CN100552889C - 等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种等离子体处理装置,其特征在于,包括:检测反映使用高频功率处理被处理体时的等离子体状态的等离子体反映参数的单元;设定控制所述等离子体状态用的多个控制参数的单元;存储根据所述等离子体反映参数预测所述多个控制参数和/或多个装置状态参数的模式的单元;使用所述模式,通过将处理被处理体时所得到的所述等离子体反映参数应用于所述模式而预测出处理时的各控制参数和/或各装置状态参数的单元。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置的监视方法和等离子体处理装置。
背景技术
在半导体制造工序中使用了各种处理装置。在半导体晶片和玻璃基板等的被处理体的成膜工序和蚀刻工序中广泛使用了等离子体处理装置等处理装置。各种处理装置分别对被处理体具有固有的处理特性。因此,通过监视每个装置的处理特性或预测处理特性等来进行晶片的最佳处理。
例如,在特开平6-132251号公报中提出了等离子体蚀刻装置的蚀刻监视。在这种情况下,提前调查蚀刻的处理结果(均匀性、尺寸精度、形状、与基底膜的选择性等)、等离子体的分光分析结果和处理条件(压力、气体流量、偏压等)的改变状况等的关系,并将其存储为数据库。由此,可间接监视处理结果,而不直接检查晶片。在所监视的处理结果相对检查条件为不合格的情况下,将该信息送到蚀刻装置后修正处理条件,或在中止处理的同时,将该内容向管理者通报。
另外,在特开平10-125660号公报中提出了等离子体装置的处理监视方法。这时,在处理前,使用试用晶片生成与反映等离子体状态的电信号和室内的等离子体状态(处理特性)相关联的模式,并将实际处理晶片时所得到的电信号的检测值代入模式,而预测、诊断实际的等离子体状态。
另外,在特开平11-87323号公报中提出了使用半导体晶片处理系统的多个参数来监视处理的方法和装置。这时,分析多个处理参数,并使这些参数在统计上相关,而检测出处理特性和系统特性的变化。作为多个处理参数,使用发光、环境参数(反应腔室内的压力和温度等)、RF功率参数(反射功率、调谐电压等)、系统参数(特定的系统结构和控制电压)。
任何一个公报中所记载的技术都是使处理条件的改变等和晶片的处理结果在统计上相关,检查处理结果的好坏、预测等离子体状态或间接把握蚀刻的终点等的处理特性和腔室内的污染等的系统特性变化的技术。在这些技术中,不能直接监视与晶片的处理直接相关的腔室内气体压力及处理气体流量等的可控制的各种控制参数和与装置状态相关的高频功率电压等的各种装置状态参数的随时间改变的值。假定在这些参数的其中之一中存在除正常值之外的异常值,不能个别把握该异常,进而不能直接获知处理时装置的运转状态。另外,存在不能特定控制参数和装置状态参数的其中哪一个的参数发生了异常,且查明其原因需要时间的问题。
发明内容
本发明为解决上述问题而做出,其目的是提供一种等离子体处理装置、等离子体处理装置的监视方法和等离子体处理方法,可在直接实时监视各控制参数和/或各装置状态参数的变化的同时,可特定在哪一个控制参数和/或装置状态参数中发生了变化。
本发明提供了一种等离子体处理装置,其特征在于,包括:检测使用高频功率反映处理被处理体时的等离子体状态的等离子体反映参数的单元;设定控制上述等离子体状态用的多个控制参数的单元;存储根据上述等离子体反映参数,预测上述多个控制参数和/或多个装置状态参数的模式的单元;使用上述模式,通过将处理被处理体时所得到的上述等离子体反映参数应用于上述模式而预测出处理时的各控制参数和/或各装置状态参数的单元。
根据本发明,可在直接实时监视各控制参数和/或各装置状态参数的变化的同时,可特定在哪一个控制参数和/或装置状态参数中发生了变化。
优选,还包括:观测各控制参数和/或各装置状态参数的单元;比较由上述预测单元预测的各控制参数和/或各装置状态参数与由上述观测单元观测的各控制参数和/或各装置状态参数的单元。更优选,将报知异常的单元连接到上述比较单元。
此外,优选,还包括用于求出上述模式的多变量分析单元。例如,上述多变量分析单元具有使用部分最小二乘法的单元。
此外,优选,上述等离子体反映参数是基于由上述高频功率产生的等离子体的电子数据和/或光学数据。
或者,本发明提供了一种监视等离子体处理装置的方法,该等离子体处理装置包括:检测使用高频功率反映处理被处理体时的等离子体状态的等离子体反映参数的单元;设定控制上述等离子体状态用的多个控制参数的单元;存储根据上述等离子体反映参数,预测上述多个控制参数和/或多个装置状态参数的模式的单元;使用上述模式,通过将处理被处理体时所得到的上述等离子体反映参数应用于上述模式而预测出处理时的各控制参数和/或各装置状态参数的单元,其特征在于,包括下列工序:检测使用高频功率处理被处理体时的等离子体反映参数的工序;将上述等离子体反映参数应用于上述模式而预测出处理时的各控制参数和/或各装置状态参数的工序。
此外,优选,上述等离子体处理装置包括观测各控制参数和/或各装置状态参数的单元,还包括工序:观测各控制参数和/或各装置状态参数的工序;比较所预测的各控制参数和/或各装置状态参数与所观测的各控制参数和/或各装置状态参数的工序。更优选,根据上述比较工序的结果而报知异常的工序。
