KR101988437B1 - 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 측정방법, 전극, 전극의 재생 방법, 재생 전극, 플라즈마 에칭장치, 가스 도입 구멍의 상태분포도 및 그 표시 방법 - Google Patents

플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 측정방법, 전극, 전극의 재생 방법, 재생 전극, 플라즈마 에칭장치, 가스 도입 구멍의 상태분포도 및 그 표시 방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍을 고정밀도로 측정할 수 있는 측정방법 및 정밀도가 높은 가스 도입 구멍을 구비한 전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 측정방법은, 플라즈마 에칭장치용 전극에서 기재를 두께 방향으로 관통하도록 설치된 가스 도입 구멍을 측정하는 방법에 있어서, 기재의 한쪽면측으로부터 가스 도입 구멍을 향하여 빛을 조사하는 공정과, 가스 도입 구멍을 통하여 기재의 다른쪽면측에 투과된 빛의 2차원 화상을 취득하는 공정과, 2차원 화상에 근거하여 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 측정하는 공정, 을 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 측정방법, 전극, 전극의 재생 방법, 재생 전극, 플라즈마 에칭장치, 가스 도입 구멍의 상태분포도 및 그 표시 방법{METHOD OF MEASURING GAS INTRODUCING HOLE PROVIDED IN ELECTRODE FOR PLASMA ETCHING DEVICE, ELECTRODE, ELECTRODE REGENERATION METHOD, REGENERATED ELECTRODE, PLASMA ETCHING DEVICE, AND GAS INTRODUCING HOLE STATE DISTRIBUTION DIAGRAM AND DISPLAY METHOD FOR SAME}
본 발명은, 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 측정방법, 전극, 전극의 재생 방법, 재생 전극, 플라즈마 에칭장치, 가스 도입 구멍의 상태분포도 및 그 표시 방법에 관한 것이다.
플라즈마 에칭장치는, 진공 챔버내에서 플라즈마를 발생시켜서 반도체 웨이퍼 등 대상물에 에칭을 실시하는 장치이다. 진공 챔버내에는 대상물을 탑재하는 탑재대와, 상기 탑재대에 대향하여 배치되는 상부전극이 설치된다. 탑재대에는 하부전극이 설치된다. 또한, 상부전극에는 진공 챔버내에 가스를 도입하기 위한 구멍(가스 도입 구멍)이 설치된다. 대상물을 처리할 때에는, 상기 구멍으로부터 진공 챔버내에 가스를 도입하고, 하부전극과 상부전극 사이에 고주파전압을 인가하여 플라즈마를 발생시켜 대상물의 에칭을 행한다.
상기 장치의 저온 플라즈마를 이용한 반도체소자의 에칭 미세 가공은 드라이 에칭이라고도 불리운다. 드라이 에칭은 반도체소자의 프로세스이다. 드라이 에칭은, 포토리소그래피후에 경화된 피에칭막위의 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 반응성 가스의 플라즈마에 의해 실리콘 절연물 막 (예를 들면, SiO2, PSG, BPSG) 금속막 (예를 들면, Al, W, Cu) 등에 홈이나 홀의 패턴을 행하는 프로세스이다. 따라서, 리소그래피 장치에서 형성된 패턴에 따라, 정확하게 미세화 가공이 실시된다.
드라이 에칭을 하기 위하여서는, 진공 챔버내에 피에칭막에 맞춰서 에칭 가스를 도입하고, 고주파를 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 드라이 에칭은, 레지스트(마스크재)에 덮어져 있지 않은 영역을 이온 충돌에 의해 깎는 반응성 이온 에칭(RIE: Reactive Ion Etching) 공정을 경과하여 행하여진다.
플라즈마 방전에 의해 생성된 이온을 실리콘 웨이퍼상의 피에칭막과 표면화학반응을 시켜서, 그 생성물을 진공배기함으로써 드라이 에칭을 진행시킨다. 이 프로세스후에 레지스트의 유기물을 애싱프로세스에 의해 연소시킨다. 미세 패턴의 치수가 피에칭막의 두께에 접근하면, RIE가 채용된다.
현재의 반도체소자의 형성은, 상기 드라이 에칭이 주류로 된다. 특히, 300mm (밀리미터)사이즈의 실리콘 웨이퍼를 채용한 반도체소자의 초미세 가공에서는 집적도가 높아지고, 선폭(Line)과 선간(Space)의 피치가 엄격하다. 때문에, 드라이 에칭에 의한 가공 특성, 수율, 생산성의 향상이 더 요구된다.
CMOS 반도체소자의 디자인 룰은 14nm(나노미터), 게이트 길이 9nm까지 진행되었으며, 에칭의 선폭과 선 사이도 동일하게 엄격해지는 경향이 있다. 이러한 반도체소자의 제조에서는, 패턴의 치수 정밀도뿐만 아니라, 패턴의 부식, 발진(發塵), 챠지(charge) 업에 의한 데미지, 경시 변화 등도 극복해야 할 과제로 된다. 또한, 웨이퍼의 대구경화에 대응할 수 있는 반응가스 도입에 의해, 발생되는 플라즈마를 제어하는 기술이 요망되고 있다.
드라이 에칭에서, 가공 정밀도, 패턴 형상, 에칭 선택비, 웨이퍼면내에서의 가공의 균일성, 에칭 속도 등이 중요한 요소로 된다. 예를 들면, 드라이 에칭에 의해 형성되는 패턴의 가공 단면을 수직으로 하기 위해서는, 측벽보호막으로 불리우는 퇴적물막이 너무 두꺼워서는 안된다. 또한, 측벽보호막의 막두께가 불균일하면 치수변동의 원인으로 된다. 따라서, 측벽보호막을 필요하지 않는 이상적인 저온 에칭과 같은 기술이 중요하다. 또한, 패턴의 저부에서의 불충분한 측벽보호막의 형성, 표면을 이동하는 입자, 표면의 온도, 저부에서의 가스의 흐름 등도 고려 할 필요가 있다.
또한, 에칭의 균일성에 대해서는, 반응가스의 흐름, 플라즈마의 균일성, 바이어스의 균일성, 온도의 균일성, 반응 생성물 재부착의 균일성 등, 각종 조건의 균일성이 필요하다. 특히 대구경(예를 들면, 300mm 사이즈)의 웨이퍼에 대하여 반응 생성물 재부착의 불균일성은, 에칭처리의 균일성에 있어서 영향이 크다.
플라즈마 에칭장치, 에칭처리의 코스트를 저감시키기 위해서는, 효율이 좋은 플라즈마 처리, 연속 처리, 부품의 장수명화에 의한 러닝 코스트 저감 등이 필요하다. 효율이 좋은 플라즈마 처리기술 혹은 고처리율로 하기 위하여서는, 가공 불량 발생의 저감, 시즈닝 시간의 삭감, 고가동율(저고장율), 유지보수 빈도 저감 등을 어떻게 실현하는가가 과제로 된다. 특히, 플라즈마 에칭장치의 상부전극은 에칭처리와 함께 소모되는 부품이다. 따라서, 에칭처리와 함께 변화되는 상부전극의 상태, 가스 도입 구멍의 상태, 미사용시의 전극 상태 및 사용전후의 상태를 비파괴로 모니터링하는 기술은, 드라이 에칭의 각종 과제를 해결하기 위하여서는 매우 중요하다.
여기에서, 플라즈마 에칭장치에 있어서 상부전극을 제조하기 위해서는, 예를 들면 실리콘 단결정의 원반에 다이아몬드 드릴에 의한 드릴가공 등에 의해 가스 도입 구멍을 형성한다. 특허문헌1에는, 처리 장치의 구성부품 (예를 들면, 가스 분출구멍을 가지는 샤워 헤드부나 상부전극)을 에칭액으로 표면처리하는 세정방법이 공개되어 있다. 이 기술에서는, 드릴 천공 가공시에 발생되는 발리 등이 제거되어, 구성부품의 표면이 평탄화된다.
상기 상부전극에 설치된 가스 도입 구멍의 내경은 200㎛(마이크로미터)로부터 500㎛정도로 매우 작다. 게다가, 판두께를 관통 할 필요가 있기 때문에, 가스 도입 구멍의 길이는 10mm을 넘는 것도 많다. 이러한 가스 도입 구멍이 정밀도가 좋게 형성되지 않으면, 플라즈마 에칭에 필요한 가스를 챔버내에 균일하게 도입할 수 없고, 대상물에의 처리가 면내에서 불균일해지기 쉽다. 최근에는 웨이퍼 등의 대상물이 대형화하여, 수많은 가스 도입 구멍을 정밀도가 좋게 형성하는 것은 매우 중요하다.
여기에서, 상부전극에 설치된 가늘고 긴 가스 도입 구멍의 상태를 비파괴로 측정하는 것은 매우 어렵다. 때문에, 상부전극의 수명은 가스 도입 구멍의 상태로는 관리되고 않고, 사용시간에 의해 관리된다. 즉, 미리 상부전극의 사용시간과 파티클 발생량의 관계를 데이터 취득을 진행하고, 이 데이터로부터 파티클 발생량이 허용 범위를 초과하는 사용시간이 되었을 경우에는 상부전극의 수명이라고 판단한다.
일본공개특허2003-68653호 공보
드라이 에칭의 피에칭 막으로는, Si, poly-Si, Si3N4, SiO2, Al, W, Cu, Ta2O5, TiN 등을 들 수 있다. 반응 에칭 가스로서는, CF4, SF6, CL2, Hbr, CHF3, CH2F2, H2, C2F6, C4F8, BCL3 등의 할로겐 원소의 화합물 가스가 주로 사용된다. 플라즈마 에칭장치에 의한 피에칭 막은, Si 및 poly-Si막용, 절연 막용, 메탈 막용 3종류로 크게 분별된다. 피에칭 막의 종류에 의해 플라즈마 에칭장치의 구성 요소에 큰 차이는 없고, 에칭 가스가 다른것과, 에칭 챔버 내부의 재질, 에칭의 종점검출 방법이 피에칭 재료에 응하여 최적으로 설정된다.
RIE에 있어서, 300mm 사이즈의 실리콘 웨이퍼와 같은 넓은 면적에 균일하게 이온을 발생시키기 위해서는, 고밀도 플라즈마를 안정적으로 발생시킬 필요가 있다. 때문에, 상부전극에 반응 생성물의 부착이 있으면, 웨이퍼면내에 균일하게 이온 샤워를 제공할 수 없고, 에칭의 표준에 도달하지 못할 정도의 더스트가 발생될 우려도 있다.
드라이 에칭 장치는, 당초, 상부·하부전극을 구비한 평행 평판형의 구조에서 전극 사이에 에칭 가스를 흘려 배출하는 타입이 이용된다. 현재, 상부전극에 관통 구멍을 설치하고, 증기압이 낮은 피에칭 가스를 샤워 형상으로 분출시키는 RIE장치를 이용할 수 있다.
상기 RIE 장치에서는, 에칭의 프로세스 챔버내에 웨이퍼 서셉터가 하부전극위에 설치된다. 이 프로세스 챔버에는 에칭 가스 공급 시스템과 진공(0.1Pa 전후)시스템이 접속된다. 하부전극에는 고주파전원과 서셉터의 온도조절 시스템이 설치된다.
더욱이, 항상 프로세스 챔버를 진공으로 유지하기 위해서 로드록의 전실(前室)을 구비한다. 생산성과 신뢰성을 향상시키기 위해서, 실리콘 웨이퍼는 에칭 챔버에 진공하에서 반송된다. 이 반송 기구는 로드록 기구라고 불리운다. 실리콘 웨이퍼를 매엽식 (Single Wafer)으로 처리하는 에칭 장치로는, 실리콘 웨이퍼를 통상적으로 25매를 격납할 수 있는 카세트 박스를 사용하고, 이 카세트 박스를 로봇에 의해 반송한다. 따라서, 실리콘 웨이퍼는 세트·두개·카세트로 자동 반송된다.
선폭 1㎛ 이하의 초미세 가공에서는, 플라즈마가 발생할 경우, 종래 1Torr~수백mTorr인 가스 압력을 낮추고, 실리콘 웨이퍼 표면에 충돌되는 이온의 방향을 개선하는 것, 플라즈마 밀도를 높여 처리율 향상을 도모할 필요성이 있다. 때문에, 0.5㎛ 정도의 관통 구멍이 있는 실리콘 상부전극의 관통 구멍의 내면 거칠기 등의 비파괴 파악이 중요하다.
패턴의 가공 치수(CD: Critical Dimension)는, 복잡반응인 드라이 에칭 생성물질과 라디칼과 이온의 불균일성에 의해 좌우된다. 실리콘 상부전극의 관통 구멍으로부터 도입되는 에칭 가스와 반응 생성물의 배기, 하부 실리콘 전극의 온도 실리콘 웨이퍼면내 전체의 균질성이 요구된다.
그러나, 상부전극에 설치된 가늘고 긴 가스 도입 구멍의 상태를 비파괴로 측정하는 것은 매우 어렵다. 여기에서, 비파괴 측정으로서 X선화상에 의한 측정이 고려되지만, 상부전극에는 다수의 가스 도입 구멍이 설치되어 있기 때문에, 구멍의 길이 방향과 직교되는 방향으로 X선화상을 취득했을 경우, 측정 대상으로 되는 가스 도입 구멍의 화상에 다른 구멍의 화상이 중복되어서, 정밀도가 높은 측정을 할 수 없는 문제가 생긴다.
또한, 실제적으로 아직 사용할 수 있는데도 불구하고 시간관리에 의해 수명에 도달되었다고 판단될 경우에는 상부전극을 새것으로 교환하여야 하는 문제가 존재한다.
게다가, 플라즈마 에칭장치에 장착된 상태에서 상부전극의 가스 도입 구멍 상태를 측정하는 것은 곤란하다.
또한, 상술한 바와 같이, 상부전극에 설치된 가스 도입 구멍의 상태를 비파괴로 측정하는 것은 곤란하기 때문에, 상부전극에 설치된 다수의 가스 도입 구멍의 상태를 용이하게 파악할 수 있는 기술이 공개되지 않았다. 때문에, 상부전극의 관리는 사용시간으로 관리할 수 밖에 없다.
