JP4792381B2

JP4792381B2 - 基板処理装置、フォーカスリングの加熱方法及び基板処理方法

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Publication number: JP4792381B2
Application number: JP2006348379A
Authority: JP
Inventors: 大輔林; 一也永関
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2026-12-25
Also published as: JP2008159931A

Description

本発明は、基板処理装置、フォーカスリングの加熱方法及び基板処理方法に関し、特にフォーカスリングの温度を制御する基板処理装置、フォーカスリングの加熱方法及び基板処理方法に関する。

基板としてのウエハにプラズマ処理、例えばエッチング処理を施す場合、エッチングによってウエハ表面に形成される溝の幅や深さはウエハの温度の影響を受けるため、エッチング処理中においてウエハの全表面の温度を均一に保つことが要求されている。

ウエハにエッチング処理を施す基板処理装置は、ウエハを収容するチャンバと、エッチング処理中にウエハを載置する載置台（以下、「サセプタ」という。）とを備え、チャンバ内にはプラズマが発生して該プラズマがウエハをエッチングし、サセプタは調温機構を有し且つウエハの温度を制御する。ウエハにエッチング処理が施される際、ウエハはプラズマから熱を受けて温度が上昇するため、サセプタの調温機構はウエハを冷却してその温度を一定に維持する。

また、サセプタには、ウエハの周縁部を囲うように、例えば、シリコンからなる環状のフォーカスリングが載置される。該フォーカスリングはチャンバ内のプラズマをウエハ上に収束させるが、フォーカスリングもエッチング処理の際にプラズマから熱を受けて温度が、例えば、３００℃〜４００℃まで上昇する。

エッチング処理の際、ウエハの大部分はサセプタの調温機構によって冷却されるが、ウエハの周縁部はフォーカスリングの放射熱の影響を受けるため、ウエハの全表面の温度を均一に保つことが困難である。したがって、フォーカスリングの温度を制御する必要がある。そして、フォーカスリングの温度を制御するために、フォーカスリング内部にヒータを設けることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、基板処理装置において、複数のウエハに枚葉でエッチング処理を施す場合、各ウエハのエッチング結果を同じにするために、各ウエハのエッチング処理においてフォーカスリング温度の時間変化を同じにする必要がある。

ところで、チャンバ内は真空排気されるため、フォーカスリング及びサセプタの境界が真空断熱層を形成する。したがって、フォーカスリングをサセプタに載置しただけでは、フォーカスリングからサセプタに熱が伝わらないために、各ウエハのエッチング処理においてフォーカスリングの温度は、例えば、３００℃〜４００℃まで上昇するが、１枚目のウエハのエッチング処理では、フォーカスリングがエッチング処理前に熱を受けていないため、初期温度が低く、フォーカスリングの温度は３００℃まで上昇しない。すなわち、１枚目のウエハのエッチング処理におけるフォーカスリングの初期温度と、２枚目以降のウエハのエッチング処理におけるフォーカスリングの初期温度とが異なるため、１枚目のウエハのエッチング処理におけるフォーカスリング温度の時間変化と、２枚目以降のウエハのエッチング処理におけるフォーカスリング温度の時間変化とが異なる（図７（Ａ）参照。）。その結果、１枚目のウエハにおけるエッチング結果と２枚目以降のウエハのエッチング結果とが異なる。

これに対応して、フォーカスリング及びサセプタの熱伝達効率を改善し、サセプタの温調機構によってフォーカスリングを積極的に冷却して温調することにより、各ウエハのエッチング処理におけるフォーカスリング温度の時間変化をほぼ同じにする手法が開発されている（図７（Ｂ）参照。）。この手法では、フォーカスリング及びサセプタの熱伝達効率を改善するために、フォーカスリング及びサセプタの間に伝熱シートを配置し、若しくは、フォーカスリングをサセプタに静電吸着させる。
特開２００５−３５３８１２号公報

しかしながら、フォーカスリング及びサセプタの熱伝達効率を改善する手法では、各ウエハのエッチング処理において、フォーカスリングの温度が比較的低く保たれるため、フォーカスリングが高温であることが必要なエッチング処理等を実行することができず、実行可能なエッチング処理の種類が制限される。

また、フォーカスリングを静電吸着する場合、エッチング処理中に亘りサセプタに直流電圧を印加する必要があるが、エッチング処理中にはサセプタに高周波電力も印加されるため、直流電圧の供給路に向けて異常放電が発生する可能性があり、また、直流電圧の供給路を伝って高周波電力がグラウンド（接地）へ逆流する可能性もある。

さらに、フォーカスリング及びサセプタの間に伝熱シートを配置する場合、フォーカスリング及び伝熱シート、並びに伝熱シート及びサセプタの間にそれぞれ真空断熱層が形成される可能性もあり、フォーカスリングの温度を正確に制御することは困難である。

上述した問題点のうち、実行可能なエッチング処理の種類が制限されることを解消するために、エッチング処理中にフォーカスリングを積極的に加熱する手法も開発されつつある。具体的には、フォーカスリングをランプやレーザによって照射加熱する手法、サセプタのフォーカスリング載置面にヒータを配置して該ヒータによって加熱する方法や、上述したフォーカスリング内部にヒータを設ける手法等が該当する。

