等离子体处理装置、等离子体状态检测方法以及程序

本申请是申请日为2019年6月17日、申请号为201980013656.8(PCT/JP2019/023793)、发明名称为“等离子体处理装置、等离子体状态检测方法以及等离子体状态检测程序”的申请的分案申请。

技术领域

本公开涉及一种等离子体处理装置、等离子体状态检测方法以及等离子体状态检测程序。

背景技术

以往以来，已知一种使用等离子体对半导体晶圆(下面也称作“晶圆”)等被处理体进行蚀刻等等离子体处理的等离子体处理装置。并且提出了一种在该等离子体处理装置中的处理容器内配置各种探测器、各种电传感器等传感器来检测等离子体的状态的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-194032号公报

专利文献2：日本特开2009-087790号公报

专利文献2：日本特表2014-513390号公报

发明内容

发明要解决的问题

本公开提供一种不配置传感器的检测等离子体的状态的技术。

用于解决问题的方案

本公开的一个方式的等离子体处理装置具有载置台、加热器控制部、测量部、参数计算部以及输出部。载置台设置有加热器，该加热器能够调整用于载置作为等离子体处理的对象的被处理体的载置面的温度。加热器控制部控制向加热器供给的供给电力，以使加热器成为设定的设定温度。由加热器控制部控制向加热器供给的供给电力以使加热器的温度固定，测量部测量等离子体没有点火的未点火状态和从等离子体点火起向加热器供给的供给电力下降的过渡状态下的供给电力。参数计算部使用由所述测量部测量出的未点火状态和过渡状态的供给电力对计算模型进行拟合，来计算来自等离子体的热输入量，该计算模型包括该热输入量作为参数来计算所述过渡状态的供给电力。输出部输出基于由参数计算部计算出的热输入量的信息。

发明的效果

根据本公开，不用在处理容器内配置传感器就能够检测等离子体的状态。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的等离子体处理装置的概要结构的一例的截面图。

图2是表示实施方式所涉及的载置台的结构的一例的俯视图。

图3是表示实施方式所涉及的控制等离子体处理装置的控制部的概要结构的一例的框图。

图4是示意性地表示对晶圆的温度产生影响的能量的流动的一例的图。

图5A是示意性地表示未点火状态的能量的流动的一例的图。

图5B是示意性地表示点火状态的能量的流动的一例的图。

图6是表示晶圆W的温度和向加热器HT供给的供给电力的变化的一例的图。

图7是示意性地表示点火状态的能量的流动的一例的图。

图8是概要性地表示由于等离子体的密度分布引起的未点火状态和过渡状态的温度变化的一例的图。

图9是示意性地表示未点火状态和过渡状态的能量的流动的一例的图。

图10是表示晶圆W的温度和向加热器HT供给的供给电力的变化的一例的图。

图11A是示出表示等离子体的密度分布的信息的输出的一例的图。

图11B是示出表示等离子体的密度分布的信息的输出的一例的图。

图12是示意性地表示等离子体蚀刻的图。

图13是表示实施方式所涉及的等离子体状态检测和等离子体状态控制的流程的一例的流程图。

图14是表示实施方式所涉及的载置台的载置面的分割的一例的俯视图。

具体实施方式

下面，参照附图来详细地说明本申请公开的等离子体处理装置、等离子体状态检测方法以及等离子体状态检测程序的实施方式。此外，并不通过本实施方式来限定公开的等离子体处理装置、等离子体状态检测方法以及等离子体状态检测程序。

另外，例如在有的等离子体处理装置中，在处理容内配置各种探测器、各种电传感器等传感器来检测等离子体的状态。但是，有时当在处理容器内且在靠近等离子体生成区域的部位配置有传感器时，由于传感器的影响使得等离子体的状态发生变化。于是，在等离子体处理装置中，可能会对针对被处理膜的等离子体处理的特性、均匀性等产生影响。另外，等离子体处理装置中还可能会产生微粒、发生异常放电。另外，在等离子体处理装置中，当在处理容器内配置有传感器时，有时无法对被处理膜执行等离子体处理。于是，在等离子体处理装置中，检测不出实际执行等离子体处理的过程中的等离子体的状态。因此，期待不用在处理容器内配置传感器就能检测等离子体的状态。

[等离子体处理装置的结构]

首先，对实施方式所涉及的等离子体处理装置10的结构进行说明。图1是表示实施方式所涉及的等离子体处理装置的概要结构的一例的截面图。图1所示的等离子体处理装置10为电容耦合型平行板等离子体蚀刻装置。等离子体处理装置10具备大致圆筒状的处理容器12。处理容器12例如由铝构成。另外，处理容器12的表面被实施了阳极氧化处理。

在处理容器12内设置有载置台16。载置台16包括静电吸盘18和基台20。静电吸盘18的上表面设为用于载置作为等离子体处理的对象的被处理体的载置面。在本实施方式中，将晶圆W作为被处理体载置于静电吸盘18的上表面。基台20具有大致圆盘形状，并且其主要部分例如由铝之类的导电性的金属构成。基台20构成下部电极。基台20被支承部14支承。支承部14为从处理容器12的底部延伸出的圆筒状的构件。

基台20与第一高频电源HFS电连接。第一高频电源HFS为产生用于生成等离子体的高频电力的电源，产生27MHz～100MHz的频率，在一例中，产生40MHz的高频电力。由此，在基台20的正上方生成等离子体。匹配器MU1具有用于使第一高频电源HFS的输出阻抗与负载侧(基台20侧)的输入阻抗匹配的电路。

