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JP2002100611A - プラズマ処理装置および処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置および処理方法

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JP2002100611A
JP2002100611A JP2000289303A JP2000289303A JP2002100611A JP 2002100611 A JP2002100611 A JP 2002100611A JP 2000289303 A JP2000289303 A JP 2000289303A JP 2000289303 A JP2000289303 A JP 2000289303A JP 2002100611 A JP2002100611 A JP 2002100611A
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signal
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plasma processing
state
plasma
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潤一 田中
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浩之 橘内
Ryoji Nishio
良司 西尾
Seiichiro Sugano
誠一郎 菅野
Hideyuki Yamamoto
秀之 山本
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマ処理装置の状態変化を正確に捉える監
視システムを提供する。 【解決手段】試料を処理する処理チャンバ１を有するプ
ラズマ処理装置において、チャンバ内部の処理状態を検
出し複数の出力信号を出力する状態検出手段と、信号フ
ィルタを集めたデータベース１０から信号フィルタ選択
手段１１により任意の数の信号処理フィルタを取り出し
て構成され任意の数の装置状態信号を生成する信号変換
部９ａ、９ｂとを備え、前記信号変換部において前記出
力信号から該出力信号より少ない数の時系列を持つ前記
装置状態信号を生成することを特徴とするプラズマ処理
装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ生成機構
を備えたプラズマ処理及びプラズマ処理方法に係り、特
に、半導体素子の微細加工に好適な半導体製造装置およ
びLCD装置などのプラズマによる加工装置及び加工方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】年々半導体素子の加工は微細化してお
り、加工の寸法精度に対する要求も厳しくなっている。
一方、プラズマを用いて処理ガスを分解し半導体ウエハ
を物理化学的に加工するプラズマ処理装置では、装置内
部で生成される堆積性のある反応生成物などが装置のプ
ラズマチャンバの内壁に付着して残留し、ウエハの処理
状態を実質上変化させてしまうことがしばしばある。こ
のためウエハの処理を何枚も重ねるにつれて、装置の入
力を同一条件に固定しているにも関わらず、半導体素子
の加工形状などが変わってしまい、安定した生産が行え
ないという問題がある。
【０００３】この問題に対応するために、通常はチャン
バ内壁の付着物を除去するプラズマによってクリーニン
グしたり、チャンバ壁の温度を調節して付着物が付き難
くするなどの対策が行われている。しかし、このような
手法のほとんどはウエハの加工状態を完全に一定の条件
に保つのに十分ではなく、ウエハの加工状態は徐々に変
化し続ける。そして、加工形状が問題となるほど変わる
前にプラズマ処理装置を分解して部品交換をするか、液
体や超音波を用いた洗浄が行われる。ウエハの加工状態
が変動する原因にはこのような内部に付着する堆積膜以
外にも、処理系の温度など様々な要因の変動が関与す
る。したがって、プラズマ処理装置内部の処理状態の変
化を検出し、検出結果によりクリーニングなどの対策を
とったり、検出結果をプラズマ処理装置の入力にフィー
ドバックして処理状態を一定に保つなどの工夫がなされ
てきた。
【０００４】このようなプラズマ処理の変動を監視する
方法は、例えば特開平１０−１２５６６０号公報に開示
されている。この開示例では、プラズマ処理特性と装置
の電気信号の関係式を用いて装置性能を予測したり、プ
ラズマの状態を診断する方法が示されている。その方法
としては、３つの電気信号と装置のプラズマ処理特性と
の関係を表す近似式を重回帰分析求める方法が開示され
ている。またもう一つの例が特開平１１−８７３２３号
公報に開示されている。この開示例では、既存の複数の
検出器を取り付けた一般的な検出システムをプラズマ処
理装置に当てはめ、その検出信号の相関信号から装置の
状態を監視する方法が示されている。その相関信号を生
成する方法としては、６つの電気信号の比による計算式
が開示されている。またもう一つの開示例が、米国特許
第5658423号明細書にある。この開示例では、光や質量
分析器の数多くの信号を取り込んで相関信号を生成し装
置の状態を監視する方法が示されている。この相関信号
を生成する方法としては主成分分析を用いる方法が開示
されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−１２５６６０号公報の方法では、多数ある処理条
件の内いくつかの入力値を変化させたマップ上での３つ
の電気信号と処理特性の関係の近似式を重回帰分析を用
いて導いており、処理特性を測定しなければならないウ
エハの枚数が多すぎるため実際の運用が難しい。さらに
考慮されなかったプラズマの入力値が変動したときに
は、立てられたモデル式は無効となる上に、ウエハの処
理を重ねるにつれて連続的に変化していく堆積膜のよう
な観測困難な内部条件に依存する処理特性をモデル式に
採り入れるには膨大な数の処理特性の取得実験を要し、
実際の運用がきわめて困難である。
