(57)【要約】      （修正有）【課題】被処理基体であるウェハの処理の効率を向上させ、処理のスループットを上げることを可能にするプラズマ処理方法及び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１００は、真空容器１０１と、真空容器の内部で試料を載置する試料台１１０と、真空容器の内部を排気する排気部１２０と、真空容器の内部に処理ガスを供給するガス供給部１４０と、真空容器の内部に高周波電力を印加する高周波電力印加部１３０と、試料台に載置された試料に真空容器の外部から赤外光を照射する照射部１５１と、排気部とガス供給部と高周波電力印加部と照射部とを制御する制御部１６０とを備える。制御部は、照射部で試料台に載置された試料に赤外光を照射しているときに、温度計測部で計測した温度に基づいて照射部から試料に照射する赤外光の強度を制御する。更に、試料台の試料を載置する面の温度を計測する温度計測部１６３を備える。【選択図】図１
2019161157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、
前記真空容器の内部で試料を載置する試料台と、
前記真空容器の内部を排気する排気部と、
前記真空容器の内部に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記真空容器の内部に高周波電力を印加する高周波電力印加部と、
前記試料台に載置された前記試料に前記真空容器の外部から赤外光を照射する照射部と、
前記排気部と前記ガス供給部と前記高周波電力印加部と前記照射部とを制御する制御部と
を備えたプラズマ処理装置であって、
前記試料台の前記試料を載置する面の温度を計測する温度計測部を更に備え、
前記制御部は、前記照射部で前記試料台に載置された前記試料に赤外光を照射しているときに、前記温度計測部で計測した温度に基づいて前記照射部から前記試料に照射する前記赤外光の強度を制御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であって、前記試料台は、前記試料台に載置した前記試料の裏面との間に冷却ガスを供給する冷却ガス供給部と、前記試料台を冷却する冷媒を前記試料台に形成された流路に供給する冷媒供給部と、前記試料台に載置した前記試料を静電吸着する静電チャック部とを備え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であって、前記真空容器は、前記高周波電力印加部により印加された高周波電力により前記ガス供給部から供給された前記処理ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室で発生したプラズマにより励起された前記処理ガスによる励起ガスを流入させる処理室とを備え、前記プラズマ発生室と前記処理室との間を多数のスリットが形成された石英のプレートで仕切られてい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乃至３の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、前記制御部は、前記照射部で前記試料台に載置された前記試料に前記赤外光を照射しているときに、前記温度計測部で計測した温度に基づいて、予め求めておいた前記試料の体積抵抗率と昇温速度との関係から、前記照射部から前記試料に照射する前記赤外光の強度を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項４記載のプラズマ処理装置であって、前記制御部は、予め求めておいた前記試料の前記体積抵抗率と前記昇温速度との関係から前記温度計測部で計測した温度に基づいて前記試料の昇温速度を求め、前記求めた前記試料の昇温速度に基づいて前記照射部から前記試料に照射する前記赤外光の強度を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項５記載のプラズマ処理装置であって、前記制御部は、予め求めておいた前記試料の前記体積抵抗率と前記昇温速度との関係から前記温度計測部で計測した温度に基づいて前記試料の昇温速度を求めることを、前記試料の表面の最初の１層を除去する工程において前記温度計測部で計測した温度に基づいて行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項５記載のプラズマ処理装置であって、前記制御部は、予め求めておいた前記試料の前記体積抵抗率と前記昇温速度との関係から前記温度計測部で計測した温度に基づいて前記試料の昇温速度を求めることを、前記試料の表面の最初の１層を除去する前に前記試料に前記照射部から前記赤外光を照射することにより前記試料を加熱して前記温度計測部で計測した温度に基づいて行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
プラズマ発生室の内部にガス供給部から処理ガスを供給した状態で高周波電力印加部により高周波電力を印加して前記プラズマ発生室の内部にプラズマを発生させ、
前記プラズマ発生室の内部に発生させたプラズマにより励起された前記処理ガスのうち前記プラズマ発生室に接続している処理室に流入した前記処理ガスによる励起ガスを、前記処理室の内部で試料台に載置されて所定の温度に冷却された試料の表面に付着させ、
前記励起ガスが付着した前記試料に照射部から赤外光を照射することにより前記試料を加熱して前記試料の表面を１層除去する
ことを繰り返して行うことにより、前記試料の表面を１層ずつ除去する加工を行うプラズマ処理方法であって、
前記励起ガスが付着した前記試料に前記照射部から前記赤外光を照射することを、前記試料台の前記試料を載置する面の温度を計測する温度計測部で計測した温度に基づいて前記照射部から前記試料に照射する前記赤外光の強度を制御しながら照射することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項９】
請求項８記載のプラズマ処理方法であって、前記処理室の内部で前記励起ガスを前記試料台に載置されて前記所定の温度に冷却された前記試料の表面に付着させることを、前記試料台に載置した前記試料の裏面と前記試料台との間に冷却ガス供給部から冷却ガスを供給し、前記試料台に形成された流路に冷媒供給部により前記試料台を冷却する冷媒を供給し、前記試料台に載置した前記試料を静電チャック部で静電吸着しながら行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１０】
請求項８記載のプラズマ処理方法であって、前記プラズマ発生室の内部に発生させたプラズマで励起された前記処理ガスによる前記励起ガスのうち、前記プラズマ発生室と前記処理室との間を仕切る多数のスリットが形成された石英のプレートを通過した励起ガスを、前記処理室の内部で前記試料台に載置されて所定の温度に冷却された前記試料の表面に付着させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１１】
請求項８乃至１０の何れかに記載のプラズマ処理方法であって、前記照射部で前記試料台に載置された前記試料に前記赤外光を照射しているときに、前記温度計測部で計測した温度に基づいて、予め求めておいた前記試料の体積抵抗率と昇温速度との関係から、制御部で前記照射部から前記試料に照射する前記赤外光の強度を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のプラズマ処理方法であって、前記制御部で、予め求めておいた前記試料の前記体積抵抗率と前記昇温速度との関係から前記温度計測部で計測した温度に基づいて前記試料の昇温速度を求め、前記求めた前記試料の昇温速度に基づいて前記照射部から前記試料に照射する前記赤外光の強度を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１３】
