(57)【要約】【課題】異物数に基づいて適切な洗浄時期を判定できる、プラズマ処理装置、プラズマ処理装置及び洗浄時期予測プログラムを提供する。【解決手段】測定回路９は、真空処理室１の内壁と真空処理室１内に生成されたプラズマ１３との間の電荷量に応じて変動するアンテナバイアス電圧を計測する。取得されたアンテナバイアス電圧は、統計値に変換された後、当該が取得されたプラズマ処理により被処理物に付着した異物の数と対応づけて統計値記憶部２３に格納される。対応関係算出部２４は、複数回のプラズマ処理に対して取得され、統計値記憶部２３に格納された、アンテナバイアス電圧及び異物数から、アンテナバイアス電圧と異物数との対応関係を求める。そして、予測部２５は、対応関係算出部２４が求めた対応関係に基づいて、予め設定された規格値に異物数が到達するアンテナバイアス電圧を予測する。【選択図】図１
2008288340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ励起電極に高周波電力を印加することにより真空処理室内に生成したプラズマを用いて、前記真空処理室内に収容された被処理物のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
真空処理室内壁と真空処理室内に生成されたプラズマとの間の電荷量に応じて変動する物理量を取得する手段と、
取得された物理量と、当該物理量が取得されたプラズマ処理により被処理物に付着した異物の数とを対応づけて記憶する手段と、
複数回のプラズマ処理に対して取得された、物理量及び異物数から、物理量と異物数との対応関係を求める手段と、
前記対応関係に基づいて、予め設定された規格値に異物数が到達する前記物理量を予測する手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記予測された物理量と、以降のプラズマ処理中に取得される前記物理量とを比較することにより、前記真空処理室内の洗浄の要否を判定する手段を、さらに備えた請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
複数回のプラズマ処理に対して取得された前記物理量と、前記真空処理室内が洗浄された以降の累積処理時間または累積処理回数との対応関係を求める手段と、
前記物理量と累積処理時間との対応関係に基づいて、前記予測された物理量に到達するまでの残処理時間を予測、または、前記物理量と累積処理回数との対応関係に基づいて、前記予測された物理量に到達するまでの残処理回数を予測する手段と、
を、さらに備えた請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記予測された残処理時間または前記予測された残処理回数と、プラズマ処理されるべき被処理物の生産計画とに基づいて、前記真空処理室内の洗浄時期を決定する手段を、さらに備えた請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記洗浄時期を決定する手段は、前記生産計画が変更されたとき、変更された生産計画に基づいて、前記真空処理室内の洗浄時期を決定する請求項４記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記物理量が、プラズマ励起電極の自己バイアス電位である請求項１から５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
プラズマ励起電極に高周波電力を印加することにより真空処理室内に生成したプラズマを用いて、前記真空処理室内に収容された被処理物のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、
真空処理室内壁と真空処理室内に生成されたプラズマとの間の電荷量に応じて変動する物理量を取得するステップと、
取得された物理量と、当該物理量が取得されたプラズマ処理により被処理物に付着した異物の数とを対応づけるステップと、
複数回のプラズマ処理に対して取得された、物理量及び異物数から、物理量と異物数との対応関係を求めるステップと、
前記対応関係に基づいて、予め設定された規格値に異物数が到達する前記物理量を予測するステップと、
を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記予測された物理量と、以降のプラズマ処理中に取得される前記物理量とを比較することにより、前記真空処理室内の洗浄の要否を判定するステップを、さらに有する請求項７記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
複数回のプラズマ処理に対して取得された前記物理量と、前記真空処理室内が洗浄された以降の累積処理時間または累積処理回数との対応関係を求めるステップと、
前記物理量と累積処理時間との対応関係に基づいて、前記予測された物理量に到達するまでの残処理時間を予測、または、前記物理量と累積処理回数との対応関係に基づいて、前記予測された物理量に到達するまでの残処理回数を予測するステップと、
を、さらに有する請求項７記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
前記予測された残処理時間または前記予測された残処理回数と、プラズマ処理されるべき被処理物の生産計画とに基づいて、前記真空処理室内の洗浄時期を決定するステップを、さらに有する請求項９記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】
前記生産計画が変更されたとき、変更された生産計画に基づいて、前記真空処理室内の洗浄時期を決定する請求項１０記載のプラズマ処理方法。
【請求項１２】
前記物理量が、プラズマ励起電極の自己バイアス電位である請求項７から１１のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【請求項１３】
プラズマ励起電極に高周波電力を印加することにより真空処理室内に生成したプラズマを用いて、前記真空処理室内に収容された被処理物に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置の洗浄時期を予測する洗浄時期予測プログラムであって、コンピュータに、
