KR20200131172A - 플라즈마 처리 장치, 산출 방법 및 산출 프로그램 - Google Patents

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신스케 오카
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 천정판의 소모 정도를 구하는 것.
[해결수단] 계측부는, 히터의 온도가 일정해지도록 히터에 대한 공급 전력을 제어하여, 플라즈마를 점화하지 않은 미점화 상태와, 플라즈마를 점화하고 나서 히터에 대한 공급 전력이 저하되는 과도 상태에서의 공급 전력을 계측한다. 파라미터 산출부는, 천정판의 두께를 파라미터로서 포함하고, 과도 상태의 공급 전력을 산출하는 산출 모델에 대하여, 계측된 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여 피팅을 행하여 천정판의 두께를 산출한다.

Description

플라즈마 처리 장치, 산출 방법 및 산출 프로그램{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND CALCULATION METHOD}
본 개시는, 플라즈마 처리 장치, 산출 방법 및 산출 프로그램에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 챔버의 상부에 고리형의 코일을 배치하고, 코일에 통전하여 자계를 발생시켜, 반도체 웨이퍼 및 포커스링의 상부에 형성되는 플라즈마 시스의 계면을 평탄화하는 기술이 제안되어 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
특허문헌 1 : 일본특허공개 제2015-201558호 공보
본 개시는, 천정판(天板)의 소모 정도를 구할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일양태에 의한 플라즈마 처리 장치는, 지지부와, 히터 제어부와, 계측부와, 파라미터 산출부를 갖는다. 지지부는, 플라즈마에 면하는 천정판을 착탈 가능하게 지지하고, 천정판의 지지면의 온도를 조정 가능한 히터가 설치되어 있다. 히터 제어부는, 히터가 설정된 설정 온도가 되도록 히터에 대한 공급 전력을 제어한다. 계측부는, 히터 제어부에 의해, 히터의 온도가 일정해지도록 히터에 대한 공급 전력을 제어하여, 플라즈마를 점화하지 않은 미점화 상태와, 플라즈마를 점화하고 나서 히터에 대한 공급 전력이 저하되는 과도 상태에서의 공급 전력을 계측한다. 파라미터 산출부는, 천정판의 두께를 파라미터로서 포함하고, 과도 상태의 공급 전력을 산출하는 산출 모델에 대하여, 계측부에 의해 계측된 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여 피팅을 행하여 천정판의 두께를 산출한다.
본 개시에 의하면, 천정판의 소모 정도를 구할 수 있다.
도 1은, 제1 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는, 제1 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 제어하는 제어부의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은, 천정판의 온도에 영향을 미치는 에너지의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 소모전의 천정판의 에너지의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 소모후의 천정판의 에너지의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6은, 천정판의 온도와 히터에 대한 공급 전력의 변화의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은, 제1 실시형태에 관한 판정 처리의 흐름의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 8은, 제2 실시형태에 관한 지지부의 천정판을 지지하는 지지면을 분할한 분할 영역의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는, 다른 실시형태에 관한 지지부의 천정판을 지지하는 지지면을 분할한 분할 영역의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은, 다른 실시형태에 관한 지지부의 천정판을 지지하는 지지면을 분할한 분할 영역의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본원이 개시하는 플라즈마 처리 장치, 산출 방법 및 산출 프로그램의 실시형태에 관해 상세히 설명한다. 본 개시에서는, 플라즈마 처리 장치의 구체예로서, 플라즈마 에칭을 행하는 장치를 예로 들어 상세히 설명한다. 또, 본 실시형태에 의해, 개시하는 플라즈마 처리 장치, 산출 방법 및 산출 프로그램이 한정되는 것은 아니다. 각 실시형태는, 처리 내용을 모순시키지 않는 범위에서 적절하게 조합하는 것이 가능하다.
그런데, 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼」라고 함)에 대하여 플라즈마를 이용하여 에칭 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다. 예컨대, 용량 결합형 평행 평판의 플라즈마 처리 장치에서는, 웨이퍼를 재치한 재치대와, 재치대의 상부에 배치된 천정판과의 사이에 플라즈마를 생성하여 에칭을 행한다. 플라즈마 처리 장치에서는, 재치대와 천정판 사이의 거리는, 에칭 특성이나 균일성에 관해 중요한 인자의 하나이다.
플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 처리를 실시하면, 천정판의 플라즈마에 노출되는 면이 플라즈마 중의 라디칼이나 이온에 의해 소모된다. 플라즈마 처리 장치는, 천정판의 소모에 의해 재치대와 천정판의 거리가 넓어지면, 에칭 특성이나 균일성이 변동되어 버릴 우려가 있다. 이 때문에, 종래, 플라즈마 처리 장치에서는, 플라즈마 처리의 실시 시간이나 처리한 웨이퍼의 매수로부터 천정판의 교환 시기를 정하고 있다.
그러나, 플라즈마 처리 장치는, 상이한 프로세스 레시피에 의한 처리가 행해지는 경우가 있다. 이 때문에, 플라즈마 처리 장치는, 과거의 실적에 어느 정도 마진을 부여한 교환 시기를 이용해야 하므로, 플라즈마 처리 장치의 생산성이 저하된다.
따라서, 플라즈마 처리 장치에서는, 플라즈마 처리에 의해 소모되는 천정판의 소모 정도를 구하는 기술이 기대되고 있다.
(제1 실시형태)
[플라즈마 처리 장치의 구성]
처음에, 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(10)의 구성에 관해 설명한다. 도 1은, 제1 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)는, 용량 결합형 평행 평판의 플라즈마 처리 장치이다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 대략 원통형의 처리 용기(12)를 구비하고 있다. 처리 용기(12)는, 예컨대 알루미늄으로 구성되어 있다. 또한, 처리 용기(12)의 표면은 양극 산화 처리가 실시되어 있다.
처리 용기(12) 내에는 재치대(16)가 설치되어 있다. 재치대(16)는 정전척(18) 및 베이스(20)를 갖는다. 정전척(18)의 상면은, 플라즈마 처리의 대상이 되는 피처리체가 재치되는 재치면으로 되어 있다. 본 실시형태에서는, 피처리체로서 웨이퍼(W)가 정전척(18)의 상면에 재치된다. 베이스(20)는, 대략 원반형상을 갖고 있고, 주요부가, 예컨대 알루미늄과 같은 도전성의 금속에 의해 구성되어 있다. 베이스(20)는 하부 전극을 구성하고 있다. 베이스(20)는 지지부(14)에 의해 지지되어 있다. 지지부(14)는, 처리 용기(12)의 바닥부로부터 연장되는 원통형의 부재이다.
베이스(20) 상에는 정전척(18)이 설치되어 있다. 정전척(18)은, 쿨롱력 등의 정전력에 의해 웨이퍼(W)를 흡착하여 상기 웨이퍼(W)를 유지한다. 정전척(18)은, 세라믹제의 본체부 내에 정전 흡착용의 전극(E1)이 설치되어 있다. 전극(E1)에는, 스위치(SW1)를 통해 직류 전원(22)이 전기적으로 접속되어 있다. 웨이퍼(W)를 유지하는 흡착력은, 직류 전원(22)으로부터 인가되는 직류 전압의 값에 의존한다.
재치대(16)는, 정전척(18) 상의 웨이퍼(W)의 주위에 포커스링(FR)이 배치된다. 포커스링(FR)은, 플라즈마 처리의 균일성을 향상시키기 위해 설치되어 있다. 포커스링(FR)은, 실행해야 할 플라즈마 처리에 따라서 적절하게 선택되는 재료로 구성되어 있다. 예컨대, 포커스링(FR)은, 실리콘 또는 석영에 의해 구성된다.
정전척(18) 중, 전극(E1)의 하측에는 히터(19)가 설치되어 있다. 히터(19)는, 도시하지 않은 배선을 통해 제1 히터 전원(HP1)에 접속되어 있다. 제1 히터 전원(HP1)은, 제어부(100)로부터 제어하에, 히터(19)에 조정된 전력을 공급한다. 이것에 의해, 히터(19)가 발하는 열이 제어되고, 정전척(18)에 배치된 웨이퍼(W)의 온도가 조정된다. 또, 히터(19)를, 정전척(18)의 웨이퍼(W)가 재치되는 재치면을 분할한 분할 영역마다 개별로 설치하여 분할 영역마다 개별로 온도의 조정을 가능하게 해도 좋다. 또한, 도시하지 않은 전열 가스 공급 기구 및 가스 공급 라인에 의해 전열 가스, 예컨대 He 가스가 정전척(18)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면 사이에 공급되어도 좋다.
베이스(20)의 내부에는 냉매 유로(24)가 형성되어 있다. 냉매 유로(24)에는, 처리 용기(12)의 외부에 설치된 칠러 유닛으로부터 배관(26a)을 통해 냉매가 공급된다. 냉매 유로(24)에 공급된 냉매는, 배관(26b)을 통해 칠러 유닛으로 되돌아간다.
처리 용기(12) 내에는 샤워 헤드(30)가 설치되어 있다. 샤워 헤드(30)는, 재치대(16)의 상측에 있어서 재치대(16)와 대향 배치되어 있다. 재치대(16)와 샤워 헤드(30)는 서로 대략 평행하게 설치되어 있다.
샤워 헤드(30)는, 절연성 차폐 부재(32)를 통해 처리 용기(12)의 상부에 지지되어 있다. 샤워 헤드(30)는, 재치대(16)와 대향하도록 배치된 천정판(34)과, 천정판(34)을 지지하는 지지부(36)를 구비하고 있다.
천정판(34)은, 재치대(16)와 대향하도록 배치되고, 처리 용기(12) 내에 처리 가스를 분출하는 복수의 가스 구멍(34a)이 형성되어 있다. 천정판(34)은, 예컨대 실리콘이나 SiC 등에 의해 형성되어 있다.
지지부(36)는, 도전성 재료, 예컨대 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 등으로 이루어지고, 그 하부에 천정판(34)을 착탈 가능하게 지지할 수 있도록 구성되어 있다.
지지부(36)의 내부에는, 처리 가스를 복수의 가스 구멍(34a)에 공급하기 위한 가스 확산실(36a)이 형성되어 있다. 지지부(36)의 바닥부에는, 가스 확산실(36a)의 하부에 위치하도록 복수의 가스 통류 구멍(36b)이 형성되어 있다. 복수의 가스 통류 구멍(36b)은 복수의 가스 구멍(34a)에 각각 연통하고 있다.
지지부(36)에는, 가스 확산실(36a)에 처리 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(36c)가 형성되어 있다. 가스 도입구(36c)에는 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.
