JP3637041B2 - 試料処理装置及び試料処理システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料処理装置及び試料処理システムに係り、特に、処理の微細化が進んだ状態での処理プロセスに用いるのに適した試料処理装置及び試料処理システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
真空処理装置は、例えば、真空処理室内にエッチングガスを導入し、減圧下でプラズマ放電を発生させ、このプラズマ中に発生するラジカルあるいはイオンを、被処理物であるウエハ表面に反応させてエッチングをする装置が知られている。
【0003】
このような処理を行うドライエッチング装置は、レシピと呼ばれる製造条件(ガス流量、ガス圧力、投入電力、エッチング時間等)のもとにエッチング処理を行う。前記レシピは半導体デバイスの特定の製造工程(同一プロセス)においては、常に一定に保持されている。なお、前記1つのプロセスを数ステップに分割して各ステップ毎に製造条件を変更する場合もある。半導体製造工程において、ドライエッチング装置があるプロセスを処理する場合、前述のようにレシピと呼ばれる製造条件をウエハ処理毎に毎回一定に設定してウエハ加工を行う。
【0004】
また、試料のエッチング条件やエッチング状態をモニタすると共に、試料の実際の形状などを抜き取り、測定装置で検査し、その結果を試料処理装置にフィードバックすることも行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
最近の微細化が進んだ状態でのドライエッチングプロセスでは、ウエハとエッチングガスの反応生成物が処理室内壁に堆積し、この堆積物からアウトガスと呼ばれる不要なガスが発生し、このため処理室内の環境が経時変化する。さらに、処理室関連部品の温度変化、部品の消耗によっても処理室内環境は変化する。このようにドライエッチング装置には様々な外乱要因が存在する。
【0006】
また、エッチングの前工程であるリソグラフィー工程で形成するマスクの形状寸法のばらつきも、エッチング結果に重要な影響を与える。すなわち、一定のレシピを用いてエッチング処理を行っても、種々の外乱により一定の性能を得ることは困難である。
【0007】
さらに、測定装置によるウエハの抜き取り検査、測定は、測定点の多いほど、測定精度も高くなる。しかし、測定精度を高くすると測定に時間がかかり、スループットが低下する。
【0008】
本発明は、試料の処理条件、例えばプラズマの状態の変化による影響を抑制することのできる真空処理装置および真空処理システムを提供することを目的とする。
【0009】
本発明の他の目的は、試料の処理状態のモニタ値等から試料の処理結果を推測する機能の精度向上を図り、予測の精度を向上させ、ひいては製品の歩留を向上させることができる真空処理装置および真空処理システムを提供することにある。
【0010】
本発明の他の目的は、測定装置による試料検査を行いつつ、スループット向上を図ることができる真空処理装置および真空処理システムを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、試料の処理パラメータをモニタする機能と、該モニタされたパラメータから前記試料の処理特性を推測する機能と、処理後の前記試料の処理状態を測定するための測定装置と通信する機能と、前記モニタによる情報から推測される前記試料の処理特性に応じて前記測定装置による測定条件を変更する機能とを有することにある。
【0012】
本発明の他の特徴は、エッチングパラメータをモニタする機能、またそれに加えてエッチング処理状態をモニタするセンサ機能を有し、エッチング処理後のエッチング特性を測定する測定装置と通信する機能を有するエッチング装置において、エッチングパラメータまたはセンサ情報により推測されるエッチング特性により、測定装置による測定点数を増減させる機能を有することにある。
【0013】
本発明の他の特徴は、モニタされたエッチングパラメータ、センサ情報によりエッチング結果を推測する機能を有する判定プログラム及び判定するためのデータを蓄えるデータベースを有し、さらに新たな測定結果を追加し判定ルールを追加できることを特徴とする判定システムを有することにある。
【0014】
