(57)【要約】【課題】装置の動作効率が向上する半導体処理装置を提供する。【解決手段】処理装置本体３８の処理室内に載置される半導体ウエハを処理する半導体処理装置であって、使用者が前記半導体ウエハの温度を設定できる設定手段３３と、この設定手段によって設定された前記半導体ウエハの温度に基づいてこの半導体ウエハの処理を調節する調節手段２６とを備えた半導体処理装置。【選択図】        図２
2004241591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に載置される半導体ウエハを処理する半導体処理装置であって、
使用者が前記半導体ウエハの温度を設定できる設定手段と、この設定手段によって設定された前記半導体ウエハの温度に基づいてこの半導体ウエハの処理を調節する調節手段とを備えた半導体処理装置。
【請求項２】
容器の内側に配置された台上に載置される半導体ウエハをプラズマを用いて処理する半導体処理装置であって、
使用者が前記半導体ウエハの温度を設定できる設定手段と、この設定手段によって設定された温度の情報に基づいてこの半導体処理装置の動作を調節する制御手段とを備えた半導体処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の半導体処理装置において、前記設定されたウエハ温度に基づいてこの半導体処理装置の動作の条件を設定する機能を備えた半導体処理装置。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体処理装置において、前記動作の条件は、前記半導体がその上に載置される試料台の温度を調節する熱媒体の温度、前記試料台を加熱するためのヒータ、前記半導体ウエハと前記試料台の間に導入されるガスの圧力、または前記試料台に印加される高周波電力の少なくとも１項目である半導体処理装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の半導体処理装置において、前記設定された動作の条件を表示する表示手段と、使用者が前記動作の条件を入力可能な入力手段とを備えた半導体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の製造装置に係り、半導体ウエハの温度を調節して処理する半導体処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体素子の高集積化にともない回路パターンは微細化の一途をたどっており、要求される加工寸法精度はますます厳しくなってきている。このような要求に伴い、処理中のウエハの温度管理が非常に重要になってきた。例えば、高いアスペクト比が要求されるエッチングプロセスにおいては異方性エッチングを実現するため、エッチングされる部分の側壁に有機ポリマを付着させつつエッチングを行うプロセスが実現されているが、側壁面を覆う有機ポリマの生成は温度により影響を受けて変化する。すなわち、処理中のウエハの温度がエッチングレートや形状に影響を与える要素となっており、この温度分布が不均一であると上記側壁保護膜の生成量がウエハ面内でばらつくことになる。その結果、エッチングを行って形成した形状がウエハの面内の箇所によってばらつきが生じ、ウエハから切り出された各半導体素子の回路パターンの形状が、ひいては素子によって性能が異なってしまうという問題を生起していた。
【０００３】
しかも、近年の半導体製造プロセスではウエハ径が大口径化し、さらに、装置の内側で発生させたプラズマ、印加される電力や機器からのウエハへの入熱は増加しており、例えば、直径３００ｍｍのウエハを用いた半導体の製造では、ウエハ上に形成された層間絶縁膜をエッチングするプロセス中に、３ｋＷ程度のバイアス電力がウエハに印加される。このような背景から、半導体の製造装置では、半導体ウエハの面内方向における温度を適正に調節して処理を行うことが重要な技術課題となっている。
【０００４】
さて、従来のプラズマを用いた半導体製造装置では、プラズマによって処理されている際中のウエハは、ステージ（試料台）上に形成された静電チャックによりウエハをこのステージ上に静電気的に吸着・保持されている。また、このウエハとステージとの間で熱伝達を十分に確保してウエハの温度を調節するため、熱伝導性を有するガス（典型的にはヘリウムが用いられる）が導入され、温度が調節されている。
【０００５】
