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JP2018032721A - プラズマ処理装置のメンテナンス方法 - Google Patents

プラズマ処理装置のメンテナンス方法 Download PDF

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JP2018032721A JP2016163630A JP2016163630A JP2018032721A JP 2018032721 A JP2018032721 A JP 2018032721A JP 2016163630 A JP2016163630 A JP 2016163630A JP 2016163630 A JP2016163630 A JP 2016163630A JP 2018032721 A JP2018032721 A JP 2018032721A
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Shinya Morikita
信也 森北
良祐 新妻
Ryosuke Niitsuma
良祐 新妻
康明 榊原
Yasuaki Sakakibara
康明 榊原
将 星
Susumu Hoshi
将 星
孝明 宮舘
Takaaki Miyatate
孝明 宮舘
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Abstract

【課題】プラズマ処理装置の可用性を向上させ、ウエハ全体に施こされるプラズマ処理の均一性を確保する。
【解決手段】下部電極に高分子シートを介して貼り付けられたフォーカスリングを交換するプラズマ処理装置のメンテナンス方法であって、フォーカスリングが消耗したか否かを判定する交換判定ステップS10と、高分子シートの厚さが増すように高分子シートを加熱することにより、フォーカスリングの上面の高さを上昇させる上昇ステップS14と、フォーカスリングを交換する交換ステップS18と、を有する。上昇ステップは、交換判定ステップS10にてフォーカスリングが消耗したと判定された場合に実行され、交換ステップS18は、上昇ステップの実行後に交換判定ステップS12にてフォーカスリングが消耗したと判定された場合に実行される。
【選択図】図4

Description

本開示は、プラズマ処理装置のメンテナンス方法に関する。
半導体デバイスといった電子デバイスの製造においてはプラズマ処理装置が利用されている。特許文献1記載のプラズマ処理装置は、ウエハを載置する載置台上にウエハの周囲を囲むように配置されるフォーカスリングを備える。フォーカスリングを備えることにより、ウエハの上方に生じるプラズマの分布域をウエハ上だけでなくフォーカスリング上にまで拡大させることができる。これにより、ウエハ全体に施されるプラズマ処理の均一性を確保することができる。
ウエハ及びフォーカスリングは、プラズマに晒されるため、温度上昇する。また、ウエハとフォーカスリングとの間に温度差がある場合、プラズマ処理の不均一性の一因ともなる。このため、ウエハ及びフォーカスリングの温度は、それらを支持する載置台の温度を制御することによって制御される。
載置台とフォーカスリングとの間には、シリコンゴム等の高分子シートが配置されている。これにより、載置台とフォーカスリングとの密着性が高まり、熱伝達効果が向上するため、フォーカスリングの温度を精度良く制御することができる。
特開2014−143283号公報
ところで、特許文献1記載の装置のようにプラズマを用いたプラズマ処理装置においては、フォーカスリングが使用に応じて消耗する。この場合、フォーカスリングの上面の高さが除々に低くなり、フォーカスリングの上面とウエハの上面との高さの連続性が失われる。これにより、ウエハのエッジ部分に入射するイオンが増大し、ウエハ全体に施されるプラズマ処理の均一性が低下するおそれがある。このため、プラズマを用いたプラズマ処理装置においては、使用に応じてフォーカスリングを交換するなどのメンテナンスが必要となる。本技術分野においては、プラズマ処理装置の可用性を向上させることができるメンテナンス方法が望まれている。
本発明の一形態に係るプラズマ処理装置のメンテナンス方法は、下部電極に高分子シートを介して貼り付けられたフォーカスリングを交換する方法であって、フォーカスリングが消耗したか否かを判定する交換判定ステップと、高分子シートの厚さが増すように高分子シートを加熱することにより、フォーカスリングの上面の高さを上昇させる上昇ステップと、フォーカスリングを交換する交換ステップと、を有し、上昇ステップは、交換判定ステップにてフォーカスリングが消耗したと判定された場合に実行され、交換ステップは、上昇ステップの実行後に交換判定ステップにてフォーカスリングが消耗したと判定された場合に実行される。
このメンテナンス方法においては、フォーカスリングが消耗したと判定された場合、直ぐにフォーカスリングを交換するのではなく、高分子シートの厚さが増すように高分子シートを加熱することにより、フォーカスリングの上面の高さを上昇させる。つまり、加熱により高分子シートの厚さを増すことによって、消耗により低くなったフォーカスリングの上面を上昇させて元の高さに近づけることができる。フォーカスリングの上面とウエハの上面との高さの連続性が修復されることにより、フォーカスリングの機能が回復するため、フォーカスリングの交換の時期を先延ばしにすることができる。よって、プラズマ処理装置の可用性を向上させることができる。
一実施形態において、高分子シートは、シリコンゴムを含み、上昇ステップにおいては、高分子シートの温度が200℃〜300℃となるように高分子シートを加熱してもよい。シリコンゴムは200℃〜300℃で加熱されると膨張するため、高分子シートの温度が200℃〜300℃となるように高分子シートを加熱することで、フォーカスリングの上面を上昇させることができる。
