(57)【要約】【課題】一定時間稼働後も，正確に光学的データを測定して，常に正常な状態でプラズマ処理装置を稼働できるプラズマ処理装置の監視方法およびプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置１００に付設された光学的データを検出する光学検出器２０を含む複数の検出器を用いて，被処理体毎に検出される各検出器の検出値を利用して，プラズマ処理装置１００の運転状態を監視する方法であって，光学的データを検出する光学検出器２０の，プラズマ処理装置１００の検出値の変動を，光学検出器２０に対向して設けられた光源３０からの発光強度を各処理直前に検出し，プラズマ処理装置１００の初期状態における光源３０からの発光強度と比較して光学的データの補正を行うと共に，一定量以下に発光強度が減衰した場合には，警報を発する。【選択図】　図１
2004039952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも処理室内の光を検出する光学検出器を含む複数の検出器を用いて被処理体毎に検出された前記各検出器の検出値を解析用データとして利用して多変量解析を行い，その結果に基づいてプラズマ処理に関する情報を監視するプラズマ処理装置の監視方法であって，
前記光学検出器における前記プラズマ処理装置の検出値の変動を検出する変動量検出段階と，
前記変動量に基づいて前記検出値を補正して前記解析用データとする補正段階と，
を有することを特徴とするプラズマ処理装置の監視方法。
【請求項２】
前記変動検出段階は，前記プラズマ処理装置が初期状態にあるときに，変動検出用として設けた光源から前記処理室内へ光を照射して，この光源からの光の光強度を検出し，その検出値を基準値として記憶する段階と，前記各被処理体をプラズマ処理する前に，前記光源からの光の光強度を検出し，その検出値の前記基準値に対する割合を前記変動量として求めて記憶する段階とを有し，
前記補正段階は，各被処理体のプラズマ処理時に前記処理室内の光を前記検出器で検出し，その検出値から前記変動量として求めた割合の１／２乗の値を除することによりその検出値を補正して前記解析用データとすること，
を特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置の監視方法。
【請求項３】
前記変動量として求めた割合が予め定めた一定量以下であるか否か判断し，一定量以下でないと判断したときに前記補正段階の処理を行い，一定量以下であると判断したときには前記補正段階の処理を行わずに警報器により警告を発することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置の監視方法。
【請求項４】
前記変動量は光の各波長ごとに検出し，前記補正は光の波長ごとに補正することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置の監視方法。
【請求項５】
前記変動量として求めた各波長の割合のうち最も変動が大きい波長の割合が予め定めた一定量以下であるか否かを判断することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置の監視方法。
【請求項６】
前記変動量として求めた各波長の割合のうち最も多変量解析の結果への影響が大きい波長の割合が予め定めた一定量以下であるか否かを判断することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置の監視方法。
【請求項７】
前記解析データを用いて多変量解析として主成分分析を行い，前記プラズマ処理装置の運転情報を監視することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のプラズマ処理装置の監視方法。
【請求項８】
前記解析データを用いて多変量解析として部分最小二乗法を行い，前記プラズマ処理装置の装置状態又は被処理体の処理結果を予測し，予測値に基づいて前記プラズマ処理装置を監視することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のプラズマ処理装置の監視方法。
【請求項９】
高周波電力を印加してプラズマを発生させて処理室内の被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって，
前記処理室の壁部に設けた前記検出窓を介して前記処理室内の光を検出する光学検出器と，
前記処理室の壁部に前記検出窓と対向する位置に設けた光源窓を介して変動検出用の光を前記処理室内へ照射する光源と，
前記プラズマ処理装置が初期状態にあるときの前記光源からの光を前記光学検出器で検出し，その検出値を基準値として記憶する基準値検出手段と，
各被処理体のプラズマ処理前に前記光源からの光を前記光学検出器で検出し，その検出値の前記基準値に対する割合を求めて記憶する割合算出手段と，
各被処理体のプラズマ処理時に前記処理室内の光を前記光学検出器で検出し，その検出値から前記割合の１／２乗の値を除することにより補正し，その補正値を光学的データとする補正手段と，
少なくとも前記光学的データを用いて多変量解析を行い，その結果に基づいてプラズマ処理に関する情報の監視を行う監視手段と，
を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記光源は，複数の波長を発し，
前記基準値検出手段は，前記光源からの光の各波長ごとの光強度を検出し，その検出値を基準値として記憶し，
前記割合算出手段は，各被処理体のプラズマ処理前に光の各波長ごとに光強度を検出し，その検出値の前記基準値に対する割合を記憶し，
