WO2021156906A1 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

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plasma processing
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南菜子 玉利
侯然 廣田
角屋　誠浩
征洋 長谷
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株式会社日立ハイテク
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    • H01J37/32201—Generating means

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method.
  • the plasma processing device includes a vacuum processing chamber, a gas supply device connected to the vacuum processing chamber, a vacuum exhaust system for maintaining the pressure in the vacuum processing chamber at a desired value, an electrode on which a substrate to be processed is placed, and plasma in the vacuum processing chamber. It is composed of a plasma generating means for generating the above.
  • the etching process of the substrate to be processed held on the mounting electrode of the substrate to be processed is performed.
  • Etching of the substrate to be processed proceeds by physical sputtering or chemical reaction with ions and radicals emitted from plasma and reactor walls. Therefore, the etching amount of the substrate to be processed is affected not only by the plasma state but also by the amount of radicals emitted from the reactor wall surface or adsorbed on the reactor wall surface.
  • one of the main factors that determines the amount of radicals released or adsorbed on the wall surface of the reactor is the temperature of the wall surface of the reactor.
  • the reactor wall surface temperature is heated not only by an electric heater but also by plasma heat input.
  • the wall surface of the reactor is in a state of being heated by the heat input during the plasma discharge, but when the apparatus is in the processing standby state (hereinafter, idling state) after the plasma discharge is completed, the processing standby time (hereinafter, idling time). ),
  • the temperature of the wall surface of the reactor gradually decreases.
  • Patent Document 1 discloses a technique for raising the temperature of the reactor wall surface by performing plasma discharge under preset conditions before processing the substrate.
  • Patent Document 2 discloses a technique for raising the temperature of the reactor wall surface by performing intermittent discharge during the idling time of the apparatus.
  • Patent Document 1 aims to raise the temperature of the reactor by performing plasma discharge before substrate processing, but the rise is achieved after the apparatus has been idle for a long period of time, for example, several hours.
  • a long-time discharge is required to sufficiently raise the temperature. This causes a decrease in throughput and is a problem from the viewpoint of cost performance.
  • Patent Document 2 is to carry out intermittent discharge during the idling time of the apparatus to raise the temperature of the reactor wall surface.
  • the reactor wall surface temperature (hereinafter referred to as saturation temperature) finally reached is generally determined by the average high-frequency power applied, and thus the substrate processing conditions.
  • the appropriate reactor wall temperature varies depending on the type.
  • the reactor wall surface temperature can be raised to an appropriate temperature for the processing conditions if the conditions for the next processing are known in advance. , It is difficult to set the target temperature when the conditions to be processed next are unknown. Further, when the saturation temperature in the preceding substrate processing condition is higher than the saturation temperature in the substrate processing condition to be processed next, the intermittent discharge during the idling time for the purpose of raising the temperature overheats the chamber wall surface temperature. Rather, it may promote the deviation of the etching amount between the substrates to be processed.
  • the present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and when the product processing of the substrate to be processed is completed, the idle time is sufficiently long and the reactor wall surface temperature is processed next.
  • the temperature drops significantly compared to the saturation temperature of the reactor wall surface under the product processing conditions, which is the processing condition for performing plasma treatment on the substrate to be processed, or the product processing conditions for the substrate to be processed next. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of reaching a target saturation temperature of a chamber wall surface temperature in a short time even when the temperature is unknown.
  • a plasma processing chamber provided with an electrode on which a substrate to be processed is placed, and a power supply unit for supplying power for plasma generation to the plasma processing chamber.
  • the control unit In a plasma processing apparatus provided with a control unit that controls the power supplied from the power supply unit to the plasma processing chamber, the control unit is in a state where the substrate to be processed is not placed on the electrodes inside the plasma processing chamber.
  • a heat-retaining discharge that controls the power supply unit under the first condition to generate a first plasma inside the plasma processing chamber to heat the inner wall surface of the plasma processing chamber to the first temperature, and a heat-retaining discharge inside the plasma processing chamber.
