(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室、該真空処理室内に配置した上部アンテナ電極および被処理基板を載置する下部電極、前記上部アンテナ電極および下部電極にそれぞれ高周波電力を供給する高周波電源、並びに真空処理室内のエッチング条件を設定してエッチング処理を制御する制御盤を備え、前記処理室内にプラズマ放電を生成して被処理基板をエッチング処理するプラズマエッチング処理装置において、
前記制御盤は、エッチング処理終了後の放置時間に対する前記処理室内部品の温度低下を表す温度低下データ、及びダミー放電開始後の経過時間に対する前記処理室内部品の温度上昇を表す温度上昇データをそれぞれ格納した対応表を備え、該対応表をもとに放置時間に対するダミー放電処理時間を割り出し、割り出した時間だけ、正規のエッチング処理に先んじてダミー放電処理を行うことを特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマエッチング処理装置において、
前記処理装置内部品はアンテナ電極周辺部に配置した石英リングであることを特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマエッチング処理装置にかかり、特にエッチング処理前のダミー放電に起因する稼働率の低下を防止したプラズマエッチング処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、量産用のエッチング処理装置では、例えば連続して数枚以上の基板をエッチング処理する場合、エッチング処理枚数を重ねるにつれて、処理室内の温度や壁面状態が変化し、該変化に伴い基板のエッチング特性が変化する場合があった。このような場合には、エッチング処理する前にエッチング処理条件と同じ条件でダミー放電を行い、処理室内の状態を安定化させるという手段がとられる場合がある。例えば、特開平１０−１２５９８号に見られるように、エッチング処理する前にダミー放電を２０分行う場合がある。
【０００３】
また、本発明者によって、特願平１１−２５８２４２号として提案されているプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法においては、シリコン酸化膜あるいは窒化シリコンを、炭素原子やフッ素原子を含むガスによるプラズマでエッチングする工程が示されている。この工程においては、処理室内の石英部品を高温にすることで石英部品上の堆積物を起因とする異物の発生と、エッチング特性の変動を抑制できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平１０−１２５９８号に示される装置では、エッチング条件設定のための試験などで数枚のエッチングを数分から数十分の時間間隔で頻繁に行う場合においては、決められた時間のダミー放電を毎回行うとダミー放電に要する時間の割合がエッチング時間に比べて長くなり、装置のスループット向上に対して負担になる。
【０００５】
また、特願平１１−２５８２４２号に示す装置では、処理室内の石英部品を高温にすることで石英部品上の堆積物を起因とする異物の発生と、エッチング特性の変動を抑制できるが、プラズマによる石英部品の加熱に数分を要す場合があり、上記と同様に装置のスループット向上に対して負担になる。
【０００６】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたもので、エッチング処理前のダミー放電に起因する稼働率の低下を防止し、また、ダミー放電によりエッチング特性の安定化を図ったプラズマエッチング処理装置を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を採用した。
【０００８】
真空処理室、該真空処理室内に配置した上部アンテナ電極および被処理基板を載置する下部電極、前記上部アンテナ電極および下部電極にそれぞれ高周波電力を供給する高周波電源、並びに真空処理室内のエッチング条件を設定してエッチング処理を制御する制御盤を備え、前記処理室内にプラズマ放電を生成して被処理基板をエッチング処理するプラズマエッチング処理装置において、
前記制御盤は、エッチング処理終了後の放置時間に対する前記処理室内部品の温度低下を表す温度低下データ、及びダミー放電開始後の経過時間に対する前記処理室内部品の温度上昇を表す温度上昇データをそれぞれ格納した対応表を備え、該対応表をもとに放置時間に対するダミー放電処理時間を割り出し、割り出した時間だけ、正規のエッチング処理に先んじてダミー放電処理を行う。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図１ないし図４を用いて説明する。図１は本発明の実施形態にかかるプラズマエッチング処理装置の処理フローを示す図である。まず、操作者はエッチングレシピを設定し（ステップ１００）、エッチング処理の開始を装置に指示する（ステップ１０１）。エッチング装置は開始を指示された現在の時刻と前回のエッチング処理が終了した時刻を比較して時間間隔を割り出し（ステップ１０２）、その時間間隔からダミー放電を実施するかどうか、実施する場合は何分実施するかを決めダミー放電を行う（ステップ１０３）。その後連続して有用な基板を搬送し、正規のエッチング処理を行う（ステップ１０４）。設定した一枚または複数枚の有用な基板のエッチング処理が終わった時点で、その時刻を制御コンピュータに記憶しておく（ステップ１０５）。
