JP4490938B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置および処理方法に係り、特に、半導体デバイスの微細加工
に好適なプラズマ処理装置及び処理方法に関する。

プラズマ処理装置は、例えば半導体デバイスとなるウエハ上に微細なパターンを形成す
るための処理装置である。プラズマ処理装置の代表的な例として、プラズマエッチング装
置がある。プラズマエッチング装置は、ウエハを処理するための処理室、処理室内にウエ
ハを設置する試料台、およびエッチング反応に必要なガスを処理室内に導入するためのシ
ャワープレートなどのガス供給系を備える。また、処理室内を低圧に維持し、プラズマ放
電を安定に維持するため、排気ポンプ、圧力調整弁等のガス排気系を備える。

さらに、プラズマ処理装置は、処理室内のエッチングガスをプラズマ化するため、マイ
クロ波、ＲＦ波などの電磁エネルギを供給するプラズマ生成機構、およびバイアス電圧を
前記試料台に印加し、試料台上に設置されたウエハに向けてプラズマ中のイオンを加速す
るためのバイアス電圧印加機構を備える。

ウエハに向けて加速されたイオンはウエハに垂直な方向に進入し、その照射方向が揃う
。このため、ウエハ上のマスクされていない部分を垂直にエッチングすることができ、垂
直な側壁を持つ微細パターンをウエハ上に形成する異方性エッチングが可能となる。なお
、エッチング反応はイオンのみによって起こるのではない。例えば、エッチングガスがプ
ラズマ中の電子によって活性化されることによりラジカルと呼ばれる活性反応種が生成さ
れ、この反応種がイオンによってエネルギを与えられたウエハ表面と化学反応を起こすこ
とによってもエッチング反応が進行する。

ところで、半導体デバイスの寸法は年々微細化しており、プラズマ処理装置でウエハを
加工する際に求められる加工精度は厳しくなってきている。一方、プラズマ処理装置によ
りウエハを処理して得られる加工形状は、処理室内のプラズマやラジカルの状態にしたが
って変動する。したがって、ウエハを繰り返し処理したときに数ナノメートル精度の均一
な加工を継続して施すためには、プラズマやラジカルの状態をできるだけ一定に保つ必要
がある。

ウエハをエッチングする際に生成される反応生成物やラジカルは前記排気系により排出
することができる。しかし、前記反応生成物は、ウエハの処理を重ねるにしたがって徐々
に処理室に堆積し、処理室内表面（プラズマやラジカルにさらされる処理室および処理室
内構造物の表面）の状態を変化させる。

処理室内に封じ込められているプラズマやラジカルの状態は処理室の表面状態の影響を
受けやすいため、同じ処理条件でエッチングを繰り返しても半導体デバイスの加工形状は
徐々に変化し、半導体デバイスの性能が劣化してしまう。なお、処理室本体の表面状態の
外にプラズマやラジカルに接している試料台やシャワープレートなどの内部構造物の表面
状態の変動も、前記プラズマやラジカル状態を変動させる要因となる。

処理室に堆積する堆積物を除去しないでおくて、徐々に堆積物の膜厚が増加し、これに
プラズマ加熱による繰り返し熱応力がかかると、堆積物にはクラックが入って微小の異物
を放出する。この異物がウエハ上に降り注ぐとエッチング加工を阻害しデバイスが動作で
きないような加工不良を引き起こす。

なお、処理室等の表面状態の変化は堆積物のみによって起こるのではない。例えばエッ
チングガスの一つとして酸素ガスを用いるた場合には処理室表面が酸化し、ハロゲンガス
を用いる場合は表面近傍がハロゲン化する。また、長時間に渡って装置を使用せずに処理
室内表面を真空状態に露出していると、前記内表面を構成する化学物質の一部が蒸発する
などによって表面状態が変動する。