另外，基台20经由匹配器MU2而与第二高频电源LFS电连接。第二高频电源LFS产生用于向晶圆W吸引离子的高频电力(高频偏置电力)，并向基台20供给该高频偏置电力。由此，基台20产生偏置电位。高频偏置电力的频率为400kHz～13.56MHz的范围内的频率，在一例中为3MHz。匹配器MU2具有用于使第二高频电源LFS的输出阻抗与负载侧(基台20侧)的输入阻抗匹配的电路。

在基台20上设置有静电吸盘18。静电吸盘18通过库伦力等静电力来吸附晶圆W，从而保持该晶圆W。静电吸盘18在陶瓷制的主体部内具有静电吸附用的电极E1。电极E1经由开关SW1而与直流电源22电连接。保持晶圆W的吸附力取决于从直流电源22施加的直流电压的值。

在基台20的上表面之上且静电吸盘18的周围设置有聚焦环FR。设置聚焦环FR是为了提高等离子体处理的均匀性。聚焦环FR由根据应执行的等离子体处理适当选择的材料构成，例如能够由硅或石英构成。

在基台20的内部形成有制冷剂流路24。从设置于处理容器12的外部的冷却装置经由配管26a向制冷剂流路24供给制冷剂。被供给至制冷剂流路24的制冷剂经由配管26b返回冷却装置。此外，在后文中叙述包括基台20和静电吸盘18的载置台16的详情。

在处理容器12内设置有上部电极30。上部电极30在载置台16的上方与基台20相向地配置，基台20与上部电极30设置为彼此大致平行。

上部电极30经由绝缘性遮蔽构件32被支承于处理容器12的上部。上部电极30可包括电极板34和电极支承体36。电极板34与处理空间S相面对，并且提供多个气体喷出孔34a。电极板34可由焦耳热少且电阻低的导电体或半导体构成。

电极支承体36将电极板34装卸自如地支承，并且例如能够由铝之类的导电性材料构成。电极支承体36能够具有水冷构造。在电极支承体36的内部设置有气体扩散室36a。从气体扩散室36a向下方延伸出与气体喷出孔34a连通的多个气体流通孔36b。另外，在电极支承体36形成有用于向气体扩散室36a引导处理气体的气体导入口36c，气体导入口36c与气体供给管38连接。

气体供给管38经由阀组42及流量控制器组44而与气体源组40连接。阀组42具有多个开闭阀，流量控制器组44具有流量质量控制器之类的多个流量控制器。另外，气体源组40具有进行等离子体处理所需的多种气体用的气体源。气体源组40的多个气体源经由对应的开闭阀及对应的质量流量控制器而与气体供给管38连接。

在等离子体处理装置10中，从自气体源组40的多个气体源中选择出的一个以上的气体源向气体供给管38供给一种以上的气体。被供给至气体供给管38的气体到达气体扩散室36a，经由气体流通孔36b和气体喷出孔34a被喷出至处理空间S。

另外，如图1所示，等离子体处理装置10还可具备接地导体12a。接地导体12a为大致圆筒状的接地导体，以从处理容器12的侧壁延伸至比上部电极30的高度位置更靠上方的位置的方式设置。

另外，在等离子体处理装置10中，沿处理容器12的内壁装卸自如地设置有沉积物遮蔽件46。另外，支承部14的外周也设置有沉积物遮蔽件46。沉积物遮蔽件46用于防止在处理容器12附着蚀刻副产物(沉积物)，通过对铝材覆盖Y

在处理容器12的底部侧，在支承部14与处理容器12的内壁之间设置有排气板48。排气板48例如能够通过对铝材覆盖Y

如上述那样构成的等离子体处理装置10由控制部100统一地控制其动作。控制部100例如为计算机，控制等离子体处理装置10的各部。等离子体处理装置10由控制部100统一地控制其动作。

[载置台的结构]

接着，详细地说明载置台16。图2是表示实施方式所涉及的载置台的结构的一例的俯视图。如上述那样，载置台16具有静电吸盘18和基台20。静电吸盘18具有陶瓷制的主体部18m。主体部18m具有大致圆盘形状。主体部18m提供载置区域18a和外周区域18b。在俯视观察时，载置区域18a为大致圆形的区域。在载置区域18a的上表面上载置晶圆W。即，载置区域18a的上表面作为用于载置晶圆W的载置面发挥功能。载置区域18a的直径可以为与晶圆W大致相同的直径或者可以比晶圆W的直径稍小。外周区域18b为包围载置区域18a的区域，呈大致环状地延伸。在本实施方式中，外周区域18b的上表面处于比载置区域18a的上表面低的位置。

如图2所示，静电吸盘18在载置区域18a内具有静电吸附用的电极E1。如上述那样，电极E1经由开关SW1而与直流电源22连接。

另外，在载置区域18a内且电极E1的下方设置有多个加热器HT。在本实施方式中，载置区域18a被分割为多个分割区域，并且在各个分割区域分别设置有加热器HT。例如图2所示，在载置区域18a的中央的圆形区域内和包围该圆形区域的同心状的多个环状区域内设置有多个加热器HT。另外，在多个环状区域的各环状区域内，多个加热器HT沿周向排列。此外，图2所示的分割区域的分割方法为一例，并不限定于此。载置区域18a可以被分割为更多的分割区域。例如，载置区域18a可以被分割为离外周越近则角宽度越小且径向上的宽度越窄的分割区域。加热器HT经由设置于基台20的外周部分的未图示的配线单独地与图1所示的加热器电源HP连接。加热器电源HP在控制部100的控制下向各加热器HT供给被单独地调整后的电力。由此，各加热器HT发出的热被单独地控制，载置区域18a内的多个分割区域的温度被单独地调整。

