each of the predetermined values X and 0 for a predetermined different period, which is repeated in a predetermined cycle.
  • the command signal indicating the timing of the output transmitted from the input / output board 108 receiving the command from the control microcomputer 108 to the high-frequency bias power supply 107 is timed on the horizontal axis.
  • the vertical axis is taken as the output, the period in which the amplitude becomes constant as X is intermittent in a pulse shape with a period in which the amplitude is 0.
  • the waveform of the voltage of the electric power actually output from the high-frequency bias power supply 107 has a finite rate of change due to an increase in the output at the rising edge and a decrease at the end of the output of the high-frequency bias power supply 107. It does not become a perfect step, and "blunting" occurs.
  • the voltage value increases at a time corresponding to the start of the pulsed output of the amplitude X in the command signal from the state where the output value is 0, that is, the amplitude is 0.
  • the output changes for each period ⁇ during the time period from when the value starts to decrease until the output value becomes 0 again.
  • the output gradually becomes gradual with a large change in the ratio of the voltage value at the initial stage only during a predetermined period from the start and end times of the period corresponding to the period of each pulsed output of the command signal. It changes by drawing a curve like this.
  • such high-frequency power is supplied to the electrodes inside the sample table 104, and the voltage value of the power is not shown inside the high-frequency bias power supply 107 or between the high-frequency bias power supply 107 and the matching unit 115.
  • a signal as a result of detection by a voltage sensor (not shown) arranged on a power supply path composed of wiring such as a coaxial cable that is electrically connected to each other is transmitted to the input / output board 109.
  • the voltage sensor may be arranged on the feeding path between the matching unit 115 and the electrode.
  • the signal indicating the voltage value calibrated in the input / output board 109 is transmitted to the sampling unit 301 inside the control microcomputer 108, and the sampling unit 301 further indicates the voltage value received from the input / output board 109 for each predetermined sampling cycle T.
  • the signal is transmitted to the state monitoring unit 204.
  • the sampling value 402 which is the value of a plurality of voltages for each period T detected by the state monitoring unit 204, is Even if the voltage of the high-frequency power that is output in a pulse shape in the period ⁇ is equal for each period ⁇ , the waveform indicating the magnitude of the value (hereinafter referred to as the pulse waveform) is not a constant value but different. Become. Further, the time when each sampling value 402 is detected or the time on the time series corresponding to each sampling cycle T in the sampling unit 301 which is considered to have been detected (hereinafter, referred to as sampling time).
  • the value (hereinafter referred to as phase) fluctuates at each sampling time.
  • the value detection cycle T in the sampling unit 301 and the condition monitoring unit 204 is appropriately determined, and the value detected from the signal indicating the voltage at the sampling time for each cycle T and the phase value in the cycle ⁇ fluctuate.
  • a plurality of each sampling value 402 is used to create a waveform for one cycle according to the sampling value 402. By comparing such a waveform with a target waveform that serves as a reference for determination, it is determined whether or not there is an abnormality in the supply of high-frequency power, and the efficiency of operation of the device of the plasma processing device 100 and the processing yield are improved.
  • the sampling value 402 is detected from the signal indicating the monitor value of the voltage transmitted from the input / output board 109 every fixed period T having a value larger than the period ⁇ of the pulse waveform, and the sampling value 402 is detected in one period ⁇ of the pulse waveform.
  • the phase of each sampling value 402 is calculated.
  • the state monitoring unit 204 receives data indicating the sampling value 402 and its phase value stored in the storage device inside the sampling unit 301 at predetermined intervals, and determines from the data of these sampling values 402.
  • the pulse waveform obtained by calculating the target waveform, calculating the value of the reference waveform obtained at each sampling time based on a predetermined formula, etc., and comparing the data of these two waveforms. It has a function to determine the presence or absence of abnormalities.
  • condition monitoring unit 204 stores the waveforms calculated by the user and the data of each sampling value 402 in the internal storage unit 202, or a RAM connected to the control microcomputer 108 at another location so as to be communicable. It is transmitted to a storage device such as a ROM or a hard disk device for storage. Further, it may be configured to be transmitted to a display device such as a CRT or a liquid crystal monitor provided in the plasma processing device 100 (not shown) for display.
  • the waveform created by using the sampling value 402 obtained from the monitor value of the pulse waveform of the high frequency power is the actual waveform. It is necessary to reproduce 401 more accurately, and it is desirable that there are many sampling values 402 of different phases of one cycle ⁇ of the pulse waveform. The conditions for improving the reproducibility of the actual waveform 401 based on the sampling value 402 will be described.
  • the amount of phase change for each sampling value 402 is obtained from the remainder obtained by dividing the sampling period T by the period ⁇ of the pulse waveform, and from the absolute value of the value obtained by subtracting the remainder from 1/2 of the period ⁇ of the pulse waveform. Desired. For example, when the sampling cycle T is 100 ms and the pulse waveform cycle ⁇ is 70 ms, a phase variation corresponding to 30 ms occurs with respect to the pulse waveform cycle ⁇ at each sampling time.
  • the start time For each subsequent sampling time, 30 ms, 60 ms, 20 ms, 50 ms. .. .. As shown above, the phase of each pulse waveform in the period ⁇ fluctuates by 30 ms (or its ratio to the period ⁇ ).
  • the period ⁇ is the phase.
  • the value of the quotient obtained by dividing the least common multiple of the sampling period T and the period ⁇ of the pulse waveform by the sampling period T-1 is a sampling value 402 having a value other than 0.
  • the sampling cycle is 90 ms and the monitored cycle is 60 ms
  • the fluctuation value for each sampling is 30 ms. In this case, the reproducibility of the actual waveform is significantly lowered because there are only two points of the opposite time series of 30 ms and 60 ms when the pulse waveform is created in one cycle.
  • the sampling value 402 acquired by the sampling unit 301 during an arbitrary period may not be sufficient to create a pulse waveform for one cycle.
  • a permissible range of the amount of phase fluctuation that can be used to create a pulse waveform from a plurality of acquired sampling values 402 is determined, and the sampling period T is set so that the phase is within the permissible range.
  • the period ⁇ of the pulse waveform is selected.
  • the minimum value of the phase fluctuation amount is predetermined and the sampling period T at which the phase is equal to or greater than that value is determined.
  • the quotient value obtained by dividing the period ⁇ of the high-frequency power pulse waveform by the minimum number of sampling values 402 required to create the pulse waveform with a desired accuracy is predetermined as the minimum phase value. Be done.
  • the period of the pulse waveform is determining an abnormality in the high-frequency power waveform from the calculated value of the pulse waveform created from the data obtained by sampling the monitor value of the output of high-frequency power that fluctuates in a pulse shape with a predetermined period ⁇ in the period T.
  • the number of sampling periods T or the number of sampling values 402 used to create the pulse waveform is selected so that the phase fluctuation value in ⁇ is equal to or greater than the above minimum value and the period ⁇ is not a natural multiple of the phase fluctuation value. ..
  • the presence or absence of an abnormality is determined without being affected by the sampling cycle T of the monitor value acquired by the sampling unit 301 and the magnitude of the Nyquist cycle value of the pulse waveform to be sampled. It is possible.
  • the sampling unit 301 receives a signal indicating the monitor value of the pulse waveform from the input / output board 109 at a predetermined sampling cycle T during a predetermined period during the processing of the sample 105, or receives the signal from the input / output board 109.
  • the value for each period T of the signal indicating the monitor value is stored as array (or list) data.
  • the data at the J-th sampling time from the start time is stored as the J-th element as the J-th element, and the subsequent data is also stored in the J + 1-th element, ... In order.
  • the position (phase) of the pulse waveform at the sampling time corresponding to each stored data element and its number in one cycle ⁇ is calculated.
  • the remainder obtained by dividing the result of multiplying the element number J and the sampling period T by the period ⁇ of the pulse waveform given to the control microcomputer 108 as information by the user is the Jth stored in the array (or list). It indicates the phase in one cycle ⁇ of the pulse waveform at the sampling time corresponding to the Jth element of the data.
  • the phase of each element of the array in which these sampling values 402 are stored is associated with each element and stored in the sampling unit 301.
  • the array in which the sampling value 402 of the monitor value is stored is each.
  • the sampling value 402 and the sampling time associated with the sampling value 402 and the phase value in the period ⁇ of the above sampling time may be included as elements.
  • a signal indicating each element including the data of the sampling value 402 for 1 second is received in the storage unit 202 for a predetermined period, for example, in this embodiment.
  • the array data is sorted and rearranged in the order of the phases in the pulse waveform 1 cycle ⁇ corresponding to each element data.
  • the data stored in each element of the array in the storage unit 202 may be rewritten and stored again, or may be stored in the storage unit 202 as another array.
  • the value of the element of the arbitrary element number K of the array that is, the sampling value 402 as the Kth element is the next K + 1
  • the element smaller than that of the element is selected, and the Nth element having the smallest value is selected from these.
  • the element number N corresponding to the Nth element is regarded as the element number at which the amplitude of the pulse waveform created for determination starts to increase, and the phase of the Nth element is the position or offset of the offset in one cycle ⁇ of the pulse waveform. It is regarded as the phase of.
  • the phase of each element of the array from the Nth element to a predetermined number of M-1 elements (N + M elements) including the period of one cycle ⁇ of the pulse waveform is re-phased.
