JP2020188097A - プラズマ処理装置、算出方法および算出プログラム - Google Patents

プラズマ処理装置、算出方法および算出プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】天板の消耗度合を求めること。【解決手段】計測部は、ヒーターの温度が一定となるようヒーターへの供給電力を制御して、プラズマを点火して無い未点火状態と、プラズマを点火してからヒーターへの供給電力が低下する過渡状態での供給電力を計測する。パラメータ算出部は、天板の厚さをパラメータとして含み、過渡状態の供給電力を算出する算出モデルに対して、計測された未点火状態と過渡状態の供給電力を用いてフィッティングを行って、天板の厚さを算出する。【選択図】図６

Description

本開示は、プラズマ処理装置、算出方法および算出プログラムに関する。
特許文献１には、チャンバーの上部に環状のコイルを配設し、コイルに通電して磁界を発生させて、半導体ウエハ及びフォーカスリングの上部に形成されるプラズマシースの界面を平坦化する技術が提案されている。
特開２０１５−２０１５５８号公報
本開示は、天板の消耗度合を求めることができる技術を提供する。
本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、支持部と、ヒーター制御部と、計測部と、パラメータ算出部とを有する。支持部は、プラズマに面する天板を着脱自在に支持し、天板の支持面の温度を調整可能なヒーターが設けられている。ヒーター制御部は、ヒーターが設定された設定温度となるようヒーターへの供給電力を制御する。計測部は、ヒーター制御部により、ヒーターの温度が一定となるようヒーターへの供給電力を制御して、プラズマを点火して無い未点火状態と、プラズマを点火してからヒーターへの供給電力が低下する過渡状態での供給電力を計測する。パラメータ算出部は、天板の厚さをパラメータとして含み、過渡状態の供給電力を算出する算出モデルに対して、計測部により計測された未点火状態と過渡状態の供給電力を用いてフィッティングを行って、天板の厚さを算出する。
本開示によれば、天板の消耗度合を求めることができる。
図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置の概略的な構成の一例を示す断面図である。 図２は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置を制御する制御部の概略的な構成を示したブロック図である。 図３は、天板の温度に影響を与えるエネルギーの流れを模式的に示す図である。 図４は、消耗前の天板のエネルギーの流れを模式的に示す図である。 図５は、消耗後の天板のエネルギーの流れを模式的に示す図である。 図６は、天板の温度とヒーターへの供給電力の変化の一例を示す図である。 図７は、第１実施形態に係る判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図８は、第２実施形態に係る支持部の天板を支持する支持面を分割した分割領域の一例を示す図である。 図９は、他の実施形態に係る支持部の天板を支持する支持面を分割した分割領域の一例を示す図である。 図１０は、他の実施形態に係る支持部の天板を支持する支持面を分割した分割領域の一例を示す図である。
以下、図面を参照して本願の開示するプラズマ処理装置、算出方法および算出プログラムの実施形態について詳細に説明する。本開示においては、プラズマ処理装置の具体例として、プラズマエッチングを行う装置を例にとり詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示するプラズマ処理装置、算出方法および算出プログラムが限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
ところで、半導体ウエハ（以下「ウエハ」と呼ぶ。）に対してプラズマを用いてエッチング処理を行うプラズマ処理装置が知られている。例えば、容量結合型平行平板のプラズマ処理装置では、ウエハを載置した載置台と、載置台の上部に配置された天板との間にプラズマを生成してエッチングを行う。プラズマ処理装置では、載置台と天板との間の距離は、エッチング特性や均一性に関して重要な因子の一つである。
プラズマ処理装置は、プラズマ処理を実施すると、天板のプラズマに曝される面がプラズマ中のラジカルやイオンによって消耗する。プラズマ処理装置は、天板の消耗によって載置台と天板との距離が広がると、エッチング特性や均一性が変動してしまう虞がある。このため、従来、プラズマ処理装置では、プラズマ処理の実施時間や処理したウエハの枚数から天板の交換時期を定めている。
しかし、プラズマ処理装置は、異なるプロセスレシピでの処理を行われることがある。このため、プラズマ処理装置は、過去の実績にある程度マージンを持たせた交換時期を用いねばならず、プラズマ処理装置の生産性が低下する。
そこで、プラズマ処理装置では、プラズマ処理により消耗する天板の消耗度合を求める技術が期待されている。
（第１実施形態）
［プラズマ処理装置の構成］
最初に、実施形態に係るプラズマ処理装置１０の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置の概略的な構成の一例を示す断面図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型平行平板のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１０は、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２は、例えば、アルミニウムから構成されている。また、処理容器１２の表面は、陽極酸化処理が施されている。
処理容器１２内には、載置台１６が設けられている。載置台１６は、静電チャック１８および基台２０を有する。静電チャック１８の上面は、プラズマ処理の対象となる被処理体が載置される載置面とされている。本実施形態では、被処理体としてウエハＷが静電チャック１８の上面に載置される。基台２０は、略円盤形状を有しており、主部が、例えばアルミニウムといった導電性の金属により構成されている。基台２０は、下部電極を構成している。基台２０は、支持部１４によって支持されている。支持部１４は、処理容器１２の底部から延びる円筒状の部材である。
基台２０上には、静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、クーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着し、当該ウエハＷを保持する。静電チャック１８は、セラミック製の本体部内に静電吸着用の電極Ｅ１が設けられている。電極Ｅ１には、スイッチＳＷ１を介して直流電源２２が電気的に接続されている。ウエハＷを保持する吸着力は、直流電源２２から印加される直流電圧の値に依存する。
載置台１６は、静電チャック１８上のウエハＷの周囲に、フォーカスリングＦＲが配置される。フォーカスリングＦＲは、プラズマ処理の均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、実行すべきプラズマ処理に応じて適宜選択される材料から構成されている。例えば、フォーカスリングＦＲは、シリコン、または石英により構成される。
静電チャック１８中、電極Ｅ１の下方には、ヒーター１９が設けられている。ヒーター１９は、不図示の配線を介して、第１ヒーター電源ＨＰ１に接続されている。第１ヒーター電源ＨＰ１は、制御部１００から制御の元、ヒーター１９に調整された電力を供給する。これにより、ヒーター１９が発する熱が制御され、静電チャック１８に配置されたウエハＷの温度が調整される。なお、ヒーター１９を、静電チャック１８のウエハＷが載置される載置面を分割した分割領域ごとに個別に設けて分割領域ごとに個別に温度の調整が可能としてもよい。さらに、図示しない伝熱ガス供給機構およびガス供給ラインによって伝熱ガス、例えばＨｅガスが静電チャック１８の上面とウエハＷの裏面との間に供給されてもよい。
基台２０の内部には、冷媒流路２４が形成されている。冷媒流路２４には、処理容器１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻る。
処理容器１２内には、シャワーヘッド３０が設けられている。シャワーヘッド３０は、載置台１６の上方において、載置台１６と対向配置されている。載置台１６とシャワーヘッド３０とは、互いに略平行に設けられている。
シャワーヘッド３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。シャワーヘッド３０は、載置台１６と対向するように配置された天板３４と、天板３４を支持する支持部３６とを備えている。
天板３４は、載置台１６と対向するように配置され、処理容器１２内に処理ガスを噴出する複数のガス孔３４ａが形成されている。天板３４は、例えばシリコンやＳｉＣ等により形成されている。
支持部３６は、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等からなり、その下部に天板３４を着脱自在に支持できるように構成されている。