本発明の他の特徴は、上記エッチング状態をモニタする機能を用いてエッチング状態をモニタし、それを上記判定システムに入力し、判定結果から、上記通信機能により測定装置に対して測定点数の増減を指示し、その測定結果を受信し、受け取った結果を判定ルールおよびデータベースに反映することにより、ウエハのエッチング処理を行いながら自動的に判定システムを更新することにある。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を説明する。
図1は、本発明の試料処理システムをドライエッチング処理システムとした第1の実施形態の全体構成を示すブロック図である。図2は、システム全体の機能を示すブロック図である。試料処理システム100の真空処理装置1は、2つのプラズマ処理室2a、2bと真空搬送室3とロック室4a、4bとから成る。真空搬送室3の周りにはプラズマ処理室2a、2b、前処理室2c、2d及びロック室4a、4bが配置されている。真空処理装置1のロック室4a、4b側には、搬送ロボット6を有する搬送装置5が配置され、さらに試料の搬送装置5を挟んでカセット8を複数個配置可能なカセット台7が配置される。また、搬送装置5には真空処理装置1とともに測定装置9及び通信機能11が併設してある。また、測定装置9による測定結果は制御装置10に取り込まれ、制御装置10は、通信回線12を経由して測定結果をホストコンピュータ50に送信する。ホストコンピュータ50もしくはコンピュータを具備した制御装置10のいずれかが、図2に示したようなエッチング特性推測機能110と測定調整機能120を備えている。また、これらの機能の一部を測定装置9のコンピュータで分担しても良い。
【0016】
エッチング特性推測機能110により推測されたエッチング特性に応じて、プラズマ処理室2a、2bでのウエハ32の処理条件が調整される。また、エッチング特性推測機能110の情報を受けて、測定調整機能120は測定装置9による測定点数の増減等を制御する。60は、ホストコンピュータ50で制御される他の処理装置を示す。
【0017】
真空処理装置システム100は、エッチング特性推測機能110を実現するために、制御装置10、測定装置9もしくはホストコンピュータ50のいずれかに、エッチングパラメータ制御及びモニタ機能111と、エッチング状態モニタ用センサ112、エッチング特性格納データベース113、エッチング状態判定装置114を備えている。
【0018】
エッチング状態モニタ用センサ112として、形状測定機能を持った測長SEM装置、オプティカルCD測定装置、プロープ検査(電気的特性検査)装置等が考えられる。エッチング状態判定装置114は、判定システムとして、モニタされたエッチングパラメータ、センサ情報によりエッチング結果を推測する機能を有する判定プログラム及び判定するためのデータを蓄えるデータベースを有し、さらに新たな測定結果を追加し判定ルールを追加できるように構成されている。
【0019】
各機能の配置構成例として、例えば、真空処理装置1のエッチングパラメータ制御及びモニタ機能111によりエッチング状態をモニタし、それをホストコンピュータ50のエッチング状態判定装置114の判定システムに入力する。その判定結果から、ホストコンピュータ50の測定調整機能120が、処理装置1にウエハ面内の測定条件の変更を指示する。真空処理装置1は、この測定結果を受信し、新たな判定ルールを追加し測定装置9に対して測定条件の変更、例えば点数の増減を指示すると共に、受け取った結果を判定ルールおよびデータベースに反映することにより、ウエハ32のエッチング処理を行う。他方、ホストコンピュータ50は、予め設定された条件に従い自動的に判定システムを更新する。
【0020】
図3は、本発明の試料処理システムに採用されるエッチング装置としての真空処理装置の縦断面を示した図である。この真空処理装置は、電磁波をアンテナより放射し、磁場との相互作用によって真空処理室20にプラズマを生成するECR方式のプラズマエッチング装置の例である。真空処理室20の上部には誘電体窓21を介してAl製のアンテナ22が配置されている。アンテナ22には、同軸導波管23および整合器24を介して、この場合、周波数450MHzのUHF電磁波を発生させる高周波電源25が接続されている。真空処理室20とアンテナ22との間に設けた誘電体窓21は高周波電源25からの電磁波を透過可能である。真空処理室20の外周部には、真空処理室20内に磁場を形成するための磁場コイル26(この場合、2段コイル)が巻装されている。真空処理室20内のアンテナ22の下方には試料であるウエハ32を配置するための試料台としての下部電極27が設けられている。誘電体窓21と下部電極27との間の処理空間にプラズマが生成される。