従来、これらの問題に対しては、処理室内の堆積物をプラズマによって除去するプラズ
マクリーニングが行われていた。また、処理室内面への反応生成物の付着そのものを抑え
るため処理室内壁の温度を上げるなどの対策が行われている。しかし、大抵の場合、これ
らの対策は完全ではなく、結局半導体デバイスの加工形状は徐々に変化する。このため、
加工形状が問題となるほどに変動する前に製造装置の部品の交換あるいは部品の洗浄が行
われる。

プラズマクリーニングの例として、例えば、特許文献１にはプラズマ処理装置を構成す
る複数のソレノイドコイルの少なくとも１つの電流方向を反転することにより、迅速なク
リーニングを行うことが示されている。また、特許文献２には不揮発性材料を処理するプ
ラズマ処理装置において、真空容器内壁への反応生成物の付着を抑制し、また付着した反
応生成物を効率良く除去するクリーニング方法が示されている。また、特許文献３にはプ
ラズマを利用して試料を処理する毎にプラズマ発生室をＯ2ガス等ででプラズマクリーニ
ングすることが示されている。また特許文献４には、処理室内にガスを供給するための多
数の穴を設けたシャワープレートを処理室外部に設けた温度制御器により温度制御するこ
とによりシャワープレートに付着する反応生成物を抑制することが示されている。また、
特許文献５には、in-situ（その場）クリーニングによりプラズマクリーニングを実施し
た後に、再び処理室表面にポリマー被膜を堆積させてエッチング処理を安定化させること
が示されている。
特開２００３−１７３９７６号公報 特開２００３−２４３３６２号公報 特許第３４０４４３４号公報 特開２００３−３０９１０６号公報 特表２００３−５１８３２８号公報

しかしながら、前記特許文献１，２，３に示される装置では、処理室内に堆積する堆積
物を除去することはできる。しかしながら加工形状の変動を抑制することはできない。す
なわち、堆積物を除去するために用いる処理ガスの組成がウエハをエッチングする際に使
用するガスの組成と異なるためである。このため処理室の堆積物を除去するのみではプラ
ズマやラジカルを一定の状態に保ち、加工形状を一定に保持することはできない。

特許文献５に示す装置では、プラズマクリーニング後に処理室表面をポリマー被膜で覆
うことにより、エッチング加工を安定化することができる。しかし、処理室内表面をポリ
マーで覆うのみではラジカル状態を一定にすることはできない。すなわち、処理室内壁の
温度によって表面反応の状態が変化するためである。

特許文献４には、シャワープレートを加熱して温度を調整する手段が設けられている。

しかし、外部からシャワープレートの温度を調節する場合、シャワープレートのプラズマ
に曝されている表面はプラズマ中のイオンによって加熱される。このため、プラズマに曝
されている表面のみの温度が上昇する。したがって、表面反応にとり最も重要な表面温度
を均一に制御することは困難となる。

特に、構成部品として熱伝導率の低い石英などを用いた場合には、同じ石英部品のプラ
ズマに曝されている内側表面と加熱手段に曝されている外側表面では温度が大幅に異なる
ことになる。すなわち、処理室の内側表面温度はほぼ無制御の状態に置かれることになり
、ラジカル状態の変動を引き起こす。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたのもので、加工形状を一定に保持すること
のできるプラズマ処理装置および処理方法を提供する。

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。

真空処理室を形成する真空処理容器と、前記真空処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、前記真空処理容器内に電磁エネルギを供給し処理室内に供給した処理ガスを解離してプラズマを生成するプラズマ生成手段とを備え、前記真空処理容器内に搬入したウエハにプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、真空処理室内表面温度を制御する処理室表面温度制御部を備え、該制御部は、前記プラズマを用いて行うロット前クリーニング処理に先立って、直前のロットの処理時間、処理電力、処理圧力およびウエハ処理枚数をもとに、直前のロット終了時における処理室内表面温度上昇を見積もって直前のロット終了時における内表面温度を推定し、前記直前のロット終了時からの空き時間をもとに該空き時間経過後の前記プラズマを用いて行うロット処理の開始時における処理室内表面温度を推定し、該推定結果を元にロット前クリーニング処理終了時の真空処理室内表面温度が一定となるように前記ロット前クリーニング処理条件を制御する。

