特開 2023-13120 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023013120

(43)【公開日】2023-01-26

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230119BHJP

   H05H 1/46 20060101ALN20230119BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101C

H05H1/46 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021117067

(22)【出願日】2021-07-15

(71)【出願人】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮内 琢真

(72)【発明者】

【氏名】高妻 豊

(72)【発明者】

【氏名】廣實 一幸

(72)【発明者】

【氏名】花岡 裕子

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084BB12

2G084CC14

2G084DD38

2G084FF02

5F004AA16

5F004BA03

5F004BA20

5F004BB02

5F004BB14

5F004BB18

5F004BB22

5F004BB25

5F004BB26

5F004BB29

5F004BC03

5F004BC06

5F004CA06

5F004CB12

(57)【要約】

【課題】被処理体であるウェハの温度測定処理の精度を向上させると共に、上記温度測定処理のスループットを向上させる。
【解決手段】静電チャック３０は、絶縁層３１と、絶縁層３１の外周に沿って設けられ、且つ、絶縁層３１の上面から突出した突出部３１ａとを含む。貫通孔２５は、絶縁層３１および試料台２０を貫通する。貫通孔２５の内部には支持棒４０が設けられ、支持棒４０の上端部から離れた位置において、支持棒４０には温度センサ４１が取り付けられている。ウェハＷＦ１が、絶縁層３１の上面から離れるように突出部３１ａに吸着された際に、支持棒４０および温度センサ４１は、ウェハＷＦ１から離れるように貫通孔２５の内部に位置する。ガスが、ガス供給管２４から、突出部３１ａに囲まれた絶縁層３１の上面とウェハＷＦ１との間の空間５０へ供給され、温度センサ４１は、空間５０から貫通孔２５の内部へ流入したガスの温度を測定する。
【選択図】図３

【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に設けられた処理室と、
前記処理室に設けられた試料台と、
前記試料台の上部に設けられた絶縁層、前記絶縁層の外周に沿って設けられ、且つ、前記絶縁層の上面から突出した突出部、および、前記絶縁層の内部に設けられた複数の電極を含む静電チャックと、
前記真空容器の外部に設けられたガス供給源から前記絶縁層の上面へ第１ガスを供給するためのガス供給管と、
前記絶縁層の上面に到達するように、前記絶縁層および前記試料台を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔の内部に設けられた支持棒と、
前記支持棒を上下方向に移動可能させるための移動機構と、
を備え、
前記支持棒の上端部から離れた位置において、前記支持棒には、温度センサが取り付けられ、
ウェハが、前記絶縁層の上面から離れるように前記突出部に吸着された際に、前記支持棒および前記温度センサは、前記ウェハから離れるように前記貫通孔の内部に位置し、前記第１ガスが、前記ガス供給管から、前記突出部に囲まれた前記絶縁層の上面と前記ウェハとの間の第１空間へ供給され、前記温度センサは、前記第１空間から前記貫通孔の内部へ流入した前記第１ガスの温度を測定する、プラズマ処理装置。

【請求項2】

請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記試料台の内部には、冷媒が流れるための流路が設けられ、
前記貫通孔の内壁には、隔壁が設けられ、
前記隔壁は、前記試料台を構成する材料よりも熱伝導率が低い材料で構成されている、プラズマ処理装置。

【請求項3】

請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記ウェハを加熱するためのランプと、
前記ランプに電圧を印加するためのランプ用電源と、
を更に備え、
前記ランプは、前記処理室の上方に設けられ、且つ、前記真空容器の外部に設けられ、
前記ランプ用電源は、前記ランプに電気的に接続されている、プラズマ処理装置。

【請求項4】

請求項３に記載のプラズマ処理装置において、
前記温度センサ、前記ランプ用電源および前記ガス供給管に電気的に接続され、且つ、これらの駆動を制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記温度センサによって測定された前記第１ガスの温度と、前記ガス供給管から前記第１空間へ供給される前記第１ガスの圧力とを基にして、前記ランプによる加熱温度が所望の加熱温度になるように、前記ランプ用電源の印加電圧を制御する、プラズマ処理装置。

【請求項5】

請求項４に記載のプラズマ処理装置において、
前記制御部は、複数の印加電圧下における前記ランプによる加熱温度と、複数の圧力下における前記第１ガスの温度との対応関係をデータベースとして有し、
前記制御部は、前記温度センサによって測定された前記第１ガスの温度と、前記ガス供給管から前記第１空間へ供給される前記第１ガスの圧力とを前記データベースに照合することで、現在の前記ランプによる加熱温度と、現在の前記ランプ用電源の印加電圧とを推定し、前記ランプによる加熱温度が所望の加熱温度になるように、前記ランプ用電源の印加電圧を補正する、プラズマ処理装置。