본 발명의 목적은, 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍을 고정밀도로 측정할 수 있는 측정방법 및 정밀도가 높은 가스 도입 구멍을 구비한 전극을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 플라즈마 에칭장치용 전극에 있어서 사용된 전극을 재생할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 플라즈마 에칭장치용 전극에 있어서 사용된 전극을 재생한 재생 전극을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 플라즈마 에칭장치용의 상부전극에 설치된 가스 도입 구멍을 고정밀도로 측정할 수 있는 플라즈마 에칭장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 상태를 용이하게 파악할 수 있는 분포도 및 그 표시 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 측정방법은, 플라즈마 에칭장치용 전극에서의 기재를 두께 방향으로 관통하도록 설치된 가스 도입 구멍을 측정하는 방법에 있어서, 기재의 한쪽면측에서 가스 도입 구멍을 향하여 빛을 조사하는 공정과, 가스 도입 구멍을 통하여 기재의 다른쪽면측에 투과한 빛의 2차원 화상을 취득하는 공정과, 2차원 화상에 근거하여 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 측정하는 공정,을 구비한 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 가늘고 긴 가스 도입 구멍을 투과하는 빛의 2차원 화상과 가스 도입 구멍의 상태의 관계를 이용하여, 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 비파괴로 측정할 수 있다.
본 발명의 가스 도입 구멍 측정방법에 있어서, 빛은 코히렌트 빛이여도 좋다. 또한, 2차원 화상의 주사선위에 따른 신호의 경사에 근거하여 가스 도입 구멍의 내벽면 거칠기를 측정해도 좋다.
본 발명의 가스 도입 구멍 측정방법에 있어서, 기재의 한쪽면측으로부터 가스 도입 구멍의 개구부 화상을 취득하는 공정을 더 구비하고, 가스 도입 구멍을 측정하는 공정에서는, 2차원 화상과 개구부 화상에 근거하여 측정하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 2차원 화상 및 개구부 화상의 두 화상의 관계로부터, 정밀도가 더 높은 측정을 행할 수 있다.
본 발명의 전극은, 플라즈마 에칭장치용 전극에서, 두께 방향으로 관통하는 복수의 가스 도입 구멍이 설치된 판 형상의 기재를 구비하고, 복수의 가스 도입 구멍 직경을 측정하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 전극은, 복수의 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나는, 상기의 측정방법으로 측정할 경우에 미리 설정된 일정한 범위내에 들어갈도록 형성된 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의하면, 정밀도가 높은 가스 도입 구멍을 구비한 전극을 제공할 수 있다.
본 발명의 전극은, 기재에 복수의 가스 도입 구멍이 설치되고, 기재의 한쪽면측으로부터 조사된 빛이, 복수의 가스 도입 구멍을 통하여 기재의 다른쪽면측까지 도달하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 전극에 있어서, 복수의 가스 도입 구멍을 투과한 빛의 강도의 편차가 미리 설정된 일정한 값이하여도 좋다.
본 발명의 플라즈마 에칭장치용 전극의 재생 방법은, 기재의 두께 방향으로 관통하는 가스 도입 구멍이 설치된 플라즈마 에칭장치용 전극의 재생 방법에 있어서, 플라즈마 에칭장치에서 소정 시간 사용된 전극의 가스 도입 구멍 상태를 측정하는 공정과, 가스 도입 구멍의 상태 측정결과에 근거하여 기재의 표면 연마 및 가스 도입 구멍의 내벽면 가공 중 적어도 하나를 행하는 공정과, 가공후의 가스 도입 구멍의 상태를 측정하는 공정, 을 구비한 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 가스 도입 구멍의 상태 측정결과에 근거하여 전극을 재생할 수 있다. 즉, 시간관리에서 수명에 도달했다고 판단된 전극이여도, 기재의 표면이나 가스 도입 구멍의 내벽면 가공에 의해 재생시킬 수 있다.
본 발명의 재생 방법에 있어서, 가스 도입 구멍의 상태를 측정하는 공정은, 기재의 한쪽면측으로부터 가스 도입 구멍을 향하여 빛을 조사하는 공정과, 가스 도입 구멍을 통하여 기재의 다른쪽면측에 투과한 빛의 2차원 화상을 취득하는 공정과, 2차원 화상에 근거하여 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 측정하는 공정, 을 포함하여도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 가늘고 긴 가스 도입 구멍을 투과하는 빛의 2차원 화상과 가스 도입 구멍의 상태의 관계를 이용하여, 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 비파괴로 측정할 수 있다.
본 발명의 재생 방법에 있어서, 빛은 코히렌트 빛이여도 좋다. 또한, 2차원 화상의 주사선위에 따른 신호의 경사에 근거하여 가스 도입 구멍의 내벽면 거칠기를 측정하여도 좋다.
본 발명의 가스 도입 구멍의 측정방법에 있어서, 기재의 한쪽면측으로부터 가스 도입 구멍의 개구부 화상을 취득하는 공정을 더 구비하고, 가스 도입 구멍을 측정하는 공정에서는, 2차원 화상과 개구부 화상에 근거하여 측정하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 2차원 화상 및 개구부 화상의 두 화상의 관계로부터, 정밀도가 더 높은 측정을 행할 수 있다.
본 발명의 재생 방법에서, 가스 도입 구멍의 상태 측정결과에 있어서, 가스 도입 구멍의 내벽면 거칠기가 미리 설정된 범위내에 들어갈 경우에는 기재의 표면 연마를 행하고, 범위내에 들어가지 않을 경우에는 가스 도입 구멍의 내벽면 가공을 행하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 가스 도입 구멍의 상태에 따라 최적인 가공 방법에 의해 전극을 재생시킬 수 있다.
본 발명의 재생 방법에 있어서, 가스 도입 구멍의 내벽면 가공은, 가스 도입 구멍의 직경을 크게 하는 천공가공 및 가스 도입 구멍의 내벽면 에칭 가공 중 적어도 하나를 포함하여도 좋다. 가스 도입 구멍의 직경을 크게 하는 천공가공을 실시하여, 원래의 가스 도입 구멍을 기준으로 가스 도입 구멍을 재생할 수 있다. 또한, 가스 도입 구멍의 내벽면 에칭 가공을 실시하여, 가스 도입 구멍의 직경을 대부분 변경하지 않고 가스 도입 구멍을 재생할 수 있다.
본 발명의 재생 방법에 있어서, 가스 도입 구멍의 내벽면 가공은, 가스 도입 구멍의 직경을 크게 하는 천공가공을 실시한 후, 가스 도입 구멍의 내벽면 에칭 가공을 하는 것을 포함하여도 좋다. 이러한 구성에 의해, 가스 도입 구멍의 직경을 크게 하는 천공가공에서 생긴 내벽면의 발리를 제거하여 원활한 내벽면을 가지는 가스 도입 구멍으로 재생할 수 있다.
본 발명의 재생 방법에 있어서, 기재의 주재료료는 실리콘, 석영 및 탄화규소 중 어느 하나여도 좋다. 본 발명의 재생 방법에 의해, 이 주재료료의 전극을 재생할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 에칭장치용 재생 전극은, 기재의 두께 방향으로 관통하는 가스 도입 구멍이 설치된 것에 있어서, 재생전의 전극의 가스 도입 구멍 상태를 측정하고, 가스 도입 구멍의 측정결과에 근거하여 기재의 표면 연마 및 가스 도입 구멍의 내벽면 가공 중 적어도 하나를 실시하고, 가공후의 가스 도입 구멍의 상태가 측정된 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 가스 도입 구멍의 상태 측정결과에 근거하여 재생된 전극이 제공된다. 즉, 시간관리에서 수명에 도달했다고 판단된 전극이여도, 기재의 표면이나 가스 도입 구멍의 내벽면 가공에 의해 재생된 전극을 제공할 수 있다.
본 발명의 재생 전극에 있어서, 가스 도입 구멍의 상태 측정은, 기재의 한쪽면측으로부터 가스 도입 구멍을 향하여 빛을 조사하고, 가스 도입 구멍을 통하여 기재의 다른쪽면측에 투과한 빛의 2차원 화상을 취득하고, 2차원 화상에 근거하여 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 측정하는 것을 포함하여도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 가늘고 긴 가스 도입 구멍을 투과하는 빛의 2차원 화상과 가스 도입 구멍의 상태의 관계를 이용하여, 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 비파괴로 측정할 수 있다.
본 발명의 재생 전극에 있어서, 가스 도입 구멍의 상태 측정에서 이용할 수 있는 빛은 코히렌트 빛이여도 좋다. 또한, 2차원 화상의 주사선위에 따른 신호의 경사에 근거하여 가스 도입 구멍의 내벽면 거칠기를 측정하여도 좋다.
본 발명의 재생 전극에 있어서, 가스 도입 구멍의 상태 측정은, 상기 기재의 한쪽면측으로부터 가스 도입 구멍의 개구부 화상을 취득하는 것을 더 구비하고, 가스 도입 구멍을 측정할 때, 2차원 화상과 개구부 화상에 근거하여 측정하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 2차원 화상 및 개구부 화상의 두 화상의 관계로부터, 정밀도가 더 높은 측정을 행할 수 있다.
본 발명의 재생 전극에서는, 가스 도입 구멍의 상태 측정결과에서, 가스 도입 구멍의 내벽면 거칠기가 미리 설정된 범위내에 들어갈 경우에는 기재의 표면 연마를 하고, 범위내에 들어가지 않을 경우에는 가스 도입 구멍의 내벽면 가공을 행하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 가스 도입 구멍의 상태에 따라서 최적인 가공 방법에 의해 재생된 전극을 제공할 수 있다.
본 발명의 재생 전극에 있어서, 가스 도입 구멍의 내벽면가공은, 가스 도입 구멍의 직경을 크게 하는 천공가공 및 가스 도입 구멍의 내벽면 에칭 가공 중 적어도 하나를 포함하여도 좋다. 가스 도입 구멍의 직경을 크게 하는 천공가공을 실시하여, 원래의 가스 도입 구멍을 기준으로 가스 도입 구멍을 재생할 수 있다. 또한, 가스 도입 구멍의 내벽면의 에칭 가공을 실시하여, 가스 도입 구멍의 직경을 대부분 변경하지 않고 가스 도입 구멍을 재생할 수 있다.
본 발명의 재생 전극에 있어서, 가스 도입 구멍의 내벽면 가공은, 가스 도입 구멍의 직경을 크게 하는 천공가공을 실시한 후, 가스 도입 구멍의 내벽면 에칭 가공을 실시하는 것을 포함하여도 좋다. 이러한 구성에 의해, 가스 도입 구멍의 직경을 크게 하는 천공가공에서 생기는 한 내벽면의 발리를 제거하여 원활한 내벽면을 가지는 가스 도입 구멍으로 재생할 수 있다.
본 발명의 재생 전극에 있어서, 기재의 주재료는 실리콘, 석영 및 탄화규소 중 어느 하나여도 좋다. 본 발명에 의해, 이 주재료에 의한 재생 전극이 제공된다.
본 발명의 플라즈마 에칭장치는, 챔버와, 챔버내에 설치되어, 기재의 두께 방향으로 관통하는 가스 도입 구멍을 가지는 상부전극과, 챔버내에 설치되어 상부전극과 대향하는 하부전극과, 챔버내에서의 상부전극과 하부전극 사이에 고주파를 인가하는 고주파 인가부와, 가스 도입 구멍의 상태를 측정하는 측정부,를 구비하고, 측정부는, 기재의 한쪽면측으로부터 가스 도입 구멍을 향하여 빛을 조사하는 발광부와, 가스 도입 구멍을 통하여 기재의 다른쪽면측에 투과한 빛의 2차원 화상을 취득하는 수광부와, 2차원 화상에 근거하여 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 측정하는 처리를 행하는 화상 처리부,를 구비한 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 상부전극에 설치된 가늘고 긴 가스 도입 구멍을 투과하는 빛의 2차원 화상과 가스 도입 구멍의 상태 관계를 이용하여, 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 비파괴로 측정할 수 있다. 게다가, 플라즈마 에칭장치에 상부전극이 장착된 상태에서 가스 도입 구멍을 측정할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 에칭장치에 있어서, 가스 도입 구멍을 측정할 때 채용하는 빛은 코히렌트 빛이여도 좋다. 또한, 2차원 화상의 주사선위에 따른 신호의 경사에 근거하여 가스 도입 구멍의 내벽면 거칠기를 측정해도 좋다.
본 발명의 플라즈마 에칭장치에서, 기재의 한쪽면측으로부터 가스 도입 구멍의 개구부 화상을 취득하는 화상취득부를 더 구비하고, 가스 도입 구멍을 측정하는 공정에서는, 2차원 화상과 화상취득부에서 취득한 개구부 화상에 근거하여 측정하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 2차원 화상 및 개구부 화상의 두 화상의 관계로부터, 정밀도가 더 높은 측정을 행할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 에칭장치에서, 발광부는, 상부전극을 유지하는 유지부에 이동 가능하게 설치되어도 좋다. 또한, 수광부는, 상부전극과 하부전극의 사이에 진퇴 가능하게 설치되어도 좋다. 이러한 구성에 의해, 상부전극이 플라즈마 에칭장치에 장착된 상태에서 가스 도입 구멍을 측정할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 에칭장치는, 챔버와, 챔버내에 설치되어, 기재의 두께 방향으로 관통하는 가스 도입 구멍을 가지는 상부전극과, 챔버내에 설치되어 상부전극과 대향하는 하부전극과, 챔버내에서의 상부전극과 하부전극 사이에 고주파를 인가하는 고주파 인가부,를 구비한다. 상부전극은, 기재에 복수의 가스 도입 구멍이 설치되고, 기재의 한쪽면측으로부터 조사한 빛이, 복수의 가스 도입 구멍을 통하여 기재의 다른쪽면측까지 도달하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 플라즈마 에칭장치에서, 복수의 가스 도입 구멍을 투과한 빛의 강도의 편차가 미리 설정된 일정한 값이하여도 좋다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 상태분포도는, 플라즈마 에칭장치용 전극에서의 기재를 두께 방향으로 관통하도록 설치된 복수의 가스 도입 구멍 상태를 표시하는 분포도에서, 기재의 면내 복수의 가스 도입 구멍 위치에 대응하여 복수의 가스 도입 구멍 각각 상태를, 그 상태에 대응하는 표시상태로 표시한 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의하면, 복수의 가스 도입 구멍 상태의 기재 면내 분포가 시각으로 이해하기 쉽게 표시된다.