請求項１２記載のプラズマ処理方法であって、前記制御部で、予め求めておいた前記試料の前記体積抵抗率と前記昇温速度との関係から前記温度計測部で計測した温度に基づいて前記試料の昇温速度を求めることを、前記試料の表面の最初の１層を除去する工程において前記温度計測部で計測した温度に基づいて行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１４】
請求項１２記載のプラズマ処理方法であって、前記制御部で、予め求めておいた前記試料の前記体積抵抗率と前記昇温速度との関係から前記温度計測部で計測した温度に基づいて前記試料の昇温速度を求めることを、前記試料の表面の最初の１層を除去する前に前記試料に前記照射部から前記赤外光を照射することにより前記試料を加熱して前記温度計測部で計測した温度に基づいて行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に係り、特にプラズマを用いて試料を原子層レベルの精度でエッチング処理するのに適したプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路は、回路性能の向上とメモリ容量の増加というニーズに対応するために、集積回路の微細化と三次元化が進められている。集積回路をより微細化することに伴い、より高いアスペクト比を有する回路パターンを形成することが求められる。この高アスペクト比を有する回路パターンを安定して形成するために、半導体製造プロセスには、従来のウェット洗浄・除去技術に代わって、ドライ洗浄・除去技術が求められる。
【０００３】
このドライ洗浄・除去技術の一つとして、例えば特許文献１に記載されているような、原子層レベルの制御性でパターンを形成する加工技術の開発が進められている。このような原子層レベルの制御性でパターンを形成する加工技術としてＡＬＥ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌｅｖｅｌ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）という技法が開発されているが、特許文献１には、エッチャントガスを被処理体に吸着させた状態でマイクロ波を供給して希ガス（Ａｒガス）による不活性ガスの低電子温度のプラズマを発生させ、この希ガスの活性化によって発生する熱によってエッチャントガスと結合している被処理基体の構成原子を、結合を切断することなく被処理体から分離させることにより被処理体を原子層レベルでエッチング処理する技術が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、赤外光照射を用いた吸着離脱式のエッチング装置として、減圧可能な真空容器と、この真空容器内部の処理室内側に配置され活性種を生成するラジカル源と、処理室内においてラジカル源の下方に配置されウェハが上面に載置されるウェハステージと、処理室内のラジカル源とウェハステージとの間に配置されウェハを加熱するランプユニットとを備え、処理室内のランプユニットの外周側及び中央部に配置され活性種が下方に流れる流路と、ラジカル源の中央部分及び外周側部分に処理用ガスを供給する複数のガス供給手段からのガスの供給を調節する制御ユニットとを備えたプラズマ処理装置が記載されている。
【０００５】
一方、このＡＬＥ法により被処理体を原子層レベルでエッチング処理するには、被処理体（ウェハ）の温度を制御することが重要になるが、特許文献３には、温度モニタ用半導体ウェハの熱処理時の温度分布を、処理容器内を大気開放することなく迅速に求める方法について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開番号  ＷＯ ２０１３/１６８５０９ Ａ１
【特許文献２】特開２０１６−１７８２５７号公報
【特許文献３】特開２０００−２０８５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
原子層レベルでのエッチングを制御するためには、プラズマによる試料の表面へのダメージをできるだけ小さくし、かつ、エッチング量の制御精度を高くする必要がある。これに対応する方法として、特許文献１および２に記載されているように、エッチャントガスを被処理基体の表面に化学吸着させて、これに熱エネルギーを加えて被処理基体の表面層を離脱させる方法がある。
【０００８】
しかし、特許文献１に記載されている方法では、マイクロ波で活性化した低電子温度の希ガスで被処理基体の表面を加熱する方式であるので、被処理基体の加熱時間を短くして処理のスループットを上げることができないという点で問題がある。
【０００９】
一方、特許文献２に記載されたプラズマ処理装置では、被処理基体の表面の加熱に赤外光を放射するランプを用いているために、このランプに印加する電圧を制御することで、被処理基体であるウェハを比較的短時間で加熱することができる。また、ウェハを加熱するときに比較的高エネルギーの荷電粒子などがウェハの表面に入射することがないので、ウェハの表面にダメージを与えることなくエッチャントガスを吸着して表面層を離脱させることができる。
【００１０】
しかし、被処理基体であるウェハの表面には、それまでに経てきた処理工程に応じて種々な膜が形成されており、また、同じ工程を経てきても表面反射率や熱容量がウェハごとに微妙に変化する場合がある。これにより、ランプから照射する赤外光に対するウェハ表面の反射率、又はウェハの熱吸収率が、ウェハごとに異なってしまう可能性がある。特許文献２に記載されているプラズマ処理装置では、このような点について配慮されておらず、表面の反射率、又は熱吸収率がウェハごとに異なる場合に、それぞれのウェハを最適な温度で処理することが難しい。
【００１１】
本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、被処理基体であるウェハの処理の効率を向上させ、処理のスループットを上げることを可能にするプラズマ処理方法およびその装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した課題を解決するために、本発明では、真空容器と、真空容器の内部で試料を載置する試料台と、真空容器の内部を排気する排気部と、真空容器の内部に処理ガスを供給するガス供給部と、真空容器の内部に高周波電力を印加する高周波電力印加部と、試料台に載置された試料に真空容器の外部から赤外光を照射する照射部と、排気部とガス供給部と高周波電力印加部と照射部と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、試料台の試料を載置する面の温度を計測する温度計測部を更に備え、制御部は、照射部で試料台に載置された試料に赤外光を照射しているときに、温度計測部で計測した温度に基づいて照射部から試料に照射する赤外光の強度を制御するようにした。
【００１３】
