(57)【要約】【課題】ウエハ処理に従い消耗するフォーカスリング厚さを監視する。【解決手段】真空容器１と、被加工試料設置手段５と高周波電力導入手段４と高周波バイアス電力導入手段７を有し、真空容器１内に導入されたガスを高周波電力導入手段４から導入された高周波電力でプラズマ化したプラズマにより被加工試料６の表面処理を行うプラズマ処理装置であって、被加工試料設置手段５上に載置された被加工試料６の周囲に円環状部材１１を備え、真空容器１側壁に対向してアスペクト比が３以上の一対の筒を設け、それぞれの筒はその先端をガラス材により真空に封じられ、それぞれの筒はガラス材の大気側に真空容器内に向けて配置された光源１５または真空容器内に向けて配置された受光手段１６を有しており、円環状部材１１表面を通過してきた光を受光手段１６にて受光する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気手段により真空排気されている真空容器と該真空容器に原料ガスを導入するためのガス導入手段と被加工試料設置手段と高周波電力導入手段と高周波バイアス電力導入手段を有し、前記ガス導入手段により前記真空容器内に導入されたガスを前記高周波電力導入手段から導入された高周波電力でプラズマ化し、該プラズマにより前記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、
前記被加工試料設置手段上に載置された被加工試料の周囲に円環状部材を備え、
さらに前記真空容器側壁に対向してアスペクト比が３以上の一対の筒を設け、
それぞれの筒はその先端をガラス材により真空に封じられ、
それぞれの筒は前記ガラス材の大気側に前記真空容器内に向けて配置された光源または該光源からの直接光を受光するための前記真空容器内に向けて配置された受光手段を有しており、
前記光源は前記光源からの光路が前記環状部材表面と平行になるように設定され、
前記受光手段は前記光源からの光を受光する位置に配置され、
前記円環状部材表面を通過してきた光を、その光路上に設置された前記受光手段にて受光する
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、
前記受光手段によって受光した受光量と以前に取得した受光量とを比較して前記円環状部材表面の消耗厚さを演算する演算手段を有する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記光源は前記円環状部材表面と平行になるように設定された光路が前記環状部材によって一部遮蔽されるように配置される
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記光源または前記受光手段を設ける一対の筒が２組設置され、
一方の対の光路が前記被加工試料表面に平行になるように配置され、
他方の対の光路が前記円環状部材表面に平行になるように配置され、
前記被加工試料表面を通過してきたまたは前記円環状部材表面を通過してきた光を、それらの光路上に設置された前記受光手段にて受光し、
前記被加工試料表面を通過してきた光と前記円環状部材表面を通過してきた光の受光量に基づいて前記円環状部材表面の消耗厚さを演算する演算手段を有する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項４記載のプラズマ処理装置において、
前記一方の対の受光手段を設けた筒と前記他方の対の受光手段を設けた筒を２組で共用した
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５記載のプラズマ処理装置において、
前記円環状部材表面と平行になるように設定された光路が前記環状部材によって一部遮られるように設定されており、
前記被加工試料表面と平行になるように設定された光路が前記被加工試料によって一部遮蔽されるように配置されており、
前記演算手段がそれぞれの光路の受光量に基づいて被加工試料表面位置と前記円環状部材表面位置を比較して、前記円環状部材表面の消耗厚さを検出する手段である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のプラズマ処理装置において、
前記円環状部材に印加する高周波バイアス電力を前記被加工試料に印加する高周波バイアス電力と独立して制御する電力制御手段を設け、
前記演算手段が前記円環状部材表面の消耗厚さを検出した結果を受けて、前記円環状部材に印加する高周波バイアス電力を制御する手段である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項７記載のプラズマ処理装置において、
前記演算手段が、前記円環状部材に印加する高周波バイアス電力によって前記円環状部材表面に発生するシース厚さと別途求めておいた前記被加工試料表面に発生するシース厚さとの段差が所定の値よりも小さくなるように前記円環状部材に印加する前記高周波バイアス電力を増大させる手段である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