一実施形態において、上昇ステップは、高分子シートの温度が第1の温度範囲となるように高分子シートを加熱することにより、フォーカスリングの上面の高さを上昇させる第1上昇ステップと、高分子シートの温度が第1の温度範囲よりも高い第2の温度範囲となるように高分子シートを加熱することにより、フォーカスリングの上面の高さを上昇させる第2上昇ステップと、を含み、第1上昇ステップは、交換判定ステップにてフォーカスリングが消耗したと判定された場合に実行され、第2上昇ステップは、第1上昇ステップの実行後において交換判定ステップにてフォーカスリングが消耗したと判定された場合に実行され、交換ステップは、第2上昇ステップの実行後に交換判定ステップにてフォーカスリングが消耗したと判定された場合に実行されてもよい。
高分子シートは、一般的に熱膨張特性を有する。高分子シートの熱膨張特性の想定されるメカニズムは以下のとおりである。高分子シートは、一般的に主鎖及び側鎖を備えており、主鎖又は側鎖が切れることにより、膨張すると考えられる。ここで、主鎖が切れる温度と側鎖が切れる温度とは異なる。つまり、高分子シートは、第1温度で膨張し、第1温度よりも高い第2温度で膨張するという、二段階で膨張する特性を有すると想定される。上記特性に着目し、一実施形態では、第1上昇ステップにて一段階目の膨張を利用してフォーカスリングの上面とウエハの上面との高さの連続性を修復する。その後の使用により、フォーカスリングが消耗したと判定された場合に、第2上昇ステップにて二段階目の膨張を利用してフォーカスリングの上面とウエハの上面との高さの連続性を修復する。このように、上昇ステップを二段階のステップとすることにより、フォーカスリングの交換の時期をさらに先延ばしにすることができる。よって、プラズマ処理装置の可用性をさらに向上させることができる。
一実施形態においては、上昇ステップでは、プラズマの熱によって高分子シートを加熱してもよい。この場合、プラズマ処理装置に加熱装置を備える必要がないため、簡易な構成でプラズマ処理装置の可用性を向上させることができる。一実施形態においては、上昇ステップでは、ヒータの熱によって高分子シートを加熱してもよい。この場合、フォーカスリングの温調機能を有するプラズマ処理装置において当該方法を容易に実行することができる。
以上説明したように、プラズマ処理装置の可用性を向上させることが可能となる。
第1実施形態に係るメンテナンス方法が適用されるプラズマ処理装置を示す図である。 載置台の詳細を説明する図である。 ヒータを説明する図である。 第1実施形態に係るメンテナンス方法を説明するフローチャートである。 フォーカスリングの上面の高さを説明する図である。 高分子シートの加熱発生ガス分析の測定例である。 第2実施形態に係るメンテナンス方法を説明するフローチャートである。 上昇量と高分子シートの温度との関係を示すグラフである。 上昇量とプラズマ連続照射時間及びプラズマ総照射時間との関係を示すグラフである。 上昇量とRFパワーとの関係を示すグラフである。 上昇量と処理時間との関係を示すグラフである。 エッチングレートの回復を確認した結果である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
[第1実施形態]
図1は、一実施形態に係るメンテナンス方法が適用されるプラズマ処理装置10を示す図である。図1に示されるプラズマ処理装置10は、容量結合型プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器12を備えている。処理容器12の内壁面は、陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器12は保安接地されている。
処理容器12の底部上には、絶縁材料から構成された略円筒上の支持部14が設けられている。支持部14は、処理容器12内において、処理容器12の底部から鉛直方向に延在している。支持部14は、処理容器12内に設けられた載置台PDを支持している。具体的には、図1に示されるように、支持部14は、当該支持部14の内壁面において載置台PDを支持し得る。
載置台PDは、その上面においてウエハWを保持する。載置台PDは、下部電極LE及び静電チャックESCを有している。
図2は、載置台PDの詳細を説明する図である。図2に示されるように、下部電極LEは、例えばアルミアルミニウム等の金属から構成されており、略円盤形状をなしている。下部電極LEの上面上には、静電チャックESCが設けられている。静電チャックESCは、導電膜である電極20を一対の絶縁層21a、21b(又は一対の絶縁シート)間に配置した構造を有している。静電チャックESCの電極20には、直流電源22(図1参照)が電気的に接続されている。静電チャックESCは、直流電源22からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウエハWを吸着することにより、ウエハWを保持することができる。
静電チャックESCは、表面21sを有している。この表面21sは、下部電極LEに接する下面21uとは反対側の面である。表面21sは、底面21t及び複数の凸部21pを有している。複数の凸部21pは、略円柱形状を有しており、底面21tから上方に突出するように構成されている。また、複数の凸部21pは、静電チャックESCの表面21sにおいて分散配置されている。ウエハWは、静電チャックESCの複数の凸部21pの頂部に裏面Wbが接するように載置される。静電チャックESCの表面21sは、ガス供給ライン28(図1)に接続されている。ガス供給ライン28は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばHeガスを、静電チャックESCの表面21sとウエハWの裏面Wbとの間に供給する。
下部電極LEの周縁部上には、ウエハWのエッジ及び静電チャックESCを囲むようにフォーカスリングFRが配置されている。フォーカスリングFRは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングFRは、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、石英から構成され得る。
