KR20120112203A - 온도 제어 방법 및 플라즈마 처리 시스템 - Google Patents

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KR20120112203A
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타츠오 마츠도
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 웨이퍼(W)의 온도를 정밀도 좋게 제어한다.
(해결 수단) 웨이퍼(W)의 이면막의 종류의 측정 결과를 취득하는 취득 스텝과, 챔버 내에 투입되는 파워와 이면막의 종류와 웨이퍼(W)의 온도를 대응지어 기억한 제1 데이터 베이스(330)로부터, 상기 측정 결과인 웨이퍼(W)의 이면막의 종류와, 상기 웨이퍼(W)를 처리하기 위해 투입되는 파워에 대응한 웨이퍼(W)의 온도를 선택하는 선택 스텝과, 상기 선택된 웨이퍼(W)의 온도에 기초하여, 상기 웨이퍼(W)의 온도를 조정하는 조정 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법이 제공된다.

Description

온도 제어 방법 및 플라즈마 처리 시스템{TEMPERATURE CONTROLLING METHOD AND PLASMA PROCESSING SYSTEM}
본 발명은, 온도 제어 방법 및 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다. 특히, 피처리체를 가공할 때의 온도 제어에 관한 것이다.
예를 들면, 반도체 웨이퍼에 에칭이나 성막 등을 시행하는 경우, 웨이퍼의 온도 제어는, 웨이퍼의 성막 레이트나 에칭 레이트에 관여하여, 웨이퍼에 형성되는 막의 성질이나 홀의 형상 등에 영향을 준다. 따라서, 웨이퍼의 온도 제어의 정밀도를 높이는 것은, 웨이퍼의 가공 정밀도를 높이고, 수율을 양호하게 하며, 생산성을 향상시키기 위해 매우 중요하다.
그 때문에, 종래부터, 저항 온도계나 웨이퍼 이면의 온도를 측정하는 형광식 온도계 등을 이용한 웨이퍼의 온도 측정 방법이 제안되어 있다. 특허문헌 1에는, 광원과, 광원으로부터의 빛을 측정광과 참조광으로 나누기 위한 스플리터와, 스플리터로부터의 참조광을 반사시켜, 상기 반사하는 참조광의 광로 길이를 변화시키는 가동 미러와, 측정광을 웨이퍼에 조사하여, 웨이퍼를 반사한 측정광과 상기 참조광과의 간섭 상태에 기초하여, 웨이퍼의 온도를 측정하는 방법이 개시되어 있다.
측정된 웨이퍼의 온도는, 서셉터에 설치된 냉각관에 흘리는 냉매의 온도, 서셉터에 설치된 히터의 온도 및, 웨이퍼와 서셉터 사이에 흘리는 전열 가스의 압력에 의해 변화한다. 따라서, 측정된 웨이퍼의 온도, 냉매의 온도, 히터의 온도 및 전열 가스의 압력의 관계에 기초하여, 웨이퍼의 온도를 소망하는 온도로 하기 위해, 냉매의 온도, 히터의 온도 및 전열 가스의 압력을 어느 정도로 제어하면 좋을지를 결정하고 있었다.
일본공개특허공보 2010-199526호
그러나, 측정된 웨이퍼의 온도는, 웨이퍼의 이면막에 의해서도 변화한다. 따라서, 웨이퍼의 이면의 상태를 고려하지 않고, 냉매의 온도, 히터의 온도 및 전열 가스의 압력을 제어하는 것만으로는, 웨이퍼의 온도를 반드시 소망하는 온도로는 할 수 없었다. 이에 따라, 반드시 예정대로의 프로세스 결과를 얻을 수는 없었다.
상기 과제에 대하여, 본 발명의 목적으로 하는 바는, 피처리체의 온도를 정밀도 좋게 제어하는 것이 가능한, 온도 제어 방법 및 플라즈마 처리 시스템을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 어느 관점에 의하면, 피처리체의 이면막의 종류의 측정 결과를 취득하는 취득 스텝과, 챔버 내에 투입되는 파워와 이면막의 종류와 피처리체의 온도를 대응지어 기억한 제1 데이터 베이스로부터, 상기 측정 결과인 피처리체의 이면막의 종류와, 상기 피처리체를 처리하기 위해 투입되는 파워에 대응한 피처리체의 온도를 선택하는 선택 스텝과, 상기 선택된 피처리체의 온도에 기초하여, 상기 피처리체의 온도를 조정하는 조정 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법이 제공된다.
상기 조정 스텝은, 상기 선택된 피처리체의 온도에 기초하여, 냉각 기구 및 가열 기구를 제어해도 좋다.
상기 선택 스텝은, 피처리체의 이면에 흘리는 전열 가스의 압력과 피처리체의 온도를 대응지어 기억한 제2 데이터 베이스로부터, 상기 선택된 피처리체의 온도에 대응한 전열 가스의 압력을 선택하고, 상기 조정 스텝은, 상기 선택된 전열 가스의 압력에 기초하여, 상기 피처리체의 이면에 흘리는 전열 가스를 조정해도 좋다.