真空排気手段により真空排気されている真空容器と該真空容器に原料ガスを導入するためのガス導入手段と被加工試料設置手段と高周波電力導入手段と高周波バイアス電力導入手段を有し、前記ガス導入手段により前記真空容器内に導入されたガスを前記高周波電力導入手段から導入された高周波電力でプラズマ化し、該プラズマにより前記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、
前記被加工試料設置手段上に載置された被加工試料の周囲に前記円環状部材を備え、
前記真空容器側壁に前記円環状部材表面に向けて照射する光源を設けた筒と前記円環状部材表面で反射した前記光源からの光を受光する受光手段を設けた筒を備え、
前記光源および前記受光手段を、前記光源から出射する直接光および前記円環状部材での前記反射光が前記被加工試料上部を通過しない位置に配置し、
前記光源からの直接光を前記円環状部材で反射させ、該反射光の位置ずれを前記受光手段にて検出することで前記円環状部材の消耗量を測定する演算手段を備えた
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項９記載のプラズマ処理装置において、
前記光源からの光の波長をシリコンで吸収されない波長とした
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、
フォーカスリングの消耗量を検知する工程と、
ウエハ表面およびフォーカスリング表面に形成されるイオンシース厚さを算出する工程と、
それらの結果からウエハとフォーカスリングの部分におけるイオンシースの段差を算出する工程と、
イオンシース段差を考慮してフォーカスリングに印加する高周波バイアス電力を制御する工程とを有する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１２】
真空排気手段により真空排気されている真空容器と該真空容器に原料ガスを導入するためのガス導入手段と被加工試料設置手段と高周波電力導入手段と高周波バイアス電力導入手段と前記円環状部材に印加する高周波バイアス電力を前記被加工試料に印加する高周波バイアス電力と独立して制御する電力制御手段を有し、前記被加工試料設置手段上に載置された被加工試料の周囲に円環状部材を備え、前記真空容器側壁の対向する位置にアスペクト比が３以上の一対の筒を設け、それぞれの筒の先端をガラス材により真空を封じ、さらに該ガラス材の大気側に光源または該光源からの直接光を受光するための受光手段を設置し、前記光源からの光路が前記環状部材表面と平行になるように設定されており、前記円環状部材表面を通過してきた光を、さらにその光路上に設置された前記受光手段にて受光するようにし、前記ガス導入手段により前記真空容器内に導入されたガスを前記高周波電力導入手段から導入された高周波電力でプラズマ化し、該プラズマにより前記被加工試料の表面処理を行うプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、
前記円環状部材表面を通過してきた光の量により前記円環状部材の消耗厚さを検出する工程と、
この消耗厚さに基づいて前記円環状部材に印加する高周波バイアス電力を増加する工程を有する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置を用いたエッチング工程の中でも層間絶縁膜のエッチングに用いられるドライエッチング装置（プラズマ処理装置）およびエッチング方法（プラズマ処理方法）に関し、例えば被加工試料のパターンが高アスペクト比コンタクトホールである場合に、特にウエハエッジで発生するホールの傾き（チルティング）を抑制することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）に代表されるメモリデバイスでは、集積化が進展するに従い、如何にキャパシタ容量を維持できるかが重要となる。キャパシタ構造は大別すると、シリコン基板に深溝を形成するトレンチキャパシタと、トランジスタ上方にキャパシタを形成するスタックキャパシタがある。各々のキャパシタとも容量を高めるためには、キャパシタの高さを大きく確保するか、誘電体膜厚を薄くする必要があるが、キャパシタ高さを大きくすることはエッチング性能に依存し、一方誘電体膜厚を薄くすることはシリコン酸化膜では限界を迎えているため、高誘電材料の開発に依存している。エッチング負荷を小さくするために、低アスペクトパターンでもパターンの両側を電極として用いることでキャパシタ容量を稼ぐ試みがなされているが、微細化のためにパターン底部のみで機械的強度を確保することが困難となり、隣同士のキャパシタが接触してしまう問題が発生している。従って、やはりキャパシタとしてはパターン内側を主に用いる構造が主流と考えられ、高アスペクト比の加工は今後も継続すると考えられる。国際半導体技術ロードマップでは、２０１１年に高アスペクト比は５０程度と大変高くなり、それをφ３００ｍｍウエハ以上の大口径ウエハにて、ウエハ端から３ｍｍまでは均一に加工することが要求されることになる。恐らく今後は前述のウエハ端から３ｍｍという値は次第に小さくなることが望まれ、究極の要求としてはウエハ端０ｍｍまで良品を取ることが必要となるであろう。