【請求項6】

真空容器と、
前記真空容器の内部に設けられた処理室と、
前記処理室に設けられた試料台と、
前記試料台の上部に設けられた絶縁層、前記絶縁層の外周に沿って設けられ、且つ、前記絶縁層の上面から突出した突出部、および、前記絶縁層の内部に設けられた複数の電極を含む静電チャックと、
前記複数の電極に電気的に接続された電極用電源と、
前記真空容器の外部に設けられたガス供給源から前記絶縁層の上面へ第１ガスを供給するためのガス供給管と、
前記絶縁層の上面に到達するように、前記絶縁層および前記試料台を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔の内部に設けられた支持棒と、
前記支持棒を上下方向に移動可能させるための移動機構と、
を備えたプラズマ処理装置を用いて、ウェハに対して行われるプラズマ処理方法であって、
（ａ）前記支持棒の上端が前記突出部よりも上方に位置した状態で、前記ウェハを前記支持棒の上端に載置する工程、
（ｂ）前記（ａ）工程後、前記移動機構によって前記支持棒を下方に移動することで、前記ウェハを前記突出部に載置し、前記ウェハから離れるように前記支持棒を前記貫通孔の内部に位置させる工程、
（ｃ）前記（ｂ）工程後、前記電極用電源から前記複数の電極へ電圧を印加することで、前記絶縁層の上面から離れるように前記ウェハを前記突出部に吸着させる工程、
（ｄ）前記（ｃ）工程後、前記ガス供給管から、前記突出部に囲まれた前記絶縁層の上面と前記ウェハとの間の第１空間へ前記第１ガスを供給し、前記第１空間から前記貫通孔の内部へ前記第１ガスを流入する工程、
（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記貫通孔の内部において、前記第１ガスの温度を測定する工程、
を有し、
前記支持棒の上端部から離れた位置において、前記支持棒には、温度センサが取り付けられ、
前記（ｅ）工程は、前記温度センサを用いて行われる、プラズマ処理方法。

【請求項7】

請求項６に記載のプラズマ処理方法において、
（ｆ）前記（ｃ）工程後、前記試料台の内部に設けられた流路に冷媒を流す工程、
を更に有し、
前記貫通孔の内壁には、隔壁が設けられ、
前記隔壁は、前記試料台を構成する材料よりも熱伝導率が低い材料で構成されている、プラズマ処理方法。

【請求項8】

請求項６に記載のプラズマ処理方法において、
（ｇ）前記（ｄ）工程後、前記ウェハを加熱する工程、
を更に有し、
前記プラズマ処理装置は、前記ウェハを加熱するためのランプと、前記ランプに電圧を印加するためのランプ用電源とを更に備え、
前記ランプは、前記処理室の上方に設けられ、且つ、前記真空容器の外部に設けられ、
前記ランプ用電源は、前記ランプに電気的に接続され、
前記（ｇ）工程は、前記ランプ用電源から前記ランプに電圧を印加することで行われる、プラズマ処理方法。

【請求項9】

請求項８に記載のプラズマ処理方法において、
前記温度センサ、前記ランプ用電源および前記ガス供給管に電気的に接続され、且つ、これらの駆動を制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記温度センサによって測定された前記第１ガスの温度と、前記ガス供給管から前記第１空間へ供給される前記第１ガスの圧力とを基にして、前記ランプによる加熱温度が所望の加熱温度に補正されるように、前記ランプ用電源の印加電圧を制御する、プラズマ処理方法。

【請求項10】

請求項９に記載のプラズマ処理方法において、
前記制御部は、複数の印加電圧下における前記ランプによる加熱温度と、複数の圧力下における前記第１ガスの温度との対応関係をデータベースとして有し、
前記制御部は、前記温度センサによって測定された前記第１ガスの温度と、前記ガス供給管から前記第１空間へ供給される前記第１ガスの圧力とを前記データベースに照合することで、現在の前記ランプによる加熱温度と、現在の前記ランプ用電源の印加電圧とを推定し、前記ランプによる加熱温度が所望の加熱温度に補正されるように、前記ランプ用電源の印加電圧を制御する、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、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関し、特に、温度センサを備えたプラズマ処理装置と、そのプラズマ処理装置を用いて行われるプラズマ処理方法とに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体集積回路では、回路性能の向上およびメモリ容量の増加などの市場要求に対応するために、集積回路の微細化および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って、より高い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ことが求められる。そのため、半導体の製造プロセスでは、従来のウェットエッチング処理による洗浄技術および除去技術に代わって、ドライエッチング処理による洗浄技術および除去技術が求められている。

【0003】

上記ドライエッチング処理の１つとして、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。そのような加工技術として、ＡＬＥ（Atomic Level Etching）法という技術が開発されている。

【0004】

例えば、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、希ガス（Ａｒガス）のような不活性ガスの低電子温度のプラズマを発生させることで、被処理体を原子層レベルでエッチング処理する技術が開示されている。上記エッチング処理では、希ガスの活性化によって発生する熱によって、エッチャントガスに結合している被処理体の構成原子が、上記結合を切断することなく被処理体から分離されている。

【0005】

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が開示されている。このエッチング装置は、減圧可能な真空容器と、活性種を生成するためのラジカル源と、基板を設置するための基板ステージと、基板を加熱するためのランプユニットと、活性種を下方に流すための流路と、を備えている。ラジカル源は、真空容器の処理室の内側に配置されている。基板ステージは、処理室の内部においてラジカル源の下方に配置されている。ランプユニットは、処理室の内部のラジカル源と基板ステージとの間に配置されている。流路は、ランプユニットの外周側および中央部に配置されている。

【0006】

また、特許文献２には、上記エッチング装置と、ラジカル源の中央部および外周側に処理用ガスを供給するための複数のガス供給手段と、複数のガス供給手段から供給されるガスを調節するための制御ユニットと、を備えたプラズマ処理装置が開示されている。

