KR20230117695A - 에칭 제어 방법 및 에칭 제어 시스템 - Google Patents

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KR20230117695A
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유스케 다마카와
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 프로세스의 운전 비용을 절감한다.
[해결수단] 에칭 제어 방법은 공정 a), 공정 b) 및 공정 c)를 포함한다. 공정 a)에서는, 기판이 실리는 스테이지 상의 영역을 둘러싸도록 배치된 링 어셈블리의 표면의 복수의 위치에서 측정된 링 어셈블리의 높이의 정보를 포함하는 형상 데이터를 수집한다. 공정 b)에서는, 미리 수집된 형상 데이터와, 플라즈마 에칭에 의해 기판에 형성되는 오목부의 틸팅의 각도가 허용 범위 내의 각도가 되기 위한 링 어셈블리 근방의 시스의 분포를 제어 가능한 제어량의 관계를 나타내는 관계 모델을 이용하여, 공정 a)에서 수집된 형상 데이터로부터 제어량을 특정한다. 공정 c)에서는, 특정된 제어량을 적용함으로써, 링 어셈블리 근방의 시스의 분포를 제어한다.

Description

에칭 제어 방법 및 에칭 제어 시스템{ETCHING CONTROL METHOD AND ETCHING CONTROL SYSTEM}
본 개시는 에칭 제어 방법 및 에칭 제어 시스템에 관한 것이다.
플라즈마를 이용하는 에칭 장치에서, 기판의 외주부 부근에서의 플라즈마의 분포의 균일성을 높이기 위해서, 처리 대상인 기판이 실리는 스테이지의 주위에 링 어셈블리가 설치된다. 그러나, 플라즈마를 이용한 에칭의 과정에서 기판과 함께 링 어셈블리도 서서히 깎여 버린다. 링 어셈블리가 깎이면, 기판의 외주부 부근에서의 플라즈마의 분포의 균일성이 저하하여, 기판의 외주부 부근에서, 에칭에 의해 기판에 형성되는 오목부가 기울어지는, 소위 틸팅이 발생한다. 틸팅의 발생은, 반도체 칩의 품질을 악화시켜, 생산성을 저하시키는 요인이 될 우려가 있다.
그래서, 하기 특허문헌 1에서는, 링 어셈블리의 소모의 정도를 추정하여, 링 어셈블리의 소모의 정도가 미리 정해진 소모의 정도를 넘은 경우에, 링 어셈블리에 공급되는 직류 전압의 변경이나 링 어셈블리를 상방으로 들어올리는 기술이 개시되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허공개 2020-9839호 공보
본 개시는, 링 어셈블리의 교환 빈도를 줄임으로써 프로세스의 운전 비용을 절감할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 에칭 제어 방법은 공정 a), 공정 b) 및 공정 c)를 포함한다. 공정 a)에서는, 기판이 실리는 스테이지 상의 영역을 둘러싸도록 배치된 링 어셈블리의 표면의 복수의 위치에서 측정된 링 어셈블리의 높이의 정보를 포함하는 형상 데이터를 수집한다. 공정 b)에서는, 미리 수집된 형상 데이터와, 플라즈마에칭에 의해 기판에 형성되는 오목부의 틸팅의 각도가 허용 범위 내의 각도가 되기 위한 링 어셈블리 근방의 시스의 분포를 제어 가능한 제어량의 관계를 나타내는 관계 모델을 이용하여, 공정 a)에서 수집된 형상 데이터로부터 제어량을 특정한다. 공정 c)에서는, 특정된 제어량을 적용함으로써 링 어셈블리 근방의 시스의 분포를 제어한다.
본 개시에 의하면 프로세스의 운전 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 기판 처리 시스템의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 처리 모듈의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3a는 틸팅과 시스의 분포의 관계의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3b는 틸팅과 시스의 분포의 관계의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3c는 틸팅과 시스의 분포의 관계의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 에칭 레이트의 분포의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 거리 센서의 배치의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 링 어셈블리의 형상 데이터를 수집하는 과정의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 링 어셈블리의 형상 데이터를 수집하는 과정의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 실측 데이터의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 제1 실시형태에서의 에칭 제어 방법의 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 10은 모델 테이블의 일례를 도시하는 도면이다.
도 11은 제2 실시형태에서의 에칭 제어 방법의 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 12는 제3 실시형태에서의 에칭 제어 방법의 일례를 도시하는 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본원이 개시하는 에칭 제어 방법 및 에칭 제어 시스템의 실시형태에 관해서 상세히 설명한다. 또한, 본 실시형태로 인해서 개시하는 에칭 제어 방법 및 에칭 제어 시스템이 한정되는 것은 아니다.
그런데, 링 어셈블리의 소모의 정도는, 반송 아암 등의 기준 위치로부터 링 어셈블리의 표면의 1 개소까지의 거리를 측정하여, 측정된 거리와 소모되지 않은 링 어셈블리에서 측정된 거리를 비교함으로써 파악되는 경우가 있다. 그러나, 링 어셈블리의 표면의 1 개소에서의 소모의 정도를 측정하는 것만으로는 링 어셈블리 전체의 소모의 정도를 정확하게 파악할 수 없는 경우가 있어, 링 어셈블리의 소모의 정도가 많게 어림잡히는 경우가 있다. 링 어셈블리의 소모의 정도가 많게 어림잡히면, 링 어셈블리의 교환 빈도가 많아지고, 프로세스의 운전 비용이 증가한다.
그래서, 본 개시는, 링 어셈블리의 소모의 정도를 보다 정밀도 좋게 측정함으로써, 링 어셈블리의 교환 빈도를 줄여 프로세스의 운전 비용을 절감할 수 있는 기술을 제공한다.
(제1 실시형태)
[기판 처리 시스템(1)의 구성]
도 1은 기판 처리 시스템(1)의 구성의 일례를 도시하는 시스템 구성도이다. 도 1에서는 편의적으로 일부 장치의 내부의 구성 요소가 투과되도록 도시되어 있다. 기판 처리 시스템(1)은 장치 본체(10)와 장치 본체(10)를 제어하는 제어 장치(20)를 구비한다.
장치 본체(10)는 진공 반송 모듈(11), 막 두께 측정 모듈(12), 복수의 로드록 모듈(13), 대기 반송 모듈(14) 및 복수의 처리 모듈(30)을 구비한다. 진공 반송 모듈(11)의 측벽에는, 게이트 밸브(G1)를 통해 막 두께 측정 모듈(12)이 접속되어 있고, 게이트 밸브(G2)를 통해 복수의 처리 모듈(30)이 접속되어 있다.
막 두께 측정 모듈(12)은 기판(W)의 막 두께를 측정한다. 본 실시형태에서, 막 두께 측정 모듈(12)은, 기판(W)의 표면을 촬영한 화상으로부터, 기판(W)의 상면에 형성되어 있는 에칭 대상인 막의 두께를 측정한다. 기판(W)의 막 두께의 측정 방법으로서는 예컨대 일본 특허공개 2021-148791에 개시되어 있는 방법을 이용할 수 있다. 그리고, 막 두께 측정 모듈(12)은 기판(W)의 막 두께의 분포의 데이터를 제어 장치(20)에 출력한다.
각각의 처리 모듈(30)은 플라즈마를 이용하여 기판(W)에 대하여 에칭을 행한다. 또한, 도 1의 예에서는, 진공 반송 모듈(11)에 6개의 처리 모듈(30)이 접속되어 있지만, 진공 반송 모듈(11)에 접속되는 처리 모듈(30)의 수는, 6개보다 많아도 좋고, 6개보다 적어도 좋다.
진공 반송 모듈(11)의 다른 측벽에는 게이트 밸브(G3)를 통해 복수의 로드록 모듈(13)이 접속되어 있다. 도 1의 예에서는, 진공 반송 모듈(11)에 2개의 로드록 모듈(13)이 접속되어 있지만, 진공 반송 모듈(11)에 접속되는 로드록 모듈(13)의 수는, 2개보다 많아도 좋고, 2개보다 적어도 좋다.
진공 반송 모듈(11) 내에는 반송 아암(111)을 갖는 반송 로봇(110)이 배치되어 있다. 반송 로봇(110)은, 반송 아암(111)에 의해, 막 두께 측정 모듈(12), 로드록 모듈(13) 및 처리 모듈(30) 사이에서 기판(W)을 반송한다. 진공 반송 모듈(11) 내는 대기압보다 낮은 압력 분위기로 유지된다.
각각의 로드록 모듈(13)의 측벽에는 게이트 밸브(G3)를 통해 진공 반송 모듈(11)이 접속되어 있고, 다른 측벽에는 게이트 밸브(G4)를 통해 대기 반송 모듈(14)이 접속되어 있다. 기판(W)이 게이트 밸브(G4)를 통해 대기 반송 모듈(14)로부터 로드록 모듈(13) 내로 반입된 경우, 게이트 밸브(G4)가 닫히고, 로드록 모듈(13) 내의 압력이 대기압으로부터 미리 정해진 압력까지 내려가게 된다. 그리고, 게이트 밸브(G3)가 열리고, 로드록 모듈(13) 내의 기판(W)이 반송 로봇(110)에 의해서 진공 반송 모듈(11) 내로 반출된다.
