JP7013618B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

半導体製造工程では、一般にプラズマを用いたドライエッチングが行われている。ドライエッチングを行うためのプラズマ処理装置は様々な方式が使用されている。

一般に、プラズマ処理装置は、真空処理室、これに接続されたガス供給装置、真空処理室内の圧力を所望の値に維持する真空排気系、被処理基板を載置する電極、真空処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段などから構成されている。

シャワープレート等から真空処理室内に供給された処理ガスを、上記プラズマ発生手段によりプラズマ状態とすることで、被処理基板の載置用電極に保持された被処理基板のエッチング処理が行われる。

被処理基板のエッチングは、プラズマやリアクタ壁から放出されたイオンやラジカルとの物理的なスパッタリングや化学反応によって進行する。したがって被処理基板のエッチング量は、プラズマ状態はもちろんのこと、リアクタ壁面から放出される、あるいはリアクタ壁面に吸着されてしまうラジカル量にも影響を受ける。

ここでリアクタ壁面におけるラジカルの放出あるいは吸着量を決定する主要因子の一つとして、リアクタ壁面温度が挙げられる。一般に、リアクタ壁面温度は電熱器の他、プラズマ入熱によって加熱される。リアクタ壁面は、プラズマ放電中はその入熱により昇温された状態にあるが、プラズマ放電終了後に装置が処理待機状態（以下、アイドリング状態）になった場合、その処理待機時間（以下、アイドリング時間）の経過に伴ってリアクタ壁面温度は徐々に降下していく。

したがって、例えば複数の被処理基板を同じエッチング条件で連続に処理した場合であっても、1枚目の処理前に長時間アイドリング状態にあった場合、処理開始直後のリアクタ壁面温度と処理時間が継続した後のリアクタ壁面温度に著しい乖離が生じる。したがって、1枚目の被処理基板と後半に処理した被処理基板ではエッチング量に差異が生じることがある。

近年の半導体デバイスの構造の微細化および複雑化に伴い、上記のような被処理基板間のエッチング量の差異は例え僅かであってもデバイス製造の歩留まりに直接影響を及ぼす可能性が高いため、量産安定性の観点からもリアクタ壁面温度の制御は看過できない重要な課題の一つである。

プラズマエッチング装置においては、上記のような課題を解決するために、次のようなリアクタ壁面の温度制御技術が用いられている。特許文献1では基板の処理前にあらかじめ設定された条件でプラズマ放電を実施することにより、リアクタ壁面温度を昇温する技術が示されている。また、特許文献2では装置のアイドリング時間中に間欠放電を実施することで、リアクタ壁面温度を昇温する技術が示されている。

特開２００６－２１０９４８号公報 特開２０１０－２１９１９８号公報

特許文献１に示される技術は基板処理前にプラズマ放電を実施することでリアクタの昇温を図るものであるが、装置のアイドル状態が例えば数時間などの長時間に及んでいた後に当該の昇温処理を行う場合、十分な昇温を行うためには長時間の放電が必要となる。これはスループットの低下を招き、コストパフォーマンスの観点から問題である。

また、特許文献２に示される技術は、装置のアイドリング時間中に間欠放電を実施してリアクタ壁面温度を昇温させるものである。ここで、アイドリング状態が終了し実際に基板処理を複数枚実施した場合、最終的に到達するリアクタ壁面温度（以下、飽和温度）は、一般に投入した平均高周波電力によって決定されるため、基板処理条件によって適切なリアクタ壁面温度は異なる。

したがって、先立った処理が終了して装置がアイドリング状態に移行した際、次に処理される条件が予め分かっていれば、その処理条件について適切な温度までリアクタ壁面温度を昇温させることができるが、次に処理される条件が不明な場合は目標温度設定が困難である。さらに、先立った基板処理条件における飽和温度が次に処理される基板処理条件における飽和温度よりも高温であるような場合、昇温を目的としたアイドリング時間中の間欠放電はチャンバ壁面温度を過熱状態とすることになり、むしろ被処理基板間のエッチング量の乖離を助長する可能性がある。

本発明は、上記した従来技術の課題を解決するものであって、先立った被処理基板の製品処理が終了後にアイドル状態となった際に、そのアイドル時間が十分長くリアクタ壁面温度が次に処理される被処理基板に対してプラズマ処理を行う処理条件である製品処理条件におけるリアクタ壁面の飽和温度と比較して顕著に降下したような場合や、次に処理される被処理基板の製品処理条件が不明な場合であっても、短時間でチャンバ壁面温度を目標飽和温度に到達させることを可能にするプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供するものである。

