JPH08158071A - プラズマプロセス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 同一ロット内でエッチングレート及び選択比
等が均一であるプラズマプロセス装置を提供する。 【構成】 搬送装置は載置台６に設けられた吸着装置７
の動作停止から所定時間経過後に被処理物Ｓの搬送を開
始し、吸着装置７及び制御装置10は搬送装置が起動する
タイミングを調整する調整装置として動作するようにな
っている。外部記憶装置20は、処理室３の温度上昇テー
ブル、温度下降テーブル、プラズマの生成時間，ガス流
量及び吸着装置７の作動時間等の処理条件、及びタクト
タイムが記憶されている。制御装置10は当該処理条件及
び外部記憶装置20に記憶された情報に基づいて、被処理
物Ｓの搬送を開始すべき搬送開始温度を算出し、検出器
８の検出温度が搬送開始温度まで下降したとき、吸着装
置７の動作を停止して被処理物Ｓの搬送を開始させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを用いて半導
体ウェハ等の被処理物を処理するプラズマプロセス装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを用いて半導体ウェハ等の被処
理物を処理するプラズマプロセス装置にあっては、設計
に応じた処理結果を得るために種々の処理条件を至適に
することが重要である。

【０００３】特開昭62−219924号公報には、加熱装置で
被処理物を所定の初期温度まで昇温させておき、エッチ
ング中に上昇する被処理物の温度を至適温度に保つた
め、被処理物の温度を検出する検出器の検出温度に基づ
いて、冷却装置が被処理物の背面をヘリウムで冷却する
プラズマプロセス装置が記載されている。

【０００４】一方、被処理物上に形成されるレジストパ
ターンの相違によってプラズマ処理される処理面積が異
なり、該処理面積に応じて被処理物の表面での反応熱が
変化してその表面の上昇温度が変化する。この点に着目
して、特開平 5−129238号公報には、電子線又はイオン
ビーム等を探針として検出した被処理物の表面画像に基
づいて、画像処理により前記処理面積を推定し、推定し
た処理面積，被処理物の熱伝導率及び厚さ，エッチング
時のガス圧並びにパラメータ等に基づいて上昇温度を算
出し、算出した上昇温度及び初期温度から算出される到
達温度が、レジスト変形等のエッチング障害が生じない
最高温度以下となるように初期温度を設定するプラズマ
プロセス装置が記載されている。

【０００５】これらのプラズマプロセス装置にあって
は、同じ処理条件で複数回の操作を行って１ロットの被
処理物をプラズマ処理する場合、予め設定された予熱時
間だけプラズマを生成して処理室を予熱する。余熱時間
が経過すると、プラズマの生成を停止して被処理物を処
理室に搬入し、前記処理条件でプラズマ処理を行って再
びプラズマの生成を停止し、処理済の被処理物を搬出し
て未処理の被処理物を搬入し、前同様にプラズマ処理す
る操作を所定の間隔で繰り返していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】プラズマプロセス装置
の処理室内の温度は、プラズマが生成されている間は該
プラズマのエネルギによって上昇し、プラズマの生成を
停止すると下降する。そして、上昇・下降を繰り返しな
がら処理室内の温度はある温度範囲に収束して安定す
る。そのため、従来のプラズマプロセス装置にあって
は、処理室内の温度範囲が安定するまで、処理の都度、
処理室内の温度範囲が変化するため、エッチング性能に
ばらつきが発生し、同一ロット内でエッチングレート及
び選択比等がばらつくという問題があった。

【０００７】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは処理を開始するとき
の処理室の処理開始温度と次の処理を開始するときの処
理室の次処理開始温度とが略同じになるように、被処理
物の搬送を開始するタイミングを調整する手段を備える
ことによって、同一ロット内でエッチングレート及び選
択比等が均一であるプラズマプロセス装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１発明に係るプラズマ
プロセス装置は、処理室内に搬送された被処理物を所定
の処理条件で生成したプラズマを用いて処理するプラズ
マプロセス装置において、前記処理室の温度を検出する
検出器と、種々の処理条件における前記処理室の温度変
化が予め記憶された記憶装置と、記憶された温度変化，
当該処理条件，被処理物の搬送時間及び前記検出器が検
出した温度に基づいて、前記処理を開始するときの処理
室の処理開始温度と次の処理を開始するときの処理室の
次処理開始温度とが略同じになるように、被処理物の搬
送を開始するタイミングを調整する調整装置とを備える
ことを特徴とする。

