JP7437965B2 - プラズマ処理装置及び部材温度判定方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及び部材温度判定方法 Download PDF

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Description

本発明は、プラズマ処理装置及び部材温度判定方法に関する。
従来から、プラズマを用いてウエハなどの被処理体にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が知られている。このようなプラズマ処理装置は、例えば、真空空間を構成可能な処理容器内に、電極を兼ねた被処理体を保持する載置台を有する。プラズマ処理装置は、載置台に所定の高周波電力（ＲＦ電力）を印加することにより、載置台に配置された被処理体に対し、プラズマ処理を行う。また、プラズマ処理装置は、被処理体に対するプラズマ処理を行う前に、プラズマを着火して処理容器内の部材の温度を上昇させる前処理を行う。この前処理は、シーズニング処理とも呼ばれる。シーズニング処理は、載置台にダミーウエハが載置された状態でプラズマを着火することにより、実現される。シーズニング処理は、例えば、処理容器内の部材の温度が飽和するまで、予め定められた回数繰り返し実行される。
特開２０００－１６７３８５号公報
本開示は、処理容器内の部材の温度が飽和したか否かを高精度に判定することができる技術を提供する。
本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、処理容器及び電極を有するプラズマ処理装置であって、プラズマを着火して前記処理容器内の部材の温度を上昇させる前処理を実行するように構成される前処理部と、前記前処理の実行後に、前記電極にプラズマを着火させずにＲＦ電力を印加するように構成される電力印加部と、前記電力印加部により印加された前記ＲＦ電力に関する物理量を測定するように構成される測定部と、前記測定部により測定された前記ＲＦ電力に関する物理量に基づいて、前記処理容器内の部材の温度が飽和したか否かを判定するように構成される判定部とを有する。
本開示によれば、処理容器内の部材の温度が飽和したか否かを高精度に判定することができるという効果を奏する。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。 図２は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を制御する制御部の概略的な構成を示すブロック図である。 図３は、処理容器内の部材を模式的に示す図である。 図４は、載置台にＲＦ電力が印加された際のプラズマ処理装置の電気的な状態の一例を等価回路によって示す図である。 図５は、処理容器内の部材の温度とシーズニング処理の繰り返し回数との関係の一例を示す図である。 図６は、一実施形態に係るプラズマ処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。 図７は、処理容器内の部材の温度が飽和した後にプラズマ処理を開始する流れの具体例を説明する図である。
以下、図面を参照して本願の開示するプラズマ処理装置及び部材温度測定方法の実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示するプラズマ処理装置及び部材温度測定方法が限定されるものではない。
ところで、プラズマ処理装置では、処理容器内に設けられた温度計による計測結果を用いて処理容器内の部材の温度が飽和したか否かを判定し、処理容器内の部材の温度が飽和した場合にシーズニング処理の繰り返しを終了させることがある。しかしながら、処理容器内に温度計が設けられる場合、温度計の位置が温度の特異点となるため、温度計による計測結果の精度が低下し、結果として、処理容器内の部材の温度が飽和したか否かを高精度に判定することが困難であるという問題がある。また、処理容器内の部材の温度の均一性に影響がある。
そこで、処理容器内に温度計を設けることなく、処理容器内の部材の温度の飽和を高精度に判定することが期待されている。
［プラズマ処理装置の構成］
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１０の構成を示す概略断面図である。プラズマ処理装置１０は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理容器１を有する。処理容器１は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成される。処理容器１は、プラズマが生成される処理空間を画成する。処理容器１内には、被処理体（work-piece）である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗを水平に支持する載置台２が設けられている。載置台２は、基材（ベース）２ａ及び静電チャック（ＥＳＣ:Electrostatic chuck）６を含んで構成される。基材２ａは、導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成され、下部電極としての機能を有する。静電チャック６は、ウエハＷを静電吸着するための機能を有する。載置台２は、支持台４に支持される。支持台４は、例えば石英等からなる支持部材３に支持される。また、載置台２の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング５が設けられる。さらに、処理容器１内には、載置台２及び支持台４の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材３ａが設けられる。
基材２ａには、第１の整合器１１ａを介して第１のＲＦ電源１０ａが接続され、また、第２の整合器１１ｂを介して第２のＲＦ電源１０ｂが接続される。第１のＲＦ電源１０ａは、主にプラズマ発生用のものであり、この第１のＲＦ電源１０ａからは１５０ＭＨｚ～１０ＭＨｚの範囲で選ばれる所定の周波数の高周波電力が載置台２の基材２ａに供給されるように構成される。また、第２のＲＦ電源１０ｂは、主にイオン引き込み用（バイアス用）のものであり、この第２のＲＦ電源１０ｂからは第１のＲＦ電源１０ａより低く４０ＭＨｚ～１００ＫＨｚの範囲で選ばれる所定周波数の高周波電力が載置台２の基材２ａに供給されるように構成される。このように、載置台２は電圧印加可能に構成されている。