真空処理室内壁と真空処理室内に生成されたプラズマとの間の電荷量に応じて変動する物理量と、当該物理量が取得されたプラズマ処理により被処理物に付着した異物の数とを対応づけて記憶するステップと、
複数回のプラズマ処理に対して取得された、物理量及び異物数から、物理量と異物数との対応関係を求めるステップと、
前記対応関係に基づいて、予め設定された規格値に異物数が到達する前記物理量を予測するステップと、
複数回のプラズマ処理に対して取得された前記物理量と、前記真空処理室内が洗浄された以降の累積処理時間または累積処理回数との対応関係を求めるステップと、
前記物理量と累積処理時間との対応関係に基づいて、前記予測された物理量に到達するまでの残処理時間を予測、または、前記物理量と累積処理回数との対応関係に基づいて、前記予測された物理量に到達するまでの残処理回数を予測するステップと、
を実行させる洗浄時期予測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて被処理物のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置、プラズマ処理方法、及びその洗浄時期予測プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラズマ処理は、微細加工、薄膜形成等の用途として、特に半導体分野での超高集積回路装置を製造する上で必要不可欠な技術となっている。このようなプラズマ処理を実施するプラズマ処理装置として、ドライエッチング装置、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、スパッタリング装置等がある。また、各プラズマ処理装置において採用されるプラズマの励起方式も、平行平板型、誘導結合型、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）型、マイクロ波励起型等、多様である。近年のプラズマ処理工程では、高真空下で高密度プラズマを生成するため、特に、誘導結合型プラズマ処理装置が多用されている。
【０００３】
図５は、従来のプラズマ処理装置の一例である平行平板型のプラズマ処理装置を示す概略構成図である。図５に示すように、プラズマ処理装置は、減圧可能に構成された真空処理室１０１を備える。被処理物１０４は、真空処理室１０１内に設けられた下部電極１０３上に載置される。下部電極１０３と対向する位置には、上部電極１０６が配置されている。本プラズマ処理装置がドライエッチング装置である場合、真空処理室１０１内にガス導入部１０５からエッチングガス（プロセスガス）が導入される。このとき、真空処理室１０１内の圧力は、真空排気手段１０２により所定の圧力に維持される。当該状態で、例えば、高周波電源１０７が整合器１０８を介して下部電極１０３に高周波電力を印加すると、下部電極１０３と上部電極１０６との間に発生する電界によりプラズマが発生する。当該プラズマに曝された被処理物１０４は、プラズマの作用によりエッチングされる。
【０００４】
一方、プラズマ処理装置において、エッチング処理や成膜処理を実施すると、真空処理室１０１の内壁に反応生成物が付着する。このような反応生成物は、プラズマ処理を繰り返すにつれて、その膜厚が増大する。反応生成物の付着にともなって、エッチング特性や成膜特性等のプラズマ処理状態が変化する。このような真空処理室１０１内壁の状態の経時変化を装置外部から直接的に観測することは容易ではない。
【０００５】
このため、プラズマ処理中には、高周波電力、真空処理室の内部圧力、プロセスガスの流量、整合器のマッチング状態等の制御パラメータが常時検出され、プラズマ処理の状態が間接的に観測されている。各制御パラメータには、正常範囲が予め設定されており、モニタされた制御パラメータのモニタ値が、正常範囲から外れたときに異常と判定される。プラズマ処理装置には、異常と判定された場合に、プラズマ処理装置の動作を停止するインターロック方式が採用されており、不良品の発生が最小限に抑えられている。
【０００６】
例えば、後掲の特許文献１は、プラズマ励起電極（図５では、下部電極１０３）の電流、電圧及び位相差の、基本波及び高調波によりエッチングレートの異常を検出する手法を開示している。本手法では、電流、電圧及び位相差の、基本波及び高調波とエッチングレートとの相関式を予め取得している。そして、エッチング処理時に検出した電流、電圧及び位相差の、基本波及び高調波から相関式に基づいて算出されたエッチングレートが予め設定された所定範囲から外れた場合、異常ありと判定する。本手法によれば、エッチングレートの異常を高精度で検出できるとされている。
【０００７】
また、後掲の特許文献２は、プラズマを含む装置系のインピーダンス、プラズマにかかる高周波信号のピーク間電圧、または、プラズマ励起電極の自己バイアス電位の少なくとも１つの物理量を測定することにより、真空処理室内部の異常を検出する手法を開示している。本手法では、測定した物理量と設定値とを比較する。そして、設定値と等しい測定値が得られていない場合、処理を強制終了すると同時に、真空処理室の洗浄時期到達の信号を発令する。本手法によれば、真空処理室内壁の状態を外部から把握することができるとされている。また、適切な洗浄時期の判定や、エッチングによる加工の形状制御も可能となり、経時変化を抑制できるとされている。
【特許文献１】特開２００３−２３００１号公報
【特許文献２】特開２００５−１１７０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、真空処理室１０１の内壁に付着した反応生成物は、膜厚が大きくなると剥離し、パーティクルを発生する。パーティクルが被処理物１０４上に付着すると不良を発生させる。このため、プラズマ処理装置では、真空処理室１０１の内壁に付着した反応生成物を除去する洗浄処理が定期的に実施されている。洗浄処理の時期は、過去の経験から、累積処理時間や累積処理数に基づいて決定されている。しかしながら、少量多品種の製品を製造する場合、各洗浄処理間で実施されるプラズマ処理（成膜量やエッチング量）は同一ではないため、累積処理時間や累積処理数が同一であっても、真空処理室１０１の内壁への反応生成物の付着量は同一でない可能性がある。また、設備の経時変化により、同一条件でプラズマ処理を行った場合でも、反応生成物の付着量が同一でない可能性もある。このため、定期的に洗浄処理を行う手法では、各洗浄処理が適切な洗浄時期に行われていない可能性がある。洗浄時期が遅すぎた場合、パーティクルに起因する不良が発生し、洗浄時期が早すぎた場合、プラズマ処理装置の稼働率が低下する。すなわち、いずれの場合であっても、製造コストの増大を招くという問題が生じる。