在加热器电源HP设置有检测向各加热器HT供给的供给电力的电力检测部PD。此外，电力检测部PD可以与加热器电源HP相分别地设置于用于从加热器电源HP向各加热器HT流动电力的配线上。电力检测部PD检测向各加热器HT供给的供给电力。例如，电力检测部PD检测电力量[W]来作为向各加热器HT供给的供给电力。加热器HT根据电力量而发热。因此，向加热器HT供给的电力量表示加热器功率。电力检测部PD向控制部100通知表示检测出的向各加热器HT供给的供给电力的电力数据。

另外，载置台16在载置区域18a的各分割区域分别设置有能够检测加热器HT的温度的未图示的温度传感器。温度传感器可以为与加热器HT相分别的能够测定温度的元件。另外，温度传感器配置于用于向加热器HT流动电力的配线中，可以主要利用金属的电阻相对于温度上升成比例地增大的性质，根据通过测量施加于加热器HT电压、电流而求出的电阻值来检测温度。由各温度传感器检测出的传感器值被发送至温度测量器TD。温度测定器TD根据各传感器值来测定载置区域18a的各分割区域的温度。温度测定器TD将表示载置区域18a的各分割区域的温度的温度数据通知给控制部100。

并且，可以通过未图示的传热气体供给机构和气体供给线路将传热气体、例如He气体供给至静电吸盘18的上表面与晶圆W的背面之间。

[控制部的结构]

接着，详细地说明控制部100。图3是表示实施方式所涉及的控制等离子体处理装置的控制部的概要结构的一例的框图。控制部100设置有外部接口101、工艺控制器102、用户接口103以及存储部104。

外部接口101能够与等离子体处理装置10的各部进行通信，用于输入输出各种数据。例如，向外部接口101输入表示从电力检测部PD向各加热器HT供给的供给电力的电力数据。另外，从温度测定器TD向外部接口101输入表示载置区域18a的各分割区域的温度的温度数据。另外，外部接口101向加热器电源HP输出用于控制向各加热器HT供给的供给电力的控制数据。

工艺控制器102具备CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)来控制等离子体处理装置10的各部。

用户接口103由工序管理者为了管理等离子体处理装置10而进行命令的输入操作所用的键盘、可视化地显示等离子体处理装置10的运行状况的显示器等构成。

在存储部104中保存有用于通过工艺控制器102的控制实现由等离子体处理装置10执行的各种处理的控制程序(软件)、存储有处理条件数据等的制程以及与进行等离子体处理的装置、工艺有关的参数等。此外，控制程序、处理条件数据等制程可以在保存于可由计算机读取的计算机记录介质(例如硬盘、DVD等光盘、软盘、半导体存储器等)等中的状态下被利用。另外，还能够经由例如专用线路从其它装置随时传输制程来在线地利用。

工艺控制器102具有用于保存程序、数据的内部存储器，读出存储部104中存储的控制程序并且执行读出的控制程序的处理。工艺控制器102通过运行控制程序来作为各种处理部发挥功能。例如，工艺控制器102具有加热器控制部102a、测量部102b、参数计算部102c、输出部102d、警报部102e、变更部102f以及设定温度计算部102g的功能。此外，加热器控制部102、测量部102b、参数计算部102c、输出部102d、警报部102e、变更部102f以及设定温度计算部102g的各功能可以通过多个控制器分散地实现。

在此，说明对晶圆W的温度产生影响的能量的流动。图4是示意性地表示对晶圆的温度产生影响的能量的流动的一例的图。在图4中简化地表示晶圆W、包括静电吸盘(ESC)18的载置台16。图4的例子关于静电吸盘18的载置区域18a的一个分割区域示出对晶圆W的温度产生影响的能量的流动。载置台16具有静电吸盘18和基台20。静电吸盘18与基台20通过粘接层19进行了粘接。在静电吸盘18的载置区域18a的内部设置有加热器HT。在基台20的内部形成有用于流动制冷剂的制冷剂流路24。

加热器HT根据从加热器电源HP供给的供给电力而发热，并且温度上升。在图4中，将向加热器HT供给的供给电力表示为加热器功率P

另外，在正在进行等离子体处理的情况下，晶圆W由于来自等离子体的热输入而温度上升。在图4中，表示将从等离子体向晶圆W的热输入量除以晶圆W的面积所得到的每单位面积的来自等离子体的热通量q

可知的是：来自等离子体的热输入主要同向晶圆W照射的等离子体中的离子的量与用于向晶圆W吸引等离子体中的离子的偏置电位的乘积成比例。向晶圆W照射的等离子体中的离子的量与等离子体的电子密度成比例。等离子体的电子密度与为了生成等离子体而从第一高频电源HFS施加的高频电力HFS的功率成比例。另外，等离子体的电子密度取决于处理容器12内的压力。用于向晶圆W吸引等离子体中的离子的偏置电位与为了产生偏置电位而从第二高频电源LFS施加的高频电力LFS的功率成比例。另外，用于向晶圆W吸引等离子体中的离子的偏置电位取决于处理容器12内的压力。此外，在没有向载置台12施加高频电力LFS的情况下，通过在生成等离子体时产生的等离子体的电位(等离子体电势)与载置台12的电位差来向载置台吸引离子。

另外，来自等离子体的热输入包括由于等离子体的发光进行的加热、等离子体中的电子、自由基对晶圆W的照射、离子和自由基在晶圆W上引起的表面反应等。这些成分也取决于交流电力的功率、压力。除此以外，来自等离子体的热输入还取决于与等离子体生成有关的装置参数，例如载置台16与上部电极30的间隔距离、向处理空间S供给的气体种类。

传递至晶圆W的热向静电吸盘18传递。在此，晶圆W的热不会全部传递至静电吸盘18，而是根据热的传递难度、如晶圆W与静电吸盘18的接触程度等向静电吸盘18传递。热的传递难度、即热阻与相对于热的传热方向的截面积成反比例。因此，在图4中，将热的从晶圆W向静电吸盘18的表面的传递难度表示为晶圆W与静电吸盘18的表面间的每单位面积的热阻R