また、上記した課題を解決するために、本発明では、プラズマ発生室の内部にガス供給部から処理ガスを供給した状態で高周波電力印加部により高周波電力を印加してプラズマ発生室の内部にプラズマを発生させ、プラズマ発生室の内部に発生させたプラズマにより励起された処理ガスのうちプラズマ発生室に接続している処理室に流入した処理ガスによる励起ガスを処理室の内部で試料台に載置されて所定の温度に冷却された試料の表面に付着させ、励起ガスが付着した試料に照射部から赤外光を照射することにより試料を加熱して試料の表面を１層除去することを繰り返して行うことにより、試料の表面を１層ずつ除去する加工を行うプラズマ処理方法において、励起ガスが付着した試料に照射部から赤外光を照射することを、試料台の試料を載置する面の温度を計測する温度計測部で計測した温度に基づいて照射部から試料に照射する赤外光の強度を制御しながら照射するようにした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被処理基体であるウェハの処理の効率を向上させ、処理のスループットを上げることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、昇温速度（体積抵抗率）が不明なウェハでも、処理のスループットを低下させることなく、プロセスに最低限必要な温度を所定時間維持することができるようになり、処理の歩留まりを向上させることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の試料台の断面図である。
【図３】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置による試料表面の１層を除去する１サイクルの工程における動作を示す図で、（ａ）は放電のタイミングチャート図、（ｂ）はランプ加熱のタイミングチャート図、（ｃ）は冷却ガス供給のタイミングチャート図を示し、（ｄ）はウェハ温度の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置における試料表面の温度を多数点で計測する場合のウェハ表面への温度センサーの取付け位置を説明するウェハの斜視図である。
【図５】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置において、処理対象となるウェハのうち体積抵抗率が最も大きいウェハについて、所定の電力を供給してランプを発光させてウェハを加熱したときに、ウェハに貼り付けた複数の温度センサで検出した温度の各時刻における平均値と、試料台の内部に設置した温度センサで検出した温度の時間変化を示している。
【図６】図５に示したデータベースに記憶したデータから、体積抵抗率が最も大きいウェハと体積抵抗率が最も小さいウェハとに対して、ランプに印加する電力とウェハと試料台との間に供給する冷却ガスの圧力とをそれぞれある値に設定したときの、図４に示したようにウェハの表面に貼り付けた複数の温度センサで検出される温度の平均温度の昇温速度と試料台の内部に設置した温度センサで検出した昇温温度とを結んだ線である。
【図７】（ａ）は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置におけるランプ加熱のタイミングチャート図であり、（ｂ）は、（ａ）のランプ加熱に対応するウェハ温度の変化を示すグラフである。
【図８】（ａ）は、図７の場合と比べて体積抵抗率が大きいウェハを用いた場合の本発明の実施例に係るプラズマ処理装置におけるランプ加熱のタイミングチャート図であり、（ｂ）は、（ａ）のランプ加熱に対応するウェハ温度の変化を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置において、繰り返して行われる処理サイクルの最初のサイクルで、処理対象のウェハについて予め温度センサで検出した温度とウェハ表面の温度との関係を調べる方法を説明する処理サイクルのタイミングチャート図である。
【図１０】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置において、繰り返して行われる処理サイクルを始める前に固定したシーケンスでウェハを加熱し温度センサで検出した温度から処理対象のウェハの昇温速度を同定する方法を説明する処理サイクルのタイミングチャート図である。
【図１１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の制御部の概略な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、試料が複数回断続的にランプからの輻射により加熱されて当該試料表面の膜が処理されるプラズマ処理装置に関するものであって、試料を処理する複数回の加熱サイクルのうちの１回目の加熱サイクル中、又は、１回目の加熱サイクルに先立って得られた時間の経過に伴う当該試料の温度変化の情報と、予め取得された同等の構成の試料の温度の時間変化のデータから試料の抵抗率を検出し、以後の加熱サイクルにおいて、検出した抵抗率に対応する試料温度変化を推定して、特定のランプ制御を行うようにしたものである。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。
【実施例】
【００１９】
本発明の実施例に係るプラズマ処理装置１００の構成を図１に示す。本実施例に係るプラズマ処理装置１００は、真空容器１０１と、真空容器１０１の内部に配置された試料台１１０、真空容器１０１の内部を排気して真空に維持する真空排気装置１２０、真空容器１０１の内部に高周波（マイクロ波）電力を供給する高周波電源１３０、真空容器の内部に処理用のガスを供給するガス供給源１４０、試料台１１０に載置された被処理基体であるウェハ２００を加熱するランプ１５１に電力を供給するランプ電源１５０、プラズマ処理装置１００全体を制御する制御部１６０を備えている。
【００２０】
真空排気装置１２０は真空容器１０１の開口部１０４と接続して、真空容器１０１の内部を排気し、真空容器１０１の内部を所定の圧力（真空度）に維持する。高周波電源１３０で発生させた高周波電力（マイクロ波電力）は、内部が空洞な導波管１３１の内部を通って、開口部１３２からで真空容器１０１の上部のプラズマ発生室１０２に供給される。また、プラズマ発生室１０２には、ガス供給源１４０から、ガス導入管１４１を通して処理用のガスが供給される。
【００２１】
真空容器１０１は、プラズマを生成するプラズマ発生室１０２と、プラズマ発生室１０２の下部にあって、内部に試料台１１０が設置されている処理室１０３とを備えている。試料台１１０の上面には被処理基体であるウェハ２００が載置される。プラズマ発生室１０２と処理室１０３との境界部分には、石英（ＳｉＯ２）で形成されたプレート１０５が設置されている。プレート１０５には、スリット１０６が多数形成されている。
【００２２】
このプレート１０５に形成された多数のスリット１０６は、プラズマ発生室１０２で発生したプラズマが処理室１０３の側に流れるのを防止する程度の寸法で形成されており、プラズマ発生室１０２から処理室１０３へは、プラズマ発生室１０２で発生したプラズマによって励起された処理ガスが流れ出る。
【００２３】
ランプ１５１は、真空容器１０１の外部に、真空容器１０１を取り巻くようにして配置され、その周りを防護板１５２で覆われている。ランプ１５１から処理室１０３の内部の試料台１１０に載置されたウェハ２００を俯瞰する面に対応する真空容器１０１の部分には、ランプ１５１で発生した赤外線を透過する石英の窓部１５３が形成されている。
【００２４】
このような構成とすることにより、真空容器１０１の外部に配置されたランプ１５１により、処理室１０３の内部の試料台１１０に載置されたウェハ２００を加熱することができる。また、このとき、ランプ電源１５０からランプ１５１に印加する電力を調整することにより、ウェハ２００を加熱する温度を制御することができる。
【００２５】
試料台１１０の構成を、図２に示す。  
