JP2012222226A - Plasma processing apparatus and operation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空容器内部の処理室にプラズマを形成し、処理室内に配置された半導体ウエハ等の基板状の試料を処理するプラズマ処理装置及びその運転方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that forms plasma in a processing chamber inside a vacuum vessel and processes a substrate-like sample such as a semiconductor wafer disposed in the processing chamber, and an operating method thereof.
上記のようなプラズマ処理装置では、複数枚のウエハを一枚ずつ連続的に処理している。ウエハの処理枚数が増大するに伴い、処理室内部の壁面は反応生成物が堆積し、製品であるウエハに異なる影響を与える。製品不良の発生を防ぐため、予め定められた間隔で処理室内部をクリーニングすることが従来から行われている。 In the plasma processing apparatus as described above, a plurality of wafers are continuously processed one by one. As the number of wafers to be processed increases, reaction products accumulate on the wall surface inside the processing chamber, and affect the product wafer differently. In order to prevent the occurrence of product defects, it has been conventionally performed to clean the inside of the processing chamber at predetermined intervals.
この様な従来の技術の例としては、特許文献1が知られている。特許文献1には、容器内に発生する反応やプラズマの強さや量、生成物の量、種類等に対応しており、これら波長のスペクトルの強さ(光の強度)を検出することにより、装置の状態を判断することが開示されている。
上記の従来技術は、次の点について考慮が不十分であったため、問題が生じていた。特許文献1の発明は、発光から付着物の量を検出するものであるが、検出した結果をプラズマ処理装置の動作の効率向上を役立てるための工夫については、十分検討されていなかった。
The prior art described above has a problem because the following points are not sufficiently considered. The invention of
本発明の目的は、処理室内の付着物の堆積を取り除く処理のタイミングをより適切にすることで、処理装置の非稼働時間を低減し、処理の効率を向上させるプラズマ処理装置の運転方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for operating a plasma processing apparatus that reduces the non-operation time of the processing apparatus and improves the processing efficiency by making the processing timing for removing deposits in the processing chamber more appropriate. There is to do.
本発明のプラズマ処理装置の運転方法は、真空容器の内部に配置された処理室内にウエハを配置してこの処理室内にプラズマを形成して処理するプラズマ処理装置の運転方法であって、予め定められた間隔で前記処理室内にプラズマを形成してこの処理室内側の壁面の付着物を除去するクリーニング動作を行うクリーニング用モードを有し、このモードにおいて検出した前記プラズマを用いたクリーニングの際の付着物の量と前記プラズマを用いたクリーニング後の前記処理室のリーク量との各々が所定の値以下である場合に前記クリーニング用モードを終了することを特徴とする。 The operating method of the plasma processing apparatus of the present invention is an operating method of a plasma processing apparatus in which a wafer is placed in a processing chamber disposed inside a vacuum vessel, and plasma is formed in the processing chamber to perform processing. A cleaning mode for performing a cleaning operation for forming plasma in the processing chamber at a predetermined interval and removing deposits on the wall on the processing chamber side, and during cleaning using the plasma detected in this mode The cleaning mode is terminated when each of the amount of deposits and the leakage amount of the processing chamber after cleaning using the plasma is equal to or less than a predetermined value.
本発明によれば、プラズマ処理装置の非稼働時間を低減し、処理の効率を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the non-operation time of a plasma processing apparatus can be reduced and the efficiency of a process can be improved.
以下、実施形態について添付図面を参照しながら説明する。 Embodiments will be described below with reference to the accompanying drawings.
本発明の実施例を図1乃至図7を用いて説明する。図1は、本発明の実施例に関わるプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す断面図である。特に本実施例では、マイクロ波ECR(Electron Cyclotron Resonance)を用いたエッチング装置を説明している。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. In particular, in this embodiment, an etching apparatus using microwave ECR (Electron Cyclotron Resonance) is described.
