(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理容器と、該真空処理容器内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記真空処理容器内に配置されその上部に試料を載置して保持する試料載置電極と、該試料載置電極と前記試料との間隙に冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段と、前記試料載置電極に設けた冷媒流路に温度調整された冷媒を供給する電極温度調節器を備え、前記真空処理容器内に高周波電力を供給し該真空容器内にプラズマを生成して、前記試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置における試料載置電極の温度制御方法において、
予め取得しておいた、前記間隙に供給された冷却ガス流量と載置電極をプラズマクリーニングしたことによる載置電極の経時変化に伴う試料温度の初期状態に対する温度上昇との関係と、前記プラズマクリーニングしたことにより経時変化した載置電極と前記試料との間隙に供給される、該間隙での圧力を一定にするのに必要とされる冷却ガス流量をもとに試料の温度上昇値を推定し、レシピにより指定された載置電極温度から前記温度上昇値分を減じた値を載置電極の目標温度として設定し、前記冷媒流路に供給する冷媒の温度あるいは流量を調整して前記試料の温度を一定の前記載置電極の経時変化前の試料温度に保持することを特徴とする試料載置電極の温度制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の試料載置電極の温度制御方法において、
一つの試料にプラズマ処理を施す毎に、試料載置電極上に試料を載置しない状態でプラズマクリーニング処理を施すことを特徴とする試料載置電極の温度制御方法。
【請求項３】
真空処理容器と、該真空処理容器内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記真空処理容器内に配置されその上部に試料を載置して保持する試料載置電極と、該試料載置電極と前記試料との間隙に冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段と、前記試料載置電極に設けた冷媒流路に温度調整された冷媒を供給する電極温度調節器を備え、前記真空処理容器内に高周波電力を供給し該真空容器内にプラズマを生成して、前記試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
処理を施した各試料毎に、前記間隙に供給した冷却ガスの流量と載置電極をプラズマクリーニングしたことによる載置電極の経時変化に伴う試料温度の初期状態に対する温度上昇との関係を格納したデータベースを備え、
前記データベースと、前記プラズマクリーニングしたことにより経時変化した載置電極と前記試料との間隙に供給される、該間隙での圧力を一定にするのに必要とされる冷却ガス流量をもとに試料の温度上昇値を推定し、レシピにより指定された載置電極温度から前記温度上昇値分を減じた値を載置電極の目標温度として設定し、前記冷媒流路に供給する冷媒の温度あるいは流量を調整して前記試料の温度を一定の前記載置電極の経時変化前の試料温度に保持することを特徴とする試料載置電極の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理技術に係り、プラズマ処理装置における経時変化を抑制することのできるプラズマ処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマエッチング装置では、試料（ウエハ）載置電極に高周波電力を印加して、プラズマからイオンを引き込むことにより、異方性エッチングを行う。このとき、プラズマエッチング装置用の試料載置電極には冷媒を循環させて試料（ウエハ）を一定温度に保持する。なお、静電チャック式の載置電極では、載置電極表面に絶縁層を設け、試料上にプラズマを生成した状態で載置電極に直流電圧を印加することにより、試料を静電吸着している。このとき、載置電極とプラズマ間は絶縁されている。
【０００３】
また、試料と載置電極との隙間には熱伝導用のガス（Ｈｅ）を供給し、数百Ｐａ以上の一定圧力に保つことにより、試料から載置電極への熱伝導を図っている。なお、載置電極表面には、絶縁層としてＡｌ２Ｏ３などのセラミックの溶射膜を用いることが多い。さらに、前記溶射膜には溶射膜を形成するセラミック粒子間に発生した気孔を封止して絶縁性を上げるため、封孔剤を塗布することが多い。
【０００４】
また、前記熱伝導用のガスの圧力を試料の裏面全体で保持するために、載置電極の試料裏面の外周付近に対向する部分には、試料の全周が接触するよう径方向に幅をもった凸部を形成し、前記ガスの漏れを防止している。また、載置電極の内側の部分はガスが流れやすいようにある程度の隙間を持たせた部分と、試料に接触して保持する部分を形成する。なお、このような試料載置載置電極を使用した場合には、試料温度が徐々に低下する経時変化が生じること、およびこのような経時変化は前記封孔剤を変更することのより改善されることが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−４５９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述のような、載置電極表面にセラミックを溶射した試料載置載置電極を用いて、プラズマエッチング処理を行う場合、スループット向上のため、試料載置電極上に試料を載置せずにプラズマクリーニングを行うことがある。このような場合には、試料載置電極は頻繁にプラズマに曝されることとなる。
