JPH09162176A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 枚葉式ドライエッチャ等のプラズマ処理装置
において、処理歩留りを向上させる。 【解決手段】 処理室１０Ａ内において被処理ウエハ２
４がセットされる冷却台１２上にシート状ヒータ２８を
設けると共に、ウエハ２４の上方に透明板３０を介して
ランプヒータ３２を設ける。温度調節装置２０により冷
却台１２に常時１０℃の冷却剤を循環させてＡ点の温度
を一定に維持する。プラズマ及びガスを用いてウエハ２
４にエッチング処理を施すときは、Ｂ点の温度が２０℃
程度になるが、処理待機中においてもＢ点の温度が２０
℃になるようにヒータ２８，３２を加熱制御部３４によ
り制御する。ヒータ３２は、省略することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、枚葉式ドライエ
ッチャ等のプラズマ処理装置に関し、特に処理待機中に
ウエハ冷却台を加熱する加熱手段を設けたことにより処
理歩留りの向上を図ったものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、枚葉式ドライエッチャとしては、
図５に示すものが提案されている。

【０００３】処理室１０Ａは、アノード電極を兼ねる導
電性の容器１０と、この容器１０内に設けられ、カソー
ド電極を兼ねる導電性の冷却台１２と、この冷却台１２
を容器１０から電気的に絶縁すべく容器１０の下方開口
部１０Ｌを取囲んで設けられた環状の絶縁体１４とで構
成される。

【０００４】容器１０は接地される一方、冷却台１２に
は、マッチング回路１８を介して高周波電源１６が接続
される。

【０００５】冷却台１２には、冷却剤を循環させるため
の循環路１２ａが形成されている。循環路１２ａには、
温度調節装置２０から配管２２Ａを介して冷却剤が供給
され、循環路１２ａを通った冷却剤は、配管２２Ｂを介
して温度調節装置２０に戻る。温度調節装置２０は、冷
却剤の温度を一定（例えば１０［℃］）に制御すること
により冷却台１２を常時冷却している。

【０００６】ドライエッチング処理に際しては、半導体
ウエハ等の被処理ウエハ２４を冷却台１２の上面に載置
し、クランプ２６により固定する。そして、ガス導入口
ＩＮから処理室１０Ａ内にエッチングガスを導入した
後、高周波電源１６からの高周波電力によりプラズマ放
電を発生させてドライエッチング処理を行なう。

【０００７】この後、排気口ＯＵＴから処理室１０Ａ内
のガスを排気する。そして、クランプ２６を外して処理
室１０Ａから処理済みのウエハ２４を取出す。この後
は、上記したウエハセットからウエハ取出しまでの一連
のステップを他のウエハにも適用することができる。こ
のような処理をウエハ毎に繰返すことで多数枚のウエハ
を連続的に処理することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術によ
ると、エッチング処理中は発熱量が多いので、ウエハ２
４の温度が上昇しており、冷却台においてもウエハ載置
面から循環路１２ａにかけて温度勾配が生じている。

【０００９】多数枚のウエハを連続的に処理するとき
は、冷却台に温度勾配がある状態で平衡となるので、平
衡状態での処理で最適なエッチングが可能となるように
冷却条件を設定することが多い。しかし、エッチャの運
転開始時や連続処理の終了後等の処理待機中にあって
は、冷却以外の熱源がないため、冷却台１２が十分に冷
却され、温度勾配が消滅している。

【００１０】図６は、冷却台１２においてウエハ２４を
セットする面に近い個所Ｂと循環路１２ａに近い個所Ａ
とに熱電対を設けて温度を測定する様子を示すものであ
る。冷却台１２は、図５に示すように立った状態にある
が、図６では、便宜上、横に倒した状態で示す。ｘは、
冷却台１２の底面からウエハ載置面に向けての距離を示
す。

【００１１】図７は、処理待機中に冷却台１２が十分に
冷却された状態を示すもので、Ａ及びＢ点の温度Ｔ_A 及
びＴ_B はいずれも冷却温度Ｔ_O （例えば１０［℃］）に
等しく、温度勾配は生じていない。これに対し、連続処
理中は、図８に示すようにＢ点の温度Ｔ_B は冷却温度Ｔ
_O 及びＡ点の温度Ｔ_A よりも高く、温度勾配が生じてい
る。