ところが、フォーカスリングをランプによって照射加熱する場合、フォーカスリングだけでなく他の構成部品も加熱するため、加熱された他の構成部品からの放射熱等によってフォーカスリングの温度を正確に制御することは困難である。

フォーカスリングをレーザによって照射加熱する場合、加熱効率が安定せず、フォーカスリングの温度を正確に制御することは困難である。

サセプタのフォーカスリング載置面にヒータを配置する場合、フォーカスリング及びヒータの間に真空断熱層が形成されるため、フォーカスリングの温度を正確に制御することは困難である。

フォーカスリング内部にヒータを設ける場合、ヒータへ電極を供給する必要があるが、サセプタからフォーカスリングへ配線等を接続する必要があるため、該配線の存在により、異常放電が発生する可能性があり、また、配線を伝って高周波電力がグラウンド（接地）へ逆流する可能性もある。

本発明の第１の目的は、高周波電力の印加中に異常放電や高周波電力の逆流を発生させることなく、フォーカスリングの温度を正確に制御することができる基板処理装置及びフォーカスリングの加熱方法を提供することにある。

本発明の第２の目的は、高周波電力の印加中に異常放電や高周波電力の逆流を発生させることなく、各基板のプラズマ処理の結果を同じにすることができる基板処理方法を提供することにある。

請求項１記載の基板処理装置は、基板を収容する収容室と、該収容室内に配置されて前記基板を載置する載置台とを備え、前記収容室内は減圧され、前記載置台には高周波電力が印加される基板処理装置であって、磁力線による誘導加熱により発熱する環状の誘導発熱部を内部に有し、前記載置台に載置された基板の周縁部を囲うように前記載置台に載置される環状のフォーカスリングと、電力が供給されることにより磁力線を発生する磁力線発生装置と、電源と接続され、前記電源から前記磁力線発生装置に前記磁力線を発生させるための電力を供給する電力供給部と、前記載置台に前記高周波電力が印加される前に、前記電力供給部を前記高周波電力が印加される領域から退避させる退避手段とを有し、前記磁力線発生装置は、断熱・絶縁材によって全面が覆われた環状のコイルであり、前記フォーカスリング、前記誘導発熱部及び前記コイルはそれぞれ、各中心軸が一致するように配置されると共に、前記コイルが発生する磁力線が前記誘導加熱部と交差するように前記コイルは前記フォーカスリングと前記載置台との間に配置され、前記コイルで発生させた磁力線による誘導加熱により前記誘導発熱部を発熱させることで前記フォーカスリングが加熱されることを特徴とする。

請求項２記載の基板処理装置は、請求項１記載の基板処理装置において、前記誘導発熱部は、鉄、ステンレス、アルミニウム、シリコン、炭化珪素及び炭素の少なくとも１つからなることを特徴とする。

請求項３記載のフォーカスリングの加熱方法は、基板を収容する収容室と、該収容室内に配置されて前記基板を載置する載置台と、磁力線による誘導加熱により発熱する環状の誘導発熱部を内部に有し、前記載置台に載置された基板の周縁部を囲うように前記載置台に載置される環状のフォーカスリングと、電力が供給されることにより磁力線を発生する磁力線発生装置と、電源から前記磁力線発生装置に前記磁力線を発生させるための電力を供給する電力供給部とを備え、前記磁力線発生装置は、断熱・絶縁材によって全面が覆われた環状のコイルであり、前記フォーカスリング、前記誘導発熱部及び前記コイルはそれぞれ各中心軸が一致するように配置され、前記コイルが発生する磁力線が前記誘導加熱部と交差するように前記コイルは前記フォーカスリングと前記載置台との間に配置され、前記収容室内は減圧され、前記載置台には高周波電力が印加される基板処理装置における前記フォーカスリングの加熱方法であって、前記誘導発熱部と交差するように前記コイルに磁力線を発生させて、前記誘導発熱部を前記磁力線による誘導加熱によって発熱させることにより、前記フォーカスリングを加熱する磁力線交差ステップと、前記磁力線と前記誘導発熱部との交差を終了する交差終了ステップと、前記交差終了ステップ後に、前記電力供給部を前記高周波電力が印加される領域から退避させる電力供給部退避ステップと、前記電力供給部退避ステップ後に、前記載置台に前記高周波電力を印加する高周波電力印加ステップとを有することを特徴とする。

請求項４記載の基板処理方法は、基板を収容する収容室と、該収容室内に配置されて前記基板を載置する載置台と、磁力線による誘導加熱により発熱する環状の誘導発熱部を内部に有し、前記載置台に載置された基板の周縁部を囲うように前記載置台に載置される環状のフォーカスリングと、電力が供給されることにより磁力線を発生する磁力線発生装置と、電源から前記磁力線発生装置に前記磁力線を発生させるための電力を供給する電力供給部とを備え、前記磁力線発生装置は、断熱・絶縁材によって全面が覆われた環状のコイルであり、前記フォーカスリング、前記誘導発熱部及び前記コイルはそれぞれ各中心軸が一致するように配置され、前記コイルが発生する磁力線が前記誘導加熱部と交差するように前記コイルは前記フォーカスリングと前記載置台との間に配置され、前記載置台には高周波電力が印加される基板処理装置において、前記高周波電力に起因して発生するプラズマを用いて複数の前記基板へ枚葉毎にプラズマ処理を施す基板処理方法であって、前記誘導発熱部と交差するように前記コイルに磁力線を発生させ、前記磁力線による誘導加熱によって前記誘導発熱部を発熱させることにより、前記フォーカスリングを所定の温度まで昇温させる昇温ステップと、前記昇温ステップ後に、前記電力供給部を前記高周波電力が印加される領域から退避させる電力供給部退避ステップと、前記フォーカスリングが前記所定の温度まで昇温され、前記電力供給部を前記高周波電力が印加される領域から退避させた後、前記フォーカスリングへ外部からの熱や電力を供給することなく、１枚目の前記基板に前記プラズマ処理を施す第１の処理ステップと、前記フォーカスリングへ外部からの熱や電力を供給することなく、２枚目以降の前記基板へ枚葉毎に前記プラズマ処理を施す第２の処理ステップとを有し、前記所定の温度は２枚目以降の前記基板の前記プラズマ処理における前記フォーカスリングの初期温度と同じであることを特徴とする。