【０００９】第２発明に係るプラズマプロセス装置は、
第１発明において、前記調整装置は、前記処理開始温度
として適当な温度を設定する手段と、設定された温度に
基づいて搬入開始温度を算出する手段と、算出された搬
入開始温度に基づいて次処理開始温度を算出する手段
と、算出された次処理開始温度が設定された温度と略同
じであるか否かを判断する手段と、次処理開始温度が設
定された温度でなかった場合、設定された温度を変更す
る手段と、次処理開始温度が設定された温度と略同じで
あった場合の搬入開始温度に基づいて、前記検出器の検
出温度が該搬送開始温度まで下降したときに被処理物の
搬送を開始させる手段とを具備することを特徴とする。

【００１０】

【作用】図３はプラズマ処理を行う処理室内の温度とエ
ッチングレートとの関係を示すグラフであり、縦軸はエ
ッチングレートを、また横軸は処理室内の温度をそれぞ
れ示している。図３から明らかな如く、処理室内の温度
が上昇するに従ってエッチングレートが直線的に低下し
ており、処理室内の温度とエッチングレートとの間には
一定の関係があることを知見した。

【００１１】エッチングレートが変化するということ
は、エッチング反応が起こっている被処理物の表面にお
けるデポジションの進行速度とエッチングの進行速度と
のバランスが崩れていることを示している。図３より、
プラズマ処理を行う場合に処理室内の温度を一定の範囲
に調整して反応エネルギを制御し、両進行速度を一定に
し得ることが判明した。

【００１２】前述した如く、処理室の温度はプラズマを
生成すると上昇し、プラズマ処理が終了して被処理物を
交換すべくプラズマの生成を停止すると下降する。この
とき処理室の温度は、プラズマ生成の停止時が極大であ
り、交換が終了してプラズマ処理の開始時が極小であ
る。この操作を所定の間隔で繰り返すと、上昇・下降を
繰り返しながら処理室の温度はある温度範囲に収束して
安定する。

【００１３】処理室の温度の上昇は原料ガス及び反応ガ
スの流量並びにプラズマ生成時間等の処理条件によって
定まり、下降はプラズマの生成を停止してから被処理物
の搬送を開始するまでの時間及び被処理物の搬送に要す
る時間であるタクトタイムによって定まる。一方、タク
トタイムは各プラズマプロセス装置に固有の時間が定ま
っている。従って、その処理条件でプラズマを生成して
停止した場合の処理室の温度変化を予め測定しておき、
測定された温度変化，プラズマの生成時間及びタクトタ
イム等に基づいて、処理室の温度が安定したときのプラ
ズマ処理の処理開始温度を求めることができる。

【００１４】本発明のプラズマプロセス装置にあって
は、検出器は処理室の温度を検出し、その検出温度を調
整装置に与える。一方、記憶装置には種々の処理条件に
おける処理室の温度変化が予め記憶されている。被処理
物の搬送を開始するタイミングを調整する調整装置は、
処理を開始するときの処理室の処理開始温度として適当
な温度を設定し、設定された温度並びに当該処理条件に
おけるプラズマ生成時間及び処理室の温度変化に基づい
て搬入開始温度を算出する。

【００１５】調整装置は、算出された搬入開始温度，プ
ラズマの生成が停止してから次にプラズマが生成される
までの時間及び処理室の温度変化に基づいて次処理開始
温度を算出し、算出された次処理開始温度が設定された
温度と略同じであるか否かを判断して、次処理開始温度
が設定された温度になるまで、設定された温度を変更す
る。そして、次処理開始温度が設定された温度と略同じ
になると調整装置は、その搬入開始温度に基づいて、前
記検出器の検出温度が該搬送開始温度まで下降したとき
に被処理物の搬送を開始させる。これによって、処理を
開始するときの処理室の処理開始温度と次の処理を開始
するときの処理室の次処理開始温度とが略同じになり、
同じ処理条件で複数回の操作を行っても、処理室の温度
範囲は略同じになる。

