JP3153658B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、処理方法に関し、特に
低温処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】反応性ガスプラズマを用いて被処理体を
処理する技術、例えばエッチングを施すドライエッチン
グ技術においては、垂直なパターン形状と高い選択比を
得るために、加工するウェハを冷却してエッチング処理
を施す方法が知られている。例えば、特開昭６０−１５
８６２７号公報には、冷媒溜めを有する電極上にウェハ
を載置して反応表面を低温化することにより、サイドエ
ッチング反応を抑制するための低温エッチング方法が開
示されている。

【０００３】かかる低温エッチングにおいては、ウェハ
の反応表面の温度を許容処理温度範囲内に保持すること
が、製品の歩留まりを向上させ、かつ微細な表面加工を
行う上で重要である。しかし、通常のプラズマ処理装置
では、プラズマを発生するためにかけた高周波パワーの
４０〜５０％が熱エネルギーに変換され、しかも、その
熱エネルギーへの変換効率は様々な要因により一定では
ないので、ウェハの温度を許容エッチング温度範囲内に
制御することは困難である。

【０００４】プラズマにより発生される熱エネルギーに
変動をもたらす要因としては、高周波パワーや処理室内
の圧力やガス流量などの変動、あるいはエッチングによ
り生じた副生成物などの影響が考えられる。しかし、こ
れらの要因は複雑に関連しているのでパラメータ化し
て、予測制御に利用することはできない。さらに、かか
る低温エッチングでは、被処理体であるウェハの表面温
度を低温に制御すればするほど、加工精度が向上するた
め、冷却の極低温化が進められているが、かかる極低温
環境は、ますます、ウェハ温度の適切な制御を困難なも
のにしている。

【０００５】かかる状況の中で、ウェハの温度を一定の
範囲内に制御するための様々な試行がなされている。例
えば、特開平３−１３４１８７号公報には、高周波電源
をオンにしてプラズマを発生させ、ウェハの温度が所定
の温度範囲以上に上昇するとエッチングを停止し、ウェ
ハの温度低下を待って、高周波電源を再度起動させるる
ことにより、ウェハの温度を所定の温度範囲内に制御す
る時分割エッチング方法（間欠エッチング方法）が開示
されている。しかし、このような間欠エッチング方法に
よれば、処理工程上高周波電源のオフが必要とされる場
合を除き、ウェハの温度制御のために高周波電源をオフ
にしている時間だけロスが生じ、スループットを落とし
てしまう。例えば、１分エッチングでデューティ比を５
０％と仮定すれば、処理に要する時間は２倍の２分とな
ってしまう。

【０００６】また、特開平４−１９６５２８号公報に
は、サセプタの熱伝達経路に冷却部からの冷却パワーを
減じるための熱抵抗部材を設け、温度調節手段によりこ
の熱抵抗部材が発生する温度を制御することにより、ウ
ェハの温度を一定の範囲内に制御するエッチング装置が
開示されている。しかし、かかるエッチング装置の伝熱
経路は複雑かつ長いものであり、十分に満足の行くウェ
ハの温度制御を行うことが困難である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】したがって、上記のよ
うな従来の技術が有する問題点に鑑み、本発明の目的と
するところは、低温エッチングにおいて、エッチング処
理のスループットを低下させることなく、ウェハの温度
を所定の処理温度範囲内に制御可能な新規かつ改良され
たエッチング方法を提供することである。