なお、第１のＲＦ電源１０ａの周波数は、プラズマ発生と同時に少なからずイオン引き込みにも作用し、周波数が低いほど、イオン引き込み作用の割合が大きくなる。また、第２のＲＦ電源１０ｂの周波数は、イオン引き込みと同時に少なからずプラズマ発生にも作用し、周波数が高いほど、プラズマ発生作用の割合が高くなる。
また、第１の整合器１１ａには、測定器ＶＭが設けられる。測定器ＶＭは、第１のＲＦ電源１０ａから出力され第１の整合器１１ａを経由して載置台２に印加されるＲＦ電力のＲＦ電圧であるＶｐｐ（Voltage Peak to Peak）を測定する。Ｖｐｐは、載置台２に印加されるＲＦ電力に関する物理量の一例である。測定器ＶＭは、測定したＶｐｐを示すＲＦ電圧データを制御部１００に通知する。
一方、載置台２の上方には、載置台２と平行に対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられる。シャワーヘッド１６と載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能する。
静電チャック６は、絶縁体６ｂの間に電極６ａを介在させて構成され、電極６ａには直流電源１２が接続される。そして、電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウエハＷが吸着されるよう構成されている。
載置台２の内部には、冷媒流路２ｄが形成されており、冷媒流路２ｄには、冷媒入口配管２ｂ、冷媒出口配管２ｃが接続されている。そして、冷媒流路２ｄの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、載置台２を所定の温度に制御可能に構成されている。また、載置台２等を貫通するように、ウエハＷの裏面にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのガス供給管３０が設けられており、ガス供給管３０は、図示しないガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持されたウエハＷを、所定の温度に制御する。
また、載置台２の上方の外周に設けられるフォーカスリング５も所定の温度に制御される。なお、載置台２もしくは静電チャック６の内部にヒーターを設け、ヒーターを所定の温度に加熱することによって、ウエハＷおよびフォーカスリング５を所定の温度に制御してもよい。
載置台２には、複数、例えば３つのピン用貫通孔２００が設けられており（図１には１つのみ示す。）、これらのピン用貫通孔２００の内部には、夫々リフターピン６１が配設されている。リフターピン６１は、駆動機構６２に接続されており、駆動機構６２により上下動される。
上記したシャワーヘッド１６は、処理容器１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えており、絶縁性部材９５を介して処理容器１の上部に支持される。本体部１６ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。
本体部１６ａは、内部にガス拡散室１６ｃが設けられている。また、本体部１６ａは、ガス拡散室１６ｃの下部に位置するように、底部に、多数のガス通流孔１６ｄが形成されている。また、上部天板１６ｂは、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１６ｅが、上記したガス通流孔１６ｄと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内にシャワー状に分散されて供給される。
本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｇが形成されている。ガス導入口１６ｇには、ガス供給配管１５ａの一端が接続されている。このガス供給配管１５ａの他端には、処理ガスを供給する処理ガス供給源（ガス供給部）１５が接続される。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂ、及び開閉弁Ｖ２が設けられている。ガス拡散室１６ｃには、ガス供給配管１５ａを介して、処理ガス供給源１５からプラズマエッチングのための処理ガスが供給される。処理容器１内には、ガス拡散室１６ｃからガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して、シャワー状に分散されて処理ガスが供給される。
上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７１を介して可変直流電源７２が電気的に接続されている。この可変直流電源７２は、オン・オフスイッチ７３により給電のオン・オフが可能に構成されている。可変直流電源７２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ７３のオン・オフは、後述する制御部９０によって制御される。なお、後述のように、第１のＲＦ電源１０ａ、第２のＲＦ電源１０ｂから高周波が載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部９０によりオン・オフスイッチ７３がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド１６に所定の直流電圧が印加される。
処理容器１の側壁からシャワーヘッド１６の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１ａが設けられている。この円筒状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。
処理容器１の底部には、排気口８１が形成されている。排気口８１には、排気管８２を介して第１排気装置８３が接続されている。第１排気装置８３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理容器１内を所定の真空度まで減圧することができるように構成されている。一方、処理容器１内の側壁には、ウエハＷの搬入出口８４が設けられており、この搬入出口８４には、当該搬入出口８４を開閉するゲートバルブ８５が設けられている。
処理容器１の側部内側には、内壁面に沿ってデポシールド８６が設けられている。デポシールド８６は、処理容器１にエッチング副生成物（デポ）が付着することを防止する。このデポシールド８６のウエハＷと略同じ高さ位置には、グランドに対する電位が制御可能に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）８９が設けられており、これにより異常放電が防止される。また、デポシールド８６の下端部には、内壁部材３ａに沿って延在するデポシールド８７が設けられている。デポシールド８６，８７は、着脱自在とされている。