【０００９】
上述の特許文献１、２で開示された技術では、プラズマ処理状態の異常を検出することはできる。しかしながら、検出された異常が、真空処理室１０１の内壁に付着した反応生成物に起因する異常とは限らない。また、半導体装置等のプラズマ処理工程では、品質保証の観点から、プラズマ処理により被処理物に付着するパーティクル数に上限が設定されている。しかしながら、特許文献１、２では、パーティクル数について何ら検討されていない。このため、パーティクル数の観点から、洗浄時期を決定することはできない。
【００１０】
また、特許文献１、２で開示された技術では、現時点から次回の洗浄処理までの間に、どの程度のプラズマ処理ができるかを判定することはできない。さらに、異常を検知しても生産管理システムと連携してプラズマ処理装置の稼動を制御することができないため、設備の稼働率が低下するという問題もあった。
【００１１】
本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、異物数に基づいて適切な洗浄時期を決定できる、プラズマ処理装置、プラズマ処理装置及び洗浄時期予測プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は以下の技術的手段を採用している。まず、本発明は、プラズマ励起電極に高周波電力を印加することにより真空処理室内に生成したプラズマを用いて、真空処理室内に収容された被処理物のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置を前提としている。そして、本発明に係るプラズマ処理装置では、測定回路が、真空処理室内壁と真空処理室内に生成されたプラズマとの間の電荷量に応じて変動する物理量を取得する。統計値記憶部は、測定回路により取得された物理量と、当該物理量が取得されたプラズマ処理により被処理物に付着した異物の数とを対応づけて記憶する。対応関係算出部は、複数回のプラズマ処理に対して取得され、統計値記憶部に格納された、物理量及び異物数から、物理量と異物数との対応関係を求める。そして、予測部は、対応関係算出部が求めた対応関係に基づいて、予め設定された規格値に異物数が到達する前記物理量を予測する。例えば、物理量は、プラズマ励起電極の自己バイアス電位である。
【００１３】
上記プラズマ処理装置は、さらに、予測部が予測した物理量と、以降のプラズマ処理中に取得される物理量とを比較することにより、真空処理室内の洗浄の要否を判定する判定部を備えてもよい。また、上記プラズマ処理装置は、複数回のプラズマ処理に対して取得された上記物理量と、上記真空処理室内が洗浄された以降の累積処理時間または累積処理回数との対応関係を求める洗浄時期算出部をさらに備えてもよい。ここで、洗浄時期算出手段は、物理量と累積処理時間との対応関係に基づいて、予測された物理量に到達するまでの残処理時間を予測する。あるいは、上記物理量と累積処理回数との対応関係に基づいて、上記予測された物理量に到達するまでの残処理回数を予測する。
【００１４】
さらに、上記プラズマ処理装置は、洗浄時期算出部が予測した残処理時間または残処理回数と、プラズマ処理されるべき被処理物の生産計画とに基づいて、上記真空処理室内の洗浄時期を決定する洗浄管理部をさらに備えてもよい。洗浄管理部は、上記生産計画が変更されたとき、変更された生産計画に基づいて、真空処理室内の洗浄時期を決定することが好ましい。
【００１５】
一方、他の観点では、本発明は、プラズマ励起電極に高周波電力を印加することにより真空処理室内に生成したプラズマを用いて、前記真空処理室内に収容された被処理物のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法を提供することができる。すなわち、本発明に係るプラズマ処理方法では、まず、真空処理室内壁と真空処理室内に生成されたプラズマとの間の電荷量に応じて変動する物理量が取得される。次いで、取得された物理量と、当該物理量が取得されたプラズマ処理により被処理物に付着した異物の数とが対応づけられる。また、複数回のプラズマ処理に対して取得された、物理量及び異物数から、物理量と異物数との対応関係が求められる。そして、当該対応関係に基づいて、予め設定された規格値に異物数が到達する前記物理量が予測される。例えば、物理量として、プラズマ励起電極の自己バイアス電位を採用することができる。
【００１６】
また、予測された物理量と、以降のプラズマ処理中に取得される前記物理量とを比較することにより、前記真空処理室内の洗浄の要否が判定されてもよい。
【００１７】
さらに、本発明に係るプラズマ処理方法では、以下の処理により、洗浄時期を予測することもできる。まず、複数回のプラズマ処理に対して取得された上記物理量と、真空処理室内が洗浄された以降の累積処理時間または累積処理回数との対応関係が求められる。そして、その物理量と累積処理時間との対応関係に基づいて、上記予測された物理量に到達するまでの残処理時間が予測される。あるいは、その物理量と累積処理回数との対応関係に基づいて、上記予測された物理量に到達するまでの残処理回数が予測される。また、このようにして予測された残処理時間または残処理回数と、プラズマ処理されるべき被処理物の生産計画とに基づいて、真空処理室内の洗浄時期が決定される。なお、上記生産計画が変更されたとき、変更された生産計画に基づいて、真空処理室内の洗浄時期を決定することが好ましい。
【００１８】
さらに他の観点では、本発明は、上述のプラズマ処理方法の手順をコンピュータに実行させるプログラムを提供することもできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、プラズマ処理中であっても、真空処理室の内部が、異物の落下が発生しやすい状態であるか否かを判定することができる。このため、規格値以上の異物が被処理物上へ落下する前にプラズマ処理を停止することができる。また、異物数が増加する時期に合わせて、洗浄時期を決定することができる。この結果、真空処理室の内壁に付着する反応生成物の量を常に一定の範囲内に保つことができ、被処理物への規格外の異物の付着を防止することができる。