【０００３】
次に、ドライエッチング方法を説明する。ドライエッチングとは、真空容器内に導入されたエッチングガスを外部から印加された高周波電力によりプラズマ化し、プラズマ中で生成された反応性ラジカルやイオンをウエハ上で高精度に反応させることで、レジストに代表されるマスク材料や、ビア、コンタクトホール、キャパシタ等の下にある配線層や下地基板に対し選択的に被加工膜をエッチングする技術である。
【０００４】
ビアやコンタクトホール、前述のキャパシタ形成では、プラズマガスとして、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６Ｏ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６等のフロロカーボンガスにＡｒに代表される希ガスおよび酸素ガス等の混合ガスを導入し、０．５Ｐａから１０Ｐａの圧力領域でプラズマを形成し、ウエハに入射するイオンエネルギーを、ウエハに印加する高周波バイアスにて０．５ｋＶから５．０ｋＶまで加速する。その際、ウエハ端の形状異常が問題となる。ウエハ端領域の状態を図５に示した。ウエハ６の外周部には円環状部材であるシリコンフォーカスリング１１が設置されているが、このフォーカスリングにも当然前記高周波バイアスは印加されている。図５（ａ）は、フォーカスリング表面とウエハ表面がほぼ一致している場合のプラズマシース面の状態を示している。ここでは、ウエハ６とフォーカスリング１１には単位面積当たりに印加される高周波バイアス電力値は同じであるとした。その場合、破線で示したように、ウエハ上のイオンシース面とフォーカスリング上のイオンシース面の位置は同じとなり、イオンはウエハ６の端まで垂直に入射する。その結果、図６（ａ）に示したように、ホール形状はウエハ端まで垂直に加工されている。しかしながら、ウエハの処理枚数が増大するに従い、フォーカスリング１１自体もフッ素ラジカルやイオン入射の作用によって削れていく。この場合、例えば図５（ｂ）に示したように、ウエハ６の表面よりもフォーカスリング１１の表面のほうが下に位置する場合が想定される。ここでもフォーカスリング１１に印加されている高周波バイアスはウエハ６に印加されている高周波バイアスと単位面積当たりの値が同じであるとすると、図５（ｂ）に示したように、ウエハ上に形成されるイオンシースとフォーカスリング上に形成されるイオンシースの厚さは同じとなるため、フォーカスリングが消耗した分だけ、フォーカスリング上のイオンシース位置は下側にずれる。その結果、ウエハ端付近のイオンシースが歪み、この部分にあるイオンがウエハ中心側に向かって斜入射する。その際のウエハ端付近のホール加工形状を図６（ｂ）に示す。イオンがウエハに対し斜入射するウエハ端付近では徐々にホール形状が斜めに傾いていることが分かる。
【０００５】
これに対し、フォーカスリングにウエハとは別の高周波バイアス電力を印加してプラズマシース面を均一に保つことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、結果的にフォーカスリング上のイオンシースとウエハ上のイオンシース位置を一致させることが可能になる。
【０００６】
しかしながら、これらの発明では、そもそもウエハ処理に従い消耗するフォーカスリング厚さを監視し、ある規定値以上消耗した際に、それ以降のウエハの処理を停止し、メンテナンスを実施することができない。若しくは、消耗量に応じてフォーカスリングに印加するバイアス設定値を最適値にフィードバックすることができない。
【特許文献１】特開２００４−２４１７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、簡便にフォーカスリングの消耗厚さをモニタし、その値から判断してメンテナンスを行う行なうこと、若しくは、フォーカスリングに印加する高周波バイアス電力値を最適値に設定することで、処理時間に依存せず、ウエハ端まで半導体デバイスの良品を作成することを可能とするプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下のいずれかの手段を用いることにより、ウエハ（被処理体）外周に設置されている円環状部材の消耗厚さをモニタすることができる。これにより、前記円環状部材に印加する高周波バイアス電力を制御することで、処理時間に依存せずウエハ端まで半導体デバイスの良品を作成する。
【０００９】
第１の手段においては、真空チャンバ側壁に光源とその光源から出力される直接光を受光するための受光手段を設置する。これにより、光源と受光手段の間に設置されているフォーカスリングの高さの変動に応じた受光手段の検出光量の変動を捉えることで、フォーカスリングの高さ、すなわち消耗量（消耗厚さ）を検知でき、前記の課題を解決することができる。具体的には、光源からの光路がフォーカスリング表面と平行になるように設定されており、フォーカスリング表面を通過してきた光を、さらにその光路上に設置された受光手段にて受光する。さらに具体的には、光源および受光手段は２つずつ設置されており、それぞれの光路がウエハ表面とフォーカスリング表面に平行になるように設定されており、ウエハ表面およびフォーカスリング表面を通過してきた光を、夫々の光路上に設置された受光手段にて受光することにより、２つの受光量の差をモニタすることで、フォーカスリングの消耗量を検知できる。