或者,本发明提供了一种使用等离子体处理装置来等离子体处理被处理体的方法,上述等离子体处理装置包括:检测使用高频功率反映处理被处理体时的等离子体状态的等离子体反映参数的单元;设定控制上述等离子体状态用的多个控制参数的单元;存储根据上述等离子体反映参数,预测上述多个控制参数和/或多个装置状态参数的模式的单元;使用上述模式,通过将处理被处理体时所得到的上述等离子体反映参数应用于上述模式而预测出处理时的各控制参数和/或各装置状态参数的单元,其特征在于,包括下列工序:检测使用高频功率处理被处理体时的等离子体反映参数的工序;将上述等离子体反映参数应用于上述模式而预测出处理时的各控制参数和/或各装置状态参数的工序。
附图说明
图1是表示本发明的等离子体处理装置的一实施方式的构成图。
图2是表示图1所示的等离子体处理装置的多变量分析单元的一例的框图。
图3(a)是示意地表示描绘由用于多变量分析的说明变量(电子数据和光学数据)构成的X行列式的各分量的状态的坐标空间。
图3(b)是示意地表示描绘由目的变量(控制参数和装置状态参数)构成的Y行列式的各分量的状态的坐标空间。
图4(a)和图4(b)分别是表示图3(a)和图3(b)所示的说明变量、目的变量的第一PLS主要分量的坐标空间。
图5是示意地表示描绘由图4(a)和图4(b)的第一PLS主要分量得到的说明变量和目的变量的值(score)的状态的坐标平面。
图6是表示PLS法的算法的向量维数的图。
图7是相比较地表示使用了模式的高频功率的预测值和实测值的曲线。
图8是相比较地表示使用了模式的处理室内的压力预测值和实测值的曲线。
图9是相比较地表示使用了模式的上下电极间的间隙预测值和实测值的曲线。
图10是相比较地表示使用了模式的Ar流量的预测值和实测值的曲线。
图11是相比较地表示使用了模式的CO流量的预测值和实测值的曲线。
图12是相比较地表示使用了模式的C4F8预测值和实测值的曲线。
图13是相比较地表示使用了模式的O2流量的预测值和实测值的曲线。
图14是相比较地表示使用了模式的高频电压的预测值和实测值的曲线。
图15是相比较地表示使用了模式的APC散度的预测值和实测值的曲线。
图16是相比较地表示使用了模式的匹配器的可变电容电容值的预测值和实测值的曲线。
图17是相比较地表示使用了模式的匹配器的其他可变电容电容值的预测值和实测值的曲线。
图18(a)和图18(b)是表示模式的预测精度的曲线和一览表。
图19是表示高频功率的实测值和预测值的相关关系的曲线。
图20是表示处理室内的压力的实测值和预测值的相关关系的曲线。
图21是表示电极间距离的实测值和预测值的相关关系的曲线。
图22是表示Ar气流量的实测值和预测值的相关关系的曲线。
图23是表示O2气流量的实测值和预测值的相关关系的曲线。
图24是表示CO气流量的实测值和预测值的相关关系的曲线。
图25是表示C4F8气处理室内的压力的实测值和预测值的相关关系的曲线。
图26是表示高频电压的实测值和预测值的相关关系的曲线。
图27是表示APC散度的实测值和预测值的相关关系的曲线。
图28是表示可变电容的实测值和预测值的相关关系的曲线。
图29是表示可变电容的实测值和预测值的相关关系的曲线。
具体实施方式
下面,根据图1到图18所示的实施方式说明本发明。
首先,说明本实施方式的等离子体处理装置。例如如图1所示,本实施方式的等离子体处理装置包括铝制处理室1、经绝缘材料2A支撑配置在该处理室1内的下部电极2的可升降的铝制支撑体3、配置在该支撑体3的上方且供给处理气体并兼为上部电极的喷头(shower head)(下面,根据需要还称为“上部电极”)4。
将上述处理室1的上部形成为小直径的上室1A,将处理室1的下部形成为大直径的下室1B。由偶极磁石5包围上室1A。通过在由环状磁性体构成的箱体内容纳多个各向异性的分割(segment)柱状磁石形成该偶极磁石5。由此,在上室1A内形成整体向一个方向的相同水平磁场。在下室1B的上部形成搬入晶片W用的出入口。在该出入口中安装阀门6。另外,经匹配器7A将高频电源7连接到下部电极2。该高频电源7对下部电极2施加13.56MHz的高频功率P。由此,在上室1A内,在下部电极2和上部电极4之间形成垂直方向的电场。经过在高频电源7和匹配器7A间连接的功率计7B检测出该高频功率P。该高频功率P是可控参数。在本实施方式中,将高频功率P与后述的气体流量、电极间距离等的可控参数一起定义为控制参数。
另外,在上述匹配器7A的下部电极2侧(高频电压的输出侧)安装电子计测器(例如VI探针)7C。通过该电子计测器7C,根据向下部电极2施加的高频功率P检测出在上室1A内产生的等离子体基波和高次谐波的高频电压V,高频电流I来作为电气数据。这些电气数据与后述的光学数据一起,是反映等离子体状态的可监视参数。在本实施方式中,将所述电气数据和光学数据定义为等离子体反映参数。
另外,上述匹配器7A内置有例如两个可变电容C1、C2、电容C和线圈L,并经可变电容C1、C2取阻抗匹配。匹配状态下的可变电容C1、C2的各电容值和由上述匹配器7A内的测量器(图中未示)测量的高频电压Vpp与后述的APC(Auto pressure controller)散度等一起,是表示处理时的装置状态的参数。在本实施方式中,分别将可变电容C1、C2的各电容值、高频电压Vpp和APC的散度分别定义为装置状态参数。
