JP2001338917A - Semiconductor manufacturing equipment, processing method and wafer potential probe - Google Patents

Semiconductor manufacturing equipment, processing method and wafer potential probe

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JP2001338917A
JP2001338917A JP2001054552A JP2001054552A JP2001338917A JP 2001338917 A JP2001338917 A JP 2001338917A JP 2001054552 A JP2001054552 A JP 2001054552A JP 2001054552 A JP2001054552 A JP 2001054552A JP 2001338917 A JP2001338917 A JP 2001338917A
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Hideyuki Yamamoto
秀之 山本
Ryoji Nishio
良司 西尾
Tsutomu Tetsuka
勉 手束
Junichi Tanaka
潤一 田中
Saburo Kanai
三郎 金井
Kazuyuki Ikenaga
和幸 池永
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide semiconductor manufacturing equipment and its processing method by which a wafer potential in processing and the impedance from the wafer to an earth via plasma are obtained by measurement or calculation and the processing based on the impedance can be carried out. SOLUTION: This equipment comprises a wafer potential probe 24, a current/ voltage probe 17 for measuring at least one of the current or the voltage to be applied to a wafer stage, a calculation part for obtaining the impedance from the wafer to the earth via the plasma based on a wafer voltage value, the voltage value applied to the wafer stage or the current value, and a processing part for processing based on the impedance. As a result, the wafer voltage and the plasma impedance can be obtained precisely, and an etching with good reproducibility is achieved by controlling etching parameters on the basis of this information and the deterioration of yield can be prevented.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマを用いて半
導体ウエハを処理する半導体製造装置および処理方法、
およびウエハ電位プローブに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus and a processing method for processing a semiconductor wafer using plasma.
And a wafer potential probe.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の半導体素子の高集積化にともない
回路パターンは微細化の一途をたどっており、要求され
る加工寸法精度はますます厳しくなってきている。ま
た、生産性向上の目的でウエハサイズの大口径化が進ん
でいるほか、素子の性能を向上するめに新材料の適用や
配線構造の変更が検討されている。また、これにともな
い新しいプロセス技術の開発が進められてきており、プ
ロセス技術の開発は非常に困難かつコストのかかるもの
となってきている。
2. Description of the Related Art With the recent increase in the degree of integration of semiconductor devices, circuit patterns are becoming finer, and the required processing dimensional accuracy is becoming increasingly severe. In addition, the wafer size is increasing in diameter for the purpose of improving productivity, and the application of new materials and the change of wiring structure are being studied to improve the performance of the device. With this, development of new process technology has been promoted, and development of process technology has become extremely difficult and costly.

【0003】また、半導体製造装置のうちプラズマを用
いてウエハの処理をおこなう装置、例えばプラズマエッ
チャやプラズマCVDなどでは、基板に入射するイオン
のエネルギを正確に把握し制御することが非常に重要で
あり、ひいてはプロセス立ち上げ期間の短縮にもつなが
る。逆にイオンエネルギを正確に把握できないと製品の
性能にばらつきが生じたり、歩留まりが低下するなどの
問題が出てくる。
In a semiconductor manufacturing apparatus that processes a wafer using plasma, such as a plasma etcher or a plasma CVD, it is very important to accurately grasp and control the energy of ions incident on the substrate. In turn, this leads to a reduction in the process startup period. Conversely, if the ion energy cannot be accurately grasped, there arise problems such as variations in product performance and a decrease in yield.

【0004】このようなプラズマ処理中の基板に入射す
るイオンのエネルギをモニタし制御する方法の一例は、
例えば特開平7−135180号に開示されている。こ
の開示例では、処理を施す基板を積載する電極をコンデ
ンサを介して接地し、このコンデンサと電極間の電位を
測定するための電位測定手段を設けることにより処理中
の基板の電位を測定する方法が開示されている。
One example of a method for monitoring and controlling the energy of ions incident on a substrate during such plasma processing is as follows.
For example, it is disclosed in JP-A-7-135180. In this disclosed example, a method of measuring the potential of a substrate during processing by grounding an electrode on which a substrate to be processed is mounted via a capacitor and providing a potential measuring unit for measuring a potential between the capacitor and the electrode is provided. Is disclosed.

【0005】また、USP5808415およびUSP6061006にはプ
ラズマに印加する電流と電圧を測定するプローブの製造
方法と、プラズマチャンバ内のプラズマインピーダンス
の求めかたが開示されている。
Further, US Pat. No. 5,580,815 and US Pat. No. 6,610,006 disclose a method of manufacturing a probe for measuring a current and a voltage applied to plasma, and a method of obtaining a plasma impedance in a plasma chamber.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
7−135180号の開示例では基板へ入射するイオン
のエネルギを制御するために基板の表面電位を測定する
方法として、基板の積載された電極と、この電極に接続
されたコンデンサの間の電圧を電圧計で測定しており、
直接基板の電位を測定しているわけではないため問題と
なる場合がある。例えば、基板を静電チャックで吸着固
定し、エッチング処理している場合、ウエハの処理枚数
が増加するにつれて静電チャックの表面にデポ物が付着
してしまう例が挙げられる。図10を用いて説明する。
開示例では基板の表面電位Vgを求めるために容量が既
知のコンデンサC1を基板を積載している電極に接続し
ている。そしてあらかじめ基板の容量Cgを調べてお
き、開示例に示す手段により電位Vsを測定しVgをV
s+(C1/Cg)*Vsで計算して求める方法を開示
している。電極が静電チャック機能を有し、電極表面に
誘電膜などがついている場合にはCgを誘電膜の容量を
考慮して補正すればよいことになる。もし、エッチング
処理を開始した直後に比べて誘電膜の表面にデポ物が付
着すれば、容量Cgが変化してしまうため、結果的に基
板の電位を正確に求めることができない。
However, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-135180 discloses a method for measuring the surface potential of a substrate in order to control the energy of ions incident on the substrate. , The voltage between the capacitors connected to this electrode is measured with a voltmeter,
Since the potential of the substrate is not directly measured, a problem may occur. For example, in a case where a substrate is suction-fixed by an electrostatic chuck and subjected to an etching process, there is an example in which a deposited material adheres to the surface of the electrostatic chuck as the number of processed wafers increases. This will be described with reference to FIG.
In the disclosed example, a capacitor C1 having a known capacitance is connected to the electrode on which the substrate is mounted in order to obtain the surface potential Vg of the substrate. Then, the capacitance Cg of the substrate is checked in advance, the potential Vs is measured by the means shown in the disclosed example, and Vg is set to Vg.
It discloses a method of calculating and calculating s + (C1 / Cg) * Vs. When the electrode has an electrostatic chuck function and a dielectric film or the like is provided on the electrode surface, Cg may be corrected in consideration of the capacitance of the dielectric film. If deposits adhere to the surface of the dielectric film compared to immediately after the start of the etching process, the capacitance Cg changes, and as a result, the potential of the substrate cannot be accurately obtained.

【0007】また、実際の製造装置では電極に接続した
端子は単に電極を介して電気的に基板と接続しているだ
けではなく、コンデンサ成分を介してアースに接続され
ている電気回路や、高周波電力を供給する給電ラインの
インダクタンス成分が存在している。したがって、単純
に電極に接続したコンデンサの両端の電位を測定したと
しても実際の基板の電位を正確に測定しているわけでは
ない。
In an actual manufacturing apparatus, the terminals connected to the electrodes are not only electrically connected to the substrate via the electrodes, but also to an electric circuit connected to the ground via a capacitor component, or to a high-frequency circuit. There is an inductance component of the power supply line that supplies power. Therefore, even if the potentials at both ends of the capacitor connected to the electrodes are simply measured, the actual potential of the substrate is not accurately measured.

【0008】また、例えばエッチング処理などにおい
て、プラズマを閉じ込めている真空チャンバの内壁など
に反応生成物などが付着してしまった場合、仮に開示例
の方法により基板の電位が測定できたとしても、付着物
によりプラズマの状態そのものが変化してしまった場
合、基板の電圧を制御したとしても処理結果が変化して
しまう可能性がある。
Further, for example, in the case where a reaction product or the like adheres to the inner wall of a vacuum chamber confining plasma in an etching process or the like, even if the potential of the substrate can be measured by the method of the disclosed example, If the state of the plasma itself changes due to the attached matter, the processing result may change even if the voltage of the substrate is controlled.

【0009】一方、USP5808415ならびにUSP6061006の開
示例ではプラズマチャンバのインピーダンスネットワー
クをチャンバ抵抗,電極インダクタンス,電極対接地点
キャパシタンス、及び漂遊キャパシタンスで表現し、放
電中に存在する電流および電圧波形から真のプラズマイ
ンピーダンスを求める方法が開示されている。しかしな
がら、この開示例ではプラズマ中で処理されているウエ
ハの表面電位を求めることはできないため、ウエハに入
射するイオンエネルギを制御することはできないという
問題がある。
On the other hand, in the examples disclosed in US Pat. Nos. 5,580,415 and 6,610,006, the impedance network of a plasma chamber is expressed by chamber resistance, electrode inductance, electrode-to-ground capacitance, and stray capacitance. A method for determining impedance is disclosed. However, in this disclosed example, since the surface potential of the wafer being processed in the plasma cannot be obtained, there is a problem that the ion energy incident on the wafer cannot be controlled.

【0010】これらの問題を解決するためには基板の電
位とプラズマインピーダンスの両方を計測するかまたは
計算により求め、場合によっては真空チャンバ内壁に付
着した付着物のインピーダンスまでを計測するかまたは
計算により求め、これらの情報をもとにエッチングパラ
メータを適切に制御することが必要となってくる。
In order to solve these problems, both the potential of the substrate and the plasma impedance are measured or calculated, and in some cases, up to the impedance of the substance adhering to the inner wall of the vacuum chamber or measured or calculated. It is necessary to appropriately control the etching parameters based on these information.

【0011】従って、本発明の第一の目的は、プラズマ
を用いた半導体製造装置において、処理中の基板の電位
と基板からプラズマを介したアースまでのインピーダン
スを計測するかまたは計算により求めるようにした半導
体製造装置及び処理方法を提供することである。
Accordingly, a first object of the present invention is to measure or calculate the potential of a substrate being processed and the impedance from the substrate to the ground via the plasma in a semiconductor manufacturing apparatus using plasma. To provide a semiconductor manufacturing apparatus and a processing method.

【0012】本発明の第二の目的は、プラズマを用いた
半導体製造装置において、処理中の基板の電位と基板か
らプラズマを介したアースまでのインピーダンスを計測
するかまたは計算により求め、これらの情報をもとにエ
ッチングパラメータを制御することができる半導体製造
装置及び処理方法を提供することである。
A second object of the present invention is to measure or calculate the potential of a substrate being processed and the impedance from the substrate to the ground via the plasma in a semiconductor manufacturing apparatus using plasma, and obtain this information. It is an object of the present invention to provide a semiconductor manufacturing apparatus and a processing method capable of controlling an etching parameter based on the method.

【0013】本発明の第三の目的は、プラズマを用いた
半導体製造装置において、処理室内壁に付着した膜の厚
みをモニタすることにより、適切なクリーニング時期を
容易に決定することができる半導体製造装置及び処理方
法を提供することである。
A third object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus using a plasma in which a proper cleaning time can be easily determined by monitoring the thickness of a film attached to the inner wall of the processing chamber. It is to provide an apparatus and a processing method.

【0014】本発明の第四の目的は、プラズマを用いた
半導体製造装置において、処理中の基板の電位と、基板
を囲うように配置されたサセプタの電位と、処理中の基
板上のプラズマを介したアースまでのインピーダンス
と、サセプタ上のプラズマを介したアースまでのインピ
ーダンスを計測するかまたは計算により求め、これらの
情報をもとに基板とサセプタに印加するバイアス電圧を
独立に制御することができる半導体製造装置及び処理方
法を提供することである。
A fourth object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus using plasma, in which the potential of a substrate being processed, the potential of a susceptor disposed so as to surround the substrate, and the plasma on the substrate being processed are measured. It is possible to measure or calculate the impedance to ground through the ground and the impedance to ground through the plasma on the susceptor, and to independently control the bias voltage applied to the substrate and the susceptor based on this information. It is an object of the present invention to provide a semiconductor manufacturing apparatus and a processing method that can be used.

【0015】本発明の第5の目的は、処理中の基板及び
基板を囲うように配置されたサセプタの電位を計測でき
るプローブを提供することである。
A fifth object of the present invention is to provide a probe capable of measuring the potential of a substrate being processed and a susceptor arranged so as to surround the substrate.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記第一の目的は、例え
ば、プラズマを用いて半導体ウエハに処理を施す半導体
製造装置において、半導体ウエハの裏面から該半導体ウ
エハの電圧を測定するウエハ電位プローブと、高周波電
源からウエハステージに印加される電圧値と電流値の少
なくとも一方を測定する電流・電圧プローブを有し、ウ
エハ電位プローブにより測定された前記半導体ウエハの
電圧値と、電流・電圧プローブにより測定された電圧ま
たは電流値から、半導体ウエハ上のプラズマを介したア
ースまでのインピーダンスを計算することにより達成で
きる。
A first object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus for processing a semiconductor wafer by using a plasma, for example, a wafer potential probe for measuring the voltage of the semiconductor wafer from the back surface of the semiconductor wafer. A current / voltage probe for measuring at least one of a voltage value and a current value applied to the wafer stage from a high frequency power supply, and a voltage value of the semiconductor wafer measured by a wafer potential probe and measured by a current / voltage probe This can be achieved by calculating the impedance from the applied voltage or current value to the ground via the plasma on the semiconductor wafer.

【0017】また、第二の目的は、例えば、更にこの求
めたインピーダンスとウエハの電位の少なくとも一方を
もとに各種の処理パラメータを制御することにより達成
できる。
The second object can be achieved, for example, by controlling various processing parameters based on at least one of the obtained impedance and the potential of the wafer.

【0018】また、例えば、電流・電圧プローブで測定
された電圧と電流からインピーダンスを計算し、このイ
ンピーダンスと事前に求めておいた高周波電源(正確に
は電流・電圧プローブ)からプラズマを介したアースま
での等価回路モデルの合成インピーダンスの演算処理に
より、ウエハからプラズマを介したアースまでのインピ
ーダンスとウエハの電位を計算し、このインピーダンス
とウエハの電位をもとに各種の処理パラメータを制御す
ることにより達成できる。
Further, for example, an impedance is calculated from a voltage and a current measured by a current / voltage probe, and the impedance and a high-frequency power source (more precisely, a current / voltage probe) determined in advance are grounded via a plasma. By calculating the combined impedance of the equivalent circuit model up to and calculating the impedance from the wafer to the ground via the plasma and the potential of the wafer, and controlling various processing parameters based on this impedance and the potential of the wafer. Can be achieved.

【0019】また、例えば、真空処理室内壁に付着した
膜の膜厚を計測可能な膜厚プローブを設け、このプロー
ブにより測定した膜厚のインピーダンスを計算すれば、
ウエハから処理室内壁に付着した膜の表面までのインピ
ーダンス(プラズマインピーダンス)が正確に計算でき
るため、この情報をもとに各種のパラメータを制御すれ
ばより精度よくエッチングを制御可能となる。
Further, for example, if a film thickness probe capable of measuring the film thickness of the film adhered to the inner wall of the vacuum processing chamber is provided, and the impedance of the film thickness measured by the probe is calculated,
Since the impedance (plasma impedance) from the wafer to the surface of the film attached to the inner wall of the processing chamber can be accurately calculated, the etching can be controlled more accurately by controlling various parameters based on this information.

【0020】上記第三の目的は、例えば、プラズマを用
いて半導体ウエハに処理を施す半導体製造装置におい
て、真空処理室内壁に付着した膜の膜厚を測定可能な手
段を設け、処理中の膜厚を監視することにより達成でき
る。
A third object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus for performing processing on a semiconductor wafer using plasma, for example, by providing a means for measuring the film thickness of the film adhered to the inner wall of the vacuum processing chamber. This can be achieved by monitoring the thickness.

【0021】上記第四の目的は、例えば、プラズマを用
いて半導体ウエハに処理を施す半導体製造装置におい
て、半導体ウエハの裏面から該半導体ウエハの電圧を測
定するウエハ電位プローブと、高周波電源からウエハス
テージに印加される電圧と電流値の少なくとも一方を測
定する電流・電圧プローブと、半導体ウエハを囲うよう
に配置されたサセプタの電圧を測定するサセプタ電位プ
ローブを有し、ウエハ電位プローブにより測定された前
記半導体ウエハの電圧値と、電流・電圧プローブにより
測定された電圧または電流値と、サセプタ電位プローブ
により測定されたサセプタの電圧値から、半導体ウエハ
上のプラズマを介したアースまでのインピーダンスとサ
セプタ上のプラズマを介したアースまでのインピーダン
スを計算し、半導体ウエハとサセプタに印加する高周波
電圧を独立に制御することにより達成できる。
A fourth object of the present invention is to provide, for example, a semiconductor manufacturing apparatus for processing a semiconductor wafer by using plasma, a wafer potential probe for measuring the voltage of the semiconductor wafer from the back side of the semiconductor wafer, and a wafer stage from a high frequency power supply. A current / voltage probe that measures at least one of a voltage and a current value applied to the susceptor, and a susceptor potential probe that measures a voltage of a susceptor arranged so as to surround the semiconductor wafer. From the voltage value of the semiconductor wafer, the voltage or current value measured by the current / voltage probe, and the voltage value of the susceptor measured by the susceptor potential probe, the impedance to the ground through the plasma on the semiconductor wafer and the impedance on the susceptor Calculate impedance to ground via plasma It can be achieved by controlling the RF voltage applied to the Fine and the susceptor independently.