【００２０】
また、決定された洗浄時期に基づいて生産計画を立案できるため、設備稼働率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の実施形態では、ＥＣＲ型のドライエッチング装置により、本発明を具体化している。
【００２２】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る第１の実施形態を、図１を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態のプラズマ処理装置１０を示す概略構成図である。図１に示すように、プラズマ処理装置１０は、減圧可能に構成された真空処理室１を備える。半導体ウェーハ等の被処理物４（以下、ウェーハ４という。）は、真空処理室１内に設けられた下部電極３上に載置される。本実施形態では、下部電極３上に、１枚のウェーハ４が載置される構成になっている。
【００２３】
下部電極３と対向する位置には、上部電極６が配置されている。真空処理室１へは、真空処理室１の側壁に接続されたガス導入手段５からエッチングガスであるプロセスガスが導入される。このとき、真空処理室１の内部は、真空排気手段２により所定の圧力に維持される。当該状態で、高周波電源７が整合器８を介して上部電極６（プラズマ励起電極）へＵＨＦ帯やＶＨＦ帯の高周波電力を供給する。当該高周波電力と真空処理室１の外周に配設されたコイル１２の作用により、下部電極３と上部電極６との間にプラズマ１３が励起される。プラズマ１３にウェーハ４の表面が曝されることにより、エッチング処理が行われる。なお、プラズマ処理装置１０では、ウェーハ４を載置した下部電極３に基板バイアス電位を発生させるため、プラズマ処理中に、高周波電源１１が高周波電力を下部電極３へ供給している。
【００２４】
また、プラズマ処理装置１０は、整合器８と上部電極６との間に、プラズマ処理中に上部電極６のバイアス電位（以下、アンテナバイアス電圧という。）を計測する測定回路９を備えている。測定回路９は、プラズマ処理中の上部電極６に印加されている高周波信号の計測することにより、アンテナバイアス電圧を計測する。例えば、測定回路９は、上部電極６に印加されている高周波電圧を少なくとも１周期分取得し、当該高周波電圧の直流成分を求めることにより、アンテナバイアス電圧を取得する。測定回路９は、アンテナバイアス電圧の取得を所定のサンプリング周期（例えば、１Ｈｚ）で、リアルタイムに行う。なお、アンテナバイアス電圧は、プラズマ処理中の、真空処理室１の内壁に対する上部電極６の電位を示すことになる。
【００２５】
また、本実施形態のプラズマ処理装置は、データ蓄積部２１、統計値算出部２２、統計値記憶部２３、対応関係取得部２４、予測部２５、及び判定部２６を備える。各部２１〜２６の機能については後述する。
【００２６】
以上の構成を有するプラズマ処理装置１０において、ウェーハ４のエッチング処理が行われる過程では、プラズマ１３中のラジカルやイオン等の活性種と、ウェーハ４表面のエッチング対象物との反応により反応生成物１４が発生する。反応生成物１４は、エッチング処理中に、真空処理室１の内壁や真空処理室１内に配置されている部材に付着する。反応生成物１４の膜厚は、ウェーハ４のプラズマ処理を行うごとに次第に厚くなる。そして、真空処理室１内に付着した反応生成物１４が、自重やプラズマ１３による衝撃、あるいは真空処理室１内の温度変化等により剥がれ落ちた場合、真空処理室１内に異物（パーティクル）１５が発生する。異物１５がウェーハ４上に落下すると、プラズマ処理の歩留まりが低下する。
【００２７】
本願発明者らは、この異物１５の生成過程で、アンテナバイアス電圧が変動することに着目し、以下の知見を得た。このようなアンテナバイアス電圧の変動は、以下の原因により発生すると推測される。
【００２８】
まず、第１の原因は、真空処理室１の内壁に付着した反応生成物１４により、真空処理室１の内壁の電荷が変化することである。すなわち、真空処理室１の内壁に反応生成物１４が付着することにより、プラズマ１３と真空処理室１内壁との間に容量成分が変動する。この容量成分の変動のため、アンテナバイアス電圧が変動するのである。真空処理室１内壁に付着した反応生成物１４の膜厚が増大すると、上記容量成分は減少する。そして、容量成分の減少にともなって、真空処理室１内壁に対する上部電極６の直流電位は上昇する。アンテナバイアス電圧は負であるので、真空処理室１内壁への反応生成物１４の付着にともなって、アンテナバイアス電圧の絶対値が減少することになる。
【００２９】
また、第２の原因は、真空処理室１の内壁等から反応生成物１４が剥離することにより発生した異物１５が、プラズマ１３と真空処理室１内壁との間（プラズマ１３の周囲）に発生するプラズマシース中を浮遊することである。プラズマ中を浮遊する異物には電子が入射し、異物１５は負に帯電する。その結果、プラズマシース中にトラップされる形になる。また、異物に電子が奪われるが、プラズマは電子密度を維持するので、異物に帯電した分とプラズマ中の電子の分を合わせたトータルの電子密度は大きくなる。このため、以下の式（１）に示すアンテナバイアス電圧Ｖｄｃと電子密度ｎeとの関係から、真空処理室１内の異物１５の数が増加すると電子密度ｎeが増大するため、アンテナバイアス電圧の絶対値が減少することになる。
【００３０】
Ｖｄｃ ∝ 1／ｎeｎ  ・・・（１）
【００３１】
以上のことから、アンテナバイアス電圧を監視することにより、真空処理室１の内壁への反応生成物１４の付着状態や真空処理室１内の異物数を把握することができる。すなわち、アンテナバイアス電圧と真空処理室１の内壁への反応生成物１４の付着状態及び真空処理室１内の異物数との間には、対応関係が存在する。また、真空処理室１内を浮遊する異物１５の量が増大すれば、ウェーハ４上に落下する異物数も、当然に増大する。したがって、ウェーハ４上の異物数とアンテナバイアス電圧との間にも、対応関係が存在することになる。
【００３２】
本実施例では上部電極のバイアス電圧（アンテナバイアス電圧）を測定しているが、下部電極や反応室壁面のバイアス電圧と異物数との間にも同様の対応関係を確認できる可能性がある。
【００３３】
