JP2008034885A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理室内面がプラズマにより変質したり重金属汚染源となるのを防止すると共に、プラズマ処理特性を経時的に安定させるプラズマ処理方式を提供する。
【解決手段】 外部エネルギ供給放電方式のプラズマ発生装置と、処理室と、該処理室内に処理ガスを供給する装置と、前記処理室内で試料を保持する試料台と、前記処理室内を減圧排気する装置とを備えたプラズマ処理装置において、前記処理室が、減圧に耐える外筒と、該外筒の内側に隙間を介して配置された内筒と、該内筒の温度を、前記外筒を介して所望温度に保持する温度制御保持手段とを備え、前記内筒を非磁性材料で形成したプラズマ処理装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に係り、特に、高密度のプラズマを用い、試料にエッチング等の処理を施すのに好適な、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。

従来のプラズマ処理装置としては、例えば、非特許文献１に記載のように、マイクロ波プラズマ処理装置を用い、マイクロ波を伝播する導波管内に石英製の放電室を有し、放電室外部に配置したコイルより生じられる外部磁場とマイクロ波電界の作用により、放電室内でプラズマを生成させるようになっていた。そして、該プラズマを利用して半導体ウェハの表面にエッチング等の処理を施すことが可能となる。

このようなマイクロ波エッチング処理装置では、マイクロ波を導くと共に、外部磁場を処理室内に導入するために、処理室として、導波管となる非磁性でかつ導電性の材料が必要である。そのため、一般には処理室の壁材料として、アルミニウム（Ａｌ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）の金属が用いられる。

ところで、処理室の壁面を構成するステンレス鋼その他の金属は、プラズマにより削られ飛散して、その中に含まれている重金属と共に汚染源となる。

一方、特許文献１には、処理室で使用される反応ガスによる化学的腐食から金属面を保護することのできる導電製のコーティングを内側金属面上に形成するものが示されている。これは、処理ガスに、塩素などのハロゲンガスなどを用いてプラズマエッチングを行うと、処理室の金属壁が腐食するという恐れがあるため、処理室の金属内壁面上に、コーティングにより保護膜を形成するものである。処理室の金属はアルミニウムであり、コーティング材料には、ＴｉＮ，ＩｎＳｎ，ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＴａＣ等があげられている。コーティング層の厚みは、０．２μｍから１μｍにわたるものとされている。

また、特許文献２には、チャンバ内に対向電極を備えたドライエッチング装置において、汚染されたチャンバの内面を清浄可能にするために、チャンバに対して着脱自在な絶縁材でチャンバ内面を覆ったものが示されている。絶縁材としては、アルマイト、アルミナ溶射、テフロン（登録商標）、セラミック等が挙げられている。

半導体プラズマプロセス技術（菅野卓雄 編著、産業図書発行、（１９８０）、Ｐ１３９） 特開平４−２２９６１９号公報 特開昭６３−１３８７３７号公報

上記特許文献１に記載された従来技術では、処理室で使用される反応ガスによる化学的腐食の観点からは金属面を保護することはできる。ただし、典型的なプラズマエッチングプロセスの条件として上記公報のカラム５に記載されていることからも明らかなとおり、プラズマ処理時の温度は、約１０℃〜約７０℃という比較的低温の範囲に限定されている。これはもし、プラズマ処理に伴い処理室を構成するアルミニウムの温度が、例えば１００℃以上に上昇すると、アルミニウムの熱膨張のために、アルミニウム表面のコーティング膜に割れが発生する恐れがあるためと考えられる。割れの発生を避けるためにはコーティング膜を薄くせざるを得ない。しかし、膜厚を薄くすると、プラズマエッチングに伴う反応ガスによりコーティング膜が短時間に腐食されてしまい、コーティング膜の役目を果たさない。例えば、発明者等の実験によれば、ＳｉＣの場合、エッチングにより毎分約０．０５μｍ削られるというデータがある。そのため、０．２μｍから１μｍ程度の厚みでは、数時間で、換言すると試料を数百枚処理した時点でコーティング層が破壊され、無くなってしまう。その結果、処理室の内壁の金属表面がプラズマに露出し、プラズマにより削られあるいは化学的に反応して変質し、これらが重金属汚染源となったり、あるいは処理室の特性を劣化させてしまう。

一方、前記特許文献２記載の発明は、汚染された絶縁材をチャンバから外して清浄した後、再度チャンバ内に装着して使用するものであるが、しかしながら絶縁材等をチャンバ内面に装着した場合には、プラズマ処理中に装着した絶縁材等の温度が変動して、プラズマ処理特性が大幅に変動する問題がある。