【0022】また、例えば、真空処理室内壁に付着した
膜の膜厚を計測可能な膜厚プローブを設け、このプロー
ブにより測定した膜厚のインピーダンスを計算すれば、
ウエハから処理室内壁に付着した膜の表面までのインピ
ーダンスとサセプタから処理室内壁に付着した膜の表面
までのインピーダンスが計算できるため、この情報をも
とに各種のパラメータを制御すればより精度よくエッチ
ングを制御可能となる。
Further, for example, if a film thickness probe capable of measuring the film thickness of the film adhered to the inner wall of the vacuum processing chamber is provided, and the impedance of the film thickness measured by the probe is calculated,
Since the impedance from the wafer to the surface of the film attached to the inner wall of the processing chamber and the impedance from the susceptor to the surface of the film attached to the inner wall of the processing chamber can be calculated, it is more accurate to control various parameters based on this information. Etching can be controlled.

【0023】上記第五の目的は、例えば、電圧を測定す
べき半導体ウエハの裏面に接触させる電気導電性を有す
る触針を、電気導電性を有する弾性部材により支持し、
この弾性部材は真空チャンバに固定するためのフランジ
から電気的に絶縁した状態で大気側に露出させ、この部
分の電圧を測定することにより達成できる。
The fifth object is to support, for example, a stylus having electrical conductivity to be brought into contact with the back surface of a semiconductor wafer to be measured with an elastic member having electrical conductivity,
This elastic member can be achieved by exposing the elastic member to the atmosphere side in a state of being electrically insulated from a flange for fixing to the vacuum chamber, and measuring the voltage of this portion.

【0024】また、例えば、触針の高さ方向の位置は大
気側から調節可能にすることにより再現性よく測定可能
となる。また、触針の材質をウエハ裏面に存在するシリ
コン酸化物の硬度よりも硬くすればより再現性よく測定
可能となる。
Further, for example, by making the position of the stylus in the height direction adjustable from the atmosphere side, the measurement can be performed with good reproducibility. Further, if the material of the stylus is made harder than the hardness of the silicon oxide present on the back surface of the wafer, the measurement can be performed with higher reproducibility.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、本発明をプラズマエッチン
グ装置に適用した実施例について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is applied to a plasma etching apparatus will be described below.

【0026】先ず、本発明の第1実施例について図1な
いし図3を用いて説明する。なお、以下の説明におい
て、第1実施例の構成要素と同一の機能を有する構成要
素については、第1実施例と同一の符号を付してその説
明を省略する。
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, components having the same functions as those of the first embodiment will be denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0027】図1に本発明の第一の実施例であるプラズ
マエッチング装置の例を示す。処理室内に導入された処
理ガス1は、高周波電源2に接続され両端に高周波電圧
を印加されたコイル3の作る磁場と電界により、それぞ
れ誘導結合と容量結合しプラズマ4状態となっている。
半導体ウエハ5はウエハステージ6上に積載されてい
る。ウエハステージ6は表面にセラミックス製の誘電膜
7が付けられており、静電チャック機能を有している。
ウエハステージ6は電極8上にボルトで固定されてお
り、絶縁板9により真空チャンバ10と電気的に絶縁さ
れている。また、ウエハステージ6と電気的に接続して
いる電極8は、フランジ11から電気的に絶縁されてい
る給電棒12と接続してあり、この給電棒12を用い外
部の電源から給電できるようになっている。本実施例で
は、プラズマ中のイオンをウエハに効果的に引き込むた
めにウエハにバイアス電圧を印加するため、周波数が8
00kHzの高周波電源13をマッチングボックス14
を介してウエハステージに接続している。15と16は
インピーダンス整合用のコイルと容量可変コンデンサで
ある。マッチングボックス14の出口の電圧と電流値は
電流・電圧プローブ17によりモニタされており、外部
のコンピュータ18に入力されている。コンピュータ1
8は、測定された電圧値または電流値等に基づき、半導
体ウエハからプラズマを介したアースまでのインピーダ
ンス等を求める算出部と、求めたインピーダンス等に基
づく処理(例えば、表示処理,パラメータ制御処理等)
を行う処理部を有する。また、給電棒12には静電チャ
ックを機能させるための直流電源19も接続している。
この直流電源は高周波電圧をカットするためのコイル2
0を介して接続してあり、プラズマ4が着火している状
態でウエハステージに直流電圧を印加するとウエハ7
は、真空チャンバに接触しているために接地電位となっ
ているプラズマを介して直流電圧回路が形成され、ウエ
ハ7と電極8間に電位差が発生し誘電膜7に電荷がチャ
ージしてクーロン力により吸着される。21は電極8と
ウエハステージ6の外周をプラズマから保護するための
カバーである。22,23は処理ガスや反応生成物の排
気用のターボ分子ポンプとドライポンプである。24は
プラズマ処理中のウエハの電位を測定するためのウエハ
電位プローブである。表示部80はコンピュータにより
求めたインピーダンス等を表示し、モニタするためのも
ので、例えば、CRT等である。また、パラメータ制御
装置82は、コンピュータ18からの指示に従い、半導
体製造装置(プラズマエッチング装置)の各種パラメー
タを制御する。
FIG. 1 shows an example of a plasma etching apparatus according to a first embodiment of the present invention. The processing gas 1 introduced into the processing chamber is inductively coupled and capacitively coupled by a magnetic field and an electric field generated by a coil 3 connected to a high frequency power supply 2 and having high-frequency voltages applied to both ends, and is in a plasma 4 state.
The semiconductor wafer 5 is mounted on a wafer stage 6. The wafer stage 6 has a ceramic dielectric film 7 on its surface, and has an electrostatic chuck function.
The wafer stage 6 is fixed on the electrode 8 with bolts, and is electrically insulated from the vacuum chamber 10 by the insulating plate 9. The electrode 8 electrically connected to the wafer stage 6 is connected to a power supply rod 12 electrically insulated from the flange 11 so that power can be supplied from an external power supply using the power supply rod 12. Has become. In the present embodiment, a bias voltage is applied to the wafer to effectively attract ions in the plasma to the wafer.
Matching box 14 with high frequency power supply 13 of 00 kHz
Is connected to the wafer stage. Reference numerals 15 and 16 denote impedance matching coils and variable capacitance capacitors. The voltage and current value at the exit of the matching box 14 are monitored by a current / voltage probe 17 and input to an external computer 18. Computer 1
Reference numeral 8 denotes a calculation unit for obtaining the impedance from the semiconductor wafer to the ground via the plasma based on the measured voltage value or current value, and processing based on the obtained impedance (eg, display processing, parameter control processing, etc.). )
And a processing unit that performs The power supply rod 12 is also connected to a DC power supply 19 for causing the electrostatic chuck to function.
This DC power supply is a coil 2 for cutting high frequency voltage.
When a DC voltage is applied to the wafer stage while the plasma 4 is ignited, the wafer 7
The DC voltage circuit is formed through the plasma which is in contact with the vacuum chamber and is at the ground potential, and a potential difference is generated between the wafer 7 and the electrode 8 to charge the dielectric film 7 and charge the Coulomb force. Is adsorbed. Reference numeral 21 denotes a cover for protecting the outer periphery of the electrode 8 and the wafer stage 6 from plasma. Reference numerals 22 and 23 denote a turbo molecular pump and a dry pump for exhausting a processing gas and a reaction product. Numeral 24 denotes a wafer potential probe for measuring the potential of the wafer during the plasma processing. The display unit 80 is for displaying and monitoring impedance and the like obtained by a computer, and is, for example, a CRT or the like. Further, the parameter control device 82 controls various parameters of the semiconductor manufacturing apparatus (plasma etching apparatus) according to an instruction from the computer 18.

【0028】図2にウエハ電位プローブ24の詳細構成
図を示す。図2において、ウエハ電位プローブ24は、
符号5−10で示す構成要素以外の構成要素で構成され
る。本発明で使用される、ウエハ電位プローブは、測定
すべき半導体ウエハの裏面に接触する、電気導電性を有
する触針36と、該触針を支持する電気導電性を有する
弾性部材35と、該弾性部材を支持しつつフランジ構造
を有する電流導入端子27とを備え、前記触針の電位は
大気側で測定可能であり、かつ前記触針の高さ方向の位
置は大気側から調節可能であるように構成される。以下
に、その構成の詳細を説明する。
FIG. 2 shows a detailed configuration diagram of the wafer potential probe 24. In FIG. 2, the wafer potential probe 24 is
It is composed of components other than the components denoted by reference numerals 5-10. The wafer potential probe used in the present invention includes a stylus 36 having electrical conductivity, which contacts the back surface of a semiconductor wafer to be measured, an elastic member 35 having electrical conductivity supporting the stylus, A current introduction terminal 27 having a flange structure while supporting the elastic member, wherein the potential of the stylus can be measured on the atmosphere side, and the height position of the stylus can be adjusted from the atmosphere side. It is configured as follows. The details of the configuration will be described below.

【0029】真空チャンバ10と絶縁板9,電極8,ウ
エハステージ6に同軸の貫通穴が設けてあり、この貫通
穴の中にはプローブを電極やウエハステージから電気的
に絶縁するためのセラミックス製の絶縁パイプ68が埋
め込まれている。ウエハ電位プローブは真空チャンバに
取り付け可能なようにフランジ25構造をしており、O
リング70で真空封じしている。このフランジの中央に
は貫通穴が設けてあり、この貫通穴の一部はメスネジ2
6が設けてある。この貫通穴にはウエハの電圧を測定す
るための端子27が取り付けられている。端子27は内
部に中空の絶縁パイプ71が埋め込まれており、さらに
内部には導電性の芯線69が埋め込まれた構造をしてい
る。この端子27の外周の一部はオスネジ28構造とな
っており、フランジに設けられたメスネジ26に取り付
けられる。また、端子の上部にはOリング29が設けて
あり、フランジ25上部の内面30をシールすることが
できる構成となっている。端子の芯線の真空側の終端に
は、導電性を有する連結棒32が設けてある。この連結
棒32は、一端が芯線に迎合するようにソケット33構
造となっており、もう一方の一端にはばね止め34を用
いてコイルばね35が取り付けられている。このコイル
ばね35の上部には連結棒に沿って上下に駆動可能なよ
うに触針36が設けている。触針はウエハステージ面よ
りも先端が突出するように取り付けられ、ウエハが乗る
と重みで下方へ移動する。この突出量はコイルばねのば
ね定数との兼ね合いで決定される。望ましくは半導体ウ
エハがウエハステージに積載された場合に、自重で完全
にウエハステージまで沈み込む程度であればよい。ま
た、触針は導電性の材料で構成されており、その先端は
半導体ウエハの裏面に存在する酸化膜や窒化膜を突き破
る程度の曲率半径および硬度を有している。本実施例で
は触針の材質はタングステンカーバイトであるが、その
他例えば導電性ダイヤモンドなども利用可能である。こ
の曲率半径の値はコイルばねのばね定数と触針の突出
量、すなわちばねの変形量によって決定されるべきもの
であり、実際に測定対象となる半導体ウエハの状態によ
って適宜決定される。一例として、コイルばね35のば
ね定数がk、突出量がL、で8インチウエハの裏面に厚
みtの酸化膜がついている場合に必要な曲率半径Rを示
す。8インチウエハの重量をWとおき、触針のヤング率
とポアソン比をそれぞれEn,νnとおき、酸化膜のヤン
グ率とポアソン比をそれぞれEw,νWとおいた場合、触
針の先端とウエハ裏面の酸化膜の接触円の半径aは
(1)式で表せる。 a={3WR((1−νn 2)/En+(1−νW 2)/Ew)/4}1/3 (1)式 この時の接触部中心の圧力は(2)式で計算される。 p=3W/2πa2 (2)式 この圧力pが酸化膜の硬さよりも大きければ触針は酸化
膜を突き破り導電性のあるシリコンと電気的に接触し、
ウエハの電位を測定することが可能となる。つまり、酸
化膜のビッカース硬さをHvとすると、(3)式を満た
す曲率半径Rであればよいことがわかる。 Hv<p (3)式 ウエハが載っていない状態での触針36の突出量は、先
に説明した端子27の位置を調整して行う。触針の先端
がウエハステージ7から突出する量を大気側から判定し
やすいように、端子の大気側に目盛りを添付しておけば
作業がより容易になる。端子27の大気側にはナット3
1を取り付けて触針の位置を決定後固定することがで
き、端子の上下方向の位置を任意に設定することができ
る。したがって、処理中のウエハの電位とほぼ同じ電位
が端子の芯線で観測することができるので、この芯線の
電圧を電圧計で測定することによりウエハの電位を測定
することができる。また、62はプローブをウエハステ
ージ,電極,絶縁体から電気的に絶縁するための絶縁筒
である。
A coaxial through-hole is provided in the vacuum chamber 10, the insulating plate 9, the electrode 8, and the wafer stage 6, and in this through-hole, there is formed a ceramic material for electrically insulating the probe from the electrode and the wafer stage. The insulating pipe 68 is embedded. The wafer potential probe has a flange 25 structure so that it can be attached to a vacuum chamber.
It is vacuum sealed with a ring 70. A through hole is provided at the center of this flange, and a part of this through hole is
6 are provided. Terminals 27 for measuring the voltage of the wafer are attached to the through holes. The terminal 27 has a structure in which a hollow insulating pipe 71 is embedded therein, and a conductive core wire 69 is embedded therein. A part of the outer periphery of the terminal 27 has a male screw 28 structure, and is attached to a female screw 26 provided on a flange. Further, an O-ring 29 is provided on the upper part of the terminal, so that the inner surface 30 on the upper part of the flange 25 can be sealed. A connecting rod 32 having conductivity is provided at the vacuum-side end of the core wire of the terminal. The connecting rod 32 has a socket 33 structure such that one end thereof fits the core wire, and a coil spring 35 is attached to the other end by using a spring stopper 34. A stylus 36 is provided above the coil spring 35 so that it can be driven up and down along the connecting rod. The stylus is attached so that the tip protrudes from the wafer stage surface, and moves downward by weight when the wafer is loaded. The amount of protrusion is determined in consideration of the spring constant of the coil spring. Desirably, when the semiconductor wafer is loaded on the wafer stage, it is sufficient that the semiconductor wafer completely sinks to the wafer stage by its own weight. Further, the stylus is made of a conductive material, and the tip has a radius of curvature and hardness enough to penetrate an oxide film or a nitride film present on the back surface of the semiconductor wafer. In this embodiment, the material of the stylus is tungsten carbide, but other materials such as conductive diamond can also be used. The value of the radius of curvature should be determined by the spring constant of the coil spring and the amount of protrusion of the stylus, that is, the amount of deformation of the spring, and is appropriately determined by the state of the semiconductor wafer to be actually measured. As an example, the curvature radius R required when the spring constant of the coil spring 35 is k, the amount of protrusion is L, and an oxide film having a thickness t is provided on the back surface of the 8-inch wafer is shown. 8 inches weight W of the wafer Distant, Young's modulus and Poisson's ratio, respectively E n of the stylus, [nu n Distant, if placed Young's modulus and Poisson's ratio of the oxide film, respectively E w, and [nu W, the stylus The radius a of the contact circle between the tip and the oxide film on the back surface of the wafer can be expressed by equation (1). a = {3WR ((1-ν n 2 ) / E n + (1-ν W 2 ) / E w ) / 4} 1/3 (1) Equation (1) At this time, the pressure at the center of the contact portion is the equation (2) Is calculated. p = 3W / 2πa 2 (2) If this pressure p is greater than the hardness of the oxide film, the stylus penetrates the oxide film and makes electrical contact with conductive silicon,
The potential of the wafer can be measured. That is, when the Vickers hardness of the oxide film is Hv, it is sufficient that the curvature radius R satisfies the expression (3). Hv <p (3) The protrusion amount of the stylus 36 in a state where no wafer is mounted is adjusted by adjusting the position of the terminal 27 described above. If a scale is attached to the air side of the terminal so that the amount of the tip of the stylus protruding from the wafer stage 7 can be easily determined from the air side, the work becomes easier. Nut 3 on the air side of terminal 27
1, the position of the stylus can be fixed after it is determined, and the vertical position of the terminal can be set arbitrarily. Therefore, a potential substantially equal to the potential of the wafer being processed can be observed on the core wire of the terminal, and the potential of the wafer can be measured by measuring the voltage of this core wire with a voltmeter. Reference numeral 62 denotes an insulating cylinder for electrically insulating the probe from the wafer stage, electrodes, and insulator.