  • the subtracted result is set as the phase in the period of one pulse waveform of each element. If the result of the subtraction is negative, the value obtained by adding the period ⁇ of the pulse waveform to the result of the subtraction is determined as the position or phase in the period of one pulse waveform of the Nth element of each element.
  • phase value redefined in this way or the time value corresponding to the phase in the pulse waveform for one cycle ⁇ is rewritten as the data of each element of the array or other data of each element of the original array. Is stored as data in another array.
  • an array of elements in which the Nth to N + M elements in which the monitor values including the one for one cycle of the above waveform are stored are arranged in the order of the phase from the offset. Is called a virtual waveform array.
  • the state monitoring unit 204 determines whether or not there is an abnormality in the value stored in the element of the virtual waveform array created above, it is included in the high frequency power supply 107 and is output from now on.
  • the sampling time of each element of the virtual waveform array is obtained from the equation of the target waveform that represents the time change of the voltage or current of the output high-frequency power.
  • the theoretical value of the sampling value 402 in the phase is calculated.
  • the parameters used in the target waveform formula for calculating the theoretical value of the monitor value such as the time constant of the oscillator of this example are those input in advance by the user or designer of the device and stored in the control microcomputer 108. Used.
  • FIG. 5 is a graph schematically showing an example of a virtual waveform and a target waveform formed by using values obtained by sampling the output from the high-frequency bias power supply of the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG.
  • the target waveform of this example is the condition of the virtual waveform 501 given in advance by the signal from the user of the plasma processing device 100 or the host 209, or when controlling the device to be controlled by the control microcomputer 108 of the plasma processing device 100. It is created from the software stored in the storage unit of the control microcomputer 108 from the constant by the arithmetic unit arranged inside the control microcomputer 108.
  • the sampling value 402 of each element of the virtual waveform array for one cycle of the pulse waveform is shown as a black dot, and the graph connecting the black dots of these plurality of elements with a solid line is called a virtual waveform 501. Further, a graph showing the target waveform between each phase of one cycle of the pulse waveform from the Nth element to the N + M element by a broken line is referred to as a target waveform 502.
  • the shapes of the virtual waveform 501 and the target waveform 502 are required to have a difference between the values at each time within a predetermined allowable range. For example, when the value of each phase of the virtual waveform 501 causes an overshoot or undershoot with respect to the value of the target waveform 502, it is necessary to detect this.
  • the magnitude of variation of the virtual waveform 501 from the target waveform 502 is detected by using the correlation coefficient calculated from the value of the virtual waveform 501 and the value of the target waveform 502.
  • the value of the target waveform 502 at each time information on the duty ratio and period value of the pulse waveform input by the user or designer of the plasma processing apparatus 100 and stored in the control microcomputer 108 is used. For example, when the time from the start time of phase 0 in one cycle of the target waveform 502 is less than the product value of the duty ratio value and the cycle value, the amplitude of the pulse waveform increases. Since it is in the rising period, the output setting value of the pulse waveform is set to X, the time from the start time of any time during the rising period is set to S1, and the time constant of the oscillator is set to T0 as an expression expressing the pulse waveform during the rising period. , The following equation (1)
  • the time value of the target waveform is obtained by the arithmetic unit inside the control microcomputer 108 using.
  • the time from the start time of phase 0 is equal to or greater than the value of the product of the duty ratio value and the period value, it is during the falling period in which the amplitude of the pulse waveform is decreasing.
  • the result of subtracting the product value of the period and the duty ratio from an arbitrary time during the fall period is defined as S2, and the following equation (2) is used.
  • the time value of the target waveform is obtained by the arithmetic unit inside the control microcomputer 108 using.
  • the calculated value of the target waveform at the same time or phase on the period ⁇ as each element of the virtual waveform array calculated by the arithmetic unit of the state monitoring unit 204 based on the equation of the target waveform is a command from the arithmetic unit. Depending on the signal, it is stored in the storage unit 202 as an array element together with the time and phase values. Such an array is called a target waveform array.
  • the state monitoring unit 204 determines whether or not there is an abnormality in the pulse waveform shape at predetermined time intervals using the virtual waveform array and the target waveform array. In the judgment, the difference between the maximum value of the sampling value 402 stored as an element of the virtual waveform array and the maximum value of the target waveform value stored in the target waveform array is within the allowable range, and the difference is stored in the virtual waveform array. The maximum value of the sampling value 402 does not exceed the maximum value of the target waveform value of the target waveform array, and the sampling value 402 of the same element number (that is, the phase in the same time or period ⁇ ) of the virtual waveform array and the target waveform array.
  • the first condition is that the magnitude of the high frequency power output from the high frequency power supply 107 to the electrodes inside the sample table 104 in the plasma processing apparatus 100 is predetermined and allowed to be suitable for processing the sample 105. It is within the range and is for determining whether or not an overload is applied to the plasma processing apparatus 10.
  • the second condition is that the pulse waveform of the current or voltage of the high frequency power output from the high frequency power supply 107 is within a predetermined allowable range including the desired one suitable for processing the sample 105. It is for determining whether or not.
  • the third condition is for determining whether or not the pulse waveform undershoots or overshoots the target waveform.
  • the procedure for calculating the correlation coefficient under the third condition will be described.
  • the calculation unit 201 calculates the correlation coefficient
  • the covariance of the virtual waveform array and the target waveform array and the standard deviation of each array are calculated.
  • the deviation of the sampling value 402 of the element with the number is calculated by subtracting the average value of the sampling values 402 of each element from the sampling value 402 for the element of an arbitrary number in the virtual waveform array.
  • the deviation of the target waveform value of the element of any number in the target waveform array is calculated in the same manner.
  • the product of the deviations calculated for each number element of the virtual waveform array and the target waveform array is calculated, and the above calculation is performed for all N + M number elements including one cycle ⁇ of the pulse waveforms of the two arrays.
  • the value of the product of the deviations is added, and the value obtained by dividing the sum by the number of elements N + M is calculated as the covariance of these waveform arrays.
  • the standard deviation of each of the two waveform sequences is calculated.
  • the deviation of the sampling value 402 of the elements of arbitrary numbers in the virtual waveform array is calculated in the same manner as described above.
  • the deviation value calculated in the calculation of the covariance may be used.
  • the square root of the sum obtained by adding the squared values of the deviations of each element for all N + M numbered elements including one cycle ⁇ of the pulse waveform is calculated, and the value of the square root is calculated by the number of elements N + M.
  • the value obtained by division is calculated as the standard deviation of the virtual waveform array.
  • the standard deviation of the target waveform array is calculated.
  • the correlation coefficient is calculated using the covariance of the virtual waveform array and the target waveform array thus obtained and the standard deviation of each waveform array.
  • the correlation coefficient is calculated by dividing the covariance between the virtual waveform array and the target waveform array by multiplying the standard deviations of each waveform array by the arithmetic unit of the state monitoring unit 204 of the calculation unit 201.
  • FIGS. 6 to 8 are graphs schematically showing an example of a virtual waveform and a target waveform formed by using the values obtained by sampling the output from the high-frequency bias power supply of the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG.
  • the same parts as those in the first embodiment of FIGS. 1 to 5 are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
  • the states of the virtual waveform 501 and the target waveform 502 when it should be determined that an abnormality has occurred in the virtual waveform are divided into three types of patterns, and whether or not the virtual waveform is one of the patterns is determined.
  • the determination is made to determine the presence or absence of an abnormality in the virtual waveform 501. That is, when the value of the virtual waveform 501 is always insufficient with respect to the target waveform 502, the value of the virtual waveform 501 and the value of the target waveform 502 near a specific phase in one cycle ⁇ of a specific time or pulse waveform. When the difference is continuously large, it is classified into the case where the virtual waveform 501 and the target waveform 502 are significantly different.
  • monitoring 1 For each abnormal pattern, the detection of the difference value of the difference between the maximum values of the values of the virtual waveform array showing the virtual waveform 501 and the target waveform array showing the target waveform 502 described in FIG. 5 and the comparison with the allowable value are compared.
  • Monitoring 1 detection of the difference between the values of the virtual waveform array and the element of the target waveform array at an arbitrary time or phase, and comparison with the allowable value 2. Further, the correlation coefficient of the virtual waveform array and the target waveform array. The detection of the above and the comparison with the reference value are referred to as monitoring 3.
  • the allowable value range for monitoring 1 is abnormal when the difference between the maximum detected values is less than ⁇ 15% of the predetermined value and the value is greater than or equal to these values. Is determined. Further, for monitoring 2, when the value of the sampling value 402 of each element of the virtual waveform array is ⁇ 10% or more of the target waveform value of the element of the target waveform array at the same time or phase, it is determined as abnormal. Further, when the value of the correlation coefficient of the monitoring 3 is 0.7 or less, it is determined to be abnormal.
  • FIG. 6 is a graph schematically showing an example in which the sampling value 402 indicating the virtual waveform 501 stored in the virtual waveform array is smaller overall than the target waveform 502 shown by the solid line. is there.
  • the condition that the virtual waveform 501 in this figure is an abnormality whose output is insufficient is that the monitoring 1 is abnormal, the monitoring 2 is abnormal at all times or phases, and the monitoring 3 is normal (no abnormality). If it is done.
  • the control microcomputer 108 is used to stop the processing of the sample 105 by each controlled device of the plasma processing device 100 including the high frequency power supply 107.
