(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料載置電極の内部に配置されたヒータにより前記試料載置電極の温度をロット毎に調節しつつ当該試料載置電極上に載せられた前記ロットに属する複数枚のウエハを処理するプラズマエッチング処理方法であって、
所定の前記ロットの前記ウエハの処理において、予め実施された別のロットの処理中に検出された温度を用いて得られた処理中の当該別のロットの所定の順番のウエハの温度とこの所定の順番より前のウエハの温度との差に基いて、前記所定のロットの前記所定の順番のウエハの温度と当該所定のロットの前記所定の順番より前の各ウエハの温度とが等しくなるようにヒータにより前記試料載置電極の温度を調節することを特徴とするプラズマエッチング処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマエッチング処理方法であって、前記別のロットの複数のウエハの処理中に検出された温度を用いて得られた処理中の当該別のロットのウエハの温度の変動の近似曲線から前記別のロットの前記所定の順番のウエハの温度とこの所定の順番より前のウエハの温度との差を算出することを特徴とするプラズマエッチング処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマエッチング装置に係り、スループット（単位時間当たりのエッチング処理枚数）の向上、ないしエッチング性能の向上を図ったプラズマエッチング処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エッチングによってパターン転写を行う場合は、エッチング時にウエハを最適な温度に調整することで加工精度が得られるため、試料載置電極を循環冷媒により温度調整している。また、チャンバー内を構成する部品から発生する輻射熱がウエハの表面温度を変化させ加工精度に影響を及ぼすため、エッチング処理開始前にプラズマによるチャンバー内構成部品のヒーティング処理（加熱処理）を実施している。
【０００３】
ヒーティング処理を実施しなかった場合、ロット処理中にチャンバー構成部品が徐々に加熱され、チャンバー内構成部品から発生する輻射熱の量が変化する。従って、ウエハの表面温度もロット処理中で変化するため、ロット処理中の加工精度が経時的に変化する。チャンバー内構成部品から発生する輻射熱の量はロット処理中の初期で少なく、ロット処理の後半で多くなる。
【０００４】
従来、ロット処理前（エッチング処理開始前）にヒーティング処理を実施することでチャンバー内構成部品の温度を調整し、ロット処理の初期から後半にかけて発生する輻射熱の量を一定とさせロット処理中のウエハ間のウエハ表面温度を一定にしていた。
【０００５】
また、エッチング処理終了後、ウエハを載置電極上から搬出させ、次のエッチング処理を開始するまでのアイドリング（エッチング処理未着工）時間がある場合、次のエッチング処理を開始する前にヒーティング処理を実施するが、ヒーティング処理の時間はアイドリング時間に準じる。例えば、アイドリング時間が短い場合は、アイドリング中のチャンバー内構成部品の冷却時間が短いため、エッチング開始に必要な所望のチャンバー内構成部品の温度に到達させるためのヒーティング時間は短くてよい。
【０００６】
一方、アイドリング時間が長い場合は、チャンバー内構成部品の冷却時間が長いため、エッチング開始に必要な所望のチャンバー内構成部品の温度に到達させるためのヒーティング時間は長くしなければならない。しかし、アイドリング時間の違いによるヒーティング処理時間の管理は難しいため、ヒーティング処理時間は実際のアイドリング時間に関わらず、アイドリング時間が長い場合に合わせて実施していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ロット内の加工精度の経時変化を抑制するためには、ロット処理前にヒーティング処理を実施しなければならず、スループットを低下させる問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のプラズマエッチング処理方法は、試料載置電極の内部に配置されたヒータにより前記試料載置電極の温度をロット毎に調節しつつ当該試料載置電極上に載せられた前記ロットに属する複数枚のウエハを処理するプラズマエッチング処理方法であって、所定の前記ロットの前記ウエハの処理において、予め実施された別のロットの処理中に検出された温度を用いて得られた処理中の当該別のロットの所定の順番のウエハの温度とこの所定の順番より前のウエハの温度との差に基いて、前記所定のロットの前記所定の順番のウエハの温度と当該所定のロットの前記所定の順番より前の各ウエハの温度とが等しくなるようにヒータにより前記試料載置電極の温度を調節することを特徴とする。
