JP7466432B2 - Plasma processing apparatus and method for measuring consumption amount - Google Patents
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Description
本開示は、プラズマ処理装置及び消耗量測定方法に関する。 This disclosure relates to a plasma processing apparatus and a method for measuring wear.
従来から、プラズマを用いてウエハなどの被処理体にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が知られている。このようなプラズマ処理装置は、例えば、真空空間を構成可能な処理容器内に、電極を兼ねた被処理体を保持する載置台を有する。プラズマ処理装置は、載置台に所定の高周波電力を印加することにより、載置台に配置された被処理体に対し、プラズマ処理を行う。 Conventionally, plasma processing apparatuses have been known that use plasma to perform plasma processing on a workpiece, such as a wafer. Such plasma processing apparatuses have, for example, a mounting stage that holds the workpiece and also serves as an electrode, in a processing vessel that can form a vacuum space. The plasma processing apparatus applies a predetermined high-frequency power to the mounting stage, thereby performing plasma processing on the workpiece placed on the mounting stage.
本開示は、チャンバーを開けずに導電性部材の消耗量を精度良く測定できる技術を提供する。 This disclosure provides a technology that can accurately measure the wear of a conductive member without opening the chamber.
本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、処理容器及び導電性部材を有するプラズマ処理装置であって、前記処理容器内にプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部によって前記処理容器内にプラズマが生成されている状態で、前記導電性部材に直流電力を印加するように構成される電力印加部と、前記電力印加部により印加された前記直流電力に関する物理量を測定するように構成される測定部と、測定された前記直流電力に関する物理量を、前記導電性部材の消耗量及び前記直流電力に関する物理量の相関関数に用いて、前記導電性部材の消耗量を求めるように構成される算出部とを有する。 A plasma processing apparatus according to one aspect of the present disclosure is a plasma processing apparatus having a processing vessel and a conductive member, and includes a plasma generating unit configured to generate plasma in the processing vessel, a power application unit configured to apply DC power to the conductive member while plasma is being generated in the processing vessel by the plasma generating unit, a measurement unit configured to measure a physical quantity related to the DC power applied by the power application unit, and a calculation unit configured to calculate the amount of wear of the conductive member by using the measured physical quantity related to the DC power in a correlation function between the amount of wear of the conductive member and the physical quantity related to the DC power.
本開示によれば、チャンバーを開けずに導電性部材の消耗量を精度良く測定できるという効果を奏する。 The present disclosure has the advantage of being able to accurately measure the amount of wear of the conductive member without opening the chamber.
以下、図面を参照して本願の開示するプラズマ処理装置及び消耗量測定方法の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。また、本実施形態により開示するプラズマ処理装置及び消耗量測定方法が限定されるものではない。各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、「上」「下」の語は、図示する状態に基づくものであり、便宜的なものである。 The following describes in detail an embodiment of the plasma processing apparatus and the wear amount measuring method disclosed in the present application with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in each drawing are given the same reference numerals. Furthermore, the plasma processing apparatus and the wear amount measuring method disclosed in this embodiment are not limited to these. The same or corresponding parts in each drawing are given the same reference numerals. Furthermore, the terms "upper" and "lower" are based on the state shown in the drawings and are for convenience.
近年、フィードバック制御により各種制御パラメータを変更することで、パーツ消耗等によるプロセスシフト影響をキャンセルする試みがなされている。特に、チャンバーを構成するパーツの中でも上部電極(CEL)は、消耗による特性値への影響が大きいため、消耗によるエッチングレートシフトの復元や、悪化した製品の一様性の改善を実現するには、上部電極の消耗量を正確に把握し、適切な制御量で制御を行うことが望ましい。 In recent years, attempts have been made to cancel the effects of process shifts caused by parts wear and tear by changing various control parameters through feedback control. In particular, the upper electrode (CEL) among the parts that make up the chamber has a large effect on its characteristic values due to wear. Therefore, in order to restore the etching rate shift caused by wear and improve the deteriorated uniformity of the product, it is desirable to accurately grasp the amount of wear on the upper electrode and control it with an appropriate amount of control.
通常、パーツの正確な消耗量は、一度チャンバーを開けて対象パーツを取り外してからノギス等で測定する、あるいは外部業者に測定依頼する必要があり、生産性が悪化してしまうおそれがある。また、チャンバーを開けない手法としてRF積算時間から消耗量を推定する方法もあるが、条件によってパーツの消耗量が異なるためKnobの制御量調整が難しい。 Normally, to measure the exact amount of wear on a part, it is necessary to open the chamber and remove the part in question, then measure it with a vernier caliper or to request an external company to measure it, which can reduce productivity. There is also a method that does not require opening the chamber, but estimates the amount of wear from the RF cumulative time, but because the amount of wear on a part varies depending on the conditions, it is difficult to adjust the knob control amount.