支持部３６の内部には、処理ガスを複数のガス孔３４ａに供給するためのガス拡散室３６ａが形成されている。支持部３６の底部には、ガス拡散室３６ａの下部に位置するように、複数のガス通流孔３６ｂが形成されている。複数のガス通流孔３６ｂは、複数のガス孔３４ａにそれぞれ連通している。
支持部３６には、ガス拡散室３６ａへ処理ガスを導入するためのガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
ガス供給管３８には、バルブ群４２および流量制御器群４４を介してガスソース群４０が接続されている。バルブ群４２は、複数の開閉バルブを有する。流量制御器群４４は、マスフローコントローラといった複数の流量制御器を有する。また、ガスソース群４０は、プラズマ処理に必要な複数種のガス用のガスソースを有する。ガスソース群４０の複数のガスソースは、対応の開閉バルブおよび対応のマスフローコントローラを介してガス供給管３８に接続されている。
プラズマ処理装置１０では、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択された一以上のガスソースからの一以上のガスが、ガス供給管３８に供給される。ガス供給管３８に供給されたガスは、ガス拡散室３６ａに至り、ガス通流孔３６ｂおよびガス孔３４ａを介して処理空間Ｓにシャワー状に分散されて噴出される。
シャワーヘッド３０には、天板３４の温度を調整するための温調機構が設けられている。例えば、支持部３６の内部には、冷媒流路９２が形成されている。冷媒流路９２は、配管を介して処理容器１２の外部に設けられたチラーユニットに接続され、冷媒が循環供給される。すなわち、シャワーヘッド３０は、温調機構として、冷媒流路９２、配管及びチラーユニットを含む冷媒循環システムを構築している。チラーユニットは、後述の制御部１００からの制御信号を受け取ることで、冷媒流路９２へ供給される冷媒の温度又は流量を制御可能に構成されている。制御部１００は、チラーユニットから冷媒流路９２へ供給する冷媒の温度又は流量を制御することにより、天板３４の温度を制御する。
また、シャワーヘッド３０には、支持部３６のガス拡散室３６ａの天板３４側の内部にヒーター９３が設けられている。ヒーター９３は、天板３４の配置領域に対応する領域に設けられ、天板３４を加熱する。ヒーター９３は、不図示の配線を介して、第２ヒーター電源ＨＰ２に接続されている。第２ヒーター電源ＨＰ２は、制御部１００から制御の元、ヒーター９３に調整された電力を供給する。これにより、ヒーター９３が発する熱が制御され、天板３４の温度が個別に調整される。
第２ヒーター電源ＨＰ２には、ヒーター９３へ供給する供給電力を検出する電力検出部ＰＤが設けられている。なお、電力検出部ＰＤは、第２ヒーター電源ＨＰ２とは別に、第２ヒーター電源ＨＰ２からヒーター９３への電力が流れる配線に設けてもよい。電力検出部ＰＤは、ヒーター９３へ供給する供給電力を検出する。例えば、電力検出部ＰＤは、ヒーター９３へ供給する供給電力として、電力量［Ｗ］を検出する。ヒーター９３は、電力量に応じて発熱する。このため、ヒーター９３へ供給する電力量は、ヒータパワーを表す。電力検出部ＰＤは、検出したヒーター９３への供給電力を示す電力データを制御部１００に通知する。
また、シャワーヘッド３０は、ヒーター９３の温度が検出可能な不図示の温度センサが設けられている。温度センサは、ヒーター９３とは別に温度を測定する素子であってもよい。また、温度センサは、ヒーター９３への電力が流れる配線に配置され、温度上昇に応じて電気抵抗が増大する性質を利用して、温度を検出する素子であってもよい。温度センサにより検出されたセンサ値は、温度測定器ＴＤに送られる。温度測定器ＴＤは、センサ値からヒーター９３が配置された領域の温度を測定する。温度測定器ＴＤは、ヒーター９３が配置された領域の温度を示す温度データを制御部１００に通知する。
上部電極としてのシャワーヘッド３０には、図示しないローパスフィルタ（ＬＰＦ）、整合器ＭＵ１、及び給電棒６０を介して、第１高周波電源６１が電気的に接続されている。第１高周波電源６１は、プラズマ生成用の電源であり、１３．５６ＭＨｚ以上の周波数、例えば６０ＭＨｚのＲＦ電力をシャワーヘッド３０に供給する。整合器ＭＵ１は、第１高周波電源６１の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる整合器である。整合器ＭＵ１は、処理容器１２内にプラズマが生成されている時に第１高周波電源６１の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。整合器ＭＵ１の出力端子は、給電棒６０の上端に接続されている。
下部電極である載置台１６には、図示しないローパスフィルタ（ＬＰＦ）、整合器ＭＵ２を介して第２高周波電源６２が電気的に接続されている。第２高周波電源６２は、イオン引き込み用（バイアス用）の電源であり、３００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば２ＭＨｚのＲＦ電力を載置台１６に供給する。整合器ＭＵ２は、第２高周波電源６２の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる整合器である。整合器ＭＵ２は、処理容器１２内にプラズマが生成されている時に第２高周波電源６２の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
プラズマ処理装置１０は、接地導体１２ａを更に有する。接地導体１２ａは、略円筒状の接地導体であり、処理容器１２の側壁から上部電極３０の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。
また、プラズマ処理装置１０は、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。また、デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成されている。デポシールド４６は、温度の制御が可能とされている。例えば、デポシールド４６は、不図示のヒーターが設けられ、温度の制御が可能とされている。
処理容器１２の底部側においては、支持部１４と処理容器１２の内壁との間に排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成されている。処理容器１２は、排気プレート４８の下方に排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有する。排気装置５０は、プラズマ処理を実施する際、処理容器１２内を所望の真空度まで減圧する。また、処理容器１２の側壁には、ウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられている。搬入出口１２ｇは、ゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
上記のように構成されたプラズマ処理装置１０は、制御部１００によって、その動作が統括的に制御される。制御部１００は、例えば、コンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。プラズマ処理装置１０は、制御部１００によって、動作が統括的に制御される。
［制御部の構成］
次に、制御部１００について詳細に説明する。図２は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置を制御する制御部１００の概略的な構成を示したブロック図である。制御部１００は、例えば、コンピュータであり、外部インターフェース１０１と、プロセスコントローラ１０２と、ユーザインターフェース１０３と、記憶部１０４とが設けられている。
外部インターフェース１０１は、プラズマ処理装置１０の各部と通信可能とされ、各種のデータを入出力する。例えば、外部インターフェース１０１には、電力検出部ＰＤからヒーター９３への供給電力を示す電力データが入力する。また、外部インターフェース１０１には、ヒーター９３が配置された領域の温度を示す温度データが入力する。また、外部インターフェース１０１は、ヒーター９３へ供給する供給電力を制御する制御データを第２ヒーター電源ＨＰ２へ出力する。
プロセスコントローラ１０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えプラズマ処理装置１０の各部を制御する。
ユーザインターフェース１０３は、工程管理者がプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置１０の稼動状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
記憶部１０４には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセスコントローラ１０２の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）が格納されている。また、記憶部１０４には、処理条件データ等が記憶されたレシピ、およびプラズマ処理を行う上での装置やプロセスに関するパラメータ等が格納されている。また、記憶部１０４には、プラズマ処理を行う上での装置やプロセスに関するパラメータ等が格納されている。なお、制御プログラムやレシピ、パラメータは、コンピュータで読み取り可能なコンピュータ記録媒体（例えば、ハードディスク、ＤＶＤなどの光ディスク、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）に記憶されていてもよい。また、制御プログラムやレシピ、パラメータは、他の装置に記憶され、例えば専用回線を介してオンラインで読み出して利用されてもよい。