【０００６】さらに、特開平１１−８７３２３号公報の
方法は、よく知られた複数の検出手段からの複数の検出
信号の相関をとった信号を診断に用いると言った一般的
な方法であるが、開示された相関をとる方法もいくつか
の信号の比をとるという従来の手法であり、多くの変動
原因に応じて多様な状態を取るプラズマ処理装置の状態
を正確に監視するシステムの具体的実現手段を見出すこ
とは困難である。
【０００７】これとは異なり、米国特許第5658423号明
細書では装置からモニタした多量のデータを主成分分析
して装置状態の変動を捉えることにより多様なプラズマ
の状態を監視する方法を提供している。しかしこの開示
例から、様々なデバイス構造を持つウエハを様々な条件
で処理する実際のプラズマ処理装置での有効な実施方法
を見出すにはさらに工夫が必要である。
【０００８】本発明の目的は、処理条件や試料の累積処
理枚数などによって複雑多様な状態を持つプラズマ処理
装置を多数の検出信号によって監視し、この多数の検出
信号から監視可能な少数の有効な情報を自動的に抽出す
る手段を提供することにより、運用が容易なプロセスモ
ニタ方法およびそれを備えるプラズマ処理装置および半
導体素子やLCD装置などのプラズマによる微細加工を用
いたデバイスの製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的は、試料を処理
する処理チャンバを有するプラズマ処理装置において、
チャンバ内部の処理状態を検出し複数の出力信号を出力
する状態検出手段と、信号フィルタを集めたデータベー
スから信号フィルタ選択手段により任意の数の信号処理
フィルタを取り出して構成され任意の数の装置状態信号
を生成する信号変換部とを備え、前記信号変換部におい
て前記出力信号から該出力信号より少ない数の時系列を
持つ前記装置状態信号を生成することを特徴とするプラ
ズマ処理装置によって達成される。
【００１０】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記装置状態信号を入力として装置の状態を制御する機
構を持つことにより達成される。
【００１１】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記装置状態信号の時間変化を前記表示器に表示するこ
とにより達成される。
【００１２】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記状態検出手段として前記プラズマの発光を波長分解
する手段を用いることにより達成される。
【００１３】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記状態検出手段として前記プラズマを含む前記プラズ
マ処理装置の任意の点の電気的状態を検出する手段を用
いることにより達成される。
【００１４】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記電気的状態を表す信号を周波数分解する手段を有す
ることにより達成される。
【００１５】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記プラズマ発生手段として前記処理チャンバに電力を
加える電力供給手段を有する場合に、電力の反射成分を
前記状態検出手段として用いることにより達成される。
【００１６】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記プラズマに光信号を加える手段を有し、前記光信号
が前記プラズマを通過あるいは反射することにより変化
した信号を検出することにより前記状態検出手段とする
ことにより達成される。
【００１７】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記プラズマに電気的信号を加える手段を有し、前記電
気的信号が前記プラズマを通過あるいは反射することに
より変化した信号を検出することにより前記状態検出手
段とすることにより達成される。
【００１８】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記信号フィルタとしていくつかの試料を処理した結果
を主成分分析して得られた固有ベクトルとすることによ
り達成される。
【００１９】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記信号フィルタとしていくつかの試料を処理した結果
を主成分分析して得られた固有ベクトルを複数個合成し
たベクトルとすることにより達成される。
【００２０】また、上記のプラズマ処理装置において、
いくつかの試料の処理の結果を用いて前記データベース
を更新することにより達成される。
【００２１】また、上記のプラズマ処理装置において、
通常の処理ウエハ以外のダミーと呼ばれる試料をあらか
じめ設定された処理シーケンスに則って処理することに
より得られたデータを元に前記データベースを更新する
ことにより達成される。
【００２２】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記データベースの更新状況を監視する機構を有するこ
とにより達成される。
【００２３】また、上記のプラズマ処理装置において、
ある状態検出手段はデータベース作成後に動作を停止す
る、あるいは装置から取り除くことにより達成される。
【００２４】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記データベースを外部との通信により取得あるいは更
新することにより達成される。
【００２５】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記信号フィルタが番号あるいは名前あるいは記号など
のタグを持ち、前記タグにより前記信号フィルタを一つ
以上選択する手段を備え、前記選択された信号フィルタ
で構成される前記信号変換部の前記装置状態信号を表示
あるいは出力あるいは装置制御に用いることにより達成
される。
【００２６】また、上記のプラズマ処理装置において、
あらかじめ定義されたいくつかの装置の状態のリストを