가스 공급관(38)에는, 밸브군(42) 및 유량 제어기군(44)을 통해 가스 소스군(40)이 접속되어 있다. 밸브군(42)은 복수의 개폐 밸브를 갖는다. 유량 제어기군(44)은, 매스플로우 컨트롤러와 같은 복수의 유량 제어기를 갖는다. 또한, 가스 소스군(40)은, 플라즈마 처리에 필요한 복수종의 가스용 가스 소스를 갖는다. 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스는, 대응하는 개폐 밸브 및 대응하는 매스플로우 컨트롤러를 통해 가스 공급관(38)에 접속되어 있다.
플라즈마 처리 장치(10)에서는, 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스 중 선택된 1개 이상의 가스 소스로부터의 1개 이상의 가스가 가스 공급관(38)에 공급된다. 가스 공급관(38)에 공급된 가스는, 가스 확산실(36a)에 이르고, 가스 통류 구멍(36b) 및 가스 구멍(34a)을 통해 처리 공간(S)에 샤워형으로 분산되어 분출된다.
샤워 헤드(30)에는, 천정판(34)의 온도를 조정하기 위한 조온(溫調) 기구가 설치되어 있다. 예컨대, 지지부(36)의 내부에는 냉매 유로(92)가 형성되어 있다. 냉매 유로(92)는, 배관을 통해 처리 용기(12)의 외부에 설치된 칠러 유닛에 접속되어 냉매가 순환 공급된다. 즉, 샤워 헤드(30)는, 조온 기구로서, 냉매 유로(92), 배관 및 칠러 유닛을 포함하는 냉매 순환 시스템을 구축하고 있다. 칠러 유닛은, 후술하는 제어부(100)로부터의 제어 신호를 수취함으로써, 냉매 유로(92)에 공급되는 냉매의 온도 또는 유량을 제어할 수 있게 구성되어 있다. 제어부(100)는, 칠러 유닛으로부터 냉매 유로(92)에 공급하는 냉매의 온도 또는 유량을 제어하는 것에 의해, 천정판(34)의 온도를 제어한다.
또한, 샤워 헤드(30)에는, 지지부(36)의 가스 확산실(36a)의 천정판(34)측의 내부에 히터(93)가 설치되어 있다. 히터(93)는, 천정판(34)의 배치 영역에 대응하는 영역에 설치되어 천정판(34)을 가열한다. 히터(93)는, 도시하지 않은 배선을 통해 제2 히터 전원(HP2)에 접속되어 있다. 제2 히터 전원(HP2)은, 제어부(100)로부터의 제어하에 히터(93)에 조정된 전력을 공급한다. 이것에 의해, 히터(93)가 발하는 열이 제어되고, 천정판(34)의 온도가 개별로 조정된다.
제2 히터 전원(HP2)에는, 히터(93)에 공급하는 공급 전력을 검출하는 전력 검출부(PD)가 설치되어 있다. 또, 전력 검출부(PD)는, 제2 히터 전원(HP2)과는 별도로, 제2 히터 전원(HP2)으로부터 히터(93)로의 전력이 흐르는 배선에 설치해도 좋다. 전력 검출부(PD)는 히터(93)에 공급하는 공급 전력을 검출한다. 예컨대, 전력 검출부(PD)는, 히터(93)에 공급하는 공급 전력으로서 전력량[W]을 검출한다. 히터(93)는 전력량에 따라서 발열한다. 이 때문에, 히터(93)에 공급하는 전력량은 히터 파워를 나타낸다. 전력 검출부(PD)는, 검출한 히터(93)에 대한 공급 전력을 나타내는 전력 데이터를 제어부(100)에 통지한다.
또한, 샤워 헤드(30)는, 히터(93)의 온도를 검출 가능한 도시하지 않은 온도 센서가 설치되어 있다. 온도 센서는, 히터(93)와는 별도로 온도를 측정하는 소자이어도 좋다. 또한, 온도 센서는, 히터(93)로의 전력이 흐르는 배선에 배치되고, 온도 상승에 따라서 전기 저항이 증대하는 성질을 이용하여 온도를 검출하는 소자이어도 좋다. 온도 센서에 의해 검출된 센서값은 온도 측정기(TD)로 보내진다. 온도 측정기(TD)는, 센서값으로부터 히터(93)가 배치된 영역의 온도를 측정한다. 온도 측정기(TD)는, 히터(93)가 배치된 영역의 온도를 나타내는 온도 데이터를 제어부(100)에 통지한다.
상부 전극으로서의 샤워 헤드(30)에는, 도시하지 않은 로우패스 필터(LPF), 정합기(MU1) 및 급전 막대(60)를 통해, 제1 고주파 전원(61)이 전기적으로 접속되어 있다. 제1 고주파 전원(61)은 플라즈마 생성용의 전원이며, 13.56 MHz 이상의 주파수, 예컨대 60 MHz의 RF 전력을 샤워 헤드(30)에 공급한다. 정합기(MU1)는, 제1 고주파 전원(61)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시키는 정합기이다. 정합기(MU1)는, 처리 용기(12) 내에 플라즈마가 생성되었을 때에 제1 고주파 전원(61)의 출력 임피던스와 부하 임피던스가 겉보기상 일치하도록 기능한다. 정합기(MU1)의 출력 단자는 급전 막대(60)의 상단에 접속되어 있다.
하부 전극인 재치대(16)에는, 도시하지 않은 로우패스 필터(LPF), 정합기(MU2)를 통해 제2 고주파 전원(62)이 전기적으로 접속되어 있다. 제2 고주파 전원(62)은, 이온 인입용(바이어스용)의 전원이며, 300 kHz∼13.56 MHz의 범위 내의 주파수, 예컨대 2 MHz의 RF 전력을 재치대(16)에 공급한다. 정합기(MU2)는, 제2 고주파 전원(62)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시키는 정합기이다. 정합기(MU2)는, 처리 용기(12) 내에 플라즈마가 생성되었을 때에 제2 고주파 전원(62)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 겉보기상 일치하도록 기능한다.
플라즈마 처리 장치(10)는 접지 도체(12a)를 더 갖는다. 접지 도체(12a)는 대략 원통형의 접지 도체이며, 처리 용기(12)의 측벽으로부터 상부 전극(30)의 높이 위치보다 상측으로 연장되도록 설치되어 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는, 처리 용기(12)의 내벽을 따라 디포지션 실드(46)를 착탈 가능하게 설치되어 있다. 또한, 디포지션 실드(46)는 지지부(14)의 외주에도 설치되어 있다. 디포지션 실드(46)는, 처리 용기(12)에 에칭 부생물(디포지션)이 부착되는 것을 방지하는 것이며, 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복하는 것에 의해 구성되어 있다. 디포지션 실드(46)는 온도의 제어가 가능하게 되어 있다. 예컨대, 디포지션 실드(46)는, 도시하지 않은 히터가 설치되어, 온도의 제어가 가능하게 되어 있다.
처리 용기(12)의 바닥부측에 있어서는, 지지부(14)와 처리 용기(12)의 내벽 사이에 배기 플레이트(48)가 설치되어 있다. 배기 플레이트(48)는, 예컨대 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복하는 것에 의해 구성되어 있다. 처리 용기(12)는 배기 플레이트(48)의 하측에 배기구(12e)가 설치되어 있다. 배기구(12e)에는 배기관(52)을 통해 배기 장치(50)가 접속되어 있다. 배기 장치(50)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖는다. 배기 장치(50)는, 플라즈마 처리를 실시할 때, 처리 용기(12) 내를 원하는 진공도까지 감압한다. 또한, 처리 용기(12)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입 반출구(12g)가 설치되어 있다. 반입 반출구(12g)는 게이트 밸브(54)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
상기와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(10)는, 제어부(100)에 의해 그 동작이 통괄적으로 제어된다. 제어부(100)는, 예컨대 컴퓨터이며, 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 제어부(100)에 의해 동작이 통괄적으로 제어된다.
[제어부의 구성]
다음으로, 제어부(100)에 관해 상세히 설명한다. 도 2는, 제1 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 제어하는 제어부(100)의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다. 제어부(100)는, 예컨대 컴퓨터이며, 외부 인터페이스(101)와, 프로세스 컨트롤러(102)와, 사용자 인터페이스(103)와, 기억부(104)가 설치되어 있다.
외부 인터페이스(101)는, 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부와 통신 가능하며, 각종 데이터를 입출력한다. 예컨대, 외부 인터페이스(101)에는, 전력 검출부(PD)로부터 히터(93)에 대한 공급 전력을 나타내는 전력 데이터가 입력한다. 또한, 외부 인터페이스(101)에는, 히터(93)가 배치된 영역의 온도를 나타내는 온도 데이터가 입력된다. 또한, 외부 인터페이스(101)는, 히터(93)에 공급하는 공급 전력을 제어하는 제어 데이터를 제2 히터 전원(HP2)에 출력한다.
프로세스 컨트롤러(102)는, CPU(Central Processing Unit)을 구비하며 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다.
사용자 인터페이스(103)는, 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치(10)를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작을 행하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치(10)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 구성되어 있다.
기억부(104)에는, 플라즈마 처리 장치(10)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(102)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이 저장되어 있다. 또한, 기억부(104)에는, 처리 조건 데이터 등이 기억된 레시피, 및 플라즈마 처리를 행하는 데에 있어서의 장치나 프로세스에 관한 파라미터 등이 저장되어 있다. 또한, 기억부(104)에는, 플라즈마 처리를 행하는 데에 있어서의 장치나 프로세스에 관한 파라미터 등이 저장되어 있다. 또, 제어 프로그램이나 레시피, 파라미터는, 컴퓨터로 판독 가능한 컴퓨터 기록 매체(예컨대, 하드디스크, DVD 등의 광디스크, 플렉시블디스크, 반도체 메모리 등)에 기억되어 있어도 좋다. 또한, 제어 프로그램이나 레시피, 파라미터는, 다른 장치에 기억되며, 예컨대 전용 회선을 통해 온라인으로 독출하여 이용되어도 좋다.
프로세스 컨트롤러(102)는, 프로그램이나 데이터를 저장하기 위한 내부 메모리를 가지며, 기억부(104)에 기억된 제어 프로그램을 독출하고, 독출한 제어 프로그램의 처리를 실행한다. 프로세스 컨트롤러(102)는, 제어 프로그램이 동작하는 것에 의해 각종 처리부로서 기능한다. 예컨대, 프로세스 컨트롤러(102)는, 히터 제어부(102a)와, 계측부(102b)와, 파라미터 산출부(102c)와, 설정 온도 산출부(102d)와, 경보부(102e)의 기능을 갖는다. 또, 본 실시형태에서는, 프로세스 컨트롤러(102)가 각종 처리부로서 기능하는 경우를 예를 들어 설명하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 히터 제어부(102a)와, 계측부(102b), 파라미터 산출부(102c), 설정 온도 산출부(102d), 경보부(102e)의 기능을 복수의 컨트롤러로 분산하여 실현해도 좋다.
