JP4884047B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理方法に関し、詳細には、例えば各種半導体装置の製造過程で半導体ウエハ等の被処理体に対してエッチング等のプラズマ処理を行なうプラズマ処理方法に関する。

半導体装置の製造過程では、例えば半導体ウエハ等の被処理体に微細な回路パターンを形成する目的でプラズマエッチング処理が繰り返し実施される。プラズマエッチング処理では、例えば、内部を減圧排気可能に構成されたプラズマエッチング装置のチャンバー内において、対向配置された電極間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、載置台上に載置した半導体ウエハに対してプラズマを作用させてエッチングを行なう。このようなプラズマエッチング処理の際には、前記載置台上の半導体ウエハの外周に、プラズマの活性種であるエッチャントを半導体ウエハの表面に集中させる作用を持つフォーカスリングを配備してエッチングが行なわれる。

フォーカスリングを使用したプラズマ処理に関する先行技術として、エッチング中に、半導体ウエハとフォーカスリングとの間に生じる電位差によって半導体ウエハの表面とフォーカスリングとの間で異常放電（アーキング）が生じることを防止するため、下部電極に直流電圧を印加してフォーカスリングの電位を制御できるように構成したプラズマ処理装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

ところで、前記フォーカスリングは消耗品であり、プラズマエッチング処理が繰り返される間にプラズマの作用によってその表面から徐々に削られていき、形状が変化していく。そして、フォーカスリングの消耗が進み、その厚みが減少すると、半導体ウエハ周縁部のエッチング形状に悪影響を与えるという問題があった。具体的には、例えばエッチングによってホールを形成する場合、半導体ウエハの周縁部においてホールが斜めに形成されてしまい、エッチング形状の制御が困難になる。そして、ウエハＷの中央部と周縁部でエッチング形状に差異が生じ、半導体ウエハ面内でのエッチング形状の均一性を確保できなくなる。このエッチング形状の不均一を防止するためには、エッチング形状に大きな影響が出る前にフォーカスリングを交換しなければならなかった。このため、フォーカスリングの交換サイクルが早まり、部品寿命を短縮化させる一因になっていた。

なお、フォーカスリングの消耗度を予測する手法として、フォーカスリングの消耗度に応じて変化する複数の電気的データを経時的に測定し、その測定データを多変量解析する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。しかし、この特許文献２の方法は消耗度を予測するのみであり、フォーカスリングの部品寿命自体の長期化を図ることについては注意が払われていない。
ＷＯ０３／００９３６３号公報（特許請求の範囲など） 特開２００２−２５９８２号公報（請求の範囲など）

前記フォーカスリングの消耗によってエッチング形状に変化が生じる原因を調査したところ、フォーカスリングが消耗してその厚みが薄くなると、フォーカスリングの上方でプラズマシースの状態が変化し、これが半導体ウエハへのイオンの入射角度を変化させ、半導体ウエハの周縁部におけるエッチング形状に影響を与えてしまうことが判明した。この対策として、予めエッチング形状に影響を与えない範囲でフォーカスリングの厚みを厚く設定しておくことも可能である。しかし、この方法では、フォーカスリングの消耗に伴ってエッチング形状に少しずつ変化が生じることは避けられないため、根本的な解決策とはなり得ない。

本発明は、フォーカスリングの消耗に起因するエッチング形状などの処理結果への悪影響を極力低減するとともに、フォーカスリングの使用期間を長期化することが可能なプラズマ処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、処理容器内に被処理体を載置する載置台を配置し、その周囲にフォーカスリングを配置して、前記載置台に被処理体を載置した状態で、前記処理容器内にプラズマを生成して被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理を繰り返すことにより前記フォーカスリングが消耗した場合に、前記フォーカスリングにその消耗度に応じて直流電圧を印加し、これにより前記フォーカスリング上の電界を変化させて前記フォーカスリング上のプラズマシースの厚みを調節し、前記フォーカスリングの消耗度に対応して生じるプラズマシースの歪みを低減させて、プラズマ処理を均一化する、プラズマ処理方法を提供する。

上記第１の観点において、前記フォーカスリングの消耗度を該フォーカスリングの累積使用時間に基づき推算することが好ましい。
また、前記フォーカスリングに印加される直流電圧は、前記フォーカスリングの消耗度と前記フォーカスリングの上方の電界の変化との対応関係に基づき予め決定されたものであることが好ましい。