(実施形態)
[プラズマ処理装置の構成]
図1は、実施形態に係るプラズマ処理装置100の構成を示す概略断面図である。プラズマ処理装置100は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理容器1を有する。この処理容器1は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成される。処理容器1は、プラズマが生成される処理空間を画成する。処理容器1内には、被処理体(work-piece)である半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」という。)Wを水平に支持する載置台2が設けられている。載置台2は、基材(ベース)2a及び静電チャック(ESC:Electrostatic chuck)6を含んで構成される。基材2aは、導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成され、下部電極としての機能を有する。静電チャック6は、ウエハWを静電吸着するための機能を有する。載置台2は、支持台4に支持される。支持台4は、例えば石英等からなる支持部材3に支持される。また、載置台2の上方の外周には、フォーカスリング5が設けられる。フォーカスリング5は、導電性部材であり、例えば、シリコン含有物質により形成される。シリコン含有物質としては、例えば、シリコン(Si)やシリコンカーバイド(SiC)が挙げられる。さらに、処理容器1内には、載置台2及び支持台4の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材3aが設けられる。
(Embodiment)
[Configuration of Plasma Processing Apparatus]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a
基材2aには、第1の整合器11aを介して第1のRF電源10aが接続され、また、第2の整合器11bを介して第2のRF電源10bが接続される。第1のRF電源10aは、主にプラズマ発生用のものであり、この第1のRF電源10aからは150MHz~10MHzの範囲で選ばれる所定の周波数の高周波電力が載置台2の基材2aに供給されるように構成される。また、第2のRF電源10bは、主にイオン引き込み用(バイアス用)のものであり、この第2のRF電源10bからは第1のRF電源10aより低く40MHz~100KHzの範囲で選ばれる所定周波数の高周波電力が載置台2の基材2aに供給されるように構成される。このように、載置台2は電圧印加可能に構成されている。
The first
なお、第1のRF電源10aの周波数は、プラズマ発生と同時に少なからずイオン引き込みにも作用し、周波数が低いほど、イオン引き込み作用の割合が大きくなる。また、第2のRF電源10bの周波数は、イオン引き込みと同時に少なからずプラズマ発生にも作用し、周波数が高いほど、プラズマ発生作用の割合が高くなる。
The frequency of the first
一方、載置台2の上方には、載置台2と平行に対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド16が設けられる。シャワーヘッド16と載置台2は、一対の電極(上部電極と下部電極)として機能する。
Meanwhile, a
静電チャック6は、該絶縁体6bの間に電極6aを介在させて構成され、電極6aには直流電源12が接続される。そして、電極6aに直流電源12から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウエハWが吸着されるよう構成されている。
The
載置台2の内部には、冷媒流路2dが形成されており、冷媒流路2dには、冷媒入口配管2b、冷媒出口配管2cが接続されている。そして、冷媒流路2dの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、載置台2を所定の温度に制御可能に構成されている。また、載置台2等を貫通するように、ウエハWの裏面にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス(バックサイドガス)を供給するためのガス供給管30が設けられており、ガス供給管30は、図示しないガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台2の上面に静電チャック6によって吸着保持されたウエハWを、所定の温度に制御する。
A
また、載置台2の上方の外周に設けられるフォーカスリング5も所定の温度に制御される。なお、載置台2もしくは静電チャック6の内部にヒーターを設け、ヒーターを所定の温度に加熱することによって、ウエハWおよびフォーカスリング5を所定の温度に制御してもよい。
The
載置台2には、複数、例えば3つのピン用貫通孔200が設けられており(図1には1つのみ示す。)、これらのピン用貫通孔200の内部には、夫々リフターピン61が配設されている。リフターピン61は、駆動機構62に接続されており、駆動機構62により上下動される。
The mounting table 2 is provided with a plurality of, for example, three pin through holes 200 (only one is shown in FIG. 1), and a
上記したシャワーヘッド16は、処理容器1の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド16は、本体部16aと電極板をなす上部天板16bとを備えており、絶縁性部材95を介して処理容器1の上部に支持される。本体部16a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からなり、その下部に上部天板16bを着脱自在に支持できるように構成されている。上部天板16bは、導電性部材であり、例えば、シリコン含有物質により形成される。シリコン含有物質としては、例えば、シリコン(Si)やシリコンカーバイド(SiC)が挙げられる。
The
本体部16aは、内部にガス拡散室16cが設けられている。また、本体部16aは、ガス拡散室16cの下部に位置するように、底部に、多数のガス通流孔16dが形成されている。また、上部天板16bは、当該上部天板16bを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔16eが、上記したガス通流孔16dと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室16cに供給された処理ガスは、ガス通流孔16d及びガス導入孔16eを介して処理容器1内にシャワー状に分散されて供給される。
The
本体部16aには、ガス拡散室16cへ処理ガスを導入するためのガス導入口16gが形成されている。ガス導入口16gには、ガス供給配管15aの一端が接続されている。このガス供給配管15aの他端には、処理ガスを供給する処理ガス供給源(ガス供給部)15が接続される。ガス供給配管15aには、上流側から順にマスフローコントローラ(MFC)15b、及び開閉弁V2が設けられている。ガス拡散室16cには、ガス供給配管15aを介して、処理ガス供給源15からプラズマエッチングのための処理ガスが供給される。処理容器1内には、ガス拡散室16cからガス通流孔16d及びガス導入孔16eを介して、シャワー状に分散されて処理ガスが供給される。
The