本発明の目的は、処理室内面がプラズマにより変質したり重金属汚染源となることを防止すると共に、処理室内面の温度を所望温度に保持することにより、プラズマ処理特性を経時的に安定させるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。

本発明は、外部エネルギ供給放電方式のプラズマ発生装置と、処理室と、該処理室内に処理ガスを供給する装置と、前記処理室内で試料を保持する試料台と、前記処理室内を減圧排気する装置とを備えたプラズマ処理装置において、前記処理室が、減圧に耐える外筒と、該外筒の内側に隙間を介して配置された内筒と、該内筒の温度を、前記外筒を介して所望温度に保持する温度制御保持手段とを備え、前記内筒を非磁性材料で形成したことを特徴とする。

本発明の他の特徴は、プラズマ発生装置と、減圧可能な処理室と、処理室にガスを供給する処理ガス供給装置と、試料を保持する試料台と、真空排気装置より成るプラズマ処理装置において、前記処理室が、減圧に耐える外筒と、該外筒の内側に隙間を介して配置された内筒と、前記内筒の温度を検出する手段とを有し、前記外筒に温度制御手段を設け、前記隙間に前記外筒と前記内筒間の熱伝達手段を設けたことにある。

処理室の内壁としてセラミック等、重金属を含まない材料からなる内筒を用いているため、ウェハの処理時に外筒を構成するアルミニウムなどの金属面が露出せず、従ってプラズマによって金属が削られたり変質したりして、ウェハに対する重金属汚染源となることがない。一方、内筒は外筒に比べて熱伝導性が低いので、もしなんら制御しなければ、エッチング処理時に内筒の温度、換言すると処理室の表面温度が２００℃〜３５０℃あるいはそれ以上に達する。本発明では、内筒の温度を所望値、例えば１００℃〜３５０℃、の間の所望値に制御するので、処理室の表面温度も所望値に維持されるために、エッチング特性は安定したものとなる。

また、内筒表面温度を所望のパターンに制御することによりプロセスを安定化することも可能となる。

また、内筒を構成する材料の内側表面が、プラズマによってわずかづつ削られる材料を使用した場合には、内筒の内側表面が絶えず新しい表面に更新されるので、内側表面の変質による汚染の心配はなく、処理室としての特性の経時変化もほとんどない。また、内筒は重金属を含んでいないので、削られても汚染源となる心配はない。

本発明によれば、プラズマに直接接触する内筒の温度を制御することが可能となり、プラズマ処理の経時的な特性変化の制御が可能となる。

また、処理室を構成する非磁性でかつ導電性の金属材料がプラズマにより削られたり変質したりして重金属汚染源となることを防止すると共に、処理室の壁面が処理室内で使用される反応ガスにより化学的腐食するおそれの無い状態で、安定したプラズマ処理特性を有するプラズマ処理装置及び方法を提供することができる。

以下、図を用いて本発明の実施例を説明する。まず図１は、本発明の一実施例になるマイクロ波プラズマ処理装置の一部を縦断面した正面図であり、図２にその要部拡大図を示す。１はマイクロ波の発振源としてのマグネトロン、２はマイクロ波の導波管である。３は、処理室４を真空封止しマイクロ波を処理室４に供給するための石英板である。処理室４は、例えば純度の高いアルミニウム（Ａｌ）で作られた、減圧に耐える外筒５と、その内側に配置された炭化珪素（ＳｉＣ）等のセラミックで作られた内筒６によって構成されている。処理室４の内面は絶縁物、外部は導電物であるため、処理室４は導波管の役目もしている。７は磁場を供給する第一のソレノイドコイル、８（８Ａ，８Ｂ）は、磁場を供給する第二のソレノイドコイルである。処理室４は、真空室９に接続された真空ポンプにより真空排気される。１０は、エッチング等の処理を行なうウェハ１１を載置する試料台であり、高周波電源１２が接続されている。１３は処理ガス供給系であり、処理室４内にエッチング、成膜等の処理を行なう処理ガスを供給する。

外筒５と内筒６の間は、０．１〜２ｍｍ程度の隙間Ｇ１４が有り、その間にガス供給系１５を介して温度制御用の伝熱ガスが導入される。ガス供給系１５は、ガス源１６，圧力制御弁１７、圧力検出器１８、圧力指令指示手段１９、制御回路２０を備えており、圧力検出器１８で隙間１４の圧力Ｐを検出し、この圧力Ｐを所望値に維持するように圧力制御弁１７の開度を制御する。