図２は、アンテナバイアス電圧の平均値とウェーハ４上の異物数との関係を示す図である。ここで、アンテナバイアス電圧の平均値は、１回のプラズマ処理中に取得したアンテナバイアス電圧の平均値である。ここでは、その１回のプラズマ処理中のアンテナバイアス電圧を代表する値として平均値を使用している。また、異物数は、各プラズマ処理において、ウェーハ４上に付着した異物数である。ここでは、径が０．１６μｍ以上の異物を計数している。
【００３４】
図２（ａ）、図２（ｂ）において、横軸がアンテナバイアス電圧の平均値に対応し、縦軸が異物数に対応する。図２（ａ）、図２（ｂ）は、同一のプラズマ処理装置において、それぞれ異なる期間に取得されたデータを示している。各期間の開始時には、真空処理室１の内部は洗浄されている。したがって、真空処理室１の内壁は反応生成物１４が付着していない状態にある。また、図２（ａ）に実線で示す曲線４１、及び図２（ａ）に実線で示す曲線４３は、アンテナバイアス電圧の平均値と異物数との関係について求めた２次の回帰曲線である。なお、図２には示されていないが、後述するようにアンテナバイアス電圧の平均値は、各期間中で単調に増大する（図４参照。）。したがって、横軸は、時間経過にも対応していることになる。
【００３５】
図２（ａ）及び図２（ｂ）から理解できるように、いずれの期間においても、アンテナバイアス電圧の平均値の増大（絶対値の減少）にともなって、異物数は一旦減少する。そして、極小値になった後、異物数は単調に増加する。
【００３６】
図２（ａ）の曲線４１は、縦軸をｙ、横軸をｘとすると、以下の式（２）で表現される。また、図２（ｂ）の曲線４３は、以下の式（３）で表現される。
【００３７】
ｙ＝０．０２６２ｘ2＋８．６３５８ｘ＋７１１．０３  ・・・（２）
ｙ＝０．０１７８ｘ2＋６．０８ｘ＋５１８．０７  ・・・（３）
【００３８】
例えば、ウェーハ４上の異物数の規格値が、図２に破線４５で示すように３５個であるとする。この場合、図２（ａ）では、曲線４１が異物数３５個に到達するアンテナバイアス電圧の平均値（曲線４１と破線４５との交点４２のｘ座標）は−１２７．９Ｖとなる。また、図２（ｂ）では、曲線４２が異物数３５個に到達するアンテナバイアス電圧の平均値（曲線４２と破線４５との交点４４のｘ座標）は−１２５．７Ｖとなる。
【００３９】
このように、アンテナバイアス電圧の平均値と異物数とは対応関係を有している。したがって、当該対応関係を取得することにより、アンテナバイアス電圧から異物数が規格値に到達する時期を予測することができる。
【００４０】
さて、本実施形態のプラズマ処理装置１０では、測定回路９により取得されたアンテナバイアス電圧は、プラズマ処理ごと（ここでは、１枚のウェーハ４に対するプラズマ処理ごと）に関連づけてデータ蓄積部２１に記録される。統計値算出部２２は、データ蓄積部２１から、現在実施中のプラズマ処理について計測された全アンテナバイアス電圧を、プラズマ処理時間よりも短い所定の時間間隔で読み出し、その統計値を算出する。本実施形態では、統計値算出部２２は、データ蓄積部２１に保持されているアンテナバイアス電圧の平均値を統計値として算出する。なお、統計値算出部２２は、１回のプラズマ処理中に計測されたアンテナバイアス電圧の代表値を算出すればよい。例えば、平均値に代えて、中央値を算出してもよい。
【００４１】
また、統計値算出部２２は、算出した統計値を、例えば、プラズマ処理を特定するＩＤ等の、他のプラズマ処理との前後関係を識別できるデータと関連づけて、統計値記憶部２３に格納する。本実施形態では、１回のプラズマ処理中に統計値の算出が複数回行われるが、同一のプラズマ処理に対する統計値は、統計値記憶部２３に格納されている先の統計値に上書きされて格納される。なお、統計値の算出に、全てのアンテナバイアス電圧を使用することは必須ではなく、例えば、処理開始後所定時間内のデータと処理終了前所定時間内のデータとを除いたデータ等の一部のデータを使用することもできる。処理終了前所定時間内のデータを除くデータを使用して統計値を算出する場合には、例えば、統計値を算出する際に、統計値算出部２２が、その統計値に対応するプラズマ処理が完了したか否かを確認する構成を採用すればよい。
【００４２】
一方、よく知られているように、プラズマ処理が完了したウェーハ４に対しては、表面検査装置３１等を使用して、ウェーハ４上に付着した異物数が計数される。このようにして取得された異物数は、統計値記憶部２３に、対応する統計値と関連づけて格納される。これにより、表面異物検査を省略することができる。
【００４３】
また、対応関係取得部２４は、統計値記憶部２３から真空処理室１の直前の洗浄処理以降で、アンテナバイアス電圧の平均値と異物数とが関連づけられているデータを読み出す。対応関係取得部２４は、読み出したデータに基づいて、式（２）、式（３）に示したような、回帰式（ここでは、アンテナバイアス電圧の平均値と異物数との対応関係）を算出する。本実施形態では、対応関係取得部２４は、異物数が統計値記憶部２３に格納される都度、回帰式を算出する構成になっている。なお、本実施形態では、回帰式を２次の多項式近似により求めているが、任意の次数の多項式近似、累乗近似、指数近似により求めてもよい。あるいは、移動平均を使用してもよい。対応関係取得部２４は、回帰式を算出すると、その旨を予測部２５へ通知する。
【００４４】
通知を受信した予測部２５は、対応関係取得部２４が取得した回帰式に基づいて、異物数の規格値に到達するアンテナバイアス電圧の平均値を予測する。本実施形態では、予測部２５に異物数の規格値が予め設定されており、予測部２５は、対応関係取得部２４が取得した回帰式が規格値と等しくなるアンテナバイアス電圧の平均値を算出する。図２の例では、対応関係が２次の回帰式で表現されているため、規格値と等しくなる２つのアンテナバイアス電圧の平均値が算出される。しかしながら、図２から明らかなように、回帰式の２次の係数は正である。また、正常に洗浄処理が実施されていれば、洗浄処理直後に異物数が規格値を超えることもない。このため、予測部２５は、２つのアンテナバイアス電圧の中で大きい値（絶対値が小さい値）を予測値として選択する。予測部２５は、算出した予測値を判定部２６に送信する。
【００４５】
