(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力を印加してプロセスガスから生成したプラズマを用いて被処理体に所定の処理を施す処理装置に用いられる消耗品の消耗度を予測する方法であって、上記消耗品の消耗度に応じて変化する複数の電気的データを経時的に測定し、これらの測定データを用いて重回帰分析を行って上記消耗度を予測することを特徴とする消耗品の消耗度予測方法。
【請求項２】
電気的データとして上記高周波電力の供給ラインのマッチング回路と処理室との間の基本波並びにその整数倍波の電圧及び電流を用いることを特徴とする請求項１に記載の消耗品の消耗度予測方法。
【請求項３】
上記消耗度が上記消耗品の厚さを基準にすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の消耗品の消耗度予測方法。
【請求項４】
高周波電力を印加してプロセスガスから生成したプラズマを用いて被処理体に所定の処理を施す処理装置の内部で形成される堆積膜厚を予測する方法であって、上記堆積膜厚に応じて変化する複数の電気的データを経時的に測定し、これらの測定データを用いて重回帰分析を行って上記堆積膜厚を予測することを特徴とする堆積膜厚の予測方法。
【請求項５】
電気的データとして上記高周波電力の供給ラインのマッチング回路と処理室との間の基本波並びにその整数倍波の電圧及び電流を用いることを特徴とする請求項４に記載の堆積膜厚の予測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、消耗品の消耗度予測方法及び堆積膜厚の予測方法に関し、更に詳しくは、プラズマ処理装置に用いられている消耗品の消耗度を予測する方法及びプラズマ処理装置内でプロセスガスに起因して形成された堆積膜厚を予測する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理装置は通常エッチング処理や成膜処理等に用いられる。この種のプラズマ処理装置は、例えば、処理室内に互いに平行に配設された上部電極と下部電極を備え、下部電極に高周波電力を印加すると共に処理室内にプロセスガスを導入し、上部電極と下部電極間の放電によりプロセスガスのプラズマを発生させ、半導体ウエハ等の被処理体に所定のプラズマ処理を施すようにしている。ところが、プラズマ処理時にはプロセスガスから副生成物を生じ、これらの副生成物が装置内の壁面や上下の両電極等に堆積して堆積膜を形成する。堆積膜を放置するとパーティクルの原因になるため、時期を見計らって装置内をクリーニングし、堆積膜を除去している。また、プラズマ処理装置内にはフォーカスリング等の消耗品が用いられているが、これらの消耗品はプラズマの攻撃を受けて消耗される。そのため、クリーニング等のメンテナンスに合わせて消耗品を交換している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来はプラズマ処理装置の処理室を開けることなく堆積膜の膜厚を測定する方法がなかったため、堆積膜を除去するタイミング、即ちクリーニングのタイミングはオペレータの経験と勘に頼らざるを得なかった。しかもプロセスガスの種類に応じて堆積膜の種類の多岐に渡り、それぞれの堆積膜の成長速度が異なりクリーニング時期を適切に予測することは殆ど不可能であった。
【０００４】
また、消耗品も堆積膜の成長速度と同様に処理内容によって消耗度が異なり、しかも処理室を開けることなく消耗品の消耗度を予測する方法がなかったため、メンテナンスに合わせて消耗品を交換せざるを得なかった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、処理装置を開けることなく消耗品の交換時期を予測することができる消耗品の消耗度予測方法と、処理装置を開けることなく堆積膜の膜厚を予測することができる堆積膜厚の予測方法とを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の消耗品の消耗度予測方法は、高周波電力を印加してプロセスガスから生成したプラズマを用いて被処理体に所定の処理を施す処理装置に用いられる消耗品の消耗度を予測する方法であって、上記消耗