그런데, 플라즈마 처리에서는, 온도에 의해 처리의 진행이 변화한다. 예컨대, 플라즈마 에칭에서는, 천정판(34)의 온도에 의해 에칭의 진행 속도가 변화한다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 히터(93)에 의해 천정판(34)의 온도를 목표 온도로 제어하는 것을 생각할 수 있다.
여기서, 천정판(34)의 온도에 영향을 미치는 에너지의 흐름을 설명한다. 도 3은, 천정판의 온도에 영향을 미치는 에너지의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 3에는, 천정판(34)이나, 지지부(36)를 포함하는 샤워 헤드(30)가 간략화하여 나타나 있다. 지지부(36)의 내부에는 히터(93)가 설치되어 있다. 또한, 지지부(36)의 내부에는, 히터(93)의 상부에 냉매가 흐르는 냉매 유로(92)가 형성되어 있다.
히터(93)는, 제2 히터 전원(HP2)으로부터 공급되는 공급 전력에 따라서 발열하여 온도가 상승한다. 도 3에서는, 히터(93)에 공급되는 공급 전력을 히터 파워 Ph로서 나타내고 있다. 히터(93)에서는, 히터 파워 Ph를 지지부(36)의 히터(93)가 설치되어 있는 영역의 면적 A로 나눈 단위면적당 발열량(열유속) qh가 생긴다.
플라즈마 처리를 행하고 있는 경우, 천정판(34)에는 플라즈마로부터 입열된다. 도 3에서는, 플라즈마로부터 천정판(34)로의 입열량을 천정판(34)의 면적으로 나눈 단위면적당 플라즈마로부터의 열유속 qp로서 나타내고 있다. 천정판(34)은, 플라즈마로부터의 열유속 qp의 입열이나 복사열 qr의 입열에 의해 온도가 상승한다.
천정판(34)에 전달된 열은 지지부(36)에 전달된다. 여기서, 지지부(36)에는, 천정판(34)의 열이 전부 전달되는 것은 아니고, 천정판(34)과 지지부(36)의 접촉 정도 등, 열전달의 어려움에 따라서 지지부(36)에 열이 전달된다. 열전달의 어려움, 즉 열저항은, 열의 전열 방향에 대한 단면적에 반비례한다. 이 때문에, 도 3에서는, 천정판(34)으로부터 지지부(36)의 표면으로의 열전달의 어려움을, 천정판(34)과 지지부(36)의 천정판(34)을 지지하는 지지면 사이의 단위면적당 열저항 RthㆍA로서 나타내고 있다. 또, A는, 히터(93)가 설치되어 있는 영역의 면적이다. Rth는, 히터(93)가 설치되어 있는 영역 전체에서의 열저항이다. 또한, 도 3에서는, 천정판(34)으로부터 지지부(36) 표면으로의 입열량을, 천정판(34)으로부터 지지부(36) 표면으로의 단위면적당 열유속 q로서 나타내고 있다. 또, 열저항 RthㆍA는, 지지부(36)의 표면 상태나, 열저항 혹은 열전도율에 관여하는 장치 파라미터에 의존한다.
지지부(36)의 표면에 전달된 열은, 지지부(36)의 온도를 상승시키고, 또한 히터(93)에 전달된다. 도 3에서는, 지지부(36) 표면으로부터 히터(93)로의 입열량을, 지지부(36) 표면으로부터 히터(93)로의 단위면적당 열유속 qc로서 나타내고 있다.
한편, 지지부(36)는, 냉매 유로(92)를 흐르는 냉매에 의해 냉각된다. 이 때, 도 3에서는, 지지부(36)로부터 냉매 유로(92)로의 방열량을, 지지부(36)로의 단위면적당 열유속 qb로서 나타내고 있다. 이것에 의해, 히터(93)는, 방열에 의해 냉각되어 온도가 저하된다.
그런데, 천정판(34)은, 플라즈마에 노출되는 면이 플라즈마 중의 라디칼이나 이온에 의해 소모되어 두께가 얇아진다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 천정판(34)이 소모되어 두께가 얇아지면, 플라즈마 처리중의 히터(93)로의 입열량이 변화한다.
여기서, 천정판(34)이 소모에 의한 히터(93)로의 입열량의 변화를 설명한다. 도 4는, 소모전의 천정판(34)의 에너지의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면이다.
히터(93)의 온도가 일정해지도록 제어하고 있는 경우, 히터(93)의 위치에 있어서, 히터(93)에 입열되는 열량 및 히터(93)에서 발생하는 발열량의 총합과, 히터(93)로부터 방열되는 방열량이, 같은 상태가 된다. 도 4는, 천정판(34)의 에너지의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면이다. 예컨대, 플라즈마를 점화하지 않은 미점화 상태에서는, 히터(93)에서 발생하는 발열량의 총합과, 히터(93)로부터 방열되는 방열량이 같은 상태가 된다. 도 4에 있어서, 「미점화 상태」로 한 예에서는, 냉매 유로(92)로부터 냉각에 의해, 히터(93)로부터 「10」의 열량이 방열되고 있다. 히터(93)의 온도가 일정해지도록 제어하고 있는 경우, 히터(93)에는, 제2 히터 전원(HP2)으로부터 히터 파워 Ph에 의해 「10」의 열량이 발생한다.
한편, 예컨대 플라즈마를 점화한 점화 상태에서는, 히터(93)에는, 지지부(36)를 통해 플라즈마로부터도 입열된다. 점화 상태에는 과도 상태와 정상 상태가 있다. 과도 상태는, 예컨대, 천정판(34)이나 지지부(36)에 대한 입열량이 방열량보다 많아, 천정판(34)이나 지지부(36)의 온도가 경시적으로 상승 경향이 되는 상태이다. 정상 상태는, 천정판(34)이나 지지부(36)의 입열량과 방열량이 같아져, 천정판(34)이나 지지부(36)의 온도에 경시적인 상승 경향이 없어지고, 온도가 대략 일정해진 상태이다.
점화 상태의 경우, 천정판(34)은, 정상 상태가 될 때까지 플라즈마로부터의 입열에 의해 온도가 상승한다. 히터(93)에는, 지지부(36)를 통해 천정판(34)으로부터 열이 전달된다. 전술한 바와 같이, 히터(93)의 온도가 일정해지도록 제어하고 있는 경우, 히터(93)에 입열되는 열량과 히터(93)로부터 방열되는 열량은, 같은 상태가 된다. 히터(93)는, 히터(93)의 온도를 일정하게 유지하기 위해 필요한 열량이 저하된다. 이 때문에, 히터(93)에 대한 공급 전력이 저하된다.
예컨대, 도 4에서 「과도 상태」로 한 예에서는, 플라즈마로부터 천정판(34)에 「7」의 열량이 전달된다. 천정판(34)에 전달된 열은 지지부(36)에 전달된다. 또한, 천정판(34)의 온도가 정상 상태가 아닌 경우, 천정판(34)에 전달된 열은 일부가 천정판(34)의 온도 상승에 작용한다. 천정판(34)의 온도 상승에 작용하는 열량은 천정판(34)의 열용량에 의존한다. 이 때문에, 천정판(34)에 전달된 「7」의 열량 중, 「6」의 열량이 천정판(34)으로부터 지지부(36)의 표면에 전달된다. 지지부(36)의 표면에 전달된 열은 히터(93)에 전달된다. 또한, 지지부(36)의 온도가 정상 상태가 아닌 경우, 지지부(36)의 표면에 전달된 열은 일부가 지지부(36)의 온도 상승에 작용한다. 지지부(36)의 온도 상승에 작용하는 열량은 지지부(36)의 열용량에 의존한다. 이 때문에, 지지부(36)의 표면에 전달된 「6」의 열량 중, 「5」의 열량이 히터(93)에 전달된다. 이 때문에, 히터(93)의 온도가 일정해지도록 제어하고 있는 경우, 히터(93)에는, 제2 히터 전원(HP2)으로부터 히터 파워 Ph에 의해 「5」의 열량이 공급된다.
또한, 도 4에서 「정상 상태」로 한 예에서는, 플라즈마로부터 천정판(34)에 「7」의 열량이 전달된다. 천정판(34)에 전달된 열은 지지부(36)에 전달된다. 또한, 천정판(34)의 온도가 정상 상태인 경우, 천정판(34)은 입열량과 출열량이 같은 상태로 되어 있다. 이 때문에, 플라즈마로부터 천정판(34)에 전달된 「7」의 열량이 천정판(34)으로부터 지지부(36)의 표면에 전달된다. 지지부(36)의 표면에 전달된 열은 히터(93)에 전달된다. 지지부(36)의 온도가 정상 상태인 경우, 지지부(36)는 입열량과 출열량이 같은 상태로 되어 있다. 이 때문에, 지지부(36)의 표면에 전달된 「7」의 열량이 히터(93)에 전달된다. 이 때문에, 히터(93)의 온도가 일정해지도록 제어하고 있는 경우, 히터(93)에는, 제2 히터 전원(HP2)으로부터 히터 파워 Ph에 의해 「3」의 열량이 공급된다.
도 5는, 소모후의 천정판(34)의 에너지의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면이다. 천정판(34)은, 소모된 것에 의해 도 4보다 두께가 얇아졌다.
미점화 상태에서는, 천정판(34)이 소모되어 두께가 얇아진 경우에도, 도 4에 나타낸 소모전의 경우와 에너지의 흐름은 동일해진다. 도 5에서 「미점화 상태」로 한 예에서는, 냉매 유로(92)로부터 냉각에 의해, 히터(93)로부터 「10」의 열량이 방열되고 있다. 히터(93)의 온도가 일정해지도록 제어하고 있는 경우, 히터(93)에는, 제2 히터 전원(HP2)으로부터 히터 파워 Ph에 의해 「10」의 열량이 발생한다.
한편, 점화 상태에서는, 히터(93)에는, 지지부(36)를 통해 플라즈마로부터도 입열한다. 천정판(34)이 소모되어 두께가 얇아진 경우, 천정판(34)의 가열 시간이 단축된다.
예컨대, 도 5에서 「과도 상태」로 한 예에서는, 플라즈마로부터 천정판(34)에 「7」의 열량이 전달된다. 천정판(34)에 전달된 열은 지지부(36)에 전달된다. 또한, 천정판(34)의 온도가 정상 상태가 아닌 경우, 천정판(34)에 전달된 열은 일부가 천정판(34)의 온도 상승에 작용한다. 예컨대, 천정판(34)이 소모되어 두께가 얇아진 경우, 천정판(34)에 전달된 「7」의 열량 중, 「6.5」의 열량이 천정판(34)으로부터 지지부(36)의 표면에 전달된다. 지지부(36)의 표면에 전달된 열은 히터(93)에 전달된다. 또한, 지지부(36)의 온도가 정상 상태가 아닌 경우, 지지부(36)의 표면에 전달된 열은 일부가 지지부(36)의 온도 상승에 작용한다. 지지부(36)의 온도 상승에 작용하는 열량은 지지부(36)의 열용량에 의존한다. 이 때문에, 지지부(36)의 표면에 전달된 「6.5」의 열량 중, 「6」의 열량이 히터(93)에 전달된다. 이 때문에, 히터(93)의 온도가 일정해지도록 제어하고 있는 경우, 히터(93)에는, 제2 히터 전원(HP2)으로부터 히터 파워 Ph에 의해 「4」의 열량이 공급된다.