プラズマエッチング装置100は、処理室(真空容器)、真空処理室内で処理される試料を設置するための試料台113、そして、処理室内の気体を排出するための排気手段を備える。
The
上記処理室内において、加工対象であるウエハが試料台113上に戴置されると、マイクロ波は、マイクロ波電源であるプラズマ発生高周波電源101から真空処理室内に導入される。真空処理室の周りにはソレノイドコイル107が設置されており、これより発生する磁界と、入射してくるマイクロ波により電子サイクロトロン共鳴(ECR)を起こす。これにより、プロセスガスは、真空処理室内において効率よく高密度にプラズマ化される。ガス供給系112からのプロセスガスは一定流量に制御するマスフローコントローラ111を介して真空処理室内に供給される。
When a wafer to be processed is placed on the
試料台113下部には、バイアス用高周波電源114が接続されている。バイアス用高周波電源114から高周波電力を印加することにより、プラズマ102からウエハへイオンが引き込まれて、試料に入射するイオンを加速する。
A high
処理後のガスは、排気系真空ポンプ110であるドライポンプとターボ分子ポンプにより排気される。このとき、排気途中にある可変コンダクタンスバルブ109の開度を調節することで、圧力計108により真空処理室内圧力を一定に制御する。
The treated gas is exhausted by a dry pump and a turbo molecular pump which are the exhaust
上記処理室の側壁には、処理室の内側状態を測定するための観測窓103が設けられている。観測窓103に取り付けられた光ファイバ104を介して、真空処理室内で発光するプラズマ102は発光分光器105に伝送される。発光分光器105よりOES(OES;Optical Emission Spectroscopy)解析を行い、プラズマ102の発光はそれぞれの波長に分光される。各分光の発光強度(分光スペクトル)はインターフェース106を介して、発光分光器105のサンプリング周期毎に制御装置115に転送される。発光の各波長のスペクトル強度を検出することで、時間に伴う相対的変化が確認される。
An
制御装置115は、演算器・入力装置・記憶装置から構成されている。演算器は、処理のための処理条件や装置の運転条件等を演算し、各部品に指令を与え、装置の運転の調節を行う。入力装置はマウスやキーボード等の演算器に対する指示等を入力する装置のことである。記憶装置は、処理を行う複数のレシピや装置パラメータ等が記憶されている。
The
各部から制御コントローラに集まった値は、ディスプレイである画面表示機器116、点灯信号117、アラーム118、HOSTコンピュータ120によってオペレータに報知する。HOSTコンピュータ120を図2に示す。図1の装置とLAN等のネットワーク119を介して接続している生産管理用のHOSTコンピュータ120は、遠隔地からの操作が可能である。
The values gathered in the control controller from each unit are notified to the operator by the
次に、本実施例におけるプラズマ処理装置の動作をより詳細に説明する。図3、図4は、図1に示す実施例に係るプラズマ処理装置の動作の流れを示すフローチャートである。 Next, the operation of the plasma processing apparatus in the present embodiment will be described in more detail. 3 and 4 are flowcharts showing the flow of operation of the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG.
図3は、プラズマ処理装置の動作の流れを示すフローチャートの従来仕様である。ステップ201において、リークチェックの時間を設定する。リークチェックとは、処理室内の排気を停止し、単位時間あたりの圧力上昇差を測定することである。リークチェックにより求めた値をリークレートと言う。リークレートは、処理室の堆積物から発生するガス(アウトガス流量)と大気からの漏れ流量の和である。
FIG. 3 is a conventional specification of a flowchart showing a flow of operation of the plasma processing apparatus. In
ステップ202において、エッチング処理を行い、リークチェック設定時間になると、ステップ203において、リークチェックを自動的に開始する。リークチェック設定時間に、処理中のロットが存在する場合は、処理中のロット終了後に、一旦処理をストップさせて、リークチェックを実施する。
In
ステップ204において、リークチェックから得られた値であるリークレートを所定値と比較し、リークレートが所定値内(Y)であれば装置が正常状態であると判定し、ステップ205において、エッチング処理を実施する。一方、ステップ204において、リークレートが所定値外(N)なら、エッチング処理は稼動させず、ステップ206において、画面表示機器116やHOSTコンピュータ120を用いてリークレートの結果をユーザーに報告する。
In
図3のタイムチャートを図5に示す。ステップ204でリークレートが所定値外(N)であった場合、次エッチング処理を実施するまでの作業を、従来は、全て手作業で実施していた。
The time chart of FIG. 3 is shown in FIG. If the leak rate is outside the predetermined value (N) in
本発明では、このエッチング処理間における手動作業の工程を見直し、自動・半自動にすることで、人が介在する作業の省力化を実現した。これを図4に示す。 In the present invention, the manual work process between the etching processes is reviewed and automatic / semi-automatic is realized, thereby realizing labor saving of work involving humans. This is shown in FIG.