フォーカスリングFRは、高分子シート16を介して下部電極LEの周縁部上に配置されている。高分子シート16は、下部電極LEとフォーカスリングFRとの密着性を高め、熱伝達効果を向上させるために設けられている。高分子シート16は、ウエハWの周囲を囲むように載置される円環状の形状を有する。高分子シート16は、プラズマ処理装置10を用いたプラズマ処理時にプラズマに曝されないように、フォーカスリングFRに覆われる。高分子シート16は、例えばシリコンゴムなどの樹脂で形成される。シリコンゴムは、主骨格がシロキサン結合(Si−O−Si結合)で結合された高分子ゴムであり、通常、側鎖としてはメチル基が結合される。
なお、高分子シート16は、下部電極LEとフォーカスリングFRとの間に配置されていればよく、下部電極LEとフォーカスリングFRとの両方に密着している必要はない。つまり、下部電極LEとフォーカスリングFRとの間に高分子シート16以外の部材が介在してもよい。
下部電極LEの内部には、冷媒流路24が設けられている。冷媒流路24は、温調機構を構成している。冷媒流路24には、外部に設けられたチラーユニットから配管26a(図1参照)を介して冷媒が供給される。冷媒流路24に供給された冷媒は、配管26b(図1参照)を介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路24には、冷媒が循環するよう、供給される。この冷媒の温度を制御することにより、静電チャックESCによって支持されたウエハWの温度、及びフォーカスリングFRの温度が制御される。
載置台PDには、ヒータが設けられていてもよい。図3は、ヒータを説明する図である。図3の(A)に示される例では、ヒータ90がフォーカスリングFRの直下の下部電極LEの内部に設けられている。図3の(B)に示される例では、高分子シート16と下部電極LEとの間にスペーサSPが配置されており、スペーサSPの内部にヒータ90が設けられている。ヒータ90には、図示しない直流電源が接続され、電流に応じて発熱する。ヒータ90から発生した熱は、高分子シート16及びフォーカスリングFRに伝導する。
図1に戻り、プラズマ処理装置10は、上部電極30を備えている。上部電極30は、載置台PDの上方において、当該載置台PDと対向配置されている。下部電極LEと上部電極30とは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極30と下部電極LEとの間には、ウエハWにプラズマ処理を行うための処理空間Sが画成されている。
上部電極30は、絶縁性遮蔽部材32を介して、処理容器12の上部に支持されている。この上部電極30は、電極板34及び電極支持体36を含み得る。電極板34は、処理空間Sに面しており、複数のガス吐出孔34aを画成している。この電極板34は、一実施形態では、シリコンから構成されている。
電極支持体36は、電極板34を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体36は、水冷構造を有し得る。電極支持体36の内部には、ガス拡散室36aが設けられている。このガス拡散室36aからは、ガス吐出孔34aに連通する複数のガス通流孔36bが下方に延びている。また、電極支持体36には、ガス拡散室36aに処理ガスを導くガス導入口36cが形成されており、このガス導入口36cには、ガス供給管38が接続されている。
ガス供給管38には、バルブ群42及び流量制御器群44を介して、ガスソース群40が接続されている。ガスソース群40は、複数のガスソースを含んでもよい。流量制御器群44は、複数の流量制御器を含んでもよい。複数の流量制御器は、対応するガスソースから供給されるガスの流量を制御する。これら流量制御器は、マスフローコントローラ(MFC)であってもよく、FCSであってもよい。バルブ群42は、複数のバルブを含んでもよい。複数のガスソースはそれぞれ、流量制御器及びバルブを介して、ガス供給管38に接続されている。ガスソースのガスは、ガス供給管38からガス拡散室36aに至り、ガス通流孔36b及びガス吐出孔34aを介して処理空間Sに吐出される。
プラズマ処理装置10は、接地導体12aを更に備え得る。接地導体12aは、略円筒状をなしており、処理容器12の側壁から上部電極30の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。
また、プラズマ処理装置10では、処理容器12の内壁に沿ってデポシールド46が着脱自在に設けられている。デポシールド46は、支持部14の外周にも設けられている。デポシールド46は、処理容器12にエッチング副生物(デポ)が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にY等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
処理容器12の底部側においては、支持部14と処理容器12の内壁との間に排気プレート48が設けられている。排気プレート48は、例えば、アルミニウム材にY等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート48の下方において処理容器12には、排気口12eが設けられている。排気口12eには、排気管52を介して排気装置50が接続されている。排気装置50は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器12内を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器12の側壁にはウエハWの搬入出口12gが設けられており、この搬入出口12gはゲートバルブ54により開閉可能となっている。
処理容器12の内壁には、導電性部材(GNDブロック)56が設けられている。導電性部材56は、高さ方向においてウエハWと略同じ高さに位置するように、処理容器12の内壁に取り付けられている。この導電性部材56は、グランドにDC的に接続されており、異常放電防止効果を発揮する。なお、導電性部材56はプラズマ生成領域に設けられていればよく、その設置位置は図1に示された位置に限られるものではない。
また、プラズマ処理装置10は、第1の高周波電源62及び第2の高周波電源64を更に備えている。第1の高周波電源62は、プラズマ生成用の第1の高周波(RF:Radio Frequency)電力を発生する電源であり、27〜100MHzの周波数、一例においては40MHzの高周波電力を発生する。第1の高周波電源62は、整合器66を介して下部電極LEに接続されている。整合器66は、第1の高周波電源62の出力インピーダンスと負荷側(下部電極LE側)の入力インピーダンスを整合させるための回路である。