  • the power supply unit is controlled under the second condition in a state where the substrate to be processed is not placed on the electrodes, a second plasma is generated inside the plasma processing chamber, and the inner wall surface of the plasma processing chamber is formed on the first surface. Rapid temperature control discharge that heats to a second temperature higher than the temperature, and the power supply unit is controlled under the third condition with the substrate to be processed placed on the electrodes inside the plasma processing chamber. A product process that processes the substrate to be processed by generating a third plasma inside is executed.
  • the substrate to be processed in the method of processing the substrate to be processed using the plasma processing apparatus, is mounted on the electrode inside the plasma processing chamber of the plasma processing apparatus.
  • power is applied to the plasma processing chamber under the first condition to generate the first plasma inside the plasma processing chamber to heat the inner wall surface of the plasma processing chamber to the first temperature, and the plasma is generated.
  • a second plasma is generated inside the plasma processing chamber by applying power under the second condition in a state where the substrate to be processed is not placed on the electrodes inside the processing chamber, and the inner wall surface of the plasma processing chamber is formed.
  • a third temperature is heated to a second temperature higher than the temperature of 1, and power is applied under the third condition with the substrate to be processed placed on the electrodes inside the plasma processing chamber to enter the third inside the plasma processing chamber. Plasma was generated to process the substrate to be processed.
  • the idle time is sufficiently long and the reactor wall surface temperature is compared with the saturation temperature of the product processing conditions of the substrate to be processed next. Even when the temperature drops significantly, or when the product processing conditions of the substrate to be processed next are unknown, the chamber wall surface temperature can reach the target saturation temperature in a short time. It has become possible to stably maintain the yield in the etching process in a high state.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the schematic structure of the microwave ECR plasma etching apparatus which concerns on embodiment of this invention.
  • (A) is a graph showing the relationship between the idling state and the product processing time of the substrate to be processed and the reactor wall surface temperature when the present invention is not applied, and (b) is the case where the present invention is not applied. It is a graph which shows the relationship between the wafer count and the etching amount. It is a flowchart which shows the flow
  • (A) is a graph showing the relationship between the idling state and the product processing time of the substrate to be processed and the reactor wall surface temperature when the present invention is applied, and (b) is the wafer count and etching when the present invention is applied. It is a graph which shows the relationship with a quantity.
  • a magnetic field is repeatedly supplied into the processing chamber at predetermined intervals to increase or decrease the intensity to form plasma and process the sample. It relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method.
  • the temperature of the chamber wall surface changes due to plasma input, but if the initial temperature of the lot is significantly dissociated from the saturation temperature of the lot, the same lot There is a difference in the etching rate, etc., which causes a decrease in yield.
  • this problem is solved by making the wall temperature reach near the saturation temperature of the same lot at the initial stage of the lot.
  • the plasma discharge generated by the high frequency power pulse-modulated so as to have a predetermined average power during the idling time before the lot processing After raising the temperature of the inner wall surface of the chamber by means of, plasma discharge is performed prior to the next lot processing to adjust the temperature of the inner wall surface of the chamber.
  • the power was set lower than the average input power of a plurality of lot processing conditions executed by the device, and the plasma discharge performed prior to the lot processing was set to the average input power of the lot processing conditions.
  • the temperature of the inner wall surface of the chamber at the start of lot processing can be adjusted to near the saturation temperature of the inner wall surface of the chamber under the lot processing conditions, and variations in the etching rate of the substrate to be processed in the lot can be suppressed. So, we have made it possible to improve the yield.
  • the temperature of the wall surface of the processing chamber is raised during idling by the plasma generated by the pulse-modulated high-frequency power, and then the high-frequency power is further controlled based on the lot processing conditions to control the temperature of the wall surface of the processing chamber.
  • the temperature was raised.