  • a command to correct the output and operation is sent.
  • the control microcomputer 108 calculates the ratio of the output shortage of the virtual waveform 501 to the target waveform 502 for each time, and obtains the output shortage ratio for the input / output board 109 and the output to compensate for this.
  • the output value setting obtained by multiplying the set value by the set value is transmitted.
  • FIG. 7 is a graph schematically showing an example in which the virtual waveform 501 created from the sampling value 402 is significantly different from the target waveform 502 only at a specific time or phase.
  • the condition that the difference between the values of the virtual waveform 501 and the target waveform 502 is continuously determined to be large at a specific time or phase is that the monitoring 2 continuously detects an abnormality for a predetermined time or phase from the specific time.
  • monitoring 1 and monitoring 3 are determined to be normal.
  • the control microcomputer 108 does not send a command to correct the output, but commands the plasma processing device 100 to stop processing the sample 105. To do.
  • FIG. 8 is a graph schematically showing an example in which the virtual waveform 501 created from the sampling value 402 has a significantly different waveform shape as compared with the target waveform 502.
  • the condition that the virtual waveform 501 and the target waveform 502 are significantly different is that the monitoring 3 is determined to be abnormal regardless of the states of the monitoring 1 and the monitoring 2.
  • the control microcomputer 108 does not give a command to correct the output, but sends a command to stop the processing of the sample 105.
  • the abnormality of the waveform of the high frequency power output from the high frequency bias power supply 107 can be detected with high accuracy, and the processing yield of the sample 105 is improved.

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Abstract

試料台またはその内部の電極に供給される高周波電力の波形を精度良く検出して、歩留まりと運転の効率を向上させるため、真空容器内部に配置された処理室内に配置された試料台の上面に載置された処理対象のウエハを当該処理室内に形成されたプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、前記ウエハの処理中に前記プラズマまたはウエハに所定の周期でパルス状に供給される高周波電力を形成する高周波電源と、前記周期より長い間隔で検出した前記高周波電力の電圧または電流の値から当該電圧または電流の波形を算出し当該波形が予め定められた許容範囲内にあるかを判定する判定器と、当該判定器の判定結果および当該波形の形状を使用者に報知する報知器とを備えた。

Description

プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の運転方法
　本発明は、真空容器内部の処理室内に形成したプラズマを用いて当該処理室内に配置されたウエハを処理するプラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の運転方法に係り、ウエハを乗せた試料台内部の電極に所定の時間の間隔で大小の振幅を繰り返して高周波電力を供給しつつウエハを処理するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
　半導体ウエハを対象としたプラズマ処理装置において、上記処理室内の試料台またはその内部の電極を通して高周波電力の値を検出して、処理室内でのプラズマを用いた処理の状態の異常の有無を判定する技術の例としては、特開２０１７－１６２７１３号公報（特許文献１）に記載のものが知られている。当該特許文献１には、所定の期間毎に試料台を構成する電極に接続された高周波電源と、これから供給される高周波電力により処理室内に形成されるプラズマの放電の状態を試料台またはその内部の電極を通して電位として検出する放電センサと、放電センサからの信号を解析して異常を検出する信号解析部とを備えている。
　特に、本特許文献１では、信号解析部が、処理中のサンプリング期間のうち第Ｎ期間内において電極を介して高周波電力の電位を検出した放電センサからの信号の絶対値の平均値である第Ｎ平均値と、第Ｎ期間以前の直近の第Ｎ－ｎサンプリング期間の信号の絶対値の第Ｎ－ｎ平均値を比較して増減率を求め、当該増減率が所定の割合を超えた場合に異常が起きたと判断するというものが開示されている。
　さらに、特開２０１６－０５１５４２号公報（特許文献２）には、高周波電力をパルス状の波形で出力する高周波電源であって、高周波電力の出力を調節するＲＦ電力制御部と、ＲＦ電力制御部からパルス出力される信号を増幅し出力するＤＣ－ＲＦ変換部とを備えたものであって、ＲＦ電力制御部に配置されたパルス波形制御部がパルス出力の制御を行う構成を備えたものが開示されている。特に、パルス波形制御部にて出力電力と目標出力電力の差分が基準値以上の場合立ち上がりと立下りの各時間を所定の時間ピッチで増大する処理を行い、差分が基準値以下となった時点で当該に処理を停止する技術が開示されている。
特開２０１７－１６２７１３号公報 特開２０１６－０５１５４２号公報
　上記従来技術には、次のような点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。
　すなわち、上記従来技術では、電源において出力される信号を検知し当該信号と基準値とを比較して当否の判定とを行う、あるいは処理室内の試料台またはその内部の電極に印加される高周波電源からの電力を特定の複数期間の各々において所定の時間間隔で複数回サンプリングした信号の減率が正常であるかを判断することが行われている。しかしながら、このような従来技術においては、電源から出力された際の高周波電力の波形が予め定められた基準または目標の形状に沿ったものであるかについては不明であり、これを検出して判定する点について何ら考慮されていない。
　このため、上記従来技術では、高周波電力の波形について所望の調節が実現されたとしても、その結果得られる波形が所期のものに近づけられているか不明であり、このため高周波電力を供給しつつ行われる処理対象の試料であるウエハ上面の処理対象膜のエッチング等の処理後の形状の調節を高い精度で実現できず処理の歩留まりが損なわれてしまうという問題が生じていた。
　上記の問題を解決する手段としては、高周波電源から出力される電力を所定の期間毎に確認することが考えられる。例えば、特許文献２においてパルス制御機器が正常に動作しているかを確認するためのメンテナンス作業を定期的に行うと、電源が停止している時間が増大することになり効率の低下が損なわれてしまう。さらに、特許文献１において、ウエハの処理中の高周波電源からの出力を所定のサンプリング間隔で検出して基準又は目標の形状からの許容範囲内に波形があることを確認しようとすると、高周波電源から所定の時間の間隔で大小の振幅を繰り返して電力が供給される場合には、時間の間隔毎に増減する波形を当該間隔より相応に短いサンプリング間隔で検知した信号から精度良く検出しその異常の有無を短時間で判定するためには、要するセンサや判定器の機能が高くなりコストが増大してしまう。
　本発明の目的は、試料台またはその内部の電極に供給される高周波電力の波形を精度良く検出して、歩留まりと運転の効率を向上させたプラズマ処理装置またはプラズマ処理装置の運転方法を提供することにある。