【０００８】

【０００９】さらにまた本発明の別の目的は、上述のよ
うな制御を行うに際して、プラズマの発生状態とウェハ
の温度制御とを関連づけることにより、より正確かつ効
率的なエッチング処理を実施可能な新規かつ改良された
エッチング方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば、処理室内に被処理体を載置固定す
るためのサセプタと、そのサセプタを介して前記被処理
体に冷却熱を伝達するための伝熱経路と、その伝熱経路
に冷却熱を供給するための冷媒の量を制御可能な冷却熱
源と、前記伝熱経路を経由する冷却熱量を調整するため
の温度調節手段とを有する低温処理装置において、前記
被処理体の処理を中断することなく連続的に実施しなが
ら、前記冷媒の量を制御し、さらに、前記温度調節手段
により前記伝熱経路を経由する冷媒熱量を変化させ、複
数の前記被処理体を周期的に連続処理する場合に、所定
の周期関数に従って、前記伝熱経路を経由する冷却熱量
を変化させることを特徴とする、処理方法が提供され
る。また、前記所定の周期関数の周期は、前記被処理体
の処理時間の周期と一致していることが好ましい。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【作用】本発明においては、冷却源から被処理体への伝
熱経路を経由する冷却熱源を変化させることにより、被
処理体の温度を所望の温度範囲内に制御している。その
ため、被処理体のエッチング環境を変化させたり、プラ
ズマ処理を中断する必要がないので、スループットを落
とすことなく、処理を実施可能である。特に、複数の被
処理体を周期的に連続処理する場合には、所定の周期関
数に従って伝熱経路を経由する冷却熱源を変化させるこ
とにより、処理の高速化及び簡易化を図ることができ
る。

【００１５】また、本発明においては、絶縁層よりも上
部に冷却源を配置することにより、冷却源から被処理体
へ冷却熱を伝達する経路を下部電極であるサセプタ内に
一体的に構成している。そのため、サセプタを構成する
部品点数が少なくなり、従って、部材間の界面数の減少
を図ることが可能なので、伝熱経路の簡略化及び短縮化
が達成され、被処理体の温度制御を容易かつ効率的に実
施可能となる。

【００１６】

【００１７】

【実施例】以下、本発明に基づく処理方法を、プラズマ
エッチング装置に適用した一実施例について、図面を参
照しながら具体的に説明する。最初に、図１に基づい
て、本発明を適用可能なプラズマエッチング装置の構成
について説明する。

【００１８】このプラズマエッチング装置１は、アルミ
ニウム等の材料から成る内側枠２と外側枠３とから構成
される処理室４を備えている。内側枠２は、円筒壁部２
ａ、その円筒壁部２ａの下端から上方に若干の間隔を空
けて設けられた底部２ｂ、及びその円筒壁部２ａの下端
外周に設けられた外方折れ縁部２ｃとから構成されてい
る。他方、外側枠４は、円筒壁部３ａ及び頂部３ｂとか
ら構成されており、上記内側枠２を気密に覆うように上
記外方折れ縁部２ｃの上に載置される。

【００１９】上記外側枠４の上記円筒壁部３ａの上方に
は、図示しない処理ガス源より、例えばＨＦガスなどの
処理ガスを図示しないマスフローコントローラを介して
上記処理室４内に導入可能なガス供給管路５が設けられ
ている。また、上記円筒壁部３ａの他方側下方には、ガ
ス排気管路６が設けられており、図示しない真空ポンプ
により真空引きが可能な如く構成されている。

【００２０】上記外側枠３の上記頂部３ｂの上方には、
被処理体、例えば半導体ウェハＷの表面に水平磁界を形
成するための磁界発生装置、例えば永久磁石７が回転自
在に設けられており、この磁石による水平磁界と、これ
に直交する電界を形成することにより、マグネトロン放
電を発生させることができるように構成されている。

【００２１】図１に示すように、処理室４内には、被処
理体、例えば上記半導体ウェハＷを載置固定するための
サセプタアセンブリ８が配置される。このサセプタアセ
ンブリ８は、複数の絶縁部材９を介して上記内側枠２の
底部２ｂ上に載置されており、同時に、上記サセプタア
センブリ８の側面と上記内側枠２の円筒壁部２ａとの間
には、例えばＯリング状の絶縁部材１０が介装されてい
るので、上記サセプタアセンブリ８は、外部で接地され
ている上記内側枠２及び上記外側枠３から絶縁状態に保
持されるように構成されている。

【００２２】上記サセプタアセンブリ８は、図示の通
り、３層構造を有している。上記サセプタアセンブリ８
の上層の第１のサブサセプタ１１の上面には、被処理体
である半導体ウェハＷを載置固定可能である。この載置
固定方式としては、例えば静電チャック方式により、ク
ーロン力により半導体ウェハＷを吸引して固定すること
ができる。