在上述下部电极2的上面配置静电卡盘(chuck)8。将直流电源9连接到该静电卡盘8的电极板8A上。因此,通过在高真空下从直流电源9向电极板8A施加高压,而通过静电卡盘8静电吸附晶片W。在该下部电极2的外周配置聚焦环10。由此,在上室1A内生成的等离子体被集中到晶片W中。另外,使安装在支撑体3的上部的排气环11位于聚焦环10的下侧。在排气环11中通过整个圆周在圆周方向等间隔形成多个孔。经这些孔,向下室1B排出上室1A内的气体。
上述支撑体3可经丝杠机构12和波纹管13在上室1A和下室1B内升降。因此,在将晶片W供给下部电极2上的情况下,经支撑体3将下部电极2下降到下室1B,并打开阀门6,经图中没有示出的搬送机构将晶片W供给下部电极2上。下部电极2和上部电极4间的电极间距离为可设定为规定值的参数,如上所述,设为控制参数。另外,在支撑体3的内部形成连接到冷媒配管14的冷媒流路3A。经冷媒配管14,在冷媒流路3A内循环冷媒。由此,将晶片W调整为规定温度。进一步,在支撑体3、绝缘材料2A、下部电极2和静电卡盘8上分别形成气体流路3B。由此,可从气体导入机构15经气体管道15A以规定的压力将He气供给静电卡盘8和晶片W间的间隙来作为后方(backside)气体。经He气可提高静电卡盘8和晶片W间的热传导性。另外,附图标记16是波纹管外壳。
在上述喷头4的上面形成气体导入部4A。经管道17将处理气体供给系统18连接到该气体导入部4A中。处理气体供给系统18包括Ar气供给源18A、CO气供给源18B、C4F8气供给源18C和O2气供给源18D。这些气体供给源18A、18B、18C、18D经阀门18E、18F、18G、18H和质量流(mass flow)控制器18I、18J、18K、18L分别以规定的设定流量将各种气体供给喷头4。由此,可在喷头4的内部调整具有规定配合比的混合气体。各气体流量是可以通过各个质量流控制器18I、18J、18K、18L检测和控制的参数,如上所述,设定为控制参数。
在上述喷头4的下面通过整个面均匀配置多个孔4B。经这些孔4B,从喷头4向上室1A内供给混合气体来作为处理气体。另外,将排气管1C连接到下室1B的下部的排气孔。经连接到该排气管1C的由真空泵等构成的排气系统19排出处理室1内的气体,而保持为规定的气体压力。在排气管1C中设置APC阀门1D。可根据处理室1内的气体压力来自动调节APC阀门1D的散度。虽然该散度是表示装置状态的装置状态参数,但是是不可控制的参数。
另外,在上述喷头4上设置检测处理室1内的等离子体发光的分光器(下面,称为“光学计测器”)20。根据与由该光学计测器20得到的特定波长有关的光学数据,监视等离子体状态,并检测出等离子体处理的终点。该光学数据和基于高频功率P产生的等离子体的电子数据一起构成了反映等离子体状态的等离子体反映参数。
另外,例如如图2所示,上述等离子体处理装置包括多变量分析单元100。例如如该图所示,该多变量分析单元100包括:存储多变量分析程序的多变量分析程序存储单元101、电子计测器7C、间断取样来自光学计测器20和参数计测器21的各个信号的电信号取样单元102、光学信号取样单元103和参数信号取样单元104、存储根据多个等离子体反映参数(电子数据和光学数据)预测多个控制参数和/或与装置状态相关的多个装置状态参数的模式的模式存储单元105、经模式算出多个控制参数和/或装置状态参数的运算单元106、根据来自运算单元106的运算信号预测、诊断、控制控制参数和/或装置状态参数的预测·诊断·控制单元107。另外,分别将控制等离子体处理装置的控制装置22、警报器23和显示装置24连接到多变量分析单元100中。控制装置22例如根据来自预测·诊断·控制单元107的信号,继续或中断晶片W的处理。警报器23和显示装置24如后所述根据来自预测·诊断·控制单元107的信号报告控制参数和/或装置状态参数的异常。另外,图2所示的参数计测器21表示为将流量检测器等的多个控制参数的计测器集中为一个。
本实施方式使用作为多变量分析的一例的部分最小二乘法(下面,称为“PLS(Partial Least Squares)法”)。PLS法用作将多个等离子体反映参数(电子数据和光学数据)作为说明变量,将多个控制参数和多个装置状态参数作为目的变量,而生成与两者相关的模式的方法。多个说明变量例如构成行列式X,多个目的变量构成行列式Y。由于电子信号和光学信号共同是反映等离子体状态的信号,所以在多变量分析中用线性式表示这些数据。运算单元106使用PLS法,算出基于说明变量和目的变量的模式。如上所述,模式存储单元105存储所算出的模式。
如上这样,在通过PLS法求出上述模式的情况下,预先通过使用了晶片试用组(training set)的实验,来计测多个说明变量和多个目的变量。因此,例如准备18个晶片(TH-OX Si)来作为试用组。另外TH-OX Si是形成了热氧化膜的晶片。这时,可使用实验规划法,来有效地设定各参数数据。在本实施方式中,例如对每个试用晶片以标准值为中心在规定范围内分配为目的变量的控制参数,来蚀刻处理试用晶片。并且在蚀刻处理时,对各试用晶片平均多次计测为说明变量的电子数据和光学数据。经运算单元106,算出多个电子数据和光学数据的平均值。并且,使用这些平均值来作为等离子体反映参数。这里,假定进行蚀刻处理时控制参数的最大限度的改变范围,并在该假定范围内分配控制参数。本实施方式中,将高频功率、处理室1内的压力、上下两电极2、4间的间隙尺寸和各处理气体(Ar气、CO气、C4F8气和O2气)的流量用作控制参数。各控制参数的标准值因蚀刻对象而各不相同。