【００１２】図９は、番号１〜５のウエハを連続的に処
理する場合において、ウエハ毎に処理ステップを示すも
ので、ＧＳはエッチングガスの導入ステップを、ＲＦは
高周波電力印加によるエッチングステップを、ＶＡＣは
排気ステップをそれぞれ示す。図１０は、図９の処理に
おいて、各ウエハ毎にウエハ温度の変化を示すものであ
る。なお、図９，１０において、ｔは、時間を示し、ｔ
_c は、あるウエハの取外しを開始してから次のウエハを
セット終了するまでのウエハ搬送時間を示す。

【００１３】エッチャの運転開始時には、図７に示した
ように冷却台１２に温度勾配が生じていないので、図１
０に示すように番号１〜４のウエハのうち番号が小さい
ものほどエッチング中のウエハ温度が低く、温度変動が
大きい。このようなウエハでは、所望のエッチング形状
が得られなかったり、残渣除去が困難になったりするこ
とが多く、歩留り低下の原因になっていた。

【００１４】このような事態に対処するため、運転開始
時からウエハ温度が安定するまでの間数枚のウエハをダ
ミーウエハとして流すことが提案されている。しかし、
このようにすると、ウエハ材料が無駄になるのを免れな
い。

【００１５】この発明の目的は、処理歩留りを向上させ
ることができる新規なプラズマ処理装置を提供すること
にある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明に係るプラズマ
処理装置は、処理室内の冷却台に被処理ウエハをセット
した状態で該被処理ウエハにプラズマ処理を施すプラズ
マ処理装置であって、プラズマ処理中及びプラズマ処理
待機中に前記冷却台の内部に冷却剤を循環させて前記冷
却台を冷却する冷却手段と、プラズマ処理待機中に前記
冷却台のウエハ載置面を加熱する加熱手段とを備えたも
のである。

【００１７】この発明の構成によれば、プラズマ処理待
機中に冷却台のウエハ載置面を加熱するようにしたの
で、プラズマ処理に移行したときのウエハ温度の変動を
少なくすることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１はこの発明に係る枚葉式ドラ
イエッチャを示すものである。図１において、図５と同
様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略す
る。

【００１９】図１のエッチャの特徴とするところは、冷
却台１２の上面にラバーヒータ等のシート状ヒータ２８
を設けると共に、容器１０の外にランプヒータ３２を設
け、加熱制御部３４によりヒータ２８，３２を制御する
ようにしたことである。

【００２０】ヒータ２８上には、半導体ウエハ等の被処
理ウエハ２４が載置され、クランプ２６により冷却台１
２に固定される。

【００２１】容器１０の上方開口部１０Ｕをふさぐよう
に石英板等の透明板３０が設けられ、ヒータ３２は、透
明板３０を介してウエハ２４を加熱するように設置され
る。

【００２２】冷却台１２には、ヒータ２８に近い個所Ｂ
と、循環路１２ａに近い個所Ａとに熱電対を設け、これ
らの熱電対を用いて図８に示したような連続処理時の温
度勾配を求める。すなわち、後述するドライエッチング
条件と同様の条件で例えば５枚以上のウエハを連続的に
処理し、図１０に示した４〜５枚目以降のウエハのよう
にウエハ温度が安定した段階でＡ及びＢ点の温度Ｔ_A 及
びＴ_B を測定する。

【００２３】温度調節装置２０は、常時、配管２２Ａか
ら循環路１２ａ及び配管２２Ｂを介して例えば１０
［℃］一定の冷却剤を循環させることにより冷却台を冷
却している。このため、Ａ点の温度Ｔ_A は、図８に示し
たように例えば１０℃に近い温度となる。一方、Ｂ点の
温度は、順次のエッチング処理による発熱のため、例え
ば２０［℃］となる。このようにして測定された温度Ｔ
_A ，Ｔ_B は、図８に示したような温度勾配を形成するた
めの目標温度として加熱制御部３４内のメモリに記憶さ
れる。

【００２４】上記のような温度測定は、図１のエッチャ
について少なくとも一度行なえばよく、測定後のエッチ
ング処理では、記憶した温度データに基づいて温度制御
を行なうことかできる。また、図１のドライエッチャと
同種の他のエッチャで測定した温度データを用いて温度
制御を行なうことも可能である。