【００２３】上記サセプタアセンブリ８の中層の第２の
サブサセプタ１２には、半導体ウェハＷの温度を調節す
るための温度調節装置、例えばヒータ１３が設けられて
いる。図示の例では、上記ヒータ１３は、上記第２のサ
ブサセプタ１２の上面に、すなわち、上記第１のサブサ
セプタ１１の下面に面するように設置されているが、こ
の位置に限定されない。このヒータ１３は、ヒータコン
トローラ１４に接続されており、上記第１のサブサセプ
タ１１の温度を監視する温度モニタ１５からの信号に応
じて、温度制御を行うように構成されている。

【００２４】上記第１のサブサセプタ１１は、上記第２
のサブサセプタ１２に対して、ボルト１６などの連結部
材を用いて、着脱自在に固定される。かかる構成によ
り、上記第１のサブサセプタ１１が汚染された場合に、
高周波電源１７に接続されている上記第２のサブサセプ
タ１２とは別個に、上記第１のサブサセプタ１１部分の
みを交換することが可能となり、装置の保守が容易とな
る。

【００２５】前述のように、上記第１のサブサセプタ１
１の側壁と上記内側枠２の円筒壁部２ａ内面との間には
Ｏリングなどの上記絶縁部材１０が介装されているの
で、処理ガスは上記第２のサブサセプタ１２よりも下方
には到達せず、上記サセプタアセンブリ８の中層及び下
層の汚染が防止される。

【００２６】上記サセプタアセンブリ８の下層の第３の
サブサセプタ１８の内部には、例えば液体窒素などの冷
媒２０を溜めるための冷媒ダメ１９が設置されている。
この冷媒ダメ１９は、パイプ２１によりバルブ２２を介
して液体窒素源２３に連通している。上記冷媒ダメ１９
内には、冷媒の最高水位と最低水位を検出するための液
面モニタＨＬ及びＬＬが配置されている。液体窒素液面
検知コントローラ２４は、これらの液面モニタからの信
号に応答して上記バルブ２２を開閉することにより、上
記冷媒ダメ１９内の液体窒素などの冷媒２０の量を制御
するように構成されている。さらに、上記冷媒ダメ１９
内の内壁底面は、例えばポーラスに形成され、核沸騰を
起こすことができるようになっており、その内部の液体
窒素を−１９６℃に維持することができる。

【００２７】このように、第１、第２及び第３のサブサ
セプタ１１、１２及び１８から成る上記サセプタアセン
ブリ８は、上記絶縁部材９及び１０により、上記処理室
４を構成する上記内側枠２及び外側枠３から絶縁され
て、電気的には同一極性のカソードカップリングを構成
し、中層の上記第２のサブサセプタ１２には、マッチン
グ装置２６を介して上記高周波電源１７が接続されてい
る。かくして、上記サセプタアセンブリ８と接地されて
いる外側枠３とにより対向電極が構成され、高周波電力
の印加により、電極間にプラズマ放電を発生させること
が可能である。

【００２８】なお、上記絶縁部材９及び１０により、上
記サセプタアセンブリ８と上記内側枠２との間には、相
互に連通する下部間隔２６及び側部間隔２７が形成され
るが、これらの間隔２６及び２７内は排気管路２８を介
して図示しない真空ポンプにより真空引きが可能なよう
に構成されている。

【００２９】さらに、本実施例に基づくサセプタアセン
ブリ８の上層の上記第１のサブサセプタ１１と上記ヒー
タ１３を備えた中層の上記第２のサブサセプタ１２との
間、及び中層の上記第２のサブサセプタ１２と下層の上
記第３のサブサセプタ１８との間には、それぞれ間隔２
９及び３０が形成されている。これらの間隔は、例えば
Ｏリングのような封止部材３１及び３２により、それぞ
れ気密に構成されており、第１のガスコントローラ３４
の制御下、管路３３を介して図示しない第１のガス源か
らアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスを封入すること
が可能に構成されている。

【００３０】上記間隔２９及び３０は、１〜１００μｍ
であり、好ましくは、５０μｍ程度に形成される。これ
らの間隔２９及び３０には、図示の例ではアルゴンやヘ
リウムなどの不活性ガスが封入されているが、これは例
示であって、封入される媒体は、冷却源２０からの冷却
熱を最小限の熱損失で伝達可能であり、かつ、仮に漏れ
が生じた場合であっても処理室４内の処理ガスと反応し
難い伝熱媒体であれば、上記例に限定されない。