本発明は、以上の構成を備えるため、加工形状を一定に保持することのできるプラズマ
処理装置を提供することができる。

以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態にかかるプラズマ処理装置を説明する図である。図に示すように、プラズマ処理装
置はウエハを処理するための処理容器１、処理容器１内にウエハ７を設置する試料台６と
を備え、エッチング反応に必要なガスを処理室内に導入するためのガス供給系を備えてい
る。ガス供給系は、例えば、ガスを処理室に導入するためのシャワープレート５、該シャ
ワープレート５にガスを供給するガス供給管３、ガス流量を調整するための流量制御器４
などから成る。また、プラズマ処理装置はガス排気系９および圧力調整弁８を備え、処理
室内をプラズマ放電が安定に維持できるような低圧状態に維持する。

さらに、プラズマ処理装置は電磁エネルギ供給手段２を備え、処理室内の低圧に維持さ
れたエッチングガスをプラズマ化するためにマイクロ波あるいはＲＦ波などを処理室に供
給する。また、バイアス電源１０およびバイアス電力伝送路１１を備え、前記試料台６に
バイアス電圧を印加して、試料台６上に設置したウエハ７に向けてプラズマ中のイオンを
吸引加速する。

また、プラズマ処理装置は、処理室の壁の温度を加熱または冷却して調整するための温
度調整器（例えばヒータ）１２と温度調整用電源１３を備える。また、前記各手段を制御
するためのシステム制御装置１４を備える。なお、システム制御装置１４は処理室表面温
度を制御する処理室表面温度制御部１５を備える。さらに、複数のウエハを収容できるカ
セット１６から前記処理容器１にウエハを搬送するウエハ搬送部１７を備える。

図２は、ロット連続処理（同じ種類の半導体デバイスとなる複数のウエハの群をロット
と呼び、ウエハを処理するときにカセットに収容されたウエハのロットを連続して処理す
る処理をロット連続処理という。このような処理を行うと単位時間当たりの処理量を増大
することができる。）を説明する図である。

ロット処理開始ステップＳ１の後に、処理室をクリーニングするためにロット前クリー
ニングステップＳ２を実施し、ロット前クリーニングステップＳ２終了後に処理室の壁を
ウエハ処理に用いるガスに馴染ませるためのロット前シーズニングステップＳ３を行う。

その後、ロット内のウエハを連続して処理するウエハ処理ステップＳ４をロット内のウ
エハの処理終了をステップＳ５において検出するまで繰り返す。

図３は、ロット処理中における処理室表面温度の変化を説明する図である。処理容器１
は常時温度調整器１２により加熱されている。プラズマがオンのとき（処理室内にプラズ
マが生成しているとき）には、イオンが処理室内表面に入射して内表面を加熱するため、
処理室内表面温度は一定にはならない。例えば、一枚のウエハ処理は、ガス種や圧力等の
処理条件が異なる複数の処理ステップから構成されており、この処理ステップ間でプラズ
マがオフにされることがある。

このような場合、処理室内表面温度は、ヒータ１２による温度調節があるにも関わらず
プラズマがオンのとき上昇し、プラズマがオフになると下降する。このように一枚のウエ
ハ処理中において温度上昇と下降を繰り返し、図３中にΔＴで示したような或る範囲の温
度変動を持つことになる。

一枚のウエハ処理を通しての温度変動の範囲は、加工形状の変化を抑えるため、全ての
ウエハに対して同一であることが望ましい。しかし、処理室１で処理された直前のロット
から現在のロットの処理開始までの空き時間（ロット間の空き時間）が長くなると、処理
室１を温度調整器１２で加熱していたとしても、プラズマ加熱が行われない分だけ処理室
１は冷やされている。このため、図３に示したように、ウエハ処理を繰り返すに連れて処
理室内表面の温度が上昇し、図３中にＤｌとして示したようなウエハ問での温度のドリフ
トが起きる。