試料台１１０の内部には、試料台１１０に載置したウェハ２００の裏面に冷却用のガスを供給するためのガス供給管１１１が埋設されている。ガス供給管１１１は、処理室１０３の外部で、冷却用のガスの流量を制御するガス流量制御部１６１と接続しており、ウェハ２００の裏面に供給する冷却用ガスの流量が調整される。
【００２６】
また、試料台１１０の内部には、試料台１１０を冷却するための冷媒が流れる流路１１２が形成されており、この流路１１２に冷媒を供給する供給管１１３と冷媒を排出する排出管１１４が接続されている。供給管１１３と排出管１１４とは、処理室１０３の外部で、冷媒温度コントローラ１６２と接続しており、供給管１１３からは、温度が調整された冷媒が流路１１２に供給される。
【００２７】
さらに、試料台１１０の内部には、ウェハ２００を載置する面の温度を計測するための温度センサ１１５と、この温度センサ１１５とセンサコントローラ１６３とを接続する導線１１６が埋め込まれている。温度センサ１１５としては、例えば熱電対型の温度センサを用いる。
【００２８】
試料台１１０の上面には、静電チャック１１７が形成されている。この静電チャック１１７は、薄く形成された絶縁膜層１１８の内部に、薄膜で１対の電極（薄膜電極）１１９が形成されている構成を有している。この１対の薄膜電極１１９に、図示していない電源から電力を印加することにより、絶縁膜層１１８の上面に載置されたウェハ２００を、絶縁膜層１１８の上面に静電気力で吸着することができる。
【００２９】
このようにウェハ２００を静電気力で吸着した状態で、ガス供給管１１１からウェハ２００と絶縁膜層１１８の上面との間に冷却用のガスを供給すると、この供給された冷却用のガスは、ウェハ２００の裏面と絶縁膜層１１８の上面との間に形成された微小な空間を流れて、処理室１０３の内部に流出し、真空排気装置１２０により排気される。この、ウェハ２００の裏面と絶縁膜層１１８の上面との間に形成された微小な空間を冷却用のガスが流れることにより、ウェハ２００の裏面と絶縁膜層１１８との間の熱伝達が行われる。ここで、試料台１１０を、流路１１２を流れる冷媒により冷却しておくと、ウェハ２００の熱は絶縁膜層１１８を介して試料台の側に流れ、ウェハ２００は冷却される。
【００３０】
一方、静電チャック１１７によるウェハ２００の静電吸着を中止した状態で、かつ、ガス供給管１１１からウェハ２００と絶縁膜層１１８の上面との間への冷却用のガスの供給を中段すると、ウェハ２００の裏面と絶縁膜層１１８との間の熱伝達が行われなくなる。この状態でウェハ２００を加熱すると、ウェハ２００には熱が蓄積されて、ウェハ２００の温度が上昇する。
【００３１】
真空排気装置１２０、高周波電源１３０、ガス供給源１４０、ランプ電源１５０、ガス流量制御部１６１、冷媒温度コントローラ１６２、センサコントローラ１６３は、制御部１６０により制御されている。また、制御部１６０は、静電チャック１１７の図示していない電源の制御も行う。
【００３２】
このような構成を用いて、ウェハ２００の表面に形成された薄膜を原子層レベルでエッチング処理する工程を、図３に示したタイムチャートを用いて説明する。図３の（ａ）は、プラズマ発生室１０２の内部におけるプラズマの発生の時間的な変化を示す。図３の（ｂ）は、ランプ電源１５０からランプ１５１に電力を供給して、ランプ１５１を発光させてウェハ２００を加熱するランプ加熱の時間的変化を示す。図３の（ｃ）は、試料台１１０に保持されたウェハ２００と試料台１１０との間に供給する冷却用ガスの供給（ＯＮ）と停止（ＯＦＦ）を行うタイミングを示し、図３の（ｄ）には、温度センサ１１５で検出された温度の時間的な変化を示している。
【００３３】
まず、図示していない搬送手段を用いて、試料台１１０の上面にウェハ２００を載置し、図示していない電源で静電チャック１１７を作動させることにより、ウェハ２００は、試料台１１０の上面に保持される。
【００３４】
この状態で、真空排気装置１２０を作動させて真空容器１０１の内部を排気し、真空容器１０１の内部が所定の圧力（真空度）に達した段階で、ガス供給源１４０を作動させて、ガス導入管１４１からプラズマ発生室１０２の内部に、処理用のガスを供給する。このガス導入管１４１からプラズマ発生室１０２の内部に供給する処理用のガスの流量、又は真空排気装置１２０の排気量の何れか又は両方を調整することにより、真空容器１０１の内部の圧力を予め設定した圧力（真空度）に維持する。
【００３５】
ここで、ウェハ２００の表面にシリコン系の薄膜が形成されており、このシリコン系の薄膜をエッチング処理する場合には、ガス供給源１４０からプラズマ発生室１０２の内部に供給する処理用のガスとしては、例えばＮＦ３，ＮＨ３またはＣＦ系のガスが用いられる。
【００３６】
このように真空容器１０１の内部の圧力が予め設定した圧力（真空度）に維持された状態で、高周波電源１３０で発生させた高周波電力（マイクロ波電力）を導波管１３１の内部を通して、開口部１３２からプラズマ発生室１０２に供給する。
【００３７】
高周波電力（マイクロ波電力）が供給されたプラズマ発生室１０２の内部では、ガス導入管１４１から供給された処理用のガスが励起されて放電が開始され、プラズマが発生する（図３（ａ）の放電ＯＮ：３０１の状態）。ここで、プレート１０５に形成されたスリット１０６の幅は、プラズマ発生室１０２の内部に発生したプラズマによりスリット１０６を形成する両側の壁の部分のそれぞれに本来形成されるシース領域の幅を合計した寸法よりも小さくなるように設定されている。
【００３８】
これにより、このプラズマ発生室１０２の内部で発生したプラズマは、プレート１０５に形成されたスリット１０６を通って処理室１０３の側に流れようとするが、スリット１０６を形成する両側の壁の部分に形成されるシース領域を通り抜けることができず、プラズマ発生室１０２の内部に留まる。
【００３９】
一方、プラズマ発生室１０２の内部に供給された処理ガスの一部には、プラズマ化したガスにより励起されるがプラズマ化はしていない、いわゆる励起ガス（ラジカル）が存在する。この励起ガスは極性を持たないので、プレート１０５のスリット１０６の部分に形成されるシース領域を通り抜けることができ、処理室１０３の側に供給される。
【００４０】
ここで、プレート１０５に形成されるスリット１０６は、スリット１０６を通過した励起ガス（ラジカル）が、試料台１１０の上面に保持されているウェハ２００の表面に均一に拡散するように、プレート１０５上の複数の箇所に配置されている。
【００４１】
このとき、ウェハ２００は静電チャック１１７により吸着され、ウェハ２００と静電チャック１１７の表面との間には、ガス供給管１１１から冷却用のガスが供給されており（図３（ｃ）のＯＮ：３２１の状態）、ウェハ２００の温度は、図３の（ｄ）に温度：３１１で示すように、ウェハ２００の表面に吸着された励起ガスがウェハ２００の表面層と反応して反応層を形成するがそれ以上に反応が進まないようにさせるのに適した温度（例えば２０℃以下）に設定され、維持されている。
【００４２】
この状態で、処理室１０３の側に供給された励起ガスの一部は、試料台１１０の上面に保持されているウェハ２００の表面に吸着され、ウェハ２００の表面層との間で反応層を形成する。
【００４３】
処理室１０３の側に励起ガスを一定の時間（図３の時刻ｔ０から時刻ｔ１の放電がＯＮ：３０１の間）供給し続けて、ウェハ２００の表面に形成されたシリコン系の薄膜の表面の全面に反応層が形成された後、高周波電源１３０からプラズマ発生室１０２への高周波電力の供給を遮断して、プラズマ発生室１０２内部でのプラズマの発生を停止する（図３（ａ）の放電がＯＦＦ：３０２の状態）。これにより、プラズマ発生室１０２から処理室１０３への励起ガスの供給が停止する。