【００２５】エッチング処理は、ウエハ毎に図２に示す
ようなステップで行なわれる。図３は、図２の処理に伴
うヒータ２８，３２による加熱シーケンスを示し、図４
は、図２の処理に伴うウエハ温度の変化を示す。図２〜
４において、図９，１０と同様の符号は、前述したと同
様の事項を意味する。図３において、縦軸は、加熱量
［ｋｃａｌ／ｓｅｃ］を示し、Ｈは、ヒータ２８による
比較的高い加熱量を、Ｍは、ヒータ２８による比較的低
い加熱量を、Ｌは、ヒータ３２によるＭより低い加熱量
をそれぞれ示す。

【００２６】図１のエッチャの運転が開始されると、温
度調節装置２０により冷却台１２の冷却が行なわれると
共に、図３に示すようにヒータ２８により加熱量Ｈで冷
却台１２のウエハ載置面が加熱される。このとき、加熱
制御部３４は、Ａ及びＢ点の温度がメモリに記憶した温
度Ｔ_A 及びＴ_B にそれぞれほぼ等しくなるようにヒータ
２８を制御する。この結果、冷却台１２においては、連
続処理中と近似又は一致した温度勾配が形成される。

【００２７】次に、図２の処理ステップに従って１枚目
のウエハを処理する。すなわち、１枚目のウエハをヒー
タ２８上に載置し、クランプ２６により冷却台１２に固
定する。そして、ヒータ２８をオフ状態にすると同時に
ガス導入ステップＧＳを開始し、ガス導入口ＩＮから処
理室１０Ａにエッチングガスを導入する。エッチングガ
スは、一例として、ＣＦ₄ ／ＣＨＦ₃ ／Ａｒ＝５／３０
／６０［ｓｃｃｍ］を導入する。エッチングガスの導入
中は、図３に示すようにヒータ３２により加熱量Ｌでウ
エハ２４を加熱する。このときのヒータ３２の加熱量Ｌ
は、ヒータ２８により形成されていた温度勾配を維持す
るように決定される。

【００２８】この後、ヒータ３２をオフ状態にすると同
時にエッチングステップＲＦを開始する。すなわち、高
周波電源１６からマッチング回路１８を介して容器１０
（アノード電極）及び冷却台１２（カソード電極）に高
周波電力を供給して処理室１０Ａ内にプラズマ放電を発
生させることによりウエハ２４にエッチング処理を施
す。このエッチング処理では、一例として、高周波電力
を７００［Ｗ］とし、処理室１０Ａ内の圧力を１６０
［ｍＴｏｒｒ］とすることができる。エッチング処理中
は、ヒータ２８及び３２のいずれもオフ状態である。

【００２９】エッチング処理が終ると、排気ステップＶ
ＡＣを開始し、これと同時に図３に示すようにヒータ２
８を加熱量Ｍで作動させる。加熱量Ｍは、連続処理中と
近似又は一致した温度勾配を形成するように決定された
ものである。排気ステップＶＡＣでは、排気口ＯＵＴか
ら処理室１０Ａ内のガスを排気する。

【００３０】排気ステップＶＡＣが終ると、クランプ２
６を外してウエハ２４を取出す。そして、ウエハ搬送時
間ｔ_c を経て２枚目のウエハをヒータ２８を介して冷却
台１２上に前回と同様にセットする。

【００３１】この後、２枚目のウエハについてガス導入
ステップＧＳを開始し、これと同時にヒータ２８をオフ
状態にし且つヒータ３２を加熱量Ｌで作動させる。そし
て、ガス導入ステップＧＳが終ると、ヒータ３２をオフ
状態としてエッチングステップＲＦを前回と同様に行な
う。

【００３２】エッチングステップＲＦが終ると、排気ス
テップＶＡＣを開始し、これと同時にヒータ２８を加熱
量Ｍで作動させる。この後は、３枚目以降の各ウエハに
ついて上記したようなステップＧＳ，ＲＦ，ＶＡＣ及び
加熱制御を繰返す。

【００３３】図４は、上記のような処理に伴うウエハ温
度の変化を示すもので、Ｔ_O は、冷却温度（例えば１０
［℃］）を示す。図４によれば、１枚目のウエハからウ
エハ温度の変動が少ないことがわかる。また、図４及び
図１０を対比すると、この発明に係る図４の場合の方が
１〜３枚目のウエハについてエッチング開始時のウエハ
温度が高く、エッチング中のウエハ温度の変動が少ない
ことがわかる。