【0007】

ところで、上記ＡＬＥ法によって被処理体を原子層レベルでエッチング処理するためには、被処理体（ウェハ）の温度を制御することが重要になる。このため、特許文献１では、試料台の内部に温度センサが設けられている。

【0008】

また、特許文献２では、基板の表面を加熱するために、赤外光を放射するランプを用いている。このランプに印加する電圧を制御することで、基板を比較的短時間で加熱することができる。また、基板を加熱する際に、比較的高エネルギーの荷電粒子などが基板の表面に入射することがないので、基板の表面にダメージを与えることなく、基板の表面にエッチャントガスを吸着させ、表面層を離脱させることができる。

【0009】

また、特許文献３では、基板の表面に、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いる。同じ工程を経てきても、表面の反射率または熱容量が基板ごとに微妙に変化する問題がある。この問題を解決するために、基板が設置される試料台には、温度計測部が備えられている。照射部によって、試料台に載置された試料に赤外光を照射する際に、温度計測部で計測した温度に基づいて、照射部から試料へ照射される赤外光の強度が制御されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１９－１６１１５７号公報

【特許文献2】特開２０１６－１７８２５７号公報

【特許文献3】国際公開第２０１３／１６８５０９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

原子層レベルでのエッチングを制御するためには、プラズマによる被処理体の表面へのダメージをできるだけ小さくする必要があり、エッチング量の制御の精度を高くする必要がある。これらを解決する方法として、特許文献１および特許文献２に記載されているように、エッチャントガスを被処理体の表面に化学吸着させ、これに熱エネルギーを加えて被処理体の表面層を離脱させる方法がある。

【0012】

しかし、特許文献１に記載されている方法は、マイクロ波で活性化した低電子温度の希ガスを用いて、被処理体の表面を加熱する方法である。それ故、被処理体の加熱時間を短くし、加熱処理のスループットを上げることができないという問題がある。

【0013】

また、特許文献２では、試料台の基材内部の穴内に配置された温度センサを用いて、試料台に設置した基板をＩＲ加熱しながら、基板の温度を検出する。その場合、温度測定の応答性が損なわれるという問題がある。

【0014】

また、特許文献３でも同様に、試料台に温度計測部が備えられている構成では、基板と温度計測部との間に静電チャックが介在しているので、温度計測部が精度良く温度を検知することが困難となる。

【0015】

このように、従来の技術では、短時間で基板を加熱する際に、検出される基板の温度の精度が低下し、温度測定処理の歩留まりが低下するという問題がある。また、高い精度で基板の温度を検出しようとすると、長時間を要するので、温度測定処理のスループットが低下するという問題がある。

【0016】

本願の主な目的は、被処理体であるウェハ（基板）の温度測定処理の精度を向上させると共に、上記温度測定処理のスループットを向上させることにある。その他の課題および新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになる。

【課題を解決するための手段】

【0017】

一実施の形態おけるプラズマ処理装置は、真空容器と、前記真空容器の内部に設けられた処理室と、前記処理室に設けられた試料台と、前記試料台の上部に設けられた絶縁層、前記絶縁層の外周に沿って設けられ、且つ、前記絶縁層の上面から突出した突出部、および、前記絶縁層の内部に設けられた複数の電極を含む静電チャックと、前記真空容器の外部に設けられたガス供給源から前記絶縁層の上面へ第１ガスを供給するためのガス供給管と、前記絶縁層の上面に到達するように、前記絶縁層および前記試料台を貫通する貫通孔と、前記貫通孔の内部に設けられた支持棒と、前記支持棒を上下方向に移動可能させるための移動機構と、を備える。ここで、前記支持棒の上端部から離れた位置において、前記支持棒には、温度センサが取り付けられている。また、ウェハが、前記絶縁層の上面から離れるように前記突出部に吸着された際に、前記支持棒および前記温度センサは、前記ウェハから離れるように前記貫通孔の内部に位置し、前記第１ガスが、前記ガス供給管から、前記突出部に囲まれた前記絶縁層の上面と前記ウェハとの間の第１空間へ供給され、前記温度センサは、前記第１空間から前記貫通孔の内部へ流入した前記第１ガスの温度を測定する。

【0018】

一実施の形態おけるプラズマ処理方法は、真空容器と、前記真空容器の内部に設けられた処理室と、前記処理室に設けられた試料台と、前記試料台の上部に設けられた絶縁層、前記絶縁層の外周に沿って設けられ、且つ、前記絶縁層の上面から突出した突出部、および、前記絶縁層の内部に設けられた複数の電極を含む静電チャックと、前記複数の電極に電気的に接続された電極用電源と、前記真空容器の外部に設けられたガス供給源から前記絶縁層の上面へ第１ガスを供給するためのガス供給管と、前記絶縁層の上面に到達するように、前記絶縁層および前記試料台を貫通する貫通孔と、前記貫通孔の内部に設けられた支持棒と、前記支持棒を上下方向に移動可能させるための移動機構と、を備えたプラズマ処理装置を用いて、ウェハに対して行われる。また、プラズマ処理方法は、（ａ）前記支持棒の上端が前記突出部よりも上方に位置した状態で、前記ウェハを前記支持棒の上端に載置する工程、（ｂ）前記（ａ）工程後、前記移動機構によって前記支持棒を下方に移動することで、前記ウェハを前記突出部に載置し、前記ウェハから離れるように前記支持棒を前記貫通孔の内部に位置させる工程、（ｃ）前記（ｂ）工程後、前記電極用電源から前記複数の電極へ電圧を印加することで、前記絶縁層の上面から離れるように前記ウェハを前記突出部に吸着させる工程、（ｄ）前記（ｃ）工程後、前記ガス供給管から、前記突出部に囲まれた前記絶縁層の上面と前記ウェハとの間の第１空間へ前記第１ガスを供給し、前記第１空間から前記貫通孔の内部へ前記第１ガスを流入する工程、（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記貫通孔の内部において、前記第１ガスの温度を測定する工程、を有する。ここで、前記支持棒の上端部から離れた位置において、前記支持棒には、温度センサが取り付けられ、前記（ｅ）工程は、前記温度センサを用いて行われる。

