JP2016136554A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】真空容器内に配置され減圧可能な処理室と、この処理室内に配置されその上面に処理対象のウエハが載せられる試料台と、この試料台上面上に配置され前記ウエハがその上に載せられた状態で当該ウエハと前記試料台の上面との間のすき間に伝熱ガスを供給する開口とを備え、前記開口と連通して前記伝熱ガスが流れる供給路上に配置され前記伝熱ガスの流量を調節する調節器と、前記ウエハが前記試料台に載せられた状態で前記調節器から前記すき間を通して前記試料台の外周の前記処理室に漏洩する伝熱ガスの量と前記ウエハが前記試料台に載せられていない状態で前記開口から前記処理室に供給される前記伝熱ガスの量とを用いて検出した前記すき間の圧力に基づいて前記調節器の動作を調節するコントローラとを備えた。
【選択図】 図４

Description

本発明はプラズマ処理装置に係り、特に試料を載置する試料台の温度を調節して試料を処理に適した温度に調整して処理するプラズマ処理装置に関する。

半導体ウエハ処理装置などのプラズマエッチング処理装置は、真空状態に減圧した処理容器（以下、真空容器とする）内に処理ガスを供給してプラズマを形成し、ウエハ載置用試料台（以下、試料台とする）に被処理対象であるウエハを載置してウエハ上の試料に処理を施す。試料台は主として、静電気力でウエハを吸着し固定する機能、ウエハの温度を制御する機能、プラズマ中のイオンを引き込んでエッチングをアシストするための高周波バイアス電圧をウエハに印加する機能を持つ。

試料台によるウエハ温度制御機能は、十分な速度応答性と温度精度を持たせるための技術として、試料台の上面に配置された誘電体材料により構成された膜の内部に膜状のヒータを配置し、試料台上面のヒータの排熱を行うため、冷媒が循環する冷媒溝を配置して、ヒータにより所望のウエハの温度分布を実現して、ウエハ上の試料のエッチング処理を行うものが考えられている。このような試料に隣接した位置に配置されたヒータを用いた技術では、試料の温度とその分布を高速に変更することができ、かつプラズマからの入熱が小さい場合でも十分な温度の値の変化を得ることができるという利点がある。

試料台上面内の面内温度は周方向で均一に近い精度が必要となるが、試料台は誘電体膜、ヒータおよび冷媒流路が複合された構造であるため、各々の要素の形状や製造方法に工夫を施す必要がある。

このような技術は、従来特開２００９−２１８２４２号公報（特許文献１）に開示のものが知られていた。本従来技術には、試料台上にヒータを形成し、このヒータに電力を供給して温度の分布を検出した結果に基づいて、前記温度の分布が所定の値となるようにヒータの抵抗値を調節するものが開示されている。

また、特開２０１０−２７２８７３（特許文献２）には、試料台内部の冷媒溝を冷媒の熱伝達率が基材面内で一定になるように熱伝達率が上昇する渇き度領域において、冷媒流路断面積が他の箇所と異なる構成とすることで、冷媒の流速を下げ、冷媒の熱伝達率の上昇を抑制する技術が開示されている。

特開２００９−２１８２４２号公報 特開２０１０−２７２８７３号公報

上記従来技術は、以下の点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。

すなわち、試料台の誘電体層とウエハ間には、ウエハ裏面と試料台のウエハ吸着面との接触熱伝達を補完し、さらに試料台のウエハ吸着面以外の表面温度をウエハに伝えるために、伝熱ガスが流入されることが多い。特許文献１および特許文献２の手法は、試料台を構成するヒータ、冷媒流路に対してウエハ表面温度の均一化において有効であると考えられるが、伝熱ガスによるウエハへの熱伝達効果が試料台の運用時において常に温度分布が一定になるように働く必要がある。

特に試料台のウエハ吸着面は、プラズマ曝露による経時変化を最小限にする、もしくは、ウエハ裏面の異物を低減するためにウエハ吸着面積を少なくする場合があり、上記の場合は伝熱ガス流通領域が広くなるので伝熱ガスによる熱伝達効果の影響がより顕著となる。

伝熱ガスの熱伝達効果は、伝熱ガスの物性、流量、圧力、温度および伝熱ガス流路の温度、表面性状といったパラメータに依存して変化する。前記の内で試料台の伝熱ガス流路表面は、製造される試料台の個体毎に寸法、表面粗さの微細な誤差が生じることで、ウエハ表面温度分布は個体毎に異なることがある。