【００１０】
第２の手段においては、真空チャンバ側壁に光源とその光源から出力される直接光をフォーカスリングで反射させその反射光を受光するための受光手段を設置する。これにより、光源と受光手段の間に設置されているフォーカスリングの高さの変動に応じた受光手段における検出光位置の変動を捉えることで、フォーカスリングの高さ、すなわち消耗量を検知でき、前記の課題を解決する。具体的には、上記光路を、ウエハ上を通過しないように配置することで、フォーカスリングの消耗が同心円状に異なる場合においても、所望の位置における消耗量を正確に検知できる。
【００１１】
第３の手段においては、フォーカスリングの消耗量を検知する工程と、ウエハおよびフォーカスリング表面に形成されるイオンシース厚さを算出する工程とを具備し、それらの結果からウエハとフォーカスリングの部分におけるイオンシースの段差を見積もる。このイオンシース段差を考慮して、フォーカスリングに印加する高周波バイアス電力を制御し、前記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法は、ウエハ外周に設置されたフォーカスリングの消耗量を簡便にモニタすることを提供する。それにより、ウエハエッジ上部とその外周部に配置されたフォーカスリング上部に形成されるイオンシースの段差を低減するためにフォーカスリングに別途印加する高周波バイアス電力量を調整することで、例えばパターンが高アスペクト比コンタクトホールである場合に、特にウエハエッジで発生するホールの傾き（チルティング）を長期に渡って安定に抑制することができる。または、モニタしたフォーカスリング消耗量が所定の値を超えた場合、若しくは超えそうな場合に処置を停止する信号を発報することで、不良品を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［実施例１］以下、図を用いて、本発明の第１の実施例を説明する。第１の実施例では、光源としてレーザを用いフォーカスリングの消耗量をモニタする方法を説明する。第１の実施例で用いたプラズマ処理装置（エッチング装置）の装置構成を説明する概略図を図１および図２に示した。図１はプラズマ処理装置の縦断面図であり図２はプラズマ処理装置のウエハ面上の横断面図である。プラズマ処理装置は、真空容器１内に、シャワープレート２と、上部電極３と、下部電極５とが設けられる。さらに、真空容器１には、コンダクタンスバルブ９を介して真空排気系８と、光源１５と、受光手段１６が設けられる。下部電極５には、円環状部材１１（以下、フォーカスリングという）と、導体リング１２と、絶縁体リング１３が設置され、さらにこれらの外周にサセプタ１８が配設されている。下部電極５および導体リング１２には、高周波バイアス電源７から分配器１４を介して高周波バイアス電圧が印加される。上部電極３には、プラズマ生成用高周波電源４が接続され、真空容器１内にプラズマ生成用電力を供給する。受光手段１６の出力が制御用ＰＣ（演算手段）１７に入力され下部電極５とフォーカスリング１１へ印加する電圧の配分を制御する。
【００１４】
前記光源１５または前記受光手段１６は、真空容器の壁面に対向して設けた一対の筒のいずれかに設けられ、それぞれの筒はアスペクト比が３以上とされ、その先端が光透過性の材料（ガラス材）によって真空に封じられ、その大気側に光源１５または受光手段１６が配置されている。前記光源１５はレーザ光源を用いることができる。前記受光手段１６はフォトダイオードなどの各種受光素子を複数数個並べた受光手段や、ＣＣＤ素子を用いることができる。
【００１５】
本実施例では、真空容器１に図示しないガス導入管により原料ガスをシャワープレート２を介して導入し、上部電極３を介してプラズマ生成用電源４からの高周波電力を供給してプラズマを発生させる。下部電極５上に被加工試料６を設置する。この下部電極５には、４ＭＨｚの高周波バイアス電源７が接続されており、被加工試料６上に発生するＶｐｐによりイオンを引き込んでエッチングを行う。本実施例では原料ガスとして、Ｃ４Ｆ６とＡｒとＯ２の混合ガスを真空容器内に導入して、真空排気系８と真空容器の間に設置されたコンダクタンスバルブ９にて１５ｍＴｏｒｒになるように調整し、シリコン酸化膜のエッチングを行う。
【００１６】
被加工試料設置手段である下部電極５の中央部は、被加工試料である半導体ウエハ６を保持するためのチャック部（半導体ウエハ保持機構）１０が設けられる。チャック機構としてたとえば静電チャックが設けられている。この静電チャックはウエハを保持する面は、たとえば窒化アルミニウムなどからなるセラミックス薄膜とその下のアルミニウム基材から構成されており、その基材に上記高周波バイアス電源７からの高周波電力と、図示しないチョークコイルなどから構成された低周波通過フィルタを介した直流電圧電源からのＤＣ電圧を印加するようになっている。なお、このチャック部１０は、クランプ部材により機械的にクランプするメカニカルチャックでも良い。また、この静電チャックには図示しない伝熱ガス供給孔が設けられており、たとえばヘリウムガスを供給することによって、下部電極５から半導体ウエハ６への熱伝導効率を向上させることが可能である。また、チャック部１０へ印加した高周波バイアス電力が外周部へ漏れてしまわないように、絶縁体からなるサセプタ１８が設置されている。