　上記目的は、真空容器内部に配置された処理室内に配置された試料台の上面に載置された処理対象のウエハを当該処理室内に形成されたプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、前記ウエハの処理中に前記プラズマまたはウエハに所定の周期でパルス状に供給される高周波電力を形成する高周波電源と、前記周期より長い間隔で検出した前記高周波電力の電圧または電流の値から当該電圧または電流の波形を算出し当該波形が予め定められた許容範囲内にあるかを判定する判定器と、当該判定器の判定結果および当該波形の形状を使用者に報知する報知器とを備えたプラズマ処理装置およびその運転方法により達成される。
　本発明によれば、プラズマ処理装置に備えられたパルス制御機器の波形監視を行うことでパルス制御機器の動作を保障し、メンテナンス作業を回避することによる運転の効率を向上させたプラズマ処理装置またはプラズマ処理装置の運転方法を提供できる。
本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の制御マイコンの構成の概略を模式的に示す図である。 図１に示す実施例の制御マイコン及び入出力基板の構成の概略を示すブロック図である。 図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置において所定のサンプリング間隔で検出されたバイアス電位形成用の高周波電力の例を模式的に示すグラフである。 図４に示す実施例に係るプラズマ処理装置の高周波バイアス電源からの出力をサンプリングした値を用いて形成した仮想波形と目標波形の例とを模式的に示すグラフである。 図４に示す実施例に係るプラズマ処理装置の高周波バイアス電源からの出力をサンプリングした値を用いて形成した仮想波形と目標波形の例とを模式的に示すグラフである。 図４に示す実施例に係るプラズマ処理装置の高周波バイアス電源からの出力をサンプリングした値を用いて形成した仮想波形と目標波形の例とを模式的に示すグラフである。 図４に示す実施例に係るプラズマ処理装置の高周波バイアス電源からの出力をサンプリングした値を用いて形成した仮想波形と目標波形の例とを模式的に示すグラフである。
　以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
　図１乃至図５を用いて本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
　本実施例のプラズマ処理装置１００は、真空容器、及び真空容器内部に配置され内側が排気されて減圧される空間であってその上部でプラズマが形成される処理室、ならびに処理室内でプラズマが形成される領域の下方に配置され処理対象の基板状の試料である半導体ウエハが載せられて保持される試料台を備えた真空容器部と、真空容器の上部の上方あるいはこれを囲んで配置されて処理室内にプラズマを形成するための電界または磁界を形成して供給するプラズマ形成部と、真空容器の下方に連結され処理室内で試料台の下方に配置され内部のガスやプラズマが排出される排気口と連通して配置されたターボ分子ポンプ等の排気ポンプを含む排気部とを備えている。プラズマ処理装置１００は、処理室内に配置された試料の表面の膜を当該処理室内に形成したプラズマを用いてエッチング処理するエッチング処理装置となっている。
　本図において、プラズマ処理装置１００は、処理室を内部に備える真空容器である反応容器１０１を備えている。反応容器１０１の上部の円筒形状部分を構成する側壁部の上端上方には、反応容器１０１を構成して処理室の天面を覆う石英等の誘電体製の円板状の蓋部材が載せられて反応容器１０１の天井部を構成する。蓋部材は、反応容器１０１の円筒形の側壁部上端との間にＯリング等のシール部材が挟まれてその上に載せられて保持されることで、反応容器１０１外部の空間と内部の処理室との間が気密に区画される。
　反応容器１０１の内部には、内側でプラズマ１１１が形成される円筒形状の部分を含む空間である処理室が配置され、処理室の下部には、半導体ウエハなどの基板状の試料１０５がその上面上方に載せられて保持される円筒形状を有した試料台１０４が備えられている。試料台１０４の内部には、円板または円筒形状部分を有した金属等の導電性を有する材料から構成された電極が配置され、高周波バイアス電源１０７と整合器１１５を介して同軸ケーブル等の配線、ケーブルにより電気的に接続されている。高周波バイアス電源１０７からは試料１０５が試料台１０４上に載置されて処理されている間に高周波電力が電極に供給され、試料１０５の上面上方に処理室内に形成されたプラズマ１１１との間に、当該プラズマ１１１の電位に応じた電位差を形成するバイアス電位が形成される。
　反応容器１０１上部の蓋部材上方には、プラズマ形成部を構成し、反応容器１０１の処理室内に供給されるプラズマ発生用のマイクロ波の電界を供給するため管路であって蓋部材の中心部分の上方で上下方向に延在する円筒形状部分を有した導波管１１０が配置されている。導波管１１０は、上下方向に延在する断面が円形の円筒部分の上端部とその一端部が接続され中心部を通る軸が水平方向に延在した部分であって断面が矩形または方形を有した方形部分を備えており、方形部分の他端部分に、マイクロ波の電界を発振して形成するマグネトロン等の発振器１０３が配置されている。また、反応容器１０１の円筒形状を有した側壁部の外周および蓋部材の上方の導波管１１０の周囲には、これらを囲んで配置され反応容器１０１の中にプラズマ１１１を形成するために供給される磁界を発生するソレノイドコイル１０２が配置され、プラズマ形成部を構成している。なお、図示していないが、導波管１１０の下端部と蓋部材上面との間には、蓋部材と同じかこれと見做せる程度に近似した径を有して導波管１１０より径が大きな円筒形を有する空洞部が備えられ、導波管１１０を通して伝播されたマイクロ波の電界が内側で拡散して所定のモードを有した電界が形成され、当該電界が誘電体製の蓋部材を通して処理室内に上方から供給される。
　反応容器１０１の側面部には、その原子または分子が励起され電離または解離することでプラズマ１１１が形成されるプロセスガスを供給するための管路１０６が接続されている。管路１０６が接続された反応容器１０１の上部の貫通孔は、図示しない蓋部材の下方に配置されて処理室の天井面を構成する円板形状を有したシャワープレートと蓋部材との間の隙間に連通されており、管路１０６内を通流するプロセスガスは、反応容器１０１との接続部からシャワープレートと蓋部材との隙間に導入され、隙間内部で拡散した後にシャワープレートの中央部分に配置された貫通孔を通して処理室の内部に上方から導入される。
　反応容器１０１の底部の試料台１０４の下方には、処理室内部と外部との間を連通する開口が配置され、この開口を挟んで処理室と排気部とが連結される。円形を有した当該開口は、これを通して処理室内のガスやプラズマ、処理中に生成された生成物の粒子が排出される箇所であり、排気部のターボ分子ポンプ１１４の入口と連通した排気口を構成する。さらに、処理室はその内部で試料台１０４下面と開口との間に空間を有し、この空間において開口を閉塞する位置から上方において上下に移動する円形を有した排気調節バルブ１１２が配置されている。排気調節バルブ１１２はその円形部の外周縁部には円の面方向に沿って外側に延びる２つの梁状のフランジ部を備え、フランジ部の下面が反応容器１０１底面に取り付けられたアクチュエータの先端部と接続され、当該アクチュエータの動作により排気調節バルブ１１２は、試料台１０４下方の処理室内で排気口との間の距離を増減させ処理室内からの排気の流路面積を増減させるバルブを構成する。
　なお、処理室内の圧力は、管路１０６を通して当該管路１０６上に配置された図示しない流量調節器（Ｍａｓｓ　Ｆｌｏｗ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ＭＦＣ）により流量または速度が調節されたプロセスガスの処理室内への供給とターボ分子ポンプ１１４および排気調節バルブ１１４を含む排気部の動作による排気口からの排気との各々の量のバランスにより調節される。
　さらに、本実施例の高周波バイアス電源１０７は、試料１０５の処理中に試料台１０４内部の金属製の円形の膜状あるいは円筒形のブロックに高周波電力を出力する。当該高周波電力の電圧または電流はその振幅やその大きさを時刻の推移に応じて期間、あるいは周波数等パラメータを変化させて出力される。このような動作のパラメータは、高周波電源１０７と有線又は無線の通信経路を介して入出力基板１０９と通信可能に接続され、入出力基板１０９から動作パラメータを示す信号が高周波バイアス電源１０７に送信され、あるいは逆に高周波バイアス電源１０７から出力されその動作パラメータに対応する動作の状態を示す信号を受信する回路を備えた入出力基板１０９に送信される。
　入出力基板１０９に対して動作パラメータを指定する指令信号は、有線又は無線の通信経路を介して入出力基板１０９と通信可能に接続された制御マイコン１０８から発信される。あるいは、高周波電源１０７から入出力基板１０９に送信され動作の状態を示す信号が入出力基板１０９から制御マイコン１０８に送信される。本実施例のこれら高周波電源１０７、制御マイコン１０８、入出力基板１０９は、信号の送受信用のケーブルを介して通信可能に接続されているが無線による送受信が行われても良い。
　制御マイコン１０８内の図示しないＲＡＭやＲＯＭあるいはハードディスク等の記憶装置に格納された処理の条件やレシピ等のデータや装置の使用者から与えられる情報を受信した制御マイコン１０８内の演算器が記憶装置内に格納されたソフトウエアのアルゴリズムに基づいて算出した動作パラメータを示す指令信号が、制御マイコン１０８内部のインターフェース部を通して入出力基板１０９に送信される。入出力基板１０９では、当該指令信号に基づいた動作パラメータを示す信号を形成しその校正処理を行った後に、高周波バイアス電源１０７に対して入出力基板１０９から信号が送信され、高周波バイアス電源１０７の動作が信号に応じたものに調節される。逆に、高周波バイアス電源１０７の動作中は、その出力の動作パラメータを示す信号が入出力基板１０９に送信され校正処理が行われた後に、制御マイコン１０８に送信されてインターフェース部を通して受信される。