上記した従来技術の課題を解決するために、本発明では、内部に被処理基板を載置する電極を備えたプラズマ処理室と、プラズマ処理室にプラズマ発生用の電力を供給する電力供給部と、この電力供給部からプラズマ処理室に供給する電力を制御する制御部とを備えたプラズマ処理装置において、制御部は、プラズマ処理室の内部の電極に被処理基板を載置していない状態で電力供給部を第１の条件で制御してプラズマ処理室の内部に第１のプラズマを発生させてプラズマ処理室の内壁面を第１の温度に加熱する保温放電と、プラズマ処理室の内部の電極に被処理基板を載置していない状態で電力供給部を第２の条件で制御してプラズマ処理室の内部に第２のプラズマを発生させてプラズマ処理室の内壁面を前記第１の温度よりも高い第２の温度に加熱する急速温調放電と、プラズマ処理室の内部の電極に被処理基板を載置した状態で電力供給部を第３の条件で制御してプラズマ処理室の内部に第３のプラズマを発生させて被処理基板を処理する製品処理とを実行するようにした。

また、上記した従来技術の課題を解決するために、本発明では、プラズマ処理装置を用いて被処理基板を処理する方法において、プラズマ処理装置のプラズマ処理室の内部の電極に被処理基板を載置していない状態でプラズマ処理室に第１の条件で電力を印加してプラズマ処理室の内部に第１のプラズマを発生させてプラズマ処理室の内壁面を第１の温度に加熱し、プラズマ処理室の内部の電極に被処理基板を載置していない状態で第２の条件で電力を印加してプラズマ処理室の内部に第２のプラズマを発生させてプラズマ処理室の内壁面を第１の温度よりも高い第２の温度に加熱し、プラズマ処理室の内部の電極に被処理基板を載置した状態で第３の条件で電力を印加してプラズマ処理室の内部に第３のプラズマを発生させて被処理基板を処理するようにした。

本発明により、先立った被処理基板の製品処理が終了後にアイドル状態となった際に、そのアイドル時間が十分長くリアクタ壁面温度が次に処理される被処理基板の製品処理条件の飽和温度と比較して顕著に降下したような場合や、次に処理される被処理基板の製品処理条件が不明な場合であっても、短時間でチャンバ壁面温度を目標飽和温度に到達させることが可能となり、エッチング処理における歩留まりを高い状態で安定して維持することができるようになった。

本発明の実施例に係るマイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置の概略の構成を示すブロック図である。 （ａ）は、本発明を適用しなかった場合におけるアイドリング状態および被処理基板の製品処理の時間とリアクタ壁面温度との関係を示すグラフ、（ｂ）は、本発明を適用しなかった場合におけるウェハカウントとエッチング量との関係を示すグラフである。 本発明の実施例に係る基板搬入前の放電制御と被処理基板の製品処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例に係るリング状態および被処理基板の製品処理の時間とリアクタ壁面との関係を示すグラフである。 （ａ）は、本発明を適用した場合におけるアイドリング状態および被処理基板の製品処理の時間とリアクタ壁面温度との関係を示すグラフ、（ｂ）は、本発明を適用した場合におけるウェハカウントとエッチング量との関係を示すグラフである。

本発明は、処理室内の温度をプラズマから処理室壁面への入熱によって制御した状態で処理室内に磁界を所定の間隔で繰り返して強度を増減して供給してプラズマを形成し試料を処理する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。

プラズマ処理装置を用いてロット内の複数の基板を順次処理中、チャンバ壁面の温度はプラズマ入熱により変化するが、ロット初期の温度がロットの飽和温度と顕著に乖離している場合、同一ロット内でエッチングレートなどに差が生じ、歩留まりの低下を招く。

この現象を防止するためには、ロット初期の温度と飽和温度の乖離を緩和することが必須である。そこで、本発明では、ロット初期の時点で壁温度が同ロットの飽和温度近くまで達するようにして、この課題を解決するようにしたものである。