传递至静电吸盘18的表面的热使静电吸盘18的温度上升，并且进一步向加热器HT传递。在图4中，将从静电吸盘18表面向加热器HT的热输入量表示为从静电吸盘18表面向加热器HT的每单位面积的热通量q

另一方面，基台20通过在制冷剂流路24中流动的制冷剂而被冷却，并且将接触的静电吸盘18冷却。在图4中，将从静电吸盘18的背面通过粘接层19向基台20散发的散热量表示为从静电吸盘18的背面向基台20的每单位面积的热通量q

在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，加热器HT为传递至加热器HT的热的热输入量与通过加热器HT产生的发热量的总和同从加热器HT散发的散热量相等的状态。例如，在等离子体没有点火的未点火状态下，为通过加热器HT产生的发热量与从加热器HT散热的散热量相等的状态。图5A是示意性地表示未点火状态的能量的流动的一例的图。在图5A的例子中，通过自基台20进行冷却来从加热器HT散发“100”的热量。例如，在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，加热器电源HP通过加热器功率P

另一方面，例如，在等离子体已点火的点火状态下，为输入至加热器HT的热量与加热器HT产生的热量的总和同从加热器HT散发的散热量相等的状态。图5B是示意性地表示点火状态的能量的流动的一例的图。在此，点火状态包括过渡状态和稳定状态。过渡状态例如为针对晶圆W、静电吸盘18的热输入量比散热量多且晶圆W、静电吸盘18的温度为随时间经过而上升的倾向的状态。稳定状态为晶圆W、静电吸盘18的热输入量与散热量相等且晶圆W、静电吸盘18的温度随时间经过而上升的倾向消失而温度大致固定的状态。

在图5B的例子中也是，通过自基台20进行冷却来从加热器HT散发“100”的热量。在为点火状态的情况下，晶圆W由于来自等离子体的热输入而温度上升直至成为稳定状态为止。从晶圆W经由静电吸盘18向加热器HT传递热。如上述那样，在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，为输入至加热器HT的热量与从加热器HT散发的热量相等的状态。关于加热器HT，将加热器HT的温度维持为固定所需的热量下降。因此，向加热器HT供给的供给电力下降。

例如，在图5B中，在设为“过渡状态”的例子中，从等离子体向晶圆W传递“80”的热量。传递至晶圆W的热向静电吸盘18传递。另外，在晶圆W的温度不是稳定状态的情况下，传递至晶圆W的热的一部分对晶圆W的温度上升起作用。对晶圆W的温度上升起作用的热量取决于晶圆W的热容。因此，从等离子体传递至晶圆W的“80”的热量中的“60”的热量从晶圆W向静电吸盘18的表面传递。传递至静电吸盘18的表面的热向加热器HT传递。另外，在静电吸盘18的温度不是稳定状态的情况下，传递至静电吸盘18的表面的热的一部分对静电吸盘18的温度上升起作用。对静电吸盘18的温度上升起作用的热量取决于静电吸盘18的热容。因此，传递至静电吸盘18的表面的“60”的热量中的“40”的热量向加热器HT传递。因此，在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，加热器电源HP通过加热器功率P

另外，在图5B中，在设为“稳定状态”的例子中，从等离子体向晶圆W传递“80”的热量。传递至晶圆W的热向静电吸盘18传递。另外，在晶圆W的温度为稳定状态的情况下，晶圆W为热输入量与散热量相等的状态。因此，从等离子体传递至晶圆W的“80”的热量从晶圆W向静电吸盘18的表面传递。传递至静电吸盘18的表面的热向加热器HT传递。在静电吸盘18的温度为稳定状态的情况下，静电吸盘18为热输入量与散热量相等。因此，传递至静电吸盘18的面的“80”的热量向加热器HT传递。因此，在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，加热器电源HP通过加热器功率P

如图5A和图5B所示，相比于未点火状态，在点火状态下向加热器HT供给的供给电力下降。另外，在点火状态下，向加热器HT供给的供给电力下降直至为稳定状态为止。

此外，如图5A和图5B所示，在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，在“未点火状态”、“过渡状态”、“稳定状态”中的任意状态下均通过自基台20进行冷却来从加热器HT散发“100”的热量。即，从加热器HT朝向被供给至形成于基台20的内部的制冷剂流路24的制冷剂的每单位面积的热通量q

图6是表示晶圆W的温度和向加热器HT供给的供给电力的变化的一例的图。图6的(A)表示晶圆W的温度的变化。图6的(B)表示向加热器HT供给的供给电力的变化。图6的例子表示将加热器HT的温度控制为固定并在等离子体没有点火的未点火状态下将等离子体进行点火后测量晶圆W的温度和向加热器HT供给的供给电力所得到的结果的一例。使用科磊半导体(KLA-Tencor)公司销售的Etch Temp等温度测量用的晶圆来测量晶圆W的温度。

图6的期间T1为等离子体没有点火的未点火状态。在期间T1，向加热器HT供给的供给电力固定。图6的期间T2为等离子体已点火的点火状态，且为过渡状态。在期间T2，向加热器HT供给的供给电力下降。另外，在期间T2，晶圆W的温度上升至固定的温度。图6的期间T3为等离子体已点火的点火状态。在期间T3，晶圆W的温度固定，为稳定状态。当静电吸盘18也为稳定状态时，向加热器HT供给的供给电力大致固定，下降的倾向的变动稳定。图6的期间T4为等离子体熄灭的未点火状态。在期间T4，没有从等离子体向晶圆W的热输入，因此晶圆W的温度下降，向加热器HT供给的供给电力增加。