【0021】
下部電極27には、プラズマ中のイオンにウエハ32への入射エネルギを与えるための高周波バイアス電源28と、ウエハ32を下部電極27に静電吸着させるためのESC電源29とが接続されている。高周波バイアス電源28の周波数に特に制限はないが、通常では200kHzから20MHzの範囲が用いられている。この場合、高周波バイアス電源28の周波数は400kHzが用いられている。
【0022】
真空処理室20の下部には、排気装置に接続された排気口30が設けられている。31は真空処理室20内に処理ガスを供給するガス供給装置であり、誘電体窓21に設けられた多数のガス供給孔につながっている。
【0023】
エッチングパラメータ制御及びモニタ機能111を実現するものとして、エッチングパラメータをモニタするためのセンサ群がある。これらは、真空処理装置に供給するガス流量、ガス流量、ガス圧力、投入電力等の処理中のプロセス量をモニタするためのセンサ群からなる。これらのセンサは、通常ドライエッチング装置に標準装備されるものであり、ここでは図示を省略する。
【0024】
また、エッチング処理状態をモニタするセンサ群も設けられている。例えば、真空処理室20の処理空間となるプラズマ生成部に対応してプラズマ光を採光する採光窓を設け、採光窓に光ファイバーを介して接続し採光したプラズマ光の発光スペクトルを測定するセンサとして発光モニタ34(OES: Optical Emission Spectroscopy)を設ける。また、他のセンサとして、プラズマ粒子の質量を分析するための4重極質量分析装置(QMS:Quadrupole Mass Spectrometry)を設けても良い。これらのセンサ群によって測定した発光スペクトル等を電気信号化して制御装置10に入力する。
【0025】
なお、エッチングの形状がウエハ毎に変化する原因としては、塩化Siなどの反応生成物が真空処理室20の内壁に付着してプラズマの状態が変ることがある。例えば、内壁に付着した反応生成物が再放出されてウエハに付着すると加工線幅の設計値からの太り量(以下、「CDゲイン」と呼ぶ。)は大きくなる。同時に、プラズマ発光強度を光の波長に対して測定する、すなわち、発光スペクトルを測定すると、反応生成物の増加に対応した変化が測定される。変化の様相はガス組成やエッチングされる物質によって異なるが、CDゲインとプラズマの発光スペクトルとの関係をあらかじめ測定しておき、このデータを制御装置10の記憶装置に記録、保持しておく。
【0026】
次に、本発明の真空処理装置システムの動作を説明する。真空処理装置1でエッチング処理されたウエハは、搬送ロボット6によってロック室4aまたは4bから測長走査型電子顕微鏡(以下、「測長SEM」と呼ぶ。)等の加工線幅を測定する測定装置9に送られる。測定装置9では測長SEMによってCDゲインが測定される。この測定は、必要に応じてウエハ1枚毎または所定の枚数毎に行われ、制御装置10内の記憶装置にデータが蓄積される。また、CDゲインには所定の許容値があり、初期エッチング条件、すなわち、ロット処理開始時のエッチング処理条件はCDゲインがこの許容値内に収まるように設定されている。ここで、何枚ものウエハを連続処理し、もしCDゲインが許容値を超えた場合は、このデータ信号を制御装置10に送り、制御装置10またはよってCDゲインが許容値内に収まるようにエッチング条件を自動調整して、制御装置10によって真空処理装置のプラズマ処理室2aまたは2bでのエッチング処理条件を変更・調整する。制御装置10は、フィードバック(FB)制御系またはフィードフォワード(FF)制御系の制御を行う。制御装置10はまた、エッチング特性格納データベース113の一部として、処理中のプロセス量をレシピあるいは生産管理情報(ロット番号、ウエハID等)と結合して保存するデータベースも備えている。
【0027】
エッチングパラメータをモニタするためのセンサ群、エッチング処理状態をモニタするセンサ群で得られる情報とその内容の一覧を、表1に示す。