【発明の効果】

【0019】

一実施の形態によれば、被処理体である基板の温度測定処理の精度を向上でき、上記温度測定処理のスループットを向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施の形態１におけるプラズマ処理装置の概要を示す模式図である。

【図2】実施の形態１における試料台の周囲を示す模式図である。

【図3】実施の形態１における試料台の周囲を示す模式図である。

【図4】実施の形態１における温度センサの周囲を拡大した模式図である。

【図5】実施の形態１における熱電対付きウェハの模式図である。

【図6】実施の形態１における温度センサで測定された温度と、熱電対付きウェハで測定された温度との対応関係を示すデータベースの一例である。

【図7】実施の形態１におけるランプによる加熱温度を補正する方法を示すブロック図である。

【図8】実施の形態１におけるプラズマ処理方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

【0022】

（実施の形態１）
＜プラズマ処理装置の構成＞
以下に図１を用いて、実施の形態１におけるプラズマ処理装置１の概要について説明する。

【0023】

プラズマ処理装置１は、円筒形状の真空容器２と、真空容器２の内部に設けられたプラズマ発生室３および処理室４と、処理室４の内部に設けられた試料台２０と、試料台２０の上部に設けられた静電チャック３０と、全体制御部Ｃ０と、ランプ制御部Ｃ１と、電極制御部Ｃ２と、冷媒制御部Ｃ３と、ガス流量制御部Ｃ４と、センサ制御部Ｃ５とを備える。

【0024】

試料台２０の上方には、円板形状を成すプレート５が設けられている。プレート５は、例えば石英のような誘電体材料からなる。また、プレート５には、複数の孔６が設けられている。プレート５の上方の空間がプラズマ発生室３となり、プレート５の下方の空間が処理室４となっている。被処理体であるウェハ（基板）ＷＦ１は、静電チャック３０上に載置される。

【0025】

また、プラズマ処理装置１は、導波管７と、高周波電源８と、ガス導入管９と、ガス供給装置１０とを備える。導波管７は、プラズマ発生室３の上部に配置され、高周波電源８は、導波管７の端部に設けられている。高周波電源８は、マイクロ波の電界を発振して出力できる。導波管７は、マイクロ波の電界が伝播するための管路であり、マイクロ波の電界は、導波管７を介してプラズマ発生室３の内部に供給される。処理用のガスは、ガス導入管９を介して、ガス供給装置１０からプラズマ発生室３の内部へ供給される。

【0026】

全体制御部Ｃ０は、高周波電源８およびガス供給装置１０に電気的に接続されている。高周波電源８によるマイクロ波の出力と、ガス供給装置１０から供給される処理用のガスの種類および流量などとは、全体制御部Ｃ０によって制御されている。

【0027】

高周波電源８からマイクロ波の電界が発振されると、マイクロ波の電界は、導波管７の内部を伝播し、プレート５を透過する。ガス供給装置１０から供給された処理用のガスの原子または分子が励起、電離または解離することによって、プラズマ発生室３の内部にプラズマが発生する。プラズマ発生室３で発生したプラズマによって励起された処理用のガス（ラジカル）は、複数の孔６を介して、プラズマ発生室３から処理室４へ流れ出る。このラジカルの一部がウェハＷＦ１の表面に吸着することで、ウェハＷＦ１の表面に、反応層が形成される。

【0028】

また、プラズマ処理装置１は、ウェハＷＦ１を加熱するためのランプ１１と、ランプ１１の周りを覆う防護板１２と、ランプ１１に電圧を印加するためのランプ用電源１３とを備える。ランプ１１は、処理室４の上方に設けられ、且つ、真空容器２の外部に設けられている。また、ランプ１１は、真空容器２の外部において真空容器２を囲むように、リング状に設けられている。ランプ用電源１３は、ランプ１１に電気的に接続されている。また、真空容器２の一部には、ランプ１１で発生した赤外線が透過できるように、石英製の窓部１４が形成されている。

【0029】

静電チャック３０を介して試料台２０上にウェハＷＦ１が載置された際に、このようなランプ１１によって、ウェハＷＦ１を加熱することができる。また、ランプ用電源１３からランプ１１へ印加される電圧を調整することで、ウェハＷＦ１の加熱温度を制御することができる。

【0030】

ランプ制御部Ｃ１は、ランプ用電源１３に電気的に接続され、ランプ用電源１３の駆動を制御する。例えば、ランプ用電源１３からランプ１１へ印加する印加電圧の大小および印加電圧のＯＮ／ＯＦＦなどが、ランプ制御部Ｃ１によって制御される。

