TW202238813A - 電漿處理裝置及電漿處理方法 - Google Patents

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Abstract

提高了良率的電漿處理裝置，係具備：處理室，配置在真空容器內部且在內部形成電漿；樣品台，配置在該處理室內，且上表面用於載置處理對象的晶圓；金屬製成的基材，配置在該樣品台內部且具有圓板或圓筒形狀；冷媒流路，在該基材的內部圍繞其中心同心地多重配，並且其內部被調節到預定溫度的冷媒流過；至少1個溫度感測器，其配置於該冷媒流路與前述基材的上表面之間，用於檢測溫度；及控制器，其使用來自該溫度感測器的輸出對前述基材或前述樣品台上載置的處理中的前述晶圓的溫度進行檢測。當以從前述溫度感測器的輸出獲得的溫度與前述基材或前述晶圓的實際溫度之間的差作為誤差時，前述控制器根據表示前述誤差與前述冷媒的設定溫度之間的關係的線性函數來檢測前述基材或前述晶圓的溫度，前述線性函數係對應於在前述冷媒的可調節的溫度範圍內的多個連續的溫度範圍的每個區域而不同，多個前述線性函數係包含相同的係數並且具有前述誤差為零的點。

Description

電漿處理裝置及電漿處理方法
本發明關於電漿處理裝置及電漿處理方法。
已知一種電漿處理裝置，係具備：配置在真空容器內部的處理室，和配置在處理室內的下部，且上表面用於載置半導體晶圓等處理對象的基板狀樣品的樣品台，並且使用在處理室內形成的電漿對前述樣品進行處理的電漿處理裝置。
在專利文獻1中揭示了這樣的電漿處理裝置的一個例子。在所揭示的電漿處理裝置中，樣品台配置在真空容器內的處理室內，在構成該樣品台的具有金屬圓板或圓筒狀的基材的內部配置有：冷媒在內部流動並呈多個同心狀排列的冷媒流路，和多個檢測基材溫度的溫度感測器。溫度感測器從基材的底面插入到感測器用孔的內部的上端部，該感測器用孔通過多個冷媒流路彼此之間並延伸到冷媒流路的上端與基材的上表面之間的位置，根據溫度感測器在每個孔的上端位置處檢測到的輸出，可以檢測在基材的上表面或覆蓋該上表面的諸如陶瓷的電介質膜的上表面上所載置的樣品的溫度。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 特開2018-120881號公報
[發明所欲解決的課題]
在上述以往技術中存在以下的問題。 具體而言，近年來，為了實現半導體部件的高度集成，製造該部件的半導體晶圓的處理條件越來越寬。例如，處理對象的膜層材料的種類亦增加，為了實現適合每種材料的處理中的溫度，要求對在真空容器內部保持晶圓的樣品台，將溫度條件控制在比以往更寬的範圍內。
作為這樣的溫度條件，以往，作為難以提高蝕刻的速度(速率)，並且處理不是大規模生產的半導體部件的製造工程之對象的氧化膜的溫度，提出了在0℃以下(零下)的區域維持並處理晶圓。還提出了在以包含有機材料的膜層作為對象進行的蝕刻處理中，將處理中的晶圓的溫度設定為約100℃或以上的值來進行處理。
因此，需要在從零下到接近100℃或更高的溫度範圍內，以高精度控制晶圓和支撐晶圓的樣品台的溫度。另一方面，為了控制這樣的樣品台的溫度，在構成樣品台主體部分的金屬構件的內部具備有供給調節至規定溫度的冷媒並使其循環的冷媒流路，或藉由供供電流而發熱的加熱器。然後，為了以高精度控制成為適合於處理的所需晶圓或樣品台的溫度，而從配置在樣品台內部的溫度感測器的輸出中檢測或估計晶圓或樣品台的溫度，並且將該資訊反饋來調節冷媒的溫度和加熱器的發熱量。
但是，如果提高或降低冷媒的溫度以使樣品台或晶圓的溫度在較寬的範圍內，則同樣地，流經設置在樣品台內部的冷媒流路的冷媒從加熱器吸收的熱量會增加或減少不少。因此，在現有技術中，溫度感測器的輸出所表示的溫度值與樣品台的實際溫度的差(檢測誤差)有可能隨著樣品台的溫度變化而變大。
如上所述，當檢測誤差增加時，用於製造半導體部件的晶圓處理的良率降低，處理的效率亦降低。
本發明是鑑於上述問題而完成的，其目的在於提供一種藉由提高溫度檢測精度來提高良率的電漿處理裝置和電漿處理方法。 [解決課題的手段]
為了解決上述問題，代表性的本發明的電漿處理裝置之一是藉由以下來達成，亦即，具備： 處理室，其配置在真空容器內部且在內部形成電漿；樣品台，其配置在前述處理室內且上表面用於載置處理對象的晶圓；金屬基材，其配置在前述樣品台且在其內部具備供作為已調節了溫度的冷媒流通的冷媒流路；至少1個溫度感測器，其配置於前述冷媒流路與前述基材的上表面之間，用於檢測溫度；及控制器，其使用來自前述溫度感測器的輸出對前述基材或前述樣品台上載置的處理中的前述晶圓的溫度進行檢測； 當以從前述溫度感測器的輸出獲得的溫度與前述基材或前述晶圓的實際溫度之間的差作為誤差時，前述控制器根據表示前述誤差與前述冷媒的設定溫度之間的關係的線性函數來檢測前述基材或前述晶圓的溫度， 前述線性函數係對應於在前述冷媒的可調溫度範圍內的多個連續的溫度範圍的每個區域而不同，多個前述線性函數係包含相同的係數並且具有前述誤差為零(0)的點。
此外，代表性的本發明的電漿處理方法之一是，藉由以下來達成，亦即，係使用電漿處理裝置的電漿處理方法，該電漿處理裝置具備：處理室，其配置在真空容器內部且在內部形成電漿；樣品台，其配置在前述處理室內且上表面用於載置處理對象的晶圓；金屬基材，其配置在前述樣品台且在其內部具備供作為已調節了溫度的冷媒流通的冷媒流路；及至少1個溫度感測器，其配置於前述冷媒流路與前述基材的上表面之間，用於檢測溫度；該電漿處理方法包含以下： 當以從前述溫度感測器的輸出獲得的溫度與前述基材或前述晶圓的實際溫度之間的差作為誤差時，根據表示前述誤差與前述冷媒的設定溫度之間的關係的線性函數對前述基材或前述晶圓的溫度進行檢測，及 前述線性函數係對應於在前述冷媒的可調溫度範圍內的多個連續的溫度範圍的每個區域而不同，多個前述線性函數係包含相同的係數並且具有前述誤差為0的點。 [發明效果]