【００１７】
さらに、上記下部電極５の周囲にはフォーカスリング１１が配置されている。このフォーカスリングは、導体もしくは絶縁体でできており、ここではシリコンで成っている。その下層にはフォーカスリングに高周波バイアス電力を印加するための導体リング１２が更にその下層にはチャック部１０と電気的に絶縁するための絶縁体リング１３が設置されている。上記高周波バイアス電源７からの電力をコンデンサからなる分配器１４を介して分配し、下部電極５を介した被処理体６とフォーカスリング１１にそれぞれ異なる電圧を印加できる構造となっている。この分配器１４は、高周波バイアス電源７からの高周波バイアス電圧を、被処理体６とフォーカスリング１１にそれぞれに印加する電圧に制御して分配する手段である。これにより、プラズマ中のラジカル分布を均一にする作用およびウエハ表面とフォーカスリング表面に発生するイオンシースの高さを均一に保つことが可能となる。この場合、電力の分割比（分配比）は、ウエハ表面形成されるシースの静電容量およびフォーカスリングの表面に形成されるシースの静電容量と、前述のコンデンサ容量の比率で決定されるので、フォーカスリングへ印加する高周波バイアス電力を変更するには、コンデンサを可変としておくのが良い。
【００１８】
図２に示すように、光源１５と受光手段１６は、ウエハ６の外側でフォーカスリング１１の表面をレーザ光の一部が通過するとともに、残りのレーザ光がフォーカスリング１１によって遮蔽される位置に設けられる。
【００１９】
図３（ａ）を用いてフォーカスリング１１の消耗量と、受光手段１６での検出光量の関係を説明する。受光手段１６での検出光量は、フォーカスリング１１の消耗量が小さいときに低くフォーカスリングの消耗量の増加に従って増大し、やがて飽和する。
【００２０】
図３（ｂ）を用いて、高周波バイアス電圧Ｖｐｐと上は面ウエハ表面またはフォーカスリング表面のシース厚さの関係を説明する。シース厚さは高周波バイアス電圧Ｖｐｐが低いときに薄く、高いときに厚くなる。
【００２１】
次に、フォーカスリングの消耗量を検出する方法と、その結果を用いてフォーカスリングに印加する高周波バイアス電力量を制御する方法を説明する。チャンバ（真空容器）側壁に設置された図１の光源１５から出射されたレーザ光は、フォーカスリング１１の表面を通過し同じくチャンバ側壁に設置された受光手段１６に入射する。フォーカスリングが消耗していないときは、図４（ａ）に示したようにレーザ光１９の大部分がフォーカスリングで遮蔽されるため、受光手段１６に入射する光量は小さい。その場合、図５（ａ）に示したように、ウエハ前面に形成されるイオンシースとフォーカスリング前面に形成されるイオンシースの厚さが同じとなり、図６（ａ）に示したように、ウエハエッジでの孔は垂直に加工される。
【００２２】
しかしながら、エッチング処理を繰り返しフォーカスリングが消耗するに従い、図４（ｂ）のようにフォーカスリング１１で遮蔽される部分が小さくなるため受光手段１６で検出される光量は大きくなる。この場合、イオンシースは、図５（ｂ）に示したようにフォーカスリング前面のイオンシース高さがウエハ前面に形成されるイオンシース高さに比べ低くなり、イオンシースに段差が生じる。ウエハに入射するイオンはイオンシースに対し法線方向に入射することになるため、図６（ｂ）に示すようにウエハエッジ部の孔は斜めに形成される。この現象はチルティングと呼ばれている。
【００２３】
次に第１の実施例におけるプロセスの運用方法を、図７および図８を用いて説明する。まず、エッチングレシピにてガス条件などに加えて、ウエハへ印加する高周波バイアス電力、フォーカスリングに印加する高周波バイアス電力を設定する（Ｓ１）。その後、プラズマ密度、電子密度と、高周波バイアス電力を印加することによって発生するウエハ６およびフォーカスリング１１上のＶｐｐを元にそれぞれの上に形成されるウエハ表面シース厚さＴｗとフォーカスリング表面シース厚さＴｆを計算する（Ｓ２）。その際、プラズマ密度や電子温度、Ｖｐｐは計算で求めても良いし、実測で求めても構わない。一方、上記のようにレーザ光を用いてフォーカスリング消耗量を測定する（Ｓ１１）。その結果を用いて、ウエハ表面とフォーカスリング表面の段差Sを求め（Ｓ１２）、最終的にウエハ表面とフォーカスリング表面に形成されるイオンシースの段差Ｘを算出する（Ｓ３）。次に、このエッチングレシピでエッチングして良いかどうかの判定を行う（Ｓ４）。この判定は、実験結果および計算結果から所定の幅も持たせておくと良い。すなわち、デバイス構造から、どのくらいイオンシース高さに段差があっても問題ないかを予め求めておき、それを判定値Ｙとして規定する。例えば、フォーカスリング消耗量測定から見積もったフォーカスリング高さが、ウエハ表面高さと同一高さであり、且つエッチングレシピの設定値から算出したシース厚さがウエハ前面とフォーカスリング前面で同じである場合、シース高さに段差ＸはＸ＜Ｙの関係を満たすので、エッチングを実施する（Ｓ５）。一方、例えばフォーカスリング消耗量が大きく、エッチングレシピで設定した値から求めたイオンシース厚さを考慮したときのイオンシース段差Ｘの値がＸ＞Ｙとなった場合、再度エッチングレシピの設定が必要となる。その場合、フォーカスリング１１に印加する高周波バイアス電力値を増大させＸ＞Ｙの関係が成立するようにレシピを修正し（Ｓ１）、エッチングを実施する。