【0031】

プラズマ処理装置１は、真空容器２に設けられた開口部１５と、真空容器２の内部を排気するための真空排気装置１６とを備える。真空排気装置１６は、開口部１５を介して真空容器２の内部を排気し、真空容器２の内部を所定の圧力に維持する。

【0032】

図２および図３は、試料台２０の周囲を示す模式図である。図４は、温度センサ４１の周囲を拡大した模式図である。また、図２は、ウェハＷＦ１が静電チャック３０に載置される前の状態を示し、図３および図４は、ウェハＷＦ１が静電チャック３０に載置された後の状態を示している。

【0033】

図２および図３に示されるように、試料台２０の内部には、冷媒が流れるための流路２１が設けられている。流路２１には、冷媒を供給するための冷媒供給管２２と、冷媒を排出するための冷媒排出管２３とが接続されている。冷媒が流路２１を流れることで、試料台２０が冷却され、ウェハＷＦ１の温度が、プラズマ処理の開始に適切な範囲内の値に調整される。なお、試料台２０を構成する材料は、低温靭性材料であり、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金である。

【0034】

冷媒制御部Ｃ３は、処理室４の外部で冷媒供給管２２および冷媒排出管２３に接続されている。冷媒供給管２２から流路２１へ流れる冷媒の流量および温度は、冷媒制御部Ｃ３によって調整される。

【0035】

なお、図示はしないが、試料台２０には、インピーダンス整合器を介して高周波電源が電気的に接続されている。ウェハＷＦ１のプラズマ処理中では、ウェハＷＦ１の上面上に、プラズマ中の荷電粒子を誘引するための電界を形成するために、上記高周波電源から試料台２０へ高周波電力が供給される。

【0036】

また、試料台２０の上部には、静電チャック３０が設けられている。静電チャック３０は、絶縁層３１と、絶縁層３１の上面から突出した突出部３１ａと、絶縁層３１の内部に設けられた複数の電極３２とを含む。絶縁層３１を構成する材料は、例えば酸化アルミニウムのような無機材料でもよいし、例えばポリイミドのような樹脂材料でもよい。突出部３１ａは、絶縁層３１と同じ材料で構成されていてもよいし、絶縁層３１と異なる材料で構成されていてもよい。

【0037】

突出部３１ａは、少なくとも絶縁層３１の外周に沿って設けられている。すなわち、突出部３１ａは、円筒形状を成している。また、突出部３１ａは、ウェハＷＦ１の外周よりも小さい形状を成している。このため、図３に示されるように、ウェハＷＦ１を突出部３１ａに吸着した際には、ウェハＷＦ１は絶縁層３１の上面から離れており、突出部３１ａに囲まれた絶縁層３１の上面とウェハＷＦ１との間に、空間５０が形成される。なお、空間５０の形成を維持するために、絶縁層３１の外周だけでなく、絶縁層３１の外周の内部にも、突出部３１ａと同等の高さを有し、突出部３１ａと同じ材料からなる他の突出部（エンボス）が設けられていてもよい。

【0038】

絶縁層３１および試料台２０の内部には、絶縁層３１の上面に到達するように、絶縁層３１および試料台２０を貫通するガス供給管２４が設けられている。ガス供給管２４は、真空容器２の外部に設けられたガス供給源から絶縁層３１の上面へガスを供給するための管である。このガスは、ウェハＷＦ１の裏面側からウェハＷＦ１の温度を調整するために用いられ、熱伝達用ガスであり、例えばヘリウムガス（Ｈｅガス）である。

【0039】

ガス流量制御部Ｃ４は、処理室４の外部でガス供給管２４に電気的に接続されている。ガス供給管２４から空間５０へ流れるガスの流量および圧力は、ガス流量制御部Ｃ４によって調整される。

【0040】

絶縁層３１の内部には、複数の電極３２が設けられている。ここでは、複数の電極３２は、一対の薄膜電極である。また、複数の電極３２は、電極用電源１７に電気的に接続されている。電極用電源１７から複数の電極３２へ所定の電圧を印加することで、静電気力が生成され、この静電気力によって、絶縁層３１の上面から離れるようにウェハＷＦ１を突出部３１ａに吸着させることができる。

【0041】

電極制御部Ｃ２は、電極用電源１７に電気的に接続され、電極用電源１７の駆動を制御する。例えば、電極用電源１７から複数の電極３２へ印加する印加電圧の大小および印加電圧のＯＮ／ＯＦＦなどが、電極制御部Ｃ２によって制御される。

【0042】

絶縁層３１および試料台２０の内部には、絶縁層３１の上面に到達するように、絶縁層３１および試料台２０を貫通する貫通孔２５が設けられている。貫通孔２５の内部には、支持棒４０が設けられている。支持棒４０の下端部は、支持棒４０を上下方向に移動可能させるための移動機構４２に接続されている。支持棒４０を構成する材料は、熱伝導性の高い非金属材料であることが好ましく、例えばシリコンカーバイドである。

【0043】

また、支持棒４０の上端部から離れた位置において、支持棒４０には、温度センサ４１が取り付けられている。温度センサ４１は、例えば測温抵抗体型の温度センサである。ウェハＷＦ１を突出部３１ａに吸着させる前に、ウェハＷＦ１は、支持棒４０の上端部に支持される。