第2の高周波電源64は、ウエハWにイオンを引き込むための第2の高周波電力、即ち高周波バイアス電力を発生する電源であり、400kHz〜13.56MHzの範囲内の周波数、一例においては3.2MHzの高周波電力を発生する。第2の高周波電源64は、整合器68を介して下部電極LEに接続されている。整合器68は、第2の高周波電源64の出力インピーダンスと負荷側(下部電極LE側)の入力インピーダンスを整合させるための回路である。
なお、プラズマ処理装置10は、第1の高周波電源62及び第2の高周波電源64の2周波である必要はなく、第1の高周波電源62及び第2の高周波電源64の何れか一方のみを備えてもよい。
また、プラズマ処理装置10は、直流電源70を更に備え得る。直流電源70は、上部電極30に接続されている。直流電源70は、負の直流電圧を発生し、当該直流電圧を上部電極30に与えることが可能である。直流電源70に負の直流電圧が与えられると、処理空間Sに存在する正イオンが、電極板34に衝突する。これにより、電極板34からシリコンが放出される。放出されたシリコンは、ウエハWの表面に堆積して、ハードマスクを保護し得る。
また、一実施形態においては、プラズマ処理装置10は、制御部Cntを更に備え得る。この制御部Cntは、プラズマ処理装置10の各部を統括制御する。制御部Cntは、CPUといったプロセッサ、ユーザインタフェース、及び、記憶部を備え得る。
プロセッサは、記憶部に記憶されたプログラム及びプロセスレシピを実行することにより、流量制御器群44、バルブ群42及び排気装置50に制御信号を送出し、エッチング時に処理ガスが処理容器12内に供給され、且つ、当該処理容器12内の圧力が設定された圧力となるように、制御を実行する。また、プロセッサは、第1の高周波電源62及び第2の高周波電源64、並びに、直流電源70に制御信号を送出し、第1の高周波電源62の高周波電力の大きさ、第2の高周波電源64の大きさ、直流電源70の直流電圧の大きさを制御することができる。また、プロセッサは、記憶部に種々の測定値などを記憶する。
ユーザインタフェースは、工程管理者がプラズマ処理装置10を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボード又はタッチパネル、プラズマ処理装置10の稼働状況等を可視化して表示するディスプレイ等を含んでいる。
記憶部には、プラズマ処理装置10で実行される各種処理をプロセッサの制御によって実現するための制御プログラム(ソフトウエア)、及び、処理条件データ等を含むプロセスレシピ、メンテナンス用のレシピ等が保存されている。プロセッサは、ユーザインタフェースからの指示等、必要に応じて、各種の制御プログラムを記憶部から呼び出して実行する。このようなプロセッサの制御下で、プラズマ処理装置10において所望の処理が実行される。また、記憶部には、実行済みのプロセスレシピ(プロセス条件)に対応する監視結果が関連付けられて記憶されていてもよい。
次に、一実施形態に係るメンテナンス方法を説明する。このメンテナンス方法は、下部電極LEに高分子シート16を介して貼り付けられたフォーカスリングFRを交換する方法である。図4は、一実施形態に係るメンテナンス方法を説明するフローチャートである。図4に示されるフローチャートは、例えば、プラズマ処理装置10のプロセスレシピ実行後のタイミングで実行され得る。フローチャートは、制御部Cntによって実行される。
図4に示されるように、最初に、制御部Cntは、判定処理(S10:交換判定ステップ)として、フォーカスリングFRが消耗したか否かを判定する。例えば、制御部Cntは、フォーカスリングFRの基準状態と判定処理実行時(又はプロセス処理実行時)のフォーカスリングFRの状態とを比較することでフォーカスリングFRが消耗したか否かを判定する。フォーカスリングFRの基準状態とは、初期導入時又は前回メンテナンス終了時のフォーカスリングFRの物性値又は配置位置である。つまり、新品のフォーカスリングFRの物性値又は配置位置である。物性値は、例えば、厚さ、重量、抵抗値などである。配置位置は、例えばフォーカスリングFRの上面の高さである。新品のフォーカスリングFRの物性値又は配置位置は記憶部に記憶されている。フォーカスリングFRの判定処理実行時(又はプロセス処理実行時)の状態は、図示しない赤外線レーザ、重量測定器、抵抗測定器などにより取得され、記憶部に記憶されている。制御部Cntは、比較結果に基づいてフォーカスリングFRが消耗したか否かを判定する。例えば、制御部Cntは、閾値以上の差分が検出されたときに、フォーカスリングFRが消耗したと判定する。一般的に、0.3mm程度消耗した場合、フォーカスリングFRは交換する必要がある。
図5は、フォーカスリングの上面の高さを説明する図である。図5の(A)は、初期状態(新品)のフォーカスリングFRの上面FRaの高さを示す。図5の(B)に示されるように、プラズマ処理を繰り返すうちにフォーカスリングFRが消耗する。図中では、フォーカスリングFRの上面FRaが削られて、高さが低くなっている(消耗量h1)。制御部Cntは、消耗量h1が閾値(例えば0.3mm)以上になった場合、フォーカスリングFRが消耗したと判定する。
制御部Cntは、フォーカスリングFRが消耗したことに起因する現象に基づいて、フォーカスリングFRが消耗したか否かを判定してもよい。例えば、制御部Cntは、プロセス結果に基づいてフォーカスリングFRが消耗したか否かを判定する。プロセス結果とは、例えばエッチングレートの面内分布、ホール形状の面内分布などである。具体的には、制御部Cntは、ウエハ位置とエッチングレートとの関係と、初期導入時又は前回メンテナンス終了時におけるウエハ位置とエッチングレートとの関係と、を比較してフォーカスリングFRが消耗したか否かを判定する。ウエハ位置とエッチングレートとの関係と、初期導入時又は前回メンテナンス終了時におけるウエハ位置とエッチングレートとの関係と、は記憶部に記憶されている。例えば、制御部Cntは、閾値以上の差分が検出されたときに、フォーカスリングFRが消耗したと判定する。