図4において、ステップ207のリークチェックの時間設定からステップ210のリークレートを所定値と比較するまでの作業については、図3におけるステップ201からステップ204と同様である。
In FIG. 4, the operations from setting the leak check time in
ステップ210において、リークレートを所定値と比較し、リークレートが所定値外(N)なら、エッチング処理は稼動させず、ステップ212において、プラズマクリーニング回数を+1加算し、ステップ213において、プラズマクリーニングレシピを設定する。
In
プラズマクリーニングは、処理室に付着している堆積物を、プラズマ発光により除去する方法である。処理室に付着している堆積物は、以下の2点より推定可能である。
(1)処理済みのエッチングレシピ
(2)ステップ208でエッチング処理と同時に実施した発光分光器105から行ったOES解析結果
Plasma cleaning is a method of removing deposits adhering to the processing chamber by plasma emission. Deposits adhering to the processing chamber can be estimated from the following two points.
(1) Processed etching recipe (2) Results of OES analysis performed from
処理室に付着している堆積物の種類を判別すると、堆積物の種類に応じて、それを除去するクリーニングガスが決定される。プラズマクリーニングレシピにおいて、ガス以外の項目については、実測値を基に決定する。また、実施した結果については、以後、プラズマクリーニング設定の際の参考のため、記憶装置に保存される。 When the type of deposit adhering to the processing chamber is determined, a cleaning gas for removing the deposit is determined according to the type of deposit. In the plasma cleaning recipe, items other than gas are determined based on actual measurement values. In addition, the implemented results are stored in the storage device for reference after the plasma cleaning setting.
プラズマクリーニング処理時間については、所定時間内とする。プラズマクリーニング処理時間が所定時間外となる場合は、レシピ内の他の値を調節する。 The plasma cleaning processing time is within a predetermined time. If the plasma cleaning process time is outside the predetermined time, other values in the recipe are adjusted.
ステップ214において、選択したプラズマクリーニングレシピを実行する。この時、発光分光器105によるOES解析を稼動する。プラズマクリーニング終了後、ステップ215において、堆積物量を所定値と比較し、堆積物量が所定値内(Y)なら、ステップ216において、リークチェックを実施する。
In
リークチェック後、ステップ217において、リークレートを所定値と比較し、リークレートが所定値内(Y)なら、ステップ218において、プラズマクリーニング実施回数をリセットし、ステップ211に移行して、エッチング処理を実施する。上記の作業をタイムチャートに示したものが図6である。
After the leak check, in
図4のフローチャートのステップ215において、堆積物量が所定値内でない(N)なら、ステップ219において、プラズマクリーニングの実施回数(所定値≧2)を確認する。所定回数内(N)ならば、ステップ212に移行して、プラズマクリーニング実施回数を+1加算し、ステップ213において、プラズマクリーニングレシピを設定し、ステップ214において、プラズマクリーニング処理を実行する。
In
しかし、上記の作業(ステップ212〜ステップ214)を繰り返しても、ステップ215において、堆積物が所定値内でなく、ステップ219において、プラズマクリーニング実施回数が所定値を超えた(Y)場合には、WETクリーニングを実施して、処理室内の堆積物除去を行う。
However, even if the above operations (step 212 to step 214) are repeated, if the deposit is not within the predetermined value in
WETクリーニングは、以下の手順で手作業により実施する。装置の真空処理室を窒素等の不活性ガスで大気圧に戻した後、処理室を開放し、水や揮発性の薬液で拭き、内部パーツの交換を行う。このように真空処理室を大気開放して、装置内部の隅々を清掃する。WETクリーニングの実施には、数時間を要する。 WET cleaning is performed manually by the following procedure. After returning the vacuum processing chamber of the apparatus to atmospheric pressure with an inert gas such as nitrogen, the processing chamber is opened, wiped with water or a volatile chemical solution, and the internal parts are replaced. In this way, the vacuum processing chamber is opened to the atmosphere, and every corner inside the apparatus is cleaned. It takes several hours to perform the WET cleaning.
