(57)【要約】【課題】被加工試料端部でのイオンシースの歪みに伴う加工特性劣化抑制または抑制条件の維持を可能とし、ウエハ端部での良品取得率を向上させ歩留まり向上を可能とする。【解決手段】プラズマ処理装置において、フォーカスリング９の内周部近辺に微細孔１０を設け、該微細孔１０底部に電流検出手段１１を配置し、フォーカスリング９に高周波電力分配手段１６介して高周波電力を供給してフォーカスリング９に印加する高周波電力量に応じて変化する電流検出手段１１での検出電流量からイオンシース１８の歪み具合を検出し、さらにそれを補正するようにフォーカスリング９に印加する高周波電力量を制御部２１で判断し制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気手段を有する真空容器内で原料ガスをプラズマ化し、該プラズマにより前記真空容器内に収容される被加工試料の表面処理を行うプラズマ処理装置において、
前記被加工試料を載置する手段と、
前記被加工試料に高周波電圧を印加する手段と、
前記被加工試料の周辺に前記被加工試料と同心円状に配置される環状導体部材と、
該環状導体部材に高周波電圧を印加する手段と、
前記環状導体部材の前記被加工試料に近接する部分に設けた微細孔を介して流入する電流を検出する電流検出手段とを有する、
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記微細孔が、前記被加工試料の周辺となる位置に複数個配置され、複数の前記電流検出手段を有する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
真空排気手段を有する真空容器内で原料ガスをプラズマ化し、該プラズマにより前記真空容器内に収容される被加工試料の表面処理を行うプラズマ処理装置において、
前記被加工試料を載置する手段と、
前記被加工試料に高周波電圧を印加する手段と、
前記被加工試料の周辺に前記被加工試料と同心円状に配置される環状導体部材と、
該環状導体部材に高周波電圧を印加する手段と、
前記環状導体部材の前記被加工試料に近接する部分に設けた微細孔を介して流入する電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段での検出結果に応じて前記環状導体部材に印加する高周波電圧を制御する制御部を有する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項３記載のプラズマ処理装置において、
前記制御部は、該電流検出手段で検出される電流量が常に最大値付近となるように前記環状導体部材に印加する高周波電圧を制御する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項３記載のプラズマ処理装置において、
前記電流検出手段を複数個設け、
前記制御部は、該複数個の電流検出手段にて検出される電流量を統計的に判断し、前記環状導体部材に印加する高周波電圧を制御する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１または請求項３に記載のプラズマ処理装置において、
前記環状導体部材に施す微細孔中心位置が、前記被加工試料を載置した際、被加工試料端部から１０ｍｍ以内である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１または請求項３に記載のプラズマ処理装置において、
前記環状導体部材に施す微細孔の孔径が０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、かつ微細孔表面から電流検出手段までの距離に相当する該微細孔の深さが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であって、これらのアスペクト比を５〜５０とした
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項３記載のプラズマ処理装置において、