【０００６】
このような運用を行う場合には、前記の特許文献１に示される場合とは異なり、試料温度が徐々に上昇するという経時変化が現れることが分かった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、プラズマ処理装置の経時変化に基づく試料温度変化を抑制して、試料温度を一定に保持することのできるプラズマ処理技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
真空処理容器と、該真空処理容器内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記真空処理容器内に配置されその上部に試料を載置して保持する試料載置電極と、該試料載置電極と前記試料との間隙に冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段と、前記試料載置電極に設けた冷媒流路に温度調整された冷媒を供給する電極温度調節器を備え、前記真空処理容器内に高周波電力を供給し該真空容器内にプラズマを生成して、前記試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置における試料載置電極の温度制御方法において、
予め取得しておいた、前記間隙に供給された冷却ガス流量と載置電極をプラズマクリーニングしたことによる載置電極の経時変化に伴う試料温度の初期状態に対する温度上昇との関係と、前記プラズマクリーニングしたことにより経時変化した載置電極と前記試料との間隙に供給される、該間隙での圧力を一定にするのに必要とされる冷却ガス流量をもとに試料の温度上昇値を推定し、レシピにより指定された載置電極温度から前記温度上昇値分を減じた値を載置電極の目標温度として設定し、前記冷媒流路に供給する冷媒の温度あるいは流量を調整して前記試料の温度を一定の前記載置電極の経時変化前の試料温度に保持する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、以上の構成を備えるため、プラズマ処理装置の経時変化に基づく試料温度変化を抑制して、試料温度を一定に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、最良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、図２は、図１に示す試料載置電極の詳細を説明する図である。以下、これらの図を参照しながら説明する。プラズマ処理装置は、真空処理容器からなるプラズマ処理室１０１を備える。プラズマ処理室１０１の上部にはプラズマを発生させるための高周波電源１０２ａおよびバイアス用の電源１０２ｂに接続されたアンテナ１０３と、エッチングガスを供給するガス供給系１０４を備える。また、プラズマ処理室１０１の下部には、処理室内を所定の圧力に保つための排気系１０５と、試料を載置する試料載置電極１０７を備える。
【００１２】
試料載置電極１０７について、図２を用いて詳細を説明する。試料載置電極の試料が載置されない部分（最外周部）はプラズマと絶縁するため石英カバー１０８などで被覆する。また、試料載置電極１０７は静電吸着電源１０９を用いた静電チャック機構を備える。
【００１３】
すなわち、載置電極１０７の試料１０６と対向する面にはＡｌ２Ｏ３とＴｉＯ２の混合物からなる誘電体の溶射膜１１０を施してある。また、溶射膜１１０の試料に接触する面は、研磨により表面粗さ（Ｒａ）を０．８μｍ以下にしてある。載置電極１０７の外周部（土手部分１１１）表面と試料の最外周部は前述のように全周で接触している。また、試料１０６の裏面には冷却ガス供給系１１２からＨｅガスが供給されている。制御用コンピュータ１１６は、圧力計１１３で前記供給されるＨｅガスの圧力を監視し、１．５ｋＰａの一定圧力になるよう流量を調節する。
【００１４】
前述のように、試料最外周部は、その全周で載置電極の溶射膜１１０に接触しているため、この接触部分（土手部分１１１）で最もコンダクタンスが小さい。このため、冷却ガスの漏れ量は、ほとんどこの部分のシール性で決まることになる。このように、冷却ガスは、溶射膜１１０の表面の粗さのため、試料と載置電極との隙間から常時僅かに漏れている。この漏れ量は、漏れ量に対応する冷却ガス供給系１１２からの供給流量をモニタすることにより記録することができる。
【００１５】
試料載置電極１０７には、静電吸着用の直流電源１０９、異方性エッチングを行うためのバイアス用高周波電源１１４、および載置電極１０７を温度制御するための電極温度調節器１１５が接続されている。電極温度調節器１１５は載置電極１０７内に形成した冷媒流路に供給する冷媒の温度あるいは流量を調整する
なお、図１に示すプラズマ処理室１０１には、試料を自動搬送するユニットを接続することができる。該ユニットは、例えば２５枚の試料を格納したカセットを２基備え、これらのカセットから、試料を順次処理室に搬送して処理を施す。また、プラズマ処理装置の各電源１０２ａ，１０２ｂ、冷却ガス供給系１１２、電極温度調節器１１５、静電吸着電源１０９、ガス供給系１０４、圧力計１１３は、制御用コンピュータ１１６に接続されており、各種設定および設定値の保存などを行うことができる。また、制御用コンピュータ１１６は、レシピ設定、表示、処理履歴の保存、演算などを行う図示しない操作用のコンピュータと表示装置を備えている。
【００１６】
次に、前記プラズマ処理装置における試料温度の経時変化について説明する。
【００１７】
図３は、処理時間（延べ処理時間）に対する冷却ガス（Ｈｅ）流量の変化を示す図、図４は、冷却ガスの漏れ量（供給量）と試料（ウエハ）の温度上昇の関連を説明する図である。