【００２４】
以上は、フォーカスリング消耗量に従ってフォーカスリングに印加する高周波バイアス電力を制御し、チルティングを抑制する方法を説明したが、判定値Ｙとイオンシース段差Ｘから判断し、エッチング処理を停止、メンテナンスを行うことも可能である。上記フローは図１の制御用ＰＣ（演算手段）１７にて実施される。図１では簡単のため、制御用ＰＣ１７と受光手段１６および分配器１４への信号経路のみ示しており、他の制御機器への信号経路は省略している。
【００２５】
次に、フォーカスリング消耗量を検出する別の方法を説明する。図９（ａ）に示したように光源１５と受光手段１６を２組設置して、一組のレーザ光の光路はウエハ６表面を、他の一組のレーザ光の光路はフォーカスリング１１表面を通過するように配置する。その際の断面図を図４（ｃ）に示した。ウエハ６表面に並行に設置したレーザ光２０の受光手段２１はフォーカスリング消耗量によらず同じ値を出力する。一方、フォーカスリング１１表面に平行に設置したレーザ光１９はフォーカスリング消耗に従いレーザ光１９が遮蔽される領域が小さくなるので受光手段１６で検出される光量は大きくなっていく（図４（ｄ））。従って、レーザ光の光軸とウエハ表面、フォーカスリング表面の高さを一度設定すれば、受光手段１６と受光手段２１で検出される光量差を常にモニタすることができ、さらにレーザ光のガウシアン分布を考慮することで、フォーカスリング１１表面とウエハ６表面の段差を直接測定できる。
【００２６】
また、図９（ｂ）に示したように、受光手段１６をひとつにしても構わない。その場合、ウエハ表面を通過したレーザ光の光源とフォーカスリング表面を通過したレーザ光の光源を交互に照射することで、上記のようにフォーカスリング１１表面とウエハ６表面の段差を直接測定できる。
【００２７】
なお、第１の実施例で説明したフォーカスリング消耗量の検出処理は、エッチングを開始する直前に行なっても構わないし、エッチング処理が終わった後に行なっても構わない。また、レーザ光の波長をプラズマの発光波長と被らないように選択すれば、プラズマからのノイズの影響なく、エッチング中のリアルタイム測定も可能となる。また、下部電極５に上下機構が付設されている場合は、下部電極がウエハを搬送するレベルに下部電極が下降した後に測定することも可能である。
【００２８】
［実施例２］第１の実施例ではレーザ光をフォーカスリング表面やウエハ表面に対し平行になるよう光軸を設定したフォーカスリング消耗量を検出する手法を説明した。第２の実施例では、フォーカスリング１１の表面に対して斜めにレーザ光を入射させ、フォーカスリング１１表面での反射光をモニタすることでフォーカスリング消耗量を検出する手法を説明する。この実施例に使用するプラズマ処理装置の構成の概略を説明する縦断面図を図１０に示す。このプラズマ処理装置のウエハ面上の横断面図は図２と略同様であるので図２を援用して説明する。レーザ光の光源１５はフォーカスリング１１の表面に入射するようにチャンバ側壁に設置され、同様に受光手段１６もフォーカスリング１１からの反射光を受光するようにチャンバ側壁に設置されている。光源１５から出射されたレーザ光は所定の角度θを持ってフォーカスリング１１に入射する。
【００２９】
消耗量の検出原理を図１１を用いて説明する。フォーカスリング１１が消耗していない場合は図１１（ａ）に示す光路に従ってフォーカスリング１１上でレーザ光が反射する。しかしながらフォーカスリングが消耗した場合、図１１（ｂ）に示すように、反射する位置が横方向にずれるため、フォーカスリング１１の消耗量の厚さをｔとした場合、光軸に対し垂直方向に下記（１）式で示されるＳだけずれる。
【数１】
2010034416.tif 000003
【００３０】
このずれＳの量を受光手段１６にて検出することで、フォーカスリング１１の消耗量の厚さｔを求めることができる。その場合、受光手段１６に例えばＣＣＤ素子を用いても良いし、フォトダイオードを複数個設置したものを用いても良い。
【００３１】