品の消耗度に応じて変化する複数の電気的データを経時的に測定し、これらの測定データを用いて重回帰分析を行って上記消耗度を予測することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載の消耗品の消耗度予測方法は、請求項１に記載の発明において、電気的データとして上記高周波電力の供給ラインのマッチング回路と処理室との間の基本波並びにその整数倍波の電圧及び電流を用いることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項３に記載の消耗品の消耗度予測方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記消耗度が上記消耗品の厚さを基準にすることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項４に記載の堆積膜厚の予測方法は、高周波電力を印加してプロセスガスから生成したプラズマを用いて被処理体に所定の処理を施す処理装置の内部で形成される堆積膜厚を予測する方法であって、上記堆積膜厚に応じて変化する複数の電気的データを経時的に測定し、これらの測定データを用いて重回帰分析を行って上記堆積膜厚を予測することを特徴とするものである。
ものである。
【００１２】
また、本発明の請求項５に記載の堆積膜厚の予測方法は、請求項４に記載の発明において、電気的データとして上記高周波電力の供給ラインのマッチング回路と処理室との間の基本波並びにその整数倍波の電圧及び電流を用いることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
まず、本発明の消耗品の消耗度予測方法及び堆積膜厚の予測方法が適用されたプラズマ処理装置の一例について図１を参照しながら説明する。本実施形態に用いられるプラズマ処理装置１０は、例えば図１に示すように、アルミニウム等の導電性材料からなる処理室１１と、この処理室１１内の底面に配設され且つ被処理体としてのウエハＷを載置する載置台を兼ねた下部電極１２と、この下部電極１２の上方に所定の間隔を隔てて配設され且つプロセスガスの供給部を兼ねた中空状の接地された上部電極１３と、回転磁場を付与する磁場形成手段１４とを備え、制御装置１５の制御下で処理室１１の上下両電極間で発生する電界に磁場形成手段１４による回転磁界Ｂが作用し、高密度プラズマでウエハＷに対して均一なプラズマ処理を行う。
【００１４】
上記処理室１１の上面には上部電極１３に連通させたガス供給管１６が接続され、ガス供給管１６及び上部電極１３を介してガス供給源（図示せず）から処理室１１内へプロセスガスを供給する。処理室１１の側面には図示しない真空排気装置に連結されたガス排出管１７が接続され、真空排気装置及びガス排出管１７を介して処理室１１内を減圧して所定の真空度に保持する。下部電極１２には電圧・電流測定器１８及びマッチング回路１９を介して高周波電源２０が接続され、高周波電源２０から下部電極１２へ高周波電力を印加し両電極１２、１３間でプロセスガスのプラズマを発生させて下部電極１２上の半導体ウエハＷ表面に所定のプラズマ処理を施している。また、下部電極１２の周縁部にはフォーカスリング２１が配設され、フォーカスリング２１によってプラズマをウエハに収束してプラズマ処理を効率的に行うようにしている。
【００１５】
ところで、本実施形態では１３．５６ＭＨｚの高周波電力を下部電極１２に印加しているが、下部電極１２には１３．５６ＭＨｚの高周波電力の他に、これを基本波とする整数倍波（例えば２７．１２ＭＨｚ、４０．６８ＭＨｚ、５４．２４ＭＨｚ）が形成されて印加される。ところが、これらの高周波電力の供給ラインのマッチング回路１９と処理室１１との間の電圧及び電流は処理室１１内の環境変化、例えば堆積膜の形成、成長や消耗品の消耗度に応じて変化することが判っている。そこで、本実施形態ではこれらの電圧、電流の変化を利用して消耗品例えばフォーカスリング２１の消耗度（例えば、厚さの減少）を予測すると共に、堆積膜の膜厚を予測するようにしている。
【００１６】