본 발명의 상태분포도에서, 표시상태는, 색, 무늬 및 높이 중 적어도 하나여도 좋다. 따라서, 복수의 가스 도입 구멍 기재 면내 분포는, 색, 무늬 및 높이의 적어도 하나의 표시상태에 의해 나타낸다.
본 발명의 상태분포도에서, 가스 도입 구멍의 상태는, 기재의 한쪽면측으로부터 가스 도입 구멍을 향하여 빛을 조사하고, 가스 도입 구멍을 통하여 기재의 다른쪽면측에 투과한 빛의 2차원 화상을 취득하고, 2차원 화상에 근거하여 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 측정한 결과여도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 가늘고 긴 가스 도입 구멍을 투과하는 빛의 2차원 화상과 가스 도입 구멍의 상태의 관계를 이용하여, 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 비파괴로 측정한 객관적인 상태의 면내 분포를 얻을 수 있다.
본 발명의 상태분포도의 표시 방법은, 플라즈마 에칭장치용 전극에서의 기재를 두께 방향으로 관통하도록 설치된 복수의 가스 도입 구멍 상태를 표시하는 분포도를 표시부에 표시하는 방법에 있어서, 연산부에, 복수의 가스 도입 구멍의 각각 상태의 측정결과를 판독하는 공정과, 측정결과에 근거하여 기재의 면내에서의 복수의 가스 도입 구멍 위치에 대응하여 복수의 가스 도입 구멍의 각각 상태를, 그 상태에 대응한 표시상태로 표시부에 표시하는 공정, 을 구비한다. 이러한 구성에 의하면, 복수의 가스 도입 구멍 상태의 기재 면내 분포를 표시부에 표시할 수 있고, 상태분포도를 시각적으로 이해하기 쉽게 표시할 수 있다.
본 발명의 상태분포도의 표시 방법에 있어서, 가스 도입 구멍 상태의 측정은, 기재의 한쪽면측으로부터 가스 도입 구멍을 향하여 빛을 조사하고, 가스 도입 구멍을 통하여 기재의 다른쪽면측에 투과한 빛의 2차원 화상을 취득하고, 2차원 화상에 근거하여 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 측정하는 것을 포함하여도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 가늘고 긴 가스 도입 구멍을 투과하는 빛의 2차원 화상과 가스 도입 구멍의 상태의 관계를 이용하여, 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 비파괴로 측정하고, 객관적인 상태의 면내 분포를 표시할 수 있다.
본 발명의 상태분포도의 표시 방법에 있어서, 가스 도입 구멍의 상태의 측정에 이용하는 빛은 코히렌트 빛이여도 좋다. 또한, 2차원 화상의 주사선위에 따른 신호의 경사에 근거하여 가스 도입 구멍의 내벽면 거칠기를 측정하여도 좋다.
본 발명의 상태분포도의 표시 방법에 있어서, 가스 도입 구멍 상태의 측정은, 상기 기재의 한쪽면측에서 가스 도입 구멍의 개구부 화상을 취득하는 것을 더 구비하고, 가스 도입 구멍을 측정할 때, 2차원 화상과 개구부 화상에 근거하여 측정하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 2차원 화상 및 개구부 화상의 두 화상의 관계로부터, 정밀도가 더 높게 측정하고, 더 객관적인 상태의 면내 분포를 표시할 수 있다.
도1(a) 및 도(b)는, 플라즈마 에칭장치용 전극을 예시하는 모식도이다.
도2는 플라즈마 에칭장치의 구성을 예시하는 모식도이다.
도3은 측정장치를 구비한 플라즈마 에칭장치의 구성을 예시하는 모식도이다.
도4는 전극의 제조 방법을 예시하는 플로차트이다.
도5는 전극의 재생 방법을 예시하는 플로차트이다.
도6(a) 및 (b)는 재가공의 예를 제시하는 단면도이다.
도7은, 본 실시 형태에 관한 가스 도입 구멍의 측정방법을 예시하는 모식도이다.
도8(a)~(d)는, 가스 도입 구멍의 상태와 화상의 관계를 예시하는 모식도이다.
도9(a)~(d)는, 가스 도입 구멍의 상태와 화상의 관계를 예시하는 모식도이다.
도10(a)~(c)는, 가스 도입 구멍과 2차원 화상을 나타내는 사진이다.
도11(a) 및 (b)는, 가스 도입 구멍의 다른 측정방법을 예시하는 모식도이다.
도12(a)~(h)는, 카메라로 취득한 화상과 2차원 화상을 예시하는 모식도이다.
도13은, 가스 도입 구멍의 각도를 예시하는 모식도이다.
도14(a) 및 (b)는, 본 실시 형태에 관한 상태분포도를 설명하는 도이다.
도15(a) 및 (b)는, 상태분포도의 표시 방법을 설명하는 도이다.
도16(a) 및 (b)는, 상태분포도의 표시예 (첫번째)를 나타내는 도이다.
도17은, 상태분포도의 표시예(두번째)를 나타내는 도이다.
도18은, 상태(측정결과)의 변화 및 예측을 설명하는 도이다.
도19(a)~(c)는, 예측 분포도의 예를 제시하는 도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 근거하여 설명한다. 한편, 이하의 설명에서, 동일한 부재에는 동일한 부호를 첨부하고, 한번 설명한 부재에 대해서는 적당히 그 설명을 생략한다.
(플라즈마 에칭장치용 전극 및 재생 전극)
도1(a) 및 (b)는, 플라즈마 에칭장치용 전극 및 재생 전극을 예시하는 모식도이다. 도1(a)는 전극의 사시도이고, 도1(b)은 전극의 일부 확대 단면도이다. 한편, 본 실시 형태에서, 재생되기 전의 전극을 재생전 전극(10B)이라 하고, 재생전 전극(10B) 및 재생 전극(10R)을 구별하지 않을 경우에는 총칭하여 전극(10)라 한다.
도1(a)에 나타내는 바와 같이, 전극(10)은, 예를 들면 원반 형상의 기재(11)에 다수의 가스 도입 구멍(12)이 설치된 구조를 구비한다. 복수의 가스 도입 구멍(12)은, 기재(11)의 두께 방향을 관통하게 설치된다. 복수의 가스 도입 구멍(12)은, 기재(11)의 표면 종횡으로 소정의 간격으로 배열된다. 복수의 가스 도입 구멍(12)은, 기재(11)의 중심으로 동심원 형상으로 배열되어도 좋다.
기재(11)의 직경은, 플라즈마 에칭을 진행하는 대상물(웨이퍼 등)의 크기에 맞춰서 설정된다. 예를 들면, 직경 100mm(밀리미터) 정도의 웨이퍼를 대상물로 할 경우, 전극(10)의 직경은 약 150mm 이상 200mm 이하, 직경 150mm 정도의 웨이퍼를 대상물로 할 경우, 전극(10)의 직경은 약 200mm 이상 280mm 이하, 직경 200mm 정도의 웨이퍼를 대상물로 할 경우, 전극(10)의 직경은 약 280mm 이상 320mm 이하, 직경 300mm 정도의 웨이퍼를 대상물로 할 경우, 전극(10)의 직경은 약 320mm 이상 376mm 이하, 직경 450mm 정도의 웨이퍼를 대상물로 할 경우, 전극(10)의 직경은 약 450mm 이상이다.
기재(11)의 재료로는, 실리콘, 석영 및 탄화규소 등을 이용할 수 있다. 기재(11)는, 2종류 이상의 재료에 의해 구성되어도 좋다. 예를 들면, 기재(11)는, 도전성재료를 절연성 재료로 피복한 구성이어도 좋다.
도1(b)에 나타내는 바와 같이, 기재(11)의 두께 t는, 예를 들면 5mm 이상 13mm 이하이다. 가스 도입 구멍(12)의 직경 d는, 예를 들면 200㎛ 이상 600㎛ 이하이다. 가스 도입 구멍(12)의 직경 d와 기재(11)의 두께 t의 비율은, 예를 들면 2% 이상 6% 이하이다.
일예로서, 본 실시 형태에서는, 기재(11)의 직경은 376mm, 기재(11)의 두께 t는 10mm, 가스 도입 구멍(12)의 직경 d는 500㎛, 가스 도입 구멍(12)의 개수는 912개이다. 이와 같이, 전극(10)에는 매우 가늘고 긴 가스 도입 구멍(12)이 다수개 설치되어 있어, 플라즈마 에칭에 필요한 반응성 가스를 균일하게 도입할 수 있다.
가스 도입 구멍(12)은, 기재(11)에 드릴가공을 진행하여 형성된다. 이 드릴가공시에 가스 도입 구멍(12)의 내벽에 발리가 발생된다. 본 실시 형태에 관한 전극(10)에서는, 가스 도입 구멍(12)의 내벽 발리가 제거되어, 내벽면의 거칠기가 억제된다. 가스 도입 구멍(12)의 상태는, 후술하는 측정방법에 의해 측정된다. 한편, 본 실시 형태에서는, 이 측정방법을 본측정방법이라고도 말한다.
여기에서, 재생전 전극(10B) 및 재생 전극(10R)의 각각에 있어서, 가스 도입 구멍(12)의 상태가 정량적으로 측정된다. 즉, 본 실시 형태에 관한 재생 전극(10R)에 있어서, 재생전 전극(10B)의 가스 도입 구멍(12)의 상태를 측정하는 동시에, 재생 전극(10R)의 가스 도입 구멍(12)의 상태도 측정할 수 있다.
재생 전극(10R)은, 재생전 전극(10B)의 가스 도입 구멍(12)의 상태 측정결과에 근거하여, 기재(11)의 표면 연마 및 가스 도입 구멍(12)의 내벽면 가공 중 적어도 하나가 실시된다. 재생전후의 가스 도입 구멍(12)의 상태를 측정하여, 재생전부터 재생후의 가스 도입 구멍(12)의 상태 변화(이력)를 객관적으로 관리할 수 있다. 가스 도입 구멍(12)의 상태를 측정하여, 시간관리로부터 수명에 도달하였다고 판단된 재생전 전극(10B)이여도, 기재(11)의 표면이나 가스 도입 구멍(12)의 내벽면 가공에 의하여 다시 사용될 수 있는 재생 전극(10R)으로 된다.
본 실시 형태에 있어서, 재생전 전극(10B) 및 재생 전극(10R)은 모두 본측정방법에 의해 측정되는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 전극(10)은, 이 측정방법에 의해 측정된 가스 도입 구멍(12)을 구비한다. 예를 들면, 복수의 가스 도입 구멍(12)의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나는, 본 실시 형태에 관한 측정방법으로 측정할 경우, 미리 설정된 일정한 범위내에 들어간다.
일예로, 본 실시 형태에 관한 측정방법에 의해 기재(11)에 설치된 전부(예를 들면, 912개)의 가스 도입 구멍(12)의 직경을 측정한다. 측정된 직경으로부터 예를 들면 표준편차(σ)를 구하고, 상기 σ, 3σ 등이 일정한 값 이하로 되는 전극(10)을 구성한다. 본 실시 형태에 관한 측정방법에 의해 측정되는 내벽면의 거칠기나 수직정도도 동일하다.
이러한 가스 도입 구멍(12)을 구비한 본 실시 형태에 관한 전극(10)에서, 직경, 수직정도의 편차가 억제되어, 내벽면의 거칠기가 억제되기 때문에, 가스 도입을 원활하게 할 수 있고, 플라즈마의 균일성이 향상된다. 때문에, 플라즈마 에칭시의 데미지를 받기 어렵고, 전극(10)의 장수명화를 달성할 수 있다.
또한, 기재(11)에 설치된 가스 도입 구멍(12)의 직경은, 기재(11)의 면내에서 반드시 일정하지 않아도 좋다. 즉, 가스의 도입 분포를 의도적으로 바꾸기 때문에, 기재(11)의 면내의 위치에 의해 가스 도입 구멍(12)의 직경을 변화시켜도 좋다. 본 실시 형태에 관한 측정방법에 의하면 가스 도입 구멍(12)의 직경을 측정하여, 기재(11)의 면내에서의 가스 도입 구멍(12)의 직경 분포를 정확하게 얻을 수 있다.
예를 들면, 기재(11)의 면내에서 중앙부분의 구멍 직경보다도 주변부분의 구멍 직경을 크게 하거나, 반대로, 중앙부분의 구멍 직경보다도 주변부분의 구멍 직경을 작게 한다. 가스 도입 구멍(12)의 직경을 설정하여 가스의 도입 분포를 제어하여, 프로세스에 반영시킬 수 있다. 본 실시 형태에 관한 측정방법을 이용하여, 가스 도입 구멍(12)의 직경을 정확하게 측정하여, 프로세스에 반영시킬 수 있는 전극(10)을 제공할 수 있다.
또한, 재생전 전극(10B)에 설치된 가스 도입 구멍(12)의 상태를 본측정방법으로 측정하고, 이 측정결과와 재생 전극(10R)의 측정결과를 비교하여도 좋다. 본측정방법에서, 종래 곤란했던 가늘고 긴 가스 도입 구멍(12)의 상태를 정밀도가 좋게 측정할 수 있다. 재생전후 동일한 본측정방법으로 가스 도입 구멍(12)을 측정하여, 하나의 전극(10) 재생에 의한 이력을 남겨 둘 수 있다. 전극(10)에 일련번호가 부여될 경우에는, 이 일련번호와 재생 이력의 데이터베이스에 기억시키면 좋다. 일련번호에 의해 데이터베이스를 검색하여, 재생 전극(10R)의 이력을 신속하게 또한 정확하게 파악할 수 있다.
한편, 본 실시 형태에서는 전극(10)의 가스 도입 구멍(12)의 상태를 측정하였지만, 전극(10)의 전기적 특성 (예를 들면, 저항치)을 측정하여도 좋다. 즉, 재생전 전극(10B)의 저항치와, 재생 전극(10R)의 저항치를 측정한다. 전극(10)의 저항치는 사용시간에 의해 변화되어, 재생전후의 저항치를 측정하여 재생 전극(10R)의 특성을 다면적으로 관리할 수 있다.
(플라즈마 에칭장치)
도2는, 플라즈마 에칭장치의 구성을 예시하는 모식도이다.