【００４４】
この状態で、ガス供給管１１１からの冷却用ガスの供給を停止して（図３（ｃ）の冷却ガス供給ＯＦＦ：３２２の状態）ウェハ２００の冷却を中止する。また、図示していない電源による静電チャック１１７の作動を停止させて、静電気力によるウェハ２００の試料台１１０の上面への保持を開放する。
【００４５】
一方、ランプ電源１５０からランプ１５１に電力を供給して（図３（ｂ）のランプ加熱ＯＮ：３１２の状態）、ランプ１５１を発光させる。この発光したランプ１５１からは赤外光が発射され、石英の窓部１５３を透過した赤外光により、試料台１１０上に載置されたウェハ２００は加熱され、ウェハ２００の温度は上昇する（図３（ｄ）のウェハ温度：３３２１）。
【００４６】
ランプ加熱ＯＮ：３１２の状態を持続させてウェハ２００の温度が所定の温度に到達すると、ランプ電源１５０からランプ１５１に供給する電力を切替えて低減し、ランプ加熱を３１３の状態に変更してウェハ２００の温度上昇を抑え、ウェハ２００の温度が温度：３３２２のように所定の温度範囲に維持されるように制御する。
【００４７】
このようにランプ１５１から発射された赤外光で加熱されたウェハ２００が所定の温度範囲に一定の時間維持されると（図３（ｄ）の温度：３３２２の状態）、ウェハ２００の表面に形成された反応層を形成する反応性生物がウェハ２００の表面から離脱する。その結果、ウェハ２００の最表面層が、１層分除去される。
【００４８】
ランプ１５１によりウェハ２００を所定の時間（図３（ｂ）の時刻ｔ１におけるランプ加熱ＯＮ：３１２の開始から時刻ｔ２におけるランプ加熱ＯＮ：３１３の終了までの時間：３３２）加熱した後、ランプ電源１５０からランプ１５１への電力の供給を停止し、ランプ１５１による加熱を終了する（図３（ｂ）のランプ加熱ＯＦＦ：３１４）。
【００４９】
この状態で、図示していない電源から静電チャック１１７の１対の電極１１９に電力を印加してウェハ２００を静電チャック１１７に吸着させ、ガス供給管１１１からの冷却用ガスの供給を開始して（図３（ｃ）の冷却ガス供給ＯＮ：３２３の状態）、ウェハ２００と試料台１１０との間に冷却用ガスを供給する。この供給された冷却ガスにより、流路１１２を流れる冷媒により冷却されている試料台１１０とウェハ２００との間で熱交換が行われ、図３（ｄ）のウェハ温度：３３３１の曲線で示すように、ウェハ２００の温度が、反応層を形成するのに適した温度になるまで冷却される。
【００５０】
ウェハ２００を一定の時間（図３（ｄ）の冷却の時間：３３３）冷却して、ウェハ２００の温度が、ウェハ２００の表面に吸着された励起ガスがウェハ２００の表面層と反応して反応層を形成するのに適した温度（図３（ｄ）のウェハ温度３３３２）にまで十分に冷却された状態（図３の時刻ｔ３）で１サイクルを終了する。
【００５１】
本実施例によれば、ウェハ２００を加熱している時間：３３２において、ウェハ２００を必要以上に加熱することなく、反応性生物をウェハ２００の表面から離脱させるのに必要な温度に維持しているので、ウェハ２００の冷却時に、比較的短い時間でウェハ２００を表面に吸着された励起ガスが反応層を形成するのに適した温度にまで冷却することができる。これにより、冷却の時間：３３３を、加熱時のウェハ２００の温度を制御しない場合と比べて短くすることができ、１サイクルの時間を短縮して、処理のスループットを上げることができる。
【００５２】
このように、プラズマ発生室１０２の内部にプラズマを発生させて生成した励起ガスをウェハ２００の表面に付着させることから始まり、ランプ１５１を発光させてウェハ２００を加熱し反応性生物がウェハ２００の表面から離脱させた後、ウェハ２００の温度が反応層を形成するのに適した温度になるまで冷却するまでのサイクルを所定の回数繰り返すことにより、ウェハ２００の表面に形成された薄膜層を１層ずつ、所望の層数を除去することができる。
【００５３】
赤外線（IR）ランプ照射エネルギをEo、ウェハ２００の表面反射エネルギをEr、ウェハへの吸収エネルギをEa、ウェハの透過エネルギEtとすると、赤外線（IR）ランプ照射エネルギEoは、  
E0＝Er＋Ea＋Et
と表される。
【００５４】
また、ランプ１５１により照射されたエネルギに対するウェハ表面の反射率は、Er/Eoとして、ウェハの吸収率は、Ea/Eoとして、ウェハの透過率は、Et/Eoとして表される。
【００５５】
ここで、実際のウェハ２００は、母材シリコンへのドープ金属種や含有量により体積抵抗率が変動し、また、表面に形成された薄膜パターンの形状寸法や状態（表面の反射率、熱容量など）にばらつきが発生する。赤外線ランプから照射される電磁波は、ウェハ母材もしくは薄膜パターンの体積抵抗率や熱容量（膜厚）により、ウェハへの吸収率（や表面の反射率、ウェハの透過率）が変化し、昇温特性（特に昇温速度）が変化する。その結果、ランプ１５１によるウェハ２００の加熱を図３（ｂ）に示したように制御しても、処理するウェハ２００ごとの温度が毎回、図３（ｄ）に示すウェハ温度：３３２１のような上昇カーブ、及びウェハ温度３３２２に示すような一定の範囲の温度を再現することが難しい。
【００５６】
また、ウェハ２００の母材の体積抵抗率が変動し、表面に形成された薄膜パターンの形状寸法や状態（表面の反射率、熱容量など）にばらつきが生じると、試料台１１０の内部に設置した温度センサ１１５で検出した温度から、ランプ１５１により加熱されている最中のウェハ２００の表面の温度を精度よく推定することも難しくなる。
【００５７】
そこで、本実施例においては、処理対象となるウェハ２００のうち体積抵抗率が最も大きい（ウェハへの吸収率が小さく、昇温速度が小さい）ものと、最も小さい（ウェハへの吸収率が大きく、昇温速度が大きい）ものとを抽出し、それらのウェハ２００について、ランプ１５１による加熱特性を事前に測定し、その測定結果を用いて処理中のウェハ２００の温度を推定するようにした。
【００５８】
ランプ１５１による加熱特性を測定するには、処理対象となるウェハ２００のうち体積抵抗率が最も大きいウェハ２１０について、図４に示すように複数の点２０１に熱電対などの温度センサ２０２を貼り付ける。
【００５９】
この温度センサ２０２を貼り付けたウェハ２１０を、図１に示したウェハ２００の代わりにプラズマ処理装置の試料台１１０に載置して、真空排気装置１２０で処理室１０３の内部を排気し、真空容器１０１の内部を所定の圧力（真空度）にする。
【００６０】
真空容器１０１の内部が所定の圧力（真空度）に維持された状態で、ランプ電源１５０からランプ１５１に電力を供給して、ランプ１５１を発光させる。この発光したランプ１５１から発射された赤外光のうち、石英の窓部１５３を透過して処理室１０３に入射した赤外光により、試料台１１０上に載置されたウェハ２１０を加熱する。
【００６１】
このランプ１５１から発射された赤外光により加熱された状態におけるウェハ２１０の温度を、ウェハ２１０に貼り付けた複数の温度センサ２０２と、試料台１１０の内部に設置した温度センサ１１５とで検出し、ランプ１５１による加熱時間と温度センサ２０２と温度センサ１１５とで検出したそれぞれの温度変化の関係を求める。
【００６２】
処理対象となるウェハ２００のうち体積抵抗率が最も小さいウェハ２２０についても同様に、ランプ１５１による加熱時間と温度センサ２０２と温度センサ１１５とで検出したそれぞれの温度変化の関係を求める。
【００６３】