  • the temperature change of the processing chamber wall surface at the beginning and the end of the lot processing is reduced, and in the plasma processing, the variation in quality within the processing lot of the substrate to be processed due to the temperature change of the processing chamber wall surface is reduced. It is the one that was made.
  • the reactor wall surface temperature is generated by the plasma discharge formed by the pulse-modulated high-frequency power set to be a predetermined average power during the entire time when the prior processing is completed and the apparatus is in the idling state.
  • the temperature of the wall surface of the reactor is raised by plasma discharge generated with a predetermined electric power based on the product processing conditions of the substrate to be processed before starting the processing of the next substrate to be processed. ..
  • the predetermined power is characterized in that the time from the temperature of the reactor wall surface that has been raised in advance to the time when the target saturation temperature is reached becomes a predetermined value.
  • the idle time is sufficiently long and the reactor wall surface temperature is compared with the saturation temperature under the condition of the substrate to be processed next. Even if the temperature drops significantly or the processing conditions of the substrate to be processed next are unknown, the chamber wall surface temperature can be reached to the target saturation temperature in a short time for processing. Variations due to temperature dependence of the etching rate in the lot can be suppressed, and the yield in the etching process can be stably maintained in a high state.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a microwave ECR plasma etching apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the microwave ECR plasma etching apparatus 100 shown in FIG. 1 is etched at the upper part of the etching processing chamber 104, the microwave power supply 101, the waveguide 103 connecting the microwave power supply 101 and the etching processing chamber 104, and the etching processing chamber 104.
  • an electromagnetic coil 106 is provided on the outer periphery of the etching processing chamber 104 to generate a magnetic field inside the etching processing chamber 104.
  • An electrode 108 on which the substrate 107 to be processed is placed is provided inside the etching processing chamber 104, and the substrate 107 to be processed mounted on the electrode 108 is electrostatically adsorbed to the electrode 108 by the action of an electrostatic adsorption electrode (not shown).
  • the high frequency filter circuit 111 that cuts the high frequency power so that the high frequency power does not flow into the DC power supply 109, and the substrate 107 to be processed mounted on the electrode 108.
  • a high-frequency power supply 110 that applies the high-frequency power of the above to the electrode 108, and a matching circuit 112 that adjusts the high-frequency impedance of the electrode 108 with respect to the high-frequency power supply 110 are provided.
  • the electrode 108 is installed inside the etching processing chamber 104 by an insulating member (not shown).
  • the microwave ECR plasma etching apparatus 100 is a gas that controls the flow rate of the processing gas supplied from the gas supply unit 114 to the inside of the etching processing chamber 104 and the gas supply unit 114 that supplies the processing gas to the inside of the etching processing chamber 104.
  • a flow control unit 115 and a vacuum exhaust unit 116 that exhausts the inside of the etching processing chamber 104 to a vacuum are provided.
  • the microwave ECR plasma etching apparatus 100 includes a light emitting monitoring mechanism 102 for monitoring the plasma light emitting state inside the etching processing chamber 104, the etching state of the substrate 107 to be processed, and the like, and the inner wall surface (reactor wall surface) of the etching processing chamber 104. )
  • a temperature measuring device 113 for measuring the temperature of 1041 is provided.
  • Reference numeral 120 denotes a control unit, which controls a microwave power supply 101, an electromagnetic coil 106, a DC power supply 109, a high frequency power supply 110, a gas flow rate control unit 115, a vacuum exhaust unit 116, and the like. Further, for the control by the control unit 120 during idling or plasma processing, the signal received from the light emission monitor mechanism 102 or the temperature information of the reactor wall surface 1041 obtained by measuring with the temperature measuring instrument 113 may be used.
  • control unit 120 includes a storage unit 121, a calculation unit 122, and a CPU 133.