도2에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 에칭장치(100)는, 챔버(110), 상부전극(120), 하부전극(130), 가스 도입로(140), 배기로(150), 펌프(160) 및 고주파 인가부(170)를 구비한다. 즉, 플라즈마 에칭장치(100)는, RIE(Reactive Ion Etching)장치이다.
챔버(110)안은 펌프(160)에 의해 감압상태로 유지된다. 상부전극(120) 및 하부전극(130)은, 챔버(110)내에서 서로 대향하여 배치된다. 본 실시 형태에 관한 전극(10)은, 상부전극(120)으로 적용된다. 상부전극(120)은, 가스 도입로(140)의 챔버(110)측에 설치된 유지부(141)에 장착된다. 하부전극(130)은, 정전 척(chuck) 등에 의해 웨이퍼 등의 대상물 W를 탑재하는 탑재부이기도 한다.
플라즈마 에칭장치(100)에 의해 대상물 W를 처리하기 위하여, 대상물 W를 하부전극(130)위에 탑재하고, 펌프(160)에 의해 챔버(110)안을 감압상태로 한다. 그 후, 가스 도입로(140)로부터 챔버(110)안에 반응성 가스를 도입한다. 반응성 가스는, 가스 도입로(140)로부터 상부전극(120)의 가스 도입 구멍(121(12))으로부터 챔버(110)안에 도입된다. 그리고, 반응성 가스를 도입하면서 고주파 인가부(170)에 의해 상부전극(120)과 하부전극(130) 사이에 고주파(예를 들면, 13.56MHz)를 인가한다. 따라서 챔버(110)안에 플라즈마 P가 발생하고, 대상물 W의 표면에 에칭이나 성막 등 처리가 행하여진다.
플라즈마 에칭장치(100)일 경우, 반응성 가스로서 CF4, SF6, CHF3, CCl4, SiCl4, Cl2, Br2, HBr 등을 채용할 수 있다. 반응성 가스는, 에칭되는 대상물 W의 재료에 의해 적당히 선택된다.
플라즈마 에칭장치(100)의 상부전극(120)으로서 본 실시 형태에 관한 전극(10)을 이용하면, 반응성 가스는 원활하게 가스 도입 구멍(121(12))을 통과하여 챔버(110)안에 도입된다. 때문에, 반응성 가스는 상부전극(120)과 하부전극(130) 사이에 균일성이 높게 도입되고, 대상물 W를 안정하게 처리한다.
여기에서, 플라즈마 에칭장치(100)는, 예를 들면 CF4의 플라즈마에서 발생된 반응성이 높은 F원자가 Si와 반응하여, SiF4로 되어 에칭이 된다. 그리고, 고주파(RF)가 인가된 캐소드 전극에 이온을 가속화하는 DC바이어스가 발생되어, 이방성 에칭이 행하여진다.
반응성 가스로서 CF4에 H2를 추가하면 Si의 에칭 속도가 저하되고, 선택비가 향상된다. Si의 표면에서 반응의 중간생성물을 포함하는 반응층이 형성되면서 에칭이 진행된다. 에칭물질이 흡착된 표면을 이온이 충격하면, 에칭물질과 피에칭 재료의 반응이 촉진된다. 이온이 충격되는 패턴의 저면에서는 이 박막을 제거하기 위하여, 이방성 가공을 할 수 있다.
최근, 장치 성능의 물리적 한계를 확장하기 위하여, 여러 종류의 새로운 재료(다공질low-k, high-k, 고감도 엑시머 레지스트 등), 새로운 구조(다마신(damascene) 배선, 왜곡 실리콘, Fin형 게이트 등)이 연달아 등장한다. 이것들에 대응하기 위하여, 플라즈마 에칭장치 및 플라즈마 에칭 기술에서는, 모니터링과 피드백이 중요하다.
예를 들면, 외부 파라미터(가스종류, 압력, RF전력 등 설정 조건)와 내부 파라미터(플라즈마 밀도, 라디칼 조성·밀도, 이온종류·에너지 등), 에칭 특성(에칭 속도, 형상 등)의 관련에 대하여 과학적으로 이해할 필요가 있다. 동시에 기초반응 과정 데이터베이스의 충실이 필요하다. 따라서 하드웨어에 기초하지 않고 보편적으로 활용할 수 있는 반응 데이터를 축적할 수 있다.
또한, 수nm의 박막이나 계면층에서의 높은 선택비의 실현이 더 곤란한 상황에서, 균일성 향상의 효과가 크다. 또한, 패턴의 가공 치수(CD: Critical Dimension)의 변환차의 제어에 있어서도 균일성이 크게 영향을 준다.
더욱이, 반도체소자에 이용되는 절연 막의 에칭에 있어서, 이온에 의해 Si-O의 결합을 절단하고, C-O의 결합에 의해 O를 제거하고, 비교적 약한 Si-F의 결합을 가능하게 하여, 에칭이 진행된다고 생각한다. 이러한 절연 막의 에칭 반응에서 중요한 조건설정을 명확히 할 필요가 있다. 에칭 메커니즘을 해명하기 위하여, 여러가지 모니터링 기술을 창출 할 필요가 있다.
(측정장치를 구비한 플라즈마 에칭장치)
도3은, 측정장치를 구비한 플라즈마 에칭장치의 구성을 예시하는 모식도이다.
도3에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 에칭장치(100B)는, 챔버(110), 상부전극(120), 하부전극(130), 가스 도입로(140), 배기로(150), 펌프(160), 고주파 인가부(170) 및 측정장치(200)를 구비한다. 챔버(110), 상부전극(120), 하부전극(130), 가스 도입로(140), 배기로(150), 펌프(160) 및 고주파 인가부(170)는, 플라즈마 에칭장치(100)와 동일하다.
플라즈마 에칭장치(100)의 상부전극(120)의 가스 도입 구멍(121(12))의 상태는, 측정장치(200)로 측정한다. 측정장치(200)는, 발광부(210), 수광부(220), 화상 처리부(225)를 구비한다.
발광부(210)는, 기재(11)의 한쪽측에서 가스 도입 구멍(121(12))을 향하여 빛 L1을 조사한다. 발광부(210)는, 예를 들면 상부전극(120)을 유지하는 유지부(141)에 설치된다. 발광부(210)는 이동 가능하게 설치되어도 좋다.
수광부(220)는, 가스 도입 구멍(121(12))을 통하여 기재(11)의 다른쪽면측에 투과한 빛 L2의 2차원 화상을 취득한다. 수광부(220)는, 상부전극(120)과 하부전극(130) 사이에 진퇴 가능하게 설치되어도 좋다. 수광부(220)는 발광부(210)와 연동하여 움직여도 좋다.
화상 처리부(225)는, 2차원 화상에 근거하여 가스 도입 구멍(121(12))의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 측정하는 처리를 행한다.
본 실시 형태에 관한 플라즈마 에칭장치(100)에서, 상부전극(120)이 장착된 상태에서 가스 도입 구멍(121(12))의 상태를 측정장치(200)에 의해 측정할 수 있다. 가스 도입 구멍(121(12))의 상태는, 이 측정장치(200)를 이용하여 후술되는 본측정방법에 의해 측정한다.
본측정방법으로 측정한 가스 도입 구멍(121(12))을 가지는 상부전극(120)을 이용하면, 반응성 가스는 원활하게 가스 도입 구멍(12)을 통과하여 챔버(110)안에 도입된다. 때문에, 반응성 가스는 상부전극(120)과 하부전극(130) 사이에 균일성이 높게 도입되어, 대상물 W를 안정하게 처리한다.
또한, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 에칭장치(100)에서, 미리 설정된 에칭처리 시간을 경과한 타이밍으로 측정장치(200)에 의해 가스 도입 구멍(121(12))의 상태를 측정할 수 있다. 측정장치(200)에 의한 측정은, 상부전극(120)을 유지부(141)에서 제거하지 않고, 원래 상태에서 진행할 수 있다.
측정 결과는, 가스 도입 구멍(121(12))의 직경이나 내벽면의 거칠기, 수직정도 중 적어도 하나를 판정 기준과 비교하여 규정된 범위내이면 상부전극(120)을 그대로 사용할 수 있다고 판단한다. 한편, 규정된 범위밖이면 상부전극(120)을 교환하는 시기라고 판단한다.
이와 같이, 상부전극(120)을 유지부(141)에 장착한대로 가스 도입 구멍(121(12))의 상태를 측정 할 수 있기 때문에, 측정을 진행하기 위하여 상부전극(120)을 제거하는 작업이 필요하지 않는 동시에, 상부전극(120)에 접촉하지 않고 또한 오염을 발생시지 않고 측정할 수 있다. 더욱이, 플라즈마 에칭처리에서 이용되는 상부전극(120)의 원래의 가스 도입 구멍(121(12))의 상태를 모니터링할 수 있다.
(전극의 제조 방법)
다음에, 본 실시 형태에 관한 전극(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도4는, 전극의 제조 방법을 예시하는 플로차트이다.
먼저, 기재(11)를 준비한다(스텝 S101). 기재(11)로서는, 실리콘, 석영 및 탄화규소 등을 이용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 일예로서 단결정 실리콘을 이용하는 경우에 대하여 설명한다. 여기에서, 단결정 실리콘의 잉곳을 약12mm 두께로 절단한 원반 형상의 기재(11)를 준비한다. 절단한 후, 기재(11)의 상하면(上下面) 연삭처리를 하고, 면 정밀도를 50㎛ 이하로 한다.
다음에, 기재(11)에 가스 도입 구멍(12)을 형성한다 (스텝 S102). 본 실시 형태에서는, 소결 다이아몬드 드릴을 이용하여 기재(11)에 가스 도입 구멍(12)을 형성한다. 여기에서, 선단이 다면으로 된 소결 다이아몬드 드릴을 이용한다. 이 소결 다이아몬드 드릴을 이용하여 기재(11)에 스텝 백 공법에 의해 천공을 행한다. 기재(11)의 두께에 대하여 드릴의 길이가 짧을 경우, 기재(11)를 반전시켜서 표리 양면에서 구멍을 형성하고, 그 구멍이 관통되어도 좋다.
실리콘의 기재(11)에 드릴을 통해 미세 구멍을 가공하면, 구멍의 내벽면에 미세파쇄층이 형성된다. 본 실시 형태에서, 선단이 다면으로 된 소결 다이아몬드 드릴에 의해, 미세파쇄층의 두께가 10㎛ 이하로 되는것이 바람직하다.
기재(11)에 드릴가공을 할 경우, 드릴에 실리콘 슬러지가 부착될 수 있다. 때문에, 정기적으로 기재(11)를 초음파 세정 장치로 침지 세정하는 것이 바람직하다. 따라서, 드릴의 성능이 유지되며, 구멍의 내벽면에의 미세파쇄층의 발생을 억제할 수 있다.
다음에, 가스 도입 구멍(12)을 형성한 기재(11)를 세정한다(스텝 S103). 가스 도입 구멍(12)을 형성한 기재(11)의 구멍이나 기재(11)의 표면 등에는 드릴가공시의 오염물질이 부착되어 있다. 이 오염물질을 제거하기 위하여, 기재(11)의 세정이 행하여진다. 여기에서의 세정으로서는, 예를 들면 탈기초음파세정 장치에 의한 세정이 행하여진다. 원통 형상으로 형성된 탈기초음파세정 장치에 의해 기재(11)의 구멍내, 표면에 부착된 오염물질이 세정된다. 이 세정을 통하여, 다음의 에칭에 의한 용해 촉진과, 기재(11)에 발생되는 변색 억제 효과가 향상된다.
다음에, 기재(11)의 에칭을 한다(스텝 S104). 이 에칭에 의해 가스 도입 구멍(12)의 내벽면에 형성된 미세파쇄층이 제거된다. 예를 들면, 40의 산용액에 기재(11)를 침지시킨다. 따라서, 기재(11)의 표면(노출면)이 용해되어, 가스 도입 구멍(12)의 내벽면 미세파쇄층이 제거된다.
이 에칭에서는, 산용액이 들어간 조(槽)에 기재(11)를 침지시키고, 회전운동을 첨가하여 미세한 가스 도입 구멍(12)에 산용액을 순환시킨다. 이 경우, 회전운동과 함께 요동 운동을 하는 것이 바람직하다. 따라서, 가스 도입 구멍(12)의 내부에 산용액을 확실하게 널리 퍼지게 할 수 있다.
기재(11)의 침지 시간은 10초이상 1200초 이하이다. 산용액에 침지시킨 에칭에서, 에칭 작업의 회수나 시간에 의해 용해 속도에 차이가 생긴다. 용해 처리를 안정화시키기 위하여, 에칭 시간이나 처리 매수를 관리하는 것이 바람직하다.
다음에, 기재(11)의 연삭 및 연마를 한다(스텝 S105). 여기에서, 예를 들면 프라이스 가공기를 이용하여 기재(11)의 외주부나 설치 구멍의 가공을 한다. 사용하는 공구로서, 예를 들면 메탈본드 다이아몬드, 수지결합 다이아몬드, 전착(電着) 다이아몬드를 이용할 수 있다.
연삭가공 후, 기재(11)의 표면에 랩 가공 및 평면연삭 가공을 실시한다. 이 가공에 의해 기재(11)의 두께를 조정하는 동시에, 기재(11)의 표면 거칠기(산술평균 거칠기: Ra)를 예를 들면 1이하로 한다. 여기까지의 처리를 통하여 기재(11)에는 금속 등 오염물질이 부착되어 있기 때문에, 다시, 산용액을 이용하여 에칭을 한다. 이 산용액은, 스텝 S104에서 이용한 것과 동일하다.
그 후, 초순수(超純水)를 이용하여 기재(11)를 세정하고, 순수조(純水槽)에 기재(11)를 담가서 수중 보관한다. 수중 보관에 의해 기재(11)의 표면 산화, 얼룩 및 오염이 억제된다. 다음에, 기재(11)를, 예를 들면 콜로이달 실리카를 함유한 연마용제를 이용하여 연마장치로 경면연마한다. 경면연마에 의해 기재(11)의 표면 거칠기 Ra를 예를 들면 0.1 이하로 한다.
기재(11)를 경면연마한 후, 순수세정을 하여, 온수인상장치로 온수건조를 한다. 따라서, 기재(11)의 물때, 얼룩 등이 억제된다.