図4に戻り、制御部Cntは、判定処理(S10)においてフォーカスリングFRが消耗したと判定された場合、判定処理(S12:上昇判定ステップ)として、後述するフォーカスリングFRの上昇処理を実行済みであるか否かを判定する。後述のとおり、上昇処理は非可逆的かつ上昇値に上限が存在するためである。制御部Cntは、記憶部に記憶された後述する処理フラグを参照し、フォーカスリングFRの上昇処理を実行済みであるか否かを判定する。
制御部Cntは、判定処理(S12)においてフォーカスリングFRの上昇処理を実行済みでないと判定された場合、フォーカスリングFRの上昇処理(S14:上昇ステップ)として、高分子シート16の厚さが増すように高分子シート16を加熱することにより、フォーカスリングFRの上面の高さを上昇させる。
ここで、高分子シート16の物性について説明する。高分子シート16は、熱膨張特性を有する。高分子シート16の熱膨張特性は、以下のメカニズムで発生していると想定される。
高分子シート16の材料であるシリコンゴムは、主鎖がシロキサン結合であり、側鎖がメチル基である。シリコンゴムは、加熱すると、シロキサン結合又はメチル基の結合が熱劣化により切断される。図6は、高分子シートの加熱発生ガス分析の測定例である。加熱発生ガス分析とは、分析対象物(本実施形態においては高分子シート)を加熱した場合に、発生するガス種の発生速度を時間の関数として追跡する手法であり、図6の横軸は温度を示し、図6の縦軸は各温度におけるガス種の発生速度を示す。また、図6におけるガス種類は、実線がメタンガスであり、破線が二酸化炭素ガスであり、点線がトリメチルシラノールであり、一点鎖船がシロキサン化合物である。なお、高分子シートとしては、主鎖がシロキサン結合で結合され、側鎖にメチル基を有するシリコンゴムを使用している。
図6に示されるように、シリコンゴムを常温から加熱した場合、140℃前後で二酸化炭素ガスの発生が開始する。二酸化炭素ガスの発生は、シリコンゴムにおける側鎖の切断を意味する。その後、210℃前後でシロキサン化合物の発生が開始する。このシロキサン化合物の発生は、シリコンゴムの主鎖であるシロキサン結合が切断されたことを意味する。このように、シリコンゴムは、熱劣化により最初に側鎖が切断される。これにより、主鎖に多数の架橋が生成される。架橋は再結合するものの、結合角が変化してシロキサン構造を維持しにくくなるため、ポリマー構造が崩れ、膨張する傾向になる。さらに温度を上昇させると、主鎖であるシロキサン結合が熱劣化により切断され、ポリマー構造の崩壊が加速し、さらなる膨張が進行する。このように、高分子シート16は、側鎖が切断される第1温度(140℃前後)で膨張し、主鎖が切断される第2温度(210℃前後)でさらに膨張するという、二段階で膨張する特性を有すると予想される。また、結合の切断によって膨張は生じるため、高分子シート16の膨張は非可逆的かつ上昇量に上限が存在すると考えられる。さらに、膨張は材料に起因しているため、再現性に優れていると考えられる。これらの予想される特性は、高分子シート16の熱膨張が制御しやすいことを示している。
図4に戻り、制御部Cntは、フォーカスリングFRの上昇処理(S14)として、高分子シート16の温度が200℃〜300℃となるように高分子シート16を加熱する。高分子シート16に含まれるシリコンゴムは、200℃〜300℃に加熱された場合、膨張するためである。なお、制御部Cntは、高分子シート16の温度を200℃〜300℃に所定時間保ってもよい。加熱保持時間は任意に設定することができる。
制御部Cntは、種々の手法で高分子シート16を加熱することができる。例えば、制御部Cntは、プラズマの熱によって高分子シート16を加熱する。制御部Cntは、通常のプロセス条件とは異なるメンテナンス用のプロセス条件でプラズマ処理をすることで、フォーカスリングFRを介して所定のプラズマ熱が高分子シート16へ伝達され、高分子シート16を所定の温度に加熱することができる。例えば、制御部Cntは、通常のプロセス条件よりも高いRF電力でプラズマ処理を行う。具体的には、制御部Cntは、通常のプロセス時のRF電力(〜1000W)よりも高いRF電力(3000W以上、例えば3000W〜5000W)でプラズマ処理を行う。周波数は、低周波の方がフォーカスリングFRへのイオンの衝突が増加するため、高分子シート16の入熱を効率良く行うことができる。具体的には、RFの周波数は13MHz程度でよい。周波数は一周波でもよいし、二周波でもよい。また、RFは、上部印加よりも下部印加の方が高分子シート16の入熱を効率良く行うことができる。制御部Cntは、ヒータ90の熱によって高分子シート16を加熱してもよい。
図5の(C)は、上昇処理(S14)を説明する図である。図5の(C)に示されるように、高分子シート16を加熱することにより高分子シート16の厚さが増加している。これにより、フォーカスリングFRの上面FRaが増加した厚さ分だけ上昇する(上昇量h2)。これにより、フォーカスリングFRの上面FRaを初期状態の高さに近づけることができる。消耗量h1と上昇量h2とは、高分子シート16の物性及び加熱温度によって等しくなるように調整することができる。
図4に戻り、制御部Cntは、上昇処理(S14)の終了時において、上昇処理を実行したか否かを示す処理フラグを記憶部に記憶する。例えば、制御部Cntは、上昇処理が未実行であることを示す「0」から、上昇処理が実行済みであることを示す「1」へ処理フラグを変更する。上昇処理(S14)が終了すると、図4に示されるフローチャートが終了する。
また、制御部Cntは、判定処理(S10)において、フォーカスリングFRが消耗していないと判定された場合、図3に示すフローチャートが終了する。例えば、フォーカスリングFRの交換メンテナンスを実行してから間もない場合、又は、上述した上昇処理(S14)を実行してから間もない場合には、フォーカスリングFRが消耗していないため、図4に示されるフローチャートが終了する。
