(57)【要約】      （修正有）【課題】温度センサの経時変化を監視することにより、ウエハ加工精度の再現性を向上したプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置の試料載置台１０７は、金属製の基材２０１と、該基材の上面に配置されその上に前記試料が載せられる誘電体製の膜２０２と、該膜内に配置された膜状のヒータ２０４と、前記基材内に配置され内部に冷媒が流れる通路２０３と、前記基材の内部に挿入され前記基材の温度を検知するセンサ２０５とを備え、前記ヒータに所定の電力を供給した際の前記センサからの出力の時間変化をもとに前記センサの異常を検知する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室と、該真空処理室内に配置され、導入された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成するプラズマ生成用高周波波電源と、前記真空処理室内に配置された試料載置台と、前記試料載置台に高周波電圧を供給する高周波バイアス電源を備え、前記プラズマ中のイオンを吸引して前記試料載置台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記試料載置台は、金属製の基材と、該基材の上面に配置されその上に前記試料が載せられる誘電体製の膜と、該膜内に配置された膜状のヒータと、前記基材内に配置され内部に冷媒が流れる通路と、前記基材の内部に挿入され前記基材の温度を検知するセンサとを備え、前記ヒータに所定の電力を供給した際の前記センサからの出力の時間変化をもとに前記センサの異常を検知することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記センサは、その先端を前記基材の内部に形成された面に押圧して保持されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記センサの先端は前記通路と前記誘電体の膜が配置される面との間の面に位置することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記センサの異常は、ヒータに所定の電力を供給した際の前記センサからの出力の時間変化をもとに演算した時定数の経時変化をもとに検出することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
金属製の基材と、該基材の上面に配置されその上に前記試料が載せられる誘電体製の膜と、該膜内に配置された膜状のヒータと、前記基材内に配置され内部に冷媒が流れる通路と、前記基材の内部に挿入されて前記基材の温度を検知するセンサとを備えた試料載置台における前記センサの異常を検知するセンサの異常検知方法であって、前記ヒータに所定の電力を供給した際の前記センサからの出力の時間変化およびその経時変化をもとに、基材部と温度センサとの接触部固有の時定数の経時変化を取得し前記センサの異常を検知することを特徴とするセンサの異常検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に、温度センサの経時劣化を監視し、試料の加工精度の低下を抑制することのできるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空容器内の処理室に配置されたウエハを処理室内に発生させたプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置においては、処理室内に置かれた試料載置台の温度を処理に適した温度に調整してウエハを処理することが重要である。このため、プラズマ処理装置の試料載置台には温度センサが取り付けられている。
【０００３】
このように、プラズマ処理装置においては、ウエハを加工する場合、加工に適した温度に調整し加工精度を高めることが行われてきた。
【０００４】
このような従来の技術として特許文献１が知られている。特許文献１は、試料載置台に取り付けられた温度センサにより試料載置台の温度を測定して試料載置台に置かれたウエハの温度を推定し、試料載置台の上部に埋め込まれたヒータでウエハを加熱することにより、ウエハを加工に適した温度に調整し、ウエハに高精度な加工を施すものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７７２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来技術においては、試料載置台に取り付けられた温度センサの測定精度がウエハ温度の制御に影響を与えるため、高精度のウエハ加工を行うためには温度センサの測定精度が重要となる。
【０００７】
前記温度センサは接触熱抵抗が小さくなるように試料載置台に取り付けられている。しかしながら、経時変化などの理由で試料台との接触状態が変化すると、接触熱抵抗が変化し、温度測定精度が低下することになる。この場合、測定系は実際の温度と異なる値を測定することになり、誤ったヒータ制御が行われて、ウエハ加工の精度が低下する。