請求項５記載の基板処理方法は、請求項４記載の基板処理方法において、前記昇温ステップでは、前記フォーカスリングを前記所定の温度より高温に昇温し、前記第１の処理ステップ前に、前記高温に昇温された前記フォーカスリングを前記所定の温度まで放置冷却する放置冷却ステップを有することを特徴とする。

請求項１記載の基板処理装置によれば、磁力線発生装置から発生した磁力線はフォーカスリングの誘導発熱部と交差するので、フォーカスリングを誘導加熱によって確実に自己発熱させることができる。これにより、フォーカスリング及び載置台の熱伝達効率を改善する必要が無く、さらに、外部からの熱や電力の供給装置を配する必要がない。したがって、高周波電力の印加中に異常放電や高周波電力の逆流が発生するのを防止することができる。また、フォーカスリング及び載置台の間に真空断熱層が形成されても、フォーカスリングの温度制御には影響が無く、基板処理装置の他の構成部品が昇温することも無い。したがって、フォーカスリングの温度を正確に制御することができる。

また、請求項１記載の基板処理装置によれば、載置台に高周波電力が印加される前に、電力供給部は高周波電力が印加される領域から退避する。したがって、電力供給部が高周波電力のアンテナとして機能することが無く、異常放電や高周波電力の逆流が発生するのを確実に防止することができる。また、磁力線発生装置は環状のコイルであり、環状のフォーカスリングに対向するように配されるので、コイルから発生した磁力線をフォーカスリングに満遍なく交差させることができ、もって、フォーカスリングを円周方向に沿って均一に発熱させることができる。更に、コイルは断熱・絶縁材によって全面が覆われるので、高周波電力がコイルを介して逆流するのを防止することができ、また、全面が断熱・絶縁材によって覆われたコイルが、フォーカスリングと載置台との間に配置されるので、フォーカスリングの熱が載置台に伝わるのを防止することができる。

請求項２記載の基板処理装置によれば、誘導発熱部は、鉄、ステンレス、アルミニウム、シリコン、炭化珪素及び炭素の少なくとも１つからなるので、磁力線との交差によって誘導発熱部に渦電流を発生させて、該渦電流に起因するジュール熱によってフォーカスリングをより確実に自己発熱させることができる。

請求項３記載のフォーカスリングの加熱方法によれば、磁力線がフォーカスリングと交差するので、フォーカスリングは誘導加熱によって自己発熱する。これにより、フォーカスリング及び載置台の熱伝達効率を改善する必要が無く、さらに、外部からの熱や電力の供給装置を配する必要がない。したがって、高周波電力の印加中に異常放電や高周波電力の逆流が発生するのを防止することができる。また、フォーカスリング及び載置台の間に真空断熱層が形成されても、フォーカスリングの温度制御には影響が無く、基板処理装置の他の構成部品が昇温することも無い。したがって、フォーカスリングの温度を正確に制御することができる。

また、請求項３記載のフォーカスリングの加熱方法によれば、磁力線と誘導発熱部との交差が終了した後に、載置台に高周波電力を印加するので、高周波電力の印加中に磁力線発生装置へ磁力線を発生させるための電力を供給する電線等を断絶することができる。したがって、電線等に向けて異常放電が発生するのを確実に防止することができると共に、電線等を伝って高周波電力が逆流するのを確実に防止することができる。

更に、請求項３記載のフォーカスリングの加熱方法によれば、高周波電力の印加前に電力供給部を高周波電力が印加される領域から退避させるので、電力供給部に向けて異常放電が発生するのを確実に防止することができると共に、電力供給部を伝って高周波電力が逆流するのを確実に防止することができる。

請求項４記載の基板処理方法によれば、フォーカスリングが２枚目以降の基板のプラズマ処理におけるフォーカスリングの初期温度まで昇温されたときに、１枚目の基板にプラズマ処理が施されるので、各基板のプラズマ処理における初期温度を同じにすることができ、もって、各基板のプラズマ処理の結果を同じにすることができる。また、フォーカスリングへ外部からの熱や電力を供給することなく、各基板へ枚葉毎にプラズマ処理を施すので、高周波電力の印加中に外部から熱や電力を供給する供給路等を断絶することができる。したがって、高周波電力の印加中に供給路等に向けて異常放電が発生するのを防止することができると共に、供給路等を伝って高周波電力が逆流するのを防止することができる。また、磁力線発生装置から発生した磁力線はフォーカスリングの誘導加熱部と交差するので、フォーカスリングを誘導加熱によって確実に自己発熱させることができる。これにより、フォーカスリング及び載置台の熱伝達効率を改善する必要を無くすことができ、外部からの熱や電力の供給装置を配する必要をなくすことができる。更に、載置台に高周波電力が印加される前に、電力供給部が高周波電力が印加される領域から退避するため、電力供給部が高周波電力のアンテナとして機能することが無く、異常放電や高周波電力の逆流が発生するのを確実に防止することができる。