또한, 로드록 모듈(13) 내가 대기압보다 낮은 압력으로 되어 있는 상태에서, 반송 로봇(110)에 의해서 게이트 밸브(G3)를 통해 진공 반송 모듈(11)로부터 로드록 모듈(13) 내로 기판(W)이 반입되고, 게이트 밸브(G3)가 닫힌다. 그리고, 로드록 모듈(13) 내의 압력이 대기압까지 올라가게 된다. 그리고, 게이트 밸브(G4)가 열리고, 로드록 모듈(13) 내의 기판(W)이 대기 반송 모듈(14) 내로 반출된다.
게이트 밸브(G4)가 설치된 대기 반송 모듈(14)의 측벽과는 별도의 대기 반송 모듈(14)의 측벽에는, 복수의 로드 포트(15)가 설치되어 있다. 각각의 로드 포트(15)에는, 복수의 기판(W)을 수용 가능한 FOUP(Front Opening Unified Pod) 등의 용기가 접속된다. 또한, 대기 반송 모듈(14)에는, 기판(W)의 방향을 변경하는 얼라이너 모듈 등이 설치되어도 좋다. 대기 반송 모듈(14) 내의 압력은 대기압이다.
대기 반송 모듈(14) 내에는 반송 로봇(140)이 설치되어 있다. 반송 로봇(140)은 로드록 모듈(13)과 로드 포트(15)에 접속된 용기 사이에서 기판(W)을 반송한다. 대기 반송 모듈(14)의 상부에는, FFU(Fan Filter Unit) 등이 설치되어 있고, 파티클 등이 제거된 공기가 상부로부터 대기 반송 모듈(14) 내로 공급되어, 대기 반송 모듈(14) 내에 다운플로우가 형성된다. 또한, 본 실시형태에서, 대기 반송 모듈(14) 내는 대기압 분위기이지만, 다른 형태로서, 대기 반송 모듈(14) 내의 압력은 양압(陽壓)이 되도록 제어되어도 좋다. 이에 따라, 외부로부터 대기 반송 모듈(14) 내로 파티클 등이 침입하는 것을 억제할 수 있다.
제어 장치(20)는, 본 개시에서 설명되는 다양한 공정을 처리 모듈(30)을 포함하는 장치 본체(10)에 실행시키는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 처리한다. 제어 장치(20)는, 여기서 설명되는 다양한 공정을 실행하기 위해 장치 본체(10)의 각 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에서, 제어 장치(20)의 일부 또는 전부가 장치 본체(10)에 포함되어도 좋다. 제어 장치(20)는 처리부(20a1), 기억부(20a2) 및 통신 인터페이스(20a3)를 포함하여도 좋다. 제어 장치(20)는 예컨대 컴퓨터(20a)에 의해 실현된다. 처리부(20a1)는, 기억부(20a2)로부터 프로그램을 독출하고, 독출된 프로그램을 실행함으로써 다양한 제어 동작을 행하도록 구성될 수 있다. 이 프로그램은 미리 기억부(20a2)에 저장되어 있어도 좋고, 필요할 때에 매체를 통해 취득되어도 좋다. 취득된 프로그램은 기억부(20a2)에 저장되고, 처리부(20a1)에 의해서 기억부(20a2)로부터 독출되어 실행된다. 매체는, 컴퓨터(20a)에 읽어들이는 것이 가능한 다양한 기억 매체라도 좋고, 통신 인터페이스(20a3)에 접속되어 있는 통신 회선이라도 좋다. 기억부(20a2)에는, 프로그램 외에, 레시피 및 레시피의 실행 시에 참조되는 데이터 등도 저장되어 있다. 처리부(20a1)는 CPU(Central Pro cessing Unit)라도 좋다. 기억부(20a2)는 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid St ate Drive) 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다. 통신 인터페이스(20a3)는 LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 통해 장치 본체(10)와의 사이에서 통신하여도 좋다.
[처리 모듈(30)의 구성]
도 2는 처리 모듈(30)의 일례를 도시하는 개략 단면도이다. 본 실시형태에서, 처리 모듈(30)은 용량 결합형의 플라즈마 에칭 장치이다. 처리 모듈(30)은 플라즈마 처리 챔버(31), 배기 시스템(34), 가스 공급부(35) 및 전원(36)을 포함한다. 또한, 처리 모듈(30)은 기판 지지부(32) 및 가스 도입부를 포함한다. 가스 도입부는 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 챔버(31) 내에 도입하도록 구성된다. 가스 도입부는 샤워 헤드(33)를 포함한다. 기판 지지부(32)는 플라즈마 처리 챔버(31) 내에 배치된다. 샤워 헤드(33)는 기판 지지부(32)의 상방에 배치된다. 일 실시형태에서, 샤워 헤드(33)는 플라즈마 처리 챔버(31)의 천정부(Ceiling)의 적어도 일부를 구성한다. 플라즈마 처리 챔버(31)는, 샤워 헤드(33), 플라즈마 처리 챔버(31)의 측벽(31a) 및 기판 지지부(32)에 의해 규정된 플라즈마 처리 공간(31s)을 갖는다.
플라즈마 처리 챔버(31)는, 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간(31s) 내에 공급하기 위한 적어도 하나의 가스 공급구와, 플라즈마 처리 공간(31s)으로부터 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 가스 배출구를 갖는다. 플라즈마 처리 챔버(31)는 접지된다. 샤워 헤드(33) 및 기판 지지부(32)는 플라즈마 처리 챔버(31)의 하우징과 전기적으로 절연된다. 플라즈마 처리 챔버(31)의 측벽(31a)에는, 플라즈마 처리 챔버(31) 내로 기판(W)을 반입하고, 플라즈마 처리 챔버(31) 내로부터 기판(W)을 반출하기 위한 개구(31b)가 형성되어 있다. 개구(31b)는 게이트 밸브(G2)에 의해서 개폐된다.
기판 지지부(32)는 본체부(321) 및 링 어셈블리(322)를 포함한다. 기판 지지부(32)는 스테이지의 일례이다. 본체부(321)는, 기판(W)을 지지하기 위한 중앙 영역(321a)과, 링 어셈블리(322)를 지지하기 위한 환상 영역(321b)을 갖는다. 본체부(321)의 환상 영역(321b)은 평면에서 볼 때 본체부(321)의 중앙 영역(321a)을 둘러싸고 있다. 기판(W)은 본체부(321)의 중앙 영역(321a) 상에 배치되고, 링 어셈블리(322)는 본체부(321)의 중앙 영역(321a) 상의 기판(W)을 둘러싸도록 본체부(321)의 환상 영역(321b) 상에 배치된다. 따라서, 중앙 영역(321a)은 기판(W)을 지지하기 위한 기판 지지면이라고도 불리고, 환상 영역(321b)은 링 어셈블리(322)를 지지하기 위한 링 지지면이라고도 불린다.
본 실시형태에서, 링 어셈블리(322)에는 배선(3221)을 통해 가변 직류 전압원(3220)이 접속되어 있다. 가변 직류 전압원(3220)에 의해서 링 어셈블리(322)에 인가되는 직류 전압의 크기를 제어함으로써, 링 어셈블리(322) 근방에 형성되는 플라즈마의 시스의 분포를 제어할 수 있다. 가변 직류 전압원(3220)은 시스 제어부의 일례이고, 링 어셈블리(322)에 인가되는 직류 전압의 크기는 시스의 분포를 제어 가능한 제어량의 일례이다.
일 실시형태에서, 본체부(321)는 베이스(3210) 및 정전 척(3211)을 포함한다. 베이스(3210)는 도전성 부재를 포함한다. 베이스(3210)의 도전성 부재는 하부 전극으로서 기능할 수 있다. 정전 척(3211)은 베이스(3210) 상에 배치된다. 정전 척(3211)은 세라믹 부재(3211a)와 세라믹 부재(3211a) 내에 배치되는 정전 전극(3211b)을 포함한다. 세라믹 부재(3211a)는 중앙 영역(321a)을 갖는다. 일 실시형태에서, 세라믹 부재(3211a)는 환상 영역(321b)도 갖는다. 또한, 환상 정전 척이나 환상 절연 부재와 같은, 정전 척(3211)을 둘러싸는 다른 부재가 환상 영역(321b)을 가져도 좋다. 이 경우, 링 어셈블리(322)는, 환상 정전 척 또는 환상 절연 부재 상에 배치되어도 좋고, 정전 척(3211)과 환상 절연 부재 양쪽 상에 배치되어도 좋다. 또한, 후술하는 RF(Radio Frequency) 전원(360) 및/또는 DC(Direct Current) 전원(361)에 결합되는 적어도 하나의 RF/DC 전극이 세라믹 부재(3211a) 내에 배치되어도 좋다. 이 경우, 적어도 하나의 RF/DC 전극이 하부 전극으로서 기능한다. 후술하는 바이어스 RF 신호 및/또는 DC 신호가 적어도 하나의 RF/DC 전극에 공급되는 경우, RF/DC 전극은 바이어스 전극이라고도 불린다. 또한, 베이스(3210)의 도전성 부재와 적어도 하나의 RF/DC 전극이 복수의 하부 전극으로서 기능하여도 좋다. 또한, 정전 전극(3211b)이 하부 전극으로서 기능하여도 좋다. 따라서, 기판 지지부(32)는 적어도 하나의 하부 전극을 포함한다.
