JP7446495B2 - プラズマ処理装置、算出方法および算出プログラム - Google Patents
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Description
[プラズマ処理装置の構成]
最初に、実施形態に係るプラズマ処理装置10の構成について説明する。図1は、第1実施形態に係るプラズマ処理装置の概略的な構成の一例を示す断面図である。図1に示すプラズマ処理装置10は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置である。プラズマ処理装置10は、略円筒状の処理容器12を備えている。処理容器12は、例えば、アルミニウムから構成されている。また、処理容器12の表面は、陽極酸化処理が施されている。
次に、載置台16について詳細に説明する。図2は、第1実施形態に係る載置台を示す平面図である。上述したように、載置台16は、静電チャック18および基台20を有する。静電チャック18は、セラミックで形成され、上面が、ウエハWおよびフォーカスリングFRを載置する載置領域18aとされている。載置領域18aは、平面視において略円形の領域とされている。図1に示すように、静電チャック18は、ウエハWが配置される領域に静電吸着用の電極E1が設けられている。電極E1は、スイッチSW1を介して直流電源22に接続されている。
次に、制御部100について詳細に説明する。図3は、第1実施形態に係るプラズマ処理装置を制御する制御部100の概略的な構成を示したブロック図である。制御部100は、例えば、コンピュータであり、外部インターフェース101と、プロセスコントローラ102と、ユーザインターフェース103と、記憶部104とが設けられている。
Phは、プラズマからの熱流束があるときのヒータパワー[W]である。
Ph0は、プラズマからの熱流束がないときの定常状態でのヒータパワー[W]である。
qhは、プラズマからの熱流束があるときの単位面積当たりのヒーターHT2からの発熱量[W/m2]である。
qh0は、プラズマからの熱流束がないときの定常状態での単位面積当たりのヒーターHT2からの発熱量[W/m2]である。
qpは、プラズマからフォーカスリングFRへの単位面積当たりの熱流束[W/m2]である。
Rth・Aは、フォーカスリングFRと静電チャック18の表面間の単位面積当たりの熱抵抗[K・m2/W]である。
Rthc・Aは、静電チャック18の表面とヒーター間の単位面積当たりの熱抵抗[K・m2/W]である。
Aは、ヒーターHT2設けられた分割領域75(分割領域75b)の面積[m2]である。
ρFRは、フォーカスリングFRの密度[kg/m3]である。
CFRは、フォーカスリングFRの単位面積当たりの熱容量[J/K・m2]である。
zFRは、フォーカスリングFRの厚さ[m]である。
ρcは、静電チャック18を構成するセラミックの密度[kg/m3]である。
Ccは、静電チャック18を構成するセラミックの単位面積当たりの熱容量[J/K・m2]である。
zcは、静電チャック18の表面からヒーターHT2までの距離[m]である。
κcは、静電チャック18を構成するセラミックの熱伝導率[W/K・m]である。
tは、プラズマを点火してからの経過時間[sec]である。
TFRは、フォーカスリングFRの温度[℃]である。
Thは、一定に制御したヒーターHT2の温度[℃]である。
次に、プラズマ処理装置10がフォーカスリングFRの厚さを算出する算出処理を含み、算出されたフォーカスリングFRの厚さからフォーカスリングFRの交換時期を判定する判定処理の流れについて説明する。図8は、第1実施形態に係る判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。この判定処理は、所定のタイミング、例えば、プラズマ処理装置10がプラズマ処理を開始するタイミングでそれぞれ実行される。
次に、第2実施形態に係るプラズマ処理装置10の概略的な構成を説明する。図9は、第2実施形態に係るプラズマ処理装置の概略的な構成の一例を示す断面図である。第2実施形態に係るプラズマ処理装置10は、図1に示す第1実施形態に係るプラズマ処理装置10と一部同様の構成であるため、同一部分に同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分について主に説明する。
次に、制御部100について詳細に説明する。図10は、第2実施形態に係るプラズマ処理装置を制御する制御部の概略的な構成の一例を示すブロック図である。第2実施形態に係る制御部100は、図3に示す第1実施形態に係る制御部100と一部同様の構成であるため、同一部分に同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分について主に説明する。
次に、第3実施形態について説明する。図14は、第3実施形態に係るプラズマ処理装置の概略的な構成の一例を示す断面図である。第3実施形態に係るプラズマ処理装置10は、図9に示す第2実施形態に係るプラズマ処理装置10と一部同様の構成であるため、同一部分に同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分について主に説明する。