前記環状導体部材に印加する高周波電圧を前記被加工試料に印加する高周波電源の出力から可変容量コンデンサを介して分岐接続し、該コンデンサの容量を変化させることで該環状導体部材に印加する高周波電圧を制御する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスを製造する半導体製造装置に関する。特に本発明は、プラズマを用いて、レジスト材料等で形成されたマスクパタン形状どおりにシリコンやシリコン酸化膜等の半導体材料をエッチングするドライエッチング技術を用いたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライエッチングは、真空排気手段を有する真空容器内に原料ガスを導入し、該原料ガスを電磁波によりプラズマ化して被加工試料にさらすことで被加工試料表面のマスク部以外をエッチングして所望の形状を得る半導体微細加工方法である。被加工試料であるシリコンウエハには、プラズマ生成とは別の高周波電圧が印加され、該高周波電圧により、プラズマからイオンを加速して被加工試料面に入射させることでエッチング効率向上と加工形状の垂直性を得ている。
【０００３】
エッチングの量産性向上には、被加工試料であるウエハ全面がデバイスとして利用できることが望まれる。特にウエハエッジ部までデバイスが機能するような精度で加工できることが要求される。現状では、ウエハ端部から３〜１０ｍｍ程度の範囲まで他の部分と同様な精度でデバイス形成できることが要求されている。この要求は益々厳しくなり今後ウエハ端部から１〜３ｍｍ程度の範囲でも高精度に加工する技術が要求されるようになる。
【０００４】
ドライエッチングに於いてこの要求に対応するためには、ウエハエッジ部における電界分布の制御が必要となる。ウエハエッジ部では高周波電圧の電界集中により、ウエハ上に形成されるプラズマシースの厚みに歪が発生し、ウエハ面に垂直にイオンが入射できなくなる現象が生じる。この結果、ウエハエッジ部ではウエハ面に対して垂直に加工したい形状がプラズマシースの方向に歪んだ形状となるチルティングと呼ばれる現象により、ウエハエッジ部で必要な加工精度が維持できなくなる。現状では、ウエハ周辺部に配置される環状のフォーカスリングと呼ばれる部材により、ウエハエッジ部での電界集中を緩和する等の措置がなされている。しかし、本従来手法では、フォーカスリングの消耗に伴う経時的な形状変化やプラズマ処理条件の違いに伴う差により、チルティングの度合いが変化し、長期的な安定性や異なる条件毎のウエハエッジ部加工特性維持が困難である課題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、前記「背景技術」で述べたウエハエッジで生じる加工特性の劣化を抑制し、ウエハ端部まで良好なエッチング形状を実現するプラズマエッチング装置を提供することにある。本発明では、ウエハエッジ部でのプラズマシースの歪みの検出とその検出値を参照してウエハエッジ部の加工特性を常に最適な状態に保つ手段を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ウエハ周辺に配置される環状導体部材であるフォーカスリングに供給される高周波電力量を制御する高周波電力制御手段、前記フォーカスリングは下部電極に載置されたウエハの端部に近い箇所に垂直方向の微細孔を有しており、該微細孔の底部に電流（イオン）を検出する手段を配置し、該微細孔を介して検出される電流値に従って、該フォーカスリングに供給される高周波電力量の制御を行う。
【発明の効果】
【０００７】
ウエハ周辺部に配置されるフォーカスリングに施した微細孔には、プラズマシースで加速されたイオンが入射し、孔底に配置される電流検出手段にて電流として検出される。微細孔に入射し、孔底に配置される電流検出手段まで到達できるイオンの量は、フォーカスリング上部のプラズマシース構造によって変化する。つまりウエハ端部の影響により、プラズマシースが歪んでいる場合は微細孔に対して斜めにイオンが入射することから、微細孔の底部に設けた電流検出手段での電流検出量が減少する。また、ウエハ周辺部のプラズマシース構造は、フォーカスリングとウエハに印加するイオン加速用の高周波電力の高周波電力比率にて変化する。よって、前記電流検出手段にて検出されるイオン電流をモニタしながらフォーカスリングとウエハに印加する高周波電力比率を制御することで、ウエハ端部に生じるプラズマシース構造を常に同じ状態に保つことが可能になる。
【０００８】
例えば、フォーカスリングの消耗により生じるプラズマシースの歪みを前記電流検出手段にてモニタし、その量に従ってフォーカスリングへの高周波電力量を制御することによりフォーカスリングとウエハに印加する高周波電力比率を制御することで、ウエハ端部で生じるプラズマシースの歪みに伴うチルティングの影響を最小限に抑制することが可能となり、長時間にわたってウエハ端部の加工特性維持が可能となる。
【０００９】