【0028】
【表1】
エッチング装置1においてウエハに対してエッチング処理がなされ、処理済みのウエハは測定装置9へ搬送される。そして、エッチング装置1の制御装置10から測定装置9へ処理済みウエハの測定依頼がなされ、その測定装置9からエッチング装置1の制御装置10へ測定結果が送られる。制御装置10では、この測定結果を解析し、製造ラインのホストコンピュータに送信する。ホストコンピュータではこの測定結果に基づいた所定の処理を行い、測定装置9による測定条件の変更を指示する。一方、測定の終了したウエハは、次の工程へ搬送される。
【0029】
測定条件の変更の例として、例えば、図4の(a)は、一枚のウエハ面内における測定点の増加の例を示している。測定点が多いほど、ウエハ面内のエッチング特性の分布、例えば冷却温度の差などが良く分かる。また、図4の(b)は、ウエハの加工形状の測定に関して、いずれかの上記測定点における測定位置を一点から多点に変更している。多点測定によればCDゲインの状態が良く分かる。
【0030】
このように、測定装置9によるウエハの測定は、ウエハ面内における測定点や加工形状に関する測定位置の多いほど、測定精度が高くなる。しかし、測定精度を高くすると測定に時間がかかり、スループットが低下する。そこで、エッチング開始直後はできるだけ低い測定精度で処理してスループットの向上を図り、処理室内の環境の経時変化等をモニタし、必要に応じて適宜、測定精度を高くするのが望ましい。
【0031】
[実施例1]
本発明のより具体的な実施例を、実施例1として図5の制御フロー及び図6のO2成分量特性データベース116(エッチング特性格納データベース113の一部)で説明する。一般に、Poly‐SiエッチングにおいてO2成分量がエッチングの形状に影響を及ぼすと言われている。そこで、O2成分量と形状の関係を予めデータベース化しておく。ウエハのエッチング処理中に(502)、発光モニタOESによりプラズマ発光を調ベ(504)、その中のO2成分量の変動を測定する(506)。これによりエッチング形状の仕上がりが予想できる。そして、図6に示すO2成分量と形状の関係のデータベース116を参照し(508)、エッチング中の発光量より形状が規格外になったか否かを判定し(510)、規格外になったと思われるウエハに関してその形状測定を測定装置9に依頼する(512)。また、ウエハが規格外でなくても、抜き取り検査などによりルーチンワークとしての検査も行う(514)。測定装置9の各ウエハに関する情報は、必要に応じて次工程においても利用される。
【0032】
O2成分量特性データベース116中のO2成分量は、標準状態からの相対値を表すものとする。測定装置9における測定結果は通信により受け取る(516、518)。そして、測定結果が正常か否かを判定する(520)。図6のO2成分量特性データベース116中、太枠部分が許容範囲である。もし、異常であれば、この例ではHOSTコンピュータに報告を行い(522)、HOSTコンピュータ50からは例えばこの処理装置の着工停止及びクリーニング実施といった処置が命令される。
【0033】
また、測定装置9での測定結果は正常であれ異常であれ、また、エッチング装置1から依頼した場合でも、通常の抜き取り検査結果も全て、図6のデータベース116に反映される(524)。すなわち、測定結果に応じて、判定プログラムの判定ルールやデータベースを更新することにより、モニタされたエッチングパラメータ、センサ情報からエッチング結果を推測する機能の精度向上を図る。これにより、判定プログラムによる予測の精度を向上させ、ひいては製品の歩留を向上させることができる。また、エッチング条件に応じた測定精度とすることで、ウエハ処理のスループット向上を図ることができる。
【0034】
この実施例では、上記データベース及び予測機能をエッチング装置に持たせているが、この機能はHOSTコンピュータ側で実現してもよい。あるいは、予測機能及びデータベースをセンサと一体化し、ライン監視装置という形で実現してもよい。
[実施例2]
本発明の実施例2を、図7の制御フロー及び図8の誘電正接特性データベース118(エッチング特性格納データベース113の一部)で説明する。
【0035】