【００１６】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て具体的に説明する。図１は本発明に係るプラズマプロ
セス装置の一例を示す模式的側断面図であり、電子サイ
クロトロン共鳴（ＥＣＲ）励起によりプラズマを生成さ
せるものである。円筒形のプラズマ生成室１の上端は石
英ガラス板のマイクロ波導入窓1aによって封止された上
部壁が設けてあり、また下端は前記マイクロ波導入窓1a
と対向する位置に円形のプラズマ引出窓1bが開設された
下部壁が設けてある。プラズマ生成室１の側壁はその内
部に冷却水を通流する通流路４が形成されており、通流
路４には給水管4c及び排水管4dが連結してある。また、
プラズマ生成室１の上部壁には、原料ガスを供給するガ
ス供給管1cが連結してある。

【００１７】プラズマ生成室１のマイクロ波導入窓1aに
は他端を図示しない高周波発振器に接続した導波管２の
一端が接続してあり、またプラズマ生成室１には前記プ
ラズマ引出窓1bに臨ませて処理室３が設けてある。プラ
ズマ生成室１の周囲及びこれに接続した導波管２の一部
にわたってこれらを取り囲むようにこれらと同心状に励
磁コイル９が配設してある。一方、処理室３内にはクラ
ンパー，静電チャック等の吸着装置７が設けてある載置
台６が配設してあり、該載置台６上にはウェハ等の被処
理物Ｓが着脱可能に載置されている。

【００１８】処理室３の側壁には反応ガスを供給するガ
ス供給管3cが連結してあり、処理室３の下部壁には前記
載置台６と対向して排気口3aが開設してある。そして、
吸着装置７を起動すると共に、排気口3aから排気してプ
ラズマ生成室１及び処理室３内を所要の真空度にした
後、ガス供給管1c，3cから原料ガス及び反応ガスをそれ
ぞれ所定の流量で供給し、励磁コイル９にて磁界を形成
しつつ、プラズマ生成室１内にマイクロ波を導入して原
料ガスをＥＣＲ励起してプラズマを生成する。生成した
プラズマを、励磁コイル９によって形成され処理室３に
向かうに従い磁束密度が低下する発散磁界によって処理
室３内の載置台６周辺に導き、供給された反応ガスを励
起して処理室３を予熱した後、マイクロ波の導入，原料
ガス及び反応ガスの供給，並びに発散磁界の形成が停止
される。

【００１９】一方、処理室３の側壁には該処理室３の温
度を検出する検出器８が埋設してあり、該検出器８の検
出温度は吸着装置７の動作を制御する制御装置10に与え
られる。制御装置10は後述する如く、外部記憶装置20に
記憶されている情報に基づいて被処理物Ｓの搬送を開始
すべき温度を算出しており、処理室３の予熱が終了する
と、制御装置10は検出器８から与えられた検出温度が前
記温度まで下降したとき、吸着装置７の動作を停止す
る。

【００２０】処理室３には、複数の被処理物Ｓが搬入さ
れ処理室３と同じ気圧に減圧された予備室が連設してあ
り、予備室には該予備室と処理室３内の載置台６との間
で被処理物Ｓを搬送する搬送装置（共に図示せず）が配
設してある。搬送装置は載置台６に設けられた吸着装置
７の動作停止から所定時間経過後に被処理物Ｓの搬送を
開始するようになっている。即ち、吸着装置７及び制御
装置10は搬送装置が起動するタイミングを調整する調整
装置として動作するようになっている。

【００２１】予熱終了後に吸着装置７の動作停止して被
処理物Ｓの搬送が開始されてそれが終了すると、制御装
置10によって吸着装置７が起動されて該吸着装置７に被
処理物Ｓが吸着されると共に、所定の処理条件となるよ
うにマイクロ波の導入，原料ガス及び反応ガスの供給，
並びに発散磁界の形成が再開され、生成したプラズマに
よって載置台６上の被処理物Ｓが処理される。そして、
予備室内の被処理物Ｓの処理が完了するまで前記操作が
繰り返される。