また、上記説明では、本発明をフォーカスリングの消耗に伴う経時変化の抑制に適用した場合における効果を概略で説明したが、加工対象や加工条件が異なる場合におけるウエハ端部での加工特性を最適化するのにも用いることが可能である。これにより、広範な加工対象や加工条件でも常にウエハ端部を高精度に加工できる条件に容易に最適化すること可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
［実施例１］本発明の第１の実施例を、図１を用いて説明する。図１はプラズマ処理装置における被加工試料であるシリコンウエハ１を搭置する下部電極２のウエハ端部拡大図である。本発明にかかるプラズマ処理装置において、シリコンウエハ１は静電吸着用絶縁膜３を介して下部電極２に吸着されている。また静電吸着力は直流電源４により制御される。下部電極２は冷媒流路５に流れる液体または気体冷媒により冷却されている。下部電極２にはウエハにイオンを引き込むための高周波電圧が高周波電源６より整合回路７およびブロッキングコンデンサ８を介して供給されている。
【００１１】
シリコンウエハ１の周辺には、環状の導体部材、例えば、シリコンで形成されたフォーカスリング９がシリコンウエハと同心円状に配置される。フォーカスリング９の内周部近辺のシリコンウエハ１の端部に近接する位置には、フォーカスリング表面に対して垂直方向の微細孔１０が形成されており、さらに微細孔１０の底部には例えばファラデーカップを用いた電流検出手段１１が配置されている。またフォーカスリング９はフォーカスリング用下部電極１２上に静電吸着用絶縁膜１３を介して静電吸着されている。またフォーカスリング９およびフォーカスリング用下部電極１２は、シリコンウエハ１および下部電極２とは絶縁材１４、１５にて直流電気的に隔絶されている。フォーカスリング９およびフォーカスリング用下部電極１２には、高周波電力分配手段１６である可変コンデンサを介して高周波電力が供給される。高周波電力分配手段１６により、フォーカスリング９に供給される高周波電力量を制御することが可能となっている。
【００１２】
さらに、本発明にかかるプラズマ処理装置は、電流電圧変換手段２０、制御部２１、低域通過フィルタ２２、絶縁カバー２３を備えている。図１において、シリコンウエハ１とプラズマ１７との間にはイオンシース１８が形成され、イオン１９は高周波電圧によってシリコンウエハ１およびフォーカスリング９に引き込まれる。フォーカスリング９の微細孔１０内に引き込まれたイオン（電流）は、電流検出手段１１にて、電流の強さとして検出される。
【００１３】
次に、図１に示したプラズマ処理装置の動作を説明する。図２（ａ）〜図２（ｃ）にプラズマ１７が生成されている場合のシリコンウエハ１およびフォーカスリング９表面のイオンシース１８の状態を示す。プラズマ１７中にて、シリコンウエハ１およびフォーカスリング９に高周波電圧を印加すると、プラズマ電位に対してシリコンウエハおよびフォーカスリングは負に帯電し、プラズマ１７とそれぞれの間に電位差が形成され、その電位差に伴いイオンシース１８が形成される。このイオンシース１８の厚さは、プラズマ１７とシリコンウエハ１およびフォーカスリング９との電位差で決まり、またこの電位差はそれぞれに印加される高周波電圧によって決まる。
【００１４】
図２（ａ）に示すイオンシース１８の状態は、フォーカスリング９に印加される高周波電圧がシリコンウエハ１に印加されるそれよりも相対的に高い状態、またはフォーカスリング９の高さがシリコンウエハ１の高さよりも高い状態等の場合に発生する。
【００１５】
また、図２（ｃ）に示すイオンシース１８の状態は、図２（ａ）の場合とは逆にフォーカスリング９に印加される高周波電圧がシリコンウエハ１に印加されるそれに比べて相対的に低い場合、あるいはフォーカスリング９の高さがシリコンウエハ１の高さに比べて低い場合等に発生する。
【００１６】
図２（ｂ）に示すイオンシース１８の状態は、図２（ａ）および図２（ｃ）の状態の中間であり、フォーカスリング９とシリコンウエハ１上に形成されるイオンシース厚さがほぼ等しい場合を示す。
【００１７】
図２（ａ）および図２（ｃ）の場合には、シリコンウエハ１端部でのイオンシース１８の歪みにより、イオンシース１８内で加速されるイオン１９の軌道がシリコンウエハ１面に垂直でなく、斜め方向となってしまう。このイオン１９の斜め入射によりシリコンウエハ端部の加工形状はイオン１９の入射方向を反映した形状となり、正常な加工が困難となり、半導体デバイス製造における歩留まりに影響する。
【００１８】
本発明では、このイオンシース１８の歪み具合をモニタし、かつ歪み量に応じてフォーカスリング９に印加される高周波電圧を制御し、シリコンウエハ端部に入射するイオンの状態モニタとその補正を行うことを目的としている。