すなわち、本発明では、プラズマ処理装置を用いて被処理基板を処理するときに、ロット処理前のアイドリング時間中に、所定の平均電力となるようにパルス変調された高周波電力によって生成されたプラズマ放電によりチャンバの内壁面を昇温させた後、次に実施されるロット処理に先立ってプラズマ放電を実施してチャンバの内壁面の温度を調整する構成において、アイドル時間中にプラズマ放電する所定の平均電力は同装置で実施される複数のロット処理条件の平均投入電力よりも低く設定し、ロット処理に先立って実施するプラズマ放電は、当該のロット処理条件の平均投入電力に設定するようにした。

これにより、ロット処理開始時点のチャンバの内壁面の温度を当該ロット処理条件におけるチャンバの内壁面の飽和温度近くまで温調することができ、ロット内の被処理基板のエッチングレートのばらつきを抑えることで、歩留まりの向上を図ることができるようにした。

また、本発明は、パルス変調された高周波電力によるプラズマにより、アイドリング時に処理室の壁面の温度を昇温したのち、更にロット処理条件に基づいて高周波電力を制御して処理室の壁面の温度を昇温させるようにした。これにより、ロット処理の最初と最後における処理室壁面の温度変化を小さくして、プラズマ処理において、処理室壁面の温度変化に起因する被処理基板の処理のロット内における品質のばらつきを小さくするようにしたものである。

また、本発明は、先立った処理が終了し装置がアイドリング状態となった全時間中において、所定の平均電力となるように設定されパルス変調された高周波電力によって形成されたプラズマ放電によりリアクタ壁面温度を調整した後、次の被処理基板の処理を始める前にその被処理基板の製品処理条件に基づいた所定の電力で生成されたプラズマ放電によりリアクタ壁面温度を昇温させるようにしたものである。

そして、この所定の電力は、あらかじめ昇温されたリアクタ壁面温度から、目標飽和温度に到達するまでの時間が所定値となるように定められた値であることを特徴とする。

本発明によれば、先立った被処理基板の処理が終了後にアイドル状態となった際に、そのアイドル時間が十分長くリアクタ壁面温度が次に処理される被処理基板の条件における飽和温度と比較して顕著に降下したような場合や、次に処理される被処理基板の処理条件が不明な場合であっても、短時間でチャンバ壁面温度を目標飽和温度に到達させることを可能にして、処理ロット内のエッチングレートの温度依存に起因するばらつきを抑えることができ、エッチング処理における歩留まりを高い状態で安定して維持することができるようになった。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施例であるマイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置１００の概略の構成を示す、ブロック図である。

図１に示したマイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置１００は、エッチング処理室１０４、マイクロ波電源１０１、マイクロ波電源１０１とエッチング処理室１０４とを接続する導波管１０３、エッチング処理室１０４の上部でエッチング処理室１０４に導入されたエッチングガスをエッチング処理室１０４に封入するとともに、導波管１０３から搬送された周波数が例えば２.４５ＧＨｚのマイクロ波電力をエッチング処理室１０４に導入するための誘電体窓１０５、エッチング処理室１０４の外周部に配置されてエッチング処理室１０４の内部に磁場を発生させるための電磁コイル１０６を備えている。

エッチング処理室１０４の内部には被処理基板１０７を載置する電極１０８を備え、電極１０８に載置した被処理基板１０７を図示していない静電吸着電極の作用により電極１０８に静電吸着するための直流電圧を印加する直流電源１０９、直流電源１０９に高周波電力が流れ込まないように高周波電力をカットする高周波フィルタ回路１１１、電極１０８に載置した被処理基板１０７にプラズマ中のイオンを引き込むための高周波電力を電極１０８に印加する高周波電源１１０、高周波電源１１０に対する電極１０８の高周波インピーダンスを調整するマッチング回路１１２を備えている。電極１０８は、図示していない絶縁部材によりエッチング処理室１０４の内部に設置されている。

また、マイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置１００は、エッチング処理室１０４の内部に処理ガスを供給するガス供給部１１４、ガス供給部１１４からエッチング処理室１０４の内部に供給する処理ガスの流量を制御するガス流量制御部１１５、エッチング処理室１０４の内部を真空に排気する真空排気部１１６を備えている。

更に、マイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置１００は、エッチング処理室１０４の内部のプラズマ発光状態や被処理基板１０７のエッチング状態等をモニタするための発光モニタ機構１０２、エッチング処理室１０４の内壁面（リアクタ壁面）１０４１の温度を計測する温度計測器１１３を備えている。