【００２２】図２は図１に示した制御装置10及び外部記
憶装置20の構成を示すブロック図である。外部記憶装置
20は、種々の処理条件でプラズマを生成し、各処理条件
における処理室の温度上昇を経時的に測定した結果をそ
れぞれ記憶した温度上昇テーブル21と、各々の処理条件
でプラズマの生成を停止した後の処理室の温度下降を経
時的に測定した結果をそれぞれ記憶した温度下降テーブ
ル22と、プラズマの生成時間，ガス流量及び吸着装置の
作動時間等，複数の処理条件を記憶した処理条件記憶部
23と、プラズマ処理が終了し被処理物の搬送が行われて
次のプラズマ処理が開始されるまでの時間であるタクト
タイムが記憶されている装置条件テーブル24とを備えて
いる。

【００２３】図４はプラズマの生成・生成停止による処
理室の温度変化の一例を示すグラフであり、縦軸は処理
室の温度を、横軸は時間をそれぞれ示している。また、
図５及び図６はそれぞれ温度上昇テーブル及び温度下降
テーブルである。例えば、図７のような処理条件に従っ
てプラズマを生成すると、図４の如く、処理室の温度は
プラズマの生成初期で急激に、その後は徐々に所定温度
まで上昇する。そして、プラズマの生成を停止すると、
停止初期は急激に、その後は徐々に元の温度まで下降す
る。このような、処理室の温度上昇・温度下降を、種々
の処理条件で測定し、図５及び図６の如き、温度上昇テ
ーブル及び温度下降テーブルとする。

【００２４】制御装置10の入力部11には検出器８（図１
参照）から処理室の検出温度が与えられるようになって
おり、入力部11はそれを吸着装置の動作を制御する制御
部12に与える。制御部12には上位計算装置（図示せず）
から当該処理条件を示す信号が与えられるようになって
おり、制御部12は該信号に基づいて主記憶部14に、外部
記憶装置20の温度上昇テーブル21及び温度下降テーブル
22から、当該処理条件での処理室の温度上昇情報及び温
度下降情報を読み込み、また処理条件記憶部23から当該
処理条件情報を読み込み、更に装置条件テーブル24から
タクトタイムを読み込む。

【００２５】主記憶部14に各情報が読み込まれると、算
出部13はそれらの情報に基づいて、後述する如く、被処
理物Ｓの搬送を開始すべき処理室の温度である搬送開始
温度を算出し、それを制御部12に与える。また、算出部
13は主記憶部14に読み込んだ情報に基づいて当該処理条
件における吸着装置７の作動時間を算出し、それをタイ
マ16に設定する。一方、タイマ16には処理室を予熱する
ときの吸着装置７の作動時間が予め設定されており、制
御部12に予熱開始指令が与えられると、制御部12はタイ
マ16の前記作動時間をスタートさせると共に、出力部15
を介して吸着装置７を起動する。

【００２６】タイマ16から予熱作動時間が経過信号が与
えられると、制御部12は入力部11から与えられる検出温
度と算出部13から与えられた搬送開始温度とを比較し、
検出温度が略搬送開始温度まで下降したとき、出力部15
を介して吸着装置の動作を停止する。これによって、前
述した如く搬送装置が起動され、吸着装置上に被処理物
Ｓが搬送される。

【００２７】そして、搬送が終了したタイミングでプラ
ズマ処理が開始されると共に、タイマ16がスタートさ
れ、当該処理条件に基づいて設定された作動時間が経過
すると、プラズマ処理が終了されると共に、制御部12は
出力部15を介して吸着装置７の動作を停止させる。吸着
装置７の動作が停止されて所定時間経過すると、搬送装
置は処理済の被処理物Ｓを搬出し、未処理の被処理物Ｓ
を搬入すべく起動するが、このとき処理室３の温度は搬
送開始温度になっている。なお、もし処理室３の温度が
搬送開始温度になっていない場合、制御部12は略搬送開
始温度まで下降するまで出力部15を介して吸着装置７を
作動させ続ける。