【００１９】
まず、イオンシース１８の歪具合のモニタ方法について説明する。フォーカスリング９のシリコンウエハ１端部近傍に施した微細孔１０には、イオンシースで加速されたイオン１９が入射し、微細孔１０底部に配置される電流検出手段１１で検出される。この時、イオンシース１８の構造が、図２（ａ）または図２（ｃ）のように歪んでいる場合、イオン１９は微細孔１０に斜めに入射するため、底部に配置された電流検出手段１１に到達する割合が減少する。一方、図２（ｂ）に示すフラットなイオンシース１８の状態では、イオン１９は微細孔１０に垂直に入射するため、電流検出手段１１で検出される電流量は最大となる。
【００２０】
電流検出手段１１で検出される電流量と、フォーカスリング９に印加する高周波電圧の関係を図３に模式的に示す。本実施例では、フォーカスリング９に印加する高周波電圧を図１に示す可変コンデンサによる高周波電力分配手段１６により制御可能である。図３に示すように、フォーカスリング９に印加される高周波電力を高周波電力分配手段１６で調整し、電流検出手段１１で検出される電流の相対的ピーク位置を探索することで、イオンシース１８の歪みが最小な状態を見つけることができる。この機能により、プロセス条件毎に最適なフォーカスリング１８に印加する高周波電力を決定することが可能となる
【００２１】
また先にも記したように、このシリコンウエハ１端部で発生するイオンシース１８の歪みは、フォーカスリング９とシリコンウエハ１の相対的電位状態や高さにより変わる。よってフォーカスリング９の消耗等による形状変化でもその影響を受け、シリコンウエハ１端部での歩留まりに経時的な変化を生じることとなる。よって、前項ではプロセス条件に伴うイオンシース１８の歪みを最適化する方法についてのべたが、長期的なシリコンウエハ端部でのエッチング特性保持にはフォーカスリング９の消耗に伴う補正が必要となる。フォーカスリング９が消耗することによりフォーカスリング９のシリコンウエハ１に対する高さが相対的に低くなり、イオンシース１８は図２（ｂ）の状態から図２（ｃ）状態に変化する。この変化を前項と同様に微細孔１０を介して電流検出手段１１でイオン電流の変化として検出する。この電流値を電流電圧変換器およびＡ／Ｄ変換器２０を介して、制御部２１に送り、フォーカスリング９に印加する高周波電力量を自動制御する。この自動制御では、図３に示す曲線を制御部にて判断し、常に電流検出部で検出される電流が最大となる状態を維持することによって、経時的なイオンシース１８の歪みに伴うシリコンウエハ１端部の加工特性劣化を最小限に抑制できる。また同時に、図３に示す曲線の具合からフォーカスリング９の使用限界検知し、交換を促すことも可能である。
【００２２】
本発明におけるフォーカスリング９に形成する微細孔１０の位置は、シリコンウエハ１端部に近接するほど、シリコンウエハ端部でのイオンシース歪みに伴うチルティングの影響を正確にモニタが可能となる。よって、シリコンウエハ１を載置した際、該微細孔１０の中心位置をシリコンウエハ１端部から１０ｍｍ以内の位置に形成することが望ましい。また微細孔１０の径と深さの比（アスペクト比）は高いほどイオン軌道の歪み具合の検出感度が高まる。なぜならばイオン１９が微細孔１０を介して電流検出手段１１に到達するためには微細孔１０に対して垂直に入射しなくてはならず、微細孔１０のアスペクトが高いほどわずかなイオン入射角度の変化で微細孔側壁に衝突し、電流検出手段１１まで到達できなるからである。しかし、アスペクト比が高すぎると検出する電流量も小さくなるため、感度が得にくくなる。よって、微細孔１０の孔径は０．１ｍｍ以上から２ｍｍ以内とし、またその際の微細孔１０の深さは１ｍｍ以上２０ｍｍとする。そして、これらのアスペクト比を５〜５０の間に設定することが望ましい。この孔径０．１ｍｍ〜２ｍｍおよび深さ１ｍｍ〜２０ｍｍの微細孔を用いることで、必要な電流感度とチルティング量検出の両立を図ることができる。
【００２３】
図１の実施の形態では、フォーカスリング９に形成する微細孔１０および電流検出手段１１が１組のみ記載されているが、１組以上の複数個を被加工試料であるシリコンウエハ１の周囲に配置し、複数箇所の電流検出結果からチルティングの度合いを評価することでその精度が向上する。例えば複数箇所の電流検出結果において、図３に示す電流最大値を示す状態を表す電流検出手段１１の数が最大となる状態にフォーカスリング９に印加する高周波電圧を制御することにより、制御精度を高めることができる。１箇所のみの検出結果で制御を行なうと検出手段の異常やウエハ位置の微妙なずれ等による影響で誤った判断を行なう確立が高くなる。よって複数箇所にシリコンウエハ１の円周方向に複数個の微細孔１０と電流検出手段１１からなる検出器を配置し、それらの検出結果を統計的に判断すると精度維持に効果的である。勿論シリコンウエハ１の位置精度等が十分ある場合には、１箇所の電流検出結果で判断しても同様な効果があることは言うまでもない。
