JP7582749B2 - 温度制御方法及び温度制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、温度制御方法及び温度制御装置に関する。

特許文献１には、クリーニング処理終了後のウェハ処理に先立って、処理室内にプラズマを処理履歴にしたがってあらかじめ設定した処理時間生成し処理室の内表面を加熱して内表面温度を制御するプラズマ処理装置が開示されている。

特開２００５－２４４０６５号公報

本開示は、基板を処理する際に、基板処理性能が変動することを抑制する技術を提供する。

本開示の一の態様によれば、プラズマ処理装置のチャンバの温度制御方法であって、（ａ）基板を前記チャンバの内部に提供する工程と、（ｂ）前記チャンバの内部構成部材の処理開始前温度を測定する工程と、（ｃ）測定した前記処理開始前温度及びあらかじめ設定した目標温度との差に基づき、温度制御条件を決定する工程と、（ｄ）前記温度制御条件に基づき、前記内部構成部材をプラズマにより昇温するか、及び冷却ガスのパージにより冷却するかの少なくともいずれか一方を実施する工程と、（ｅ）前記基板をプラズマ処理する工程と、を含む温度制御方法が提供される。

本開示によれば、基板を処理する際に、基板処理性能が変動することを抑制できる。

図１は、本実施形態に係るプラズマ処理システムの一例の構成例を説明する図である。 図２は、本実施形態に係るプラズマ処理システムのプラズマ処理装置の一例の構成例を説明する図である。 図３は、本実施形態に係るプラズマ処理システムの一例の制御部の温度制御について説明する図である。 図４は、本実施形態に係るプラズマ処理システムの一例の制御部の温度制御について説明する図である。 図５は、本実施形態に係るプラズマ処理システムの一例の制御部の温度制御を説明するフローチャートである。 図６は、比較例のプラズマ処理システムの一例の動作例について説明する図である。

以下、本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。なお、理解を容易にするために、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。

平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直が含まれてもよい。

最初に、本実施形態に係るプラズマ処理システムについて説明する。図１は、本実施形態に係るプラズマ処理システムの一例の構成例を説明する図である。

一実施形態において、プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持部１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間に供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持部１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。

プラズマ生成部１２は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ；Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）等であってもよい。また、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部及びＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ＡＣプラズマ生成部で用いられるＡＣ信号（ＡＣ電力）は、１００ｋＨｚ～１０ＧＨｚの範囲内の周波数を有する。従って、ＡＣ信号は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、ＲＦ信号は、２００ｋＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

以下に、プラズマ処理装置１の一例としての容量結合プラズマ処理装置の構成例について図２を用いて説明する。

容量結合プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。側壁１０ａは接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０筐体とは電気的に絶縁される。

プラズマ処理チャンバ１０は、側壁１０ａの基板支持部１１側に、側壁保護部材１１５を備える。側壁保護部材１１５は、側壁１０ａを保護する。側壁保護部材１１５は、例えば、石英及びセラミックスからなる群より選ばれる少なくともいずれか１つの材料を含む。また、プラズマ処理装置１は、側壁保護部材１１５の温度を測定する温度センサ１１６を備える。温度センサ１１６は、例えば、蛍光式光ファイバ温度計である。

基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（基板支持面）１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域（リング支持面）１１１ｂとを有する。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。一実施形態において、本体部１１１は、基台及び静電チャックを含む。基台は、導電性部材を含む。基台の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置される。静電チャックの上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。１又は複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。

シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、導電性部材を含む。シャワーヘッド１３の導電性部材は上部電極として機能する。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する少なくとも１つの流量変調デバイスを含んでもよい。

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ生成部１２の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を基板支持部１１の導電性部材に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給される。第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、基板支持部１１の導電性部材に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のＤＣ信号は、基板支持部１１の導電性部材に印加される。一実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてもよい。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、シャワーヘッド１３の導電性部材に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、シャワーヘッド１３の導電性部材に印加される。種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号がパルス化されてもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