【００２８】図８は図２に示した算出部13による搬送開
始温度の算出手順を示すフローチャートである。算出部
13は主記憶部14に読み込まれた情報に基づいて、プラズ
マが生成されている時間である温度上昇時間ｔ_u を、ま
たタクトタイムである温度下降時間ｔ_d をそれぞれ算出
する（ステップＳ１）。また、算出部13は主記憶部14に
読み込まれた温度上昇情報及び温度下降情報の各データ
を直線近似して温度上昇曲線Ｌ_u 及び温度下降曲線Ｌ_d
を作成する（ステップＳ２）。

【００２９】そして、算出部13はプラズマ処理を開始す
るときの処理室の温度である開始温度として適当な仮定
温度Ｔ_e を設定し（ステップＳ３）、設定した仮定温度
Ｔ_e，温度上昇曲線Ｌ_u 及び温度上昇時間ｔ_u に基づい
て搬送開始温度Ｔ_s を算出し（ステップＳ４）、また算
出した搬送開始温度Ｔ_s ，温度下降曲線Ｌ_d 及び温度下
降時間ｔ_d に基づいて、次のプラズマ処理を開始すると
きの処理開始温度Ｔ_Eを求める。

【００３０】図９は温度上昇曲線Ｌ_u 及び温度下降曲線
Ｌ_d と仮定温度Ｔ_e ，搬送開始温度Ｔ_s 及び処理開始温
度Ｔ_E とを示すグラフであり、搬送開始温度Ｔ_s 及び処
理開始温度Ｔ_E の算出を説明するためのものである。な
お図中、縦軸は温度を、また横軸は時間をそれぞれ示し
ている。図９から明らかな如く、搬送開始温度Ｔ_s は温
度上昇曲線Ｌ_u において仮定温度Ｔ_e から温度上昇時間
ｔ_u 経過後の温度として算出され、処理開始温度Ｔ_E は
温度下降曲線Ｌ_d において搬送開始温度Ｔ_s から温度下
降時間ｔ_d 経過後の温度として算出される。

【００３１】図８に示した如く、算出部13は仮定温度Ｔ
_e と処理開始温度Ｔ_E とを比較して両者が略同じ温度で
あるか否かを判断し（ステップＳ６）、略同じ温度でな
い場合、算出部13は次の（１）式に基づいて仮定温度Ｔ
_e を修正する（ステップＳ７）。そして、ステップＳ４
に戻って前同様に搬送開始温度Ｔ_s 及び処理開始温度Ｔ
_E を算出し、ステップＳ６において仮定温度Ｔ_e と処理
開始温度Ｔ_E とが略同じ温度であると判断されるまで、
これを繰り返す。ステップＳ６において仮定温度Ｔ_e と
処理開始温度Ｔ_E とが略同じ温度であると判断される
と、そのときの搬送開始温度Ｔ_s を制御部13へ出力する
（ステップＳ８）。 Ｔ_e ←（Ｔ_e ＋Ｔ_E ）／２ …（１）

【００３２】次に比較試験を行った結果について説明す
る。図11は従来のプラズマプロセス装置によって複数回
のプラズマ処理が行われた場合の処理室の温度を測定し
た結果を示すグラフであり、図10は本発明に係るプラズ
マプロセス装置によって複数回のプラズマ処理が行われ
た場合の処理室の温度を測定した結果を示すグラフであ
る。なお、どちらの場合も、処理室内の温度が略定常温
度になるようにダミーの被処理物を所定時間プラズマ処
理するシーズニングを行っている。

【００３３】図11の如く、従来のプラズマプロセス装置
にあっては、プラズマ処理開始の開始温度がそれぞれ異
なっているため、各プラズマ処理中の処理室の温度範囲
が異なっている。一方、図10の如く、本発明に係るプラ
ズマプロセス装置にあっては、プラズマ処理開始の開始
温度が略同じであるため、各プラズマ処理中の処理室の
温度範囲が略同じである。