【００３１】上記間隔２９及び３０に封入される不活性
ガスは、３００Ｔｏｒｒ以下、好ましくは７０Ｔｏｒｒ
程度の圧力に加圧されている。図２に示すように、熱抵
抗Ｒは圧力を高めた方が低くなるが、３００Ｔｏｒｒを
越えた当たりからほぼ一定値をとるため、上記範囲内で
封入ガス圧を選択すれば十分である。

【００３２】また、被処理体である上記半導体ウェハＷ
と上層の上記第１のサブサセプタ１１との間の間隔３３
にも、第２のガスコントローラ３５の制御下、図示しな
い第２のガス源から管路３４を介してアルゴンやヘリウ
ムなどの不活性ガスが供給される。この間隔３３は、上
記間隔２９及び３０のように封止部材３１及び３３によ
り封止されていないが、上述の通り、半導体ウェハＷは
静電チャックのクーロン力により上記第１のサブサセプ
タ１１上に載置固定されているので、このクーロン力に
より上記間隔３３には２０Ｔｏｒｒ未満の圧力を有する
伝熱媒体であれば封止することが可能である。

【００３３】この場合にも、上記第２のガス源から供給
される伝熱媒体としては、上記冷却源２０からの冷却熱
を最小限の熱損失で伝達可能であり、かつ、仮に漏れが
生じた場合であっても処理室４内の処理ガスと反応し難
い伝熱媒体の中から、例えば不活性ガスが選択される。

【００３４】本発明に基づくプラズマエッチング装置１
には、さらにホストコントローラ３６が設けられてい
る。このホストコントローラ３６は、上記ヒータコント
ローラ１４、上記高周波電源１７、上記液体窒素の液面
コントローラ２４、上記第１のガスコントローラ３４及
び上記第２のガスコントローラ３５に、それぞれ適当な
バスを介して接続されており、これらのバスを介して各
コントローラから信号を受信すると共に、本発明に基づ
くエッチング制御を実行するための指令信号を各コント
ローラに送ることができるように構成されている。

【００３５】以上のように、本発明に基づくプラズマエ
ッチング装置１においては、絶縁層よりも上部に冷却源
２０を配置することにより、冷却源２０から被処理体Ｗ
へ冷却熱を伝達する経路を、下部電極であるサセプタア
センブリ８内に一体的に構成している。そのため、サセ
プタを構成する部品点数が少なくなり、従って、部材間
の界面数の減少を図ることが可能なので、伝熱経路の簡
略化及び短縮化が達成され、被処理体の温度制御を容易
かつ効率的に実施可能となる。

【００３６】次に図３に基づいて、上記プラズマエッチ
ング装置の製造工程における構成について説明する。な
お、既に説明したプラズマエッチング装置の同じ構成に
付いては、同一の番号を付けて説明を略す。図示のよう
に、本発明に基づくマグネトロンプラズマエッチング装
置１の処理室４の外側枠３には、開閉自在に設けられた
ゲートバルブ５０を介して隣接するロードロック室５１
が接続するように構成されている。

【００３７】このロードロック室５１には、搬送装置５
２、例えばアルミニウム製のアームを導電性テフロンに
よりコーティングして静電対策が施された搬送アームが
設けられている。また、上記ロードロック室５１には、
底面に設けられた排気口より排気管５３が接続され、真
空排気弁５４を介して真空ポンプ５５により真空引きが
可能なように構成されている。

【００３８】上記ロードロック室５１の側壁には、開閉
自在に設けられたゲートバルブ５６を介して隣接するカ
セット室５７が接続されるように構成されている。この
カセット室５７には、カセット５８を載置する載置台５
９が設けられており、このカセット５８には、被処理体
である半導体ウェハＷが２５枚収納することができるよ
うに構成されている。また、上記カセット室５７には、
底面に設けられた排気口より排気管６１が接続され、真
空排気弁６１を介して真空ポンプ５６により真空引きが
可能なように構成されている。

【００３９】また、上記カセット室５７の他方の側壁に
は、開閉自在に設けられたゲートバルブ６２を介して大
気に接するように構成されている。以上のように、本発
明に基づくプラズマエッチング装置１は構成されてい
る。