また、制御部Cntは、判定処理(S12)において、フォーカスリングFRの上昇処理(S14)を実行済みであると判定された場合、フォーカスリングFRの交換メンテナンスを行う。具体的には、制御部Cntは、処理容器12の開処理(S16)として、処理容器12内にパージガスを導入して処理容器12内を大気圧とし、処理容器12を開放する。そして、フォーカスリングFRの交換処理(S18:交換ステップ)が実行される。フォーカスリングFRの交換は、制御部Cntが図示しないロボットを用いて行ってもよいし、作業員によって実行されてもよい。このように、交換処理(S18)は、上昇処理(S14)を実行後において、フォーカスリングFRの消耗が判定されたときに実行される。交換処理(S18)が終了すると、図4に示されるフローチャートが終了する。
以上、図4に示されるフローチャートが実行されることにより、フォーカスリングFRが消耗したと判定された場合、直ぐにフォーカスリングFRを交換するのではなく、真空環境下において、高分子シート16の厚さが増すように高分子シート16を加熱することにより、フォーカスリングFRの上面FRaの高さを上昇させる。つまり、加熱により高分子シート16の厚さを増すことによって、消耗により低くなったフォーカスリングFRの上面FRaを上昇させて元の高さに近づけることができる。フォーカスリングFRの上面FRaとウエハWの上面との高さの連続性が修復されることにより、フォーカスリングFRの機能が回復するため、フォーカスリングFRの交換の時期を先延ばしにすることができる。よって、プラズマ処理装置10の可用性を向上させることができる。
[第2実施形態]
第2実施形態に係るメンテナンス方法は、第1実施形態に係るメンテナンス方法と比較して、上昇処理(S14)の温度を二段階に分けて制御している点が相違し、その他は同一である。したがって、第1実施形態に係るメンテナンス方法と同一部分については記載を省略する。第2実施形態に係るメンテナンス方法が適用されるプラズマ処理装置は、プラズマ処理装置10と同一である。
図7は、第2実施形態に係るメンテナンス方法を説明するフローチャートである。図7に示されるフローチャートは、例えば、プラズマ処理装置10のプロセスレシピ実行後のタイミングで実行され得る。フローチャートは、制御部Cntによって実行される。
図7に示されるように、最初に、制御部Cntは、判定処理(S30:交換判定ステップ)として、フォーカスリングFRが消耗したか否かを判定する。判定処理(S30)は、図4に示された判定処理(S10)と同一である。
制御部Cntは、フォーカスリングFRが消耗したと判定された場合、判定処理(S32:第2上昇判定ステップ)として、後述するフォーカスリングFRの第2上昇処理を実行済みであるか否かを判定する。後述のとおり、第2上昇処理を実行した場合、フォーカスリングFRの上面は上昇の上限値に達するためである。制御部Cntは、記憶部に記憶された後述する第2処理フラグを参照し、フォーカスリングFRの第2上昇処理を実行済みであるか否かを判定する。
制御部Cntは、フォーカスリングFRの第2上昇処理を実行済みでないと判定された場合、判定処理(S34:第1上昇判定ステップ)として、後述するフォーカスリングFRの第1上昇処理を実行済みであるか否かを判定する。後述のとおり、第1上昇処理、第2上昇処理の順に一度のみ実行可能であるからである。制御部Cntは、記憶部に記憶された後述する第1処理フラグを参照し、フォーカスリングFRの第1上昇処理を実行済みであるか否かを判定する。
制御部Cntは、判定処理(S34)においてフォーカスリングFRの第1上昇処理を実行済みでないと判定された場合、フォーカスリングFRの第1上昇処理(S36:第1上昇ステップ)として、高分子シート16の温度が第1の温度範囲となるように高分子シート16を加熱することにより、フォーカスリングFRの上面FRaの高さを上昇させる。第1の温度範囲とは、側鎖が切断される温度である第1温度(140℃前後)を含み、主鎖が切断される温度である第2温度(210℃前後)を含まない範囲であり、例えば、100℃〜200℃の範囲、又は120℃〜160℃の範囲などである。加熱手法については、第1実施形態で説明した種々の手法を採用することができる。また、加熱保持時間は任意に設定することができる。第1上昇処理を実行することにより、側鎖が切断されることにより膨張する厚さ分、フォーカスリングFRの上面FRaの高さを上昇させることができる。制御部Cntは、第1上昇処理(S36)の終了時において、第1上昇処理を実行したか否かを示す第1処理フラグを記憶部に記憶する。例えば、制御部Cntは、第1上昇処理が未実行であることを示す「0」から、第1上昇処理が実行済みであることを示す「1」へ第1処理フラグを変更する。第1上昇処理(S36)が終了すると、図7に示されるフローチャートが終了する。
制御部Cntは、判定処理(S34)においてフォーカスリングFRの第1上昇処理を実行済みであると判定された場合、フォーカスリングFRの第2上昇処理(S38:第2上昇ステップ)として、高分子シート16の温度が第2の温度範囲となるように高分子シート16を加熱することにより、フォーカスリングFRの上面FRaの高さを上昇させる。第2の温度範囲とは、第1の温度範囲よりも高い温度であり、主鎖が切断される温度である第2温度(210℃前後)を含む範囲である。第2の温度範囲は、例えば、150℃以上の範囲、150℃〜300℃の範囲、又は、200℃〜300℃の範囲などである。加熱手法については、第1実施形態で説明した種々の手法を採用することができる。また、加熱保持時間は任意に設定することができる。第2上昇処理を実行することにより、主鎖が切断されることにより膨張する厚さ分、フォーカスリングFRの上面FRaの高さをさらに上昇させることができる。制御部Cntは、第2上昇処理(S38)の終了時において、第2上昇処理を実行したか否かを示す第2処理フラグを記憶部に記憶する。例えば、制御部Cntは、第2上昇処理が未実行であることを示す「0」から、第2上昇処理が実行済みであることを示す「1」へ第2処理フラグを変更する。第2上昇処理(S38)が終了すると、図7に示されるフローチャートが終了する。
また、制御部Cntは、判定処理(S30)において、フォーカスリングFRが消耗していないと判定された場合、図7に示すフローチャートが終了する。例えば、フォーカスリングFRの交換メンテナンスを実行してから間もない場合、又は、上述した第1上昇処理(S36)又は第2上昇処理(S38)を実行してから間もない場合には、フォーカスリングFRが消耗していないため、図7に示されるフローチャートが終了する。