WETクリーニングを実施する必要がある場合には、ステップ220において、WETクリーニングの報知を行う。報知方法は、画面表示機器116、点灯信号117、アラーム118である。
If it is necessary to carry out the WET cleaning, in
その場合、プラズマクリーニング実施回数を増加させるほどスループットが低下する。そのため、適当な回数でプラズマクリーニング処理を止める必要がある。そのため、ステップ212において、プラズマクリーニング処理回数を+1加算してカウントし、ステップ219において、プラズマクリーニング回数を制限する。
In that case, the throughput decreases as the number of plasma cleaning operations is increased. Therefore, it is necessary to stop the plasma cleaning process at an appropriate number of times. Therefore, in
また、ステップ215において、堆積物量が所定値内(Y)であるが、ステップ217において、リークレートが所定値でない(N)場合も、ステップ220において、WETクリーニングの報知を行う。
Also, in
上記の場合は、処理室内で試料台113より下部に堆積物が付着していることがわかる。これは、以下の理由からである。処理室で試料台113より上部はプラズマ102と接するため、プラズマクリーニングにより、処理室内の試料台113より上部に付着する堆積物は除去できる。しかし、処理室内において試料台113より下部はプラズマ102と接しないため、プラズマクリーニングにより、試料台113より下部に付着する堆積物を除去できないからである。
In the above case, it can be seen that deposits adhere to the lower part of the
WETクリーニング報知後、オペレータがWETクリーニング以外の処理を実行することも可能であるが、WETクリーニングを実行するまでWETクリーニングの報知を定期的に行い、警告を促し続ける。 After the WET cleaning notification, the operator can execute a process other than the WET cleaning. However, the WET cleaning is periodically notified until the WET cleaning is executed, and the warning is continued.
エッチング処理後、リークチェックを実施し、リークレートが所定値外の場合、プラズマクリーニングを実施することで、処理室に付着する堆積物が除去され、次エッチング処理を行う。これらの処理を繰り返したタイムチャートを図7に示す。 After the etching process, a leak check is performed. If the leak rate is outside a predetermined value, the plasma adhering is performed to remove deposits attached to the processing chamber, and the next etching process is performed. FIG. 7 shows a time chart in which these processes are repeated.
図7に示すように、エッチング処理回数に伴って、エッチング処理外の時間Tが増加する。これは、エッチング処理を繰り返す程、処理室に付着する堆積物が増加するため、必要なプラズマクリーニングの処理時間が長くなるからである。 As shown in FIG. 7, the time T outside the etching process increases with the number of etching processes. This is because, as the etching process is repeated, the amount of deposits attached to the process chamber increases, so that the necessary plasma cleaning process time becomes longer.
そこで、本発明では、リークレートによって、リークチェックの頻度を自動で調整する。リークレートが良好な場合は、可能な限りリークチェックの頻度を減少する。また、リークレートが良好でない場合は、リークチェックの頻度を増加する。これにより、装置の安全性が高まる。 Therefore, in the present invention, the frequency of the leak check is automatically adjusted according to the leak rate. If the leak rate is good, reduce the frequency of leak checks as much as possible. If the leak rate is not good, the frequency of leak check is increased. This increases the safety of the device.