＜本実施形態に係るプラズマ処理装置の温度制御方法＞
本実施形態に係るプラズマ処理装置の温度制御方法について説明する。図３は、本実施形態に係るプラズマ処理システムの一例の制御部２の温度制御について説明する図である。

図３の縦軸は温度、横軸は時間を表す。また、図３の左側は最初のロットである第１ロット、右側は第１ロットの次の第２ロットを表す。

第１ロット及び第２ロットのそれぞれは、順に、ドライクリーニング期間（期間Ｐｄｃ）と、冷却期間（期間Ｐｃ）と、基板処理期間（期間Ｐｐ）と、を有する。なお、図３では、基板処理期間（期間Ｐｐ）としてひとつの期間を記載しているが、第１ロット及び第２ロットのそれぞれの基板の処理枚数に応じて、続けて複数の基板処理期間（期間Ｐｐ）を備えてもよい。なお、基板処理期間（期間Ｐｐ）の後に基板搬送期間（期間Ｐｗ）を有してもよい。基板搬送期間においては、プラズマの入熱がないため、チャンバの温度は下がる。

第１ロットと第２ロットとの間には、空き時間が設定されていなくてもよいし、数時間、あるいは数日単位で空き時間が設定されていてもよい。

ドライクリーニング期間（期間Ｐｄｃ）は、プラズマを用いてプラズマ処理チャンバ１０の内部を洗浄する期間である。ドライクリーニング期間（期間Ｐｄｃ）では、制御部２は、所定の処理条件で、プラズマ処理装置１においてプラズマ処理を行う。なお、ドライクリーニング期間（期間Ｐｄｃ）では、複数の処理項目で処理を行ってもよい。

例えば、ドライクリーニング期間（期間Ｐｄｃ）におけるプラズマ処理装置１の処理条件は、圧力を１００ミリトル（１３．３パスカル）、高周波電力のパワーを６００ワット、処理ガスを酸素、処理温度を１２０℃とする条件である。

また、上記の処理条件に加えて、例えば、昇温速度、昇温時間等を処理条件として追加してもよい。すなわち、制御部２は、プラズマにより昇温する場合に、高周波電力のパワー、チャンバの内部の圧力、処理ガスの種類、処理ガスの流量、昇温速度及び昇温時間からなる群より選ばれる少なくとも１つの条件を設定する。

ドライクリーニング処理を行うと、プラズマ処理チャンバ１０の内部の温度が上昇する。ドライクリーニング期間（期間Ｐｄｃ）に続けて、冷却期間（期間Ｐｃ）において、制御部２は、プラズマ処理装置１の内部の冷却処理を行う。

冷却期間（期間Ｐｃ）は、シャワーヘッド１３から冷却ガスを供給してプラズマ処理チャンバ１０の内部を冷却する期間である。制御部２は、プラズマ処理装置１に冷却ガスを供給するように制御する。プラズマ処理装置１は、シャワーヘッド１３からプラズマ処理空間１０ｓに、冷却ガスを供給する。冷却処理に用いられる冷却ガスは、例えば、ヘリウム及び窒素からなる群より選ばれる少なくともいずれか１つである。

冷却処理における条件として、例えば、冷却ガスのガス流量及び冷却ガスの種類からなる群より選ばれる少なくとも１つの条件を設定してもよい。すなわち、制御部２は、冷却ガスのパージにより冷却する場合に、チャンバの内部の圧力、冷却ガスの流量、冷却ガスの種類及び降温時間からなる群より選ばれる少なくとも１つの条件を設定する。

なお、ドライクリーニング期間（期間Ｐｄｃ）と冷却期間（期間Ｐｃ）を合わせて、温度調整期間（期間Ｐｄｃｃ）という場合がある。

基板処理期間（期間Ｐｐ）は、ウェハＷの基板処理を行う期間である。例えば、制御部２は、記憶部２ａ２に記憶されている処理レシピに基づいて、プラズマ処理装置１を制御する。そして、プラズマ処理装置１は、所望の基板処理を実行して、ウェハＷに対してエッチング等の処理を行う。