次に、第4実施形態について説明する。図15は、第4実施形態に係るプラズマ処理装置の概略的な構成の一例を示す断面図である。第4実施形態に係るプラズマ処理装置10は、図9に示す第2実施形態に係るプラズマ処理装置10と一部同様の構成であるため、同一部分に同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分について主に説明する。
次に、第5実施形態について説明する。図16は、第5実施形態に係るプラズマ処理装置の概略的な構成の一例を示す断面図である。第5実施形態に係るプラズマ処理装置10は、図9に示す第2実施形態に係るプラズマ処理装置10と一部同様の構成であるため、同一部分に同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分について主に説明する。第5実施形態に係るプラズマ処理装置10は、上部電極30の上面に電磁石80が設けられておらず、第2の載置台70が昇降可能されている。
次に、図17を参照して、第5実施形態に係る第1の載置台60及び第2の載置台70の要部構成について説明する。図17は、第5実施形態に係る第1の載置台及び第2の載置台の要部構成を示す概略断面図である。
12 処理容器
16 載置台
18 静電チャック
18a 載置領域
30 上部電極
30a 中央部
30b 周辺部
60 第1の載置台
60d 載置面
70 第2の載置台
73 電極
74 電源
75、75a、75b、75b1~75b4 分割領域
80、80a~80c 電磁石
93a、93b 可変直流電源
100 制御部
101 外部インターフェース
102 プロセスコントローラ
102a ヒーター制御部
102b 計測部
102c パラメータ算出部
102d 設定温度算出部
102e アラート部
102f プラズマ制御部
103 ユーザインターフェース
104 記憶部
104a 補正情報
120 昇降機構
FR フォーカスリング
HP ヒーター電源
HT、HT1、HT2 ヒーター
Claims (19)
- プラズマ処理により消耗する消耗部品が載置される載置面の温度を調整可能なヒーターが設けられた載置台と、
前記ヒーターが設定された設定温度となるよう前記ヒーターへの供給電力を制御するヒーター制御部と、
前記ヒーター制御部により、前記ヒーターの温度が一定となるよう前記ヒーターへの供給電力を制御して、プラズマを点火して無い未点火状態と、プラズマ点火後の点火状態での供給電力を計測する計測部と、
プラズマから前記消耗部品への入熱量、前記消耗部品と前記載置面との間の熱抵抗、および前記消耗部品の厚さをパラメータとして、前記計測部により計測された未点火状態と点火状態の供給電力を用いて、前記消耗部品の厚さを算出するパラメータ算出部と、
を有するプラズマ処理装置。 - 前記載置台は、前記載置面を分割した領域毎に前記ヒーターが個別に設けられ、
前記ヒーター制御部は、前記領域毎に設けられた前記ヒーターが前記領域毎に設定された設定温度となるよう前記ヒーターごとに供給電力を制御し、
前記計測部は、前記ヒーター制御部により、前記ヒーターごとに温度が一定となるよう供給電力を制御して、前記未点火状態と、前記点火状態での供給電力を前記ヒーターごとに計測し、
前記パラメータ算出部は、前記ヒーターごとに、前記計測部により計測された未点火状態と点火状態の供給電力を用いて、前記ヒーターごとに前記消耗部品の厚さを算出する
ことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 前記計測部は、所定のサイクルで、前記未点火状態と、前記点火状態での供給電力を計測し、
前記パラメータ算出部は、前記所定のサイクルごとに、計測された未点火状態と点火状態の供給電力を用いて、前記消耗部品の厚さをそれぞれ算出し、
前記パラメータ算出部により算出される前記消耗部品の厚さの変化に基づき、アラートを行うアラート部をさらに有することを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマ処理装置。 - 前記消耗部品は、フォーカスリングとし、
前記載置台は、プラズマ処理の対象とされた被処理体の周囲に前記フォーカスリングが配置され、
前記パラメータ算出部により算出された前記フォーカスリングの厚さに基づき、前記被処理体の上部に形成されるプラズマシースの界面の高さと前記フォーカスリングの上部に形成されるプラズマシースの界面の高さとの差が所定範囲内となるようにプラズマ処理を制御するプラズマ制御部をさらに有する、
ことを特徴とする請求項1~3の何れか1つに記載のプラズマ処理装置。 - 前記被処理体及び前記フォーカスリングの少なくとも一方に並列に配置された少なくとも1つの電磁石をさらに有し、
前記プラズマ制御部は、前記フォーカスリングの厚さに基づき、前記電磁石へ供給される電力を制御することで、前記被処理体の上部に形成されるプラズマシースの界面の高さと前記フォーカスリングの上部に形成されるプラズマシースの界面の高さとの差が所定範囲内となるように前記電磁石の磁力を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置。 - 前記フォーカスリングを載置する載置面に設けられ、直流電圧が印加される電極をさらに有し、