１２０は制御部で、マイクロ波電源１０１、電磁コイル１０６、直流電源１０９、高周波電源１１０、ガス流量制御部１１５、真空排気部１１６等を制御する。また、アイドリング中やプラズマ処理中における制御部１２０による制御には、発光モニタ機構１０２から受信した信号や、温度計測器１１３で計測して得られたリアクタ壁面１０４１の温度情報を用いる場合もある。

また、制御部１２０は、記憶部１２１と演算部１２２及びＣＰＵ１３３を備えている。記憶部１２１には、マイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置１００で被処理基板１０７を処理するためのプログラム、及びマイクロ波電源１０１、電磁コイル１０６、直流電源１０９、高周波電源１１０、ガス流量制御部１１５、真空排気部１１６等を制御する製品処理条件が登録され記憶される。

演算部１２２は種々の演算処理を行うが、その一例として、記憶部１２１に記憶された製品処理条件に基づいて、後述する保温放電時にマイクロ波電源１０１から投入するプラズマ生成のための平均高周波電力、及び急速温調放電にマイクロ波電源１０１から投入するプラズマ生成のための平均高周波電力を演算する。

ＣＰＵ１３３は、記憶部１２１に記憶されたマイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置１００で被処理基板１０７を処理するためのプログラム及び製品処理条件に基づいて、マイクロ波電源１０１、電磁コイル１０６、直流電源１０９、高周波電源１１０、ガス流量制御部１１５、真空排気部１１６等を制御する。

制御部１２０は、演算部１２２で演算して求めた保温放電時の平均高周波電力、及び急速温調放電時の平均高周波電力に基づいて、マイクロ波電源１０１、電磁コイル１０６、直流電源１０９、高周波電源１１０等を制御する。またこのとき、温度計測器１１３で計測して得られたリアクタ壁面１０４１の温度情報を用いてフィードバック制御するようにしてもよい。さらに、発光モニタ機構１０２から受信した信号を処理して、マイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置１００による被処理基板１０７の処理の終点を検出して、マイクロ波電源１０１、電磁コイル１０６、直流電源１０９、高周波電源１１０等の動作を停止するようにしてもよい。

このように構成を備えたマイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置１００において、まずマイクロ波電源１０１からマイクロ波電力を発振し、この発振されたマイクロ波電力は導波管１０３を通ってエッチング処理室１０４まで伝送される。

エッチング処理室１０４上部にはエッチングガスをエッチング処理室１０４の下部に封入するための誘電体窓１０５があり、これを境界として、誘電体窓１０５より下部のエッチング処理室１０４の内部は、真空排気部１１６により排気されて、真空状態に保持されている。

この真空状態に保持されたエッチング処理室１０４の内部に、ガス供給部１１４からガス流量制御部１１５で流量が制御されたエッチング処理ガスが所定の流量で供給された状態で、導波管１０３を伝播したマイクロ波電力が、誘電体窓１０５を透過して、エッチング処理室１０４に導入される。

エッチング処理室１０４の周囲には電磁コイル１０６が配置されている。この電磁コイル１０６によりエッチング処理室１０４の内部に形成される磁場と、誘電体窓１０５を透過してエッチング処理室１０４の内部に導入されマイクロ波電力とにより電子サイクロトロン共鳴が発生する。

このエッチング処理室１０４の内部で発生した電子サイクロトロン共鳴により、図示していないガス導入手段によりエッチング処理室１０４内に導入されたエッチングガスを効率よくプラズマ化することが可能である。

また、エッチング処理室１０４の内部のプラズマの発光状態や、電極１０８に載置されている被処理基板１０７のエッチング処理に伴う発光状態等は、発光モニタ機構１０２によりモニタされる。制御部１２０は、発光モニタ機構１０２からの発光モニタ信号を受けて、被処理基板１０７に対するエッチング処理の終点を検出する。

ここで本実施例との対比として、まず本実施例を適用しない場合の一例を図２に示す。通常、マイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置１００による先立った被処理基板の処理が終了してアイドリング状態に移行した場合、エッチング処理室１０４の内壁面であるリアクタ壁面１０４１の温度(リアクタ壁面温度)２０１は、アイドリング時間２１１，２１３の経過に従って降下していく。