前記補正手段は，各被処理体のプラズマ処理時に光の各波長ごとの光強度の検出値を補正して光学的データとすることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記割合算出手段で算出した割合が予め定めた一定量以下であるか判断し，一定量以下でないと判断したときには前記補正手段による検出値の補正を行い，一定量以下であると判断したときには警報器により警告を発することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置の監視方法およびプラズマ処理装置にかかり，特に，プラズマ処理装置の状態を監視するために検出される光学的データの信頼性を高めることで，より正確にプラズマ処理装置の状態を把握することが可能なプラズマ処理装置の監視方法およびプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程においては，多種類の製造装置や検査装置が用いられている。これらの処理装置は，その運転状況を制御，あるいは監視するための多くのパラメータを有しており，それらをコントロールあるいはモニタして，様々な処理を最適条件で行えるようにしている。
【０００３】
上記パラメータには，例えば，半導体ウエハやガラス基板等の被処理体に，成膜やエッチング処理を行うプラズマ処理装置では，処理室内に導入する処理ガスの流量，処理ガスをプラズマ化するために処理室内に例えば対向して設置された電極の電極間距離，それら電極の少なくとも一方に与えられる高周波電力等，制御可能なパラメータ（以下制御パラメータと称する）がある。
【０００４】
また，処理室内に励起されたプラズマ状態を把握するためのプラズマ分光分析等の光学的データ，そのプラズマに基づく基本波及び高調波の高周波電圧，高周波電流などの電気的データ等のパラメータ（以下プラズマ反映パラメータと称する）がある。
【０００５】
さらに，処理室内の電極に高周波電力を印加する際インピーダンス整合をとるために設けられる整合器の整合状態での可変コンデンサの容量や，整合器内の測定域により測定される高周波電圧等のパラメータ（以下装置状態パラメータと称する）がある。
【０００６】
処理を行う際には，制御パラメータを最適と思われる値に設定し，プラズマ反映パラメータや装置状態パラメータをそれぞれの検出器によりモニタしながら常に最適な処理が行えるようプラズマ処理装置を制御するわけであるが，これらパラメータは数十種類にも及ぶため，運転状態に異常が認められた場合に原因を究明するのは非常に困難である。
【０００７】
そこで，例えば特開平１１−８７３２３号公報には，半導体ウエハ処理システムの複数のプロセスパラメータを分析し，これらのパラメータを統計的に相関させてプロセス特性やシステム特性の変化を検出する処理装置の監視方法及び処理装置について提案されている。
【０００８】
また，他の方法として，上記複数のパラメータを少数のパラメータにまとめ，少数の統計的データに基づいて処理装置の運転状況を監視することができるよう，多変量解析の１つである主成分分析の手法を用いて運転状況を評価する方法がある。
【０００９】
さらに，上記プラズマ反映パラメータを検出し，異常が認められた場合に，多変量解析の１つである部分最小二乗法の手法を用いて，上記制御パラメータ，あるいは装置状態パラメータのいずれに異常が生じているのか，予測して特定する方法も提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，上記いずれの方法においても，処理状態を把握するためには各パラメータを正確に検出することが重要である。ところが，パラメータによってはプラズマ処理装置の経時変化によって検出値が変動することがあり，正確な検出データを得られないという問題がある。
例えば，上記プラズマ反映パラメータに含まれる光学的データは，処理室外に設けた光学検出器によって処理室側壁に設けた検出窓を介して検出した値を用いている。このため，プラズマ処理装置を長時間稼動させることにより上記検出窓が汚れ，この汚れにより光の反射，吸収などが生じてプラズマ発光の透過率が減衰するため，光学検出器で正確な発光強度を測定できなくなるという問題があった。
【００１１】
そこで，本発明は，従来のプラズマ処理装置の監視方法およびプラズマ処理装置が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，プラズマ処理装置の長時間稼動後も正確な光学的データを得ることができ，メンテナンスが必要な時にはその旨を通知することで，装置状態や処理結果の予測などの精度を高め，プラズマ処理装置を正確に監視することができる，新規かつ改良されたプラズマ処理装置の監視方法およびプラズマ処理装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，少なくとも処理室内の光（例えば光強度）を検出する光学検出器を含む複数の検出器を用いて被処理体毎に検出された前記各検出器の検出値を例えば光学的データなどの解析データとして利用して多変量解析を行い，その結果に基づいてプラズマ処理に関する情報を監視するプラズマ処理装置の監視方法であって，前記光学検出器における前記プラズマ処理装置の検出値の変動を検出する変動量検出段階と，前記変動量に基づいて前記検出値を補正して前記解析用データとする補正段階と，を有することを特徴とするプラズマ処理装置の監視方法が提供される。
【００１３】
前記変動検出段階は，前記プラズマ処理装置が初期状態にあるときに，変動検出用として設けた光源から前記処理室内へ光を照射して，この光源からの光の光強度（例えば発光強度）を検出し，その検出値を基準値として記憶する段階と，前記各被処理体をプラズマ処理する前に，前記光源からの光の光強度を検出し，その検出値の前記基準値に対する割合を前記変動量として求めて記憶する段階とを有し，前記補正段階は，各被処理体のプラズマ処理時に前記処理室内の光を前記検出器で検出し，その検出値から前記変動量として求めた割合の１／２乗の値を除することによりその検出値を補正して前記解析用データとするように構成してもよい。
【００１４】