根據本發明，可以提供藉由提高溫度檢測精度，而提高了良率的電漿處理裝置及電漿處理方法。 除了上述以外的課題、構成及效果可以藉由以下的實施形態的說明來理解。
以下使用圖面說明本發明的實施形態。 圖1是示意表示本發明實施形態的電漿處理裝置的概略構成的剖面圖。特別地，在圖1中示出了，使用微波的電場作為形成電漿的電場，並且在上述微波的電場與磁場之間產生ECR(電子迴旋共振(Electron Cyclotron Resonance))來形成電漿，使用上述電漿對半導體晶圓等的基板狀樣品進行電漿蝕刻的電漿蝕刻裝置。
對圖1所示的電漿處理裝置100進行說明。電漿處理裝置100具有真空容器101，該真空容器101在內部具備形成電漿的處理室104。在真空容器101的具有圓筒形狀的上部的側壁的上端上方，載置有作為蓋部件的圓板形狀的電介質窗103(例如由石英製成)而構成該真空容器101的一部分。在被載置於圓筒形真空容器101的側壁的上方的狀態下，在電介質窗103的周緣部的背面(下表面)與真空容器101的具有圓筒形的側壁的上端之間夾有O型環等密封部件。當真空容器101內部的處理室104內被排氣減壓時，電介質窗103被按壓在真空容器101上，密封構件變形。藉此，真空容器101或處理室104的內部與外部被氣密地分隔。
此外，在真空容器101的下部設置有具有面向處理室104的圓形開口的真空排氣口110，與在真空容器101的下方配置並連接的真空排氣裝置(未示出)相連通。此外，在構成真空容器101的上部的蓋構件的電介質窗103的下表面的下方，具備構成處理容器104的圓形頂面且面向處理室104的噴淋板102。噴淋板102呈圓板狀，且具有貫通中央部而配置的多個氣體導入孔102a，蝕刻處理用氣體通過該氣體導入孔102a從上方導入處理室104內。本實施形態的噴淋板102由石英等電介質材料構成。
在真空容器101上部的外側的上方側的位置處配置有形成電場和磁場的電場/磁場形成部160，藉由所形成電場和磁場而在處理室104內形成電漿116。電場/磁場形成部160具備電場產生電源106和導波管105。導波管105，係設置在電介質窗103的上方，並且是將用於產生電漿116的預定頻率的高頻電場導入處理室104內使得該電場在內部傳輸者。構成導波管105的下部的圓筒形部分，是直徑小於電介質窗103直徑的圓筒，其在上下方向上具有軸，並且在電介質窗103的中央部的上方與處理室104內部連通。此外，在導波管105的另一端設置有電場產生電源106，該電場產生電源106是藉由傳送在導波管105內部傳輸的高頻電場而形成。該電場的預定頻率沒有特別限定，在本實施形態中使用2.45GHz的微波。
在圍繞處理室104的電介質窗103上方的導波管105的圓筒形狀部的下端部和構成處理室104的圓筒形狀部的真空容器101的側壁的外周側的周圍的狀態下配置有磁場產生線圈107。磁場產生線圈107是由提供直流電流以形成磁場的在上下方向上排列成多級的電磁鐵和磁軛構成。
在上述構成中，在從噴淋板102的氣體導入孔102a向處理室104內導入處理用氣體的狀態下，從電場產生電源106振蕩的微波的電場在導波管105內部傳播並穿透電介質窗103和噴淋板102從上方向下方供給到處理室104。另外，藉由向磁場產生線圈107供給的直流電流而產生的磁場被供給到處理室104內，與微波的電場相互作用而產生ECR(Electron Cyclotron Resonance)。藉由該ECR激發、離解或電離處理用的氣體的原子或分子，而在處理室104內產生高密度的電漿116。
在形成電漿116的空間下方的處理室104的下部配置有構成樣品台的晶圓載置電極120。在圖2中，在晶圓載置電極120的上部中央部具備有上表面比外周側高的圓筒狀的突起部分(凸狀部)，在凸狀部的上表面設置有載置作為樣品(處理對象)的半導體晶圓(以下也簡稱為晶圓)109的載置面120a。該載置面120a被配置成面對噴淋板102或電介質窗103。
如圖2所示，在構成晶圓載置電極120的一部分的電極基材(也簡稱為基材)108的中央上部所配置的凸部的上表面120b是由電介質膜140覆蓋，該電介質膜140構成載置面120a。在電介質膜140的內部配置有導電體膜111，該導電體膜111是由經由圖1所示的高頻濾波器125連接到直流電源126之作為靜電吸附用的多個導電體製成的膜。
在此，導電體膜111包含有膜狀的靜電吸附電極，藉由對該靜電吸附電極的內部供給靜電吸附半導體晶圓的直流電力，來形成隔著覆蓋其的電介質膜140的上部而吸附晶圓109的靜電。本實施形態的導電體膜111的靜電吸附電極，當從上方俯視時為圓形形狀或具有接近被視為圓形的形狀且彼此隔開規定的距離配置並絕緣的多個膜，可以是其中多個膜狀電極中的一個和另一個被賦予不同極性的雙極型，或者是被賦予相同極性的單極型。儘管在圖1中僅揭示了單個導電體膜111，但是在本實施形態的雙極型的靜電吸附電極中，在電介質膜140的內部配置有多個被賦予了不同極性的膜狀的金屬製成的電極。
在圖1中，配置在晶圓載置電極120內部的具有導電體製成的圓形或圓筒形狀的電極基材108，係經由匹配器129通過包含同軸電纜等配線的供電路徑連接到高頻電源124。高頻電源124和匹配單元129配置在比高頻濾波器125和導電體膜111之間的距離更近的位置。此外，高頻電源124連接到接地點112。