内筒６はサポート３２に支持されている。一定量消耗したとき新しいものに交換するために、外筒５に対して着脱自在に支持されている。

外筒５の外周には、処理室４を加熱するためのヒータ２１が配置されており、温度検出器２３により内筒６の温度Ｔを検出し、温度コントローラ２２により外筒５の温度Ｔ０が制御される。このヒータ２１は、外筒５の温度Ｔ０及び隙間１４の圧力を所定値に維持することにより、内筒６の温度Ｔを所定値に維持するためのものである。

プラズマエッチング処理に際しては、ガス供給系１３から処理室４に処理ガスを所定の流量で導入しながら、他方真空ポンプにより真空排気することにより、処理室４の圧力を所定の処理圧力に調節する。また、ヒータ２１やガス供給系１５、温度コントローラ２２によって、外筒５の温度Ｔ０、内筒６の温度Ｔ、隙間１４の圧力Ｐを所定値に制御する。

他方、処理を行なうべきウェハ１１を試料台１０に載置、保持し、マグネトロン１及び第一、第二のソレノイドコイル７、８をオンとし、マイクロ波を処理室４に導びいて、処理室４内にプラズマ１００を生成させ、ウェハ１１にエッチング等の処理を行う。

本発明によれば、ウェハ１１の処理時に、処理室４内壁として、アルミニウムなどの金属面が露出していないために、プラズマ１００によって金属が削られたり変質したりして、ウェハ１１に対する重金属汚染源となることがない。

一方、内筒６を構成するＳｉＣの内側表面は、プラズマ１００によってわずかづつ削られる。しかし、重金属を含んでいないので、削られても汚染源となる心配はない。むしろ、削られることにより、内筒６の内側表面が絶えず新しい表面に更新されるので、内側表面の変質による汚染の心配はなく、処理室４としての特性の経時変化もほとんどない。削られたＳｉＣ成分は、真空ポンプで処理室４から真空排気される。

ところで、エッチング処理時、処理室で発生する熱により内筒の温度が上昇する。もしなんら制御しなければ、内筒の温度Ｔは２００℃〜３５０℃あるいはそれ以上になる。一方、プラズマエッチング処理における、エッチング特性は内筒６の内側表面の温度に大きく影響される。すなわち、内筒６の表面温度の変化によって、内筒６とエッチングガスの反応が変化し、エッチングガスの雰囲気が変動するため、エッチング特性が安定しない。例えば、円筒６の温度が変化することにより、壁への堆積物質の組成や堆積量が変動したり、壁との反応速度が変動することにより、プラズマ中の組成が変動するため、エッチング特性が安定しない。

本発明では、ヒータ２１により外筒５の温度Ｔ０の制御及び隙間１４の圧力Ｐの制御を行うことにより、内筒の表面温度Ｔを１００℃〜３５０℃、望ましくは１５０℃〜３００℃の間の所望値に制御する。本発明によれば、内筒６表面の温度Ｔが所定値に維持されるために、エッチング特性は安定したものとなる。また、内筒６の温度が所定値に維持され、内筒６の内側表面のプラズマによる反応速度が安定するため、エッチングによって内筒６の表面が削られる量も一定になる。これによって、処理室４としての特性も安定したものとなる。

図３は、温度コントローラ２２によ．内筒６の温度制御機能を示すものである。一例として、外筒５の温度をＴ０に維持することにより、内筒６の温度ＴをＴ０に近つけることを示している。

この場合、図４に示すように、隙間１４の圧力Ｐを上げることにより、温度ＴとＴ０の差を小さくできる。具体的には、隙間１４が１ｍｍ、隙間１４にＨｅガスを供給し、ガス圧力を１０Ｔｏｒｒに制御した場合、内筒６への入熱量が０〜３００Ｗ相当の時、外筒５の温度１５０℃にたいして、内筒６の温度を１５０℃±２０℃に保持することが可能である。

内筒の所望温度は円筒の材質、被処理膜質、処理ガスの種類、放電条件等の組合せにより最適値が異なってくる。

例えば、処理ガスとしてＣＦ系ガスを用い、円筒に石英を用いて図１２に示すレジスト付酸化膜試料を処理する場合、内筒の温度を制御しない時は、図１３に示すように試料処理枚数が増加するに従い、内筒はプラズマからの熱を受け徐々に上昇してゆき、飽和温度となる。この時、酸化膜のエッチング速度の変動は少ないが、内筒の温度上昇に従いレジストのエッチング速度は除々に低下し、内筒温度が飽和するとレジストのエッチング速度も安定する。