即ち、下部電極１２とマッチング回路１９の間に介在する電圧・電流測定器１８を用いて複数の高周波の電圧及び電流を電気的データとして間欠的に測定し、これらの測定値をそれぞれ制御装置１５内に逐次取り込むようにしている。この制御装置１５には多変量解析プログラムとして例えば重回帰分析用のプログラムが格納され、このプログラムを介して重回帰分析を行って上記の予測を行うようにしている。消耗品例えばフォーカスリング２１の厚さＦと上記複数の高周波の電圧の測定値Ｖ（ｆｎ）及び上記電流の測定値Ｉ（ｆｎ）を関連づけ、フォーカスリング２１の厚さを予測するための重回帰式（▲１▼式で表される一次多項式）を作る。ｆｎはｎ倍波を表す。そして、Ｖ（ｆｎ）及びＩ（ｆｎ）を間欠的に測定し、常法に従ってこれらの測定値を用いて▲１▼式の各係数及び定数項を決定する。
Ｆ＝ａ０＋ａ１Ｖ（ｆ１）＋ａ２Ｖ（ｆ２）＋・・・＋ａｎＶ（ｆｎ）
＋ｂ１Ｉ（ｆ１）＋ｂ２Ｉ（ｆ２）＋・・・＋ｂｎＩ（ｆｎ）・・・▲１▼
【００１７】
本実施形態では実測値で２．４ｍｍと３．３ｍｍのフォーカスリングを用いて重回帰分析を行った。即ち、２種類のフォーカスリングを装着した処理装置でそれぞれ複数枚のウエハに対して下記の条件でエッチング処理を行い、電圧・電流測定器１８を用いて４倍波まで４種類の高周波数電力の電圧及び電流を０．２秒間隔で測定し、ウエハ毎の平均値を求めて各周波数電力の電圧の測定値Ｖ（ｆｎ）及び電流の測定値Ｉ（ｆｎ）を得た。次いで、これらの測定値Ｖ（ｆｎ）、Ｉ（ｆｎ）を▲１▼式に代入して予め厚さが分かっているフォーカスリングの予測値から重回帰分析の手法を用いて各係数及び定数項を求めた。各係数及び定数項を決定するために、上記各測定値の平均値、分散共分散等の重回帰分析に必要な統計値を求めた後、フォーカスリング２１の実測値と予測値（▲１▼式による計算値）Ｆの差の２乗の和が最小になる係数及び定数項を求めた。全ての係数及び定数項を決定した後、厚さが未知のフォーカスリング使用時に測定した電圧及び電流の測定値Ｖ（ｆｎ）、Ｉ（ｆｎ）を▲１▼式に代入すれば、それぞれのフォーカスリング２１に対する予測値Ｆが具体的な数値として得られる。
【００１８】
処理条件
処理装置：マグネトロンＲＩＥ型処理装置
ウエハ：２００ｍｍ
被エッチング膜：シリコン酸化膜
下地層：シリコン窒化膜
処理内容：ＳＡＣ
下部電極の電源高周波数及び電力：１３．５６ＭＨｚ、１７００Ｗ
電極間ギャップ：２７ｍｍ
処理圧力：５３ｍTorr
プロセスガス：Ｃ４Ｆ８＝１６sccm、ＣＯ＝３００sccm、Ａｒ＝４００sccm
バックサイドガス：Ｈｅ＝７Torr（電極中央部）、４０Torr（電極エッジ部）
静電チャック直流電圧：１．５ＫＶ
処理温度：上部電極＝６０℃、側壁＝６０℃、下部電極＝２０℃
【００１９】
図２には２．４ｍｍ、３．３ｍｍのフォーカスリングの他に、２．６ｍｍ、２．８ｍｍ及び３．１ｍｍのフォーカスリングに関する実測値と予測値が図示してある。これらの場合の予測値は２．４ｍｍ及び３．３ｍｍのフォーカスリングの重回帰分析によって得られた▲１▼式の重回帰式に各フォーカスリングでのＶ（ｆｎ）及びＩ（ｆｎ）の実測値を代入して得られた予測値である。図２からも明らかなように重回帰分析に使用されなかったフォーカスリングの実測値及び予測値も重回帰分析を得るために使用したデータと同様に右上がりに推移しており、▲１▼式がフォーカスリング厚の予測に十分役立つことが判る。
【００２０】
更に、本実施形態ではフォーカスリングの厚さＦを予測するための重回帰式が役立つか否かを判断するために重回帰分析用の分散分析表を作成した。この結果、重回帰式である▲１▼式がフォーカスリング２１の消耗度を予測するのに有効であることが判った。また、決定係数、重相関係数等の重回帰分析の信頼性を観る各種の係数を求めた結果、▲１▼式を用いたフォーカスリングの予測が信頼性の高い方法であることが判った。
【００２１】
以上説明したように本実施形態によれば、フォーカスリング２１の厚さに応じて変化する高周波電源２０の基本波及び整数倍波の電圧及び電流の実測値Ｖ（ｆｎ）、Ｉ（ｆｎ）を電気的データとして経時的に測定し、これらの測定データを用いて重回帰分析を行ってフォーカスリング２１の厚さを予測するようにしたため、処理室１１を開けることなくフォーカスリング２１の厚さを簡単に予測してその消耗度を容易に知ることができ、フォーカスリング２１の交換時期を適切に判断することができ、ひいてはフォーカスリング２１の寿命を知ることによりメンテナンスに合わせて必ずしもフォーカスリング２１を交換しなくても済み、フォーカスリング２１を最大限有効に使用することができる。