このような温度のドリフトＤｌは加工形状の変動を引き起こすため好ましくない。なお
、前記ロット間の空き時間による処理室の温度低下は、空き時間が１０分間程度であって
も発生する。また、複数のロットに空き時間を入れずに連続して処理している場合にも処
理室が冷やされる。例えば、非常に処理電力の小さいロットの次に処理電力の大きなロッ
トを処理する場合などに起きる。すなわち、処理電力が小さいロットでは処理室表面を加
熱する度合いが小さいためである。このように処理電力が小さいロット処理の次に処理室
内表面加熱が大きくなる条件でロット処理する場合には、処理室表面温度制御ステップに
より処理室を予め加熱することが好ましい。このような現象は処理電力変動以外に磁場条
件等の変動により引き起こされることもある。

図４は、本発明のロット連続処理を説明する図であり、図５は、処理室１を二時間程度
使用せずに放置して冷却した後に、図４に示す処理手順によりウエハ１３枚を連続処理し
た場合に見られる処理室内表面温度の変化の例を示す図である。なお、図４において、図
２に示されるステップと同一ステップについては同一符号を付してその説明を省略する。

図において、ロット前温度制御ステップＳ７は、ウエハ処理（ステップＳ４）前に処理
室内表面の温度を制御するステップである。図５に示すように処理室内表面を加熱するこ
とにより、ロット内の１３枚のウエハ処理を通じての温度ドリフトの幅を図のＤ２に示す
ように減少させることができる。図５の例におけるロット前温度制御ステップＳ７は、直
前のロット前クリーニングＳ２と同じ処理条件で継続して実施する。この例では１８０秒
ほどの処理時間により処理室を加熱した。

図６は、ロット前温度制御ステップＳ７の処理条件を決定する方法を説明する図である
。本発明では、ウエハ処理時に処理室表面温度をセンサなどにより計測することなく、図
６に示すように処理のシーケンスから処理条件を決定する。すなわち、外部から処理室表
面温度を測ることは困難であり、測定のために処理室内に温度センサ等を設置するとプラ
スマによりセンサがダメージを受けて経年劣化し、また、処理室内に設置したセンサはウ
エハに対する金属汚染を引き起こすことがあるからである。

ロット前温度制御ステップＳ７の処理条件を決定する重要なパラメータは、直前のロッ
トの処理時間、処理電力、処理圧力、ウエハ処理枚数であり、これらの条件により直前の
ロット終了時に処理室表面温度がどの程度上昇したのかを見積もることができ、これをモ
とに直前のロット終了時の表面温度Ｔ０を推定することができる。なお、磁場を用いた有
磁場プラズマの場合には、磁場分布も重要なパラメータとなる。

次に、直前のロット終了時からの処理室の空き時間をもとに現在のロット処理開始時に
おける処理室表面温度Ｔ１を推定することができる。次に、ロット前クリーニングステッ
プＳ２における処理電力、処理圧力、処理時間等をもとにロット前温度制御ステップＳ７
開始時（ロット前クリーニングステップＳ２の終了時）の処理室表面温度Ｔ２を推定する
ことができる。なお、ロット前クリーニングＳ２が終了した時点で処理室表面温度が設定
値よりも高くなっていると推定される場合には、ロット前温度制御ステップＳ７はプラズ
マをオフのままで処理室を放置することにより処理室表面の冷却処理を行うことができる
。また、図５に示したような温度のドリフトが問題である場合には、処理室を冷却する機
構を設けてウエハの処理枚数が連続した場合には処理室を徐々に冷却するようにするとよ
い。

ロット前温度制御ステップＳ７の処理条件は、前記過去の処理条件を検索キー２１とし
て図６に示すようにロット前温度制御処理条件データベース２２をもとに決定することか
できる。前記ロット前温度制御処理条件データベース２２は、事前の実験により処理室内
に設置したセンサ等で測定した実測値から作成することができる。また、処理室表面温度
は数値シミュレーションにより事前に計算してデータベース２２を構成しておいてもよい
。