例如,在进行上述各试用晶片的蚀刻处理时,各控制参数以下列表1所示的标准值为中心,在下列表1所示的等级1和等级2的范围内对每个试用晶片进行分配。并且,在处理各试用晶片期间,通过电子计测器7C,计测基于等离子体的高频功率(从基波到4倍波)V、高频电流(从基波到4倍波)I等来作为电子数据,通过光学计测器20,计测例如200~950nm波长范围的光谱强度来作为光学数据。将这些电子数据和光学数据用作等离子体反映参数。另外,同时使用各参数计测器21计测下述表1所述的各控制参数的实测值、及可变电容C1、C2的电容值、高次谐波电压Vpp、APC散度等的装置状态的实测值。
表1
功率 | 压力 | 间隙 | Ar | CO | C<sub>4</sub>F<sub>8</sub> | O<sub>2</sub> | |
W | mTorr | mm | sccm | sccm | sccm | sccm | |
等级1 | 1460 | 38 | 25 | 170 | 36 | 9.5 | 3.5 |
标准值 | 1500 | 40 | 27 | 200 | 50 | 10 | 4 |
等级2 | 1540 | 42 | 29 | 230 | 64 | 10.5 | 4.5 |
2.67% | 5.00% | 7.41% | 15.00% | 28.00% | 5.00% | 12.50% |
在处理试用晶片时,将上述各控制参数设定为热氧化膜的标准值,并在该标准值下预先处理5个试用晶片,来实现等离子体处理装置的稳定化。接着,进行18个等离子体晶片的蚀刻处理。这时,如下列表2所示,在等级1和等级2的范围内对每个试用晶片改变(分配)上述各控制参数。对于各试用晶片,在通过各个计测器得到了多个电子数据和多个光学数据后,算出各试用晶片的电子数据和光学数据的各平均值和多个控制参数的实测值和多个装置状态参数的实测值的各平均值。将这些平均值用作说明变量和目的变量。另外,在下述表2中,符号L1~L18表示试用晶片的序号。
表2
No | 压力[mTorr] | Ar[sccm] | CO[sccm] | C<sub>4</sub>F<sub>8</sub>[sccm] | O<sub>2</sub>[sccm] | 间隙[mm] | 功率[W] |
L1 | 42 | 170 | 64 | 10 | 4.5 | 25 | 1500 |
L2 | 38 | 200 | 36 | 9.5 | 4.5 | 29 | 1500 |
L3 | 40 | 230 | 64 | 9.5 | 3.5 | 27 | 1500 |
L4 | 42 | 170 | 50 | 9.5 | 4.5 | 27 | 1540 |
L5 | 38 | 170 | 36 | 9.5 | 3.5 | 25 | 1460 |
L6 | 38 | 200 | 50 | 10 | 4 | 27 | 1500 |
L7 | 38 | 230 | 50 | 10 | 3.5 | 25 | 1540 |
L8 | 38 | 230 | 64 | 10.5 | 4.5 | 29 | 1540 |
L9 | 42 | 200 | 64 | 10 | 3.5 | 29 | 1460 |
L10 | 40 | 170 | 50 | 10.5 | 3.5 | 29 | 1500 |
L11 | 40 | 200 | 64 | 9.5 | 4 | 25 | 1540 |
L12 | 42 | 200 | 36 | 10.5 | 3.5 | 27 | 1540 |
L13 | 42 | 230 | 36 | 10.5 | 4 | 25 | 1500 |
L14 | 40 | 230 | 36 | 10 | 4.5 | 27 | 1460 |
L15 | 40 | 200 | 50 | 10.5 | 4.5 | 25 | 1460 |
L16 | 42 | 230 | 50 | 9.5 | 3.5 | 29 | 1460 |
L17 | 40 | 170 | 36 | 10 | 3.5 | 29 | 1540 |
L18 | 38 | 170 | 64 | 10.5 | 3.5 | 27 | 1460 |
接着,概述基于使用了上述各说明变量和各目的变量的PLS法的模式的构筑方法。另外,例如在JOURNAL OF CHEMOMETRICS,VOL.2(PP.211-228)(1998)中公开了PLS法的细节。在PLS法中,将与各试用晶片有关的电子数据和光学数据作为说明变量,将多个控制参数和装置状态参数作为目的变量,而求出下述①的关系式(递归式)。在下述①的递归式中,X表示多个试用晶片的说明变量的行列式,Y表示多个试用晶片的目的变量的行列式。另外,B为递归行列式,E为误差行列式。
Y=BX+E......①
根据PLS法,即使各个行列式X、Y分别含有多个说明变量和目的变量,若分别具有少量的说明变量和目的变量的实测值,则可求得X和Y的关系式。而且,即使是通过少量的实测值得到的关系式其稳定性和可靠性也很高是PLS法的特征。