プロセスコントローラ１０２は、プログラムやデータを格納するための内部メモリを有し、記憶部１０４に記憶された制御プログラムを読み出し、読み出した制御プログラムの処理を実行する。プロセスコントローラ１０２は、制御プログラムが動作することにより各種の処理部として機能する。例えば、プロセスコントローラ１０２は、ヒーター制御部１０２ａと、計測部１０２ｂと、パラメータ算出部１０２ｃと、設定温度算出部１０２ｄと、アラート部１０２ｅの機能を有する。なお、本実施形態では、プロセスコントローラ１０２が、各種の処理部として機能する場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。例えば、ヒーター制御部１０２ａと、計測部１０２ｂ、パラメータ算出部１０２ｃ、設定温度算出部１０２ｄ、アラート部１０２ｅの機能を複数のコントローラで分散して実現してもよい。
ところで、プラズマ処理では、温度によって処理の進行が変化する。例えば、プラズマエッチングでは、天板３４の温度によってエッチングの進行速度が変化する。そこで、プラズマ処理装置１０では、ヒーター９３によって、天板３４の温度を目標温度に制御することが考えられる。
ここで、天板３４の温度に影響を与えるエネルギーの流れを説明する。図３は、天板の温度に影響を与えるエネルギーの流れを模式的に示す図である。図３には、天板３４や、支持部３６を含むシャワーヘッド３０が簡略化して示されている。支持部３６の内部には、ヒーター９３が設けられている。また、支持部３６の内部には、ヒーター９３の上部に冷媒が流れる冷媒流路９２が形成されている。
ヒーター９３は、第２ヒーター電源ＨＰ２から供給される供給電力に応じて発熱し、温度が上昇する。図３では、ヒーター９３へ供給される供給電力をヒータパワーＰｈとして示している。ヒーター９３では、ヒータパワーＰｈを支持部３６のヒーター９３が設けられている領域の面積Ａで割った単位面積当たりの発熱量（熱流束）ｑｈが生じる。
プラズマ処理を行っている場合、天板３４には、プラズマから入熱する。図３では、プラズマから天板３４への入熱量を天板３４の面積で割った単位面積当たりのプラズマからの熱流束ｑｐとして示している。天板３４は、プラズマからの熱流束ｑｐの入熱や輻射熱ｑｒの入熱により、温度が上昇する。
天板３４に伝わった熱は、支持部３６に伝わる。ここで、支持部３６には、天板３４の熱が全て伝わるわけではなく、天板３４と支持部３６との接触度合など、熱の伝わり難さに応じて支持部３６に熱が伝わる。熱の伝わり難さ、すなわち熱抵抗は、熱の伝熱方向に対する断面積に反比例する。このため、図３では、天板３４から支持部３６の表面への熱の伝わり難さを、天板３４と支持部３６の天板３４を支持する支持面間の単位面積当たりの熱抵抗Ｒｔｈ・Ａとして示している。なお、Ａは、ヒーター９３が設けられている領域の面積である。Ｒｔｈは、ヒーター９３が設けられている領域全体における熱抵抗である。また、図３では、天板３４から支持部３６表面への入熱量を、天板３４から支持部３６表面への単位面積当たりの熱流束ｑとして示している。なお、熱抵抗Ｒｔｈ・Ａは、支持部３６の表面状態や、熱抵抗もしくは熱伝導率に関与する装置パラメータに依存する。
支持部３６の表面に伝わった熱は、支持部３６の温度を上昇させ、さらに、ヒーター９３に伝わる。図３では、支持部３６表面からヒーター９３への入熱量を、支持部３６表面からヒーター９３への単位面積当たりの熱流束ｑｃとして示している。
一方、支持部３６は、冷媒流路９２を流れる冷媒により冷却される。このとき、図３では、支持部３６から冷媒流路９２への抜熱量を、支持部３６への単位面積当たりの熱流束ｑｂとして示している。これにより、ヒーター９３は、抜熱によって冷却され、温度が低下する。
ところで、天板３４は、プラズマに曝される面がプラズマ中のラジカルやイオンによって消耗して厚さが薄くなる。プラズマ処理装置１０は、天板３４が消耗して厚さが薄くなると、プラズマ処理中のヒーター９３への入熱量が変化する。
ここで、天板３４が消耗によるヒーター９３への入熱量が変化を説明する。図４は、消耗前の天板３４のエネルギーの流れを模式的に示す図である。
ヒーター９３の温度が一定となるように制御している場合、ヒーター９３の位置において、ヒーター９３に入熱する熱量およびヒーター９３で発生する発熱量の総和と、ヒーター９３から抜熱される抜熱量とが等しい状態となる。図４は、天板３４のエネルギーの流れを模式的に示す図である。例えば、プラズマを点火して無い未点火状態では、ヒーター９３で発生する発熱量の総和と、ヒーター９３から抜熱される抜熱量とが等しい状態となる。図４において、「未点火状態」とした例では、冷媒流路９２から冷却により、ヒーター９３から「１０」の熱量が抜熱されている。ヒーター９３の温度が一定となるように制御している場合、ヒーター９３には、第２ヒーター電源ＨＰ２からヒータパワーＰｈにより「１０」の熱量が発生する。
一方、例えば、プラズマを点火した点火状態では、ヒーター９３には、支持部３６を介して、プラズマからも入熱する。点火状態には、過渡状態と定常状態とがある。過渡状態は、例えば、天板３４や支持部３６に対する入熱量が抜熱量よりも多く、天板３４や支持部３６の温度が経時的に上昇傾向となる状態である。定常状態は、天板３４や支持部３６の入熱量と抜熱量が等しくなり、天板３４や支持部３６の温度に経時的な上昇傾向がなくなり、温度が略一定となった状態である。
点火状態の場合、天板３４は、定常状態となるまで、プラズマからの入熱により温度が上昇する。ヒーター９３には、支持部３６を介して天板３４から熱が伝わる。上述のように、ヒーター９３の温度が一定となるように制御している場合、ヒーター９３に入熱される熱量とヒーター９３から抜熱される熱量は、等しい状態となる。ヒーター９３は、ヒーター９３の温度を一定に維持するために必要な熱量が低下する。このため、ヒーター９３への供給電力が低下する。
例えば、図４において、「過渡状態」とした例では、プラズマから天板３４へ「７」の熱量が伝わる。天板３４に伝わった熱は、支持部３６に伝わる。また、天板３４の温度が定常状態ではない場合、天板３４に伝わった熱は、一部が天板３４の温度の上昇に作用する。天板３４の温度上昇に作用する熱量は、天板３４の熱容量に依存する。このため、天板３４に伝わった「７」の熱量のうち、「６」の熱量が天板３４から支持部３６の表面へ伝わる。支持部３６の表面に伝わった熱は、ヒーター９３に伝わる。また、支持部３６の温度が定常状態ではない場合、支持部３６の表面に伝わった熱は、一部が支持部３６の温度の上昇に作用する。支持部３６の温度上昇に作用する熱量は支持部３６の熱容量に依存する。このため、支持部３６の表面に伝わった「６」の熱量のうち、「５」の熱量がヒーター９３に伝わる。このため、ヒーター９３の温度が一定となるように制御している場合、ヒーター９３には、第２ヒーター電源ＨＰ２からヒータパワーＰｈにより「５」の熱量が供給される。
また、図４において、「定常状態」とした例では、プラズマから天板３４へ「７」の熱量が伝わる。天板３４に伝わった熱は、支持部３６に伝わる。また、天板３４の温度が定常状態である場合、天板３４は、入熱量と出熱量が等しい状態となっている。このため、プラズマから天板３４に伝わった「７」の熱量が天板３４から支持部３６の表面へ伝わる。支持部３６の表面に伝わった熱は、ヒーター９３に伝わる。支持部３６の温度が定常状態である場合、支持部３６は、入熱量と出熱量が等しい状態となっている。このため、支持部３６の表面に伝わった「７」の熱量がヒーター９３に伝わる。このため、ヒーター９３の温度が一定となるように制御している場合、ヒーター９３には、第２ヒーター電源ＨＰ２からヒータパワーＰｈにより「３」の熱量が供給される。
図５は、消耗後の天板３４のエネルギーの流れを模式的に示す図である。天板３４は、消耗したことにより、図４よりも厚さが薄くなっている。
未点火状態では、天板３４が消耗して厚さが薄くなった場合でも、図４に示した消耗前の場合とエネルギーの流れは同様となる。図５において、「未点火状態」とした例では、冷媒流路９２から冷却により、ヒーター９３から「１０」の熱量が抜熱されている。ヒーター９３の温度が一定となるように制御している場合、ヒーター９３には、第２ヒーター電源ＨＰ２からヒータパワーＰｈにより「１０」の熱量が発生する。
一方、点火状態では、ヒーター９３には、支持部３６を介して、プラズマからも入熱する。天板３４が消耗して厚さが薄くなった場合、天板３４の加熱時間が短縮される。
例えば、図５において、「過渡状態」とした例では、プラズマから天板３４へ「７」の熱量が伝わる。天板３４に伝わった熱は、支持部３６に伝わる。また、天板３４の温度が定常状態ではない場合、天板３４に伝わった熱は、一部が天板３４の温度の上昇に作用する。例えば、天板３４が消耗して厚さが薄くなった場合、天板３４に伝わった「７」の熱量のうち、「６．５」の熱量が天板３４から支持部３６の表面へ伝わる。支持部３６の表面に伝わった熱は、ヒーター９３に伝わる。また、支持部３６の温度が定常状態ではない場合、支持部３６の表面に伝わった熱は、一部が支持部３６の温度の上昇に作用する。支持部３６の温度上昇に作用する熱量は支持部３６の熱容量に依存する。このため、支持部３６の表面に伝わった「６．５」の熱量のうち、「６」の熱量がヒーター９３に伝わる。このため、ヒーター９３の温度が一定となるように制御している場合、ヒーター９３には、第２ヒーター電源ＨＰ２からヒータパワーＰｈにより「４」の熱量が供給される。
