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発明の名称 プラズマ処理装置およびその故障予防診断方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−104214
公開日 平成6年(1994)4月15日
出願番号 特願平4−249585
出願日 平成4年(1992)9月18日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】高田 幸彦
発明者 中田 健二 / 田村 直行 / 七田 弘之 / 牧野 昭孝
要約 目的
本発明の目的は、機器の故障を事前に予知することにより装置の不稼働時間の短縮が可能なプラズマ処理装置および故障予防診断方法を提供することにある。

構成
被処理物を処理する際の複数の観測データの第1の経時変化パターンを監視、記憶するとともに、複数の前記被処理物に対する複数の前記第1の経時変化パターンの推移傾向を監視し、予め記憶されている正常時の当該観測データの第2の経時変化パターンと比較することで被観測対象の故障の予知動作および前記処理の異常の有無の診断動作を行う手段19を設けている。
特許請求の範囲
【請求項1】被処理物が収容された処理室内に反応ガスのプラズマを形成し、このプラズマと前記被処理物との間の反応によって当該被処理物に目的の処理を施すプラズマ処理装置において、前記被処理物を処理する際の複数の観測データの第1の経時変化パターンを監視、記憶するとともに、複数の前記被処理物に対する複数の前記第1の経時変化パターンの推移傾向を監視し、予め記憶されている正常時の当該観測データの第2の経時変化パターンと比較することで被観測対象の故障の予知動作および前記処理の異常の有無の診断動作を行う手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項2】被処理物が収容された処理室内に反応ガスのプラズマを形成し、このプラズマと前記被処理物との間の反応によって当該被処理物に目的の処理を施すプラズマ処理装置において、前記被処理物を処理する際の複数の観測データの第1の経時変化パターンを監視、記憶するとともに、複数の前記被処理物に対する複数の前記第1の経時変化パターンの推移傾向を監視し、予め記憶されている正常時の当該観測データの第2の経時変化パターンと比較することで被観測対象の故障の予知動作および前記処理の異常の有無の診断動作を行う手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置の故障予防診断方法。
【請求項3】故障予知動作を単一の前記観測データの第1の経時変化パターンの推移傾向と前記第2の経時変化パターンとの比較により行う請求項2記載のプラズマ処理装置の故障予防診断方法。
【請求項4】故障予知動作を複数の前記観測データの複数の第1の経時変化パターンの推移傾向と複数の前記第2の経時変化パターンとの組み合わせ比較により行う請求項2記載のプラズマ処理装置の故障予防診断方法
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置およびその故障予防診断方法に関するものであり、特に、半導体製造工程に用いられるプラズマ処理設備に利用できる技術である。
【0002】
【従来の技術】たとえば、半導体製造装置の中のドライエッチング装置は、処理室内に導入した反応ガスを高周波にて励起しプラズマ化して、−プラズマ中のイオンやラジカルを電界、磁界、真空排気などのドライビングフォースにより被加工物(ウエハ)に衝突させ、反応を起こしエッチング処理を行うものである。
【0003】ドライエッチング装置を用いて高精度なエッチング処理を行うためには、高周波、源処理室内圧力、反応ガス流量、ドライビングフォースを決定する電界、磁界、真空排気発生機器の高精度制御が必須であり、この目的のため高周波源の電流、電圧、処理室内圧力、反応ガス流量等の制御パラメータを所定の設定値に安定に維持するための技術開発が行われてきた。