在本實施形態中，在對晶圓109進行處理時，藉由從高頻電源124供給規定頻率的高頻電力，將晶圓109吸附、保持到晶圓載置電極120的電介質膜140的上表面。具有與電漿116的電位之差相對應的分佈的偏壓電位形成在所保持的晶圓109的上方。換言之，前述樣品台具有晶圓載置電極120，在形成有電漿116的期間可以從高頻電源124供給高頻電力。
詳細情況如後述，為了去除傳遞的熱量並冷卻晶圓載置電極120，在電極基材108內部，圍繞電極基材108或晶圓載置電極120的上下方向的中心軸以螺旋狀或同心圓狀的方式配置有多個冷媒流路152，在該冷媒流路152的內部流過溫度已被調節到預定範圍冷媒。該冷媒流路152往晶圓載置電極120的入口和出口，係藉由管路連接到具有冷凍循環(未示出)並藉由熱傳遞將冷媒調節到預定範圍內的溫度的溫度調節器。在冷媒流路152內流動期間因熱交換而溫度發生變化的冷媒，是從出口流出後經由管路通過溫度調節器內部的流路被設為預定的溫度範圍之後，返回到電極基材108內的冷媒流路152並循環。
在晶圓載置電極120的電極基材108的凸狀部中，在具有與晶圓109相同的圓形形狀的載置面120a的外周側，在其周圍配置有俯視時呈環狀配置的凹部120d。在該凹部120d的比樣品台的載置面120a以較低高度形成的環狀上表面載置有基座環113(圖1)，該基座環113是由石英或氧化鋁等陶瓷等電介質材料構成的環狀構件，凹部120d的底面或凸狀部的圓筒形狀的側壁面被電漿116覆蓋。
在本實施形態的基座環113中，如圖1所示，構成環狀部分的外周緣的圓筒形狀的側壁部，當載置於凹部120d上的狀態下，側壁部的下端延伸到該凹部120d的下方，且具有覆蓋晶圓載置電極120的電極基材108或絕緣板的圓筒形的側壁面的尺寸。此外，當基座環113載置於凹部120d並且環形部分的底表面與凹部120d或覆蓋凹部120d的保護用的電介質被膜的上表面接觸的狀態下，基座環113的平坦的上表面具有比載置面120a高的尺寸。
本實施形態的電漿處理裝置100具備上述電場產生電源106、磁場產生線圈107、高頻電源124、高頻濾波器125、直流電源126、高頻電源127、匹配器128、129、負載阻抗可變箱130等調節電場和磁場的裝置，或構成後述的真空排氣裝置、調整氣體供給量的質量流量控制器等壓力調節系統統的裝置，或調節電漿處理裝置100的動作的裝置，該電漿處理裝置100包括調節晶圓載置電極120內部的加熱器的發熱量或向冷媒流路152供給並循環的冷媒的溫度的溫度調節器等溫度調節機構。
這些裝置中的每一個都具備用於檢測輸出、流量、壓力等動作狀態的檢測器，並且連接到控制器170以便能夠藉由有線或無線進行通信。當從這些裝置中的每一個所具備的檢測器輸出的表示該動作狀態的信號被發送到控制器170時，控制器170的運算器讀出記憶在控制器170內部的記憶裝置中的軟體，並且根據其運算法則，從來自檢測器的接收信號中檢測該狀態的量，並且計算並發送用於將其調整為適當的值的指令信號。接收到指令信號的電場/磁場調節系統或壓力調節系統等所包含的裝置根據該指令信號來調節動作。
詳細情況如後述，在包含這樣的電漿處理裝置100的真空處理裝置中，在與真空容器101的側壁連接的另一個真空容器亦即真空搬送容器中，在該真空搬送容器已被減壓至與內部的處理室104相同壓力的真空搬送室內配置有晶圓搬送機器人。當作為連通真空搬送室與處理室104之間的通路的閘門被配置在真空搬送室內的閘閥打開時，將處理前的晶圓109載置於該機器人手臂的前端，並且藉由機器人手臂的伸長通過該閘門內並被搬入處理室104內部。另外，被搬送到處理室104內的晶圓載置電極120的載置面120a的上方之晶圓109，係藉由上下移動升降銷而被交接在前述升降銷上，進一步載置在載置面120a上之後，藉由從直流電源126施加的直流電力所形成的靜電力而被吸附保持在晶圓載置電極120的載置面120a上。
在搬運機器人因手臂的收縮而從處理室104退出真空搬送室內部後，閘閥氣密地關閉來自真空搬送室的閘門，將處理室104內部密封。在該狀態下，通過由連接氣體源和真空容器101之間的配管構成的氣體供給管路，將蝕刻處理用氣體供給到處理室104內。在該配管上配置有作為流量調節器的質量流量控制器(未示出)，該質量流量控制器在內部具有供該氣體流過的流路和設置在該流路上並增加或減少或打開和關閉該流路之截面積而將流量調整到所需範圍內的值的閥。由質量流量控制器調節了流量或速度的氣體，係從與配管端部連接的真空容器101內的流路被導入電介質窗103與石英製成的噴淋板102之間的間隙的空間。所導入的氣體在該空間內擴散後通過噴淋板102的氣體導入孔102a導入處理室104。
處理室104內部藉由與真空排氣口110連接的真空排氣裝置的動作，並通過真空排氣口110排出內部的氣體和粒子。根據從噴淋板102的氣體導入孔102a供給的氣體量與來自真空排氣口110的排氣量的平衡，處理室104內部被調整成為適合處理晶圓109的範圍內的規定值。
此外，在吸附保持晶圓109的期間，在晶圓109與作為晶圓載置電極120的載置面120a之電介質膜140的上表面之間的間隙中，從電介質膜140的上表面的開口(未圖示)供給He(氦)等具有傳熱性的氣體，藉此來促進晶圓109和晶圓載置電極120之間的熱傳遞。被調節到預定範圍內的溫度的冷媒流過配置在晶圓載置電極120的電極基材108內的冷媒流路152並循環，藉此，在載置晶圓109之前預先調整晶圓載置電極120或電極基材108的溫度。因此，藉由在與熱容量較大的圓載置電極120或電極基材108之間進行熱傳遞，晶圓109的溫度在處理前被調整為接近彼等溫度，即使在處理開始之後，來自晶圓109的熱量也被傳遞以調節晶圓109的溫度。