また試料台の伝熱ガス流路表面は、長期的なプラズマ曝露による表面性状の経時変化が避けられないため、ウエハ処理の複数枚実施に伴いウエハ表面温度分布が変化する問題が生じる。このため、処理中のウエハの処理結果が所期のものが得られず歩留まりが損なわれてしまうという虞が有った。上記従来技術はこのような課題について十分に考慮されていなかった。

本発明の目的は、歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供することにある。

上記目的は、真空容器内に配置され減圧可能な処理室と、この処理室内に配置されその上面に処理対象のウエハが載せられる試料台と、この試料台上面上に配置され前記ウエハがその上に載せられた状態で当該ウエハと前記試料台の上面との間のすき間に伝熱ガスを供給する開口とを備え、前記伝熱ガスが前記すき間に供給された状態で前記処理室内に形成したプラズマを用いて前記ウエハを処理するプラズマ処理装置であって、前記開口と連通して前記伝熱ガスが流れる供給路と、この供給路上に配置され前記伝熱ガスの流量を調節する調節器と、前記ウエハが前記試料台に載せられた状態で前記調節器から前記すき間を通して前記試料台の外周の前記処理室に漏洩する伝熱ガスの量と前記ウエハが前記試料台に載せられていない状態で前記開口から前記処理室に供給される前記伝熱ガスの量とを用いて検出した前記すき間の圧力に基づいて前記調節器の動作を調節するコントローラとを備えたことにより達成される。

処理室をウエハ上の試料を処理可能とするために必要な立上時、およびウエハ上の試料をウエハ複数枚に渡り処理実施後に定期的に伝熱ガス流路のリーク流量を測定し、圧力制御式の係数を更新することで、ウエハ裏面の伝熱ガス圧力を任意の目標値一定で制御することが可能となり、伝熱ガスによる熱伝達率が一定となる。上記より、試料台毎の伝熱ガス流路表面の表面性状の個体差や、ウエハを複数枚処理した後の伝熱ガス流路の表面性状の経時変化に依存せず、ウエハ表面温度分布を一定に保つことが可能となる。

本発明の実施に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。 図２に示す実施例に係るプラズマ処理装置の試料台の誘電体膜近傍の構成の拡大して模式的に示す縦断面図である。 図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の動作の流れを示すフローチャートである。 図２に示す実施例に係るプラズマ処理装置の試料台のウエハを載せていない状態での誘電体膜近傍の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。 図２に示す実施例に係るプラズマ処理装置の試料台のウエハを載せた状態での誘電体膜近傍の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施例の変形例に係るプラズマ処理装置の動作の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。この装置は、真空容器１００と、該真空容器の上方の外周に配置されて真空容器１００内部に電界および磁界を供給する電磁場供給手段と、真空容器１００下方に配置されて真空容器１００の内部を排気する排気手段を備えている。

真空容器１００は、真空容器１００の内部には処理室１０１が備えられ、真空容器１００の上部には処理室１０１内に高周波を供給する高周波電源１１０と処理室１０１内に電磁波を供給するソレノイドコイル１０９が備えられ、真空容器１００の下部にはウエハなどの被処理対象である基板状の試料がその上面に載置される試料台１１１とターボ分子ポンプ１１７などからなる排気装置が備えられている。

電磁場供給手段は、真空容器１００の上部に配置されているソレノイドコイル１０９および、真空容器１００上方に配置されている電磁波を供給する高周波電源１１０からなる。高周波電源１１０から供給された電磁波は図示しないアイソレータ、整合器１０８を経由して導波管１０７内を伝播し共振空間１０６を通過した後、石英プレート１０５およびシャワープレート１０２を介して、処理室１０１に導入される。

処理室１０１は、略円筒形状であって、処理対象の試料にプラズマ処理を施す際にプラズマが形成される空間である。

処理室１０１上方には、処理室１０１を密閉する円筒形状の天井部材が備えられており、この天井部材は、石英等の誘電体で構成された石英プレート１０５およびシャワープレート１０２から構成され、石英プレート１０５とシャワープレート１０２の間には微小隙間１０３が形成されている。この微小隙間１０３は円筒形状の空間であり、この空間の下方にシャワープレート１０２が配置されている。このシャワープレート１０２には多数の小孔が複数の同心円形状に配置して多数設けられている。石英プレート１０５および、シャワープレート１０２の外周側にはガスリング１０４が配置される。ガスリング１０４には、前記微小隙間１０３に処理ガスを供給するためのガス通路が設けられており、処理ガスは、処理ガス供給元１１８から、処理ガス供給配管１１９およびガスリング１０４のガス通路を介して、前記微小隙間１０３に供給され、その後、シャワープレート１０２に設けられた多数の小孔を介して処理室１０１内に均等に分散して供給される。