次に、光源１５および受光手段１６の設置構成の他の例について説明する。レーザ光がウエハ６上部を通過する設置構成を図１２に示した。また、フォーカスリングの消耗の有無によるレーザ光路の変化を図１３に示す。フォーカスリング１１の消耗が図１３（ｂ）に示すように、表面で均一に進行せず同心円状に異なって進行する場合、図示したように本来検出したい消耗厚さよりも異なる消耗厚さを検出する恐れがある。したがってこの実施例でも図２に示したように光源１５および受光手段１６の設置場所をレーザ光１９がウエハ６上を通過しない場所とした。この構成とすることにより、フォーカスリング１１の消耗がフォーカスリング全面に渡って均一である場合は問題ないが、図１３（ｂ）に示したように分布がある場合、すなわちウエハ６に近い領域の消耗量が多く、外周部側で少ない場合、図２、図１０に示したような設置構成が必要となる。また、図示しないが、フォーカスリング１１上のレーザ光を照射する場所を変更することで、所望の場所におけるフォーカスリングの消耗量を検出でき、高精度なイオンシース制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】フォーカスリング消耗量をレーザ光の透過光にて検出するプラズマ処理装置の構成を模式的に示す縦断面図。
【図２】図１の光源および受光手段における横断面図。
【図３】フォーカスリング消耗量と受光手段での検出光量の関係を示す図（ａ）、高周波バイアス電圧とウエハ表面またはフォーカスリング表面に発生するとシース厚さの相関を示す図。
【図４】図２の構成における光路の状態を説明する断面図（ａ，ｂ）、図９の構成における光路の状態を説明する断面図（ｃ，ｄ）。
【図５】ウエハ表面およびフォーカスリング表面に発生するイオンシースの状態を説明するフォーカスリングの消耗がない場合（ａ）とフォーカスリングの消耗がある場合（ｂ）の模式図。
【図６】ホール加工におけるチルティングを説明する模式図。
【図７】フォーカスリングに印加する高周波バイアス電力を設定するためのフローチャート。
【図８】ウエハ表面およびフォーカスリング表面に発生するイオンシースのフォーカスリングの消耗がある場合の状態を説明する模式図。
【図９】光源および受光手段を2組備えた構成の受光手段を２つ持つ場合（ａ）と、受光手段を共用する場合（ｂ）を説明する模式図。
【図１０】フォーカスリング消耗量をレーザ光の反射光にて検出するプラザ間処理装置の構成を模式的に示す縦断面図。
【図１１】フォーカスリングの消耗の有無による反射光路の変化を説明する模式図。
【図１２】図１０の構成における光路をウエハ上に設けた場合を説明する縦断面図。
【図１３】図１２の構成におけるフォーカスリングの消耗の有無による反射光路の変化を説明する模式図。
【符号の説明】
【００３３】
１…真空容器、２…シャワープレート、３…上部電極、４…プラズマ生成用電源、５…下部電極、６…被加工試料、７…高周波バイアス電源、８…真空排気系、９…コンダクタンスバルブ、１０…チャック部、１１…円環状部材（フォーカスリング）、１２…導体リング、１３…絶縁体リング、１４…分配器、１５…光源、１６…受光手段、１７…制御用ＰＣ、１８…サセプタ、１９…レーザ光、２０…レーザ光、２１…受光手段
【図１】
2010034416.tif 000004
【図２】
2010034416.tif 000005
【図３】
2010034416.tif 000006
【図４】
2010034416.tif 000007
【図５】
2010034416.tif 000008
【図６】
2010034416.tif 000009
【図７】
2010034416.tif 000010
【図８】
2010034416.tif 000011
【図９】
2010034416.tif 000012
【図１０】
2010034416.tif 000013
【図１１】
2010034416.tif 000014
【図１２】
2010034416.tif 000015
【図１３】
2010034416.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月27日(2008.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
［実施例１］以下、図を用いて、本発明の第１の実施例を説明する。第１の実施例では、光源としてレーザを用いフォーカスリングの消耗量をモニタする方法を説明する。第１の実施例で用いたプラズマ処理装置（エッチング装置）の装置構成を説明する概略図を図１および図２に示した。図１はプラズマ処理装置の縦断面図であり図２はプラズマ処理装置のウエハ面上の横断面図である。プラズマ処理装置は、真空容器１内に、シャワープレート２と、上部電極３と、下部電極５とが設けられる。さらに、真空容器１には、コンダクタンスバルブ９を介して真空排気系８と、光源１５と、受光手段１６が設けられる。下部電極５には、円環状部材１１（以下、フォーカスリングという）と、導体リング１２と、絶縁体リング１３が設置され、さらにこれらの外周にサセプタ１８が配設されている。下部電極５および導体リング１２には、高周波バイアス電源(ＲＦバイアス電源)７から分配器１４を介して高周波バイアス電圧が印加される。上部電極３には、プラズマ生成用高周波電源４が接続され、真空容器１内にプラズマ生成用電力を供給する。受光手段１６の出力が制御用ＰＣ（演算手段）１７に入力され下部電極５とフォーカスリング１１へ印加する電圧の配分を制御する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