上記構成のプラズマ処理装置１０は、制御部１００によって、その動作が統括的に制御される。制御部１００は、例えば、コンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。
［制御部の構成］
次に、制御部１００について詳細に説明する。図２は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１０を制御する制御部１００の概略的な構成を示すブロック図である。制御部１００は、例えば、コンピュータであり、外部インタフェース１１０と、プロセスコントローラ１２０と、ユーザインタフェース１３０と、記憶部１４０とを有する。
外部インタフェース１１０は、プラズマ処理装置１０の各部と通信可能に構成され、各種のデータを入出力する。例えば、外部インタフェース１１０には、載置台２に印加されるＲＦ電力のＶｐｐを示すＲＦ電圧データが測定器ＶＭから入力される。
プロセスコントローラ１２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えプラズマ処理装置１０の各部を制御する。
ユーザインタフェース１３０は、工程管理者がプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置１０の稼動状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
記憶部１４０には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセスコントローラ１２０の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や、処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。例えば、記憶部１４０には、判定基準情報１４１が格納されている。判定基準情報１４１は、後述のシーズニング処理が実行される際に処理容器１内の部材の温度が飽和したか否かを判定する際の基準となるデータであり、処理容器１内の部材の温度が飽和した状態で予め測定されたＶｐｐを示すデータである。判定基準情報１４１の詳細については、後述する。なお、制御プログラムや処理条件データは、コンピュータで読み取り可能なコンピュータ記録媒体（例えば、ハードディスク、ＤＶＤなどの光ディスク、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）に記憶されていてもよい。また、制御プログラムやレシピ、パラメータは、他の装置に記憶され、例えば専用回線を介してオンラインで読み出して利用されてもよい。
プロセスコントローラ１２０は、プログラムやデータを格納するための内部メモリを有し、記憶部１４０に記憶された制御プログラムを読み出し、読み出した制御プログラムの処理を実行する。プロセスコントローラ１２０は、制御プログラムが動作することにより各種の処理部として機能する。例えば、プロセスコントローラ１２０は、シーズニング処理部１２１、プラズマ処理部１２２、電力印加部１２３、測定部１２４、取得部１２５及び判定部１２６の機能を有する。なお、一実施形態では、プロセスコントローラ１２０が、各種の処理部として機能する場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。例えば、シーズニング処理部１２１、プラズマ処理部１２２、電力印加部１２３、測定部１２４、取得部１２５及び判定部１２６の機能を複数のコントローラで分散して実現してもよい。
ところで、プラズマ処理装置１０は、ウエハＷに対するプラズマ処理を行う前に、プラズマを着火して処理容器１内の部材の温度を上昇させる前処理を行う。この前処理は、シーズニング処理とも呼ばれる。シーズニング処理は、例えば、載置台２にダミーウエハが載置された状態でプラズマを着火することにより、実現される。シーズニング処理は、例えば、処理容器１内の部材の温度が飽和するまで、予め定められた回数繰り返し実行される。ただし、シーズニング処理を繰り返す回数が過剰である場合には、ウエハＷに対するプラズマ処理を開始するタイミングが遅れ、プラズマ処理装置１０の稼働率（スループット）が低下する。
このため、プラズマ処理装置１０では、処理容器１内に設けられた温度計による計測結果を用いて処理容器１内の部材の温度が飽和したか否かを判定し、処理容器１内の部材の温度が飽和した場合にシーズニング処理の繰り返しを終了させることが考えられる。しかしながら、処理容器１内に温度計が設けられる場合、温度計の位置が温度の特異点となるため、温度計による計測結果の精度が低下し、結果として、処理容器１内の部材の温度が飽和したか否かを高精度に判定することが困難であるという問題がある。また、処理容器１内の部材の温度の均一性に影響がある。
そこで、一実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、処理容器１内に温度計を設けることなく、処理容器１内の部材の温度の飽和を判定する。具体的には、プラズマ処理装置１０は、載置台２に印加されるＲＦ電力のＶｐｐを用いて、処理容器１内の部材の温度が飽和したか否かを判定する。
ここで、図３及び図４を参照して、載置台２に印加されるＲＦ電力のＶｐｐと処理容器１内の部材の温度との関係について説明する。
図３は、処理容器１内の部材を模式的に示す図である。処理容器１内には、プラズマが生成される処理空間が形成されており、処理空間には、例えば、処理容器１の内壁面、下部電極である載置台２、支持台４、フォーカスリング５、上部電極であるシャワーヘッド１６及び絶縁性部材９５が面している。載置台２には、例えばプラズマが生成される際に、第１のＲＦ電源１０ａから所定の周波数のＲＦ電力が印加される。
