JP2012209477A - 温度制御方法及びプラズマ処理システム - Google Patents
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Abstract
【課題】ウエハの温度を精度良く制御する方法を提供する。
【解決手段】ウエハの裏面膜の種類の測定結果を取得する取得ステップと、チャンバ内に投入されるパワーと裏面膜の種類とウエハの温度とを対応付けて記憶した第１のデータベース３３０から、前記測定結果であるウエハの裏面膜の種類と、前記ウエハを処理するために投入されるパワーとに対応したウエハの温度を選択する選択ステップと、前記選択されたウエハの温度に基づき、前記ウエハの温度を調整する調整ステップと、を含むことを特徴とする。
【選択図】図５
【解決手段】ウエハの裏面膜の種類の測定結果を取得する取得ステップと、チャンバ内に投入されるパワーと裏面膜の種類とウエハの温度とを対応付けて記憶した第１のデータベース３３０から、前記測定結果であるウエハの裏面膜の種類と、前記ウエハを処理するために投入されるパワーとに対応したウエハの温度を選択する選択ステップと、前記選択されたウエハの温度に基づき、前記ウエハの温度を調整する調整ステップと、を含むことを特徴とする。
【選択図】図５
Description
本発明は、温度制御方法及びプラズマ処理システムに関する。特に、被処理体を加工する際の温度制御に関する。
例えば、半導体ウエハにエッチングや成膜等を施す場合、ウエハの温度制御は、ウエハの成膜レートやエッチングレートに関与し、ウエハに形成される膜の性質やホールの形状等に影響を与える。よって、ウエハの温度制御の精度を高めることは、ウエハの加工精度を高め、歩留まりを良好にし、生産性を向上させるために極めて重要である。
そのため、従来から、抵抗温度計やウエハ裏面の温度を測定する蛍光式温度計等を用いたウエハの温度測定方法が提案されている。特許文献１には、光源と、光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、スプリッタからの参照光を反射させ、前記反射する参照光の光路長を変化させる可動ミラーと、測定光をウエハに照射し、ウエハを反射した測定光と前記参照光との干渉の状態に基づき、ウエハの温度を測定する方法が開示されている。
測定されたウエハの温度は、サセプタに設けられた冷却管に流す冷媒の温度、サセプタに設けられたヒータの温度、及びウエハとサセプタ間に流す伝熱ガスの圧力によって変化する。よって、測定されたウエハの温度、冷媒の温度、ヒータの温度及び伝熱ガスの圧力の関係に基づき、ウエハの温度を所望の温度にするために、冷媒の温度、ヒータの温度及び伝熱ガスの圧力をどの程度に制御したらよいかを決定していた。
しかしながら、測定されたウエハの温度は、ウエハの裏面膜によっても変化する。よって、ウエハの裏面の状態を考慮せずに、冷媒の温度、ヒータの温度及び伝熱ガスの圧力を制御しただけでは、ウエハの温度を必ずしも所望の温度にすることはできなかった。これにより、必ずしも予定通りのプロセス結果を得ることはできなかった。
上記課題に対して、本発明の目的とするところは、被処理体の温度を精度良く制御することが可能な、温度制御方法及びプラズマ処理システムを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被処理体の裏面膜の種類の測定結果を取得する取得ステップと、チャンバ内に投入されるパワーと裏面膜の種類と被処理体の温度とを対応付けて記憶した第１のデータベースから、前記測定結果である被処理体の裏面膜の種類と、前記被処理体を処理するために投入されるパワーとに対応した被処理体の温度を選択する選択ステップと、前記選択された被処理体の温度に基づき、前記被処理体の温度を調整する調整ステップと、を含むことを特徴とする温度制御方法が提供される。
前記調整ステップは、前記選択された被処理体の温度に基づき、冷却機構及び加熱機構を制御してもよい。
前記選択ステップは、被処理体の裏面に流す伝熱ガスの圧力と被処理体の温度とを対応付けて記憶した第２のデータベースから、前記選択された被処理体の温度に対応した伝熱ガスの圧力を選択し、前記調整ステップは、前記選択された伝熱ガスの圧力に基づき、前記被処理体の裏面に流す伝熱ガスを調整してもよい。