종류가 상이한 이면막을 갖는 피처리체에 대하여, 상기 챔버 내에 투입되는 파워에 따른 피처리체의 온도를 비접촉 온도계에 의해 측정하고, 측정된 피처리체의 온도를 상기 이면막의 종류 및 상기 파워에 대응지어 상기 제1 데이터 베이스에 격납하는 격납 스텝을 포함해도 좋다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 내부에서 피처리체에 플라즈마 처리를 시행하는 챔버를 구비한 플라즈마 처리 시스템으로서, 피처리체의 이면막의 종류의 측정 결과를 취득하는 취득부와, 챔버 내에 투입되는 파워와 이면막의 종류와 피처리체의 온도를 대응지어 기억한 제1 데이터 베이스로부터, 상기 측정 결과인 피처리체의 이면막의 종류와, 상기 피처리체를 처리하기 위해 투입되는 파워에 대응한 피처리체의 온도를 선택하는 선택부와, 상기 선택된 피처리체의 온도에 기초하여, 상기 피처리체의 온도를 조정하는 조정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템이 제공된다.
상기 플라즈마 처리 시스템은, 피처리체를 올려놓는 서셉터에 설치된 냉각 기구 및 가열 기구를 추가로 구비하고, 상기 조정부는, 상기 선택된 피처리체의 온도에 기초하여, 상기 냉각 기구 및 가열 기구를 제어해도 좋다.
상기 선택부는, 피처리체의 이면에 흘리는 전열 가스의 압력과 피처리체의 온도를 대응지어 기억한 제2 데이터 베이스로부터, 상기 선택된 피처리체의 온도에 대응한 전열 가스의 압력을 선택하고, 상기 조정부는, 상기 선택된 전열 가스의 압력에 기초하여, 상기 피처리체의 이면에 흘리는 전열 가스를 조정해도 좋다.
상기 플라즈마 처리 시스템은, 피처리체를 올려놓는 서셉터에 설치된 전열 가스 공급 기구를 추가로 구비하고, 상기 조정부는, 상기 선택된 전열 가스의 압력에 기초하여, 상기 전열 가스 공급 기구를 제어해도 좋다.
상기 플라즈마 처리 시스템은, 피처리체를 위치 결정하는 위치 맞춤 기구와, 상기 위치 맞춤 기구에 올려놓여진 피처리체의 이면막의 종류를 광학적으로 측정하는 측정부를 추가로 구비해도 좋다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 피처리체의 온도를 정밀도 좋게 제어하는 것이 가능한, 온도 제어 방법 및 플라즈마 처리 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 종단면도이다.
도 3은 일 실시 형태에 따른 제어 장치의 기능 구성도이다.
도 4는 일 실시 형태에 따른 이면막 종류와 온도 변화와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 일 실시 형태에 따른 제1 데이터 베이스이다.
도 6은 일 실시 형태에 따른 제2 데이터 베이스이다.
도 7은 일 실시 형태에 따른 온도 제어를 나타낸 플로우 차트이다.
도 8은 일 실시 형태의 변형예에 따른 온도 제어를 나타낸 플로우 차트이다.
도 9는 일 실시 형태에 따른 온도계의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 일 실시 형태에 따른 주파수 해석 및 온도 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
이하에서는, 우선, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 시스템, 플라즈마 처리 장치, 제어 장치의 각 구성에 대해서 설명하고, 그 후, 본 실시 형태에 따른 온도 제어, 본 실시 형태의 변형예에 따른 온도 제어에 대해서 순서대로 설명한다.
[플라즈마 처리 시스템의 전체 구성]
맨처음에, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 전체 구성에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 전체 구성도이다.
플라즈마 처리 시스템(10)은, 제1 프로세스십(PS1), 제2 프로세스십(PS2), 반송 유닛(TR), 위치 맞춤 기구(AL) 및 로드 포트(LP1?LP4)를 갖고 있다.
제1 프로세스십(PS1)은, 프로세스 모듈(PM1) 및 로드록 모듈(LM1)을 갖고 있다. 제2 프로세스십(PS2)은, 프로세스 모듈(PM2) 및 로드록 모듈(LM2)을 갖고 있다. 로드록 모듈(LM1, LM2)은, 그 양단에 설치된 게이트 밸브(V)의 개폐에 의해 내부 압력을 조정하면서, 각 반송 아암(Arma, Armb)에 파지된 웨이퍼(W)를 각 프로세스 모듈(PM) 및 반송 유닛(TR)간에 반송한다.
반송 유닛(TR)의 측부에는, 로드 포트(LP1?LP4)가 설치되어 있다. 로드 포트(LP1?LP4)에는, 후프(FOUP)가 올려놓여진다. 본 실시 형태에서는, 로드 포트(LP)의 수는 4개이지만, 이에 한정되지 않고, 몇 개라도 좋다.
반송 유닛(TR)에는 반송 아암(Armc)이 설치되어 있고, 반송 아암(Armc)을 이용하여 로드록 모듈(LM1, LM2) 내의 반송 아암(Arma, Armb)과 연동하면서 로드 포트(LP1?LP4) 내에 수용된 소망하는 웨이퍼(W)를 반송한다.
반송 유닛(TR)의 일단에는, 웨이퍼(W)의 위치 결정을 행하는 위치 맞춤 기구(AL)가 설치되어 있고, 웨이퍼(W)를 올려놓은 상태에서 회전대(ALa)를 회전시키면서, 광학 센서(ALb)에 의해 웨이퍼 주연부 상태를 검출함으로써, 웨이퍼(W)의 위치를 맞추게 되어 있다.
이러한 구성에 의해, 각 로드 포트(LP1?LP4)에 올려놓여진 후프 내의 웨이퍼(W)는, 반송 유닛(TR)을 통하여 위치 맞춤 기구(AL)로 위치 맞춤 후, 프로세스십(PS1, PS2)의 어느 쪽인가에 한 장씩 반송되어, 프로세스 모듈(PM1, PM2)에서 플라즈마 처리되고, 후프에 재수용된다.