調節される対象であるウエハの温度は、その領域がプロセスによってさまざまな範囲である。例えば、ウエハを保持するステージの温度は−４０℃といった低温領域から１００℃程度の温度領域まで広い範囲にわたって安定に調節されて、プロセスが行われることが要求される。つまり、プラズマ処理装置のウエハステージには低温から高温までの広い温度領域で、大きな入熱があった場合でも、ウエハ面内で均一な温度分布を実現するといった要求がなされてきている。
【０００６】
また、最近ではＭＲＡＭやＦｅＲＡＭのような不揮発性メモリの要求が高まってきており、これらのメモリの材料のエッチングでは４００℃から５００℃といった非常に高い温度でのエッチング加工が必要であり、この場合でも反応生成物の再付着がエッチング結果に影響するために、ウエハ温度をしっかり管理する必要がある。
【０００７】
このように処理中のウエハ温度を管理する技術として、ウエハを載せる支持体とウエハの間に第一および第二の熱伝導性ガスを導入し、これら第一および第二のガスの圧力を調節することにより熱伝導の大きさを調節する技術が開示されている。また、この先行技術では上述した構成で行うウエハの温度を均一に保ちながら処理するため、あらかじめモニター用の被処理体を用いて表面温度分布を求たうえで、第一、第二のガス通路への熱伝導性ガスの供給量と排気量を設定する技術が開示されている（例えば，特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−３０５１８８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、ウエハで所望の温度分布を実現するためには、第一、第二の熱伝導ガスの供給量、排気量は装置の制御部に設定登録されている必要があり、登録されていない場合は別に表面温度を測定し、希望の温度分布を実現する条件を探さなければならず、処理条件の決定に時間を要する問題がある。
【００１０】
例えば、装置の使用者である作業者は、処理を開始する前にウエハの温度を予想してこれに対して装置の運転条件を正確に設定して所望の処理を実現することは困難である。
【００１１】
このため、作業者が、エッチング特性を所望のものに近付くよう改善しようとして装置の運転条件やエッチング処理のパラメータを変更しようとすると、設定した条件の値やこれらの組合せによっては、ウエハの温度も変化してしまい、かえって所望のエッチング特性を得られないということに繋がっていた。このため、半導体装置の加工の精度を損なってしまうという問題点があった。
【００１２】
例えば、エッチングレートが目標未達であった場合、バイアス電力を８００Ｗに増加させようする場合について説明する。今、６００Ｗで６０秒間処理した場合の最終到達温度は事前の実験もしくは蛍光温度計による測定結果から明らかになっているとする。この際に、バイアスを８００Ｗにした場合の温度については不明であるので、そのままの条件で処理した場合は平均温度が大きく変化してしまう。このように温度が大きく変化すると、得られたエッチング特性が温度の影響を受けてしまい、先の結果と比較して変化させた条件に対する結果の影響についての判断が難しく、精密な加工を行うことのできる条件で装置を動作させることが困難であった。
【００１３】
そこで、バイアス電力は８００Ｗ増加させてもウエハ温度が変わらないＨｅ裏面圧、冷媒温度、初期ステージ温度等の値についてのデータが必要となるが、従来技術の例では、装置の使用者である作業者が試行錯誤で適正な条件を探さなければならず、適切な条件を決定するまでに時間がかかる場合があって、条件を設定して所定の性能の製品を製造するために装置を稼働させるまでの効率が悪いものとなる。この例は、最終的にＨｅ裏面圧を１．５ｋＰａとすることで平均温度が８２℃まで近づけることができたものであるが、通常、例えばＨｅ裏面圧の場合では小数点以下２桁といったような値まで使用者が予想してこれを設定することは難しく、多くの時間を必要とする。
【００１４】
例えば、正確にデータを得るために１．４ｋＰａ、１．５ｋＰａ、１．６ｋＰａ等異なる条件で装置を複数回動作させてデータを得ることが行われ、この間では装置は、所望のエッチング結果を得る処理を行うことが難しくなり、半導体の処理のスループットが低下してしまう。また、例え複数回の運転した結果のデータを用いても、ウエハ１の温度の面方向についての平均値を小さい値の範囲（例えば、±０．５℃以内等）に収めることは非常に多くの回数を必要としており、製品としての半導体装置を製造するための処理を行う前の実験に膨大な時間を必要とする。
【００１５】