【００３４】図12及び図13は従来のプラズマプロセス装
置及び本発明に係るプラズマプロセス装置によって複数
回のエッチングを行った場合のエッチングレートの変化
及び選択比の変化をそれぞれ示すグラフであり、図中、
●印は本発明に係る装置の場合を、また○印は従来の装
置の場合をそれぞれ示している。両図12，13から明らか
な如く、従来のプラズマプロセス装置にあっては、複数
回の処理の初期において、エッチングレート，選択比共
にばらつきが大きい。一方、本発明に係るプラズマプロ
セス装置にあっては、複数回の処理の初期から、エッチ
ングレート，選択比共に略一定である。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明に係るプラズ
マプロセス装置にあっては、複数回のプラズマ処理操作
の初期から、エッチングレート，選択比等が略一定であ
るため、同一ロットの品質が一定であり、歩留まりが高
い等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマプロセス装置の一例を示
す模式的側断面図である。

【図２】図１に示した制御装置及び外部記憶装置の構成
を示すブロック図である。

【図３】プラズマ処理を行う処理室内の温度とエッチン
グレートとの関係を示すグラフである。

【図４】プラズマの生成・生成停止による処理室の温度
変化の一例を示すグラフである。

【図５】温度上昇テーブルである。

【図６】温度下降テーブルである。

【図７】処理条件の一例を示すテーブルである。

【図８】図２に示した算出部による搬送開始温度の算出
手順を示すフローチャートである。

【図９】温度上昇曲線Ｌ_u 及び温度下降曲線Ｌ_d と仮定
温度Ｔ_e ，搬送開始温度Ｔ_s 及び処理開始温度Ｔ_E とを
示すグラフである。

【図１０】本発明に係るプラズマプロセス装置によって
複数回のプラズマ処理が行われた場合の処理室の温度を
測定した結果を示すグラフである。

【図１１】従来のプラズマプロセス装置によって複数回
のプラズマ処理が行われた場合の処理室の温度を測定し
た結果を示すグラフである。

【図１２】従来のプラズマプロセス装置及び本発明に係
るプラズマプロセス装置によって複数回のエッチングを
行った場合のエッチングレートの変化をそれぞれ示すグ
ラフである。

【図１３】従来のプラズマプロセス装置及び本発明に係
るプラズマプロセス装置によって複数回のエッチングを
行った場合の選択比の変化をそれぞれ示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ プラズマ生成室 ３ 処理室 ６ 載置台 ７ 吸着装置 ８ 検出器 １０ 制御装置 １２ 制御部 １３ 算出部 １４ 主記憶部 ２０ 外部記憶装置 ２１ 温度上昇テーブル ２２ 温度下降テーブル ２３ 処理条件記憶部 ２４ 装置条件テーブル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室内に搬送された被処理物を所定の
   処理条件で生成したプラズマを用いて処理するプラズマ
   プロセス装置において、 前記処理室の温度を検出する検出器と、種々の処理条件
   における前記処理室の温度変化が予め記憶された記憶装
   置と、記憶された温度変化，当該処理条件，被処理物の
   搬送時間及び前記検出器が検出した温度に基づいて、前
   記処理を開始するときの処理室の処理開始温度と次の処
   理を開始するときの処理室の次処理開始温度とが略同じ
   になるように、被処理物の搬送を開始するタイミングを
   調整する調整装置とを備えることを特徴とするプラズマ
   プロセス装置。
2. 【請求項２】 前記調整装置は、前記処理開始温度とし
   て適当な温度を設定する手段と、設定された温度に基づ
   いて搬入開始温度を算出する手段と、算出された搬入開
   始温度に基づいて次処理開始温度を算出する手段と、算
   出された次処理開始温度が設定された温度と略同じであ
   るか否かを判断する手段と、次処理開始温度が設定され
   た温度でなかった場合、設定された温度を変更する手段
   と、次処理開始温度が設定された温度と略同じであった
   場合の搬入開始温度に基づいて、前記検出器の検出温度
   が該搬送開始温度まで下降したときに被処理物の搬送を
   開始させる手段とを具備する請求項１記載のプラズマプ
   ロセス装置。