또한, 도 5에서 「정상 상태」로 한 예에서는, 플라즈마로부터 천정판(34)에 「7」의 열량이 전달된다. 천정판(34)에 전달된 열은 지지부(36)에 전달된다. 또한, 천정판(34)의 온도가 정상 상태인 경우, 천정판(34)은 입열량과 출열량이 같은 상태로 되어 있다. 이 때문에, 플라즈마로부터 천정판(34)에 전달된 「7」의 열량이 천정판(34)으로부터 지지부(36)의 표면에 전달된다. 지지부(36)의 표면에 전달된 열은 히터(93)에 전달된다. 지지부(36)의 온도가 정상 상태인 경우, 지지부(36)는 입열량과 출열량이 같은 상태로 되어 있다. 이 때문에, 지지부(36)의 표면에 전달된 「7」의 열량이 히터(93)에 전달된다. 이 때문에, 히터(93)의 온도가 일정해지도록 제어하고 있는 경우, 히터(93)에는, 제2 히터 전원(HP2)으로부터 히터 파워 Ph에 의해 「3」의 열량이 공급된다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 히터(93)에 대한 공급 전력은, 미점화 상태보다 점화 상태쪽이 저하된다. 또한, 점화 상태에서는, 히터(93)에 대한 공급 전력이 정상 상태가 될 때까지 저하된다. 또한, 과도 상태에서는, 플라즈마로부터의 입열량이 동일하더라도, 천정판(34)의 두께에 따라 히터(93)에 대한 공급 전력이 변화한다.
또한, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 히터(93)의 온도가 일정해지도록 제어하고 있는 경우, 「미점화 상태」, 「과도 상태」, 「정상 상태」의 어느 상태에서도, 베이스(20)로부터 냉각에 의해, 히터(93)로부터 「10」의 열량이 방열되고 있다. 즉, 히터(93)로부터 지지부(36)의 내부에 형성된 냉매 유로(92)에 공급되는 냉매로 향하는 단위면적당 열유속 qb는 항상 일정해지고, 히터(93)로부터 냉매까지의 온도 구배도 항상 일정하다. 그 때문에, 히터(93)의 온도가 일정해지도록 제어하기 위해 이용되는 온도 센서는, 반드시 히터(93)에 직접 부착할 필요는 없다. 예컨대, 히터(HT)와 냉매까지의 사이라면, 히터(HT)와 온도 센서 사이의 온도차도 항상 일정하고, 히터(HT) 온도와 센서의 사이에 있는 재질이 갖는 열전도율, 열저항 등을 이용하여 온도 센서와 히터(HT) 사이의 온도차(ΔT)를 산출하고, 온도 센서에 의해 검출되는 온도의 값에 온도차(ΔT)를 가산함으로써, 히터(HT)의 온도로서 출력하는 것이 가능하며, 실제의 히터(HT)의 온도가 일정해지도록 제어할 수 있다.
도 6은, 천정판(34)의 온도와 히터(93)에 대한 공급 전력의 변화의 일례를 나타내는 도면이다. 도 6의 예는, 히터(93)의 온도가 일정해지도록 제어하고, 플라즈마를 점화하지 않은 미점화 상태로부터 플라즈마를 점화하여, 천정판(34)의 온도와 히터(93)에 대한 공급 전력을 측정한 결과의 일례를 나타내고 있다. 도 6의 실선은, 신품(소모전)의 천정판(34)의 경우의 히터(93)에 대한 공급 전력의 변화를 나타내고 있다. 도 6의 파선은, 신품일 때보다 두께가 얇아진 소모후의 천정판(34)의 경우의 히터(93)에 대한 공급 전력의 변화를 나타내고 있다.
도 6의 기간 T1은, 플라즈마를 점화하지 않은 미점화 상태이다. 기간 T1에서는, 히터(93)에 대한 공급 전력이 일정하게 되어 있다. 도 6의 기간 T2는, 플라즈마를 점화한 점화 상태이며, 과도 상태이다. 기간 T2에서는, 히터(93)에 대한 공급 전력이 저하된다. 또한, 기간 T2에서는, 천정판(34)의 온도가 일정한 온도까지 상승한다. 도 6의 기간 T3은, 플라즈마를 점화한 점화 상태이다. 기간 T3에서는, 천정판(34)의 온도는 일정하며, 정상 상태로 되어 있다. 지지부(36)도 정상 상태가 되면, 히터(93)에 대한 공급 전력은 대략 일정해지고, 저하되는 경향의 변동이 안정된다.
도 6의 기간 T2에 나타내는 과도 상태에서의 히터(93)에 대한 공급 전력의 저하의 경향은, 플라즈마로부터 천정판(34)으로의 입열량이나, 천정판(34)과 지지부(36)의 표면 사이의 열저항, 천정판(34)의 두께 등에 의해 변화한다.
이와 같이, 히터(93)의 온도를 일정하게 제어하고 있는 경우, 히터 파워 Ph는, 플라즈마로부터 천정판(34)으로의 입열량이나, 천정판(34)과 지지부(36)의 표면 사이의 열저항, 천정판(34)의 두께에 의해 변화한다. 따라서, 도 6에 나타내는 기간 T2의 히터(93)에 대한 공급 전력의 그래프는, 플라즈마로부터 천정판(34)으로의 입열량이나, 천정판(34)과 지지부(36)의 표면 사이의 열저항, 천정판(34)의 두께를 파라미터로 하여 모델화할 수 있다. 즉, 기간 T2의 히터(93)에 대한 공급 전력의 변화는, 플라즈마로부터 천정판(34)으로의 입열량이나, 천정판(34)과 지지부(36)의 표면 사이의 열저항, 천정판(34)의 두께를 파라미터로 하여, 연산식에 의해 모델화할 수 있다.
본 실시형태에서는, 도 6의 기간 T2의 히터(93)에 대한 공급 전력의 변화를 단위면적당의 식으로서 모델화한다. 예컨대, 플라즈마를 점화하고 나서의 경과 시간을 t로 하고, 경과 시간 t에서의 히터 파워 Ph를 Ph(t)로 하고, 경과 시간 t에서의 플라즈마로부터의 열유속이 있을 때의 단위면적당 히터(93)로부터의 발열량 qh를 qh(t)로 한다. 이 경우, 경과 시간 t에서의 플라즈마로부터의 열유속이 있을 때의 단위면적당 히터(93)로부터의 발열량 qh(t)은, 이하의 식(2)과 같이 나타낼 수 있다. 또한, 플라즈마를 점화하지 않고, 플라즈마로부터의 열유속이 없을 때의 정상 상태에서의 단위면적당 히터(93)로부터의 발열량 qh_off는, 이하의 식(3)과 같이 나타낼 수 있다. 또한, 지지부(36)의 천정판(34)을 지지하는 지지면과 히터(93) 사이의 단위면적당 열저항 RthcㆍA는, 이하의 식(4)과 같이 나타낼 수 있다. 열유속 qp은, 플라즈마가 발생한 경우와, 발생하지 않은 경우에서 변화한다. 플라즈마가 발생했을 때의 플라즈마로부터 웨이퍼(W)로의 단위면적당 열유속 qp을 열유속 qp_on으로 한다. 플라즈마로부터 천정판(34)으로의 단위면적당 열유속 qp_on, 및, 지지부(36)의 천정판(34)을 지지하는 지지면과 히터(93) 사이의 단위면적당 열저항 RthㆍA를 파라미터로 하여, a1, a2, a3, λ1, λ2, τ1, τ2를 이하의 식(5)-(11)과 같이 나타낸다. 이 경우, 플라즈마로부터의 열유속이 있을 때의 단위면적당 히터(93)로부터의 발열량 qh(t)은, 이하의 식(1)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서,
Ph(t)는, 경과 시간 t에서의 플라즈마로부터의 열유속이 있을 때의 히터 파워[W]이다.
Ph_off는, 플라즈마로부터의 열유속이 없을 때의 정상 상태에서의 히터 파워[W/㎡]이다.
qh(t)는, 경과 시간 t에서의 플라즈마로부터의 열유속이 있을 때의 단위면적당 히터(93)로부터의 발열량[W/㎡]이다.
qh_off는, 플라즈마로부터의 열유속이 없을 때의 정상 상태에서의 단위면적당 히터(93)로부터의 발열량[W/㎡]이다.
RthㆍA는, 천정판(34)과 지지부(36)의 천정판(34)을 지지하는 지지면 사이의 단위면적당 열저항[Kㆍ㎡/W]이다.
RthcㆍA는, 지지부(36)의 천정판(34)을 지지하는 지지면과 히터(93) 사이의 단위면적당 열저항[Kㆍ㎡/W]이다.
A는, 히터(93)가 설치되어 있는 영역의 면적[㎡]이다.
ρUL은, 천정판(34)의 밀도[kg/㎥]이다.
CUL은, 천정판(34)의 단위면적당 열용량[J/Kㆍ㎡]이다.
zUL은, 천정판(34)의 두께[m]이다.
ρc는, 지지부(36)의 밀도[kg/㎥]이다.
Cc는, 지지부(36)의 단위면적당 열용량[J/Kㆍ㎡]이다.
zc는, 지지부(36)의 천정판(34)을 지지하는 지지면으로부터 히터(93)까지의 거리[m]이다.
κc는, 지지부(36)의 열전도율[W/Kㆍm]이다.
t는, 플라즈마를 점화하고 나서의 경과 시간[sec]이다.
식(5)에 나타낸 a1에 관해, 1/a1이 천정판(34)이 따뜻해지기 어려운 것을 나타내는 시정수가 된다. 또한, 식(6)에 나타낸 a2에 관해, 1/a2가 지지부(36)의 열이 들어가기 어려운 것, 따뜻해지기 어려운 것을 나타내는 시정수가 된다. 또한, 식(7)에 나타낸 a3에 관해, 1/a3이 지지부(36)의 열이 침투하기 어려운 것, 따뜻해지기 어려운 것을 나타내는 시정수가 된다.
천정판(34)의 밀도 ρUL 및 천정판(34)의 단위면적당 열용량 CUL은, 천정판(34)의 실제 구성으로부터 각각 미리 정해진다. 지지부(36)의 밀도 ρc, 지지부(36)의 단위면적당 열용량 Cc, 지지부(36)의 열전도 κc는, 지지부(36)의 실제 구성으로부터 각각 미리 정해진다. 지지부(36)의 천정판(34)을 지지하는 지지면으로부터 히터(93)까지의 거리 zc 및 히터(93)가 설치되어 있는 영역의 면적 A는, 플라즈마 처리 장치(10)의 실제 구성으로부터 각각 미리 정해진다. RthcㆍA는, 열전도 κc, 거리 zc로부터 식(4)에 의해 미리 정해진다.