種類が異なる裏面膜を有する被処理体に対して、前記チャンバ内に投入されるパワーに応じた被処理体の温度を非接触温度計により測定し、測定された被処理体の温度を前記裏面膜の種類及び前記パワーに対応付けて前記第１のデータベースに格納する格納ステップを含んでもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、内部にて被処理体にプラズマ処理を施すチャンバを備えたプラズマ処理システムであって、被処理体の裏面膜の種類の測定結果を取得する取得部と、チャンバ内に投入されるパワーと裏面膜の種類と被処理体の温度とを対応付けて記憶した第１のデータベースから、前記測定結果である被処理体の裏面膜の種類と、前記被処理体を処理するために投入されるパワーとに対応した被処理体の温度を選択する選択部と、前記選択された被処理体の温度に基づき、前記被処理体の温度を調整する調整部と、を備えることを特徴とするプラズマ処理システムが提供される。
前記プラズマ処理システムは、被処理体を載置するサセプタに設けられた冷却機構及び加熱機構を更に備え、前記調整部は、前記選択された被処理体の温度に基づき、前記冷却機構及び加熱機構を制御してもよい。
前記選択部は、被処理体の裏面に流す伝熱ガスの圧力と被処理体の温度とを対応付けて記憶した第２のデータベースから、前記選択された被処理体の温度に対応した伝熱ガスの圧力を選択し、前記調整部は、前記選択された伝熱ガスの圧力に基づき、前記被処理体の裏面に流す伝熱ガスを調整してもよい。
前記プラズマ処理システムは、被処理体を載置するサセプタに設けられた伝熱ガス供給機構を更に備え、前記調整部は、前記選択された伝熱ガスの圧力に基づき、前記伝熱ガス供給機構を制御してもよい。
前記プラズマ処理システムは、被処理体を位置決めする位置合わせ機構と、前記位置合わせ機構に載置された被処理体の裏面膜の種類を光学的に測定する測定部と、を更に備えてもよい。
以上説明したように本発明によれば、被処理体の温度を精度良く制御することが可能な、温度制御方法及びプラズマ処理システムを提供することができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
以下では、まず、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理システム、プラズマ処理装置、制御装置の各構成について説明し、その後、本実施形態に係る温度制御、本実施形態の変形例に係る温度制御について順に説明する。
［プラズマ処理システムの全体構成］
最初に、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理システムの全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理システムの全体構成図である。
最初に、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理システムの全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理システムの全体構成図である。
プラズマ処理システム１０は、第１のプロセスシップＰＳ１、第２のプロセスシップＰＳ２、搬送ユニットＴＲ、位置合わせ機構ＡＬおよびロードポートＬＰ１〜ＬＰ４を有している。
第１のプロセスシップＰＳ１は、プロセスモジュールＰＭ１およびロードロックモジュールＬＭ１を有している。第２のプロセスシップＰＳ２は、プロセスモジュールＰＭ２およびロードロックモジュールＬＭ２を有している。ロードロックモジュールＬＭ１、ＬＭ２は、その両端に設けられたゲートバルブＶの開閉により内部圧力を調整しながら、各搬送アームＡｒｍａ、Ａｒｍｂに把持されたウエハＷを各プロセスモジュールＰＭ及び搬送ユニットＴＲ間で搬送する。
搬送ユニットＴＲの側部には、ロードポートＬＰ１〜ＬＰ４が設けられている。ロードポートＬＰ１〜ＬＰ４には、フープが載置される。本実施形態では、ロードポートＬＰの数は４つであるが、これに限られず、いくつであってもよい。
搬送ユニットＴＲには搬送アームＡｒｍｃが設けられていて、搬送アームＡｒｍｃを用いてロードロックモジュールＬＭ１、ＬＭ２内の搬送アームＡｒｍａ，Ａｒｍｂと連動しながらロードポートＬＰ１〜ＬＰ４内に収容された所望のウエハＷを搬送する。
搬送ユニットＴＲの一端には、ウエハＷの位置決めを行う位置合わせ機構ＡＬが設けられていて、ウエハＷを載置した状態で回転台ＡＬａを回転させながら、光学センサＡＬｂによりウエハ周縁部の状態を検出することにより、ウエハＷの位置を合わせるようになっている。
かかる構成により、各ロードポートＬＰ１〜ＬＰ４に載置されたフープ内のウエハＷは、搬送ユニットＴＲを介して位置合わせ機構ＡＬにて位置あわせ後、プロセスシップＰＳ１，ＰＳ２のいずれかに一枚ずつ搬送され、プロセスモジュールＰＭ１，ＰＭ２にてプラズマ処理され、フープに再収容される。
位置合わせ機構ＡＬの近傍には、位置合わせ機構ＡＬに載置されたウエハＷの裏面膜の種類を光学的に測定する測定部１５が設けられている。測定部１５は、図３に示したように、発光器１５ａ、偏光子１５ｂ、検光子１５ｃおよび受光器１５ｄを有した分光タイプの膜厚計から構成されている。ウエハＷが位置合わせ機構ＡＬに載置されたとき、測定部１５は、裏面膜種を以下のように光学的に測定する。