また、図５において、「定常状態」とした例では、プラズマから天板３４へ「７」の熱量が伝わる。天板３４に伝わった熱は、支持部３６に伝わる。また、天板３４の温度が定常状態である場合、天板３４は、入熱量と出熱量が等しい状態となっている。このため、プラズマから天板３４に伝わった「７」の熱量が天板３４から支持部３６の表面へ伝わる。支持部３６の表面に伝わった熱は、ヒーター９３に伝わる。支持部３６の温度が定常状態である場合、支持部３６は、入熱量と出熱量が等しい状態となっている。このため、支持部３６の表面に伝わった「７」の熱量がヒーター９３に伝わる。このため、ヒーター９３の温度が一定となるように制御している場合、ヒーター９３には、第２ヒーター電源ＨＰ２からヒータパワーＰｈにより「３」の熱量が供給される。
図４および図５に示したように、ヒーター９３への供給電力は、未点火状態よりも点火状態の方が低下する。また、点火状態では、ヒーター９３への供給電力が定常状態となるまで低下する。また、過渡状態では、プラズマからの入熱量が同じでも、天板３４の厚さによってヒーター９３への供給電力が変化する。
なお、図４および図５に示したように、ヒーター９３の温度が一定となるように制御している場合、「未点火状態」、「過度状態」、「定常状態」のいずれの状態であっても、基台２０から冷却により、ヒーター９３から「１０」の熱量が抜熱されている。すなわち、ヒーター９３から支持部３６の内部に形成された冷媒流路９２に供給される冷媒に向かう単位面積当たりの熱流束ｑｂは、常に一定となり、ヒーター９３から冷媒までの温度勾配も常に一定である。そのため、ヒーター９３の温度が一定となるように制御するために用いられる温度センサは、必ずしもヒーター９３に直接取り付ける必要はない。例えば、ヒーターＨＴと冷媒までの間であれば、ヒーターＨＴと温度センサ間の温度差も常に一定であり、ヒーターＨＴ温度とセンサの間にある材質が有する熱伝導率、熱抵抗などを用いて温度センサとヒーターＨＴの間の温度差（ΔＴ）を算出し、温度センサで検出される温度の値に温度差（ΔＴ）を加算することによって、ヒーターＨＴの温度として出力することが可能であり、実際のヒーターＨＴの温度が一定となるように制御することができる。
図６は、天板３４の温度とヒーター９３への供給電力の変化の一例を示す図である。図６の例は、ヒーター９３の温度が一定となるように制御し、プラズマを点火して無い未点火状態からプラズマを点火して、天板３４の温度とヒーター９３への供給電力を測定した結果の一例を示している。図６の実線は、新品（消耗前）の天板３４の場合のヒーター９３への供給電力の変化を示している。図６の破線は、新品時よりも厚さが薄くなった消耗後の天板３４の場合のヒーター９３への供給電力の変化を示している。
図６の期間Ｔ１は、プラズマを点火して無い未点火状態である。期間Ｔ１では、ヒーター９３への供給電力が一定となっている。図６の期間Ｔ２は、プラズマを点火した点火状態であり、過渡状態である。期間Ｔ２では、ヒーター９３への供給電力が低下する。また、期間Ｔ２では、天板３４の温度が一定の温度まで上昇する。図６の期間Ｔ３は、プラズマを点火した点火状態である。期間Ｔ３では、天板３４の温度は一定であり、定常状態となっている。支持部３６も定常状態となると、ヒーター９３への供給電力は、略一定となり、低下する傾向の変動が安定する。
図６の期間Ｔ２に示される過渡状態でのヒーター９３への供給電力の低下の傾向は、プラズマから天板３４への入熱量や、天板３４と支持部３６の表面間の熱抵抗、天板３４の厚さなどによって変化する。
このように、ヒーター９３の温度を一定に制御している場合、ヒータパワーＰｈは、プラズマから天板３４への入熱量や、天板３４と支持部３６の表面間の熱抵抗、天板３４の厚さよって変化する。よって、図６に示される期間Ｔ２のヒーター９３への供給電力のグラフは、プラズマから天板３４への入熱量や、天板３４と支持部３６の表面間の熱抵抗、天板３４の厚さをパラメータとしてモデル化できる。すなわち、期間Ｔ２のヒーター９３への供給電力の変化は、プラズマから天板３４への入熱量や、天板３４と支持部３６の表面間の熱抵抗、天板３４の厚さをパラメータとして、演算式によりモデル化できる。
本実施形態では、図６の期間Ｔ２のヒーター９３への供給電力の変化を単位面積当たりの式としてモデル化する。例えば、プラズマを点火してからの経過時間をｔとし、経過時間ｔでのヒータパワーＰhをＰh(t)とし、経過時間ｔでの経過時間ｔでのプラズマからの熱流束があるときの単位面積当たりのヒーター９３からの発熱量ｑhをｑh(t)とする。この場合、経過時間ｔでのプラズマからの熱流束があるときの単位面積当たりのヒーター９３からの発熱量ｑh(t)は、以下の式（２）のように表せる。また、プラズマを点火しておらず、プラズマからの熱流束がないときの定常状態での単位面積当たりのヒーター９３からの発熱量ｑh_offは、以下の式（３）のように表せる。また、支持部３６の天板３４を支持する支持面とヒーター９３間の単位面積当たりの熱抵抗Ｒthc・Ａは、以下の式（４）のように表せる。熱流束ｑｐは、プラズマが発生している場合と、発生していない場合で変化する。プラズマが発生している際のプラズマからウエハＷへの単位面積当たりの熱流束ｑｐを熱流束ｑｐ_onとする。プラズマから天板３４への単位面積当たりの熱流束ｑｐ_on、および、支持部３６の天板３４を支持する支持面とヒーター９３間の単位面積当たりの熱抵抗Ｒｔｈ・Ａをパラメータとし、ａ1、ａ2、ａ3、λ1、λ2、τ1、τ2を以下の式（５）−（１１）のように表す。この場合、プラズマからの熱流束があるときの単位面積当たりのヒーター９３からの発熱量ｑh(t)は、以下の式（１）のように表せる。
Figure 2020188097
ここで、
Ｐh(t)は、経過時間ｔでのプラズマからの熱流束があるときのヒータパワー[Ｗ]である。
Ｐh_offは、プラズマからの熱流束がないときの定常状態でのヒータパワー[Ｗ／ｍ2]である。
ｑh(t)は、経過時間ｔでのプラズマからの熱流束があるときの単位面積当たりのヒーター９３からの発熱量[Ｗ／ｍ２]である。
ｑh_offは、プラズマからの熱流束がないときの定常状態での単位面積当たりのヒーター９３からの発熱量[Ｗ／ｍ２]である。
Ｒｔｈ・Ａは、天板３４と支持部３６の天板３４を支持する支持面間の単位面積当たりの熱抵抗[Ｋ・ｍ２／Ｗ]である。
Ｒthc・Ａは、支持部３６の天板３４を支持する支持面とヒーター９３間の単位面積当たりの熱抵抗[Ｋ・ｍ２／Ｗ]である。
Ａは、ヒーター９３が設けられている領域の面積［ｍ２］である。
ρＵＬは、天板３４の密度［ｋｇ／ｍ３］である。
ＣＵＬは、天板３４の単位面積当たりの熱容量[Ｊ／Ｋ・ｍ2]である。
ｚＵＬは、天板３４の厚さ［ｍ］である。
ρｃは、支持部３６の密度［ｋｇ／ｍ３］である。
Ｃｃは、支持部３６の単位面積当たりの熱容量[Ｊ／Ｋ・ｍ２]である。
ｚｃは、支持部３６の天板３４を支持する支持面からヒーター９３までの距離[ｍ]である。
κｃは、支持部３６の熱伝導率[Ｗ／Ｋ・ｍ]である。
ｔは、プラズマを点火してからの経過時間[ｓｅｃ]である。
式（５）に示したａ1について、１／ａ1が天板３４の温まり難さを示す時定数となる。また、式（６）に示したａ2について、１／ａ2が支持部３６の熱の入り難さ、温まり難さを示す時定数となる。また、式（７）に示したａ3について、１／ａ3が支持部３６の熱の浸透し難さ、温まり難さを示す時定数となる。
天板３４の密度ρＵＬ、および天板３４の単位面積当たりの熱容量ＣＵＬは、天板３４の実際の構成からそれぞれ予め定まる。支持部３６の密度ρc、支持部３６の単位面積当たりの熱容量Ｃｃ、支持部３６の熱伝導κcは、支持部３６の実際の構成からそれぞれ予め定まる。支持部３６の天板３４を支持する支持面からヒーター９３までの距離ｚc、および、ヒーター９３が設けられている領域の面積Ａは、プラズマ処理装置１０の実際の構成からそれぞれ予め定まる。Ｒthc・Ａは、熱伝導κc、距離ｚcから式（４）により予め定まる。
天板３４の厚さｚＵＬは、新品の天板３４の場合、特定の値に定まるが、エッチングにより消耗して値が変化する。よって、消耗している場合は、天板３４の厚さｚＵＬも、パラメータとなる。
プラズマ処理装置１０は、様々なプロセスレシピでのプラズマ処理を行われることがある。プラズマ処理の際のプラズマから天板３４への入熱量や、天板３４と支持部３６の表面間の熱抵抗は、以下のように求めることができる。
例えば、プラズマ処理装置１０は、新品の天板３４を配置してプラズマ処理を実行し、プラズマ処理中のヒーター９３のヒータパワーＰｈを計測する。