上記した上部電極としてのシャワーヘッド16には、ローパスフィルタ(LPF)71を介して可変直流電源72が電気的に接続されている。この可変直流電源72は、オン・オフスイッチ73により給電のオン・オフが可能に構成されている。可変直流電源72の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ73のオン・オフは、後述する制御部90によって制御される。なお、後述のように、第1のRF電源10a、第2のRF電源10bから高周波が載置台2に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部90によりオン・オフスイッチ73がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド16に所定の直流電圧が印加される。
A variable
処理容器1の側壁からシャワーヘッド16の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体1aが設けられている。この円筒状の接地導体1aは、その上部に天壁を有している。
A
処理容器1の底部には、排気口81が形成されている。排気口81には、排気管82を介して第1排気装置83が接続されている。第1排気装置83は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理容器1内を所定の真空度まで減圧することができるように構成されている。一方、処理容器1内の側壁には、ウエハWの搬入出口84が設けられており、この搬入出口84には、当該搬入出口84を開閉するゲートバルブ85が設けられている。
An
処理容器1の側部内側には、内壁面に沿ってデポシールド86が設けられている。デポシールド86は、処理容器1にエッチング副生成物(デポ)が付着することを防止する。このデポシールド86のウエハWと略同じ高さ位置には、グランドに対する電位が制御可能に接続された導電性部材(GNDブロック)89が設けられており、これにより異常放電が防止される。GNDブロック89は、導電性部材であり、例えば、シリコン含有物質により形成される。シリコン含有物質としては、例えば、シリコン(Si)やシリコンカーバイド(SiC)が挙げられる。また、デポシールド86の下端部には、内壁部材3aに沿って延在するデポシールド87が設けられている。デポシールド86,87は、着脱自在とされている。
A
上記構成のプラズマ処理装置100は、制御部90によって、その動作が統括的に制御される。この制御部90には、CPUを備えプラズマ処理装置100の各部を制御するプロセスコントローラ91と、ユーザインターフェース92と、記憶部93とが設けられている。
The operation of the
ユーザインターフェース92は、工程管理者がプラズマ処理装置100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100の稼働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。
The
記憶部93には、プラズマ処理装置100で実行される各種処理をプロセスコントローラ91の制御にて実現するための制御プログラム(ソフトウェア)や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース92からの指示等にて任意のレシピを記憶部93から呼び出してプロセスコントローラ91に実行させることで、プロセスコントローラ91の制御下で、プラズマ処理装置100での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体(例えば、ハードディスク、CD、フレキシブルディスク、半導体メモリ等)などに格納された状態のものを利用したり、又は、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで使用したりすることも可能である。
The
[上部電極の消耗量の測定]
次に、上部電極の消耗量の測定について説明する。プラズマエッチングを行った場合、実際には上部電極であるシャワーヘッド16の電極板である上部天板16bが消耗する。そこで、以下の説明では、上部天板16bの消耗量について説明するが、本体部16a及び上部天板16bを一体のシャワーヘッドとして考えると、上部天板16bの消耗量は上部電極(CEL)の消耗量と言うこともできる。
[Measurement of wear amount of upper electrode]
Next, the measurement of the wear amount of the upper electrode will be described. When plasma etching is performed, the upper
図2は、プラズマが生成される場合の上部電極の電気的結合の状態の一例を模式的に示す図である。図2に示すように、処理容器1内にプラズマPが生成される場合、上部電極(CEL)であるシャワーヘッド16は、プラズマPを介して、接地電位のGNDブロック89に電気的に結合される。シャワーヘッド16及びプラズマPは、電気的にそれぞれ、抵抗R1、R2と見なすことができる。このため、処理容器1内にプラズマPが生成される場合、処理容器1内の空間は、抵抗R1、R2が直列に接続した直列回路と見なすことができる。可変直流電源72は、ローパスフィルタ(LPF)71を介してシャワーヘッド16に直流電力を印加して、抵抗R1、R2を含む直列回路に関する直流電圧及び直流電流を測定する。可変直流電源72は、測定結果をプロセスコントローラ91へ出力する。
Figure 2 is a schematic diagram showing an example of the electrical coupling state of the upper electrode when plasma is generated. As shown in Figure 2, when plasma P is generated in the
プラズマエッチングが実行されると、上部電極(CEL)であるシャワーヘッド16における上部天板16bが消耗する。上部天板16bが消耗すると、抵抗R1、R2の値が変化する。図3は、消耗後の上部電極の電気的結合の状態の一例を模式的に示す図である。図3に示すように、上部天板16bが消耗すると、上部天板16bの抵抗R1の値が減少する。一方、上部天板16bの消耗に伴って、処理容器1内においてプラズマPが生成される処理空間が拡がり、プラズマPの抵抗R2の値が増加する。ここで、抵抗R1、R2を含む直列回路の合成抵抗Rは、以下の式(1)により表される。
When plasma etching is performed, the upper
R=R1+R2+Rothers ・・・ (1)
ただし、Rothersは、GNDブロック89を含む他の部位の抵抗であり、一定値である。
R = R1 + R2 + Rothers ... (1)
Here, Rothers is the resistance of other parts including the
そして、抵抗R1、R2を含む直列回路に関する直流電圧及び直流電流をそれぞれV、Iとすると、オームの法則により、以下の式(2)が成立する。 If the DC voltage and DC current for the series circuit including resistors R1 and R2 are V and I, respectively, Ohm's law gives the following equation (2).
V=R・I ・・・ (2)
式(2)を変形することで以下の式(3)が得られる。
V = R * I ... (2)
By modifying equation (2), the following equation (3) is obtained.