다음에, 가스 도입 구멍(12)의 검사를 한다(스텝 S106). 여기에서 행하는 가스 도입 구멍(12)의 검사는, 후술하는 본 실시 형태의 측정방법이 적용된다. 검사후, 최종정밀세정을 행한다. 따라서, 전극(10)이 완성된다.
이러한 방법에 의해 제조된 전극(10)에서는, 미세파쇄층이 제거된 매우 원활한 내벽면을 가지는 가스 도입 구멍(12)을 구비한다. 따라서, 상기 전극(10)을 상부전극(120)으로서 이용하여, 반응성 가스를 균일하게 도입할 수 있는 동시에, 가스 도입 구멍(12)에 대한 데미지가 억제되어 전극(10)의 장수명화를 달성할 수 있다.
(전극의 재생 방법)
도5는, 본 실시 형태에 관한 전극의 재생 방법을 예시하는 플로차트이다.
도5에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 전극(10)의 재생 방법은, 가스 도입 구멍(12)의 측정(스텝 S201), 기재(11)의 재가공(스텝 S202), 가스 도입 구멍(12)의 재측정(스텝 S203)을 구비한다. 가스 도입 구멍(12)의 측정에서는, 소정 시간 사용된 전극(10)의 가스 도입 구멍(12)의 상태를 측정하는 처리를 행한다. 가스 도입 구멍(12)의 측정방법은 후술한다.
플라즈마 에칭장치(100)에 있어서, 처리 조건에 따라 다르지만, 일반적으로 2000시간정도 사용하면 전극(10)을 신제품으로 교환한다. 스텝 S201에서는, 예를 들면 2000시간을 경과한 전극(10)(재생전 전극10B)을 플라즈마 에칭장치(100)로부터 꺼내어, 후술하는 측정방법에 의해 가스 도입 구멍(12)의 상태를 비파괴로 측정한다.
측정하는 가스 도입 구멍(12)의 상태로서는, 예를 들면, 가스 도입 구멍(12)의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나이다. 또한, 측정에서는, 가스 도입 구멍(12)의 가스 방출측의 개구(開口)의 라운딩이 형성된 영역의 크기를 측정해도 좋다.
스텝 S202의 기재(11)의 재가공에서는, 스텝 S201의 측정결과에 근거하여 기재(11)의 표면 연마 및 가스 도입 구멍(12)의 내벽면 가공 중 적어도 하나를 행한다. 스텝 S202에서는, 스텝 S201의 측정결과에 근거하여 최적인 가공 방법을 선택한다.
예를 들면, 가스 도입 구멍(12)의 내벽면 거칠기가 미리 설정된 범위내에 들어갈 경우, 기재(11) 표면의 연마를 행한다. 즉, 이 경우에는 가스 도입 구멍(12)의 내벽면 거칠기가 규정 범위내이기 때문에, 내벽면에 대한 처리가 불필요하다고 판단한다. 기재(11)의 표면은 사용에 의해 거칠어지기 때문에, 기재(11)의 표면 연마를 실시하여 재생을 행한다.
여기에서, 가스 도입 구멍(12)의 개구의 라운딩이 생긴 영역의 크기를 측정할 경우, 그 영역의 크기로부터 라운딩을 제거할 수 있는 연마량을 산출할 수 있다. 이 연마량의 연마를 실시하여, 가스 도입 구멍(12)의 개구의 라운딩이 제거된 전극(10)을 재생할 수 있다.
도6(a)는 가스 도입 구멍(12)의 개구의 라운딩이 제거된 재생 전극(10R)을 나타낸다. 사용에 의해 가스 도입 구멍(12)의 가스 방출측의 개구에는 라운딩이 쉽게 생긴다. 기재(11)의 표면을 연마하여 개구의 라운딩이 제거된 가스 도입 구멍(12)으로 재생할 수 있다. 기재(11)의 표면 가공의 일예는, 먼저, 기재(11)의 가스 방출측의 면을 연마하여, 기재(11)의 모서리의 R면취를 행한다. 다음에, 기재(11) 표면의 랩핑을 행하고, 다음에 에칭을 실시한 후, 폴리싱을 행한다.
또한, 가스 도입 구멍(12)의 내벽면 거칠기가 미리 설정된 범위내에 들어가지 않을 경우, 가스 도입 구멍(12)의 내벽면 가공을 행한다. 내벽면의 가공으로서는, 가스 도입 구멍(12)의 직경을 크게 하는 천공가공 및 가스 도입 구멍(12)의 내벽면 에칭 가공 중 적어도 하나이다.
가스 도입 구멍(12)의 내벽면의 거칠기만을 제거할 경우에는 에칭 가공을 실시하는 것이 바람직하다. 따라서, 가스 도입 구멍(12)의 직경을 거의 변경하지 않고 원활한 내벽면의 가스 도입 구멍(12)을 가지는 전극(10)이 재생된다.
또한, 가스 도입 구멍(12)의 내벽면의 거칠기를 제거하는 것만으로 불충분할 경우나, 원래의 가스 도입 구멍(12)보다도 큰 직경의 가스 도입 구멍(12)을 가지는 전극(10)으로 재생할 경우, 가스 도입 구멍(12)의 직경을 크게 하는 천공가공을 행한다. 이 천공가공은, 원래의 가스 도입 구멍(12)을 기준으로 하여, 원래의 구멍 직경보다도 큰 드릴에 의하여 다시 펀치를 실시하는 가공이다. 따라서, 원래의 가스 도입 구멍(12)을 기준으로 하여 직경을 확대한 가스 도입 구멍(12)을 가지는 전극(10)의 재생이 행하여진다.
도6(b)는 가스 도입 구멍(12)에 재펀치를 실시한 재생 전극(10R)을 나타낸다. 재펀치에 의해 가스 도입 구멍(12)의 직경은 커지고, 내벽면의 거칠기가 제거되어 원활한 내벽면을 가지는 가스 도입 구멍(12)을 재생할 수 있다.
한편, 천공가공을 하였을 경우에는, 가스 도입 구멍(12)의 내벽면에 발리가 생기게 되기 때문에, 천공가공 후에 에칭 가공을 하는 것이 바람직하다. 따라서, 천공가공에서 생긴 내벽면의 발리를 제거하여 원활한 내벽면의 가스 도입 구멍(12)을 가지는 전극(10)으로 재생이 행하여진다.
가공을 실시한 후, 스텝 S203에 나타내는 바와 같이, 가공후의 가스 도입 구멍(12)의 상태를 측정한다. 이 측정방법은 스텝 S201의 측정방법과 동일하다. 이 측정에 의해 가공후의 가스 도입 구멍(12)의 상태(예를 들면, 직경, 내벽면의 거칠기, 수직정도)를 비파괴로 측정한다. 따라서, 재생된 전극(10)의 가스 도입 구멍(12)의 상태를 객관적으로 파악할 수 있다.
스텝 S203의 측정결과에 의해, 예를 들면 가스 도입 구멍(12)의 직경이 미리 설정된 일정한 범위내에 들어가는 것을 양호품으로 판정하면 좋다. 내벽면의 거칠기나 수직정도에 대해여서도 동일하다. 또한, 가스 도입 구멍(12)의 상태를 객관적으로 측정 할 수 있기 때문에, 사양(仕樣)과 일치한 가스 도입 구멍(12)을 가지는 전극(10)으로 재생할 수도 있다.
(가스 도입 구멍의 측정방법)
다음에, 가스 도입 구멍(12)의 측정방법에 대하여 설명한다.
도7은, 본 실시 형태에 관한 가스 도입 구멍의 측정방법을 예시하는 모식도이다.
도7에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 가스 도입 구멍(12)의 측정방법은, 발광부(210)로부터 가스 도입 구멍(12)에 빛 L1을 조사하고, 가스 도입 구멍(12)을 투과하는 빛 L2을 수광부(220)에서 수광하고, 수광상(受光像)에 근거하여 측정하는 방법이다.
가스 도입 구멍(12)의 측정을 행하기 위한 측정장치(200)는, 발광부(210), 컨트롤러(215), 수광부(220) 및 화상 처리부(225)를 구비한다. 발광부(210)는, 예를 들면 레이저 빛이나 LED 빛을 출사한다. 앞에서 설명한 바와 같이, 발광부(210)는 상부전극(120)의 유지부(141)에 이동 가능하게 설치되어도 좋다. 측정에 이용되는 빛 L1로서는, 코히렌트 빛이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 발광부(210)로서 레이저 빛을 출사하는 레이저 광원을 이용할 수 있다. 컨트롤러(215)는, 발광부(210)로부터 출사하는 빛 L1의 양이나 출사타이밍을 제어한다.
발광부(210)로부터 출사하는 빛 L1의 파장은, 예를 들면 620nm 이상 750nm 이하 정도의 빨간색, 495nm 이상 570nm 이하 정도의 녹색, 450nm이상 495nm 이하 정도의 청색, 750nm 이상 1400nm 이하 정도의 적외선을 이용할 수 있다.
빛 L1의 스폿 직경은, 가스 도입 구멍(12)의 내경보다도 크다. 따라서, 빛 L1을 가스 도입 구멍(12)에 확실하게 입사한다. 빛 L1은, 기재(11)의 표면에 대하여 실질적으로 수직으로 출사된다. 여기에서, 실질적으로 수직이란, 기재(11)의 두께를 t, 가스 도입 구멍(12)의 직경을 d로 할 경우, 수직에 대하여 tan(d/t)° 미만인 것을 말한다.
수광부(220)는, 가스 도입 구멍(12)을 투과한 빛 L2을 2차원 상으로 접수하는 지역 센서이다. 빛 L2는, 발광부(210)로부터 출사된 빛 L1의 가스 도입 구멍(12)의 투과광이다. 수광부(220)는, 상기 빛 L2를 2차원 상으로 접수하여 전기신호로 변환시킨다.
한편, 빛 L1로서 적외선을 이용할 경우여도, 수광부(220)는 기재(11)를 투과하는 빛이 아니고, 가스 도입 구멍(12)을 투과한 빛을 수광한다. 즉, 빛 L1로서 적외선을 사용할 경우, 기재(11)를 투과하는 빛도 있지만, 수광부(220)는, 기재(11)를 투과하는 빛을 대부분 수광하지 않고, 가스 도입 구멍(12)을 빠져오는 빛을 수광한다.
여기에서, 수광부(220)는 가스 도입 구멍(12)을 투과한 빛 L2를 직접 수광하여도 좋고, 반투과 스크린 SCL를 통하여 빛 L2를 수광하여도 좋다. 반투과 스크린 SCL는, 기재(11)와 수광부(220)의 사이에 배치된다. 반투과 스크린 SCL는, 수광부(220)와 함께 진퇴 가능하게 설치되어도 좋다. 또한, 반투과 스크린 SCL는 기재(11)의 면에 밀착시켜도 좋다. 빛 L2의 강도가 높을 경우에는, 반투과 스크린 SCL에 투영된 빛 L2의 상을 수광부(220)로 수광하며, 반투과 스크린 SCL에 의한 필터 효과를 얻을 수 있다.
화상 처리부(225)는, 수광부(220)로부터 출력되는 전기신호에 근거하여 화상 처리를 하고, 가스 도입 구멍(12)의 측정을 행한다. 즉, 화상 처리부(225)는, 수광부(220)에서 수광된 빛 L2의 2차원 상을 화상 처리하고, 이 처리결과에 근거하여 가스 도입 구멍(12)의 상태를 측정결과로서 출력한다.
본 실시 형태에 관한 가스 도입 구멍(12)의 측정방법에서는, 가스 도입 구멍(12)의 상태에 의하여 가스 도입 구멍(12)을 투과하는 빛 L2의 양, 진로(進路), 반사 상태 등이 변화되는 것을 이용하여, 빛 L2의 2차원 화상에 근거하여 가스 도입 구멍(12)의 상태를 비파괴로 측정한다. 전극(10)에 설치된 가스 도입 구멍(12)은 매우 가늘고, 애스펙트비가 높고, 또한 기재(11)에 다수 설치되어 있다. 때문에, 전극(10)의 표면화상으로부터 가스 도입 구멍(12)의 내부까지 검사할 수 없다. 또한, 표면에 따른 방향에서 X선화상을 취득하여도, 다른 가스 도입 구멍(12)의 화상과 중복되기 때문에, 정밀도가 높은 측정을 행할 수 없다. 가스 도입 구멍(12)을 드릴로 펀치하고, 내면 거칠기를 규정하고 싶을 경우, 전극(10)을 파괴하지 않으면 모른다. 본 실시 형태와 같이, 가스 도입 구멍(12)에 빛 L1를 조사하고, 투과하는 빛 L2의 2차원 화상을 취득하여, 2차원 화상과 가스 도입 구멍(12)의 상태의 관련으로부터 가스 도입 구멍(12)을 비파괴로 고정밀도로 측정할 수 있다.
다음에, 가스 도입 구멍(12)과 빛 L2의 2차원 화상의 관련에 대하여 설명한다.
도8(a)~도9(d)는, 가스 도입 구멍의 상태와 화상의 관계를 예시하는 모식도이다.
도8(a)는, 내벽면의 평탄도가 높고, 기재(11)에 대하여 거의 수직으로 설치된 가스 도입 구멍(12)의 단면도를 나타낸다. 이러한 가스 도입 구멍(12)에 빛 L1이 조사될 경우, 빛 L1의 대부분은 가스 도입 구멍(12)을 직선으로 투과하게 된다.
도8(b)는, 도8(a)에 나타내는 가스 도입 구멍(12)을 투과한 빛 L2에 2차원 화상 G1의 예를 나타낸다. 이 2차원 화상 G1에서는, 가스 도입 구멍(12)의 상이 선명하게 나타난다. 도8(b)는, 2차원 화상 G1의 주사선 SL1위에서의 신호 SG1의 예를 나타낸다. 화상 처리부(225)는, 2차원 화상 G1의 주사선SL1위에 따른 신호SG1의 변화(경사 등)를 연산한다. 예를 들면, 신호SG1의 경계부분에서의 신호 변화(미분값, 2차 미분값 등)에 의해 가스 도입 구멍(12)의 내벽면 평탄성을 측정할 수 있다. 또한, 화상 처리부(225)는, 2차원 화상 G1의 경계로부터 가스 도입 구멍(12)의 진원도를 측정할 수 있다.