このような本発明にかかる方法によれば，プラズマ処理装置を一定時間以上稼働することで例えば検出窓や光学検出器の汚れにより光学的データの検出精度が低下する等プラズマ処理装置の経時変化などによって光学的データが変動しても，光学的データの検出精度が良好だった納品時やメンテナンス直後などの初期状態のときと同様となるように補正することができるので，常に正常な状態でプラズマ処理装置を稼働させることができ，歩留まりの低下等を防ぐことができる。
【００１５】
特に，光学的データを含めた解析用データを利用して多変量解析を行うことによって，上記装置内のプラズマの状態，上記装置に印加する高周波電圧等の装置状態，処理ガスの流量等の制御状態，ウエハなどの被処理体の削れ量等の処理結果など各種データを予測する場合には，プラズマ処理装置の一定時間以上の稼働により光学的データの検出精度が低下しても予測精度の低下を防止することができるので，常に高い予測精度を保持することができ，より正確にプラズマ処理装置を監視することができる。
【００１６】
さらに，前記変動量として求めた割合が予め定めた一定量以下であるか否か判断し，一定量以下でないと判断したときに前記補正段階の処理を行い，一定量以下であると判断したときには前記補正段階の処理を行わずに警報器により警告を発する段階を有してもよい。これによれば，光源からの検出値が一定量以下に減衰している場合には，例えばメンテナンスを促すような警報を発するので，もはや補正では正常な監視ができない程度に光検出精度が低下した場合であっても，メンテナンスが行われることにより常に正常な状態でプラズマ処理装置を稼働させることができ，歩留まりの低下等を防ぐことができる。
【００１７】
また，前記変動量は光の各波長ごとに検出し，前記補正は光の波長ごとに補正する如く構成すれば，光学的データをより正確に補正することができる。また前記変動量として求めた各波長の割合のうち最も変動が大きい波長（例えば最も減衰が大きい波長）の割合が予め定めた一定量以下であるか否かを判断する如く構成すれば，光学検出器から検出された光のすべての波長が減衰しなくても警告を発することができるので，より適切なメンテナンス時期に警告を発することができる。また前記変動量として求めた各波長の割合のうち最も多変量解析の結果への影響が大きい波長の割合が予め定めた一定量以下であるか否かを判断する如く構成すれば，光学検出器における検出値の変動が多変量解析の結果へ影響することを防止できるような適切なメンテナンス時期に警告を発することができる。
【００１８】
また，前記解析データを用いて多変量解析として主成分分析を行い，前記プラズマ処理に関する情報の監視として例えば前記プラズマ処理装置の運転情報を監視するようにしてもよい。また，前記解析データを用いて多変量解析として部分最小二乗法を行い，前記プラズマ処理に関する情報の監視として例えば前記プラズマ処理装置の装置状態又は被処理体の処理結果を予測し，予測値に基づいて前記プラズマ処理装置を監視するようにしてもよい。
【００１９】
上記課題を解決するため，本発明の第２の観点によれば，高周波電力を印加してプラズマを発生させて処理室内の被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって，前記処理室の壁部に設けた前記検出窓を介して前記処理室内の光を検出する光学検出器と，前記処理室の壁部に前記検出窓と対向する位置に設けた光源窓を介して変動検出用の光を前記処理室内へ照射する光源と，前記プラズマ処理装置が初期状態にあるときの前記光源からの光を前記光学検出器で検出し，その検出値を基準値として記憶する基準値検出手段と，各被処理体のプラズマ処理前に前記光源からの光を前記光学検出器で検出し，その検出値の前記基準値に対する割合を求めて記憶する割合算出手段と，各被処理体のプラズマ処理時に前記処理室内の光を前記光学検出器で検出し，その検出値から前記割合の１／２乗の値を除することにより補正し，その補正値を光学的データとする補正手段と，少なくとも前記光学的データを用いて多変量解析を行い，その結果に基づいてプラズマ処理に関する情報の監視を行う監視手段とを設けたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００２０】
また，前記光源は，複数の波長を発し，前記基準値検出手段は，前記光源からの光の各波長ごとの光強度を検出し，その検出値を基準値として記憶し，前記割合算出手段は，各被処理体のプラズマ処理前に光の各波長ごとに光強度を検出し，その検出値の前記基準値に対する割合を記憶し，前記補正手段は，各被処理体のプラズマ処理時に光の各波長ごとの光強度の検出値を補正して光学的データとするようにしてもよい。
【００２１】
このような本発明にかかる装置によれば，プラズマ処理装置を一定時間以上稼働することで光学的データの検出精度が低下しても，各被処理体を処理する前に光学的データを初期状態のときと同様となるように補正することができるので，常に正常な状態でプラズマ処理装置を稼働させることができ，歩留まりの低下等を防ぐことができる。
【００２２】
特に，光学的データを含めた解析用データを利用して多変量解析を行うことによって，上記装置内のプラズマの状態，上記装置に印加する高周波電圧等の装置状態，処理ガスの流量等の制御状態，ウエハなどの被処理体の削れ量等の処理結果など各種データを予測する場合には，プラズマ処理装置の一定時間以上の稼働により光学的データの検出精度が低下しても予測精度の低下を防止することができるので，常に高い予測精度を保持することができる。
【００２３】
さらに，前記割合算出手段で算出した割合が予め定めた一定量以下であるか判断し，一定量以下でないと判断したときには前記補正手段による検出値の補正を行い，一定量以下であると判断したときには警報器により警告を発するようにしてもよい。これによれば，もはや補正では正常な監視ができない程度に光検出精度が低下した場合であっても，メンテナンスが行われることにより常に正常な状態でプラズマ処理装置を稼働させることができ，歩留まりの低下等を防ぐことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかるプラズマ処理装置の監視方法およびプラズマ処理装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２５】