【0030】続いてウエハからプラズマを介してアース
までのインピーダンス(プラズマインピーダンス)の求
め方について説明する。図3に本発明の第一の実施例に
おける、高周波電源(正確には電流・電圧プローブ)か
らウエハステージを介したアースまでの等価回路モデル
を示す。この等価回路モデルはインピーダンス測定機な
どによりあらかじめ調べておけばよい。図中の番号を説
明すると、37は真空チャンバ10の電位を表わしてお
りアースである。38はウエハ上のプラズマインピーダ
ンス、39は誘電膜7の抵抗成分、40は誘電膜7の容
量成分、41はブロッキングコンデンサであり、その他
は前述の通りである。ウエハ電位プローブ24で測定さ
れたウエハの電位42Vwとマッチングボックスの出口
に連結した電極の電圧43Veと電極に流れ込む電流4
4Ieの測定値はコンピュータに取り込まれる。プラズ
マインピーダンス38をZpと置いた場合、ある時間に
Zpに印加している電圧はウエハ電位プローブ24の出
力電圧すなわちウエハ電位Vwであり、Zpに流れる電
流は電極に流れ込む電流44Ieであるので、ZpはV
w/Ieで計算できる。このZpの値はコンピュータ内
で逐一演算処理され読みとることができる。本実施例で
はZpを求めるために、電圧値としてマッチングボック
ス出口の電圧すなわち電極の電位43Veではなく実際
に処理中のウエハの電位42Vwを測定している。その
理由は、本実施例ではウエハステージの表面に静電チャ
ック機能を持たせる目的で誘電膜7を取り付けており、
この部分で電圧降下が発生し、マッチングボックス出口
の電圧、すなわち電極の電圧Veがウエハの電圧となら
ないためである。つまり、プラズマインピーダンスの値
を求めるために、マッチングボックス出口で測定された
電圧値Veを用いVe/Ieで計算すると実際のプラズ
マインピーダンスとはならないのである。
Next, a method for obtaining the impedance from the wafer to the ground via the plasma (plasma impedance) will be described. FIG. 3 shows an equivalent circuit model from a high-frequency power supply (more precisely, a current / voltage probe) to ground via a wafer stage in the first embodiment of the present invention. This equivalent circuit model may be checked in advance using an impedance measuring instrument or the like. Explaining the numbers in the figure, reference numeral 37 denotes the potential of the vacuum chamber 10 and is a ground. 38 is a plasma impedance on the wafer, 39 is a resistance component of the dielectric film 7, 40 is a capacitance component of the dielectric film 7, 41 is a blocking capacitor, and the others are as described above. The wafer potential 42Vw measured by the wafer potential probe 24, the voltage 43Ve of the electrode connected to the outlet of the matching box, and the current 4 flowing into the electrode 4
The measured value of 4Ie is taken into a computer. When the plasma impedance 38 is set to Zp, the voltage applied to Zp at a certain time is the output voltage of the wafer potential probe 24, that is, the wafer potential Vw, and the current flowing to Zp is the current 44Ie flowing into the electrode. Is V
It can be calculated by w / Ie. The value of Zp can be read out after being processed one by one in the computer. In this embodiment, in order to obtain Zp, the voltage at the exit of the matching box, that is, the potential 42 Vw of the wafer actually being processed, is measured instead of the voltage at the exit of the matching box, ie, the potential 43 Ve of the electrode. The reason is that in this embodiment, the dielectric film 7 is attached to the surface of the wafer stage for the purpose of having an electrostatic chuck function.
This is because a voltage drop occurs in this portion, and the voltage at the exit of the matching box, that is, the voltage Ve of the electrode does not become the voltage of the wafer. That is, if the voltage value Ve measured at the exit of the matching box is used to calculate the value of Ve / Ie to obtain the value of the plasma impedance, the actual plasma impedance will not be obtained.

【0031】プラズマインピーダンスをVe/Ieで計
算した場合の問題の一例を挙げると、ウエハの処理枚数
が増加していくにつれてウエハステージ上の誘電膜の表
面にデポ膜が付着した場合が考えられる。デポ性の膜が
付着して誘電膜の容量が低下するとインピーダンスが増
加するために、マッチングボックスの出口の電圧は上昇
する。したがって、プラズマ状態は何も変化していない
にもかかわらず、あたかもプラズマインピーダンスが上
昇したような判断を下してしまう。この情報をもとにし
てエッチングレートを一定に保つために電極の電圧Ve
を下げてしまうと、エッチングレートは低下してしまう
ことになり、エッチング不良を引き起こす。逆にプラズ
マインピーダンスを低下させるために、プラズマ生成用
の高周波電源の投入電力を増加させてしまうと、エッチ
ングレートが上がりすぎでオーバーエッチングにつなが
ってしまう。結果、エッチング不良を引き起こしてしま
う。
As an example of the problem when the plasma impedance is calculated by Ve / Ie, it is conceivable that a deposition film adheres to the surface of the dielectric film on the wafer stage as the number of processed wafers increases. When the capacitance of the dielectric film decreases due to the deposition of the deposition film, the impedance increases, so that the voltage at the exit of the matching box increases. Therefore, even though the plasma state has not changed at all, it is determined that the plasma impedance has increased. Based on this information, the electrode voltage Ve is used to keep the etching rate constant.
If the etching rate is lowered, the etching rate will be lowered, which causes poor etching. Conversely, if the input power of the high-frequency power supply for plasma generation is increased in order to lower the plasma impedance, the etching rate becomes too high, which leads to over-etching. As a result, poor etching is caused.

【0032】これに対して、本実施例の構成でプラズマ
インピーダンスZpを求めた場合、プラズマインピーダ
ンスを計算するためにウエハの電圧を直接測定した結果
を利用するので、より正確なインピーダンスとウエハの
電位を測定または計算により求めることができるので、
例えば処理中のウエハへ入射するイオンエネルギ、すな
わちウエハのバイアス電圧を適宜調節することができ、
エッチング不良を防止することができる。
On the other hand, when the plasma impedance Zp is obtained in the configuration of the present embodiment, since the result of directly measuring the voltage of the wafer is used to calculate the plasma impedance, more accurate impedance and the potential of the wafer are obtained. Can be obtained by measurement or calculation,
For example, the ion energy incident on the wafer being processed, that is, the bias voltage of the wafer can be appropriately adjusted,
Etching defects can be prevented.

【0033】以上本発明の第一の実施例のウエハ電位V
wとプラズマインピーダンスZpを求め、利用するまで
の処理の流れを示すフローチャートを図11に示す。な
お、以下の図11から図16までの処理は図1,図4,
図6,図8に示すコンピュータ18内のプログラムによ
り実行される。まず、第一実施例における、高周波電源
(正確には電流・電圧プローブ)からウエハステージを
介したアースまでの等価回路モデルを図3に示すように
決定する(ステップ110)。次に、ウエハ電位プロー
ブと電流・電圧プローブを用いてウエハ電位Vw,ウエ
ハステージの電流Ie,電圧Veを測定する(ステップ
111)。次に、測定結果を取り込んだコンピュータ1
8によりプラズマインピーダンスZpを計算する(ステ
ップ112)。最終的には、利用者の判断により決定さ
れるべきものであるが、ウエハ電位Vwとプラズマイン
ピーダンスZpを監視する場合には表示部80に表示す
る(ステップ113)。また、得られたインピーダンス
等に基づきプロセスパラメータを制御する場合には、コ
ンピュータ18からプロセスパラメータの制御装置82
に信号,情報等を送り,制御装置82から制御信号をパ
ラメータ制御の対象となる個所、例えば、高周波電源1
3等に送り各種パラメータを制御する(ステップ11
4)。
The wafer potential V according to the first embodiment of the present invention is described above.
FIG. 11 is a flowchart showing the flow of processing from obtaining w and plasma impedance Zp to using the same. The following processes from FIG. 11 to FIG.
It is executed by a program in the computer 18 shown in FIGS. First, in the first embodiment, an equivalent circuit model from the high-frequency power supply (more precisely, the current / voltage probe) to the ground via the wafer stage is determined as shown in FIG. 3 (step 110). Next, the wafer potential Vw, the current Ie of the wafer stage, and the voltage Ve are measured using the wafer potential probe and the current / voltage probe (step 111). Next, the computer 1 that has captured the measurement results
8 to calculate the plasma impedance Zp (step 112). Ultimately, it should be determined by the user's judgment, but when monitoring the wafer potential Vw and the plasma impedance Zp, they are displayed on the display unit 80 (step 113). When controlling the process parameters based on the obtained impedance or the like, the computer 18 controls the process parameter control device 82.
Signal, information, and the like, and the control signal from the control device 82 is subjected to parameter control, for example, a high-frequency power source 1
3 to control various parameters (step 11).
4).

【0034】なお、プラズマ処理により処理室内壁の状
態が変化しない条件か、もしくはクリーニングにより一
定の条件を保たれている(処理室内壁にデポ膜が無い)
場合には、上記の算出したインピーダンスを半導体ウエ
ハからプラズマを介した真空処理室内壁までのインピー
ダンスとし、該算出したインピーダンスをもとに各種の
処理パラメータを制御することにより、プラズマで処理
中の半導体ウエハを処理することができる。
A condition in which the state of the inner wall of the processing chamber does not change due to the plasma processing, or a constant condition is maintained by cleaning (there is no deposition film on the inner wall of the processing chamber).
In this case, the above calculated impedance is defined as the impedance from the semiconductor wafer to the inner wall of the vacuum processing chamber via the plasma, and various processing parameters are controlled based on the calculated impedance, whereby the semiconductor being processed with the plasma is processed. The wafer can be processed.

【0035】以上のように本発明によれば、プラズマイ
ンピーダンスによりプラズマの状態をモニタしつつ、ウ
エハの電位を正確に測定しながら処理することができる
ので、これらの結果をもとにウエハの電位を制御すれば
正確にウエハへ入射するイオンエネルギを利用すること
ができるので、再現性の良いエッチングを達成し、歩留
まりの低下を防止することができる。
As described above, according to the present invention, the processing can be performed while accurately measuring the potential of the wafer while monitoring the state of the plasma based on the plasma impedance. Is controlled, the ion energy incident on the wafer can be used accurately, so that etching with good reproducibility can be achieved and a decrease in yield can be prevented.

【0036】本実施例ではプラズマインピーダンスを用
いて制御したパラメータとしてバイアス電圧を制御した
場合を説明したが、必ずしもこれだけに限るわけではな
い。その他の制御パラメータとしては例えば、プラズマ
を発生させるための高周波電源の周波数または電力,ウ
エハステージに印加する高周波電源の周波数または電圧
または電力,真空チャンバの壁の温度や温度分布,ウエ
ハの温度や温度分布,処理圧力,処理ガスのガス種や流
量や混合比,プラズマに印加する磁場の強度及び強度分
布,エッチング時間、などが挙げられる。またこれらの
パラメータを複数個組み合わせて制御することも考えら
れる。
In this embodiment, the case where the bias voltage is controlled as the parameter controlled using the plasma impedance has been described, but the present invention is not limited to this. Other control parameters include, for example, the frequency or power of a high-frequency power supply for generating plasma, the frequency or voltage or power of a high-frequency power supply applied to the wafer stage, the temperature and temperature distribution of the vacuum chamber wall, the temperature and temperature of the wafer. The distribution, the processing pressure, the type and flow rate of the processing gas, the mixing ratio, the intensity and intensity distribution of the magnetic field applied to the plasma, the etching time, and the like are listed. It is also conceivable to control by combining a plurality of these parameters.

【0037】また、本実施例に記載された処理方法で記
載された半導体製品には、本実施例の方法を適用しない
で製造された製品に比べて重要な利点がある。それは、
常にウエハの処理が一定の条件の範囲で行われるために
非常に再現性の良い処理を施されるため、製品間の性能
のばらつきがない、すなわち信頼性が高い製品となるの
である。したがって、製造時の歩留まりもよいためコス
トが低く、低価格の製品となる。
Further, the semiconductor product described by the processing method described in this embodiment has an important advantage as compared with a product manufactured without applying the method of this embodiment. that is,
Since the processing of the wafer is always performed within a certain range of conditions, the processing is performed with very high reproducibility, so that there is no variation in performance among products, that is, a highly reliable product. Therefore, since the yield at the time of manufacturing is good, the cost is low and the product is low in price.

【0038】本実施例ではプラズマインピーダンスをウ
エハの電位とマッチングボックス出口の電圧と電流値を
もとに計算により求め、この結果をもとにエッチングパ
ラメータを制御していたが、実際の利用法としては必ず
しもエッチングパラメータを制御するばかりではない。
例えば、エッチング状態の監視としてプラズマインピー
ダンスを利用することも考えられるし、場合によっては
ウエハの電位やマッチングボックスの出口の電圧や電流
をモニタし、この変化の情報で装置停止や装置メンテナ
ンスの時期を決定することも考えられる。例えば、ウエ
ハ電位をモニタしながらエッチング処理枚数を重ねてい
き、ある処理中に急激なウエハ電位の変化を認めた場
合、何らかの異常が起きたと容易に予想できる。つま
り、エッチング処理が正常に進行しているかどうかのモ
ニタとしても利用可能であり、この場合装置に異常が発
生したことが即座に判断できるのでウエハの無駄を最小
限に押さえることができる。
In the present embodiment, the plasma impedance is obtained by calculation based on the potential of the wafer and the voltage and current at the exit of the matching box, and the etching parameters are controlled based on the results. Does not necessarily only control the etching parameters.
For example, plasma impedance may be used to monitor the etching state.In some cases, the potential of the wafer or the voltage or current at the exit of the matching box is monitored, and information on the change is used to determine when to stop the apparatus or to maintain the apparatus. It is also conceivable to decide. For example, when the number of etching processes is repeated while monitoring the wafer potential, and a sudden change in the wafer potential is recognized during a certain process, it can be easily predicted that some abnormality has occurred. In other words, it can be used as a monitor of whether or not the etching process is proceeding normally. In this case, it is possible to immediately determine that an abnormality has occurred in the apparatus, and it is possible to minimize waste of the wafer.

【0039】また、本実施例では触針を支持する弾性部
材としてコイルばねを有する棒体を利用したが必ずしも
そうである必要はなく、板ばねを利用してもよい。重要
な点は触針が上下方向に弾性を有することと、触針全体
の位置を上下方向に本体側から任意に調節可能である点
である。
In this embodiment, a rod having a coil spring is used as the elastic member for supporting the stylus. However, this is not always necessary, and a leaf spring may be used. The important points are that the stylus has elasticity in the vertical direction, and that the position of the entire stylus can be arbitrarily adjusted in the vertical direction from the main body side.

【0040】さらに、本実施例ではウエハの電位を測定
するプローブはウエハ裏面に直接接触させるタイプのプ
ローブを使用したが、必ずしもこれだけに限るものでは
ない。例えば、静電容量型の非接触の電位計をウエハス
テージに埋め込んでおき、これによりウエハの電位を測
定する方法も考えられる。ただし、この場合にも電位計
の取り付け位置によりウエハの電圧の絶対値が変化する
ことが考えられるので、本実施例のように真空チャンバ
の外部から取り付け位置を調整できる構成とする必要が
ある。
Further, in this embodiment, the probe for measuring the potential of the wafer is a probe of a type that directly contacts the back surface of the wafer. However, the present invention is not limited to this. For example, a method in which a capacitance-type non-contact electrometer is embedded in a wafer stage and the potential of the wafer is measured using the non-contact electrometer may be considered. However, also in this case, since the absolute value of the voltage of the wafer may change depending on the mounting position of the electrometer, it is necessary to adopt a configuration in which the mounting position can be adjusted from outside the vacuum chamber as in this embodiment.

【0041】また、本実施例ではウエハからプラズマを
介したアースまでのインピーダンス(プラズマインピー
ダンス)を求めるためにウエハの電圧を実測していた。
しかしながら、インピーダンスやウエハの電圧を、等価
回路モデルとマッチングボックスの出口に連結した電極
の電圧43Veと電極に流れ込む電流44Ieから計算
で求めることも可能である。この方法は、ウエハ電位プ
ローブ24の触針がウエハ裏面で接触,摺動することに
より発生するウエハ裏面からの摩耗紛(異物)によるク
リーン度をも問題とするようなプロセスで有効な方法で
ある。例えば、ウエハ裏面に付着した異物がプラズマプ
ロセスの次に行われる処理(例えばウエット洗浄など)
でウエハの表面に転写されてしまう場合などがこれにあ
たる。以下説明する。
In this embodiment, the voltage of the wafer is actually measured in order to determine the impedance from the wafer to the ground via the plasma (plasma impedance).
However, it is also possible to calculate the impedance and the voltage of the wafer from the equivalent circuit model, the voltage 43Ve of the electrode connected to the exit of the matching box, and the current 44Ie flowing into the electrode. This method is effective in a process in which the degree of cleanliness due to abrasion powder (foreign matter) from the back surface of the wafer generated by the contact and sliding of the stylus of the wafer potential probe 24 on the back surface of the wafer is also an issue. . For example, foreign matter adhering to the back surface of the wafer is processed next to the plasma process (for example, wet cleaning).
This is the case where the data is transferred onto the surface of the wafer. This will be described below.