每次使用PLS法时,对各试用晶片调查说明变量和与此对应的目的变量有无相关关系。例如,如图3(a)所示,对于X行列式中的各试用晶片的各说明变量在构成各个坐标轴的X-空间内描绘各说明变量的值。另外,如图3(b)所示,对于Y行列式中的各试用晶片的各目的变量在构成各个坐标轴的Y-空间内描绘各目的变量的值。并且,对于X-空间内的各描绘形成群和Y-空间内的各描绘形成群进行PLS主分量分析。由此,作为说明变量的第一PLS主分量分析,得到图4(a)所示的直线(新坐标轴)。另外,作为目的变量的第一PLS主分量,得到图4(b)所示的直线(新坐标轴)。
从图4(a)和图4(b)所示的结果中求出各说明变量间和各目的变量间的相关关系。图4的i表示是第i试用晶片。并且,在各变量的第一PLS主分量的直线上,各说明变量和各目的变量的描绘分别投影,对应于各说明变量和各目的变量的值被求出。
接着,如图5所示,生成表示说明变量值的t1坐标轴和表示目的变量值的u1坐标轴,描绘彼此对应的说明变量的值和目的变量的值。如图5所示,识别出说明变量的值和目的变量的值为正关系。即,判断目的变量的值递归于说明变量的值。这里,若使用最小二乘法求出递归直线,则可得到斜率为1的递归直线(ui1=ti1+hi)。另外,u、t和h的后缀‘i’表示第i试用晶片,u和t的后缀‘1’表示第一PLS主分量的值。
若使用负载(loading)行列式和值(score)行列式,则由下列②式和③式表示X行列式和Y行列式。另外,在下述各式中,指数‘T’表示转置行列式,T和U表示值行列式,P和C表示负载行列式、F和G表示误差行列式。
X=TPT+F.......②
Y=UCT+G......③
但是,如上所述,X行列式的值T和Y行列式的值U之间的相关关系为U=T+H。因此,③式可使用X行列式的值T来表示为④式。G’为误差行列式。
Y=TCT+G’......④
在本实施方式中,在多变量分析程序存储单元101中存储PLS法用的程序,在运算单元106中根据该程序的顺序来处理说明变量和目的变量而求出上述①式。由模式存储单元105来存储其结果。在求出上述①式后,可将为等离子体反映参数的多个电子数据和多个光学数据作为说明变量应用于X行列式,而预测作为目的变量的多个控制参数和多个装置状态参数。并且,这些预测值的可靠性很高。
在PLS法中,由ti表示对于将目的变量加到说明变量的XTY行列式对应于第i固有值的第iPLS主分量。并且,若使用该第iPLS主分量的值ti和负载pi,则由下述⑤式表示行列式X。另一方面,若使用该第iPLS主分量的值行列式ti和负载ci,则由下述⑥式表示行列式Y。这里,Xi+1、Yi+1是X、Y的误差行列式。另外XT行列式是X的转置行列式。下面,指数符号T表示转置行列式。
X=t1p1+t2p2+t3p3+...+tipi+Xi+1....⑤
Y=t1c1+t2c2+t3c3+...+tici+Yi+1....⑥
PLS法是以很少的计算量算出使上述⑤、⑥相关时的多个固有值和各个固有向量的方法,以下列顺序实施PLS法。
即,作为第一阶段,进行行列式X、Y的中心化(centering)和比例转换(scaling)操作。并且,设定i=1。设x1=X、Y1=Y。另外,设定行列式Y1的第一列作为u1。另外,所谓中心化是指从各列的各个值中减去各列的平均值的操作。所谓比例转换,是指将各列的各个值除以各列的标准偏差的操作。
在第二阶段,在求出wi=Xi Tui/(ui Tui)后,标准化wi的行列式,求出ti=Xiwi。另外,对于行列式Y进行同样的处理,求出ci=Yi Tti/(ti Tti)后,标准化ci的行列式,求出ui=Yici/(ci Tci)。
在第三阶段,求出X负载(负荷量)pi=Xi Tti/(ti Tti)和Y负载量qi=Yi Tui/(ui Tui)。并且求出使u递归于t的bi=ui Tti/(ti Tti)。接着,求出误差行列式Xi=Xi-tipi T和误差行列式Yi=Yi-bitici T。
并且,增加i,设定为i=i+1,重复从第二阶段开始的处理。根据PLS法的程序,重复该一系列处理,直到满足规定的停止条件或误差行列式Xi+1收敛为0。由此,求出误差行列式的最大固有值和该固有向量。PLS法中,使误差行列式Xi+1满足停止条件或收敛为0加速,仅重复10次左右的计算就可使误差行列式满足停止条件或收敛为0,通常,通过重复4~5次的计算,就使误差行列式满足停止条件或收敛为0。使用由该计算处理求得的最大固有值和其固有向量,求出XTY行列式的第一PLS主分量,由此,可知道X行列式和Y行列式的最大相关关系。可如图6那样表示上述算法的向量的维数。这里,N表示试用晶片数目,K表示说明变量的数目,M表示目的变量的数目。
通过PLS法求出递归行列式B后,在模式存储单元105中存储各试用晶片的说明变量、即多个电子数据和多个光学数据,并代入取入运算单元106中的上述①式。由此,算出处理各试用晶片时的目的变量、即多个控制参数和多个装置状态参数的预测值。这些预测值表示晶片W处理时的控制参数和装置状态参数的期望值。由图7~图17的左半部分(在横轴中由L表示的部分)表示这些预测值。在这些图中,预测值和观测值(实测值)一起表示。这些实测值是每个试用晶片的由各个计测器(功率计7B等)计测控制参数和装置状态参数的平均值。根据这些图,判断为对于求出模式时所用的控制参数,预测值和实测值非常一致。这是因为使用对应于这些控制参数的等离子体反映参数来构筑模式。即,所谓预测值是指控制参数的设定值(期望值)。