処理室１０１下方にある試料台１１１は円筒形状を有しており、試料台１１１上面上方は誘電体膜に被覆されている。試料台１１１内部には、同心円状または螺旋状に図示しない流路が配置されており、この流路に温調ユニット１１４により温度または流量（流速）を調節された冷媒が導入される。また、誘電体膜内部には図示しないヒータが配置されており、このヒータはヒータ用電源１１７により通電加熱される。

試料台１１１上面の誘電体膜とウエハ１２１裏面との間には伝熱ガス流路１１２が設けられており、伝熱ガス供給元１１５から伝熱ガス供給配管１２２を介して、Ｈｅ等の熱伝達性を有するガスが供給される。伝熱ガスの圧力値は圧力制御要素１２３の設置位置においてモニタリングされる。

さらに、試料台１１１の上面には、ウエハ１２１を試料台１１１に静電気力を用いて吸着させるための静電吸着用の膜状の電極を内部に備えた誘電体製の膜が配置され、静電吸着用の電極はこれに直流電圧を印加する直流電源１１３と電気的に接続されている。さらに、試料台１１１内部には、処理中に試料台１１１上のウエハ１２１表面上方にバイアス電位を形成するために高周波電力が供給される円板状の金属製の電極が配置され、当該電極は当該高周波電力を供給する高周波バイアス電源１１６と電気的に接続されている。

このようなプラズマエッチング装置に対して、所定の処理を施される対象のウエハ１２１は、真空容器１００の側壁と連結された図示しない別の真空容器であって内部の減圧された空間に配置されたロボットアーム等の搬送手段を備えた真空搬送容器内を当該ロボットアーム上に載せられて処理室１０１内に搬送されて試料台１１１に受け渡されてその上面の載置面上に載置された後、直流電源１１３から供給される直流電圧により形成れた静電気により誘電体膜上に吸着され保持される。

次に、処理ガスが処理ガス供給元１１８より処理ガス供給配管１１９を介して微小隙間１０３に導入され、シャワープレート１０２に形成された多数の小孔を通して処理室１０１内へ供給される。共振空間１０６を通過し石英プレート１０５およびシャワープレート１０２を介して処理室１０１に導入された電磁波と、ソレノイドコイル１０９による磁場の相互作用によって、処理ガスがプラズマ化されプラズマがウエハ１２１の上方に形成される。さらに、高周波バイアス電源１１６により、試料台１１１に高周波電力が印加され、ウエハ１２１上面上方に形成された高周波バイアスによるバイアス電位とプラズマ電位との電位差によりプラズマ中のイオンをウエハ１２１上に引き込み、エッチング反応をアシストしつつ処理が開始される。

エッチング処理の終了後、プラズマおよび高周波バイアスが停止され、直流電源１１３からの直流電圧の供給が停止され、静電気力が低下、除去される。

次に試料台１１１の詳細構造を図２を参照して説明する。

図２は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。試料台１１１は円筒形または円板形状であり、Ｔｉ、セラミクス含有のアルミニウム、モリブデン、タングステン等の金属で構成される基材部２０１、基材部２０１の上面に接合されて配置され、内部にヒータ２０４を備えたＡｌ２Ｏ３等の誘電体で形成された誘電体膜部２０２、該誘電体膜部２０２の上方に配置され、内部にタングステン等の金属から構成される静電吸着用電極２０５を備えたＡｌ２Ｏ３等の誘電体で形成された誘電体膜部２０６を備える。また、試料台１１１には、ウエハリフト用のピン２１０が貫通する貫通孔２０８が配置されている。

ピン２１０は試料台１１１下方に設けられ、貫通孔２０８を介して試料台１１１対して相対的に昇降しウエハの受け渡しを行う。ヒータ２０４は図示しない給電部構造を介し、ヒータ用直流電源１１７と電気的に接続されている。静電吸着用電極２０５は図示しない給電部構造を介し、静電吸着用直流電源１１３と電気的に接続されている。

基材部２０１の内部には、冷媒が内部を環状に流れる冷媒通路である冷媒溝２０３、基材上面の温度を測定する温度センサ２０７が配置されている。

冷媒溝２０３は、冷媒が導入される入口部及び排出される出口部が管路により真空容器１０１外部の温調器１１４と連結されている。温調器１１４は冷媒溝２０３を通り循環される冷媒の流量（速度）や冷媒の温度をコントローラ２１１からの指令信号に応じて調節する。冷媒は冷媒溝２０３を流れ、基材２０１を冷却する。基材２０１が冷却されることで、試料台１１１に保持されたウエハ１２１が冷却される。

温度センサ２０７には、熱電対あるいは白金測温抵抗体などが用いられる。温度センサ２０７は孔２０９内部に配置される。温度センサ２０７はコントローラ２１１と電気的に接続されている。