本発明の第一の目的は、装置の動作効率が向上する半導体処理装置を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の第二の目的は、半導体ウエハをより精密に処理できる半導体処理装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、半導体処理装置を用いて半導体ウエハを処理する際に、処理に際するウエハ温度を設定可能な手段を備えたことで達成される。さらには、この設定した温度を実現する装置の動作条件を検出して、得られた結果にもとづいて半導体処理装置を動作させて半導体ウエハを処理することにより達成できる。
【００１８】
上記の目的は、より具体的には、内側に載置される半導体ウエハを処理する半導体処理装置であって、使用者が前記半導体ウエハの温度を設定できる設定手段と、この設定手段によって設定された前記半導体ウエハの温度に基づいてこの半導体ウエハの処理を調節する調節手段とを備えた半導体処理装置により達成される。
【００１９】
また、上記の目的は、容器の内側に配置された台上に載置される半導体ウエハをプラズマを用いて処理する半導体処理装置であって、使用者が前記半導体ウエハの温度を設定できる設定手段と、この設定手段によって設定された温度の情報に基づいてこの半導体処理装置の動作を調節する制御手段とを備えた半導体処理装置により達成される。
【００２０】
さらに、上記の目的は、前記設定されたウエハ温度に基づいてこの半導体処理装置の動作の条件を設定する機能を備えたことにより達成される。
【００２１】
さらには、上記の目的は、前記動作の条件が、前記半導体がその上に載置される試料台の温度を調節する熱媒体の温度、前記試料台を加熱するためのヒータ、前記半導体ウエハと前記試料台の間に導入されるガスの圧力、または前記試料台に印加される高周波電力の少なくとも１項目であることにより達成される。
【００２２】
さらにまた、上記の目的は、前記設定された動作の条件を表示する表示手段と、使用者が前記動作の条件を入力可能な入力手段とを備えたことにより達成される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図にしたがって説明する。
【００２４】
図１から図３に本発明の第一の実施例を示す。図１は本発明のウエハ処理装置の本体、図２は制御機構、図３はモニタの詳細図である。
【００２５】
図１に示すように、真空チャンバ９内にエッチングガス１１を導入し、ターボ分子ポンプ１３の上流に設置したバルブ１２の開度調節によりチャンバ内を適切な圧力に保つ。３４はロータリーポンプである。真空チャンバの上部にはアルミナ製のベルジャ１０が積載してあり、このベルジャの周囲にはコイル７が設置してある。コイル７を高周波電源８に接続し、コイルの両端に高周波電圧、例えば１３．５６ＭＨｚを印加することにより誘導結合方式のプラズマ６を発生させる。ベルジャの周囲にはファン２７が複数個取りつけてあり、ベルジャの温度を一定に保っている。このプラズマにウエハ１を曝すことによりエッチング処理を実施する。処理中、ウエハはウエハステージ２上に積載され、温度が検知手段により検知されている。
【００２６】
また、ウエハ１にバイアス電圧を印加するために、ウエハステージ２には高周波電源５を接続している。また高周波電圧の給電ライン１９にはウエハステージ２に静電チャック機能を付与するために直流電源２２が接続してある。図中、その他の番号は、３はエッチングガスの流量を制御する流量制御器、４はゲートバルブでありウエハ１の搬送時には開となり、搬送アーム（図示しない）の前進・後退運動が可能となる。３２はウエハをステージから着脱するためのプッシャピンであり、図示しない上下機構によってベローズ３５を伸縮動作させつつウエハステージ２全体が上下することによって、ウエハ１がウエハステージ２と離間／載置してこの際に搬送アームとの間でウエハ１が授受される。
【００２７】
ウエハステージ２の概略の構造は、冷却用の冷却ジャケット１４と、この上に配置されたヒータ機能と静電チャック機能を有するセラミックス板１５とを有し、これらの間に配置された熱伝導用シート（部材）２３が挟まれた状態でボルト３６がこれらを通して締結する構成となっている。冷却ジャケット１４の内部には冷媒を流すための流路４６が設けてあり、外部に設置したサーキュレータ５６から流れてくる冷媒で冷却する。
【００２８】
冷媒の流量は流量計５４で測定し、サーキュレータから流れ出る温度と戻り側の温度を熱電対５２，５３で測定し、図示していないが制御用コンピュータでモニタする。このため、これら流量計５４や熱電対５２，５３は、制御用コンピュータとは、これらの間で信号を授受するため信号線を介して接続され、流量計５４や熱電対５２，５３で検知した情報を含む信号がこの信号線を通して制御用コンピュータへ送信され、逆に制御用コンピュータから流量計５４、熱電対５２，５３へこれらの動作を調節するための指令信号が伝達される。