【0042】まず、電極の電圧43Veの時間変化にと
もなう波形Ve(t)と電流44Ieの時間変化にともな
う波形Ie(t)から取り込んだコンピュータの演算処理
により位相差θを求めておく。このときマッチングボッ
クス出口のインピーダンスを虚数表示してa+bjとお
く。ここで、 a=Z/(1+(tanθ)2)0.5、 b=Z*tanθ/(1+(tanθ)2)0.5、 Z=Ve/Ie となる。同様に、プラズマインピーダンスを虚数表示し
てc+djとおく。前述のプラズマインピーダンスZp
は虚数表示されたc+djの大きさであり、この場合
(c2+d2)0.5となる。このとき、マッチングボックス
出口からプラズマを介してアースまでの合成インピーダ
ンスZtotalは、抵抗成分39(R(Ω)とおく)と容
量成分40(Xc(Ω)とおく)を用いて下式で表せ
る。 Ztotal=(c+R*Xc2/(R2+Xc2))+(d−
2*Xc/(R2+Xc2))j この合成インピーダンスZtotalはマッチングボックス
出口でのインピーダンスa+bjと等しいので実数成分
と虚数成分を比較して下の式からc,dの値を求めるこ
とができる。 Z/(1+(tanθ)2)0.5=c+R*Xc2/(R2+Xc2) Z*tanθ/(1+(tanθ)2)0.5=d−R2*Xc/(R2
+Xc2) c,dの値が求められれば、プラズマインピーダンスZ
pとウエハ電位Vwは下式で計算される。 Zp=(c2+d2)0.5 Vw=Ie*Zp このような手順で計算することにより、ウエハの電圧V
wをプローブ24で測定する必要がなくなる。従って、
ウエハ電位プローブ24の触針がウエハ裏面で接触,摺
動することによりウエハ裏面からの摩耗紛(異物)が発
生し、それによりクリーン度が低下するということがな
くなる。ただし、本実施例ではデポ膜がウエハステージ
上に付着していくような場合には等価回路モデルの値そ
のものが変化してしまうことになるので正確でなくなる
という問題がある。しかし、ウエハステージの表面をプ
ラズマでクリーニングしながら処理を行うような、コン
ディションが一定に保てるような条件ではクリーンなプ
ラズマインピーダンスのモニタ方法として利用できる。
First, the phase difference θ is obtained by a computer arithmetic process which is obtained from the waveform Ve (t) of the electrode voltage 43Ve with time and the waveform Ie (t) of the current 44Ie with time. At this time, the impedance at the exit of the matching box is represented by an imaginary number and is set to a + bj. Here, a = Z / (1+ (tan θ) 2 ) 0.5 , b = Z * tan θ / (1+ (tan θ) 2 ) 0.5 , and Z = Ve / Ie. Similarly, the plasma impedance is represented by an imaginary number and is set to c + dj. The aforementioned plasma impedance Zp
Is the size of c + dj expressed as an imaginary number, in this case
(c 2 + d 2 ) 0.5 . At this time, the combined impedance Ztotal from the outlet of the matching box to the ground via the plasma can be expressed by the following equation using the resistance component 39 (R (Ω)) and the capacitance component 40 (Xc (Ω)). Ztotal = (c + R * Xc 2 / (R 2 + Xc 2)) + (d-
R 2 * Xc / (R 2 + Xc 2 )) j Since the total impedance Ztotal is equal to the impedance a + bj at the exit of the matching box, the real and imaginary components can be compared to obtain the values of c and d from the following equations. it can. Z / (1+ (tan θ) 2 ) 0.5 = c + R * Xc 2 / (R 2 + Xc 2 ) Z * tan θ / (1+ (tan θ) 2 ) 0.5 = d−R 2 * Xc / (R 2
+ Xc 2 ) If the values of c and d are obtained, the plasma impedance Z
p and the wafer potential Vw are calculated by the following equations. Zp = (c 2 + d 2 ) 0.5 Vw = Ie * Zp By calculating according to the above procedure, the voltage V of the wafer is obtained.
It is not necessary to measure w with the probe 24. Therefore,
The contact and sliding of the stylus of the wafer potential probe 24 on the back surface of the wafer does not cause wear powder (foreign matter) from the back surface of the wafer, thereby preventing the cleanness from being reduced. However, in the present embodiment, when the deposition film adheres to the wafer stage, the value of the equivalent circuit model itself changes, so that there is a problem that it is not accurate. However, it can be used as a method for monitoring a clean plasma impedance under conditions where the condition can be kept constant, such as processing while cleaning the surface of the wafer stage with plasma.

【0043】以上の方法によりウエハ電位Vwとプラズ
マインピーダンスZpを求め、利用するまでの流れを示
すフローチャートを図12に示す。まず、本実施例にお
ける、高周波電源(正確には電流・電圧プローブ)から
ウエハステージを介したアースまでの等価回路モデルを
図3に示すように決定する(ステップ120)。次に、
電流・電圧プローブからプラズマを介してアースまでの
合成インピーダンスを計算する(ステップ121)。次
に、電流・電圧プローブを用いてウエハ電位の波形Vw
(t),ウエハステージの電流の波形Ie(t)を測定し、
位相差を求める(ステップ122)。次に、これらの値
に基づき、電流・電圧プローブの位置でのインピーダン
スを計算する(ステップ123)。次に、先に計算して
おいた合成インピーダンスとステップ123で求めたイ
ンピーダンスを比較してプラズマインピーダンスZp,
ウエハ電位Vwを計算する(ステップ124)。最終的
には、利用者の判断により決定されるべきものである
が、ウエハ電位VwとプラズマインピーダンスZpを監
視する場合にはそれらを表示部80に表示し(ステップ
125)、プロセスパラメータを制御する場合にはプロ
セスパラメータの制御装置82に情報を送りプロセスパ
ラメータを制御する(ステップ126)。
FIG. 12 is a flow chart showing a flow from obtaining the wafer potential Vw and the plasma impedance Zp by the above method and using the same. First, an equivalent circuit model from the high-frequency power supply (more precisely, the current / voltage probe) to the ground via the wafer stage in this embodiment is determined as shown in FIG. 3 (step 120). next,
The combined impedance from the current / voltage probe to the ground via the plasma is calculated (step 121). Next, using a current / voltage probe, the waveform Vw of the wafer potential
(t), the current waveform Ie (t) of the wafer stage is measured,
A phase difference is obtained (step 122). Next, based on these values, the impedance at the position of the current / voltage probe is calculated (step 123). Next, a comparison is made between the previously calculated combined impedance and the impedance determined in step 123 to determine the plasma impedance Zp,
The wafer potential Vw is calculated (Step 124). Ultimately, it should be determined by the user's judgment, but when monitoring the wafer potential Vw and the plasma impedance Zp, they are displayed on the display unit 80 (step 125) to control the process parameters. In this case, information is sent to the process parameter controller 82 to control the process parameters (step 126).

【0044】以上の方法では、電極に流れ込む電流Ie
を必ず測定することになるが、Ieを計算により求めプ
ラズマインピーダンスを計算することも可能である。こ
の場合には、ウエハ電位プローブでウエハの電圧波形V
w(t)と電極の電圧波形Ve(t)を求め、誘電膜部のイ
ンピーダンスZmから回路を流れる電流波形Ie(t)を
計算すればよい。この時、誘電膜部のインピーダンスZ
dと電流波形Ie(t)は下式で計算できる。 Zd=RXc2/(Xc2+R2)−jXcR2/(Xc2
2) Ie(t)=(Vw(t)−Ve(t))/Zd この結果から、プラズマインピーダンスZpは下式で計
算される。 Zp=Vw/Ie 以上プラズマインピーダンスの計算の方法を3通り示し
たが、いずれの手法によるかはプロセスなどに応じて適
宜選択すればよい。
In the above method, the current Ie flowing into the electrode
Is always measured, but it is also possible to obtain Ie by calculation and calculate the plasma impedance. In this case, the voltage waveform V of the wafer is
The current waveform Ie (t) flowing through the circuit may be calculated based on w (t) and the voltage waveform Ve (t) of the electrode, and the impedance Zm of the dielectric film. At this time, the impedance Z of the dielectric film portion
d and the current waveform Ie (t) can be calculated by the following equation. Zd = RXc 2 / (Xc 2 + R 2) -jXcR 2 / (Xc 2 +
From R 2) Ie (t) = (Vw (t) -Ve (t)) / Zd result, the plasma impedance Zp is calculated by the following equation. Zp = Vw / Ie Although three methods of calculating the plasma impedance have been described above, which method may be appropriately selected according to the process or the like.

【0045】以上の方法によりウエハ電位Vwとプラズ
マインピーダンスZpを求め、利用するまでの流れを示
すフローチャートを図14に示す。まず、等価回路モデ
ルを図3のように決定する(ステップ140)。次に、
ウエハ電位プローブと電流・電圧プローブによりウエハ
の電圧波形Vw(t)とウエハステージの電圧波形Ve
(t)を測定する(ステップ141)。次に、等価回路モ
デルとステップ141で求めた電圧波形からウエハステ
ージの電流の波形Ie(t)を計算する(ステップ14
2)。次に、プラズマインピーダンスZpを計算する
(ステップ143)。最終的には、利用者の判断により
決定されるべきものであるが、ウエハ電位Vwとプラズ
マインピーダンスZpを監視する場合には表示部80に
表示し(ステップ145)、プロセスパラメータを制御
する場合にはプロセスパラメータの制御装置82に情報
を送りプロセスパラメータを制御する(ステップ14
6)。
FIG. 14 is a flow chart showing a flow from obtaining the wafer potential Vw and the plasma impedance Zp by the above-described method to using the same. First, an equivalent circuit model is determined as shown in FIG. 3 (step 140). next,
Wafer voltage waveform Vw (t) and wafer stage voltage waveform Ve by wafer potential probe and current / voltage probe
(t) is measured (step 141). Next, the current waveform Ie (t) of the wafer stage is calculated from the equivalent circuit model and the voltage waveform obtained in step 141 (step 14).
2). Next, the plasma impedance Zp is calculated (step 143). Ultimately, it should be determined by the user's judgment. However, when monitoring the wafer potential Vw and the plasma impedance Zp, they are displayed on the display unit 80 (step 145), and when the process parameters are controlled. Sends information to the process parameter controller 82 to control the process parameters (step 14).
6).

【0046】また、逆にウエハ電位プローブによりウエ
ハの電位を実測しながら、前述した等価回路モデルによ
りウエハの電位を計算すれば、ウエハステージの誘電膜
表面のデポの状態を表示部80することが可能となる。
図13を用いて手順を説明する。まず、ウエハ電位プロ
ーブでウエハ電位Vwを測定する(ステップ130)。
次に、電流・電圧プローブでウエハステージの電流波形
Ie(t)と電圧波形Ve(t)を測定し、位相差θを求め
る(ステップ131)。次に、図3の等価回路モデルを
用いてIe,Ve,θからウエハの電圧Vw′を計算す
る(ステップ132)。次に、先にウエハ電位プローブ
で測定したウエハ電圧Vwと計算で求めたウエハ電圧V
w′の差Vw−Vw′を求める(ステップ133)。も
し、誘電膜の表面にデポ膜が付着したり、誘電膜の表面
がエッチングされて減少しているということがなく、問
題がない状態であれば、ウエハ電位プローブで測定され
たウエハの電位と等価回路により計算で求めたウエハ電
位はほぼ一致するのでVw−Vw′は0に近い値とな
る。具体的にはあらかじめVw−Vw′の値の範囲を決
めておき、一定の範囲内であればウエハ電位Vwとプラ
ズマインピーダンスZpを出力する。この場合、誘電膜
は問題無いことがわかる。もし、誘電膜表面にデポ膜が
付着して膜厚が増加したり、エッチングされて膜厚が減
少している場合、VwとVw′の差は一定の範囲を超え
た値となる。この場合は、等価回路モデルの誘電膜の容
量40の値CをΔCだけ変化させて(ステップ13
4)、この変化させた誘電膜の容量40の値C′(=C
+ΔC)に基づき再度Vw′を計算しVw−Vw′を求
める(ステップ132)。この再度求めた値Vw′が前
述したようにあらかじめ決めておいた範囲内に入った場
合、ΔCとVwとZpを得て、判定を行う(ステップ1
35)。即ち、この場合のΔCの値が正の場合は、誘電
膜の表面がエッチングされて膜厚が減少した場合であ
り、ΔCの値が負の値の場合には誘電膜の表面にデポ膜
が付着して膜厚が厚くなったと判断できる。以上のよう
に、誘電膜のデポ膜モニタとして利用することも可能で
ある。なお、この処理は図6の実施例においても適用可
能である。また、本実施例では等価回路モデルとしてウ
エハステージの誘電膜の抵抗成分と容量成分のみを考慮
したが必ずしもこれに限るものでなく、ウエハステージ
と高周波電源間のインダクタンス成分や、ウエハステー
ジと例えば真空チャンバの壁の間の容量成分などを盛り
込んでもよい。この場合、より詳細なプラズマインピー
ダンスの計算を行うことができ、結果的にプラズマ処理
のモニタの精度や再現性の向上につながる効果が期待で
きる。
Conversely, if the potential of the wafer is calculated by the above-described equivalent circuit model while the potential of the wafer is actually measured by the wafer potential probe, the state of the deposit on the surface of the dielectric film on the wafer stage can be displayed on the display section 80. It becomes possible.
The procedure will be described with reference to FIG. First, a wafer potential Vw is measured by a wafer potential probe (step 130).
Next, the current waveform Ie (t) and the voltage waveform Ve (t) of the wafer stage are measured by the current / voltage probe, and the phase difference θ is obtained (step 131). Next, the wafer voltage Vw 'is calculated from Ie, Ve, and θ using the equivalent circuit model of FIG. 3 (step 132). Next, the wafer voltage Vw previously measured by the wafer potential probe and the wafer voltage V
The difference Vw-Vw 'of w' is obtained (step 133). If there is no problem without the deposition film being attached to the surface of the dielectric film or the surface of the dielectric film being etched and reduced, the potential of the wafer measured by the wafer potential probe is compared with the potential of the wafer. Since the wafer potentials calculated by the equivalent circuit substantially match, Vw-Vw 'takes a value close to zero. Specifically, the range of the value of Vw-Vw 'is determined in advance, and if within a certain range, the wafer potential Vw and the plasma impedance Zp are output. In this case, it is understood that the dielectric film has no problem. If the film thickness increases due to the deposition of the deposition film on the surface of the dielectric film, or the film thickness decreases due to etching, the difference between Vw and Vw 'exceeds a certain range. In this case, the value C of the capacitance 40 of the dielectric film in the equivalent circuit model is changed by ΔC (step 13).
4), the changed value C '(= C
Vw 'is calculated again based on (+ ΔC) to obtain Vw-Vw' (step 132). When the re-determined value Vw 'falls within the predetermined range as described above, a determination is made by obtaining ΔC, Vw, and Zp (step 1).
35). That is, when the value of ΔC in this case is positive, it means that the surface of the dielectric film is etched and the film thickness is reduced, and when the value of ΔC is negative, the deposition film is formed on the surface of the dielectric film. It can be determined that the film thickness has increased due to the adhesion. As described above, it can be used as a dielectric film monitor for a dielectric film. This processing is also applicable to the embodiment shown in FIG. Further, in the present embodiment, only the resistance component and the capacitance component of the dielectric film of the wafer stage are considered as the equivalent circuit model. However, the present invention is not limited to this, and the inductance component between the wafer stage and the high-frequency power source, and the wafer stage and the vacuum A capacity component or the like between the walls of the chamber may be included. In this case, more detailed calculation of the plasma impedance can be performed, and as a result, the effect of improving the accuracy and reproducibility of the monitor of the plasma processing can be expected.

【0047】以上、第一の実施例は、プラズマ処理によ
り処理室内壁の状態が変化しない条件か、もしくはクリ
ーニングにより一定の条件を保たれている場合には成立
するが、処理室内壁にデポ膜などが形成されるような条
件では問題となる場合がある。しかし、そのような場合
でも本実施例を発展させた構成とすることにより問題を
回避することができる。以下に説明する。
As described above, the first embodiment holds when the condition of the inner wall of the processing chamber is not changed by the plasma processing or when a certain condition is maintained by the cleaning. There may be a problem under the condition that such a condition is formed. However, even in such a case, the problem can be avoided by adopting a configuration developed from this embodiment. This will be described below.