위치 맞춤 기구(AL)의 근방에는, 위치 맞춤 기구(AL)에 올려놓여진 웨이퍼(W)의 이면막의 종류를 광학적으로 측정하는 측정부(15)가 설치되어 있다. 측정부(15)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 발광기(15a), 편광자(15b), 검광자(15c) 및 수광기(15d)를 가진 분광 타입의 막두께계로 구성되어 있다. 웨이퍼(W)가 위치 맞춤 기구(AL)에 올려놓여졌을 때, 측정부(15)는, 이면막 종류를 이하와 같이 광학적으로 측정한다.
발광기(15a)는, 백색광을 웨이퍼(W)의 이면을 향하여 출력하고, 편광자(15b)는, 출력된 백색광을 직선 편광으로 변환한 후, 스테이지(S)에 올려놓여진 웨이퍼(W)의 이면에 조사한다. 검광자(15c)는, 웨이퍼(W)를 반사한 타원 편광 중, 특정의 편향 각도를 갖는 편향만을 투과시킨다. 수광기(15d)는, 예를 들면, 포토 다이오드, 또는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라 등으로 구성되고, 검광자(15c)를 투과한 편광을 수광한다. 이와 같이 하여, 측정부(15)는, 수광기(15d)에 의한 수광 상태로부터, 예를 들면 간섭파형 해석을 함으로써, 웨이퍼(W)의 이면막의 종류를 광학적으로 측정한다. 미리 검출될 수 있는 막 종류를 알고 있으면, 빛의 반사율을 검출하는 것만으로도, 어느 막 종류인지의 식별이 가능하다.
측정된 웨이퍼(W)의 이면막 종류의 정보는, 도 2에 나타낸 제어기(30)에 보내진다. 제어기(30)는, 웨이퍼(W)의 이면막 종류에 따라서 온도 제어를 실행한다. 또한, 제어기(30)는, 이면막 종류마다 최적인 프로세스 레시피를 선택하고, 선택된 프로세스 레시피에 기초하여 플라즈마 처리를 제어한다.
[플라즈마 처리 장치의 구성]
다음으로, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성에 대해서 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 종단면을 나타낸다. 여기에서는, 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(20)로서 에칭 장치를 상정하여 설명하지만, 플라즈마 처리 장치(20)는 이에 한하지 않고, 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)에 미세 가공을 행하는 장치이면, 성막 장치나 애싱 장치 등의 모든 플라즈마 처리 장치에 적용 가능하다.
플라즈마 처리 장치(20)는, 게이트 밸브(V)로부터 반입한 웨이퍼(W)를 내부에서 플라즈마 처리하는 챔버(100)를 갖는다. 챔버(100)는, 상부 원통 형상 챔버(100a)와 하부 원통 형상 챔버(100b)로 형성되어 있다. 챔버(100)는, 예를 들면 알루미늄 등의 금속으로 형성되어 접지되어 있다.
챔버의 내부에는, 상부 전극(105) 및 하부 전극(110)이 대향되어 설치되고 이에 따라, 한 쌍의 평행 평판 전극을 구성하고 있다. 상부 전극(105)은, 기재(105a), 절연층(105b)을 갖고 있다. 기재(105a)는, 예를 들면 알루미늄, 카본, 티탄, 텅스텐 등의 금속으로 형성되어 있다.
절연층(105b)은, 기재(105a)의 하면에 용사(thermal spraying)에 의해 알루미나 또는 이트리아를 분사하여 형성된다. 상부 전극(105)에는, 복수의 가스 구멍(105c)이 관통되어 있어 샤워 플레이트로서도 기능하게 되어 있다. 즉, 가스 공급원(115)으로부터 공급된 가스는, 챔버 내의 가스 확산 공간(S)에서 확산된 후, 복수의 가스 구멍(105c)으로부터 챔버 내에 도입된다. 상부 전극의 기재(105a)는, Si나 SiC로 형성되어도 좋고, 그 경우는 절연층(105b)을 가질 필요는 없다. 또한, 기재(105a)에 석영의 커버를 붙여도 좋다.
하부 전극(110)은, 웨이퍼(W)를 올려놓는 서셉터로서 기능한다. 하부 전극(110)은 기재(110a)를 갖고 있다. 기재(110a)는, 알루미늄 등의 금속으로 형성되어 있고, 절연층(110b)을 개재하여 지지대(110c)에 의해 지지되어 있다. 이에 따라, 하부 전극(110)은 전기적으로 들뜬 상태로 되어 있다. 또한, 지지대(110c)의 하방 부분은 커버(115)로 덮여 있다. 지지대(110c)의 하부 외주에는, 배플판(120)이 설치되어 있어 가스의 흐름을 제어한다.
기재(110a)에는, 냉매실(110a1) 및 냉매 도입관(110a2)이 설치되어 있다. 냉매실(110a1)은, 냉매 도입관(110a2)을 통하여 냉매 공급원(111)에 접속되어 있다. 냉매 공급원(111)으로부터 공급된 냉매는, 한쪽의 냉매 도입관(110a2)으로부터 도입되어, 냉매실(110a1)을 순환하고, 다른 한쪽의 냉매 도입관(110a2)으로부터 배출됨으로써, 기재(110a)를 냉각하게 되어 있다.