一方、内筒の温度をあらかじめ図１３の飽和温度に保持すれば、試料処理枚数の始めから安定したレジストのエッチング速度を得ることができる。

内筒の温度を図１３の飽和温度でなく、初期温度に保持すれば、試料処理枚数初期のエッチング速度を得ることができる。

なお隙間１４としては狭い方がガスによる熱伝達性が良いが、２ｍｍ程度の間隙迄その効果が生じる。

実施例における内筒６の材料は、磁場を用いたマイクロ波放電のために非磁性の材料であり、プラズマによって変質せず、かつ、重金属を含まないことが必要である。この条件を満たすものとして、炭素Ｃ、シリコン（Ｓｉ）、石英（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の材料が挙げられるが、プラズマ処理内容によっては、アルミニウム材料でも良い。

また、内筒６は、所定値以上の機械的な強度と耐久性が要求される。つまり、内筒６を構成する実施例でのＳｉＣの厚さは、プラズマ処理時に作用する外力に耐えられる機械的な強度を有すると共に、プラズマ１００によって削られながらも、多量のウェハ処理に耐えうる耐久性を有するものでなければならない。エッチングにより毎分約０．０５μｍ削られるとして、実用上、数万枚のウェハ処理に耐えうるために、ＳｉＣの厚さは２〜１０ｍｍあれば足りる。

図１の一実施例において、石英板３の表面温度についても、内筒６の温度制御と同様な方法で、１００℃〜３５０℃の温度に制御するのが良い。

図５は、本発明の他の実施例のマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。処理室４は、例えば純度の高いアルミニウムで作られた外筒５と、その内側に配置されたセラミック製の内筒６によって構成されている。処理室４の内面は逆テーパ状となっており、内筒６は円錐台型となっている。外筒５と内筒６の間には隙間１４がある。隙間１４内には、図６に示すように、アルミニウム製の波板３０が配置されており、バネ力によって波板３０が外筒５と内筒６に接触している。外筒５の外周には加熱用のヒータ２１が配置されている。内筒６の下端部はバネ３１を介して支持部３２に保持されている。内筒６の上端部にもバネ３３があり、これらのバネ３１，３３によって、波板３０と外筒５及び内筒６の接触力を高めている。バネ３１，３３はまた、外筒５と内筒６間の熱膨張の差を吸収する機能も備えている。

この実施例でも、ＳｉＣで構成される内筒６の機能は、前に述べた実施例と同じである。この実施例では、外筒５と内筒６の間の熱の伝達を、波板３０による接触熱伝導方式と、隙間１４内のガスによるガス伝導方式の組み合わせとしている点に特徴がある。この実施例によれば、処理室表面すなわち内筒６の表面温度Ｔが外筒５の温度Ｔ0に対して差の少ない値に維持されるために、エッチング特性は安定したものとなる。

上記図１〜５の実施例に於いて、内筒６の温度は（間接的に検出されれば）直接検出しなくてもよい。ただし、内筒６に温度検出器２３を付加することにより、下記に示す効果がある。

（１）内筒６の温度Ｔを更に正確に制御するために、隙間１４の圧力を可変にする、又は外筒５の温度を細かく調整することが可能となり内筒の温度制御性が向上する。

（２）内筒６の温度を監視し、内筒６の温度が所定範囲外の時はプラズマ処理をしない等の警報出力を出したり、プラズマ処理を停止することができる。

また上記実施例１〜５では、外筒の温度制御機能としてヒータ加熱機を記載したが、外筒に温度コントロールされた循環液を流すことにより室温以下の冷却から加熱まで、温度制御範囲を広くすることができ、内筒の温度制御性が一層向上する。

図７は、本発明の他の実施例として、平行平板プラズマエッチング装置への適用例を示す。この装置は、真空容器としての処理室４は、外室４０と、上板４１と、側壁４２と、底板４３とから成る実質的に閉じた金属反応で構成されている。真空容器中に一対の対向する平行平板電極（外室４０の内壁に接地されたアノード、外室４０に絶縁体４６を介して装着されたカソード４７）を備え、カソード４７に高周波エネルギーを供給する高周波電源４８がある。さらに、処理室４を部分的に真空排気する真空ポンプへの接続部４４と、弁制御される導管４５を通して反応ガスを処理室４へ供給する反応ガス供給源とがある。エッチングするウエーハ１１は、カソード４７の上に載置される。