測定して得られた結果の一例を、図５に示す。図５に示すグラフ５００は、処理対象となるウェハ２００のうち体積抵抗率が最も大きいウェハ２１０について、ランプ電源１５０からランプ１５１に所定の電力（例えば、ランプ１５１の許容最大印加電力の７０％）を供給してランプ１５１を発光させ、試料台１１０上に載置されたウェハ２１０を加熱したときに、ウェハ２１０に貼り付けた複数の温度センサ２０２で検出した温度の各時刻における平均値（図５のグラフにおけるＴＣウェハ温度：５０１）と、試料台１１０の内部に設置した温度センサ１１５とで検出した温度（図５のグラフにおけるＰＴセンサ温度：５２０）の時間変化を示している。
【００６４】
このようにして求められたグラフから、ウェハ２１０の表面に貼り付けた複数の温度センサ２０２で検出した平均温度の昇温速度（図５のＴＣウェハ温度：５１０の曲線の立ち上がり部の角度θ１に相当）と、温度センサ１１５で検出した昇温速度（図５のＰＴセンサ温度：５２０の曲線の立ち上がり部の角度θ２に相当）とを求める。
【００６５】
このような測定を、ランプ電源１５０からランプ１５１に印加する電力（ランプ出力）、及び、ウェハ２１０と試料台１１０との間に供給する冷却ガス（ヘリウム：Ｈｅ）の圧力をパラメータとして、それらを種々に変化させて、それぞれの条件において図５に示したようなグラフを作成し、制御部１６０の記憶部１６０１にデータベースとして記憶させる。
【００６６】
このようにして測定して作成されたデータベースを用いて、試料台１１０の内部に設置した温度センサ１１５で検出した温度から、ウェハ２１０の表面に貼り付けた複数の温度センサ２０２で検出されると期待される平均温度を求めることができる。
【００６７】
図６を用いて、この原理を説明する。図６に示した直線６１０は、図５に示したデータベースに記憶したデータから、体積抵抗率が最も大きいウェハ２１０と体積抵抗率が最も小さいウェハ２２０とを選び、これらのウェハ２１０及び２２０について求めた昇温速度を結んだ線である。昇温速度は、ランプ１５１に印加する電力とウェハ２１０（２２０）と試料台１１０との間に供給する冷却ガス（ヘリウム：Ｈｅ）の圧力とをそれぞれある値に設定したときに、ランプ１５１によるウェハ２１０の加熱を開始した直後の温度上昇の時間変化から求めた。
【００６８】
すなわち、直線６１０は、ウェハ２１０（２２０）の表面に貼り付けた複数の温度センサ２０２で検出された温度の平均温度から求めた昇温速度であって、体積抵抗率が最も小さいウェハ２２０における昇温速度：６１１と体積抵抗率が最も大きいウェハ２１０における昇温速度：６２１とを結んだ線である。
【００６９】
また、直線６２０は、体積抵抗率が最も小さいウェハ２２０について、ウェハ２２０の表面に貼り付けた複数の温度センサ２０２で昇温速度を求めたときに、同時に、試料台１１０の内部に設置した温度センサ１１５で検出された試料台１１０の昇温速度：６１２と、体積抵抗率が最も大きいウェハ２２０の昇温速度を求めたときに、同時に、試料台１１０の内部に設置した温度センサ１１５で検出された試料台１１０の昇温速度：６２３とを結んだ線である。
【００７０】
実際のウェハ２００の処理においては、ランプ１５１でウェハ２００を加熱したときに試料台１１０の内部に設置した温度センサ１１５で検出した温度から、昇温温度Ａを算出する。次に、図６のグラフにおける直線６２０上で、昇温速度Ａに対応する位置Ｂを求める。次に、直線６２０上の位置Ｂに対応する体積抵抗率Ｃを求め、この体積抵抗率Ｃに対応する直線６１０上の点Ｄを求める。最後に、直線６１０上の点Ｄに対応する昇温速度Ｅを求め、この求めた昇温速度Ｅとランプ１５１によるウェハ２００の加熱を開始してから現在までの経過時間から、現時点におけるウェハ２００の表面の温度を推定する。
【００７１】
このように、処理対象のウェハ２００の中から抽出した特徴的なウェハ（本実施例の場合は、体積抵抗率が最も大きいウェハ２１０と最も小さいウェハ２２０）を抽出して、図５で説明したようなデータベースを作成する。次に、図６に示したような昇温速度と体積抵抗率との関係を求めてそれらをデータベースに格納されたデータを参照することにより、実際に処理中のウェハ２００をランプ１５１で加熱中に試料台１１０の内部に設置した温度センサ１１５で検出した温度から、現時点におけるウェハ２００の表面の温度を推定することができる。
【００７２】
次に、処理対象のウェハ２００の中から抽出した任意のウェハについて本実施例を適用した例を示す。まず、抽出した任意のウェハ２００を試料台に載置した状態でランプ１５１で加熱し、試料台１１０の内部に設置した温度センサ１１５で検出した温度の変化から昇温速度を求める。次に、温度センサ１１５の検出温度から求めた昇温速度に基づいて、図６を用いて説明したステップを踏んで、ウェハ２００の表面の昇温速度を求める。
【００７３】
ランプ１５１で試料台に載置したウェハ２００を加熱する場合、加熱開始時にランプ電源１５０からランプ１５１に印加する電力は、毎回一定（例えばランプ定格出力の７０％）である。ランプ１５１によりウェハ２００が加熱されている状態で、温度センサ１１５で検出した温度から、先に説明したような、データベースに記憶した温度センサ１１５の検出温度から求めた昇温速度とウェハ２００の表面の昇温速度との関係に基づいてウェハ表面の温度を推定して、ランプ１５１による加熱を制御する。
【００７４】
図７には、図３の（ｂ）で説明したランプ加熱と（ｄ）で説明したウェハ温度の時間変化のうち、加熱：３３２に対応するランプ加熱を行う期間とその前後を含めた時間における状態を示す。温度センサ１１５で検出した温度から推定したウェハ表面の温度に基づいて、ランプ電源１５０からランプ１５１に印加する電力（ランプ出力）を制御する。
【００７５】
図７に示した例では、上記した方法で表面の昇温特性を求めたウェハについて、（ａ）のタイムチャートに示すように、時刻ｔ１０でランプ電源１５０からランプ１５１への電力の印加を開始してランプ加熱をＬ０からＬ１の状態（加熱：７１１の状態）にして、（ｂ）のタイムチャートに示すように、ウェハ２００の温度：７３１を上昇させる。この加熱：７１１の状態を持続させて、温度センサ１１５で検出した温度から推定したウェハ温度：７３２が予め設定した目標値Ｔ１０に達した時点（時刻時刻ｔ１１）でランプ加熱をＬ１から切り替え、時刻ｔ１２でランプ加熱をＬ２の状態にまで低減させる（加熱：７１２）。
【００７６】
次に、ウェハ２００の温度が低減し始めたことが検知された時点（時刻ｔ１２）でランプ加熱を切替えて、時刻ｔ１３の時点でＬ３のレベルまで上昇させる（加熱：７１３）。このＬ３のレベル状態（加熱：７１４の状態）を時刻ｔ１４まで持続させることで、ウェハ２００の温度：７３３が目標値Ｔ１０に近いＴ１２に維持されて、表面に吸着された励起ガスと反応して形成されたウェハ２００の表面の反応層が１層除去される。
【００７７】
時刻ｔ１４でランプ１５１による加熱を中断して、ランプ加熱のレベルをＬ０にする。時刻ｔ１４で、ガス供給管１１１からウェハ２００の裏面に供給する冷却用ガスの流量を変えて、ウェハ２００の裏面の冷却ガスの圧力を上昇させる。これにより、流路１１２を流れる冷媒により冷却されている試料台１１０とウェハ２００との間で熱交換が効率よく行われて、ウェハ２００を、励起ガス表面に吸着するのに適した温度Ｔ１１にまで比較的短時間で冷却することができる。
【００７８】
図８には、図７の場合と比べてウェハの体積抵抗率が大きいウェハを用いた場合の例を示す。このように図７の場合と比べて体積抵抗率が大きいウェハに対して、ランプ加熱を図７の場合と同じように制御して場合、図８の点線で示すように、時刻ｔ１１ではウェハ温度が目標値Ｔ１０と比べて低い状態であり、この時点でランプ加熱をＬ１から切替えて時刻ｔ１２でＬ２まで低減し、その後ｔ１３までの間にＬ３１（図７のＬ３に相当）に上昇させた場合、ウェハ２００の温度は、目標値のＴ１０に対して低いＴ２３に留まってしまう。その結果、ウェハ２００の表面に吸着された励起ガスと反応して形成された反応層は、ウェハ２００の表面から十分に離脱することができず、その一部はウェハ２００の表面に付着したまま残ってしまい、ウェハ表面層の除去を確実に行うことができなくなってしまう。