プラズマを点火してからの経過時間ｔごとのプラズマからの熱流束があるときのヒータパワーＰh(t)、および、プラズマからの熱流束がないときの定常状態でのヒータパワーＰh_offは、プラズマ処理装置１０を用いた計測により求めることができる。そして、式（２）に示すように、求めたヒータパワーＰh(t)をヒーター９３の面積Ａで除算することによって、プラズマからの熱流束があるときの単位面積当たりのヒーター９３からの発熱量ｑh(t)を求めることができる。また、式（３）に示すように、求めたヒータパワーＰh_offをヒーター９３の面積Ａで除算することによって、プラズマからの熱流束がないときの定常状態での単位面積当たりのヒーター９３からの発熱量ｑh_offを求めることができる。天板３４の厚さｚＵＬは、新品の天板３４の場合、新品の天板３４の厚さの値を用いことができる。新品の天板３４の厚さは、ユーザインターフェース１０３等から入力させて記憶部１０４に記憶させ、記憶部１０４に記憶された値を用いてもよい。また、新品の天板３４の厚さは、他の計測装置で計測された値を、ネットワーク等を介して取得してもよい。
そして、熱流束ｑｐ、および、熱抵抗Ｒｔｈ・Ａは、上記の式（１）−（１１）を算出モデルとして用いて、計測結果のフィッティングを行うことにより、求めることができる。
すなわち、プラズマ処理装置１０は、新品の天板３４など、天板３４の厚さが定まる場合、計測結果を用いて、式（１）−（１１）に対してフィッティングを行うことにより、熱流束ｑｐおよび熱抵抗Ｒｔｈ・Ａを求めることができる。
なお、図４および図５の定常状態は、未点火状態から、プラズマから天板３４への入熱分が、そのままヒーター９３に入熱として増加している。このため、プラズマから天板３４への入熱量は、図６の期間Ｔ１に示した未点火状態の供給電力と期間Ｔ３に示した定常状態の供給電力の値の差から算出してもよい。例えば、熱流束ｑｐは、以下の（１２）式のように、プラズマからの熱流束がないとき（未点火状態）のヒータパワーＰh_offと期間Ｔ３に示した定常状態のヒータパワーＰｈとの差を単位面積当たりに換算した値から算出できる。また、熱流束ｑｐは、以下の（１２）式のように、単位面積当たりのヒーター９３からの発熱量ｑh_offと、単位面積当たりのヒーター９３からの発熱量ｑｈとの差から算出できる。
ｑｐ＝（Ｐh_off−Ｐｈ）／Ａ＝ｑh_off−ｑｈ （１２）
このように、プラズマ処理の際のプラズマから天板３４への入熱量や、天板３４と支持部３６の表面間の熱抵抗が求まる。プラズマ処理装置１０は、搬入出される各ウエハＷに同様のプラズマ処理を実施する。この場合、各プラズマ処理でのプラズマから天板３４への入熱量や、天板３４と支持部３６の表面間の熱抵抗は、同一と見なすことができる。入熱量や熱抵抗が求まっている場合、天板３４の厚さｚＵＬは、以下のように求めることができる。
例えば、プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理を実行し、プラズマ処理中のヒーター９３のヒータパワーＰｈを計測する。
プラズマを点火してからの経過時間ｔごとのプラズマからの熱流束があるときのヒータパワーＰh(t)、および、プラズマからの熱流束がないときの定常状態でのヒータパワーＰh_offは、プラズマ処理装置１０での計測結果から求めることができる。そして、式（２）に示すように、求めたヒータパワーＰh(t)をヒーター９３の面積Ａで除算することによって、プラズマからの熱流束があるときの単位面積当たりのヒーター９３からの発熱量ｑh(t)を求めることができる。また、式（３）に示すように、求めたヒータパワーＰh_offをヒーター９３の面積Ａで除算することによって、プラズマからの熱流束がないときの定常状態での単位面積当たりのヒーター９３からの発熱量ｑh_offを求めることができる。熱流束ｑｐ、および、熱抵抗Ｒｔｈ・Ａは、例えば、新品の天板３４を用いて求めた値を用いる。
そして、天板３４の厚さｚＵＬは、上記の式（１）−（１１）を算出モデルとして用いて、計測結果のフィッティングを行うことにより、求めることができる。
すなわち、プラズマ処理装置１０は、熱流束ｑｐ、および、熱抵抗Ｒｔｈ・Ａが定まっている場合、計測結果を用いて、式（１）−（１１）に対してフィッティングを行うことにより、天板３４の厚さｚＵＬを求めることができる。
また、図６に示される期間Ｔ２の天板３４の温度のグラフも、プラズマから天板３４への入熱量や、天板３４と支持部３６の表面間の熱抵抗、天板３４の厚さをパラメータとしてモデル化できる。本実施形態では、期間Ｔ２の天板３４の温度の変化を単位面積当たりの式としてモデル化する。例えば、熱流束ｑｐ、熱抵抗Ｒｔｈ・Ａおよび厚さｚＵＬをパラメータとし、式（５）−（１１）に示したａ１、ａ２、ａ３、λ１、λ２、τ１、τ２を用いた場合、経過時間ｔでの天板３４の温度ＴＵＬ(t)は、以下の式（１３）のように表せる。
Figure 2020188097
ここで、
ＴＵＬ(t)は、経過時間ｔでの天板３４の温度[℃]である。
Ｔｈは、一定に制御したヒーター９３の温度[℃]である。
ヒーター９３の温度Ｔｈは、実際に天板３４の温度を一定に制御した際の条件から求めることができる。
熱流束ｑｐ、熱抵抗Ｒｔｈ・Ａ、および、厚さｚＵＬが求まった場合、天板３４の温度ＴＵＬ(t)は、式（１３）から算出できる。
経過時間ｔが、式（１０）、（１１）に示した時定数τ１、τ２より十分に長い場合、式（１３）は、以下の式（１４）のように省略できる。すなわち、図６の期間Ｔ３である定常状態に移行した後の天板３４の温度ＴＵＬ(t)が目標温度となるヒーター９３の温度Ｔｈを算出する場合、式（１３）は、式（１４）のように表せる。
Figure 2020188097
例えば、式（１４）により、ヒーター９３の温度Ｔｈ、熱流束ｑｐ、熱抵抗Ｒｔｈ・Ａ、Ｒｔｈｃ・Ａから天板３４の温度ＴＵＬ(t)を求めることができる。
図２に戻る。ヒーター制御部１０２ａは、ヒーター９３の温度を制御する。例えば、ヒーター制御部１０２ａは、ヒーター９３への供給電力を指示する制御データを第２ヒーター電源ＨＰ２へ出力して、第２ヒーター電源ＨＰ２からヒーター９３へ供給する供給電力を制御することにより、ヒーター９３の温度を制御する。
プラズマ処理の際、ヒーター制御部１０２ａには、ヒーター９３の目標とする設定温度が設定される。この目標とする温度は、例えば、プラズマエッチングの精度が最も良好となる温度である。
ヒーター制御部１０２ａは、プラズマ処理の際、ヒーター９３が設定された設定温度となるようヒーター９３への供給電力を制御する。例えば、ヒーター制御部１０２ａは、外部インターフェース１０１に入力する温度データが示すヒーター９３が配置された領域の温度を設定温度と比較する。ヒーター制御部１０２ａは、比較結果から、設定温度に対して温度が低い場合、ヒーター９３に対する供給電力を増加させ、設定温度に対して温度が高い場合、ヒーター９３に対する供給電力を減少させる制御データを第２ヒーター電源ＨＰ２へ出力する。
計測部１０２ｂは、ヒーター９３への供給電力を計測する。本実施形態では、計測部１０２ｂは、外部インターフェース１０１に入力する電力データが示すヒーター９３への供給電力を用いて、ヒーター９３への供給電力を計測する。例えば、計測部１０２ｂは、ヒーター制御部１０２ａにより、ヒーター９３の温度が一定となるようヒーター９３への供給電力を制御した状態で、プラズマ処理を実施して、ヒーター９３への供給電力を計測する。例えば、計測部１０２ｂは、プラズマ処理の開始前のプラズマが未点火状態でのヒーター９３への供給電力を計測する。また、計測部１０２ｂは、プラズマを点火してからヒーター９３への供給電力が低下する傾向の変動が安定するまでの過渡状態でのヒーター９３への供給電力を計測する。また、計測部１０２ｂは、プラズマを点火した後、ヒーター９３への供給電力の低下がなくなって安定した定常状態でのヒーター９３への供給電力を計測する。未点火状態でのヒーター９３への供給電力は、少なくとも１つ計測されていればよく、複数回計測して平均値を未点火状態の供給電力としてもよい。過渡状態および定常状態でのヒーター９３への供給電力は、２回以上計測されていればよい。供給電力を計測する計測タイミングは、供給電力が低下する傾向が大きいタイミングを含むことが好ましい。また、計測タイミングは、計測回数が少ない場合、所定期間以上離れていることが好ましい。本実施形態では、計測部１０２ｂは、プラズマ処理の期間中、所定周期（例えば、０．１秒周期）でヒーター９３への供給電力を計測する。これにより、過渡状態および定常状態でのヒーター９３への供給電力が多数計測される。
計測部１０２ｂは、所定のサイクルで、未点火状態と、過渡状態のヒーター９３への供給電力を計測する。例えば、計測部１０２ｂは、天板３４が交換され、消耗していない新品の天板３４とウエハＷを載置台１６に載置してプラズマ処理を行う際に、未点火状態と、過渡状態のヒーター９３への供給電力を計測する。また、計測部１０２ｂは、ウエハＷが交換され、交換されたウエハＷを載置台１６に載置してプラズマ処理を行う際に、毎回あるいは所定回数ごとに、未点火状態と、過渡状態のヒーター９３への供給電力を計測する。なお、例えば、パラメータ算出部１０２ｃは、プラズマ処理ごとに、未点火状態と、過渡状態のヒーター９３への供給電力を計測してもよい。
パラメータ算出部１０２ｃは、新品の天板３４を載置台１６に載置してプラズマ処理を実行した際に計測部１０２ｂにより計測された未点火状態と過渡状態の供給電力を用いて、入熱量および熱抵抗を算出する。
まず、パラメータ算出部１０２ｃは、未点火状態で温度を所定の温度に維持するためのヒーター９３での発熱量を算出する。例えば、パラメータ算出部１０２ｃは、未点火状態でのヒーター９３への供給電力から、未点火状態のヒータパワーＰh_offを算出する。