在图6的期间T2所示的过渡状态下，向加热器HT供给的供给电力的下降倾向根据从等离子体向晶圆W的热输入量、晶圆W与静电吸盘18的表面间的热阻等发生变化。

图7是示意性地表示点火状态的能量的流动的一例的图。此外，图7中均是过渡状态的例子。例如，在图7中，在设为“热输入量：小、热阻：小”的例子中，从等离子体向晶圆W传递“80”的热量。从等离子体传递至晶圆W的“80”的热量中的“60”的热量从晶圆W向静电吸盘18的表面传递。而且，传递至静电吸盘18的表面的“60”的热量中的“40”的热量向加热器HT传递。例如，在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，加热器电源HP通过加热器功率P

另外，在图7中，在设为“热输入量：大、热阻：小”的例子中，从等离子体向晶圆W传递“100”的热量。从等离子体传递至晶圆W的“100”的热量中的“80”的热量从晶圆W向静电吸盘18的表面传递。而且，传递至静电吸盘18的表面的“80”的热量中的“60”的热量向加热器HT传递。例如，在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，加热器电源HP通过加热器功率P

另外，在图7中，在设为“热输入量：小、热阻：大”的例子中，从等离子体向晶圆W传递“80”的热量。从等离子体传递至晶圆W的“80”的热量中的“40”的热量从晶圆W向静电吸盘18的表面传递。传递至静电吸盘18的表面的“40”的热量中的“20”的热量向加热器HT传递。例如，在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，加热器电源HP通过加热器功率P

在像这样将加热器HT的温度控制为固定的情况下，加热器功率P

在本实施方式中，将图6的(B)所示的在期间T2向加热器HT供给的供给电力的变化模型化为每单位面积的式子。例如，将从等离子体点火起的经过时间设为t，将针对经过时间t的加热器功率P

[数1]

q

q

在此，

P

q

R

R

ρ

C

z

ρ

C

z

κ

t为从等离子体点火起的经过时间[sec]。

关于式(5)所示的a

能够使用等离子体处理装置10通过测量来求出加热器HT的面积A、晶圆W的密度ρ

针对从等离子体点火起的每个经过时间t的存在来自等离子体的热通量时的加热器功率P

而且，能够使用测量结果通过进行(1)式的拟合来求出从等离子体向晶圆W的每单位面积的热通量q

另外，图6的(A)所示的期间T2的晶圆W的温度的曲线图也能够以从等离子体向晶圆W的热输入量、晶圆W与静电吸盘18的表面间的热阻为参数进行模型化。在本实施方式中，将期间T2的晶圆W的温度的变化模型化为每单位面积的式子。例如，在以从等离子体向晶圆W的每单位面积的热通量q

[数2]

在此，

T

T

能够根据实际将晶圆W的温度控制为固定时的条件求出加热器HT的温度T

在通过使用测量结果进行(1)式的拟合来求出热通量q

在经过时间t相比于由式(10)、(11)表示的时间常数τ1、τ2足够长的情况下、也就是计算在从图6的期间T2即过渡状态转变为期间T3即稳定状态后使晶圆W的温度T

[数3]

T

例如，能够通过式(13)，根据加热器的温度T

另外，期望等离子体处理装置10检测等离子体处理中的等离子体的状态以掌握等离子体处理的状况。例如，期望在等离子体处理装置10中检测等离子体的密度分布来作为等离子体的状态。在等离子体处理装置10中，来自等离子体的热输入量根据等离子体的密度分布发生变化。

图8是概要性地表示由于等离子体的密度分布引起的未点火状态和过渡状态的温度变化的一例的图。在图8的(A)～(D)中以时间序列表示进行等离子体处理时的等离子体密度的分布和载置台16的各分割区域的表面温度变化。图8的(A)表示未点火状态。在未点火状态中，不生成等离子体，在控制向各加热器HT供给的供给电力以使各加热器HT的温度固定的情况下，载置区域18a的各分割区域的温度也固定。图8的(B)～(D)表示过渡状态。等离子体的密度高的区域的从等离子体向载置区域18a的热输入量多。等离子体的密度低的区域的从等离子体向载置区域18a的热输入量少。例如，在生成的等离子体的密度分布如图8的(B)～(D)所示那样在载置区域18a的中心处高、在周边低的情况下，载置区域18a的中心的热输入量多。因此，载置区域18a的中心的表面温度也相比于周边附近上升。在控制向各加热器HT供给的供给电力以使各加热器HT的温度固定的情况下，使载置区域18a的表面温度的上升量减小，因此向加热器HT供给的供给电力下降。载置区域18a的中心的加热器HT的热输入量多，因此相比于周边附近的加热器HT，供给电力大幅度下降。

图9是示意性地表示未点火状态和过渡状态的能量的流动的一例的图。此外，在图9的例子中，将载置区域18a分为载置区域18a的中心附近即中央部(Center)、包围中央部的周边部(Middle)、包围周边部且为载置区域18a的边缘附近的边缘部(Edge)这三个区。假定等离子体的密度分布与图8的(B)～(D)同样地为载置区域18a的中心处高、周边处低。

在图9所示的未点火状态下，通过自基台20进行冷却来从加热器HT散发“100”的热量。例如，在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，加热器电源HP通过加热器功率P

另一方面，在图9所示的过渡状态下，载置区域18a的中心的等离子体的密度分布比周边高，因此载置区域18a的中央部(Center)的热输入量为“大”，周边部(Middle)的热输入量为“中”，边缘部(Edge)的热输入量为“小”。例如，在将中央部、周边部、边缘部的热阻设为相同的情况下，在中央部(Center)，从等离子体输入“100”的热量，“60”的热量向加热器HT传递。在周边部(Middle)，从等离子体输入“80”的热量，“40”的热量向加热器HT传递。在边缘部(Edge)，从等离子体输入“40”的热量，“20”的热量向加热器HT传递。