図４は、載置台２にＲＦ電力が印加された際のプラズマ処理装置１０の電気的な状態の一例を等価回路によって示す図である。図４に示すように、プラズマ処理装置１０は、載置台２にＲＦ電力が印加された場合、電源２０１、マッチャー２０２及び処理空間２０３に分けて表される。電源２０１は、例えば、図１における第１のＲＦ電源１０ａを含む。マッチャー２０２は、例えば、図１における第１の整合器１１ａを含み、第１の整合器１１ａの回路構成としてバリアブルコンデンサＣ１、Ｃ２を含む。また、マッチャー２０２は、例えば、第１の整合器１１ａの回路構成に、図１における測定器ＶＭを含む。測定器ＶＭは、第１のＲＦ電源１０ａから出力され第１の整合器１１ａを経由して載置台２に印加されるＲＦ電力のＲＦ電圧であるＶｐｐを測定し、Ｖｐｐを示すＲＦ電圧データを制御部１００に通知する。処理空間２０３は、処理容器１内に配置された部材として、例えば、処理容器１の内壁面、下部電極である載置台２、支持台４、フォーカスリング５、上部電極であるシャワーヘッド１６及び絶縁性部材９５を含む。載置台２にＲＦ電力が印加された場合、処理容器１の内壁面、載置台２及びフォーカスリング５は、例えば、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ５とみなされる。また、支持台４及び絶縁性部材９５は、例えば、コンデンサＣ４、Ｃ９５とみなされる。また、シャワーヘッド１６の本体部１６ａ及び上部天板１６ｂは、例えば、抵抗Ｒ１６ａ、Ｒ１６ｂとみなされる。また、シャワーヘッド１６と載置台２との間の空隙は、コンデンサＣＧａｐとみなされる。処理容器１内の部材の合成インピーダンスＺは、処理容器１内の部材の温度Ｔの変化に応じて、変化する。そして、オームの法則によりＶｐｐ＝Ｚ・Ｉが成立するので、ＲＦ電流Ｉが一定である場合には、載置台２に印加されるＲＦ電力のＶｐｐは、合成インピーダンスＺの変化に応じて、変化する。言い換えると、Ｖｐｐは、処理容器１内の部材の温度Ｔの変化に応じて、変化する。したがって、処理容器１内に温度計が設けられない場合でも、Ｖｐｐを測定することで、処理容器１内の部材の温度が飽和したか否かを判定することができることが分かる。
プラズマが生成される場合、第１のＲＦ電源１０ａにより出力されたＲＦ電力は、負荷（プラズマ）側に吸収されるため反射波は観測されない、もしくは観測値が小さい。また、反射波の大きさは負荷インピーダンスの変化によって決まるため、プラズマ状態が変わることで変化する。反射波と同様に、Ｖｐｐも外乱影響におる負荷インピーダンスの変化に応じて値が変動する。このため、プラズマ着火時には、Ｖｐｐの測定値の信頼性は低く、Ｖｐｐを用いて温度測定を行うと温度測定が不正確になるおそれがある。
一方、下部電極である載置台２から放射されるＲＦを上部電極であるシャワーヘッド１６の上部天板１６ｂで全反射させた場合、プラズマは生成されずに与えられた電力は載置台２に反射波として戻る。プラズマ非着火時には、ガス流量や圧力といった処理容器１内のコンディションの影響を軽減してインピーダンスの変化を抑えることができ、また、ＲＦは負荷側で吸収されずに全反射するため、反射波の大きさは一定の値が得られる。そして、ＲＦを全反射させた場合のＶｐｐは、処理容器１内の部材の温度Ｔの変化に伴う合成インピーダンスＺの変化に応じて、変化する。このため、プラズマ処理装置１０は、１回のシーズニング処理の実行後に、ＲＦを全反射させた場合のＶｐｐを測定し、測定されたＶｐｐに基づいて、処理容器１内の部材の温度が飽和したか否かを判定する。
図２の説明に戻る。シーズニング処理部１２１は、プラズマ処理装置１０の各部を制御して、シーズニング処理を実行する。例えば、シーズニング処理部１２１は、実行するシーズニング処理に応じたレシピ等を記憶部１４０から読み出し、読み出したレシピ等に基づいて、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。シーズニング処理は、例えば載置台２にダミーウエハが載置された状態でプラズマを着火することにより、実現される。一実施形態では、シーズニング処理部１２１は、シーズニング処理を複数回繰り返し実行する。シーズニング処理の繰り返しに伴って、処理容器１内の部材の温度が徐々に上昇する。
プラズマ処理部１２２は、プラズマ処理装置１０の各部を制御して、処理容器１内へ搬入されるウエハＷに対してプラズマ処理を施す。例えば、プラズマ処理部１２２は、実行するプラズマエッチングに応じたレシピ等を記憶部１４０から読み出し、読み出したレシピ等に基づいて、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。プラズマ処理部１２２は、シーズニング処理部１２１によるシーズニング処理の繰り返しが停止された後に、ウエハＷに対してプラズマ処理を施す。
電力印加部１２３は、シーズニング処理の実行後に、載置台２にプラズマを着火させずにＲＦ電力を印加する。すなわち、電力印加部１２３は、シーズニング処理の実行後に、プラズマが生成されずに全反射が起こるレベルのＲＦ電力を第１のＲＦ電源１０ａから載置台２に印加する。例えば、電力印加部１２３は、１回のシーズニング処理が完了するたびに、載置台２にプラズマを着火させずにＲＦ電力を印加する。
また、電力印加部１２３は、ウエハＷに対してプラズマ処理が施された後に、載置台２にプラズマを着火させずにＲＦ電力を印加する。すなわち、電力印加部１２３は、ウエハＷに対してプラズマ処理が施された後に、プラズマが生成されずに全反射が起こるレベルのＲＦ電力を第１のＲＦ電源１０ａから載置台２に印加する。
測定部１２４は、電力印加部１２３により印加されたＲＦ電力に関する物理量を測定する。具体的には、測定部１２４は、外部インタフェース１１０に入力されるＲＦ電圧データが示す、ＲＦ電力のＶｐｐを用いて、ＲＦ電力に関する物理量としてＶｐｐを測定する。測定部１２４は、１回のシーズニング処理が完了するたびに、Ｖｐｐを測定する。Ｖｐｐを測定する測定タイミングとしては、例えば、１回のシーズニング処理が完了してプラズマが消失するタイミングや、プラズマが消失してから所定時間が経過したタイミング等が挙げられる。また、各シーズニング処理に対応する測定タイミングは、一致することが好ましい。
また、測定部１２４は、ウエハＷに対してプラズマ処理が施された後に、電力印加部１２３により印加されたＲＦ電力に関する物理量を測定する。すなわち、測定部１２４は、ウエハＷに対してプラズマ処理が施された後に、ＲＦ電力に関する物理量としてＶｐｐを測定する。
取得部１２５は、処理容器１内の部材の温度が飽和した状態で予め測定されたＶｐｐを示す判定基準情報１４１を取得する。例えば、取得部１２５は、判定基準情報１４１を記憶部１４０から読み出して取得する。判定基準情報１４１を取得するタイミングは、任意のタイミングでよいが、例えば、１回目のシーズニング処理を未だ実行していないタイミング等であってもよい。なお、一実施形態では、判定基準情報１４１を記憶部１４０に予め格納してあるものとしたが、判定基準情報１４１が他の装置に記憶されている場合、取得部１２５は、ネットワークを介して判定基準情報１４１を取得してもよい。