기재(110a)에는, 또한, 히터(112)가 매설되어 있다. 히터(112)는, 히터원(113)에 접속되어 있다. 히터원(113)으로부터 공급된 교류 전력은, 히터(112)에 인가되고, 이에 따라, 기재(110a)를 가열하게 되어 있다.
기재(110a)의 상면에는, 정전척 기구(125)가 설치되어 있어, 그 위에 웨이퍼(W)를 올려놓게 되어 있다. 정전척 기구(125)의 외주에는, 예를 들면 실리콘으로 형성된 포커스 링(130)이 설치되어 있어, 플라즈마의 균일성을 유지하는 역할을 하고 있다. 정전척 기구(125)는, 알루미나 등의 절연 부재(125a)에 금속 시트 부재의 전극부(125b)를 개재시킨 구성을 갖는다. 전극부(125b)에는, 직류 전원(135)이 접속되어 있다. 직류 전원(135)으로부터 출력된 직류 전압이 전극부(125b)에 인가됨으로써, 웨이퍼(W)는 하부 전극(110)에 정전 흡착된다.
하부 전극(110)에는, 전열 가스 공급관(116)이 관통하고, 그 선단은, 정전척 기구(125)의 상면에서 개구하고 있다. 전열 가스 공급관(116)은, 전열 가스 공급원(117)에 접속되어 있다. 전열 가스 공급원(117)으로부터 공급된, 예를 들면 헬륨 가스 등의 전열 가스는, 웨이퍼(W)와 정전척 기구(125)와의 사이로 흘려지고, 이에 따라, 기재(110a)로의 열전도를 제어함으로써 웨이퍼(W)의 온도를 조정하게 되어 있다.
냉매실(110a1) 및 냉매 도입관(110a2)은, 웨이퍼(W)를 올려놓는 서셉터에 설치된 냉각 기구의 일 예이며, 히터(112)는, 웨이퍼(W)를 올려놓는 서셉터에 설치된 가열 기구의 일 예이다. 또한, 전열 가스 공급관(116)은, 웨이퍼(W)를 올려놓는 서셉터에 설치된 전열 가스 공급 기구의 일 예이다.
후술하는 본 실시 형태의 변형예에 따른 온도 제어에서는, 냉각 기구, 가열 기구 및 전열 가스 공급 기구를 사용하여, 기재(110a)를 소망하는 온도로 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 온도를 조정하게 되어 있다.
기재(110a)는, 급전봉(140)에 접속된 정합기(145)를 개재하여 고주파 전원(150)에 접속되어 있다. 챔버 내의 가스는, 고주파 전원(150)으로부터 출력된 고주파의 전계 에너지에 의해 여기되고, 이에 따라 생성된 방전형의 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)에 에칭 처리가 시행된다.
기재(110a)는, 또한, 급전봉(140)에 접속된 정합기(160)를 통하여 고주파 전원(165)이 접속되어 있다. 고주파 전원(165)으로부터 출력된, 예를 들면 3.2MHz의 고주파는 바이어스 전압으로서 하부 전극(110)으로의 이온의 인입에 사용된다.
챔버(100)의 저면에는 배기구(170)가 설치되고, 배기구(170)에 접속된 배기 장치(175)를 구동함으로써, 챔버(100)의 내부를 소망하는 진공 상태로 유지하게 되어 있다. 상부 챔버(100a)의 주위에는, 멀티폴 링 자석(180a, 180b)이 배치되어 있다. 멀티폴 링 자석(180a, 180b)은, 복수의 이방성 세그먼트 기둥 형상 자석이 링 형상의 자성체의 케이싱에 부착되어 있고, 인접하는 복수의 이방성 세그먼트 기둥 형상 자석끼리의 자극의 방향이 서로 역방향이 되도록 배치되어 있다. 이에 따라, 자력선이 인접하는 세그먼트 자석간에 형성되고, 상부 전극(105)과 하부 전극(110)과의 사이의 처리 공간의 주변부에만 자장이 형성되어, 처리 공간에 플라즈마를 가두도록 작용한다. 단, 멀티폴 링 자석은 없어도 좋다.
[제어기의 하드웨어 구성]
다음으로, 본 실시 형태에 따른 제어기(30)의 구성에 대해서 설명한다. 도 2에는, 제어기(30)의 하드웨어 구성이 나타나 있다. 또한, 도 3에는, 제어기(30)의 기능 구성이 나타나 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 제어기(30)는, ROM(32), RAM(34), HDD(36), CPU(38), 버스(40), 인터페이스(I/F)(42)를 갖고 있다. 도 3에 나타낸 각부로의 지령은, 전용의 제어 디바이스 혹은 프로그램을 실행하는 CPU(38)에 의해 실행된다. 후술되는 온도 제어를 실행하기 위한 프로그램이나 각종 데이터는, ROM(32)이나 RAM(34)이나 HDD(36)에 미리 기억되어 있다. CPU(38)는, 이러한 메모리로부터 필요한 프로그램이나 데이터를 판독하여, 실행함으로써, 도 3의 제어기(30)의 각 기능을 실현한다.
[제어기의 기능 구성]
도 3에 나타낸 바와 같이, 제어기(30)는, 취득부(305), 선택부(310), 조정부(315), 프로세스 실행부(320), 기억부(325), 제1 데이터 베이스(330) 및 제2 데이터 베이스(335)를 갖고 있다. 취득부(305)는, 측정부(15)로부터 웨이퍼(W)의 이면막의 종류에 대한 측정 결과를 취득한다.