【0048】図4に本発明の第二の実施例の構成を示
す。図5は、第二実施例における、高周波電源(正確に
は電流・電圧プローブ)からウエハステージを介したア
ースまでの等価回路モデルを示す。本実施例では真空チ
ャンバの内壁に付着膜65が付着するプロセスにおいて
実施している。この付着膜のために、ウエハからアース
までのインピーダンスが変化するため、第一の実施例の
方法ではプラズマインピーダンスを正確に求めることが
できない。そこで本実施例では付着膜のインピーダンス
を求めるため、第一の実施例の装置構成に加え、処理中
のプラズマの電位を測定する膜厚プローブ63,膜厚プ
ローブ63により測定された電位等の信号に基づき膜厚
を計算する演算回路64を設けている。膜厚プローブ6
3と演算回路64で膜厚プローブ部を構成する。なお、
演算回路64はコンピュータ18内に設けても良い。膜
厚プローブとしては、例えば水晶振動子式膜厚測定器や
干渉波等を利用した光学式膜厚測定器などが挙げられ
る。膜厚プローブを用いれば真空チャンバ内壁に付着し
ている膜の厚みを測定することができ、この膜の厚さか
ら付着膜の静電容量67とインピーダンスを計算するこ
とができる。例えば、比誘電率がεの付着膜が厚みTで
面積Sの領域に付着している場合、真空の誘電率をε0
とすると、容量Cmはεε0S/T となる。高周波電源
13の周波数がfの場合、膜のインピーダンスZmは1
/2πfCmとなる。このときのプラズマインピーダン
スZpをc+djとおくと、ウエハからアースまでの合
成インピーダンスはc+(d−Zm)jとおける。等価回
路モデルより抵抗成分39(R(Ω)とおく)と容量成分
40(Xc(Ω)とおく)との合成インピーダンスZtota
lは下式で表せる。 Ztotal=(c+R*Xc2/(R2+Xc2))+(d−
Zm−R2*Xc/(R2+Xc2))j これが電流・電圧プローブで測定されたインピーダンス
と同じであるので、実数成分と虚数成分を比較して下式
よりc,dの値を求めることができる。マッチングボッ
クス出口のインピーダンスは第一の実施例と同様にa+
bjと表記した場合以下のように表せる。 a=Z/(1+(tanθ)2)0.5、 b=Z*tanθ/(1+(tanθ)2)0.5、 Z=Ve/Ie したがって、実数成分と虚数成分を比較し低下の式を解
くことによりc,dが求められる。 Z/(1+(tanθ)2)0.5=c+R*Xc2/(R2+X
2) Z*tanθ/(1+(tanθ)2)0.5=d−Zm−R2*Xc
/(R2+Xc2) この時のプラズマインピーダンスの大きさは(c2+d2)
0.5 で計算することができる。したがって、第一の実施
例に加え付着膜の厚みを計測する機能を付加すれば、処
理室内壁に付着物が付着してしまいプラズマの状態が変
化してしまう場合であっても正確にプラズマインピーダ
ンスを計算することができ、プラズマの状態をモニタす
ることができる。また、ウエハの電位はウエハ電位プロ
ーブにより直接測定するか、電流・電圧プローブの測定
結果と等価回路モデルにより計算で求めることができる
ために、これらの情報にもとづきウエハの電位を制御す
ればウエハに入射するイオンのエネルギを制御すること
ができる。
FIG. 4 shows the configuration of the second embodiment of the present invention. FIG. 5 shows an equivalent circuit model from a high-frequency power supply (more precisely, a current / voltage probe) to ground via a wafer stage in the second embodiment. In this embodiment, the process is performed in a process in which the adhesion film 65 adheres to the inner wall of the vacuum chamber. Since the impedance from the wafer to the ground changes due to the deposited film, the method of the first embodiment cannot accurately determine the plasma impedance. Therefore, in this embodiment, in order to obtain the impedance of the deposited film, in addition to the apparatus configuration of the first embodiment, a signal such as a film thickness probe 63 for measuring the potential of the plasma being processed and a signal such as the potential measured by the film thickness probe 63 An arithmetic circuit 64 for calculating the film thickness based on the calculation is provided. Thickness probe 6
3 and the arithmetic circuit 64 constitute a film thickness probe section. In addition,
The arithmetic circuit 64 may be provided in the computer 18. Examples of the film thickness probe include a quartz crystal film thickness meter and an optical film thickness meter using an interference wave. Using a film thickness probe, the thickness of the film adhering to the inner wall of the vacuum chamber can be measured, and the capacitance 67 and impedance of the adhering film can be calculated from the thickness of the film. For example, when an adhesion film having a relative dielectric constant of ε is attached to a region having a thickness T and an area S, the vacuum dielectric constant is set to ε 0.
If you, capacitance Cm becomes εε 0 S / T. When the frequency of the high frequency power supply 13 is f, the impedance Zm of the film is 1
/ 2πfCm. If the plasma impedance Zp at this time is c + dj, the combined impedance from the wafer to the ground can be c + (d−Zm) j. According to the equivalent circuit model, a combined impedance Ztota of the resistance component 39 (R (Ω)) and the capacitance component 40 (Xc (Ω))
l can be expressed by the following equation. Ztotal = (c + R * Xc 2 / (R 2 + Xc 2)) + (d-
Zm−R 2 * Xc / (R 2 + Xc 2 )) j Since this is the same as the impedance measured by the current / voltage probe, the real component and the imaginary component are compared to obtain the values of c and d from the following formula. be able to. The impedance at the exit of the matching box is a + as in the first embodiment.
When expressed as bj, it can be expressed as follows. a = Z / (1+ (tan θ) 2 ) 0.5 , b = Z * tan θ / (1+ (tan θ) 2 ) 0.5 , Z = Ve / Ie Therefore, by comparing the real number component and the imaginary number component, solving the drop equation c and d are obtained. Z / (1+ (tan θ) 2 ) 0.5 = c + R * Xc 2 / (R 2 + X
c 2 ) Z * tan θ / (1+ (tan θ) 2 ) 0.5 = d−Zm−R 2 * Xc
/ (R 2 + Xc 2 ) The magnitude of the plasma impedance at this time is (c 2 + d 2 )
It can be calculated with 0.5 . Therefore, if the function of measuring the thickness of the adhered film is added to the first embodiment, the plasma impedance can be accurately measured even when the adhered substance adheres to the inner wall of the processing chamber and the state of the plasma changes. Can be calculated, and the state of the plasma can be monitored. In addition, since the wafer potential can be measured directly by a wafer potential probe or calculated by an equivalent circuit model and the measurement result of the current / voltage probe, controlling the wafer potential based on such information allows the wafer potential to be measured. The energy of the incident ions can be controlled.

【0049】以上の方法によりウエハ電位Vwとプラズ
マインピーダンスZpを求め、利用するまでの流れを示
すフローチャートを図15に示す。まず、膜厚プローブ
63の出力に基づき、処理室内壁に付着したデポ膜の厚
みを測定する(ステップ150)。次に、デポ膜のインピー
ダンスを計算する(ステップ151)。次に、等価回路
モデルを決定するステップ152)。次に、電流・電圧
プローブからプラズマ,デポ膜を介してアースまでの合
成インピーダンスを計算する(ステップ153)。次に、
電流・電圧プローブを用いてウエハ電位の波形Vw
(t),ウエハステージの電流の波形Ie(t)を測定し、
位相差を求める(ステップ154)。次に、電流・電圧
プローブの位置でのインピーダンスを計算する(ステッ
プ155)。次に、先に計算しておいた合成インピーダ
ンスとステップ155で求めたインピーダンスを比較し
てプラズマインピーダンスZp、ウエハ電位Vwを計算
する(ステップ156)。最終的には、利用者の判断に
より決定されるべきものであるが、ウエハ電位Vwとプ
ラズマインピーダンスZpを監視する場合には表示部8
0に表示し(ステップ157)、プロセスパラメータを
制御する場合にはプロセスパラメータの制御装置82に
情報を送りプロセスパラメータを制御する(ステップ1
58)。
FIG. 15 is a flow chart showing a flow from obtaining the wafer potential Vw and the plasma impedance Zp by the above-described method to using the same. First, based on the output of the film thickness probe 63, the thickness of the deposited film adhered to the inner wall of the processing chamber is measured (step 150). Next, the impedance of the deposition film is calculated (step 151). Next, an equivalent circuit model is determined (step 152). Next, a combined impedance from the current / voltage probe to the ground via the plasma and the deposition film is calculated (step 153). next,
Wafer potential waveform Vw using current / voltage probe
(t), the current waveform Ie (t) of the wafer stage is measured,
A phase difference is obtained (step 154). Next, the impedance at the position of the current / voltage probe is calculated (step 155). Next, the plasma impedance Zp and the wafer potential Vw are calculated by comparing the previously calculated combined impedance with the impedance obtained in step 155 (step 156). Ultimately, it should be determined by the user's judgment. However, when monitoring the wafer potential Vw and the plasma impedance Zp, the display unit 8
0 (step 157), and when controlling the process parameters, information is sent to the process parameter controller 82 to control the process parameters (step 1).
58).

【0050】したがって、本実施例では第一の実施例と
同様にプラズマインピーダンスをもとに各種の処理パラ
メータを制御することができ、再現性の良い製造装置を
提供することができる。また、この処理方法で製造され
た製品は第一の実施例同様、低価格で性能が安定してい
るという特徴がある。
Therefore, in this embodiment, various processing parameters can be controlled based on the plasma impedance as in the first embodiment, and a manufacturing apparatus with good reproducibility can be provided. Further, the product manufactured by this processing method has a feature that the performance is stable at a low price as in the first embodiment.

【0051】さらに、本実施例の場合に期待できる第一
の実施例とは異なる効果を説明する。処理室内壁に膜が
付着するプロセスでは、処理を重ねていくと膜の厚みが
徐々に厚くなっていく。この膜はある一定の厚みに達す
ると膜応力により剥がれ落ち、これがウエハ上に乗ると
製品不良を引き起こすことがあり問題となる。これに対
して、本実施例に示す方法で付着膜の厚みを監視すれ
ば、クリーニング時期を容易に決定可能となり、異物に
より製品不良を出さずにすむ効果がある。
Further, effects different from those of the first embodiment which can be expected in this embodiment will be described. In a process in which a film adheres to the inner wall of the processing chamber, as the process is repeated, the thickness of the film gradually increases. When this film reaches a certain thickness, it peels off due to film stress, and when this film is put on a wafer, it may cause a product defect, which is a problem. On the other hand, if the thickness of the adhered film is monitored by the method described in the present embodiment, the cleaning time can be easily determined, and there is an effect of preventing a product defect from being caused by foreign matter.

【0052】次に図6に本発明の第三の実施例の構成を
示す。本実施例では、第一の実施例のウエハステージの
周囲を囲うようにサセプタ45を配置した構成となって
いる。このサセプタ45はセラミックス製のカバーの表
面にドーナツ状のシリコンプレート46をプラズマ4に
対向する面に取り付けた構成となっている。また、シリ
コンプレート46は他の部品と電気的に絶縁47された
給電棒48に接続されており、真空チャンバの外部に設
けられた容量可変コンデンサ49を介してマッチングボ
ックス14出口の給電部に接続されている。また、シリ
コンプレートの裏面側には電気的に接続した端子50が
設けてあり、この端子50は他の部品と電気的に絶縁さ
れたソケット部51を有するサセプタ電位プローブ66
に連結し、真空チャンバの外側に引き出され第一の実施
例同様コンピュータ18に取り込まれる。したがって、
このサセプタ電位プローブの芯線の電位を電圧計で計測
すれば処理中のシリコンプレート46の電圧を測定する
ことができる。また、シリコンプレートの電圧を測定す
るためにはこのような構成とするほかに、シリコンプレ
ートに連結した給電棒48の電圧を計測してもよい。サ
セプタ表面にシリコンプレートを配置する理由は、酸化
膜のエッチング処理などでフッ素系のガスを使用した場
合に、ウエハ面内に発生するフッ素ラジカル分布の不均
一を解消するためである。すなわち、プラズマ中のフッ
素ラジカルがウエハ中のシリコンと反応してエッチング
が進行しているわけであるが、実際にウエハが存在して
いる領域とサセプタのようにシリコンが存在していない
領域では消費されるフッ素ラジカルの量に差があるた
め、ウエハの中心付近と外周付近ではフッ素ラジカルの
量が異なりエッチングレートに差が出てしまうのであ
る。そこで、サセプタ上にもシリコンを配置することに
より、フッ素ラジカルをウエハの存在する領域と同程度
消費して均一分布とするのである。52は給電棒に高周
波電圧を印加したことにより異常放電が発生しないよう
にするためのアース部材である。
FIG. 6 shows the configuration of a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the susceptor 45 is arranged so as to surround the periphery of the wafer stage of the first embodiment. The susceptor 45 has a configuration in which a donut-shaped silicon plate 46 is attached to the surface of a ceramic cover facing the plasma 4. The silicon plate 46 is connected to a power supply rod 48 electrically insulated 47 from other components, and is connected to a power supply section at the exit of the matching box 14 via a variable capacitance capacitor 49 provided outside the vacuum chamber. Have been. A terminal 50 electrically connected to the back surface of the silicon plate is provided, and the terminal 50 is a susceptor potential probe 66 having a socket portion 51 electrically insulated from other components.
And pulled out of the vacuum chamber and taken into the computer 18 as in the first embodiment. Therefore,
If the potential of the core wire of the susceptor potential probe is measured with a voltmeter, the voltage of the silicon plate 46 during processing can be measured. Further, in order to measure the voltage of the silicon plate, in addition to the above configuration, the voltage of the power supply rod 48 connected to the silicon plate may be measured. The reason for disposing the silicon plate on the susceptor surface is to eliminate the non-uniform distribution of fluorine radicals generated in the wafer surface when a fluorine-based gas is used for the etching process of an oxide film or the like. In other words, the fluorine radicals in the plasma react with the silicon in the wafer to progress the etching. However, the consumption occurs in the region where the wafer actually exists and in the region where the silicon does not exist such as the susceptor. Since there is a difference in the amount of fluorine radicals to be performed, the amount of fluorine radicals differs near the center and the periphery of the wafer, resulting in a difference in the etching rate. Therefore, by arranging silicon also on the susceptor, the fluorine radicals are consumed to the same extent as the region where the wafer is present, so that a uniform distribution is obtained. Reference numeral 52 denotes a grounding member for preventing abnormal discharge from occurring when a high-frequency voltage is applied to the power supply rod.

【0053】本実施例ではウエハ中心領域と外周付近の
フッ素ラジカルの分布を積極的に制御するために、コン
デンサ49の容量を変化させてマッチングボックスから
供給されるバイアス電力をウエハステージとサセプタ上
のシリコンプレートに適切に分配している。以下に本実
施例でのウエハ上のプラズマインピーダンスの求めかた
と、バイアス電力の分配方法を説明する。
In this embodiment, the bias power supplied from the matching box is changed by changing the capacitance of the capacitor 49 so as to positively control the distribution of fluorine radicals in the central region of the wafer and in the vicinity of the outer periphery. Distribute properly to silicon plate. Hereinafter, a method of obtaining the plasma impedance on the wafer and a method of distributing the bias power in the present embodiment will be described.

【0054】図7に本発明の第三の実施例の等価回路モ
デル図を示す。本等価回路モデルではアース部材52や
シリコンプレート46を追加したために第一の実施例の
等価回路モデルよりも若干複雑になっている。例えば、
53は電極とアース部材間に存在している空間の静電容
量成分、54はシリコンプレートに連結した容量可変の
コンデンサ49の容量成分、55はウエハとシリコンプ
レート46間の静電容量成分である。これらの静電容量
成分40,53,55の値は実際の装置構成で、ウエハ
ステージに印加するバイアス電圧と同じ周波数の高周波
電圧を印加した場合について容量センサを用いて実験に
より求めることができる。本実施例では実際に容量を測
定したところ、800kHz時には40は3nF、53
は0.3nF、55は0.1nF であった。このような
等価回路をあらかじめ把握している場合、ウエハ上のプ
ラズマインピーダンス56Zwとシリコンプレート上の
プラズマインピーダンス57Zsは以下に示す手順で計
算できる。まず、マッチングボックスの出口と電極の間
に設けられた電流・電圧プローブ17により、電極の電
圧(この場合はウエハステージの電位に等しい)43の波
形Ve(t)とマッチングボックスから流れ出ている電流
44の波形Ie(t)を測定する。次に、第一の実施例の
プローブと同一のウエハ電位プローブ24を用いて処理
中のウエハ電圧波形Vw(t)を測定する。また、端子5
0の電圧を電圧計により測定することで処理中のシリコ
ンプレートの電位58の波形Vs(t)が求まる。電流4
4Ie(t)の内、シリコンプレート側に流れ込む電流5
9Is(t)は、コンデンサ54のインピーダンスをZc
とすると下式で求められる。 Is(t)=(Vs(t)−Ve(t))/Zc ここで、インピーダンスZcはバイアス電圧の周波数と
コンデンサ54の容量から容易に計算できる。また、容
量53を介してアースに流れる電流は、容量53のイン
ピーダンスをZとすると、Ve(t)/Zで計算できる。
FIG. 7 shows an equivalent circuit model diagram of the third embodiment of the present invention. This equivalent circuit model is slightly more complicated than the equivalent circuit model of the first embodiment because the ground member 52 and the silicon plate 46 are added. For example,
53 is a capacitance component of a space existing between the electrode and the earth member, 54 is a capacitance component of a variable capacitance capacitor 49 connected to the silicon plate, and 55 is a capacitance component between the wafer and the silicon plate 46. . The values of the capacitance components 40, 53, and 55 can be obtained by experiments using a capacitance sensor when a high-frequency voltage having the same frequency as the bias voltage applied to the wafer stage is applied in an actual apparatus configuration. In this example, when the capacitance was actually measured, 40 was 3 nF, 53 at 800 kHz.
Was 0.3 nF and 55 was 0.1 nF. When such an equivalent circuit is known in advance, the plasma impedance 56Zw on the wafer and the plasma impedance 57Zs on the silicon plate can be calculated by the following procedure. First, the waveform Ve (t) of the electrode voltage (in this case, equal to the potential of the wafer stage) 43 and the current flowing out of the matching box are measured by the current / voltage probe 17 provided between the exit of the matching box and the electrode. The waveform Ie (t) at 44 is measured. Next, the wafer voltage waveform Vw (t) during processing is measured using the same wafer potential probe 24 as the probe of the first embodiment. Also, terminal 5
By measuring the voltage of 0 with a voltmeter, the waveform Vs (t) of the potential 58 of the silicon plate being processed is obtained. Current 4
Current flowing into the silicon plate side of 4Ie (t) 5
9Is (t) indicates the impedance of the capacitor 54 as Zc
Then, it is obtained by the following equation. Is (t) = (Vs (t) -Ve (t)) / Zc Here, the impedance Zc can be easily calculated from the frequency of the bias voltage and the capacitance of the capacitor 54. The current flowing to the ground via the capacitor 53 can be calculated by Ve (t) / Z, where Z is the impedance of the capacitor 53.

【0055】したがって、電流44Ie(t)の内、ウエ
ハ側に流れる電流値60Iw(t)は下式で求められる。 Iw(t)=Ie(t)−Is(t)−Ve(t)/Z また、ウエハとシリコンプレート間で流れる電流61I
ws(t)はウエハとシリコンプレート間のインピーダン
スをZwsとすると下式で求められる。 Iws(t)=(Vw(t)−Vs(t))/Zws 以上より、ウエハ上のプラズマインピーダンス56Zw
とシリコンプレート上のプラズマインピーダンス57Z
sに流れ込む電流値62Izw(t),63Izs(t)は下
式のように求められる。 Izw(t)=Iw(t)−Iws(t) Izs(t)=Is(t)+Iws(t) また、電圧Vw(t),Vs(t)はそれぞれ測定されてい
るので、Zw,Zsはそれぞれ下式で求められる。 Zw=Vw(t)/Izw(t) Zs=Vs(t)/Izs(t) また、本構成では容量可変コンデンサ54の容量を変化
させることによりウエハとシリコンプレートに印加され
るバイアス電力を任意に変化させることができる。した
がって、酸化膜のエッチングではフッ素ラジカルの消費
を制御することができるのでエッチングのウエハ面内分
布を制御することができる。また、処理中のウエハとシ
リコンプレートの電位とプラズマを介したアースまでの
インピーダンスを同時に計測することできるので、この
信号をもとにエッチング条件を制御することが可能とな
る。
Therefore, of the current 44Ie (t), the current value 60Iw (t) flowing on the wafer side is obtained by the following equation. Iw (t) = Ie (t) -Is (t) -Ve (t) / Z Also, the current 61I flowing between the wafer and the silicon plate
ws (t) is obtained by the following equation, where Zws is the impedance between the wafer and the silicon plate. Iws (t) = (Vw (t) -Vs (t)) / Zws From the above, the plasma impedance 56Zw on the wafer is obtained.
And plasma impedance 57Z on silicon plate
The current values 62Izw (t) and 63Izs (t) flowing into s are obtained by the following equations. Izw (t) = Iw (t) −Iws (t) Izs (t) = Is (t) + Iws (t) Since the voltages Vw (t) and Vs (t) are measured, respectively, Zw and Zs Are respectively obtained by the following equations. Zw = Vw (t) / Izw (t) Zs = Vs (t) / Izs (t) In this configuration, by changing the capacitance of the variable capacitor 54, the bias power applied to the wafer and the silicon plate can be arbitrarily set. Can be changed to Therefore, in the etching of the oxide film, the consumption of fluorine radicals can be controlled, so that the etching distribution in the wafer surface can be controlled. Further, since the potentials of the wafer and the silicon plate being processed and the impedance to the ground via the plasma can be measured at the same time, the etching conditions can be controlled based on this signal.