接着,说明使用测试晶片(TH-OX Si)预测控制参数和装置状态参数的情况。这里,蚀刻处理20个测试晶片,使用在规定时间所计测的电子数据和光学数据来预测控制参数和装置状态参数。
首先,如下表3所示,将多个控制参数设定为处理条件的标准值来运转等离子体处理装置,将5个裸露(bare)硅晶片作为虚拟晶片而装载到处理室1内,而稳定等离子体处理装置。
表3
No | 功率(W) | 压力(mtorr) | 间隙(mm) | Ar(sccm) | CO(sccm) | C<sub>4</sub>F<sub>8</sub>(sccm) | O<sub>2</sub>(sccm) |
Bare Si 1 | 1500 | 40 | 27 | 200 | 50 | 10 | 4 |
Bare Si 2 | 1500 | 40 | 27 | 200 | 50 | 10 | 4 |
Bare Si 3 | 1500 | 40 | 27 | 200 | 50 | 10 | 4 |
Bare Si 4 | 1500 | 40 | 27 | 200 | 50 | 10 | 4 |
Bare Si 5 | 1500 | 40 | 27 | 200 | 50 | 10 | 4 |
TH-OX Si 6 | 1500 | 40 | 27 | 200 | 50 | 10 | 4 |
TH-OX Si 7 | 1480 | 40 | 27 | 200 | 50 | 10 | 4 |
TH-OX Si 8 | 1400 | 40 | 27 | 200 | 50 | 10 | 4 |
TH-OX Si 9 | 1480 | 40 | 27 | 180 | 50 | 10 | 4 |
TH-OX Si 10 | 1500 | 35 | 27 | 200 | 50 | 10 | 4 |
TH-OX Si 11 | 1500 | 40 | 25 | 200 | 50 | 10 | 4 |
TH-OX Si 12 | 1500 | 40 | 29 | 200 | 50 | 10 | 4 |
TH-OX Si 13 | 1500 | 40 | 27 | 170 | 50 | 10 | 4 |
TH-OX Si 14 | 1500 | 38 | 27 | 200 | 50 | 10 | 4 |
TH-OX Si 15 | 1500 | 40 | 27 | 200 | 30 | 10 | 4 |
TH-OX Si 16 | 1500 | 40 | 27 | 200 | 70 | 8 | 4 |
TH-OX Si 17 | 1500 | 40 | 27 | 200 | 50 | 12 | 4 |
TH-OX Si 18 | 1500 | 40 | 27 | 200 | 50 | 10 | 4 |
TH-OX Si 19 | 1400 | 35 | 27 | 200 | 50 | 10 | 2 |
TH-OX Si 20 | 1480 | 42 | 27 | 200 | 50 | 10 | 6 |
TH-OX Si 21 | 1400 | 38 | 25 | 200 | 50 | 10 | 4 |
TH-OX Si 22 | 1480 | 38 | 29 | 200 | 50 | 10 | 4 |
TH-OX Si 23 | 1400 | 40 | 27 | 170 | 50 | 10 | 4 |
TH-OX Si 24 | 1480 | 40 | 27 | 250 | 50 | 10 | 4 |
TH-OX Si 25 | 1500 | 40 | 27 | 200 | 50 | 10 | 4 |
具体的,在将处理室1内的上下电极2、4的间隙设为27mm后,开始等离子体处理装置的运转。在支撑体3经丝杠机构12下降到处理室1的下室1B的同时,打开阀门6,从出入口搬入虚拟晶片而装载在下部电极2上。在搬入晶片W后,阀门6关闭,同时排气系统19动作,而将处理室1内维持在规定的真空度。通过排气,APC阀门1D的散度根据排气量来自动调整。这时,从气体导入机构15中供给He气来作为后方(back)气体,提高了晶片W和下部电极2之间,具体的为静电卡盘8和晶片W之间的热传导性,提高了晶片W的冷却效果。
并且,分别以200sccm、50sccm、10sccm和4sccm的流量从处理气体供给系统18供给Ar气、CO气、C4H8气和O2气。这时,将处理室1内的处理气体的压力设定为40mTorr,APC阀门1D的散度根据处理气体供给量和排气量来自动调整。在该状态下,若从高频电源7施加1500W的高频功率,会与偶极磁石5相互作用,产生磁控管放电,并生成处理气体的等离子体。由于最先装载裸露硅晶片,所以不进行蚀刻处理。在对裸露硅晶片进行了规定时间(例如1分钟)的处理动作后,通过与晶片搬入时相反的操作,从处理室1内搬出晶片W。以同一条件装载、处理、卸载直到后续的5个虚拟晶片完成。
通过虚拟晶片处理而稳定等离子体处理装置后,处理测试晶片。对于最初的测试晶片(作为晶片为6个)将控制参数原样设为标准值,进行蚀刻处理。在处理过程中,经电子计测器7C和光学计测器20,分别多次计测电子数据和光学数据。由图中没有示出的存储单元存储这些计测值。并且根据这些计测值,用运算单元106算出各平均值。在处理第二测试晶片时,将高频功率从1500W变为1480W,其他控制参数原样设为上述标准值,进行蚀刻处理。在处理过程中,与最初的测试晶片同样,计测电子数据和光学数据,并算出各自的平均值。在处理第八个以下的测试晶片时,如表3所示那样分配(改变)各控制参数,并对各测试晶片进行蚀刻处理。在对各测试晶片进行蚀刻处理的过程中,计测电子数据和光学数据,并算出各自的平均值。