도8(c)는, 내벽면의 평탄성이 높지 않은 가스 도입 구멍(12)의 단면도를 나타낸다. 이러한 가스 도입 구멍(12)에 빛 L1가 조사될 경우, 빛 L1은 가스 도입 구멍(12)의 내벽면 요철에 부딪혀서, 반사를 되풀이하면서 투과하게 된다.
도8(d)는, 도8(c)에 나타내는 가스 도입 구멍(12)을 투과한 빛 L2의 2차원 화상 G2의 예를 나타낸다. 이 2차원 화상 G2에서는, 가스 도입 구멍(12)의 상이 선명하게 나타난다. 도8(d)는, 2차원 화상 G2의 주사선 SL2에서의 신호 SG2의 예를 나타낸다. 화상 처리부(225)는, 신호 SG2의 경계부분에서의 신호 변화에 의해 가스 도입 구멍(12)의 내벽면 평탄성을 측정할 수 있다. 2차원 화상 G2에서는, 2차원 화상 G1에 비하여 경계부분의 신호 변화가 완만해진다. 이 신호 변화에 의해 가스 도입 구멍(12)의 내벽면 평탄성을 측정할 수 있다.
더욱이, 화상 처리부(225)는, 신호 SG2의 변화로부터 2차원 화상 G2의 중앙영역(휘도가 높은 영역) R1과 주변영역(중앙영역 R1보다도 휘도가 낮은 영역) R2을 영역분리하고, 이들의 면적 비율에 의해 가스 도입 구멍(12)의 내벽면 평탄성을 정량적으로 구하여도 좋다. 예를 들면, 2차원 화상 G2로 표시되는 전체 영역을 R0로서, 영역 R0의 면적에 대하여 주변영역 R2의 면적 비율에 의해 내벽면의 평탄성을 구한다. 내벽면의 평탄성이 낮을(요철이 많다) 수록, 영역 R0의 면적에 대하여 주변영역 R2의 면적 비율이 높아진다. 이 특성을 이용하여, 내벽면의 평탄성을 정량적으로 구할 수 있다.
도9(a)는, 기재(11)에 대하여 경사지게 설치된 가스 도입 구멍(12)의 단면도를 나타낸다. 이러한 가스 도입 구멍(12)에 빛 L1이 조사될 경우, 가스 도입 구멍(12)에 입사한 빛 L1의 일부는 내벽면에 차단된다.
도9(b)는, 도9(a)에 나타내는 가스 도입 구멍(12)을 투과한 빛 L2의 2차원 화상 G3의 예를 나타낸다. 이 2차원 화상 G3에서, 경계부분은 선명하게 나타나지만 전체 형상이 원형으로 되지 않는다. 즉, 가스 도입 구멍(12)의 빛 입구측의 개구 중심과 출구측의 개구 중심이 어긋나기 때문에, 기재(11)의 바로 위에서 보면 양쪽개구의 중복되는 영역 R3에만 빛이 투과된다. 따라서, 2차원 화상 G3은, 이 영역 R3에 상당하는 대략 타원형으로 된다. 화상 처리부(225)는, 2차원 화상 G3의 형상에 근거하여, 가스 도입 구멍(12)의 기재(11)에 대한 수직정도를 측정할 수 있다. 수직정도로서는, 예를 들면 가스 도입 구멍(12)의 기재(11)의 표면에 대한 수직축을 기준으로 한 각도외에, 수직축으로부터의 각도 어긋남이 허용 범위내 또는 허용 범위이외를 포함한다.
도9(c)는, 가스출사측의 개구 모서리부가 소모한 가스 도입 구멍(12)의 단면도를 나타낸다. 전극(10)이 열화되면 가스 도입 구멍(12)의 가스출사측의 개구 모서리부가 둥그스름해진다. 이러한 가스 도입 구멍(12)에 빛 L1이 조사될 경우, 빛 L1의 대부분은 가스 도입 구멍(12)을 직선으로 투과한다. 또한, 빛 L1의 일부는 가스 도입 구멍(12)의 가스출사측의 개구 모서리에 부딪혀서 산란된다.
도9(d)는, 도9(c)에 나타내는 가스 도입 구멍(12)을 투과한 빛 L2의 2차원 화상 G4의 예를 나타낸다. 이 2차원 화상 G4에서는, 중앙영역 R1에 가스 도입 구멍(12)의 상이 비교적 선명하게 나타나는 동시에, 그 주변영역 R2에는 산란광의 상이 나타난다. 화상 처리부(225)는, 중앙영역 R1에 나타나는 비교적 날카로운 상의 크기가 가스 도입 구멍(12)의 직경과 거의 같고, 그 주변영역 R2에 확산광의 상이 나타날 경우, 가스 도입 구멍(12)의 가스출사측의 개구 모서리부에 라운딩이 발생한다고 판단할 수 있다.
또한, 가스출사측의 개구 모서리에 라운딩이 발생한다고 판단할 경우, 주변영역 R2의 면적에 의해 모서리의 라운딩의 크기가 판단된다. 즉, 우연부의 라운딩이 클 수록 주변영역 R2의 면적이 커진다. 이 특성을 이용하여, 가스출사측의 개구의 모서리부의 라운딩의 크기를 정량적으로 구할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 가스 도입 구멍(12)의 측정방법에서는, 수광부(220)에서 수광한 빛 L2의 2차원 화상과 가스 도입 구멍(12)의 상태의 관계를 이용하여, 화상 처리부(225)에서 2차원 화상을 처리하기 때문에, 가스 도입 구멍(12)이 어떤 상태인가를 비파괴로 측정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 측정방법에 의해 가스 도입 구멍(12)의 상태를 측정할 수 있고, 이 측정결과에 근거하여 플라즈마 에칭장치(100)의 전극(10)으로서의 수명을 판단할 수 있다. 먼저, 전극(10)으로 사용하기 전(신품)의 가스 도입 구멍(12)의 상태를 본 실시 형태에 관한 측정방법으로 측정한다. 다음에, 일정한 시간 사용한 후의 전극(10)의 가스 도입 구멍(12)의 상태를 동일한 방법으로 측정한다.
사용후에 측정한 가스 도입 구멍(12)의 상태가 미리 결정된 규정을 초과할 경우에는 전극(10)의 수명이라고 판단한다. 또한, 정기적으로 가스 도입 구멍(12)의 상태를 측정하여, 측정결과의 변화에 근거하여 전극(10)의 나머지 수명을 예측할 수도 있다.
도10(a)~(c)는, 가스 도입 구멍의 2차원 화상을 예시하는 사진이다.
도10 (a)는, 실리콘을 이용한 전극(10)의 사용전의 가스 도입 구멍(12)의 2차원 화상 G10을 나타낸다. 이 화상은, 가스 도입 구멍(12)을 투과한 빛 L2를 수광부(220)에서 직접 촬영한 것이다. 사용전에는, 윤곽이 선명하게 나타난 2차원 화상 G10으로 된다.
도10(b)는, 실리콘을 이용한 전극(10)의 사용 후의 가스 도입 구멍(12)의 2차원 화상 G20을 나타낸다. 이 화상은, 가스 도입 구멍(12)을 투과한 빛 L2를 반투과 스크린 SCL에 투영하여 수광부(220)에서 촬영한 것이다. 이 전극(10)은, 플라즈마 에칭장치(100)에서 약2000시간 사용된 것이다. 사용 후에는, 윤곽이 블러된 2차원 화상 G20으로 된 것을 알았다. 또한, 2차원 화상 G20의 가스 도입 구멍(12)의 내벽면에서 요철이 생긴 부분에 대응하여 색조 (또는 농담)의 변화가 인정받는다. 변화된 영역에 근거하여 가스 도입 구멍(12)의 내벽면 상태를 정량적으로 측정할 수 있다.
도10(c)는, 석영을 이용한 전극(10)의 사용전의 가스 도입 구멍(12)의 2차원 화상 G30을 나타낸다. 이 화상은, 가스 도입 구멍(12)을 투과한 빛 L2를 반투과 스크린 SCL에 투영하여 수광부(220)에서 촬영한 것이다. 석영을 이용한 전극(10)에서는 조사한 빛이 가스 도입 구멍(12)의 주변 기재(11)에 부딪혀서 확산되기 때문에, 선명하게 2차원 화상 G30으로는 되지 않는다. 그러나, 2차원 화상 G30의 신호 파형을 이용하여, 사용 전후의 신호 파형의 상이한 것으로부터 가스 도입 구멍(12)의 상태를 측정할 수 있다.
측정대상물인 가스 도입 구멍(12)의 직경 d는 매우 작고, 또한 두께 t에 대한 직경 d의 비율은 몇% 정도이다. 이렇게 매우 가늘고 긴 가스 도입 구멍(12)에 빛을 조사하여, 가스 도입 구멍(12)을 투과하는 빛의 상을 얻을 경우, 일반적인 대상물에 빛을 이용한 측정에서는 얻을 수 없는 특수한 화상을 얻을 수 있다. 예를 들면, 실리콘 단결정으로부터 이루어지는 기재(11)에 설치된 가스 도입 구멍(12)에 청색 레이저 빛을 조사할 경우, 가스 도입 구멍(12)을 투과하는 빛의 2차원 화상에서는, 가스 도입 구멍(12)의 내벽면 요철에 대응한 부분에 색의 변화가 생겼다. 이와 같이, 기재(11)의 재료, 빛의 파장, 가스 도입 구멍(12)의 상태 관계를 이용하여, 단지 빛을 조사하여 얻은 화상으로부터 측정하는 방법과는 다른 특징적인 측정을 할 수도 있다.
(가스 도입 구멍의 다른 측정방법)
다음에, 가스 도입 구멍(12)의 다른 측정방법에 대하여 설명한다.
도11(a) 및 (b)는, 가스 도입 구멍의 다른 측정방법을 예시하는 모식도이다.
이 측정방법은, 먼저 설명한 빛 L1의 조사에 의한 2차원 화상을 취득하는 동시에, 기재(11)의 표면측에서 가스 도입 구멍(12)의 화상(개구부 화상)을 취득하고, 이 화상에 근거하여 측정을 행하는 방법이다.
이 측정을 행하기 위한 측정장치(300)는, 먼저 설명한 측정장치(200)의 구성에 가하여, 카메라(310)와 화상 처리부(315)를 구비한다. 카메라(310)는, 전극(10)의 표면 화상을 취득한다. 카메라(310)는 전극(10)의 유지부(141)에 이동 가능하게 설치되어도 좋다. 카메라(310)에 의해 가스 도입 구멍(12)의 빛 L1의 입사측의 개구부의 화상을 취득한다. 화상 처리부(315)는, 카메라(310)로 취득한 개구부 화상의 처리를 행한다. 한편, 화상 처리부(315)는, 화상 처리부(225)와 겸용하여도 좋다.
이 측정장치(300)에 의해 가스 도입 구멍(12)의 측정을 하기 위하여, 먼저, 도11(a)에 나타내는 바와 같이, 카메라(310)에 의해 가스 도입 구멍(12)의 개구부 화상을 취득한다. 즉, 카메라(310)를 측정대상인 가스 도입 구멍(12)의 바로 위에 배치하여, 가스 도입 구멍(12)의 개구부 화상을 취득한다.
다음에, 도11(b)에 나타내는 바와 같이, 측정대상인 가스 도입 구멍(12)의 바로 위에 발광부(210)를 배치함과 동시에, 가스 도입 구멍(12)의 바로 아래에 수광부(220)를 배치한다. 그리고, 발광부(210)로부터 가스 도입 구멍(12)에 빛 L1을 조사하고, 가스 도입 구멍(12)을 투과한 빛 L2의 2차원 화상을 수광부(220)에서 취득한다.
다음에, 카메라(310)로 취득한 개구부 화상을 화상 처리부(315)에서 처리하는 동시에, 수광부(220)에서 취득한 2차원 화상을 처리하여, 가스 도입 구멍(12)의 상태를 측정한다. 즉, 이 측정방법에서는, 카메라(310)로 취득한 가스 도입 구멍(12)의 개구부 화상과, 가스 도입 구멍(12)을 투과한 빛 L2의 2차원 화상의 양쪽을 이용하여 가스 도입 구멍(12)의 상태를 비파괴로 측정한다.
도12(a)~(h)는, 카메라로 취득한 화상과 2차원 화상을 예시하는 모식도이다.
도12(a), (c), (e) 및 (g)는 카메라(310)로 취득한 개구부 화상의 예를 나타내고, 도12(b), (d), (f) 및 (h)는 수광부(220)에서 취득한 2차원 화상을 나타낸다.
도12(a) 및 (b)에 나타내는 예는, 도8(a)에 나타내는 가스 도입 구멍(12)의 측정예이다. 이 가스 도입 구멍(12)은, 평탄도가 높은 내벽면을 가지고, 기재(11)에 대하여 거의 수직으로 설치된다. 이런 경우, 도12(a)에 나타내는 카메라(310)로 취득한 개구부 화상 G11의 직경과, 도12(b)에 나타내는 수광부(220)에서 취득한 2차원 화상 G12의 직경은 거의 같다. 또한, 2차원 화상 G12는 선명하게 나타난다. 따라서, 이러한 개구부 화상 G11 및 2차원 화상 G12를 얻을 경우, 가스 도입 구멍(12)의 입구로부터 출구에 걸쳐서 직선으로 구멍이 형성되고, 내벽면의 평탄도도 높다고 판단된다.
도12(c) 및 (d)에 나타내는 예는, 도8(c)에 나타내는 가스 도입 구멍(12)의 측정예이다. 이 가스 도입 구멍(12)은, 평탄도가 높지 않은 내벽면을 가진다. 이러한 경우, 도12(c)에 나타내는 카메라(310)로 취득한 개구부 화상 G13의 직경은 가스 도입 구멍(12)의 직경의 설계 값과 거의 동일하다. 도12(d)에 나타내는 수광부(220)에서 취득한 2차원 화상 G14는 선명하게 나타나지 않는다. 따라서, 이러한 개구부 화상 G13 및 2차원 화상 G14를 얻을 경우, 설계 값에 가까운 직경의 가스 도입 구멍(12)은 형성되지만, 내벽면의 평탄도가 높지 않다고 판단된다.