そして、パラメータ算出部１０２ｃは、天板３４と載置台１６との間の熱抵抗、点火状態でプラズマから載置台１６に流入する入熱量を算出する。例えば、パラメータ算出部１０２ｃは、入熱量および熱抵抗をパラメータとし、過渡状態の供給電力を算出する算出モデルに対して、未点火状態と過渡状態の供給電力を用いてフィッティングを行って、入熱量および熱抵抗を算出する。
例えば、パラメータ算出部１０２ｃは、経過時間ｔごとの未点火状態でのヒーター９３のヒータパワーＰh_offを求める。また、パラメータ算出部１０２ｃは、経過時間ｔごとの過渡状態でのヒーター９３のヒータパワーＰh(t)を求める。パラメータ算出部１０２ｃは、求めたヒータパワーＰh_offをヒーター９３の面積Ａで除算することによって、経過時間ｔごとの未点火状態の単位面積当たりのヒーター９３からの発熱量ｑh_offを求める。また、パラメータ算出部１０２ｃは、求めたヒータパワーＰh(t)をヒーター９３の面積Ａで除算することによって、経過時間ｔごとの過渡状態の単位面積当たりのヒーター９３からの発熱量ｑh(t)を求める。
そして、パラメータ算出部１０２ｃは、上記の式（１）−（１１）を算出モデルとして用いて、経過時間ｔごとの発熱量ｑh(t)および発熱量ｑh_offのフィッティングを行い、誤差が最も小さくなる熱流束ｑｐおよび熱抵抗Ｒｔｈ・Ａを算出する。天板３４の厚さｚＵＬは、新品の天板３４の厚さの値を用いる。
なお、パラメータ算出部１０２ｃは、未点火状態の供給電力と定常状態の供給電力の差からプラズマからウエハＷへの入熱量を算出してもよい。例えば、パラメータ算出部１０２ｃは、（１２）式を用いて、未点火状態のヒータパワーＰh_offと定常状態のヒータパワーＰｈとの差をヒーター９３の面積Ａで除算することから熱流束ｑｐを算出してもよい。
なお、プラズマ処理装置１０でのプラズマ処理の際に熱流束ｑｐおよび熱抵抗Ｒｔｈ・Ａが実験や他の手法などで事前に判明している場合、熱流束ｑｐおよび熱抵抗Ｒｔｈ・Ａは、算出しなくてもよい。
次に、パラメータ算出部１０２ｃは、ウエハＷが交換され、交換されたウエハＷを載置台１６に載置してプラズマ処理を行う際に計測部１０２ｂにより計測された未点火状態と過渡状態の供給電力を用いて、天板３４の厚さｚＵＬを算出する。
まず、パラメータ算出部１０２ｃは、未点火状態で温度を所定の温度に維持するためのヒーター９３での発熱量を算出する。例えば、パラメータ算出部１０２ｃは、未点火状態でのヒーター９３への供給電力から、未点火状態のヒータパワーＰh_offを算出する。
そして、パラメータ算出部１０２ｃは、天板３４の厚さｚＵＬを算出する。例えば、パラメータ算出部１０２ｃは、天板３４の厚さｚＵＬをパラメータとし、過渡状態の供給電力を算出する算出モデルに対して、未点火状態と過渡状態の供給電力を用いてフィッティングを行って、天板３４の厚さｚＵＬを算出する。
例えば、パラメータ算出部１０２ｃは、経過時間ｔごとの未点火状態でのヒーター９３のヒータパワーＰh_offを求める。また、パラメータ算出部１０２ｃは、経過時間ｔごとの過渡状態でのヒーター９３のヒータパワーＰh(t)を求める。パラメータ算出部１０２ｃは、求めたヒータパワーＰh_offをヒーター９３の面積Ａで除算することによって、経過時間ｔごとの未点火状態の単位面積当たりのヒーター９３からの発熱量ｑh_offを求める。また、パラメータ算出部１０２ｃは、求めたヒータパワーＰh(t)をヒーター９３の面積Ａで除算することによって、経過時間ｔごとの過渡状態の単位面積当たりのヒーター９３からの発熱量ｑh(t)を求める。
そして、パラメータ算出部１０２ｃは、上記の式（１）−（１１）を算出モデルとして用いて、天板３４の厚さｚＵＬのフィッティングを行い、誤差が最も小さくなる天板３４の厚さｚＵＬを算出する。熱流束ｑｐ、および、熱抵抗Ｒｔｈ・Ａは、例えば、新品の天板３４を用いて求めた値を用いる。なお、熱流束ｑｐおよび熱抵抗Ｒｔｈ・Ａが実験や他の手法などで事前に判明している場合は、判明している熱流束ｑｐおよび熱抵抗Ｒｔｈ・Ａの値を用いてもよい。
これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、消耗した天板３４の厚さｚＵＬを厚さを求めることができる。
ここで、プラズマ処理を続けると、天板３４は、消耗する。このため、プラズマ処理装置は、適時、天板３４の厚みを把握することは重要である。しかし、天板３４は処理容器１２内に設置されているため、直接測ることができない。そこで、従来、プラズマ処理装置では、処理したウエハＷの枚数など過去の実績から交換時期を決め、交換時期ごとに天板３４を交換する。
しかし、プラズマ処理装置は、異なるプロセスレシピでの処理を行われることがある。このため、プラズマ処理装置は、過去の実績にある程度マージンを持たせた交換時期を用いねばならならず、プラズマ処理装置の生産性が低下する。
そこで、例えば、処理容器１２内に光ファイバーを用いた光学式膜厚計測器などのセンサを配置してセンサで天板３４の厚さを計測することが考えられる。しかし、プラズマ処理装置１０は、処理容器１２内にセンサを配置すると、製造コストが上昇する。また、プラズマ処理装置１０は、処理容器１２内にセンサを配置すると、センサが特異点となり、特異点の周囲でプラズマ処理の均一性が低下する。このため、プラズマ処理装置では、処理容器１２内にセンサを配置することなく天板３４の厚さを求めることが好ましい。
本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、処理容器１２内に天板３４の厚さを計測する専用のセンサを配置することなく天板３４の厚さを求めることができ、天板３４の厚さから天板３４の消耗度合を求めることができる。このように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、天板３４の厚さを求めることができため、次のように使用することもできる。例えば、プラズマ処理装置１０を複数配置し、ウエハＷのエッチングを行うシステムにおいて、天板３４の消耗量が少ないプラズマ処理装置１０で処理するウエハＷを増やすように制御し、プラズマ処理装置１０のメンテナンスタイミングを合わせる。これにより、システム全体でのメンテナンでの停止時間を短くでき、生産性を向上させることができる。
設定温度算出部１０２ｄは、算出された入熱量、熱抵抗、天板３４の厚さｚＵＬを用いて、天板３４が目標温度となるヒーター９３の設定温度を算出する。例えば、設定温度算出部１０２ｄは、算出された熱流束ｑｐ、熱抵抗Ｒｔｈ・Ａ、および、天板３４の厚さｚＵＬを式（５）、（６）、（１２）に代入して、式（５）−（１１）に示したａ１、ａ２、ａ３、λ１、λ２、τ１、τ２を求める。設定温度算出部１０２ｄは、求めたａ１、ａ２、ａ３、λ１、λ２、τ１、τ２を用いて、式（１２）から天板３４の温度ＴＵＬ(t)が目標温度となるヒーター９３の温度Ｔｈを算出する。例えば、設定温度算出部１０２ｄは、経過時間ｔを定常状態とみなせる程度の大きい所定の値として、天板３４の温度ＴＵＬ(t)が目標温度となるヒーター９３の温度Ｔｈを算出する。算出されるヒーター９３の温度Ｔｈは、天板３４の温度が目標温度となるヒーター９３の温度である。なお、天板３４の温度が目標温度となるヒーター９３の温度Ｔｈは、式（１３）から求めてもよい。
なお、設定温度算出部１０２ｄは、式（１４）から現在のヒーター９３の温度Ｔｈでの天板３４の温度ＴＵＬ(t)を算出してもよい。例えば、設定温度算出部１０２ｄは、現在のヒーター９３の温度Ｔｈで、経過時間ｔを定常状態とみなせる程度の大きい所定の値とした場合の天板３４の温度ＴＵＬ(t)を算出する。次に、設定温度算出部１０２ｄは、算出した温度ＴＵＬ(t)と目標温度との差分ΔＴＷを算出する。そして、設定温度算出部１０２ｄは、現在のヒーター９３の温度Ｔｈから差分ΔＴＷの減算を行った温度を、天板３４の温度が目標温度となるヒーター９３の温度と算出してもよい。
設定温度算出部１０２ｄは、ヒーター制御部１０２ａのヒーター９３の設定温度を、天板３４の温度が目標温度となるヒーター９３の温度に修正する。
これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、プラズマ処理中の天板３４の温度を目標温度に精度よく制御できる。
アラート部１０２ｅは、パラメータ算出部１０２ｃにより所定のサイクルで算出される天板３４の厚さｚＵＬの変化に基づき、アラートを行う。例えば、アラート部１０２ｅは、天板３４の厚さｚＵＬが交換時期を示す所定の規定値以下となった場合、アラートを行う。アラートは、工程管理者やプラズマ処理装置１０の管理者などに交換時期を報知できれば、何れの方式でもよい。例えば、アラート部１０２ｅは、ユーザインターフェース１０３に交換時期を報知するメッセージを表示する。
これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、天板３４が消耗して交換時期となったことを報知できる。
［処理の流れ］
次に、プラズマ処理装置１０が天板３４の厚さを算出する算出処理を含み、算出された天板３４の厚さから天板３４の交換時期を判定する判定処理の流れについて説明する。図７は、第１実施形態に係る判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。この判定処理は、所定のタイミング、例えば、プラズマ処理装置１０がプラズマ処理を開始するタイミングでそれぞれ実行される。
ヒーター制御部１０２ａは、ヒーター９３が設定温度となるようヒーター９３への供給電力を制御する（ステップＳ１０）。