링 어셈블리(322)는 하나 또는 복수의 환상 부재를 포함한다. 일 실시형태에서, 하나 또는 복수의 환상 부재는 하나 또는 복수의 엣지링과 적어도 하나의 커버링을 포함한다. 엣지링은 기판(W)을 지지하기 위한 기판 지지부(32)의 중앙 영역(321a) 주위에 배치되고, 커버링은 엣지링 주위에 배치된다. 엣지링은 도전성 재료 또는 절연 재료로 형성되고, 커버링은 절연 재료로 형성된다.
또한, 기판 지지부(32)는, 정전 척(3211), 링 어셈블리(322) 및 기판(W) 중 적어도 하나를 타겟 온도로 조절하도록 구성되는 온도 조절 모듈을 포함하여도 좋다. 온도 조절 모듈은 히터, 전열 매체, 유로(3210a) 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다. 유로(3210a)에는 브라인이나 가스와 같은 전열 유체가 흐른다. 일 실시형태에서, 유로(3210a)가 베이스(3210) 내에 형성되고, 하나 또는 복수의 히터가 정전 척(3211)의 세라믹 부재(3211a) 내에 배치된다. 또한, 기판 지지부(32)는, 기판(W)의 이면과 중앙 영역(321a) 사이의 간극에 전열 가스를 공급하도록 구성된 전열 가스 공급부를 포함하여도 좋다.
샤워 헤드(33)는 가스 공급부(35)로부터의 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간(31s) 내에 도입하도록 구성된다. 샤워 헤드(33)는 적어도 하나의 가스 공급구(33a), 적어도 하나의 가스 확산실(33b) 및 복수의 가스 도입구(33c)를 갖는다. 가스 공급구(33a)에 공급된 처리 가스는 가스 확산실(33b)을 통과하여 복수의 가스 도입구(33c)로부터 플라즈마 처리 공간(31s) 내로 도입된다. 또한, 샤워 헤드(33)는 적어도 하나의 상부 전극을 포함한다. 여기서, 가스 도입부는, 샤워 헤드(33)에 더하여, 측벽(31a)에 형성된 하나 또는 복수의 개구부에 부착되는 하나 또는 복수의 사이드 가스 주입부(SGI: Side Gas Injector)를 포함하여도 좋다.
가스 공급부(35)는 적어도 하나의 가스 소스(350) 및 적어도 하나의 유량 제어기(351)를 포함하여도 좋다. 일 실시형태에서, 가스 공급부(35)는, 적어도 하나의 처리 가스를, 각각에 대응하는 가스 소스(350)로부터 각각에 대응하는 유량 제어기(351)를 통해 샤워 헤드(33)에 공급하도록 구성된다. 각 유량 제어기(351)는 예컨대 매스 플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식의 유량 제어기를 포함하여도 좋다. 또한, 가스 공급부(35)는, 적어도 하나의 처리 가스의 유량을 변조 또는 펄스화하는 하나 또는 그 이상의 유량 변조 디바이스를 포함하여도 좋다.
전원(36)은, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해 플라즈마 처리 챔버(31)에 결합되는 RF 전원(360)을 포함한다. RF 전원(360)은, 적어도 하나의 RF 신호(RF 전력)를 적어도 하나의 하부 전극 및/또는 적어도 하나의 상부 전극에 공급하도록 구성된다. 이에 따라, 플라즈마 처리 공간(31s)에 공급된 적어도 하나의 처리 가스로부터 플라즈마가 형성된다. 따라서, RF 전원(360)은, 플라즈마 처리 챔버(31)에서 하나 또는 그 이상의 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하도록 구성되는 플라즈마 생성부의 적어도 일부로서 기능할 수 있다. 또한, 바이어스 RF 신호를 적어도 하나의 하부 전극에 공급함으로써, 기판(W)에 바이어스 전위가 발생하여, 형성된 플라즈마 중의 이온 성분을 기판(W)에 끌어 들일 수 있다.
일 실시형태에서, RF 전원(360)은 제1 RF 생성부(360a) 및 제2 RF 생성부(360b)를 포함한다. 제1 RF 생성부(360a)는, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해 적어도 하나의 하부 전극 및/또는 적어도 하나의 상부 전극에 결합되어, 플라즈마 생성용 소스 RF 신호(소스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 소스 RF 신호의 주파수는 10 MHz∼150 MHz 범위 내의 주파수이다. 일 실시형태에서, 제1 RF 생성부(360a)는 다른 주파수를 갖는 복수의 소스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 좋다. 생성된 하나 또는 복수의 소스 RF 신호는 적어도 하나의 하부 전극 및/또는 적어도 하나의 상부 전극에 공급된다.
제2 RF 생성부(360b)는, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해 적어도 하나의 하부 전극에 결합되어, 바이어스 RF 신호(바이어스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 바이어스 RF 신호의 주파수는 소스 RF 신호의 주파수와 동일하더라도 다르더라도 좋다. 일 실시형태에서, 바이어스 RF 신호의 주파수는 소스 RF 신호의 주파수보다 낮은 주파수이다. 일 실시형태에서, 바이어스 RF 신호의 주파수는 100 kHz∼60 MHz 범위 내의 주파수이다. 일 실시형태에서, 제2 RF 생성부(360b)는 다른 주파수를 갖는 복수의 바이어스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 좋다. 생성된 하나 또는 복수의 바이어스 RF 신호는 적어도 하나의 하부 전극에 공급된다. 또한, 다양한 실시형태에서, 소스 RF 신호 및 바이어스 RF 신호 중 적어도 하나가 펄스화되어도 좋다.
또한, 전원(36)은 플라즈마 처리 챔버(31)에 결합되는 DC 전원(361)을 포함하여도 좋다. DC 전원(361)은 제1 DC 생성부(361a) 및 제2 DC 생성부(361b)를 포함한다. 일 실시형태에서, 제1 DC 생성부(361a)는, 적어도 하나의 하부 전극에 접속되어, 제1 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제1 바이어스 DC 신호는 적어도 하나의 하부 전극에 인가된다. 일 실시형태에서, 제2 DC 생성부(361b)는, 적어도 하나의 상부 전극에 접속되어, 제2 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제2 DC 신호는 적어도 하나의 상부 전극에 인가된다.
다양한 실시형태에서, 제1 DC 신호 및 제2 DC 신호 중 적어도 하나가 펄스화되어도 좋다. 이 경우, 전압 펄스의 시퀀스가 적어도 하나의 하부 전극 및/또는 적어도 하나의 상부 전극에 인가된다. 전압 펄스는 직사각형, 사다리꼴, 삼각형 또는 이들의 조합으로 된 펄스 파형을 가져도 좋다. 일 실시형태에서, DC 신호로부터 전압 펄스의 시퀀스를 생성하기 위한 파형 생성부가 제1 DC 생성부(361a)와 적어도 하나의 하부 전극 사이에 접속된다. 따라서, 제1 DC 생성부(361a) 및 파형 생성부는 전압 펄스 생성부를 구성한다. 제2 DC 생성부(361b) 및 파형 생성부가 전압 펄스 생성부를 구성하는 경우, 전압 펄스 생성부는 적어도 하나의 상부 전극에 접속된다. 전압 펄스는 양의 극성을 가져도 좋고, 음의 극성을 가져도 좋다. 또한, 전압 펄스의 시퀀스는, 1 주기 내에 하나 또는 복수의 양극성 전압 펄스와 하나 또는 복수의 음극성 전압 펄스를 포함하여도 좋다. 또한, 제1 DC 생성부(361a) 및 제2 DC 생성부(361b)는, RF 전원(360)에 더하여 설치되어도 좋고, 제1 DC 생성부(361a)가 제2 RF 생성부(360b) 대신에 설치되어도 좋다.
배기 시스템(34)은, 예컨대 플라즈마 처리 챔버(31)의 바닥부에 형성된 가스 배출구(31e)에 접속될 수 있다. 배기 시스템(34)은 압력 조정 밸브 및 진공 펌프를 포함하여도 좋다. 압력 조정 밸브에 의해서 플라즈마 처리 공간(31s) 내의 압력이 조정된다. 진공 펌프는 터보 분자 펌프, 드라이 펌프 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다.