予測値を受信した判定部２６は、当該予測値と統計値算出部２２が算出したアンテナバイアス電圧の平均値とを比較する。統計値算出部２２が算出したアンテナバイアス電圧の平均値が予測値よりも大きい場合、判定部２６は、真空処理室１の洗浄処理が必要であると判定する。また、統計値算出部２２が算出したアンテナバイアス電圧の平均値が予測値よりも小さい場合、判定部２６は、真空処理室１の洗浄処理は不要であると判定する。なお、本実施形態では、判定部２６は、統計値算出部２２がアンテナバイアス電圧の平均値を算出する都度、当該判定を行う構成になっている。
【００４６】
判定部２６は、真空処理室１の洗浄処理が必要であると判定した場合、例えば、図示しない報知手段に、洗浄処理が必要であることを通知するアラームの発報を指示する。このとき、判定部２６が、実施中のプラズマ処理を停止させる構成であってもよい。また、判定部２６が、本装置及び他の半導体製造装置を含む製造工程における生産計画を管理する生産管理システム３２に、プラズマ処理装置１０で処理予定のロットを他のプラズマ処理装置で処理する要求を送信する構成であってもよい。
【００４７】
なお、本実施形態では、統計値算出部２２が算出したアンテナバイアス電圧の平均値と予測値とを比較することにより、真空処理室１の洗浄処理の要否を判定した。しかしながら、アンテナバイアス電圧の平均値と上記予測値から所定値（例えば、１０Ｖ）を差し引いた値とを比較することにより、洗浄処理の要否を判定してもよい。また、判定部２６は、統計値算出部２２が算出したアンテナバイアス電圧の統計値に代えて、測定回路９が計測したアンテナバイアス電圧を用いて比較を行ってもよい。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態によれば、プラズマ処理中であっても、真空処理室の内部が、異物の落下が発生しやすい状態であるか否かを判定することができる。また、規格値以上の異物がウェーハ上へ落下する前にプラズマ処理を停止することができる。さらに、適切な時期に洗浄処理を実施することができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、アンテナバイアス電圧を用いて説明したが、プラズマ処理装置１０のチャンバー内壁の電位を用いても良い。また本実施形態ではＥＣＲエッチング装置を用いて説明したが、ＣＣＰ（Capacitively coupled plasma）、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）など他のプラズマ源を用いたドライエッチング装置であっても良い。また本実施形態ではプラズマを用いたエッチング装置を用いて説明したが、プラズマを用いた化学気相成長法であるＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いた成膜装置の構成であっても良い。
【００５０】
また、本実施形態では、洗浄処理の要否を判定する判定部２６を備えた構成を説明したが、作業者が予測値に基づいて当該判定を行う構成であっても同様の効果を得ることができる。また、本実施形態においてデータ蓄積部２１及び統計値記憶部２３は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の公知の記憶装置により構成することができる。さらに、統計値算出部２２、対応関係取得部２４、予測部２５、及び判定部２６は、専用の演算回路、あるいは、プロセッサとＲＡＭやＲＯＭ等のメモリとを備えたハードウエア、及び当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウエア等により構成することができる。
【００５１】
（第２の実施形態）
続いて、本発明に係る第２の実施形態を、図３を用いて詳細に説明する。図３は、本実施形態のプラズマ処理装置２０を示す概略構成図である。図２に示すように、プラズマ処理装置２０は、上述のプラズマ処理装置１０の構成に加えて、洗浄時期算出部２７と洗浄管理部２８とをさらに備えている。洗浄時期算出部２７は、アンテナバイアス電圧の平均値が予測値を超える時期を予測し、次の洗浄処理までに処理可能なウェーハ４の処理枚数、あるいは処理可能時間を算出する。洗浄管理部２８は、洗浄時期算出部が算出した、次の洗浄処理までに処理可能なウェーハ４の処理枚数、あるいは処理可能時間と、生産管理システム３２から得られた生産計画とに基づいて、洗浄処理の実施計画を立案し、立案した洗浄処理の実施計画を生産管理システム３２へ送信する。他の構成は、第１の実施形態のプラズマ処理装置１０と同一であるので、同一の機能を奏する部位に同一の符号を付し、以下での詳細な説明を省略する。
【００５２】
図４は、アンテナバイアス電圧の平均値とウェーハ４の累積処理枚数（図中丸印）との関係、及びアンテナバイアス電圧の平均値とウェーハ４上の異物数との関係（図中バツ印）を示す図である。図４（ａ）、図４（ｂ）において、横軸が累積処理枚数に対応する。なお、本実施形態では、１回のプラズマ処理で１枚のウェーハが処理されるため、累積処理枚数が累積処理回数となる。
【００５３】
また、左縦軸がアンテナバイアス電圧の平均値に対応し、右縦軸が異物数に対応する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、同一のプラズマ処理装置において、それぞれ異なる期間に取得されたデータを示している。各期間の開始時には、真空処理室１の内部は洗浄されており、内壁に反応生成物１４が付着していない状態にある。各プラズマ処理において、高周波電源７が上部電極６に印加する高周波電力、及び高周波電源１１が下部電極３に印加する高周波電力は同一である。なお、図４（ａ）に示す期間は図２（ａ）の期間と同一であり、図４（ｂ）に示す期間は、図２（ｂ）の期間と同一である。
【００５４】
図４（ａ）に実線で示す曲線５１、及び図４（ｂ）に実線で示す曲線５４は、累積処理枚数とアンテナバイアス電圧の平均値との関係について求めた２次の回帰曲線である。また、図４（ａ）に一点鎖線で示す曲線５３、及び図４（ｂ）に一点鎖線で示す曲線５６は、累積処理枚数と異物数との関係について求めた２次の回帰曲線である。異物数は、各プラズマ処理において、ウェーハ４上に付着した、径が０．１６μｍ以上の異物数である。
【００５５】
図４（ａ）及び図４（ｂ）から理解できるように、いずれの期間においても、累積処理枚数の増大にともなって、アンテナバイアス電圧の平均値は単調に増加（絶対値は単調に減少）する。また、累積処理枚数の増大にともなって、アンテナバイアス電圧の平均値の増加率は減少している。これは、上述の原理と一致している。