천정판(34)의 두께 zUL은, 신품의 천정판(34)인 경우, 특정한 값으로 정해지지만, 에칭에 의해 소모되어 값이 변화한다. 따라서, 소모된 경우는, 천정판(34)의 두께 zUL도 파라미터가 된다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 여러가지 프로세스 레시피에 의한 플라즈마 처리가 행해지는 경우가 있다. 플라즈마 처리시의 플라즈마로부터 천정판(34)으로의 입열량이나, 천정판(34)과 지지부(36)의 표면 사이의 열저항은, 이하와 같이 구할 수 있다.
예컨대, 플라즈마 처리 장치(10)는, 신품의 천정판(34)을 배치하여 플라즈마 처리를 실행하고, 플라즈마 처리중의 히터(93)의 히터 파워 Ph를 계측한다.
플라즈마를 점화하고 나서의 경과 시간 t마다의 플라즈마로부터의 열유속이 있을 때의 히터 파워 Ph(t), 및, 플라즈마로부터의 열유속이 없을 때의 정상 상태에서의 히터 파워 Ph_off는, 플라즈마 처리 장치(10)를 이용한 계측에 의해 구할 수 있다. 그리고, 식(2)에 나타낸 바와 같이, 구한 히터 파워 Ph(t)를 히터(93)의 면적 A로 나누는 것에 의해, 플라즈마로부터의 열유속이 있을 때의 단위면적당 히터(93)로부터의 발열량 qh(t)을 구할 수 있다. 또한, 식(3)에 나타낸 바와 같이, 구한 히터 파워 Ph_off를 히터(93)의 면적 A로 나누는 것에 의해, 플라즈마로부터의 열유속이 없을 때의 정상 상태에서의 단위면적당 히터(93)로부터의 발열량 qh_off를 구할 수 있다. 천정판(34)의 두께 zUL은, 신품의 천정판(34)의 경우, 신품의 천정판(34)의 두께값을 이용할 수 있다. 신품의 천정판(34)의 두께는, 사용자 인터페이스(103) 등으로부터 입력시켜 기억부(104)에 기억시키고, 기억부(104)에 기억된 값을 이용해도 좋다. 또한, 신품의 천정판(34)의 두께는, 다른 계측 장치로 계측된 값을 네트워크 등을 통해 취득해도 좋다.
그리고, 열유속 qp 및 열저항 RthㆍA는, 상기 식(1)-(11)을 산출 모델로서 이용하여, 계측 결과의 피팅을 행하는 것에 의해 구할 수 있다.
즉, 플라즈마 처리 장치(10)는, 신품의 천정판(34) 등, 천정판(34)의 두께가 정해지는 경우, 계측 결과를 이용하여 식(1)-(11)에 대하여 피팅을 행하는 것에 의해, 열유속 qp 및 열저항 RthㆍA를 구할 수 있다.
또, 도 4 및 도 5의 정상 상태는, 미점화 상태로부터, 플라즈마로부터 천정판(34)으로의 입열분이, 그대로 히터(93)에 입열로서 증가하고 있다. 이 때문에, 플라즈마로부터 천정판(34)으로의 입열량은, 도 6의 기간 T1에 나타낸 미점화 상태의 공급 전력과 기간 T3에 나타낸 정상 상태의 공급 전력의 값의 차로부터 산출해도 좋다. 예컨대, 열유속 qp은, 이하의 (12)식과 같이, 플라즈마로부터의 열유속이 없을 때(미점화 상태)의 히터 파워 Ph_off와 기간 T3에 나타낸 정상 상태의 히터 파워 Ph의 차를 단위면적당으로 환산한 값으로부터 산출할 수 있다. 또한, 열유속 qp은, 이하의 (12)식과 같이, 단위면적당 히터(93)로부터의 발열량 qh_off와, 단위면적당 히터(93)로부터의 발열량 qh의 차로부터 산출할 수 있다.
qp=(Ph_off-Ph)/A=qh_off-qh (12)
이와 같이, 플라즈마 처리시의 플라즈마로부터 천정판(34)으로의 입열량이나, 천정판(34)과 지지부(36)의 표면 사이의 열저항이 구해진다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 반입 반출되는 각 웨이퍼(W)에 동일한 플라즈마 처리를 실시한다. 이 경우, 각 플라즈마 처리에서의 플라즈마로부터 천정판(34)으로의 입열량이나, 천정판(34)과 지지부(36)의 표면 사이의 열저항은, 동일하다고 간주할 수 있다. 입열량이나 열저항이 구해져 있는 경우, 천정판(34)의 두께 zUL은 이하와 같이 구할 수 있다.
예컨대, 플라즈마 처리 장치(10)는, 플라즈마 처리를 실행하고, 플라즈마 처리중인 히터(93)의 히터 파워 Ph를 계측한다.
플라즈마를 점화하고 나서의 경과 시간 t마다의 플라즈마로부터의 열유속이 있을 때의 히터 파워 Ph(t), 및, 플라즈마로부터의 열유속이 없을 때의 정상 상태에서의 히터 파워 Ph_off는, 플라즈마 처리 장치(10)에서의 계측 결과로부터 구할 수 있다. 그리고, 식(2)에 나타낸 바와 같이, 구한 히터 파워 Ph(t)를 히터(93)의 면적 A로 나누는 것에 의해, 플라즈마로부터의 열유속이 있을 때의 단위면적당 히터(93)로부터의 발열량 qh(t)을 구할 수 있다. 또한, 식(3)에 나타낸 바와 같이, 구한 히터 파워 Ph_off를 히터(93)의 면적 A로 나누는 것에 의해, 플라즈마로부터의 열유속이 없을 때의 정상 상태에서의 단위면적당 히터(93)로부터의 발열량 qh_off를 구할 수 있다. 열유속 qp 및 열저항 RthㆍA는, 예컨대 신품의 천정판(34)을 이용하여 구한 값을 이용한다.
그리고, 천정판(34)의 두께 zUL은, 상기 식(1)-(11)을 산출 모델로서 이용하여, 계측 결과의 피팅을 행하는 것에 의해 구할 수 있다.
즉, 플라즈마 처리 장치(10)는, 열유속 qp 및 열저항 RthㆍA가 정해져 있는 경우, 계측 결과를 이용하 식(1)-(11)에 대하여 피팅을 행하는 것에 의해, 천정판(34)의 두께 zUL을 구할 수 있다.
또한, 도 6에 나타내는 기간 T2의 천정판(34)의 온도의 그래프도, 플라즈마로부터 천정판(34)으로의 입열량이나, 천정판(34)과 지지부(36)의 표면 사이의 열저항, 천정판(34)의 두께를 파라미터로 하여 모델화할 수 있다. 본 실시형태에서는, 기간 T2의 천정판(34)의 온도 변화를 단위면적당의 식으로서 모델화한다. 예컨대, 열유속 qp, 열저항 RthㆍA 및 두께 zUL을 파라미터로 하고, 식(5)-(11)에 나타낸 a1, a2, a3, λ1, λ2, τ1, τ2를 이용한 경우, 경과 시간 t에서의 천정판(34)의 온도 TUL(t)는, 이하의 식(13)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
여기서,
TUL(t)는, 경과 시간 t에서의 천정판(34)의 온도[℃]이다.
Th는, 일정하게 제어한 히터(93)의 온도[℃]이다.
히터(93)의 온도 Th는, 실제로 천정판(34)의 온도를 일정하게 제어했을 때의 조건으로부터 구할 수 있다.
열유속 qp, 열저항 RthㆍA 및 두께 zUL이 구해진 경우, 천정판(34)의 온도 TUL(t)는, 식(13)로부터 산출할 수 있다.
경과 시간 t이, 식(10), (11)에 나타낸 시정수 τ1, τ2보다 충분히 긴 경우, 식(13)은, 이하의 식(14)와 같이 생략할 수 있다. 즉, 도 6의 기간 T3인 정상 상태로 이행한 후의 천정판(34)의 온도 TUL(t)가 목표 온도가 되는 히터(93)의 온도 Th를 산출하는 경우, 식(13) 식(14)와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00003
예컨대, 식(14)에 의해, 히터(93)의 온도 Th, 열유속 qp, 열저항 RthㆍA, RthcㆍA로부터 천정판(34)의 온도 TUL(t)를 구할 수 있다.
도 2로 되돌아간다. 히터 제어부(102a)는 히터(93)의 온도를 제어한다. 예컨대, 히터 제어부(102a)는, 히터(93)에 대한 공급 전력을 지시하는 제어 데이터를 제2 히터 전원(HP2)에 출력하여, 제2 히터 전원(HP2)으로부터 히터(93)에 공급하는 공급 전력을 제어하는 것에 의해, 히터(93)의 온도를 제어한다.
플라즈마 처리시에, 히터 제어부(102a)에는 히터(93)의 목표로 하는 설정 온도가 설정된다. 이 목표로 하는 온도는, 예컨대 플라즈마 에칭의 정밀도가 가장 양호해지는 온도이다.
히터 제어부(102a)는, 플라즈마 처리시에, 히터(93)가 설정된 설정 온도가 되도록 히터(93)에 대한 공급 전력을 제어한다. 예컨대, 히터 제어부(102a)는, 외부 인터페이스(101)에 입력하는 온도 데이터가 나타내는 히터(93)가 배치된 영역의 온도를 설정 온도와 비교한다. 히터 제어부(102a)는, 비교 결과로부터, 설정 온도에 대하여 온도가 낮은 경우, 히터(93)에 대한 공급 전력을 증가시키고, 설정 온도에 대하여 온도가 높은 경우, 히터(93)에 대한 공급 전력을 감소시키는 제어 데이터를 제2 히터 전원(HP2)에 출력한다.