【００１０】
ステップ１０３における、前記時間間隔からダミー放電の実施の要否を決める方法を以下に示す。まず直前のエッチング処理が終了してから次のエッチング処理を開始するまでの時間間隔と、エッチング処理再開直後のエッチング特性の相関を調べ、エッチング特性の変動が許容範囲に収まる時間間隔を前もって把握しておく。そして前記時間間隔がその時間間隔未満であればダミー放電を実施せず、その時間間隔以上であれば一定時間のダミー放電を実施した後、次のエッチング処理を実施する。
【００１１】
前記ダミー放電行う場合には、あらかじめ装置にセットしておいたダミー放電用の基板をエッチング室に搬送し、ダミー放電を実施する。また、基板をエッチング室にセットしない状態でダミー放電を行ってクリーニングをかねることができる。この場合は、ダミー基板の節約や搬送時間の短縮を図ることができる。
【００１２】
次に本発明のプラズマエッチング処理方法をシリコン酸化膜プラズマエッチング装置に適用した例を図２および図３により説明する。
【００１３】
図２は、本実施形態にかかるシリコン酸化膜のプラズマエッチング処理装置を示す図である。本実施形態にかかるエッチング装置は、真空処理室２００の外側に真空処理室２００内に磁場を作るためのコイル２０１がある。また真空処理室２００の上方に平板状のアンテナ電極２１１、下方に下部電極２３０があり、下部電極２３０に被処理基板２３１を載せる構造になっている。また、処理室に酸素、ＣＦ系ガス（例えばＣ５Ｆ８）、Ａｒガスを導入する配管がなされている（図示略）。導入されたガスは、真空処理室２００下方の真空室２０５に接続された圧力制御手段２０７を通り、真空排気系２０６により排気される。また、プラズマ２０８を生成したり、部品や被処理基板２３１に高周波バイアスをかける為に、高周波電源２２０、２４０から発生した高周波をマッチング回路・フィルタ回路２２１、２４１を介して、アンテナ電極２１１および下部電極２３０に印加できる。アンテナ電極２１１に接続している高周波電源２２０は、たとえば４５０ＭＨｚの高周波を発生でき、コイル２０１により作られた１６０ガウスの磁場と共鳴し高密度のプラズマを生成することができる。また下部電極２３０に接続している高周波電源２４０は、たとえば８００ｋＨｚの高周波を発生でき、被処理基板２３１に入射するイオンエネルギーを制御できる。また複数枚の被処理基板を自動搬送して、１枚づつプラズマ処理し、連続して数十枚以上処理ができる（図示略）。
【００１４】
処理室内の石英部品としては、アンテナ電極２１１の周辺部に上部石英リング２０３が、また下部電極２３０の周りに電極石英カバー２０４が設置してある。上部石英リング２０３は、プラズマに接触する部分を３ｍｍの板状にし、その外側の厚い誘電体部品２１２とは別パーツで作り、前記石英リング２０３を誘電体部品２１２とは断熱構造にし、エッチング処理中は高温に保たれるようにしている。上部石英リング２０３はエッチング処理中に被処理基板２３１に近いため、その温度はエッチング特性に及ぼす影響が大きい。
【００１５】
図３は、プラズマエッチング処理装置の処理方法を説明する図である。まず、上部石英リング２０３に試験的に温度計を取り付けておき、代表的なエッチング条件で連続処理３０１した後、放電を停止して放置し、上部石英リング２０３の温度低下３０２を測定する。
【００１６】
また、上部石英リング２０３の温度が十分下がった処理休止状態３０３から、代表的なダミー放電条件でダミー放電３０４を行い、上部石英リング２０３の温度上昇３０５を測定する。本実施形態における標準的ダミー放電は１０分であった。上記の温度データを基に、温度計を付けていない実際のエッチング処理を行うことができる。すなわち、まず、エッチング処理開始を装置に指示した時点で、前回のエッチング処理終了時刻とエッチング処理開始時刻の時間間隔がｔ１であった場合、図３（ａ）に示したエッチング連続処理終了後の温度低下データ３０２を基にエッチング処理開始時点の部品温度（例えば石英リング２０３の温度）Ｔ１を予測する。そして図３（ｂ）に示したダミー放電開始後の温度上昇データ３０５により、その部品温度からダミー放電終了時の温度Ｔ２に上げるために要する時間ｔｄを割り出す。そして直ちにダミー基板を真空処理室に搬送し、ダミー放電を時間ｔｄ実施し、次に有用な基板のエッチング処理を実行する。本実施形態によって上部石英リング２０３の温度をエッチング処理中に常に一定レベルの高温に保つことが可能となり、これによりエッチング特性の安定性が確保でき、石英への反応生成物の堆積を抑制し異物の発生を抑えられる。
【００１７】