伝熱ガス流路１２２は、ガス供給部１１５と結合しており、伝熱ガスを試料台１１１上部に導入する。伝熱ガス流路１２２の下方には圧力制御要素１２３が配置される。圧力制御要素１２３はコントローラ２１１と電気的に接続されている。

ウエハ１２１は、図示しない搬送手段あるいはピン２１０等の操作により、誘電体膜部２０６上面に載置される。その後、静電吸着用直流電源１１３から静電吸着用電極２０５へ電力が供給されて静電気力が形成される。これにより、ウエハは誘電体膜部２０６に吸着され保持される。

誘電体膜部２０６にウエハ１２１が吸着保持された後、ウエハ１２１にバイアス電位が印加される。プラズマを用いてウエハ１２１を処理するときは、ウエハ１２１に入熱を伴う。この入熱に伴うウエハ１２１温度の上昇はエッチング形状に大きく影響する。このためウエハ１２１を冷却する必要がある。

しかし、処理室１０１は減圧されているため、試料台１１１にウエハを載置しただけでは熱伝達が不十分である。このため、伝熱ガス流路１１２を通してガス供給部１１５より、伝熱ガスを誘電体膜部２０６と誘電体膜部２０６表面に形成された凸部と載置されたウエハ１２１の間に導入する。これにより、ウエハと誘電体膜部２０６間に必要な熱伝達率が確保され、ウエハの温度上昇が抑制される。

なお、本実施例において、伝熱ガスは、圧力制御要素１２３により圧力値が検知され、その出力を受信したコントローラ２１１において圧力値に応じて算出された指令が発信されそのバルブ開度が調節されて圧力が目標の許容範囲の値となるようにコントローラ２１１により調節される。また、図示しない伝熱ガスの供給元に配置された流量制御要素にコントローラ２１１が指令信号を発信して、これにより供給される伝熱ガスの流量が所定の許容範囲内のものになるようにその動作が調節される。

伝熱ガスの圧力制御方法は、本実施例では、圧力制御要素１２３におい圧力値を所定の許容範囲内にするために、図示しない流量制御要素を用いて調節する、或いはウエハ１２１裏面の圧力の値を所定の許容範囲内のものにするために予め定められた圧力関係式により、ウエハ１２１裏面の圧力を算出し圧力制御要素１２３によって圧力を制御する、またはこれらを組み合せて調節される。まず、本実施例では、ウエハ１２１と誘電体膜２０６との間での伝熱ガスの圧力を調節する構成について述べる。

基材上面の温度は温度センサ２０７によって検知されている。温度センサ２０７が検知した温度は、コントローラ２１１に受信される。コントローラ２１１は、検出された基材部２０１の温度をもとに、コントローラ２１１内部の演算機を用いて、また、コントローラ２１１内部或いは通信可能に接続されたハードディスク等の外部記憶媒体に記憶されたプログラムを用いて、載置面である誘電体膜部２０６上面の温度、あるいはこれに載せられたウエハ１２１の温度あるいはその分布を推定することができる。

コントローラ２１１は、予め前記記憶装置内に記憶されたプログラムを用いて、誘電体膜部２０６またはウエハ１２１の温度の検出結果に応じヒータ電極用直流電源１１７が出力すべき電力値を演算して検出する。この電力値を出力するようにヒータ電極用直流電源１１７に指令を発信することで、ヒータ電極膜２０４の発熱量を調整することができる。このように、検知された試料台１１１の温度は、制御部であるコントローラ２１１にフィードバックされる。これによりヒータ電極膜２０４の発熱量が調節され、加工に最適なウエハの温度またはその分布が実現される。

図３は、図２に示す実施例に係るプラズマ処理装置の試料台の誘電体膜近傍の構成の拡大して模式的に示す縦断面図である。特に、図２に示す試料台１１１のウエハ１２１、誘電体膜２０６付近の半径部分を拡大して示している。

誘電体膜２０６の表面には、ウエハ１２１を載置する吸着面３０１、および伝熱ガスを流通させる伝熱ガス流路１１２を具備する。吸着面３０１は、通常平坦化処理を施されるが、表面粗さでＲａ０．１μｍ程度の凹凸が生じるため、吸着面３０１においても伝熱ガスの流通が生じる。上記により、図３に示すように試料台半径方向の伝熱ガスの流れ３０２が生じ、伝熱ガスは誘電体膜２０６外周側端部より処理室１０１側に流出し、ターボ分子ポンプ１１８により排気される。