ＳｉＣで構成される内筒４９が外室４０の内側面に、すなわち、上板４１、側壁４２、及び底板４３の内面に形成されている。外室４０と内筒４９の間には隙間５０が有り、その間にガス供給系を介して温度制御用の伝熱ガスが導入される。ガス供給系は、図１の実施例で述べたと同様に、ガス源，圧力制御弁、圧力検出器、圧力指令指示手段、制御回路を備えており、隙間５０の圧力Ｐを所定値に維持するように動作する。また、外室４０の外周には、処理室４を加熱するためのヒータ５１が配置されており、図１の実施例で述べたと同様に、温度コントローラによりヒータ５１の温度Ｔ0が制御され、内筒４９の温度Ｔをコントローラで所定値に維持することができる。内筒６に温度検出器２３を付加してもよい。

このような構成により、ウエーハ１１のプラズマエッチング時に、内筒４９の温度を所定値に維持することにより、前に述べた実施例と同様な作用により、プラズマによって金属が削られたり変質したりすることがないという効果が得られる。また、内筒４９の内側表面が絶えず新しい表面に更新されるので、内側表面の変質による汚染の心配はない。また、内筒４９の温度が所定値に維持されるため、安定したプラズマ処理が可能となる。尚、平行平板型エッチング装置では内筒材質は非磁性材料に限定する必要はない。

本発明は、プラズマ発生機構が異なる他の装置への適用が可能であり、その適用例を図図８〜図１１に示す。

図８は本発明を、マグネット８０を備えたマグネトロンＲＩＥ装置に適用した例である。真空容器としての処理室４は側壁４２と、ウェハ１１を載置する試料台１０とを備えており、試料台１０の電極に高周波エネルギーを供給する高周波電源４８がある。さらに、処理室４を部分的に真空排気する真空ポンプへの接続部と、弁制御される導管１３を通して反応ガスを処理室４へ供給する反応ガス供給源とがある。

ＳｉＣで構成される内筒４９が側壁４２の内側面に形成されている。側壁４２と内筒４９の間には隙間が有り、その間にガス供給系１５を介して温度制御用の伝熱ガスが導入される。ガス供給系は、図１の実施例で述べたと同様に、ガス源，圧力制御弁、圧力検出器、圧力指令指示手段、制御回路を備えており、隙間の圧力Ｐを所定値に維持するように動作する。また、側壁４２の外周には、処理室４を加熱するためのヒータ５１が配置されており、図１の実施例で述べたと同様に、温度コントローラ２２によりヒータ５１を介して側壁４２の温度Ｔ0が制御され、内筒４９の温度Ｔを所定値に維持することができる。

このような構成により、ウエーハ１１のプラズマエッチング時に、内筒４９の温度を所定値に維持することにより、前に述べた実施例と同様な作用により、安定したプラズマ処理が可能となる。さらに、プラズマによって金属が削られたり変質したりすることがないという効果が得られる。また、内筒４９の内側表面が絶えず新しい表面に更新されるので、内側表面の変質による汚染の心配はない。

図９は本発明を、外部エネルギー供給放電方式のうち、誘導結合型放電方式でかつ、無磁場タイプの装置に適用した例であり、処理室４はシリコンプレート９０と石英チャンバ９２とで囲まれている。９１は加熱されたアンテナ部材、９５は上部ヒータである。この実施例においても、ウエーハ１１のプラズマエッチング時に、石英チャンバ９２の温度を所定値Ｔに維持することにより、前に述べた実施例と同様な作用により、安定したプラズマ処理が可能となる。さらに、プラズマによって石英チャンバ９２の内側表面が絶えず新しい表面に更新されるので、内側表面の変質による汚染の心配はない。

図１０は本発明を、外部エネルギー供給放電方式のうち、誘導結合型放電方式でかつ、有磁場タイプの装置へ適用した例である。１０５はベルヂャー、１１０はアンテナである。真空容器としての処理室４は、内筒１１２、外筒１１４、ウェハ１１を載置する試料台１０とを備えており、試料台１０の電極に高周波エネルギーを供給する高周波電源４８がある。さらに、処理室４を部分的に真空排気する真空ポンプへの接続部と、弁制御される導管を通して反応ガスを処理室４へ供給する反応ガス供給源とがある。また、外筒１１４を加熱、冷却して温度制御を行なうヒータ１１６及び冷却水通路１２０を備えている。