図１は，本発明の１実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００を示す概略構成図，図２は，プラズマ処理装置１００の多変量解析手段の１例を示すブロック図，図３は，プラズマ処理装置１００の初期状態における光源３０の発光強度の波長依存性を示す図，図４は，汚れた検出窓を通した光源３０の発光強度の波長依存性を示す図，図５は，光学的データの補正方法を示すフローチャートである。
【００２６】
図１に示すように，プラズマ処理装置１００は，アルミニウム製の処理室と，処理室１内に配置された下部電極２を，絶縁材２Ａを介して支持する昇降可能なアルミニウム製の支持体３と，支持体３の上方に配置されプロセスガスを供給しかつ上部電極を兼ねるシャワーヘッド（以下上部電極ともいう）４とを備えている。
【００２７】
処理室１は，上部が小径の上室１Ａとして形成され，下部が大径の下室１Ｂとして形成されている。下室１Ｂの上部には，ウエハＷを搬出入するための出入り口が形成され，この出入口にはゲートバルブ６が取り付けられている。また，下部電極２には，整合器７Ａを介して高周波電源７が接続され，この高周波電源７から下部電極２に対して１３．５６ＭＨｚの高周波電力Ｐを印加し，上室１Ａ内で上部電極４との間で垂直方向の電界を形成する。この高周波電力Ｐは，高周波電源７と整合器７Ａ間に接続された電力計７Ｂを介して検出する。高周波電力Ｐは，制御可能なパラメータで，前述した制御パラメータを構成する。
【００２８】
また，上記整合器７Ａの下部電極２側（高周波電圧の出力側）には電気計測器（例えばＶＩプローブ）７Ｃが取り付けられ，この電気計測器７Ｃの介して下部電極２に印加される高周波電力Ｐにより上室１Ａ内に発生するプラズマに基づく基本波および高調波の高周波電圧Ｖ，高周波電流Ｉを電気データとして検出する。これら電気データは，前述したプラズマ反映パラメータを構成する。
【００２９】
さらに，上記整合器７Ａは，例えば２個の可変コンデンサＣ１，Ｃ２コンデンサＣおよびコイルＬを内蔵し，可変コンデンサＣ１，Ｃ２を介してインピーダンス整合をとっている。整合状態での可変コンデンサＣ１，Ｃ２の容量，上記整合器７Ａ内の測定器（図示せず）により測定される高周波電圧Ｖｐｐは，後述するＡＰＣ（Ａｕｔｏ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｏｎｔｏｒｏｌｌｅｒ）開度などとともに，前述した装置状態パラメータを構成する。
【００３０】
下部電極２の上面には，静電チャック８が配置され，この静電チャック８の電極板８Ａには直流電源９が接続されている。従って，高真空下で直流電源９から電極板８Ａに高電圧を印加することにより，静電チャック８によってウエハＷを静電吸着する。下部電極２の外周にはフォーカスリング１０が配置され，上室１Ａ内で生成したプラズマをウエハＷに集める。またフォーカスリング１０の下側には支持体３の上部に取り付けられた排気リング１１が設置されている。排気リング１１には複数の孔が全周にわたって周方向等間隔に形成され，これらの孔を介して上室１Ａ内のガスを下室１Ｂへ排気する。
【００３１】
支持体３はボールネジ機構１２およびベローズ１３を介して上室１Ａと下室１Ｂ間で昇降可能になっている。従って，ウエハＷを下部電極２上に供給する場合には，支持体３を介して下部電極２が下室１Ｂまで下降し，ゲートバルブ６を解放して図示しない搬送機構を介してウエハＷを下部電極２に供給する。下部電極２と，上部電極４との間の電極間距離は，所定の値に設定可能なパラメータで，制御パラメータとして構成されている。
【００３２】
下部電極２の内部には冷媒配管１４に接続された冷媒流路３Ａが形成され，冷媒配管１４を介して冷媒流路３Ａ内で冷媒を循環させ，ウエハＷを所定の温度に調整する。さらに，支持体３，絶縁材２Ａ，下部電極２および静電チャック８にはそれぞれガス流路３Ｂが形成され，ガス導入機構１５からガス配管１５Ａを介して静電チャック８とウエハＷ間の細隙にＨｅガスを所定の圧力でバックサイドガスとして供給し，Ｈｅガスを介して静電チャック８とウエハＷとの間の熱伝導性を高めている。なお，排気リング１１の下部には，ベローズカバー１６が設けられている。
【００３３】
シャワーヘッド４の上面には，ガス導入部４Ａが形成され，ガス導入部４Ａには配管１７を介してプロセスガス供給系１８が接続されている。プロセスガス供給系１８は，Ａｒガス供給源１８Ａ，ＣＯガス供給源１８Ｂ，Ｃ４Ｆ８ガス供給源１８Ｃ，およびＯ２ガス供給源１８Ｄを有している。これらのガス供給源１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄは，バルブ１８Ｅ，１８Ｆ，１８Ｇ，１８Ｈおよびマスフローコントローラ１８Ｉ，１８Ｊ，１８Ｋ，１８Ｌを介してそれぞれのガスを所定の設定流量でシャワーヘッド４へ供給し，その内部で所定の配合比を持った混合ガスとして調整する。各ガス流量はそれぞれのマスフローコントローラ１８Ｉ，１８Ｊ，１８Ｋ，１８Ｌによって検出可能であり，かつ制御可能なパラメータであり，制御パラメータとして構成されている。
【００３４】
シャワーヘッド４の下面には複数の孔４Ｂが全面に亘って均等に配置され，これらの孔４Ｂを介してシャワーヘッド４から上室１Ａ内へ混合ガスをプロセスガスとして供給する。また，下室１Ｂの下部の排気孔には排気管１Ｃが接続され，この排気管１Ｃに接続された真空ポンプ等からなる排気系１９を介して処理室１内を排気して所定のガス圧を保持している。排気管１ＣにはＡＰＣバルブ１Ｄが設けられ，処理室１内のガス圧に即して開度が自動的に調節される。この開度は装置状態を示す装置状態パラメータで，制御できないパラメータである。