图10为表示晶圆W的温度和向加热器HT供给的供给电力的变化的一例的图。图10的(A)表示中央部(Center)、周边部(Middle)、边缘部(Edge)的晶圆W的温度的变化。图10的(B)表示中央部(Center)、周边部(Middle)、边缘部(Edge)的向加热器HT供给的供给电力的变化。如图10的(B)所示，由于热输入量使得供给电力的波形也变化。因而，测量未点火状态和过渡状态下的各区的向加热器HT供给的供给电力，使用每个区的测量结果进行(1)式的拟合，由此能够求出各区的热输入量。而且，能够根据各区的热输入量来求出等离子体的密度分布。即，实施方式所涉及的等离子体处理装置10不用在处理容器12内配置传感器就能够检测等离子体的状态。

返回图3。加热器控制部102a控制各加热器HT的温度。例如，加热器控制部102a向加热器电源HP输出指示向各加热器HT供给的供给电力的控制数据，通过控制从加热器电源HP向各加热器HT供给的供给电力来控制各加热器HT的温度。

在进行等离子体处理时，在加热器控制部102a中设定作为各加热器HT的目标的设定温度。例如，在加热器控制部102a中，针对载置区域18a的每个分割区域，将作为目标的晶圆W的目标温度设定为该分割区域的加热器HT的设定温度。目标温度例如为针对晶圆W进行的等离子体蚀刻的精度最佳的温度。

在进行等离子体处理时，加热器控制部102a控制向各加热器HT供给的供给电力，以使各加热器HT成为所设定的设定温度。例如，加热器控制部102a针对每个分割区域，将向外部接口101输入的温度数据所示的载置区域18a的各分割区域的温度与该分割区域的设定温度进行比较。而且，加热器控制部102a分别确定温度相对于设定温度低的分割区域和温度相对于设定温度高的分割区域。加热器控制部102a向加热器电源HP输出使向温度相对于设定温度低的分割区域供给的供给电力增加并且使向温度相对于设定温度高的分割区域供给的供给电力减少的控制数据。

测量部102b使用向外部接口101输入的电力数据所示的向各加热器HT供给的供给电力，来测量向各加热器HT根据的供给电力。例如，测量部102b通过加热器控制部102a来控制向各加热器HT根据的供给电力，以使各加热器HT的温度固定，测量在等离子体没有点火的未点火状态下向各加热器HT供给的供给电力。另外，测量部102b测量在从等离子体点火起至向各加热器HT供给的供给电力下降的倾向的变动稳定为止的过渡状态下向各加热器HT供给的供给电力。

例如，在加热器控制部102a控制向各加热器HT供给的供给电力以使各加热器HT的温度成为固定的设定温度的状态下，测量部102b测量在等离子体处理开始前的等离子体为未点火状态下向各加热器HT供给的供给电力。另外，测量部102b测量在从点火等离子体起至向各加热器HT供给的供给电力下降的倾向的变动稳定为止的过渡状态下向各加热器HT供给的供给电力。关于在未点火状态下向各加热器HT供给的供给电力，通过各加热器HT至少测量一次即可，也可以进行多次测量并将平均值设为未点火状态的供给电力。关于在过渡状态下向各加热器HT供给的供给电力，测量两次以上即可。测量供给电力的测量定时优选为供给电力下降的倾向大的定时。另外，在测量次数少的情况下，优选测量定时间隔规定期间以上。在本实施方式中，测量部102b在等离子体处理期间以规定周期(例如0.1秒周期)测量向各加热器HT供给的供给电力。由此，测量在多个过渡状态下向各加热器HT供给的供给电力。

测量部102b以规定的周期测量在未点火状态和过渡状态向各加热器HT供给的供给电力。例如，每当更换晶圆W并将更换后的晶圆W载置于载置台16来进行等离子体处理时，测量部102b测量在未点火状态和过渡状态向各加热器HT供给的供给电力。此外，例如可以是，每当进行等离子体处理时，参数计算部102c测量在未点火状态和过渡状态向各加热器HT供给的供给电力。

参数计算部102c针对每个加热器HT，使用以来自等离子体的热输入量以及晶圆W与加热器HT间的热阻为参数来计算过渡状态的供给电力的计算模型进行热输入量和热阻的计算。例如，参数计算部102c使用由测量部102b测量出的点火状态和过渡状态的供给电力对计算模型进行拟合，来计算热输入量和热阻。

例如，参数计算部102c针对每个加热器HT求出每个经过时间t的未点火状态的加热器功率P

参数计算部102c将上述的式(1)-(11)用作计算模型，针对每个加热器HT进行每个经过时间t的每单位面积的来自加热器HT的发热量q

参数计算部102c可以按规定的周期并使用测量出的未点火状态和过渡状态的供给电力来计算热通量q

输出部102d控制各种信息的输出。例如，输出部102d以规定的周期并基于由参数计算部102c计算出的热通量q

图11A是示出表示等离子体的密度分布的信息的输出的一例的图。在图11A的例子中，针对设置有加热器HT的载置区域18a的每个分割区域，通过图案来显示该分割区域的热通量q

图11B是示出表示等离子体的密度分布的信息的输出的一例的图。在图11B的例子中，表示中央部(Center)、周边部(Middle)、边缘部(Edge)的热通量q

由此，工序管理者、等离子体处理装置10的管理者能够掌握等离子体的状态。

另外，等离子体处理装置10存在等离子体的状态发生异常的情况。例如，等离子体处理装置10存在如下情况：由于静电吸盘18的大幅消耗、沉积物的附着等使得处理容器12内的特性发生变化而成为等离子体的状态不适于进行等离子体处理的异常的状态。另外，等离子体处理装置10还存在搬入异常的晶圆W的情况。