さらに、上記下部電極５の周囲にはフォーカスリング１１が配置されている。このフォーカスリングは、半導体でできており、ここではシリコンで成っている。その下層にはフォーカスリングに高周波バイアス電力を印加するための導体リング１２が更にその下層にはチャック部１０と電気的に絶縁するための絶縁体リング１３が設置されている。上記高周波バイアス電源７からの電力をコンデンサからなる分配器１４を介して分配し、下部電極５を介した被処理体６とフォーカスリング１１にそれぞれ異なる電圧を印加できる構造となっている。この分配器１４は、高周波バイアス電源７からの高周波バイアス電圧を、被処理体６とフォーカスリング１１にそれぞれに印加する電圧に制御して分配する手段である。これにより、プラズマ中のラジカル分布を均一にする作用およびウエハ表面とフォーカスリング表面に発生するイオンシースの高さを均一に保つことが可能となる。この場合、電力の分割比（分配比）は、ウエハ表面形成されるシースの静電容量およびフォーカスリングの表面に形成されるシースの静電容量と、前述のコンデンサ容量の比率で決定されるので、フォーカスリングへ印加する高周波バイアス電力を変更するには、コンデンサを可変としておくのが良い。
【手続補正３】
【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】
図３（ｂ）を用いて、高周波バイアス電圧Ｖｐｐとウエハ表面またはフォーカスリング表面のシース厚さの関係を説明する。シース厚さは高周波バイアス電圧Ｖｐｐが低いときに薄く、高いときに厚くなる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
次に第１の実施例におけるプロセスの運用方法を、図７および図８を用いて説明する。まず、エッチングレシピにてガス条件などに加えて、ウエハへ印加する高周波バイアス電力、フォーカスリングに印加する高周波バイアス電力を設定する（Ｓ１）。その後、プラズマ密度、電子温度と、高周波バイアス電力を印加することによって発生するウエハ６およびフォーカスリング１１上のＶｐｐを元にそれぞれの上に形成されるウエハ表面シース厚さＴｗとフォーカスリング表面シース厚さＴｆを計算する（Ｓ２）。その際、プラズマ密度や電子温度、Ｖｐｐは計算で求めても良いし、実測で求めても構わない。一方、上記のようにレーザ光を用いてフォーカスリング消耗量を測定する（Ｓ１１）。その結果を用いて、ウエハ表面とフォーカスリング表面の段差Sを求め（Ｓ１２）、最終的にウエハ表面とフォーカスリング表面に形成されるイオンシースの段差Ｘを算出する（Ｓ３）。次に、このエッチングレシピでエッチングして良いかどうかの判定を行う（Ｓ４）。この判定は、実験結果および計算結果から所定の幅も持たせておくと良い。すなわち、デバイス構造から、どのくらいイオンシース高さに段差があっても問題ないかを予め求めておき、それを判定値Ｙとして規定する。例えば、フォーカスリング消耗量測定から見積もったフォーカスリング高さが、ウエハ表面高さと同一高さであり、且つエッチングレシピの設定値から算出したシース厚さがウエハ前面とフォーカスリング前面で同じである場合、シース高さに段差ＸはＸ＜Ｙの関係を満たすので、エッチングを実施する（Ｓ５）。一方、例えばフォーカスリング消耗量が大きく、エッチングレシピで設定した値から求めたイオンシース厚さを考慮したときのイオンシース段差Ｘの値がＸ＞Ｙとなった場合、再度エッチングレシピの設定が必要となる。その場合、フォーカスリング１１に印加する高周波バイアス電力値を増大させＸ≦Ｙの関係が成立するようにレシピを修正し（Ｓ１）、エッチングを実施する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
【図１】フォーカスリング消耗量をレーザ光の透過光にて検出するプラズマ処理装置の構成を模式的に示す縦断面図。
【図２】図１の光源および受光手段における横断面図。
【図３】フォーカスリング消耗量と受光手段での検出光量の関係を示す図（ａ）、高周波バイアス電圧とウエハ表面またはフォーカスリング表面に発生するとシース厚さの相関を示す図。
【図４】図２の構成における光路の状態を説明する断面図（ａ，ｂ）、図９の構成における光路の状態を説明する断面図（ｃ，ｄ）。
【図５】ウエハ表面およびフォーカスリング表面に発生するイオンシースの状態を説明するフォーカスリングの消耗がない場合（ａ）とフォーカスリングの消耗がある場合（ｂ）の模式図。
【図６】ホール加工におけるチルティングを説明する模式図。
【図７】フォーカスリングに印加する高周波バイアス電力を設定するためのフローチャート。
【図８】ウエハ表面およびフォーカスリング表面に発生するイオンシースのフォーカスリングの消耗がある場合の状態を説明する模式図。
【図９】光源および受光手段を2組備えた構成の受光手段を２つ持つ場合（ａ）と、受光手段を共用する場合（ｂ）を説明する模式図。
【図１０】フォーカスリング消耗量をレーザ光の反射光にて検出するプラズマ処理装置の構成を模式的に示す縦断面図。
【図１１】フォーカスリングの消耗の有無による反射光路の変化を説明する模式図。
【図１２】図１０の構成における光路をウエハ上に設けた場合を説明する縦断面図。
【図１３】図１２の構成におけるフォーカスリングの消耗の有無による反射光路の変化を説明する模式図。