100 プラズマエッチング装置
101 プラズマ発生高周波電源
102 プラズマ
103 観測窓
104 光ファイバ
105 発光分光器
106 インターフェース
107 ソレノイドコイル
108 圧力計
109 可変コンダクタンスバルブ
110 排気系真空ポンプ
111 マスフローコントローラ
112 ガス供給系
113 試料台
114 バイアス用高周波電源
115 制御装置
116 画面表示機器
117 点灯信号
118 アラーム
119 ネットワーク
120 HOSTコンピュータ
DESCRIPTION OF
Claims (12)
予め定められた間隔で前記処理室内にプラズマを形成してこの処理室内側の壁面の付着物を除去するクリーニング動作を行うクリーニング用モードを有し、
前記クリーニング用モードにおいて検出した前記プラズマを用いたクリーニングの際の付着物の量と前記プラズマを用いたクリーニング後の前記処理室のリーク量との各々が所定の値以下である場合に前記クリーニング用モードを終了することを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。 An operation method of a plasma processing apparatus for processing a wafer by forming a plasma in a processing chamber disposed inside a vacuum vessel and forming a plasma in the processing chamber,
A cleaning mode for performing a cleaning operation of forming plasma in the processing chamber at a predetermined interval to remove deposits on the wall surface on the processing chamber side;
When the amount of deposits at the time of cleaning using the plasma detected in the cleaning mode and the amount of leakage in the processing chamber after cleaning using the plasma are equal to or less than a predetermined value, A method of operating a plasma processing apparatus, wherein the mode is terminated.
検出された前記処理室のリーク量の値の大小に応じて、前記クリーニング用モードの動作または前記処理室のリーク量の検出の間隔の長短が調節されて設定されることを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。 An operation method of the plasma processing apparatus according to claim 1,
The plasma processing is characterized in that the length of the interval of the operation of the cleaning mode or the detection of the leakage amount of the processing chamber is adjusted according to the detected value of the leakage amount of the processing chamber. How to operate the device.
前記クリーニング用モードにおいて検出された前記プラズマを用いたクリーニングの際の付着物の量が前記所定の値より大きいと判定された場合に再度プラズマを用いた前記処理室のクリーニングを行うことを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。 An operation method of the plasma processing apparatus according to claim 1 or 2,
The cleaning of the processing chamber using plasma is performed again when it is determined that the amount of deposits at the time of cleaning using the plasma detected in the cleaning mode is larger than the predetermined value. Of operating a plasma processing apparatus.
前記クリーニング用モードにおいて検出された前記プラズマを用いたクリーニングの際の付着物の量が前記所定の値以下であって且つこのプラズマを用いたクリーニング後のリーク量が所定値よりも大きな場合に再度プラズマを用いた前記処理室のクリーニングを行うことを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。 An operation method of the plasma processing apparatus according to claim 1 or 2,
When the amount of deposits at the time of cleaning using the plasma detected in the cleaning mode is equal to or less than the predetermined value and the amount of leakage after cleaning using the plasma is larger than the predetermined value again A method of operating a plasma processing apparatus, wherein the processing chamber is cleaned using plasma.
前記クリーニング用モードにおいて前記プラズマを用いたクリーニングの際の付着物の量が前記所定の値より大きいと判定された場合にこのモードの開始後のプラズマを用いたクリーニングの回数が所定の値を越えていると判定された場合は当該判定の結果またはWETクリーニングの必要を報知することを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。 An operation method of the plasma processing apparatus according to claim 3,
When it is determined that the amount of deposits during cleaning using the plasma in the cleaning mode is greater than the predetermined value, the number of cleanings using the plasma after the start of the mode exceeds a predetermined value. A method for operating a plasma processing apparatus, characterized in that, when it is determined that it is determined, the result of the determination or the necessity of WET cleaning is notified.
前記クリーニング用モードにおいて検出された前記プラズマを用いたクリーニングの際の付着物の量が前記所定の値以下であって且つこのプラズマを用いたクリーニング後のリーク量が所定値よりも大きな場合にこのモードの開始後のプラズマを用いたクリーニングの回数が所定の値を越えていると判定された場合は当該判定の結果またはWETクリーニングの必要を報知することを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。 An operation method of the plasma processing apparatus according to claim 4,
This is when the amount of deposits during cleaning using the plasma detected in the cleaning mode is less than or equal to the predetermined value and the amount of leakage after cleaning using the plasma is greater than a predetermined value. A method of operating a plasma processing apparatus, characterized in that if it is determined that the number of cleanings using plasma after the start of a mode exceeds a predetermined value, the result of the determination or the need for WET cleaning is notified.