도12(e) 및 (f)에 나타내는 예는, 도9(a)에 나타내는 가스 도입 구멍(12)의 측정예이다. 이 가스 도입 구멍(12)은, 기재(11)에 대하여 경사지게 형성된다. 이러한 경우, 도12(e)에 나타내는 카메라(310)로 취득한 개구부 화상 G15의 직경은 가스 도입 구멍(12)의 직경의 설계 값과 거의 동일하다. 도12(f)에 나타내는 수광부(220)에서 취득한 2차원 화상 G16은, 영역 R16에 상당하는 대략 타원형으로 된다. 따라서, 이러한 개구부 화상 G15 및 G16을 얻을 경우, 설계 값에 가까운 직경의 가스 도입 구멍(12)은 형성되지만, 기재(11)에 대하여 경사지게 형성된다고 판단된다.
또한, 수광부(220)와 기재(11)의 가스 도입 구멍(12)의 엣지의 거리에 의해 경사각도가 연산된다. 도13에 도시된 바와 같이, 기재(11)의 두께를 d1, 수광부(220) 위에 투영되는 가스 도입 구멍(12)의 엣지 위치와, 기재(11)측의 가스 도입 구멍(12)의 엣지 위치의 수광부(220)의 수광면에 따른 거리를 d2로 할 경우, tan-1(d2/d1)에 의해 가스 도입 구멍(12)의 경사각도 θ를 연산할 수 있다.
도12(g) 및 (h)에 나타나는 예는, 가스 도입 구멍(12)의 직경이 작을 경우의 측정예이다. 이 가스 도입 구멍(12)의 직경은, 설계 값보다 작다. 이러한 경우, 도12(g)에 나타내는 카메라(310)로 취득한 개구부 화상 G17의 직경과, 도12(h)에 나타내는 수광부(220)에서 취득한 2차원 화상 G18의 직경은 거의 동일하다. 그렇지만, 이 직경은 설계 값보다도 작다. 따라서, 이러한 개구부 화상 G17 및 2차원 화상 G18을 얻을 경우, 가스 도입 구멍(12)의 입구로부터 출구에 걸쳐서 직선으로 구멍이 형성되지만, 설계 값보다도 직경이 작다고 판단된다.
한편, 설계 값보다도 직경이 큰 가스 도입 구멍(12)일 경우, 카메라(310)로 취득한 개구부 화상의 직경과, 수광부(220)에서 취득한 2차원 화상의 직경은 거의 동일하고, 그 직경이 설계 값보다도 크게 나타난다.
이와 같이, 카메라(310)로 취득한 화상과, 수광부(220)에서 취득한 2차원 화상의 관계에 근거하여, 더 상세한 가스 도입 구멍(12)의 상태를 측정할 수 있다. 한편, 상기는 일예이고, 이 조합이나, 다른 관계에 의해 가스 도입 구멍(12)의 각종 상태를 검출할 수 있다.
특히, 본 실시 형태에 관한 가스 도입 구멍(12)의 측정방법은, 가스 도입 구멍(12)에 빛 L1을 조사하고, 가스 도입 구멍(12)을 투과하는 빛 L2을 수광하여 측정하기 때문에, 내벽면의 평탄성이 뛰어난 가스 도입 구멍(12)을 측정하는데 호적하다. 따라서, 기재(11)에 드릴가공으로 펀치를 행한 후, 에칭처리에 의해 내벽면이 평탄화된 가스 도입 구멍(12)을 측정하는데 매우 뛰어나다.
또한, 플라즈마 에칭장치(100)에 있어서 드라이 에칭을 하여 생성되는 물질은 가스 도입 구멍(12)의 내벽에 부착될 경우도 있다. 이렇게 물질이 부착된 가스 도입 구멍(12)이여도, 가스 도입 구멍(12)을 투과한 빛 L2을 수광하여, 물질의 부착 상태를 정량적으로 측정할 수도 있다.
한편, 본 실시 형태에 관한 가스 도입 구멍(12)의 측정방법에 있어서, 가스 도입 구멍(12)은 기재(11)의 한쪽면으로부터 다른쪽면으로 수직으로 설치된 것을 대상으로 설명하였지만, 기재(11)의 도중에서 굴곡된 가스 도입 구멍(12)을 대상으로 하여도 좋다. 가스 도입 구멍(12)이 굴곡하여도, 기재(11)의 한쪽면으로부터 조사된 빛 L1은, 가스 도입 구멍(12)의 내벽에서 반사되면서 나아갈 수 있고, 빛 L2로 되어 수광부(220)에서 수광된다. 빛 L1로서 기재(11)를 투과하지 않는 파장의 빛을 이용하여, 굴곡된 가스 도입 구멍(12)이더라도 가스 도입 구멍(12)의 내부를 통과한 빛을 수광부(220)에서 수광하여, 가스 도입 구멍(12)의 상태를 측정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 가스 도입 구멍(12)의 측정방법을 적용하여, 가스 도입 구멍(12)의 균일성을 판단할 수 있다. 따라서, 기재(11)에 복수의 가스 도입 구멍(12)을 구비한 전극(10)에 있어서, 기재(11)의 한쪽면측으로부터 조사된 빛 L1이, 복수의 가스 도입 구멍(12)을 통하여 기재(11)의 다른쪽면측까지 도달한 전극(10)을 선별할 수 있다.
이 선별에서는, 전극(10)에서, 복수의 가스 도입 구멍(12)을 투과한 빛 L2의 강도의 편차(예를 들면, 표준편차 σ)가 미리 설정된 일정한 값 이하이면, 양품의 전극(10)으로 판단할 수 있다.
상기와 같은 전극(10)(복수의 가스 도입 구멍(12)에 있어서 빛 L1이 투과하는 전극, 또는 빛 L2의 강도의 편차가 일정한 값 이하인 전극)을 상부전극(120)으로 이용한 플라즈마 에칭장치(100)에 의하면, 상부전극(120)과 하부전극(130) 사이에 반응성 가스를 균일성이 높게 도입할 수 있고, 대상물 W에 대하여 안정된 처리를 실시할 수 있다.
플라즈마 에칭장치용 전극에서 가스 도입 구멍에 대하여, 반응가스의 도입에 균일성이나 유지보수 등 관점에서 보면 각종 형태를 생각할 수 있다. 그러나, 임의의 형태에 있어서, 실제 전극의 가스 도입 구멍에 적용할 경우, 설정된 형상으로 되었는지를 비파괴로 파악하는 것은 곤란하다.
본 실시 형태에 관한 가스 도입 구멍(12)의 측정방법에 의하면, 실제적인 플라즈마 에칭장치(100)에 사용(또는 사용중의)되는 전극(10) 그자체를 비파괴로 측정할 수 있고, 가스 도입 구멍(12)의 객관적인 데이터를 얻을 수 있다. 본발명자는 이러한 측정방법에 의해 가스 도입 구멍(12)의 객관적인 데이터를 얻을 수 있다는 새로운 지견을 얻었다. 그리고, 본 실시 형태에 관한 가스 도입 구멍(12)의 측정방법으로 측정하여 복수의 가스 도입 구멍(12)의 상태를 특정하고, 그 측정이 행하여진 전극(10)을 이용하여 플라즈마 에칭장치(100)에 의한 드라이 에칭을 진행한다. 따라서, 드라이 에칭에 의한 가공 특성, 수율, 생산성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 실제적으로 플라즈마 에칭장치(100)에 이용되는 전극(10)의 가스 도입 구멍(12)의 막힘, 가스 도입 구멍(12)의 내경의 확대, 가스 도입 구멍(12)의 내벽면에 퇴적물이 부착되는 상태를 파악할 수 있기 때문에, 전극(10)으로부터 실리콘 웨이퍼에 퇴적물이 낙하하거나, 챔버내에 파티클로서 부유(浮遊)함으로써, 반도체소자가 불량품으로 되는 리스크를 경감 또는 회피할 수 있다.
(상태분포도)
도14(a) 및 (b)는, 본 실시 형태에 관한 상태분포도이다. 도14(a)는 상태분포도 MP의 일예를 나타내고, 도14(b)는 상태분포도를 작성하기 위한 데이터 일예를 나타낸다.
도14(a)에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 상태분포도 MP는, 플라즈마 에칭장치용 전극(10)의 기재(11)를 두께 방향으로 관통하도록 설치된 복수의 가스 도입 구멍 상태를 표시하는 도이다. 상태분포도 MP는, 기재(11)의 면내에서 복수의 가스 도입 구멍 위치에 대응하여 복수의 가스 도입 구멍의 각 상태를, 그 상태에 대응한 표시상태로 표시한 것이다.
여기에서, 본 실시 형태에 관한 상태분포도 MP를 상세히 설명하고, 플라즈마 에칭장치용 전극(10), 이 전극(10)을 이용하는 플라즈마 에칭장치 및 전극(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
(상태분포도의 표시 방법)
다음에, 상태분포도의 표시 방법에 대하여 설명한다.
도15(a) 및 (b)는, 상태분포도의 표시 방법을 설명하는 도이다. 도15(a)는 상태분포도 MP를 표시하기 위한 컴퓨터(500)의 구성을 나타내고, 도15(b)는 상태분포도 MP의 표시 방법을 예시하는 플로차트이다.
상태분포도 MP의 표시 방법은, 예를 들면 컴퓨터(500)에 의한 프로그램 처리에 의해 실현된다. 이 프로그램은 CD-ROM등의 매체에 기록되거나, 서버 등 기억장치에 기억되거나, 네트워크를 개재하여 전송된다.
컴퓨터(500)는, CPU(Central Processing Unit) (511), 인터페이스(512), 출력부(513), 입력부(514), 주기억부(515) 및 서브기억부(516)를 구비한다.
CPU(511)는, 각종 프로그램의 실행에 의해 각부를 제어한다. CPU(511)는, 상태분포도 MP를 표시하는 프로그램을 실행하는 부분이기도 하다. 인터페이스(512)는, 외부기기와의 정보입출력을 행하는 부분이다. 인터페이스(512)는, 컴퓨터(500)를 LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network)에 접속하는 부분이기도 하다. 인터페이스(512)는, 후술하는 측정장치(200)로부터 가스 도입 구멍(12)의 상태 측정결과(데이터)를 입력하는 부분이기도 하다.
출력부(513)는, 컴퓨터(500)에서 처리된 결과를 출력하는 부분이다. 출력부(513)는, 상태분포도 MP를 표시하는 부분이기도 하다. 입력부(514)는, 사용자로부터 정보를 접수하는 부분이다. 입력부(514)에는, 키보드나 마우스 등을 이용할 수 있다. 또한, 입력부(514)는, 기록 매체 MM에 기록된 정보를 읽어내는 기능을 포함한다.
주기억부(515)에는, 예를 들면 RAM(Random Access Memory)를 채용할 수 있다. 주기억부(515)의 일부로서, 서브기억부(516)의 일부를 이용하여도 좋다. 서브기억부(516)는, 예를 들면 HDD(Hard disk drive), SSD(Solid State Drive)를 채용할 수 있다. 서브기억부(516)는, 네트워크를 통하여 접속된 외부기억장치여도 좋다.
도15(b)에 나타내는 바와 같이, 상태분포도 MP의 표시 방법은, 먼저, 복수의 가스 도입 구멍(12)의 각 상태의 측정결과(데이터)를 컴퓨터(500)에 취득하는 처리를 한다(스텝 S301). 데이터는, 적어도 도13(b)에 나타내는 X, Y좌표 및 상태의 측정결과이다. CPU(511)는, 이 데이터에 의해 소정의 조건에 근거하여 양호, 보통, 불량 판정을 하는 동시에, 판정 결과에 대응하는 표시 대응을 구한다.
다음에, 상태분포도 MP에의 변환 처리를 한다(스텝 S302). CPU(511)는, 취득한 데이터의 X, Y좌표 및 각 좌표에 대응하는 표시상태에 근거하여, 상태분포도 MP를 표시하기 위한 화상 데이터로 변환시키는 처리를 행한다.
다음에, 상태분포도 MP 표시를 행한다(스텝 S303). CPU(511)는, 스텝 S302에서 변환된 화상 데이터를 출력부(513)에 화상으로서 표시하는 처리를 행한다. 따라서, 출력부(513)에 상태분포도 MP가 표시된다.
(상태분포도의 표시예)
도16(a) 및 (b)는, 상태분포도의 표시예 (첫번째)를 나타내는 도이다.
도16(a)에는 전극(10)의 화상(10G) 및 기재(11)의 화상(11G)의 면내에 가스 도입 구멍(12)의 상태 분포가 XY평면위에 나타난다. 이 상태분포도 MP에 의해, 전극(10)(기재(11))에서의 복수의 가스 도입 구멍(12) 상태의 면내 분포를 시각으로 파악할 수 있다.
또한, 도16(b)는, 도16(a)의 상태분포도 MP의 스캔라인 SL에 따른 상태분포를 나타낸다. 컴퓨터(500)의 출력부(513)에 표시된 도16(a)에 나타내는 상태분포도 MP를 참조하면서, 사용자는 입력부(514)(마우스 등)을 조작하여 스캔라인 SL을 원하는 위치에 설정한다. 따라서, 스캔라인 SL위에 따른 가스 도입 구멍(12)의 상태가 도16(b)에 나타난다. 사용자가 스캔라인 SL을 이동시키면, 이것에 따라 도6(b)에 나타내는 상태가 연동하여 변화된다.
도16(b)에 나타내는 스캔라인 SL상의 가스 도입 구멍(12)의 상태표시에서는, 각각의 가스 도입 구멍(12)의 상태에 대응하여 색상을 분리하여 표시하는 동시에, 측정결과가 높이에 대응하여 표시된다. 사용자는, 구멍 직경이나 내벽면 거칠기 등 임의의 측정항목을 선택하고, 그 측정결과를 높이로서도 파악할 수 있다.
한편, 스캔라인 SL는 X축에 따른 방향으로 한정되지 않고, Y축에 따른 방향, 경사 방향이여도 좋다. 또한, 스캔라인 SL는 직선에 한정되지 않고, 완곡선이나 곡선 등, 임의로 설정할 수 있다.
도17은, 상태분포도의 표시예(두번째)를 나타내는 도이다.