有し、前記装置状態信号を用いて前記装置状態リストか
ら一つの状態を選ぶ機構を有し、前記装置の状態を表示
あるいは出力することにより達成される。
【００２７】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記装置の状態に応じて出力あるいは表示する装置状態
信号の数を変化させることにより達成される。
【００２８】また、上記のプラズマ処理装置において、
プラズマ製造装置外部からの要求に応じて出力する装置
状態信号の数を変化させることにより達成される。
【００２９】また、上記のプラズマ処理装置において、
各装置状態信号が満たすべき規定の範囲などの条件が設
定され、前記条件を満たすか満たさないかにより装置の
掃除を行う、あるいは部品交換する、あるいは試料の処
理を開始するなどの装置の運用状態を変更する判断機構
を備えることにより達成される。
【００３０】また、上記のプラズマ処理装置において、
要求する加工精度の異なる種類の試料を一つの前記プラ
ズマ処理装置で処理する場合に、前記装置状態信号が前
記条件を満たすか満たさないかによって処理できる試料
の種類を選択する手段を備えることにより達成される。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面に従
って説明する。図１に本発明の第一の実施例を示す。図
１は監視システムを備えたプラズマ処理装置を図示した
ものである。処理チャンバ１内には処理ガスを供給する
ガス供給手段２と、処理ガスを排気し処理チャンバ内の
圧力を制御する機能を持つガス排気手段３が備えられて
いる。さらに処理チャンバ内には処理対象の試料４を支
持する試料台５が設置されており、また処理チャンバ内
にプラズマを生成するためのプラズマ生成手段６が備え
られている。なお、半導体製造装置では試料４はウエハ
であり、LCD製造装置では試料4はLCD装置である。
【００３２】このプラズマ処理装置に、装置状態検出手
段8aおよび8bを設置する。状態検出手段8aは、例えばプ
ラズマ生成手段６に電力を加える経路に設置された電流
検出器または電圧検出器である。あるいはまた、電流電
圧位相差検出器または電力の進行波検出器または反射波
検出器またはインピーダンスモニタなどである。電力が
交流で供給される場合には、状態検出器8aは検出した電
流や電圧をフーリエ変換して周波数ごとに分解された数
個から十数個程度の信号を生成して出力する機構を備え
ていると良い。状態検出器8aのような電気的状態の検出
器の設置場所は、図示されたようなプラズマ生成手段６
のほかに試料台５や処理チャンバ５に設置されていても
よいし、処理チャンバ５内部にプラズマプローブを挿入
し、その出力に結合してもよい。
【００３３】状態検出手段8bは、処理チャンバ１内にプ
ラズマ生成手段６によって生成されるプラズマからの発
光を検出する分光器である。状態検出手段8bはモノクロ
メータのような単一波長の光を取り出す検出器でもよい
が、波長分解された発光スペクトルを出力する分光器の
ように多数の信号を出力する検出器であるのが最適であ
る。分光器の出力の発光スペクトルは、各波長での光の
強度で数百チャンネルから数千チャンネルに及ぶ大量の
信号である。
【００３４】状態検出手段は、これまでに説明した上記
以外の手段でも良い。たとえば、ガス供給手段に設置さ
れたガス流量計であってもよいし、処理チャンバに設置
された質量分析器などであってもよい。さらに状態検出
手段は、レーザー誘起蛍光法や赤外吸収法などの処理チ
ャンバに外部から光を導入し、プラズマを通過あるいは
反射した前記の光の状態変化を検出する手段であっても
よい。さらに、状態検出手段はアクティブプローブのよ
うな外部から電気信号を加えその応答を検出するような
手段であってもよい。これらの状態検出手段は、一定間
隔の時間あるいは設定されたいくつかのサンプリング時
間ごとに装置の状態を示す信号を出力する。
【００３５】状態検出手段 8aおよび8bからの出力信号
は、それぞれ信号変換部9aと9bに入力される。信号変換
部9aと9bは、状態検出手段8aと8bから送られてくる多数
の信号を一つの信号に変換して出力する機能を持つ。信
号変換部の出力は１つ以上であっても良いが、入力信号
の数より少ないほど良い。例えば，状態検出手段から信
号変換部に入力する信号が全部で１０００個あったとし
て、これらを一つの入力信号ベクトルｓにまとめて s = {s1, s2, … , s1000} と記するとする。このときに、信号フィルタを表すフィ
ルタベクトルf が f={f1, f2, … , f1000} と定義されているとする。このとき信号変換部は入力信
号ベクトルsとフィルタベクトルfの内積を計算して一つ
の出力信号zを計算することにより動作する（式１）。
【００３６】
【数１】
【００３７】信号変換部9aと信号変換部9bは異なるフィ
ルタベクトルを持つので異なる出力信号を生成する。系
には信号フィルタを蓄積することが可能なデータベース
１０が備わっているが、この実施例ではデータベースに
保存されるのはフィルタベクトルである。さらに系は、
信号変換部9aおよび9bにデータベース１０から信号フィ
ルタを選び出し設定する信号フィルタ選択手段１１を持
つ。信号フィルタの交換はウエハ上の加工状態が変わる
ときなどに行う。例えばエッチング装置で言えば、ゲー
トエッチング、メタルエッチング、絶縁膜エッチングな
どウエハ上の加工される膜種ごとに信号フィルタを交換
する。通常は一つの装置は一つの膜種のウエハを加工す
ることが多いが，同じ膜種でもデバイス構造ごとに処理
条件が異なり，異なる処理条件ごとに信号フィルタを交
換しても良い。さらに一枚のウエハを処理する処理条件
が多段階に分かれている場合があり，各処理段階ごとに
信号フィルタを交換してもよい。またウエハの処理間に
行われるクリーニングやエージングのプロセスの場合に
も信号フィルタを交換してもよい。
【００３８】ここでは信号変換部の出力信号を装置状態
信号と呼ぶ。装置状態信号は時々刻々出力されるので、
備えられた表示器７にその時間変化のグラフを表示し、
装置の使用者が装置の状態の変化を確認することができ
るようにするとよい。また装置状態信号は装置の処理条
件である圧力や電力などを制御する制御器１２にフィー