[하전 입자의 입사 방향 변화]
여기서, 플라즈마 처리 공간(31s) 내에서 생성되는 플라즈마의 시스의 분포의 상태와 기판(W)에 형성되는 홀이나 트렌치 등의 오목부의 관계에 관해서 설명한다. 링 어셈블리(322)의 상방에서의 시스 영역(50)의 경계(51)의 높이와, 기판(W)의 상방에서의 시스 영역(50)의 경계(51) 높이가 거의 동일한 경우, 시스 영역(50)의 경계(51)의 분포는 예컨대 도 3a와 같이 된다. 이 경우, 기판(W)의 엣지 부근에서도 플라즈마 중의 이온 등의 하전 입자(52)의 입사 방향이 기판(W)에 대하여 대략 수직인 방향으로 된다. 이에 따라, 오목부가 기판(W)의 표면에 대하여 거의 수직으로 형성된다.
한편, 링 어셈블리(322)가 소모됨으로써 링 어셈블리(322)의 높이가 낮아진 경우, 링 어셈블리(322)의 상방에서의 시스 영역(50)의 경계(51)의 높이가, 기판(W)의 상방에서의 시스 영역(50)의 경계(51)의 높이보다 낮게 된다. 이에 따라, 예컨대 도 3b에 도시되는 바와 같이, 기판(W)의 엣지 부근에서의 시스 영역(50)의 경계(51)의 기울기, 플라즈마 중의 하전 입자(52)의 입사 방향이 기운다. 이에 따라, 오목부가 기판(W)의 표면에 대하여 비스듬하게 기울어 형성되어, 틸팅이 발생한다.
그래서, 본 실시형태에서는, 링 어셈블리(322)가 소모됨으로써 링 어셈블리(322)의 높이가 낮아진 경우에, 가변 직류 전압원(3220)으로부터 링 어셈블리(322)에 직류 전압을 인가한다. 링 어셈블리(322)에 인가하는 직류 전압의 크기를 조정함으로써, 예컨대 도 3c에 도시되는 바와 같이, 링 어셈블리(322)의 상방에서의 시스 영역(50)의 경계(51)의 높이와, 기판(W)의 상방에서의 시스 영역(50)의 경계(51)의 높이를 가지런하게 맞출 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 중의 이온 등의 하전 입자(52)의 입사 방향을 기판(W)에 대하여 대략 수직인 방향으로 되돌리는 것이 가능하게 되어, 오목부의 틸팅을 억제할 수 있다.
여기서, 에칭 레이트의 분포와 틸팅에 의한 오목부의 기울기 크기는 상관 관계가 있다. 그 때문에, 에칭 레이트의 분포를 측정함으로써 틸팅에 의한 오목부의 기울기를 추정할 수 있다. 예컨대 틸팅이 발생하지 않았을 때의 에칭 레이트의 분포(이하, 제1 분포라고 부른다)와, 오목부의 기울기가 허용 범위 내에서 최대 기울기로 될 때의 에칭 레이트의 분포(이하, 제2 분포라고 부른다)를 미리 측정해 둔다. 그리고, 복수의 기판(W)에 대하여 에칭을 실행하여, 각각의 기판(W)에 대하여 에칭 레이트의 분포를 측정한다.
링 어셈블리(322)가 소모되지 않은 경우, 측정된 에칭 레이트의 분포는, 제1 분포에 가까운 분포(예컨대 도 4의 「링 어셈블리 소모 전」 참조)가 된다. 에칭 횟수가 증가하면, 링 어셈블리(322)가 서서히 소모되어, 측정된 에칭 레이트의 분포가 제2 분포에 근접하고, 이윽고 제2 분포(예컨대 도 4의 「링 어셈블리 소모 시」 참조)로 된다. 이때, 링 어셈블리(322)에, 링 어셈블리(322)의 소모의 정도에 따른 크기의 직류 전압이 인가된다. 이에 따라, 에칭 레이트의 분포가 제1 분포에 가까운 분포(예컨대 도 4의 「제어량 적용」 참조)로 되돌아간다. 또한, 직류 전압의 변경 가능한 범위 내에서는, 에칭 레이트의 분포를 제1 분포에 가까운 분포까지 되돌릴 수 없을 정도로 링 어셈블리(322)가 소모된 경우, 소모된 링 어셈블리(322)는 소모되지 않은 링 어셈블리(322)와 교환된다.
[링 어셈블리(322)의 형상의 측정]
본 실시형태에서는, 링 어셈블리(322)의 소모의 정도에 따른 크기의 직류 전압이 링 어셈블리(322)에 인가된다. 본 실시형태에서, 링 어셈블리(322)의 소모의 정도는, 반송 아암(111)에 설치된 거리 센서(111a)에 의해서 측정된 형상 데이터로서 취득된다.
본 실시형태에서, 거리 센서(111a)는, 예컨대 도 5 및 도 7에 도시되는 바와 같이 반송 아암(111)의 하면에 설치된다. 그리고, 예컨대 도 6 및 도 7에 도시되는 바와 같이, 반송 아암(111)이 링 어셈블리(322)의 상방을 통과할 때에, 거리 센서(111a)에 의해서 거리 센서(111a)와 링 어셈블리(322)의 상면 사이의 거리(d)가 측정된다. 본 실시형태에서는, 예컨대 도 7에 도시되는 바와 같이, 링 어셈블리(322)의 표면의 복수의 위치에서, 거리 센서(111a)와 링 어셈블리(322) 사이의 거리(d1∼dn)가 측정된다. 거리(d1∼dn)는 거리 센서(111a)의 높이를 기준으로 하는, 링 어셈블리(322)의 높이를 나타내는 정보이다. 거리 센서(111a)는 각각의 위치에서 측정된 거리(d1∼dn)를 형상 데이터로서 제어 장치(20)에 출력한다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 링 어셈블리(322)의 표면의 복수의 위치에서, 링 어셈블리(322)의 높이를 나타내는 정보가 수집된다. 이에 따라, 링 어셈블리(322)의 표면의 1 개소에서 링 어셈블리(322)의 높이를 나타내는 정보가 수집되는 경우와 비교하여, 링 어셈블리(322)의 단면 형상을 보다 정밀도 좋게 측정할 수 있다. 이에 따라, 링 어셈블리(322)의 소모의 정도를 보다 정밀도 좋게 파악할 수 있다.
[링 어셈블리(322)의 형상과 링 어셈블리(322)에 인가되는 직류 전압 크기의 관계]
본 실시형태에서는, 링 어셈블리(322)의 형상과 링 어셈블리(322)에 인가되는 직류 전압 크기의 관계가 관계 모델로 근사된다. 본 실시형태에서의 관계 모델은 예컨대 중회귀 모델이다. 중회귀 모델은 예컨대 하기의 식 (1)로 표시된다.
[식 (1)]
상기한 식 (1)에서, C는 링 어셈블리(322)에 인가되는 직류 전압의 크기인 제어량을 나타내고, a1∼an은 중회귀 모델의 계수를 나타내고, d1∼dn은 거리 센서(111a)에 의해서 측정된 형상 데이터를 나타낸다.
상기한 식 (1)로 표시된 중회귀 모델의 계수 a1∼an은, 예컨대 도 8에 도시되는 바와 같은 실측 데이터(60)를 교사 데이터로 하여 훈련됨으로써 특정된다. 실측 데이터(60)에서는, 링 어셈블리(322)의 형상 데이터(d1∼dn)에, 링 어셈블리(322)에 인가되는 직류 전압의 크기(제어량(C))가 대응되어 있다. 실측 데이터(60)에서의 형상 데이터(d1∼dn)는 거리 센서(111a)에 의해서 실제로 측정된 데이터이다. 또한, 실측 데이터(60)에서의 제어량(C)은, 링 어셈블리(322)의 상방의 시스 영역(50)의 경계(51)의 높이와, 기판(W)의 상방의 시스 영역(50)의 경계(51)의 높이가 가지런하게 맞춰지도록 실험에 의해 조정된 값이다. 중회귀 모델의 계수 a1∼an은 예컨대 OLS(Ordinary Least Squares regression), Lasso, Ridge 또는 ElasticNet 등의 회귀 알고리즘을 이용하여 특정된다. 상기한 식 (1)로 표시되는 중회귀 모델의 데이터는 미리 작성되어 기억부(20a2) 내에 저장되어 있다.
그리고, 실제의 운용에서, 제어 장치(20)는, 플라즈마 에칭에 의해 소모된 링 어셈블리(322)의 형상 데이터를 거리 센서(111a)를 이용하여 수집하고, 상기한 식 (1)에 나타내는 중회귀 모델을 이용하여, 수집된 형상 데이터에 대응하는 제어량(C)을 특정한다. 그리고, 제어 장치(20)는, 특정된 제어량(C)에 대응하는 크기의 직류 전압이 링 어셈블리(322)에 인가되도록 가변 직류 전압원(3220)을 제어한다. 이에 따라, 링 어셈블리(322)의 소모의 정도에 맞춰, 링 어셈블리(322)의 상방의 시스 영역(50)의 경계(51)의 높이와, 기판(W)의 상방의 시스 영역(50)의 경계(51)의 높이가 가지런하게 맞춰지도록 링 어셈블리(322)의 직류 전압을 조정할 수 있다. 이에 따라, 기판(W)에 형성되는 오목부의 틸팅을 억제할 수 있다.