請求項５記載の基板処理方法によれば、フォーカスリングは、２枚目以降の基板のプラズマ処理におけるフォーカスリングの初期温度である所定の温度より高温に昇温された後、前記第１の処理ステップ前に、該所定の温度まで放置冷却される。すなわち、フォーカスリングは一度所定の温度より高温に昇温されるため、フォーカスリング全体を確実に所定の温度にすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。

図１は、本実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。この基板処理装置は基板としての半導体ウエハＷにＲＩＥ（Reactive Ion Etching）処理を施すように構成されている。

図１において、基板処理装置１０は円筒形状の収容室１１を有し、該収容室１１は内部上方に処理空間ＰＳを有する。処理空間ＰＳには後述するプラズマが発生する。また、収容室１１内には、例えば、直径が３００ｍｍの半導体ウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」という。）を載置する載置台としての円柱状のサセプタ１２が配置されている。収容室１１の内壁面は絶縁性材料からなる側壁部材１３で覆われる。

基板処理装置１０では、収容室１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって、サセプタ１２上方のガスを収容室１１の外へ排出する流路として機能する排気流路１４が形成される。この排気流路１４には、多数の通気穴を有する板状部材である排気プレート１５が配置される、該排気プレート１５は排気流路１４及び収容室１１の下部空間である排気空間ＥＳを仕切る。また、排気空間ＥＳには粗引き排気管１６及び本排気管１７が開口する。粗引き排気管１６にはＤＰ（Dry Pump）（図示しない）が接続され、本排気管１７にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）（図示しない）が接続される。

粗引き排気管１６、本排気管１７、ＤＰ及びＴＭＰ等は排気装置を構成し、該排気装置は処理空間ＰＳのガスを、排気流路１４及び排気空間ＥＳを介して収容室１１の外部へ排出し、処理空間ＰＳを高真空状態まで減圧する。

サセプタ１２は、内部に導電性材料、例えば、アルミニウムからなる高周波電力板１８を有し、該高周波電力板１８には第１の高周波電源１９が第１の整合器（Matcher）２０を介して接続されており、該第１の高周波電源１９は第１の高周波電力を高周波電力板１８に印加する。第１の整合器２０は、高周波電力板１８からの高周波電力の反射を低減して第１の高周波電力の高周波電力板１８への供給効率を最大にする。また、高周波電力板１８には第２の高周波電源３２が第２の整合器３３を介して接続されており、該第２の高周波電源３２は、第１の高周波電力とは周波数が異なる第２の高周波電力を高周波電力板１８に印加する。また、第２の整合器３３の機能は第１の整合器２０の機能と同じである。これにより、サセプタ１２は下部高周波電極として機能し、第１及び第２の高周波電力を処理空間ＰＳに印加する。なお、サセプタ１２において高周波電力板１８の下方には絶縁性材料、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる基台２１が配されている。

サセプタ１２において、高周波電力板１８の上方には静電チャック２３が配されている。該静電チャック２３は直流電源２９が電気的に接続されている電極板２２を内部に有する。サセプタ１２がウエハＷを載置するとき、該ウエハＷは静電チャック２３上に載置される。静電チャック２３上に載置されたウエハＷは、電極板２２に印加された直流電圧に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によって吸着保持される。

サセプタ１２上には、サセプタ１２の上面に吸着保持されたウエハＷの周縁部を囲うように環状のフォーカスリング２４が載置されている。該フォーカスリング２４はシリコン（Ｓｉ）、シリカ（ＳｉＯ_２）又は炭化珪素（ＳｉＣ）からなり、処理空間ＰＳに露出し、該処理空間ＰＳのプラズマをウエハＷの表面に向けて収束し、ＲＩＥ処理の効率を向上させる。また、フォーカスリング２４の周りには、該フォーカスリング２４の側面を保護する、クォーツからなる環状のカバーリング２５が配置されている。

また、サセプタ１２には、フォーカスリング２４の温度を制御するフォーカスリング温度制御装置２６が配されている。フォーカスリング温度制御装置２６の構成・作用については後に詳述する。

サセプタ１２の内部には所定温度の冷媒が供給される冷媒室（図示しない）が設けられ、供給された冷媒の温度によってサセプタ１２上面に吸着保持されたウエハＷの処理温度が制御される。さらに、サセプタ１２の上面のウエハＷが吸着保持される部分には、複数の伝熱ガス供給穴（図示しない）が開口している。これら複数の伝熱ガス供給穴は、伝熱ガスとしてのヘリウム（Ｈｅ）ガスをサセプタ１２及びウエハＷの裏面の間隙に供給してウエハＷ及びサセプタ１２の熱伝達効率を改善する。