ＳｉＣで構成される内筒１１２と外筒１１４の間には隙間が有り、その間にガス供給系１５を介して温度制御用の伝熱ガスが導入される。ガス供給系は、前の実施例で述べたと同様に、ガス源，圧力制御弁、圧力検出器、圧力指令指示手段、制御回路を備えており、隙間の圧力Ｐを所定値に維持するように動作する。また、温度コントローラによりヒータ１１６を介して外筒１１４の温度Ｔ0が制御され、内筒１１２の温度Ｔを所定値に維持することができる。

このような構成により、内筒１１２の温度を所定値に維持することにより、前に述べた実施例と同様な作用により、安定したプラズマ処理が可能となる。さらに、プラズマによって金属が削られたり変質したりすることがないという効果が得られる。また、内筒の内側表面が絶えず新しい表面に更新されるので、内側表面の変質による汚染の心配はない。

図１１は本発明を、外部エネルギー供給放電方式のうち、誘導結合型放電方式でかつ、有磁場タイプの装置へ適用した例である。１２０は電極、４８は高周波電源である。真空容器としての処理室４は、セラミックプレート１２４、内筒１２２、ウェハ１１を載置する試料台１０を備えている。さらに、セラミックプレート１２４を加熱、冷却して温度制御を行なうヒータ１６６及び隙間ヘガスヲ供給するガス通路１３０を備えている。ガス供給系は、前の実施例で述べたと同様に、ガス源，圧力制御弁、圧力検出器、圧力指令指示手段、制御回路を備えており、隙間の圧力Ｐを所定値に維持するように動作する。また、温度コントローラによりヒータ１２６を介してセラミックプレート１２４の温度Ｔ0が制御され、内筒１２２の温度Ｔを所定値に維持することができる。

このような構成で内筒１２２の温度を所定値に維持することにより、前に述べた実施例と同様な作用により、安定したプラズマ処理が可能となる。さらに、プラズマによって金属が削られたり変質したりすることがないという効果が得られる。また、内筒の内側表面が絶えず新しい表面に更新されるので、内側表面の変質による汚染の心配はない。

以上、図８〜図１１で述べたいずれの実施例も、磁場や電界への影響を少なくするために、内筒の材質は非磁性非金属材料とするのが好ましい。

本発明は以上述べたプラズマエッチング処理に限らずＣＶＤ装置やスパッタ装置にも適用できる。

また、内筒の温度を所定値に維持することでプロセスを安定化させる場合に限らず、例えば、ロットの初期に故意に内筒温度を変化させて、ロット初期のプロセスの変化を補正する場合にも同様に適用できる。すなわち、内筒の温度制御性を改善することにより、プロセスの安定化が可能になる。

尚、図１〜図１１で述べた装置は、次のようにして使用される。例えば、装置起動開始前に、内筒の温度を所望温度に制御し得るか否かがチェックされる。

まず、処理室４内は、真空ポンプの作動により所定の圧力に減圧排気される。その後、ヒータが作動させられる。このヒータの発熱により内筒が加熱される。また、これと前後して隙間には、伝熱ガスが供給され、隙間のガス圧力は、所定の圧力に調節される。つまり、内筒の加熱は、隙間に供給された伝熱ガスの熱伝導を利用して実施される。加熱される内筒の温度は、直接又は間接に検出され所望温度に制御される。これにより、内筒の温度を所望温度に制御し得ることが確認される。尚、内筒の温度を所望温度に制御し得ない場合は、ヒータの作動及び隙間への伝熱ガスの供給が停止され、不都合部分のチェック、復旧がなされる。

一方、図示を省略した搬送装置により、処理室内にはウェハが、この場合、１個搬入される。該搬入されたウェハは、搬送装置から試料台に受け渡され、その被処理面と反対面を試料台の試料載置面に対応して該載置面に載置される。
図１〜図１１で述べた装置では、試料台には冷却機能を有する温度制御手段が付設され、また、ＣＶＤ装置、スパッタ装置等の処理時にウェハを加熱する必要が有る装置では、加熱機能を有する温度制御手段が付設される。また、試料台の試料載置面に載置されたウェハは、バネ力や荷重を利用した機械的クランプ手段や静電吸着手段や真空吸着手段等により試料台に保持される。