【００３４】上記した実施形態によると、冷却台１２
は、エッチング処理待機中であっても、エッチング処理
中と近似又は一致した温度勾配を有するので、エッチン
グ処理に移行したときのウエハ温度の変動は極めて少な
くなる。従って、エッチング形状のばらつきが低減され
ると共に残渣除去が容易となり、エッチング処理の歩留
りを大幅に向上させることができる。

【００３５】また、図４に示したように１枚目のウエハ
から安定した温度条件でエッチング処理が行なわれるの
で、ダミーウエハは流さなくてよい。

【００３６】この発明は、上記した実施形態に限定され
るものではなく、種々の改変形態で実施可能なものであ
る。例えば、次の（１）〜（３）のような変更が可能で
ある。

【００３７】（１）ヒータ２８は、冷却台１２の上面に
埋設してもよい。

【００３８】（２）ヒータ３２は、処理室１０Ａ内に設
けてもよい。場合によっては、ヒータ３２を省略し、図
３のヒータ３２による加熱量Ｌに対応する加熱量をヒー
タ２８によって発生させるようにしてもよい。

【００３９】（３）この発明は、プラズマを用いたエッ
チング処理に限らず、プラズマを用いた被膜形成処理等
にも応用可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、プラ
ズマ処理待機中に処理室内の冷却台のウエハ載置面を加
熱する加熱手段を設けたので、プラズマ処理に移行した
ときのウエハ温度の変動を少なくすることができ、処理
歩留りが向上すると共にダミーウエハの使用を回避でき
る効果が得られるものである。

【００４１】また、冷却台においてプラズマ処理待機中
にプラズマ処理中と近似又は一致した温度勾配を形成す
ると、プラズマ処理に移行したときのウエハ温度の変動
を最小にすることができる効果がある。

【００４２】さらに、プラズマ処理待機中に冷却台上の
ウエハを加熱する補助加熱手段を設けると、一層精密な
ウエハ温度制御が可能になる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る枚葉式ドライエッチャを示す
断面図である。

【図２】 図１の装置におけるウエハ毎の処理ステップ
を示すタイムチャートである。

【図３】 図１の装置における加熱シーケンスを示すタ
イムチャートである。

【図４】 図１の装置におけるウエハ温度の変化を示す
タイムチャートである。

【図５】 従来の枚葉式ドライエッチャを示す断面図で
ある。

【図６】 図５の装置の冷却台を横倒しにした状態で示
す断面図である。

【図７】 処理待機時における図６の冷却台の温度分布
を示すグラフである。

【図８】 連続処理時における図６の冷却台の温度分布
を示すグラフである。

【図９】 図５の装置におけるウエハ毎の処理ステップ
を示すタイムチャートである。

【図１０】 図５の装置におけるウエハ温度の変化を示
すタイムチャートである。

【符号の説明】

１０：容器、１０Ａ：処理室、１２：冷却台、１４：絶
縁体、１６：高周波電源、１８：マッチング回路、２
０：温度調節装置、２２Ａ，２２Ｂ：配管、２４：被処
理ウエハ、２６：クランプ、２８：シート状ヒータ、３
０：透明板、３２：ランプヒータ、３４：加熱制御部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室内の冷却台に被処理ウエハをセッ
   トした状態で該被処理ウエハにプラズマ処理を施すプラ
   ズマ処理装置であって、 プラズマ処理中及びプラズマ処理待機中に前記冷却台の
   内部に冷却剤を循環させて前記冷却台を冷却する冷却手
   段と、 プラズマ処理待機中に前記冷却台のウエハ載置面を加熱
   する加熱手段とを備えたプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 前記冷却台にプラズマ処理中に生ずる温
   度勾配に近似又は一致した温度勾配が前記冷却台にプラ
   ズマ処理待機中に生ずるように前記加熱手段を制御する
   制御手段を更に備えた請求項１記載のプラズマ処理装
   置。
3. 【請求項３】 プラズマ処理待機中に前記冷却台上の被
   処理ウエハを加熱する補助加熱手段を更に備えた請求項
   １記載のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記近似又は一致する
   温度勾配が生ずるように前記加熱手段及び前記補助加熱
   手段を制御する構成になっている請求項３記載のプラズ
   マ処理装置。