以下，說明蝕刻處理。在上述狀態下，向處理室104內供給微波電場和磁場，利用氣體產生電漿116。當電漿116形成時，從高頻電源124向電極基材108供給高頻(RF)電力，在晶圓109的上表面的上方形成偏壓電位，根據與電漿116的電位之間的電位差，電漿116內的離子等帶電粒子被吸引到晶圓109的上表面。此外，上述帶電粒子與預先配置在晶圓109上表面上的包含遮罩和處理對象之膜層的膜構成的上述處理對象之膜層表面碰撞，而被進行蝕刻處理。在蝕刻處理中，導入處理室104內的處理氣體和在處理過程中產生的反應生成物的粒子從真空排氣口110排出。
處理對象的膜層的蝕刻處理被進行，當藉由終點檢測器或膜厚檢測器(未示出)檢測到該處理已達到預定蝕刻量或剩餘膜厚時，停止來自高頻電源124的高頻電力的供給，或停止對電場產生電源106和磁場產生線圈107的供電，使電漿116斷電，而停止蝕刻處理。之後，進行靜電吸附力的除靜電處理，亦即從直流電源126向晶圓109的導電體膜111的靜電吸附電極供供電力使得電位與處理中的電位相反。
此外，稀釋氣體被導入處理室104內部並被用於替換處理氣體。之後，晶圓109藉由升降銷從晶圓載置電極120的載置面120a推升之後，通過由閘閥打開的閘門將其交接給進入處理室104內的搬送機器人的手臂前端，藉由手臂的收縮被搬出處理室104外部。當存在應處理的其他晶圓109時，藉由搬送機器人將該晶圓109搬入並進行和上述相同的處理，若不存在應處理的其他晶圓109時，閘閥氣密地關閉閘門，處理室104被密封，處理室104內的處理結束。
然後，在本實施型態的電漿處理裝置100中，在晶圓109的處理中，配置在晶圓載置電極120的載置面120a的外周的凹部120d與基座環113之間的導體環131，係從作為第二高頻電源的高頻電源127被供給第二高頻電力。另外，該導體環131構成第二高頻電力的供電路徑，並且被配置在貫通晶圓載置電極120的電極基材108的外周部的內部的貫通孔內，而且連接到從下方向上壓靠導體環131並被保持的供電連接器161。
從高頻電源127輸出的高頻電力，係沿著將高頻電源127與導體環131之間電連接的供電路徑上，通過配置在供電路徑上的負載的匹配器128和負載阻抗可變箱130，被供給到配置在基座環113內側的導電體製成的導體環131。
此時，藉由將在負載阻抗可變箱130中的供電路徑上的阻抗調整為合適範圍內的值，使得從高頻電源127經由電極基材108到達晶圓109的外周緣部的第一高頻電力的阻抗值，相對於基座環上部的阻抗較高的部分變為相對較低。結果，高頻電力有效地提供給晶圓109的外周側部分和外周緣部，緩和了晶圓109的外周側部分或外周緣部上的電場集中，這些區域上方的偏壓電位的等電位面的高度分佈被設定在允許電漿中的離子等帶電粒子入射到晶圓109的上表面的入射方向的變動(偏差)的期待範圍內，可以提高處理的良率。
在本實施形態中，高頻電源127與接地點112電性連接。在本例中，從高頻電源127向導體環131供給的第二高頻電力的頻率，係根據晶圓109的處理條件適當地選擇，但較好是設定為與高頻電源124相同或恆定倍數的值。
圖2是示意性地說明圖1所示的實施形態的晶圓載置電極的主要部分構成的概略的縱剖視圖。在圖2中，本實施型態的電漿處理裝置100的晶圓載置電極120包括：電極基材108，該電極基材108是被供給高頻偏壓電力金屬製成的圓板形狀的基材；及配置在其上表面上的由陶瓷例如氧化鋁或氧化釔材料構成的電介質膜140。以下詳細說明晶圓載置電極120的主要部分的構成。
在本圖中，在作為晶圓載置電極120的基材的金屬製成的電極基材108的上部所配置的電介質膜140，是以覆蓋配置在電極基材108的上部中央部的凸部的上表面的方式配置，且在其內部具備沿上下方向形成為2個層的膜狀的導電體膜111。導電體膜111中的下層的膜狀電極為加熱器電極202，當從上方觀察時加熱器電極202佔據凸部或電介質膜140的上表面上的多個區域(區)。在本實施形態中，加熱器電極202，係以佔據包含電介質膜140的中心的中央圓形區域，以及在圍繞該中央圓形區域的外周側且相對於該中心以同心狀配置的多個環狀區域內實質上佔據每個區域的方式被配置。在加熱器電極202的環狀區域中，圍繞上述中心藉由劃分為多個(在本例中為三個以上)圓弧形小區域並佔據每個小區域來配置加熱器電極202。亦即，本實施型態的加熱器電極202，是在電介質膜140內，在中央部的圓形區域和其周圍的圓弧形的多個區域內，佔據了與這些實質上相同的面積，且以覆蓋電極基材108的凸部的整個上表面的方式被配置。
另一方面，導電體膜111的上部膜狀電極為靜電吸附電極(ESC電極)201，當從上方觀察時，該靜電吸附電極(ESC電極)201佔據包含電介質膜140的中心的圓形區域，和在其外周側相對於該中心以同心狀包圍該圓形區域的至少一個環狀區域。在本例的晶圓載置電極120或中心的半徑方向上，相鄰的兩個ESC電極彼此的分離的位置相對於該中心也位於相同的特定半徑位置上並且同心狀地分離，並且其分離的位置，是與配置有加熱器電極202的相鄰的兩個環形區域彼此相對於中心在相同的特定半徑位置上同心狀地被分離的位置上重疊，當從上方觀察時，一方包含另一方的投影區域。
在本實施型態的多個ESC電極201的每一個上連接有直流電源126，並且被施加根據來自控制器170的指令信號而決定的電壓，賦予與電壓對應的極性。對應於這些電壓的極性，在上方的晶圓109內的各電極的上方區域蓄積電荷而產生靜電力。本例的多個ESC電極201構成為所謂的雙極型，其中被賦予正極性或負極性之任一並且彼此構成正極、負極的電極對。ESC電極201的被賦予這些正極性和負極性中的每一個的面積的總和，是使形狀具有相同值或接近視為相同值之程度的值。