その後、処理室内には、処理ガスが所定流量で供給される。処理室内に供給された処理ガスの一部は、作動している真空ポンプにより処理室外へ排気され、これにより処理室内の圧力は、ウェハの処理圧力に調節される。

このような状態で、処理室内の処理ガスは放電によりプラズマ化される。試料台の試料載置面に載置されたウェハの被処理面は、該プラズマにより処理される。該処理時にウェハの温度は、所定温度に制御される。

ウェハの処理時に、内筒の温度は連続、または、随時モニターされる。該モニター温度は、予め設定された所望温度と比較され、該比較結果に基づき内筒の温度は所望温度に制御される。内筒の温度制御は、外筒と内筒との隙間の伝熱ガスの圧力を調節するか、ヒータ発熱を調節して外筒の温度を調節することで実施される。尚、外筒と内筒との隙間の伝熱ガスの圧力調節は、該隙間に供給される伝熱ガスの供給量または圧力を調節することで実施される。

一般に、複数個のウェハが１個毎連続して処理される。この場合、内筒の温度は、複数個のウェハの処理が完了するまでウェハ１個の処理時にモーターされ、そして、所望温度に制御される。例えば、内筒の温度モニターに不都合が生じた場合や内筒の温度を所望温度に制御し得なくなった場合、ウェハの処理特性を安定に維持出来なくなったと判断され、ウェハの処理は中断される。そして、該中断時に問題の解決対策が実施される。その後、引続き複数個のウェハの処理が再開される。

内筒の温度モニターの不都合や内筒の温度を所望温度に制御し得なくなるといったことは、制御装置を介し何等かの警報を発することでオペレータに伝えられる。これによりオペレータは、復旧対策を講じウェハの処理を再開させる。尚、内筒の温度制御に係る要因をモニターしておくことで、ウェハ処理の中断に至までの来歴をチェックすることができ、その原因の究明、復旧対策を的確・早期に実施することができる。

また、処理室内は、クリーニング処理される。該処理は、内筒表面等の処理室内面や試料台等の処理室内に配置されている内部品面を拭き取るか、クリーニング用ガスのプラズマを利用して実施される。また、該処理は、ウェハの処理前や、複数のウェハの処理途中や、ウェハの処理完了後に実施される。

拭き取ってクリーニング処理する場合、該処理終了後であってウェハの処理開始前に内筒の温度を所望温度に制御し得るか否かがチェックされる。また、プラズマを利用してクリーニング処理する場合、該処理中または該処理終了後であってウェハの処理開始前に内筒の温度を所望温度に制御し得るか否かがチェックされる。

更に、処理室内では、慣らし放電（シーズニング）処理が実施される。該処理は、その日のウェハ処理開始前や、クリーニング処理終了後であってウェハの処理開始前に実施される。この場合、慣らし放電処理中に内筒の温度を所望温度に制御し得るか否かをチェックするようにしても良い。

プラズマ処理特性を経時的に安定させるためには、ウェハの処理条件に応じた温度に内筒の温度を制御する必要が有る。ここで、ウェハの処理条件として、被処理膜質、処理ガス種、放電条件、放電タイプ等が挙げられる。

そこで、ウェハの処理条件が上位制御装置またはオペレータにより処理装置の制御装置に入力される。該制御装置には、ウェハ処理条件に応じた内筒の温度が予め入力されている。制御装置では、入力されたウェハ処理条件に応じた内筒の温度が制御温度として選択・設定される。一方、検出・モニターされた内筒の温度は、制御装置に入力される。該検出・モニター温度は、制御温度と比較演算され、該結果に基づき内筒の温度は制御温度に制御される。

更に、例えば、ウェハが多層膜構造である場合、それぞれの膜の膜質、処理ガス種、放電条件等に応じた温度に内筒の温度を制御するようにすれば、プラズマ処理特性を木目細かく経時的に安定させることができる。

慣らし放電（シーズニング）処理後の１ロッド処理中にウェハの処理性能が変化する場合には、処理性能を一定化するために、内筒の温度を所望の温度パターンに沿って変化させると良い。