  • the storage unit 121 contains a program for processing the substrate 107 to be processed by the microwave ECR plasma etching apparatus 100, a microwave power supply 101, an electromagnetic coil 106, a DC power supply 109, a high frequency power supply 110, a gas flow control unit 115, and a vacuum.
  • Product processing conditions that control the exhaust unit 116 and the like are registered and stored.
  • the arithmetic unit 122 performs various arithmetic processing, and as an example, based on the product processing conditions stored in the storage unit 121, the average high-frequency power for generating plasma to be input from the microwave power supply 101 at the time of heat-retaining discharge described later. , And the average high frequency power for plasma generation input from the microwave power supply 101 to the rapid temperature control discharge is calculated.
  • the CPU 133 includes a microwave power supply 101, an electromagnetic coil 106, a DC power supply 109, and a high frequency based on a program and product processing conditions for processing the substrate 107 to be processed by the microwave ECR plasma etching apparatus 100 stored in the storage unit 121. It controls the power supply 110, the gas flow control unit 115, the vacuum exhaust unit 116, and the like.
  • the control unit 120 has a microwave power supply 101, an electromagnetic coil 106, a DC power supply 109, and a high frequency based on the average high frequency power at the time of heat retention discharge and the average high frequency power at the time of rapid temperature control discharge calculated by the calculation unit 122. Controls the power supply 110 and the like. At this time, feedback control may be performed using the temperature information of the reactor wall surface 1041 obtained by measuring with the temperature measuring instrument 113. Further, the signal received from the light emission monitoring mechanism 102 is processed to detect the end point of the processing of the substrate 107 to be processed by the microwave ECR plasma etching apparatus 100, and the microwave power supply 101, the electromagnetic coil 106, the DC power supply 109, and the high frequency are detected. The operation of the power supply 110 and the like may be stopped.
  • the microwave power is oscillated from the microwave power supply 101, and the transmitted microwave power is transmitted to the etching processing chamber 104 through the waveguide 103. Will be done.
  • the etching processing chamber 104 there is a dielectric window 105 for enclosing the etching gas in the lower part of the etching processing chamber 104, and with this as a boundary, the inside of the etching processing chamber 104 below the dielectric window 105 is evacuated. It is exhausted by the unit 116 and held in a vacuum state.
  • the waveguide 103 is provided in a state where the etching processing gas whose flow rate is controlled by the gas flow rate control unit 115 is supplied from the gas supply unit 114 to the inside of the etching processing chamber 104 held in this vacuum state at a predetermined flow rate.
  • the propagated waveguide power passes through the dielectric window 105 and is introduced into the etching processing chamber 104.
  • An electromagnetic coil 106 is arranged around the etching processing chamber 104.
  • An electron cyclotron resonance is generated by the magnetic field formed inside the etching processing chamber 104 by the electromagnetic coil 106 and the microwave power introduced into the etching processing chamber 104 through the dielectric window 105.
  • the light emitting state of the plasma inside the etching processing chamber 104, the light emitting state associated with the etching process of the substrate 107 to be processed mounted on the electrode 108, and the like are monitored by the light emitting monitor mechanism 102.
  • the control unit 120 receives the light emission monitor signal from the light emission monitor mechanism 102 and detects the end point of the etching process for the substrate 107 to be processed.
  • FIG. 1 an example in which this embodiment is not applied is shown in FIG.
  • the temperature (reactor wall surface temperature) 201 of the reactor wall surface 1041 which is the inner wall surface of the etching processing chamber 104 is set. It descends as the idling time of 211,213 elapses.
  • the reactor wall surface temperature 201 is increased as the number of substrates to be processed increases at the product processing times 212 and 214. Is rising. That is, as shown in FIG. 2, the reactor wall surface temperature 201 is the lowest at the processing time point 202 of the first substrate to be processed, and the reactor wall surface temperature 201 is the lowest at the processing time point 202 of the first sheet at the processing time point 203 of the tenth sheet. The temperature is raised as compared with the wall surface temperature 201, and at the time of processing 204 on the 25th sheet, the temperature is further raised to be substantially equal to the saturation temperature 209.