I/V=1/R ・・・ (3)
式(3)から、抵抗R1、R2を含む直列回路の合成抵抗Rは、I/Vの変化に伴い、変化することが分かる。そして、式(1)、(3)から、抵抗R1、R2を含む直列回路の合成抵抗R及びI/Vは、上部天板16bの消耗による抵抗R1、R2の値の変化に伴い、変化する。そこで、本実施形態に係るプラズマ処理装置100は、複数の直流電圧Vに対する複数の直流電流Iを取得し、I/Vの変化、すなわち、直流電圧Vの変化量に対する直流電流Iの変化量の比を示すI/V比を測定して、上部天板16bの消耗量を求める。以下に消耗量測定処理について詳細に説明する。
I/V=1/R (3)
From equation (3), it can be seen that the combined resistance R of the series circuit including the resistors R1 and R2 changes with the change in I/V. And from equations (1) and (3), the combined resistance R and I/V of the series circuit including the resistors R1 and R2 change with the change in the values of the resistors R1 and R2 due to wear of the upper
まず、プロセスコントローラ91は、ユーザインターフェース92からの指示を受けて、消耗量の算出に用いる基準データを取得するための基準データ取得処理を実行する。具体的には、プロセスコントローラ91は、記憶部93に格納された測定用レシピを用いて、プラズマが生成されるRF電力を載置台2に印加する。そして、プロセスコントローラ91は、処理容器1内にプラズマが生成されている状態で、シャワーヘッド16に直流電力を印加して基準データを取得する。なお、プロセスコントローラ91は、載置台2の保護カバーとして載置台2の上にウエハを載せた状態で基準データ取得処理を実行する。
First, the
例えば、基準データ取得処理では、未使用の上部天板16b、0.2mmの疑似消耗を与えた上部天板16b及び2.0mmの疑似消耗を与えた上部天板16bがプラズマ処理装置100に順次配置される。未使用の上部天板16bは、消耗量0mmであり、規定の厚みを有する基準導電性部材の一例である。0.2mmの疑似消耗を与えた上部天板16b及び2.0mmの疑似消耗を与えた上部天板16bは、それぞれ消耗量0.2mm、2.0mmであり、規定の厚みよりも厚みが薄い消耗導電性部材の一例である。
For example, in the reference data acquisition process, an unused upper
プロセスコントローラ91は、順次配置される各消耗量の上部天板16bに関して、処理容器1内にプラズマが生成されている状態でシャワーヘッド16に直流電力を印加し、複数の直流電圧Vに対する複数の直流電流Iを取得する。そして、プロセスコントローラ91は、各消耗量の上部天板16bに関して、直流電圧Vと直流電流Iとの関係を示す関係式を求め、求めた各関係式の傾きをI/Vの変化、すなわち、直流電圧Vの変化量に対する直流電流Iの変化量の比として取得する。以下では、基準データ取得処理時に基準データとして取得される、直流電圧Vの変化量に対する直流電流Iの変化量の比を基準I/V比と呼ぶ。
For each of the upper
図4は、各消耗量の上部天板16bが配置された場合の直流電圧Vと直流電流Iとの関係式の一例を示す図である。図4の(A)~(C)において、グラフ301、302、303は、それぞれ、消耗量0mm、0.2mm、2.0mmの上部天板16bが配置された場合の、直流電圧Vと直流電流Iとの関係式を示す。これらの関係式は、例えば、直流電圧Vを-150V、-300V、-450Vに変化させた3点について、最小二乗法を用いて線形近似を行うことで求めることができる。図4の例では、消耗量0mmの上部天板16bに関する関係式が下記の式(4)、消耗量0.2mmの上部天板16bに関する関係式が下記の式(5)、消耗量2.0mmの上部天板16bに関する関係式が下記の式(6)となる。
Figure 4 is a diagram showing an example of the relationship between DC voltage V and DC current I when upper
y=0.001036x+0.371621 ・・・ (4)
y=0.001035x+0.372512 ・・・ (5)
y=0.000997x+0.342981 ・・・ (6)
プロセスコントローラ91は、消耗量0mmの上部天板16bに関して、上記の式(4)の傾き0.001036を基準I/V比として取得する。また、プロセスコントローラ91は、消耗量0.2mmの上部天板16bに関して、上記の式(5)の傾き0.001035を基準I/V比として取得する。また、プロセスコントローラ91は、消耗量2.0mmの上部天板16bに関して、上記の式(6)の傾き0.000997を基準I/V比として取得する。
y = 0.001036x + 0.371621 ... (4)
y = 0.001035x + 0.372512 ... (5)
y = 0.000997x + 0.342981 ... (6)
The
そして、プロセスコントローラ91は、各消耗量の上部天板16bに関する基準I/V比を用いて、上部天板16bの消耗量とI/V比との関係を示す相関関数を求める。そして、プロセスコントローラ91は、求めた相関関数を記憶部93に記憶させる。
Then, the
例えば、プロセスコントローラ91は、上部天板16bの消耗量とI/V比を各次元とする2次元平面に各消耗量の上部天板16bに関する基準I/V比をプロットし、1次関数の近似式を相関関数として求める。相関関数は、例えば、消耗量が0mm、0.2mm、2.0mmである3点について、最小二乗法を用いて線形近似を行うことで求めることができる。
For example, the
図5は、上部天板16bの消耗量とI/V比との相関関数の一例を示す図である。図5には、上部天板16bの消耗量と、上記の式(4)~(6)の傾きである基準I/V比の関係を表す相関関数を示す。図5の例では、相関関数は、下記の式(7)で表される。
Figure 5 is a diagram showing an example of a correlation function between the wear amount of the upper
y=-0.0000208x+0.0010384 ・・・ (7)