【００３５】
また，上室１Ａの側壁には，処理室１内の発光を検出するための検出窓２８が設けられ，そのすぐ外側には処理室１内のプラズマ発光を検出する分光器（以下光学検出器と称す）２０が設けられている。この光学検出器２０によって得られる特定波長に関する光学的データに基づいてプラズマ状態を監視し，プラズマ処理の終点を検出している。この光学的データは，高周波電力Ｐにより発生するプラズマに基づく電気的データと共にプラズマ状態を反映するプラズマ反映パラメータを構成する。
【００３６】
さらに，上室１Ａの検出窓２８に対向して，検出窓３２が設けられ，そのすぐ外側には，検出窓３２と共に本実施の形態の特徴である光学的データの変動検出用の光源３０が備えられている。光源３０は，プラズマ処理装置の初期状態や，各処理直前の検出窓２８，３２の汚れ具合を調査するために発光される光源である。
【００３７】
光源３０としては，上記プラズマ反映パラメータの光学的データとして検出される，例えば２００〜９５０ｎｍの範囲の，例えば１０２４個など，複数の波長の光を発する少なくとも１個以上の光源（１つの波長を発する光源を複数個，または全ての波長を発光する光源１個）が好ましい。例えば，連続スペクトル光源の重水素ランプ，キセノンフラッシュランプ，キセノンランプ，水銀キセノンランプ，輝線スペクトル光源の低圧水銀ランプ，ホローカソードランプなどを用いることができる。
【００３８】
出力は，上記連続スペクトル光源では概ね，低い方からキセノンフラッシュランプ，重水素ランプ，キセノンランプ，水銀キセノンランプの順に高出力が得られるが，例えばキセノンフラッシュランプではパルス点灯により数μｓでの比較をすれば，連続点灯タイプに比べ約１０００倍の高出力が得られる。
【００３９】
光出力の安定性においては，同様に低い方からキセノンフラッシュランプ，水銀キセノンランプ，キセノンランプ，重水素ランプの順に高安定であるが，凸面鏡やスリットなどを利用して発光の中心部を用いるようにすれば，キセノンフラッシュランプ等安定性の低い光源でも高安定な光出力を利用することが可能である。
【００４０】
図２に示すように，上記プラズマ処理装置は，多変量解析手段２００を備えている。多変量解析手段２００は，例えば，多変量解析プログラムを記憶する多変量解析プログラム記憶手段２０１と，電気計測器７Ｃ，光学検出器２０およびパラメータ計測器２１からの信号を間欠的にサンプリングする電気的信号サンプリング手段２０２，光学的信号サンプリング手段２０３およびパラメータ信号サンプリング手段２０４と，複数のプラズマ反映パラメータ（電気データおよび光学的データ）に基づいて複数の制御パラメータおよび装置状態パラメータを予測するモデル式を記憶するモデル式記憶手段２０５と，モデル式を介して複数の制御パラメータおよび／または装置状態パラメータを算出する演算手段２０６と，演算手段２０６からの演算信号に基づいて制御パラメータおよび／または装置状態パラメータの予測，診断，制御を行う予測・診断・制御手段２０７とを備えている。上記演算手段２０６には，光学的信号サンプリング手段２０３などの各サンプリング手段からのデータを記憶する記憶手段２０６ａが設けられている。上記各パラメータは解析データを構成する。
【００４１】
また多変量解析手段２００にはプラズマ処理装置を制御する制御装置２２，警報器２３および表示装置２４がそれぞれ接続されている。制御装置２２は例えば予測・診断・制御手段２０７からの信号に基づいてウエハＷの処理を継続または中断する。警報器２３および表示装置２４は後述のように予測・診断・制御手段２０７からの信号に基づいて制御パラメータおよび／または装置状態パラメータの異常を報知する。また，パラメータ計測器２１は流量検出などの複数の制御パラメータの計測を１つにまとめて示したものである。
【００４２】
上記演算手段２０６と予測・診断・制御手段は，例えば多変量解析プログラム記憶手段２０１からのプログラムに基づいて動作するマイクロプロセッサなどで構成してもよい。多変量解析プログラム記憶手段２０１，モデル式記憶手段２０５，記憶手段２０６ａはそれぞれメモリなどの記録手段で構成してもよく，またハードディスクなどの記録手段にそれぞれのメモリ領域を設けて構成してもよい。
【００４３】
上記記憶手段２０６ａは，図２に示すように演算手段２０６内に設けてもよく，また演算手段２０６とは別個に設け，演算手段２０６からアクセスできるように構成してもよい。上記記憶手段２０６ａは，上記各サンプリング手段からのプラズマ反映パラメータ，制御パラメータ，装置状態パラメータなどの運転データを記憶する手段を構成する運転データ記憶部として機能させてもよい。なお，処理結果データを予測する場合には，上記記憶手段２０６ａは，ウエハの削れ量などの処理結果データを記憶する手段を構成する処理結果データ記憶部として機能させてもよい。
【００４４】
本実施の形態においては，多変量解析として，例えばＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＣＨＥＭＯＭＥＴＲＩＣＳ，ＶＯＬ．２（ＰＰ２１１−２２８）（１９９８）に掲載されている部分最小二乗法（以下ＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ　Ｌｅａｓｔ　Ｓｑａｒｅｓ）法と称す）を用いることができる。ＰＬＳ法においては説明変数として，複数のプラズマ反映パラメータを用い，目的変数を複数の制御パラメータおよび装置状態パラメータとし，両者を関連付けた下記▲１▼のモデル式（回帰式などの予測式，相関関係式）を作成する手法として用いられる。下記▲１▼のモデル式において，Ｘは説明変量の行列を意味し，Ｙは被説明変量の行列を意味する。また，Ｂは説明変量の係数（重み）からなる回帰行列であり，Ｅは残差行列である。
Ｙ＝ＢＸ＋Ｅ・・・▲１▼
【００４５】