計測部１０２ｂは、ヒーター制御部１０２ａがヒーター９３の温度が一定の設定温度となるようヒーター９３への供給電力を制御している状態で、未点火状態と過渡状態でのヒーター９３への供給電力を計測する（ステップＳ１１）。
パラメータ算出部１０２ｃは、天板３４の厚さが既知であるか判定する（ステップＳ１２）。例えば、天板３４が交換された後の最初のプラズマ処理である場合、天板３４が新品であれば、設計寸法が分かっており、天板３４の厚さが既知であると判定する。また、中古の天板３４に交換する場合、交換前に予めマイクロメーターなどで天板３４の厚さを計測していれば、天板３４の厚さは既知であると判断する。なお、天板３４の厚さが既知であるか否かをユーザインターフェース１０３から入力させ、パラメータ算出部１０２ｃは、入力結果を用いて天板３４の厚さが既知であるか否か判定してもよい。例えば、プラズマ処理装置１０は、ユーザインターフェース１０３から天板３４の厚さを入力可能とする。パラメータ算出部１０２ｃは、ユーザインターフェース１０３から天板３４の厚さが入力された場合、天板３４の厚さが既知であるか否か判定してもよい。なお、新品の天板３４など、厚さが既知の天板３４の厚さの値を記憶部１０４に記憶させておき、ユーザインターフェース１０３から天板３４の厚さを選択的に入力可能としてもよい。
天板３４の厚さが既知である場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、パラメータ算出部１０２ｃは、計測部１０２ｂにより計測された未点火状態と過渡状態の供給電力を用いて、熱抵抗および入熱量を算出する（ステップＳ１３）。例えば、パラメータ算出部１０２ｃは、上記の式（１）−（１１）を算出モデルとして用いて、経過時間ｔごとの発熱量ｑh(t)および発熱量ｑh_offのフィッティングを行い、誤差が最も小さくなる熱流束ｑｐおよび熱抵抗Ｒｔｈ・Ａを算出する。天板３４の厚さｚＵＬは、既知である天板３４の厚さの値を用いる。
パラメータ算出部１０２ｃは、算出された熱流束ｑｐおよび熱抵抗Ｒｔｈ・Ａを記憶部１０４に記憶し（ステップＳ１４）、処理を終了する。
天板３４の厚さが既知ではない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、パラメータ算出部１０２ｃは、計測部１０２ｂにより計測された未点火状態と過渡状態の供給電力を用いて、天板３４の厚さｚＵＬを算出する（ステップＳ１５）。例えば、パラメータ算出部１０２ｃは、上記の式（１）−（１１）を算出モデルとして用いて、天板３４の厚さｚＵＬのフィッティングを行い、誤差が最も小さくなる天板３４の厚さｚＵＬを算出する。熱流束ｑｐ、および、熱抵抗Ｒｔｈ・Ａは、例えば、ステップＳ１４で記憶部１０４に記憶した値を用いる。
アラート部１０２ｅは、パラメータ算出部１０２ｃにより算出された天板３４の厚さｚＵＬが所定の規定値以下であるかを判定する（ステップＳ１６）。天板３４の厚さｚＵＬが所定の規定値以下ではない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、処理を終了する。
一方、天板３４の厚さｚＵＬが所定の規定値以下である場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、アラート部１０２ｅは、アラートを行い（ステップＳ１７）、処理を終了する。
このように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、支持部３６と、ヒーター制御部１０２ａと、計測部１０２ｂと、パラメータ算出部１０２ｃとを有する。支持部３６は、プラズマに面する天板３４を着脱自在に支持し、天板３４の支持面の温度を調整可能なヒーター９３が設けられている。ヒーター制御部１０２ａは、ヒーター９３が設定された設定温度となるようヒーター９３への供給電力を制御する。計測部１０２ｂは、ヒーター制御部１０２ａにより、ヒーター９３の温度が一定となるようヒーター９３への供給電力を制御して、プラズマを点火して無い未点火状態と、プラズマを点火してから前記ヒーターへの供給電力が低下する過渡状態での供給電力を計測する。パラメータ算出部１０２ｃは、天板３４の厚さｚＵＬをパラメータとして含み、過渡状態の供給電力を算出する算出モデルに対して、計測部１０２ｂにより計測された未点火状態と過渡状態の供給電力を用いてフィッティングを行って、天板３４の厚さｚＵＬを算出する。これにより、プラズマ処理装置１０は、天板３４の厚さを求めることができ、天板３４の厚さから天板３４の消耗度合を求めることができる。
また、計測部１０２ｂは、所定のサイクルで、未点火状態と、過渡状態での供給電力を計測する。パラメータ算出部１０２ｃは、所定のサイクルごとに、計測された未点火状態と過渡状態の供給電力を用いて、天板３４の厚さｚＵＬをそれぞれ算出する。アラート部１０２ｅは、パラメータ算出部１０２ｃにより算出される天板３４の厚さｚＵＬの変化に基づき、アラートを行う。これにより、プラズマ処理装置１０は、天板３４が消耗して交換時期となったことを報知できる。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０の概略的な構成を説明する。第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０と同様の構成であるため、同一部分に同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分について主に説明する。
第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、支持部３６の天板３４を支持する支持面を複数の分割領域に分割し、それぞれの分割領域にヒーター９３を設けている。図８は、第２実施形態に係る支持部３６の天板３４を支持する支持面を分割した分割領域の一例を示す図である。支持部３６は、天板３４を支持する支持面８０を有する。支持面８０は、複数の分割領域７５に分割され、それぞれの分割領域８１にヒーター９３が設けられている。例えば、支持面８０は、図８に示すように、中央の円状の分割領域８１ａ及び環状の分割領域８１ｂに分割されている。分割領域８１ａ、８１ｂには、それぞれヒーター９３が設けられている。各分割領域８１には、ヒーター９３の温度が検出可能な不図示の温度センサが設けられる。本実施形態では、支持面８０を２つの分割領域８１ａ、７５ｂに分けて温度制御する場合を例に説明するが、分割領域８１の数は２つに限らず、３つ以上でもあってもよい。各ヒーター９３は、不図示の配線を介して、第２ヒーター電源ＨＰ２に個別に接続されている。第２ヒーター電源ＨＰ２は、制御部１００から制御の元、各ヒーター９３に調整された電力を供給する。これにより、各ヒーター９３が発する熱が個別に制御される。
ヒーター制御部１０２ａは、分割領域８１毎に設けられたヒーター９３が分割領域８１毎に設定された設定温度となるようヒーター９３ごとに供給電力を制御する。例えば、ヒーター制御部１０２ａは、外部インターフェース１０１に入力する温度データが示す載置領域１８ａの各分割領域８１の温度を、分割領域８１ごとに、当該分割領域８１の設定温度と比較する。ヒーター制御部１０２ａは、比較結果を用いて、設定温度に対して温度が低い分割領域８１、および、設定温度に対して温度が高い分割領域８１を特定する。ヒーター制御部１０２ａは、設定温度に対して温度が低い分割領域８１に対する供給電力を増加させ、設定温度に対して温度が高い分割領域８１に対する供給電力を減少させる制御データを第２ヒーター電源ＨＰ２へ出力する。
計測部１０２ｂは、ヒーター制御部１０２ａにより、ヒーター９３ごとに温度が一定となるよう供給電力を制御して、未点火状態と、過渡状態での供給電力をヒーター９３ごとに計測する。本実施形態では、計測部１０２ｂは、外部インターフェース１０１に入力する電力データが示すヒーター９３への供給電力を用いて、ヒーター９３への供給電力を計測する。
パラメータ算出部１０２ｃは、ヒーター９３ごとに、算出モデルに対して、計測部１０２ｂにより計測された未点火状態と過渡状態の供給電力を用いてフィッティングを行って、ヒーター９３ごとに天板３４の厚さを算出する。
このように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、支持部３６が、支持面８０を分割した分割領域８１毎にヒーター９３が個別に設けられている。ヒーター制御部１０２ａは、分割領域８１毎に設けられたヒーター９３が分割領域８１毎に設定された設定温度となるようヒーター９３ごとに供給電力を制御する。計測部１０２ｂは、ヒーター制御部１０２ａにより、ヒーター９３ごとに温度が一定となるよう供給電力を制御して、未点火状態と、過渡状態での供給電力をヒーター９３ごとに計測する。パラメータ算出部１０２ｃは、ヒーター９３ごとに、算出モデルに対して、計測部１０２ｂにより計測された未点火状態と過渡状態の供給電力を用いてフィッティングを行って、ヒーター９３ごとに天板３４の厚さを算出する。これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、プラズマ処理装置１０は、分割領域８１ごとに天板３４の厚さを求めることができ、分割領域８１ごとに天板３４の消耗度合を求めることができる。
以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