【００７９】
これに対して、本実施例の方法を用いた場合には、先ず、図７に示した例の場合と同様に、温度センサ１１５で検出した温度とウェハ表面の温度との関係を調べることにより、温度センサ１１５で検出した温度に基づいて、図８に実線で示したような、図７に示した場合とは異なるランプ加熱の制御を行うことができ、体積抵抗率が異なるウェハに対しても、表面に吸着された励起がスト反応して形成されたウェハ２００の表面の反応層を確実に１層除去することができる。
【００８０】
即ち、図７の場合と比べて体積抵抗率が大きい図８の場合のウェハについて、上記した方法で表面の昇温特性を求め、時刻ｔ１０でランプ電源１５０からランプ１５１への電力の印加を開始してランプ加熱をＬ０からＬ１の状態（加熱：８１１の状態）にして、ウェハ２００の温度：８３１を上昇させる。この加熱：８１１の状態を持続させて、温度センサ１１５で検出した温度から推定したウェハ温度：８３２が予め設定した目標値Ｔ１０に達した時点（時刻ｔ２１）でランプ加熱をＬ１から切り替え、時刻ｔ２２でランプ加熱をＬ２１の状態にまで低減させる（加熱：８１２）。次に、ウェハ温度が低減し始めたことが検知された時点（時刻ｔ２２）でランプ加熱を切替えて、時刻ｔ２３の時点でＬ３１のレベルまで上昇させる（加熱：８１３）。このＬ３１のレベル状態（加熱：８１４）を図７の場合と同じ時刻ｔ１４まで持続させることで、ウェハ２００の温度：８３３が目標値Ｔ１０に近いＴ２２に維持されて、表面に吸着された励起ガスと反応して形成されたウェハ２００の表面の反応層が１層除去される。
【００８１】
時刻ｔ２４でランプ１５１による加熱を中断して、ランプ加熱のレベルをＬ０にする。時刻ｔ２４で、ガス供給管１１１からウェハ２００の裏面に供給する冷却用ガスの流量を変えてウェハ２００の裏面のガス圧力を上昇させることにより、流路１１２を流れる冷媒により冷却されている試料台１１０とウェハ２００との間で熱交換が効率よく行われて、励起ガス表面に吸着するのに適した温度Ｔ２１（図７の温度Ｔ１１に相当）にまで比較的短時間で冷却することができる。
【００８２】
このように、処理対象のウェハについて予め温度センサ１１５で検出した温度とウェハ表面の温度との関係を調べることにより、所定の時間内で励起ガスと反応して形成されたウェハ２００の表面の反応層を１層だけ除去することを、それぞれのウェハに適した加熱条件でウェハの温度制御を行いながら確実に実施することが可能になった。また、反応層除去後のウェハ２００の冷却に要する時間を短くすることができ、スループットを低下させることなく確実に処理を行うことができるようになった。
【００８３】
ここで、処理対象のウェハについて予め温度センサ１１５で検出した温度とウェハ表面の温度との関係を調べる方法としては、繰り返して行われる処理サイクルの最初のサイクルで行う方法と、繰り返して行われる処理サイクルを始める前に固定したシーケンスでウェハを加熱し温度センサ１１５で検出した温度から処理対象のウェハの昇温速度を同定する方法、または、同一仕様のダミーウェハを用いてウェハを加熱し温度センサ１１５で検出した温度から処理対象のウェハの昇温速度を推定する方法とが考えられる。
【００８４】
これらの方法のうち、最初の、繰り返して行われる処理サイクルの最初のサイクルで行う方法について、図９を用いて説明する。
【００８５】
図９に示した方法においては、処理サイクルの最初のサイクル９２１を始めるに準備段階おいて、先ず、静電チャック１１７の１対の薄膜電極１１９に図示していない電源から電力を印加することにより、ウェハ２００を静電気力で薄膜電極１１９に吸着する。次に、ガス供給管１１１から冷却ガスをウェハ２００の裏面に供給して、ウェハ温度が励起ガスをウェハ２００の表面に吸着させるのに適した温度：９００に設定する。この状態で、処理の最初のサイクル９２１に入る。この最初のサイクル９２１において、ランプ電源１５０からランプ１５１に印加する電力のパターンは、予め設定したパターンを採用する。
【００８６】
すなわち、処理の最初のサイクル９２１において、時刻ｔ１００でプラズマ発生室１０２で発生させたプラズマにより励起されて処理室１０３の側に流出した励起ガスを所定の時間ウェハの表面に吸着させる。励起ガスを所定の時間ウェハの表面に吸着させた後、時刻ｔ１０１でガス供給管１１１からウェハ２００の裏面への冷却ガスの供給量（流量）を加熱時に適した流量に調整し、ランプ電源１５０からランプ１５１に予め設定したパターンで電力を印加して、ウェハ２００を加熱する。
【００８７】
このランプ１５１で加熱されたウェハ２００の温度は、図９に示す曲線９０１のように上昇し、予め設定したパターンでランプ１５１に印加する電力を切替えることにより、ウェハ２００の温度は曲線９０２のようにほぼ一定に維持される。ここで、ウェハ２００の温度が曲線９０１のように上昇している段階において、温度センサ１１５で検出した試料台１１０におけるウェハ裏面の温度の変化から昇温速度（図６のＡに相当）を求め、この求めた試料台１１０におけるウェハ裏面の昇温速度の情報から、制御部１６０の記憶部１６０１に記憶されたデータベースを用いて、図６を用いて説明した方法によりウェハ２００の昇温速度（図６のＥに相当）を求める。次に、この求めたウェハ２００の昇温速度のデータに基づいて、予め設定したランプ電源１５０からランプ１５１に印加する電力のパターンを修正する。
【００８８】
ウェハ処理の２回目のサイクル９２２以降は、この修正したパターンを用いて実行する。これにより時刻ｔ１１１（３回目のサイクル９２３の時刻ｔ１２１、４回目のサイクル９２４の時刻ｔ１３１）から始まる加熱工程におけるウェハ２００の温度履歴は、曲線９１１に示すように温度が上昇し、次にランプ１５１に印加する電力を切替えることにより曲線９１２に示すように時刻ｔ１１２（３回目のサイクル９２３の時刻ｔ１２２、４回目のサイクル９２４の時刻ｔ１３２）まで一定の温度（図７及び８で説明した目標値Ｔ１０に近い温度）に維持される。
【００８９】
時刻ｔ１１２（時刻ｔ１２１、時刻ｔ１３１）でランプ１５１に印加する電力が切断されると同時に、ガス供給管１１１からウェハ２００の裏面に供給する冷却ガスの流量をウェハ２００の冷却に適した流量に調整して、ウェハ温度が励起ガスをウェハの表面に吸着させるのに適した温度：９００にまで冷却される。ウェハ２００が確実に冷却された状態（時刻ｔ１２０、時刻ｔ１３０、時刻ｔ１４０）で、次のウェハ処理サイクル（９２２以降）を所定の回数実行することにより、ウェハ２００の表面に形成された層を、確実に除去することができる。
【００９０】
この方法では、ウェハ処理サイクルの中でウェハ２００の昇温速度を求めるので、ウェハ処理のスループットを低下させることなく、確実に表面層を除去することができる。
【００９１】
一方、最初のサイクル９２１におけるウェハ２００の加熱パターンが、その後のサイクルにおけるウェハ２００の加熱パターンと異なるために、最初のサイクル９２１におけるウェハ２００の表面層の除去が確実に行われずに、一部に残ってしまう可能性がある。しかし、その後の修正された除去サイクルを繰り返すことにより、最初のサイクル９２１におけるウェハ２００の表面層の除去残りは、無視できるようになる。
【００９２】
次に、繰り返して行われる処理サイクルを始める前に固定したシーケンスでウェハを加熱し温度センサ１１５で検出した温度から処理対象のウェハの昇温速度を同定する方法について、図１０を用いて説明する。
【００９３】