ここで、図５を参照して、判定基準情報１４１についてさらに説明する。図５は、処理容器１内の部材の温度とシーズニング処理の繰り返し回数との関係の一例を示す図である。図５は、シーズニング処理を繰り返し実行する際に、処理容器１内の部材の温度を測定した結果である。
図５に示すように、処理容器１内の部材の温度は、シーズニング処理の繰り返しに伴って、徐々に上昇し、一定の飽和点に到達する。なお、１回のシーズニング処理と次回のシーズニング処理との間には、ダミーウエハの交換によるインターバル期間が設けられるので、該インターバル期間においては、処理容器１内の部材の温度が一時的に降下する。
このように、プラズマ処理装置１０では、シーズニング処理の繰り返しに伴って、処理容器１内の部材の温度が上昇し、最終的に一定の飽和点に到達する。また、Ｖｐｐが処理容器１内の部材の温度の変化に応じて変化するため、処理容器１内の部材の温度が一定の飽和点に到達する場合に、Ｖｐｐも一定の飽和点に到達する。
そこで、例えば、実験等によって、シーズニング処理を繰り返し実行し、処理容器１内の部材の温度が飽和した状態でＶｐｐを測定する。そして、測定されたＶｐｐが判定基準情報１４１として記憶部１４０に予め格納される。例えば、図５では、６回目のシーズニング処理が実行された後の処理容器１内の部材の温度が、５回目のシーズニング処理が実行された後の処理容器１内の部材の温度から変化していない。この場合、処理容器１内の部材の温度が飽和したと考えられるので、６回目のシーズニング処理が実行された後に測定されたＶｐｐが判定基準情報１４１として記憶部１４０に予め格納される。
図２の説明に戻る。判定部１２６は、測定部１２４により測定されたＶｐｐに基づいて、処理容器１内の部材の温度が飽和したか否かを判定する。すなわち、判定部１２６は、測定部１２４により測定されたＶｐｐを取得部１２５により取得された判定基準情報１４１により示されるＶｐｐ（以下、適宜「基準Ｖｐｐ」と呼ぶ）と比較することにより、処理容器１内の部材の温度が飽和したか否かを判定する。一実施形態では、判定部１２６は、測定部１２４により測定されたＶｐｐが基準Ｖｐｐの許容範囲内であるか否かを判定することにより、処理容器１内の部材の温度が飽和したか否かを判定する。基準Ｖｐｐの許容範囲とは、基準Ｖｐｐに対して基準Ｖｐｐよりも低い許容値（下限値）から基準Ｖｐｐよりも高い許容値（上限値）までの範囲である。
そして、判定部１２６は、処理容器１内の部材の温度が飽和していないと判定した場合に、シーズニング処理部１２１によるシーズニング処理の繰り返しを継続させる。一方、判定部１２６は、処理容器１内の部材の温度が飽和したと判定した場合に、シーズニング処理部１２１によるシーズニング処理の繰り返しを停止させる。
これにより、プラズマ処理装置１０では、処理容器１内に温度計を設けることなく、処理容器１内の部材の温度の飽和を高精度に判定することができ、結果として、シーズニング処理の過剰な繰り返しを抑制することができる。
なお、この後、ウエハＷに対するプラズマ処理を施す際、処理容器１内の部材の温度が飽和した状態であることの再現性を高めるため、処理容器１内の部材の温度が飽和したと判定し、シーズニング処理の繰り返しを停止させる前に、予め定めた回数のシーズニング処理を追加してもよい。
なお、判定部１２６は、処理容器１内の部材の温度が許容される温度範囲より低い状態、すなわち、基準Ｖｐｐの許容範囲の下限値より低く、処理容器１内の部材の温度が飽和していないと判定した場合に、さらにシーズニング処理が所定回数繰り返されたか否かを判定してもよい。そして、判定部１２６は、処理容器１内の部材の温度が飽和しておらず且つシーズニング処理が所定回数繰り返されていないと判定した場合、シーズニング処理の繰り返しを継続させてもよい。一方、判定部１２６は、処理容器１内の部材の温度が飽和しておらず且つシーズニング処理が所定回数繰り返されたと判定した場合、アラートを通知してもよい。また、判定部１２６は、処理容器１内の部材の温度が許容される温度範囲より高い状態、すなわち、基準Ｖｐｐの許容範囲の上限値より高い場合、アラートを通知してもよい。これらのアラートは、シーズニング処理がハードの故障等の理由により正常に行われていない旨をプラズマ処理装置１０の管理者等に通知できれば、いずれの方式であってもよい。例えば、判定部１２６は、ユーザインタフェース１３０にシーズニング処理の異常を通知するメッセージを出力する。
これにより、プラズマ処理装置１０は、シーズニング処理の異常を適切に通知することができる。
また、判定部１２６は、ウエハＷに対するプラズマ処理が施された後に測定部１２４により測定されたＶｐｐに基づいて、処理容器１内の部材の温度の飽和が維持されているか否かを判定する。すなわち、判定部１２６は、ウエハＷに対するプラズマ処理が施された後に測定部１２４により測定されたＶｐｐを基準Ｖｐｐと比較することにより、処理容器１内の部材の温度の飽和が維持されているか否かを判定する。一実施形態では、判定部１２６は、ウエハＷに対するプラズマ処理が施された後に測定部１２４により測定されたＶｐｐが基準Ｖｐｐの許容範囲内であるか否かを判定することにより、処理容器１内の部材の温度の飽和が維持されているか否かを判定する。
そして、判定部１２６は、処理容器１内の部材の温度の飽和が維持されていないと判定した場合に、アラートを通知する。このアラートは、プラズマ処理がハードの故障等の理由により処理容器１内の部材の温度が許容される温度範囲より高い状態、もしくは低い状態で行われていることを示しており、ウエハＷに対するプラズマ処理が正常に行われていない旨をプラズマ処理装置１０の管理者等に通知できれば、いずれの方式であってもよい。例えば、判定部１２６は、ユーザインタフェース１３０にプラズマ処理の異常を通知するメッセージを出力する。
これにより、プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理の異常を適切に通知することができる。
［処理の流れ］
次に、プラズマ処理装置１０が処理容器１内の部材の温度が飽和したか否かを判定する部材温度判定処理を含み、部材温度判定処理による判定結果に応じてウエハＷに対するプラズマ処理を開始するプラズマ処理方法の流れについて説明する。図６は、一実施形態に係るプラズマ処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。
取得部１２５は、処理容器１内の部材の温度が飽和した状態で予め測定されたＶｐｐを示す判定基準情報１４１を取得する（ステップＳ１１）。例えば、取得部１２５は、１回目のシーズニング処理を未だ実行していないタイミングで、判定基準情報１４１を取得する。