また、上記第１の観点において、前記フォーカスリングへの直流電圧は、既に実施されたプラズマ処理結果に基づき決定されることが好ましい。

さらに、上記第１の観点において、前記フォーカスリングの上方の電界の変化を検知し、該検知結果に基づき、前記フォーカスリングに所定の直流電圧を印加してプラズマ処理を行なうことが好ましい。

さらにまた、上記第１の観点において、前記フォーカスリングに直流電圧を印加することにより、被処理体の上方のプラズマシース厚より、前記フォーカスリングの上方のプラズマシース厚を厚くすることが好ましい。
また、前記プラズマ処理がドライエッチングであり、前記フォーカスリングに印加される直流電圧により、被処理体においてその中央部のエッチング形状とその周縁部のエッチング形状との差を抑制することが好ましい。

さらにまた、上記第１の観点において、前記フォーカスリングに印加される直流電圧を１０〜５００Ｖの範囲で制御することが好ましい。

本発明の第２の観点は、コンピュータ上で動作するプラズマ処理装置を制御するための制御プログラムであって、実行時に、上記第１の観点のプラズマ処理方法が行なわれるように、コンピュータに前記プラズマ処理装置を制御させる、制御プログラムを提供する。

本発明の第３の観点は、コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するための制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取り可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、上記第１の観点のプラズマ処理方法が行なわれるように、コンピュータに前記プラズマ処理装置を制御させる、コンピュータ読取り可能な記憶媒体を提供する。

本発明によれば、フォーカスリングにその消耗度に応じて直流電圧を印加し、これによりフォーカスリング上の電界を変化させて前記フォーカスリング上のプラズマシースの厚みを調節し、フォーカスリングの消耗度に対応して生じるプラズマシースの歪みを低減させるので、例えばエッチング形状の面内均一性のような、プラズマ処理の均一性を高めることができる。よって、本発明のプラズマ処理方法は、半導体装置の歩留りの改善と、信頼性の向上を図る上で有利に利用できるものであり、半導体装置の微細化への対応も可能になる。

また、外周部材の消耗がある程度進んでも、電圧を印加することによってプラズマ処理結果への悪影響を極力低減できるので、事実上外周部材の部品寿命を延ばすことが可能である。従って、部品交換に伴う装置のダウンタイムの削減や部品コストの削減が可能であり、プラズマ処理効率を改善できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。図１は、本発明方法の実施に好適に使用可能なプラズマエッチング装置の構成例を模式的に示すものである。このプラズマエッチング装置１は、電極板が上下平行に対向し、双方に高周波電源が接続された容量結合型平行平板エッチング装置として構成されている。

このプラズマエッチング装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形状に成形されたチャンバー２を有しており、このチャンバー２は接地されている。前記チャンバー２内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介して、被処理体、例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４が設けられており、さらにこのサセプタ支持台４の上には、下部電極を構成するサセプタ５が設けられている。このサセプタ５にはハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が接続されている。

サセプタ支持台４の内部には、温度調節媒体室７が設けられており、導入管８を介して温度調節媒体室７に温度調節媒体が導入、循環され、サセプタ５を所望の温度に制御できるようになっている。

サセプタ５は、その上中央部が凸状の円板状に成形され、その上にウエハＷと略同形の静電チャック１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材の間に電極１２が介在された構成となっており、電極１２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの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を静電吸着する。

そして、絶縁板３、サセプタ支持台４、サセプタ５、さらには静電チャック１１には、被処理体であるウエハＷの裏面に、伝熱媒体、例えばＨｅガスなどを所定圧力（バックプレッシャー）にて供給するためのガス通路１４が形成されており、この伝熱媒体を介してサセプタ５とウエハＷとの間の熱伝達がなされ、ウエハＷが所定の温度に維持されるようになっている。

サセプタ５の上端周縁部には、静電チャック１１上に載置されたウエハＷを囲むように、外周部材である環状のフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５はセラミックスあるいは石英などの絶縁性材料からなり、エッチングの均一性を向上させるように作用する。また、フォーカスリング１５には、直流電源１６が接続されており、例えば１０〜５００Ｖの直流電圧をフォーカスリング１５に印加できるように構成されている。
また、直流電源１６を接続するかわりに、フォーカスリング１５を接地することにより、接地電位としてもよい。

サセプタ５の上方には、このサセプタ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、チャンバー２の上部に支持されており、サセプタ５との対向面を構成し、多数の吐出孔２３を有する、例えば石英からなる電極板２４と、この電極２４を支持する導電性材料、例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる電極支持体２５とによって構成されている。なお、サセプタ５と上部電極２１との間隔は、調節可能とされておいる。