【００４０】次に、このプラズマエッチング装置の動作
説明を行う。大気との間に設けられたゲートバルブ６２
を開口して、被処理体Ｗを収納したカセット５８が図示
しない搬送ロボットにより、カセット室５７の載置台５
９の上に載置され、上記ゲートバルブ６２が閉口する。
上記カセット室５７に接続された真空排気弁６１が開口
して、真空ポンプ５５により上記カセット室５７が真空
雰囲気、例えば１０^-1Ｔｏｒｒに排気される。

【００４１】次いで、ロードロック室５１とカセット室
５７の間のゲートバルブ５６が開口して、搬送アーム５
２により被処理体Ｗが上記カセット室５７に載置された
カセット５８より取り出され、保持されて上記ロードロ
ック室５１へ搬送され、上記ゲートバルブ５６が閉口す
る。上記ロードロック室５１に接続された真空排気弁５
３が開口して、真空ポンプ５５により上記ロードロック
室５１が真空雰囲気、例えば１０^-3Ｔｏｒｒに排気され
る。

【００４２】この間処理室４内においては、冷却熱が冷
媒ダメ１９内の冷却源２０から伝達され、これにより上
層の第１のサブサセプタ１１が冷却された状態で、上記
被処理体Ｗが上記ロードロック室５１から搬送され載置
されるのを待機している。

【００４３】次いで、ロードロック室５１と処理室４の
間のゲートバルブ５０が開口して、上記搬送アーム５２
により被処理体Ｗが上記処理室４へ搬送され、上記第１
のサブサセプタ１１上に載置され、図示しない静電チャ
ックにより固定され、上記ゲートバルブ５０が閉口す
る。上記処理室４は、真空排気弁６３を開口することに
より、真空ポンプ５５を介して真空雰囲気、例えば１０
^-5Ｔｏｒｒに予め排気されている。

【００４４】さらに、図１に示す第２のガスコントロー
ラ３５により、上記被処理体Ｗの裏面空間３３に対して
所定の圧力に調整された、例えばヘリウムなどの不活性
ガスが供給され、冷却された上記第１のサブサセプタ１
１により上記被処理体Ｗが適切な温度まで冷却される。
しかる後、処理ガス、例えばＨＦガスなどのガスが、図
示しないマスフローコントローラを介してガス供給管路
５から処理室４内に導入される。

【００４５】本実施例においては、内側枠２及び外側枠
３が接地されており、サセプタアセンブリ８が一体的な
下部電極を構成するので、中層の第２のサブサセプタ１
２に高周波電源１７から高周波電力を供給することによ
り、対向電極が形成され、導入された処理ガスによるＲ
ＩＥ方式のプラズマエッチングが可能なように構成され
る。さらに、上記処理室４の上方に配置された永久磁石
７を回転し、半導体ウェハＷの近傍にその面と平行な磁
場を形成することで、イオンを半導体ウェハＷに対して
垂直に方向付けることが可能となり、異方性の高いエッ
チングを達成することができる。

【００４６】所望のエッチング処理が終了すると、上記
高周波電源１７を停止し、プラズマの発生を止めると共
に、処理ガスの供給も停止する。さらに、上記処理室４
内の処理ガスや反応生成物を置換するために、窒素など
の不活性ガスを上記処理室４内に導入すると共に、真空
ポンプ５５による排気が行われる。

【００４７】上記処理室４内の残留処理ガスや反応生成
物が十分に排気された後に、上記処理室４の側面に設け
られたゲートバルブ５０が開口され、隣接するロードロ
ック室５１より搬送アーム５２が処理室４内の被処理体
Ｗの位置まで移動し、被処理体Ｗを保持して、上記ロー
ドロック室５１に搬送し、上記ゲートバルブ５０を閉口
する。このロードロック室において、被処理体Ｗはヒー
タにより室温、例えば１８℃まで昇温され、その後上記
ロードロック室５１よりカセット室５７を介して大気に
搬出される。以上が、本発明に基づくマグネトロンプラ
ズマエッチング装置１を用いた実施例の動作説明であ
る。