또한, 제어 장치(20)는, 관계 모델에 의해 특정된 제어량(C)이, 가변 직류 전압원(3220)에 의한 직류 전압의 변경이 가능한 범위를 넘는 경우, 링 어셈블리(322)의 교환이 필요하다고 판정하고, 그 취지를 기판 처리 시스템(1)의 사용자 등에게 통지한다. 링 어셈블리(322)의 교환이 필요하다는 취지가 통지된 경우, 기판 처리 시스템(1)의 사용자 등은 링 어셈블리(322)의 교환을 실시한다.
[에칭 제어 방법]
도 9는 제1 실시형태에서의 에칭 제어 방법의 일례를 도시하는 흐름도이다. 도 9에 예시된 처리는, 제어 장치(20)의 처리부(20a1)가 기억부(20a2)로부터 프로그램을 독출하고, 독출된 프로그램을 실행하고, 통신 인터페이스(20a3)를 통해 장치 본체(10)의 각 부를 제어함으로써 실현된다. 또한, 도 9에서는 하나의 레시피를 실행하는 경우의 처리에 관해서 설명한다.
우선, 반송 로봇(140)에 의해서 로드 포트(15)에 셋트된 용기로부터 기판(W)이 빼내어져, 로드록 모듈(13) 내로 반입된다. 그리고, 게이트 밸브(G4)가 닫히고, 로드록 모듈(13) 내의 압력이 진공 반송 모듈(11) 내의 압력과 거의 같은 압력으로 제어된다. 그리고, 게이트 밸브(G3)가 열리고, 반송 로봇(110)에 의해서 로드록 모듈(13)로부터 기판(W)이 빼내어지고, 게이트 밸브(G3)가 닫힌다. 그리고, 게이트 밸브(G1)가 열리고, 반송 로봇(110)에 의해서 기판(W)이 막 두께 측정 모듈(12) 내로 반입되고, 게이트 밸브(G1)가 닫힌다. 그리고, 막 두께 측정 모듈(12)에 의해서 에칭 전의 기판(W)의 표면이 촬영된다(S100).
이어서, 기판(W)에 대하여 에칭 처리가 실행된다(S101). 단계 S101에서는, 게이트 밸브(G1)가 열리고, 반송 로봇(110)에 의해서 기판(W)이 막 두께 측정 모듈(12) 내로부터 반출되고, 게이트 밸브(G1)가 닫힌다. 그리고, 게이트 밸브(G2)가 열리고, 반송 로봇(110)에 의해서 기판(W)이 처리 모듈(30) 내로 반출되고, 게이트 밸브(G2)가 닫힌다. 그리고, 처리 모듈(30)에 의해서 기판(W)에 대하여 플라즈마를 이용한 에칭이 행해진다.
이어서, 막 두께 측정 모듈(12)에 의해서 에칭 후의 기판(W)의 표면이 촬영된다(S102). 단계 S102에서는, 게이트 밸브(G2)가 열리고, 반송 로봇(110)에 의해서 기판(W)이 처리 모듈(30) 내로부터 반출되고, 게이트 밸브(G2)가 닫힌다. 그리고, 게이트 밸브(G1)가 열리고, 반송 로봇(110)에 의해서 기판(W)이 막 두께 측정 모듈(12) 내로 반출되고, 게이트 밸브(G1)가 닫힌다. 그리고, 막 두께 측정 모듈(12)은 에칭 후의 기판(W)의 표면을 촬영한다. 그리고, 게이트 밸브(G1)가 열리고, 반송 로봇(110)에 의해서 기판(W)이 막 두께 측정 모듈(12) 내로부터 반출되고, 게이트 밸브(G1)가 닫힌다. 그리고, 게이트 밸브(G3)가 열리고, 반송 로봇(110)에 의해서 기판(W)이 로드록 모듈(13) 내로 반출되고, 게이트 밸브(G3)가 닫힌다. 그리고, 로드록 모듈(13) 내의 압력이 대기 반송 모듈(14) 내의 압력과 거의 같은 압력으로 제어된 후, 게이트 밸브(G4)가 열린다. 그리고, 반송 로봇(140)에 의해서 로드록 모듈(13) 내로부터 기판(W)이 반출되어, 로드 포트(15)에 셋트된 용기 내에 수용된다.
이어서, 에칭 전후의 기판(W)의 표면의 화상으로부터 에칭 레이트의 분포가 추정된다(S103). 단계 S103에서는, 막 두께 측정 모듈(12)은, 에칭 전의 기판(W)의 화상과 에칭 후의 기판(W)의 화상 각각에서, 기판(W)의 상면에 형성되어 있는 에칭 대상인 막의 두께를 측정한다. 그리고, 막 두께 측정 모듈(12)은, 에칭 전의 막의 두께의 분포의 데이터와 에칭 후의 막의 두께의 분포의 데이터를 제어 장치(20)에 출력한다. 제어 장치(20)는, 에칭 전의 막의 두께의 분포와 에칭 후의 막의 두께의 분포의 차분으로부터 에칭 레이트의 분포를 추정한다.
이어서, 제어 장치(20)는, 추정된 에칭 레이트의 분포로부터 기판(W)에 형성된 오목부의 틸팅의 각도가 허용 범위 내의 각도인지 여부를 판정한다(S104). 단계 S104는 공정 d)의 일례이다. 예컨대 제어 장치(20)의 기억부(20a2)에는, 오목부의 틸팅의 각도가 허용 범위 내의 각도가 되는 경우의 에칭 레이트의 분포의 데이터와, 오목부의 틸팅의 각도가 허용 범위 외의 각도가 되는 경우의 에칭 레이트의 분포의 데이터가 미리 저장되어 있다. 단계 S104에서는, 예컨대 제어 장치(20)는, 단계 S103에서 추정된 에칭 레이트의 분포와 기억부(20a2)에 미리 저장된 에칭 레이트의 분포의 유사도를 산출한다. 그리고, 단계 S103에서 추정된 에칭 레이트의 분포와의 유사도가 가장 높은 분포가 오목부의 틸팅의 각도가 허용 범위 외의 각도가 되는 경우의 분포인 경우, 제어 장치(20)는 오목부의 틸팅의 각도가 허용 범위 외의 각도라고 판정한다.
기판(W)에 형성된 오목부의 틸팅의 각도가 허용 범위 내의 각도라고 판정된 경우(S104: Yes), 제어 장치(20)는, 단계 S101의 처리가, 제어량을 변경한 후의 최초의 기판(W)의 처리인지 여부를 판정한다(S105). 제어량을 변경한 후의 최초의 기판(W)의 처리가 아닌 경우(S105: No), 제어 장치(20)는 처리를 종료하는지 여부를 판정한다(S113). 처리를 종료하지 않는 경우(S113: No), 다른 기판(W)에 대하여 다시 단계 S100에 나타낸 처리를 실행한다. 한편, 처리를 종료하는 경우(S113: Yes), 본 흐름도에 나타낸 처리가 종료된다.
한편, 제어량을 변경한 후의 최초의 기판(W)의 처리인 경우(S105: Yes), 제어 장치(20)는, 관계 모델을 갱신하고(S106), 단계 S113에 나타낸 처리를 실행한다. 단계 S106에서는, 후술하는 단계 S107에서 수집된 형상 데이터와 단계 S108에서 특정된 제어량의 조합을 교사 데이터로 하여, 관계 모델의 온라인 학습이 실시되어, 관계 모델이 갱신된다. 본 실시형태에서는, 후술하는 단계 S107에서 수집된 형상 데이터와 단계 S108에서 특정된 제어량의 조합을 교사 데이터로 하여, 전술한 식 (1)로 표시되는 중회귀 모델의 계수가 온라인 학습에 의해 갱신된다. 관계 모델이 갱신됨으로써 제어량을 이용하여 틸팅을 보다 정밀도 좋게 억제할 수 있다.