これまでは、チャンバの内筒の温調を対象に述べて来たが、試料台の周辺に設置される試料台カバーの温調に対しても同様に適用できる。

図１４に本発明を適用した試料台部分の実施例の断面図を示す。試料台１０中は温調用液体が循環し、所望の温度に保持されている試料台の表面には絶縁物が塗布されており、処理室に放電が生じている状態で静電チャック用直流電源５４により、試料１１を静電力により試料台１０に引きつける。試料１１と試料台１０間には熱伝導を良くするために伝熱用ガス（例えばＨｅガス等）を導入する。試料台１０の上部周囲には試料台カバー（アルミナ等の絶縁物やＳｉＣ等の抵抗体）が設置され、金属製の試料台１０をプラズマにさらした時問題となる金属類の放出を阻止している。ところで試料台カバー表面５０には、プラズマ中のイオン・ラジカル等が衝突するため温度が上昇する。試料周辺の試料台カバー５０の温度が変動すると、試料周辺における科学・物理反応が変化し、試料の処理特性を変化させる欠点があった。そこで試料台１０と試料台カバー５１との間にガス封止手段５１（例えば０リング等）を設け、その間に伝熱ガスを導入する。圧力制御等については内筒の場合と同様である。図１４では、試料冷却用伝熱ガスと試料台カバー冷却用伝熱ガスとを併用しているが、別々に供給しても良いことはもちろんである。

本発明の一実施例になるマイクロ波プラズマ処理装置の一部を縦断面した正面図である。 図１の内筒の温度制御部を示す要部拡大図である。 図１の温度コントローラの機能を示す図である。 温度制御における隙間の圧力Ｐと温度差の関係を示す図である。 本発明の第２の実施例のマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。 図５のプラズマ処理装置の要部横断面図である。 本発明の第３の実施例になる、平行板プラズマエッチング装置の縦断面図である。 本発明を、マグネトロンＲＩＥ装置に適用した例の縦断面図である。 本発明を、外部エネルギー供給放電方式のうち、誘導結合型放電方式でかつ、無磁場タイプの装置に適用した例の縦断面図である。 本発明を、外部エネルギー供給放電方式のうち、誘導結合型放電方式でかつ、有磁場タイプの装置へ適用した例の縦断面図である。 本発明を、外部エネルギー供給放電方式のうち、誘導結合型放電方式でかつ、有磁場タイプの装置へ適用した例の縦断面図である。 本発明の装置で処理される試料の一例としての、レジスト付酸化膜試料の縦断面図である。 ウェハ処理枚数と内筒の温度との関係を示す図である。 本発明を適用する処理装置の試料台カバー部の実施例の断面図である。

符号の説明

１…マグネトロン、２…導波管、３…石英板、４…処理室、５…外筒、６…内筒、７…第一のソレノイドコイル、８…第二のソレノイドコイル、９…真空室、１０…試料台、１１…ウェハ、１３…処理ガス供給系、１４…隙間、１５…ガス供給系、１７…圧力制御弁、１８…圧力検出器、２０…制御回路、２１…ヒータ、２２…温度コントローラ２２

Claims (5)

1. プラズマ発生装置と、減圧可能な処理室と、処理室にガスを供給する処理ガス供給装置と、試料を保持する試料台と真空排気装置を備えたプラズマ処理装置において、
   前記処理室の内壁の温度を連続、又は随時にモニターするモニター装置を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. プラズマ発生装置と、減圧可能な処理室と、処理室にガスを供給する処理ガス供給装置と、試料を保持する試料台と真空排気装置を備えたプラズマ処理装置において、
   複数個の試料が１個毎連続して処理されるときに、前記処理室の内壁の温度を複数個の試料の処理が完了するまで１個毎に連続してモニターするモニター装置を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
3. プラズマ発生装置と、減圧可能な処理室と、処理室にガスを供給する処理ガス供給装置と、試料を保持する試料台と真空排気装置を備えたプラズマ処理装置において、
   試料のプラズマ処理時に、前記処理室の内壁の温度をモニターするモニター装置を備えることでモニター温度が試料のプラズマ処理の中断に至るまでの来歴を入力し、チェックすることを特徴とするプラズマ処理装置。
4. プラズマ発生装置と、減圧可能な処理室と、処理室にガスを供給する処理ガス供給装置と、試料を保持する試料台と真空排気装置を備えたプラズマ処理装置において、
   前記処理室の内壁の温度をモニターするモニター装置と、
   内壁の温度モニターに依存して、試料のプラズマ処理を中断させるプラズマ処理中断装置とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
5. プラズマ発生装置と、減圧可能な処理室と、処理室にガスを供給する処理ガス供給装置と、試料を保持する試料台と真空排気装置を備えたプラズマ処理装置において、
   検出された前記処理室の内壁のモニター温度によって警報を発する警報装置を備えたことを特徴としたプラズマ処理装置。

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