【００４８】次に、図４〜図７を参照しながら、以上説
明したマグネトロンプラズマエッチング装置の構成と動
作に基づいて行われるプラズマエッチング処理方法の実
施例について説明する。上述のように、低温エッチング
においては、ウェハの反応表面の温度を許容処理温度範
囲内、例えば−１００℃±５℃に保持することが、製品
の歩留まりを向上させ、かつ微細な表面加工を行う上で
重要である。かかる温度範囲内にウェハの温度を制御す
るために、本発明に基づくエッチング方法によれば、被
処理体のエッチング環境を変更せずに、例えば高周波電
源の切換を行ったりせずに、エッチング処理を継続しな
がら、第２のサブサセプタ１２内に設けられたヒータ１
３のみにより温度調整が行われる。

【００４９】図４〜図６は、複数枚の半導体ウェハを連
続的に処理する場合のタイミングチャートを示してお
り、各図において、［ｔ₂〜ｔ₃］が１枚の半導体ウェハ
をエッチング処理するために要する１サイクルの時間周
期であり、同様に、［ｔ₄〜ｔ₅］が別の１枚の半導体ウ
ェハをエッチング処理するために要する１サイクルの時
間周期である。図示の通り、本発明に基づくエッチング
方法によれば、上記エッチング時間の間は高周波電源は
オン状態に保持され、プラズマの発光が中断されること
なく継続される。

【００５０】しかし、高周波電力、処理室内の圧力や処
理ガスの流量の変動、あるいはエッチングにより生じた
副生成物などが作用して、プラズマにより発生される熱
エネルギーが変動し、それに従って被処理体である半導
体ウェハの温度も変動する。このように変動する半導体
ウェハの温度を所望の範囲内に制御するために、本発明
によれば、高周波電源はオン状態に保持したまま、第１
のサブサセプタ１１内に設置された温度モニタ１５から
の信号に応じてヒータコントローラ１４によりヒータ１
３の出力のみが調節される。

【００５１】このように、本発明によれば、温度モニタ
１５からの信号に応じてヒータ１３の出力のみをフィー
ドバック制御することにより、半導体ウェハの温度を所
望の範囲内に保持することが可能である。しかし、図示
の例のように、処理される半導体ウェハや処理ガスなど
の処理環境に応じてヒータ１３の出力調節にある程度の
規則性が経験的に発見される場合がある。かかる場合に
は、複数枚の半導体ウェハを周期的に連続処理すること
が可能であり、ヒータ１３の出力をその規則性を近似す
る所定の周期関数に基づいて連続的に制御することによ
り、容易かつ効率的な処理を実行できる。

【００５２】例えば、図４に示す例においては、ｔ₂に
おいてピークを有する３角波状の周期関数に基づいてヒ
ータ１３の出力を調節することにより、半導体ウェハの
温度を所望のエッチング温度制御範囲内に制御すること
が可能である。また、図５に示す例においては、ｔ₂に
おいてピークを有する２次曲線的な周期関数に基づいて
ヒータ１３の出力を調節することにより、さらに、図６
に示す例においては、ｔ₁、ｔ₃及びｔ₅においてそれぞ
れトリガされるのこぎり波状の周期関数に基づいてヒー
タ１３の出力を調整することにより、それぞれ、半導体
ウェハの温度を所望のエッチング温度制御範囲内に制御
する如く構成されている。

【００５３】上記図４〜図６に示す例においては、ヒー
タ１３の出力を調整するための各周期関数のピーク又は
トリガ時点が、高周波電源のオン時点と一致するように
構成されているが、本発明に基づくエッチング制御方法
はこれに限定されない。本発明を複数枚の半導体ウェハ
の連続処理に適用する場合には、各半導体ウェハの処理
時間周期とヒータ１３の出力を調整するための各周期関
数の周期が一致していることが重要である。したがっ
て、図７に示すように、高周波電源のオン時点、すなわ
ち各ウェハの処理時間周期の起点（ｔ²，ｔ⁴）とヒータ
１３の出力を調整するための各周期関数のピーク時点
（ｔ^2'，ｔ^4'）とがずれるように構成することも可能で
ある。以上が、本発明に基づくマグネトロン放電形プラ
ズマエッチング装置を用いた実施例の動作説明である。