도17에 나타나는 상태분포도 MP에서는, 전극(10)의 화상(10G) 및 기재(11)의 화상(11G)이 3차원으로 표시되는 동시에, 복수의 가스 도입 구멍(12)의 상태를 나타내는 표시를 높이로 나타낸다. 또한, 이 표시에서는, 가스 도입 구멍(12)의 상태를 높이로 나타내는 동시에, 상태에 대응하여 색상을 구분하여 표시한다. 상태분포도 MP를 3차원으로 표시하여, 전극(10)의 전체로서의 가스 도입 구멍(12)의 상태를 더 쉽게 파악할 수 있다.
한편, 상태분포도 MP의 3차원으로 표시되는 각도는 사용자에 의해 임의로 설정할 수 있다. 예를 들면, 입력부(514)(마우스 등)의 조작에 의해 경사각도나 참조 각도를 임의로 선택할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 상태분포도 MP 및 그 표시 방법에서는, 전극(10)을 플라즈마 에칭장치(100)에 사용하는 시간의 경과에 따라 상태분포도 MP를 구하여도 좋다. 따라서, 전극(10)의 소모 상태를 시계열(時系列)로 배열된 상태분포도 MP로 파악할 수 있다.
또한, 시계열로 배열된 상태분포도 MP에서 각 시간의 차분을 구하여 상태분포도 MP로 표시하여도 좋다. 이 차분을 나타내는 상태분포도 MP로부터, 전극(10)의 면내 위치에 대응하는 가스 도입 구멍(12)의 열화 상태를 용이하게 파악할 수 있다.
(상태의 예측)
다음에, 상태의 예측에 대하여 설명한다.
본 측정방법에서는 가스 도입 구멍(12)의 상태를 정량적으로 측정 할 수 있기 때문에, 정기적으로 측정을 행하여 측정결과의 변화에 의해 전극(10)의 교환 시기를 예측할 수도 있다.
도18은, 상태(측정결과)의 변화 및 예측을 설명하는 도이다. 도18의 횡축은 시간, 세로축은 상태(측정결과)를 나타낸다.
그림18에는, 일예로서 3개의 가스 도입 구멍(12)의 측정결과m1, m2및m3의 경시 변화(시간 t1~t4)를 나타낸다. 이 각 측정결과m1, m2및m3의 시간 t1~t4의 플롯(plot)으로부터 근사 곡선을 구한다. 그리고, 이 근사 곡선과 한계값 Th가 교차하는 시간이, 가스 도입 구멍(12)의 불량으로 되는 시간이라고 예측한다.
예를 들면, 측정결과 m1에서는, 근사 곡선과 한계값 Th의 교차되는 시간이 tx1이다. 시간 tx1은 시간 t4와 시간 t5의 사이에 있으며, 이 시간 tx1에서 가스 도입 구멍(12)의 상태가 불량해진다고 예측된다. 또한, 측정결과m2에서는, 근사 곡선과 한계값 Th의 교차되는 시간이 tx2이다. 시간 tx2은 시간 t5와 시간 t6의 사이에 있으며, 이 시간 tx2에서 가스 도입 구멍(12)의 상태가 불량해진다고 예측된다. 측정결과m3에서는, 근사 곡선과 한계값 Th의 교차하는 시간이 시간 t6까지의 사이에는 생기지 않는다. 따라서, 이 가스 도입 구멍(12)에서, 시간 t6까지 상태가 불량해진다고는 예측되지 않는다. 이와 같이, 각 가스 도입 구멍(12)의 측정결과의 경시 변화로부터, 각각의 가스 도입 구멍(12)의 상태를 예측할 수 있고, 이것에 근거하여 전극(10)의 교환 시기를 예측할 수 있다.
도19(a)~(c)는, 예측에 근거한 상태분포도의 예를 제시하는 도이다.
먼저 설명한 바와 같이, 본 측정방법에 의해 가스 도입 구멍(12)의 상태를 정기적으로 측정하여 경시 변화를 구하면, 그 측정결과로부터 가스 도입 구멍(12)의 상태 변화를 예측할 수 있다. 도19(a)~(c)는, 이 예측 결과를 상태분포도 MP(1)~MP(3)로 나타낸 예이다. 도19(a)에 나타내는 상태분포도 MP(1), 도19(b)에 나타내는 상태분포도 MP(2), 도19(c)에 나타내는 상태분포도 MP(3)의 순서대로 예측 시간이 지나간다. 예측 결과를 상태분포도 MP(1)~MP(3)로 표시하여, 시각적으로 전극(10)의 상태나 교환 시기를 파악할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 가스 도입 구멍의 측정방법 및 전극에 의하면, 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍을 고정밀도로 측정할 수 있고, 정밀도가 높은 가스 도입 구멍을 구비한 전극을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 에칭장치용 전극(10)의 재생 방법에 의하면, 사용된 전극(10)을 재생시킬 수 있다. 따라서, 시간을 관리하는 것에 비하여 동일한 기재(11)의 전극(10)을 오래 사용할 수 있고, 플라즈마 에칭장치(100)의 러닝 코스트를 저하시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 에칭장치용 전극(10)의 재생 방법에 의하면, 사용된 전극(10)을 재생시킬 수 있다. 따라서, 시간을 관리하는 경우에 비하여 동일한 기재(11)의 전극(10)을 오래 사용할 수 있고, 플라즈마 에칭장치(100)의 러닝 코스트를 저하시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 에칭장치에 의하면, 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍을 고정밀도로 측정할 수 있고, 정밀도가 높은 가스 도입 구멍을 구비한 전극을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 상태분포도 MP 및 그 표시 방법에 의하면, 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 상태를 용이하게 파악할 수 있고, 전극(10)의 상태나 수명을 객관적 또는 시각적으로 판단할 수 있다.
한편, 상기에 본 실시 형태 및 다른 예를 설명했지만, 본 발명은 이 예에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 본 실시 형태에서는 가스 도입 구멍(12)을 측정할 때, 본 측정방법을 적용하였지만, 본 측정방법이외의 측정방법을 이용하여 가스 도입 구멍(12)의 상태를 측정하여도 좋다. 또한, 본 실시 형태에서 나타내는 상태분포도 MP는 일예이고, 판정이나 표시 상태는 이것에 한정되는 것이 아니다. 또한, 상술한 각 실시 형태 또는 다른 예에 대하여, 당업자가 적당히, 구성 요소의 추가, 삭제, 설계변경을 행한 것이나, 각 실시 형태의 특징을 적당히 조합시킨 것도, 본 발명의 요지를 구비하고 있는 한, 본 발명의 범위에 함유된다.
10 전극
11 기재
12 가스 도입 구멍
100 플라즈마 에칭장치
110 챔버
120 상부전극
121 가스 도입 구멍
130 하부전극
140 가스 도입로
141 유지부
150 배기로
160 펌프
170 고주파 인가부
200 측정장치
210 발광부
215 컨트롤러
220 수광부
225 화상 처리부
300 측정장치
310 카메라
315 화상 처리부
L1, L2 빛
MP, MP(1), MP(2), MP(3) 상태분포도
SCL 반투과 스크린
W 대상물

Claims (49)

  1. 플라즈마 에칭장치용 전극에서의 기재를 두께 방향으로 관통하도록 설치된 가스 도입 구멍을 측정하는 방법에 있어서,
    상기 기재의 한쪽면측으로부터 상기 가스 도입 구멍을 향하여 빛을 조사하는 공정과,
    상기 기재를 투과하지 않고, 상기 가스 도입 구멍을 통하여 상기 기재의 다른쪽면측에 투과된 상기 빛의 2차원 화상을 취득하는 공정과,
    상기 2차원 화상에 근거하여 상기 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 측정하는 공정,
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 측정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 빛은 코히렌트 빛인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 측정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2차원 화상의 주사선에 따른 신호의 경사에 근거하여 상기 가스 도입 구멍의 내벽면의 거칠기를 측정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 측정방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기재의 한쪽면측으로부터 상기 가스 도입 구멍의 개구부 화상을 취득하는 공정을 더 구비하고,
    상기 가스 도입 구멍을 측정하는 공정에서는, 상기 2차원 화상과 상기 개구부 화상에 근거하여 측정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 측정방법.
  5. 플라즈마 에칭장치용 전극에 있어서,
    두께 방향으로 관통하는 복수의 가스 도입 구멍이 설치된 판 형상의 기재를 구비하고,
    상기 복수의 가스 도입 구멍 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나는, 제1항에 따른 측정방법으로 측정할 경우에 미리 설정된 일정한 범위내에 들어가는 것을 특징으로 하는 전극.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기재는 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 기재는 석영을 포함하는 적어도 2종류의 재료에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 전극.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 기재는 탄화규소를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극.
  9. 기재의 두께 방향으로 관통하는 가스 도입 구멍이 설치된 플라즈마 에칭장치용 전극의 재생 방법에 있어서,
    상기 플라즈마 에칭장치에서 소정시간 사용된 상기 전극의 상기 가스 도입 구멍의 상태를 측정하는 공정과,
    상기 가스 도입 구멍의 상태 측정결과에 근거하여 상기 기재의 표면 연마 및 상기 가스 도입 구멍의 내벽면 가공 중 적어도 하나를 진행하는 공정과, 가공후의 상기 가스 도입 구멍의 상태를 측정하는 공정,
    을 구비하고,
    상기 가스 도입 구멍의 상태를 측정하는 공정은,
    상기 기재의 한쪽면측으로부터 상기 가스 도입 구멍을 향하여 빛을 조사하는 공정과,
    상기 가스 도입 구멍을 통하여 상기 기재의 다른쪽면측에 투과된 상기 빛의 2차원 화상을 취득하는 공정과,
    상기 2차원 화상에 근거하여 상기 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 측정하는 공정,을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극의 재생 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 빛은 코히렌트 빛인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극의 재생 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 2차원 화상의 주사선에 따른 신호의 경사에 근거하여 상기 가스 도입 구멍의 내벽면의 거칠기를 측정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극의 재생 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 기재의 한쪽면측으로부터 상기 가스 도입 구멍의 개구부 화상을 취득하는 공정을 더 구비하고,
    상기 가스 도입 구멍을 측정하는 공정에서는, 상기 2차원 화상과 상기 개구부 화상에 근거하여 측정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극의 재생 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 가스 도입 구멍의 상태 측정결과에서, 상기 가스 도입 구멍의 내벽면의 거칠기가 미리 설정된 범위내에 들어갈 경우에는, 상기 기재의 표면 연마를 진행하고, 범위내에 들어가지 않을 경우에는, 상기 가스 도입 구멍의 내벽면 가공을 진행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극의 재생 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 가스 도입 구멍의 내벽면 가공은, 상기 가스 도입 구멍의 직경을 크게 하는 천공가공 및 상기 가스 도입 구멍의 내벽면의 에칭 가공 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극의 재생 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 가스 도입 구멍의 내벽면 가공은, 상기 가스 도입 구멍의 직경을 크게 하는 천공가공을 실시한 후, 상기 가스 도입 구멍의 내벽면의 에칭 가공을 행하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극의 재생 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 기재는 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극의 재생 방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 기재는 석영을 포함하는 적어도 2종류의 재료에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극의 재생 방법.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 기재는 탄화규소를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극의 재생 방법.
  19. 챔버와,
    상기 챔버내에 설치되고, 기재의 두께 방향으로 관통하는 가스 도입 구멍을 가지는 상부전극과,
    상기 챔버내에 설치되고 상기 상부전극과 대향하는 하부전극과,
    상기 챔버내에서 상기 상부전극과 상기 하부전극 사이에 고주파를 인가하는 고주파 인가부와,
    상기 가스 도입 구멍의 상태를 측정하는 측정부,를 구비하고,
    상기 측정부는,
    상기 기재의 한쪽면측으로부터 상기 가스 도입 구멍을 향하여 빛을 조사하는 발광부와,
    상기 가스 도입 구멍을 통하여 상기 기재의 다른쪽면측에 투과한 상기 빛의 2차원 화상을 취득하는 수광부와,
    상기 2차원 화상에 근거하여 상기 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 측정하는 처리를 행하는 화상 처리부,를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 빛은 코히렌트 빛인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 화상 처리부는, 상기 2차원 화상의 주사선에 따른 신호의 경사에 근거하여 상기 가스 도입 구멍의 내벽면의 거칠기를 측정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 기재의 한쪽면측으로부터 상기 가스 도입 구멍의 개구부 화상을 취득하는 화상취득부를 더 구비하고,
    상기 가스 도입 구멍을 측정할 때, 상기 2차원 화상과 상기 화상취득부에서 취득한 상기 개구부 화상에 근거하여 측정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 발광부는, 상기 상부전극을 유지하는 유지부에 이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 수광부는, 상기 상부전극과 상기 하부전극 사이에 진퇴 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  25. 플라즈마 에칭장치용 전극에서 기재를 두께 방향으로 관통하도록 설치된 복수의 가스 도입 구멍 상태를 표시하는 분포도를 표시부에 표시하는 방법에 있어서,
    연산부에, 상기 복수의 가스 도입 구멍의 각각 상태 측정결과를 판독하는 공정과,
    상기 측정결과에 근거하여 상기 기재의 면내에서 상기 복수의 가스 도입 구멍 위치에 대응하여 상기 복수의 가스 도입 구멍의 각각 상태를, 그 상태에 대응한 표시상태로 표시부에 표시하는 공정,
    을 구비하고,
    상기 가스 도입 구멍의 상태 측정은,
    상기 기재의 한쪽면측으로부터 상기 가스 도입 구멍을 향하여 빛을 조사하고,
    상기 기재를 투과하지 않고, 상기 가스 도입 구멍을 통하여 상기 기재의 다른쪽면측에 투과한 상기 빛의 2차원 화상을 취득하고,
    상기 2차원 화상에 근거하여 상기 가스 도입 구멍의 직경, 내벽면의 거칠기 및 수직정도 중 적어도 하나를 측정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 상태분포도의 표시 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 빛은 코히렌트 빛인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 상태분포도의 표시 방법.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 2차원 화상의 주사선에 따른 신호의 경사에 근거하여 상기 가스 도입 구멍의 내벽면 거칠기를 측정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 상태분포도의 표시 방법.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 가스 도입 구멍의 상태 측정은,
    상기 기재의 한쪽면측으로부터 상기 가스 도입 구멍의 개구부 화상을 취득하는 것을 더 구비하고,
    상기 가스 도입 구멍의 상태는, 상기 2차원 화상과 상기 개구부 화상에 근거하여 측정 한 결과를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치용 전극에 설치된 가스 도입 구멍의 상태분포도의 표시 방법.
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