このようにリアクタ壁面１０４１の温度２０１が低下した状態で、次の被処理基板の処理を開始したとすると、製品処理時間２１２，２１４において被処理基板の処理枚数の増加に伴ってリアクタ壁面温度２０１が上昇していく。すなわち、図２に示すように、１枚目の被処理基板の処理時点２０２ではリアクタ壁面温度２０１は最も低く、１０枚目の処理時点２０３ではリアクタ壁面温度２０１は1枚目の処理時点２０２の壁面温度２０１と比較して昇温されており、２５枚目の処理時点２０４ではさらに昇温され、飽和温度２０９にほぼ等しくなる。

このとき、被処理基板のエッチング量が温度に依存しているような場合においては、例えば１枚目の被処理基板のエッチング量２０５は最も低く、１０枚目のエッチング量２０６は１枚目のエッチング量と比較してやや高く、２５枚目の被処理基板のエッチング量２０７は、1枚目のエッチング量２０５と１０枚目のエッチング量２０６よりも更に高くなる、といった現象が見られる。その結果、１枚目と２５枚目の被処理基板のエッチング量に著しい乖離２０８が生じる。

次に、本実施例に係る、処理の流れを、図３に示したフローチャートを用いて説明する。

本実施例は、先立った処理が終了し装置がアイドリング状態となった期間において、所定の平均電力となるように設定されパルス変調された高周波電力によって形成されたプラズマ放電によりリアクタ壁面１０４１の温度を調整する保温放電を行った後、次の被処理基板の処理を始める前に、急速温調放電として、その被処理基板の処理条件に基づいた所定の電力で生成されたプラズマ放電によりリアクタ内壁面を昇温させるようにしたものである。ここで、急速温調放電時に処理室内に導入するガスには何を用いても良いが、このとき特に製品処理条件と同じもしくは近い性質を持つガスを使用した場合、急速温調放電は処理室内の雰囲気調整（シーズニング）も兼ねることができる。

まず、マイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置１００により前のロットの被処理基板のエッチング処理が終了し、この処理が終了した被処理基板がエッチング処理室１０４の内部から搬出されたのち、所定時間が経過すると、エッチング処理室１０４の内部を真空排気部１１６により真空に排気された状態で、制御部１２０でマイクロ波電源１０１を制御して、エッチング処理室１０４の内部でパルス変調された保温放電を開始して、リアクタ壁面１０４１の温度を所定の温度に制御する（Ｓ３０１）。この工程Ｓ３０１を、保温放電工程と呼ぶ。この保温放電工程における放電の開始は、エッチング処理室１０４の内部から被処理基板１０７が搬出された直後が望ましいが、これに限定されるものではない。

また、この保温放電の期間マイクロ波電源１０１から投入するプラズマ生成のための平均高周波電力（以下、平均ソース電力）は、制御部１２０の記憶部１２１に予め登録されている製品処理条件のうち、最も低い平均ソース電力と等しいか、又はそれ以上に設定することが望ましく、かつ制御部１２０の記憶部１２１に予め登録されている製品処理条件のうち、最も高い平均ソース電力を超えないことが望ましい。これは、次に実施する急速温調放電（Ｓ３０２）において、リアクタ壁面１０４１の温度を所定の目標温度範囲に速やかに到達させるためである。

このときの平均ソース電力は、マイクロ波電源１０１から出力されるプラズマ生成のためのソース電力とそのパルス変調のDutyの乗算値に等しい。なお、次に処理される被処理基板の製品処理条件が既知であるような場合は、保温放電工程Ｓ３０１の平均ソース電力は、当該被処理基板の製品処理条件の平均ソース電力と等しくするとなお望ましい。

本実施例における目標温度範囲とは、対象とする被処理基板の製品処理条件で被処理基板を処理したときにリアクタ壁面１０４１が飽和する温度である飽和温度に対して予め設定した許容値の範囲内に収まる温度範囲のことを指す。

保温放電中に次の処理の開始信号をチェックして（Ｓ３０２）、次の処理の開始信号を受信するまでの間は（Ｓ３０２でＮＯの場合）、保温放電工程Ｓ３０１の処理を継続する。

一方、保温放電中に次の処理の開始信号を受信した場合（Ｓ３０２でＹＥＳの場合）、直ちに急速温調放電が開始される（Ｓ３０３）。この工程Ｓ３０３を急速温調放電工程と呼ぶ。ここで、Ｓ３０１の保温放電工程の期間と、Ｓ３０３の急速温調放電工程の期間とを合わせて、アイドリング状態の期間と呼ぶ。