【００５４】次に、プラズマ発光検出手段８０を設けた
プラズマエッチング装置１のさらに別の実施例につい
て、図８を参照しながら説明する。なお、図８に示すプ
ラズマエッチング装置において、プラズマ発光検出手段
８０を設けた以外の構成については、図１に示すプラズ
マエッチング装置と同様なので、既に説明したものと同
じ構成については、同一の番号を付して説明を略す。

【００５５】図８に示すプラズマエッチング装置１に
は、高周波電源１７により処理室４内に発生されたプラ
ズマ７０の発光強度を測定するためのプラズマ発光検出
手段８０と、この検出手段８０を通して得られたプラズ
マ発光強度観測信号の変動周期を算出する周波数演算手
段９０とが配備されている。この周波数演算手段９０は
演算結果を適当なバスを介してホストコントローラ３６
に送り、ホストコントローラ３６はその信号に基づき装
置全体の各種制御を行うべく構成されている。

【００５６】プラズマ発光検出手段８０においては、処
理室４の外側枠３の側壁３ａにおけるウェハ搬入及び搬
出ゲート（図３に符号５０で示す）と干渉しない位置に
窓８１が開設されていると共に、その窓８１に石英ガラ
ス等から成る透明体８１が嵌め込まれている。この透明
体８１の外側には、集光レンズ８３を介して光ファイバ
８４が配設されている。

【００５７】上記集光レンズ８３の焦点位置は、上記プ
ラズマ７０内における一定位置ＰＬにセットされてい
る。さらに上記光ファイバ８４の光学的後方には、当該
光ファイバ８４により導かれた主光線を受光する受光器
８５が配設されている。この受光器８５は、上記プラズ
マ７０の発生を確認すると共に、上記プラズマ７０から
の発光受光量を測定し、その測定量に対応した観測信号
を光電変換による電気信号として、上記周波数演算手段
７０及びホストコントローラ３６に送出するように構成
されている。

【００５８】上記周波数演算手段７０は、前記発光検出
手段８０の受光器８５から入力されるプラズマ発光強度
観測信号を、所定のシーケンスに従って演算し、上記プ
ラズマ発光強度観測信号の変動周期を得るように構成さ
れている。この周波数演算手段７０により演算された上
記プラズマ発光強度に関する諸データはホストコントロ
ーラ３６に送出され、ホストコントローラ３６はその信
号に基づいて装置全体の制御行うことが可能である。

【００５９】次に上記のような構成を有する図８に示す
実施例装置による制御方法について説明する。既に説明
したように、本発明に基づく半導体ウェハの温度制御
は、高周波電源１７のオンオフ切換とは無関係に、冷却
熱伝達経路に配置されたヒータ１３を調整することによ
ってのみ行われる。しかしながら、条件によっては、高
周波電源１７をオンにしたにもかかわらずプラズマ７０
が上記処理室４内に発生しない場合がある。このように
プラズマが発生しない場合にも、本願に基づいてウェハ
の温度制御を行うことは無駄であり、また温度制御によ
り逆に所望の温度範囲を逸脱するおそれがある。特に、
複数の半導体ウェハを連続処理する場合には、エッチン
グ処理の周期とヒータ出力調整の周期とがずれて、製品
にダメージを与えるおそれがある。

【００６０】上記のような事態を回避するために、図８
に示す実施例装置を用いた方法によれば、プラズマ発光
検出手段８０によりプラズマの発生が確認されてから、
ヒータ１３による半導体ウェハＷの温度調節が実行され
る。かかる制御により、プラズマが発生していないにも
かかわらず、ヒータ１３による温度制御を実行してしま
った場合に生じる不測の事態を回避することができる。

【００６１】また、本発明を適用可能なマグネトロン放
電形プラズマエッチング装置１では、高周波電力をサセ
プタアセンブリ８に印加することによりプラズマ７０を
生成すると共に、永久磁石等の磁界形成手段７からの磁
界により上記プラズマ７０の密度を部分的に高め、その
部分的に密度が高められたプラズマが、上記永久磁石７
の偏心回転により被処理体である半導体ウェハＷの上を
偏心回転するように構成されている。このように磁界に
よりプラズマの密度を局所的に集中させることにより、
エッチング処理がきわめて効果的に実行されると共に、
プラズマが集中された箇所を偏心回転させることによ
り、エッチング処理が被処理体の前面にわたって均一に
実行されることになる。