また、制御部Cntは、第2判定処理(S32)において、フォーカスリングFRの第2上昇処理(S38)が実行済みであると判定された場合、これ以上はフォーカスリングFRの上面FRaを上昇させることはできないので、フォーカスリングFRの交換メンテナンスを行う。具体的には、制御部Cntは、処理容器12の開処理(S40)として、処理容器12内にパージガスを導入して処理容器12内を大気圧とし、処理容器12を開放する。そして、フォーカスリングFRの交換処理(S42:交換ステップ)が実行される。フォーカスリングFRの交換は、制御部Cntが図示しないロボットを用いて行ってもよいし、作業員によって実行されてもよい。このように、交換処理(42)は、第2上昇処理(S38)を実行後において、フォーカスリングFRの消耗が判定されたときに実行される。交換処理(S42)が終了すると、図4に示されるフローチャートが終了する。
以上、図7に示されるフローチャートが実行されることにより、フォーカスリングFRが消耗したと判定された場合、直ぐにフォーカスリングFRを交換するのではなく、真空環境下において、高分子シート16の厚さが増すように高分子シート16を第1の温度範囲で加熱することにより、フォーカスリングFRの上面FRaの高さを一段階上昇させる。これにより、フォーカスリングFRの上面FRaとウエハWの上面との高さの連続性を修復する。その後の使用により、フォーカスリングFRが消耗したと判定された場合に、真空環境下において、高分子シート16の厚さが増すように高分子シート16を第2の温度範囲で加熱することにより、フォーカスリングFRの上面FRaの高さをさらにもう一段階上昇させる。これにより、フォーカスリングFRの上面FRaとウエハWの上面との高さの連続性を再度修復する。このように、上昇処理宇を二段階のステップとすることにより、フォーカスリングFRの交換の時期をさらに先延ばしにすることができる。よって、プラズマ処理装置10の可用性をさらに向上させることができる。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。
[実施例]
上述した実施形態が奏する効果を検証した結果を説明する。
(高分子シートの膨張効果)
大気圧環境下において、下部電極LE、高分子シート16及びフォーカスリングFRの3層に熱を与えた。下部電極LEの材料はセラミック、高分子シート16の材料はシリコンゴム、フォーカスリングFRの材料は石英である。温度範囲は、100℃〜300℃とした。昇温時間を含む熱処理時間を12時間とした。下部電極LE、高分子シート16及びフォーカスリングFRの3層全体の厚さを測定し、初期状態との差分を上昇量として算出した。結果を図8に示す。
図8は、上昇量と高分子シート16の温度との関係を示すグラフである。縦軸は上昇量[mm]、横軸は高分子シート16の温度[℃]である。図8に示されるように、高分子シート16の温度が100℃の場合、上昇量は0mm、高分子シート16の温度が200℃の場合、上昇量は0.02mm、高分子シート16の温度が300℃の場合、上昇量は0.09mmとなった。つまり、100℃よりも大きい温度、少なくとも200℃〜300℃の範囲で高分子シート16が膨張し、フォーカスリングFRの上面の上昇効果を奏することが確認された。
(高分子シートの膨張効果の主要パラメータの特定)
(プラズマ連続照射時間)
図1に示すプラズマ処理装置10(RFは、下部印加であり、一周波、13MHz、RFパワー3000W)を用いてプラズマを励起し、プラズマ処理時間と処理するウエハの枚数とを変更し、フォーカスリングFRの上面FRaを計測して初期状態からの上昇量を算出した。条件1は、1分間のプラズマ処理とウエハの交換とを繰り返し、ウエハを10枚処理した。条件2は、条件1において、処理するウエハの枚数を25枚とした。条件3は、条件1において、プラズマ処理時間を3分とした。つまり、条件1と条件2とを比較すると、プラズマ連続照射時間は同一であり、プラズマ総照射時間は条件2の方が条件1よりも長い。また、条件2と条件3とを比較すると、プラズマ連続照射時間は、条件3の方が条件2よりも長く、プラズマ総照射時間はほぼ同一である。結果を図9に示す。
図9は、上昇量とプラズマ連続照射時間及びプラズマ総照射時間との関係を示すグラフである。縦軸は上昇量[mm]である。条件1では上昇量が0.028mm、条件2では上昇量が0.028mm、条件3では上昇量が0.035mmとなった。条件1と条件2との結果を比較すると、プラズマ総照射時間は、高分子シート16の膨張効果に大きく影響しないことが確認された。条件2と条件3とを比較すると、プラズマ連続照射時間が長い方が、高分子シート16の膨張効果が増加することが確認された。プラズマ連続照射時間が長いほど、高分子シート16の最高到達温度は上昇する。つまり、図9に示す結果により、高分子シート16の最高到達温度が高分子シート16の膨張効果の主要なパラメータであることが確認された。
(RFパワー)
図1に示すプラズマ処理装置10(RFは、下部印加であり、一周波、13MHz)においてRFパワーの大きさを変更してプラズマを励起し、10分間のプラズマ処理とウエハの交換とを繰り返し、ウエハを25枚処理し、フォーカスリングFRの上面FRaを計測して初期状態からの上昇量を算出した。条件4はRFパワーを3000Wとした。条件5はRFパワーを4000Wとした。結果を図10に示す。
図10は、上昇量とRFパワーとの関係を示すグラフである。縦軸は上昇量[mm]である。条件4では上昇量が0.045mm、条件5では上昇量が0.105mmとなった。条件4と条件5とを比較すると、RFパワーが大きい方が、高分子シート16の膨張効果が増加することが確認された。RFパワーが大きいほど、高分子シート16の最高到達温度は上昇する。図10に示す結果により、高分子シート16の最高到達温度が高分子シート16の膨張効果の主要なパラメータであることが確認された。
(処理時間)