特に絶縁膜のエッチングを行う場合、例えば、前記被処理基板として酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜あるいは低誘電率材料からなる膜あるいはこれらの膜の少なくともひとつの膜を含んだ多層膜をからなる基板を用い、前記プラズマとして少なくともフッ素、炭素および酸素を含むガスを用いる場合は、基板に付着するガス種の量とエッチングで除去される量がバランスして最適の条件でエッチングすることができる。
【００１８】
また、温度低下データ３０２と温度上昇データ３０５を基にダミー放電時間を割り出す方法に関しては、上記の実施例の他に、あらかじめ時間間隔ｔ１とダミー放電時間ｔｄの対応表を作成してもよく、温度データを多項式や指数関数式で近似して計算することも可能である。また、種々のエッチング処理条件やダミー放電条件に対して図３に示したような温度低下データや温度上昇データを前もって取得しておき、実際のエッチング処理では、条件に応じて適切なデータを選択してダミー放電時間を決めるとエッチング特性をより安定化することが可能である。
【００１９】
上記のように温度変化を模擬する試験を行い、それに基づき温度を予測する方法は、実際の有用な基板を正規に処理する時に真空処理室内の部品を温度測定することができない場合には有効である。
【００２０】
図４は、本発明の他の実施形態にかかるプラズマエッチング処理装置を示す図である。図において、真空処理室２００の上部には温度センサ４００が組み込まれており、石英リング２０３の温度の測定値が制御コンピュータ４０２に送られる。制御コンピュータ４０２は、制御盤４０１を通じてあらかじめ設定された管理値と前記温度の測定値を比較して、ダミー放電の開始や終了などの信号を高周波電源２２０，２４０に送信して放電時間を制御する。温度センサ４００には、たとえば放射温度計などが使用できる。
【００２１】
図に示すように、実際の有効な基板を処理するときにおいても、例えば誘電体部品２１２の温度を測定できる場合は、温度を指標にダミー放電時間を決定でき、より正確に温度管理ができエッチング特性の安定化が図れる。例えば、まずエッチング処理を開始するときの特定の部品の温度とエッチング処理再開直後のエッチング特性の相関を調べて、エッチング特性の変動が許容範囲に収まるために必要な特定の部品の温度を前もって把握しておく。そして、有用な基板のエッチングに際しては、エッチング処理開始直前に、その特定の部品の温度が必要温度以上であればダミー放電を実施せずただちにエッチング処理を実施し、その温度未満であればダミー放電を実施した後にエッチング処理を実施すると良い。
【００２２】
以上説明したように、例えば被処理基板の直前に実施されたプラズマ放電の終了時刻と現在時刻との時間差が所定の時間間隔以上である場合にはダミー放電を実施し、所定の時間間隔未満である場合にはダミー放電を実施しないようにする。このため、直前のエッチング処理が終了してから短時間で次のエッチング処理を行う場合にダミー放電を省略することができる。特にダミー放電時にプラズマの投入電力を大きくして積極的にプラズマ加熱している場合には有効で、部品がエッチング処理時より大幅に高温になるのを防ぐことができる。
【００２３】
また、これから処理する被処理基板の直前に実施されたプラズマ放電の終了時刻と現在時刻との時間差の長さに応じてダミー放電時間を変えことができる。すなわち、前記時間差が短いほどダミー放電時間を短くし、時間差が長いほどダミー放電時間を長くする。このため前記時間差とダミー放電時間の対応関係はあらかじめ調べておく。この方法によりダミー放電時間を必要最小限に限定して稼働率低下を最小にすることができる。
【００２４】
また、前記試料台にダミー基板を載置しないでダミー放電を実施することができる。この方法によるとダミー基板を搬送する時間が省けるので稼働率を向上することができる。さらにダミー基板が不要になるという効果も生じる。このときダミー放電条件は試料台の機能をなるべく損なわないように設定する。例えば試料台に印加する高周波電力を最適化して投入することで反応生成物の堆積を防ぎ、試料台の消耗量も無視できるほど小さく抑えることができる。
【００２５】
また、真空処理室内の少なくとも一つの部品の温度を測定し、該部品の温度に基づいて該ダミー放電を実施するか否かを判定することができる。そのためにあらかじめダミー放電開始時の部品温度とダミー放電中の部品温度とそれに続くエッチング特性との間の関係を調べておく。この方法によると直前のエッチング処理終了時の温度が条件によって大きくばらついてもダミー放電の要否を正確に判断することができる。
【００２６】
また、真空処理室内の少なくとも一つの部品の温度を測定し、該部品の温度に基づいて該ダミー放電時間を決めることができる。この方法によれば、エッチング処理開始時の部品の温度によってダミー放電時間を適正に決めることができる。さらに、ダミー放電中に部品が所定の温度に達した時にダミー放電を終了することができる。これによりエッチング処理中の処理室内の部品の温度変化をより一層少なくし、より安定なエッチング特性を得ることができる。