　本実施例の高周波バイアス電源１０７は、試料台１０４に供給される高周波バイアス電力の出力の大きさやその変化等の動作の状態を予め定められたサンプリング間隔毎に検出する検出器を備えている。動作パラメータとして出力された当該検出器の出力は入出力基板１０９に送信されてその内部の記憶装置内に格納されて、校正処理を行った後に、入出力基板１０９から制御マイコン１０８に信号が送信される。高周波バイアス電源１０７は、少なくとも試料１０５の処理中に、継続的に高周波電力の出力を検出した検出器の出力を入出力基板１０９に送信し、入出力基板１０９において、当該送信された信号から上記動作のパラメータを所定の周期毎に検出しても良いし、入出力基板１０９では高周波バイアス電源１０７からの信号を校正する処理を行った結果を制御マイコン１０８に送信し、制御マイコン１０８において、当該送信された信号から上記動作のパラメータを所定の周期毎に検出しても良い。
　制御マイコン１０８の演算器は、受信した信号から、記憶装置内のソフトウエアのアルゴリズムに基づいて、高周波バイアス電源０７の出力の大きさの値を検出し、予め定められたもの或いは使用者から与えられる基準を用いて後述の異常の有無を判定する処理を実施する。
　なお、制御マイコン１０８は、図示していないがソレノイドコイル１０２、発振器１０３、試料台１０４を含むプラズマ処理装置１００を構成する各部及びこれらに備えられ各部毎の動作の状態を検知するセンサとの間で有線あるいは無線により信号の送受信可能に接続され、受信したこれら各部からのその動作状態を示す信号に基づいて、高周波バイアス電源１０７と同様に指令信号を算出して、これらに発信して動作を調節する機能を備えている。
　次に、この図１の制御マイコン１０８の構成について、図２を用いて説明する。図２は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の制御マイコンの構成の概略を模式的に示す図である。
　本実施例の制御マイコン１０８は、試料１０５の処理中に受信した信号からプラズマ処理装置１００の動作の状態を検出すると共に当該状態に応じた動作を指令する信号を算出する演算部２０１と、受信した信号あるいはこれから検出された動作の状態を示す情報を格納して記憶する記憶部２０２とを有している。さらに、制御マイコン１０８は図示しないインターフェース部を有し、当該インターフェース部はネットワーク２０８として模式的に示される通信用の設備を介して、プラズマ処理装置１００が設置されたクリーンルーム等の半導体デバイスを量産、製造する建屋の製造の動作を調節するコンピュータを含む制御装置であるホスト２０９と通信可能に接続されている。建屋内の半導体デバイス製造用の装置の１つであるプラズマ処理装置１０８あるいはその制御用マイコン１０８は、ネットワーク２０８を介してホスト２０９から必要に応じた試料１０５の処理の指令や試料１０５を処理する際の処理の条件や複数の試料１０５の処理の順番等のレシピを含む情報２０５を受信することができる。
　本実施例の演算部２０１は、ＭＰＵ等の半導体による演算用の回路から構成された演算器を含む少なくとも１つの回路または素子から構成された部分である。演算部２０１は、内部にホスト２０９より送られる動作を指令する信号を元にプラズマ処理装置１００の各部にその動作を調節する指令の信号を算出する演算器を含む処理室制御部２０３や、調節の対象となる各機器に備えられたセンサから出力された信号からその動作の状態を検出し当該状態が基準の値を含む許容範囲内であるか否かを判定する演算器を有した状態監視部２０４を有している。なお、処理室制御部２０３と状態監視部２０４とは、各々が異なる回路あるいは同じ回路または同じデバイスの内部に配置され配線やケーブルで通信可能に構成されていても良く、少なくとも一部が同じ回路または素子、デバイス（例えば演算器等）を共有したものであっても良い。
　また、記憶部２０２は、少なくとも１つのＲＡＭあるいはＲＯＭ等の半導体デバイスやハードディスクドライブやＣＤ－ＲＯＭ，ＤＶＤ－ＲＯＭドライブ等の着脱可能な媒体を備えた記憶装置と信号が送受信される配線を備えて構成されている。制御マイコン１０８に備えられたインターフェース部を通して受信した信号、或いは演算部で算出、検出された指令信号やデータを示す信号等の複数の種類の情報やデータの各々を上記の記憶装置内に格納することができる。本実施例では、記憶部２０２は、記憶装置内に格納される情報として、演算部２０１が調節の対象となるプラズマ処理装置１００の各機器に備えられたセンサから出力された信号からその動作の状態を検出する、さらには各部にその動作を調節する指令の信号を算出する演算を行うためのソフトウエアが予め格納されていると共に、演算処理に必要な情報として演算部２０１からの指令に応じて取得されたレシピ情報２０５、パラメータ情報２０６、処理室状態情報２０７を、有している。
　レシピ情報２０５は、試料１０５の処理を行う条件を含む情報であり処理の開始前に予め使用者から与えられるものである。本実施例のレシピ情報２０５には、少なくとも１つの工程から構成される試料１０５の処理における何れかの工程の時間、当該工程における処理室内の圧力、供給されるガスの種類、制御の対象となるプラズマ処理装置１００の各機器の出力の基準となる値の情報が含まれている。
　パラメータ情報２０６には、プラズマ処理装置１００の構成や、制御対象の各機器、例えば高周波バイアス電源１０７の出力の性能上の上限値または下限値といったプラズマ処理装置１００の試料１０５の処理を含む運転における各機器の動作範囲等、プラズマ処理装置１００の固有の動作のパラメータの情報が含まれる。特に、予め使用者あるいは製造者から付与される情報であって、試料１０５の処理の条件に関わらず変動がないものの情報が含まれている。
　処理室状態情報２０７には、制御対象の各機器から制御マイコン１０８に送信された当該機器の状態を示す信号や、試料１０５の処理が進行するに伴って変化する試料１０５の表面の状態や処理室内部のプラズマ１１１の状態を示すセンサ等の検知器から出力された信号等の情報が含まれる。これらには、試料１０５の処理で移行する工程毎の処理の条件や任意の工程中の処理の進行に応じて変化する情報が含まれている。
　演算部２０１の動作は以下の通りである。
　処理室制御部２０３は、記憶部２０２に予め格納されたソフトウエハのアルゴリズムに応じて、記憶装置に格納されたレシピ情報２０５、パラメータ情報２０６、処理室状態情報２０７を読み出して、各機器の動作とこれを行わせるための指令の信号を算出する。また、通信手段を介して制御マイコン１０８が受信した制御対象の機器や検知器から出力された信号は、状態監視部２０４において、ソフトウエハのアルゴリズムに沿ってこれらの状態を示す情報として算出または検出され、データとして演算器からの指令に応じて記憶部２０２に送信され処理室状態情報２０７に保存される。
　さらに、状態監視部２０４では、試料１０５の処理中に制御対象の各機器やセンサから送信された信号から検出され記憶部２０２に格納されたレシピ情報２０５、パラメータ情報２０６、処理室状態情報２０７の少なくとも何れかのデータを所定の時間間隔毎に読み出して、当該データに基づいて制御対象の各機器の動作の状態が許容範囲内にあるか否か、或いは異常な状態が生起しているか否かを判定する。さらに、異常な状態であることが判定された場合は、異常な状態であること又はこれが生起したことを示す情報を、ネットワーク２０８を介してホスト２０９に送信すると共に処理室制御部２０３に送信する。或いは、異常が生じた際の動作や処理を行わせるように指令信号を処理室制御部２０３に送信する。
　次に、制御マイコン１０８と入出力基板１０９の動作について、図３を用いて説明する。図３は、図１に示す実施例の制御マイコン及び入出力基板の構成の概略を示すブロック図である。
　制御マイコン１０８は、プラズマ処理装置１００の動作を調節するに際して、図２に示した内部の記憶部２０２に格納されたレシピ情報２０５、パラメータ情報２０６、処理室状態情報２０７の少なくとも何れか１つのデータやホスト２０９からネットワーク２０８を介して与えられる試料１０５の処理対象の膜やプロセスガスの供給の量、処理室の圧力等処理の条件であるレシピのデータに応じて、対象の機器に対して動作を調節する指令信号を処理室制御部２０３で算出して、当該信号を入出力基板１０９に信号を送信する。
　制御マイコン１０８内の状態監視部２０４は、ネットワーク２０８を介して制御マイコン１０８のインターフェース部が受信したホスト２０９から発信された試料１０５の処理の条件（レシピ）を示す信号を受信し当該信号から当該処理中のプラズマ処理装置１００の各機器の出力の基準となる値の情報等の処理の条件のデータを検出してレシピ情報２０５として記憶部に格納させる。さらに、入出力基板１０９を通して受信したプラズマ処理装置１００の制御対象の各機器や検知器からの信号からプラズマ処理装置１００の各機器の動作や処理の状態を示す値（モニタ値）を検出して処理室状態情報２０７として記憶部２０２に格納させる。そして、処理室状態情報２０７として格納されたモニタ値が許容の範囲内であるか否か、あるいは異常が生じているか否かの判定を行い、許容範囲外であると判定された場合には、ネットワーク２０８を介してホスト２０９に異常の生起及び異常な状態の内容を示す情報を発信する。
　状態監視部２０４は、試料１０５の処理中の処理室状態情報２０７に含まれるモニタ値を所定の時間間隔Ｐ１で読み出して、異常の発生を判定する。このため、制御マイコン１０８には、時間間隔Ｐ１と同じかこれより十分に小さい予め定められた時間間隔Ｐ０でプラズマ処理装置１００の制御対象の各機器や検知器からの信号を入出力基板１０９を介して受信するサンプリング部３０１を備えている。サンプリング部３０１は、入出力基板１０９に対して、プラズマ処理装置１００の制御対象の各機器や検知器からの信号を上記予め定められた時間間隔Ｐ０で受信して、これを校正した信号を送信するように指令信号を発信しても良い。あるいは、サンプリング部３０１は、上記予め定められた時間の間隔Ｐ０より十分に小さな間隔または継続的に送信される制御対象の各機器や検知器からの信号を校正の処理をした結果をサンプリング部３０１に送信させるように入出力基板１０９に指令を発信するとともにサンプリング部３０１から状態監視部２０４に受信した当該信号を送信して、状態監視部２０４がサンプリング部３０１からの信号から得られた上記時間間隔Ｐ０毎のモニタ値を示す信号のデータを処理室状態情報２０７として記憶部２０２に格納しても良い。