【0044】

また、図３および図４に示されるように、ウェハＷＦ１が突出部３１ａに吸着された際に、支持棒４０および温度センサ４１は、ウェハＷＦ１から離れるように貫通孔２５の内部に位置する。その際に、ガス供給管２４の内部と、空間５０と、貫通孔２５の内部とは、連通された状態となる。そして、ガスは、ガス供給管２４から空間５０へ供給され、空間５０でウェハＷＦ１に接触し、ウェハＷＦ１の裏面と絶縁層３１との間で熱伝達が行われる。ウェハＷＦ１に接触したガスは、更に貫通孔２５に流入する。温度センサ４１は、貫通孔２５に流入したガスの温度を、ウェハＷＦ１の温度として測定する。なお、詳細に図示はしないが、貫通孔２５に流入したガスは、処理室４の内部へ流出され、真空排気装置１６によって開口部１５から排気される。

【0045】

センサ制御部Ｃ５は、導線４４を介して処理室４の外部で温度センサ４１に電気的に接続され、温度センサ４１を制御する。また、温度センサ４１で測定された温度は、センサ制御部Ｃ５によって演算され、演算された測定温度は、全体制御部Ｃ０へ送付される。

【0046】

ここで、流路２１を流れる冷媒によって試料台２０を冷却すると、ウェハＷＦ１の熱は、空間５０に充満しているガスおよび絶縁層３１を介して、試料台２０側に伝達される。これにより、ウェハＷＦ１は冷却される。同時に、ウェハＷＦ１に接触している空間５０内のガスの温度も変化する。一方、ランプ１１によってウェハＷＦ１を加熱すると、ウェハＷＦ１には熱が蓄積されて、ウェハＷＦ１の温度が上昇する。同時に、ウェハＷＦ１に接触している空間５０内のガスの温度も変化する。温度センサ４１は、空間５０内のガスの温度を測定し、ウェハＷＦ1の温度の測定を行う。

【0047】

また、貫通孔２５の内壁には、隔壁４３が設けられている。試料台２０は、流路２１を流れる冷媒の温度が反映され易くなるように、相対的に熱伝導率が高い材料で構成されていることが好ましい。一方で、試料台２０の温度および放射熱が、温度センサ４１によって測定される温度に影響を与える恐れがある。そのため、温度センサ４１を試料台２０から隔離するために、隔壁４３が、断熱材として貫通孔２５の内壁に設けられている。隔壁４３は、試料台２０を構成する材料よりも熱伝導率が低い材料で構成され、例えばファインセラミックスで構成されている。

【0048】

また、ウェハＷＦ１を安定して支持するために、３つ以上の貫通孔２５および３つ以上の支持棒４０が設けられていることが望ましい。また、温度センサ４１は、３つ以上の支持棒４０のうち少なくとも１つに設けられていればよいが、３つ以上の支持棒４０のうち全部または一部に、設けられていてもよい。温度センサ４１を複数設けることで、各温度センサ４１で測定された温度の平均値を算出するなどの手段を用いて、ウェハＷＦ１の温度をより精度良く測定することができる。

【0049】

全体制御部Ｃ０は、プラズマ処理装置１全体の動作を制御する。すなわち、全体制御部Ｃ０は、ランプ制御部Ｃ１、電極制御部Ｃ２、冷媒制御部Ｃ３、ガス流量制御部Ｃ４およびセンサ制御部Ｃ５に電気的に接続され、これらの駆動および動作を制御し、これらと互いに通信可能である。

【0050】

本願では説明を判り易くするため、各制御部Ｃ２～Ｃ５は、各々に関連する制御対象の近くに個別に図示されているが、各制御部Ｃ２～Ｃ５は、全体制御部Ｃ０の一部として一つの制御ユニットに纏められていてもよい。そのため、本願においては、各制御部Ｃ２～Ｃ５が行う動作を全体制御部Ｃ０が行うと説明する場合もあり、各制御部Ｃ２～Ｃ５を含む全体制御部Ｃ０を単に「制御部」と称する場合もある。

【0051】

＜ランプによる加熱温度の補正方法＞
実施の形態１では、温度センサ４１によって測定されるガスの温度をウェハＷＦ１の温度としている。ここで、ランプ１１によってウェハＷＦ１を加熱した場合、どのような条件でランプ用電源１３の印加電圧を制御すれば、温度センサ４１によって測定されるガスの温度（ウェハＷＦ１の加熱温度）が、所望の温度になるのかを予め推定できれば、温度節制処理のスループットを向上させることができる。

【0052】

以下に図５～図７を用いて、ランプ１１による加熱温度の補正方法を説明する。この方法は、全体制御部Ｃ０が、温度センサ４１によって測定されたガスの温度と、ガス供給管２４から空間５０へ供給されるガスの圧力とを基にして、ランプ１１による加熱温度が所望の加熱温度に補正されるように、ランプ用電源１３の印加電圧を制御する方法である。

【0053】

まず、ランプ１１による加熱特性を測定するために、図５に示されるような、ウェハＷＦ１と別のウェハ（基板）ＷＦ２を準備する。ウェハＷＦ２の表面の複数の点６０には、熱電対などの温度センサ６１が貼り付けられている。