ドバックされ、装置の状態が変化したときに装置の状態
を制御器が自動的に調節するような機構を備えていても
よい。制御器には、リアルタイムに処理条件を調節して
も良いし、試料ごとに徐々に処理条件を調節しても良
い。
【００３９】次に、信号フィルタの作成方法を示す。信
号変換部の入力信号は数個であることもあるが、前記の
ように発光スペクトルなどを入力に採る場合には数百か
ら数千の入力信号となる。このような多数の信号を処理
するフィルタベクトルの個々の成分を人が一つ一つ考え
て決めるのは現実的でない。したがって信号フィルタの
生成には主成分分析を用いる。主成分分析は統計処理の
一般的な手法であり，例えば「多変量解析法、奥野他
著、日科技連出版社（1971年）」などに具体的な計算手
法が記されている。前記入力信号がｎ個ある入力信号ベ
クトルｓを行にとり、ｍ個の取得された入力信号ベクト
ルを列の方向に重ねていくと式２のようなｍ行ｎ列の信
号行列Sが得られる。
【００４０】
【数２】
【００４１】つぎに信号行列Sの相関行列あるいは共分
散行列Xを作成し、ｎ行ｎ列の対称行列であるXの固有値
解析を行うとn個の正の実数の固有値｛λ1,λ2, … ,
λn｝と各固有値に対応するｎ個の固有ベクトル｛y1, y
2, … , yn｝が得られる。この際、固有値は値が大きい
順にλ1>λ2>λ3> … >λnと並べることとする。
【００４２】固有ベクトルｙはそれぞれn行の一次元ベ
クトルである。この固有ベクトルを前記のフィルタベク
トルｆとして用い、式１の計算をすることにより ｎ個
の入力信号を一つの装置状態信号に変換する信号フィル
タとなる。発光スペクトルを入力信号にした場合を例に
とって固有ベクトルの意味を示す。発光スペクトルはプ
ラズマ中のプラズマの状態や処理チャンバ内に存在する
各種の原子や分子の状態を示す。各原子や分子はそれぞ
れ固有の波長に対応する発光ピークを出す。数百から数
千チャンネルある発光スペクトルデータは数十以上の多
量の発光ピークを有することが多く、従来はいくつかの
発光ピークを選んでピークの高さの時間変化を監視して
いた。主成分分析を用いた固有ベクトルによる信号フィ
ルタではは相関の強い発光ピークをまとめる効果がある
ため、信号の変動に対する感度が高く、式１により多数
の信号データの積算が行われるためノイズ成分が減少す
るという利点もある。
【００４３】相関のある発光をまとめるというのは例え
ば化学反応を捉えることにもつながる。たとえば、Siを
HBｒでエッチングする場合には、Si+Br→SiBrという反
応がSi表面で起こるため、気相中のBrが減少しSiBrが増
加する。つまり数多くあるBrの発光ピークが下がり、Si
Brの発光ピークが上がるという現象が起こるが、この二
つのピークの増減は相関が強いので主成分分析では同じ
固有ベクトルに捉えられる。
【００４４】実際の処理で得られたこの固有ベクトルの
例を図2に示す。実際にはこのような固有ベクトルの意
味付けが多くの場合可能であるが、場合によってはいく
つかの固有ベクトルを合成したベクトルの方が物理化学
的な意味が明確になることがある。
【００４５】式３に二つの係数αiとαjを用いて固有ベ
クトルyiとyjを合成し新しいフィルタベクトルfxを合成
する一例を示す。
【００４６】
【数３】
【００４７】合成は、式３のような二つの固有ベクトル
に限らず、任意の個数の固有ベクトルを合成できる。信
号フィルタは必ずしも固有ベクトルである必要は無く、
監視する物理現象と関連が深いと推定される任意の形の
ベクトルを用いても良い。
【００４８】本発明の第二の実施例を図３で示す。図３
はデータベースを更新するシステムを表したもので図１
の関係する部分を抽出してある。状態検出手段8aおよび
8bからの出力を主成分分析部１３に入力し、主成分分析
部１３は前記の主成分分析の結果として固有ベクトルを
出力する。出力された固有ベクトルはそのまま信号フィ
ルタとしてデータベースに保存されても良いが、前記の
ように混合などの処理をする場合にはフィルタ生成部１
４に入力される。フィルタ生成部１４では前記の式３な
どを用いてフィルタベクトルを生成し、データベース１
０を更新あるいは追加する。
【００４９】信号行列Sに用いるｍ個の信号データのサ
ンプリングの仕方は目的に応じて色々考えられる。例え
ば、図４に示すように、一枚のウエハを処理中の或る特
定のサンプリング点１５にデータを取得し、これを多数
のウエハで行い、ウエハ間での変動を信号行列１６に取
り込むことが考えられる。または一枚のウエハを処理中
のある特定の時間区間に複数のデータを取得し、これを
いくつかのウエハで行って得た信号行列Sを用いてもよ
い。また、通常ウエハは何枚かが組みになったロット単
位で処理されるが、各ロットの中の、特定のウエハの特
定の区間の、信号を取得して信号行列Sを生成してもよ
い。
【００５０】主成分分析は変動の大小によって固有ベク
トルが決まるので、観測したい変動をうまく取り出すの
に適したサンプリング点の時間分布を設定することが重
要となる。例えば、数秒に一回あるいはそれ以上のレー
トで状態検出器から信号が出力されるときに、ウエハの
処理の最初から終わりまでの間に得られる全データを信
号行列Sに取り込むと、プラズマの着火や消失、異なる
処理条件を持つ処理ステップ間での大きな状態の変化が
固有ベクトルに取り込まれてしまい、一つの処理ステッ
プの間に生じる微小だが重要な変動などが捉えにくくな
ることがある。このような場合、多くのウエハ処理の中
から、同じ処理を行うウエハの同じプロセスステップの
データのみを信号行列Sに取り込むと長期にわたる処理
の微小な変動が捉えられる。また、実際に製品となるウ
エハ以外にもダミーウエハと呼ばれる検査用のウエハの
処理が入ることがある。このダミーウエハを用いて、あ
る設定したシーケンスに従って処理条件のいくつかを意
図的に変動させ、同時に状態検出手段からの信号を多数
サンプリングする。これにより意図的に与えた変動に対
する処理系のレスポンスを表す信号行列Sを作成し、信
号フィルタを作成する。これにより変動要因を明確に表
す信号フィルタを作成することができる。
【００５１】さらにこのデータベースの更新状況を監視
することにより装置の状態の変化を検出することも可能