【0056】以上の方法によりプラズマインピーダンス
ZwとZs、およびウエハ電位Vwとサセプタ電位Vs
を求め、利用するまでの流れを示すフローチャートを図
16に示す。まず、図7に示す本実施例における等価回
路モデルを決定する(ステップ160)。次に、ウエハ
電位プローブとサセプタ電位プローブ、および電流・電
圧プローブによりウエハの電圧波形Vw(t)とサセプタ
の電圧波形Vs(t)、およびウエハステージの電流波形
Ie(t),電圧波形Ve(t)を測定する(ステップ16
1)。次に、ウエハからプラズマに流れ込む電流波形I
zw(t)とサセプタからプラズマに流れ込む電流波形I
zs(t)を計算する(ステップ162)。次に、プラズ
マインピーダンスZw,Zsを計算する(ステップ16
3)。最終的には、利用者の判断により決定されるべき
ものであるが、ウエハ電位Vwとサセプタ電位Vs、お
よびプラズマインピーダンスZw,Zsを監視する場合
には表示部80に表示し(ステップ165)、プロセス
パラメータを制御する場合にはプロセスパラメータの制
御装置82に情報を送りプロセスパラメータを制御する
(ステップ166)。
The plasma impedance Zw and Zs, the wafer potential Vw and the susceptor potential Vs
Is shown in FIG. First, an equivalent circuit model in the present embodiment shown in FIG. 7 is determined (step 160). Next, the voltage waveform Vw (t) of the wafer, the voltage waveform Vs (t) of the susceptor, the current waveform Ie (t) of the wafer stage, and the voltage waveform Ve ( t) is measured (step 16)
1). Next, the current waveform I flowing into the plasma from the wafer
zw (t) and the current waveform I flowing into the plasma from the susceptor
zs (t) is calculated (step 162). Next, the plasma impedances Zw and Zs are calculated (step 16).
3). Ultimately, it should be determined by the user's judgment, but when monitoring the wafer potential Vw, the susceptor potential Vs, and the plasma impedances Zw, Zs, they are displayed on the display unit 80 (step 165). If the process parameters are to be controlled, information is sent to the process parameter controller 82 to control the process parameters (step 166).

【0057】フッ素系のガスを用いて酸化膜のエッチン
グを行っていた場合に、実際に適用した一例を説明す
る。処理中のウエハ電位,シリコンプレート電位,ウエ
ハ上のプラズマインピーダンス,シリコンプレート上の
プラズマインピーダンスを同時にモニタしながらエッチ
ング処理を連続して行っていたところ、ある処理枚数経
過後からシリコンプレートの電位が徐々に上昇する現象
がみられた。過去の経験から、電位が上昇しはじめた処
理枚数程度ではシリコンプレートに僅かずつではあるが
デポ物が付着している可能性が高いことがわかっていた
ので、この場合容量可変コンデンサの容量を大きくし
て、電極に印加した高周波バイアスの内シリコンプレー
トにより大きな電力を投入させてデポ物をクリーニング
した。その結果、通常の処理条件にすばやく復帰するこ
とができた。この例では、従来の方法ではエッチング不
良が発生してから初めて原因を調査し、対策するという
手順を踏んでいたために、時間がかかるほか無駄になっ
たウエハのコストが製造コストに影響する問題があった
が、本実施例ではエッチングをしながらエッチングの進
行状況を把握することができ、すばやく対応できる利点
がある。したがって、装置稼働率が高く製造コストも低
く押さえることが可能となる。
An example in which the oxide film is etched by using a fluorine-based gas will be described below. While the etching process was continuously performed while simultaneously monitoring the wafer potential during processing, the silicon plate potential, the plasma impedance on the wafer, and the plasma impedance on the silicon plate, the potential of the silicon plate gradually increased after a certain number of processed wafers. Phenomena. From past experience, it was known that the possibility of deposits adhering to the silicon plate was high, albeit little by little, at the number of processed wafers at which the potential began to rise.In this case, the capacity of the variable capacitor was increased. Then, of the high-frequency bias applied to the electrode, a larger power was applied to the silicon plate to clean the deposited material. As a result, it was possible to quickly return to normal processing conditions. In this example, the conventional method takes a procedure of investigating the cause for the first time after the occurrence of an etching defect and taking a countermeasure, so that it takes time and the cost of wasted wafers affects the manufacturing cost. However, this embodiment has an advantage that the progress of the etching can be grasped while the etching is being performed, so that it is possible to respond quickly. Therefore, it is possible to keep the operation rate of the device high and the manufacturing cost low.

【0058】さらに、エッチング中のプラズマインピー
ダンスや、ウエハやシリコンサセプタの電圧をモニタし
ていて急激な変化を観察した場合には何らかの問題が発
生している可能性が高いが、このような場合にもすぐに
装置を停止させるなどの処置を行うことができるのでウ
エハの無駄を最小限に押さえることができる。すなわち
装置稼働率を向上させ、製造コストを低減する効果を期
待することができる。
Further, if a sudden change is observed while monitoring the plasma impedance during the etching or the voltage of the wafer or the silicon susceptor, it is highly likely that some problem has occurred. In addition, it is possible to immediately take measures such as stopping the apparatus, so that waste of wafers can be minimized. That is, the effect of improving the operation rate of the device and reducing the manufacturing cost can be expected.

【0059】本実施例ではマッチングボックス出口から
のウエハステージとシリコンプレートへのバイアス電力
の分配量を制御するのに、容量可変式のコンデンサを使
用しているが必ずしもそうである必要はない。例えば、
ウエハステージへバイアス電圧を印加する電源とは異な
る別の電源を用いてバイアス電圧を印加することも可能
である。ただし、プロセス制御の観点からウエハステー
ジに印加するバイアス電圧とシリコンプレートに印加す
るバイアス電圧の位相をそろえる必要がある場合には、
別に位相制御器を設けて位相を一致させることも可能で
ある。
In this embodiment, a variable capacitance type capacitor is used to control the amount of bias power distribution from the matching box outlet to the wafer stage and the silicon plate, but this is not always necessary. For example,
It is also possible to apply a bias voltage using another power supply different from the power supply for applying the bias voltage to the wafer stage. However, if it is necessary to align the bias voltage applied to the wafer stage with the bias voltage applied to the silicon plate from the viewpoint of process control,
It is also possible to provide a phase controller separately to make the phases coincide.

【0060】以上の実施例の説明では、ウエハの電位も
しくはウエハからアースまでのインピーダンス、もしく
はサセプタの電圧とサセプタからアースまでのインピー
ダンスをモニタし、異常発生の検出やウエハステージと
サセプタ上のシリコンプレートのいずれか、もしくは両
方に印加する高周波電力を制御していたが、必ずしもこ
れに限られるわけではない。例えば、エッチングレート
やウエハ面内のエッチングレート分布,真空チャンバに
堆積したデポ膜の厚み,ウエハの静電チャックによる吸
着の状態,素子ダメージの発生、などの現象とウエハ電
位やプラズマインピーダンスとの相関をあらかじめ把握
しておけば、ウエハの処理中のウエハ電位やプラズマイ
ンピーダンスと逐一比較することにより積極的にエッチ
ングパラメータを変更したり、クリーニング時期を決定
することができる。したがって、歩留まりの向上,製造
コスト低減の効果が期待できる。
In the above description of the embodiment, the potential of the wafer or the impedance from the wafer to the ground, or the voltage of the susceptor and the impedance from the susceptor to the ground are monitored to detect the occurrence of abnormalities, and to check the wafer stage and the silicon plate on the susceptor. Although the high-frequency power applied to one or both of them has been controlled, it is not necessarily limited to this. For example, correlations between phenomena such as an etching rate and an etching rate distribution in a wafer surface, a thickness of a deposited film deposited in a vacuum chamber, a state of chucking of a wafer by an electrostatic chuck, and occurrence of element damage, and wafer potential and plasma impedance. Is known in advance, it is possible to actively change the etching parameters and determine the cleaning time by sequentially comparing the wafer potential and the plasma impedance during wafer processing. Therefore, the effects of improving the yield and reducing the manufacturing cost can be expected.

【0061】なお本実施例では、第一の実施例や第二の
実施例で示したように、Zs,Zwを裏面から電圧4
2,58を測定することなく等価回路モデルから計算で
求めることはできない。理由はZwとZsの実数成分,
虚数成分が2個ずつ合計4個あるのに対し、Ve43と
Ie44を測定したポイントの実数成分と虚数成分が各
1個ずつしか得られないためである。しかし、実用上は
例えばZwとZsをプラズマに対向する面積の比で配分
するなどの仮定をすることにより簡易的に計算すること
ができる。この場合第一,第二の実施例で説明したよう
に全体の合成インピーダンスを計算でもとめ、これをV
e,Ieの測定ポイントでのインピーダンスと比較する
ことで計算できる。このようにすれば、ウエハの電圧や
シリコンプレートの電圧を直接測定する必要がないので
よりクリーンなモニタ方法を提供することができる。
In this embodiment, as shown in the first embodiment and the second embodiment, Zs and Zw are set to a voltage of 4 from the back surface.
2 and 58 cannot be obtained by calculation from the equivalent circuit model without measurement. The reason is the real number components of Zw and Zs,
This is because, while there are a total of four imaginary components each of two, only one real component and one imaginary component of the point where Ve43 and Ie44 are measured can be obtained. However, in practice, it can be easily calculated by assuming that, for example, Zw and Zs are distributed by the ratio of the area facing the plasma. In this case, as described in the first and second embodiments, the total combined impedance is calculated and calculated.
It can be calculated by comparing the impedance at the measurement points of e and Ie. With this configuration, it is not necessary to directly measure the voltage of the wafer or the voltage of the silicon plate, so that a cleaner monitoring method can be provided.

【0062】図8に本発明の第四の実施例の構成を示
す。図9は、第四実施例における、高周波電源(正確に
は電流・電圧プローブ)からウエハステージを介したア
ースまでの等価回路モデルを示す。本実施例では真空チ
ャンバの内壁に第二の実施例と同様に付着膜65が付着
するプロセスを実施している。そこで第二の実施例と同
様の理由で、本実施例では付着膜のインピーダンスを求
めるため、第三の実施例の装置構成に加え、真空チャン
バ内壁に付着した膜の膜厚を測定する膜厚プローブ6
3,演算回路64を設けている。膜厚プローブを用いれ
ば膜厚を測定することができ、第二の実施例で説明した
のと同じ手順により容量CmとインピーダンスZmを計
算することができる。したがって、第三の実施例の等価
回路モデルに容量Cmを追加して計算することにより、
ウエハ上のプラズマインピーダンスとサセプタ上のプラ
ズマインピーダンスを計算することができる。
FIG. 8 shows the configuration of the fourth embodiment of the present invention. FIG. 9 shows an equivalent circuit model from a high-frequency power supply (more precisely, a current / voltage probe) to ground via a wafer stage in the fourth embodiment. In the present embodiment, a process in which the adhesion film 65 adheres to the inner wall of the vacuum chamber as in the second embodiment is performed. Thus, for the same reason as in the second embodiment, in this embodiment, in order to obtain the impedance of the deposited film, in addition to the apparatus configuration of the third embodiment, the thickness of the film deposited on the inner wall of the vacuum chamber is measured. Probe 6
3. An arithmetic circuit 64 is provided. The thickness can be measured by using the thickness probe, and the capacitance Cm and the impedance Zm can be calculated by the same procedure as described in the second embodiment. Therefore, by adding and calculating the capacitance Cm to the equivalent circuit model of the third embodiment,
The plasma impedance on the wafer and the plasma impedance on the susceptor can be calculated.

【0063】したがって、付着膜の厚みを計測する機能
を付加すれば、処理室内壁に付着物が付着してしまいプ
ラズマの状態が変化してしまう場合であっても正確にプ
ラズマインピーダンスを計算することができ、プラズマ
の状態をモニタすることができる。また、ウエハの電位
とサセプタの電位は電位プローブにより直接測定する
か、電流・電圧プローブの測定結果と等価回路モデルに
より計算で求めることができるために、ウエハに入射す
るイオンのエネルギを制御することができる。
Therefore, if the function of measuring the thickness of the deposited film is added, it is possible to accurately calculate the plasma impedance even if the deposited material adheres to the inner wall of the processing chamber and the state of the plasma changes. And the state of the plasma can be monitored. In addition, since the potential of the wafer and the potential of the susceptor can be measured directly by a potential probe or can be calculated by the measurement result of the current / voltage probe and an equivalent circuit model, the energy of ions incident on the wafer must be controlled. Can be.

【0064】これまで本発明をドライエッチャに適用し
た例を用いて説明してきたが、プラズマCVD装置に適
用した場合にも大きな効果を期待することができる。例
えば、プラズマCVD装置ではウエハ上にプラズマを用
いて成膜するために、真空チャンバの内壁にもデポ物が
大量に付着する。このデポ物はある一定の厚みを超える
と、チャンバ内壁からはがれウエハの異物汚染を引き起
こす問題がある。しかし本実施例の方法により処理室内
壁に付着した膜の厚みを予測することができるので製品
不良をだす前にクリーニング時期を決定することができ
る。この場合、ウエハを無駄にすることがないので製造
コストを低く押さえることが可能となる。また、ウエハ
電位とプラズマインピーダンスを精度よくモニタできる
ので、これをもとに印加する高周波電圧を制御すればウ
エハに入射するイオンエネルギを制御できるので再現性
の良いエッチングを実現することができる。これによ
り、歩留まりの向上が期待でき、結果コストの削減の効
果がある。
Although the present invention has been described using an example in which the present invention is applied to a dry etcher, a great effect can be expected also when applied to a plasma CVD apparatus. For example, in a plasma CVD apparatus, since a film is formed on a wafer using plasma, a large amount of deposits adhere to the inner wall of a vacuum chamber. If the deposited material exceeds a certain thickness, there is a problem that the deposited material comes off the inner wall of the chamber and contaminates the wafer. However, according to the method of the present embodiment, the thickness of the film adhered to the inner wall of the processing chamber can be predicted, so that the cleaning time can be determined before a product defect is caused. In this case, since the wafer is not wasted, the manufacturing cost can be reduced. In addition, since the wafer potential and the plasma impedance can be monitored with high accuracy, the ion energy incident on the wafer can be controlled by controlling the applied high-frequency voltage based thereon, so that etching with good reproducibility can be realized. As a result, an improvement in yield can be expected, and as a result, there is an effect of reducing costs.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、プラズマ
で処理中のウエハの電位とプラズマに流れている電流を
測定することができるので、正確にウエハ電位とプラズ
マインピーダンスを求めることができ、この情報をもと
にエッチングパラメータを制御しイオンエネルギを制御
することにより再現性の良いエッチングを達成し、歩留
まりの低下を防止することができる。すなわち、製造コ
ストの低い半導体製造装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, the potential of a wafer being processed by plasma and the current flowing in plasma can be measured, so that the wafer potential and plasma impedance can be accurately obtained. By controlling the etching parameters based on this information and controlling the ion energy, etching with good reproducibility can be achieved, and a decrease in yield can be prevented. That is, a semiconductor manufacturing apparatus with low manufacturing cost can be provided.

【0066】また、処理中のウエハの電位を直接モニタ
することができるので、ウエハ電位の急激な変化を観測
した場合にはエッチング異常が起こっているという判断
をすばやく行うことができ、ウエハの無駄を最小限に押
さえる、すなわち製造コストを低くする効果を期待でき
る。
Further, since the potential of the wafer during processing can be directly monitored, when a rapid change in the wafer potential is observed, it is possible to quickly determine that an etching abnormality has occurred, and to waste the wafer. Can be expected to be minimized, that is, the effect of reducing the manufacturing cost can be expected.

【0067】また本発明によれば、プラズマで処理中の
ウエハ電位とウエハ周囲に配置されたシリコンサセプタ
の電位,ウエハからプラズマに流れ込む電流,シリコン
サセプタからプラズマに流れ込む電流を測定することが
できるので、ウエハ上のプラズマインピーダンスとシリ
コンサセプタ上のプラズマインピーダンスを計算するこ
とができる。したがって、ウエハ電位とプラズマインピ
ーダンスの情報をもとにエッチング条件を制御すること
により、再現性のよいエッチングのできる半導体製造装
置を提供することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to measure the potential of the wafer being processed by the plasma, the potential of the silicon susceptor disposed around the wafer, the current flowing into the plasma from the wafer, and the current flowing into the plasma from the silicon susceptor. , The plasma impedance on the wafer and the plasma impedance on the silicon susceptor can be calculated. Therefore, by controlling the etching conditions based on the information on the wafer potential and the plasma impedance, it is possible to provide a semiconductor manufacturing apparatus capable of performing etching with good reproducibility.