【００２４】
図１は本発明の基本的な構成部分のみの説明図であるが、エッチング装置全体としての説明図を図４に示す。図４の実施例では、プラズマ処理装置は、上部電極２５にプラズマ生成用高周波電源２６により供給される２００ＭＨｚの高周波と電磁コイル２９による磁場の相互作用にて、真空容器２７内の上部電極２５とシリコンウエハ１間に原料ガスのプラズマを形成する。原料ガスは上部電極２５のシリコンウエハ１側に配置されるシャワープレート２８から真空容器２７内に供給される。シリコンウエハ１には、高周波電源６により４ＭＨｚの高周波電圧が印加される。またフォーカスリング９には、高周波電力分配手段１６として配置される可変コンデンサを介して高周波電源６から分岐して同様の４ＭＨｚの高周波電圧が印加される構造となっている。その他の構造は、図１に示した構造と同様であり、同じ構成部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
上部電極２５には、先に述べたプラズマ生成用高周波電源２６に加えて、位相および電力制御部３０およびフィルタ３３を介して、シリコンウエハ１と同様な４ＭＨｚの高周波電圧が重畳して印加されている。上部電極２５に印加する４ＭＨｚの高周波電圧は、シリコンウエハ１に印加され４ＭＨｚ電磁波に対して、位相が１８０°異なるように、位相および電力制御部３０にて制御される。また、上部電極２５に印加される４ＭＨｚ電磁波の電力も位相および電力制御部３０にてシリコンウエハ１およびフォーカスリング９に印加される４ＭＨｚ電磁波とは独立に制御されている。上部電極２５および下部電極２は、それぞれに温度制御手段３１、３２により供給される液体冷媒により温度制御されている。
【００２６】
次に、図４のプラズマ処理装置の動作を説明する。シリコンウエハ１およびフォーカスリング９は、上部電極２６に供給されるプラズマ生成用高周波電源２６からの２００ＭＨｚの高周波電力で形成されるプラズマにさらされる。このとき、シリコンウエハ１およびフォーカスリング９に高周波電源６から供給される４ＭＨｚの高周波電圧を印加することで、イオンシース内の電界強度が高まりイオンを加速してシリコンウエハ１およびフォーカスリング９に照射することができる。このとき、フォーカスリング９に印加される４ＭＨｚの高周波電力量を高周波電力分配手段１６である可変コンデンサにより制御することでフォーカスリング９上のイオンシース幅をシリコンウエハ１上のそれと独立に制御することが可能となる。この制御は、微細孔１０を介して電流検出手段１１で検出されるイオン電流値を制御部２１で判断することにより行なわれる。
【００２７】
先の図１で説明したように、図２（ａ）〜図２（ｃ）で示したイオンシースの状態でイオン電流量は図３のように変化する。このエッチング条件毎にイオン電流量が図３で示すピーク位置にくるようフォーカスリング９への高周波電力量を高周波電力分配手段１６で設定することで、シリコンウエハエッジでの形状が良好に保たれ歩留まりが向上する。この電流検出手段１１で検出されるイオン電流の最大値を判定する際、１個の電流検出手段１１の結果で判断するのではなく、シリコンウエハ１の周辺に複数個配置された微細孔１０および電流検出手段１１の結果を総合的に判断することでより確実なフォーカスリング９への電力分配比設定が可能である。
【００２８】
また、前記は、フォーカスリング９への印加高周波電力量を条件毎に固定とする場合の実施例であるが、フォーカスリング９の消耗等により固定電力分配量では経時的にシリコンウエハ周辺部の加工特性が変化する場合がある。この場合は、制御部２１にて電流検出手段１１に入射する電流量を連続的に観測しながら、図３で示すピーク位置を維持するようにフォーカスリング９への電力分配量を高周波電力分配手段１６で制御することで、エッジ部の加工特性がある程度維持される。その結果フォーカスリング９の寿命を長く保つことが可能となり、加工特性の維持に加え消耗コストの抑制も可能となる。
【００２９】
図１および図４の実施例では、図３に示すイオン電流のピーク位置にフォーカスリング９への高周波電力分配量を制御する場合を説明したが、必ずしもピーク位置のみが最良とは限らない。ある幅を持った所定値以内で良い場合もありうるので、その際はその値に合わせるよう制御することは言うまでもない。