図４に本発明の実施例１のシーケンスフローチャートを示し、下記にてシーケンスの詳細を説明する。また、図５、６に図４のフローチャート中の説明図を示す。

図４は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の動作の流れを示すフローチャートである。図５は、図２に示す実施例に係るプラズマ処理装置の試料台のウエハを載せていない状態での誘電体膜近傍の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。図６は、図２に示す実施例に係るプラズマ処理装置の試料台のウエハを載せた状態での誘電体膜近傍の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。

まず、処理室１０１内部をメンテナンスした後にウエハ１２１処理可能なように立ち上げる場合において、本発明実施例１のシーケンスについて説明する。図４に示すように、最初に、第１ブロック４０１に示すように、ウエハ１２１の処理が開始されておらず試料台１１１上にウエハ１２１が載置されていない状態で、処理室１０１内部が１０−５Ｐａ台の圧力値（処理中の圧力と同等かさらに低い圧力値）になるまで処理室１０１内の排気を実施する。この状態で、処理室１０１内部に存在する先に実施された任意のウエハ１２１の処理の際に処理室１００内に形成されて内部の表面に付着した生成物や処理用ガス等の粒子の少なくとも一部が処理室１０１外に排気され、処理室１０１の洗浄の度合いが向上する。

次に、試料台１１１上にウエハ１２１が載置されていない状態のまま、第３ブロック４０３に示すように、伝熱ガスを伝熱ガス供給源１１５から試料台１１１の伝熱ガス流路１１２に供給する。上記の状態を図５に示す。

図５において、圧力制御要素１２３の圧力検出点を点（Ａ）、伝熱ガス流路１１２を通過し、誘電体膜２０６のウエハ１２１載置側外表面の個所を点（Ｂ）とおく。点（Ｂ）を通過した伝熱ガスは、処理室１０１中に放出され、ターボ分子ポンプ１１８により排気される。上記の状態において、伝熱ガスを圧力制御要素１２３でモニタリングするある一定の圧力で供給後、供給停止し、点（Ａ）の圧力値の任意時間までの変動量ΔＰと経過時間Δｔを測定する。加えて、事前に伝熱ガス流路１１２の点（Ａ）から点（Ｂ）までの体積Ｖ０を求めておき、前記で測定した点（Ａ）の圧力値の時間変動と点（Ａ）から点（Ｂ）までの体積Ｖ０より、点（Ｂ）から放出される伝熱ガスのリーク流量Ｑ０は下記式（１）より算出される。

上記で算出されたリーク流量Ｑ０と点（Ａ）の任意の圧力値Ｐ１、および前記状態の処理室１０１の圧力値をＰ３とおき、Ｐ３は点（Ｂ）の圧力Ｐ２とほぼ同値であるからＰ３＝Ｐ２とすれば、下記式（２）より点（Ａ）−点（Ｂ）間のコンダクタンスＣ０が算出される。

また、上記式（２）をＰ２について整理すると、下記式（３）の通りとなる。

点（Ａ）から点（Ｂ）までのコンダクタンスＣ０はプラズマ曝露による経時変化の影響がほぼ無いことを考慮すると、Ｑ０、Ｃ０測定後は、Ｐ２はＰ１から固定値Ｑ０/Ｃ０分小さい関係となる。

次に、第４ブロック４０４に示すように、ウエハ１２１を処理室１０１内部へ搬送し、試料台１１１上に載置する。その後、静電吸着用電極膜２０５に直流電圧を印加することで、ウエハ１２１を誘電体膜２０６上に静電吸着させる。ここで誘電体膜２０６に静電吸着させるウエハ１２１の表面性状は、製品ウエハと同等でなくともかまわないが、裏面性状は同等である必要がある。

前記の状態において、第５ブロック４０５に示すように、伝熱ガスを伝熱ガス供給源１１５から試料台１１１の伝熱ガス流路１１２に供給する。上記の状態を図６に示す。

図６において、圧力制御要素１２３の圧力検出点を点（Ａ）、伝熱ガス流路１１２を通過し、誘電体膜２０６のウエハ１２１載置側外表面の個所を点（Ｂ）、伝熱ガスが３０２に示す方向に流れ、誘電体膜２０６の外周面に達した個所を点（Ｃ）とおく。点（Ｃ）を通過した伝熱ガスは、処理室１０１中に放出され、ターボ分子ポンプ１１８により排気される。

上記の状態において、伝熱ガスを圧力制御要素１２３でモニタリングするある一定の圧力で供給後、供給停止し、点（Ａ）の圧力値の任意時間までの変動量ΔＰと経過時間Δｔを測定する。加えて、事前に伝熱ガス流路１１２の点（Ａ）から点（Ｃ）までの体積Ｖ１を求めておき、前記で測定した点（Ａ）の圧力値の時間変動と点（Ａ）から点（Ｃ）までの体積Ｖ１より、点（Ｃ）から放出される伝熱ガスのリーク流量Ｑ１は下記式（４）より算出される。