前記クリーニング用モードにおいて検出した前記プラズマを用いたクリーニングの際の付着物の量と前記プラズマを用いたクリーニング後の前記処理室のリーク量との各々が所定の値以下である場合に前記クリーニング用モードを終了する制御部を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。 A wafer is placed in a processing chamber disposed inside the vacuum vessel, plasma is formed in the processing chamber and processed, plasma is formed in the processing chamber at a predetermined interval, and the wall on the processing chamber side is formed. In a plasma processing apparatus having a cleaning mode for performing a cleaning operation to remove deposits,
When the amount of deposits at the time of cleaning using the plasma detected in the cleaning mode and the amount of leakage in the processing chamber after cleaning using the plasma are equal to or less than a predetermined value, A plasma processing apparatus comprising a control unit for terminating the mode.
前記制御部は、検出された前記処理室のリーク量の値の大小に応じて、前記クリーニング用モードの動作または前記処理室のリーク量の検出の間隔の長短が調節されて設定されることを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 7, wherein
The controller is configured to adjust and set the length of the cleaning mode operation or the processing chamber leakage amount detection according to the detected value of the processing chamber leakage amount. A plasma processing apparatus.
前記制御部は、前記クリーニング用モードにおいて検出された前記プラズマを用いたクリーニングの際の付着物の量が前記所定の値より大きいと判定された場合に再度プラズマを用いた前記処理室のクリーニングを行うことを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 7 or 8,
The control unit cleans the processing chamber using plasma again when it is determined that the amount of deposits during cleaning using the plasma detected in the cleaning mode is greater than the predetermined value. A plasma processing apparatus is provided.
前記制御部は、前記クリーニング用モードにおいて検出された前記プラズマを用いたクリーニングの際の付着物の量が前記所定の値以下であって且つこのプラズマを用いたクリーニング後のリーク量が所定値よりも大きな場合に再度プラズマを用いた前記処理室のクリーニングを行うことを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 7 or 8,
The controller is configured such that the amount of deposits at the time of cleaning using the plasma detected in the cleaning mode is equal to or less than the predetermined value, and the amount of leak after cleaning using the plasma is less than the predetermined value. In the plasma processing apparatus, cleaning of the processing chamber using plasma is performed again in the case where the size is larger.
前記制御部は、前記クリーニング用モードにおいて前記プラズマを用いたクリーニングの際の付着物の量が前記所定の値より大きいと判定された場合にこのモードの開始後のプラズマを用いたクリーニングの回数が所定の値を越えていると判定された場合は当該判定の結果またはWETクリーニングの必要を報知することを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein
When the controller determines that the amount of deposits during cleaning using the plasma in the cleaning mode is greater than the predetermined value, the number of cleanings using the plasma after the start of this mode is increased. A plasma processing apparatus, wherein when it is determined that the predetermined value is exceeded, the result of the determination or the necessity of WET cleaning is notified.
前記制御部は、前記クリーニング用モードにおいて検出された前記プラズマを用いたクリーニングの際の付着物の量が前記所定の値以下であって且つこのプラズマを用いたクリーニング後のリーク量が所定値よりも大きな場合にこのモードの開始後のプラズマを用いたクリーニングの回数が所定の値を越えていると判定された場合は当該判定の結果またはWETクリーニングの必要を報知することを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein
The controller is configured such that the amount of deposits at the time of cleaning using the plasma detected in the cleaning mode is equal to or less than the predetermined value, and the amount of leak after cleaning using the plasma is less than the predetermined value. If it is determined that the number of cleanings using plasma after the start of this mode exceeds a predetermined value in the case of a large value, the result of the determination or the necessity of WET cleaning is notified. apparatus.
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