上部電極２１における電極支持体２５の中央には、ガス導入口２６が設けられ、さらにこのガス導入口２６には、ガス供給管２７が接続されており、さらにこのガス供給管２７には、バルブ２８並びにマスフローコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接続され、この処理ガス供給源３０から、プラズマエッチングのためのエッチングガスが供給されるようになっている。なお、図３では、一つの処理ガス供給源３０のみを代表的に図示しているが、処理ガス供給源３０は複数設けられており、例えばＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｃｌ_２、ＨＢｒ等のハロゲン系のエッチングガスや、Ｏ_２、希ガス等のガスをそれぞれ独立に流量制御して、チャンバー２内に供給できるよう構成されている。

チャンバー２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバー２の側壁には、ゲートバルブ３２が設けられており、このゲートバルブ３２を開にした状態でウエハＷが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。

上部電極２１には、第１の高周波電源４０が接続されており、その給電線には整合器４１が設けられている。また、上部電極２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電源４０は、５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有しており、このように高い周波数を印加することにより、チャンバー２内に好ましい解離状態で、かつ高密度のプラズマを形成することができ、低圧条件下でのプラズマ処理が可能となる。この第１の高周波電源４０の周波数は、５０〜８０ＭＨｚが好ましく、典型的には図１中に示すように６０ＭＨｚまたはその近傍の条件が採用される。

下部電極としてのサセプタ５には、第２の高周波電源４３が接続されており、その給電線には整合器４４が設けられている。この第２の高周波電源４３は、数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚの範囲の周波数を有しており、このような範囲の周波数の電力を印加することにより、ウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源４３の周波数は、例えば図１に示すように２ＭＨｚ等の条件が採用される。

チャンバー２の側壁には、チャンバー２内で形成されたプラズマによってプラズマシースが形成される高さに略対応する位置に透過窓２ａが形成されている。また、透過窓２ａの外側には、シース状態検知手段であるモニター５０が配備されている。このモニター５０は、例えばＣＣＤカメラなどを搭載しており、プラズマエッチング装置１でのエッチング処理中に、透過窓２ａを介してプラズマシースの状態を観測出来るように構成されている。

プラズマエッチング装置１の各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ６０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ６０には、工程管理者がプラズマエッチング装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース６１が接続されている。

また、プロセスコントローラ６０には、プラズマエッチング装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ６０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録されたレシピが格納された記憶部６２が接続されている。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース６１からの指示等にて任意のレシピを記憶部６２から呼び出してプロセスコントローラ６０に実行させることで、プロセスコントローラ６０の制御下で、プラズマエッチング装置１での所望の処理が行われる。例えば、プロセスコントローラ６０は、後述するように、フォーカスリング１５の消耗度、またはモニター５０により検出されたフォーカスリング１５上方におけるプラズマシースの変化に基づき、フォーカスリング１５に印加される直流電圧を決定する。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

次に、このように構成されるプラズマエッチング装置１によって、シリコン単結晶からなるウエハＷをエッチングする工程の概略について説明する。
まず、図示しない所定の膜が形成されたウエハＷを、ゲートバルブ３２を開放して、図示しないロードロック室からチャンバー２内へ搬入し、静電チャック１１上に載置する。そして、直流電源１３から直流電圧を印加することによって、ウエハＷを静電チャック１１上に静電吸着する。

次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって、チャンバー２内を所定の真空度まで真空引きする。その後、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０からエッチング目的に応じた所定の処理ガスを、マスフローコントローラ２９によって所定の流量に調整しつつ、処理ガス供給管２７、ガス導入口２６、上部電極２１の中空部へと導入し、電極板２４の吐出孔２３を通じて、図１に矢印で示すように、ウエハＷに対して均一に吐出させる。

このプラズマ処理においては、チャンバー２内を所定の圧力に維持するとともにサセプタ５を所定の温度に調節し、第１の高周波電源４０から上部電極２１に対し、また第２の高周波電源４３から下部電極としてのサセプタ５に対し、それぞれ所定の高周波電力を供給し、処理ガスをプラズマ化してウエハＷのエッチングを行なう。この際、後述するようにフォーカスリング１５の消耗度、フォーカスリング１５上方の電界変化の検知結果、または既に実施されたプラズマ処理結果（例えばエッチング形状）に基づき、フォーカスリング１５に直流電源１６から所定の直流電圧を印加することにより、チャンバー２内に生成したプラズマによるプラズマシースの変位を是正し、ウエハＷへのイオンの入射を均等に制御する。これにより、ウエハＷの面内におけるエッチング形状の均一化を図ることが可能になる。