【００２９】
セラミックス板１５の材質は、本実施例では窒化アルミであり、内部に円状のヒータ１６、リング状のヒータ５７とがほぼ同心円状に埋設してあり、それぞれ独立に電力を供給することができる電源が接続されている。したがって、ヒータ１６、５７に電力を投入することによりセラミックス板の温度分布を変化させることができる。本実施例では、詳細に図示されていないが、セラミック板１５の内部に設けた上記ヒータ１６，５７と電気的に接続したソケットに対し外部に配置された各々のヒータ用の電源と接続されている電気プラグが迎合するように構成されている。また、本実施例ではヒータ給電部は２ヶ所のみの記載としているが、実際には反対の極性のコネクタが必要であるので、給電部は４ヶ所となる。さらには、セラミックス板の材質は、必ずしも窒化アルミである必要があるわけではなくその他の材質であってもよい。
【００３０】
セラミックス板１５内部のヒータ上にはウエハステージに静電チャック機能とＲＦバイアスを与える内部電極１７が埋設してある。この内部電極１７に直流電圧を印加すれば、内部電極１７とウエハ１（ウエハ１はプラズマに曝されておりほぼアース電位）間に電位差が発生し、内部電極１７とウエハ１の裏面との間に電荷が蓄えられクーロン力によりウエハはセラミックス板１５に固定される。また、内部電極１７には直流電圧のほかにウエハ１にバイアス電力を投入するための高周波電圧が印加されている。静電チャック用の直流電圧はコイル２１を介して給電ライン１９に接続する。この内部電極１７に高周波電圧を印加すればウエハ１にバイアス電圧を印加することができるのでプラズマ中のイオンを効果的に引き込むことができ、エッチングレートを増加させたり、エッチング形状が改善されるなどの効果を期待することができる。
【００３１】
５５はウエハの温度測定用の蛍光温度計である。冷却ジャケット１４とセラミック板１５の同じ位置に貫通穴を設け、この貫通穴を通りウエハ１の裏面に先端が接触する。本実施例ではウエハ１の温度を検出する手段として蛍光温度計５５を使用したが、測定する温度領域に応じて例えば放射温度計やシース熱電対を使用することも可能である。また、測定する位置も１箇所に限らない。例えば半径方向に３箇所測定すればよりウエハ１の温度分布について詳細に検出してデータを得ることができる。また、より多くの測定点を測定すれば更に精密な温度についてのデータを得ることができるが、コストの問題や取り付け位置の問題などがあるので必要に応じて適宜決定すればよい。
【００３２】
また、処理中にウエハへ入射した熱を効果的にウエハステージに伝え、ウエハ温度の制御性を向上させるために、ウエハ裏面とセラミックス板間にヘリウムガスなどの伝熱ガスが導入される。本実施例では、中空のシャフト２０を通じて供給される。すなわちセラミックス板の中心に設けた貫通穴２９からヘリウムガスをウエハ裏面に導入する構成となっている。ヘリウムガスの圧力と流量は、それぞれ圧力計２４と流量計２５でモニタしている。４２はガスボンベである。こうして圧力計２４、流量計２５等で検知されたデータに基づいて得られた情報は、後述するように、装置と接続されたモニタ等の表示装置上に表示可能となっている。表示装置は装置に予め取り付けられたものでも、装置から取り外し可能に構成されたものでも良い。
【００３３】
このようにバイアス電圧を印加してウエハを処理するとウエハはプラズマからの入熱により温度が上昇する。以下に、本発明の実施の例に係るウエハ表面の温度の調節について詳細に説明する。
【００３４】
図４は、本実施例を適用しない場合に、エッチング装置のモニタ画面に表示されるエッチング条件の設定値とモニタ値の一覧表を示す。図中の設定値の項目が、実際に装置の使用者である作業者が設定を行う項目である。また、実際の装置における処理中の所定の時点における各エッチング条件の値も、設定した値に対して比較可能に同時に示されている。本実施の例では処理時間６０秒の設定に対し、処理開始後２８秒時の状態が示されている。この開始後の時刻は、使用者が所定の値に設定できるようにしても良い。
【００３５】
また、これらのモニタ項目のうちウエハ温度に大きな影響を及ぼす項目は、バイアス電力、冷媒温度、Ｈｅ裏面圧、ヒータ電力である。本実施例では、バイアス電力６００Ｗ、冷媒温度２０℃、初期ステージ温度４０℃、Ｈｅ裏面圧１ｋＰａ、に設定されている。処理の開始前にウエハステージ２を４０℃に保つためのヒータ電力は５０Ｗとなっている。
【００３６】