次に、シャワーヘッド１３と側壁保護部材１１５の温度について説明する。図３において、線Ｌｓｈは、シャワーヘッド１３のプラズマ処理空間１０ｓ側の壁の温度を表す。線Ｌｓｗは、側壁保護部材１１５の温度を表す。なお、側壁保護部材１１５の温度は、温度センサ１１６により測定される。温度Ｔｓｗｓは、側壁保護部材１１５がロットの最後に安定する温度を示す。温度Ｔｓｈｓは、シャワーヘッド１３がロットの最後に安定する温度を示す。

プラズマ処理空間１０ｓを構成する部分の温度は、所望の温度で一定となることが望ましい。シャワーヘッド１３は、例えば、温調モジュールを備えて、シャワーヘッド１３の温度が所望の温度で一定になるように制御されているとする。

ドライクリーニング処理（期間Ｐｄｃ）において、シャワーヘッド１３及び側壁保護部材１１５のそれぞれは、プラズマからの熱を吸収して、温度が上昇する。例えば、第１ロットでは、側壁保護部材１１５の温度は温度Ｔ１１から温度Ｔ１２に温度差ΔＴ１１上昇する。第２ロットでは、側壁保護部材１１５の温度は温度Ｔ２１から温度Ｔ２２に温度差ΔＴ２１上昇する。

最初の第１ロットの前に基板処理が行われていないことから、第１ロットの温度Ｔ１１は、第２ロットの温度Ｔ２１より低くなっている。

なお、シャワーヘッド１３は、温調モジュールにより温度が制御されていることから、ドライクリーニング処理によるシャワーヘッド１３の温度変動は、側壁保護部材１１５と比較して小さい。

冷却期間（期間Ｐｃ）においては、シャワーヘッド１３及び側壁保護部材１１５のそれぞれは、冷却ガスにより冷やされて、温度が下降する。例えば、第１ロットでは、温度Ｔ１２から温度Ｔ１ｓに温度差ΔＴ１２下降する。第２ロットでは、温度Ｔ２２から温度Ｔ２ｓに温度差ΔＴ２２下降する。

そして、基板処理期間（期間Ｐｐ）が開始する時は、側壁保護部材１１５の温度Ｔ１ｓ及び温度Ｔ２ｓが、側壁保護部材１１５の安定温度である温度Ｔｓｗｓを中心として、温度範囲ΔＴの範囲内になるように、制御部２はプラズマ処理装置１を制御する。ここで、目標温度を温度Ｔｓｗｓとする。

ドライクリーニング処理を行う前の温度である温度Ｔ１１及び温度Ｔ２１のそれぞれと目標温度である温度Ｔｓｗｓとの差を求める。そして、温度Ｔ１１と温度Ｔｓｗｓとの差に基づいて、プラズマ処理を開始する時の温度Ｔ１ｓが所定の範囲になるように、ドライクリーニング処理における処理条件と冷却処理における処理条件を変更する。また、温度Ｔ２１と温度Ｔｓｗｓとの差に基づいて、プラズマ処理を開始する時の温度Ｔ２ｓが所定の範囲になるように、ドライクリーニング処理における処理条件と冷却処理における処理条件を変更する。

ドライクリーニング処理における処理条件又は冷却処理における処理条件による内部構成部材の温度変動については、事前に測定して、例えば記憶部２ａ２に保存してもよい。そして、記憶部２ａ２に保存しているデータに基づいて、ドライクリーニング処理における処理条件又は冷却処理における処理条件による内部構成部材の温度を推測して、処理条件を定めてもよい。

なお、冷却期間（期間Ｐｃ）の後に、慣らし処理を行ってもよい。図４は、本実施形態に係るプラズマ処理システムの一例の制御部２の温度制御について説明する図である。

第１ロット及び第２ロットのそれぞれは、順に、ドライクリーニング期間（期間Ｐｄｃ）と、冷却期間（期間Ｐｃ）と、慣らし処理期間（シーズニング期間）（期間Ｐｓ）と、基板処理期間（期間Ｐｐ）と、を有する。なお、図４では、基板処理期間（期間Ｐｐ）としてひとつ期間を記載しているが、第１ロット及び第２ロットのそれぞれの基板の処理枚数に応じて、続けて複数の基板処理期間（期間Ｐｐ）を備えてもよい。