エッチングが終了した段階で、第１の高周波電源４０および第２の高周波電源４３からの高周波電力の供給、直流電源１６からの電圧の印加および処理ガス供給源３０からの処理ガスの供給をそれぞれ停止し、その後、ゲートバルブ３２を開放して、処理済みのウエハＷをチャンバー２外へ搬出する。このようにして、１枚のウエハＷに対するプラズマエッチング処理が終了する。

次に、本発明のプラズマ処理方法の原理について説明する。
まず、図２〜図４は、チャンバー２内でプラズマＰが励起した状態のフォーカスリング１５の近傍の状態を示す要部断面図である。まず、図２は、フォーカスリング１５が消耗していない場合（例えば交換直後の新品）におけるプラズマシースＰｓの状態を示している。この状態では、ウエハＷとフォーカスリング１５の表面とは略面一の状態になっている。
ここで、プラズマシースＰｓの厚さｔ_１，ｔ_２、すなわちプラズマＰと隣接する固体（ウエハＷ、フォーカスリング１５）の表面との距離は、下式により表される。なお、下式では、ｔ_１，ｔ_２を総称してｔと記す。

ｔ ∝ （１／Ｎｅ）^１／２×Ｖ^３／４
［ここで、Ｎｅはプラズマ密度、Ｖは下式で示されるサセプタ５の電圧を意味する］
Ｖ ∝ （Ｐ）^１／２／Ｓ
［ここで、Ｐはサセプタ５へ供給されるＲＦパワー、ＳはウエハＷとフォーカスリング１５の表面積を意味する］

そして、上記式により求められるウエハＷ上のプラズマシースＰｓの厚さｔ_１と、フォーカスリング１５上のプラズマシースＰｓの厚さｔ_２とは略等しい。この状態では、図２に示すようにプラズマ中の活性種であるイオンなどのエッチャント（ここでは、プラス記号として示す；図３および図４において同様である）は、ウエハＷの表面やフォーカスリング１５の表面に対して略直角に入射する結果、ウエハＷの面内で略均一にエッチング等の処理が行なわれる。

次に、図３は、一定期間の使用によってフォーカスリング１５が消耗した後の状態を示している。図３に示すように、フォーカスリング１５はエッチングによって削られて薄くなり、その表面位置がウエハＷの表面よりも下降している。これに伴い、フォーカスリング１５の上方においてプラズマＰの端部は破線で示す中央の位置に比べて下降している。つまり、ウエハＷ上方のプラズマシースＰｓの厚さｔ_１とフォーカスリング１５上方のプラズマシースＰｓの厚さｔ_２は同一であるが、これら二つの領域の間でプラズマシースＰｓが斜めに形成され、歪みが生じている。なお、図３では、参照の目的で消耗前のフォーカスリング１５の表面位置を破線で表している（図４において同様である）。

そして、プラズマシースＰｓに図３に示すような歪みが生じると、歪みが生じた部分でエッチャントの入射角度が変化して、本来ならばフォーカスリング１５へ向かうはずであったエッチャントがウエハＷの周辺部に向けて斜めに入射してしまう。このプラズマシースＰｓの形状変化に伴うエッチャントの入射角度の変化が、ウエハＷの周縁部におけるエッチング形状の変化となって顕在化するものと考えられる。

図４は、図３のように消耗してその厚みが薄くなった状態のフォーカスリング１５に対して、直流電源１６から所定の電圧（例えば１００Ｖ）を印加した状態を示している。このようにフォーカスリング１５に電圧を印加することにより、フォーカスリング１５上の電界を変化させ、プラズマシースＰｓの厚みをｔ_２からｔ_３に広げることができる。これによって、プラズマシースＰｓの歪みが是正され、プラズマＰの下端をウエハＷ上方およびフォーカスリング１５上方で略面一に形成することができる。そして、図４に示すとおり、プラズマＰ中の活性種であるイオンなどのエッチャントをウエハＷ表面に対して略垂直に入射させることが可能になり、ウエハＷの周縁部におけるエッチング形状の乱れを改善することができる。この場合、直流電源１６からフォーカスリング１５に印加する電圧は、例えば１０〜５００Ｖの範囲で制御することが好ましい。なお、フォーカスリング１５上の電界を変化させ、プラズマシースＰｓの歪みを是正するために、フォーカスリング１５を接地して接地電位としてもよい。