【００５６】
図４（ａ）の曲線５１は、左縦軸をｙ１、横軸をｘとすると、以下の式（４）で表現される。図４（ｂ）の曲線５４は、以下の式（５）で表現される。
【００５７】
ｙ１＝−１×１０-5ｘ2＋０．０５８ｘ−１９６．１９  ・・・（４）
ｙ１＝−３×１０-5ｘ2＋０．１１７３ｘ−２２５．８２  ・・・（５）
【００５８】
第１の実施形態で説明したように、式（２）によれば、ウェーハ４上の異物数の規格値が３５個であるとき、異物数が３５個に到達するアンテナバイアス電圧の平均値は−１２７．９Ｖである。図４（ａ）では、曲線５１において、アンテナバイアス電圧の平均値が−１２７．９Ｖとなる累積処理枚数（交点５２のｘ座標）は約１６４０枚である。
【００５９】
また、式（３）によれば、異物数３５個に到達するアンテナバイアス電圧の平均値は−１２５．７Ｖである。図４（ｂ）では、曲線５４において、アンテナバイアス電圧の平均値が−１２５．７Ｖとなる累積処理枚数（交点５５のｘ座標）は、約１２６０枚である。
【００６０】
このように、アンテナバイアス電圧の平均値と累積処理枚数とは対応関係を有している。したがって、その対応関係を取得することにより、所定のアンテナバイアス電圧の平均値に到達する累積処理枚数を予測することができる。また、第１の実施形態で説明したように、アンテナバイアス電圧の平均値と異物数とは対応関係を有している。このため、アンテナバイアス電圧の平均値と異物数との対応関係、及びアンテナバイアス電圧の平均値と累積処理枚数との対応関係を取得することにより、異物数が規格値に到達する累積処理枚数を予測することができる。
【００６１】
なお、図４に示す曲線５３、５６から理解できるように、いずれの期間であっても、図２に示した対応関係に基づいて予測されたアンテナバイアス電圧の平均値となる累積処理枚数において、異物数はほぼ規格値に到達している。ここで、完全に一致しない理由は、図４に示す曲線５３、５６が、累積処理枚数と異物数との関係について求めた回帰曲線であり、アンテナバイアス電圧の平均値と異物数との関係について求めた回帰曲線とは異なる回帰式で表現されるためである。
【００６２】
さて、本実施形態のプラズマ処理装置２０では、第１の実施形態と同様の手法により、判定部２６が、真空処理室１の洗浄の要否を判定する。判定部２６が、真空処理室１の洗浄が不要であると判定した場合、判定部２６は、その旨を洗浄時期算出部２７へ通知する。
【００６３】
通知を受信した洗浄時期算出部２７は、統計値記憶部２３から、真空処理室１の直前の洗浄処理以降に実施されたプラズマ処理について取得されたアンテナバイアス電圧の平均値を、累積処理回数と関連づけて読み出す。本実施形態では、統計値記憶部２３に直前の洗浄処理以降に実施された全てのプラズマ処理について取得されたアンテナバイアス電圧の平均値が格納されている。したがって、アンテナバイアス電圧の平均値の数が累積処理回数と一致している。ここでは、洗浄時期算出部２７が、アンテナバイアス電圧の平均値を、プラズマ処理が実施された順に読出し、読み出したアンテナバイアス電圧の平均値と読み出した順番（累積処理回数）とを関連づけている。
【００６４】
洗浄時期算出部２７は、取得したデータに基づいて、式（４）、式（５）に示したような、回帰式（アンテナバイアス電圧の平均値と累積処理回数との対応関係）を算出する。なお、本実施形態では、回帰式を２次の多項式近似により求めているが、任意の次数の多項式近似、累乗近似、指数近似、あるいは、移動平均を使用してもよい。
【００６５】
回帰式を算出すると、洗浄時期算出部２７は、予測部２５から、異物数の規格値に到達するアンテナバイアス電圧の予測値を取得する。そして、算出した回帰式に基づいて、アンテナバイアス電圧の予測値に到達する累積処理回数を予測する。図４の例では、対応関係が２次の回帰式で表現されているため、２つの累積処理回数が求められる。しかしながら、図４から明らかなように、回帰式の２次の係数は負である。また、洗浄処理が実施された後、アンテナバイアス電圧は累積処理回数の増大にともなって単調に増加する。このため、洗浄時期算出部２７は、２つの累積処理回数の中で小さい値を予測値として選択する。以上のようにして、異物数が規格値に到達すると予測される累積処理回数を算出すると、洗浄時期算出部２７は、次回の洗浄処理までに処理可能な処理回数（ここでは、ウェーハ４の枚数）を算出する。本実施形態では、洗浄時期算出部２７は、予測した累積処理回数から現時点における累積処理回数（ここでは、統計値記憶部２３から読み出したアンテナバイアス電圧の平均値の数）を差し引くことにより、処理可能な処理回数を算出する。
【００６６】
例えば、図４（ａ）において、現時点でのウェーハ４の累積処理枚数が１０００枚であり、洗浄時期算出部２７により予測された累積処理枚数が１６００枚であったとすると、処理可能枚数は６００枚（処理回数は６００回）となる。洗浄時期算出部２７は、予測した残処理回数を洗浄管理部２８に送信する。
【００６７】
以上説明したように、洗浄時期算出部２７を備えることにより、次回の洗浄時期までに処理可能な処理回数を予測することができる。なお、洗浄時期算出手段２７が算出する回帰式は、回帰式を算出する時点での累積処理回数により異なる。しかしながら、次回の洗浄時期に近づくにつれて、回帰式の算出に使用するデータ数が増加するため、予測精度が向上することになる。また、上記では、統計値記憶部２３から読み出したアンテナバイアス電圧の平均値の数により累積処理回数を計数したが、統計値記憶部２３が、アンテナバイアス電圧の平均値をその時点での累積処理回数と関連づけて記録する構成であってもよい。また、統計値記憶部２３が、アンテナバイアス電圧の平均値をその時点での累積処理時間と関連づけて記録する構成であってもよい。この場合、洗浄時期算出部２７は、アンテナバイアス電圧の平均値と累積処理時間との対応関係を算出し、算出した回帰式に基づいて、アンテナバイアス電圧の予測値に到達する累積処理時間を予測する。そして、洗浄時期算出部２７は、次回の洗浄処理までに処理可能な処理時間を算出する。
【００６８】