　特に、本実施例では、状態監視部２０４が予め定められた時間間隔（以下、サンプリング間隔）で高周波バイアス電源１０７の出力する高周波電力の大きさを検出し、その結果から高周波バイアス１０７から出力された高周波電力について、異常の有無を判定する対象としての波形を算出し、当該判定の対象の波形と基準となる波形とを比較して異常の有無を判定する機能を備えている。本実施例において作成する波形を図４を用いて説明する。図４は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置において所定のサンプリング間隔で検出されたバイアス電位形成用の高周波電力の例を模式的に示すグラフである。
　本実施例の高周波バイアス電源１０７は、試料１０５の処理中に出力する試料台１０４内部の電極に対し、整合器１１５を介して、高周波電力の電圧または電流の振幅の大きさを少なくとも２つの異なる値で予め定められた各々の期間と順序で変化させ、これを周期的に繰り返して当該高周波電力を出力する。図４では、高周波電力の電圧の振幅が所定の値Ｘと０との各々で予め定められた異なる期間だけ交互に出力されることが予め定められた周期で繰り返される例を示している。
　高周波バイアス電源１０７からこのような出力がされる場合には、制御マイコン１０８から指令を受けた入出力基板１０８から高周波バイアス電源１０７に送信される出力のタイミングを示す指令信号は、横軸を時間に縦軸を出力にとると、振幅がＸとして一定になる期間が振幅が０である期間を挟んでパルス状に断続するものとなる。しかし、実際に高周波バイアス電源１０７から出力される電力の電圧の波形は、高周波バイアス電源１０７の出力の立ち上がりの際の出力の増大と終了の際の減少とで変化の速度が有限であるため、完全なステップ状のものとはならず「なまり」が生じてしまう。
　本例では、図４の実波形４０１として示す通り、出力の値が０、すなわち振幅が０の状態から指令信号での振幅Ｘのパルス状の出力の開始に相当する時刻において当該電圧値が増大を開始して、最大値（ピーク値）に到達した後に減少を始めて再度出力値が０になるまでの時刻の間の期間τ毎に出力が変化する。さらに、出力は、指令信号の各々のパルス状の出力の期間に対応する期間の開始と終了の時刻から所定の期間の間だけ、電圧の値が初期にその割合が大きく変化し徐々緩やかになるような曲線を描いて変化する。
　本実施例では、このような高周波電力が試料台１０４内部の電極に供給されるものであり、当該電力の電圧値を図示しない高周波バイアス電源１０７の内部あるいは高周波バイアス電源１０７と整合器１１５との間電気的に接続する同軸ケーブル等配線で構成された給電経路上に配置された図示しない電圧センサが検知した結果の信号が入出力基板１０９に送信される。電圧センサは、整合器１１５と電極との間の給電経路上に配置されていても良い。入出力基板１０９において校正された電圧値を示す信号は制御マイコン１０８内部のサンプリング部３０１に送信され、さらにサンプリング部３０１が所定のサンプリング周期Ｔ毎の受信した入出力基板１０９からの電圧値を示す信号を状態監視部２０４に送信する。
　本例のように変化する高周波電力の電圧の周期τとサンプリング周期Ｔとが合致していない場合、状態監視部２０４において検出される周期Ｔ毎の複数の電圧の値であるサンプリング値４０２は、例え周期τでパルス状に出力される高周波電力の電圧はその値の大きさを示す波形（以下、パルス波形）が周期τごとで等しいものにされるとしても、一定の値ではなく異なるものとなる。また、各々のサンプリング値４０２の検出された時刻または当該検出が行われたと見做せるサンプリング部３０１における各サンプリング周期Ｔに対応する時系列上の時刻（以下、サンプリング時刻と呼称する）の、当該サンプリング時刻を含む各実波形４０１の１つのパルス波形の基準となる開始位置（例えば、そのパルス波形の振幅が０である位置またはこれに対応する時刻）からの時間または当該時間の周期τに対する比率（以下、位相と呼称する）の値は、各サンプリング時刻毎に変動するものとなる。
　本実施例では、サンプリング部３０１及び状態監視部２０４における値の検出の周期Ｔを適切に定め、周期Ｔ毎のサンプリング時刻の電圧を示す信号から検出された値と周期τにおける位相の値が変動する各サンプリング値４０２を複数個用いて、サンプリング値４０２による１周期分の波形を作成する。このような波形を判定の基準となる目標波形と比較して、高周波電力の供給の異常の有無を判定し、プラズマ処理装置１００の装置の運転の効率と処理の歩留まりとを向上させる。
　サンプリング部３０１では、パルス波形の周期τより大きな値の一定の周期Ｔ毎に入出力基板１０９から送信される電圧のモニタ値を示す信号からサンプリング値４０２が検出され、パルス波形の１周期τにおける各サンプリング値４０２の位相の算出が行われる。さらに、状態監視部２０４は、所定の間隔毎にサンプリング部３０１内部の記憶装置に格納されたサンプリング値４０２及びその位相の値を示すデータを受信して、これらのサンプリング値４０２のデータから判定する対象としての波形を算出すると共に、予め定められた式等に基づいて得られる基準としての波形の各サンプリング時刻での値を算出し、これら２つの波形のデータを比較して得られたパルス波形の異常の有無を判定する機能を有している。
　また、状態監視部２０４は、使用者がこれら算出した波形と各サンプリング値４０２のデータを、内部の記憶部２０２に格納する、あるいは別の箇所で制御マイコン１０８と通信可能に接続されたＲＡＭ，ＲＯＭやハードディスク装置等の記憶装置に送信して記憶させる。さらに、図示していないプラズマ処理装置１００に備えられたＣＲＴや液晶モニタ当の表示器に送信して表示させるように構成されていても良い。
　本実施例において、高周波電力のパルス波形を算出してその異常の有無の判定を行う上では、高周波電力のパルス波形のモニタ値から得られたサンプリング値４０２を用いて作成される波形が実波形４０１をより正確に再現していることが必要であり、その上でパルス波形の１周期τの異なる位相のサンプリング値４０２が多いことが望ましい。このようなサンプリング値４０２による実波形４０１の再現性を高くするための条件を述べる。
　モニタ値を示す信号から順次サンプリング時刻毎に検出された複数のサンプリング値４０２の位相がどのように変動するかを検討する。この各サンプリング値４０２毎の位相の変化の量は、サンプリング周期Ｔをパルス波形の周期τで割った余りを求め、パルス波形の周期τの１／２から当該余りを減じた値の絶対値から求められる。例えば、サンプリング周期Ｔが１００ｍｓ、パルス波形の周期τが７０ｍｓの場合、各サンプリング時刻毎にパルス波形の周期τに対し３０ｍｓに相当する位相の変動が生じる。この場合、複数のサンプリング値４０２のうちの最初のサンプリング値４０２と位相とが０、すなわち任意の１つのパルス波形の振幅が０でその増大の開始される時刻であった場合には、開始時刻以降のサンプリング時刻毎に３０ｍｓ、６０ｍｓ、２０ｍｓ、５０ｍｓ．．．のように、順に各パルス波形の周期τ中での位相が３０ｍｓ（またはその周期τに対する割合）ずつ変動することになる。
　実施例において、パルス波形を作成するために用いられる複数のサンプリング値４０２を位相が０の開始時刻と最後の時刻の間の複数のサンプリング時刻において時系列に得るとすると、、周期τが当該位相の変動する量で割り切れる場合、つまりサンプリング周期Ｔとパルス波形の周期τとの最小公倍数をサンプリング周期Ｔで割った商の値－１個が０以外の値となるサンプリング値４０２となる。例として、サンプリング周期が９０ｍｓ、監視対象の周期が６０ｍｓの場合、サンプリングごとの変動値は３０ｍｓとなる。この場合、パルス波形１周期作成時の対尾する時系列は３０ｍｓ、６０ｍｓの２点のみとなってしまうため、実波形の再現度は著しく下がってしまうことになる。
　また、各サンプリング時刻毎に生じる位相の変動が大きい場合にも、任意の期間中にサンプリング部３０１で取得されたサンプリング値４０２では、１周期分のパルス波形を作成するには数が足らなくなる虞がある。以上の課題を解決するために、取得した複数のサンプリング値４０２からのパルス波形の作成に用いることのできる位相の変動量の許容範囲を定め、位相が当該許容範囲内になるようにサンプリング周期Ｔまたはパルス波形の周期τが選択されることが必要となる。本実施例では位相の変動量の最小値が予め定めてその値以上の位相となるサンプリング周期Ｔを定める。
　すなわち、本実施例では、高周波電力のパルス波形の周期τを所望の精度でパルス波形を作成するために必要なサンプリング値４０２の最小の個数で割った商の値が位相の最小値として予め定められる。予め定められた周期τでパルス状に変動する高周波電力の出力のモニタ値を周期Ｔでサンプリングしたデータから作成したパルス波形の算出値から高周波電力の波形の異常を判定する場合、パルス波形の周期τ中における位相の変動値が上記最小値以上であって周期τが位相の変動値の自然数倍でないように、サンプリング周期Ｔまたはパルス波形の作成に使用するサンプリング値４０２の個数が選択される。このような条件を満たすことで、サンプリング部３０１において取得されるモニタ値のサンプリング周期Ｔと、サンプリング対象となるパルス波形のナイキスト周期の値の大小に影響を受けることなく異常の有無の判定を行うことが可能である。
　次に、サンプリング部３０１の動作の詳細について説明する。サンプリング部３０１は、試料１０５の処理中の予め定められた期間において入出力基板１０９よりパルス波形のモニタ値を示す信号を予め定められたサンプリング周期Ｔ毎に受信する、または入出力基板１０９から受信したモニタ値を示す信号の周期Ｔ毎の値を、配列（またはリスト）のデータとして格納する。当該データのうち開始時刻からＪ番目のサンプリング時刻のものは、Ｊ番目の要素としての第Ｊ要素として格納され、以降のデータも同様に第Ｊ＋１番目要素、…に順序格納される。