このＰＬＳ法は，行列Ｘ，Ｙそれぞれに多数の説明変量及び被説明変量があってもそれぞれの少数の実測値があればＸとＹの関係式を求めることができる。しかも，少ない実測値で得られた関係式であっても安定性及び信頼性の高いものであることもＰＬＳ法の特徴である。
【００４６】
本実施の形態では，多変量解析プログラム記憶手段２０１にはＰＬＳ法用のプログラムが記憶され，演算手段２０６において説明変数，目的変数とするデータをプログラムの手順に従って処理し，上記▲１▼式を求め，この結果をモデル式記憶手段２０５で記憶する。従って，本実施形態では上記▲１▼式を求めれば，後は説明変量とするデータを行列Ｘに当てはめることによって目的変数を予測することができる。しかもこの予測値は信頼性の高いものになる。
【００４７】
例えば，ＸＴＹ行列に対してｉ番目の固有値に対応する第ｉ主成分はｔｉで表される。行列Ｘはこの第ｉ主成分の得点ｔｉとベクトルｐｉを用いると下記の▲２▼式で表され，行列Ｙはこの第ｉ主成分の得点ｔｉとベクトルｃｉを用いると下記の▲３▼式で表される。なお，下記の▲２▼式，▲３▼式において，Ｘｉ＋１，Ｙｉ＋１はＸ，Ｙの残差行列であり，ＸＴは行列Ｘの転置行列である。以下では指数Ｔは転置行列を意味する。
Ｘ＝ｔ１ｐ１＋ｔ２ｐ２＋ｔ３ｐ３＋・・＋ｔｉｐｉ＋Ｘｉ＋１・・・▲２▼
Ｙ＝ｔ１ｃ１＋ｔ２ｃ２＋ｔ３ｃ３＋・・＋ｔｉｃｉ＋Ｙｉ＋１・・・▲３▼
【００４８】
而して，第１の実施形態で用いられるＰＬＳ法は，上記式▲２▼，▲３▼を相関させた場合の複数の固有値及びそれぞれの固有ベクトルを少ない計算量で算出する手法である。
【００４９】
ＰＬＳ法は以下の手順で実施される。先ず第１段階では，行列Ｘ，Ｙのセンタリング及びスケーリングの操作を行う。そして，ｉ＝１を設定し，Ｘ１＝Ｘ，Ｙ１＝Ｙとする。また，ｕ１として行列Ｙ１の第１列を設定する。尚，センタリングとは各行の個々の値からそれぞれの行の平均値を差し引く操作であり，スケーリングとは各行の個々の値をそれぞれの行の標準偏差で除する操作（処理）である。
【００５０】
第２段階では，ｗｉ＝ＸｉＴｕｉ／（ｕｉＴｕｉ）を求めた後，ｗｉの行列式を正規化し，ｔｉ＝Ｘｉｗｉを求める。また，行列Ｙについても同様の処理を行って，ｃｉ＝ＹｉＴｔｉ／（ｔｉＴｔｉ）を求めた後，ｃｉの行列式を正規化し，ｕｉ＝Ｙｉｃｉ／（ｃｉＴｃｉ）を求める。
【００５１】
第３段階ではＸローディング（負荷量）ｐｉ＝ＸｉＴｔｉ／（ｔｉＴｔｉ），Ｙ負荷量ｑｉ＝ＹｉＴｕｉ／（ｕｉＴｕｉ）を求める。そして，ｕをｔに回帰させたｂｉ＝ｕｉＴｔｉ／（ｔｉＴｔｉ）を求める。次いで，残差行列Ｘｉ＝Ｘｉ−ｔｉｐｉＴ，残差行列Ｙｉ＝Ｙｉ−ｂｉｔｉｃｉＴを求める。そして，ｉをインクリメントしてｉ＝ｉ＋１を設定し，第２段階からの処理を繰り返す。これら一連の処理をＰＬＳ法のプログラムに従って所定の停止条件を満たすまで，あるいは残差行列Ｘｉ＋１がゼロに収束するまで繰り返し，残差行列の最大固有値及びその固有ベクトルを求める。
【００５２】
ＰＬＳ法は残差行列Ｘｉ＋１の停止条件またはゼロへの収束が速く，１０回程度の計算の繰り返すだけで残差行列が停止条件またはゼロに収束する。一般的には４〜５回の計算の繰り返しで残差行列が停止条件またはゼロへの収束する。この計算処理によって求められた最大固有値及びその固有ベクトルを用いてＸＴＹ行列の第１主成分を求め，Ｘ行列とＹ行列の最大の相関関係を知ることができる。
【００５３】
本実施形態において具体的にＰＬＳ法により上記モデル式▲１▼を求めるには，予めトレーニングセットとして所定枚数（例えば１８枚）のウエハをプラズマ処理（例えばエッチング処理）して，複数の説明変数（上述の電気的データや光学的データからなるプラズマ反映パラメータ）および目的変数（上述の高周波電力Ｐ，ガス流量などの制御パラメータ，可変コンデンサＣ１，Ｃ２の容量等装置状態パラメータ）を計測しておき，それらの平均値を用いて，ＰＬＳ法により説明変数と目的変数の関係式であるモデル式▲１▼を求める。
【００５４】
プラズマ処理装置１００でウエハＷの処理が行われる際には，電気計測器７Ｃによりプラズマに基づく基本波および高調波の高周波電圧Ｖ，高周波電流Ｉを測定し，光学検出器２０によりプラズマの特定波長範囲における各波長の発光強度を測定し，それらの平均値を求めてモデル式に代入し，各ウエハＷ毎の複数の制御パラメータおよび装置状態パラメータの予測値を算出することができる。これにより，常にプラズマ処理装置１００の状態を監視することが可能であり，制御パラメータ，装置状態パラメータのいずれかに異常が認められる場合には，警報器２３から警報を発して異常を報知させ，常に正常な状態でプラズマ処理装置１００が運転されるよう制御することができる。
【００５５】
ここで，上記監視，制御等を正確に行うために，正確な光学的データを得る方法について説明する。図３は，光源３０として重水素ランプを用い，清浄な状態の検出窓２８，３２を介して光学検出器２０で各波長における発光強度を測定した図，図４は，一定時間使用後の検出窓２８，３２を介して光学検出器２０で各波長における発光強度を測定し，清浄な窓を介して検出される各発光強度で規格化した図である。測定は，１ｎｍ毎に行っている。
【００５６】
図３の横軸は，波長（ｎｍ），縦軸は発光強度を表す。図３に示すように，清浄な検出窓２８，３２を通した重水素ランプの発光強度は約２３０〜４５０ｎｍの範囲で変動がある。これに対し，約８０時間稼動させた後の，異物が付着してかなり汚れた状態と思われる検出窓２８，３２を介して同様に各波長の発光強度を測定し，清浄な状態の検出窓２８，３２での各波長における発光強度をそれぞれ１００％としてそれに対する相対発光強度で表すと，図４に示すように，低波長側で減衰が大きく，なだらかな右上がりのカーブを描く。相対発光強度は例えば，２２６ｎｍで５０％，２６０ｎｍで６７％，４００ｎｍで９６％である。
【００５７】
図３，図４からわかるように，光学検出器２０で検出される各波長での発光強度は検出窓２８，２３が清浄な状態では様々であり，検出窓２８，３２が汚れると，波長２００から４００ｎｍの範囲では，低波長側ほど減衰が大きいので，正確な光学的データを上記モデル式に当てはめるために，次のような手順を踏むこととする。