シーズニング処理部１２１は、例えば載置台２にダミーウエハが載置された状態でプラズマを着火することにより、シーズニング処理を実行する（ステップＳ１２）。シーズニング処理の実行後に、プラズマが消失した状態でダミーウエハの交換が行われる。
電力印加部１２３は、シーズニング処理の実行後に、載置台２にプラズマを着火させずにＲＦ電力を印加する（ステップＳ１３）。このとき、電力印加部１２３は、載置台２にダミーウエハが載置された状態でＲＦ電力を印加する。載置台２にダミーウエハが載置された状態でＲＦ電力を印加することにより、意図せずプラズマが着火した場合に載置台２をプラズマから保護することができる。
測定部１２４は、印加されたＲＦ電力に関する物理量としてＶｐｐを測定する（ステップＳ１４）。
判定部１２６は、測定されたＶｐｐが判定基準情報１４１により示される基準Ｖｐｐの許容範囲内であるか否かを判定することにより、処理容器１内の部材の温度が飽和したか否かを判定する（ステップＳ１５）。
測定されたＶｐｐが基準Ｖｐｐの許容範囲の下限値より低く、処理容器１内の部材の温度が飽和していないと判定した場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、判定部１２６は、シーズニング処理が所定回数繰り返されたか否かを判定する（ステップＳ１６）。シーズニング処理が所定回数繰り返されていないと判定した場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、判定部１２６は、処理をステップＳ１２に戻して、シーズニング処理の繰り返しを継続させる。
一方、シーズニング処理が所定回数繰り返されたと判定した場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、シーズニング処理が正常に行われていないため、判定部１２６は、アラートを通知し（ステップＳ１７）、処理を終了する。
一方、測定されたＶｐｐが基準Ｖｐｐの許容範囲の上限値より高く、処理容器１内の部材の温度が許容される温度範囲より高いと判定した場合（ステップＳ１５：Ｎｏ、ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、シーズニング処理が正常に行われていないため、判定部１２６は、アラートを通知し（ステップＳ１７）、処理を終了する。
一方、測定されたＶｐｐが基準Ｖｐｐの許容範囲内であり、処理容器１内の部材の温度が飽和したと判定した場合（ステップＳ１５：Ｎｏ、ステップＳ１８：Ｎｏ）、判定部１２６は、シーズニング処理の繰り返しを停止させる（ステップＳ１９）。なお、この後、ステップ２０にてウエハＷに対するプラズマ処理を施す際、処理容器１内の部材の温度が飽和した状態であることの再現性を高めるため、シーズニング処理の繰り返しを停止させる前に、予め定めた回数のシーズニング処理を追加してもよい。
プラズマ処理部１２２は、シーズニング処理の繰り返しが停止された後に、ウエハＷに対してプラズマ処理を施す（ステップＳ２０）。プラズマ処理の実行後に、プラズマが消失した状態でウエハＷの交換が行われる。
電力印加部１２３は、ウエハＷに対してプラズマ処理が施された後に、載置台２にプラズマを着火させずにＲＦ電力を印加する（ステップＳ２１）。このとき、電力印加部１２３は、載置台２にウエハＷが載置された状態でＲＦ電力を印加する。載置台２にウエハＷが載置された状態でＲＦ電力を印加することにより、意図せずプラズマが着火した場合に載置台２をプラズマから保護することができる。
測定部１２４は、印加されたＲＦ電力に関する物理量としてＶｐｐを測定する（ステップＳ２２）。
判定部１２６は、測定されたＶｐｐが判定基準情報１４１により示される基準Ｖｐｐの許容範囲内であるか否かを判定することにより、処理容器１内の部材の温度の飽和が維持されているか否かを判定する（ステップＳ２３）。測定されたＶｐｐが基準Ｖｐｐの許容範囲内であり、処理容器１内の部材の温度の飽和が維持されていると判定した場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、判定部１２６は、プラズマ処理済みのウエハＷの枚数が所定枚数に到達したか否かを判定する（ステップＳ２４）。プラズマ処理済みのウエハＷの枚数が所定枚数に到達していないと判定した場合（ステップＳ２４：Ｎｏ）、判定部１２６は、処理をステップＳ２０に戻して、プラズマ処理の繰り返しを継続させる。
一方、プラズマ処理済みのウエハＷの枚数が所定枚数に到達したと判定した場合（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、判定部１２６は、処理を終了する。
一方、測定されたＶｐｐが基準Ｖｐｐの許容範囲内に達しておらず、処理容器１内の部材の温度の飽和が維持されていない場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、プラズマ処理が正常に行われていないため、判定部１２６は、以下の処理を行う。すなわち、判定部１２６は、アラートを通知し（ステップＳ２５）、処理を終了する。
次に、具体的な一例を説明する。図７は、処理容器１内の部材の温度が飽和した後にプラズマ処理を開始する流れの具体例を説明する図である。
例えば、図７に示すように、処理容器１内の部材の温度は、シーズニング処理の繰り返しに伴って、徐々に上昇し、４回目のシーズニング処理が実行された後に、一定の飽和点付近の温度に到達するものとする。また、Ｖｐｐが処理容器１内の部材の温度の変化に応じて変化するため、４回目のシーズニング処理が実行された後に、Ｖｐｐも基準Ｖｐｐ付近の値に到達するものとする。この場合、プラズマ処理装置１０は、Ｖｐｐが基準Ｖｐｐの許容範囲内であるため、処理容器１内の部材の温度が飽和したと判定し、シーズニング処理の繰り返しを停止させる。これにより、シーズニング処理の過剰な繰り返しを抑制することができ、１回目のプラズマ処理を開始するタイミングの遅れを低減することができる。結果として、プラズマ処理装置１０の稼働率（スループット）を向上させることができる。
以上のように、一実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、処理容器１及び載置台２を有するプラズマ処理装置であって、シーズニング処理部１２１と、電力印加部１２３と、測定部１２４と、判定部１２６とを有する。シーズニング処理部１２１は、プラズマを着火して処理容器１内の部材の温度を上昇させるシーズニング処理を実行する。電力印加部１２３は、シーズニング処理の実行後に、載置台２にプラズマを着火させずにＲＦ電力を印加する。測定部１２４は、電力印加部１２３により印加されたＲＦ電力に関する物理量を測定する。判定部１２６は、測定部１２４により測定されたＲＦ電力に関する物理量に基づいて、処理容器１内の部材の温度が飽和したか否かを判定する。これにより、プラズマ処理装置１０は、処理容器１内に温度計を設けることなく、処理容器１内の部材の温度が飽和したか否かを高精度に判定することができる。