ドライクリーニング期間（期間Ｐｄｃ）、冷却期間（期間Ｐｃ）及び基板処理期間（期間Ｐｐ）については、上述の説明と同様であることから省略する。

冷却期間（期間Ｐｃ）に続けて、慣らし処理を行う。シーズニング期間（期間Ｐｓ）は、所定のプラズマ処理を行って、プラズマ処理チャンバ１０の内部の温度や内部の構造物の状態を安定させるための慣らし処理を行うための期間である。

なお、ドライクリーニング期間（期間Ｐｄｃ）、冷却期間（期間Ｐｃ）及びシーズニング期間（期間Ｐｓ）を合わせて、温度調整期間（期間Ｐｄｃｓ）という場合がある。

シーズニング期間（期間Ｐｓ）後、例えば、基板の入れ替え等を行うために、一定の待機期間（期間Ｐｗ）が経過後に、基板処理を行う。

次に、シャワーヘッド１３と側壁保護部材１１５の温度について説明する。

ドライクリーニング処理（期間Ｐｄｃ）において、ドライクリーニング処理が行われると、シャワーヘッド１３及び側壁保護部材１１５のそれぞれは、プラズマからの熱を吸収して、温度が上昇する。例えば、第１ロットでは、側壁保護部材１１５の温度は温度Ｔ１１から温度Ｔ１２に温度差ΔＴ１１上昇する。第２ロットでは、側壁保護部材１１５の温度は温度Ｔ２１から温度Ｔ２２に温度差ΔＴ２１上昇する。

なお、シャワーヘッド１３は、温調モジュールにより温度が制御されていることから、ドライクリーニング処理によるシャワーヘッド１３の温度変動は、側壁保護部材１１５と比較して小さい。

冷却期間（期間Ｐｃ）において、冷却処理が行われると、シャワーヘッド１３及び側壁保護部材１１５のそれぞれは、冷却ガスにより冷やされて、温度が下降する。例えば、第１ロットでは、温度Ｔ１２から温度Ｔ１３に温度差ΔＴ１２下降する。第２ロットでは、温度Ｔ２２から温度Ｔ２３に温度差ΔＴ２２下降する。

シーズニング期間（期間Ｐｓ）において、慣らし処理が行われると、シャワーヘッド１３及び側壁保護部材１１５のそれぞれは、プラズマからの熱を吸収して、温度が上昇する。例えば、第１ロットでは、温度Ｔ１３から温度Ｔ１４に温度差ΔＴ１３上昇する。第２ロットでは、温度Ｔ２３から温度Ｔ２４に温度差ΔＴ２３上昇する。

待機期間（期間Ｐｗ）において、シャワーヘッド１３及び側壁保護部材１１５のそれぞれは、温度が下降する。例えば、第１ロットでは、温度Ｔ１４から温度Ｔ１ｓに下降する。第２ロットでは、温度Ｔ２４から温度Ｔ２ｓに下降する。

そして、基板処理期間（期間Ｐｐ）が開始する時は、側壁保護部材１１５の温度Ｔ１ｓ及び温度Ｔ２ｓは、側壁部材の安定温度である温度Ｔｓｗｓを中心として、温度範囲ΔＴの範囲内になるように、制御部２はプラズマ処理装置１を制御する。すなわち、目標温度を温度Ｔｓｗｓとする。