  • the etching amount of the substrate to be processed depends on the temperature, for example, the etching amount 205 of the first substrate to be processed is the lowest, and the etching amount 206 of the tenth substrate is the first substrate.
  • the etching amount is slightly higher than the etching amount, and the etching amount 207 of the 25th substrate to be processed is further higher than the etching amount 205 of the first sheet and the etching amount 206 of the 10th sheet.
  • a significant discrepancy 208 occurs in the etching amounts of the first and 25th substrates to be processed.
  • the temperature of the reactor wall surface 1041 is adjusted by plasma discharge formed by high-frequency power pulse-modulated and set to have a predetermined average power during a period in which the prior processing is completed and the apparatus is in an idling state.
  • the inner wall surface of the reactor is generated by plasma discharge generated with a predetermined electric power based on the processing conditions of the substrate to be processed. Is designed to raise the temperature.
  • any gas may be used as the gas to be introduced into the processing chamber at the time of rapid temperature control discharge, but at this time, especially when a gas having the same or similar properties as the product processing conditions is used, the rapid temperature control discharge is performed in the treatment chamber. It can also serve as an atmosphere adjustment (seasoning).
  • the etching process of the substrate to be processed of the previous lot is completed by the microwave ECR plasma etching apparatus 100, and the substrate to be processed after this process is carried out from the inside of the etching processing chamber 104, and then a predetermined time elapses.
  • the control unit 120 controls the microwave power supply 101 to start pulse-modulated heat-retaining discharge inside the etching processing chamber 104.
  • the temperature of the reactor wall surface 1041 is controlled to a predetermined temperature (S301). This step S301 is called a heat retention discharge step.
  • the start of discharge in this heat-retaining discharge step is preferably immediately after the substrate 107 to be processed is carried out from the inside of the etching processing chamber 104, but is not limited to this.
  • the average high-frequency power for plasma generation (hereinafter referred to as the average source power) input from the microwave power supply 101 during this heat-retaining discharge period is among the product processing conditions registered in advance in the storage unit 121 of the control unit 120. It is desirable to set it equal to or higher than the lowest average source power, and it is desirable not to exceed the highest average source power among the product processing conditions registered in advance in the storage unit 121 of the control unit 120. .. This is to quickly bring the temperature of the reactor wall surface 1041 to a predetermined target temperature range in the rapid temperature control discharge (S302) to be carried out next.
  • the average source power at this time is equal to the multiplication value of the source power for plasma generation output from the microwave power supply 101 and the duty of its pulse modulation.
  • the average source power of the heat retention / discharging step S301 is equal to the average source power of the product processing conditions of the substrate to be processed. ..
  • the target temperature range in this embodiment is a range of allowable values set in advance with respect to the saturation temperature, which is the temperature at which the reactor wall surface 1041 is saturated when the substrate to be processed is processed under the product processing conditions of the target substrate to be processed. It refers to the temperature range that falls within.
  • the start signal of the next process is checked during the heat-retaining discharge (S302), and the process of the heat-retaining discharge step S301 is continued until the start signal of the next process is received (NO in S302).
  • the rapid temperature control discharge is started immediately (S303).
  • This step S303 is called a rapid temperature control / discharging step.
  • the period of the heat-retaining discharge process of S301 and the period of the rapid temperature control / discharge process of S303 are collectively referred to as an idling state period.
  • the rapid temperature control / discharging step (S303) performed before starting the processing of the next substrate to be processed in order to prevent the temperature of the reactor wall surface 1041 from exceeding the above-mentioned target temperature range, the product processing of the substrate to be processed is performed.
  • the temperature of the reactor wall surface 1041 is raised by the plasma discharge generated by setting the average source power of the conditions.