【００３０】
図１および図４の実施例ではプラズマ生成用周波数に２００ＭＨｚの電磁波を用いているが、同様の形態または磁場を用いない同様の形態にて１３ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの電磁波にてプラズマを生成する場合においても同様な効果があることは言うまでもない。また放電形態として、マイクロ波帯の電磁波と磁場を用いる電子サイクロトロン共鳴方式やラジオ波領域を用いる誘導結合方式のプラズマ生成においても半発明の効果は同様であることは言うまでもない。
【００３１】
図１および図４の実施例では、シリコンウエハ１およびフォーカスリング９に印加する高周波電圧が４ＭＨｚであるが、４００ｋＨｚ以上２７ＭＨｚ以下の高周波電圧でも、本発明による効果は同様である。また、図１および図４の実施例ではフォーカスリング９への高周波電力の制御を、シリコンウエハ１に供給する高周波電源からの分岐により行なっているが、フォーカスリング９とシリコンウエハ１にそれぞれ別な電源を用いることでも同様な効果が得られることは言うまでもない。しかし、その際は、電源が２式必要になりコスト増になる点と、シリコンウエハ１とフォーカスリング９間に位相差に伴う電界が作用し、シリコンウエハ１とフォーカスリング９間で異常放電を起こす場合がありうる。この位相差に伴うシリコンウエハ１とフォーカスリング９間の異常放電を抑制するために、独立電源で制御する場合には位相制御を行なう必要がでてくる場合がある。またシリコンウエハ１が設置される下部電極１２とフォーカスリング９は、近接して配置されるため、寄生容量によりある程度高周波的に結合している。この傾向は周波数が高いほど強まるため、別電源で操作してもお互いの電源同士の干渉により制御が困難となる。よって、シリコンウエハ１とフォーカスリング９に印加する高周波電圧の周波数が１ＭＨｚ以上の場合では、図１および図４に示す単一電源の出力を分岐し制御する方が容易である。
【００３２】
図５に図１に示した実施例とは別の実施の形態を示す。図５の実施例では、角度の異なる微細孔１０をフォーカスリング９の周方向に複数個配置し、それぞれに電流検出手段１１，３５，３６を配置した形態である。図５の実施例では、フォーカスリングの水平面に対して垂直な孔に対応する電流検出手段１１の他に、該フォーカスリングの水平面に垂直な孔に対して±２０度の角度で形成された孔からの電流を検出する電流検出手段３５、３６を配置した。図１の実施例では、イオンの入射角度を推定するのにフォーカスリング９に印加する電圧を変化させ、図３に示す電圧電流特性を取得する必要があったが、図５の実施の形態ではフォーカスリングに印加する電圧を変化させることなく、それぞれの電流検出手段で検出される電流比からイオンの入射角度およびその経時変化をリアルタイムで推定できる特徴がある。
【００３３】
本発明は、半導体装置の製造装置、特にリソグラフィー技術によって描かれたパタンをマスクに半導体材料のエッチング処理を行うプラズマエッチング装置に関する。本発明により、被加工試料であるシリコンウエハ端部での加工特性を最適化することが容易となり、またフォーカスリングの消耗等経時的シリコンウエハ端部の加工特性変化の抑制が可能となる。以上の本発明の効果により、シリコンウエハ端部での良品取得率が高まり、エッチング装置の歩留まり向上やフォーカスリングの長期使用が可能となることから消耗品コストの抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例１における基本構成図。
【図２】本発明におけるイオンシースの状態説明図。
【図３】本発明における電流検出でイオンシース構造の歪みを検出する原理の説明図。
【図４】本発明を搭載したエッチング装置全体の説明図。
【図５】本発明の実施の形態２の構成図。
【符号の説明】
【００３５】
１…シリコンウエハ、２…下部電極、３…静電吸着用絶縁膜、４…直流電源、５…冷媒流路、６…高周波電源、７…整合回路、８…ブロッキングコンデンサ、９…フォーカスリング、１０…微細孔、１１…電流検出手段、１２…フォーカスリング用下部電極、１３…静電吸着用絶縁膜、１４…絶縁材、１５…絶縁材、１６…高周波電力分配手段、１７…プラズマ、１８…イオンシース、１９…イオン、２０…電流電圧変換器およびＡ／Ｄ変換器、２１…制御部、２２…低域通過フィルタ、２３…絶縁カバー、２４…アース電位導体板、２５…上部電極、２６…プラズマ生成用高周波電源、２７…真空容器、２８…シャワープレート、２９…電磁コイル、３０…位相および電力制御部、３１…上部電極温度制御手段、３２…下部電極温度制御手段、３３…フィルタ、３４…放電用高周波電力用整合器、３５…＋２０度の傾きを持つ微細孔に対応した電流検出手段、３６…−２０度の傾きを持つ微細孔に対応した電流検出手段