その後、プロセスコントローラ91は、プラズマエッチングを行う。そして、プロセスコントローラ91は、定期的に測定用レシピを用いて、プラズマエッチングに使用したインストール済みの上部天板16bを用いて消耗時データを取得する消耗時データ取得処理を実行する。具体的には、プロセスコントローラ91は、プラズマ生成部及び電力印加部として機能し、測定用レシピを用いて、プラズマが生成されるRF電力を載置台2に印加し、処理容器1内にプラズマが生成されている状態で、シャワーヘッド16に直流電力を印加する。そして、プロセスコントローラ91は、測定部として機能し、消耗したシャワーヘッド16に関して測定されるI/V比を消耗時I/V比として取得する。そして、プロセスコントローラ91は、算出部として機能し、記憶部93に記憶された、上部天板16bの消耗量とI/V比との関係を示す相関関数を用いて、消耗時I/Vに対応する上部天板16bの消耗量を求める。例えば、相関関数が上記の式(7)で表される場合、プロセスコントローラ91は、式(7)における「y」に消耗時I/V比を代入して、上部天板16bの消耗量である「x」を求める。
y = -0.0000208x + 0.0010384 ... (7)
Then, the
次に、プロセスコントローラ91は、算出した上部天板16bの消耗量と予め決められた消耗量閾値とを比較して、消耗量が許容値内に収まっているか否かを判定する。例えば、プロセスコントローラ91は、消耗量閾値を2mmとして記憶する。
Next, the
算出した上部天板16bの消耗量が消耗量閾値以上の場合、プロセスコントローラ91は、消耗量が許容値を超過したと判定する。そして、プロセスコントローラ91は、アラートをユーザインターフェース92のディスプレイに表示させるなどして、異常発生をプラズマ処理装置100の管理者に通知する。管理者は、アラートの通知を受けて、上部天板16bを交換する。上部天板16bの交換後、プロセスコントローラ91は、消耗時I/V比を測定して消耗量を算出し、算出した消耗量が許容値内に収まっていれば正常と判定する。その後、プロセスコントローラ91は、ユーザインターフェース92からの指示を待ち、指示を受けた場合、指示にしたがってプラズマエッチングを実行する。
If the calculated wear amount of the upper
これに対して、算出した上部天板16bの消耗量が消耗量閾値未満の場合、プロセスコントローラ91は、消耗量が許容値内に収まっていると判定する。そして、プロセスコントローラ91は、算出した上部天板16bの消耗量に応じてKnob制御量を算出してプラズマエッチング実行時のレシピに反映させる。その後、プロセスコントローラ91は、補正したレシピでプラズマエッチングを実行する。
In contrast, if the calculated wear amount of the upper
次に、図6を参照して、本実施形態に係るプラズマ処理装置100による消耗量測定を用いたプラズマエッチング処理の流れを説明する。図6は、プラズマ処理装置による消耗量測定を用いたプラズマエッチング処理の流れの一例を示すフローチャートである。
Next, the flow of a plasma etching process using wear amount measurement by the
プロセスコントローラ91は、各消耗量の上部天板16bに関する基準I/V比の情報を含む基準データを取得し、上部天板16bの消耗量とI/V比との相関関数を算出する(ステップS1)。
The
その後、プロセスコントローラ91は、プラズマ処理装置100によるプラズマエッチングを実行し(ステップS2)、例えば、プラズマエッチング処理の積算時間が一定時間を経過したか否かを判定する(ステップS3)。一定時間が経過していない場合(ステップS3:否定)、プロセスコントローラ91は、ステップS2へ戻り、プラズマエッチングを継続する。
Then, the
これに対して一定時間が経過した場合(ステップS3:肯定)、プロセスコントローラ91は、消耗量の算出の実行を決定する。そして、プロセスコントローラ91は、インストールされている上部天板16bに対して測定用レシピを用いて消耗時I/V比を測定する(ステップS4)。
On the other hand, if a certain period of time has elapsed (step S3: Yes), the
次に、プロセスコントローラ91は、上部天板16bの消耗量とI/V比との相関関数に対して消耗時I/V比を用いて、インストールされている上部天板16bの消耗量を計算する(ステップS5)。
Next, the
そして、プロセスコントローラ91は、算出した消耗量と消耗量閾値とを比較して、消耗量が許容値内に収まっているか否かを判定する(ステップS6)。
Then, the
これに対して、消耗量が許容値内に収まる場合(ステップS6:肯定)、プロセスコントローラ91は、消耗量に応じてKnob制御の制御量を調整する(ステップS7)。例えば、プロセスコントローラ91は、上部天板16bの消耗量に応じて、可変直流電源72からシャワーヘッド16に印加される直流電圧Vを調整する。上部天板16bの消耗量に応じた直流電圧Vの調整については、後述する。
On the other hand, if the amount of wear falls within the allowable value (step S6: Yes), the
そして、プロセスコントローラ91は、ステップS2へ戻り、Knob制御の制御量に補正を加えたレシピを用いてプラズマエッチングを実行する。
Then, the
消耗量が許容値を超過した場合(ステップS6:否定)、プロセスコントローラ91は、アラートを管理者に通知する(ステップS8)。
If the consumption amount exceeds the allowable value (step S6: No), the
その後、プロセスコントローラ91は、ユーザインターフェース92から動作停止指示を受けたか否かにより、プラズマ処理装置100の動作を停止するか否かを判定する(ステップS9)。
Then, the
動作を停止しない場合(ステップS9:否定)、アラートを受けた管理者により、上部天板16bの交換が行われる(ステップS10)。その後、プロセスコントローラ91による消耗量測定を用いたプラズマエッチング処理は、ステップS4へ戻る。
If the operation is not stopped (step S9: No), the administrator who received the alert replaces the upper
これに対して、動作を停止すると判定した場合(ステップS9:肯定)、プロセスコントローラ91は、プラズマ処理装置100の動作を停止させる。
On the other hand, if it is determined that the operation should be stopped (step S9: Yes), the
[上部天板の消耗量に応じた直流電圧の調整]