また、データベースでなく、実験から求めた実験式や数値シミュレーションから求めたモ
デル式等の数式を用いても良い。これらの数式の変数には図６の検索キー２１のリストに
ある物理量の値をとるとよい。なお、ロット前温度制御ステップＳ７で温度を制御するに
は、一定の処理電力を用いて処理時間を制御しても良いし、処理時間を一定にして処理電
力を制御してもよい。また、有磁場プラズマの場合には磁場条件を制御してもよい。

壁の加熱される分布を調節するために、複数の処理条件を組み合わせて処理室内表面温
度を調整するとなお良い。特に有磁場プラズマの場合には磁場条件を変えることによりプ
ラズマの分布を変えやすいので複数の磁場条件を組み合わせると良い。

なお、図５の例では、ロット処理における第２枚目から５枚目までのウエハは、６枚目
以降のウエハに対して処理時における温度の変動が大きくなり、また、初期に処理室内表
面温度が低下する現象が見られる。これは、処理室全体の熱容量のためである。すなわち
、プラズマにより処理室内表面を加熱しても処理室全体の平均的な温度はヒータ加熱のみ
によって達成される低い温度のままであり、これは処理室表面に加えられた熱が処理室全
体に伝導することにより処理室表面の温度が低下することを表している。

図７は、本発明のロット連続処理の他の例を説明する図である。ロット処理開始ステッ
プＳｌｌの後に、処理室をクリーニングするためにロット前クリーニングステップＳ１２
を実施する。ロット前クリーニングステップＳ１２は後述するウエハ毎クリーニングステ
ップＳ１４において十分に処理室がクリーニングされているときは省略することができる
。ただし、ロット前クリーニングステップＳ１２は通常は試料台の上にダミーウエハを設
置して実施するため、試料台表面にプラズマによるダメージを与えずに数分から数十分に
渡って長時間実施できる。このためダミーウエハ無して実施するウエハ毎クリーニングス
テップＳ１４よりも徹底したクリーニングができる。したがって、ステップＳ１２を省略
する場合でも数ロットに一度は該ステップを実施することが望ましい。

ロット前クリーニングステップＳ１２終了後、ロット前温度制御ステップＳ１３を実行
し、処理室が冷えているときに加熱するなどして処理室内表面温度を調整する。現在処理
中のロットが直前に処理されたロットと時間的に連続して処理されている場合には、ロッ
ト前温度制御ステップＳ１３を省略し、装置のスループットを上げるようにするとよい。

次に、ウエハ毎クリーニングステップＳ１４を実施する。このステップは直前のウエハ
処理により処理室や電極に付着した堆積物を除去するステップであるから、一枚目のウエ
ハ処理前には実行しなくてもよい。しかし、前記のようにロット前クリーニングステップ
Ｓ１２が省略されたときには一枚目のウエハであっても必要となる。

次に、ウエハ毎温度制御ステップＳ１５により再び処理室表面温度を調整する。このス
テップは、図５に示したように処理室の熱容量に起因して、ロット前温度制御ステップＳ
１３においては所定変動幅内に抑制できなかったウエハ処理時の処理室内表面温度を所定
値内に補正するステップである。

次に、ウエハ毎シーズニングステップＳ１６を実施する。このステップは、次のウエハ
処理ステップＳ１７で用いるエッチングガスやプラズマに処理室の表面を慣らすことを目
的とする。表面を慣らすということは、処理室の表面材料が石英であろうと、アルミナで
あろうと、セラミックであろうと、或いは金属であろうと、プラズマからのラジカルが付
着した表面にイオンを打ち込み、イオンミキシングと呼ばれる表面の改質を行うことを意
味する。例えば、エッチングガスにＢｒやＣｌ等のハロゲン化ガスを用いているときには
、処理室表面はハロゲン化が進み、水素が存在すれば処理室表面には水素が吸蔵されて処
理室表面はエッチングガスのプラズマに慣らされていく。このウエハ毎シーズニングステ
ップＳ１６により、次のウエハ処理ステップＳ１７開始直後のラジカル変動が抑えられ安
定した加工形状が得られる。なお、ウエハ毎シーズニングステップＳ１６は装置のスルー
プットの観点から、試料台上にウエハ無しの状態で実施するのが好ましいが、シーズニン
グにシリコンが存在するとプロセスが安定になる場合もあり、その場合にはダミーウエハ
を試料台に設置して行う。