另外，本實施型態的晶圓載置電極120，是在電極基材108的內部，當從上方觀察時， 在電介質膜140內的配置有加熱器電極202的區域或在該區域的投影區域內的每個區域，配置有用於檢測電極基材108的溫度的多個溫度感測器203。在電極基材108內部的檢測溫度的溫度感測器203的前端部下方的位置配置有，圍繞晶圓載置電極120的上下方向的中心軸而配置成同心圓狀或螺旋狀的冷媒流路152。因此，電極基材108或晶圓載置電極120的溫度，是由加熱器電極202的發熱，以及在冷媒流路152內部循環和流動且已被調節到預定溫度的冷媒來進行調節。
在本例中，與每個區域內的每個加熱器電極202對應的一個溫度感測器203可以配置為被插入、儲存在感測器孔204內部，該感測器孔204配置在該區域下方的電極基材108內部。此外，如本實施型態所示，對應於圓形或環形的每個區域的溫度感測器，可以一個個地儲存在該區域的投影範圍內的位置上所配置的感測器孔204內。
電介質膜140的ESC電極201上方的載置面120a，係具備配置在最外周緣部並包圍內側的環狀凸部206，和配置在該內側的電介質膜140上部的多個凸部207，這些凸部的上表面與載置在電介質膜140上表面上並被靜電吸附的晶圓109的背面抵接並按壓晶圓109的背面。當從直流電源126向該電介質膜140內部的ESC電極201供給直流電力並施加特定電位時，包括晶圓109的背面在內的構件中的分子或原子對應於該ESC電極201內部的電荷而極化以產生電荷。藉由夾持ESC電極上方的電介質膜140的電介質製成的材料而產生靜電力，從而在晶圓109和ESC電極201之間產生吸引的靜電力，結果，晶圓109以預定的吸附力吸附在電介質膜140上。
另一方面，在真空容器101的底部下方，具備包含渦輪分子泵和旋轉泵等粗抽泵的真空泵的排氣裝置，係與底部相連並經由真空容器101底部的真空排氣口110與處理室104連通而被配置。藉由驅動真空泵，處理室104內的壓力在內部包含有晶圓109的狀態下被保持在高真空度。通常，晶圓109處理中的處理室104內的壓力，是根據從處理氣體供給路徑供給的處理氣體和稀釋氣體的混合氣體的流量或速度，和從真空排氣口110排氣的流量或速度之間的平衡，而設定為適合處理晶圓109的範圍內的值。
在這樣的電漿處理裝置100中，在將晶圓109吸附到電介質膜140的上表面並吸附保持的狀態下，通過氣體通路(未圖示)向晶圓109與電介質膜140的上表面之間的間隙供給來自氣體源的He氣體等傳熱性高的氣體， 促進了在形成於電極基材108內的冷媒流路152中循環流動的冷媒與晶圓109之間的熱傳遞。
本實施形態中實施的一個晶圓109上的處理對象的膜層的蝕刻處理，係具備不同處理條件的多個工程(步驟)，該處理條件包含適合實施的溫度範圍，且在前後的蝕刻處理的工程之間具備將晶圓109或載置並保持晶圓的晶圓載置電極120或電介質膜140的上表面的溫度，從前工程的處理條件轉移到後工程的處理條件的轉移步驟。
參照圖3，對具備本發明實施形態的電漿處理裝置的真空處理裝置300的構成進行說明。圖3是示意性地表示以圖1所示實施形態的電漿處理裝置作為處理單元而具備的真空處理裝置的概略構成的俯視圖。
該圖所示的真空處理裝置300大致上區分為由大氣側區塊301和真空側區塊302構成。大氣側區塊301是在大氣壓下對作為被處理物的半導體晶圓等基板狀的晶圓進行搬送、收納位置定位的部分。真空側區塊302是在從大氣壓減壓的壓力下搬送晶圓等基板狀晶圓，並在預定的真空處理室內進行處理的區塊。然後，在進行真空側區塊302的上述搬送和處理的真空側區塊302的位置與大氣側區塊301之間，配置有將彼等連結並在內部具有晶圓的狀態下在大氣壓與真空壓之間變化壓力的裝置。
大氣側區塊301是內部具備大氣搬送機器人309的大致長方體形狀的容器，內部壓力被設為等於或略高於作為真空處理裝置300的周圍氣氛的大氣壓，並包含框體306，框體306的內側具有大氣搬送室用於搬送處理前和處理後的晶圓。在該框體306的前面側設置有多個晶圓盒台307，在該晶圓盒台307上載置有用於收納處理用或清洗用的被處理對象的半導體晶圓等基板狀晶圓的晶圓盒。
真空側區塊302具備一個或多個鎖定室305，該鎖定室305配置在第一真空搬送室304與大氣側區塊301之間，並且在內部具有在大氣側與真空側之間進行交換的晶圓的狀態下在大氣壓和真空壓力之間交換壓力。
第一真空搬送室304和第二真空搬送室310是包括俯視呈大致矩形形狀的真空容器的單元，是兩個具有可以認為實質相同的構成差異的單元。真空搬送中間室311是能夠將內部減壓至與其他真空搬送室或真空處理室相同的真空度的真空容器，能夠將真空輸送室304、310相互連結以便相互連通。在真空輸送室304、310之間配置有閘閥320，用於打開、關閉和分隔藉由與內部室連通而在內部傳送晶圓的通路，藉由關閉這些閘閥320，真空搬送中間室311與真空輸送室304、310之間被密封。
另外，在真空搬送中間室311內的室內配置有收納部，在該收納部中將多個晶圓以彼等面之間隔著間隙地載置並且水平保持，亦即當晶圓在真空輸送室304、310之間傳遞時，具有暫時進行收納的中繼室的功能，亦即，由一個真空搬送室內的真空搬送機器人308搬入並載置於前述收納部的晶圓，係由另一個真空搬送室內的真空搬送機器人308搬出並被搬送至與該真空搬送室連接的真空處理單元303或鎖定室305。
在第一真空搬送室304和第二真空搬送室310的與連接到真空搬送中間室311的面不同的其他面上，連接有包括圖1所示的電漿處理裝置100的真空處理單元303。在本實施例中，如上所述，真空處理單元303是包括真空容器101的構成，且是包含以下構成的單元：用於在該真空容器101內部的處理室104中形成電漿116而供給的電場、磁場的產生機構、以及包含用於對真空容器101內部的減壓空間即處理室104進行排氣的真空泵的排氣機構，並且在內部處理室104中使用電漿116進行蝕刻處理。