선택부(310)는, 기억부(325)에 기억된 프로세스 레시피로부터, 측정 결과인 이면막 종류에 최적인 프로세스 레시피를 선택한다. 선택부(310)는, 선택된 프로세스 레시피에 따라서, 챔버(100) 내에 투입되는 RF 파워를 특정한다. 또한, 선택부(310)는, 제1 데이터 베이스(330)로부터, 상기 측정 결과인 웨이퍼(W)의 이면막의 종류와, 상기 챔버(100) 내에 투입되는 파워에 대응한 웨이퍼(W)의 온도를 선택한다.
도 4는, 웨이퍼(W)의 이면막이 실리콘막(Si), 실리콘 산화막(SiO2), 포토레지스트막(PR)의 경우에 대해서, 플라즈마 프로세스 중의 웨이퍼(W)의 온도 변화를 나타낸 도면이다. 본 실험에 있어서, 플라즈마 처리 장치(20)를 이용한 프로세스의 조건은, 다음과 같다.
?챔버(100) 내의 압력 20mTorr
?고주파 전원(150)으로부터 공급되는 고주파의 파워 40MHz, 1000W
?고주파 전원(165)으로부터 공급되는 고주파의 파워 3.2MHz, 4500W
?가스종 및 가스 유량 C4F6 가스/Ar 가스/O2 가스＝60/200/70sccm
?전열 가스 및 가스 압력 He 가스 웨이퍼(W)의 센터측 15Torr, 에지측 40Torr
?하부 전극의 온도 20℃
이러한 조건으로, 하부 2주파의 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치(20)에 있어서의 플라즈마 프로세스를 실행한 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 온도는, 실리콘막(Si), 실리콘 산화막(SiO2), 포토레지스트막(PR)과의 사이에서 각각 5℃ 정도 상이하며, 최대로 10℃ 정도 상이한 결과를 얻었다. 이 결과로부터, 웨이퍼의 이면막의 종류를 고려하지 않고, 냉매의 온도, 히터의 온도 및 전열 가스의 압력을 제어한 것만으로는, 플라즈마 프로세스와 같이 입열(heat input)이 있는 계(system)에서는, 정전척 기구(125)의 표면과 웨이퍼(W)의 이면의 열저항이 이면막의 종류에 따라서 상이하기 때문에, 이면막의 종류에 따라서는 웨이퍼의 온도가 목표로 하는 값과 상이해져 버려, 프로세스의 결과가 충분히 좋은 결과가 되지 않는 경우가 있는 것을 알았다.
따라서, 본 실시 형태에 따른 웨이퍼(W)의 온도 제어에서는, 웨이퍼의 이면막의 종류를 고려한 온도 조정을 행한다. 그 때문에, 본 실시 형태에서는, 실제의 프로세스를 실행하기 전에 도 5에 나타낸 제1 데이터 베이스(330)를 미리 준비한다.
제1 데이터 베이스(330)에는, 챔버(100) 내에 투입되는 RF 파워와 이면막의 종류와 웨이퍼(W)의 온도가 대응지어 기억되어 있다. 제1 데이터 베이스(330)에 축적하는 데이터의 측정 방법의 일 예로서는, 서셉터에 저(低)코히어런스 광간섭 온도계와 같은 비접촉 온도계를 부착한 플라즈마 처리 장치(20)에서, 표면이 실리콘이고 이면막의 종류가 상이한 복수의 웨이퍼를 플라즈마 처리하는 방법을 들 수 있다. 구체적으로는, 프로세스 중, 고주파 전원(150) 및 고주파 전원(165)에 투입된 RF 파워와 그때의 웨이퍼의 온도를 비접촉 온도계로 측정한다. 측정 결과는, RF 파워, 이면막의 종류 및 웨이퍼(W)의 온도를 대응지은 데이터군으로서 제1 데이터 베이스(330)에 축적된다. 제1 데이터 베이스(330)는, 예를 들면 HDD(36)에 격납된다. 비접촉 온도계의 구체예에 대해서는 후술한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 실제의 프로세스를 실행하기 전에 도 6에 나타낸 제2 데이터 베이스(335)를 미리 준비한다. 제2 데이터 베이스(335)에는, 웨이퍼(W)의 이면에 흘리는 전열 가스의 압력과 웨이퍼(W)의 온도를 대응지어 기억한다. 제2 데이터 베이스(335)에 축적하는 데이터의 측정 방법으로서는, 상기 프로세스 조건에서 프로세스 중에 전열 가스로서의 He 가스의 압력을 바꾸어, 그때의 웨이퍼의 온도를 비접촉 온도계로 측정한다. 측정 결과는, He 가스 및 웨이퍼(W)의 온도를 대응지은 데이터군으로서 제2 데이터 베이스(335)에 축적된다. 제2 데이터 베이스(335)는, 예를 들면 HDD(36)에 격납된다. 제1 데이터 베이스(330)와 제2 데이터 베이스(335)를 하나로 정리하여 데이터 베이스화해도 좋다.
선택부(310)는, 제1 데이터 베이스(330)로부터, 측정 결과인 웨이퍼(W)의 이면막의 종류와, 웨이퍼(W)를 처리하기 위해 투입되는 파워에 대응한 웨이퍼(W)의 온도를 선택한다. 예를 들면, 도 5에서는, RF 파워가 W1, 이면막 종류가 SiO2의 경우에는, 웨이퍼(W)의 온도 67℃를 선택한다. 또한, 선택부(310)는, 제2 데이터 베이스(335)로부터, 상기 선택된 웨이퍼(W)의 온도에 대응한 He 가스의 압력을 선택한다. 예를 들면, 도 6에서는, 선택된 웨이퍼(W)의 온도가 67℃이면, He 가스의 압력을 P4로 한다.