【００２２】
次に、本実施形態の堆積膜厚の予測方法について図３を参照しながら説明する。
上記実施形態で測定した電圧の測定値Ｖ（ｆｎ）及び電流の測定値Ｉ（ｆｎ）を用いて処理室１１内の内壁面の堆積膜厚を予測するための重回帰式として▲２▼式を作った。▲２▼式においてＳは堆積膜厚の予測値を表す。
Ｓ＝ａ０＋ａ１Ｖ（ｆ１）＋ａ２Ｖ（ｆ２）＋・・・＋ａｎＶ（ｆｎ）
＋ｂ１Ｉ（ｆ１）＋ｂ２Ｉ（ｆ２）＋・・・＋ｂｎＩ（ｆｎ）・・・▲２▼
【００２３】
具体的には、処理室１１の内壁面の堆積膜厚の実測値が０ｍｍ、０．３ｍｍの場合について４倍波（ｎ＝４）までの電圧及び電流の測定値から▲２▼式の係数及び定数項を上記実施形態と同様にして求めた。そして、これらの係数及び定数項が決定した▲２▼式を用い、堆積膜厚の予測値Ｓを求めた。この時の実測値と予測値Ｓの関係を示したものが図３である。
【００２４】
図３には０ｍｍ、０．３ｍｍの堆積膜厚の他に、０．１５ｍｍの堆積膜厚に関する実測値と予測値が図示してある。これらの予測値は０ｍｍ及び０．３ｍｍの堆積膜厚の重回帰分析によって得られた▲２▼式の重回帰式に各堆積膜厚におけるＶ（ｆｎ）及びＩ（ｆｎ）の実測値を代入して得られた予測値である。図３からも明らかなように重回帰分析に使用されなかった堆積膜厚の実測値及び予測値も重回帰分析を得るために使用したデータと同様にほぼ一次直線上にプロットされ▲２▼式が堆積膜厚の予測に十分役立つことが判る。
【００２５】
以上説明したように本実施形態によれば、堆積膜厚に応じて変化する高周波電源２０の基本波及び整数倍波の電圧及び電流の実測値Ｖ（ｆｎ）、Ｉ（ｆｎ）を電気的データとして経時的に測定し、これらの測定データを用いて重回帰分析を行って堆積膜厚を予測するようにしたため、処理室１１を開けることなく堆積膜厚を簡単に予測することができ、処理室１１内のクリーニング時期を適切に判断することができる。
【００２６】
尚、上記実施形態では、重回帰分析を用いて行うウエハのプラズマ処理装置のフォーカスリングの厚さ及び堆積膜厚を予測する場合について説明したが、その他の多変量解析の手法を用いてフォーカスリングの厚さ及び堆積膜厚を予測することもできる。また、上記実施形態ではフォーカスリングの厚さ及び堆積膜厚を例に挙げて説明したが、これら以外の処理装置内のその他の消耗品（例えば上部電極、シールドリング、アウターフォーカスリング等）にも本発明を適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜請求項３に記載の発明によれば、処理装置を開けることなく消耗品の交換時期を予測することができ、ひいては消耗品の寿命を予測してその交換時期を適切に判断することができる消耗品の消耗度予測方法を提供することができる。
【００２８】
また、本発明の請求項４、５に記載の発明によれば、処理装置を開けることなく堆積膜の膜厚を予測することができ、ひいてはクリーニング時期を適切に判断することができる堆積膜厚の予測方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の消耗品の消耗度予測方法及び堆積膜厚の予測方法を適用するプラズマ処理装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の消耗品の消耗度予測方法の一実施形態によって得られたフォーカスリングの実測値と予測値の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の堆積膜厚の予測方法の一実施形態によって得られた堆積膜厚の実測値と予測値の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ プラズマ処理装置
１１ 処理室
１２ 上部電極
１３ 下部電極
１７ 電圧・電流測定器
１９ 高周波電源
Ｗ ウエハ（被処理体）
【図１】
0004554037.tif 000002
【図２】
0004554037.tif 000003
【図３】
0004554037.tif 000004