在本例的真空處理裝置300中，兩個真空處理單元303分別與第一真空搬送室304和第二真空搬送室310連接。在這些真空處理單元303中，不僅可以進行晶圓109的蝕刻處理，還可以進行灰化處理或應用於其他半導體晶圓的處理。另外，此外，在每個真空處理單元303中，對應於進行的處理而連接有供給至真空容器101內的處理室104的處理氣體流通的管路。
第一真空搬送室304構成為最多可以連接兩個真空處理單元303，但在本實施型態中連接兩個真空處理單元303。另一方面，第二真空搬送室310構成為最多可以連接3個真空處理單元303，但在本實施型態中連接有2個真空處理單元303。
第一真空搬送室304和第二真空搬送室310的內部是搬送室。在第一真空搬送室304中，在其內部空間的中央部分配置有在鎖定室305與真空處理單元303或真空搬送中間室311的任一之間在真空下搬送晶圓的真空搬送機器人308。同樣地，在第二真空搬送室310中，在其內部空間的中央部分配置有真空搬送機器人308，能夠在真空處理單元303與真空搬送中間室311的任一之間搬送晶圓。
真空搬送機器人308在其手臂上載置有晶圓，在第一真空搬送室304中， 係在配置於真空處理單元303內的晶圓台(例如晶圓載置電極)上，與鎖定室305或真空搬送中間室311之其中任一之間進行晶圓的搬入、搬出。在彼等真空處理單元303、鎖定室305、真空搬送中間室311以及第一真空搬送室304和第二真空搬送室310的搬送室之間，分別設有可以藉由閘閥320打開、氣密關閉而連通的通路，並且該通路可以藉由閘閥320打開/關閉。
在圖3的實施形態的真空處理裝置中，對晶圓進行的處理，是在所有真空處理單元303中在包括處理時間在內的相同條件下進行。此外，鎖定室305中每單位時間可以搬送晶圓的數量，是小於真空處理單元303中每單位時間可以處理晶圓的數量，並且與各真空搬送室具備的真空搬送機器人308的每單位時間搬送晶圓的數量相同或略小。這是因為在鎖定室305中在將處理後的晶圓搬出大氣側區塊301時，需要較長時間才能將例如灰化處理等已被加熱處理後的晶圓的溫度降低到不干擾搬送或晶圓盒的收納的程度，因此晶圓在鎖定室305內停留的時間較長。
配置在第一真空傳送室304中的真空搬送機器人308(稱為機器人1)，係將從大氣側區塊301導入真空側區塊302的未處理晶圓，在鎖定室305與在該晶圓被搬送之前要進行預設處理的目標的每個真空處理單元303之間進行晶圓之交接的機器。另一方面，配置於第二真空搬送室310的真空搬送機器人308(稱為機器人2)，係將由前述機器人1從第一真空搬送室304搬送至真空搬送中間室311的晶圓，在該真空搬送中間室311和連接到第二真空搬送室310的任一真空處理單元303之間進行晶圓之交接的機器。
在本實施形態中，在任一真空處理單元303中結束晶圓的處理後，將處理後的晶圓從該真空處理單元303向鎖定室305搬送。這裡，如上所述，在鎖定室305中將晶圓搬送到大氣區塊所需的時間，亦即在晶圓已被收納的狀態下從鎖定室305內部減壓的狀態起，直至升壓到與大氣壓相同或可以視為相同的程度並且打開面向大氣側區塊301的閘閥取出晶圓為止，晶圓在鎖定室305內的停留時間，相比晶圓被搬入真空處理單元303內處理後取出為止的停留時間是非常長的時間。因此，在本實施型態中，由於機器人1必須將所有處理過的晶圓返回到鎖定室305，所以在以其自身手臂保持處理過的晶圓的狀態下直到鎖定室305的真空側區塊302側的閘閥被打開而可以搬入為止產生了等待時間。
參照圖4對圖2所示的晶圓載置電極120的電極基材108的內部構成進行說明。圖4是表示圖2所示的實施形態的晶圓載置電極的金屬製成的基材的內部構成的橫剖視圖。特別地，圖4示出了電極基材108的圖2所示的A-A線所示的水平截面。
如該圖所示，本實施型態的電極基材108，係由鋁或其合金、鈦或其合金等金屬構成，具有圓板狀或圓筒狀，且在內部具備圍繞中心呈螺旋狀或同心狀多重配置而成的冷媒流路152。本例的在半徑方向上多重配置的的冷媒流路152具備具有流入口401的一端部，冷媒經由該流入口401流入最外周的流路部分和內部。當從上方觀察時，從流入口401流入的冷媒成為以圍繞中心隨著順時針旋轉方向而靠近中心部的方式旋轉的路徑。在圖4所示的例子中，冷媒流路152是冷媒從流入口401沿著流路以順時針方向流動大約3次並到達電極基材108的中心部的路徑。
另外，冷媒流路152具有在電極基材108的中心部沿逆時針方向折返之後，以從中心部向逆時針方向靠近外周部的方式迴旋的流路，在最外周的流路的內周側具有另一端部，該另一端部位在靠近具有流入口401的一端部的位置處。在另一端部設有冷媒的流出口402。從流入口401流過冷媒流路152內部並到達中心部的冷媒，是從流路的折返部沿逆時針方向流動約2次而到達冷媒流路152的另一端部，並通過流出口402從冷媒流路152流出。
此外，在本實施形態中，在電極基材108的內部具備：貫通孔403，其內部收納有向晶圓載置電極120具備的電介質膜140內部所配置的靜電吸附電極(ESC電極)201供電的連接器或電纜；貫通孔404，其內部收納有向加熱器電極202供電的連接器或電纜；及感測器孔204，其內部收納有在電極基材108內部配置在其上表面與冷媒流路152之間的溫度感測器203。冷媒流路152以避開這些貫通孔的方式配置，因此在這些貫通孔的附近之處具備在圖中上表面內的方向上局部蛇行的多個位置。
本例的電極基材108具有徑向(水平方向)尺寸比厚度方向(上下方向)尺寸充分大的圓板狀。因此，徑向的尺寸與配置在電極基材108內部的冷媒流路152所在區域的上下方向的尺寸相比充分大。