【０００９】
ロット処理中に、載置電極中のヒータ抵抗に電圧を印加し、瞬時にウエハ表面温度を変化させることで、ウエハ表面温度をチャンバー内構成部品から発生する輻射熱の量によりウエハ毎に変化させ、ロット内のウエハ間でのウエハ表面温度を一定に保つ。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来技術を用いた場合に比べて高スループットかつ加工精度の高いエッチングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明を用いたプラズマエッチング装置の実施例を示す断面図である。
【図２】図２は本発明の実施例の電極の構成を示す図である。
【図３】図３は本発明の実施例の電極の制御システム構成を示す図である。
【図４】図４はエッチング処理条件を示す図である。
【図５】図５はヒーティング無しの場合のロット内のウエハ温度変動を示す図である。
【図６】図６はヒーティング無しの場合のロット内のＣＤシフト量を示す図である。
【図７】図７は近似曲線から求めたウエハ処理枚数毎のウエハ表面温度を示す図である。
【図８】図８はロット内２５枚目と同温度になるためのウエハ印加温度である。
【図９】図９は本発明による技術を用いた場合のロット内ＣＤシフト量である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
高精度加工を実現するためには、ＣＤ（Critical  Dimension：加工精度）、ＣＤＵ（Critical  Dimension  Uniformity：ウエハ面内加工精度）、Ｉ−Ｄ  Ｂｉａｓ（Iso.  -Dense  Bias：粗密形状差）を厳密に管理しながらエッチングする必要がある。
【００１３】
最適なエッチング条件を実現するためには、電極温度分布、ガス流れ分布、プラズマ密度分布等さまざまなパラメータを制御できるエッチング装置が求められる。特にＣＤ及びＣＤＵを制御する重要な要素にウエハ温度があり、最適な状態にウエハ温度を設定することで、エッチング性能及び生産性の大幅向上が可能となる。
【００１４】
また、チャンバー内を構成する部品から発生する輻射熱がウエハの表面温度を変化させ、ロット内のウエハ間のＣＤ及びＣＤＵが経時的に変化するため、エッチング処理開始前にプラズマによるチャンバー内構成部品のヒーティング処理を実施している。エッチング処理開始前にヒーティング処理を実施することで、ロット処理中のチャンバー内構成部品から発生する輻射熱を一定に保つことができる。
【００１５】
しかし、ロット処理前にヒーティング処理を実施することで、スループットを低下させる問題があった。また、ヒーティング処理の時間は、ロット処理間のアイドリング時間に依存するが、ヒーティング処理時間の管理は、アイドリング後に実施するロット処理条件等によっても違いがあり、アイドリング時間の長短、ロット処理条件に関わらず、長時間かつ一定の条件を使用しており更なるスループットの低下を招いていた。
【００１６】
本発明は、特にこの工業的な要求に対応することを目的としてなされたものであり、その構成、使用方法、効果を以下実施例によって説明する。
【実施例】
【００１７】
実施例として用いたエッチング装置を図１により略説明する。マイクロ波源１０１により出力されたマイクロ波は導波管１０２により伝送される。処理室１０３には図示しない真空排気系とガス導入系が接続され、プラズマ処理に適した雰囲気、圧力に保持することができる。
【００１８】
投入されたマイクロ波により、処理室１０３内のガスがプラズマ化され、被処理試料（以下ウエハと呼ぶ）１０４に所定のプラズマ処理を行うことができる。なお、プラズマの生成手段は、マイクロ波ではなく、高周波を用いた誘導結合手段、または高周波を用いた静電結合手段によるプラズマ生成手段でもよい。
【００１９】
被処理試料（ウエハ）１０４は試料載置電極１０５上に設置され、接続されたバイアス電源１０７によりバイアス電位を加えることができる。これによりプラズマ中のイオンを被処理基板に引き込み、プラズマエッチングを実行する。
【００２０】
さらには電極には、試料と電極表面との熱伝導を確実にするＨｅ導入系１０６、静電チャックのための直流電源１０８、ヒータ温度制御のための定電圧出力電源１１０、電極本体基材を冷却するために冷媒を温調循環させる温調器１０９が接続されている。定電圧出力電源１１０には出力電圧値を決める温度制御部１１１が接続されている。
【００２１】