한편, 기판(W)에 형성된 오목부의 틸팅의 각도가 허용 범위 외의 각도라고 판정된 경우(S104: No), 제어 장치(20)는 링 어셈블리(322)의 형상 데이터를 취득한다(S107). 단계 S107에서는, 제어 장치(20)에 의해서 반송 로봇(110) 및 거리 센서(111a)가 제어되고, 거리 센서(111a)에 의해서 측정된 거리(d1∼dn)를 포함하는 형상 데이터가 취득된다. 단계 S107은 공정 a)의 일례이다. 또한, 단계 S107이 실행되기 전에, 처리 모듈(30) 내의 클리닝이 실행되어도 좋다. 이에 따라, 링 어셈블리(322)에 부착되어 있는 반응 부생성물(소위 디포지션)이 제거되어, 링 어셈블리(322)의 형상을 보다 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
이어서, 제어 장치(20)는, 관계 모델을 이용하여, 취득된 형상 데이터에 대응하는 제어량을 특정한다(S108). 단계 S108은 공정 b)의 일례이다. 그리고, 제어 장치(20)는, 관계 모델에 의해 특정된 제어량이, 가변 직류 전압원(3220)에 의한 직류 전압의 변경이 가능한 범위를 넘는지 여부를 판정함으로써, 링 어셈블리(322)의 교환이 필요한지 여부를 판정한다(S109). 특정된 제어량이 가변 직류 전압원(3220)에 의한 직류 전압의 변경이 가능한 범위 내의 값인 경우, 즉, 링 어셈블리(322)의 교환이 불필요한 경우(S109: No), 제어 장치(20)는 특정된 제어량을 가변 직류 전압원(3220)에 적용한다. 이에 따라, 링 어셈블리(322) 근방의 시스의 분포가 제어된다(S110). 단계 S110은 공정 c)의 일례이다. 이에 따라, 기판(W)의 엣지 부근의 시스 영역(50)의 경계(51)의 기울기가 억제되어, 에칭에 의해 기판(W)에 형성되는 오목부의 틸팅이 억제된다. 그리고, 제어 장치(20)는 단계 S113에 나타낸 처리를 실행한다.
한편, 특정된 제어량이 가변 직류 전압원(3220)에 의한 직류 전압의 변경이 가능한 범위를 넘는 값인 경우, 즉, 링 어셈블리(322)의 교환이 필요한 경우(S109: Yes), 링 어셈블리(322)의 교환이 실시된다(S111). 단계 S111에서는, 제어 장치(20)가, 링 어셈블리(322)의 교환이 필요하다는 취지를 기판 처리 시스템(1)의 사용자 등에게 통지하여, 기판 처리 시스템(1)의 사용자 등이 링 어셈블리(322)의 교환을 실시한다. 링 어셈블리(322)의 교환이 실시된 후, 제어 장치(20)는, 가변 직류 전압원(3220)에 적용되어 있는 제어량을 0으로 리셋하고(S112), 단계 S113에 나타낸 처리를 실행한다.
이상, 제1 실시형태에 관해서 설명했다. 상기한 바와 같이, 본 실시형태에서의 에칭 제어 방법은 공정 a), 공정 b) 및 공정 c)를 포함한다. 공정 a)에서는, 기판(W)이 실리는 기판 지지부(32) 상의 영역을 둘러싸도록 배치된 링 어셈블리(322)의 표면의 복수의 위치에서 측정된 링 어셈블리(322)의 높이의 정보를 포함하는 형상 데이터를 수집한다. 공정 b)에서는, 미리 수집된 형상 데이터와, 플라즈마 에칭에 의해 기판(W)에 형성되는 오목부의 틸팅의 각도가 허용 범위 내의 각도가 되기 위한 링 어셈블리(322) 근방의 시스의 분포를 제어 가능한 제어량의 관계를 나타내는 관계 모델을 이용하여, 공정 a)에서 수집된 형상 데이터로부터 제어량을 특정한다. 공정 c)에서는, 특정된 제어량을 적용함으로써, 링 어셈블리(322) 근방의 시스의 분포를 제어한다. 이에 따라, 엣지링 및 커버링을 포함하는 링 어셈블리(322)의 교환 빈도를 줄일 수 있어, 프로세스의 운전 비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기한 실시형태에서, 공정 a)에서는, 기판(W)을 반송하는 반송 아암(111)에 설치된 거리 센서(111a)를 이용하여, 링 어셈블리(322)의 표면의 복수의 위치에서, 거리 센서(111a)와 링 어셈블리(322) 사이의 거리가 측정되고, 각각의 위치에서 측정된 거리가, 각각의 위치에서의 링 어셈블리(322)의 높이의 정보로서 형상 데이터에 포함된다. 이에 따라, 링 어셈블리(322)의 소모의 정도를 보다 정밀도 좋게 인식할 수 있다.
또한, 상기한 실시형태에서의 에칭 제어 방법은 공정 d)를 더 포함한다. 공정 d)에서는, 플라즈마 에칭을 실행하기 전의 기판(W)의 막 두께 분포와, 플라즈마 에칭이 실행된 후의 기판(W)의 막 두께 분포의 차에 기초하여 에칭 레이트의 분포를 추정하여, 에칭 레이트의 분포로부터 오목부의 틸팅의 각도가 허용 범위 내의 각도인지 여부를 판정한다. 이에 따라, 반송 아암(111)을 구동하여 거리 센서(111a)에 의해 링 어셈블리(322)의 형상 데이터를 수집하는 처리를 줄일 수 있어, 프로세스의 운전 비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기한 실시형태에서의 에칭 제어 방법은 공정 e)를 더 포함한다. 공정 e)에서는, 공정 a)에 의해서 형상 데이터가 수집되고, 공정 b)에 의해서 제어량이 특정되고, 공정 c)에 의해서 링 어셈블리(322) 근방의 시스의 분포가 제어된 후, 공정 d)에 의해서 틸팅의 각도가 허용 범위 내의 각도라고 판정된 경우, 형상 데이터와 제어량을 이용하여 관계 모델을 갱신한다. 이에 따라, 기판(W)에 대한 플라즈마 에칭을 실행한 처리 모듈(30)의 특성에 맞춰 관계 모델이 갱신되어, 틸팅을 보다 정밀도 좋게 억제할 수 있다.
또한, 상기한 실시형태에서의 에칭 제어 시스템은, 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 에칭하는 처리 모듈(30)과, 처리 모듈(30)에 기판(W)을 반송하는 진공 반송 모듈(11)과, 제어 장치(20)를 구비한다. 처리 모듈(30)은, 플라즈마 처리 챔버(31)와 플라즈마 처리 챔버(31) 내에 설치되고, 기판(W)이 실리는 기판 지지부(32)와, 기판(W)이 실리는 기판 지지부(32) 상의 영역을 둘러싸도록 배치된 링 어셈블리(322)와, 링 어셈블리(322) 근방의 시스의 분포를 제어하는 가변 직류 전압원(3220)을 갖는다. 진공 반송 모듈(11)은, 기판(W)을 반송하는 반송 아암(111)을 갖는 반송 로봇(110)과, 반송 아암(111)에 설치된 거리 센서(111a)를 갖는다. 제어 장치(20)는 공정 a), 공정 b) 및 공정 c)를 실행한다. 공정 a)에서는, 반송 아암(111) 및 거리 센서(111a)를 제어하여, 링 어셈블리(322)의 표면의 복수의 위치에서 측정된 링 어셈블리(322)의 높이의 정보를 포함하는 형상 데이터를 수집한다. 공정 b)에서는, 미리 수집된 형상 데이터와, 플라즈마 에칭에 의해 기판(W)에 형성되는 오목부의 틸팅의 각도가 허용 범위 내의 각도가 되기 위한 가변 직류 전압원(3220)의 제어량의 관계를 나타내는 관계 모델을 이용하여, 공정 a)에서 수집된 형상 데이터로부터 제어량을 특정한다. 공정 c)에서는, 특정된 제어량을 가변 직류 전압원(3220)에 적용함으로써, 링 어셈블리(322) 근방의 시스의 분포를 제어한다. 이에 따라, 엣지링 및 커버링을 포함하는 링 어셈블리(322)의 교환 빈도를 줄일 수 있어, 프로세스의 운전 비용을 절감할 수 있다.
(제2 실시형태)
상기한 제1 실시형태에서는 하나의 처리 모듈(30)에서 하나의 레시피가 실행되지만, 제2 실시형태에서는 하나의 처리 모듈(30)에서 복수의 다른 레시피가 실행될 수 있다. 레시피가 다르면, RF 전력의 주파수 및 크기, 플라즈마 처리 챔버(31) 내의 압력 등의 처리 조건이 다른 경우가 있다. 이들 처리 조건이 다르면, 플라즈마를 이용한 에칭에서 링 어셈블리(322) 근방의 시스의 상태가 다른 경우가 있다. 그 때문에, 변경 전의 레시피에서 링 어셈블리(322)에 적용된 제어량이, 변경 후의 레시피에서도 링 어셈블리(322)에 적용되는 것이 타당하다고는 할 수 없다. 그 때문에, 레시피가 다르면 관계 모델도 다르게 된다.
그래서, 본 실시형태에서는, 예컨대 도 10에 도시되는 바와 같이, 레시피마다 관계 모델이 미리 준비되어 있다. 도 10은 모델 테이블(61)의 일례를 도시하는 도면이다. 모델 테이블(61)은 운용 전에 미리 작성되어 기억부(20a2)에 저장된다. 그리고, 레시피의 변경이 있었던 경우, 링 어셈블리(322)의 형상 데이터가 수집되고, 변경 후의 레시피에 대응하는 관계 모델을 이용하여, 수집된 형상 데이터에 대응하는 제어량이 다시금 특정된다.