収容室１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにガス導入シャワーヘッド２７が配置されている。ガス導入シャワーヘッド２７はバッファ室２８が内部に形成された電極板支持体３０と、該電極板支持体３０に釣支される上部電極板３１とを備える。上部電極板３１は導電性材料、例えば、シリコンからなる円板状の部材であり、電極板支持体３０も導電性材料からなる。また、収容室１１の天井部と電極板支持体３０との間には絶縁性材料からなる絶縁リング３０ａが介在する。絶縁リング３０ａは電極板支持体３０を収容室１１の天井部から絶縁する。なお、電極板支持体３０は接地する。

ガス導入シャワーヘッド２７のバッファ室２８には処理ガス供給部（図示しない）からの処理ガス導入管３４が接続されている。また、ガス導入シャワーヘッド２７は、バッファ室２８を処理空間ＰＳに導通させる複数のガス穴３５を有する。ガス導入シャワーヘッド２７は、処理ガス導入管３４からバッファ室２８へ供給された処理ガスを、ガス穴３５を経由して処理空間ＰＳへ供給する。

基板処理装置１０の収容室１１内では、上述したように、サセプタ１２がサセプタ１２及び上部電極板３１の間の空間である処理空間ＰＳに第１及び第２の高周波電力を印加することにより、該処理空間ＰＳにおいてガス導入シャワーヘッド２７から供給された処理ガスを高密度のプラズマにして陽イオンやラジカルを発生させ、該発生した陽イオンやラジカルによってウエハＷにＲＩＥ処理を施す。

図２は、図１におけるフォーカスリング温度制御装置の構成を示す断面図である。

通常、図２に示すように、サセプタ１２に載置されたウエハＷの周縁部はフォーカスリング２４の内周縁部２４ａに覆い被さる。したがって、ウエハＷの周縁部はフォーカスリング２４からの放射熱の影響を受ける。これに対応して、フォーカスリング温度制御装置２６はフォーカスリング２４の温度を制御し、ウエハＷの周縁部が受けるフォーカスリング２４からの放射熱の影響を最小限化する。

フォーカスリング温度制御装置２６は、環状の誘導コイル３６（磁力線発生装置）と、該誘導コイル３６の全面を覆う断熱・絶縁部３７ａと、誘導コイル３６に接触する電力供給棒３８（電力供給部）と、該電力供給棒３８を覆う断熱・絶縁部３７ｂと、電力供給棒３８を図中上下方向に昇降させる昇降装置３９とを備える。

一方、フォーカスリング２４は内周縁部２４ａの内部に環状の板状部材である誘導発熱部４０を有する。誘導発熱部４０は導電体又は半導体からなり、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、シリコン、炭化珪素及び炭素の少なくとも１つからなる。

誘導コイル３６は、フォーカスリング２４の内周縁部２４ａの直径とほぼ同等の直径を有し、フォーカスリング２４の中心軸が誘導コイル３６の中心軸と一致するように配されている。したがって、誘導コイル３６はフォーカスリング２４の内周縁部２４ａと対向する。また、誘導コイル３６は、静電チャック２３上に配されているので、静電チャック２３及びフォーカスリング２４の間に介在する。

誘導コイル３６は電力供給棒３８から電力を供給されると磁力線を発生する。誘導コイル３６は内周縁部２４ａと対向するので、発生した磁力線は誘導発熱部４０と交差する。磁力線が誘導発熱部４０と交差すると、誘導発熱部４０内には磁場誘導によって渦電流が発生し、該渦電流及び誘導発熱部４０が有する電気抵抗に起因するジュール熱によって誘導発熱部４０は発熱する。これにより、フォーカスリング２４は自己発熱する。

断熱・絶縁部３７ａは、フォーカスリング２４及び静電チャック２３を断熱し、また、誘導コイル３６及び高周波電力板１８を絶縁する。断熱・絶縁部３７ａを構成する材料は、低誘電率の材料が好ましく、例えば、その誘電率は１２以下であるのが好ましく、また、その熱伝達係数は３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるのが好ましい。

電力供給棒３８は電源（図示しない）と誘導コイル３６を電気的に接続し、誘導コイル３６に電力を供給する。電力供給棒３８は、サセプタ１２の基台２１の下方に配された基板４１から突出し、基台２１、高周波電力板１８、静電チャック２３及び断熱・絶縁部３７ａを貫通して誘導コイル３６に到達する。

基板処理装置１０がウエハＷにＲＩＥ処理を施す場合、高周波電力板１８に第１及び第２の高周波電力が印加される。このとき、高周波電力板１８に印加された第１及び第２の高周波電力は静電チャック２３にも印加される。したがって、電力供給棒３８が、図２において、高周波電力板１８や静電チャック２３と同じ高さまで突出している場合、電力供給棒３８が第１及び第２の高周波電力のアンテナとして機能し、高周波電力板１８等に印加された第１及び第２の高周波電力が電源等に逆流する可能性がある。一方、基台２１はアルミナからなるため、第１及び第２の高周波電力を遮断し、その結果、基板４１に第１及び第２の高周波電力が印加されることがない。

基板処理装置１０では、高周波電力板１８に第１及び第２の高周波電力が印加される場合に、図３に示すように、昇降装置３９が電力供給棒３８を下降させて、第１及び第２の高周波電力が印加される領域である、高周波電力板１８や静電チャック２３の近傍から退避させ、電力供給棒３８の先端を基板４１まで下降させる。これにより、電力供給棒３８がアンテナとして機能するのを防止する。