図２は図１の試料載置電極１０５の詳細模式断面図を示すものである。試料載置電極は大きくわけてヘッドプレート２０１、クーリングプレート２０２からなる。ヘッドプレートは絶縁材料からなり内部に加熱用のヒータ抵抗体２０３が埋め込まれている。ヒータ抵抗体２０３には図１に示された定電圧出力電源１１０が接続される。
【００２２】
一方、クーリングプレート２０２には図１の温調器１０９によって温調された冷媒を循環させるための内部流路２０４が加工されている。クーリングプレート２０２の一部には小径の孔が加工されて温度センサ２０５が埋め込まれている。
【００２３】
図３はヒータ電源を制御する温度制御部のブロック図を示したものである。ヒータ抵抗体３０１に接続された定電圧出力電源３０２は、演算器３０４からの電圧命令を受けヒータ抵抗３０１に電圧を印加することで温度を制御する。
【００２４】
演算器３０４の電圧命令は、電流モニタ３０３、温度センサ３０６からの入力信号により設定温度３０５になるよう電圧指令を出力する。その結果により、ウエハもしくは載置電極を所望の温度にコントロールする。このように温度制御部はひとつの信号ループで構成されている。
【００２５】
上記のようなヒータ内蔵電極では、電極表面の温度変更時の応答速度は、ひとつの設計例によれば、５〜２０℃／Ｓにすることが出来る。この場合たとえば、ヒータ電力は最大２０００〜５０００Ｗのものを用い、またクーリングプレートの冷媒温度を０〜４０℃に維持することにより、温度上昇・下降ともに同様の応答速度にすることが出来る。
【００２６】
次に本発明のロット処理中に、載置電極中のヒータ抵抗に電圧を印加し、瞬時にウエハ表面温度を変化させることで、ウエハ表面温度をチャンバー内構成部品から発生する輻射熱の量によりウエハ毎に変化させ、ロット内のウエハ間でのウエハ表面温度を一定に保つ方法について実施例を説明する。
【００２７】
まず、チャンバー内構成部品が十分に冷却されるまで長時間アイドリングする。次に、図４示す処理条件にて、１ロット（２５枚）処理を実施する。このとき、ロット処理中の１枚目、５枚目、１３枚目、２５枚目にウエハ表面温度測定用の無線式温測ウエハを使用しウエハ表面温度を測定する。
【００２８】
図５にロット内のウエハ温度変動を示す。処理枚数と共にウエハ表面温度が徐々に上昇している。ロット処理前にヒーティング処理を実施していないため、チャンバー内構成部品から発生する輻射熱の影響が処理ウエハ毎のウエハ表面温度の上昇として現れている。
【００２９】
また、図６に、図４に示すエッチング条件により、パターン付ウエハ（膜構造はポリシリコン単層膜、膜厚１２０ｎｍ）をロット処理した場合のＩｓｏ部のロット内のＣＤシフト量を示す。ロット処理前にヒーティング処理を実施していないため、チャンバー内構成部品から発生する輻射熱の影響がＣＤシフト量の変動として現れている。次に図５で得られたロット内のウエハ表面温度変動の結果から、１枚目、５枚目、１３枚目、２５枚目以外のロット内のウエハ表面温度を近似曲線から算出する。
【００３０】
図７に近似曲線から求めたウエハ処理枚数毎のウエハ表面温度を示す。この算出値を用い、ロット処理２５枚目のウエハ表面温度とそれ以前（１〜２４枚目）の偏差を算出し、２５枚目と同じウエハ表面温度になるために必要な載置電極中のヒータによる印加温度を算出する。図８に２５枚目と同温度になるための各ウエハ印加温度を示す。
【００３１】
図９に、図８で求めた各ウエハ印加温度を用いロット処理した場合のロット内のＣＤシフト量（疎部）を示す。ウエハ印加温度以外のエッチング条件は図４と同様である。この結果から、ヒーティング処理を実施しない場合でも、あらかじめロット処理中のウエハ温度を測定し、ウエハ表面温度をチャンバー内構成部品から発生する輻射熱の量によりウエハ毎に変化させ、ロット内のウエハ間でのウエハ表面温度を一定に保つことで、アイドル時間の変更に合わせシフトするロット内のＣＤシフト量を一定にすることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０１  マイクロ波源
１０２  導波管
１０３  処理室
１０４  被処理基板（ウエハ）
１０５  試料載置電極
１０６  Ｈｅ供給系
１０７  バイアス電源
１０８  静電吸着電源
１０９  温調器
１１０  定電圧電源
１１１  制御器
２０１  ヘッドプレート
２０２  クーリングプレート
２０３  ヒータ抵抗体
２０４  冷媒流路
２０５  温度センサ
３０１  ヒータ抵抗
３０２  定電圧電源
３０３  電流モニタ
３０４  演算器
３０５  温度設定
３０６  温度センサ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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