しかし、ウエハ１の処理中はプラズマから入熱があるために図４でも示されている通り０Ｗに設定されている。この実施例で処理したときのウエハ１の温度変化の実測結果を図５に示す。図５において、Ｒ＝０はウエハの中心部の値を、Ｒ＝５０はウエハの中心から半径方向に５０ｍｍ離れた部分の値を、Ｒ＝９６はウエハの中心から半径方向に９６ｍｍ離れた位置での蛍光温度計５５の検出値を示している。
【００３７】
この図に示すように、処理中のウエハ１の温度は処理開始直後から徐々に上昇していき、最終的には平均温度７９．８℃に達することがわかる。つまり、実際のウエハ温度は冷媒温度の２０℃、処理開始前のステージ温度４０℃いずれとも大きく異なっていることが判る。さらに、図４から、本実施例のウエハ１の温度を測定した位置では、処理開始後２８秒時の温度が８１℃となっていることが判る。このように、ウエハ１の温度は蛍光温度計で測定しているために、装置の使用者である作業者は、ウエハの裏面の温度を知ることは可能であるが、処理を開始する前にウエハ１温度を予想してこれに対して装置の運転条件を正確に設定して所望の処理を実現することは困難である。
【００３８】
このため、作業者が、エッチング特性を所望のものに近付くよう改善しようとして装置の運転条件やエッチング処理のパラメータを変更しようとすると、設定した条件の値やこれらの組合せによっては、ウエハの温度も変化してしまい、かえって所望のエッチング特性を得られないということに繋がっていた。このように、所望のエッチングの形状や速度といった目標となるエッチング特性を得ようとする場合、従来の技術では、調節しようとする対象のパラメータとその設定が、目標となるエッチング特性に大きな影響を与えてしまうという問題があった。
【００３９】
例えば、エッチングレートが目標未達であった場合、バイアス電力を８００Ｗに増加させようする場合について説明する。今、６００Ｗで６０秒間処理した場合の最終到達温度は事前の実験もしくは蛍光温度計による測定結果から明らかになっているとする。この際に、バイアスを８００Ｗにした場合の温度については不明であるので、そのままの条件で処理した場合は図６のように平均温度が９３℃にまで達してしまう。このように温度が大きく変化すると、得られたエッチング特性が温度の影響を受けてしまい、先の結果と比較して変化させた条件に対する結果の影響についての判断が難しい。
【００４０】
そこで、バイアス電力は８００Ｗ増加させてもウエハ温度が変わらないＨｅ裏面圧、冷媒温度、初期ステージ温度等の値についてのデータが必要となるが、従来技術の例では、装置の使用者である作業者が試行錯誤で適正な条件を探さなければならず、適切な条件を決定するまでに時間がかかる場合があって、条件を設定して所定の性能の製品を製造するために装置を稼働させるまでの効率が悪いものとなる。この例は、最終的にＨｅ裏面圧を１．５ｋＰａとすることで平均温度が８２℃まで近づけることができたものであるが、通常、例えばＨｅ裏面圧の場合では小数点以下２桁といったような値まで使用者が予想してこれを設定することは難しく、多くの時間を必要とする。
【００４１】
例えば、正確にデータを得るために１．４ｋＰａ、１．５ｋＰａ、１．６ｋＰａ等異なる条件で装置を複数回動作させてデータを得ることが行われ、この間では装置は、所望のエッチング結果を得る処理を行うことが難しくなり、半導体の処理のスループットが低下してしまう。また、例え複数回の運転した結果のデータを用いても、ウエハ１の温度の面方向についての平均値を小さい値の範囲（例えば、±０．５℃以内等）に収めることは非常に多くの回数を必要としており、製品としての半導体装置を製造するための処理を行う前の実験に膨大な時間を必要とする。
【００４２】
次に、本発明の実施例を説明する。本発明では図３に示すように、作業者が設定する項目に冷媒温度だけではなくウエハ温度が設定可能となっている。したがって、作業者は例えば先の例の場合、バイアス電力を６００Ｗから８００Ｗに変更する場合に入力画面で同様にウエハ温度７９．８℃を設定され、装置はこのウエハ温度となるような運転条件（処理条件）に設定され、これを実現するように運転される。このため装置による処理の効率が向上し、また処理の精度も向上される。
【００４３】
次に、本実施例の、調節する条件が変更された場合にウエハ温度をするための構成を図２にもとづき説明する。処理装置本体３８は制御用演算器２６と通信ケーブル２８で連結し、信号のやりとりを行う。処理装置本体３８には、上記した高周波電源やヒータ、静電チャック電源、ファン、サーキュレータ、Ｈｅガスの流量制御機等のほか、各種センサ、バルブといった動作を行う部分およびその機能も含んでいる。
【００４４】