発光器１５ａは、白色光をウエハＷの裏面に向けて出力し、偏光子１５ｂは、出力された白色光を直線偏光に変換した後、ステージＳに載置されたウエハＷの裏面に照射する。検光子１５ｃは、ウエハＷを反射した楕円偏光のうち、特定の偏向角度をもつ偏向のみを透過させる。受光器１５ｄは、たとえば、フォトダイオード、またはＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等から構成され、検光子１５ｃを透過した偏光を受光する。このようにして、測定部１５は、受光器１５ｄによる受光状態から、例えば干渉波形解析をすることにより、ウエハＷの裏面膜の種類を光学的に測定する。予め検出され得る膜種がわかっていれば、光の反射率を検出するだけでも、いずれの膜種であるかの識別が可能である。
測定されたウエハＷの裏面膜種の情報は、図２に示した制御器３０に送られる。制御器３０は、ウエハＷの裏面膜種に応じた温度制御を実行する。また、制御器３０は、裏面膜種毎に最適なプロセスレシピを選択して、選択されたプロセスレシピに基づきプラズマ処理を制御する。
［プラズマ処理装置の構成］
次に、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成について図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面を示す。ここでは、一実施形態に係るプラズマ処理装置２０はエッチング装置を想定して説明するが、プラズマ処理装置２０はこれに限らず、プラズマによりウエハＷに微細加工を行う装置であれば、成膜装置やアッシング装置等のあらゆるプラズマ処理装置に適用可能である。
次に、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成について図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面を示す。ここでは、一実施形態に係るプラズマ処理装置２０はエッチング装置を想定して説明するが、プラズマ処理装置２０はこれに限らず、プラズマによりウエハＷに微細加工を行う装置であれば、成膜装置やアッシング装置等のあらゆるプラズマ処理装置に適用可能である。
プラズマ処理装置２０は、ゲートバルブＶから搬入したウエハＷを内部にてプラズマ処理するチャンバ１００を有する。チャンバ１００は、上部円筒状チャンバ１００ａと下部円筒状チャンバ１００ｂとから形成されている。チャンバ１００は、たとえばアルミニウム等の金属から形成され、接地されている。
チャンバの内部には、上部電極１０５及び下部電極１１０が対向して配設され、これにより、一対の平行平板電極を構成している。上部電極１０５は、基材１０５ａ、絶縁層１０５ｂを有している。基材１０５ａは、たとえばアルミニウム、カーボン、チタン、タングステン等の金属から形成されている。
絶縁層１０５ｂは、基材１０５ａの下面に溶射によりアルミナ又はイットリアを吹き付けて形成される。上部電極１０５には、複数のガス穴１０５ｃが貫通していてシャワープレートとしても機能するようになっている。つまり、ガス供給源１１５から供給されたガスは、チャンバ内のガス拡散空間Ｓにて拡散された後、複数のガス穴１０５ｃからチャンバ内に導入される。上部電極の基材１０５ａは、ＳｉやＳｉＣで形成されてもよく、その場合は絶縁層１０５ｂを有する必要はない。また、基材１０５ａに石英のカバーをつけてもよい。
下部電極１１０は、ウエハＷを載置するサセプタとして機能する。下部電極１１０は、基材１１０ａを有している。基材１１０ａは、アルミニウム等の金属から形成されていて、絶縁層１１０ｂを介して支持台１１０ｃにより支持されている。これにより、下部電極１１０は電気的に浮いた状態になっている。なお、支持台１１０ｃの下方部分は、カバー１１５にて覆われている。支持台１１０ｃの下部外周には、バッフル板１２０が設けられていて、ガスの流れを制御する。
基材１１０ａには、冷媒室１１０ａ１及び冷媒導入管１１０ａ２が設けられている。冷媒室１１０ａ１は、冷媒導入管１１０ａ２を介して冷媒供給源１１１に接続されている。冷媒供給源１１１から供給された冷媒は、一方の冷媒導入管１１０ａ２から導入され、冷媒室１１０ａ１を循環し、他方の冷媒導入管１１０ａ２から排出されることにより、基材１１０ａを冷却するようになっている。
基材１１０ａには、また、ヒータ１１２が埋設されている。ヒータ１１２は、ヒータ源１１３に接続されている。ヒータ源１１３から供給された交流電力は、ヒータ１１２に印加され、これにより、基材１１０ａを加熱するようになっている。