このように、フォーカスリング１５に対して、所定の電圧を印加することにより、その上方のプラズマシースＰｓの厚みを調節することが可能になるため、エッチング形状の精度を改善し、ウエハＷの面内におけるエッチング形状の均一性を高めることができる。また、フォーカスリング１５の消耗がある程度進んでも、エッチング形状に影響を与えることなく使用を継続できるので、事実上フォーカスリング１５の部品寿命を長期化させ、部品交換のためのプラズマエッチング装置１のダウンタイムと部品コストを削減できる。

次に、図５は、本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理方法において、フォーカスリング１５へ電圧を印加する際に実施される処理手順の一例を示すフロー図である。本実施形態では、フォーカスリング１５の消耗度を推定し、その消耗度に応じて直流電源１６からフォーカスリング１５へ電圧を印加するか否か、および印加する場合の電圧量を決定する手順を示している。この図５の処理手順は、プラズマエッチング装置１において実施される前記一連の工程の間に適宜組み込んで実施することができるものである。

図５に示すように、まずステップＳ１１では、プロセスコントローラ６０によって記憶部６２に保存されているフォーカスリング１５の部品情報を読み込む。なお、フォーカスリング１５の部品情報は、工程管理者がユーザーインターフェース６１を介して直接入力してもよい。この部品情報には、例えば、フォーカスリング１５を交換した日時や、その日時以後のプラズマエッチング装置１の累積稼働時間が含まれている。そして、読み込んだ部品情報を元に、ステップＳ１２ではフォーカスリング１５の消耗度を推定する。

フォーカスリング１５の消耗度は、フォーカスリング１５の使用時間と比例関係を持っており、経験的に使用時間から容易に把握できる。従って、例えばフォーカスリング１５の消耗度と使用時間とを関係付けた図示しないテーブルなどを準備しておき、プロセスコントローラ６０によって前記部品情報を当該テーブルと照合することによって簡単にフォーカスリング１５の消耗度を推算することができる。なお、部品情報による推測によらず、フォーカスリング１５の消耗度を直接計測して把握することも可能である。この場合は、ステップＳ１１およびステップＳ１２の処理を省略できる。

次に、ステップＳ１３では、ステップＳ１２で得られたフォーカスリング１５の消耗度を基準に、直流電源１６からフォーカスリング１５に直流電圧を印加する必要があるか否かを判断する。フォーカスリング１５が消耗していれば、電圧の印加が必要（Ｙｅｓ）と判断し、フォーカスリング１５がほとんど消耗していない状態（例えば新品）であれば、電圧を印加する必要なし（Ｎｏ）と判断する。

ステップＳ１３で電圧の印加が必要（Ｙｅｓ）と判断された場合は、ステップＳ１４で印加する電圧量を決定する。この際には、例えば図６に例示するように、フォーカスリング１５の消耗度と直流電源１６から印加すべき電圧量とを関係付けたテーブル２００を使用することができる。このテーブル２００は、予め様々な消耗度のフォーカスリング１５に実験的に電圧を印加してプラズマシースＰｓへ与える影響を調べることによって作成し、記憶部６２に記憶させておいたものである。このテーブル２００をプロセスコントローラ６０によって記憶部６２から読み込み、ステップＳ１２で得られたフォーカスリング１５の消耗度（例えばａ_ｌ［ｍｍ］）と照合することによって、フォーカスリング１５に印加する電圧量（この場合には、Ａ_１［Ｖ］）が一義的に決定される。そして、ステップＳ１５では、決定された上記所定の直流電圧を直流電源１６からフォーカスリング１５に印加する。

一方、ステップＳ１３で電圧の印加が不要（Ｎｏ）と判断された場合には、直流電源１６からフォーカスリング１５への電圧印加は行なわずにプラズマエッチング処理を行なうため、ステップＳ１４およびステップＳ１５の処理は省略される。

図５に示す処理手順は、例えばあるロットに属する最初の一枚のウエハＷを処理する際に実行することが好ましい。この場合、同じロットの二枚目以降のウエハＷに対しては、ステップＳ１３の決定に基づき電圧を印加せずに、あるいはステップＳ１４で決定された所定の電圧を印加して、繰り返しプラズマエッチング処理を行なうことができる。その際、直流電源１６のオン・オフは、プロセスコントローラ６０によって、例えばプラズマエッチング装置１における第１の高周波電源４０および第２の高周波電源４３のオン・オフ（高周波の供給と停止）と連動して行なうことができる。なお、図５に示す処理手順を、一枚のウエハＷを処理する度に実行することもできる。