上述した基板処理装置１０によれば、誘導コイル３６から発生した磁力線はフォーカスリング２４における内周縁部２４ａ内の誘導発熱部４０と交差するので、フォーカスリング２４は自己発熱する。これにより、フォーカスリング２４及びサセプタ１２の熱伝達効率を改善する必要が無く、さらに、外部からフォーカスリング２４への熱や電力の供給装置を配する必要がない。したがって、第１及び第２の高周波電力の印加中に、熱や電力の供給装置を媒介した異常放電や高周波電力の逆流が発生するのを防止することができる。また、フォーカスリング２４やサセプタ１２の密着度を向上する必要がないため、フォーカスリング２４やサセプタ１２の表面状態を任意に設定することができる。さらに、処理空間ＰＳは減圧されるため、フォーカスリング２４及びサセプタ１２の間に真空断熱層が形成される可能性があるが、フォーカスリング２４は自己発熱するので、真空断熱層が形成されてもフォーカスリング２４の温度制御には影響が無く、基板処理装置１０の他の構成部品が昇温することも無いため、フォーカスリング２４が他の構成部品からの放射熱の影響を受けることがほとんど無い。したがって、フォーカスリング２４の温度を正確に制御することができる。

上述した基板処理装置１０では、電力供給棒３８が、高周波電力板１８に第１及び第２の高周波電力が印加される場合に高周波電力板１８や静電チャック２３の近傍から退避する。したがって、電力供給棒３８が第１及び第２の高周波電力のアンテナとして機能することが無く、異常放電や高周波電力の逆流が発生するのを確実に防止することができる。

また、上述した基板処理装置１０では、環状の誘導コイル３６はフォーカスリング２４の内周縁部２４ａと対向するので、誘導コイル３６から発生した磁力線を環状の誘導発熱部４０の円周方向に沿って満遍なく交差させることができ、もって、フォーカスリング２４を円周方向に沿って均一に発熱させることができる。

上述した基板処理装置１０では、誘導コイル３６は断熱・絶縁部３７ａによって全面が覆われるので、高周波電力が誘導コイル３６を介して逆流するのを防止することができ、また、誘導コイル３６が、静電チャック２３及びフォーカスリング２４の間に介在するので、フォーカスリング２４の熱がサセプタ１２に伝わるのを断熱・絶縁部３７ａによって防止することができる。

上述した基板処理装置１０では、フォーカスリング２４の内周縁部２４ａを発熱させたが、フォーカスリング２４を構成する材料の熱伝達係数は大きいので、フォーカスリング２４のどの部分を発熱させてもよい。例えば、フォーカスリング温度制御装置２６の誘導コイル３６をフォーカスリング２４の外周縁部と対向するように配置し、フォーカスリング２４の外周縁部を発熱させてもよく、この場合も内周縁部２４ａの温度を容易に制御することができる。

また、磁力線が内周縁部２４ａ内の誘導発熱部４０と交差すれば該フォーカスリング２４は自己発熱するので、誘導コイル３６からの磁力線が誘導発熱部４０と交差する限り、誘導コイル３６は静電チャック２３上に配されてもよく、若しくは、静電チャック２３に内蔵されてもよい。

次に、本実施の形態に係るフォーカスリングの加熱方法及び基板処理方法について説明する。

図４は、本実施の形態に係るフォーカスリングの加熱方法及び基板処理方法におけるフォーカスリング温度の時間変化を示すグラフである。

本実施の形態に係るフォーカスリングの加熱方法及び基板処理方法では、まず、フォーカスリング温度制御装置２６の誘導コイル３６から磁力線を発生させ、該磁力線をフォーカスリング２４における誘導発熱部４０と交差させる（磁力線交差ステップ）ことによってフォーカスリング２４を自己発熱させ、フォーカスリング２４の温度を冷媒室内の冷媒の温度によって約６０℃に維持されているサセプタ１２の温度からＴ℃（所定の温度）まで上昇させる（昇温ステップ）（図４（１））。ここで、Ｔ℃は２枚目以降の各ウエハＷのＲＩＥ処理におけるフォーカスリング２４の初期温度と同じ温度である。

その後、誘導コイル３６への電力の供給を中止し、磁力線及び誘導発熱部４０の交差を終了させ（交差終了ステップ）、フォーカスリング２４の昇温を中止する。このとき、電力供給棒３８は昇降装置３９によって下降し、高周波電力板１８や静電チャック２３の近傍から退避する（電力供給部退避ステップ）。なお、以降において、誘導コイル３６へ電力が供給されることはなく、また、フォーカスリング２４そのものに外部から熱や電力が供給されることはない。

次いで、高周波電力板１８に第１及び第２の高周波電力を印加し（高周波電力印加ステップ）、処理空間ＰＳ内に陽イオンやラジカルを発生させ、１枚目のウエハＷにＲＩＥ処理を施し（第１の処理ステップ）（図４（２））、続けて、２枚目以降の各ウエハＷへ枚葉毎にＲＩＥ処理を施す（第２の処理ステップ）（図４（３））。