【0054】

温度センサ６１のうち、点６０に接触する箇所がセンサになっている。温度センサ６１は、上記センサの信号を伝えるための配線部と、温度情報を表示するための温度計とを有する。上記配線は、上記センサに接続され、真空容器２の外部まで延在し、真空容器２の外部において上記温度計に接続されている。上記センサで得られた温度情報は、上記温度計において確認できる。

【0055】

なお、点６０の位置は、支持棒４０と同一の箇所になっていることが好ましく、支持棒４０の口径の中心位置になっていることが好ましい。このように点６０の位置を設定することで、支持棒４０に取り付けられた温度センサ４１が実際にウェハＷＦ１の温度を測定する箇所と同じ箇所で、温度センサ６１による温度測定を行うことができる。

【0056】

この温度センサ６１を貼り付けたウェハＷＦ２を、ウェハＷＦ１の代わりに処理室４の内部に載置し、真空排気装置１６によって、開口部１５から処理室４の内部を高真空排気する。電極用電源１７から複数の電極３２へ電圧を印加し、静電気力を発生させる。これにより、ウェハＷＦ１を突出部３１ａに吸着させる。その状態で、ランプ用電源１３からランプ１１へ電圧を印加し、ランプ１１を発光させる。この発光したランプ１１から発射された赤外光のうち、石英の窓部１４を透過して処理室４に入射した赤外光によって、ウェハＷＦ２を加熱する。

【0057】

加熱された状態のウェハＷＦ２の温度を、複数の温度センサ６１と、支持棒４０に取り付けられた温度センサ４１とによって測定し、それぞれの結果の比較を行う。図６は、測定して得られた各温度の対応関係を示すデータベースの一例である。図６には、複数の温度センサ６１で測定された温度の平均値（ＴＣウェハ温度）の時間変化と、温度センサ４１で測定された温度（ＰＴセンサ温度）の時間変化とが示されている。

【0058】

このような測定を、ランプ用電源１３からランプ１１へ印加する電圧（ＩＲ出力）と、ウェハＷＦ２下の空間５０へ供給される熱伝達用ガスの圧力（Ｈｅ圧力）とをパラメータとして、これらを種々に変化させて行う。その結果、それぞれの条件において図６に示したようなグラフがデータベースとして作成される。データベースは、図７に示される全体制御部Ｃ０の記憶部Ｃ０ｃに記録される。すなわち、全体制御部Ｃ０は、複数の印加電圧下におけるランプ１１による加熱温度と、複数の圧力下におけるガスの温度との対応関係をデータベースとして有する。

【0059】

このようにして作成されたデータベースを用いて、温度センサ４１で測定された温度から、複数の温度センサ６１で測定されるであろうと期待される平均温度を求めることができる。

【0060】

以下に、ウェハＷＦ１の処理中に、ランプ１１による加熱温度を補正する方法について説明する。なお、図７に示されるように、全体制御部Ｃ０は、指令部Ｃ０ａと、照合部Ｃ０ｂと、記憶部Ｃ０ｃとを有する。指令部Ｃ０ａは、各制御部Ｃ１～Ｃ５に電気的に接続され、これらの駆動および動作を制御し、これらと互いに通信を行う機構である。

【0061】

温度センサ４１によって測定されたガスの温度は、センサ制御部Ｃ５を介して指令部Ｃ０ａに送られる。同時に、ガス供給管２４から空間５０へ供給されるガスの圧力も、ガス流量制御部Ｃ４を介して指令部Ｃ０ａに送られる。指令部Ｃ０ａは、これらの数値を照合部Ｃ０ｂへ送付する。上述のように、記憶部Ｃ０ｃには、ウェハＷＦ２を用いて作成されたデータベースが記録されている。照合部Ｃ０ｂは、このデータベースを記憶部Ｃ０ｃから読み出す。

【0062】

照合部Ｃ０ｂは、指令部Ｃ０ａから送付されたガスの温度とガスの圧力とをデータベースに照合することで、現在のランプ１１による加熱温度と、現在のランプ用電源１３の印加電圧とを推定する。すなわち、照合部Ｃ０ｂにおいて、現在の加熱温度が、所望の加熱温度とどの程度異なっているかを知ることができる。そして、照合部Ｃ０ｂは、所望の加熱温度に対応するランプ用電源１３の印加電圧の情報を、指令部Ｃ０ａへ送付する。

【0063】

指令部Ｃ０ａは、照合部Ｃ０ｂから送付された情報に基づいて、ランプ１１による加熱温度が所望の加熱温度に補正されるように、ランプ用電源１３の印加電圧を制御する。これにより、温度センサ４１によって測定されるガスの温度も、所望の温度に補正される。すなわち、ウェハＷＦ１の温度を、所望の温度に迅速に変更することができる。

【0064】

このような全体制御部Ｃ０による制御を繰り返すことで、ウェハＷＦ１の処理中に、ランプ１１による加熱温度を適切な温度に制御でき、ウェハＷＦ１の温度を適切な温度に制御することができる。

【0065】

＜プラズマ処理方法＞
以下に図８に示されるように、プラズマ処理装置１を用いて、ウェハＷＦ１に対して行われるプラズマ処理方法について説明する。

【0066】

ステップＳ１では、ロボットアームのような真空搬送装置を用いて、プラズマ処理装置１の外部から真空容器２の内部へウェハＷＦ１を搬送する。次に、図２のように、支持棒４０の上端が突出部３１ａよりも上方に位置した状態で、ウェハＷＦ１を支持棒の上端に載置する。次に、真空搬送装置を真空容器２から退室させ、真空容器２の内部を密封する。次に、真空排気装置１６によって、開口部１５から処理室４の内部を高真空排気する。これにより、処理室４の内部の圧力が、プラズマ処理に適した範囲内の値に調整される。