上記で算出されたリーク流量Ｑ１と点（Ａ）の任意の圧力値Ｐ１、点（Ｂ）の任意の圧力値Ｐ２、および前記状態の処理室１０１の圧力値をＰ３とおくと、下記式（５）より点（Ｂ）−点（Ｃ）間のコンダクタンスＣ１が算出される。

次に第６ブロック４０６の処理を下記にて説明する。上記で求めたコンダクタンスＣ０、Ｃ１より点（Ａ）から点（Ｃ）までの合成コンダクタンスＣは、下記式（６）の通りとなる。

ここで、点（Ａ）から点（Ｃ）に流れる流量Ｑとおくと、下記式（７）の関係が成り立つ。

式（７）に式（６）を代入して、Ｐ２について整理すると、下記式（８）の通りとなる。

上記式（８）においてＱ０、Ｑ１は既知であるため、変数Ｐ２、Ｐ１、Ｐ３、Ｑの関係式となる。ここで、Ｐ３は第１ブロック４０１の高真空排気時の圧力値で固定値とし、Ｑも任意の固定値とすれば、変数Ｐ１、Ｐ２の関係式となりＰ１をモニタリングし調整することで、Ｐ２が制御可能となる。

次に、処理室１０１内部でウエハ１２１を複数枚処理した際に、試料台１１１の誘電体膜２０６表面の性状がプラズマ曝露して変化した状態において、本発明実施例１で実施するシーケンスについて説明する。

第７ブロック４０７に示すように、ウエハ１２１の処理枚数があらかじめ規定された枚数に到達したときに、図６におけるリーク流量Ｑ１を再測定する。前記あらかじめ規定された枚数とは、誘電体膜２０６の表面性状の経時変化がウエハ１２１の温度分布の許容できない変化に影響を及ぼさない枚数、もしくは誘電体膜２０６の表面性状の経時変化がウエハ１２１の温度分布の許容できない変化に影響を及ぼし始める際の枚数とし、具体的な処理枚数は、誘電体膜２０６表面、およびウエハ１２１裏面の出来栄えや処理室１０１のプラズマ密度、ガス種、ガス流量等に依存して異なる値となる。

第８ブロック４０８に示すように、処理室１０１内においてウエハ１２１の処理を継続する場合は、第７ブロック４０７に示す規定されたウエハ枚数の処理後に、リーク流量Ｑ１を再測定するため、第１ブロック４０１から第６ブロック４０６までのシーケンスを実施する。ただし、第２ブロック４０２に示すように、ウエハ１２１無し状態のリーク流量Ｑ０は既に測定済みであるため、上記測定は省略する。

以上より、誘電体膜２０６の表面性状が経時変化した場合においても、リーク流量Ｑ１を再測定し、上記式（８）の係数値を更新することで、式（８）と誘電体膜２０６の表面性状との整合性が確保され、Ｐ２の制御が可能となる。

上記実施例１はリーク流量Ｑ０の測定は処理室１０１内部をメンテナンスした後にウエハ１２１処理可能なように立ち上げた際の１度のみとしたが、例えば伝熱ガス流路１１２の直径が大きい等の理由で、伝熱ガス流路１１２がプラズマ曝露により内壁の表面性状が変化する場合を考える。上記の場合はリーク流量Ｑ１の再測定を実施する際にＱ０の再測定も合わせて実施する必要があり、その例を以下説明する。

図７に実施例の変形例のシーケンスフローチャートを示す。図７は、本発明の実施例の変形例に係るプラズマ処理装置の動作の流れを示すフローチャートである。

本図において、まず、処理室１０１内部をメンテナンスした後にウエハ１２１処理可能なように立ち上げる場合において、本発明実施例２のシーケンスについて説明する。

最初に、第１ブロック７０１に示すように、試料台１１１上にウエハ１２１が載置されていない状態で、処理室１０１内の到達圧が１０−５Ｐａ台になるまで真空排気を実施する。次に、試料台１１１上にウエハ１２１が載置されていない状態のまま、第２ブロック７０２に示すように、伝熱ガスを伝熱ガス供給源１１５から試料台１１１の伝熱ガス流路１１２に供給する。