具体的には、ドライクリーニング処理を行う前の温度である温度Ｔ１１及び温度Ｔ２１のそれぞれと目標温度である温度Ｔｓｗｓとの差を求める。そして、温度Ｔ１１と温度Ｔｓｗｓとの差に基づいて、プラズマ処理を開始する時の温度Ｔ１ｓが所定の範囲になるように、ドライクリーニング処理における処理条件と冷却処理における処理条件を変更する。また、温度Ｔ２１と温度Ｔｓｗｓとの差に基づいて、プラズマ処理を開始する時の温度Ｔ２ｓが所定の範囲になるように、ドライクリーニング処理における処理条件と冷却処理における処理条件を変更する。なお、処理条件を変更する際には、慣らし処理の処理条件を変更してもよい。

図５は、本実施形態に係るプラズマ処理システムの一例の制御部２の温度制御を説明するフローチャートである。以下の説明により、温度制御方法の工程について説明する。

最初に、制御部２は、処理する基板をプラズマ処理チャンバ１０の内部の基板支持部１１に載置する（ステップＳ１０）。すなわち、制御部２は、基板をチャンバ内に提供する手順を実行する。

次に、制御部２は、温度センサ１１６により側壁保護部材１１５の温度を測定する（ステップＳ２０）。すなわち、制御部２は、チャンバ内部材の処理開始前温度を測定する手順を実行する。

次に、制御部２は、温度制御条件を決定する（ステップＳ３０）。すなわち、制御部２は、温度制御条件を決定する手順を実行する。具体的には、ステップＳ２０において測定した処理開始前温度と目標温度の差に基づき、温度制御条件を決定する。温度制御条件は、例えば、ドライクリーニング期間（期間Ｐｄｃ）における処理条件、冷却期間（期間Ｐｃ）における処理条件及びシーズニング期間（期間Ｐｓ）における処理条件の少なくともいずれかひとつである。

当該温度制御条件は、基板処理期間（期間Ｐｐ）が開始する時に、側壁保護部材１１５の温度、すなわち、温度センサ１１６で測定した温度が、目標温度になるように決定する。

次に、制御部２は、ステップＳ３０で温度制御条件に基づいて、プラズマ処理チャンバ１０の内部を昇温又は冷却する（ステップＳ４０）。すなわち、制御部２は、温度制御条件に基づき、内部構成部材をプラズマにより昇温するか、及び冷却ガスのパージにより冷却するかの少なくともいずれか一方を実施する手順を実行する。上述のように、温度制御条件は、基板処理期間（期間Ｐｐ）が開始する時に、側壁保護部材１１５の温度が、目標温度になるように決定されていることから、基板処理期間（期間Ｐｐ）の開始時には、側壁保護部材１１５の温度は目標温度を含む所定の範囲内となる。

そして、制御部２は、基板をプラズマ処理する（ステップＳ５０）。すなわち、制御部２は、基板をプラズマ処理する手順を実行する。基板処理期間（期間Ｐｐ）の開始時には、側壁保護部材１１５の温度は目標温度を含む所定の範囲内であることから、基板処理を行う際の基板処理性能の変動を抑制できる。

なお、制御部２は、温度制御装置の一例である。

＜作用・効果＞
本開示のプラズマ処理装置１によれば、複数の基板を処理する際に、基板処理性能の変動を抑制できる。

例えば、本実施形態に係る温度制御方法を適用しない場合には、ロット内及びロット間において、基板処理装置の内部に配置される部材の温度が変動する。図６は、本実施形態に係る温度制御方法を適用しない比較例の温度特性を示す図である。

線Ｌｓｗは、側壁保護部材１１５の温度を示す。線Ｌｃｒは、リングアセンブリ１１２の環状部材の一つの温度を示す。線Ｌｓｈは、シャワーヘッド１３の温度を示す。また、図中の「Ｐｄｃｓ」とは、ドライクリーニング期間を含む温度調整期間を意味する。

図６に示すように、比較例においては、ロット内及びロット間において、基板処理装置の内部に配置される部材の温度が変動する。特に、積極的に温度調整を行っていないチャンバ内部材である側壁保護部材１１５及びリングアセンブリ１１２の環状部材は、ロット内及びロット間において温度が変動する。