  • the reactor is at the time of processing the first substrate to be processed in the processing of the next substrate 107 to be processed. Since the temperature of the wall surface 1041 is within the target temperature range, it is possible to process the first substrate to be processed and the last substrate to be processed in a series of processing of the substrates to be processed with almost the same quality. can.
  • the average source power of the heat retention / discharging step S301 is equal to the average source power of the product processing conditions of the substrate to be processed.
  • the average source power in the rapid adjustment discharge step S303 continues the average source power set in the heat retention discharge step S301.
  • the substrate 107 to be processed is carried into the etching processing chamber 104 (S304) and placed on the electrode 108.
  • the control unit 120 operates the DC power supply 109 to electrostatically attract the substrate 107 to be processed to the electrode 108, and the vacuum exhaust unit 116 etches from the gas supply unit 114 while exhausting the inside of the etching processing chamber 104 to a vacuum.
  • a processing gas is supplied to the inside of the processing chamber 104, and the electromagnetic coil 106 is energized to generate a magnetic field inside the etching processing chamber 104.
  • the microwave power transmitted from the microwave power supply 101 is supplied to the inside of the etching processing chamber 104 from the dielectric window 105 through the waveguide 103. Electron cyclotron resonance is generated by the magnetic field formed inside the etching processing chamber 104 and the microwave power introduced inside the etching processing chamber 104, and the etching gas introduced into the etching processing chamber 104 is efficiently plasma. Can be etched.
  • the amount of ions (ions) incident from the plasma on the substrate 107 to be processed mounted on the electrode 108 is adjusted by controlling the control unit 120 to adjust the high frequency power applied from the high frequency power supply 110 to the electrode 108.
  • the current) is adjusted to perform plasma treatment on the substrate 107 to be processed under conditions suitable for processing the substrate 107 to be processed (S305).
  • This process is called a product processing process.
  • the light emission monitoring mechanism 102 is used to monitor the light emission state of the plasma during the plasma processing. When the emission monitor mechanism 102 detects the end point of the plasma processing on the substrate 107 to be processed, the control unit 120 controls the plasma processing to end the plasma processing.
  • the substrate 107 to be processed after the product processing step S305 is carried out from the etching processing chamber 104 by using a carrying-out means (not shown) (S306).
  • step S301 If there are no unprocessed substrates in the lot (NO in S307), it is determined whether there is a next processing lot (S308), and if there is a next processing lot (YES in S308), Returning to S301, the heat-retaining discharge step is executed in step S301 for a time until the next processing lot is charged into the etching processing chamber 104.
  • the average source power input from the microwave power supply 101 to the etching processing chamber 104 in the rapid temperature control / discharging step of S303 is the average source power of the product processing conditions of the substrate to be processed next.
  • the calculation unit 122 calculates the time from the temperature of the reactor wall surface 1041 raised by the heat-retaining discharge obtained by the temperature measuring device 113 until the target saturation temperature range is reached to a predetermined value. It may be set to the value obtained by.
  • the reactor obtained by measuring with the temperature measuring instrument 113 in the idling state time 411 of the heat retention discharge step of S301 and the rapid temperature control discharge step of S303 and the substrate processing period 412 in the product processing step of S305.
  • the temperature transition 401 of the wall surface 1041 is shown in FIG.
  • the reactor wall surface 1041 is adjusted so that the average temperature 403 becomes a certain constant temperature.
  • the average temperature 403 of the reactor wall surface 1041 at this time is uniquely determined by the average source power input in the heat retention / discharge step S301 during the heat retention / discharge period 404.
  • the average source power at this time is preferably equal to the lowest average source power among the substrate processing conditions registered in advance in the control unit 120, and is controlled even when it is higher than the lowest average source power. It is desirable not to exceed the highest average source power among the basic processing conditions registered in advance in the unit 120.