因此，警报部102e基于参数计算部102c以规定的周期计算的热输入量或热输入量的变化来进行警报。例如，警报部102e在参数计算部102c以规定的周期计算的热通量q

由此，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10能够在由于处理容器12内的特性、搬入异常的晶圆W等使得等离子体的状态异常的情况下通报异常的发生。

变更部102f基于表示等离子体的密度分布的信息来变更等离子体处理的控制参数，以使针对晶圆W的等离子体处理均等化。

在此，等离子体蚀刻包括的因素有自由基的表面吸附、基于热能的解吸以及基于离子碰撞的解吸。图12是示意性地表示等离子体蚀刻的图。在图12的例子中，将通过O

等离子体蚀刻的蚀刻速率(E/R)能够由以下的式(14)表示。

[数4]

在此，

n

Γ

S为针对表面的吸附概率。

K

Γ

E

K为离子解吸的反应概率。

式(14)“K

等离子体的浓度分布对基于离子碰撞的解吸产生影响，式(14)的“kE

例如，“K

变更部102f基于表示等离子体的密度分布的信息来变更载置区域18a的每个分割区域的晶圆W的温度的目标温度。例如，变更部102f关于等离子体的密度高的分割区域变更目标温度，以使基于热能的解吸减少。例如，变更部102f将目标温度变更得较低。另外，变更部102f关于等离子体的密度低的分割区域变更目标温度，以使基于热能的解吸增加。例如，变更部102f将目标温度变更得较高。此外，在上部电极30构成为能够针对将下表面分割而成的每个分割区域变更喷出的气体的浓度的情况下，变更部102f可以基于表示等离子体的密度分布的信息，针对上部电极30的每个分割区域变更喷出的气体的浓度。例如，变更部102f将等离子体的密度高的分割区域的气体的浓度变更得较低。另外，变更部102f将等离子体的密度低的分割区域的气体的浓度变更得较高。变更部102f可以组合地进行针对每个分割区域变更晶圆W的温度的目标温度和针对上部电极30的每个分割区域变更喷出的气体的浓度。

设定温度计算部102g针对每个加热器HT，使用计算出的热输入量和热阻来计算使晶圆W成为目标温度的加热器HT的设定温度。例如，设定温度计算部102g针对每个加热器HT，将计算出的热通量q

此外，设定温度计算部102g可以根据式(12)，如以下那样计算当前的加热器HT的温度T

设定温度计算部102g将加热器控制部102a的各加热器HT的设定温度修正为使晶圆W的温度成为目标温度的加热器HT的温度。

设定温度计算部102g以规定的周期计算使晶圆W的温度成为目标温度的加热器HT的温度，并修正各加热器HT的设定温度。例如，每当更换晶圆W时，设定温度计算部102g计算使晶圆W的温度成为目标温度的加热器HT的温度，并修正各加热器HT的设定温度。此外，例如可以是，每当进行等离子体处理时，设定温度计算部102g计算使晶圆W的温度成为目标温度的加热器HT的温度，并修正各加热器HT的设定温度。

由此，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10能够高精度地将等离子体处理中的晶圆W的温度控制为目标温度。

[控制的流程]

接着，对本实施方式所涉及的使用等离子体处理装置10的等离子体状态检测方法进行说明。图13是表示实施方式所涉及的等离子体状态检测和等离子体状态控制的处理的流程的一例的流程图。该处理在规定的定时例如开始等离子体处理的定时执行。

加热器控制部102a控制向各加热器HT供给的电力，以使各加热器HT成为设定温度(步骤S10)。

在加热器控制部102a控制向各加热器HT供给的电力以使各加热器HT的温度成为固定的设定温度的状态下，测量部102b测量在未点火状态和过渡状态下向各加热器HT供给的供给电力(步骤S11)。

参数计算部102c针对每个加热器HT，使用通过将测量出的未点火状态和过渡状态的供给电力除以加热器HT的面积求出的每单位面积的来自加热器HT的发热量对计算模型进行拟合，来计算热输入量和热阻(步骤S12)。例如，参数计算部102c将上述的式(1)-(11)用作计算模型，针对每个加热器HT进行每个经过时间t的每单位面积的来自加热器HT的发热量q

输出部102d输出基于由参数计算部102c计算出的输入量的信息(步骤S13)。例如，输出部102d基于由参数计算部102c计算出的每个加热器HT的热通量q

变更部102f基于表示等离子体的密度分布的信息来变更等离子体处理的控制参数，以使针对晶圆W的等离子体处理均等化(步骤S14)。例如，变更部102f基于表示等离子体的密度分布的信息来变更载置区域18a的每个分割区域的晶圆W的温度的目标温度。

设定温度计算部102g针对每个加热器HT，使用计算出的热输入量和热阻来计算使晶圆W成为目标温度的加热器HT的设定温度(步骤S15)。例如，设定温度计算部102g针对每个加热器HT，将计算出的热通量q

设定温度计算部102g将加热器控制部102a的各加热器HT的设定温度修正为使晶圆W的温度成为目标温度的加热器HT的设定温度(步骤S16)，结束处理。

像这样，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10具有载置台16、加热器控制部102a、测量部102b、参数计算部102c以及输出部102d。载置台16设置有能够调整用于载置晶圆W的载置面的温度的加热器HT。加热器控制部102a控制向加热器HT供给的供给电力，以使加热器HT成为设定的设定温度。测量部102b通过加热器控制部102a来控制向加热器HT供给的供给电力，以使加热器HT的温度固定，测量等离子体没有点火的未点火状态和从点火等离子体起向加热器HT供给的供给电力下降的过渡状态下的供给电力。参数计算部102c使用由测量部102b测量出的未点火状态和过渡状态的供给电力对计算模型进行拟合，来计算来自等离子体的热输入量，该计算模型包括热输入量作为参数来计算过渡状态的供给电力。输出部102d输出基于由参数计算部102c计算出的热输入量的信息。由此，等离子体处理装置10不用在处理容器12内配置传感器就能够检测等离子体的状态。