図５において、圧力制御要素１２３の圧力検出点を点（Ａ）、伝熱ガス流路１１２を通過し、誘電体膜２０６のウエハ１２１載置側外表面の個所を点（Ｂ）とおく。点（Ｂ）を通過した伝熱ガスは、処理室１０１中に放出され、ターボ分子ポンプ１１８により排気される。上記の状態において、伝熱ガスを圧力制御要素１２３でモニタリングするある一定の圧力で供給後、供給停止し、点（Ａ）の圧力値の任意時間までの変動量ΔＰと経過時間Δｔを測定する。加えて、事前に伝熱ガス流路１１２の点（Ａ）から点（Ｂ）までの体積Ｖ０を求めておき、前記で測定した点（Ａ）の圧力値の時間変動と点（Ａ）から点（Ｂ）までの体積Ｖ０より、点（Ｂ）から放出される伝熱ガスのリーク流量Ｑ０は下記式（９）より算出される。

上記で算出されたリーク流量Ｑ０と点（Ａ）の任意の圧力値Ｐ１、および前記状態の処理室１０１の圧力値をＰ３とおき、Ｐ３は点（Ｂ）の圧力Ｐ２とほぼ同値であるからＰ３＝Ｐ２とすれば、下記式（１０）より点（Ａ）−点（Ｂ）間のコンダクタンスＣ０が算出される。

また、上記式（１０）をＰ２について整理すると、下記式（１１）の通りとなる。

次に、第３ブロック７０３に示すように、ウエハ１２１を処理室１０１内部へ搬送し、試料台１１１上に載置する。その後、静電吸着用電極膜２０５に直流電圧を印加することで、ウエハ１２１を誘電体膜２０６上に静電吸着させる。ここで誘電体膜２０６に静電吸着させるウエハ１２１の表面性状は、製品ウエハと同等でなくともかまわないが、裏面性状は同等である必要がある。

前記の状態において、第４ブロック７０４に示すように、伝熱ガスを伝熱ガス供給源１１５から試料台１１１の伝熱ガス流路１１２に供給する。図６において、圧力制御要素１２３の圧力検出点を点（Ａ）、伝熱ガス流路１１２を通過し、誘電体膜２０６のウエハ１２１載置側外表面の個所を点（Ｂ）、伝熱ガスが３０２に示す方向に流れ、誘電体膜２０６の外周面に達した個所を点（Ｃ）とおく。点（Ｃ）を通過した伝熱ガスは、処理室１０１中に放出され、ターボ分子ポンプ１１８により排気される。上記の状態において、伝熱ガスを圧力制御要素１２３でモニタリングするある一定の圧力で供給後、供給停止し、点（Ａ）の圧力値の任意時間までの変動量ΔＰと経過時間Δｔを測定する。加えて、事前に伝熱ガス流路１１２の点（Ａ）から点（Ｃ）までの体積Ｖ１を求めておき、前記で測定した点（Ａ）の圧力値の時間変動と点（Ａ）から点（Ｃ）までの体積Ｖ１より、点（Ｃ）から放出される伝熱ガスのリーク流量Ｑ１は下記式（１２）より算出される。

上記で算出されたリーク流量Ｑ１と点（Ａ）の任意の圧力値Ｐ１、点（Ｂ）の任意の圧力値Ｐ２、および前記状態の処理室１０１の圧力値をＰ３とおくと、下記式（１３）より点（Ｂ）−点（Ｃ）間のコンダクタンスＣ１が算出される。

次に第５ブロック７０５の処理を下記にて説明する。上記で求めたコンダクタンスＣ０、Ｃ１より点（Ａ）から点（Ｃ）までの合成コンダクタンスＣは、下記式（１４）の通りとなる。

ここで、点（Ａ）から点（Ｃ）に流れる流量Ｑとおくと、下記式（１５）の関係が成り立つ。

式（１５）に式（１４）を代入して、Ｐ２について整理すると、下記式（１６）の通りとなる。

上記式（１６）においてＱ０、Ｑ１は既知であるため、変数Ｐ２、Ｐ１、Ｐ３、Ｑの関係式となる。ここで、Ｐ３は第１ブロック７０１の高真空排気時の圧力値で固定値とし、Ｑも任意の固定値とすれば、変数Ｐ１、Ｐ２の関係式となりＰ１をモニタリングし調整することで、Ｐ２が制御可能となる。

次に、処理室１０１内部でウエハ１２１を複数枚処理した際に、試料台１１１の誘電体膜２０６表面の性状がプラズマ曝露して変化した状態において、本発明実施例２で実施するシーケンスについて説明する。