【0004】これに対して、機器の異常検出に対しては、例えば、特開昭59−16011号公報に記載のように制御パラメータの設定値からの逸脱を監視する、あるいは機器からの異常信号を監視することにより機器の故障を検出するという古典的な方式からの脱皮ができずにいた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の半導体デバイスの高精度化、高機能化の要求を満たすために製造装置が複雑化し、一旦、故障が発生した場合には該当部位の発見に時間がかかるだけでなく、故障発生時に処理を行ったデバイスを破棄しなければならずコスト面および生産性の面での損失が大きいという問題がある。
【0006】そこで、本発明の目的は、機器の故障を事前に予知することにより装置の不稼働時間の短縮が可能なプラズマ処理装置および、故障予防診断方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による上記課題の解決手段を以下に示す。
【0008】すなわち、本発明におけるプラズマ処理装置は、被処理物が収容された処理室内に反応ガスのプラズマを形成し、このプラズマと前記被処理物との間の反応によって当該被処理物に目的の処理を施すものであるが、前記被処理物を処理する際の複数の観測データの第1の経時変化パターンを監視、記憶するとともに、複数の前記被処理物に対する複数の前記第1の経時変化パターンの推移傾向を監視し、予め記憶されている正常時の当該観測データの第2の経時変化パターンと比較することで被観測対象の故障の予知動作および前記処理の異常の有無の診断動作を行う手段を設けている。
【0009】また、本発明におけるプラズマ処理装置は、故障予知動作を単一の前記観測データの第1の経時変化パターンの推移傾向と前記第2の経時変化パターンとの比較により行う手段を設けている。
【0010】また、本発明におけるプラズマ処理装置は、故障予知動作を複数の前記観測データの複数の第1の経時変化パターンの推移傾向と複数の前記第2の経時変化パターンとの組み合わせ比較により行う手段を設けている。
【0011】
【作用】本発明のプラズマ処理装置によれば、被処理物を処理する際の複数の観測データの第1の経時変化パターンを監視、記憶するとともに、複数の前記被処理物に対する複数の前記第1の経時変化パターンの推移傾向を監視し、予め記憶されている正常時の当該観測データの第2の経時変化パターンと比較することで被観測対象の故障の予知および前記処理の異常の診断が速やかにできるため、機器の故障を事前に予知することができ装置の不稼働時間を短縮することができる。
【0012】また、本発明のプラズマ処理装置の故障予防診断方法によれば、被処理物を処理する際の複数の観測データの第1の経時変化パターンを監視、記憶するとともに、複数の前記被処理物に対する複数の前記第1の経時変化パターンの推移傾向を監視し、予め記憶されている正常時の当該観測データの第2の経時変化パターンと比較することで被観測対象の故障の予知および前記処理の異常の診断が速やかにできるため、機器の故障を事前に予知することができ装置の不稼働時間を短縮することができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1から図4を用いて説明する。
【0014】図1は、本発明の一実施例であるプラズマ処理装置および故障予防診断方法を実現するための装置構成を示すブロック図である。図1に示す装置構成の各要素について説明する。
【0015】容器1および透明石英などからなる放電管2にて処理室3を構成しており、容器1の下面には被処理物4を載せ、高周波電源5からの高周波を処理室3に導入する電極の役目を果たす試料台6が設置されている。
【0016】容器1の壁の一部は排気管7、圧力制御手段8を介して真空ポンプ9に接続されており、処理室3内の圧力を所望の状態にすることができる。
【0017】また、容器1には処理室3内に処理ガスを導入するためのガス導入路10が設けられており、前記ガス導入路10は流量制御手段11を介してガス源12に接続されている。
【0018】また、処理室3にはマグネトロン13から出力されるマイクロ波が、パワーモニタ14、導波管15、放電管2を介して導入される。導波管15の周囲には、処理室3内に導入されたマイクロ波に対して電子サイクロトロン共鳴を起こすための磁場を発生するコイル16が設けられている。ここで、パワーモニタ14は、マイクロ波の入射電力および反射電力を測定するものである。