また、一実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、処理容器１内の部材の温度が飽和した状態で予め測定されたＲＦ電力に関する物理量を示す判定基準情報１４１を取得する取得部１２５を有する。判定部１２６は、測定部１２４により測定されたＲＦ電力に関する物理量を取得部１２５により取得された判定基準情報１３１により示されるＲＦ電力に関する物理量と比較することにより、処理容器１内の部材の温度が飽和したか否かを判定する。これにより、プラズマ処理装置は、処理容器１内の部材の温度が飽和した状態で予め測定されたＲＦ電力に関する物理量を用いて、処理容器１内の部材の温度が飽和したか否かを高精度に判定することができる。
また、シーズニング処理部１２１は、シーズニング処理を複数回繰り返し実行する。電力印加部１２３は、１回のシーズニング処理が完了するたびに、載置台２にプラズマを着火させずにＲＦ電力を印加する。測定部１２４は、１回のシーズニング処理が完了するたびに、ＲＦ電力に関する物理量を測定する。判定部１２６は、処理容器１内の部材の温度が飽和していないと判定した場合に、シーズニング処理部１２１によるシーズニング処理の繰り返しを継続させる。一方、判定部１２６は、処理容器１内の部材の温度が飽和したと判定した場合に、シーズニング処理部１２１によるシーズニング処理の繰り返しを停止させる。これにより、プラズマ処理装置１０は、シーズニング処理の過剰な繰り返しを抑制することができ、結果として、プラズマ処理装置１０の稼働率（スループット）を向上させることができる。
また、一実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、処理容器１内へ搬入されるウエハＷに対してプラズマ処理を施すプラズマ処理部１２２を有する。電力印加部１２３は、プラズマ処理が施された後に、載置台２にプラズマを着火させずにＲＦ電力をさらに印加する。測定部１２４は、プラズマ処理が施された後に電力印加部１２３により印加されたＲＦ電力に関する物理量を測定する。判定部１２６は、プラズマ処理が施された後に測定部１２４により測定されたＲＦ電力に関する物理量に基づいて、処理容器１内の部材の温度の飽和が維持されているか否かを判定する。これにより、プラズマ処理装置１０は、シーズニング処理の繰り返しが停止された後にウエハＷに対してプラズマ処理が施される際に、処理容器１内の部材の温度の飽和が維持されているか否かを高精度に判定することができる。
また、判定部１２６は、処理容器１内の部材の温度の飽和が維持されてないと判定した場合に、アラートを通知する。これにより、プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理の異常を適切に通知することができる。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
例えば、上記の実施形態では、第１のＲＦ電源１０ａは第１の整合器１１ａを介して基材２ａに接続されるが、第１の整合器１１ａを介して上部電極としてのシャワーヘッド１６に接続されてもよい。この場合でも、プラズマ処理装置１０を図４のような等価回路で示すことができるため、シャワーヘッド１６に印加されるＲＦ電力のＶｐｐの測定が可能である。
また、上記の実施形態では、測定器ＶＭは、載置台２に印加されるＲＦ電力のＶｐｐ、すなわちＲＦ電圧を測定し出力するが、ＲＦ電流や、ＲＦ電圧とＲＦ電力との位相差を測定し出力してもよい。また、測定器ＶＭは、測定したＲＦ電圧をＲＦ電流で除することによって求められるインピーダンスを出力してもよい。また、測定器ＶＭは、測定したＲＦ電圧とＲＦ電流の積である測定箇所でのＲＦ電力を出力してもよい。また、測定器ＶＭは、シーズニング処理を未だ実行してない初期状態からのＲＦ電圧の変化量を出力してもよい。また、測定器ＶＭは、シーズニング処理を未だ実行してない初期状態からのＲＦ電流の変化量を出力してもよい。また、測定器ＶＭは、シーズニング処理を未だ実行してない初期状態からのＲＦ電圧とＲＦ電力との位相差の変化量を出力してもよい。また、測定器ＶＭは、シーズニング処理を未だ実行していない初期状態からのインピーダンスの変化量を出力してもよい。測定器ＶＭから出力されるこれらの値は、載置台２に印加されるＲＦ電力に関する物理量の一例である。
１ 処理容器
２ 載置台
１０ プラズマ処理装置
１００ 制御部
１２１ シーズニング処理部
１２２ プラズマ処理部
１２３ 電力印加部
１２４ 測定部
１２５ 取得部
１２６ 判定部
１４１ 判定基準情報
ＶＭ 測定器
Ｗ ウエハ

Claims (14)

  1. 処理容器及び電極を有するプラズマ処理装置であって、
    プラズマを着火して前記処理容器内の部材の温度を上昇させる前処理を実行するように構成される前処理部と、
    前記前処理の実行後に、前記電極にプラズマを着火させずに高周波電力を供給するように構成される電力供給部と、
    前記電力供給部により供給された前記高周波電力に関する物理量を通知するように構成される通知部と、
    前記通知部により通知された前記高周波電力に関する物理量に基づいて、前記処理容器内の部材の温度が一定の上限値に到達したか否かを判定するように構成される判定部と
    を有し、
    前記高周波電力に関する物理量は、高周波電圧、高周波電流、高周波電力と高周波電流の位相差、インピーダンス、前記前処理を未だ実行していない初期状態からの高周波電圧の変化量、前記前処理を未だ実行していない初期状態からの高周波電流の変化量、前記前処理を未だ実行していない初期状態からの高周波電力と高周波電流の位相差の変化量、及び前記前処理を未だ実行していない初期状態からのインピーダンスの変化量のうち少なくとも一つである、プラズマ処理装置。
  2. 前記電力供給部により供給された前記高周波電力に関する物理量を測定するように構成される測定部をさらに有し、