次に、ロット内のウエハを連続して処理するウエハ処理ステップＳ１７実施する。ステ
ップＳ１４ないしＳ１７の処理はロット内のウエハの処理終了をステップＳ１８において
検出するまで繰り返す。

図８は、図７におけるロット前温度制御ステップＳ１５（ウエハ毎温度制御）の処理条
件を決定する方法を説明する図である。処理室表面温度制御部１５は、図８に示すように
過去の処理条件を検索キー２４としてウエハ毎温度制御処理条件データベース２５に照会
し、ウエハ毎の標準補正処理時間を取り出す。前記ウエハ毎温度制御処理条件データベー
ス２５は、事前の実験により処理室内に設置したセンサ等で測定した実測値から作成する
ことができる。また、処理室表面温度は数値シミュレーションにより事前に計算してデー
タベース２５を構成しておいてもよい。また、データベースでなく、実験から求めた実験
式や数値シミュレーションから求めたモデル式等の数式を用いても良い。

なお、ロットが連続して処理され、処理室が冷えていないときには、この標準補正処当
時問は全てのウエハに対してゼロとすることができる。また、標準補正処理時間を事前の
実験で測定したり数値シミュレーションで計算するときには、ウエハ毎クリーニングの標
準処理条件を決定しておき、例えばウエハ毎クリーニングステップＳ１４の処理時間が標
準処理条件より長くなった場合には、それに応じてウエハ毎温度制御ステップＳ１５の処
理時間を短縮するとよい。

図９は、処理室１を二時間程度使用せずに放置して冷却した後に、図７に示す処理手順
によりウエハ１３枚を連続処理した場合に見られる処理室内表面温度の変化の例を示す図
である。図９に示す例では、図５に示す例に比して、ロット連続処理による処理室表面温
度の変動をほば完全に抑制することができる。このため、ウエハ間における加工形状の変
動を非常に小さい値に抑えることができる。

図１０は、クリーニング処理あるいはシーズニング処理の終点判定を説明する図である
。この図の例では、処理室内のプラズマあるいはラジカルの状態を監視するためのセンサ
としてプラズマの発光を監視する分光器３１を用いる。処理室１に設けた観測窓３３から
得られるプラズマ発光は光ファイバ３２を介して分光器３１に伝送し、分光器３１により
スペクトル分解する。スペクトル分解された信号はシステム制御装置１４内の終点判定部
３４に伝送し、クリーニングあるいはシーズニングの終点を判定する。クリーニングある
いはシーズニングの終点判定にはプラズマ発光のうち波長が２００ｎｍないし４００ｎｍ
の発光が特に重要である。このため、観測窓３３あるいは光ファイバ３２は石英で制作す
ることが望ましい。これらをガラスあるいはプラスチックで製作すると波長３００ｎｍ以
下の光がガラスなどに吸収されて監視できなくなる。なお、プラズマの状態を監視するに
は、プラズマにかかるバイアスの電圧を測定するなど、プラズマ発光以外の電気的特性を
測定するセンサを用いることができる。

ロット前クリーニングあるいはウエハ毎クリーニングのようなクリーニングの終点を判
定する場合には、処理室内壁の堆積物を除去するエッチング反応により生成する生成物の
発光スペクトル強度の時間変化を監視することにより判定することができる。例えば、試
料としてシリコンウエハを用いている場合には堆積物にはシリコンが含まれる。このため
、シリコンの発光スペクトルのピークを監視するとよい。またＣｌ２などの塩素系のガス
を用いて堆積物を除去するのであればＳｉＣｌなどのシリコン塩化物の発光スペクトルの
ピークの時間変化を監視するとよい。また、ＳＦ６やＣＦ４などのフッ素系のガスを用い
て堆積物を除去するのであればＳｉＦなどのシリコンフッ化物の発光スペクトルのピーク
の時間変化を監視するとよい。