조정부(315)는, 선택된 웨이퍼(W)의 온도에 기초하여, 웨이퍼(W)의 온도를 조정한다. 구체적으로는, 조정부(315)는, 선택된 웨이퍼(W)의 온도에 기초하여, 냉각 기구로서의 도 2의 냉매 공급원(111)으로부터 공급되는 냉매의 유량과 냉매의 온도를 제어하여, 가열 기구로서의 히터원(113)으로부터 공급되는 교류 전력을 제어한다.
또한, 조정부(315)는, 선택된 He 가스의 압력에 기초하여, 웨이퍼(W)의 이면에 흘리는 He 가스를 조정한다. 구체적으로는, 조정부(315)는, 선택된 전열 가스의 압력에 기초하여, 전열 가스 공급 기구로서의 전열 가스 공급원(117)으로부터 공급되는 He 가스를 조정한다.
기억부(325)에는, 복수의 프로세스 레시피가 기억되어 있다. 프로세스 실행부(320)는, 복수의 프로세스 레시피 중으로부터 선택부(310)에 의해 선택된 프로세스 레시피에 따라, 프로세스 처리 장치(20)에서 실행되는 에칭 처리를 제어한다. 전술한 바와 같이, 프로세스 중, 웨이퍼(W)의 온도가 이면막의 종류에 따른 소망하는 온도가 되도록, 조정부에 의해, 냉각 기구, 가열 기구 및 전열 가스 공급 기구가 조정되어 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 온도를 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
[플라즈마 처리 장치의 동작]
다음으로, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(20)의 동작에 대해서, 도 7에 나타낸 온도 제어 처리의 플로우 차트를 참조하면서 설명한다. 이 온도 제어를 실행하는 전제로서, 제1 데이터 베이스(330) 및 제2 데이터 베이스(335)가 미리 준비되어 있다.
온도 제어 처리에서는, 우선, 스텝 S705에서, 웨이퍼(W)가, 도 1에 나타낸 로드 포트(LP1?LP4)의 어느 쪽으로부터 반송 유닛(TR)에 투입되었는지를 판정하고, 웨이퍼(W)가 투입되기까지 스텝 S705를 반복한다. 투입된 경우, 스텝 S710으로 진행되어, 웨이퍼(W)가 위치 맞춤 기구(AL)에 올려놓여졌는지 아닌지를 판정하고, 웨이퍼(W)가 위치 맞춤 기구(AL)에 올려놓여지기까지 스텝 S710을 반복한다.
웨이퍼(W)가 위치 맞춤 기구(AL)에 올려놓여지면, 스텝 S715로 진행되고, 측정부(15)는, 웨이퍼(W)의 이면막의 종류를 측정한다. 다음으로, 스텝 S720에서, 취득부(305)는, 측정된 웨이퍼(W)의 이면막의 종류에 대한 측정 결과를 취득한다. 선택부(310)는, 취득된 이면막의 종류 및 플라즈마 처리 장치(20)에 투입된 고주파 전력의 파워(RF 파워)에 대응하는 웨이퍼(W)의 온도를 제1 데이터 베이스(330)로부터 선택한다.
다음으로, 스텝 S725에서, 선택부(310)는, 선택된 웨이퍼(W)의 온도에 대응하는 전열 가스의 압력을 제2 데이터 베이스(335)로부터 선택한다. 다음으로, 스텝 S730에서, 선택된 웨이퍼(W)의 온도 및 전열 가스의 압력에 기초하여, 서셉터 내에 설치된 냉매의 온도, 히터의 온도 및 전열 가스의 압력을 조정하여, 본 처리를 종료한다.
이에 따르면, RF 파워와 함께 웨이퍼(W)의 이면막의 종류를 고려하여, 서셉터의 냉매의 온도, 히터의 온도 및 전열 가스의 압력이 제어된다. 이 결과, 이면막의 유무 및 이면막의 종류에 따라, 웨이퍼(W)의 온도를 정밀도 좋게 제어할 수 있다. 이에 따라, 예상대로의 프로세스 결과, 즉, 웨이퍼(W)에 예상대로의 양호한 에칭 처리를 시행할 수 있다.
[변형예]
플라즈마 처리 장치(20) 이외의 장치라도, 입열이 있는 장치에 대해서는, 본 실시 형태의 변형예에 따른 온도 제어 방법을 이용할 수 있다. 본 변형예에 따른 온도 제어 방법에 대해서, 도 8에 나타낸 온도 제어 처리의 플로우 차트를 참조하면서 설명한다. 본 변형예에 따른 온도 제어를 실행하는 전제로서, 제1 데이터 베이스(330)는 미리 준비되어 있지만, 제2 데이터 베이스(335)는 반드시 필요한 것은 아니다.