【００６２】この場合に、処理室４内に生成するプラズ
マ７０は、上記永久磁石７の偏心回転により略周期性を
有して変化している。このようなプラズマ７０の略周期
性は、上記処理室４内に生じる反応種又は反応生成物の
スペクトル光をプラズマ発光強度検出手段８０により常
時観測することにより、判定することができる。本発明
によれば、上記のように周期的に変動するプラズマ発光
強度の変動周期を上記周波数演算装置９０により求め、
この変動周期をヒータ出力の調整のためのパラメータと
して利用することができる。

【００６３】特に複数の半導体ウェハを周期的に連続処
理する場合には、上記プラズマ発光強度の変動周期と同
期させて、ヒータ出力を調整して、半導体ウェハの温度
制御を行うことにより、精度の高いエッチング処理をよ
り迅速かつ効果的に行うことが可能である。

【００６４】以上、実施例としてマグネトロン式プラズ
マエッチング装置に適用した例を示したが、これに限定
されず、本発明は、ＣＶＤ装置やアッシング装置、スパ
ッタ装置にも適用することができる。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、本発明に基づく処理方法
によれば、スループットを落とすことなく、被処理体の
温度制御を実施することが可能になる。さらに、本発明
に基づく処理方法によれば、冷却源から被処理体へ冷却
熱を伝達する伝熱経路を簡略化しかつ短縮化することが
可能なので、被処理体の温度制御を容易かつ効率的に実
施することが可能となる。さらにまた、本発明に基づく
処理方法によれば、プラズマ発光条件に対応して、効率
的に被処理体の温度制御を実施することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したマグネトロン式プラズマエッ
チング装置の一実施例の略断面図である。

【図２】伝熱媒体の熱抵抗と圧力との関係を示すグラフ
である。

【図３】図１に示すプラズマエッチング装置の製造工程
における一実施例の略断面図である。

【図４】本発明に基づく温度制御を実行した場合の高周
波電源入力電力とヒータ入力電力との関係を示す第１の
タイムチャートである。

【図５】本発明に基づく温度制御を実行した場合の高周
波電源入力電力とヒータ入力電力との関係を示す第２の
タイムチャートである。

【図６】本発明に基づく温度制御を実行した場合の高周
波電源入力電力とヒータ入力電力との関係を示す第３の
タイムチャートである。

【図７】本発明に基づく温度制御を実行した場合の高周
波電源入力電力とヒータ入力電力との関係を示す第４の
タイムチャートである。

【図８】本発明を適用して、プラズマ発光検出手段を実
装したマグネトロン式プラズマエッチング装置の一実施
例の略断面図である。

【符号の説明】

１ プラズマエッチング装置 ２ 内側枠 ３ 外側枠 ４ 処理室 ７ 永久磁石 ８ サセプタアセンブリ ９，１０ 絶縁部材 １１ 第１のサブサセプタ １２ 第２のサブサセプタ １３ ヒータ １７ 高周波電源 １８ 第３のサブサセプタ １９ 冷媒ダメ ２０ 冷却源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−196528（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−135753（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−206613（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−78135（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−235333（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/3065

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理室内に被処理体を載置固定するための
   サセプタと、そのサセプタを介して前記被処理体に冷却
   熱を伝達するための伝熱経路と、その伝熱経路に冷却熱
   を供給するための冷媒の量を制御可能な冷却熱源と、前
   記伝熱経路を経由する冷却熱量を調整するための温度調
   節手段とを有する低温処理装置において、 前記被処理体の処理を中断することなく連続的に実施し
   ながら、前記冷媒の量を制御し、さらに、前記温度調節
   手段により前記伝熱経路を経由する冷媒熱量を変化さ
   せ、 複数の前記被処理体を周期的に連続処理する場合に、所
   定の周期関数に従って、前記伝熱経路を経由する冷却熱
   量を変化させることを特徴とする、処理方法。
2. 【請求項２】前記所定の周期関数の周期は、前記被処理
   体の処理時間の周期と一致していることを特徴とする、
   請求項１に記載の処理方法。