である。例えば，一番大きな固有値に対応する第一固有
ベクトルの形状の変化を監視すれば良い。
【００５２】また、信号フィルタを生成するために特別
な状態検出手段を設置することもある。例えば、プラズ
マ処理装置の製造メーカーが出荷前に発光分光器と質量
分析器の両方を一つのプラズマ処理装置に設置し，図５
に示すように発光スペクトルと質量分析器の出力信号を
並べたものを信号ベクトルとして信号行列１７を生成
し、これを主成分分析することにより信号フィルタ１８
を生成し、データベースに保存する。主成分分析結果の
固有ベクトルから生成される一つの信号フィルタに含ま
れる信号パターンは互いに強い相関を持って変動するた
め、前記の信号フィルタの発光スペクトルに対応する部
分は、同じ信号フィルタの質量分析器出力の部分が示す
物理化学現象を表す。これは、いくつかの種類の分子の
ように発光スペクトルよりも質量分析の方がガス組成の
特定が容易な場合に有効である。プラズマ処理装置は質
量分析器をはずして出荷され、実際の製造ラインでの信
号行列１９の質量分析器の部分はゼロにして動作させ
る。これにより質量分析器が付いていなくてもあたかも
質量分析器が付いているかのような装置状態信号２０を
得られる。このように本発明のような実装の信号フィル
タを使えば、仮想測定器（バーチャル インスツルメン
ト）の実装も容易にできる。
【００５３】また、プラズマ処理チャンバの内壁での表
面反応などはその機構がわかりにくく信号フィルタの意
味がとりにくいことがあるが、このようなときに分子動
力学などの数値解析法により表面反応を解析して表面反
応の特性をデータベース化しておき、信号フィルタの意
味付けに活用してもよい。
【００５４】これまでの例のように、信号フィルタを装
置内部で生成しなくても、プラズマ処理装置が外部との
通信手段を持っていて、適宜外部から信号フィルタのデ
ータベースを更新する形態もある。これは半導体製造装
置の集中管理センターのようなところから装置を制御す
るような生産形態に向いている。
【００５５】このように信号フィルタに意味付けがなさ
れると、例えば図６のような信号フィルタと意味の対応
表ができる。図6の例は、ウエハ上のシリコンの層をHBr
ガスを含む処理ガスでエッチングする場合に得られる対
応表である。
【００５６】次の実施例として、信号の意味付けがなさ
れているときの装置のインターフェースの一例を図７に
示す。ここでは信号フィルタの意味を装置の状態と言い
直す。装置の使用者は各信号フィルタの意味あるいは装
置の状態が表示された表示器21a, 21b, 21c, 21dの表示
を見て監視しようとする現象を選び，対応するチェック
ボックス22a, 22b, 22c, 22dから監視する信号フィルタ
を選択すると各信号フィルタからの装置状態信号の時間
変化が表示器23に表示できるようになっている。このよ
うなインターフェースにより選択した装置状態信号を図
１のような形態で装置制御器１２にフィードバックする
ようにしても良い。
【００５７】複数の装置状態信号によって一つの装置の
状態が表される場合もある。例えば、信号フィルタ１と
信号フィルタ２を合わせると処理チャンバの壁の状態を
反映し、信号フィルタ２と信号フィルタ４を合わせると
ウエハの処理状態を表す場合，装置状態信号を各グルー
プに分けて図７のような選択インターフェースを適用し
ても良い。
【００５８】また、図7のような手動のインターフェー
スの代わりに、装置状態信号に応じて自動的に表示する
信号フィルタを選択してもよい。
【００５９】もう一つの実施例を図8により示す。図8は
図1に示したプラズマ処理装置の遠隔監視システムを示
したものである。装置状態にはいくつかのレベルが設定
されており、例えば、通常の処理状態ではレベル１で装
置状態信号１だけが遠隔監視装置２４に送られている。
遠隔監視装置２４が装置状態信号１に異常を検知すると
装置をレベル２に設定し、装置状態信号２も送信するよ
うに指示する。装置状態信号１と装置状態信号２で装置
の状態を把握しきれないときには装置をレベル３に設定
し、信号フィルタ自体を含むより多くの信号の送信を要
求する。最終的に装置の異常の詳細な分析が必要なとき
には全装置状態信号と全信号フィルタを送信するように
指示する。
【００６０】遠隔監視装置は異常の種類を特定した段階
で装置が停止するように指示しても良いし，処理チャン
バの汚れがひどいと判断したときにはクリーニングの必
要性を装置に通知しても良い。図1の装置は処理条件の
非公開などのためにセキュリティレベルを設定して遠隔
監視装置からのあるレベル以上のデータ送信要求を拒否
するようにしてもよい。
【００６１】本発明のもう一つの実施例を図９により示
す。プラズマ処理装置は処理チャンバの内部が次第に汚
れていくために一定の枚数のウエハを処理すると装置を
分解して部品の交換やウェットクリーニングを実施す
る。ウェットクリーニング後は装置の組みあがり状態が
悪かったり、処理チャンバの内壁の状態が洗浄液や大気
のために安定していないため、処理チャンバの安定化作
業を行う。本発明による装置状態信号は固有値によりそ
の変動の大きい順に並んでいるために装置が徐々に安定
化していく判定に用いることが容易である。例えば図9
のフローチャートのように数枚のウエハを処理して装置
状態信号１が規定の範囲に入らない場合には状態の変動
つまり異常の程度が大きく、リークや部品の組み立てミ
スなどが考えられるため組み立て状況をチェックする。
【００６２】また、次の装置状態信号２が規定の範囲に
入らない場合には、例えばウェット洗浄液の拭き残しが
多いなどの理由が考えられる場合には拭き残しをチェッ
クする。これらの検査を通過すると、例えば装置状態信
号３が或る規定範囲内に入るまで壁の状態を安定化させ
るためにダミーウエハのプラズマ処理ステップを繰り返
して処理チャンバ内壁の安定化をおこなう。設定された
装置状態信号が全て規定範囲内に入ったときに安定化処
理を終了し、異物のチェックや製品ウエハの処理を始め
る。または、いくつかの異なる加工精度を要求するウエ
ハがあったときに、装置状態信号１から装置状態信号３
までが規定範囲内に入ったら加工精度が低くてもよいウ
エハの処理を開始し、処理中に例えば装置状態信号４以
上の値を監視しつづけて規定範囲内に入ったらより高い