【０００８】
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、温度センサの経時変化を監視して、ウエハの加工精度の低下を招く以前に温度測定精度の低下を検知することのできるプラズマ処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１０】
真空処理室と、該真空処理室内に配置され、導入された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成するプラズマ生成用高周波波電源と、前記真空処理室内に配置された試料載置台と、前記試料載置台に高周波電圧を供給する高周波バイアス電源を備え、前記プラズマ中のイオンを吸引して前記試料載置台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記試料載置台は、金属製の基材と、該基材の上面に配置されその上に前記試料が載せられる誘電体製の膜と、該膜内に配置された膜状のヒータと、前記基材内に配置され内部に冷媒が流れる通路と、前記基材の内部に挿入され前記基材の温度を検知するセンサとを備え、前記ヒータに所定の電力を供給した際の前記センサからの出力の時間変化をもとに前記センサの異常を検知する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以上の構成を備えるため、温度センサの経時変化を監視して、ウエハの加工精度の低下を招くことなく温度測定精度の低下を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置を説明する図である。
【図２】真空容器内に配置された試料載置台の詳細を説明する図である。
【図３】経時変化に伴う温度測定精度の低下を検知する方法を説明する図である。
【図４】経時変化に伴う温度測定精度の低下を検知する方法を説明する図である。
【図５】時定数τの経時変化の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置を説明する図である。図１において、プラズマ処理装置は真空容器１０１、該容器により形成される処理室１０３を備え、処理室１０３内は真空排気装置１０２により減圧される。
【００１４】
処理室１０３の上部には共振容器１０６が配置され、マイクロ波源１０４からのマイクロ波は導波管１０５を介して共振容器１０６内に導入される。なお、真空容器１０１には図示しないガス導入系が接続されている。
【００１５】
真空容器１０１の下部中央には、ウエハがその上面に載置される試料載置台１０７（試料載置電極）が配置され、試料載置台１０７には、バイアス電源１０８によりバイアス電圧を加えることができる。また試料載置台１０７は、ウエハの温度を制御するヒータ及び該ヒータ用の電源１０９、試料載置台を冷却するための冷媒を循環して供給する温調器１１０が接続されている。また、ヒータ電源１０９，バイアス電源１０８，温調器１１０は、コントローラ１１１を介してユーザインターフェイス１１２に接続されている。
【００１６】
前記ガス導入系を介して真空容器１０１内に導入されたガスは、マイクロ波によりプラズマ化され、ウエハに所定のプラズマ処理を施すことができる。なお、プラズマの生成手段は、前記マイクロ波を用いた手段に限定されるものではなく、高周波を用いた静電結合手段または誘導結合手段によるプラズマ生成手段であってもよい。
【００１７】
図２は、真空容器１０１内に配置された試料載置台１０７の詳細を説明する図である。試料載置台はＡｌまたはＴｉ等の金属で構成される基材部２０１と、Ａｌ２Ｏ３等の誘電体で構成された誘電体膜２０２を備える。ここで基材部２０１の厚さは３０ｍｍ程度である。また、基材部２０１の内部には基材部２０１の冷却のための冷媒が流れる流路である冷媒溝２０３が形成されている。
【００１８】
また、Ａｌ２Ｏ３等からなる誘電体膜２０２は、例えば溶射によって形成される。誘電体膜２０２の内部には、ヒータ機能を備えた電極膜２０４が配置されており、その上下を誘電体膜２０２が覆っている。前記電極膜２０４は、例えば溶射によって形成される。溶射に用いる金属をしては、Ｗ、抵抗率を制御したニッケル−クロム合金やニッケル−アルミ合金、あるいはＷに適当な添加金属を混ぜ抵抗率を制御したものなどの抵抗率が管理された金属が用いられる。
【００１９】
電極膜２０４を挟み込んだ誘電体膜２０２の厚さは０．５ｍｍ程度と基材部２０１に比して薄く、低熱容量である。このため、ヒータ機能を有する電極膜２０４により誘電体膜２０２の温度をステップ状に変化させることができる。
【００２０】