図５のステップＳ１１からステップＳ１５に示すように、フォーカスリング１５の使用時間からその消耗度を推算し、該消耗度に応じてフォーカスリング１５へ印加する電圧を決定することにより、フォーカスリング１５上のプラズマシースＰｓの厚みｔ_２を調節できる。これにより、プラズマシースＰｓの変位に伴うウエハＷの周縁部のイオンの入射角度の乱れを是正し、以てウエハ面内におけるエッチング形状の均一性を改善し、半導体装置の歩留りを向上させることが可能になる。また、フォーカスリング１５の消耗がある程度進んでも、そこに印加する電圧量を調節することによってプラズマ処理結果であるエッチング形状に影響を与えることなく使用を継続できるので、フォーカスリング１５の交換頻度を低減することが可能になり、交換に伴うプラズマエッチング装置１のダウンタイムや部品コストを削減することが可能になる。

なお、図６のテーブル２００では、フォーカスリング１５の消耗度とそこに印加される直流電圧とを関係付けたが、フォーカスリング１５の使用時間と、印加するべき直流電圧量とを直接関係付けたテーブルを使用することも可能である。この場合、フォーカスリング１５の消耗度を推定するステップＳ１２が不要になるが、フォーカスリング１５に直流電圧を印加するか否かの判断、および印加電圧は、フォーカスリング１５の消耗度との関係で実験的に導き出せるものであるから、フォーカスリング１５の消耗度を把握しておくことが前提となる。

図７は、本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理方法において、フォーカスリング１５へ電圧の印加を行なう際に実施される処理手順の一例を示すフロー図である。第１実施形態では、フォーカスリング１５が消耗することによって、プラズマシースＰｓに変位が生じるという知見に基づき、フォーカスリング１５の消耗度を基準にして印加電圧を決定した。これに対し本実施形態では、より直接的にプラズマＰのプラズマシースＰｓの変位を検出し、その変位量（変位の程度）に応じてフォーカスリング１５に電圧を印加するようにした。この図７の処理手順は、プラズマエッチング装置１において実施される前記一連の工程の間に適宜組み込んで実施することができるものである。

図７に示すように、まずステップＳ２１では、モニター５０によってチャンバー２内で生成したプラズマＰにおけるプラズマシースＰｓの状態を検出する。プラズマ処理の均一性を確保する観点では、フォーカスリング１５の上方のプラズマシースＰｓ（つまり、プラズマシースＰｓの端部）の変動が問題となるため、モニター５０はプラズマＰの端部を観察できるものであればよい。

本実施形態では、モニター５０によってプラズマＰの端部のプラズマシースＰｓを撮影し、その画像データがプロセスコントローラ６０に送出される。プロセスコントローラ６０では、モニター５０からの画像データを元に画像解析を行い、プラズマシースＰｓの端部の位置の変動を例えば数値化してリアルタイムでユーザーインターフェース６１のディスプレイに表示する。そして、ステップＳ２２では、前記画像解析の結果に基づき、プロセスコントローラ６０によってプラズマシースＰｓの端部の変位の有無が判断される。

ステップＳ２２でプラズマシースＰｓの端部に変位あり（Ｙｅｓ）と判断された場合、プロセスコントローラ６０は、例えば予め記憶部６２に保存されている図８に示すようなテーブル２０１を参照する。そして、プラズマシースＰｓの変位量（例えば、ｂ_３［ｍｍ］）に基づいて直流電源１６からフォーカスリング１５へ印加する電圧量（この場合はＢ_３［Ｖ］）を決定する（ステップＳ２３）。この際に使用するテーブル２０１は、プラズマシースＰｓの端部の変位量と、それを補正するために必要となる印加電圧との対応関係を示しており、予め実験的に決定されたものである。

そして、ステップＳ２３の決定に基づき、続くステップＳ２４では、直流電源１６からフォーカスリング１５へ所定の電圧（例えばＢ_３［Ｖ］）を印加する。このように電圧をフォーカスリング１５へ印加することにより、例えば、フォーカスリング１５上のプラズマシースＰｓの厚みｔ_２を適切な厚さに調節できる。その結果、プラズマシースＰｓの形状変化に伴うウエハＷの周縁部でイオンの入射角度の乱れを是正し、ウエハ面内におけるエッチング形状の均一性を改善して半導体装置の歩留りを向上させることが可能になる。また、フォーカスリング１５の消耗がある程度進んでも、そこに印加する電圧量を調節することによってエッチング形状に影響を与えることなく使用を継続できるので、フォーカスリング１５の交換頻度を低減することが可能になり、交換に伴うプラズマエッチング装置１のダウンタイムや部品コストの削減が可能になる。