本実施形態に係る温度制御方法によれば、基板処理を行う際に、プラズマ処理チャンバの内部の内部構成部材の温度を調整して、基板処理におけるプラズマ処理チャンバ内の内部構成部材の温度による変動を抑制できる。基板処理におけるプラズマ処理チャンバ内の内部構成部材の温度による変動を抑制することによって、基板処理における基板処理性能の変動を抑制できる。

特に、複数の処理基板をロット単位で処理する場合に、ロットと次のロットの間における温度変動を抑えて、ロットと次のロットの間における基板処理性能の変動を抑制できる。また、同一ロット内においても、ロット処理中に温度の変動を抑えて、ロット処理中における基板処理性能の変動を抑制できる。

なお、上述の説明では、ドライクリーニング期間（期間Ｐｄｃ）及び冷却期間（期間Ｐｃ）を有していたが、ドライクリーニング期間（期間Ｐｄｃ）及び冷却期間（期間Ｐｃ）いずれか一方のみの期間を備えてもよい。また、上述の説明では、ドライクリーニング期間（期間Ｐｄｃ）及び冷却期間（期間Ｐｃ）をこの順に有していたが、冷却期間（期間Ｐｃ）及びドライクリーニング期間（期間Ｐｄｃ）の順に有していてもよい。さらに、ドライクリーニング期間（期間Ｐｄｃ）及び冷却期間（期間Ｐｃ）を複数回繰り返してもよい。また、プラズマによる昇温を行う場合には、ドライクリーニングを行う場合に限らず、プラズマを発生させればよい。例えば、プラズマを発生させて、目標温度まで昇温した後に、プラズマの生成を停止して、昇温を停止してもよい。

また、目標温度はあらかじめ設定してもよい。また、目標温度は、安定温度である温度Ｔｓｗｓとしたが、目標温度は、温度Ｔｓｗｓに限らない。あらかじめ設定した目標温度は、例えば、基板を複数処理した場合の飽和温度であってもよい。飽和温度とは、基板を複数処理した場合に到達する安定した温度を意味する。その他、目標温度は、機差に依存して設定してもよいし、温度センサの個体差に依存して設定してもよい。

さらに、上記の説明では、内部構成部材として、側壁保護部材１１５について説明したが、内部構成部材は、側壁保護部材１１５に限らない。内部構成部材は、プラズマ処理チャンバ１０の内部に設けられる部材、例えば、リングアセンブリ１１２を構成する環状部材（例えば、カバーリング）でもよいし、シャワーヘッド１３の端部を保護する保護部材でもよいし、排気路に設けられるバッフル板でもよい。

今回開示された本実施形態に係る温度制御方法及び温度制御装置は、すべての点において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、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

１ プラズマ処理装置
２ 制御部
１０ プラズマ処理チャンバ
１１ 基板支持部
１２ プラズマ生成部
１１２ リングアセンブリ
１１５ 側壁保護部材
１１６ 温度センサ
Ｓ１０、Ｓ２０、Ｓ３０、Ｓ４０、Ｓ５０ ステップ
Ｔ１ｓ、Ｔ２ｓ、Ｔｓｗｓ 温度
ΔＴ 温度範囲

Claims (11)