一方、洗浄管理部２８は、洗浄時期算出部２７から、洗浄処理をすべき時期までに、処理可能な処理回数（残処理回数）または処理可能な時間（残処理時間）を受信すると、上述の生産管理システム３２から、プラズマ処理装置２０の生産計画を取得する。ここで、生産計画とは、処理枚数及び処理順序（優先度）を含むデータである。生産計画を取得すると、洗浄管理部２８は、洗浄時期算出部２７から受信したデータと、取得した生産計画とに基づいて、真空処理室１の洗浄時期を決定する。例えば、洗浄時期算出部２７は、どのロットを処理した後に洗浄処理を実施するかを決定する。そして、決定した洗浄時期を、生産管理システム３２に送信する。生産管理システム３２は、洗浄管理部２８から洗浄時期を受信すると、洗浄時期にプラズマ処理装置２０で処理予定のロットを他のプラズマ処理装置で処理する生産計画を立案する。
【００６９】
なお、以上の構成において、洗浄時期算出部２７及び洗浄管理部２８は、例えば、専用の演算回路や、プロセッサとＲＡＭやＲＯＭ等のメモリとを備えたハードウエア、及び当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウエア等として実現することができる。また、上述のデータ蓄積部２１、統計値算出部２２、統計値記憶部２３、対応関係記憶部２４、予測部２５、判定部２６、洗浄時期算出部２７、及び洗浄管理部２８は別体で構成される必要はなく、例えば、中央処理装置、記憶装置、キーボード等の入力装置及びディスプレイなどの表示装置から構成されるコンピュータにより実現してもよい。
【００７０】
以上の構成によれば、設備稼働率を向上させることができ、第１の実施形態で得られる効果に加えて、プラズマ処理装置２０を含む製造工程の生産効率を向上できるという効果を得ることができる。
【００７１】
一方、製造工程では、後から製造工程に投入されたロットを、先行するロットよりも優先的に処理しなければならない状況がしばしば発生する。この場合、生産管理システム３２は、製造工程に属する各装置での生産計画を変更する。このとき、プラズマ処理装置２０で処理すべきロットが変更される可能性がある。このような状況に対応するため、洗浄管理部２８は、生産管理システム３２が生産計画を変更したときに、変更された生産計画を取得し、再度、洗浄時期を決定しなおす構成であることが好ましい。
【００７２】
以上説明したように、本発明によれば、プラズマ処理中であっても、真空処理室の内部が、異物の落下が発生しやすい状態であるか否かを判定することができる。このため、規格値以上の異物がウェーハ上へ落下する前にプラズマ処理を停止することができる。また、異物数が増加する時期に合わせて、洗浄時期を決定することができる。この結果、真空処理室の内壁に付着する反応生成物の量を常に一定の範囲内に保つことができ、被処理物への規格外の異物の付着を防止することができる。また、決定された洗浄時期に基づいて生産計画を立案できるため、設備稼働率を向上させることができる。
【００７３】
なお、本発明は以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形及び応用が可能である。例えば、上記各実施形態では、本発明をＥＣＲ型のプラズマエッチング装置に適用した事例を説明した。しかしながら、本発明は、エッチング装置に限らず、成膜装置にも適用可能である。すなわち、本発明は、真空処理室内に生成したプラズマを用いて被処理物のプラズマ処理を行ういかなるプラズマ処理装置にも適用可能である。
【００７４】
また、上記各実施形態では、アンテナバイアス電圧により、真空処理室内部状態を判定したが、真空処理室内壁と真空処理室内に生成されたプラズマとの間の電荷量に応じて変動する物理量であれば他の物理量であっても、真空処理室内部状態を判定することができる。例えば、基板バイアス電位により、真空処理室の内部状態を判定することも可能である。しかしながら、基板バイアス電位は、アンテナバイアス電圧に比べて、その絶対値が小さいため検出精度が低下する可能性がある。このため、アンテナバイアス電圧により判定することが好ましい。
【００７５】
さらに、統計値算出部２２、対応関係記憶部２４、予測部２５、判定部２６、洗浄時期算出部２７、及び洗浄管理部２８が実施する上述の手順の一部あるいは全部をコンピュータに実行させるためのプログラムは、インターネットなどの電気通信回線を用いたり、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納したりすることで、関係者や第三者に提供することができる。例えばプログラムの指令を電気信号や光信号、磁気信号などで表現し、その信号を搬送波に載せて送信することで、同軸ケーブルや銅線、光ファイバのような伝送媒体でそのプログラムを提供することができる。またコンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭなどの光学メディアや、フレキシブルディスクのような磁気メディア、フラッシュメモリやＲＡＭのような半導体メモリを利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、被処理物への規格外の異物の付着を防止することができるという効果を有し、プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び洗浄時期予測プログラムとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置を示す概略構成図
【図２】本発明におけるアンテナバイアス電圧の平均値と異物数との関係を示す図
【図３】本発明の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置を示す概略構成図
【図４】本発明における累積処理枚数とアンテナバイアス電圧の平均値との関係を示す図
【図５】従来のプラズマ処理装置を示す概略構成図
【符号の説明】
【００７８】
１  真空処理室
２  真空排気手段
３  下部電極
４  被処理物
５  ガス導入手段
６  上部電極
７、１１  高周波電源
９  測定回路
２１  データ蓄積部
２２  統計値算出部
２３  統計値記憶部
２４  対応関係取得部
２５  予測部
２６  判定部
２７  洗浄時期算出部
２８  洗浄管理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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