第６ブロック７０６に示すように、ウエハ１２１の処理枚数があらかじめ規定された枚数に到達したときに、図５におけるリーク流量Ｑ０、図６におけるリーク流量Ｑ１を再測定する。前記あらかじめ規定された枚数とは、伝熱ガス流路１１２または誘電体膜２０６の表面性状の経時変化がウエハ１２１の温度分布の許容できない変化に影響を及ぼさない枚数、もしくは伝熱ガス流路１１２または誘電体膜２０６の表面性状の経時変化がウエハ１２１の温度分布の許容できない変化に影響を及ぼし始める際の枚数とし、具体的な処理枚数は、誘電体膜２０６表面、およびウエハ１２１裏面の出来栄えや処理室１０１のプラズマ密度、ガス種、ガス流量等に依存して異なる値となる。

第７ブロック７０７に示すように、処理室１０１内においてウエハ１２１の処理を継続する場合は、第７ブロック４０７に示す規定されたウエハ枚数の処理後に、リーク流量Ｑ０、Ｑ１を再測定するため、第１ブロック７０１から第５ブロック７０５までのシーケンスを実施する。

以上より、誘電体膜２０６の表面性状が経時変化した場合においても、リーク流量Ｑ０、Ｑ１を再測定し、上記式（１６）の係数値を更新することで、式（１６）と伝熱ガス流路１１２、誘電体膜２０６の表面性状との整合性が確保され、Ｐ２の制御が可能となる。

本発明は、以上述べたプラズマエッチング処理装置にかぎらず、イオン打ち込みあるいはスパッタ処理を行うのに適したプラズマＣＶＤ装置も含めた、プラズマ処理装置全般に適用できる。

１００…真空容器
１０１…処理室
１０２…シャワープレート
１０３…微小隙間
１０４…ガスリング
１０５…石英プレート
１０６…共振空間
１０７…導波管
１０８…整合器
１０９…ソレノイドコイル
１１０…高周波電源
１１１…試料台
１１２…伝熱ガス流路
１１３…静電吸着用直流電源
１１４…温調ユニット
１１５…伝熱ガス供給元
１１６…高周波バイアス電源
１１７…ヒータ通電用直流電源
１１８…ターボ分子ポンプ
１１９…処理ガス供給元
１２０…処理ガス供給配管
１２１…ウエハ
１２２…伝熱ガス供給配管
１２３…圧力制御要素
２０１…試料台基材
２０２…誘電体膜
２０３…冷媒溝
２０４…ヒータ膜
２０５…静電吸着用電極膜
２０６…誘電体膜
２０７…温度センサ
２０８…ウエハリフト用ピン貫通孔
２０９…温度センサ配置孔
２１０…ウエハリフト用ピン
２１１…コントローラ。

Claims (5)

1. 真空容器内に配置され減圧可能な処理室と、この処理室内に配置されその上面に処理対象のウエハが載せられる試料台と、この試料台上面上に配置され前記ウエハがその上に載せられた状態で当該ウエハと前記試料台の上面との間のすき間に伝熱ガスを供給する開口とを備え、前記伝熱ガスが前記すき間に供給された状態で前記処理室内に形成したプラズマを用いて前記ウエハを処理するプラズマ処理装置であって、
   前記開口と連通して前記伝熱ガスが流れる供給路と、この供給路上に配置され前記伝熱ガスの流量を調節する調節器と、前記ウエハが前記試料台に載せられた状態で前記調節器から前記すき間を通して前記試料台の外周の前記処理室に漏洩する伝熱ガスの量と前記ウエハが前記試料台に載せられていない状態で前記開口から前記処理室に供給される前記伝熱ガスの量とを用いて検出した前記すき間の圧力に基づいて前記調節器の動作を調節するコントローラとを備えたプラズマ処理装置。
   
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記コントローラは、前記ウエハが前記試料台に載せられた状態で前記調節器から前記すき間を通して前記試料台の外周の前記処理室に漏洩する伝熱ガスの量を、予め定められた枚数の前記ウエハを処理した後に再度検出した結果を用いて前記すき間の圧力に基づいて前記調節器の動作を調節するプラズマ処理装置。
   
3. 請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記試料台の上面を構成しその上に載せられた前記ウエハを静電気により吸着する電極を内部に備えた誘電体製の膜を備え、前記開口が前記誘電体製の膜上面に配置されたプラズマ処理装置。
   
4. 請求項１乃至３の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記ウエハが前記試料台に載せられた状態で前記調節器から前記すき間を通して前記試料台の外周の前記処理室に漏洩する伝熱ガスの量を前記調節器から前記開口までの前記供給路内の容積と前記ウエハが載せられた状態での前記誘電体製の膜と前記ウエハの裏面との間の容積との和を用いて検出するプラズマ処理装置。
   
5. 請求項１乃至４の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記コントローラは、前記ウエハの処理の開始前に実施された前記処理室内の減圧の際の当該処理室内の圧力値を用いて検出された前記すき間の圧力に基づいて前記調節器の動作を調節するプラズマ処理装置。

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