1. プラズマ処理装置のチャンバの温度制御方法であって、
   （ａ）基板を前記チャンバの内部に提供する工程と、
   （ｂ）前記チャンバの内部構成部材の処理開始前温度を測定する工程と、
   （ｃ）測定した前記処理開始前温度及びあらかじめ設定した目標温度との差に基づき、温度制御条件を決定する工程と、
   （ｄ）前記温度制御条件に基づき、前記内部構成部材をプラズマにより昇温するか、及び冷却ガスのパージにより冷却するかの少なくともいずれか一方を実施する工程と、
   （ｅ）前記基板をプラズマ処理する工程と、
   を含み、
   前記（ｄ）工程において、前記冷却ガスのパージにより冷却する場合に、前記チャンバの内部の圧力、前記冷却ガスの流量、前記冷却ガスの種類及び降温時間からなる群より選ばれる少なくとも１つの条件を設定する、
   温度制御方法。
2. 前記あらかじめ設定した目標温度は、基板を複数処理した場合の飽和温度である、
   請求項１に記載の温度制御方法。
3. プラズマ処理装置のチャンバの温度制御方法であって、
   （ａ）基板を前記チャンバの内部に提供する工程と、
   （ｂ）前記チャンバの内部構成部材の処理開始前温度を測定する工程と、
   （ｃ）測定した前記処理開始前温度及びあらかじめ設定した目標温度との差に基づき、温度制御条件を決定する工程と、
   （ｄ）前記温度制御条件に基づき、前記内部構成部材をプラズマにより昇温するか、及び冷却ガスのパージにより冷却するかの少なくともいずれか一方を実施する工程と、
   （ｅ）前記基板をプラズマ処理する工程と、
   を含み、
   前記あらかじめ設定した目標温度は、基板を複数処理した場合の飽和温度である、
   温度制御方法。
4. 前記（ｅ）工程の前に、慣らし処理を実施する工程を更に含む、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の温度制御方法。
5. 前記内部構成部材は、石英及びセラミックスからなる群より選ばれる少なくともいずれか１つの材料を含む、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の温度制御方法。
6. 前記プラズマ処理装置は、前記内部構成部材の温度を測定するセンサを備え、
   前記処理開始前温度は、前記センサにより測定する、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の温度制御方法。
7. 前記（ｄ）工程において、前記プラズマにより昇温する場合に、高周波電力のパワー、前記チャンバの内部の圧力、処理ガスの種類、前記処理ガスの流量、昇温速度及び昇温時間からなる群より選ばれる少なくとも１つの条件を設定する、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の温度制御方法。
8. 前記冷却ガスは、ヘリウム及び窒素からなる群より選ばれる少なくともいずれか１つを含む、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の温度制御方法。
9. 前記昇温する場合は、目標温度まで昇温した後に昇温を停止することを含む、
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の温度制御方法。
10. 処理チャンバと、
    前記処理チャンバの内部構成部材と、
    前記内部構成部材の温度を測定するセンサと、を備える基板処理装置の温度制御装置であって、
    前記温度制御装置は、
    （ａ）基板を前記処理チャンバの内部に提供する手順と、
    （ｂ）前記内部構成部材の処理開始前温度を測定する手順と、
    （ｃ）測定した前記処理開始前温度及びあらかじめ設定した目標温度との差に基づき、温度制御条件を決定する手順と、
    （ｄ）前記温度制御条件に基づき、前記内部構成部材をプラズマにより昇温するか、及び冷却ガスのパージにより冷却するかの少なくともいずれか一方を実施する手順と、
    （ｅ）前記基板をプラズマ処理する手順と、
    を実行し、
    前記温度制御装置は、前記（ｄ）手順において、前記冷却ガスのパージにより冷却する場合に、前記処理チャンバの内部の圧力、前記冷却ガスの流量、前記冷却ガスの種類及び降温時間からなる群より選ばれる少なくとも１つの条件を設定する、
    温度制御装置。
11. 処理チャンバと、
    前記処理チャンバの内部構成部材と、
    前記内部構成部材の温度を測定するセンサと、を備える基板処理装置の温度制御装置であって、
    前記温度制御装置は、
    （ａ）基板を前記処理チャンバの内部に提供する手順と、
    （ｂ）前記内部構成部材の処理開始前温度を測定する手順と、
    （ｃ）測定した前記処理開始前温度及びあらかじめ設定した目標温度との差に基づき、温度制御条件を決定する手順と、
    （ｄ）前記温度制御条件に基づき、前記内部構成部材をプラズマにより昇温するか、及び冷却ガスのパージにより冷却するかの少なくともいずれか一方を実施する手順と、
    （ｅ）前記基板をプラズマ処理する手順と、
    を実行し、
    前記あらかじめ設定した目標温度は、基板を複数処理した場合の飽和温度である、
    温度制御装置。
    

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