次の被処理基板の処理を始める前に行う急速温調放電工程（Ｓ３０３）においては、リアクタ壁面１０４１の温度が前述の目標温度範囲を超えないようにするために、その被処理基板の製品処理条件の平均ソース電力に設定することにより生成されたプラズマ放電によりリアクタ壁面１０４１を昇温させる。

このように、次の被処理基板１０７の処理を始める前に急速温調放電工程（Ｓ３０３）を行うことにより、次の被処理基板１０７の処理における最初の被処理基板を処理する時点において、リアクタ壁面１０４１の温度が目標温度範囲に入っているので、一連の被処理基板の処理における最初の被処理基板の処理と最後の被処理基板に対して、ほぼ同等の品質で製品処理を行うことができる。

なお、予め、次に処理される被処理基板の製品処理条件が既知であって、保温放電工程Ｓ３０１の平均ソース電力として当該被処理基板の製品処理条件の平均ソース電力と等しくした場合には、この急速調整放電工程Ｓ３０３における平均ソース電力は、保温放電工程Ｓ３０１で設定した平均ソース電力を継続する。

Ｓ３０３において急速温調放電工程を所定の時間実施した後、エッチング処理室１０４内に被処理基板１０７を搬入して（Ｓ３０４）、電極１０８の上に載置する。この状態で制御部１２０で直流電源１０９を作動させて被処理基板１０７を電極１０８に静電吸着させ、真空排気部１１６でエッチング処理室１０４の内部を真空に排気しながらガス供給部１１４からエッチング処理室１０４の内部に処理ガスを供給し、電磁コイル１０６に通電してエッチング処理室１０４の内部に磁場を発生させる。

次に、マイクロ波電源１０１から発振されたマイクロ波電力を導波管１０３を通して誘電体窓１０５からエッチング処理室１０４の内部にマイクロ波電力を供給する。エッチング処理室１０４の内部に形成される磁場と、エッチング処理室１０４の内部に導入されたマイクロ波電力とにより電子サイクロトロン共鳴が発生し、エッチング処理室１０４内に導入されたエッチングガスを効率よくプラズマ化することができる。

この状態で、制御部１２０で制御して高周波電源１１０から電極１０８に印加する高周波電力を調整することにより、電極１０８に載置された被処理基板１０７にプラズマ中から入射するイオンの量（イオン電流）を調整して、被処理基板１０７を処理するのに適した条件で被処理基板１０７に対するプラズマ処理が実施される（Ｓ３０５）。この工程を、製品処理工程と呼ぶ。この製品処理工程Ｓ３０５においては、発光モニタ機構１０２を用いて、プラズマ処理中のプラズマの発光状態をモニタする。この発光モニタ機構１０２により、被処理基板１０７に対するプラズマ処理の終点を検出すると、制御部１２０で制御してプラズマ処理を終了する。

製品処理工程Ｓ３０５を終了した被処理基板１０７は、図示していない搬出手段を用いて、エッチング処理室１０４から搬出される（Ｓ３０６）。

ここで、同じロット内で未処理の被処理基板が有るかを判定し（Ｓ３０７），未処理の被処理基板がある場合は（Ｓ３０７でＹＥＳの場合）、Ｓ３０４に戻ってエッチング処理室１０４内に次の未処理の被処理基板１０７を搬入する。以上の処理を、同じロット内の全ての被処理基板の処理が終了するまで繰り返す。

ロット内の未処理基板がなくなった場合は（Ｓ３０７でＮＯの場合）、次の処理ロットがあるかを判定し（Ｓ３０８）、次の処理ロットがある場合には（Ｓ３０８でＹＥＳの場合）、Ｓ３０１に戻って、次の処理ロットがエッチング処理室１０４に投入されるまでの間の時間、ステップＳ３０１にて保温放電工程を実行する。

一方、次の処理ロットがない場合には（Ｓ３０８でＮＯの場合）、処理を終了する。これら一連の工程は、制御部１２０の記憶部１２１に記憶されたマイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置１００で被処理基板１０７を処理するためのプロクラム及び製品処理条件に基づいて、ＣＰＵ１２３によって制御され、実行される。