계측부(102b)는 히터(93)에 대한 공급 전력을 계측한다. 본 실시형태에서는, 계측부(102b)는, 외부 인터페이스(101)에 입력하는 전력 데이터가 나타내는 히터(93)에 대한 공급 전력을 이용하여, 히터(93)에 대한 공급 전력을 계측한다. 예컨대, 계측부(102b)는, 히터 제어부(102a)에 의해, 히터(93)의 온도가 일정해지도록 히터(93)에 대한 공급 전력을 제어한 상태로 플라즈마 처리를 실시하여, 히터(93)에 대한 공급 전력을 계측한다. 예컨대, 계측부(102b)는, 플라즈마 처리의 개시전의 플라즈마가 미점화 상태에서의 히터(93)에 대한 공급 전력을 계측한다. 또한, 계측부(102b)는, 플라즈마를 점화하고 나서 히터(93)에 대한 공급 전력이 저하되는 경향의 변동이 안정되기까지의 과도 상태에서의 히터(93)에 대한 공급 전력을 계측한다. 또한, 계측부(102b)는, 플라즈마를 점화한 후, 히터(93)에 대한 공급 전력의 저하가 없어져 안정된 정상 상태에서의 히터(93)에 대한 공급 전력을 계측한다. 미점화 상태에서의 히터(93)에 대한 공급 전력은, 적어도 하나 계측되어 있으면 되며, 복수회 계측하여 평균치를 미점화 상태의 공급 전력으로 해도 좋다. 과도 상태 및 정상 상태에서의 히터(93)에 대한 공급 전력은, 2회 이상 계측되어 있으면 된다. 공급 전력을 계측하는 계측 타이밍은, 공급 전력이 저하되는 경향이 큰 타이밍을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 계측 타이밍은, 계측 횟수가 적은 경우, 미리 정해진 기간 이상 떨어져 있는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 계측부(102b)는, 플라즈마 처리의 기간중, 미리 정해진 주기(예컨대 0.1초 주기)로 히터(93)에 대한 공급 전력을 계측한다. 이것에 의해, 과도 상태 및 정상 상태에서의 히터(93)에 대한 공급 전력이 다수 계측된다.
계측부(102b)는, 미리 정해진 사이클로, 미점화 상태와 과도 상태의 히터(93)에 대한 공급 전력을 계측한다. 예컨대, 계측부(102b)는, 천정판(34)이 교환되고, 소모되지 않은 신품의 천정판(34)과 웨이퍼(W)를 재치대(16)에 재치하여 플라즈마 처리를 행할 때에, 미점화 상태와 과도 상태의 히터(93)에 대한 공급 전력을 계측한다. 또한, 계측부(102b)는, 웨이퍼(W)가 교환되고, 교환된 웨이퍼(W)를 재치대(16)에 재치하여 플라즈마 처리를 행할 때에, 매회 혹은 미리 정해진 횟수마다, 미점화 상태와 과도 상태의 히터(93)에 대한 공급 전력을 계측한다. 또, 예컨대, 파라미터 산출부(102c)는, 플라즈마 처리마다, 미점화 상태와 과도 상태의 히터(93)에 대한 공급 전력을 계측해도 좋다.
파라미터 산출부(102c)는, 신품의 천정판(34)을 재치대(16)에 재치하여 플라즈마 처리를 실행했을 때에 계측부(102b)에 의해 계측된 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여 입열량 및 열저항을 산출한다.
우선, 파라미터 산출부(102c)는, 미점화 상태에서 온도를 미리 정해진 온도로 유지하기 위한 히터(93)에서의 발열량을 산출한다. 예컨대, 파라미터 산출부(102c)는, 미점화 상태에서의 히터(93)에 대한 공급 전력으로부터, 미점화 상태의 히터 파워 Ph_off를 산출한다.
그리고, 파라미터 산출부(102c)는, 천정판(34)과 재치대(16) 사이의 열저항, 점화 상태에서 플라즈마로부터 재치대(16)에 유입되는 입열량을 산출한다. 예컨대, 파라미터 산출부(102c)는, 입열량 및 열저항을 파라미터로 하여, 과도 상태의 공급 전력을 산출하는 산출 모델에 대하여, 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여 피팅을 행하여, 입열량 및 열저항을 산출한다.
예컨대, 파라미터 산출부(102c)는, 경과 시간 t마다의 미점화 상태에서의 히터(93)의 히터 파워 Ph_off를 구한다. 또한, 파라미터 산출부(102c)는, 경과 시간 t마다의 과도 상태에서의 히터(93)의 히터 파워 Ph(t)를 구한다. 파라미터 산출부(102c)는, 구한 히터 파워 Ph_off를 히터(93)의 면적 A로 나누는 것에 의해, 경과 시간 t마다의 미점화 상태의 단위면적당 히터(93)로부터의 발열량 qh_off를 구한다. 또한, 파라미터 산출부(102c)는, 구한 히터 파워 Ph(t)를 히터(93)의 면적 A로 나누는 것에 의해, 경과 시간 t마다의 과도 상태의 단위면적당 히터(93)로부터의 발열량 qh(t)을 구한다.
그리고, 파라미터 산출부(102c)는, 상기 식(1)-(11)을 산출 모델로서 이용하여, 경과 시간 t마다의 발열량 qh(t) 및 발열량 qh_off의 피팅을 행하여, 오차가 가장 작아지는 열유속 qp 및 열저항 RthㆍA를 산출한다. 천정판(34)의 두께 zUL은, 신품의 천정판(34)의 두께값을 이용한다.
또, 파라미터 산출부(102c)는, 미점화 상태의 공급 전력과 정상 상태의 공급 전력의 차로부터, 플라즈마로부터 웨이퍼(W)로의 입열량을 산출해도 좋다. 예컨대, 파라미터 산출부(102c)는, (12)식을 이용하여, 미점화 상태의 히터 파워 Ph_off와 정상 상태의 히터 파워 Ph의 차를 히터(93)의 면적 A로 나누는 것으로부터 열유속 qp을 산출해도 좋다.
또, 플라즈마 처리 장치(10)에서의 플라즈마 처리시에, 열유속 qp 및 열저항 RthㆍA가 실험이나 다른 수법 등으로 사전에 판명되어 있는 경우, 열유속 qp 및 열저항 RthㆍA는 산출하지 않아도 좋다.
다음으로, 파라미터 산출부(102c)는, 웨이퍼(W)가 교환되고, 교환된 웨이퍼(W)를 재치대(16)에 재치하여 플라즈마 처리를 행할 때에 계측부(102b)에 의해 계측된 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여, 천정판(34)의 두께 zUL을 산출한다.
우선, 파라미터 산출부(102c)는, 미점화 상태에서 온도를 미리 정해진 온도로 유지하기 위한 히터(93)에서의 발열량을 산출한다. 예컨대, 파라미터 산출부(102c)는, 미점화 상태에서의 히터(93)에 대한 공급 전력으로부터, 미점화 상태의 히터 파워 Ph_off를 산출한다.
그리고, 파라미터 산출부(102c)는, 천정판(34)의 두께 zUL을 산출한다. 예컨대, 파라미터 산출부(102c)는, 천정판(34)의 두께 zUL을 파라미터로 하여, 과도 상태의 공급 전력을 산출하는 산출 모델에 대하여, 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여 피팅을 행하여, 천정판(34)의 두께 zUL을 산출한다.
예컨대, 파라미터 산출부(102c)는, 경과 시간 t마다의 미점화 상태에서의 히터(93)의 히터 파워 Ph_off를 구한다. 또한, 파라미터 산출부(102c)는, 경과 시간 t마다의 과도 상태에서의 히터(93)의 히터 파워 Ph(t)를 구한다. 파라미터 산출부(102c)는, 구한 히터 파워 Ph_off를 히터(93)의 면적 A로 나누는 것에 의해, 경과 시간 t마다의 미점화 상태의 단위면적당 히터(93)로부터의 발열량 qh_off를 구한다. 또한, 파라미터 산출부(102c)는, 구한 히터 파워 Ph(t)를 히터(93)의 면적 A로 나누는 것에 의해, 경과 시간 t마다의 과도 상태의 단위면적당 히터(93)로부터의 발열량 qh(t)을 구한다.
그리고, 파라미터 산출부(102c)는, 상기 식(1)-(11)을 산출 모델로서 이용하여, 천정판(34)의 두께 zUL의 피팅을 행하여, 오차가 가장 작아지는 천정판(34)의 두께 zUL을 산출한다. 열유속 qp 및 열저항 RthㆍA는, 예컨대 신품의 천정판(34)을 이용하여 구한 값을 이용한다. 또, 열유속 qp 및 열저항 RthㆍA가 실험이나 다른 수법 등으로 사전에 판명되어 있는 경우는, 판명된 열유속 qp 및 열저항 RthㆍA의 값을 이용해도 좋다.
이것에 의해, 본 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(10)는, 소모된 천정판(34)의 두께 zUL을 두께를 구할 수 있다.
여기서, 플라즈마 처리를 계속하면, 천정판(34)은 소모된다. 이 때문에, 플라즈마 처리 장치는, 적시에 천정판(34)의 두께를 파악하는 것은 중요하다. 그러나, 천정판(34)은 처리 용기(12) 내에 설치되어 있기 때문에 직접 측정할 수 없다. 따라서, 종래, 플라즈마 처리 장치에서는, 처리한 웨이퍼(W)의 매수 등 과거의 실적으로부터 교환 시기를 결정하고, 교환 시기마다 천정판(34)을 교환한다.
그러나, 플라즈마 처리 장치는, 상이한 프로세스 레시피에 의한 처리가 행해지는 경우가 있다. 이 때문에, 플라즈마 처리 장치는, 과거의 실적에 어느 정도 마진을 부여한 교환 시기를 이용해야 하므로, 플라즈마 처리 장치의 생산성이 저하된다.
따라서, 예컨대, 처리 용기(12) 내에 광파이버를 이용한 광학식 막두께 계측기 등의 센서를 배치하여 센서로 천정판(34)의 두께를 계측하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 플라즈마 처리 장치(10)는, 처리 용기(12) 내에 센서를 배치하면 제조 비용이 상승한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10)는, 처리 용기(12) 내에 센서를 배치하면, 센서가 특이점이 되고, 특이점의 주위에서 플라즈마 처리의 균일성이 저하된다. 이 때문에, 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기(12) 내에 센서를 배치하지 않고 천정판(34)의 두께를 구하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(10)는, 처리 용기(12) 내에 천정판(34)의 두께를 계측하는 전용의 센서를 배치하지 않고 천정판(34)의 두께를 구할 수 있고, 천정판(34)의 두께로부터 천정판(34)의 소모 정도를 구할 수 있다. 이와 같이, 본 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(10)는, 천정판(34)의 두께를 구할 수 있기 때문에, 다음과 같이 사용할 수도 있다. 예컨대, 플라즈마 처리 장치(10)를 복수 배치하고, 웨이퍼(W)의 에칭을 행하는 시스템에 있어서, 천정판(34)의 소모량이 적은 플라즈마 처리 장치(10)로 처리하는 웨이퍼(W)를 늘리도록 제어하여, 플라즈마 처리 장치(10)의 메인터넌스 타이밍을 맞춘다. 이것에 의해, 시스템 전체에서의 메인터넌스에서의 정지 시간을 짧게 할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있다.