【００５８】
図５に示すようにまず，ステップ５０１にてクリーニング直後等の清浄な検出窓２８，３２を通して光源３０を発光させ，ステップ５０２にて各波長での発光強度を光学検出器２０で測定する。この測定値を「初期値」という。次いでステップ５０３にて演算手段２０６の記憶手段２０６ａに初期値を記憶させる。続いてステップ５０４にてプラズマ処理装置１００により１枚目のウエハＷに対して１回目のプラズマ処理（例えばエッチング処理）を行う。なお，この初期値となる光学的データはその後の光学データを補正する際の基準となるものである。
【００５９】
プラズマ処理装置１００による２回目からのプラズマ処理においては，各ウエハＷのプラズマ処理を行う直前にプラズマを発生させない状態で光源３０を発光させ（ステップ５０５），各波長での発光強度を光学検出器２０で測定する。このときの測定値を「処理前測定値」という。次いでステップ５０６にて演算手段２０６において，処理前測定値を各波長毎に初期値と比較し，処理前測定値の初期値に対する割合（変動量）である相対発光強度を求め，演算手段２０６の記憶手段２０６ａに記憶させる。
【００６０】
次に，ステップ５０７にて相対発光強度が予め定められたある一定量（以下，「基準値」という。）以下か否かを判断する。ステップ５０７にて相対発光強度が基準値以下でないと判断した場合には，ステップ５０８にてウエハＷに対して実際にプラズマ処理を行う。このような実際のプラズマ処理時には光源３０をオフにして発光させず，ステップ５０９にてプラズマから発せられる発光強度のみを光学検出器２０で測定する。この場合，予め定められた波長（例えば２００〜９５０ｎｍ）における発光強度を光学検出器２０で測定する。
【００６１】
続いてステップ５１０にて光学検出器２０からの測定値を上記で計算された各波長毎の相対発光強度の１／２乗の値で除すことにより各波長毎に補正し，補正後の値（補正値）を光学的データとする。相対発光強度の１／２乗の値で除するのは，補正の際には２つの検出窓２８，３２を通過することにより発光強度が２重に減衰するのに対して，実際のプラズマ処理の際は１つの検出窓２８のみで発光強度が減衰するので，このことを考慮して補正するためである。
そしてステップ５１１にてこの光学的データの補正値を他の電気的データなどとともにプラズマ反映パラメータとしてモデル式に代入し，上述の制御パラメータ，装置状態パラメータなどを予測する多変量解析を行い，プラズマ処理装置１００の監視，制御を行う。その後，ステップ５０５に戻り処理を継続する。
【００６２】
なお，処理前測定値の初期値に対する割合である相対発光強度が，基準値を下回った場合，検出窓２８，３２は補正によって正確な多変量解析ができない汚れ具合であると判断し，警報器２３より警報を発し（ステップ５１２），メンテナンス時期であることを報知させるようにすることが好ましい。警報が発せられた場合には直ちに処理を中止し，クリーニングなど適切な処置を行う（ステップ５１３）。これにより，歩留まりの低下などを防ぐことができる。上記基準値の決め方は，図４に示すように，低波長側で減衰が大きいことがわかっているので，低波長領域の例えば２３０ｎｍで８０％以下等としてもよい。
【００６３】
また，本実施の形態においては，多変量解析の１つであるＰＬＳ法を用いてモデル式を作成し，プラズマ処理装置１００の監視，制御を行う場合について説明したが，この光学的データの補正方法は，多変量解析の他の１つである，主成分分析を用いて，プラズマ処理装置の監視を行う場合にも有用である。
【００６４】
主成分分析は，概念的にいうと，例えば主成分や残差のような少ないパラメータにまとめ，それらのパラメータの，予め定められた値に対する変動を監視することでプラズマ処理装置の状態を把握しようとするものである。上記のようにプラズマ処理装置の状態を示すパラメータとして非常に多くのプラズマ反映パラメータ，制御パラメータ，装置状態パラメータ等がある場合に少ないパラメータにまとめるため，状況が把握し易くなる。上記主成分分析についての詳細は例えば特願２０００−２０１７２９に掲載されている。
【００６５】
上記の場合，主成分を求めるために，それぞれのプラズマ処理装置の状態を示すパラメータに重み係数（ローディングベクトル）を乗ずる方法がとられる。正常時の，或は正常時と異常時のプラズマ処理装置の状態を示すパラメータの値を主成分分析して例えば第１主成分を求めた場合，光学的データの重み係数は，使用される処理ガスの種類や異常の原因などにより変化する。その重み係数（第１主成分のローディングベクトルの成分）の値が最も大きい波長における上記相対発光強度に対し基準値を定め，基準値を下回ると警報を発するようにして，主成分分析に最も影響の大きい光学的データに一定以上の変動がでないように考慮し，プラズマ処理装置の監視，制御が正確に行えるようにしてもよい。
また，主成分の重み係数の他に寄与率の低い高次の主成分を一つにまとめた残差ベクトルの成分の値が最も大きい波長や単に値の変動が最も大きい波長における上記相対発光強度に対して基準値を求めるようにしてもよい。
【００６６】
以上説明したように，本実施の形態によれば，プラズマ処理装置を一定時間以上稼働することで例えば検出窓や光学検出器の汚れにより光学的データの検出精度が低下するなどプラズマ処理装置の経時変化によって光学的データが変動しても，各ウエハを処理する前に光学的データの検出精度が良好だったメンテナンス後などの初期状態のときと同様となるように補正することができるので，常に正常な状態でプラズマ処理装置を稼働させることができ，歩留まりの低下等を防ぐことができる。
【００６７】