装置の動作を調節するための制御装置であって、演算器を含んだ制御用コンピュータ２６は、装置本体３８を含む装置の各部の状態を表示して作業者がこれらを確認できる画面を有する表示装置であるモニタ３０と通信ケーブル３１で接続されている。また、このモニタ３０は、作業者が操作して指令を入力し、装置本体３８の運転条件、処理の設定項目を表示、あるいは入力可能な入力機構３３を備えている。このことにより、作業者はバイアス電力やＨｅ裏面圧などの情報をモニタ３０の画面に表示された図３の表をみながら入力できる。また、上記入力機構３３を用いて、このモニタ３０上に表示された各情報について所望の値を入力するとともに、各部の動作状態を表示させてこれを入力して指令することで装置本体の動作を設定できる。
【００４５】
上記入力機構３３は、操作のためのボタンやスイッチを備えたパネルやキーボードでもよく、また、モニタ３０上に表示された画面に作業者が触れて行うタッチパネルでもよい。あるいは視力、音声等を用いてもよく、こうした場合、上記入力機構３３は表示手段であるモニタ３０と一体、あるいは装置本体に取り付けられても良い。
【００４６】
作業者が設定したウエハ温度を実現するための、Ｈｅ裏面圧、冷媒温度、ステージ初期温度などは制御用演算器２６で演算されて検出される。この演算は、予め記録または記憶された１つ以上の情報を用いて、この情報から選択してよく、あるいはこれらの情報に含まれるデータを用いて演算して算出しても良い。ここで、設定したウエハ温度を実現するための上記パラメータの組み合わせは１つではない場合があり、これらのうちから所望の組合せを選択しなければならない。
【００４７】
そこで本実施の例では、Ｈｅ裏面圧を当初の１ｋＰａとし、初期ステージ温度を２５℃に設定した。残る項目は冷媒温度であるが、これは制御用コンピュータ２６で計算したところ８℃であった。こうしたＨｅ裏面圧や冷媒温度等の値は、演算して表示されるのみでなく、これらの１つ以上を作業者が入力機構３３等を用いて入力可能に構成することで、作業者がより精密に処理の条件を設定できるとともに、こうして入力された値に対応するウエハ温度を含む他の設定項目や動作／処理の条件を演算して表示可能にすることで、装置の動作や処理がどのように変化するかを容易に判断させることができる。
【００４８】
このような演算にはウエハへの入熱量の情報あるいはデータが必要である。入熱量は、主にバイアス電源の投入電力により決まると考えられるが、プラズマを生成するためのソース電源の投入電力の影響も受ける。そこで、入熱量は過去の実験データに基づきバイアス電源の投入電力の何％と仮定したものを使用する方法が考えられる。しかし、より正確なウエハ温度計算を行うためには冷媒の流量と温度上昇から計算する方法が有効である。
【００４９】
本実施例では、冷却ジャケットの入り口直前の冷媒の温度と、出口直後の冷媒温度を熱電対で測定している。冷媒流量は配管に組み込まれた流量計５４で測定している。コンピュータには使用している冷媒の物性値と熱量計算のための計算式が記憶されており、冷媒が持ち去る熱量をリアルタイムで計算している。必要ならばモニタ画面に表示することも可能である。そこで、実際の処理を行う前にダミーウエハを処理して入熱量を求めておけばよい。図３の例では、入熱は４５６Ｗと表示されている。
【００５０】
計算結果はモニタ画面に表示され、作業者が問題ないかどうかチェックする。このとき、あらかじめ各パラメータの適正範囲を制御用コンピュータに記憶させておき、自動的に判断させることも可能である。本例では、使用している冷媒の使用範囲内であるため問題ないので処理に移行する。もし、範囲を超えている場合は再度条件を入力し計算を行う。このとき、モニタ画面にエラー表示すればわかりやすい。この場合の例をとると、冷媒の使用範囲が１０℃以上である場合、Ｈｅ裏面圧を１．２ｋＰａに設定すれば冷媒の温度はより高く設定できるので使用範囲に収めることができるであろう。
【００５１】
図７に本実施例のフローチャートを示す。作業者が条件を入力する（１００）。次に入力された温度を実現する条件を制御用コンピュータで計算する（１０１）。計算結果をモニタ画面に表示する（１０２）。作業者が計算結果の処理条件で問題がないか確認する。なお、この確認はあらかじめ基準を設定しておき、この基準とコンピュータにより自動判定するなどしてもよい（１０３）。合格なら処理を行う（１０４）。不合格なら合格となるまで条件を入力しなおす。処理が終了する（１０５）。なお、決定した条件で連続処理することも可能である。
【００５２】