ここで、図9及び図10を参照して、上部天板16bの消耗量に応じた直流電圧Vの調整について説明する。図9は、上部天板16bの消耗量と、直流電圧Vに対応する直流電流Iとの関係の一例を示す図である。図9において、「New」は、上部天板16bの消耗量が0mmである場合の、直流電流Iの測定値を示す。また、「Cons.」は、上部天板16bの消耗量が0よりも大きい値(例えば、2.0mm)である場合の、直流電流Iの測定値を示す。なお、「New」及び「Cons.」の測定では、可変直流電源72からシャワーヘッド16に印加される直流電圧Vを-300Vに設定し、対応する直流電流Iを測定した。
[DC voltage adjustment according to the wear amount of the upper top plate]
Here, adjustment of the DC voltage V according to the wear amount of the upper
図9に示すように、上部天板16bの消耗量が増大するに従って、シャワーヘッド16に流れる直流電流Iが初期値0.133Aから0.119Aへ減少することが確認された。
As shown in FIG. 9, it was confirmed that the DC current I flowing through the
図10は、上部天板16bの消耗量と、ウエハWのエッチングレートとの関係の一例を示す図である。図10において、「New」は、上部天板16bの消耗量が0mmである場合の、ウエハWのエッチングレートの測定値を示す。また、「Cons.」は、上部天板16bの消耗量が0よりも大きい値(例えば、2.0mm)である場合の、ウエハWのエッチングレートの測定値を示す。なお、「New」及び「Cons.」の測定では、可変直流電源72からシャワーヘッド16に印加される直流電圧Vを-300Vに設定し、対応するエッチングレートを測定した。
Figure 10 is a diagram showing an example of the relationship between the wear amount of the upper
図10に示すように、上部天板16bの消耗量が増大するに従って、ウエハWのエッチングレートが初期値36.09nm/minから37.01nm/minへ増大することが確認された。これは、上部天板16bの消耗により処理容器1内の処理空間が拡大し、結果として、処理容器1内のプラズマの電子密度が低下したためであると考えられる。処理容器1内のプラズマの電子密度の低下は、図9に示されるように、シャワーヘッド16に流れる直流電流Iの減少として現れる。
As shown in FIG. 10, it was confirmed that the etching rate of the wafer W increased from an initial value of 36.09 nm/min to 37.01 nm/min as the wear amount of the upper
そこで、プロセスコントローラ91は、上部天板16bの消耗量に応じて、直流電流Iの減少が解消されるように、可変直流電源72からシャワーヘッド16に印加される直流電圧Vを調整する。例えば、実験等を行って、上部天板16bの消耗量と直流電圧Vの調整値とを対応付けた対応情報を予め求めておく。上部天板16bの消耗量と直流電圧Vの調整値とを対応付けた対応情報は、記憶部93に格納されてもよい。そして、プロセスコントローラ91は、対応情報から、上部天板16bの消耗量に対応する調整値を読み出し、該調整値となるように直流電圧Vを調整してもよい。また、例えば、プロセスコントローラ91は、上部天板16bの消耗量に応じて、減少後の直流電流Iが初期値へ戻るように、直流電圧Vを調整してもよい。
Therefore, the
図9には、消耗量2.0mmの上部天板16bに印加される直流電圧Vが-300Vから-348Vへ調整された後の直流電流Iの測定値が「DCS 348V」として示されている。プロセスコントローラ91は、直流電圧Vを-300Vから-348Vへ調整することにより、対応する直流電流Iを0.119Aから初期値0.133Aへ戻すことができる。
In FIG. 9, the measured value of the DC current I after the DC voltage V applied to the upper
図10には、消耗量2.0mmの上部天板16bに印加される直流電圧Vが-300Vから-348Vへ調整された後のウエハWのエッチングレートが「DCS 348V」として示されている。図10から分かるように、直流電圧Vを調整することにより、ウエハWのエッチングレートを37.01nm/minから初期値36.09nm/minに近い36.39nm/minまで補正することができる。
In Figure 10, the etching rate of the wafer W after the DC voltage V applied to the upper
以上のように、一実施形態に係るプラズマ処理装置は、処理容器及び導電性部材(例えば、上部天板16b)を有するプラズマ処理装置であって、プラズマ生成部と、電力印加部と、測定部と、算出部とを有する。プラズマ生成部は、処理容器内にプラズマを生成する。電力印加部は、プラズマ生成部によって処理容器内にプラズマが生成されている状態で、導電性部材に直流電力を印加する。測定部は、電力印加部により印加された直流電力に関する物理量(例えば、消耗時I/V比)を測定する。算出部は、測定された直流電力に関する物理量を、導電性部材の消耗量及び直流電力に関する物理量の相関関数に用いて、導電性部材の消耗量を求める。これにより、プラズマ処理装置は、処理容器(チャンバー)を開けずに導電性部材の消耗量を精度良く測定することができる。
As described above, the plasma processing apparatus according to one embodiment is a plasma processing apparatus having a processing vessel and a conductive member (e.g., upper
また、一実施形態に係るプラズマ処理装置において、導電性部材は、処理容器内においてプラズマに面する位置に設けられる。これにより、プラズマ処理装置は、処理容器を開けずに、プラズマに面する導電性部材の消耗量を精度良く測定することができる。 In addition, in one embodiment of the plasma processing apparatus, the conductive member is provided in a position facing the plasma inside the processing vessel. This allows the plasma processing apparatus to accurately measure the amount of wear of the conductive member facing the plasma without opening the processing vessel.