【００１８】
前記プラズマ処理装置では、試料を１枚エッチング処理するごとに処理室内に反応生成物が堆積する。このため、エッチング処理する毎にＯ２プラズマによりクリーニングを実施する。また、スループット向上のために前記クリーニングは、載置電極上に試料を載置することなくウエハバイアス５０〜２００Ｗをかけてプラズマ放電を行う。
【００１９】
このような運用方法で試料の処理を続けていくと、冷却ガス流量は、図３に示すように徐々に増加する。また、冷却ガス流量の増加に対応して試料の温度が図４に示すように徐々に増加する。なお、図４に示したように冷却ガスの漏れ量と試料の温度の初期状態に対する温度上昇は比例関係にある。
【００２０】
このため、冷却ガスの漏れ量に応じて載置電極の温度を低下させることにより、試料の温度を一定に保つことができる。
【００２１】
前述のように、冷却ガスの流量（漏れ量）は試料最外周部と接触する載置電極の土手部分１１１の表面粗さによりほとんど決定される。また、前記土手部分の表面粗さは他の部分の表面粗さの変化を代表している。このため、載置電極の溶射面をプラズマに曝すことによる表面粗さの変化（増加）は、冷却ガスの流量の増加、および試料の冷却能力の低下を引き起こすことになる。このため、冷却ガス流量を監視することにより、試料温度の経時変化を監視することができる。
【００２２】
図５は、試料の温度制御方法を説明する図である。まず、制御用コンピュータは過去のウエハ処理時において取得したデータ（冷却ガス流量、静電吸着電圧、ウエハバイアス電圧（Ｖｐｐ：ピーク・トウ・ピーク電圧）、ウエハバイアス電力）を履歴データとして保存しておく（ステップＳ１）。次いで、前記履歴データをもとに、基準条件に換算した冷却ガス流量のトレンドを解析し把握する（ステップＳ２）。次いで、現時点における冷却ガス流量のモニタ値をもとに基準冷却ガス流量を算出する（ステップＳ３）。なお、現時点における冷却ガスの流量は、前記ステップＳ２において把握したトレンドと、プラズマ処理時間（累積値）をもとに推定しても良い。
【００２３】
次いで、事前に取得した冷却ガス流量と試料温度上昇の相関関係（図４）（ステップＳ４）と前記推定した冷却ガス流量をもとに試料の温度上昇値を予測する（ステップＳ５）。
【００２４】
次いで、レシピにより指定された載置電極設定温度（ステップＳ６）から、前記温度上昇分を差し引いた値を載置電極の目標温度に設定し制御を開始する（ステップＳ７，ステップＳ８）。
【００２５】
図４に示す相関関係（ステップＳ４）を表す比例定数は載置電極や試料裏面圧によって異なるが、本実施形態の場合、ΔＴ＝４（Ｑ（ｍｌ／ｍｉｎ）−１）であった。冷却ガス流量の長期トレンドを把握する場合は、ウエハ毎に冷却ガス流量にばらつきがあるので、１０ロット以上のウエハ処理の結果から割り出すのが望ましい。
【００２６】
図５のステップＳ７，ステップＳ８において、本実施形態では、載置電極温度を下げることにより試料温度を一定に制御したが、載置電極温度を変更することに代えて、冷却ガス圧力を変えること、あるいは試料バイアス電力を変えることによっても、これらと試料温度との関係を把握さえしておけば、試料温度を一定に保つことができる。しかし、載置電極温度を利用するのが簡単で調節しやすい。
【００２７】
また、本実施形態では、載置電極の溶射膜としてＡｌ２Ｏ３膜を用いたが、Ｙ２Ｏ３溶射膜を用いることができる。また、裏面圧力は１ｋＰａ〜２ｋＰａとすることができる。冷却ガスはＨｅガス以外のガスを使用することができる。また、初期の表面粗さとしてＲａ＝０．８μｍ以下の例を示したが、Ｒａの初期値としてこれに限るものではない。また、土手部分により形成されるシール部は、載置電極表面上で試料と接触し、流量を律速していれば、冷却ガス流量と試料温度上昇との相関を得ることができるため、ウエハの最外周に配置しなくても良い。また、相関関係は、表面粗さと冷却ガス漏れ流量および試料温度上昇の関係から、個々の載置電極と条件に対して求められる関係であり、比例関係に限られない。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態によれば、試料と載置電極の間に供給する冷却ガスの流量をもとに載置電極温度を制御することにより試料の温度を一定に保持するため、長期に渡ってエッチング特性を安定させることができる。また、載置電極の表面変化に伴う試料温度の経時変化を抑制し、長期に渡って安定したエッチング特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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】図１に示す試料載置電極の詳細を説明する図である。
【図３】処理時間に対する冷却ガス流量の変化を示す図である。
【図４】冷却ガスの漏れ量と試料の温度上昇の関連を説明する図である。
【図５】試料の温度制御方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０１  プラズマ処理室
１０２ａ  プラズマ生成用高周波電源
１０２ｂ  バイアス用高周波電源
１０３  アンテナ
１０４  ガス供給系
１０５  排気系
１０６  試料（試料）
１０７  試料載置電極
１０８  石英カバー  
１０９  静電吸着電源
１１０  溶射膜
１１１  載置電極外周部
１１２  冷却ガス供給系
１１３  圧力計
１１４  バイアス用高周波電源
１１５  電極温度調節器
１１６  制御用コンピュータ
【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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