接著，參照圖5對圖1所示的電漿處理裝置的晶圓載置電極120的溫度調整方式進行說明。圖5是示意性地表示晶圓載置電極上設置的溫度感測器的檢測結果與晶圓載置電極的實際溫度之差，相對於供應到圖2和圖4所示實施形態的冷媒流路的冷媒的溫度變化的關係的圖表。
在本實施形態的電漿處理裝置中，載置並被吸附於晶圓載置電極120的狀態下的晶圓的溫度，係根據供給到冷媒流路152的冷媒的溫度以及與供給到加熱器電極202的直流電力的大小對應的發熱量而變化。因此，控制器170接收來自溫度感測器203的輸出，並發送與檢測到的電極基材108的溫度或估計出的晶圓109的溫度的值對應的指令信號，根據該指令信號來調整冷媒的溫度或加熱器電極202的發熱量。 另一方面，在本例具備的溫度感測器203中，例如在使用電阻器的溫度感測器203中，與實際溫度的差(誤差)的大小亦會對應於檢測到的溫度值的高低而增加或減少。因此，在控制器170中，對接收來自溫度感測器203的輸出獲得的結果校正預定量，而修正如上所述的溫度感測器203的檢測誤差，可以高精度地檢測晶圓載置電極120或晶圓109的溫度。
因此，在本例中，作為製造半導體部件的工程的晶圓109的處理開始之前，預先藉由冷媒的溫度調節器將冷媒的溫度，針對每個預定範圍設定多個值，並供給到晶圓載置電極120的冷媒流路，藉此而將電極基材108調節為多個不同的溫度。這樣，在將電極基材108調節為各個溫度的狀態下使用溫度感測器203來檢測溫度，並且求出與實際的電極基材108的上表面或晶圓載置電極120的電介質膜140的上表面的溫度之間的誤差。此外，抽出彼等誤差的值與冷媒的溫度調節器的溫度設定值(被設定的冷媒溫)之間的相關性，並且計算出表示彼等相關性的係數。圖5中示出表示彼等相關性的圖表。
根據本發明人檢討的結果發現，由配置在本例的晶圓載置電極120的電極基材108內部的溫度感測器203的輸出獲得的溫度誤差，相對於在作為晶圓109實際處理條件被假設的範圍內由溫度調節器進行的的溫度設定值係具有預定的斜率而變化，亦即實質上可以表示為冷媒的設定溫度的線性函數。
因此，在本實施型態的電漿處理裝置中，作為製造半導體部件的工程，在開始處理晶圓109的運轉之前，預先如上所述藉由溫度調節器將冷媒的溫度設定為所假設的處理條件之晶圓109的溫度範圍內的多個值，當將溫度感測器203的輸出誤差與冷媒的設定溫度之間的相關性應用於線性函數(y=ax+b)時，求出斜率(係數a)和常數b的值作為參數。然後，控制器170將根據該參數和冷媒的溫度調節器的設定值(x)算出的函數的值(y)估計為誤差，並且在製品的製造工程即晶圓109的處理工程中為了估計或算出晶圓載置電極120或其上所載置的晶圓109的溫度時，使用所估計出的誤差針對根據溫度感測器203的輸出所檢測到的溫度的值進行補正或校正。並且將已被補正後的溫度值用於溫度調節器或加熱器電極的反饋控制。
此外，在本實施形態中，作為上述假設的處理條件即晶圓109的溫度範圍，係被劃分為多個連續的區域(圖5中為3個)509、510、511，在每個溫度區域中作為進行誤差校正的函數係分別設定有相關函數502、503、504，該相關函數502、503、504，係具有與藉由上述校正用參數檢測到的相同(斜率)係數a，且是在每個溫度區域內具有誤差零(零交叉)點506、507、508的不同的線性函數。更具體來說，相關函數502係在第一區域509中由y=ax+b 1表示，相關函數503係在第二區域510中由y=ax+b 2表示，相關函數504係在第三區域511中由y=ax+b 3表示。但是，任一函數都通過該區域中y=0的點。係數a則是與表示在冷媒的整個溫度可調整範圍內的前述誤差與冷媒的設定溫度之間的關係的單一線性函數的係數a為相同的值。
此外，當以從和該電漿處理裝置實質上具備相同構成的另一電漿處理裝置所具有的樣品台的溫度感測器的輸出得到的溫度，與前述基材或前述晶圓的實際溫度之間的誤差作為替代誤差時，係數a可以設為和表示該替代誤差與冷媒設定溫度之間之關係的線性函數的係數a相同的值。此外，可以根據相關函數502、503和504調整加熱器電極202的發熱量。
藉由對這樣劃分的多個溫度區域中的每一個使用具有相同係數的不同校正用的函數，可以減少每個溫度區域中的誤差。如圖5所示，比較例是在假設進行處理中的整個溫度範圍內都使用單一線性函數即相關函數501之情況，本實施型態則是使用校正用的函數502、503、504之情況，如圖5所示，和比較例比較，在本實施型態中從零點至最大值或最小值之差值(對應於誤差的修正量)變小，由此可以看出，提高了使用溫度感測器203的輸出對晶圓109或晶圓載置電極120的溫度檢測精度。
如上所述，根據本實施型態，能夠在假定晶圓109的處理的整個溫度範圍內高精度地實現晶圓109的溫度，能夠提高處理的良率。
此外，在本實施形態的電漿處理裝置中，預先藉由溫度調節器將冷媒的溫度設定為作為假設處理條件的晶圓109的溫度範圍內的多個值，藉此而檢測出表示溫度感測器203的輸出誤差與冷媒的設定溫度之間的相關性的線性函數的係數的值，並將該檢測出的係數的值用在針對另一電漿處理裝置的晶圓載置電極120的檢測誤差的補正或校正上，該另一電漿處理裝置是與如上所述的包括溫度感測器203的晶圓載置電極120和連接到晶圓載置電極120並被供給冷媒的溫度調節器具備相同構成者。在這種情況下，如圖5所示，將作為假定的處理條件的晶圓109的溫度範圍劃分為連續的多個區域(圖5中為3個)，並且在每個溫度區域中，使用上述檢測出的係數和在該溫度區域內具有誤差0(零交叉)點的不同線性函數的相關函數來作為誤差校正用的函數亦可。