【0068】また、本発明によればウエハに印加する高
周波電圧とシリコンプレートに印加する高周波電圧を分
配できるので、ウエハに入射するプラズマの分布を制御
できる。よって、ウエハ面内のエッチング分布が制御可
能な半導体製造装置を提供できる。
According to the present invention, since the high-frequency voltage applied to the wafer and the high-frequency voltage applied to the silicon plate can be distributed, the distribution of plasma incident on the wafer can be controlled. Therefore, a semiconductor manufacturing apparatus capable of controlling the etching distribution in the wafer plane can be provided.

【0069】さらに、本発明によればプラズマで処理中
のウエハ電位をウエハ裏面から測定可能なプローブを提
供することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to provide a probe capable of measuring the wafer potential during processing with plasma from the back surface of the wafer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第一実施例によるプラズマエッチング
装置の構成例を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a plasma etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明において用いられるウエハ電位プローブ
の構成例を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing a configuration example of a wafer potential probe used in the present invention.

【図3】本発明の第一実施例の要部の等価回路図。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a main part of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第二実施例によるプラズマエッチング
装置の構成例を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a plasma etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第二実施例の要部の等価回路図。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a main part of a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第三実施例によるプラズマエッチング
装置の構成例を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a plasma etching apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第三実施例の要部の等価回路図。FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of a main part of a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第四実施例によるプラズマエッチング
装置の構成例を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a plasma etching apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第四実施例の要部の等価回路図。FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of a main part of a fourth embodiment of the present invention.

【図10】従来技術によるプラズマエッチング装置の要
部の等価回路図。
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of a main part of a conventional plasma etching apparatus.

【図11】第一実施例におけるインピーダンスの算出処
理を説明するフローチャート。
FIG. 11 is a flowchart illustrating impedance calculation processing according to the first embodiment.

【図12】第一実施例におけるインピーダンスの別の算
出処理を説明するフローチャート。
FIG. 12 is a flowchart illustrating another calculation process of impedance in the first embodiment.

【図13】第一実施例におけるウエハステージの誘電膜
表面のデポの状態のモニタ処理を説明するフローチャー
ト。
FIG. 13 is a flowchart illustrating a monitoring process of a state of a deposit on the surface of a dielectric film of a wafer stage in the first embodiment.

【図14】第一実施例における、求めたプラズマインピ
ーダンスの利用処理を説明するフローチャート。
FIG. 14 is a flowchart illustrating a process of using the obtained plasma impedance in the first embodiment.

【図15】第二実施例におけるインピーダンスの算出処
理を説明するフローチャート。
FIG. 15 is a flowchart for explaining impedance calculation processing in the second embodiment.

【図16】第三実施例におけるインピーダンスの別の算
出処理を説明するフローチャート。
FIG. 16 is a flowchart for explaining another impedance calculation process in the third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…処理ガス、2…高周波電源、3…コイル、4…プラ
ズマ、5…半導体ウエハ、6…ウエハステージ、7…誘
電膜、8…電極、9…絶縁板、10…真空チャンバ、1
1…フランジ、12,48…給電棒、13…高周波電
源、14…マッチングボックス、15,20…コイル、
16…容量可変コンデンサ、17…電流・電圧プロー
ブ、18…コンピュータ、19…直流電源、21…カバ
ー、22…ターボ分子ポンプ、23…ドライポンプ、2
4…ウエハ電位プローブ、25…フランジ、26…メス
ネジ、27…端子、28…オスネジ、29,70…Oリ
ング、30…フランジ上部内面、31…ナット、32…
連結棒、33…ソケット、34…ばね止め、35…コイ
ルばね、36…触針、37…アース、38…プラズマイ
ンピーダンス、39…誘電膜の抵抗成分、40…誘電膜
の容量成分、41…ブロッキングコンデンサ、42…ウ
エハの電位、43…電極の電圧、44,59,60,6
1,72,73…電流、45…サセプタ、46…シリコ
ンプレート、47…絶縁、49…容量可変コンデンサ、
50…端子、51…ソケット、52…アース部材、53
…電極とアース部材間の静電容量、54…容量可変コン
デンサ、55…ウエハとシリコンプレート間の静電容
量、56…ウエハ上のプラズマインピーダンス、57…
シリコンプレート上のプラズマインピーダンス、58…
シリコンプレート電位、62…絶縁筒、63…膜厚プロ
ーブ、64…演算回路、65…付着膜、66…サセプタ
電位プローブ、67…付着膜の静電容量、68…絶縁パ
イプ、69…芯線、71…絶縁パイプ、80…表示部、
82…パラメータの制御装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing gas, 2 ... High frequency power supply, 3 ... Coil, 4 ... Plasma, 5 ... Semiconductor wafer, 6 ... Wafer stage, 7 ... Dielectric film, 8 ... Electrode, 9 ... Insulating plate, 10 ... Vacuum chamber, 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flange, 12, 48 ... Power supply rod, 13 ... High frequency power supply, 14 ... Matching box, 15, 20 ... Coil,
16: variable capacity capacitor, 17: current / voltage probe, 18: computer, 19: DC power supply, 21: cover, 22: turbo molecular pump, 23: dry pump, 2
4 ... Wafer potential probe, 25 ... Flange, 26 ... Female screw, 27 ... Terminal, 28 ... Male screw, 29,70 ... O-ring, 30 ... Flange upper inner surface, 31 ... Nut, 32 ...
Connecting rod, 33 socket, 34 spring stop, 35 coil spring, 36 stylus, 37 earth, 38 plasma impedance, 39 resistive component of dielectric film, 40 capacitive component of dielectric film, 41 blocking Capacitor, 42: Wafer potential, 43: Electrode voltage, 44, 59, 60, 6
1, 72, 73: current, 45: susceptor, 46: silicon plate, 47: insulation, 49: variable capacitance capacitor,
Reference numeral 50: terminal, 51: socket, 52: ground member, 53
... Capacitance between electrode and earth member, 54 ... Capacitance variable capacitor, 55 ... Capacitance between wafer and silicon plate, 56 ... Plasma impedance on wafer, 57 ...
Plasma impedance on silicon plate, 58 ...
Silicon plate potential, 62: insulating cylinder, 63: film thickness probe, 64: arithmetic circuit, 65: deposited film, 66: susceptor potential probe, 67: capacitance of deposited film, 68: insulating pipe, 69: core wire, 71 ... insulating pipe, 80 ... display unit,
82: Parameter control device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 良司 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 手束 勉 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 田中 潤一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 金井 三郎 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 (72)発明者 池永 和幸 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Fターム(参考) 4K030 DA06 FA01 KA39 LA15 5F004 AA01 AA16 BA20 BB18 BB22 CA06 CB06 5F045 AA08 BB03 DP03 DQ10 GB08 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Ryoji Nishio 502, Kandate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. Inside the Machine Research Laboratory, Hitachi, Ltd. Inside the Machinery Research Laboratory (72) Inventor Junichi Tanaka 502 Kandachicho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Prefecture Inside the Machinery Research Laboratory, Hitachi Ltd. (72) Inventor Saburo Kanai 794, Higashi-Toyoi, Kazamatsu City, Yamaguchi Prefecture Kasado Hitachi In-house (72) Inventor Kazuyuki Ikenaga 502, Kandachicho, Tsuchiura-shi, Ibaraki F-term in Machinery Research Laboratories, Hitachi, Ltd.F-term (reference)