加工精度を要求するウエハの処理が可能であることを通
知するシステムとなっていてもよい。
【００６３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、試料を処
理する処理チャンバを有するプラズマ処理装置におい
て、チャンバ内部の処理状態を検出し複数の出力信号を
出力する状態検出手段と、信号フィルタを集めたデータ
ベースから信号フィルタ選択手段により任意の数の信号
処理フィルタを取り出して構成され任意の数の装置状態
信号を生成する信号変換部とを備え、前記信号変換部に
おいて前記出力信号から該出力信号より少ない数の時系
列を持つ前記装置状態信号を生成するプラズマ処理装置
としたため、プラズマ装置から多数の信号を取り出し、
これらを少数の有効な装置状態信号に変換することがで
き、正確にかつ容易に処理状態の変化を監視することが
できる。
【００６４】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記装置状態信号を入力として装置の状態を制御する機
構を持つことにより、装置の処理状態の変化を補正して
一定の処理を行うことができる。
【００６５】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記装置状態信号の時間変化を前記表示器に表示するこ
とにより、使用者が一目で装置の状態変化を監視するこ
とができる。
【００６６】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記状態検出手段として前記プラズマの発光を波長分解
する手段を用いることにより、波長分解された大量の発
光スペクトルデータにより正確に装置を監視することが
できる。
【００６７】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記状態検出手段として前記プラズマを含む前記プラズ
マ処理装置の任意の点の電気的状態を検出する手段を用
いることにより、処理プラズマの電気的状態を監視する
ことができる。
【００６８】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記電気的状態を表す信号を周波数分解する手段を有す
ることにより、プラズマの電気的状態をより高精度に監
視できる。
【００６９】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記プラズマ発生手段として前記処理チャンバに電力を
加える電力供給手段を有する場合に、電力の反射成分を
前記状態検出手段として用いることにより、プラズマの
電気的状態を監視できる。
【００７０】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記プラズマに光信号を加える手段を有し、前記光信号
が前記プラズマを通過あるいは反射することにより変化
した信号を検出することにより前記状態検出手段とする
ことにより、処理チャンバ内のガス分子の組成や壁上の
堆積膜の状態をモニタできる。
【００７１】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記プラズマに電気的信号を加える手段を有し、前記電
気的信号が前記プラズマを通過あるいは反射することに
より変化した信号を検出することにより前記状態検出手
段とすることにより、プラズマの分布や電気的状態を監
視できる。
【００７２】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記信号フィルタとしていくつかの試料を処理した結果
を主成分分析して得られた固有ベクトルとすることによ
り、大量の監視データから自動的に変動の大きさに応じ
た信号フィルタを生成でき、監視する信号の数を減らし
て容易にすることができる。
【００７３】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記信号フィルタとしていくつかの試料を処理した結果
を主成分分析して得られた固有ベクトルを複数個合成し
たベクトルとすることにより、物理化学的に意味の明瞭
な信号フィルタを作成でき、装置状態信号の意味がわか
りやすく変動の原因の対策などが容易になる。
【００７４】また、上記のプラズマ処理装置において、
いくつかの試料の処理の結果を用いて前記データベース
を更新することにより、各プラズマ処理装置の微妙な違
いに応じた専用の信号フィルタが生成でき、装置の微妙
な変動が監視できる。
【００７５】また、上記のプラズマ処理装置において、
通常の処理ウエハ以外のダミーと呼ばれる試料をあらか
じめ設定された処理シーケンスに則って処理することに
より得られたデータを元に前記データベースを更新する
ことにより、変動原因の明確な信号フィルタを作り出す
ことができる。
【００７６】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記データベースの更新状況を監視する機構を有するこ
とにより、装置の状態の変化が監視できる。
【００７７】また、上記のプラズマ処理装置において、
ある状態検出手段はデータベース作成後に動作を停止す
る、あるいは装置から取り除くことにより、通常の生産
ラインでは使用しにくい状態検出手段と等価な信号フィ
ルタを使った状態検出が可能になる。
【００７８】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記データベースを外部との通信により取得あるいは更
新することにより、装置の遠隔診断ができる。
【００７９】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記信号フィルタが番号あるいは名前あるいは記号など
のタグを持ち、前記タグにより前記信号フィルタを一つ
以上選択する手段を備え、前記選択された信号フィルタ
からの前記装置状態信号を表示あるいは出力あるいは装
置制御に用いることにより、容易に信号フィルタを選択
した自由度の高い監視を行うことができる。
【００８０】また、上記のプラズマ処理装置において、
あらかじめ定義されたいくつかの装置の状態のリストを