前記プラズマ制御部は、前記フォーカスリングの厚さに基づき、前記被処理体の上部に形成されるプラズマシースの界面の高さと前記フォーカスリングの上部に形成されるプラズマシースの界面の高さとの差が所定範囲内となるように前記電極に印加する直流電圧を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置。 - 前記フォーカスリングを載置する載置面に設けられ、交流電圧が印加される電極をさらに有し、
前記プラズマ制御部は、前記フォーカスリングの厚さに基づき、前記被処理体の上部に形成されるプラズマシースの界面の高さと前記フォーカスリングの上部に形成されるプラズマシースの界面の高さとの差が所定範囲内となるように前記電極に印加する交流電圧を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置。 - 前記フォーカスリングを載置し、インピーダンスの変更が可能とされた第2の載置台をさらに有し、
前記プラズマ制御部は、前記フォーカスリングの厚さに基づき、前記被処理体の上部に形成されるプラズマシースの界面の高さと前記フォーカスリングの上部に形成されるプラズマシースの界面の高さとの差が所定範囲内となるように前記第2の載置台のインピーダンスを制御する
ことを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置。 - 前記被処理体及び前記フォーカスリングに対向して配置され、前記被処理体及び前記フォーカスリングの少なくとも一方に並列に電極が設けられ、処理ガスを供給するガス供給部をさらに有し、
前記プラズマ制御部は、前記フォーカスリングの厚さに基づき、前記被処理体の上部に形成されるプラズマシースの界面の高さと前記フォーカスリングの上部に形成されるプラズマシースの界面の高さとの差が所定範囲内となるように前記電極へ供給される電力を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置。 - 前記フォーカスリングを昇降させる昇降機構をさらに有し、
前記プラズマ制御部は、前記フォーカスリングの厚さに基づき、前記被処理体の上部に形成されるプラズマシースの界面の高さと前記フォーカスリングの上部に形成されるプラズマシースの界面の高さとの差が所定範囲内となるように前記昇降機構を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置。 - プラズマから前記消耗部品への入熱量は、未点火状態のヒーターからの発熱量と点火状態の定常状態のヒーターからの発熱量に基づき算出される
ことを特徴とする請求項1~10の何れか1つに記載のプラズマ処理装置。 - プラズマから前記消耗部品への入熱量は、未点火状態のヒーターからの発熱量と点火状態において前記ヒーターへの供給電力が低下する過渡状態でのヒーターからの発熱量に基づき算出される
ことを特徴とする請求項1~10の何れか1つに記載のプラズマ処理装置。 - プラズマから前記消耗部品への入熱量、および前記消耗部品と前記載置面との間の熱抵抗は、新品のフォーカスリングを用いて求めた値を用いる
ことを特徴とする請求項1~12の何れか1つに記載のプラズマ処理装置。 - 前記載置台は、前記載置面を分割した領域毎にヒーターの温度を検出可能な温度センサが設けられている
ことを特徴とする請求項2に記載のプラズマ処理装置。 - 前記載置台は、前記載置面が周方向に複数の領域に分割されている
ことを特徴とする請求項2に記載のプラズマ処理装置。 - 前記入熱量、前記熱抵抗、および前記パラメータ算出部により算出されたフォーカスリングの厚さを用いて、前記フォーカスリングが目標温度となるヒーターの設定温度を算出する設定温度算出部をさらに有する
ことを特徴とする請求項1~15の何れか1つに記載のプラズマ処理装置。 - 前記消耗部品は、フォーカスリングの外周に設置される絶縁部材である
ことを特徴とする請求項1~3の何れか1つに記載のプラズマ処理装置。 - プラズマ処理により消耗する消耗部品が載置される載置面の温度を調整可能なヒーターが設けられた載置台の前記ヒーターが設定された設定温度となるよう前記ヒーターへの供給電力を制御して、プラズマを点火して無い未点火状態と、プラズマ点火後の点火状態での供給電力を計測し、
プラズマから前記消耗部品への入熱量、前記消耗部品と前記載置面との間の熱抵抗、および前記消耗部品の厚さをパラメータとして、計測された未点火状態と点火状態の供給電力を用いて、前記消耗部品の厚さを算出する
処理を実行することを特徴とする算出方法。 - プラズマ処理により消耗する消耗部品が載置される載置面の温度を調整可能なヒーターが設けられた載置台の前記ヒーターが設定された設定温度となるよう前記ヒーターへの供給電力を制御して、プラズマを点火して無い未点火状態と、プラズマ点火後の点火状態での供給電力を計測し、
プラズマから前記消耗部品への入熱量、前記消耗部品と前記載置面との間の熱抵抗、および前記消耗部品の厚さをパラメータとして、計測された未点火状態と点火状態の供給電力を用いて、前記消耗部品の厚さを算出する
処理を実行させることを特徴とする算出プログラム。
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