每次处理各测试晶片时,多变量分析单元100的运算单元106将电子数据和光学数据的各平均值代入从模式存储单元105取入的模式,并对每个测试晶片算出多个控制参数和多个装置状态参数的预测值。预测·诊断·控制单元107根据来自运算单元106的信号,将所算出的预测值和实测值一起显示到显示装置24中。图7~图17的右半部分(横轴中由Test表示的部分)为处理所有测试晶片,并一起显示各个测试晶片的多个控制参数和多个装置状态参数的预测值和实测值的情况。从这些图中可以看出,若将控制参数分配(变为)为大或小的其中之一,由此预测值也向同一方向改变,故可预测控制参数和装置状态参数。
图19~图29表示各控制参数或装置状态参数的实测值和预测值的相关关系。在这些图中,可判断出实测值和预测值的斜率为大致1的直线关系,可进行高精度地预测。各图中所示的式子是实测值为X,预测值为Y时的近似式。另外,多变量分析单元100的预测·诊断·控制单元107比较预测值和实测值,而可定量把握实测值与预测值(期待值)的偏差(差)。若预先设定该差的允许值,则预测·诊断·控制单元107可诊断出多个控制参数和多个装置状态参数的其中之一存在异常,并可经警报器23报知该异常。在该情况下,可经装置控制装置22停止等离子体处理装置。因此,由于通常可在正常状态下运转等离子体处理装置,所以可提高有效利用率和生产率而不产生处理不良。
上述实施方式虽然使用电子数据和光学数据两者来预测控制参数和装置状态参数,但是也可仅用电子数据和光学数据的其中之一来预测控制参数和装置状态参数。与上述实施方式的结果相比较,图18表示在与上述各实施方式同样的条件下,仅使用电子数据的情况和仅使用光学数据的情况下的控制参数和装置状态参数的预测结果(预测精度)。所谓预测精度是指以百分比表示的将预测值的标准偏差除以标准条件(中心化条件)的预测值的值。如图18所示,在仅使用电子数据的情况下,判断为高频功率Vpp、C1、C2等的与高频功率相关的控制参数和装置状态参数的预测精度高。另一方面,在仅使用光学数据的情况下,判断为电极间距离、各气体的流量、APC散度等的与高频功率关系之外的处理条件相关的控制参数和装置状态参数的预测值高。另外,如图18所示,与使用电子数据和光学数据两者的情况下,控制参数的预测精度为6.64%以下,装置状态参数的预测精度为1.17%以下,与其相对,仅使用电子数据的情况下分别为22.72%以下、5.39%以下,仅使用光学数据的情况下分别为12.07%以下、1.86%以下,即,判断为使用电子数据和光学数据两者的情况下预测精度相当高。
如上所说明的,根据本实施方式,经根据使用高频功率处理晶片时的多个等离子体反映参数预测多个控制参数和/或多个装置状态参数的模式来监视等离子体处理装置时,由于将处理晶片时所得到的等离子体反映参数应用于模式后求出处理时的各控制参数和/或各装置状态参数,所以可直接实时监视各个控制参数和/或各个装置状态参数的变化,同时,可特定哪一个控制参数、装置状态参数发生了改变。
另外,根据本实施方式,由于比较处理时的各控制参数和/或各装置状态参数的其中之一的预测值和与其对应的观测值(实测值),所以可定量把握实测值与期待值(预测值)的偏差。另外,根据上述比较结果报知等离子体的状态产生变化的参数异常,而可马上得知晶片处理时的装置状态异常,可把握该异常的原因。因此,可实时监视等离子体处理装置的运转状态,可提高有效利用率和生产率而不产生处理不良。另外,模式可使用多变量分析尤其是PLS法来构筑,所以即使为少量的电子数据和光学数据也可生成预测精度高的模式。另外,由于PLS法通过取入目的变量来构成模式,所以可更高精度地预测作为目的变量的控制参数和装置状态参数。
另外,在上述实施方式中,每次构筑模式时,虽然使用高频功率、处理气体流量、电极间的间隙和处理室内的压力来作为目的变量的控制参数,但是若为可控参数,则目的变量的控制参数并不限于这些。另外,虽然使用可变电容电容值、高频电压、APC散度等作为装置状态参数,但是若为表示装置状态的可计测的参数,则装置状态参数并不限于这些。另外,虽然使用基于等离子体的电子数据和光学数据来作为反映等离子体状态的等离子体反映参数,但是若为反映等离子体状态的参数,则等离子体反映参数并不限于这些。另外,虽然使用基波和高次谐波(到4倍波)的高频电压、高频电流来作为电子数据,但是电子数据并不限于这些。另外,在本实施方式中,虽然对每个晶片求出等离子体反映参数的各数据的平均值,使用该平均值来预测每一晶片的控制参数和装置状态参数,但是也可使用一个晶片处理过程中的实时的等离子体反映参数来实时预测控制参数和装置状态参数。另外,在上述实施方式中,虽然使用了磁场平行平板型等离子体处理装置,但是并不限于此。本发明可适用于具有等离子体反映参数和控制参数和/或装置状态参数的各种装置。
Claims (18)
1.一种等离子体处理装置,其特征在于,包括:
检测反映使用高频功率处理被处理体时的等离子体状态的等离子体反映参数的单元;
设定控制所述等离子体状态用的多个控制参数的单元;
存储根据所述等离子体反映参数预测所述多个控制参数和/或多个装置状态参数的模式的单元;