100:電漿處理裝置 101:真空容器 102:噴淋板 102a:氣體導入孔 103:電介質窗 104:處理室 105:導波管 106:電場產生電源 107:磁場產生線圈 108:電極基材 109:晶圓 110:真空排氣口 111:導電體膜 112:接地點 113:基座環 116:電漿 120:晶圓載置電極 120a:載置面 120b:上表面 120d:凹部 124:高頻電源 125:高頻濾波器 126:直流電源 127:高頻電源 128,129:匹配器 130:負載阻抗可變箱 201:靜電吸附用(ESC)電極 202:加熱器電極 203:溫度感測器 204:感測器孔 301:大氣側區塊 302:真空側區塊 303:真空處理單元 304:第一真空搬送室 305:鎖定室 306:框體 307:晶圓盒台 308:真空搬送機器人 309:大氣搬送機器人 310:第二真空搬送室 311:真空搬送中間室 320:閘閥 401:流入口 402:流出口 403,404:貫通孔
[圖1]圖1是示意表示本發明實施形態的電漿處理裝置的概略構成的剖面圖。 [圖2]圖2是示意說明圖1所示實施形態的晶圓載置電極的主體部分的概略構成的縱剖面圖。 [圖3]圖3是示意表示以圖1所示的實施形態的電漿處理裝置作為處理單元的真空處理裝置的概略構成的俯視圖。 [圖4]圖4是表示圖2所示的實施形態實施形態的晶圓載置電極的金屬基材的內部構成的橫剖視圖。 [圖5]圖5是表示晶圓載置電極具備的溫度感測器的檢測結果與晶圓載置電極的實際溫度之差相對於供給至圖2及4所示實施形態的冷媒流路的冷媒的溫度變化的關係的圖表。
100:電漿處理裝置
101:真空容器
102:噴淋板
102a:氣體導入孔
103:電介質窗
104:處理室
105:導波管
106:電場產生電源
107:磁場產生線圈
108:電極基材
109:晶圓
110:真空排氣口
111:導電體膜
112:接地點
113:基座環
116:電漿
120:晶圓載置電極
120a:載置面
120b:上表面
120d:凹部
124:高頻電源
125:高頻濾波器
126:直流電源
127:高頻電源
128,129:匹配器
130:負載阻抗可變箱
131:導體環
152:冷媒流路
160:電場/磁場形成部
161:供電連接器
170:控制器

Claims (8)

  1. 一種電漿處理裝置，係具備： 處理室，其配置在真空容器內部，且在內側形成電漿；樣品台，其配置在前述處理室內，且上表面用於載置處理對象的晶圓；金屬製成的基材，其配置在前述樣品台，且在其內部具備供作為已調節了溫度的冷媒流通的冷媒流路；至少1個溫度感測器，其配置於前述冷媒流路與前述基材的上表面之間，用於檢測溫度；及控制器，其使用來自前述溫度感測器的輸出對前述基材或前述樣品台上載置的處理中的前述晶圓的溫度進行檢測； 當以從前述溫度感測器的輸出獲得的溫度與實際的前述基材或前述晶圓的溫度之間的差作為誤差時，前述控制器根據表示前述誤差與前述冷媒的設定溫度之間的關係的線性函數來檢測前述基材或前述晶圓的溫度， 前述線性函數係對應於在前述冷媒的可調節的溫度範圍內的多個連續的溫度範圍的每個區域而不同，多個前述線性函數係包含相同的係數並且具有前述誤差為零的點。
  2. 如請求項1之電漿處理裝置，其中 還具備：加熱器，其配置在前述樣品台的上表面與前述冷媒流路之間， 對應於前述檢測出的溫度來調節前述加熱器的輸出。
  3. 如請求項1之電漿處理裝置，其中 前述線性函數的係數，與表示在前述冷媒的可調節的整個溫度範圍內的前述誤差與前述冷媒的設定溫度之間的關係的線性函數的係數為相同的值。
  4. 如請求項1之電漿處理裝置，其中 當以從和該電漿處理裝置實質上具備相同構成的另一電漿處理裝置所具有的前述樣品台的前述溫度感測器的輸出得到的溫度，與實際的前述基材或前述晶圓的溫度之間的誤差作為替代誤差時，前述線性函數的係數可以設為和表示前述替代誤差與前述冷媒的設定溫度之間之關係的線性函數的係數為相同的值。
  5. 一種電漿處理方法，係使用電漿處理裝置的電漿處理方法，該電漿處理裝置具備：處理室，其配置在真空容器內部，且在內部形成電漿；樣品台，其配置在前述處理室內，且上表面用於載置處理對象的晶圓；金屬製成的基材，其配置在前述樣品台，且在其內部具備供作為已調節了溫度的冷媒流通的冷媒流路；及至少1個溫度感測器，其配置於前述冷媒流路與前述基材的上表面之間，用於檢測溫度；該電漿處理方法其特徵為： 當以從前述溫度感測器的輸出獲得的溫度與實際的前述基材或前述晶圓的溫度之間的差作為誤差時，根據表示前述誤差與前述冷媒的設定溫度之間的關係的線性函數對前述基材或前述晶圓的溫度進行檢測，及 前述線性函數，係對應於在前述冷媒的可調節的溫度範圍內的多個連續的溫度範圍的每個區域而不同，多個前述線性函數係包含相同的係數並且具有前述誤差為零的點。
  6. 如請求項5之電漿處理方法，其中 前述電漿處理裝置還具備：加熱器，其配置在前述樣品台的上表面與前述冷媒流路之間， 對應於前述檢測出的溫度來調節前述加熱器的輸出。
  7. 如請求項5之電漿處理方法，其中 前述線性函數的係數，與表示在前述冷媒的可調節的整個溫度範圍內的前述誤差與前述冷媒的設定溫度之間的關係的線性函數的係數為相同的值。
  8. 如請求項5之電漿處理方法，其中 當以從和該電漿處理裝置實質上具備相同構成的另一電漿處理裝置所具有的前述樣品台的前述溫度感測器的輸出得到的溫度，與前述基材或前述晶圓的實際溫度之間的誤差作為替代誤差時, 前述線性函數的係數可以設為和表示前述替代誤差與前述冷媒的設定溫度之間之關係的線性函數的係數為相同的值。
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