　さらに、格納された各データの要素及びその番号に対応するサンプリング時刻のパルス波形の１周期τ中での位置（位相）を算出する。例えば、要素番号Ｊとサンプリング周期Ｔを掛け合わせた結果を、使用者から制御マイコン１０８に情報として与えられるパルス波形の周期τで割った余りが、配列（またはリスト）に格納されたＪ番目のデータ第Ｊ番目要素に対応するサンプリング時刻のパルス波形１周期τ中の位相を示すものとなる。これらのサンプリング値４０２が格納された配列の各要素毎の位相は、当該各要素毎に結び付けられてサンプリング部３０１内部に記憶され、例えば、モニタ値のサンプリング値４０２が格納される配列は、各々のサンプリング値４０２と共に当該サンプリング値４０２が得られたとして対応付けされるサンプリング時刻及び上記したサンプリング時刻の周期τ中の位相の値とを要素として含むものであっても良い。
　次に、状態監視部２０４の動作について述べる。サンプリング部３０１が配列またはリストに各要素として格納したデータのうち所定の期間、例えば本実施例では１秒間のサンプリング値４０２のデータを含む各要素を示す信号を受信して記憶部２０２に新たに配列のデータとして格納した後に、当該配列のデータを、各要素のデータ各々が対応するパルス波形１周期τにおける位相の順に、ソートを行って並べ替える。この際、記憶部２０２内の配列の各要素に格納されたデータを書き換え格納し直しても良く、また別の配列として記憶部２０２内に格納しても良い。
　後述の基準となる目標波形の値との比較を行うために、判定用の波形を作成するためのサンプリングを開始するサンプリング時刻とモニタ値が示すパルス波形の立ち上がりタイミングとのの間の時間（オフセット）を求める。状態監視部２０４において１つの周期τ中における位相の順にソートされた配列の要素のうちで、配列の任意の要素番号Ｋの要素の値、すなわち第Ｋ要素としてのサンプリング値４０２が次の第Ｋ＋１要素のものより小さいものを選び出し、さらにこれらのうちからその値が最小である第Ｎ要素を選択する。当該第Ｎ要素に対応する要素番号Ｎを判定用に作成するパルス波形の振幅が増大を開始する要素番号と見做し、第Ｎ要素の位相をパルス波形１周期τ中のオフセットの位置あるいはオフセットの位相と見做す。
　このように求められたオフセットを用いて、第Ｎ要素からパルス波形の１周期τ分の期間を含む所定の個数Ｍ－１個の要素（第Ｎ＋Ｍ要素）までの配列の各要素の位相の再計算を行う。各要素の位相からオフセットの位相を減じた結果が０または正の数であればその減じた結果を各要素の１つのパルス波形の周期中の位相として設定する。また、減算した結果が負であれば当該減算の結果にパルス波形の周期τを足した値を、各要素の第Ｎ要素の１つのパルス波形の周期中の位置または位相として定める。このように再度定められた位相の値または１周期τ分のパルス波形の中の当該位相に対応する時刻の値は、配列の各要素のデータとして書き換え或いは元の配列の各要素の他のデータと共に別の配列のデータとして格納される。このように再度算出された位相および時刻を用いて、上記の波形１周期分のものを含むモニタ値が格納された第Ｎ要素から第Ｎ＋Ｍ要素をオフセットからの位相の順に並べられた要素の配列を、仮想波形配列と呼ぶ。
　次に、状態監視部２０４にて上記で作成した仮想波形配列の要素に格納された値の異常の有無を判定する際に用いる基準値を得るため、高周波電源１０７に含まれてこれから出力される高周波電力のパルス波形を発振して形成する発振器の時定数を用いて、出力される高周波電力の電圧または電流の時間変化が表される目標波形の式から、仮想波形配列の各要素のサンプリング時刻または位相におけるサンプリング値４０２の理論的値を算出する。本例の発振器の時定数等のモニタ値の理論値を算出するための目標波形の式に用いられるパラメータは、装置の使用者または設計者により予め入力されて制御マイコン１０８に格納されたものが用いられる。
　このようにモニタ値のサンプリング値４０２を用いた仮想的な波形を示す配列の要素を作成すること及びモニタ値の理論的値を示す目標波形の作成とについて、図５を用いて説明する。図５は、図４に示す実施例に係るプラズマ処理装置の高周波バイアス電源からの出力をサンプリングした値を用いて形成した仮想波形と目標波形の例とを模式的に示すグラフである。本例の目標波形は、プラズマ処理装置１００の使用者又は予めホスト２０９からの信号により予め与えられる仮想波形５０１の条件やプラズマ処理装置１００の制御マイコン１０８の制御対象となる機器の制御時の時定数から制御マイコン１０８の記憶部に格納されたソフトウエアから制御マイコン１０８内部に配置された演算器により作成される。
　本図において、パルス波形１周期分の仮想波形配列の各要素のサンプリング値４０２が黒点として示され、これら複数の要素の黒点同士を実線で結んだグラフを仮想波形５０１と呼ぶ。また、第Ｎ要素から第Ｎ＋Ｍ要素までのパルス波形１周期分の各位相の間における目標波形を破線で示したグラフを目標波形５０２と呼称する。
　仮想波形５０１と目標波形５０２の形状は各時刻での値同士の差異が予め定められた許容の範囲内であることが求められる。例えば、仮想波形５０１の各位相毎の値が目標波形５０２の値に対してオーバーシュートやアンダーシュートを生じた場合、これを検出することが必要となる。本実施例では、当該仮想波形５０１の値と目標波形５０２の値とから算出される相関係数を用いて、仮想波形５０１の目標波形５０２からの変動の大きさを検出する。
　目標波形５０２の各時刻での値は、プラズマ処理装置１００の使用者又は設計者により入力され制御マイコン１０８に格納されたパルス波形のデューティ（Ｄｕｔｙ）比及び周期の値の情報を用いる。例えば、目標波形５０２の１周期における位相０の開始時刻からの時間がデューティ（Ｄｕｔｙ）比の値と周期の値との乗積の値未満の場合には、パルス波形の振幅が増大している立ち上がり期間中であるから、この立ち上がり期間中のパルス波形を表す式としてパルス波形の出力設定値をＸ、立ち上がり期間中の任意の時刻の開始時刻からの時間をＳ１、発振器の時定数をＴ０として、以下の式（１）
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
を用いて目標波形の時刻の値が制御マイコン１０８内部の演算器により求められる。
　また、位相０の開始時刻からの時間がデューティ（Ｄｕｔｙ）比の値と周期の値との乗積の値以上の場合には、パルス波形の振幅が減少している立ち下がり期間中であるから、この立ち下がり期間中のパルス波形を表す式として、立ち下がり期間中の任意の時刻から周期とデューティ（Ｄｕｔｙ）比の乗積の値を減算した結果をＳ２とし、以下の式（２）
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
を用いて目標波形の時刻の値が制御マイコン１０８内部の演算器により求められる。
　状態監視部２０４の演算器がこのような目標波形の式に基づいて算出した、仮想波形配列の各要素と同じ時刻または周期τ上の位相における上記目標波形の算出値は、演算器からの指令信号に応じて、当該時刻、位相の値と共に配列の要素として記憶部２０２に格納される。このような配列を目標波形配列と呼ぶ。
　状態監視部２０４では、仮想波形配列及び目標波形配列を用いて所定時間間隔ごとにパルス波形形状の異常の有無の判定が行われる。判定は、仮想波形配列の要素として格納されたサンプリング値４０２の最大値と目標波形配列に格納された目標波形値の最大値との差分が許容範囲内であり、且つ仮想波形配列に格納されたサンプリング値４０２の最大値が目標波形配列の目標波形値の最大値を超えていないこと、さらに仮想波形配列および目標波形配列の同じ要素番号（すなわち同じ時刻または周期τ中の位相）のサンプリング値４０２と目標波形値との差分が予め定められた許容範囲内であること、さらには仮想波形配列と目標波形配列の相関係数が予め定められた基準値以上であることを条件として、これらの条件が満たされているか否かを判定することで行われる。
　上記の条件のうち、第１の条件はプラズマ処理装置１００において試料台１０４内部の電極に高周波電源１０７から出力される高周波電力の大きさが試料１０５の処理に適した予め定められた許容される範囲内に収まっており、プラズマ処理装置１０に過負荷が加えられないかを判定するためのものである。第２の条件は、高周波電源１０７から出力されている高周波電力の電流又は電圧のパルス波形が試料１０５の処理に適した所期のものを含む予め定められた許容される範囲内のものであるかを判定するためのものである。第３の条件は、パルス波形が目標波形に対してアンダーシュートあるいはオーバーシュートを起こしていないかを判定するためものである。
　本実施例において、第３の条件における相関係数を算出する手順について説明する。本例のプラズマ処理装置１００では、演算部２０１において当該相関係数の算出に際して、仮想波形配列および目標波形配列の共分散及び各配列の標準偏差が算出される。
　共分散の算出は、まず仮想波形配列の任意の番号の要素についてそのサンプリング値４０２から各要素のサンプリング値４０２の平均値を減算して当該番号の要素のサンプリング値４０２の偏差が算出される。同様に、目標波形配列の任意の番号の要素の目標波形値の偏差も同様に算出される。さらに、仮想波形配列及び目標波形配列の各番号の要素について算出した偏差同士の乗積が算出され、２つの配列のパルス波形の１周期τ分を含むＮ＋Ｍ個の全ての番号の要素について上記算出された偏差同士の乗積の値が加算され、当該総和が要素数Ｎ＋Ｍで除算されて得られた値が、これらの波形配列の共分散として算出される。