온도 제어 처리에서는, 우선, 스텝 S705에서, 웨이퍼(W)가, 도 1에 나타낸 로드 포트(LP1?LP4)의 어느 쪽으로부터 반송 유닛(TR)에 투입되었는지를 판정한다. 투입된 경우, 스텝 S710으로 진행되고, 웨이퍼(W)가 위치 맞춤 기구(AL)에 올려놓여졌는지 아닌지를 판정한다. 올려놓여지면, 스텝 S715로 진행되고, 측정부(15)는, 웨이퍼(W)의 이면막의 종류를 측정한다. 다음으로, 스텝 S720에서, 취득부(305)는, 측정된 웨이퍼(W)의 이면막의 종류에 대한 측정 결과를 취득하고, 선택부(310)는, 취득된 이면막의 종류 및 플라즈마 처리 장치(20)에 투입된 고주파 전력의 파워에 대응하는 웨이퍼(W)의 온도를 제1 데이터 베이스(330)로부터 선택한다. 다음으로, 스텝 S805에서, 선택된 웨이퍼(W)의 온도에 기초하여, 서셉터 내에 설치된 냉매의 온도 및 히터의 온도를 조정하여, 본 처리를 종료한다.
이에 의해서도, RF 파워와 함께 웨이퍼(W)의 이면막의 종류를 고려하여, 서셉터의 냉매의 온도, 히터의 온도를 제어할 수 있다. 이 결과, 플라즈마 처리 장치(20) 이외의 입열이 있는 장치에 대하여, 이면막의 유무 및 이면막의 종류에 따른 웨이퍼(W)의 온도를 정밀도 좋게 제어할 수 있다. 이에 따라, 예상대로의 프로세스 결과를 얻을 수 있다.
[비접촉 온도계]
마지막으로, 웨이퍼(W)의 온도를 측정하는 비접촉 온도계의 일 예에 대해서, 도 9를 참조하면서 설명한다. 도 9는, 본 실시 형태에 따른 비접촉 온도계의 일 예를 나타낸 도면이다.
본 실시 형태에 따른 비접촉 온도계(550)는, 분광기(500) 및 측정기(520)를 갖고 있다. 분광기(500)는, 체르니 터너(Czerny-Turner)형의 분광기이며, 파장 분산 소자를 이용하여 피측정광을 파장마다 분광하고, 임의의 파장 폭에 존재하는 빛의 파워를 구하여, 구해진 빛의 파워로부터 피측정광의 특성을 측정한다.
분광기(500)는, 입력 슬릿(501), 미러(502), 회절 격자(504), 미러(506) 및 포토 다이오드 어레이(508)를 갖고 있다. 미러(502) 및 미러(506)는, 입사광을 소망하는 방향으로 반사하도록 설치되어 있다. 포토 다이오드 어레이(508)는, 미러(506)에서 반사된 빛이 수속되는 위치에 설치되어 있다. 입력 슬릿(501)으로부터 입사되는 빛은, 이면막 종류가 상이한, 두께 D의 웨이퍼(W)의 표면을 반사한 빛과 웨이퍼(W)의 이면을 반사한 빛이다. 입사된 빛은, 미러(502)에 의해 반사되어 회절 격자(504)에 조사된다. 조사된 웨이퍼(W)의 표면측의 반사광과 이면측의 반사광과는 회절 격자(504)에 의해 분광된다. 반사광 또는 회절광 중, 특정 파장의 빛은 미러(506)에 의해 반사되어 포토 다이오드 어레이(508)에 입사된다. 포토 다이오드 어레이(508)는, 그 빛의 파워를 검출한다. 포토 다이오드 어레이(508)는, 분광된 빛을 수광하고, 수광된 빛의 파워를 검출하는 광검출 소자(포토 다이오드)를 어레이 형상으로 복수 설치한 검출기의 일 예이다. 검출기의 다른 예로서는, CCD 어레이를 들 수 있다.
포토 다이오드 어레이(508)의 각 소자는, 수광한 빛의 파워에 따른 전류(광전류)를 발생하고, 이 광전류를 분광기의 검출 결과로서 출력한다. 또한, 각 소자에는, 미리 특정의 파장이 할당되어 있다. 각 소자에 할당되는 특정의 파장은, 빛이 회절 격자(504)에 의해 파장마다 분광되어, 포토 다이오드 어레이(508)에 입사한다.
측정기(520)는, 측정부(526) 및 기억부(528)를 갖고 있다. 측정부(526)는, 검출된 빛의 파워에 기초하여, 상기 입사광의 특성을 측정한다. 본 실시 형태에서는, 측정부(526)는, 검출된 빛의 파워의 주파수 해석에 기초하여, 측정 결과로부터 웨이퍼(W)의 온도를 측정한다. 계측 결과는, 제1 데이터 베이스(330)나 기억부(528)에 기억된다.
반사 스펙트럼을 주파수 해석(FFT: Fast Fourier Transform)하면, 도 10(a)에 나타낸 바와 같이, 두께 D의 웨이퍼(W)의 표면에서 반사한 반사광(L1)과 이면에서 반사한 반사광(L2)과의 실리콘 중의 왕복의 광로 길이(2D)의 정수배(n(n=0 이상의 정수))의 위치에서, 진폭의 광스펙트럼이 출력된다.
도 10(b)에 나타낸 바와 같이, 광로 길이(nd)와 온도(Ts)와의 관계는 미리 산출되어 있다. 여기에서, 웨이퍼(W)가 가열되면 열팽창에 의해 웨이퍼(W) 내의 광로 길이(D)는 커지고, 굴절률도 커진다. 따라서, 온도가 오르면 광로 길이의 배수(nD)가 어긋난다. 이 광로 길이의 배수(nD)의 어긋남량(C)으로부터 온도(T)를 검출한다. 이와 같이 하여, 분광 데이터의 주파수 해석에 의해 구해진 각 광스펙트럼으로부터 이면막 종류마다의 웨이퍼(W)의 온도를 측정할 수 있다.