図９で説明した方法と異なるのは、図９の最初のサイクル９２１に変えて、計測サイクル１０２０を設けた点である。即ち、図９で説明した最初のサイクル９２１においては、励起ガスをウェハ２００の表面に付着させた状態でウェハ２００を加熱して表面層を除去していたが、図１０に示した方法では、励起ガスをウェハ２００の表面に付着させない状態でウェハ２００を加熱して、ウェハ２００の昇温特性を求めるようにした。
【００９４】
即ち、図１０に示した方法においては、先ず、静電チャック１１７の１対の薄膜電極１１９に図示していない電源から電力を印加することにより、ウェハ２００を静電気力で静電チャック１１７に吸着する。次に、ガス供給管１１１から冷却ガスをウェハ２００の裏面に供給してウェハ温度が励起ガスをウェハの表面に吸着させるのに適した温度：１０００に設定する。この状態で、計測サイクル１０２０に入る。この計測サイクル１０２０において、ランプ電源１５０からランプ１５１に印加する電力のパターンは、予め設定したパターン（例えば、図７（ａ）に示したようなパターン）を採用する。
【００９５】
すなわち、計測サイクル１０２０において、時刻ｔ２０１でガス供給管１１１からウェハ２００の裏面へ供給する冷却ガスの流量がウェハ２００の裏面の圧力がウェハ２００の加熱に適した圧力となるように調整した状態で、ランプ電源１５０からランプ１５１に予め設定したパターンで電力を印加して、ウェハ２００を加熱する。
【００９６】
このランプ１５１で加熱されたウェハ２００の温度は、図１０に示す曲線１００１のように上昇し、予め設定したパターンでランプ１５１に印加する電力を切替えることにより、ウェハ２００の温度は曲線１００２のようにほぼ一定に維持される。ここで、ウェハ２００の温度が曲線１００１のように上昇している段階において、温度センサ１１５で検出した試料台１１０におけるウェハ裏面の温度の変化から昇温速度（図６のＡに相当）を求め、この求めた試料台１１０におけるウェハ裏面の昇温速度の情報から、制御部１６０の記憶部１６０１に記憶されたデータベースを用いて、図６を用いて説明した方法によりウェハ２００の昇温速度（図６のＥに相当）を求める。次に、この求めたウェハ２００の昇温速度のデータを用いて、予め設定したランプ電源１５０からランプ１５１に印加する電力のパターンを修正する。
【００９７】
ウェハ処理の１回目のサイクル１０２１以降は、この修正したパターンを用いて実行する。これにより時刻ｔ２１１（２回目のサイクル１０２２の時刻ｔ２２１、３回目のサイクル１０２３の時刻ｔ２３１）から始まる加熱工程におけるウェハ２００の温度履歴は、曲線１０１１に示すように温度が上昇し、次にランプ１５１に印加する電力を切替えることにより曲線１０１２に示すように時刻ｔ２１２（２回目のサイクル１０２２の時刻ｔ２２２、３回目のサイクル１０２３の時刻ｔ２３２）まで一定の温度（図７及び８で説明した目標値Ｔ１０又はそれに近い温度）に維持される。
【００９８】
時刻ｔ２１２でランプ１５１に印加する電力が切断されると同時に、ガス供給管１１１から供給する冷却ガスの流量を、ウェハ２００の裏面の圧力がウェハ２００の冷却に適した圧力となるように調整し、この冷却ガスによりウェハ温度が励起ガスをウェハの表面に吸着させるのに適した温度：１０００にまで冷却される。ウェハ２００が確実に冷却された状態（時刻ｔ２２０）で、次のウェハ処理サイクル（１０２２以降）を所定の回数実行することにより、ウェハ２００の表面に形成された層を、確実に除去することができる。
【００９９】
この方法によれば、ウェハの表面層除去のプロセスを伴わずにウェハ２００の昇温特性を求めるので、その後のウェハの表面層除去のプロセスにおいて確実に１層ずつ除去することができ、ウェハ表面処理を、除去残りを発生させることなく、高い品質で確実に実行することができる。
【０１００】
同一仕様のダミーウェハを用いてウェハを加熱し温度センサ１１５で検出した温度から処理対象のウェハの昇温速度を推定する方法については、図５乃至図８を用いて説明した方法と図９で説明した２回目のサイクル９２２以降のサイクル、又は図１０で説明した１回目のサイクル１０２１以降のサイクルとを組み合わせたものと同じであるので、説明を省略する。
【０１０１】
図１１に、本実施例に係るプラズマ処理装置１００を制御する制御部１６０の概略の構成を、図１１を用いて説明する。
【０１０２】
本実施例に係るプラズマ処理装置１００を制御する制御部１６０は、記憶部１６０１と、演算部１６０２、ランプ制御部１６０３、全体制御部１６０４とを備えている。
【０１０３】
記憶部１６０１には、真空排気装置１２０や、高周波電源１３０、ガス供給源１４０、ランプ電源１５０、ガス流量制御部１６１、冷媒温度コントローラ１６２、センサコントローラ１６３を含むプラズマ処理装置１００全体を制御するプログラムや、図５で説明したような、ＰＴセンサ温度とＴＣウェハ温度との関係を、体積抵抗率やＩＲ出力、Ｈｅ圧力ごとにデータベースとして記憶する。
【０１０４】
演算部１６０２は、ランプ１５１で加熱中に温度センサ１１５で検出した試料台１１０の温度の変化と、記憶部１６０１に記憶された体積抵抗率やＩＲ出力、Ｈｅ圧力ごとのＰＴセンサ温度とＴＣウェハ温度との関係から、記憶部１６０１に記憶したデータベースを用いて、図６で説明したような方法でウェハ２００の昇温速度を求める。この求めた結果は記憶部１６０１に記憶されたランプ電源１５０を制御するプログラムに反映される。
【０１０５】
ランプ制御部１６０３は、演算部１６０２で求めたウェハ２００の昇温速度の情報に基づいて制御部１６０から出力される制御信号に基づいて、処理対象のウェハ２００ごとにランプ電源１５０を制御する。
【０１０６】
全体制御部１６０４は、記憶部１６０１に記憶された制御プログラムに基づいて、真空排気装置１２０や、高周波電源１３０、ガス供給源１４０、ランプ電源１５０、ガス流量制御部１６１、冷媒温度コントローラ１６２、センサコントローラ１６３を含むプラズマ処理装置１００全体を制御する。
【０１０７】
以上説明したように、本実施例によれば、また、本発明によれば、昇温速度（体積抵抗率）が不明なウェハでも、処理のスループットを低下させることなく、プロセスに最低限必要な温度を所定時間維持することができるようになり、処理の歩留まりを向上させることができるようになった。
【０１０８】
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。
【符号の説明】
【０１０９】
１００・・・プラズマ処理装置    １０１・・・真空容器    １０２・・・プラズマ発生室    １０３・・・処理室    １０５・・・プレート    １１０・・・試料台    １１１・・・ガス供給管    １１２・・・流路    １１５・・・温度センサ    １１７・・・静電チャック    １２０・・・真空排気装置    １３０・・・高周波電源    １４０・・・ガス供給源    １５０・・・ランプ電源    １５１・・・ランプ    ２００・・・ウェハ。
【図１】
2019161157.tif 000003
【図２】
2019161157.tif 000004
【図３】
2019161157.tif 000005
【図４】
2019161157.tif 000006
【図５】
2019161157.tif 000007
【図６】
2019161157.tif 000008
【図７】
2019161157.tif 000009
【図８】
2019161157.tif 000010
【図９】
2019161157.tif 000011
【図１０】
2019161157.tif 000012
【図１１】
2019161157.tif 000013