【0019】処理室3内にて電子サイクロトロン共鳴を起こしたマイクロ波は、処理室3内に導入された処理ガスをプラズマ化して、試料台6に載せられている被処理物4に対してエッチング処理を行う。
【0020】また、処理室3内に発生したプラズマからの発光スペクトルを検出するプラズマ検出器17が透明石英などからなる放電管2の側面付近に設けられている。
【0021】終点判定手段18は、プラズマ中の特定の物質の発光スペクトル強度の変化をプラズマ検出器17からの信号を基に測定することによって、被処理物4に対するエッチング処理の終点を検出する。
【0022】また、圧力制御手段8、流量制御手段11、パワーモニタ14、終点判定手段18は、故障予防診断手段19に接続されている。故障予防診断手段19は、制御部20、アナログデジタル変換部21、記憶部22、表示部23などから構成される。故障予防診断手段19は、圧力制御手段8、流量制御手段11、パワーモニタ14、終点判定手段18から出力される制御パラメータに対する状態モニタ信号をアナログデジタル変換部21を介して取り込み記憶部22に記憶する。制御部20は、記憶部22内のデータを用いて故障予防診断処理を行い、結果を表示部23に表示する。
【0023】以下、本実施例に示すプラズマ処理装置の動作の一例を説明する。
【0024】まず、図示しない装置外からの移載手段により、被処理物4を試料台6に載せる。処理室3を密閉状態とした後、真空ポンプ9を起動して処理室3内の排気を行う。この際に、圧力制御手段8を用いて処理室3内の真空度を測定、制御する。また、排気処理中の圧力制御手段8からの処理室3内の真空度観測信号を故障予防診断手段19に入力する。排気開始後、処理室3内の圧力が所定の値に到達したことを確認した後に、ガス源12からの処理ガスを流量制御手段11にて所定の流量になるように制御してガス導入路10を介して処理室3に導入するとともに、コイル16およびマグネトロン13を起動しパワーモニタ14、導波管15、放電管2を介して処理室3にマイクロ波を導入する。また、流量制御手段11からのガス流量観測信号およびパワーモニタ14からのマイクロ波入射電力観測信号を故障予防診断手段19に入力する。
【0025】上記のごとく処理室3内に処理ガスおよびマイクロ波を導入し、処理室3内にプラズマを生成する。また、プラズマ生成後、高周波電源5を起動し高周波を試料台6に印加する。これにより、プラズマ状態に励起された処理ガスの所定の物質と被処理物4との反応が促進され、被処理物4に形成されている薄膜などに対するエッチング処理が進行する。この際に、プラズマ検出起17を介して終点判定手段18にて測定したプラズマから放射される特定物質の発光スペクトル信号を故障予防診断手段19に入力する。
【0026】図2以降の図を用いて、故障予防診断手段19の動作を説明する。
【0027】故障予防診断手段19は、各被処理物4に対する制御パラメータやモニタ情報の経時変化パターンP1(n)(n枚目の被処理物4に対する経時変化パターン)を記憶部22に記憶する。また、制御部20は、上記経時パターンP1(n−m)からP1(n)までの推移状態を監視する。
【0028】図2は、処理時間の経過に対する処理室3内の圧力変化の一例を示すグラフである。図2において、P2は、正常時の圧力変化のパターンであり、P1(n)、P1(n−1)、P1(n−2)は、それぞれ、n、n−1、n−2回目の処理における圧力変化のパターンである。また、T1は、エッチング処理開始後の一定時間を示し、T2、T2(n)T2(n−1)T2(n−2)は、各エッチング処理回数における処理室3内の圧力が規定値に到達するまでの時間を示す。また、T2ERは、故障とみなす場合の、処理室3内の圧力が規定値に到達するまでの時間の最小値である。
【0029】上記データを用いて近い将来の故障を推定する方法はいくつかあるが、ここでは時間を用いた方法について説明する。すなわち、T2を起点とした場合の各エッチング処理回数における処理室3内の圧力が規定値に到達するまでの時間をt(n)=T2(n)−T2、t(n−1)=T2(n−1)−T2、t(n−2)=T2(n−2)−T2とし、t(m)=F(m)(例えば、F(m)は2次関数)と仮定する。t(n)、t(n−1)、t(n−2)を用いてF(m)を求める。