Claims (29)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体ウエハを処理する半導体製造装置に
おいて、 真空処理室内にプラズマを発生させるユニットと、 前記真空処理室内に導入する半導体ウエハを保持するた
めのウエハステージと、 前記ウエハステージに高周波電圧を印加するための高周
波電源と、 前記半導体ウエハの裏面において該半導体ウエハの電圧
を測定するウエハ電位プローブと、 前記高周波電源からウエハステージに印加される電圧と
電流の少なくとも一方を測定する電流・電圧プローブ
と、 前記ウエハ電位プローブにより測定された前記半導体ウ
エハの電圧値と、前記電流・電圧プローブにより測定さ
れた電圧値または電流値とに基づき、前記半導体ウエハ
からプラズマを介したアースまでのインピーダンスを求
める算出部と、 該求めたインピーダンスに基づく処理を行う処理部とを
備えることを特徴とする半導体製造装置。
1. A semiconductor manufacturing apparatus for processing a semiconductor wafer, a unit for generating plasma in a vacuum processing chamber, a wafer stage for holding a semiconductor wafer introduced into the vacuum processing chamber, and a high-frequency voltage applied to the wafer stage. A high-frequency power supply for applying voltage, a wafer potential probe for measuring a voltage of the semiconductor wafer on the back surface of the semiconductor wafer, and a current / voltage for measuring at least one of a voltage and a current applied to the wafer stage from the high-frequency power supply A probe, a voltage value of the semiconductor wafer measured by the wafer potential probe, and a voltage value or a current value measured by the current / voltage probe, based on the impedance from the semiconductor wafer to ground via plasma. A calculation unit to be obtained, and based on the obtained impedance. And a processing unit for performing processing.
【請求項2】請求項1記載の半導体製造装置において、
前記処理部は、該求めたインピーダンスを表示部に表示
することを特徴とする半導体製造装置。
2. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1,
The said manufacturing part displays the calculated | required impedance on a display part, The semiconductor manufacturing apparatus characterized by the above-mentioned.
【請求項3】請求項1記載の半導体製造装置において、
前記処理部は、該求めたインピーダンスをもとに各種の
処理パラメータを制御することを特徴とする半導体製造
装置。
3. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein
The semiconductor manufacturing apparatus, wherein the processing unit controls various processing parameters based on the obtained impedance.
【請求項4】請求項3記載の半導体製造装置において、
前記処理部は、該求めたインピーダンスを前記半導体ウ
エハからプラズマを介した前記真空処理室内壁までのイ
ンピーダンスとし、該求めたインピーダンスをもとに前
記各種の処理パラメータを制御することを特徴とする半
導体製造装置。
4. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 3, wherein
A semiconductor, wherein the processing unit sets the obtained impedance as an impedance from the semiconductor wafer to the inner wall of the vacuum processing chamber via plasma, and controls the various processing parameters based on the obtained impedance. manufacturing device.
【請求項5】請求項3記載の半導体製造装置において、
前記各種の処理パラメータは、前記プラズマを発生させ
るための高周波電圧の周波数または電力、または前記ウ
エハステージに印加する高周波電圧の周波数または電
力、または前記真空処理室を形成する壁の温度もしくは
温度分布、または前記半導体ウエハの温度もしくは温度
分布、または前記真空処理室の圧力、前記真空処理室に
流し込む処理ガスの種類または流量または処理ガスの混
合比のすくなくともいずれか、または前記真空処理室内
に印加する磁場、またはエッチング時間のすくなくとも
1種類以上であることを特徴とする半導体製造装置。
5. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 3,
The various processing parameters, the frequency or power of the high-frequency voltage for generating the plasma, or the frequency or power of the high-frequency voltage applied to the wafer stage, or the temperature or temperature distribution of the wall forming the vacuum processing chamber, Or at least one of the temperature or temperature distribution of the semiconductor wafer, the pressure of the vacuum processing chamber, the type or flow rate of the processing gas flowing into the vacuum processing chamber, and the mixing ratio of the processing gas, or the magnetic field applied to the vacuum processing chamber Or at least one type of etching time.
【請求項6】半導体ウエハを処理する半導体製造装置に
おいて、 真空処理室内にプラズマを発生させるユニットと、 前記真空処理室内に導入する半導体ウエハを保持するた
めのウエハステージと、 前記ウエハステージに高周波電圧を印加するための高周
波電源と、 前記高周波電源からウエハステージに印加される電圧と
電流の少なくとも一方を測定する電流・電圧プローブ
と、 前記電流・電圧プローブにより測定された電圧値または
電流値とに基づき前記電流・電圧プローブの位置でのイ
ンピーダンスを求め、該求めたインピーダンスとあらか
じめ用意しておいた前記電流・電圧プローブから前記ウ
エハステージを介したアースまでの等価回路モデルの合
成インピーダンスとを演算処理して、前記半導体ウエハ
からプラズマを介したアースまでのインピーダンスを算
出する算出部と、 該算出したインピーダンスに基づく処理を行う処理部と
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
6. A semiconductor manufacturing apparatus for processing a semiconductor wafer, a unit for generating plasma in a vacuum processing chamber, a wafer stage for holding a semiconductor wafer introduced into the vacuum processing chamber, and a high-frequency voltage applied to the wafer stage. A high-frequency power supply for applying a voltage, a current / voltage probe that measures at least one of a voltage and a current applied to the wafer stage from the high-frequency power supply, and a voltage value or a current value measured by the current / voltage probe. The impedance at the position of the current / voltage probe is determined based on the calculated impedance, and the calculated impedance and the combined impedance of a previously prepared equivalent circuit model from the current / voltage probe to the ground via the wafer stage are calculated. From the semiconductor wafer via plasma. A calculation unit for calculating an impedance to a semiconductor manufacturing device, characterized in that it comprises a processing unit that performs processing based on the impedance thus calculated.
【請求項7】請求項6記載の半導体製造装置において、
前記処理部は、該算出したインピーダンスを表示部に表
示することを特徴とする半導体製造装置。
7. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 6, wherein
The semiconductor manufacturing apparatus, wherein the processing unit displays the calculated impedance on a display unit.
【請求項8】請求項6記載の半導体製造装置において、
前記処理部は、該算出したインピーダンスをもとに各種
の処理パラメータを制御することを特徴とする半導体製
造装置。
8. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 6, wherein
The semiconductor manufacturing apparatus, wherein the processing unit controls various processing parameters based on the calculated impedance.
【請求項9】請求項8記載の半導体製造装置において、
前記処理部は、該算出したインピーダンスを前記半導体
ウエハからプラズマを介した前記真空処理室内壁までの
インピーダンスとし、該算出したインピーダンスをもと
に前記各種の処理パラメータを制御することを特徴とす
る半導体製造装置。
9. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 8, wherein
The processing unit, wherein the calculated impedance is defined as an impedance from the semiconductor wafer to the inner wall of the vacuum processing chamber via plasma, and the various processing parameters are controlled based on the calculated impedance. manufacturing device.
【請求項10】請求項6記載の半導体製造装置におい
て、前記各種の処理パラメータは、前記プラズマを発生
させるための高周波電圧の周波数または電力、または前
記ウエハステージに印加する高周波電圧の周波数または
電力、または前記真空処理室を形成する壁の温度もしく
は温度分布、または前記半導体ウエハの温度もしくは温
度分布、または前記真空処理室の圧力、前記真空処理室
に流し込む処理ガスの種類または流量または処理ガスの
混合比のすくなくともいずれか、または前記真空処理室
内に印加する磁場、またはエッチング時間のすくなくと
も1種類以上であることを特徴とする半導体製造装置。
10. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the various processing parameters include a frequency or power of a high-frequency voltage for generating the plasma, a frequency or power of a high-frequency voltage applied to the wafer stage, Or the temperature or temperature distribution of the wall forming the vacuum processing chamber, or the temperature or temperature distribution of the semiconductor wafer, or the pressure of the vacuum processing chamber, the type or flow rate of the processing gas flowing into the vacuum processing chamber, or the mixing of the processing gas A semiconductor manufacturing apparatus, wherein at least one of the ratios, the magnetic field applied to the vacuum processing chamber, or the etching time is at least one or more.
【請求項11】半導体ウエハを処理する半導体製造装置
において、 真空処理室内にプラズマを発生させるユニットと、 前記真空処理室内に導入する半導体ウエハを保持するた
めのウエハステージと、 前記ウエハステージに高周波電圧を印加するための高周
波電源と、 前記半導体ウエハの裏面において該半導体ウエハの電圧
を測定するウエハ電位プローブと、 前記高周波電源からウエハステージに印加される電圧と
電流の少なくとも一方を測定する電流・電圧プローブ
と、 前記真空処理室の内壁に付着した膜の厚さを測定する膜
厚プローブ部と、 前記算出部は、前記ウエハ電位プローブにより測定され
た前記半導体ウエハの電圧値と、前記電流・電圧プロー
ブにより測定された電圧値または電流値とに基づき、前
記半導体ウエハからプラズマを介したアースまでの第一
のインピーダンスを求め、更に、前記膜厚プローブ部に
より測定された処理室内壁に付着した膜の厚さから前記
付着膜の第二のインピーダンスを求め、該第一と第二の
インピーダンスを用いて前記プラズマのインピーダンス
を求める算出部と、 該求めた第一,第二インピーダンスの少なくとも一方に
基づく処理を行う処理部とを備えることを特徴とする半
導体製造装置。
11. A semiconductor manufacturing apparatus for processing a semiconductor wafer, a unit for generating plasma in a vacuum processing chamber, a wafer stage for holding a semiconductor wafer introduced into the vacuum processing chamber, and a high-frequency voltage applied to the wafer stage. A high-frequency power supply for applying voltage, a wafer potential probe for measuring a voltage of the semiconductor wafer on the back surface of the semiconductor wafer, and a current / voltage for measuring at least one of a voltage and a current applied to the wafer stage from the high-frequency power supply A probe, a film thickness probe unit for measuring a thickness of a film adhered to an inner wall of the vacuum processing chamber, and the calculation unit comprises: a voltage value of the semiconductor wafer measured by the wafer potential probe; A plasma from the semiconductor wafer based on the voltage value or the current value measured by the probe. The first impedance to ground through the mask is determined, and the second impedance of the deposited film is determined from the thickness of the film deposited on the inner wall of the processing chamber measured by the film thickness probe unit. A semiconductor manufacturing apparatus, comprising: a calculation unit that calculates the impedance of the plasma using the first and second impedances; and a processing unit that performs a process based on at least one of the obtained first and second impedances.
【請求項12】請求項11記載の半導体製造装置におい
て、前記処理部は、該求めた第一,第二インピーダンス
の少なくとも一方を表示部に表示することを特徴とする
半導体製造装置。
12. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 11, wherein the processing unit displays at least one of the obtained first and second impedances on a display unit.
【請求項13】請求項11記載の半導体製造装置におい
て、前記処理部は、該求めた第一,第二インピーダンス
の少なくとも一方をもとに各種の処理パラメータを制御
することを特徴とする半導体製造装置。
13. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 11, wherein said processing unit controls various processing parameters based on at least one of said first and second impedances obtained. apparatus.
【請求項14】請求項13記載の半導体製造装置におい
て、前記処理部は、該求めた第一のインピーダンスを前
記半導体ウエハからプラズマを介した前記真空処理室内
壁までのインピーダンスとし、該求めた第一のインピー
ダンスをもとに前記各種の処理パラメータを制御するこ
とを特徴とする半導体製造装置。
14. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 13, wherein the processing unit sets the obtained first impedance as an impedance from the semiconductor wafer to the inner wall of the vacuum processing chamber via plasma. A semiconductor manufacturing apparatus, wherein the various processing parameters are controlled based on one impedance.
【請求項15】半導体ウエハを処理する半導体製造装置
において、 真空処理室内にプラズマを発生させるユニットと、 前記真空処理室内に導入する半導体ウエハを保持するた
めのウエハステージと、 前記ウエハステージに高周波電圧を印加するための高周
波電源と、 前記高周波電源からウエハステージに印加される電圧と
電流の少なくとも一方を測定する電流・電圧プローブ
と、前記真空処理室の内壁に付着した膜の厚さを測定す
る膜厚プローブ部と、 前記電流・電圧プローブにより測定された電圧値または
電流値とに基づき前記電流・電圧プローブの位置での第
一のインピーダンスを求め、前記膜厚プローブ部により
測定された処理室内壁に付着した膜の膜厚から前記付着
膜の第二のインピーダンスを求め、該第一と第二のイン
ピーダンスとあらかじめ用意しておいた前記電流・電圧
プローブから前記ウエハステージを介したアースまでの
等価回路モデルの合成インピーダンスとを演算処理し
て、前記半導体ウエハからプラズマを介した前記真空処
理室の内壁までのインピーダンスを算出する算出部と、 該算出したインピーダンスに基づく処理を行う処理部と
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
15. A semiconductor manufacturing apparatus for processing a semiconductor wafer, a unit for generating plasma in a vacuum processing chamber, a wafer stage for holding a semiconductor wafer introduced into the vacuum processing chamber, and a high-frequency voltage applied to the wafer stage. A high-frequency power supply for applying a voltage, a current / voltage probe for measuring at least one of a voltage and a current applied to the wafer stage from the high-frequency power supply, and measuring a thickness of a film attached to an inner wall of the vacuum processing chamber. A film thickness probe unit, a first impedance at the position of the current / voltage probe is obtained based on the voltage value or the current value measured by the current / voltage probe, and the processing chamber measured by the film thickness probe unit. The second impedance of the deposited film is determined from the thickness of the film deposited on the wall, and the first and second impedances are determined. And the combined impedance of the equivalent circuit model from the previously prepared current / voltage probe to the ground via the wafer stage is calculated, and the inner wall of the vacuum processing chamber through the plasma from the semiconductor wafer is processed. And a processing unit for performing processing based on the calculated impedance.
【請求項16】請求項15記載の半導体製造装置におい
て、前記処理部は、該算出したインピーダンスを表示部
に表示することを特徴とする半導体製造装置。
16. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 15, wherein said processing section displays the calculated impedance on a display section.
【請求項17】請求項15記載の半導体製造装置におい
て、前記処理部は、該算出したインピーダンスをもとに
各種の処理パラメータを制御することを特徴とする半導
体製造装置。
17. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 15, wherein said processing unit controls various processing parameters based on the calculated impedance.
【請求項18】半導体ウエハを処理する半導体製造装置
において、 真空処理室内にプラズマを発生させるユニットと、 前記真空処理室内に導入する半導体ウエハを保持するた
めのウエハステージと、 前記ウエハステージの外周を囲うように配置されたサセ
プタと、 前記ウエハステージと前記サセプタの少なくとも一方に
高周波電圧を印加するための高周波電源と、 前記半導体ウエハの裏面において該半導体ウエハの電圧
を測定するウエハ電位プローブと、 前記高周波電源からウエハステージに印加される電圧と
電流の少なくとも一方を測定する電流・電圧プローブ
と、 前記サセプタの電圧を測定するサセプタ電位プローブ
と、 前記ウエハ電位プローブにより測定された前記半導体ウ
エハの電圧値と、前記電流・電圧プローブにより測定さ
れた電圧値または電流値と、前記サセプタ電位プローブ
より測定された電圧値に基づき、前記半導体ウエハから
プラズマを介したアースまでの第一インピーダンスと、
前記サセプタからプラズマを介したアースまでの第二イ
ンピーダンスとを求める算出部と、 該求めた第一,第二インピーダンスの少なくとも一方に
基づく処理を行う処理部とを備えることを特徴とする半
導体製造装置。
18. A semiconductor manufacturing apparatus for processing a semiconductor wafer, a unit for generating plasma in a vacuum processing chamber, a wafer stage for holding a semiconductor wafer to be introduced into the vacuum processing chamber, and an outer periphery of the wafer stage. A susceptor disposed so as to surround; a high-frequency power supply for applying a high-frequency voltage to at least one of the wafer stage and the susceptor; a wafer potential probe for measuring a voltage of the semiconductor wafer on a back surface of the semiconductor wafer; A current / voltage probe for measuring at least one of a voltage and a current applied to the wafer stage from a high-frequency power supply; a susceptor potential probe for measuring the voltage of the susceptor; and a voltage value of the semiconductor wafer measured by the wafer potential probe. And the current / voltage probe A voltage value or current value, based on the voltage value measured from the susceptor potential probe, the first impedance from the semiconductor wafer to ground via the plasma,
A semiconductor manufacturing apparatus comprising: a calculating unit for calculating a second impedance from the susceptor to the ground via plasma; and a processing unit for performing processing based on at least one of the obtained first and second impedances. .
【請求項19】請求項18記載の半導体製造装置におい
て、前記処理部は、該求めた第一,第二インピーダンス
の少なくとも一方を表示部に表示することを特徴とする
半導体製造装置。
19. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 18, wherein said processing unit displays at least one of the obtained first and second impedances on a display unit.
【請求項20】請求項18記載の半導体製造装置におい
て、前記処理部は、該求めた第一,第二インピーダンス
の少なくとも一方をもとに各種の処理パラメータを制御
することを特徴とする半導体製造装置。
20. A semiconductor manufacturing apparatus according to claim 18, wherein said processing section controls various processing parameters based on at least one of said first and second impedances obtained. apparatus.
【請求項21】請求項20記載の半導体製造装置におい
て、前記処理部は、該求めた第一のインピーダンスを前
記半導体ウエハからプラズマを介した前記真空処理室内
壁までのインピーダンスとし、該求めた第一のインピー
ダンスをもとに前記各種の処理パラメータを制御するこ
とを特徴とする半導体製造装置。
21. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 20, wherein the processing section sets the obtained first impedance as an impedance from the semiconductor wafer to the inner wall of the vacuum processing chamber via plasma. A semiconductor manufacturing apparatus, wherein the various processing parameters are controlled based on one impedance.
【請求項22】半導体ウエハを処理する半導体製造装置
において、 真空処理室内にプラズマを発生させるユニットと、 前記真空処理室内に導入する半導体ウエハを保持するた
めのウエハステージと 、 前記ウエハステージの外周を囲うように配置されたサセ
プタと、 前記ウエハステージと前記サセプタの少なくとも一方に
高周波電圧を印加するための高周波電源と、 前記半導体ウエハの裏面において該半導体ウエハの電圧
を測定するウエハ電位プローブと、 前記高周波電源からウエハステージに印加される電圧と
電流の少なくとも一方を測定する電流・電圧プローブ
と、 前記サセプタの電圧を測定するサセプタ電位プローブ
と、 前記真空処理室の内壁に付着した膜の厚さを測定する膜
厚プローブ部と、 前記ウエハ電位プローブにより測定された前記半導体ウ
エハの電圧値と、前記電流・電圧プローブにより測定さ
れた電圧値または電流値と、前記サセプタ電位プローブ
より測定された電圧値に基づき、前記半導体ウエハから
プラズマを介したアースまでの第一インピーダンスと、
前記サセプタからプラズマを介したアースまでの第二イ
ンピーダンスと、前記膜厚プローブ部により測定された
処理室内壁に付着した膜の厚さから前記付着膜の第三の
インピーダンスとを求め、該第一と第二と第三のインピ
ーダンスを用いて前記ウエハ表面から前記真空処理室の
内壁に付着した膜までの第四インピーダンスと前記サセ
プタ表面から前記真空処理室の内壁に付着した膜までの
第五インピーダンスを求める算出部と、 該求めた第四,第五インピーダンスの少なくとも一方に
基づく処理を行う処理部とを備えることを特徴とする半
導体製造装置。
22. A semiconductor manufacturing apparatus for processing a semiconductor wafer, a unit for generating plasma in a vacuum processing chamber, a wafer stage for holding a semiconductor wafer introduced into the vacuum processing chamber, and an outer periphery of the wafer stage. A susceptor disposed so as to surround; a high-frequency power supply for applying a high-frequency voltage to at least one of the wafer stage and the susceptor; a wafer potential probe for measuring a voltage of the semiconductor wafer on a back surface of the semiconductor wafer; A current / voltage probe for measuring at least one of a voltage and a current applied to the wafer stage from a high-frequency power supply, a susceptor potential probe for measuring the voltage of the susceptor, and a thickness of a film attached to an inner wall of the vacuum processing chamber. Measured by the film thickness probe part to be measured and the wafer potential probe The voltage value of the semiconductor wafer, the voltage value or the current value measured by the current / voltage probe, and the voltage value measured by the susceptor potential probe, from the semiconductor wafer to the ground via the plasma. A first impedance,
A second impedance from the susceptor to the ground through plasma and a third impedance of the deposited film are determined from the thickness of the film deposited on the inner wall of the processing chamber measured by the film thickness probe unit. And a fourth impedance from the wafer surface to the film attached to the inner wall of the vacuum processing chamber and a fifth impedance from the susceptor surface to the film attached to the inner wall of the vacuum processing chamber using the second and third impedances. And a processing unit that performs a process based on at least one of the obtained fourth and fifth impedances.
【請求項23】請求項22記載の半導体製造装置におい
て、前記処理部は、該求めた第四,第五インピーダンス
の少なくとも一方を表示部に表示することを特徴とする
半導体製造装置。
23. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 22, wherein said processing section displays at least one of the obtained fourth and fifth impedances on a display section.
【請求項24】請求項22記載の半導体製造装置におい
て、前記処理部は、該求めた第四,第五インピーダンス
の少なくとも一方をもとに各種の処理パラメータを制御
することを特徴とする半導体製造装置。
24. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 22, wherein said processing unit controls various processing parameters based on at least one of the obtained fourth and fifth impedances. apparatus.
【請求項25】請求項24記載の半導体製造装置におい
て、前記処理部は、該求めた第四と第五のインピーダン
スを前記半導体ウエハからプラズマを介した前記真空処
理室内壁までのインピーダンスとし、該求めた第一のイ
ンピーダンスをもとに前記各種の処理パラメータを制御
することを特徴とする半導体製造装置。
25. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 24, wherein the processing unit sets the obtained fourth and fifth impedances as impedances from the semiconductor wafer to the inner wall of the vacuum processing chamber via plasma. A semiconductor manufacturing apparatus, wherein the various processing parameters are controlled based on the obtained first impedance.
【請求項26】半導体ウエハを処理する半導体製造装置
において、 真空処理室内にプラズマを発生させるユニットと、 前記真空処理室内に導入する半導体ウエハを保持するた
めのウエハステージと、 前記ウエハステージの外周を囲うように配置されたサセ
プタと、 前記ウエハステージと前記サセプタとに独立して高周波
電圧を印加するための高周波電源と、 前記半導体ウエハの裏面において該半導体ウエハの電圧
を測定するウエハ電位プローブと、 前記高周波電源からウエハステージに印加される電圧と
電流の少なくとも一方を測定する電流・電圧プローブ
と、 前記サセプタの電圧を測定するサセプタ電位プローブ
と、 前記ウエハ電位プローブにより測定された前記半導体ウ
エハの電圧値と、前記電流・電圧プローブにより測定さ
れた電圧値または電流値と、前記サセプタ電位プローブ
より測定された電圧値とに基づき、前記ウエハステージ
と前記サセプタに印加する高周波電圧を独立に制御する
制御部とを備えることを特徴とする半導体製造装置。
26. A semiconductor manufacturing apparatus for processing a semiconductor wafer, comprising: a unit for generating plasma in a vacuum processing chamber; a wafer stage for holding a semiconductor wafer to be introduced into the vacuum processing chamber; A susceptor arranged to surround, a high-frequency power supply for applying a high-frequency voltage independently to the wafer stage and the susceptor, a wafer potential probe for measuring the voltage of the semiconductor wafer on the back surface of the semiconductor wafer, A current / voltage probe for measuring at least one of a voltage and a current applied to the wafer stage from the high-frequency power supply; a susceptor potential probe for measuring the voltage of the susceptor; and a voltage of the semiconductor wafer measured by the wafer potential probe. Value and measured by the current / voltage probe A semiconductor manufacturing apparatus comprising: a control unit that independently controls a high-frequency voltage applied to the wafer stage and the susceptor based on a pressure value or a current value and a voltage value measured by the susceptor potential probe. .
【請求項27】真空処理室内にプラズマを発生させるユ
ニットと、前記真空処理室内に導入する半導体ウエハを
保持するためのウエハステージと、前記ウエハステージ
に高周波電圧を印加するための高周波電源とを備える半
導体製造装置における、半導体ウエハを処理する方法
は、 前記半導体ウエハの裏面において該半導体ウエハの電圧
を測定するステップと、 前記高周波電源からウエハステージに印加される電圧と
電流の少なくとも一方を測定するステップと、 前記ウエハ電位プローブにより測定された前記半導体ウ
エハの電圧値と、前記電流・電圧プローブにより測定さ
れた電圧値または電流値とに基づき、前記半導体ウエハ
からプラズマを介したアースまでのインピーダンスを求
めるステップと、 該求めたインピーダンスに基づく処理を行うステップと
を備えることを特徴とする半導体処理方法。
27. A unit for generating plasma in a vacuum processing chamber, a wafer stage for holding a semiconductor wafer to be introduced into the vacuum processing chamber, and a high frequency power supply for applying a high frequency voltage to the wafer stage. In the semiconductor manufacturing apparatus, a method of processing a semiconductor wafer includes: measuring a voltage of the semiconductor wafer on a back surface of the semiconductor wafer; and measuring at least one of a voltage and a current applied to a wafer stage from the high-frequency power supply. And determining the impedance from the semiconductor wafer to the ground via the plasma based on the voltage value of the semiconductor wafer measured by the wafer potential probe and the voltage value or the current value measured by the current / voltage probe. And a step based on the obtained impedance. Performing a process.
【請求項28】真空処理室内にプラズマを発生させるユ
ニットと、前記真空処理室内に導入する半導体ウエハを
保持するためのウエハステージと、前記ウエハステージ
に高周波電圧を印加するための高周波電源とを備える半
導体製造装置における、半導体ウエハを処理する方法
は、 前記高周波電源からウエハステージに印加される電圧と
電流の少なくとも一方を測定するステップと、 前記電流・電圧プローブにより測定された電圧値または
電流値とに基づき前記電流・電圧プローブの位置でのイ
ンピーダンスを求め、該求めたインピーダンスとあらか
じめ用意しておいた前記電流・電圧プローブから前記ウ
エハステージを介したアースまでの等価回路モデルの合
成インピーダンスとを演算処理して、前記半導体ウエハ
からプラズマを介したアースまでのインピーダンスを算
出するステップと、 該算出したインピーダンスに基づく処理を行うステップ
とを備えることを特徴とする半導体処理方法。
28. A unit for generating plasma in a vacuum processing chamber, a wafer stage for holding a semiconductor wafer introduced into the vacuum processing chamber, and a high-frequency power supply for applying a high-frequency voltage to the wafer stage. In the semiconductor manufacturing apparatus, a method of processing a semiconductor wafer includes: measuring at least one of a voltage and a current applied to the wafer stage from the high-frequency power supply; and a voltage value or a current value measured by the current / voltage probe. The impedance at the position of the current / voltage probe is calculated based on the calculated impedance, and the calculated impedance and the combined impedance of a previously prepared equivalent circuit model from the current / voltage probe to the ground via the wafer stage are calculated. Process through the plasma from the semiconductor wafer Semiconductor processing method characterized by comprising the step of calculating the impedance to over scan, and performing a process based on the impedance thus calculated.
【請求項29】プラズマを用いて半導体ウエハを処理す
る半導体製造装置におけるウエハ電位プローブは、 測定すべき半導体ウエハの裏面に接触する、電気導電性
を有する触針と、 該触針を支持する電気導電性を有する弾性部材と、 該弾性部材を支持しつつフランジ構造を有する電流導入
端子とを備え、 前記触針の電位は大気側で測定可能であり、かつ前記触
針の高さ方向の位置は大気側から調節可能であることを
特徴とするウエハ電位プローブ。
29. A wafer potential probe in a semiconductor manufacturing apparatus for processing a semiconductor wafer using plasma, comprising: an electrically conductive stylus in contact with a back surface of a semiconductor wafer to be measured; and an electric stylus supporting the stylus. An elastic member having conductivity; and a current introduction terminal having a flange structure while supporting the elastic member. The electric potential of the stylus can be measured on the atmosphere side, and a position in a height direction of the stylus. Is a wafer potential probe that can be adjusted from the atmosphere side.
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