また、一実施形態に係るプラズマ処理装置において、導電性部材は、シリコン含有物質により形成される。これにより、プラズマ処理装置は、シリコン含有物質により形成された導電性部材の消耗量を精度良く測定することができる。 In addition, in one embodiment of the plasma processing apparatus, the conductive member is formed from a silicon-containing material. This allows the plasma processing apparatus to accurately measure the amount of wear of the conductive member formed from a silicon-containing material.
また、一実施形態に係るプラズマ処理装置は、処理容器内においてプラズマに面する位置に設けられ、且つ接地電位に設定された他の導電性部材(例えば、GNDブロック89)をさらに有する。これにより、プラズマ処理装置は、プラズマを介して接地電位の他の導電性部材に電気的に結合される導電性部材の消耗量を精度良く測定することができる。 The plasma processing apparatus according to one embodiment further includes another conductive member (e.g., GND block 89) that is disposed in the processing chamber at a position facing the plasma and is set to ground potential. This allows the plasma processing apparatus to accurately measure the amount of wear of the conductive member that is electrically coupled to the other conductive member at ground potential via the plasma.
また、一実施形態に係るプラズマ処理装置において、算出部は、導電性部材として規定の厚みを有する基準導電性部材(例えば、消耗量0mmの上部天板16b)を使用した場合の、基準導電性部材に印加された直流電力に関する第1の物理量(例えば、基準I/V比)を計測する。算出部は、導電性部材として規定の厚みよりも厚みが薄い消耗導電性部材(例えば、消耗量0.2mm、2.0mmの上部天板16b)を使用した場合の、消耗導電性部材に印加された直流電力に関する第2の物理量(例えば、基準I/V比)を計測する。そして、プラズマ処理装置は、第1の物理量及び第2の物理量に基づき相関関数を求める。これにより、プラズマ処理装置は、導電性部材の消耗量及び直流電力に関する物理量の相関関数を適切に求めることができる。
In addition, in a plasma processing apparatus according to an embodiment, the calculation unit measures a first physical quantity (e.g., a reference I/V ratio) related to the DC power applied to the reference conductive member when a reference conductive member having a specified thickness (e.g., an upper
また、一実施形態に係るプラズマ処理装置は、求められた導電性部材の消耗量が閾値以上の場合にアラートを通知する通知部をさらに有する。これにより、プラズマ処理装置は、導電性部材の交換時期をプラズマ処理装置の管理者に通知することができる。 In addition, the plasma processing apparatus according to one embodiment further includes a notification unit that issues an alert when the determined wear amount of the conductive member is equal to or greater than a threshold value. This allows the plasma processing apparatus to notify the administrator of the plasma processing apparatus of the time to replace the conductive member.
なお、今回開示された実施形態はすべ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。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主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。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The above embodiments may be omitted, substituted, or modified in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims.
例えば、上記の実施形態では、シャワーヘッド16に印加された直流電力のI/V比、すなわち、直流電圧Vの変化量に対する直流電流Iの変化量の比を測定するが、直流電流Iの変化量に対する直流電圧Vの変化量の比を測定してもよい。また、直流電圧V及び直流電流Iの測定精度が高い場合、直流電圧Vに対する直流電流Iの比や、直流電流Iに対する直流電圧Vの比を測定してもよい。これらの比は、印加された直流電力に関する物理量の一例である。
For example, in the above embodiment, the I/V ratio of the DC power applied to the
また、上記の実施形態では、上部電極(CEL)であるシャワーヘッド16の消耗量を測定したが、上部電極以外の導電性部材の消耗量を測定してもよい。例えば、導電性部材であるフォーカスリング5に可変直流電源が接続される場合、可変直流電源からフォーカスリング5に印加される直流電力のI/V比を用いて、フォーカスリング5の消耗量を測定してもよい。
In the above embodiment, the wear amount of the
図7は、プラズマが生成される場合のフォーカスリング5の電気的結合の状態の一例を模式的に示す図である。図7に示すプラズマ処理装置では、導電性部材であるフォーカスリング5に図示しないLPFを介して可変直流電源172が接続されている。図7に示すように、処理容器1内にプラズマPが生成される場合、フォーカスリング5は、プラズマPを介して、接地電位のGNDブロック89に電気的に結合される。フォーカスリング5及びプラズマPは、電気的にそれぞれ、抵抗R3、R4と見なすことができる。このため、処理容器1内にプラズマPが生成される場合、処理容器1内の空間は、抵抗R3、R4が直列に接続した直列回路と見なすことができる。可変直流電源172は、LPFを介してフォーカスリング5に直流電力を印加して、抵抗R3、R4を含む直列回路に関する直流電圧及び直流電流を測定する。可変直流電源172は、測定結果をプロセスコントローラ91へ出力する。
Figure 7 is a schematic diagram showing an example of the electrical coupling state of the
プラズマエッチングが実行されると、フォーカスリング5が消耗する。フォーカスリング5が消耗すると、抵抗R3、R4の値が変化する。図8は、消耗後のフォーカスリング5の電気的結合の状態の一例を模式的に示す図である。図8に示すように、フォーカスリング5が消耗すると、フォーカスリング5の抵抗R3の値が減少する。一方、フォーカスリング5の消耗に伴って、処理容器1内においてプラズマPが生成される処理空間が拡がり、プラズマPの抵抗R4の値が増加する。ここで、抵抗R3、R4を含む直列回路の合成抵抗Rは、以下の式(8)により表される。
When plasma etching is performed, the
R=R3+R4+Rothers ・・・ (8)
ただし、Rothersは、GNDブロック89を含む他の部位の抵抗であり、一定値である。
R = R3 + R4 + Rothers ... (8)
Here, Rothers is the resistance of other parts including the
そして、抵抗R3、R4を含む直列回路に関する直流電圧及び直流電流をそれぞれV、Iとすると、オームの法則により、以下の式(9)が得られる。 If the DC voltage and DC current for the series circuit including resistors R3 and R4 are V and I, respectively, Ohm's law gives us the following equation (9).