  • Running warmth discharge step (S301) (running incubated discharge period 404 at time 411 the idling state), (YES in S302) when receiving a start signal for the next processing at time T 0, kept discharge moved immediately rapid temperature control discharge process to end the period 404 (S303), rapid temperature control discharge is performed over a predetermined time 405 until time T 1.
  • the time 405 for executing the rapid temperature control / discharging step (S303) may be the time stored in the preset storage unit 121 or the time obtained by the calculation unit 122.
  • the difference between the average temperature 403 set in the heat retention discharge step (S301) and the saturation temperature 402 of the reactor wall surface 1041 according to the product processing conditions of the substrate 107 to be processed, and the rapid temperature control / discharge step It is obtained based on the temperature rise characteristic of the reactor wall surface 1041 according to the discharge conditions in (S303).
  • the saturation temperature 402 of the reactor wall surface 1041 according to the product processing conditions of the substrate 107 to be processed in the product processing step (S305) and the temperature rise characteristic of the reactor wall surface 1041 according to the discharge conditions in the rapid temperature control discharge step (S303) are The discharge conditions are shaken in advance to generate plasma, and the temperature measuring device 113 measures and obtains the data.
  • the discharge conditions and the temperature rise data of the reactor wall surface 1041 stored in the storage unit 121 are used for the measurement. Can be done.
  • FIG. 5 shows the temperature transition 501 of the reactor wall surface 1041 obtained by measuring with the temperature measuring instrument 113 in this embodiment, and the etching amount 505 of the first substrate to be processed 107 in the product processing step (S305).
  • the etching amount 506 of the 10th processed substrate 107 of the product treatment and the etching amount 507 of the 25th processed substrate 107 of the product processing are shown.
  • the temperature of the reactor wall surface 1041 is maintained at a constant temperature by the heat retention discharge step (S301) during the idling state time 411, and the rapid temperature control / discharge step (sudden temperature control / discharge step) immediately before the start of the product processing.
  • the temperature 502 of the reactor wall surface 1041 at the time of the first product processing becomes extremely close to the saturation temperature 509 of the product processing conditions.
  • the difference between the temperature 502 of the reactor wall surface 1041 at the time of the first product treatment, the temperature 503 of the reactor wall surface 1041 at the time of the 10th product treatment, and the temperature 504 of the reactor wall surface 1041 at the time of the 25th product treatment is the present. It is extremely small as compared with the case where the embodiment is not applied. At this time, when the etching amount of the substrate 107 to be processed depends on the temperature, the difference 508 between the etching amount 505 of the first sheet and the etching amount 507 of the 25th sheet does not apply to this embodiment. It is extremely small compared to.
  • the temperature of the chamber wall surface changes due to plasma input, so that the initial temperature in the lot processing becomes a lot.
  • the saturation temperature in the treatment it has become possible to prevent a phenomenon in which a difference in etching rate or the like occurs within the same lot, which causes a decrease in yield.
  • the saturation temperature of the reactor wall surface 1041 reached when the temperature of the reactor wall surface 1041 at the start of processing of the lot of the substrate to be processed is continued under the product processing conditions of the substrate lot to be processed.
  • the temperature can be adjusted to a close value, the variation due to the temperature dependence of the etching rate in the lot can be suppressed, and the yield in the etching process can be stably maintained in a high state.
  • Microwave ECR plasma etching device 101 Microwave power supply 102 Light emission monitoring mechanism 103 Waveguide 104 Etching processing chamber 105 Dielectric window 106 Electromagnetic coil 107 Processed substrate 108 Electrode 109 DC power supply 110 High frequency power supply 111 High frequency filter circuit 112 Matching circuit 113 Temperature measuring instrument 120 control unit

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Abstract

プラズマ処理装置を、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て構成し、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、次に電力供給部を第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、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を実行するようにした。

Description

プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
　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解離している場合、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解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ク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を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、この発信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から発信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盤処理条件のうち、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Ｔ０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Ｔ１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Ｔ０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Ｔ１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解離することにより、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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