【図１】
2010021404.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年10月8日(2008.10.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
さらに、本発明にかかるプラズマ処理装置は、電流電圧変換器およびＡ／Ｄ変換器２０、制御部２１、低域通過フィルタ２２、絶縁カバー２３を備えている。図１において、シリコンウエハ１とプラズマ１７との間にはイオンシース１８が形成され、イオン１９は高周波電圧によってシリコンウエハ１およびフォーカスリング９に引き込まれる。フォーカスリング９の微細孔１０内に引き込まれたイオン（電流）は、電流検出手段１１にて、電流の強さとして検出される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
電流検出手段１１で検出される電流量と、フォーカスリング９に印加する高周波電圧の関係を図３に模式的に示す。本実施例では、フォーカスリング９に印加する高周波電圧を図１に示す可変コンデンサによる高周波電力分配手段１６により制御可能である。図３に示すように、フォーカスリング９に印加される高周波電力を高周波電力分配手段１６で調整し、電流検出手段１１で検出される電流の相対的ピーク位置を探索することで、イオンシース１８の歪みが最小な状態を見つけることができる。この機能により、プロセス条件毎に最適なフォーカスリング９に印加する高周波電力を決定することが可能となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明におけるフォーカスリング９に形成する微細孔１０の位置は、シリコンウエハ１端部に近接するほど、シリコンウエハ端部でのイオンシース歪みに伴うチルティングの影響を正確にモニタが可能となる。よって、シリコンウエハ１を載置した際、該微細孔１０の中心位置をシリコンウエハ１端部から１０ｍｍ以内の位置に形成することが望ましい。また微細孔１０の径と深さの比（アスペクト比）は高いほどイオン軌道の歪み具合の検出感度が高まる。なぜならばイオン１９が微細孔１０を介して電流検出手段１１に到達するためには微細孔１０に対して垂直に入射しなくてはならず、微細孔１０のアスペクトが高いほどわずかなイオン入射角度の変化で微細孔側壁に衝突し、電流検出手段１１まで到達できなるからである。しかし、アスペクト比が高すぎると検出する電流量も小さくなるため、感度が得にくくなる。よって、微細孔１０の孔径は０．１ｍｍ以上から２ｍｍ以内とし、またその際の微細孔１０の深さは１ｍｍ以上２０ｍｍ以内とする。そして、これらのアスペクト比を５〜５０の間に設定することが望ましい。この孔径０．１ｍｍ〜２ｍｍおよび深さ１ｍｍ〜２０ｍｍの微細孔を用いることで、必要な電流感度とチルティング量検出の両立を図ることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
次に、図４のプラズマ処理装置の動作を説明する。シリコンウエハ１およびフォーカスリング９は、上部電極２５に供給されるプラズマ生成用高周波電源２６からの２００ＭＨｚの高周波電力で形成されるプラズマにさらされる。このとき、シリコンウエハ１およびフォーカスリング９に高周波電源６から供給される４ＭＨｚの高周波電圧を印加することで、イオンシース内の電界強度が高まりイオンを加速してシリコンウエハ１およびフォーカスリング９に照射することができる。このとき、フォーカスリング９に印加される４ＭＨｚの高周波電力量を高周波電力分配手段１６である可変コンデンサにより制御することでフォーカスリング９上のイオンシース幅をシリコンウエハ１上のそれと独立に制御することが可能となる。この制御は、微細孔１０を介して電流検出手段１１で検出されるイオン電流値を制御部２１で判断することにより行なわれる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
【図１】本発明の実施例１における基本構成図。
【図２】本発明におけるイオンシースの状態説明図。
【図３】本発明における電流検出手段でイオンシース構造の歪みを検出する原理の説明図。
【図４】本発明を搭載したエッチング装置全体の説明図。
【図５】本発明の実施の形態２の構成図。