【0030】今求めたいのは、処理室3内圧力が規定値に到達するまでの時間がt2er=T2ER−T2となる処理回数Nであるので、N=f(t2er)(fは、Fの逆関数)としてNをもとめる。処理回数nとNの差が所定の値以下になった時、制御部20は、その旨を表示部23に表示する。また、制御部20に、図示しない上位計算機とのインタフェース機能を設けて、上記故障予防診断の結果を送信しても良い。
【0031】図3は、処理時間の経過に対するガス導入路10を通過するガス流量変化の一例を示すグラフである。第3図において、P2は、正常時のガス流量変化のパターンであり、P1(n)、P1(n−1)、P1(n−2)は、それぞれ、n、n−1、n−2回目の処理におけるガス流量変化のパターンである。また、T1、T2は、エッチング処理開始後の一定時間を示す。ここで、各エッチング処理回数におけるガス流量のT1からT2までの平均値をG2、G1(n)、G1(n−1)、G1(n−2)とする。
【0032】上記データを用いて近い将来の故障を推定する一方法を説明する。
【0033】すなわち、各エッチング処理回数におけるガス流量の平均値とG2との差をg(n)=G2−G2(n)、g(n−1)=G2−G2(n−1)、g(n−2)=G2(n−2)−G2とし、g(m)=F(m)(例えば、F(m)は2次関数)と仮定する。g(n)、g(n−1)、g(n−2)を用いてF(m)を求める。
【0034】今求めたいのは、ガス流量の平均値が規定値GERを下回るようになる処理回数Nであるので、N=f(G2−GER)(fは、Fの逆関数)としてNをもとめる。処理回数nとNの差が所定の値以下になった時、制御部20は、その旨を表示部23に表示する。また、制御部20に、図示しない上位計算機とのインタフェース機能を設けて、上記故障予防診断の結果を送信しても良い。
【0035】図4は、処理時間の経過に対するプラズマ検出器17の受光量変化の一例を示すグラフである。第4図において、P2は、正常時の受光量変化のパターンであり、P1(n)、P1(n−1)、P1(n−2)は、それぞれ、n、n−1、n−2回目の処理における受光量変化のパターンである。また、T1、T2は、エッチング処理開始後の一定時間を示す。ここで、各エッチング処理回数における受光量のT1からT2までの平均値をH2、H1(n)、H1(n−1)、H1(n−2)とする。
【0036】上記データを用いて近い将来の故障を推定する一方法を説明する。すなわち、各エッチング処理回数における受光量の平均値とH2との差をh(n)=H2−H2(n)、h(n−1)=H2−H2(n−1)、h(n−2)=H2(n−2)−H2とし、h(m)=F(m)(例えば、F(m)は2次関数)と仮定する。
【0037】h(n)、h(n−1)、h(n−2)を用いてF(m)を求める。今求めたいのは、受光量の平均値が規定値HERを下回るようになる処理回数Nであるので、N=f(H2−HER)(fは、Fの逆関数)としてNをもとめる。処理回数nとNの差が所定の値以下になった時、制御部20は、その旨を表示部23に表示する。また、制御部20に、図示しない上位計算機とのインタフェース機能を設けて、上記故障予防診断の結果を送信しても良い。
【0038】また、複数の経時変化パターン、たとえば第2図に示すパターンと第3図に示すパターンの積を求め、これを新たな経時パターンとして上記に示したような処理を行うことにより、複数の観測項目にまたがるに状態推移を検出でき、近い将来における故障発生を推定することができる。
【0039】
【発明の効果】上記のように、本発明のプラズマ処理装置によれば、装置の状態変化を故障が起きる前に検出することができ早期に装置の修理を行うことができるため、故障に伴う装置の不稼働時間の短縮が図れ、かつ、故障に伴う被処理物の廃棄を避けることができるため生産性を向上することができる。
【0040】また、本発明の故障予防診断装置によれば、装置の状態変化を故障が起きる前に検出でき、かつ、故障発生時点を推定できるため計画的な保守作業を行うことができるため、装置の不稼働時間の短縮が図れるため、生産性を向上できる。




 

 


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