一般にUHFプラズマエッチング装置では、UHF電力値がエッチング均一性(ウエハ面内の分布特性)に影響を及ぼすといわれている。通常、電力値は一定制御されているのであるが、その出力が全てプラズマ生成に寄与しているのではなく、一部の電力は反射等により処理室内に入射されない。この効率を表す指標として図8のデータベースに示す誘電正接(tanδ)がよく用いられる。このtanδも通常ほぼ一定であるが、装置状態の変動によりその値が変化する。そこで、ウエハのエッチング処理中にtanδを測定することによりエッチング均一性が予想できる。
【0036】
すなわち、ウエハのエッチング処理中に(702)、高周波電源の誘電正接(tanδ)の測定を行う(704)。これによりエッチング形状の仕上がりが予想できる。そしてtanδと均一性の関係を、図8の誘電正接特性データベース118を参照し(706)、エッチング中の誘電正接tanδより均一性が許容範囲外となったか否かを判定する(708)。図8の誘電正接特性データベース118中、太枠内が許容範囲である。許容範囲外になったと思われるウエハに関しては、その分布測定を測定装置9に依頼する(710)。また、規格外でなくても、ウエハの抜き取り検査などによりルーチンワークとしての検査も行う(712)。
【0037】
分布測定は、通常の測定点に加えて、ウエハ面内の測定個所を増やすことにより実施される。制御装置10は測定結果を受け取り(714〜716)、測定結果が正常か否かを判定し(718)、再度、図8の誘電正接特性データベース118を参照して均一性が否かを判定する。異常であれば、この例ではHOSTコンピュータに報告を行い(720)、HOSTコンピュータからは例えばこの処理装置の着工停止、クリーニング実施といった処置が命令される。
【0038】
また、測定装置9での測定結果は正常であれ異常であれ、また、エッチング装置1から依頼した場合でも、通常の抜き取り検査結果も全て、データベースに反映され、予測の精度を向上させるのに利用される(722)。
【0039】
本発明は、プラズマCVD装置、スパッタ装置、アッシング装置、イオン打ち込み装置等の他の試料処理装置にも適用することができることは言うまでもない。
【0040】
【発明の効果】
本発明によれば、試料の処理条件や処理状態をモニタし、試料処理装置や試料測定装置にフィードバック制御あるいはフィードフォワード制御を行う、すなわち、試料の測定結果に応じて、判定プログラムの判定ルールやデータベースを更新するので、モニタ値等から試料の処理結果を推測する機能の精度向上を図る。これにより、判定プログラムによる予測の精度を向上させ、ひいては製品の歩留を向上させることができる。また、試料の処理条件に応じた測定精度とすることで、スループット向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例になる試料処理システムの全体構成を示すブロック図である。
【図2】図1の実施例における機能ブロック図である。
【図3】図1の実施例に採用されるエッチング装置の縦断面図である。
【図4】図1の実施例におけるウエハに対する測定条件の変更例の説明図である。
【図5】本発明の具体的な実施例1の制御フローを示す図である。
【図6】実施例1のデータベースの例を示す図である。
【図7】本発明の具体的な実施例2の制御フローを示す図である。
【図8】実施例2のデータベースの例を示す図である。
【符号の説明】
1…真空処理装置、2…プラズマ処理室、3…真空搬送室、5…搬送装置、7…カセット台、9…測定装置、10…制御装置、11…通信機能、50…ホストコンピュータ、110…エッチング特性推測機能、111…エッチングパラメータ制御及びモニタ機能、112…エッチング状態モニタ用センサ、113…エッチング特性格納データベース、114…エッチング状態判定装置、120…測定調整機能。
Claims (9)
- 試料のエッチング処理に関するパラメータとして試料及び試料処理装置のエッチング処理に関するパラメータをモニタする機能と、試料のエッチング状態をモニタするセンサ機能と、該モニタされた各パラメータから前記試料のエッチング特性を推測する機能と、前記試料の処理後のエッチング特性を測定するための測定装置と通信する機能と、前記エッチングパラメータ及び前記センサ情報により推測されるエッチング特性により前記測定装置によりエッチング特性の測定を実施する条件を変更する機能とを有する試料処理装置。