另外，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10针对将载置台16的载置面分割而成的每个区域单独地设置有加热器HT。加热器控制部102a针对每个加热器HT控制供给电力，以使针对每个区域设置的加热器HT成为针对每个区域设定的设定温度。测量部102b通过加热器控制部102a，针对每个加热器HT控制供给电力以使温度固定，并且针对每个加热器HT测量未点火状态和过渡状态下的供给电力。参数计算部102c针对每个加热器HT，使用由测量部102b测量出的未点火状态和过渡状态的供给电力对计算模型进行拟合，以针对每个加热器HT计算热输入量。输出部102d基于由参数计算部102c计算出的针对每个加热器HT的热输入量输出表示等离子体的密度分布的信息。由此，等离子体处理装置10不用在处理容器12内配置传感器就能够提供表示等离子体处理时的等离子体的密度分布的信息。

另外，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10还具有变更部102f。变更部102f基于等离子体的密度分布来变更等离子体处理的控制参数，以使针对晶圆W的等离子体处理均等化。由此，等离子体处理装置10能够使针对晶圆W的等离子体处理均等化。

另外，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10还具有警报部102e。警报部102e基于由输出部102d输出的信息或该信息的变化来进行警报。由此，等离子体处理装置10能够在等离子体的状态发生了异常的情况下进行警报。

以上对实施方式进行了说明，但应当认为本次公开的实施方式在所有方面均为例示，而非限制性的。实际上，上述的实施方式能够具体实现为多种方式。另外，上述的实施方式可以在不脱离权利要求书及其主旨的情况下以各种方式进行省略、置换、变更。

例如，在上述的实施方式中，以对作为被处理体的半导体晶圆进行等离子体处理的情况为例进行了说明，但并不限定于此。只要被处理体会被温度影响到等离子体处理的进展即可，可以为任意的被处理体。例如，被处理体可以为玻璃基板等。

另外，在上述的实施方式中，以进行等离子体蚀刻来作为等离子体处理的情况为例进行了说明，但并不限定于此。等离子体处理可以为使用等离子体进行的任何处理。例如，作为等离子体处理，举出化学气相沉积法(CVD)、原子层沉积法(ALD)、灰化、等离子体掺杂、等离子体退火等。

另外，在上述的实施方式中，等离子体处理装置10的基台20与用于生成等离子体的第一高频电源HFS及偏置电力用的第二高频电源LFS连接，但不限定于此。用于生成等离子体的第一高频电源HFS也可以经由匹配器MU而与上部电极30连接。

另外，在上述的实施方式中，等离子体处理装置10为电容耦合型平行板等离子体处理装置，但能够采用任意的等离子体处理装置。例如，等离子体处理装置10可以为任意类型的等离子体处理装置，例如感应耦合型等离子体处理装置、通过微波之类的表面波激励气体的等离子体处理装置。

另外，在上述的实施方式中，以变更部102f基于表示等离子体的密度分布的信息来变更载置区域18a的每个分割区域的晶圆W的温度的目标温度的情况为例进行了说明，但并不限定于此。例如，在构成为能够针对将上部电极30的下表面分割而成的每个分割区域或近似的每个分割区域变更生成等离子体期间的等离子体密度的分布的情况下，变更部102f可以基于表示等离子体的密度分布的信息，针对进行等离子体生成的每个分割变更等离子体密度。此外，关于能够针对每个分割区域变更等离子体密度的分布的结构，作为一例，在为电容耦合型平行板等离子体处理装置的情况下，举出如下的结构：上部电极30被分割为每个分割区域并且针对分割而成的每个上部电极连接了能够产生不同的高频电力的多个第一高频电源HFS。另外，在为感应耦合型等离子体处理装置的情况下，举出如下的结构：用于生成等离子体的天线被分为每个分割区域，针对分割而成的每个天线连接了能够产生不同的高频电力的多个第一高频电源HFS。

另外，在上述的实施方式中，以在将载置台16的载置区域18a分割而成的各分割区域中设置加热器HT的情况为例进行了说明，但不限定于此。可以在载置台16的整个载置区域18a中设置一个加热器HT，测量在未点火状态和过渡状态下向该加热器HT供给的供给电力，针对计算模型进行测量结果的拟合来计算热输入量。计算的热输入量为等离子体整体的热输入量，因此能够根据计算的热输入量来检测等离子体整体的状态。

另外，在上述的实施方式中，如图2所示，以将载置台16的载置区域18a分割为中央的圆形区域内以及包围该圆形区域的同心状的多个环状区域的情况为例进行了说明，但并不限定于此。图14是表示实施方式所涉及的载置台的载置面的分割的例子的俯视图。例如如图14所示，可以将载置台16的载置区域18a分割为格子状，在各分割区域中设置加热器HT。由此，能够针对格子状的每个分割区域检测热输入量，更详细地求出等离子体的密度分布。

附图标记说明

10：等离子体处理装置；16：载置台；18：静电吸盘；18a：载置区域；20：基台；100：控制部；102：工艺控制器；102a：加热器控制部；102b：测量部；102c：参数计算部；102d：输出部；102e：警报部；102f：变更部；102g：设定温度计算部；HP：加热器电源；HT：加热器；PD：电力检测部；TD：温度測定器；W：晶圆。