有し、前記装置状態信号を用いて前記装置状態リストか
ら一つの状態を選ぶ機構を有し、前記装置の状態を表示
あるいは出力することにより、使用者の熟練の度合いに
よらず誰にでも装置の状態が明確にわかるようになる。
【００８１】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記装置の状態に応じて出力あるいは表示する装置状態
信号の数を変化させることにより、異常のないときに必
要以上の監視をする必要がなく、必要なときに必要な数
だけの装置状態信号を監視することができ、効率良く正
確な監視が行える。
【００８２】また、上記のプラズマ処理装置において、
プラズマ製造装置外部からの要求に応じて出力する装置
状態信号の数を変化させることにより、遠隔監視装置か
ら装置現場の使用者がチェックすべき信号を指定できる
ようになる。
【００８３】また、上記のプラズマ処理装置において、
各装置状態信号が満たすべき規定の範囲などの条件が設
定され、前記条件を満たすか満たさないかにより装置の
掃除を行う、あるいは部品交換する、あるいは試料の処
理を開始するなどの装置の運用状態を変更する判断機構
を備えることにより、装置の洗浄後の立ち上げが無駄な
くスムースに行えるようになる。
【００８４】また、上記のプラズマ処理装置において、
要求する加工精度の異なる種類の試料を一つの前記プラ
ズマ処理装置で処理する場合に、前記装置状態信号が前
記条件を満たすか満たさないかによって処理できる試料
の種類を選択する手段を備えることにより、装置洗浄後
により早く装置を製品の処理に使えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一つの実施例を表す模式図である。
【図２】 本発明の信号フィルタとなる固有ベクトルを
表すグラフである。
【図３】 本発明のもう一つの実施例を表す模式図で図
1の一部分である。
【図４】 本発明のもう一つの実施例を表す信号フィル
タ生成のためのデータサンプリング方法を表すタイムシ
ーケンスの図である。
【図５】 本発明のもう一つの実施例での信号行列と信
号フィルタの生成法をあらわす図である。
【図６】 本発明のもう一つの実施例での信号フィルタ
とその意味の対応を表す表である。
【図７】 本発明のもう一つの実施例でのユーザーイン
ターフェースである。
【図８】 本発明のもう一つの実施例での遠隔診断方法
を表す模式図である。
【図９】 本発明のもう一つの実施例を表すフローチャ
ートである。
【符号の説明】
１・・・処理チャンバ、２・・・ガス供給手段、３・・
・ガス排気手段、４・・・試料、５・・・試料台、６・
・・プラズマ生成手段、７・・・表示器、８a・・・状
態検出手段、８b・・・状態検出手段、９a・・・信号変
換部、９b・・・信号変換部、１０・・・信号フィルタ
・データベース、１１・・・信号フィルタ選択手段、１
２・・・制御器、１３・・・主成分分析部、１４・・・
信号フィルタ生成部、１５・・・データサンプリング
点、１６・・・信号行列S、１７・・・信号行列S、１８
・・・意味付き信号フィルタ、１９・・・信号行列S、
２０・・・装置状態信号、２１・・・信号フィルタ意味
表示器、２２・・・チェックボックス、２３・・・装置
状態表示器、２４・・・遠隔監視装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｅ (72)発明者 西尾 良司 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 菅野 誠一郎 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 山本 秀之 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 Ｆターム(参考） 4G075 AA03 AA24 AA42 AA51 AA65 BA02 BC06 BD14 CA47 DA01 DA04 EB01 EB41 EC01 EC25 4K030 FA01 JA18 KA39 KA41 4K057 DA19 DA20 DB06 DD01 DE11 DM40 5F004 AA13 AA16 CB02 CB04 CB05 CB06 CB09 DA00 DB01

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】試料を処理する処理チャンバを有するプラ
    ズマ処理装置において、チャンバ内部の処理状態を検出
    し複数の出力信号を出力する状態検出手段と、信号フィ
    ルタを集めたデータベースから信号フィルタ選択手段に
    より任意の数の信号処理フィルタを取り出して構成され
    任意の数の装置状態信号を生成する信号変換部とを備
    え、前記信号変換部において前記出力信号から該出力信
    号より少ない数の時系列を持つ前記装置状態信号を生成
    することを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項２】請求項１のプラズマ処理装置において、前
    記装置状態信号を入力として装置の状態を制御する機構
    を持つことを特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 【請求項３】請求項１のプラズマ処理装置において、プ
    ラズマ処理装置は表示器を備え、前記装置状態信号の時
    間変化を該表示器に表示することを特徴とするプラズマ
    処理装置。
  4. 【請求項４】請求項１のプラズマ処理装置において、前
    記状態検出手段として前記プラズマの発光を波長分解す
    る手段を用いることを特徴とするプラズマ処理装置。
  5. 【請求項５】請求項１のプラズマ処理装置において、前
    記状態検出手段として前記プラズマを含む前記プラズマ
    処理装置の任意の点の電気的状態を検出する手段を用い
    ることを特徴とするプラズマ処理装置。
  6. 【請求項６】請求項５のプラズマ処理装置において、前
    記電気的状態を表す信号を周波数分解する手段を有する
    ことを特徴とするプラズマ処理装置。