[에칭 제어 방법]
도 11은 제2 실시형태에서의 에칭 제어 방법의 일례를 도시하는 흐름도이다. 또한, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 도 11에서, 도 9와 동일한 부호를 붙인 처리는 도 9에서 설명된 처리와 마찬가지기 때문에 설명을 생략한다.
단계 S101에서 기판(W)에 대한 에칭 처리가 실행된 후, 단계 S200에서는, 게이트 밸브(G2)가 열리고, 반송 로봇(110)에 의해서 기판(W)이 처리 모듈(30) 내로부터 반출되고, 게이트 밸브(G2)가 닫힌다. 그리고, 제어 장치(20)는, 기판 처리 시스템(1)의 사용자 등으로부터의 지시에 따라서, 레시피를 변경하는지 여부를 판정한다(S200). 레시피를 변경하지 않는 경우(S200: No), 단계 S102에 나타낸 처리가 실행된다.
한편, 레시피를 변경하는 경우(S200: Yes), 변경 전의 레시피에 따라서 에칭 처리가 실시된 기판(W)은, 로드록 모듈(13) 및 대기 반송 모듈(14)을 통해 로드 포트(15)에 셋트된 용기 내에 수용된다. 그리고, 제어 장치(20)는 다시금 링 어셈블리(322)의 형상 데이터를 취득한다(S107). 그리고, 제어 장치(20)는, 변경 후의 레시피에 대응하는 관계 모델을 이용하여, 취득된 형상 데이터에 대응하는 제어량을 특정한다(S108).
이상, 제2 실시형태에 관해서 설명했다. 상기한 바와 같이, 본 실시형태에서의 관계 모델은 레시피마다 미리 준비되어 있다. 또한, 공정 b)에서는, 레시피가 변경된 경우, 변경 후의 레시피에 대응하는 관계 모델을 이용하여, 공정 a)에서 수집된 형상 데이터로부터 제어량이 특정된다. 이에 따라, 레시피의 변경이 있었던 경우라도, 변경 후의 레시피에 따른 에칭 처리에서 틸팅을 억제할 수 있다.
(제3 실시형태)
상기한 제1 실시형태에서는, 하나의 레시피의 실행에서, 관계 모델에 의해 특정된 제어량이, 가변 직류 전압원(3220)에 의한 직류 전압의 변경이 가능한 범위를 넘는 경우, 링 어셈블리(322)가 교환된다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는, 실행 중인 레시피에 대응하는 관계 모델에 의해 특정된 제어량이 변경이 가능한 제어량의 범위를 넘는 경우, 다른 레시피의 관계 모델에 의해 특정된 제어량이 변경이 가능한 제어량의 범위 내의 값인지 여부가 판정된다. 그리고, 다른 레시피의 관계 모델에 의해 특정된 제어량이 변경이 가능한 제어량의 범위 내의 값인 경우, 링 어셈블리(322)를 교환하지 않고서 다른 레시피가 실행된다. 이에 따라, 링 어셈블리(322)의 교환 빈도를 줄일 수 있어, 프로세스의 운전 비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서도, 제2 실시형태와 마찬가지로, 모델 테이블(61)(도 10 참조)이 운용 전에 미리 작성되어 기억부(20a2)에 저장되어 있다.
[에칭 제어 방법]
도 12는 제3 실시형태에서의 에칭 제어 방법의 일례를 도시하는 흐름도이다. 또한, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 도 12에서, 도 9와 동일한 부호를 붙인 처리는 도 9에서 설명된 처리와 마찬가지기 때문에 설명을 생략한다.
단계 S109에서, 링 어셈블리(322)의 교환이 필요한다고 판정된 경우, 제어 장치(20)는, 기억부(20a2)를 참조하여, 현재 실행 중인 레시피 외에, 실행 가능한 다른 레시피가 존재하는지 여부를 판정한다(S300). 실행 가능한 다른 레시피가 존재하지 않는 경우(S300: No), 링 어셈블리(322)의 교환이 실시된다(S111).
한편, 실행 가능한 다른 레시피가 존재하는 경우(S300: Yes), 제어 장치(20)는, 다른 레시피에 대응하는 관계 모델을 이용하여 형상 데이터에 대응하는 제어량을 특정한다(S301). 그리고, 제어 장치(20)는, 관계 모델에 의해 특정된 제어량이 변경이 가능한 제어량의 범위 내의 값인지 여부를 판정함으로써, 링 어셈블리(322)를 교환하지 않고서 레시피의 실행이 가능한지 여부를 판정한다(S302).
특정된 제어량이 변경이 가능한 제어량의 범위 내의 값인 경우, 즉, 링 어셈블리(322)를 교환하지 않고서 레시피의 실행이 가능한 경우(S302: Yes), 제어 장치(20)는 실행 중인 레시피를 다른 레시피로 변경한다(S303). 그리고, 단계 S110에 나타낸 처리가 실행된다. 단계 S300∼S303의 처리 및 단계 S303이 실행된 후의 단계 S101의 처리는 공정 f)의 일례이다.
한편, 특정된 제어량이 변경이 가능한 제어량의 범위 외의 값인 경우, 즉, 레시피를 실행하기 위해서는 링 어셈블리(322)의 교환이 필요한 경우(S302: No), 단계 S111에 나타낸 처리가 실행된다.
이상 제3 실시형태에 관해서 설명했다. 상기한 바와 같이, 본 실시형태에서의 에칭 제어 방법은 공정 f)를 더 포함한다. 공정 f)에서는, 공정 b)에서 특정된 제어량이 미리 정해진 제어량의 범위를 넘는 경우, 다른 레시피에 대응하는 관계 모델 중에서, 미리 정해진 제어량의 범위 내의 제어량으로 오목부의 틸팅의 각도를 허용 범위 내의 각도로 유지할 수 있는 제어량을 특정할 수 있는 다른 관계 모델이 있으면, 링 어셈블리(322)를 교환하는 일 없이 다른 관계 모델에 의해서 특정된 제어량을 적용하여, 다른 관계 모델에 대응하는 다른 레시피를 실행한다. 이에 따라, 링 어셈블리(322)의 교환 빈도를 줄일 수 있어, 프로세스의 운전 비용을 절감할 수 있다.
[기타]
또한, 본원에 개시된 기술은 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지의 범위 내에서 수많은 변형이 가능하다.
예컨대 상기한 각 실시형태에서는, 단계 S104에서, 에칭 레이트의 분포로부터 기판(W)에 형성된 오목부의 틸팅의 각도가 허용 범위 외의 각도라고 판정된 후에, 단계 S107에서 링 어셈블리(322)의 형상 데이터가 수집된다. 그러나, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 다른 형태로서, 단계 S101에서, 기판(W)이 기판 지지부(32)에 실릴 때 및 기판(W)이 기판 지지부(32)로부터 빼내어질 때 중 적어도 어느 하나에서, 거리 센서(111a)에 의해서 링 어셈블리(322)의 형상 데이터가 수집되어도 좋다. 이에 따라, 단계 S104에서, 오목부의 틸팅의 각도가 허용 범위 외의 각도라고 판정된 경우에, 이미 수집되어 있는 형상 데이터를 이용하여 링 어셈블리(322)에 적용되는 제어량을 특정할 수 있다. 그 때문에, 단계 S107에서 링 어셈블리(322)의 형상 데이터를 수집하는 처리가 불필요하게 되어, 프로세스의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기한 각 실시형태에서, 링 어셈블리(322)의 형상 데이터를 수집할 때의 반송 아암(111)의 궤도는, 기판(W)을 처리 모듈(30) 내에 반입할 때 또는 기판(W)을 처리 모듈(30) 내로부터 반출할 때의 반송 아암(111)의 궤도와 동일하다. 그러나, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 다른 형태로서, 링 어셈블리(322)의 직경 방향에서의 복수의 위치 및 링 어셈블리(322)의 둘레 방향에서의 복수의 위치에서, 거리 센서(111a)에 의해서 형상 데이터가 수집되는 궤도로 반송 아암(111)이 움직이게 되어도 좋다. 예컨대 제어 장치(20)는, 링 어셈블리(322)의 둘레 방향에서의 다른 위치에서, 거리 센서(111a)가 링 어셈블리(322)의 직경 방향으로 링 어셈블리(322)의 상방을 가로지르도록 반송 아암(111)을 움직인다. 이에 따라, 링 어셈블리(322)의 소모의 정도를 보다 정밀도 좋게 파악할 수 있다.
또한, 상기한 각 실시형태에서는, 관계 모델로서 중회귀 모델을 예로 들어 설명했지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않고, 관계 모델은 중회귀 모델 이외의 모델이라도 좋다. 예컨대 관계 모델은 뉴럴 네트워크 모델 등의 기계 학습 모델이라도 좋다.