V=R・I ・・・ (9)
式(9)を変形することで以下の式(10)が得られる。
V = R * I ... (9)
By modifying equation (9), the following equation (10) is obtained.
I/V=1/R ・・・ (10)
式(9)から、抵抗R3、R4を含む直列回路の合成抵抗Rは、I/Vの変化に伴い、変化することが分かる。そして、式(8)、(10)から、抵抗R3、R4を含む直列回路の合成抵抗R及びI/Vは、フォーカスリング5の消耗による抵抗R3、R4の値の変化に伴い、変化する。そこで、プラズマ処理装置は、複数の直流電圧Vに対する複数の直流電流Iを取得し、I/Vの変化、すなわち、直流電圧Vの変化量に対する直流電流Iの変化量の比を示すI/V比を測定して、フォーカスリング5の消耗量を求める。フォーカスリング5の消耗量測定処理の概要は、上記の実施形態で述べた上部天板16bの消耗量測定処理と同様である。
I/V=1/R (10)
From equation (9), it is seen that the combined resistance R of the series circuit including the resistors R3 and R4 changes with the change in I/V. From equations (8) and (10), the combined resistance R and I/V of the series circuit including the resistors R3 and R4 change with the change in the values of the resistors R3 and R4 due to wear of the
また、例えば、導電性部材であるGNDブロック89に可変直流電源が接続される場合、可変直流電源からGNDブロック89に印加される直流電力のI/V比を用いて、GNDブロック89の消耗量を測定してもよい。
For example, when a variable DC power supply is connected to the
W ウエハ
1 処理容器
2 載置台
16 シャワーヘッド
16a 本体部
16b 上部天板
91 プロセスコントローラ
92 ユーザインターフェース
93 記憶部
100 プラズマ処理装置
Reference Signs List W: Wafer 1: Processing chamber 2: Mounting table 16:
Claims (10)
前記処理容器内にプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部によって前記処理容器内にプラズマが生成されている状態で、前記導電性部材に直流電力を印加するように構成される電力印加部と、
前記電力印加部により印加された前記直流電力に関する物理量を測定するように構成される測定部と、
測定された前記直流電力に関する物理量を、前記導電性部材の消耗量及び前記直流電力に関する物理量の相関関数に用いて、前記導電性部材の消耗量を求めるように構成される算出部と
を有する、プラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus having a processing vessel and a conductive member,
a plasma generating unit configured to generate plasma in the processing vessel;
a power application unit configured to apply DC power to the conductive member while plasma is generated in the processing chamber by the plasma generation unit;
a measurement unit configured to measure a physical quantity related to the DC power applied by the power application unit;
and a calculation unit configured to calculate a wear amount of the conductive member by using the measured physical quantity related to the DC power in a correlation function between a wear amount of the conductive member and the physical quantity related to the DC power.
前記導電性部材として規定の厚みを有する基準導電性部材を使用した場合の、前記基準導電性部材に印加された前記直流電力に関する第1の物理量を計測し、前記導電性部材として前記規定の厚みよりも厚みが薄い消耗導電性部材を使用した場合の、前記消耗導電性部材に印加された前記直流電力に関する第2の物理量を計測し、前記第1の物理量及び前記第2の物理量に基づき前記相関関数を求めるように構成される、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 The calculation unit is
2. The plasma processing apparatus of claim 1, configured to measure a first physical quantity related to the DC power applied to a reference conductive member having a specified thickness when the conductive member is used as the reference conductive member, measure a second physical quantity related to the DC power applied to the consumable conductive member when the conductive member is used as a consumable conductive member having a thickness thinner than the specified thickness, and calculate the correlation function based on the first physical quantity and the second physical quantity.
前記導電性部材として前記規定の厚みよりも厚みが薄く且つ異なる厚みを有する複数の前記消耗導電性部材を使用した場合の、複数の前記消耗導電性部材に印加された前記直流電力に関する複数の前記第2の物理量を計測し、前記第1の物理量及び複数の前記第2の物理量に基づき前記相関関数を求める、請求項6に記載のプラズマ処理装置。 The calculation unit is
7. The plasma processing apparatus of claim 6, wherein when a plurality of consumable conductive members having different thicknesses thinner than the specified thickness are used as the conductive members, a plurality of second physical quantities related to the DC power applied to the plurality of consumable conductive members are measured, and the correlation function is calculated based on the first physical quantity and the plurality of second physical quantities.
前記処理容器内にプラズマを生成し、
前記処理容器内にプラズマが生成されている状態で、前記導電性部材に直流電力を印加し、
印加された前記直流電力に関する物理量を測定し、
測定された前記直流電力に関する物理量を、前記導電性部材の消耗量及び前記直流電力に関する物理量の相関関数に用いて、前記導電性部材の消耗量を求める、消耗量測定方法。 In a plasma processing apparatus having a processing vessel and a conductive member,
generating a plasma in the processing vessel;
applying DC power to the conductive member while plasma is being generated in the processing chamber;
measuring a physical quantity related to the applied DC power;
a wear amount measuring method for determining the wear amount of the conductive member by using the measured physical quantity related to the DC power in a correlation function between the wear amount of the conductive member and the physical quantity related to the DC power.
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