설정 온도 산출부(102d)는, 산출된 입열량, 열저항, 천정판(34)의 두께 zUL을 이용하여, 천정판(34)이 목표 온도가 되는 히터(93)의 설정 온도를 산출한다. 예컨대, 설정 온도 산출부(102d)는, 산출된 열유속 qp, 열저항 RthㆍA, 및, 천정판(34)의 두께 zUL을 식(5), (6), (12)에 대입하여, 식(5)-(11)에 나타낸 a1, a2, a3, λ1, λ2, τ1, τ2를 구한다. 설정 온도 산출부(102d)는, 구한 a1, a2, a3, λ1, λ2, τ1, τ2를 이용하여, 식(12)로부터 천정판(34)의 온도 TUL(t)가 목표 온도가 되는 히터(93)의 온도 Th를 산출한다. 예컨대, 설정 온도 산출부(102d)는, 경과 시간 t을 정상 상태로 간주할 수 있을 정도의 큰 미리 정해진 값으로서, 천정판(34)의 온도 TUL(t)가 목표 온도가 되는 히터(93)의 온도 Th를 산출한다. 산출되는 히터(93)의 온도 Th는, 천정판(34)의 온도가 목표 온도가 되는 히터(93)의 온도이다. 또, 천정판(34)의 온도가 목표 온도가 되는 히터(93)의 온도 Th는, 식(13)로부터 구해도 좋다.
또, 설정 온도 산출부(102d)는, 식(14)로부터 현재의 히터(93)의 온도 Th에서의 천정판(34)의 온도 TUL(t)를 산출해도 좋다. 예컨대, 설정 온도 산출부(102d)는, 현재의 히터(93)의 온도 Th에서, 경과 시간 t을 정상 상태로 간주할 수 있을 정도의 큰 미리 정해진 값으로 한 경우의 천정판(34)의 온도 TUL(t)를 산출한다. 다음으로, 설정 온도 산출부(102d)는, 산출한 온도 TUL(t)와 목표 온도의 차분 ΔTW를 산출한다. 그리고, 설정 온도 산출부(102d)는, 현재의 히터(93)의 온도 Th로부터 차분 ΔTW를 뺀 온도를, 천정판(34)의 온도가 목표 온도가 되는 히터(93)의 온도로 산출해도 좋다.
설정 온도 산출부(102d)는, 히터 제어부(102a)의 히터(93)의 설정 온도를, 천정판(34)의 온도가 목표 온도가 되는 히터(93)의 온도로 수정한다.
이것에 의해, 본 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(10)는, 플라즈마 처리중인 천정판(34)의 온도를 목표 온도로 정밀하게 제어할 수 있다.
경보부(102e)는, 파라미터 산출부(102c)에 의해 미리 정해진 사이클로 산출되는 천정판(34)의 두께 zUL의 변화에 기초하여 경보를 행한다. 예컨대, 경보부(102e)는, 천정판(34)의 두께 zUL이 교환 시기를 나타내는 미리 정해진 규정치 이하가 된 경우 경보를 행한다. 경보는, 공정 관리자나 플라즈마 처리 장치(10)의 관리자 등에게 교환 시기를 통지할 수 있다면, 어떤 방식이어도 좋다. 예컨대, 경보부(102e)는, 사용자 인터페이스(103)에게 교환 시기를 통지하는 메시지를 표시한다.
이것에 의해, 본 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(10)는, 천정판(34)이 소모되어 교환 시기가 된 것을 통지할 수 있다.
[처리의 흐름]
다음으로, 플라즈마 처리 장치(10)가 천정판(34)의 두께를 산출하는 산출 처리를 포함하고, 산출된 천정판(34)의 두께로부터 천정판(34)의 교환 시기를 판정하는 판정 처리의 흐름에 관해 설명한다. 도 7은, 제1 실시형태에 관한 판정 처리의 흐름의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 이 판정 처리는, 미리 정해진 타이밍, 예컨대, 플라즈마 처리 장치(10)가 플라즈마 처리를 개시하는 타이밍에 각각 실행된다.
히터 제어부(102a)는, 히터(93)가 설정 온도가 되도록 히터(93)에 대한 공급 전력을 제어한다(단계 S10).
계측부(102b)는, 히터 제어부(102a)가 히터(93)의 온도가 일정한 설정 온도가 되도록 히터(93)에 대한 공급 전력을 제어하고 있는 상태에서, 미점화 상태와 과도 상태에서의 히터(93)에 대한 공급 전력을 계측한다(단계 S11).
파라미터 산출부(102c)는, 천정판(34)의 두께가 기지인지 판정한다(단계 S12). 예컨대, 천정판(34)이 교환된 후의 최초의 플라즈마 처리인 경우, 천정판(34)이 신품이라면, 설계 치수를 알고 있어, 천정판(34)의 두께가 기지라고 판정한다. 또한, 중고의 천정판(34)으로 교환하는 경우, 교환전에 미리 마이크로미터 등으로 천정판(34)의 두께를 계측했다면, 천정판(34)의 두께는 기지라고 판단한다. 또, 천정판(34)의 두께가 기지인지 아닌지를 사용자 인터페이스(103)로부터 입력시키고, 파라미터 산출부(102c)는 입력 결과를 이용하여 천정판(34)의 두께가 기지인지 아닌지 판정해도 좋다. 예컨대, 플라즈마 처리 장치(10)는, 사용자 인터페이스(103)로부터 천정판(34)의 두께를 입력 가능하게 한다. 파라미터 산출부(102c)는, 사용자 인터페이스(103)로부터 천정판(34)의 두께가 입력된 경우, 천정판(34)의 두께가 기지인지 아닌지 판정해도 좋다. 또, 신품의 천정판(34) 등, 두께가 기지인 천정판(34)의 두께값을 기억부(104)에 기억시켜 두고, 사용자 인터페이스(103)로부터 천정판(34)의 두께를 선택적으로 입력 가능하게 해도 좋다.
천정판(34)의 두께가 기지인 경우(단계 S12 : 예), 파라미터 산출부(102c)는, 계측부(102b)에 의해 계측된 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여, 열저항 및 입열량을 산출한다(단계 S13). 예컨대, 파라미터 산출부(102c)는, 상기 식(1)-(11)을 산출 모델로서 이용하여, 경과 시간 t마다의 발열량 qh(t) 및 발열량 qh_off의 피팅을 행하여, 오차가 가장 작아지는 열유속 qp 및 열저항 RthㆍA를 산출한다. 천정판(34)의 두께 zUL은, 기지인 천정판(34)의 두께값을 이용한다.
파라미터 산출부(102c)는, 산출된 열유속 qp 및 열저항 RthㆍA를 기억부(104)에 기억하고(단계 S14), 처리를 종료한다.
천정판(34)의 두께가 기지가 아닌 경우(단계 S12 : 아니오), 파라미터 산출부(102c)는, 계측부(102b)에 의해 계측된 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여, 천정판(34)의 두께 zUL을 산출한다(단계 S15). 예컨대, 파라미터 산출부(102c)는, 상기 식(1)-(11)을 산출 모델로서 이용하여, 천정판(34)의 두께 zUL의 피팅을 행하여, 오차가 가장 작아지는 천정판(34)의 두께 zUL을 산출한다. 열유속 qp 및 열저항 RthㆍA는, 예컨대 단계 S14에서 기억부(104)에 기억한 값을 이용한다.
경보부(102e)는, 파라미터 산출부(102c)에 의해 산출된 천정판(34)의 두께 zUL이 미리 정해진 규정치 이하인지를 판정한다(단계 S16). 천정판(34)의 두께 zUL이 미리 정해진 규정치 이하가 아닌 경우(단계 S16 : 아니오), 처리를 종료한다.
한편, 천정판(34)의 두께 zUL이 미리 정해진 규정치 이하인 경우(단계 S16 : 예), 경보부(102e)는 경보를 행하고(단계 S17), 처리를 종료한다.
이와 같이, 본 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(10)는, 지지부(36)와, 히터 제어부(102a)와, 계측부(102b)와, 파라미터 산출부(102c)를 갖는다. 지지부(36)는, 플라즈마에 면하는 천정판(34)을 착탈 가능하게 지지하고, 천정판(34)의 지지면의 온도를 조정 가능한 히터(93)가 설치되어 있다. 히터 제어부(102a)는, 히터(93)가 설정된 설정 온도가 되도록 히터(93)에 대한 공급 전력을 제어한다. 계측부(102b)는, 히터 제어부(102a)에 의해, 히터(93)의 온도가 일정해지도록 히터(93)에 대한 공급 전력을 제어하여, 플라즈마를 점화하지 않은 미점화 상태와, 플라즈마를 점화하고 나서 상기 히터에 대한 공급 전력이 저하되는 과도 상태에서의 공급 전력을 계측한다. 파라미터 산출부(102c)는, 천정판(34)의 두께 zUL을 파라미터로서 포함하고, 과도 상태의 공급 전력을 산출하는 산출 모델에 대하여, 계측부(102b)에 의해 계측된 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여 피팅을 행하여, 천정판(34)의 두께 zUL을 산출한다. 이것에 의해, 플라즈마 처리 장치(10)는 천정판(34)의 두께를 구할 수 있고, 천정판(34)의 두께로부터 천정판(34)의 소모 정도를 구할 수 있다.
또한, 계측부(102b)는, 미리 정해진 사이클로, 미점화 상태와 과도 상태에서의 공급 전력을 계측한다. 파라미터 산출부(102c)는, 미리 정해진 사이클마다, 계측된 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여 천정판(34)의 두께 zUL을 각각 산출한다. 경보부(102e)는, 파라미터 산출부(102c)에 의해 산출되는 천정판(34)의 두께 zUL의 변화에 기초하여 경보를 행한다. 이것에 의해, 플라즈마 처리 장치(10)는, 천정판(34)이 소모되어 교환 시기가 된 것을 통지할 수 있다.
(제2 실시형태)
다음으로, 제2 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(10)의 개략적인 구성을 설명한다. 제2 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(10)는, 제1 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(10)와 동일한 구성이기 때문에, 동일한 부분에 동일한 부호를 붙여 설명을 생략하고, 다른 부분에 관해 주로 설명한다.
제2 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 지지부(36)의 천정판(34)을 지지하는 지지면을 복수의 분할 영역으로 분할하고, 각각의 분할 영역에 히터(93)를 설치하고 있다. 도 8은, 제2 실시형태에 관한 지지부(36)의 천정판(34)을 지지하는 지지면을 분할한 분할 영역의 일례를 나타내는 도면이다. 지지부(36)는, 천정판(34)을 지지하는 지지면(80)을 갖는다. 지지면(80)은, 복수의 분할 영역(75)으로 분할되고, 각각의 분할 영역(81)에 히터(93)가 설치되어 있다. 예컨대, 지지면(80)은, 도 8에 나타낸 바와 같이, 중앙의 원형의 분할 영역(81a) 및 고리형의 분할 영역(81b)으로 분할되어 있다. 분할 영역(81a, 81b)에는,= 각각 히터(93)가 설치되어 있다. 각 분할 영역(81)에는, 히터(93)의 온도를 검출 가능한 도시하지 않은 온도 센서가 설치된다. 본 실시형태에서는, 지지면(80)을 2개의 분할 영역(81a, 75b)으로 나눠 온도 제어하는 경우를 예를 들어 설명하지만, 분할 영역(81)의 수는 2개에 한정되지 않고, 3개 이상이어도 좋다. 각 히터(93)는, 도시하지 않은 배선을 통해 제2 히터 전원(HP2)에 개별로 접속되어 있다. 제2 히터 전원(HP2)은, 제어부(100)로부터의 제어하에, 각 히터(93)에 조정된 전력을 공급한다. 이것에 의해, 각 히터(93)가 발하는 열이 개별로 제어된다.