図9において、プラズマ総照射時間は、高分子シート16の膨張効果に大きく影響しないことが確認された。これは高分子シート16の膨張量に上限値が存在することを示唆している。この点を確認すべく、以下条件でフォーカスリングFRの上面FRaの上昇量を確認した。図1に示すプラズマ処理装置10(RFは、下部印加であり、一周波、13MHz、RFパワー3000W)を用いてプラズマを励起し、10分間のプラズマ処理にて処理するウエハの枚数を変更し、フォーカスリングFRの上面FRaを計測して初期状態からの上昇量を算出した。条件6は処理するウエハ枚数を1枚、条件7は処理するウエハ枚数を2枚、条件8は処理するウエハ枚数を25枚とした。つまり、条件6、条件7、条件8の順で処理時間が長い。結果を図11に示す。
図11は、上昇量と処理時間との関係を示すグラフである。縦軸は上昇量[mm]である。条件6では上昇量が0.095mm、条件7では上昇量が0.095mm、条件8では上昇量が0.105mmとなった。このように、高分子シート16の上昇量は、RFパワー4000Wで10分間プラズマ処理することにより飽和することが確認された。つまり、図11に示す結果により、高分子シート16の膨張量に上限値が存在することが確認された。
以上から、高分子シート16の膨張効果の主要パラメータは、高分子シート16の最高到達温度であり、膨張量に上限値が存在することが確認された。
(エッチングレートの回復確認)
高分子シート16を膨張させることによって、悪化したエッチングレートが回復するか否かを検証した。図1に示すプラズマ処理装置10(RFは、下部印加であり、一周波、13MHz、RFパワー150Wを用いてプラズマを励起して有機膜をエッチングし、エッチングレートのウエハ面内分布を測定した。以下のように条件を変更した。新品のフォーカスリングFRを用いた場合のエッチングレートのウエハ面内分布を測定した。条件9として、0.6mm消耗したフォーカスリングFRを用いた場合のエッチングレートのウエハ面内分布を測定した。条件10として、0.6mm消耗したフォーカスリングFRに対して図1に示すプラズマ処理装置10(RFは、下部印加であり、一周波、13MHz、RFパワー3000W)を用いてプラズマを励起し、10分間のプラズマ処理とウエハの交換とを繰り返し、ウエハを10枚処理した後に、当該フォーカスリングFRを用いた場合のエッチングレートのウエハ面内分布を測定した。条件11として、条件10のウエハ処理枚数を25枚とした。条件12として、条件10のウエハ処理枚数を50枚とした。結果を図12に示す。
図12は、エッチングレートの回復を確認した結果である。縦軸はエッチングレートの勾配であり、横軸はウエハ中心からの距離[mm]である。エッチングレートの勾配は、新品のフォーカスリングFRのエッチングレートを基準とした差分を示している。横軸においてウエハ中心からの距離148mmはウエハの外縁である。
新品のフォーカスリングFRのエッチングレートの勾配は、ウエハ中心からの距離145mmからウエハの外縁に向かうに従って減少した。条件9の場合、つまり、消耗したフォーカスリングFRのエッチングレートの勾配は、ウエハ中心からの距離145mmからウエハの外縁に向かうに従って増加した。条件10〜12の場合、つまり、消耗したフォーカスリングFRに上昇処理を行った場合のエッチングレートの勾配は、ウエハ中心からの距離145mmからウエハの外縁に向かうに従ってほぼ一定値を示した。これにより、上昇処理をすることにより、フォーカスリングFRの上面FRaが上昇し、条件9と比べて新品に近いエッチングレートになっていること(回復したこと)が確認された。
10…プラズマ処理装置、12…処理容器、16…高分子シート、22…直流電源、30…上部電極、34…電極板、62…第1の高周波電源、64…第2の高周波電源、70…直流電源、PD…載置台、ESC…静電チャック、LE…下部電極、W…ウエハ、FR…フォーカスリング。

Claims (5)

  1. 下部電極に高分子シートを介して貼り付けられたフォーカスリングを交換するプラズマ処理装置のメンテナンス方法であって、
    前記フォーカスリングが消耗したか否かを判定する交換判定ステップと、
    前記高分子シートの厚さが増すように前記高分子シートを加熱することにより、前記フォーカスリングの上面の高さを上昇させる上昇ステップと、
    前記フォーカスリングを交換する交換ステップと、
    を有し、
    前記上昇ステップは、前記交換判定ステップにて前記フォーカスリングが消耗したと判定された場合に実行され、
    前記交換ステップは、前記上昇ステップの実行後に前記交換判定ステップにて前記フォーカスリングが消耗したと判定された場合に実行される、
    プラズマ処理装置のメンテナンス方法。
  2. 前記高分子シートは、シリコンゴムを含み、
    前記上昇ステップにおいては、前記高分子シートの温度が200℃〜300℃となるように前記高分子シートを加熱する請求項1に記載のプラズマ処理装置のメンテナンス方法。
  3. 前記上昇ステップは、
    前記高分子シートの温度が第1の温度範囲となるように前記高分子シートを加熱することにより、前記フォーカスリングの上面の高さを上昇させる第1上昇ステップと、
    前記高分子シートの温度が第1の温度範囲よりも高い第2の温度範囲となるように前記高分子シートを加熱することにより、前記フォーカスリングの上面の高さを上昇させる第2上昇ステップと、
    を含み、
    前記第1上昇ステップは、前記交換判定ステップにて前記フォーカスリングが消耗したと判定された場合に実行され、
    前記第2上昇ステップは、前記第1上昇ステップの実行後において前記交換判定ステップにて前記フォーカスリングが消耗したと判定された場合に実行され、
    前記交換ステップは、前記第2上昇ステップの実行後に前記交換判定ステップにて前記フォーカスリングが消耗したと判定された場合に実行される、
    請求項1に記載のプラズマ処理装置のメンテナンス方法。
  4. 前記上昇ステップでは、プラズマの熱によって前記高分子シートを加熱する請求項1〜3の何れか一項に記載のプラズマ処理装置のメンテナンス方法。
  5. 前記上昇ステップでは、ヒータの熱によって前記高分子シートを加熱する請求項1〜3の何れか一項に記載のプラズマ処理装置のメンテナンス方法。
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