また、処理室内壁の堆積物を除去するエッチャントと呼ばれるラジカルの発光スペクト
ル強度をモニタしてもよい。エッチャントはエッチングガスがプラズマによって活性化す
ることによって生成される。エッチャントの密度はクリーニング中には堆積物との反応に
より消費されて低くなっている。しかし、クリーニングが終了すると堆積物の除去に伴い
エッチャントの消費がなくなる。このため、処理室内のエッチャントの密度は上昇して飽
和する。なお、エッチャントの密度と発光強度は関連している。このため、エッチャント
の発光強度を監視することによりクリーニングの終点を判定することができる。

図１１は、発光スペクトル強度をもとに行うウエハ毎クリーニング処理の終点判定を説
明する図である。この図はシリコン系の堆積物をフッ素系のガスを用いてクリ｝ニングし
た場合におけるフッ素ラジカルの発光スペクトル強度の変化を記録した例である。クリー
ニング処理ステップ１４の開始後約２０秒のところでフッ素ラジカルの発光スペクトル強
度が変化しなくなり、この時点でクリーニング処理が終了したと判定することができる。

その後１５秒間、ウエハ毎処理条件と同条件でウエハ毎温度制御ステップＳ１５を実行す
る。また、シーズニング処理の終点も同様にして判定することができる。シーズニング処
理の終了判定の場合には、多くのラジカルの状態が同一になることを判断する必要がある
。このため発光スペクトルの変化を主成分解析等の多変量解析を用いて抽出し、抽出され
た信号の変動から終点を判定するとよい。

図１２は、主成分解析を用いてシーズニングの終点を判定する例を説明する図である。

主成分解析は多数の変数の変動を相関関係によって束ねることにより少数の主成分スコア
と呼ばれる変数に圧縮する統計手法である。発光スペクトルを主成分解析によって圧縮し
た主成分スコアはプラズマのラジカル変動を表すパラメータとなる。図１２は、シーズニ
ングステップ中の発光スペクトル変動の主成分解析を行い、横軸に第１主成分スコアを取
り、縦軸に第２主成分スコアを取ったグラフである。図１２のグラフにおいて、発光スペ
クトルの状態はシーズニング開始点３５から時間発展の方向（矢印３８の方向）に徐々に
変動して行き、最終的にシーズニング終了判定ゾーン３７に入ったとき、その点をシーズ
ニング終了点３６と判定してシーズニングを終了する。発光スペクトルから得られた主成
分スコアの対がシーズニング終了判定ゾーン３７内に入るように制御することで、処理室
内のプラズマやラジカルの状態を一定に保つことができる。シーズニング終了判定ゾーン
３７は加工する半導体デバイスの要求する加工精度に応じてその範囲を調整するとよい。

高い加工精度が求められる場合には、一般的に終了判定ゾーンを狭く設定する。また、こ
の例では第１主成分スコアと第２主成分スコアを用いた２次元の面内で判定を行ったが、
さらに多くの主成分を用いて多次元空間内でシーズニングの終了判定を行っても良い。

図１３は、本発明を複数の処理室を有するプラズマ処理装置に適用した例を示す図であ
る。

褐数の処理室を有するプラズマ処理装置においては、通常、複数の処理室のそれぞれが
それぞれ別々のロット処理に用いられる。この場合、処理室毎にその加工履歴が異なるた
め、処理室の内表面温度も異なる。したがって、処理室ごとに加工形状が異なることにな
る。このため、複数の処理室を有するプラズマ処理装置が、一つのロットを複数の処理室
で分散処理することによりスループットを向上する機能を備えていても、処理室ごとの加
工形状が異なるために分散処理を行うことはできない。