図８に本実施例の結果得られた条件で実際に処理したときのウエハ温度変化の測定結果を示す。その結果、平均温度は７９．３℃と６００Ｗの時とわずか０．５℃の差で一致させることができた。したがって、ウエハ温度の影響を考えることがなくバイアス電力の効果だけを検討することができる。このとき、作業者は温度を設定するだけでよいので、別実験でウエハ温度を測定する必要がなく、新しいプロセス開発の時間短縮に大きく貢献する。
【００５３】
本実施例では、ウエハ温度に影響する項目としてバイアス電力、Ｈｅ裏面圧、冷媒温度、ヒータ電力を挙げたが、必ずしもこれだけに限らない。ウエハ温度に影響するその他のパラメータとしては冷媒流量、ウエハ裏面にＨｅガスを導入する位置が複数ある場合にはそれぞれの圧力、ウエハステージ温度が４００℃などの高温の場合には対向面の温度などが挙げられる。したがって、設定したウエハ温度を実現するための組み合わせは無限に存在するといえるが、実際にはそれぞれの項目で適用する値の範囲はおのずから限られてくるので、通常は冷媒温度、Ｈｅ裏面圧、ヒータ電力のいずれかが計算で決定される項目となる場合が多い。
【００５４】
また、本実施例では設定したウエハ温度は平均的な温度としたが、必ずしもそうである必要はない。その他に、例えばウエハ面内温度の幅を設定することも可能であるし、必要があれば温度分布そのものを設定することもできる。
【００５５】
また、温度の分布を設定する場合には、処理を開始してからどの位後の時点での分布かということも重要である。なぜならば、上記の例において、処理を行う温度が低い場合には、処理開始直後でウエハ温度はほぼ均一とみなせる程度の分布を有する温度となっているが、ウエハの処理が進むとともにウエハの温度は全体的にみて上昇し続け、最終的に処理終了直前の温度分布が最も大きくなる。このことから、コンピュータ等で処理条件を演算して検出する場合には、処理終了直前の温度分布と比較すればよいことになるが、より高い温度、例えばステージ温度が３００℃以上の温度でウエハの処理を行う場合には処理を開始した直後の温度が最も高くなる。このように、処理を行う際にはウエハ１がウエハステージ２上に載置され、このウエハ１がウエハステージ２上に吸着され、プラズマが形成されて実際に表面の加工が開始されて、この加工の処理が進行するに伴って、それぞれの時点でウエハ１の温度あるいはその温度の分布は変化する。
【００５６】
図９に、第一の実施例でウエハ温度を３００℃に設定した場合のウエハ温度分布の測定結果を示す。この例では、熱伝導シートを取り除き、ウエハステージ２の熱の授受を抑制して断熱効果を高めている。この図から判るように、ウエハの温度は、処理開始直後には３１２℃±６℃であったものが、３０秒後には３６５℃±１℃、６０秒の処理終了直前には３７５℃±５℃になっている。このように処理が進むに伴ってウエハの温度は全体的に上昇するとともに、ウエハの中央側と外周側との温度差が大きくなっていくのは、外周からの輻射による熱逃げが大きいためであると考えられる。
【００５７】
このような場合には、処理が開始されてからの時刻及びそのときの温度分布を設定できることが望ましい。すなわち、上記のように温度の分布が時間によって変化する処理の場合には、処理の開始から終了まで単一の温度分布を設定して装置を運転しても、所望のエッチング性能で処理が行われる時間は非常に短くこの時間以外の処理の間は所望のものと大きく異なったエッチングの特性で処理が行われてしまう虞があり、この結果半導体処理の精度が損なわれて素子の性能が損なわれてしまう。そこで、使用者でもある作業者が、１つ以上の所定の時点でのエッチングの速度等の特性を基準として、処理のパラメータを設定できるようにすることで、所定の時点で所望のエッチングの特性により近い特性で処理が行われ、処理の精度が損なわれてしまうことを抑制し、より信頼性の高い処理が実現できる。そのために、本実施の例では、予想されるウエハ温度分布の時間変化を演算した結果をモニタ上に表示する機能を備えている。作業者（装置の使用者）は、その結果を見て設定の良否、あるいは当否を判断でき、作業の効率が改善されるとともに、素子の信頼性が向上することからスループットも向上できるという効果がある。
【００５８】
図１０に本発明の第二の実施例の処理方法を示す。本発明は、処理枚数が増加するにつれてプラズマの状態が変化するなどしてウエハ温度が変化する場合に、その変化を抑えるのに有効な手法である。
【００５９】
まず、作業者がウエハ温度を含む条件を入力する（２００）。そのウエハ温度を実現するパラメータをコンピュータで計算する（２０１）。計算結果はモニタ画面に表示され（２０２）、作業者が問題ないかどうかチェックする。このとき、あらかじめ各パラメータの適正範囲を制御用コンピュータに記憶させておき、自動的に判断させることも可能である（２０３）。