【００２７】
また、被処理基板として酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜あるいは低誘電率材料からなる膜、あるいはそれらの膜を含んだ多層膜を含む基板を用い、プラズマとして少なくともフッ素、炭素、酸素を含むガスからなるプラズマを用いることができる。この場合には、特に処理室内の部品を温度を高温の一定温度に保つことにより、炭素とフッ素から主に構成される堆積性の反応生成物を付着させにくくすると同時に、付着量と脱離量を安定化することができる。これにより被処理基板に入射する反応生成物の量が安定し、酸化シリコン、窒化シリコンあるいは低誘電率材料からなる膜のエッチング特性を安定化させることができる。
【００２８】
また、前記試料台に対向したアンテナ電極と、該アンテナ電極の外周部もしくは該アンテナ電極の下部に石英あるいはアルミナなどの誘電体からなる部材を配置し、該誘電体を伝播した高周波によりプラズマを発生させてプラズマエッチング処理を行う装置構造とし、さらに誘電体部材のプラズマに接する部分を石英とすることができる。このような構成とすると、石英は高周波の伝播部であるが故に石英近傍でプラズマ密度が高く、石英部品は高温まで加熱される。しかし石英部品は概して熱伝導率が悪く熱容量が大きいので、ダミー放電も長く必要となる。このような場合には、本発明によりダミー放電時間を適正化することにより稼働率の低下を抑制する効果が大きい。
【００２９】
また、被処理基板は酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜あるいは低誘電率材料からなる膜、あるいはそれらの膜を含んだ多層膜から構成し、プラズマエッチング処理を少なくともフッ素、炭素、酸素を含むガスからなるプラズマにより実施することができる。この場合には、石英がプラズマエッチングされるので、石英のエッチングによるガスの消費量を一定に保つためにも、本発明によって石英温度を高温の一定温度に保つことでエッチング特性の変動を抑えることができる。
【００３０】
また、ダミー放電用の基板を該試料台に載置せず、ダミー放電をクリーニング条件で行うことができる。ここでいうクリーニング条件とはエッチング室内に堆積した反応生成物を除去できるプラズマ処理であり、フッ素、炭素、酸素を含むガスにより絶縁膜をエッチングする装置の場合、反応生成物はＣＦ組成となる。このため前記クリーニング条件は通常のエッチングより酸素の流量が大きい条件となる。この方法によると、ダミー放電用基板をエッチング処理室に搬送する時間が不要となり、さらにダミー放電用基板が不要となる。またクリーニング条件でダミー放電を行うため、処理室内や試料台上にフッ化炭素系の堆積物が付着するのを防ぐことができる。
【００３１】
なお、前述したように上記の実施形態においてはアンテナ電極がプラズマに接している場合のみでなく、アンテナ電極の下に石英やアルミナの誘電体の板を置き、誘電体に高周波を伝播させてプラズマを発生させる方式のエッチング処理装置であっても、上記の上部石英リングを備えたエッチング処理装置と同様の効果が期待できる。また、上記実施例では有磁場ＵＨＦ放電を用いたエッチング装置の例を示したが、たとえばＲＩＥ放電、マグネトロン放電、誘導結合型放電、ＴＣＰ放電、ＶＨＦ放電など他のプラズマ生成方式を用いたエッチング装置においても同様の作用効果が期待できる。また、上記実施例ではプラズマエッチング装置について述べたがその他のプラズマ処理装置、たとえばスパッタ装置、プラズマＣＶＤ装置、アッシング装置、表面改質装置についても同様の作用効果がある。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、エッチング処理前のダミー放電に起因する稼働率の低下を防止し、また、ダミー放電によりエッチング特性の安定化を図ったプラズマエッチング処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるプラズマエッチング処理装置の処理フローを示す図である。
【図２】プラズマエッチング処理装置を示す図である。
【図３】プラズマエッチング処理装置の処理方法を示す図である。
【図４】他の実施形態にかかるプラズマエッチング処理装置を示す図である。
【符号の説明】
２００  真空処理室
２０１  コイル
２０２  側壁
２０３  上部石英リング
２０４  下部石英リング
２０５  真空室
２０６  真空排気系
２０７  圧力制御手段
２０８  プラズマ
２１１  アンテナ電極
２１２  誘電体部品
２２０，２４０  高周波電源
２２１，２４１  マッチング回路・フィルタ回路
２３０  下部電極
２３１  被処理基板
４００  温度センサ
４０１  制御盤
４０２  制御コンピュータ
【図１】
0003660582.tif 000002
【図２】
0003660582.tif 000003
【図３】
0003660582.tif 000004
【図４】
0003660582.tif 000005