  7. 【請求項７】請求項１のプラズマ処理装置において、前
    記プラズマ発生手段として前記処理チャンバに電力を加
    える電力供給手段を有する場合に、電力の反射成分を前
    記状態検出手段として用いることを特徴とするプラズマ
    処理装置。
  8. 【請求項８】請求項１のプラズマ処理装置において、前
    記プラズマに光信号を加える手段を有し、前記光信号が
    前記プラズマを通過あるいは反射することにより変化し
    た信号を検出することにより前記状態検出手段とするこ
    とを特徴とするプラズマ処理装置。
  9. 【請求項９】請求項１のプラズマ処理装置において、前
    記プラズマに電気的信号を加える手段を有し、前記電気
    的信号が前記プラズマを通過あるいは反射することによ
    り変化した信号を検出することにより前記状態検出手段
    とすることを特徴とするプラズマ処理装置。
  10. 【請求項１０】請求項１のプラズマ処理装置において、
    前記信号フィルタとしていくつかの試料を処理した結果
    を主成分分析して得られた固有ベクトルとすることを特
    徴とするプラズマ処理装置。
  11. 【請求項１１】請求項１のプラズマ処理装置において、
    前記信号フィルタとしていくつかの試料を処理した結果
    を主成分分析して得られた固有ベクトルを複数個合成し
    たベクトルとすることを特徴とするプラズマ処理装置。
  12. 【請求項１２】請求項１のプラズマ処理装置において、
    いくつかの試料の処理の結果を用いて前記データベース
    を更新することを特徴とするプラズマ処理装置。
  13. 【請求項１３】請求項１２のプラズマ処理装置におい
    て、通常の処理ウエハ以外のダミーと呼ばれる試料をあ
    らかじめ設定された処理シーケンスに則って処理するこ
    とにより得られたデータを元に前記データベースを更新
    することを特徴とするプラズマ処理装置。
  14. 【請求項１４】請求項１２または請求項１３のプラズマ
    処理装置において、前記データベースの更新状況を監視
    する機構を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
  15. 【請求項１５】請求項１のプラズマ処理装置において、
    ある状態検出手段はデータベース作成後に動作を停止す
    る、あるいは装置から取り除かれることを特徴とするプ
    ラズマ処理装置。
  16. 【請求項１６】請求項１のプラズマ処理装置において、
    前記データベースを外部との通信により取得あるいは更
    新することを特徴とするプラズマ処理装置。
  17. 【請求項１７】請求項１のプラズマ処理装置において、
    前記信号フィルタが番号あるいは名前あるいは記号など
    のタグを持ち、前記タグにより前記信号フィルタを一つ
    以上選択する手段を備え、前記選択された信号フィルタ
    で構成される前記信号変換部の前記装置状態信号を表示
    あるいは出力あるいは装置制御に用いることを特徴とす
    るプラズマ処理装置。
  18. 【請求項１８】請求項１のプラズマ処理装置において、
    あらかじめ定義されたいくつかの装置の状態のリストを
    有し、前記装置状態信号を用いて前記装置状態リストか
    ら一つの状態を選ぶ機構を有し、前記装置の状態を表示
    あるいは出力することを特徴とするプラズマ処理装置。
  19. 【請求項１９】請求項１のプラズマ処理装置において、
    前記装置の状態に応じて出力あるいは表示する装置状態
    信号の数を変化させることを特徴とするプラズマ処理装
    置。
  20. 【請求項２０】請求項１のプラズマ処理装置において、
    プラズマ製造装置外部からの要求に応じて出力する装置
    状態信号の数を変化させることを特徴とするプラズマ処
    理装置。
  21. 【請求項２１】請求項１のプラズマ処理装置において、
    各装置状態信号が満たすべき規定の範囲などの条件が設
    定され、前記条件を満たすか満たさないかにより装置の
    掃除を行う、あるいは部品交換する、あるいは試料の処
    理を開始するなどの装置の運用状態を変更する判断機構
    を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
  22. 【請求項２２】請求項２１のプラズマ処理装置におい
    て、要求する加工精度の異なる種類の試料を一つの前記
    プラズマ処理装置で処理する場合に、前記装置状態信号
    が前記条件を満たすか満たさないかによって処理できる
    試料の種類を選択する手段を備えることを特徴とするプ
    ラズマ処理装置。
  23. 【請求項２３】請求項１から請求項２２のいずれかに記
    載のプラズマ処理装置を用いて試料を製造することを特
    徴とする試料製造システム。
  24. 【請求項２４】請求項１から請求項２２のいずれかに記
    載のプラズマ処理装置を用いて試料を加工することによ
    り作成されたことを特徴とする半導体デバイス。
  25. 【請求項２５】請求項１から請求項２２のいずれかに記
    載のプラズマ処理装置を用いて試料を加工することによ
    り作成されたことを特徴とするLCD装置。
  26. 【請求項２６】処理チャンバと、前記処理チャンバに処
    理ガスを供給する手段と、前記処理チャンバ中にプラズ
    マを生成する手段とを有するプラズマ処理装置における
    プラズマ処理方法であって、 状態検出手段により前記チャンバ内部の処理状態を検出
    し複数の出力信号を出力し、 信号フィルタを集めたデータベースから信号フィルタ選
    択手段により任意の数の信号処理フィルタを取り出して
    構成された信号変換部により、任意の数の装置状態信号
    を生成し、 前記信号変換部において前記出力信号から該出力信号よ
    り少ない数の時系列を持つ前記装置状態信号を生成する
    ことを特徴とするプラズマ処理方法。
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