基材１１０ａの上面には、静電チャック機構１２５が設けられていて、その上にウエハＷを載置するようになっている。静電チャック機構１２５の外周には、たとえばシリコンにて形成されたフォーカスリング１３０が設けられていて、プラズマの均一性を維持する役割を果たしている。静電チャック機構１２５は、アルミナ等の絶縁部材１２５ａに金属シート部材の電極部１２５ｂを介在させた構成を有する。電極部１２５ｂには、直流電源１３５が接続されている。直流電源１３５から出力された直流電圧が電極部１２５ｂに印加されることにより、ウエハＷは下部電極１１０に静電吸着される。
下部電極１１０には、伝熱ガス供給管１１６が貫通し、その先端は、静電チャック機構１２５の上面にて開口している。伝熱ガス供給管１１６は、伝熱ガス供給源１１７に接続されている。伝熱ガス供給源１１７から供給された、例えばヘリウムガス等の伝熱ガスは、ウエハＷと静電チャック機構１２５との間に流され、これにより、基材１１０ａへの熱伝導を制御することによってウエハＷの温度を調整するようになっている。
冷媒室１１０ａ１及び冷媒導入管１１０ａ２は、ウエハＷを載置するサセプタに設けられた冷却機構の一例であり、ヒータ１１２は、ウエハＷを載置するサセプタに設けられた加熱機構の一例である。また、伝熱ガス供給管１１６は、ウエハＷを載置するサセプタに設けられた伝熱ガス供給機構の一例である。
後述する本実施形態の変形例に係る温度制御では、冷却機構、加熱機構及び伝熱ガス供給機構を使用して、基材１１０ａを所望の温度に制御することにより、ウエハＷの温度を調整するようになっている。
基材１１０ａは、給電棒１４０に接続された整合器１４５を介して高周波電源１５０に接続されている。チャンバ内のガスは、高周波電源１５０から出力された高周波の電界エネルギーにより励起され、これにより生成された放電型のプラズマによってウエハＷにエッチング処理が施される。
基材１１０ａは、また、給電棒１４０に接続された整合器１６０を介して高周波電源１６５が接続されている。高周波電源１６５から出力された、たとえば３．２ＭＨｚの高周波はバイアス電圧として下部電極１１０へのイオンの引き込みに使われる。
チャンバ１００の底面には排気口１７０が設けられ、排気口１７０に接続された排気装置１７５を駆動することにより、チャンバ１００の内部を所望の真空状態に保つようになっている。上部チャンバ１００ａの周囲には、マルチポールリング磁石１８０ａ、１８０ｂが配置されている。マルチポールリング磁石１８０ａ、１８０ｂは、複数の異方性セグメント柱状磁石がリング状の磁性体のケーシングに取り付けられていて、隣接する複数の異方性セグメント柱状磁石同士の磁極の向きが互いに逆向きになるように配置されている。これにより、磁力線が隣接するセグメント磁石間に形成され、上部電極１０５と下部電極１１０との間の処理空間の周辺部のみに磁場が形成され、処理空間にプラズマを閉じこめるように作用する。ただし、マルチポーリング磁石はなくてもよい。
［制御器のハードウエア構成］
次に、本実施形態に係る制御器３０の構成について説明する。図２には、制御器３０のハードウエア構成が示されている。また、図３には、制御器３０の機能構成が示されている。
次に、本実施形態に係る制御器３０の構成について説明する。図２には、制御器３０のハードウエア構成が示されている。また、図３には、制御器３０の機能構成が示されている。
図２に示したように、制御器３０は、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３４、ＨＤＤ３６、ＣＰＵ３８、バス４０、インタフェース（Ｉ／Ｆ）４２を有している。図３に示した各部への指令は、専用の制御デバイスあるいはプログラムを実行するＣＰＵ３８により実行される。後述される温度制御を実行するためのプログラムや各種データは、ＲＯＭ３２やＲＡＭ３４やＨＤＤ３６に予め記憶されている。ＣＰＵ３８は、これらのメモリから必要なプログラムやデータを読み出し、実行することにより、図３の制御器３０の各機能を実現する。
［制御器の機能構成］
図３に示したように、制御器３０は、取得部３０５、選択部３１０、調整部３１５、プロセス実行部３２０、記憶部３２５、第１のデータベース３３０及び第２のデータベース３３５を有している。取得部３０５は、測定部１５からウエハＷの裏面膜の種類についての測定結果を取得する。
図３に示したように、制御器３０は、取得部３０５、選択部３１０、調整部３１５、プロセス実行部３２０、記憶部３２５、第１のデータベース３３０及び第２のデータベース３３５を有している。取得部３０５は、測定部１５からウエハＷの裏面膜の種類についての測定結果を取得する。
選択部３１０は、記憶部３２５に記憶されたプロセスレシピから、測定結果である裏面膜種に最適なプロセスレシピを選択する。選択部３１０は、選択されたプロセスレシピにしたがって、チャンバ１００内に投入されるＲＦパワーを特定する。また、選択部３１０は、第１のデータベース３３０から、前記測定結果であるウエハＷの裏面膜の種類と、前記チャンバ１００内に投入されるパワーとに対応したウエハＷの温度を選択する。