상기 일 실시 형태 및 그 변형예에 있어서, 각부의 동작은 서로 관련되어 있어, 서로의 관련을 고려하면서, 일련의 동작 및 일련의 처리로서 치환할 수 있다. 이에 따라, 온도 제어 방법의 실시 형태를, 온도 제어 방법을 실행하는 장치의 실시 형태로 할 수 있다. 이상의 설명에서는, 주파수 도메인 방식에 의한 온도 계측 방법에 대해서 예를 들어 설명했지만, 타임 도메인 방식(예를 들면, 일본공개특허공보 2010-199526호에 기재)을 이용한 온도 계측 방법을 이용해도 좋다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주에 있어서, 각종의 변경예 또는 수정예에 생각이 미칠 수 있음은 분명하며, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
예를 들면, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 상기 실시 형태에 나타낸 에칭 장치에 한하지 않고, 성막 장치, 마이크로파 플라즈마 처리 장치 등의 모든 플라즈마 처리 장치라도 좋다. 또한, 내부에 입열이 있는 장치이면 플라즈마 처리 장치 이외의 장치라도 좋다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 상기 실시 형태로 나타낸 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치에 한하지 않고, ICP(Inductively Coupled Plasma) 플라즈마 처리 장치, 마이크로파 플라즈마 처리 장치 등 어느 플라즈마 처리 장치의 가스 계통에도 사용할 수 있다.
10 : 플라즈마 처리 시스템
15 : 측정부
20 : 플라즈마 처리 장치
30 : 제어기
305 : 취득부
310 : 선택부
315 : 조정부
320 : 프로세스 실행부
325 : 기억부
330 : 제1 데이터 베이스
335 : 제2 데이터 베이스
501 : 입력 슬릿
502, 506 : 미러
504 : 회절 격자
508 : 포토 다이오드 어레이
526 : 측정부
528 : 기억부

Claims (9)

  1. 피처리체의 이면막의 종류의 측정 결과를 취득하는 취득 스텝과,
    챔버 내에 투입되는 파워와 이면막의 종류와 피처리체의 온도를 대응지어 기억한 제1 데이터 베이스로부터, 상기 측정 결과인 피처리체의 이면막의 종류와, 상기 피처리체를 처리하기 위해 투입되는 파워에 대응한 피처리체의 온도를 선택하는 선택 스텝과,
    상기 선택된 피처리체의 온도에 기초하여, 상기 피처리체의 온도를 조정하는 조정 스텝
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조정 스텝은, 상기 선택된 피처리체의 온도에 기초하여, 냉각 기구 및 가열 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 선택 스텝은, 피처리체의 이면에 흘리는 전열 가스의 압력과 피처리체의 온도를 대응지어 기억한 제2 데이터 베이스로부터, 상기 선택된 피처리체의 온도에 대응한 전열 가스의 압력을 선택하고,
    상기 조정 스텝은, 상기 선택된 전열 가스의 압력에 기초하여, 상기 피처리체의 이면에 흘리는 전열 가스를 조정하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    종류가 상이한 이면막을 갖는 피처리체에 대하여, 상기 챔버 내에 투입되는 파워에 따른 피처리체의 온도를 비접촉 온도계에 의해 측정하고, 측정된 피처리체의 온도를 상기 이면막의 종류 및 상기 파워에 대응지어 상기 제1 데이터 베이스에 격납하는 격납 스텝을 추가로 포함하는 것
    을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  5. 내부에서 피처리체에 플라즈마 처리를 시행하는 챔버를 구비한 플라즈마 처리 시스템으로서,
    피처리체의 이면막의 종류의 측정 결과를 취득하는 취득부와,
    챔버 내에 투입되는 파워와 이면막의 종류와 피처리체의 온도를 대응지어 기억한 제1 데이터 베이스로부터, 상기 측정 결과인 피처리체의 이면막의 종류와, 상기 피처리체를 처리하기 위해 투입되는 파워에 대응한 피처리체의 온도를 선택하는 선택부와,
    상기 선택된 피처리체의 온도에 기초하여, 상기 피처리체의 온도를 조정하는 조정부를 구비하는 것
    을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 시스템은, 피처리체를 올려놓는 서셉터에 설치된 냉각 기구 및 가열 기구를 추가로 구비하고,
    상기 조정부는, 상기 선택된 피처리체의 온도에 기초하여, 상기 냉각 기구 및 가열 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 선택부는, 피처리체의 이면에 흘리는 전열 가스의 압력과 피처리체의 온도를 대응지어 기억한 제2 데이터 베이스로부터, 상기 선택된 피처리체의 온도에 대응한 전열 가스의 압력을 선택하고,
    상기 조정부는, 상기 선택된 전열 가스의 압력에 기초하여, 상기 피처리체의 이면에 흘리는 전열 가스를 조정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 시스템은, 피처리체를 올려놓는 서셉터에 설치된 전열 가스 공급 기구를 추가로 구비하고,
    상기 조정부는, 상기 선택된 전열 가스의 압력에 기초하여, 상기 전열 가스 공급 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
  9. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 시스템은, 피처리체를 위치 결정하는 위치 맞춤 기구와,
    상기 위치 맞춤 기구에 올려놓여진 피처리체의 이면막의 종류를 광학적으로 측정하는 측정부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
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