本実施の形態に係る基板処理方法によれば、フォーカスリング２４が、２枚目以降の各ウエハＷのＲＩＥ処理におけるフォーカスリング２４の初期温度（Ｔ℃）まで昇温されたときに、１枚目のウエハＷにＲＩＥ処理が施されるので、各ウエハＷのＲＩＥ処理における初期温度を同じにすることができ、もって、各ウエハＷのＲＩＥ処理の結果を同じにすることができる。また、フォーカスリング２４そのものへ外部からの熱や電力を供給することなく各ウエハＷへ枚葉毎にＲＩＥ処理を施すので、例え、基板処理装置１０がフォーカスリング２４に外部から熱や電力を供給する供給路等を備えていたとしても、第１及び第２の高周波電力の印加中に上記供給路等を断絶することができる。したがって、第１及び第２の高周波電力の印加中に供給路等に向けて異常放電が発生するのを防止することができると共に、供給路等を伝って高周波電力が逆流するのを防止することができる。

また、上述した基板処理方法では、各ウエハＷのＲＩＥ処理において、フォーカスリング２４の温度制御を積極的に行う必要がないため、ＲＩＥ処理の外乱要素を減じることができ、もって、各ウエハＷのＲＩＥ処理を安定して行うことができる。

上述した本実施の形態に係る基板処理方法では、フォーカスリング２４の温度をサセプタ１２の温度からＴ℃まで上昇させただけで１枚目のウエハＷにＲＩＥ処理を施したが、フォーカスリング２４内における熱伝達性の問題から、昇温だけでフォーカスリング２４全体の温度をＴ℃まで上昇させることが困難な場合がある。

そこで、これに対応して、まず、フォーカスリング２４の温度をＴ℃よりも高い温度に上昇させ（図５（１））、次いで、所定時間に亘ってフォーカスリング２４の温度を高い温度に維持した（図５（２））後、誘導コイル３６への電力の供給を中止して磁力線及び誘導発熱部４０の交差を終了させ、フォーカスリング２４を放置冷却し（図５（３））、該放置冷却されたフォーカスリング２４の温度がＴ℃に達したときに、高周波電力板１８に第１及び第２の高周波電力を印加して１枚目のウエハＷにＲＩＥ処理を施してもよい。これにより、フォーカスリング２４は一度Ｔ℃より高温に昇温されるため、１枚目のウエハＷのＲＩＥ処理開始時には、フォーカスリング２４全体を確実にＴ℃まで上昇させることができる。

また、本実施の形態に係るフォーカスリングの加熱方法によれば、磁力線及び誘導発熱部４０の交差が終了した後に、高周波電力板１８に第１及び第２の高周波電力を印加するので、第１及び第２の高周波電力の印加中に電力供給棒３８を誘導コイル３６に接続する必要がなく、これにより、第１及び第２の高周波電力の印加前に電力供給棒３８を高周波電力板１８や静電チャック２３の近傍から退避させることができる。したがって、電力供給棒３８に向けて異常放電が発生するのを確実に防止することができると共に、電力供給棒３８を伝って高周波電力が逆流するのを確実に防止することができる。

上述した基板処理装置１０では、電力供給棒３８が昇降装置３９によって昇降されたが、電力供給棒３８は昇降することなく誘導コイル３６に接続されたままでもよい。この場合、図６に示すように、電力供給棒３８の途中に該電力供給棒３８の接続・断絶を制御する制御部、例えば、真空フィルタ４２が設けられる。なお、真空フィルタ４２は基台２１の近傍に設けられる。高周波電力板１８に第１及び第２の高周波電力が印加される場合、真空フィルタ４２は電力供給棒３８を断絶する。このとき、断絶された電力供給棒３８の下部における先端は高周波電力板１８や静電チャック２３の近傍に存在しないので、該電力供給棒３８の下部はアンテナとして機能することがない。これにより、異常放電や高周波電力の逆流が発生するのを確実に防止することができる。

また、上述した基板処理装置１０では、フォーカスリング２４が誘導発熱部４０を有したが、フォーカスリング２４はシリコン等からなる半導体であり、フォーカスリング２４は誘導コイル３６からの磁力線と交差すると磁場誘導によって自己発熱するので、フォーカスリング２４は誘導発熱部４０を有さなくてもよい。

また、本発明の第１及び第２の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、コンピュータや外部サーバに供給し、コンピュータ等のＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータ等に供給されてもよい。

また、コンピュータ等が読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ等に挿入された機能拡張ボードやコンピュータ等に接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。図１におけるフォーカスリング温度制御装置の構成を示す断面図である。図２のフォーカスリング温度制御装置において電力供給棒が下降した場合を示す図である。本発明の実施の形態に係るフォーカスリングの加熱方法及び基板処理方法におけるフォーカスリング温度の時間変化を示すグラフである。本発明の実施の形態に係るフォーカスリングの加熱方法及び基板処理方法の変形例におけるフォーカスリング温度の時間変化を示すグラフである。図２のフォーカスリング温度制御装置の変形例を示す図である。従来の各ウエハのエッチング処理におけるフォーカスリング温度の時間変化を示すグラフであり、図７（Ａ）は、フォーカスリングをサセプタに載置しただけの場合を示し、図７（Ｂ）は、フォーカスリングを積極的に冷却して温調することにより、各ウエハのエッチング処理におけるフォーカスリング温度の時間変化をほぼ同じにした場合を示す。

符号の説明

Ｗウエハ
ＰＳ処理空間
１０基板処理装置
１１収容室
１２サセプタ
１８高周波電力板
１９第１の高周波電源
２３静電チャック
２４フォーカスリング
２４ａ内周縁部
２６フォーカスリング温度制御装置
３２第２の高周波電源
３６誘導コイル
３７ａ，３７ｂ断熱・絶縁部
３８電力供給棒
３９昇降装置
４０誘導発熱部