図４は、ウエハＷの裏面膜がシリコン膜（Ｓｉ）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、フォトレジスト膜（ＰＲ）の場合について、プラズマプロセス中のウエハＷの温度変化を示した図である。本実験において、プラズマ処理装置２０を用いたプロセスの条件は、次の通りである。
・チャンバ１００内の圧力 ２０ｍＴｏｒｒ
・高周波電源１５０から供給される高周波のパワー ４０ＭＨｚ、１０００Ｗ
・高周波電源１６５から供給される高周波のパワー ３．２ＭＨｚ、４５００Ｗ
・ガス種及びガス流量 Ｃ４Ｆ６ガス／Ａｒガス／Ｏ２ガス＝６０／２００／７０ｓｃｃｍ
・伝熱ガス及びガス流量 Ｈｅガス ウエハＷのセンタ側１５Ｔｏｒｒ，エッジ側４０Ｔｏｒｒ
・下部電極の温度 ２０℃
・チャンバ１００内の圧力 ２０ｍＴｏｒｒ
・高周波電源１５０から供給される高周波のパワー ４０ＭＨｚ、１０００Ｗ
・高周波電源１６５から供給される高周波のパワー ３．２ＭＨｚ、４５００Ｗ
・ガス種及びガス流量 Ｃ４Ｆ６ガス／Ａｒガス／Ｏ２ガス＝６０／２００／７０ｓｃｃｍ
・伝熱ガス及びガス流量 Ｈｅガス ウエハＷのセンタ側１５Ｔｏｒｒ，エッジ側４０Ｔｏｒｒ
・下部電極の温度 ２０℃
かかる条件で、下部二周波の平行平板型のプラズマ処理装置２０におけるプラズマプロセスを実行したところ、図４に示したように、ウエハ温度は、シリコン膜（Ｓｉ）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、フォトレジスト膜（ＰＲ）との間でそれぞれ５℃程度異なり、最大で１０℃程度異なる結果を得られた。この結果から、ウエハの裏面膜の種類を考慮せずに、冷媒の温度、ヒータの温度及び伝熱ガスの圧力を制御しただけでは、プラズマプロセスのように入熱のある系では、静電チャック機構１２５の表面とウエハＷの裏面の熱抵抗が裏面膜の種類によって異なるため、裏面膜の種類によってはウエハの温度が目標とする値と異なってしまい、プロセスの結果が十分に良い結果とならない場合があることがわかった。
よって、本実施形態に係るウエハＷの温度制御では、ウエハの裏面膜の種類を考慮した温度調整を行う。そのため、本実施形態では、実際のプロセスを実行する前に図５に示した第１のデータベース３３０を予め用意する。
第１のデータベース３３０には、チャンバ１００内に投入されるＲＦパワーと裏面膜の種類とウエハＷの温度とが対応付けて記憶されている。第１のデータベース３３０に蓄積するデータの測定方法の一例としては、サセプタに低コヒーレンス光干渉温度計のような非接触温度計を取り付けたプラズマ処理装置２０にて、表面がシリコンで裏面膜の種類が異なる複数のウエハをプラズマ処理する方法が挙げられる。具体的には、プロセス中、高周波電源１５０及び高周波電源１６５に投入されたＲＦパワーとそのときのウエハの温度とを非接触温度計にて測定する。測定結果は、ＲＦパワー、裏面膜の種類及びウエハＷの温度を対応付けたデータ群として第１のデータベース３３０に蓄積される。第１のデータベース３３０は、例えばＨＤＤ３６に格納される。非接触温度計の具体例については、後述する。
また、本実施形態では、実際のプロセスを実行する前に図６に示した第２のデータベース３３５を予め用意する。第２のデータベース３３５には、ウエハＷの裏面に流す伝熱ガスの圧力とウエハＷの温度とを対応付けて記憶する。第２のデータベース３３５に蓄積するデータの測定方法としては、前記プロセス条件にてプロセス中に伝熱ガスとしてのＨｅガスの圧力を変え、そのときのウエハの温度を非接触温度計にて測定する。測定結果は、Ｈｅガス及びウエハＷの温度を対応付けたデータ群として第２のデータベース３３５に蓄積される。第２のデータベース３３５は、例えばＨＤＤ３６に格納される。第１のデータベース３３０と第２のデータベース３３５とを一つにまとめてデータベース化してもよい。
選択部３１０は、第１のデータベース３３０から、測定結果であるウエハＷの裏面膜の種類と、ウエハＷを処理するために投入されるパワーとに対応したウエハＷの温度を選択する。例えば、図５では、ＲＦパワーがＷ１、裏面膜種がＳｉＯ２の場合には、ウエハＷの温度６７℃を選択する。また、選択部３１０は、第２のデータベース３３５から、前記選択されたウエハＷの温度に対応したＨｅガスの圧力を選択する。例えば、図６では、選択されたウエハＷの温度が６７℃であれば、Ｈｅガスの圧力をＰ４とする。
調整部３１５は、選択されたウエハＷの温度に基づき、ウエハＷの温度を調整する。具体的には、調整部３１５は、選択されたウエハＷの温度に基づき、冷却機構としての図２の冷媒供給源１１１から供給される冷媒の流量と冷媒の温度とを制御し、加熱機構としてのヒータ源１１３から供給される交流電力を制御する。