次に、ステップＳ２５では、プロセスコントローラ６０によりプラズマ処理が終了しているか否かが判断される。例えば、第１の高周波電源４０および第２の高周波電源４３が「オン」（入）のときは、プラズマ処理を終了しない（Ｎｏ）と判断し、「オフ」（切）のときは、プラズマ処理終了（Ｙｅｓ）と判断する。そして、ステップＳ２５でプラズマ処理終了（Ｙｅｓ）と判断された場合には、ステップＳ２６で直流電源１６をオフ（切）にする。

一方、ステップＳ２２でプラズマシースＰｓに変位なし（Ｎｏ）と判断された場合には、ステップＳ２１に戻り、再びプラズマシースＰｓの端部の位置検出が行なわれる。

また、ステップＳ２５でプラズマ処理を終了しない（Ｎｏ）と判断された場合にも、ステップＳ２１に戻り、再びプラズマシースＰｓの端部の位置検出が行なわれる。このように、プラズマエッチング装置１においてプラズマ処理が行なわれている間（つまり、プラズマＰが励起している間）は、図７に示す処理手順が繰り返し実行され、その間にプラズマシースＰｓの変位が生じた場合には、直流電源１６から適切な電圧量をフォーカスリング１５へ印加してプラズマシースＰｓの形状を調節し、エッチング形状に悪影響が生じないように制御が行なわれる。

次に図９は、本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理方法における処理手順の一例を示すフロー図である。本実施形態では、プラズマエッチング処理における処理結果であるエッチング形状を元に、必要に応じてフォーカスリング１５に電圧を印加するようにした。
まず、プラズマエッチング装置１を使用して前述の工程により第１枚目のウエハＷに対してプラズマエッチング処理を実施する。その後、第１枚目のウエハＷについて、エッチング形状（例えばホールの側壁角度）を計測する。前記のように、フォーカスリング１５の消耗によってプラズマシースＰｓに歪みが生じ、イオンなどのエッチャントの入射角度が変化した場合（図３参照）には、例えばウエハＷの周縁部においてホールなどが斜めに形成される。従って、例えばウエハＷの表面に垂直な方向に対するホール側壁の角度を電子顕微鏡写真などに基づき計測することによって、プラズマシースＰｓの変位（歪み）の存在を推測できる。

そして、エッチング形状に基づき、プラズマシースＰｓに変位があると推測された場合には、図９に示すように、その形状の程度に応じてフォーカスリング１５へ印加される電圧が決定される。この際、ホールなどのエッチング形状の変化とそれを改善するためにフォーカスリング１５へ印加する電圧との関係は、予め実験的に対応付けておくことができる。

そして、印加電圧を決定した後、決定された電圧をフォーカスリング１５へ印加して第２枚目のウエハＷへのプラズマエッチング処理を実施する。このように第２枚目のウエハＷへのプラズマエッチング処理では、第１枚目のウエハＷへのプラズマエッチングの処理結果に基づく電圧をフォーカスリング１５へ印加することによって、プラズマシースＰｓの歪みが是正されるため、エッチング形状のウエハＷにおける面内均一性を改善することができる。なお、言うまでもなく１枚目のウエハＷのエッチング形状に問題が無ければフォーカスリング１５への電圧印加は不要である。

このようにして、第２枚目、第３枚目・・・第ｎ−１枚目、第ｎ枚目のウエハＷに対して順次プラズマエッチング処理を実施する際に、それに先立つプラズマエッチング処理の結果をフィードバックしてフォーカスリング１５へ印加する電圧量を決定する。そして、後の処理で所定の電圧をフォーカスリング１５へ印加することによって、エッチング形状の面内均一性を確保したプラズマエッチング処理を実施することができる。ここで、プラズマエッチング処理の結果（エッチング形状）の計測と印加電圧の決定は、一枚のウエハＷを処理する毎に実施してもよく、所定の枚数毎に実施してもよい。例えば、図９では第２枚目のウエハＷへのプラズマエッチング処理と第ｎ枚目のウエハＷへのプラズマエッチング処理は、フォーカスリング１５へ電圧を印加して実施し、第ｎ−１枚目のウエハＷへのプラズマエッチング処理は、フォーカスリング１５へ電圧を印加せずに実施する内容になっている。