Claims

基板を収容する収容室と、該収容室内に配置されて前記基板を載置する載置台とを備え、前記収容室内は減圧され、前記載置台には高周波電力が印加される基板処理装置であって、
磁力線による誘導加熱により発熱する環状の誘導発熱部を内部に有し、前記載置台に載置された基板の周縁部を囲うように前記載置台に載置される環状のフォーカスリングと、
電力が供給されることにより磁力線を発生する磁力線発生装置と、
電源と接続され、前記電源から前記磁力線発生装置に前記磁力線を発生させるための電力を供給する電力供給部と、
前記載置台に前記高周波電力が印加される前に、前記電力供給部を前記高周波電力が印加される領域から退避させる退避手段とを有し、
前記磁力線発生装置は、断熱・絶縁材によって全面が覆われた環状のコイルであり、
前記フォーカスリング、前記誘導発熱部及び前記コイルはそれぞれ、各中心軸が一致するように配置されると共に、前記コイルが発生する磁力線が前記誘導加熱部と交差するように前記コイルは前記フォーカスリングと前記載置台との間に配置され、
前記コイルで発生させた磁力線による誘導加熱により前記誘導発熱部を発熱させることで前記フォーカスリングが加熱されることを特徴とする基板処理装置。
前記誘導発熱部は、鉄、ステンレス、アルミニウム、シリコン、炭化珪素及び炭素の少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
基板を収容する収容室と、該収容室内に配置されて前記基板を載置する載置台と、磁力線による誘導加熱により発熱する環状の誘導発熱部を内部に有し、前記載置台に載置された基板の周縁部を囲うように前記載置台に載置される環状のフォーカスリングと、電力が供給されることにより磁力線を発生する磁力線発生装置と、電源から前記磁力線発生装置に前記磁力線を発生させるための電力を供給する電力供給部とを備え、前記磁力線発生装置は、断熱・絶縁材によって全面が覆われた環状のコイルであり、前記フォーカスリング、前記誘導発熱部及び前記コイルはそれぞれ各中心軸が一致するように配置され、前記コイルが発生する磁力線が前記誘導加熱部と交差するように前記コイルは前記フォーカスリングと前記載置台との間に配置され、前記収容室内は減圧され、前記載置台には高周波電力が印加される基板処理装置における前記フォーカスリングの加熱方法であって、
前記誘導発熱部と交差するように前記コイルに磁力線を発生させて、前記誘導発熱部を前記磁力線による誘導加熱によって発熱させることにより、前記フォーカスリングを加熱する磁力線交差ステップと、
前記磁力線と前記誘導発熱部との交差を終了する交差終了ステップと、
前記交差終了ステップ後に、前記電力供給部を前記高周波電力が印加される領域から退避させる電力供給部退避ステップと、
前記電力供給部退避ステップ後に、前記載置台に前記高周波電力を印加する高周波電力印加ステップとを有することを特徴とするフォーカスリングの加熱方法。
基板を収容する収容室と、該収容室内に配置されて前記基板を載置する載置台と、磁力線による誘導加熱により発熱する環状の誘導発熱部を内部に有し、前記載置台に載置された基板の周縁部を囲うように前記載置台に載置される環状のフォーカスリングと、電力が供給されることにより磁力線を発生する磁力線発生装置と、電源から前記磁力線発生装置に前記磁力線を発生させるための電力を供給する電力供給部とを備え、前記磁力線発生装置は、断熱・絶縁材によって全面が覆われた環状のコイルであり、前記フォーカスリング、前記誘導発熱部及び前記コイルはそれぞれ各中心軸が一致するように配置され、前記コイルが発生する磁力線が前記誘導加熱部と交差するように前記コイルは前記フォーカスリングと前記載置台との間に配置され、前記載置台には高周波電力が印加される基板処理装置において、前記高周波電力に起因して発生するプラズマを用いて複数の前記基板へ枚葉毎にプラズマ処理を施す基板処理方法であって、
前記誘導発熱部と交差するように前記コイルに磁力線を発生させ、前記磁力線による誘導加熱によって前記誘導発熱部を発熱させることにより、前記フォーカスリングを所定の温度まで昇温させる昇温ステップと、
前記昇温ステップ後に、前記電力供給部を前記高周波電力が印加される領域から退避させる電力供給部退避ステップと、
前記フォーカスリングが前記所定の温度まで昇温され、前記電力供給部を前記高周波電力が印加される領域から退避させた後、前記フォーカスリングへ外部からの熱や電力を供給することなく、１枚目の前記基板に前記プラズマ処理を施す第１の処理ステップと、
前記フォーカスリングへ外部からの熱や電力を供給することなく、２枚目以降の前記基板へ枚葉毎に前記プラズマ処理を施す第２の処理ステップとを有し、
前記所定の温度は２枚目以降の前記基板の前記プラズマ処理における前記フォーカスリングの初期温度と同じであることを特徴とする基板処理方法。
前記昇温ステップでは、前記フォーカスリングを前記所定の温度より高温に昇温し、
前記第１の処理ステップ前に、前記高温に昇温された前記フォーカスリングを前記所定の温度まで放置冷却する放置冷却ステップを有することを特徴とする請求項４記載の基板処理方法。