【００６０】
判定された結果、入力された条件が適正と判断された場合には、この条件の入力に基づいてウエハの処理が実行される（２０４）。ここまでは第一の実施例と同様である。その後、処理中のウエハ温度を測定し、コンピュータに記録する（２０５）。処理終了（２０６）後、測定結果を条件と比較する（２０７）。比較した結果が所定の値の範囲にあると検出され適正と判定された場合には、次のウエハの処理を行う（２０４）。もし、不適正と判定された場合には、再度コンピュータで計算し、処理パラメータを変更する。変更する処理パラメータとしては、Ｈｅ裏面圧、冷媒温度、冷媒流量、ヒータ出力が考えられるが、変更に対する応答性が高いＨｅ裏面圧を変更することにより、より短い時間で変更を装置に反映させることができ、装置のスループットが向上し稼働率が増大する。もちろん、これに限定されるわけではなく、どのパラメータを変更するかは適宜選択すればよい。
【００６１】
このように、本実施例によればウエハ温度の経時変化を防止することができるので、歩留まりの向上、装置の稼働率の向上が期待できる。
【００６２】
上記第二の実施例では、ウエハ１枚毎に処理条件を変化させる例を示したが、１枚のウエハの処理中のパラメータを変化させることも可能である。これは、処理中のウエハの温度及びその分布の時間に伴う変化を抑えるのに有効である。そのためには、図８のコンピュータでウエハ温度を計算する場合（１０１）に、例えば任意に設定した時間間隔ごとにパラメータを計算させるようにしてもよい。その結果が実現可能である場合には、計算結果にもとづき決定された処理パラメータどおりに処理を実行する。
【００６３】
このような手法でウエハを処理した場合、ウエハ温度の変化を極力低減することができるので再現性のよい、エッチング特性の改善された処理方法を提供できる。また、この処理方法は第一の実施例と組み合わせることも可能である。その場合、時間が経過するに伴うウエハ温度の変化も低減することができる。
【００６４】
以上のように、上記の実施例によれば、作業者が設定したウエハ温度を実現する処理条件を計算により求め、この条件にもとづいてウエハを処理するので、容易にウエハの温度管理を行うことができるようになる。また、処理条件を１枚処理するごとに見直すことができるようになるので、経時変化の少ない処理方法を実現することができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、装置の動作効率が向上する半導体処理装置を提供できる。また、半導体ウエハをより精密に処理できる半導体処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例のウエハ処理装置。
【図２】本発明の第一の実施例の装置構成。
【図３】本発明の第一の実施例のモニタ画面。
【図４】従来技術のモニタ画面の例。
【図５】従来技術で処理中のウエハの温度変化の例。
【図６】従来技術で処理中のウエハの温度変化の例。
【図７】本発明の第一の実施例のフローチャート。
【図８】本発明の第一の実施例で処理中のウエハの温度変化の例。
【図９】本発明の第一の実施例で処理中のウエハの温度変化の例。
【図１０】本発明の第二の実施例のフローチャート。
【符号の説明】
１…ウエハ、２…ウエハステージ、３…流量制御器、４…ゲートバルブ、５…高周波電源、６…プラズマ、７…コイル、８…高周波電源、９…真空チャンバ、１０…ベルジャ、１１…エッチングガス、１２…バルブ、１３…ターボ分子ポンプ、１４…冷却ジャケット、１５…セラミックス板、１６…ヒータ、１７…内部電極、、１９…給電ライン、２０…シャフト、２１…コイル、２２…直流電源、２３…熱伝導シート、２４…圧力計、２５…流量計、２６…制御用コンピュータ、２７…ファン、２８…通信ケーブル、２９…貫通穴、３０…モニタ画面、３１…通信ケーブル、３２…プッシャピン、３３…入力機構、３４…ロータリーポンプ、３５…ベローズ、３６…ボルト、３８…処理装置本体、３９…ヒータ給電機構、４１…ヒータ給電機構、４２…ガスボンベ、５２…熱電対、５３…熱電対、５４…流量計、５５…蛍光温度計、５６…サーキュレータ、５７…ヒータ
【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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【図１０】
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