히터 제어부(102a)는, 분할 영역(81)마다 설치된 히터(93)가 분할 영역(81)마다 설정된 설정 온도가 되도록 히터(93)마다 공급 전력을 제어한다. 예컨대, 히터 제어부(102a)는, 외부 인터페이스(101)에 입력하는 온도 데이터가 나타내는 재치 영역(18a)의 각 분할 영역(81)의 온도를, 분할 영역(81)마다 상기 분할 영역(81)의 설정 온도와 비교한다. 히터 제어부(102a)는, 비교 결과를 이용하여, 설정 온도에 대하여 온도가 낮은 분할 영역(81) 및 설정 온도에 대하여 온도가 높은 분할 영역(81)을 특정한다. 히터 제어부(102a)는, 설정 온도에 대하여 온도가 낮은 분할 영역(81)에 대한 공급 전력을 증가시키고, 설정 온도에 대하여 온도가 높은 분할 영역(81)에 대한 공급 전력을 감소시키는 제어 데이터를 제2 히터 전원(HP2)에 출력한다.
계측부(102b)는, 히터 제어부(102a)에 의해, 히터(93)마다 온도가 일정해지도록 공급 전력을 제어하여, 미점화 상태와 과도 상태에서의 공급 전력을 히터(93)마다 계측한다. 본 실시형태에서는, 계측부(102b)는, 외부 인터페이스(101)에 입력하는 전력 데이터가 나타내는 히터(93)에 대한 공급 전력을 이용하여, 히터(93)에 대한 공급 전력을 계측한다.
파라미터 산출부(102c)는, 히터(93)마다 산출 모델에 대하여, 계측부(102b)에 의해 계측된 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여 피팅을 행하여, 히터(93)마다 천정판(34)의 두께를 산출한다.
이와 같이, 본 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(10)는, 지지부(36)가, 지지면(80)을 분할한 분할 영역(81)마다 히터(93)가 개별로 설치되어 있다. 히터 제어부(102a)는, 분할 영역(81)마다 설치된 히터(93)가 분할 영역(81)마다 설정된 설정 온도가 되도록 히터(93)마다 공급 전력을 제어한다. 계측부(102b)는, 히터 제어부(102a)에 의해, 히터(93)마다 온도가 일정해지도록 공급 전력을 제어하여, 미점화 상태와 과도 상태에서의 공급 전력을 히터(93)마다 계측한다. 파라미터 산출부(102c)는, 히터(93)마다 산출 모델에 대하여, 계측부(102b)에 의해 계측된 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여 피팅을 행하여, 히터(93)마다 천정판(34)의 두께를 산출한다. 이것에 의해, 본 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(10)는, 플라즈마 처리 장치(10)는, 분할 영역(81)마다 천정판(34)의 두께를 구할 수 있고, 분할 영역(81)마다 천정판(34)의 소모 정도를 구할 수 있다.
이상, 실시형태에 관해 설명했지만, 이번에 개시된 실시형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 실제로, 상기 실시형태는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 상기 실시형태는, 청구범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 여러가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.
예컨대, 전술한 플라즈마 처리 장치(10)는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치(10)였지만, 임의의 플라즈마 처리 장치(10)에 채용될 수 있다. 예컨대, 플라즈마 처리 장치(10)는, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치(10), 마이크로파와 같은 표면파에 의해 가스를 여기시키고 플라즈마 처리 장치(10)와 같이, 임의의 타입의 플라즈마 처리 장치(10)이어도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 천정판(34)을 샤워 헤드(30)의 일부로 하고, 가스를 분출하는 가스 구멍(34a)이 다수 형성되어 있는 경우를 예를 들어 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 천정판(34)은, 중앙에 가스를 분출하는 가스 구멍(34a)이 형성되고, 다른 부분은 가스 구멍(34a)이 없는 평판형으로 형성되어 있어도 좋다. 또한, 처리 용기(12)의 측면으로부터 가스가 공급되고, 천정판(34)은, 전면이 가스 구멍(34a)이 없는 평판형으로 형성되어 있어도 좋다. 또한, 천정판(34)은, 플라즈마측의 면이 복수로 분할되어 구성되어 있어도 좋다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10)는, 재치대(16)의 상측에, 샤워 헤드(30)에 더하여, 천정판으로서, 샤워 헤드(30)의 주위에 링부재가 배치되어도 좋다.
또한, 상기 제2 실시형태에서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 지지면(80)을 직경 방향으로 2개의 분할 영역(81)으로 분할한 경우를 예를 들어 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 지지면(80)은 둘레 방향으로 분할되어도 좋다. 예컨대, 분할 영역(81b)은 둘레 방향으로 분할되어도 좋다. 도 9는, 다른 실시형태에 관한 지지부의 천정판을 지지하는 지지면을 분할한 분할 영역의 일례를 나타내는 도면이다. 도 9에서는, 분할 영역(81b)은, 둘레 방향으로 8개의 분할 영역(81)(81b1∼75b8)으로 분할되어 있다. 도 10은, 다른 실시형태에 관한 지지부의 천정판을 지지하는 지지면을 분할한 분할 영역의 일례를 나타내는 도면이다. 도 10에서는, 지지면(80)은, 중앙의 원형의 분할 영역(81)과, 상기 원형의 분할 영역(81)을 둘러싸는 동심형의 복수의 고리형의 분할 영역으로 분할되어 있다. 또한, 고리형의 분할 영역은, 둘레 방향으로 복수의 분할 영역(81)으로 분할되어 있다. 각 분할 영역(81)에는 히터(93)가 각각 개별로 설치된다. 히터 제어부(102a)는, 분할 영역(81)에 설치된 히터(93)가 영역마다 설정된 설정 온도가 되도록 히터(93)마다 공급 전력을 제어한다. 계측부(102b)는, 히터 제어부(102a)에 의해, 히터(93)마다 온도가 일정해지도록 공급 전력을 제어하여, 미점화 상태와 과도 상태에서의 공급 전력을 히터(93)마다 계측한다. 파라미터 산출부(102c)는, 히터(93)마다 산출 모델에 대하여, 계측부(102b)에 의해 계측된 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여 피팅을 행하여, 히터(93)마다 천정판(34)의 두께 zUL을 산출한다. 이것에 의해, 플라즈마 처리 장치(10)는, 분할 영역(81)마다 천정판(34)의 두께 zULR를 구할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 샤워 헤드(30)와 재치대(16)에 각각 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 생성하는 경우를 예를 들어 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 플라즈마의 생성 방법은 어떤 방식을 이용해도 좋다. 예컨대, 재치대(16)에 상이한 2개의 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 생성해도 좋다.

Claims (5)

  1. 플라즈마에 면하는 천정판(天板)을 착탈 가능하게 지지하고, 상기 천정판의 지지면의 온도를 조정 가능한 히터가 설치된 지지부와,
    상기 히터가 설정된 설정 온도가 되도록 상기 히터에 대한 공급 전력을 제어하는 히터 제어부와,
    상기 히터 제어부에 의해, 상기 히터의 온도가 일정해지도록 상기 히터에 대한 공급 전력을 제어하여, 플라즈마를 점화하지 않은 미점화 상태와, 플라즈마를 점화하고 나서 상기 히터에 대한 공급 전력이 저하되는 과도 상태에서의 공급 전력을 계측하는 계측부와,
    상기 천정판의 두께를 파라미터로서 포함하고, 상기 과도 상태의 공급 전력을 산출하는 산출 모델에 대하여, 상기 계측부에 의해 계측된 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여 피팅을 행하여, 상기 천정판의 두께를 산출하는 파라미터 산출부
    를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지부는, 상기 지지면을 분할한 영역마다 상기 히터가 개별로 설치되고,
    상기 히터 제어부는, 상기 영역마다 설치된 상기 히터가 상기 영역마다 설정된 설정 온도가 되도록 상기 히터마다 공급 전력을 제어하고,
    상기 계측부는, 상기 히터 제어부에 의해, 상기 히터마다 온도가 일정해지도록 공급 전력을 제어하여, 상기 미점화 상태와 상기 과도 상태에서의 공급 전력을 상기 히터마다 계측하고,
    상기 파라미터 산출부는, 상기 히터마다, 상기 산출 모델에 대하여, 상기 계측부에 의해 계측된 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여 피팅을 행하여, 상기 히터마다 상기 천정판의 두께를 산출하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 계측부는, 미리 정해진 사이클로, 상기 미점화 상태와 상기 과도 상태에서의 공급 전력을 계측하고,
    상기 파라미터 산출부는, 상기 미리 정해진 사이클마다, 계측된 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여, 상기 천정판의 두께를 각각 산출하고,
    상기 파라미터 산출부에 의해 산출되는 상기 천정판의 두께 변화에 기초하여, 경보(alert)를 행하는 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 플라즈마에 면하는 천정판을 착탈 가능하게 지지하고, 상기 천정판의 지지면의 온도를 조정 가능한 히터가 설치된 지지부의 상기 히터가 설정된 설정 온도가 되도록 상기 히터에 대한 공급 전력을 제어하여, 플라즈마를 점화하지 않은 미점화 상태와, 플라즈마를 점화하고 나서 상기 히터에 대한 공급 전력이 저하되는 과도 상태에서의 공급 전력을 계측하고,
    상기 천정판의 두께를 파라미터로서 포함하고, 상기 과도 상태의 공급 전력을 산출하는 산출 모델에 대하여, 계측된 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여 피팅을 행하여, 상기 천정판의 두께를 산출하는 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 산출 방법.
  5. 플라즈마에 면하는 천정판을 착탈 가능하게 지지하고, 상기 천정판의 지지면의 온도를 조정 가능한 히터가 설치된 지지부의 상기 히터가 설정된 설정 온도가 되도록 상기 히터에 대한 공급 전력을 제어하여, 플라즈마를 점화하지 않은 미점화 상태와, 플라즈마를 점화하고 나서 상기 히터에 대한 공급 전력이 저하되는 과도 상태에서의 공급 전력을 계측하고,
    상기 천정판의 두께를 파라미터로서 포함하고, 상기 과도 상태의 공급 전력을 산출하는 산출 모델에 대하여, 계측된 미점화 상태와 과도 상태의 공급 전력을 이용하여 피팅을 행하여, 상기 천정판의 두께를 산출하는 처리를 컴퓨터에 실행시키는 것을 특징으로 하는 산출 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능한 저장 매체.
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