- モニタされたエッチングパラメータ、センサ情報によりエッチング結果を推測する機能を有する判定プログラム及び判定するためのデータを蓄えるデータベースを有する、請求項1に記載の試料処理装置。
- 新たな測定結果を追加し判定ルールを追加できる判定システムを有する、請求項2に記載の試料処理装置。
- 試料の処理パラメータとして試料及び試料処理装置に関するパラメータをモニタする機能と、該モニタされたパラメータから前記試料の処理特性を推測する機能と、処理後の前記試料の処理状態を測定するための測定装置と通信する機能と、前記モニタによる情報から推測される前記試料の処理特性に応じて前記測定装置により前記処理状態の測定を実施する条件を変更する機能とを備え、
前記測定装置による測定を実施する条件の変更として、ウエハ面内における測定点数の増減を行う試料処理装置。 - 試料の処理パラメータとして試料及び試料処理装置に関するパラメータをモニタする機能と、該モニタされたパラメータ及び処理状態から前記試料の処理特性を推測する機能と、前記試料の処理後の特性を測定するための測定装置と通信する機能と、前記モニタによる情報により推測される処理特性により前記測定装置により前記処理状態の測定を実施する条件を変更する機能とを備え、
前記測定装置による測定を実施する条件の変更として、ウエハ面内における測定点数の増減を行う試料処理装置。 - 試料の処理パラメータとして試料及び試料処理装置に関するパラメータをモニタする機能と、該モニタされたパラメータから前記試料の処理特性を推測する機能と、処理後の前記試料の処理状態を測定するための測定装置と通信する機能と、前記モニタによるパラメータ情報から推測される前記試料の処理特性に応じて前記測定装置により前記処理状態の測定を実施する条件を変更する機能とを備え、
前記測定装置による測定を実施する条件の変更として、いずれかの測定点における測定位置を一点もしくは多点に変更する試料処理装置。 - 試料の処理パラメータとして試料及び試料処理装置に関するパラメータをモニタする機能と、前記試料の処理状態をモニタするセンサ機能と、該モニタされたパラメータ及び処理状態から前記試料の処理特性を推測する機能と、前記試料の処理後の特性を測定するための測定装置と通信する機能と、前記処理パラメータ及び前記センサ情報により推測される処理特性により前記測定装置により前記処理状態の測定を実施する条件を変更する機能とを備え、
前記測定装置による測定を実施する条件の変更として、いずれかの測定点における測定位置を一点もしくは多点に変更する試料処理装置。 - 通信回線を介して相互に接続された、試料処理装置と測定装置とホストコンピュータとを備えた試料処理システムであって、
試料の処理パラメータとして試料及び前記試料処理装置に関するパラメータをモニタする機能と、前記測定装置により前記処理状態の測定を実施する条件を変更する機能と、判定ルールおよびデータベースに基づき前記モニタ結果を判定する判定システムとを備えており、
前記判定システムは、前記試料処理装置における前記試料の処理状態をモニタして判定した結果に基づき前記測定装置に対してウエハ面内における測定点数の増減を行う測定を実施する条件の変更としてウエハ面内における測定点数の増減を指示し、該変更後の測定結果を受け取り前記判定ルールおよびデータベースに反映することにより、前記試料の処理を行いながら自動的に前記判定システムを更新する試料処理システム。 - 通信回線を介して相互に接続された、試料処理装置と測定装置とホストコンピュータとを備えた試料処理システムであって、
試料の処理パラメータとして試料及び前記試料処理装置に関するパラメータをモニタする機能と、前記測定装置により前記処理状態の測定を実施する条件を変更する機能と、判定ルールおよびデータベースに基づき前記モニタ結果を判定する判定システムとを備えており、
前記判定システムは、前記試料処理装置における前記試料の処理状態をモニタして判定した結果に基づき前記測定装置に対して測定を実施する条件の変更としていずれかの測定点における測定位置を一点もしくは多点に変更する指示を行い、該変更後の測定結果を受け取り前記判定ルールおよびデータベースに反映することにより、前記試料の処理を行いながら自動的に前記判定システムを更新する試料処理システム。
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