また、調整部３１５は、選択されたＨｅガスの圧力に基づき、ウエハＷの裏面に流すＨｅガスを調整する。具体的には、調整部３１５は、選択された伝熱ガスの圧力に基づき、伝熱ガス供給機構としての伝熱ガス供給源１１７から供給されるＨｅガスを調整する。
記憶部３２５には、複数のプロセスレシピが記憶されている。プロセス実行部３２０は、複数のプロセスレシピの中から選択部３１０により選択されたプロセスレシピに従い、プロセス処理装置２０にて実行されるエッチング処理を制御する。前述したように、プロセス中、ウエハＷの温度が裏面膜の種類に応じた所望の温度になるように、調整部により、冷却機構、加熱機構及び伝熱ガス供給機構が調整されている。これにより、ウエハＷの温度を精度良く制御することができる。
［プラズマ処理装置の動作］
次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置２０の動作について、図７に示した温度制御処理のフローチャートを参照しながら説明する。この温度制御を実行する前提として、第１データベース３３０及び第２データベース３３５が予め用意されている。
次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置２０の動作について、図７に示した温度制御処理のフローチャートを参照しながら説明する。この温度制御を実行する前提として、第１データベース３３０及び第２データベース３３５が予め用意されている。
温度制御処理では、まず、ステップＳ７０５にて、ウエハＷが、図１に示したロードポートＬＰ１〜ＬＰ４のいずれかから搬送ユニットＴＲに投入されたかを判定し、ウエハＷが投入されるまでステップＳ７０５を繰り返す。投入された場合、ステップＳ７１０に進み、ウエハＷが位置合わせ機構ＡＬに載置されたか否かを判定し、ウエハＷが位置合わせ機構ＡＬに載置されるまでステップＳ７１０を繰り返す。
ウエハＷが位置合わせ機構ＡＬに載置されると、ステップＳ７１５に進み、測定部１５は、ウエハＷの裏面膜の種類を測定する。次に、ステップＳ７２０にて、取得部３０５は、測定されたウエハＷの裏面膜の種類についての測定結果を取得する。選択部３１０は、取得された裏面膜の種類及びプラズマ処理装置２０に投入された高周波電力のパワー（ＲＦパワー）に対応するウエハＷの温度を第１のデータベース３３０から選択する。
次に、ステップＳ７２５にて、選択部３１０は、選択されたウエハＷの温度に対応する伝熱ガスの圧力を第２のデータベース３３５から選択する。次に、ステップＳ７３０にて、選択されたウエハＷの温度及び伝熱ガスの圧力に基づき、サセプタ内に設けられた冷媒の温度、ヒータの温度及び伝熱ガスの圧力を調整し、本処理を終了する。
これによれば、ＲＦパワーとともにウエハＷの裏面膜の種類を考慮して、サセプタの冷媒の温度、ヒータの温度及び伝熱ガスの圧力が制御される。この結果、裏面膜の有無及び裏面膜の種類に応じて、ウエハＷの温度を精度良く制御することができる。これにより、予想通りのプロセス結果、つまり、ウエハＷに予想通りの良好なエッチング処理を施すことができる。
［変形例］
プラズマ処理装置２０以外の装置であっても、入熱がある装置に対しては、本実施形態の変形例に係る温度制御方法を利用することができる。本変形例に係る温度制御方法について、図８に示した温度制御処理のフローチャートを参照しながら説明する。本変形例に係る温度制御を実行する前提として、第１データベース３３０は予め用意されているが、第２データベース３３５は必ずしも必要ではない。
プラズマ処理装置２０以外の装置であっても、入熱がある装置に対しては、本実施形態の変形例に係る温度制御方法を利用することができる。本変形例に係る温度制御方法について、図８に示した温度制御処理のフローチャートを参照しながら説明する。本変形例に係る温度制御を実行する前提として、第１データベース３３０は予め用意されているが、第２データベース３３５は必ずしも必要ではない。
温度制御処理では、まず、ステップＳ７０５にて、ウエハＷが、図１に示したロードポートＬＰ１〜ＬＰ４のいずれかから搬送ユニットＴＲに投入されたかを判定する。投入された場合、ステップＳ７１０に進み、ウエハＷが位置合わせ機構ＡＬに載置されたか否かを判定する。載置されると、ステップＳ７１５に進み、測定部１５は、ウエハＷの裏面膜の種類を測定する。次に、ステップＳ７２０にて、取得部３０５は、測定されたウエハＷの裏面膜の種類についての測定結果を取得し、選択部３１０は、取得された裏面膜の種類及びプラズマ処理装置２０に投入された高周波電力のパワーに対応するウエハＷの温度を第１のデータベース３３０から選択する。次に、ステップＳ８０５にて、選択されたウエハＷの温度に基づき、サセプタ内に設けられた冷媒の温度及びヒータの温度を調整し、本処理を終了する。