このように、第３実施形態では、エッチング結果を元に、後のエッチングにおいてフォーカスリング１５へ印加する電圧を決定することによって、プラズマシースＰｓの形状変化に伴うウエハＷの周縁部でイオンの入射角度の乱れを是正している。これにより、ウエハ面内におけるエッチング形状の均一性を向上させ、半導体装置の歩留りを改善することが可能になる。また、フォーカスリング１５の消耗がある程度進んでも、そこに印加する電圧量を調節することによってエッチング形状への影響を回避できるので、フォーカスリング１５の交換頻度を低減することが可能になり、交換に伴うプラズマエッチング装置１のダウンタイムや部品コストの削減が可能になる。

以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では上部電極２１と下部電極としてのサセプタ５にそれぞれ高周波電力を印加する容量結合型の平行平板型プラズマエッチング装置を用いたが、例えば下部電極のみに高周波電力を印加するプラズマエッチング装置を使用してもよい。さらに、プラズマエッチング装置の形式は問わず、例えば誘導結合型、マイクロ波型等の種々の形式のプラズマエッチング装置を用いることができる。

また、上記実施形態では、プラズマエッチング処理においてエッチング形状のウエハＷ面内均一性を改善する場合を例に挙げたが、処理内容はエッチングに限らず、ウエハＷの周囲に配備される外周部材（例えばクランプリング）へ電圧を印加することによって処理結果を改善できるプロセスであれば、成膜処理などの他のプラズマ処理にも適用できる。

本発明方法の実施に好適なプラズマエッチング装置の概要を示す図面。 消耗していないフォーカスリングを使用した場合のプラズマシースの状態を模式的に示す図面。 消耗しているフォーカスリングを使用した場合のプラズマシースの状態を模式的に示す図面。 消耗しているフォーカスリングに電圧を印加した場合のプラズマシースの状態を模式的に示す図面。 第１実施形態のプラズマ処理における電圧印加手順の一例を示すフロー図。 第１実施形態のプラズマ処理に使用するテーブルを示す図面。 第２実施形態のプラズマ処理における電圧印加手順の一例を示すフロー図。 第２実施形態のプラズマ処理に使用するテーブルを示す図面。 第３実施形態のプラズマ処理の概要を説明する図面。

符号の説明

１；プラズマエッチング装置
２；チャンバー
３；絶縁板
４；サセプタ支持台４
５；サセプタ
１１；静電チャック
１２；電極
１５；フォーカスリング
１６；直流電源
５０；モニター
６０；プロセスコントローラ
６１；ユーザーインターフェース
６２；記憶部

Claims (10)

1. 処理容器内に被処理体を載置する載置台を配置し、その周囲にフォーカスリングを配置して、前記載置台に被処理体を載置した状態で、前記処理容器内にプラズマを生成して被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
   前記プラズマ処理を繰り返すことにより前記フォーカスリングが消耗した場合に、前記フォーカスリングにその消耗度に応じて直流電圧を印加し、これにより前記フォーカスリング上の電界を変化させて前記フォーカスリング上のプラズマシースの厚みを調節し、前記フォーカスリングの消耗度に対応して生じるプラズマシースの歪みを低減させて、プラズマ処理を均一化する、プラズマ処理方法。
2. 前記フォーカスリングの消耗度を該フォーカスリングの累積使用時間に基づき推算する、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
3. 前記フォーカスリングに印加される直流電圧は、前記フォーカスリングの消耗度と前記フォーカスリングの上方の電界の変化との対応関係に基づき予め決定されたものである、請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理方法。
4. 前記フォーカスリングへの直流電圧は、既に実施されたプラズマ処理結果に基づき決定される、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
5. 前記フォーカスリングの上方の電界の変化を検知し、該検知結果に基づき、前記フォーカスリングに所定の直流電圧を印加してプラズマ処理を行なう、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
6. 前記フォーカスリングに直流電圧を印加することにより、被処理体の上方のプラズマシース厚より、前記フォーカスリングの上方のプラズマシース厚を厚くする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
7. 前記プラズマ処理がドライエッチングであり、前記フォーカスリングに印加される直流電圧により、被処理体においてその中央部のエッチング形状とその周縁部のエッチング形状との差を抑制する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
8. 前記フォーカスリングに印加される直流電圧を１０〜５００Ｖの範囲で制御する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
9. コンピュータ上で動作するプラズマ処理装置を制御するための制御プログラムであって、実行時に、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載されたプラズマ処理方法が行なわれるように、コンピュータに前記プラズマ処理装置を制御させる、制御プログラム。
10. コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するための制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取り可能な記憶媒体であって、
    前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載されたプラズマ処理方法が行なわれるように、コンピュータに前記プラズマ処理装置を制御させる、コンピュータ読取り可能な記憶媒体。

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