【0067】

ステップＳ２では、移動機構４２によって支持棒４０を下方に移動することで、図３のように、ウェハＷＦ１を突出部３１ａに載置する。そして、ウェハＷＦ１から離れるように、支持棒４０を貫通孔２５の内部に位置させる。

【0068】

ステップＳ３では、電極用電源１７から複数の電極３２へ電圧を印加し、静電気力を発生させる。これにより、絶縁層３１の上面から離れるように、ウェハＷＦ１を突出部３１ａに吸着させる。突出部３１ａに囲まれた絶縁層３１の上面と、ウェハＷＦ１との間に、空間５０が形成される。そして、ガス供給管２４の内部と、空間５０と、貫通孔２５の内部とは、連通された状態となる。

【0069】

ステップＳ４では、ガス供給管２４から空間５０へガスを供給し、空間５０から貫通孔２５の内部へガスを流入する。また、試料台２０の内部に設けられた流路２１に、冷媒制御部Ｃ３によって温度調整された冷媒を流す。これにより、ウェハＷＦ１の熱の伝達が促進され、ウェハＷＦ１の温度が、プラズマ処理の開始に適切な範囲内の値に調整される。

【0070】

ステップＳ５では、高周波電源８からマイクロ波を出力し、ガス供給装置１０からプラズマ発生室３の内部へ処理用のガスを供給することで、プラズマ発生室３の内部にプラズマを発生させる。プラズマによって励起された処理用のガス（ラジカル）は、複数の孔６を介して、プラズマ発生室３から処理室４へ流れ出る。このラジカルの一部がウェハＷＦ１の表面に吸着することで、ウェハＷＦ１の表面に、反応層が形成される。

【0071】

ステップＳ６では、貫通孔２５の内部において、温度センサ４１を用いてガスの温度を測定する。測定されたガスの温度は、センサ制御部Ｃ５（全体制御部Ｃ０）へ伝達される。

【0072】

ステップＳ７では、ランプ１１によってウェハＷＦ１を加熱する。この加熱工程は、ランプ用電源１３からランプ１１に電圧を印加することで行われる。一定時間、ウェハＷＦ１の表面に熱エネルギーが加えられることで、ウェハＷＦ１の表面に形成されていた反応層は、ウェハＷＦ１の表面から離脱する。

【0073】

ここで、図５～図７を用いて説明したように、ランプ１１による加熱温度を所望の加熱温度に補正する方法を用いることで、ウェハＷＦ１の温度が所望の温度になるような制御が行われる。

【0074】

ステップＳ８では、ウェハＷＦ１に対する所望の処理が終了した後、プラズマを停止する。そして、静電気力が除かれてウェハＷＦ１の吸着が解除された後、真空搬送装置のアームが処理室４の内部へ進入し、処理済みのウェハＷＦ１がプラズマ処理装置１の外部へ搬送される。

【0075】

このように、実施の形態１のプラズマ処理装置１によれば、空間５０に供給されたガスの温度は、空間５０に連通する貫通孔２５の内部において、温度センサ４１によって測定される。そして、上記ガスは、空間５０でウェハＷＦ１に直接接触したガスであり、ウェハＷＦ１の温度が伝達されたガスである。そのため、被処理体であるウェハＷＦ１の温度測定処理の精度を向上させることができる。また、温度センサ４１による温度測定は短時間で行うことができるので、温度測定処理のスループットを向上させることができる。

【0076】

また、予め測定されたデータベースを用いることで、ランプ１１による加熱温度が所望の加熱温度に補正されるように、ランプ用電源１３の印加電圧を制御できる。これにより、ウェハＷＦ１の温度を、所望の温度に迅速に変更することができる。従って、温度測定処理のスループットを更に向上させることができる。

【0077】

以上、本発明を上記実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態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。

【符号の説明】

【0078】

１ プラズマ処理装置
２ 真空容器
３ プラズマ発生室
４ 処理室
５ プレート
６ 孔
７ 導波管
８ 高周波電源
９ ガス導入管
１０ ガス供給装置
１１ ランプ
１２ 防護板
１３ ランプ用電源
１４ 窓部
１５ 開口部
１６ 真空排気装置
１７ 電極用電源
２０ 試料台
２１ 流路
２２ 冷媒供給管
２３ 冷媒排出管
２４ ガス供給管
２５ 貫通孔
３０ 静電チャック
３１ 絶縁層
３１ａ 突出部
３２ 電極
４０ 支持棒
４１ 温度センサ
４２ 移動機構
４３ 隔壁
４４ 導線
５０ 空間
６０ 点
６１ 温度センサ
Ｃ０ 全体制御部
Ｃ０ａ 指令部
Ｃ０ｂ 照合部
Ｃ０ｃ 記憶部
Ｃ１ ランプ制御部
Ｃ２ 電極制御部
Ｃ３ 冷媒制御部
Ｃ４ ガス流量制御部
Ｃ５ センサ制御部
ＷＦ１ ウェハ
ＷＦ２ ウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】