これによっても、ＲＦパワーとともにウエハＷの裏面膜の種類を考慮して、サセプタの冷媒の温度、ヒータの温度を制御することができる。この結果、プラズマ処理装置２０以外の入熱がある装置に対して、裏面膜の有無及び裏面膜の種類に応じたウエハＷの温度を精度良く制御することができる。これにより、予想通りのプロセス結果を得ることができる。
［非接触温度計］
最後に、ウエハＷの温度を測定する非接触温度計の一例について、図９を参照しながら説明する。図９は、本実施形態に係る非接触温度計の一例を示した図である。
最後に、ウエハＷの温度を測定する非接触温度計の一例について、図９を参照しながら説明する。図９は、本実施形態に係る非接触温度計の一例を示した図である。
本実施形態に係る非接触温度計５５０は、分光器５００及び測定器５２０を有している。分光器５００は、ツェルニーターナー型の分光器であり、波長分散素子を用いて被測定光を波長毎に分光し、任意の波長幅に存在する光のパワーを求め、求められた光のパワーから被測定光の特性を測定する。
分光器５００は、入力スリット５０１、ミラー５０２、回折格子５０４、ミラー５０６及びフォトダイオードアレイ５０８を有している。ミラー５０２及びミラー５０６は、入射光を所望の方向に反射するように設置されている。フォトダイオードアレイ５０８は、ミラー５０６で反射された光が収束する位置に設置されている。入力スリット５０１から入射される光は、裏面膜種の異なる、厚さＤのウエハＷの表面を反射した光とウエハＷの裏面を反射した光である。入射された光は、ミラー５０２により反射されて回折格子５０４に照射される。照射されたウエハＷの表面側の反射光と裏面側の反射光とは回折格子５０４によって分光される。反射光または回折光のうち、特定波長の光はミラー５０６により反射されてフォトダイオードアレイ５０８に入射される。フォトダイオードアレイ５０８は、その光のパワーを検出する。フォトダイオードアレイ５０８は、分光された光を受光し、受光した光のパワーを検出する光検出素子(フォトダイオード)をアレイ状に複数設けた検出器の一例である。検出器の他の例としては、ＣＣＤアレイが挙げられる。
フォトダイオードアレイ５０８の各素子は、受光した光のパワーに応じた電流（光電流）を発生し、この光電流を分光器の検出結果として出力する。また、各素子には、予め特定の波長が割り付けられている。各素子に割り付ける特定の波長は、光が回折格子５０４によって波長毎に分光されて、フォトダイオードアレイ５０８に入射する。
測定器５２０は、測定部５２６及び記憶部５２８を有している。測定部５２６は、検出された光のパワーに基づき、前記入射光の特性を測定する。本実施形態では、測定部５２６は、検出された光のパワーの周波数解析に基づき、測定結果からウエハＷの温度を測定する。計測結果は、第１のデータベース３３０や記憶部５２８に記憶される。
反射スペクトルを周波数解析（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）すると、図１０（ａ）に示したように、厚さＤのウエハＷの表面で反射した反射光Ｌ１と裏面で反射した反射光Ｌ２とのシリコン中の往復の光路長２Ｄの整数倍ｎ（ｎ＝０以上の整数）の位置で、振幅の光スペクトラムが出力される。
図１０（ｂ）に示したように、光路長ｎｄと温度Ｔｓとの関係は予め算出されている。ここで、ウエハＷが加熱されると熱膨張によりウエハＷ内の光路長Ｄは大きくなり、屈折率も大きくなる。よって、温度が上がると光路長の倍数ｎＤがずれる。この光路長の倍数ｎＤのずれ量Ｃから温度Ｔを検出する。このようにして、分光データの周波数解析により求められた各光スペクトラムから裏面膜種毎のウエハＷの温度を測定することができる。
上記一実施形態及びその変形例において、各部の動作は互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作及び一連の処理として置き換えることができる。これにより、温度制御方法の実施形態を、温度制御方法を実行する装置の実施形態とすることができる。以上の説明では、周波数ドメイン方式による温度計測方法について例を挙げて説明したが、タイムドメイン方式（例えば、特開２０１０−１９９５２６号に記載）を用いた温度計測方法を用いてもよい。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、本発明に係るプラズマ処理装置は、上記実施形態に示したエッチング装置に限られず、成膜装置、マイクロ波プラズマ処理装置等のあらゆるプラズマ処理装置であってもよい。また、内部に入熱のある装置であればプラズマ処理装置以外の装置であってもよい。