図１３に示す例では、ロット処理の開始に当たって、図７に示すロット前クリーニング
ステップＳ１２およびロット前温度制御ステップＳ１３からなるロット前処理４１を適用
する。図１２に示すようにロット前処理４１が終了して準備のできた処理室から順にウエ
ハの処理を開始することができる。これにより加工形状を損なうことなく一つのロットに
対して複数の処理室を同時に使用することができ、装置のスループットを高めることがで
きる。

なお、以上の説明では、処理対象として半導体デバイスを例に説明したが、ＬＣＤデバ
イス等の他の試料を処理対象とすることができる。

以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、処理室表面温度制御部を備え、該
制御部により処理室の内表面温度を、過去の処理条件をもとに所定範囲に保持することが
できる。このため加工形状の変動を抑制することができる。また、クリーニング処理の終
点あるいはシーズニング処理の終点を判定するためのセンサおよび終点判定部を備えるこ
とにより、クリーニング処理の終点を判定して処理室への堆積物を除去し処理室表面温度
を調整することができる。また、シーズニング処理の終点を判定することにより、処理室
の内表面をエッチングガスのプラズマに適度に慣らすことができる。また、ウエハ処理中
のラジカル状態を一定にして加工形状の変動を抑えることができる。

本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置を説明する図である。 ロット連続処理を説明する図である。 ロット処理中における処理室表面温度の変化を説明する図である。 本発明のロット連続処理を説明する図であ。 処理室内表面温度の変化の例を示す図である。 ロット前温度制御ステップの処理条件を決定する方法を説明する図である。 本発明のロット連続処理の他の例を説明する図である。 図７におけるロット前温度制御ステップの処理条件を決定する方法を説明する図である。 処理室内表面温度の変化の例を示す図である。 クリーニング処理あるいはシーズニング処理の終点判定を説明する図である。 発光スペクトル強度をもとに行うウエハ毎クリーニング処理の終点判定を説明する図である。 主成分解析を用いてシーズニングの終点を判定する例を説明する図である。 本発明を複数の処理室を有するプラズマ処理装置に適用した例を示す図である。

符号の説明

１ 処理室
２ 電磁エネルギ供給手段
３ ガス供給管
４ 流量制御器
５ 石英シャワープレート
６ 試料台
７ ウエハ
８ 圧力調整弁
９ ガス排気系
１０ バイアス電源
１１ バイアス電力伝送路
１２ 温度調整器（ヒータ）
１３ 温度調整用電源
１４ システム制御装置
１５ 処理室表面温度制御部
１６ カセット
１７ ウエハ搬送部
２１ 検索キー
２２ ロット前温度制御処理条件データベース
２３ 処理条件
２４ 検索キー
２５ ウエハ毎温度制御処理条件データベース
２６ 標準補正処理時間テーブル
３１ 分光器
３２ 光ファイバ
３３ 観測窓
３４ 終点判定部
４１ ロット前処理

Claims (1)

1. 真空処理室を形成する真空処理容器と、
   前記真空処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、
   前記真空処理容器内に電磁エネルギを供給し処理室内に供給した処理ガスを解離してプラズマを生成するプラズマ生成手段とを備え、
   前記真空処理容器内に搬入したウエハにプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
   真空処理室内表面温度を制御する処理室表面温度制御部を備え、該制御部は、前記プラズマを用いて行うロット前クリーニング処理に先立って、
   直前のロットの処理時間、処理電力、処理圧力およびウエハ処理枚数をもとに、直前のロット終了時における処理室内表面温度上昇を見積もって直前のロット終了時における内表面温度を推定し、
   前記直前のロット終了時からの空き時間をもとに該空き時間経過後の前記プラズマを用いて行うロット処理の開始時における処理室内表面温度を推定し、
   該推定結果を元にロット前クリーニング処理終了時の真空処理室内表面温度が一定となるように前記ロット前クリーニング処理条件を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。

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