또한, 상기한 각 실시형태에서는, 기판(W)의 엣지 부근의 시스를 제어하기 위한 제어량으로서, 링 어셈블리(322)에 인가되는 직류 전압의 크기를 예로 들어 설명했다. 그러나, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않고, 기판(W)의 엣지 부근의 시스를 제어할 수 있는 제어량이라면, 링 어셈블리(322)에 인가되는 직류 전압의 크기 이외의 제어량이라도 좋다. 기판(W)의 엣지 부근의 시스를 제어할 수 있는 제어량으로서는, 예컨대 링 어셈블리(322)에 인가되는 RF 전력의 크기 및 링 어셈블리(322)를 상방으로 들어 올리는 경우의 링 어셈블리(322)의 상승량 등을 들 수 있다.
또한, 상기한 각 실시형태에서는, 반송 아암(111)의 하면에 설치된 거리 센서(111a)를 이용하여 링 어셈블리(322)의 형상 데이터가 수집되었지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 다른 형태로서, 거리 센서(111a)는 플라즈마 처리 챔버(31) 내의 부재에 고정되어 있어도 좋다. 이 경우, 거리 센서(111a)는, 예컨대 링 어셈블리(322)의 표면의 복수의 위치로 향해서 빛을 조사하고, 출사광과 반사광의 시간차에 기초하여 링 어셈블리(322)까지의 거리를 측정함으로써 형상 데이터를 수집하여도 좋다.
또한, 상기한 각 실시형태에서는, 플라즈마원의 일례로서, 용량 결합형 플라즈마(CCP)를 이용하여 처리를 행하는 처리 모듈(30)을 설명했지만, 플라즈마원은 이것에 한정되지 않는다. 용량 결합형 플라즈마 이외의 플라즈마원으로서는, 예컨대 유도 결합 플라즈마(ICP), 마이크로파 여기 표면파 플라즈마(SWP), 전자 사이클로트론 공명 플라즈마(ECP) 및 헬리콘파 여기 플라즈마(HWP) 등을 들 수 있다.
또한, 이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 실제로 상기한 실시형태는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 상기한 실시형태는 첨부한 청구범위 및 그 취지를 일탈하지 않고서 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.

Claims (13)

  1. 에칭 제어 방법에 있어서,
    a) 기판이 실리는 스테이지 상의 영역을 둘러싸도록 배치된 링 어셈블리의 표면의 복수의 위치에서 측정된 상기 링 어셈블리의 높이의 정보를 포함하는 형상 데이터를 수집하는 공정과,
    b) 미리 수집된 상기 형상 데이터와, 플라즈마 에칭에 의해 상기 기판에 형성되는 오목부의 틸팅의 각도가 허용 범위 내의 각도가 되기 위한 상기 링 어셈블리 근방의 시스의 분포를 제어 가능한 제어량의 관계를 나타내는 관계 모델을 이용하여, 상기 공정 a)에서 수집된 상기 형상 데이터로부터 상기 제어량을 특정하는 공정과,
    c) 특정된 상기 제어량을 적용함으로써, 상기 링 어셈블리 근방의 시스의 분포를 제어하는 공정을 포함하는, 에칭 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공정 a)에서는, 상기 기판을 반송하는 반송 아암에 설치된 거리 센서를 이용하여, 상기 링 어셈블리의 표면의 복수의 위치에서, 상기 거리 센서와 상기 링 어셈블리 사이의 거리가 측정되고, 각각의 위치에서 측정된 거리가 각각의 위치에서의 상기 링 어셈블리의 높이의 정보로서 형상 데이터에 포함되는 것인, 에칭 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 공정 a)는, 상기 반송 아암에 의해서 상기 기판이 상기 스테이지에 실릴 때 및 상기 반송 아암에 의해서 상기 기판이 상기 스테이지로부터 빼내어질 때 중 적어도 어느 하나에서, 상기 반송 아암이 상기 링 어셈블리 근방을 통과할 때에 행해지는 것인, 에칭 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정 a)에서는, 상기 링 어셈블리의 직경 방향에서의 복수의 위치 및 상기 링 어셈블리의 둘레 방향에서의 복수의 위치에서, 상기 형상 데이터가 수집되는 것인, 에칭 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, d) 플라즈마 에칭을 실행하기 전의 상기 기판의 막 두께 분포와, 플라즈마 에칭이 실행된 후의 상기 기판의 막 두께 분포의 차에 기초하여 에칭 레이트의 분포를 추정하고, 상기 에칭 레이트의 분포로부터 상기 오목부의 틸팅의 각도가 상기 허용 범위 내의 각도인지 여부를 판정하는 공정을 더 포함하고,
    상기 공정 a)부터 상기 공정 c)는, 상기 공정 d)에 의해서 틸팅의 각도가 상기 허용 범위를 넘는 각도라고 판정된 경우에 실행되는 것인, 에칭 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서, e) 상기 공정 a)에 의해서 상기 형상 데이터가 수집되고, 상기 공정 b)에 의해서 상기 제어량이 특정되고, 상기 공정 c)에 의해서 상기 링 어셈블리 근방의 시스의 분포가 제어된 후, 상기 공정 d)에 의해서 틸팅의 각도가 상기 허용 범위 내의 각도라고 판정된 경우, 상기 형상 데이터와 상기 제어량을 이용하여 상기 관계 모델을 갱신하는 공정을 더 포함하는, 에칭 제어 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관계 모델은 레시피마다 미리 준비되어 있고,
    상기 공정 b)에서는, 레시피가 변경된 경우, 변경 후의 레시피에 대응하는 상기 관계 모델을 이용하여, 상기 공정 a)에서 수집된 상기 형상 데이터로부터 상기 제어량이 특정되는 것인, 에칭 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, f) 상기 공정 b)에서 특정된 상기 제어량이 미리 정해진 제어량의 범위를 넘는 경우, 다른 레시피에 대응하는 상기 관계 모델 중에서, 상기 범위 내의 제어량으로 상기 오목부의 틸팅의 각도를 허용 범위 내의 각도로 유지할 수 있는 상기 제어량을 특정할 수 있는 다른 관계 모델이 있으면, 상기 링 어셈블리를 교환하는 일 없이 상기 다른 관계 모델에 의해서 특정된 상기 제어량을 적용하여, 상기 다른 관계 모델에 대응하는 상기 다른 레시피를 실행하는 공정을 더 포함하는, 에칭 제어 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관계 모델은 중회귀 모델 또는 뉴럴 네트워크 모델인 것인, 에칭 제어 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정 a)가 실행되기 전에, 상기 링 어셈블리를 클리닝하는 공정을 더 포함하는, 에칭 제어 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 링 어셈블리는, 기판이 실리는 상기 스테이지의 면의 주위에 배치되는 엣지링과, 상기 엣지링의 주위에 배치되는 커버링을 포함하는 것인, 에칭 제어 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어량은, 상기 링 어셈블리에 인가되는 직류 전압의 크기, 상기 링 어셈블리에 인가되는 RF(Radio Frequency) 전력의 크기, 또는 상기 링 어셈블리를 구동 기구에 의해 상승시키는 경우의 상승량인 것인, 에칭 제어 방법.
  13. 에칭 제어 시스템에 있어서,
    플라즈마를 이용하여 기판을 에칭하는 플라즈마 에칭 장치와,
    상기 플라즈마 에칭 장치에 상기 기판을 반송하는 반송 장치와,
    제어 장치를 포함하고,
    상기 플라즈마 에칭 장치는,
    챔버와,
    상기 챔버 내에 설치되며, 상기 기판이 실리는 스테이지와,
    상기 기판이 실리는 상기 스테이지 상의 영역을 둘러싸도록 배치된 링 어셈블리와,
    상기 링 어셈블리 근방의 시스의 분포를 제어하는 시스 제어부를 포함하고,
    상기 반송 장치는,
    상기 기판을 반송하는 반송 아암과,
    상기 반송 아암에 설치된 거리 센서를 포함하며,
    상기 제어 장치는,
    a) 상기 반송 아암 및 상기 거리 센서를 제어하여, 상기 링 어셈블리의 표면의 복수의 위치에서 측정된 상기 링 어셈블리의 높이의 정보를 포함하는 형상 데이터를 수집하는 공정과,
    b) 미리 수집된 상기 형상 데이터와, 플라즈마 에칭에 의해 상기 기판에 형성되는 오목부의 틸팅의 각도가 허용 범위 내의 각도가 되기 위한 상기 시스 제어부의 제어량의 관계를 나타내는 관계 모델을 이용하여, 상기 공정 a)에서 수집된 상기 형상 데이터로부터 상기 제어량을 특정하는 공정과,
    c) 특정된 상기 제어량을 상기 시스 제어부에 적용함으로써, 상기 링 어셈블리 근방의 시스의 분포를 제어하는 공정을 실행하는 것인, 에칭 제어 시스템.
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