基材部２０１には、基材部２０１の温度を測定する温度センサ２０５を取り付けるための開口部があり、この開口部に温度センサ２０５が取り付けられている。温度センサ２０５に用いる素子としては白金測温抵抗体あるいは熱電対が用いられる。温度センサ２０５と基材部２０１との良好な接触を保つため、温度センサ２０５の下部には圧縮バネ２０６が取り付けられており、押さえ部２０７により圧縮バネ２０８を圧縮することにより接触を保持している。センサの先端は前記通路と前記誘電体の膜が配置される面との間の面に位置している。また、温度センサ２０５はコントローラ１１１を通じてユーザインターフェイス１１２に接続されている。
【００２１】
コントローラ１１１は、温度センサ２０５を介して得た基材部２０１の温度をもとに誘電体膜２０２上のウエハの温度を推定し、加工に適したウエハ温度分布が得られるようにヒータ電源１０９を制御する。
【００２２】
ウエハ温度分布を高精度で制御するためには、基材部２０１の温度を正確に得ることが重要であり、経時変化あるいは取り付けの緩み等による基材部２０１と温度センサ２０５間の接触状態に変化が生じると、該変化に伴い温度測定精度が低下して、ウエハ加工精度が低下することがある。
【００２３】
図３、図４は、温度センサの測定系の経時変化に伴う温度測定精度の低下を検知する方法を説明する図である。
【００２４】
まず、冷媒により電極１０７を一定の温度に調整する。ヒータ機能を有する電極膜２０４に一定の電力をヒータ電源１０９から供給すると、誘電体膜２０２の温度はステップ状に上昇する。温度が上昇した誘電体膜２０２により基材部２０１が暖められ、温度センサ２０５の示す温度も上昇する。
【００２５】
図３は、温度センサが検知した温度の時間変化を示した図である。後述する手順によりこの関係から、基材部と温度センサとの接触部固有の時定数τを求めることができる。この値は接触状態が変化しなければ一定の値をとる。このため、前記時定数τの変化の傾向を調べることにより経時変化による温度測定精度の低下を検知することができる。
【００２６】
図４は、異常検知の手順を説明する図である。まず、時間ｔ１において、冷媒により電極の温度を一定に調整した後、ユーザインターフェイスを介して異常検知の実施指令を出力する。なお、予め設定した一定の期間ごとに前記実施指令を出力するようにしてもよい（ステップＳ４０１）。次に、温度センサ２０５により電極１０７の温度（開始温度：Ｔ０）を取得する（ステップＳ４０２）。その後ヒータ電源１０９により電極膜２０４に一定の電力を供給し、所定の時間が経過後の時間ｔ２において、電極１０７の温度（到達温度：Ｔ１）を取得する（ステップＳ４０３，４０４）。
【００２７】
次に、開始温度（Ｔ０）と到達温度（Ｔ１）から温度の変化量（ΔＴ）を求め、ヒータ電源１０９で電力を印加後、一定の割合だけ温度変化するのにかかった時間（時定数：τ１）を求める（ステップＳ４０６）。なお、時定数τは図３に示すように、前記温度変化量ΔＴの約６３％に達するに要する時間ｔ（＝ｔ１−ｔ０）として求めることができる。
【００２８】
次に、取得した時定数（τ１）を、プラズマ処理装置の例えば運用開始時に取得した時定数（τ０）と比較する。運用開始時の時定数からの変化量が基準を超えた場合は、経時変化により温度測定精度が低下したと判断し、センサ異常と判定する（ステップＳ４０８ａ，４０９）。変化量が基準内であれば正常と判定する（ステップＳ４０８ｂ，４０９）。判定結果は表示器に表示する（ステップＳ４０９）。
【００２９】
なお、測定開始時の試料載置電極の温度Ｔ０は、測定ごとに同じ温度Ｔ０にしておくことが望ましいが、同じ温度にしておくことが困難である場合は、運用開始前に、複数の開始温度Ｔｎで時定数を測定して、温度Ｔｎにおける時定数を開始温度Ｔ０における時定数に換算するテーブルを用意しておき、このテーブルにしたがって補正を加えるとよい（ステップＳ４０６）
図５は、時定数τの経時変化の例を示す図である。プラズマ処理装置の運用開始時に取得した時定数を基準として、基準からの変化量を示している。図の例では初期から運用開始後１１回目までの時定数の変化量は、測定誤差で得られる基準の範囲内にあり、温度測定精度は正常であった。しかし、運用開始後１２回目において時定数の変化量が基準を超えており、温度測定精度が低下していることを検知できた。異常検知後、温度センサ２０５を再調整することによりウエハ加工精度の低下を防止できた。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態によれば、基材部と温度センサとの接触部固有の時定数τの変化をもとに温度センサの経時変化を監視することができ、ウエハの加工精度を低下させることなく温度測定精度の低下を検知することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０１  真空容器
１０３  処理室
１０４  マイクロ波源
１０７  試料載置台
１０９  ヒータ電源
２０１  基材部
２０２  誘電体膜
２０３  冷媒溝
２０４  電極膜（ヒータ）
２０５  温度センサ
２０６  圧縮ばね
２０７  押さえ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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