使用所述模式,通过将处理被处理体时所得到的所述等离子体反映参数应用于所述模式而预测出处理时的各控制参数和/或各装置状态参数的单元。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置,其特征在于,
还包括:
观测各控制参数和/或各装置状态参数的单元;
比较由所述预测单元预测的各控制参数和/或各装置状态参数与由所述观测单元观测的各控制参数和/或各装置状态参数的单元。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理装置,其特征在于,
将报知异常的单元连接到所述比较单元。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置,其特征在于,
进一步包括求出所述模式用的多变量分析单元。
5.根据权利要求4所述的等离子体处理装置,其特征在于,
所述多变量分析单元具有使用部分最小二乘法的单元。
6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置,其特征在于,
所述等离子体反映参数是基于由所述高频功率产生的等离子体的电子数据和/或光学数据。
7.一种监视等离子体处理装置的方法,该等离子体处理装置包括:
检测反映使用高频功率处理被处理体时的等离子体状态的等离子体反映参数的单元;
设定控制所述等离子体状态用的多个控制参数的单元;
存储根据所述等离子体反映参数预测所述多个控制参数和/或多个装置状态参数的模式的单元;和
使用所述模式,通过将处理被处理体时所得到的所述等离子体反映参数应用于所述模式而预测出处理时的各控制参数和/或各装置状态参数的单元,
其特征在于,包括下列工序:
检测使用高频功率处理被处理体时的等离子体反映参数的工序;
将所述等离子体反映参数应用于所述模式而预测出处理时的各控制参数和/或各装置状态参数的工序。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,
所述等离子体处理装置包括观测各控制参数和/或各装置状态参数的单元,还包括下列工序:
观测各控制参数和/或各装置状态参数的工序;
比较所预测的各控制参数和/或各装置状态参数与所观测的各控制参数和/或各装置状态参数的工序。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,
进一步包括根据所述比较工序的结果而报知异常的工序。
10.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,
使用多变量分析求出所述模式。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,
使用部分最小二乘法求出所述模式。
12.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,
所述等离子体反映参数是基于由所述高频功率产生的等离子体的电子数据和/或光学数据。
13.一种使用等离子体处理装置来等离子体处理被处理体的方法,所述等离子体处理装置包括:
检测反映使用高频功率处理被处理体时的等离子体状态的等离子体反映参数的单元;
设定控制所述等离子体状态用的多个控制参数的单元;
存储根据所述等离子体反映参数,预测所述多个控制参数和/或多个装置状态参数的模式的单元;和
使用所述模式,通过将处理被处理体时所得到的所述等离子体反映参数应用于所述模式而预测出处理时的各控制参数和/或各装置状态参数的单元,
其特征在于,包括下列工序:
检测使用高频功率处理被处理体时的等离子体反映参数的工序;
将所述等离子体反映参数应用于所述模式而预测出处理时的各控制参数和/或各装置状态参数的工序。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,
所述等离子体处理装置包括观测各控制参数和/或各装置状态参数的单元,还包括下列工序:
观测各控制参数和/或各装置状态参数的工序;
比较所预测的各控制参数和/或各装置状态参数与所观测的各控制参数和/或各装置状态参数的工序。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,
进一步包括根据所述比较工序的结果而报知异常的工序。
16.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,
使用多变量分析求出所述模式。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,
使用部分最小二乘法求出所述模式。
18.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,
所述等离子体反映参数是基于由所述高频功率产生的等离子体的电子数据和/或光学数据。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20091021 Termination date: 20151227 |
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EXPY | Termination of patent right or utility model |