上記した実施例においては、Ｓ３０３の急速温調放電工程においてマイクロ波電源１０１からエッチング処理室１０４に投入する平均ソース電力として、次に処理する被処理基板の製品処理条件の平均ソース電力とすると説明したが、温度計測器１１３で計測して得られた保温放電により昇温されたリアクタ壁面１０４１の温度から、目標飽和温度範囲に到達するまでの時間が所定値となるように演算部１２２で演算して求めた値に設定してもよい。

上記の形態で、Ｓ３０１の保温放電工程とＳ３０３の急速温調放電工程のアイドリング状態の時間４１１と、Ｓ３０５の製品処理工程における基板処理の期間４１２における、温度計測器１１３で計測して得られるリアクタ壁面１０４１の温度推移４０１を、図４に示す。

アイドリング状態の時間４１１のうち、Ｓ３０１の保温放電工程を実行する保温放電期間４０４において、リアクタ壁面１０４１は平均温度４０３がある一定の温度になるように調整される。このときのリアクタ壁面１０４１の平均温度４０３は、保温放電期間４０４の際に保温放電工程Ｓ３０１において投入する平均ソース電力により一意に決定される。

このときの平均ソース電力は、制御部１２０に予め登録されている基板処理条件のうち、最も低い平均ソース電力と等しくすることが望ましく、最も低い平均ソース電力よりも高い場合であっても、制御部１２０に予め登録されている基板処理条件のうち、最も高い平均ソース電力を超えないことが望ましい。

保温放電工程（Ｓ３０１）を実行中（アイドリング状態の時間４１１において保温放電期間４０４を実行中）に、時刻Ｔ_０において次の処理の開始信号を受信した場合（Ｓ３０２でＹＥＳの場合）、保温放電期間４０４を終了して直ちに急速温調放電工程（Ｓ３０３）に移り、時刻Ｔ_１までの所定の時間４０５に渡って急速温調放電が実施される。

このとき急速温調放電工程（Ｓ３０３）が実施される時刻Ｔ_０より前に、保温放電工程（Ｓ３０１）において保温放電期間４０４を十分な時間に渡って実行することにより、リアクタ壁面１０４１の温度推移４０１は、平均温度４０３で十分に保温されているため、急速温調放電工程（Ｓ３０３）を実施する時間４０５が必要十分に長ければリアクタ壁面１０４1の温度は速やかに目標温度である飽和温度４０２に到達する。したがって、製品処理工程（Ｓ３０５）中におけるリアクタ壁面１０４１の温度推移４０１は、製品処理開始時刻Ｔ_１の直後から飽和温度４０２に極めて漸近した状態となる。

ここで、急速温調放電工程（Ｓ３０３）を実施する時間４０５は、予め設定された記憶部１２１に記憶された時間でもよいし、演算部１２２において求めた時間でもよい。

演算部１２２において求める方法としては、保温放電工程（Ｓ３０１）において設定した平均温度４０３と被処理基板１０７の製品処理条件に応じたリアクタ壁面１０４１の飽和温度４０２との差と、急速温調放電工程（Ｓ３０３）における放電条件によるリアクタ壁面１０４１の昇温特性に基づいて求める。ここで、製品処理工程（Ｓ３０５）における被処理基板１０７の製品処理条件に応じたリアクタ壁面１０４１の飽和温度４０２と、急速温調放電工程（Ｓ３０３）における放電条件によるリアクタ壁面１０４１の昇温特性は、予め放電条件を振ってプラズマを発生させながら温度計測器１１３で計測して求め、記憶部１２１に記憶しておいた、放電条件とリアクタ壁面１０４１の昇温データとの関係に基づいて求めることができる。

本実施例による効果を図５に示す。図５は、本実施例における、温度計測器１１３で計測して得られたリアクタ壁面１０４１の温度推移５０１と、製品処理工程（Ｓ３０５）において製品処理1枚目の被処理基板１０７のエッチング量５０５、製品処理１０枚目の被処理基板１０７のエッチング量５０６、製品処理２５枚目の被処理基板１０７のエッチング量５０７を示したものである。