　次に、２つの波形配列各々の標準偏差が算出される。仮想波形配列について、仮想波形配列の任意の番号の要素のサンプリング値４０２の偏差が上記と同様に算出される。上記共分散の算出の際に算出された偏差の値が用いられても良い。パルス波形の１周期τ分を含むＮ＋Ｍ個の全ての番号の要素について各要素の偏差の２乗値が加算されて得られた総和の平方根が算出され、当該平方根の値を要素の個数Ｎ＋Ｍで除算されて得られた値が、仮想波形配列の標準偏差として算出される。同様に、目標波形配列についてその標準偏差が算出される。
　このようにして得られた仮想波形配列および目標波形配列の共分散及び各波形配列の標準偏差を用いて相関係数が算出される。相関係数は、演算部２０１の状態監視部２０４の演算器により、各波形配列の標準偏差同士の乗積により仮想波形配列と目標波形配列との共分散を除算して算出される。
　次に、図６乃至図８を用いて、本実施例の仮想波形配列及び目標波形配列を用いた所定時間間隔ごとのパルス波形形状の異常の有無の判定の手順について説明する。図６乃至８は、図４に示す実施例に係るプラズマ処理装置の高周波バイアス電源からの出力をサンプリングした値を用いて形成した仮想波形と目標波形の例とを模式的に示すグラフである。これらの図において、上記図１乃至５第１の実施例と同一の部分については、同一の符号が付され詳細な説明を省略する。
　本実施例では、仮想波形において異常が生じていると判定されるべき場合の仮想波形５０１及び目標波形５０２の状態を３つの種類のパターンに分けられ、当該パターンの何れかであるか否かが判定されて、仮想波形５０１の異常の有無が判定される。すなわち、目標波形５０２に対して仮想波形５０１の値が常に不足している場合、特定の時刻またはパルス波形の１周期τ中の特定の位相付近の仮想波形５０１の値と目標波形５０２の値の差が継続して大きい場合、仮想波形５０１と目標波形５０２が大きく異なる場合、に分類される。
　各異常パターンについて、上記図５において説明した仮想波形５０１を示す仮想波形配列及び目標波形５０２を示す目標波形配列の各々の要素の値の最大値の差分の値の検出および許容値との比較を監視１、任意の時刻または位相における当該仮想波形配列及び目標波形配列の要素の値の差分の値の検出および許容値との比較を監視２、さらに当該仮想波形配列および目標波形配列の相関係数の検出およびその基準値に対する比較を監視３とする。
　また、本実施例において異常の有無の判定は、監視１について許容値の範囲は検出された最大値の差分が予め定められた値の±１５％未満であってこれら以上の値の場合が異常と判定される。さらに、監視２について仮想波形配列の各要素のサンプリング値４０２の値がこれと同時刻または位相の目標波形配列の要素の目標波形値の±１０％以上である場合が異常と判定される。さらに、監視３について相関係数の値が０．７以下の場合が異常と判定される。
　第１のパターンについて、図６を用いて説明する。図６は、仮想波形配列に格納された仮想波形５０１を示すサンプリング値４０２が、実線で示される目標波形５０２に比較して、全体的に値が小さい場合の例を、模式的に示すグラフである。本図の仮想波形５０１がその出力が不足した異常であるとする条件は、監視１が異常であり、監視２が全ての時刻または位相において異常であり、監視３が正常（異常なし）と判定された場合である。上記条件が成立したことが状態監視部２０４の演算器で判定された場合、制御マイコン１０８は高周波電源１０７を含むプラズマ処理装置１００の各制御対象の機器に試料１０５の処理の停止ための、またはその出力、動作の補正をする指令を発信する。出力の補正は、制御マイコン１０８において、各時刻毎の目標波形５０２に対する仮想波形５０１の出力不足分の割合が算出され、入出力基板１０９に対して求めた出力不足の割合とこれを補う出力の設定値とを掛け合わせたものを加算した出力値の設定を発信する。
　第２のパターンについて、図７を用いて説明する。図７は、サンプリング値４０２から作成される仮想波形５０１が目標波形５０２と比較して特定の時刻または位相でのみ大きく異なる例を、模式的に示すグラフである。特定の時刻または位相において仮想波形５０１と目標波形５０２の値の差が継続して大きいと判定される条件は、監視２において特定の時刻から継続して所定の時間または位相だけ異常が検出され、一方で監視１および監視３は異常なしと判定された場合とする。上記条件が成立した場合、制御対象機器または付随する環境の異常が想定されるため、制御マイコン１０８は出力の補正する指令の発信は行わず、プラズマ処理装置１００の試料１０５の処理の停止を指令する。
　第３のパターンについて、図８を用いて説明する。図８は、サンプリング値４０２から作成される仮想波形５０１が目標波形５０２と比較し、波形形状が大きく異なる例を、模式的に示すグラフである。仮想波形５０１と目標波形５０２が大きく異なるとする条件は、監視１および監視２の状態に問わず監視３が異常であると判断された場合とする。上記条件が成立した場合、制御対象機器または付随する環境の異常が想定されるため、制御マイコン１０８は出力を補正する指令は行わず、試料１０５の処理を停止する指令を発信する。
　以上の実施例によれば、高周波バイアス電源１０７から出力される高周波電力の波形の異常を高い精度で検出でき、試料１０５の処理の歩留まりが向上する。
１０１…反応容器
１０２…ソレノイドコイル
１０３…発振器
１０４…試料台
１０５…試料
１０６…管路
１０７…高周波バイアス電源
１０８…制御マイコン
１０９…入出力基板
２０１…演算部
２０２…記憶部
２０３…処理室制御部
２０４…状態監視部
２０５…レシピ情報
２０６…パラメータ情報
２０７…処理室状態情報
２０８…ネットワーク
２０９…ホスト
３０１…サンプリング部
４０１…実波形
４０２…サンプリング値
５０１…仮想波形
５０２…目標波形

Claims (11)

  1. 　真空容器内部に配置された処理室内に配置された試料台の上面に載置された処理対象のウエハを当該処理室内に形成されたプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、
    　前記ウエハの処理中に前記プラズマまたはウエハに所定の周期でパルス状に供給される高周波電力を形成する高周波電源と、前記周期より長い間隔で検出した前記高周波電力の電圧または電流の値から当該電圧または電流の波形を算出し当該波形が予め定められた許容範囲内にあるかを判定する判定器と、当該判定器の判定結果および当該波形の形状を使用者に報知する報知器とを備えたプラズマ処理装置。
  2. 　請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、前記ウエハ上にバイアス電位を形成するための前記高周波電力を出力する前記高周波電源が前記試料台内部に配置された電極と電気的に接続されたプラズマ処理装置。
  3. 　請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
    　前記判定器が、前記算出された波形の振幅の大きさ及び当該算出された波形と基準となる波形との比較の結果が前記予め定められた許容範囲にあるかを判定するプラズマ処理装置。
  4. 　請求項３に記載のプラズマ処理装置であって、
    　前記判定器が、前記算出された波形と前記基準となる波形とを比較して前記算出された波形の前記基準となる波形との値の差および当該基準となる波形との間の相関性の少なくとも何れか１つについて前記許容範囲内にあるかを判定するプラズマ処理装置。
  5. 　請求項３または４に記載のプラズマ処理装置であって、
    　前記判定器が、前記ウエハの処理の開始前に予め前記基準となる波形を示す情報を記憶する記憶装置を備え、前記記憶された情報から算出された前記基準となる波形と前記算出した波形とを比較するプラズマ処理装置。
  6. 　真空容器内部に配置された処理室内に配置された試料台の上面に載置された処理対象のウエハを当該処理室内に形成されたプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置の運転方法であって、
    　前記ウエハの処理中に前記プラズマまたはウエハに所定の周期でパルス状に供給される高周波電力を形成する高周波電源を備え、
    　前記周期より長い間隔で検出した前記高周波電力の電圧または電流の値から当該電圧または電流の波形を算出し当該波形が予め定められた許容範囲内にあるかを判定し、前記波形が前記許容範囲外であることが判定された場合に前記ウエハを処理する運転の条件を変更するプラズマ処理装置の運転方法。
  7. 　請求項６に記載のプラズマ処理装置の運転方法であって、
    　前記波形が前記許容範囲外であることが判定された場合に前記ウエハの処理を停止するプラズマ処理装置の運転方法。
  8. 　請求項６または７に記載のプラズマ処理装置の運転方法であって、
    　前記ウエハ上にバイアス電位を形成するための前記高周波電力を出力する前記高周波電源が前記試料台内部に配置された電極と電気的に接続されたプラズマ処理装置の運転方法。
  9. 　請求項６乃至８の何れかに記載のプラズマ処理装置の運転方法であって、
    　前記算出された波形の振幅の大きさ及び当該算出された波形と基準となる波形との比較の結果が前記予め定められた許容範囲にあるかを判定するプラズマ処理装置の運転方法。
  10. 　請求項９に記載のプラズマ処理装置の運転方法であって、
    　前記算出された波形と前記基準となる波形とを比較して前記算出された波形の前記基準となる波形との値の差および当該基準となる波形との間の相関性の少なくとも何れか１つについて前記許容範囲内にあるかを判定するプラズマ処理装置の運転方法。
  11. 　請求項６に記載のプラズマ処理装置の運転方法であって、
    　前記算出された波形の振幅の大きさ及び当該算出された波形と基準となる波形との比較の結果が前記予め定められた許容範囲にあるかを判定し、前記波形が前記許容範囲外であることが判定された場合に、前記算出された波形の振幅の大きさ及び当該算出された波形と基準となる波形との比較の結果を用いて前期ウエハ処理における前記高周波電力の電圧または電流の出力設定値に補正を行うプラズマ処理装置の運転方法。
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