本発明に係るプラズマ処理装置は、上記実施形態に示した平行平板型のプラズマ処理装置に限られず、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）プラズマ処理装置、マイクロ波プラズマ処理装置等いずれのプラズマ処理装置のガス系統にも使用することができる。
１０ プラズマ処理システム
１５ 測定部
２０ プラズマ処理装置
３０ 制御器
３０５ 取得部
３１０ 選択部
３１５ 調整部
３２０ プロセス実行部
３２５ 記憶部
３３０ 第１のデータベース
３３５ 第２のデータベース
５０１ 入力スリット
５０２，５０６ ミラー
５０４ 回折格子
５０８ フォトダイオードアレイ
５２６ 測定部
５２８ 記憶部
１５ 測定部
２０ プラズマ処理装置
３０ 制御器
３０５ 取得部
３１０ 選択部
３１５ 調整部
３２０ プロセス実行部
３２５ 記憶部
３３０ 第１のデータベース
３３５ 第２のデータベース
５０１ 入力スリット
５０２，５０６ ミラー
５０４ 回折格子
５０８ フォトダイオードアレイ
５２６ 測定部
５２８ 記憶部
Claims (9)
- 被処理体の裏面膜の種類の測定結果を取得する取得ステップと、
チャンバ内に投入されるパワーと裏面膜の種類と被処理体の温度とを対応付けて記憶した第１のデータベースから、前記測定結果である被処理体の裏面膜の種類と、前記被処理体を処理するために投入されるパワーとに対応した被処理体の温度を選択する選択ステップと、
前記選択された被処理体の温度に基づき、前記被処理体の温度を調整する調整ステップと、
を含むことを特徴とする温度制御方法。 - 前記調整ステップは、前記選択された被処理体の温度に基づき、冷却機構及び加熱機構を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の温度制御方法。 - 前記選択ステップは、被処理体の裏面に流す伝熱ガスの圧力と被処理体の温度とを対応付けて記憶した第２のデータベースから、前記選択された被処理体の温度に対応した伝熱ガスの圧力を選択し、
前記調整ステップは、前記選択された伝熱ガスの圧力に基づき、前記被処理体の裏面に流す伝熱ガスを調整する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の温度制御方法。 - 種類が異なる裏面膜を有する被処理体に対して、前記チャンバ内に投入されるパワーに応じた被処理体の温度を非接触温度計により測定し、測定された被処理体の温度を前記裏面膜の種類及び前記パワーに対応付けて前記第１のデータベースに格納する格納ステップを更に含む、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の温度制御方法。 - 内部にて被処理体にプラズマ処理を施すチャンバを備えたプラズマ処理システムであって、
被処理体の裏面膜の種類の測定結果を取得する取得部と、
チャンバ内に投入されるパワーと裏面膜の種類と被処理体の温度とを対応付けて記憶した第１のデータベースから、前記測定結果である被処理体の裏面膜の種類と、前記被処理体を処理するために投入されるパワーとに対応した被処理体の温度を選択する選択部と、
前記選択された被処理体の温度に基づき、前記被処理体の温度を調整する調整部と、
を備えることを特徴とするプラズマ処理システム。 - 前記プラズマ処理システムは、被処理体を載置するサセプタに設けられた冷却機構及び加熱機構を更に備え、
前記調整部は、前記選択された被処理体の温度に基づき、前記冷却機構及び加熱機構を制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載の温度制御方法。 - 前記選択部は、被処理体の裏面に流す伝熱ガスの圧力と被処理体の温度とを対応付けて記憶した第２のデータベースから、前記選択された被処理体の温度に対応した伝熱ガスの圧力を選択し、
前記調整部は、前記選択された伝熱ガスの圧力に基づき、前記被処理体の裏面に流す伝熱ガスを調整する、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載のプラズマ処理システム。 - 前記プラズマ処理システムは、被処理体を載置するサセプタに設けられた伝熱ガス供給機構を更に備え、
前記調整部は、前記選択された伝熱ガスの圧力に基づき、前記伝熱ガス供給機構を制御する、
ことを特徴とする請求項７に記載の温度制御方法。 - 前記プラズマ処理システムは、被処理体を位置決めする位置合わせ機構と、
前記位置合わせ機構に載置された被処理体の裏面膜の種類を光学的に測定する測定部と、
を更に備えることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理システム。
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