例えば、上述したプラズマ処理装置１０は、容量結合型のプラズマ処理装置１０であったが、任意のプラズマ処理装置１０に採用され得る。例えば、プラズマ処理装置１０は、誘導結合型のプラズマ処理装置１０、マイクロ波といった表面波によってガスを励起させるプラズマ処理装置１０のように、任意のタイプのプラズマ処理装置１０であってもよい。
また、上記の実施形態では、天板３４をシャワーヘッド３０の一部とし、ガスを噴出するガス孔３４ａが多数形成されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。天板３４は、中央にガスを噴出するガス孔３４ａが形成され、他の部分はガス孔３４ａの無い平板状に形成されていてもよい。また、処理容器１２の側面からガスが供給され、天板３４は、全面がガス孔３４ａの無い平板状に形成されていてもよい。また、天板３４は、プラズマ側の面が複数に分割して構成されていてもよい。また、プラズマ処理装置１０は、載置台１６の上方に、シャワーヘッド３０に加え、天板として、シャワーヘッド３０の周囲にリング部材が配置されてもよい。
また、上記の第２実施形態では、図８に示すように、支持面８０を径方向に２つの分割領域８１に分割した場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、支持面８０は周方向に分割されてもよい。例えば、分割領域８１ｂは周方向に分割されてもよい。図９は、他の実施形態に係る支持部の天板を支持する支持面を分割した分割領域の一例を示す図である。図９では、分割領域８１ｂは、周方向に８つの分割領域８１（８１ｂ１〜７５ｂ８）に分割されている。図１０は、他の実施形態に係る支持部の天板を支持する支持面を分割した分割領域の一例を示す図である。図１０では、支持面８０は、中央の円形の分割領域８１と、当該円形の分割領域８１を囲む同心状の複数の環状の分割領域に分割されている。また、環状の分割領域は、周方向に複数の分割領域８１に分割されている。各分割領域８１には、ヒーター９３がそれぞれ個別に設けられる。ヒーター制御部１０２ａは、分割領域８１に設けられたヒーター９３が領域毎に設定された設定温度となるようヒーター９３ごとに供給電力を制御する。計測部１０２ｂは、ヒーター制御部１０２ａにより、ヒーター９３ごとに温度が一定となるよう供給電力を制御して、未点火状態と、過渡状態での供給電力をヒーター９３ごとに計測する。パラメータ算出部１０２ｃは、ヒーター９３ごとに、算出モデルに対して、計測部１０２ｂにより計測された未点火状態と過渡状態の供給電力を用いてフィッティングを行って、ヒーター９３ごとに天板３４の厚さｚＵＬを算出する。これにより、プラズマ処理装置１０は、分割領域８１ごとに天板３４の厚さｚＵＬＲを求めることができる。
また、上記の実施形態では、シャワーヘッド３０と載置台１６にそれぞれ高周波電力を印加してプラズマを生成する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。プラズマの生成方法は、何れの方式を用いてもよい。例えば、載置台１６に異なる２つの高周波電力を印加してプラズマを生成してもよい。
１０ プラズマ処理装置
１２ 処理容器
１４ 支持部
１６ 載置台
１８ 静電チャック
３０ シャワーヘッド
３４ 天板
３６ 支持部
９２ 冷媒流路
９３ ヒーター
１００ 制御部
１０１ 外部インターフェース
１０２ プロセスコントローラ
１０２ａ ヒーター制御部
１０２ｂ 計測部
１０２ｃ パラメータ算出部
１０２ｄ 設定温度算出部
１０２ｅ アラート部
１０３ ユーザインターフェース
１０４ 記憶部

Claims (5)

  1. プラズマに面する天板を着脱自在に支持し、前記天板の支持面の温度を調整可能なヒーターが設けられた支持部と、
    前記ヒーターが設定された設定温度となるよう前記ヒーターへの供給電力を制御するヒーター制御部と、
    前記ヒーター制御部により、前記ヒーターの温度が一定となるよう前記ヒーターへの供給電力を制御して、プラズマを点火して無い未点火状態と、プラズマを点火してから前記ヒーターへの供給電力が低下する過渡状態での供給電力を計測する計測部と、
    前記天板の厚さをパラメータとして含み、前記過渡状態の供給電力を算出する算出モデルに対して、前記計測部により計測された未点火状態と過渡状態の供給電力を用いてフィッティングを行って、前記天板の厚さを算出するパラメータ算出部と、
    を有するプラズマ処理装置。
  2. 前記支持部は、前記支持面を分割した領域毎に前記ヒーターが個別に設けられ、
    前記ヒーター制御部は、前記領域毎に設けられた前記ヒーターが前記領域毎に設定された設定温度となるよう前記ヒーターごとに供給電力を制御し、
    前記計測部は、前記ヒーター制御部により、前記ヒーターごとに温度が一定となるよう供給電力を制御して、前記未点火状態と、前記過渡状態での供給電力を前記ヒーターごとに計測し、
    前記パラメータ算出部は、前記ヒーターごとに、前記算出モデルに対して、前記計測部により計測された未点火状態と過渡状態の供給電力を用いてフィッティングを行って、前記ヒーターごとに前記天板の厚さを算出する
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記計測部は、所定のサイクルで、前記未点火状態と、前記過渡状態での供給電力を計測し、
    前記パラメータ算出部は、前記所定のサイクルごとに、計測された未点火状態と過渡状態の供給電力を用いて、前記天板の厚さをそれぞれ算出し、
    前記パラメータ算出部により算出される前記天板の厚さの変化に基づき、アラートを行うアラート部をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
  4. プラズマに面する天板を着脱自在に支持し、前記天板の支持面の温度を調整可能なヒーターが設けられた支持部の前記ヒーターが設定された設定温度となるよう前記ヒーターへの供給電力を制御して、プラズマを点火して無い未点火状態と、プラズマを点火してから前記ヒーターへの供給電力が低下する過渡状態での供給電力を計測し、
    前記天板の厚さをパラメータとして含み、前記過渡状態の供給電力を算出する算出モデルに対して、計測された未点火状態と過渡状態の供給電力を用いてフィッティングを行って、前記天板の厚さを算出する
    処理を実行することを特徴とする算出方法。
  5. プラズマに面する天板を着脱自在に支持し、前記天板の支持面の温度を調整可能なヒーターが設けられた支持部の前記ヒーターが設定された設定温度となるよう前記ヒーターへの供給電力を制御して、プラズマを点火して無い未点火状態と、プラズマを点火してから前記ヒーターへの供給電力が低下する過渡状態での供給電力を計測し、
    前記天板の厚さをパラメータとして含み、前記過渡状態の供給電力を算出する算出モデルに対して、計測された未点火状態と過渡状態の供給電力を用いてフィッティングを行って、前記天板の厚さを算出する
    処理をコンピュータに実行させることを特徴とする算出プログラム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006253541A (ja) * 2005-03-14 2006-09-21 Tokyo Electron Ltd 処理装置，処理装置の消耗部品管理方法，処理システム，処理システムの消耗部品管理方法
JP2012129356A (ja) * 2010-12-15 2012-07-05 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置、プラズマ処理方法、および記憶媒体
JP2012216639A (ja) * 2011-03-31 2012-11-08 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体
JP2017011169A (ja) * 2015-06-24 2017-01-12 東京エレクトロン株式会社 温度制御方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6244518B2 (ja) 2014-04-09 2017-12-13 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006253541A (ja) * 2005-03-14 2006-09-21 Tokyo Electron Ltd 処理装置，処理装置の消耗部品管理方法，処理システム，処理システムの消耗部品管理方法
JP2012129356A (ja) * 2010-12-15 2012-07-05 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置、プラズマ処理方法、および記憶媒体
JP2012216639A (ja) * 2011-03-31 2012-11-08 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体
JP2017011169A (ja) * 2015-06-24 2017-01-12 東京エレクトロン株式会社 温度制御方法

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