特に，光学的データを含めた解析用データを利用して多変量解析を行うことによって，上記装置内のプラズマの状態，上記装置に印加する高周波電圧等の装置状態，処理ガスの流量等の制御状態，ウエハの削れ量等の処理結果など各種データを予測する場合には，プラズマ処理装置の一定時間以上の稼働により光学的データの検出精度が低下しても予測精度の低下を防止することができるので，常に高い予測精度を保持することができ，より正確にプラズマ処理装置を監視することができる。
【００６８】
例えば，光学的データを含む解析用データを用いて多変量解析手段を行い，プラズマ処理装置稼働開始後に，プラズマ処理装置が安定したことの確認，稼働中にプラズマ処理装置が安定状態から外れたことの確認，制御パラメータや装置状態パラメータの予測，エッチングレートの均一性，パターン寸法，エッチング形状，ダメージなどのプロセス予測などを行う際に，プラズマ処理装置の経時変化による光学的データの変動を補正するので，より正確に制御，予測を行うことができるので，本実施の形態を適用する効果は大きい。
【００６９】
さらに，各ウエハのプラズマ処理前に光学検出器で検出した基準値に対する割合が予め定めた一定量以下であるか否か判断し（補正幅がある一定以上か否か），一定量以下でないと判断したときに光学的データの補正を行い，一定量以下であると判断したときには補正を行わずに警報器により警告を発するので，光源からの検出値が一定量以下に減衰している場合には，例えばメンテナンスを促すような警報を発するので，もはや補正では正常な監視ができない程度に光検出精度が低下した場合であっても，メンテナンスが行われることにより常に正常な状態でプラズマ処理装置を稼働させることができ，歩留まりの低下等を防ぐことができる。
【００７０】
また，プラズマ処理装置の経時変化による光学的データの変動量は光の各波長ごとに検出し，光学的データの補正は光の波長ごとに補正するので，光学的データをより正確に補正することができる。
【００７１】
また，上記例えば警報器による警報などの警告を発するか否かの判断基準として，光学的データの変動量として求めた各波長の割合のうち最も変動が大きい波長（例えば最も減衰が大きい波長）の割合が予め定めた一定量以下であるかを基準としてもよい。このようにすれば，光学検出器から検出された光のすべての波長が減衰しなくても警告を発することができるので，より適切なメンテナンス時期に警告を発することができる。
【００７２】
また，上記警告を発するか否かの判断基準として，前記変動量として求めた各波長の割合のうち最も多変量解析の結果への影響が大きい波長の割合が予め定めた一定量以下であるか否かを基準としてもよい。このようにすれば光学検出器における検出値の変動が多変量解析の結果へ影響することを防止できるような適切なメンテナンス時期に警告を発することができる。
【００７３】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかるプラズマ処理装置の監視方法およびプラズマ処理装置の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７４】
例えば，プラズマ処理装置の構成については，上記の例に限定されず，同様にプラズマを用いた処理を行い，その分光分析等光学的データを利用するものには，本発明は適用が可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，プラズマ処理装置の長時間稼動後も光学的データの検出精度が良好だった納品時やメンテナンス直後などの初期状態のときと同様となるように補正することにより，正確な光学的データを得ることができ，メンテナンスが必要な時にはその旨を報知することで，装置状態や処理結果の予測などの精度を高め，プラズマ処理装置を正確に監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００を示す概略構成図である。
【図２】プラズマ処理装置１００の多変量解析手段２００の１例を示すブロック図である。
【図３】プラズマ処理装置１００の初期状態における光源３０の発光強度の波長依存性を示す図である。
【図４】汚れた検出窓を通した光源３０の発光強度の波長依存性を示す図である。
【図５】光学的データの補正方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　　　処理室
１Ａ　　上室
１Ｂ　　下室
１Ｃ　　排気管
１Ｄ　　バルブ
２　　　下部電極
２Ａ　　絶縁材
３　　　支持体
３Ａ　　冷媒流路
３Ｂ　　ガス流路
４　　　シャワーヘッド（上部電極）
４Ａ　　ガス導入部
４Ｂ　　孔
６　　　ゲートバルブ
７　　　高周波電源
７Ａ　　整合器
７Ｂ　　電力計
７Ｃ　　電気計測器
８　　　静電チャック
８Ａ　　電極板
９　　　直流電源
１０　　　フォーカスリング
１１　　　排気リング
１２　　　ボールネジ機構
１３　　　ベローズ
１４　　　冷媒配管
１５　　　ガス導入機構
１５Ａ　　ガス配管
１６　　　ベローズカバー
１７　　　配管
１８　　　プロセスガス供給系
１８Ａ　　ガス供給源
１８Ｂ　　ガス供給源
１８Ｃ　　ガス供給源
１８Ｄ　　ガス供給源
１８Ｅ　　バルブ
１８Ｉ　　マスフローコントローラ
１９　　　排気系
２０　　　光学検出器
２１　　　パラメータ計測器
２２　　　制御装置
２３　　　警報器
２４　　　表示装置
２８　　　検出窓
３０　　　光源
３２　　　検出窓
１００　　　プラズマ処理装置
２００　　　多変量解析手段
２０１　　　多変量解析プログラム記憶手段
２０２　　　電気的信号サンプリング手段
２０３　　　光学的信号サンプリング手段
２０４　　　パラメータ信号サンプリング手段
２０５　　　モデル式記憶手段
２０６　　　演算手段
２０６ａ　　記憶手段
２０７　　　予測・診断・制御手段
Ｗ　　　ウエハ
【図１】
2004039952.tif 000003
【図２】
2004039952.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004039952.tif 000006
【図５】
2004039952.tif 000007