    前記判定部は、前記測定部により測定された前記高周波電力に関する物理量に基づいて、前記処理容器内の部材の温度が一定の上限値に到達したか否かを判定するように構成される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記処理容器内の部材の温度が前記一定の上限値に到達した状態で予め測定された前記高周波電力に関する物理量を示す判定基準情報を取得するように構成される取得部をさらに有し、
    前記判定部は、前記測定部により測定された前記高周波電力に関する物理量を前記取得部により取得された判定基準情報により示される前記高周波電力に関する物理量と比較することにより、前記処理容器内の部材の温度が前記一定の上限値に到達したか否かを判定するように構成される、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記前処理部は、前記前処理を複数回繰り返し実行するように構成され、
    前記電力供給部は、１回の前記前処理が完了するたびに、前記電極にプラズマを着火させずに高周波電力を供給するように構成され、
    前記測定部は、１回の前記前処理が完了するたびに、前記高周波電力に関する物理量を測定するように構成され、
    前記判定部は、前記処理容器内の部材の温度が前記一定の上限値に到達していないと判定した場合に、前記前処理部による前記前処理の繰り返しを継続させ、前記処理容器内の部材の温度が前記一定の上限値に到達したと判定した場合に、前記前処理部による前記前処理の繰り返しを停止させるように構成される、請求項２又は３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記前処理の繰り返しが停止された後に、前記処理容器内へ搬入される被処理体に対してプラズマ処理を施すように構成されるプラズマ処理部をさらに有し、
    前記電力供給部は、前記プラズマ処理が施された後に、前記電極にプラズマを着火させずに高周波電力をさらに供給するように構成され、
    前記測定部は、前記プラズマ処理が施された後に前記電力供給部により供給された前記高周波電力に関する物理量を測定するように構成され、
    前記判定部は、前記プラズマ処理が施された後に前記測定部により測定された前記高周波電力に関する物理量に基づいて、前記処理容器内の部材の温度が前記一定の上限値に到達した状態が維持されているか否かを判定するように構成される、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記判定部は、前記処理容器内の部材の温度が前記一定の上限値に到達した状態が維持されてないと判定した場合に、アラートを通知するように構成される、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記高周波電力に関する物理量は、高周波電圧である、請求項１～６のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
  8. 処理容器及び電極を有するプラズマ処理装置において
    プラズマを着火して前記処理容器内の部材の温度を上昇させる前処理を実行し、
    前記前処理の実行後に、前記電極にプラズマを着火させずに高周波電力を供給し、
    供給された前記高周波電力に関する物理量を取得し、
    取得された前記高周波電力に関する物理量に基づいて、前記処理容器内の部材の温度が一定の上限値に到達したか否かを判定する工程を有し、
    前記高周波電力に関する物理量は、高周波電圧、高周波電流、高周波電力と高周波電流の位相差、インピーダンス、前記前処理を未だ実行していない初期状態からの高周波電圧の変化量、前記前処理を未だ実行していない初期状態からの高周波電流の変化量、前記前処理を未だ実行していない初期状態からの高周波電力と高周波電流の位相差の変化量、及び前記前処理を未だ実行していない初期状態からのインピーダンスの変化量のうち少なくとも一つである、部材温度判定方法。
  9. 前記供給する工程により供給された前記高周波電力に関する物理量を測定する工程をさらに有し、
    前記判定する工程は、前記測定する工程により測定された前記高周波電力に関する物理量に基づいて、前記処理容器内の部材の温度が一定の上限値に到達したか否かを判定する、請求項８に記載の部材温度判定方法。
  10. 前記処理容器内の部材の温度が前記一定の上限値に到達した状態で予め測定された前記高周波電力に関する物理量を示す判定基準情報を取得する工程をさらに有し、
    前記判定する工程は、前記測定する工程により測定された前記高周波電力に関する物理量を前記判定基準情報を取得する工程により取得された前記判定基準情報により示される前記高周波電力に関する物理量と比較することにより、前記処理容器内の部材の温度が前記一定の上限値に到達したか否かを判定する、請求項９に記載の部材温度判定方法。
  11. 前記実行する工程は、前記前処理を複数回繰り返し実行し、
    前記供給する工程は、１回の前記前処理が完了するたびに、前記電極にプラズマを着火させずに高周波電力を供給し、
    前記測定する工程は、１回の前記前処理が完了するたびに、前記高周波電力に関する物理量を測定し、
    前記判定する工程は、前記処理容器内の部材の温度が前記一定の上限値に到達していないと判定した場合に、前記実行する工程による前記前処理の繰り返しを継続させ、前記処理容器内の部材の温度が前記一定の上限値に到達したと判定した場合に、前記実行する工程による前記前処理の繰り返しを停止させる、請求項９又は１０に記載の部材温度判定方法。
  12. 前記前処理の繰り返しが停止された後に、前記処理容器内へ搬入される被処理体に対してプラズマ処理を施す工程をさらに有し、
    前記供給する工程は、前記プラズマ処理が施された後に、前記電極にプラズマを着火させずに高周波電力をさらに供給し、
    前記測定する工程は、前記プラズマ処理が施された後に前記供給する工程により供給された前記高周波電力に関する物理量を測定し、
    前記判定する工程は、前記プラズマ処理が施された後に前記測定する工程により測定された前記高周波電力に関する物理量に基づいて、前記処理容器内の部材の温度が前記一定の上限値に到達した状態が維持されているか否かを判定する、請求項１１に記載の部材温度判定方法。
  13. 前記判定する工程は、前記処理容器内の部材の温度が前記一定の上限値に到達した状態が維持されてないと判定した場合に、アラートを通知する、請求項１２に記載の部材温度判定方法。
  14. 前記高周波電力に関する物理量は、高周波電圧である、請求項８～１３のいずれか一つに記載の部材温度判定方法。
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