前述のとおり、本実施例によれば、アイドリング状態の時間４１１中に保温放電工程（Ｓ３０１）によりリアクタ壁面１０４１の温度を一定温度に保持しておき、製品処理開始直前に急速温調放電工程（Ｓ３０３）を実施することで、製品処理1枚目時点のリアクタ壁面１０４１の温度５０２は、製品処理条件の飽和温度５０９に極めて漸近する。

そのため、製品処理1枚目時点のリアクタ壁面１０４１の温度５０２と、製品処理１０枚目時点のリアクタ壁面１０４１の温度５０３と、製品処理２５枚目時点のリアクタ壁面１０４１の温度５０４の差は、本実施例を適用しない場合に比較して極めて小さくなる。このとき、被処理基板１０７のエッチング量が温度に依存しているような場合においては、1枚目のエッチング量５０５と２５枚目のエッチング量５０７の差５０８が、本実施例を適用しない場合に比較して極めて小さくなる。

以上に説明したように、本実施例によれば、プラズマ処理装置を用いて複数の基板をロット処理中に、チャンバ壁面の温度がプラズマ入熱により変化することでロット処理における初期の温度がロット処理における飽和温度と顕著に乖離することにより、同一ロット内でエッチングレートなどに差が生じ、歩留まりの低下を招くという現象を防止することができるようになった。

すなわち、本実施例によれば、被処理基板のロットの処理開始時点のリアクタ壁面１０４１の温度を、当該被処理基板ロットの製品処理条件で処理を続けたときに到達するリアクタ壁面１０４１の飽和温度近くまで温調することができ、ロット内のエッチングレートの温度依存に起因するばらつきを抑えることができ、エッチング処理における歩留まりを高い状態で安定して維持することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００ マイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置
１０１ マイクロ波電源
１０２ 発光モニタ機構
１０３ 導波管
１０４ エッチング処理室
１０５ 誘電体窓
１０６ 電磁コイル
１０７ 被処理基板
１０８ 電極
１０９ 直流電源
１１０ 高周波電源
１１１ 高周波フィルタ回路
１１２ マッチング回路
１１３ 温度計測器
１２０ 制御部

Claims (9)

1. 試料がプラズマ処理される処理室と、
   プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、
   単数の前記試料のプラズマ処理または複数の前記試料のプラズマ処理であるロット処理とロット処理の間であるアイドリングの期間、パルス変調された前記高周波電力により生成されたプラズマを用いて前記処理室の内壁の温度を所望の温度にする第一の処理を行う制御が実行される制御装置と
   を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
   前記制御装置は、前記第一の処理後、前記処理室の内壁の温度を前記所望の温度より高い温度にする第二の処理を行う制御を実行することを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
   前記パルス変調された高周波電力と前記パルス変調のデューティー比との積である平均高周波電力は、前記ロット処理のプラズマ処理条件に規定された高周波電力を基に求められた値であることを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 請求項３に記載のプラズマ処理装置において、
   前記第二の処理に用いられるプラズマを生成するための高周波電力は、前記ロット処理のプラズマ処理条件に規定された高周波電力と同じであることを特徴とするプラズマ処理装置。
5. プラズマを用いて試料を処理室にて処理するプラズマ処理方法において、
   単数の前記試料のプラズマ処理または複数の前記試料のプラズマ処理であるロット処理とロット処理の間であるアイドリングの期間、パルス変調された高周波電力により生成されたプラズマを用いて前記処理室の内壁の温度を所望の温度にする第一の工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
6. 請求項５に記載のプラズマ処理方法において、
   前記第一の工程後、前記処理室の内壁の温度を前記所望の温度より高い温度にする第二の工程をさらに有することを特徴とするプラズマ処理方法。
7. 請求項６に記載のプラズマ処理方法において、
   前記パルス変調された高周波電力と前記パルス変調のデューティー比との積である平均高周波電力は、前記ロット処理のプラズマ処理条件に規定された高周波電力を基に求められた値であることを特徴とするプラズマ処理方法。
8. 請求項７に記載のプラズマ処理方法において、
   前記第二の工程に用いられるプラズマを生成するための高周波電力は、前記ロット処理のプラズマ処理条件に規定された前記高周波電力と同じであることを特徴とするプラズマ処理方法。
9. 請求項８に記載のプラズマ処理方法において、
   前記第二の工程の時間は、前記第一の工程の時間より短いことを特徴とするプラズマ処理方法。

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