(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマ処理中の被処理物の状態をリアルタイムで観察可能とするプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】ドライエッチング装置１１は、内部空間１５の底壁側に被処理物１が配置される真空容器１２、真空容器１１の外側の上方に配置され、かつ平面視で隙間が形成されるように配置された導体を備えるプラズマ発生用のコイル３６、内部空間１５の上方を閉鎖し、かつ平面視でコイル３６の導体間の隙間と対応する位置に透明部３０を備える頂壁１６、及びコイル３６の上方に配置され、コイル３６の導体間の隙間と頂壁１６の透明部３０とを介して被処理物の少なくとも一部を視野に収めることができるカメラ４５を備える。【選択図】図１
2006186222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間（１５）の底壁側に被処理物（１）が配置される真空容器（１２）と、
前記真空容器の外側の上方に配置され、かつ平面視で隙間（３９Ａ）が形成されるように配置された導体（３７）を備えるプラズマ発生用のコイル（３６）と、
前記内部空間の上方を閉鎖し、かつ平面視で前記コイルの導体間の隙間と対応する位置に透明部（３０）を備える前記真空容器の頂壁（１６）と、
前記コイルの上方に配置され、前記コイルの導体間の隙間と前記頂壁の透明部とを介して前記真空容器の内部空間内の被処理物の少なくとも一部を視野に収めることができる撮影装置（４５）と
を備える、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記頂壁は石英からなる板体（２９）を備え、
前記透明部は、平面視で前記コイルの導体間の隙間と対応する位置の前記板体の、少なくとも上記内部空間と反対側に位置する外面を研磨してなる、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記透明部は、平面視で前記コイルの導体間の隙間と対応する位置の前記板体の、上記内部空間側の内面を研磨してなる請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記透明部は、平面視で前記コイルの導体の隙間と対応する位置において、前記板体の内部空間側の内面に取り付けられたサファイアからなる窓板（３４）をさらに備える、請求項２又は請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記撮影装置を前記コイルの上方で水平方向に移動させる移動機構をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業の発展等に伴い、ドライエッチング装置、スパッタリング装置等のプラズマ処理装置に関して種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、プラズマ処理装置の下部電極にＣＣＤカメラを埋め込み、被処理物が下部電極に載置されていない状態でチャンバ内に発生しているプラズマを撮影することが記載されている。
【０００３】
ドライエッチング装置によって処理対象物に溝（トレンチ）やビアホール等のホールを形成する場合、トレンチやホールの底部である被エッチング面を撮影することができれば、エッチング残渣の発生の有無等をリアルタイムで観察し、それに基づいてプロセス条件を制御することができる。例えば、シリコン系材料からなる処理対象物のドライエッチングでは、エッチング時の反応生成物であるSiO２（酸化シリコン）系の堆積物等が被エッチング面に堆積してエッチング残渣となる現象（ブラックシリコン現象）が発生する場合がある。エッチング中にブラックシリコン現象の発生の有無をリアルタイムで監視することができれば、それに応じてプロセス条件を変更することができる。しかし、特許文献１に記載されているような下部電極に埋め込んだＣＣＤカメラでは、エッチング中の被処理対象物をリアルタイムで観察することはできない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−９３７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、被処理物の状態をリアルタイムで観察することができるプラズマ処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、内部空間の底壁側に被処理物が配置される真空容器と、前記真空容器の外側の上方に配置され、かつ平面視で隙間が形成されるように配置された導体を備えるプラズマ発生用のコイルと、前記内部空間の上方を閉鎖し、かつ平面視で前記コイルの導体間の隙間と対応する位置に透明部を備える前記真空容器の頂壁と、前記コイルの上方に配置され、前記コイルの導体間の隙間と前記頂壁の透明部とを介して前記真空容器の内部空間内の被処理物の少なくとも一部を視野に収めることができる撮影装置とを備える、プラズマ処理装置を提供する。
【０００７】
撮影装置は、コイルの隙間と頂壁の透明部を介して真空容器内の被処理物を視野に収めることができるので、内部空間内に被処理物が配置され、さらに頂壁によって内部空間が閉鎖された後であっても被処理物を撮影できる。換言すれば、撮影装置はプラズマ処理中に被処理物を撮影できる。よって、撮影装置の撮影する画像により、真空容器内でプラズマ処理中の被処理物の状態をリアルタイムで観察できる。
【０００８】
頂壁が石英からなる板体を備える場合、平面視で前記コイルの導体間の隙間と対応する位置の前記板体の、少なくとも内部空間と反対側に位置する外面を研磨して透明度を高めることが好ましい。また、石英からなる板体の平面視で前記コイルの導体間の隙間と対応する位置の内面も研磨すれば透明度がより向上する。
【０００９】
石英からなる板体の内面は、プラズマに曝された状態が継続すると徐々にエッチングされる。従って、石英からなる板体の内面を研磨していてもプラズマに曝された状態が継続すると、透明度の低下ないしは曇りが生じる。この透明度の低下ないしは曇りを防止するには、前記透明部が、平面視で前記コイルの導体の隙間と対応する位置において、前記板体の内部空間側の内面に取り付けられたサファイアからなる窓板をさらに備えることが好ましい。サファイアは透明度の高い材料であり、かつＦ系ガス、Cl系ガス、及びBr系ガス等のプラズマ処理で一般的に使用されるガスのプラズマに対する耐性が高い。従って、サファイアからなる窓板はプラズマに曝された状態が継続しても透明度の低下ないしは曇りを生じない。
【００１０】
代案としては、頂壁は板厚方向に貫通する窓部を設けたセラミックス製の基板と、前記窓部に配置したサファイアからなる窓板を備えていてもよい。
【００１１】
撮影装置をコイルの隙間及び頂壁の透明部に対して位置合わせするために、撮影装置を前記コイルの上方で水平方向に移動させる移動機構を設けることが好ましい。移動機構はＸＹテーブルのように自動的な撮影装置を移動させるものでも、手動で撮影装置を移動させるものでもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のプラズマ処理装置の真空容器の頂壁は、プラズマ発生用のコイルの隙間と平面視で対応する位置に透明部を備える。この隙間と透明部を介して、撮影装置は真空容器内の被処理物を視野内に収めることができる。よって、撮影装置の撮影する画像により、真空容器内でプラズマ処理中の被処理物の状態をリアルタイムで観察できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１から図４に本発明の実施形態に係る誘導結合型のドライエッチング装置１１を示す。ドライエッチング装置１１は、チャンバないしは真空容器１２を備える。真空容器１２は底壁１３及び側壁１４に加え、真空容器１２の内部空間１５を開閉可能に閉鎖する頂壁１６を備える。この真空容器１２の内部空間１５に処理物である基板１が収容される。図６を参照すると、基板１の上面には所定のパターンでレジストマスク２が形成されている。基板１の材質は、シリコン系材料である。シリコン系材料には、Si（単結晶シリコン）、poly-Si（ポリシリコン）、a-Si（アモルファスシリコン）、WSi（タングステンシリサイド）、MoSi（モリブデンシリサイド）、及びTiSi（チタンシリサイド）等がある。
【００１５】
内部空間１５の底壁１３側には基板１を解除可能に支持する載置ステージ２１が配置されている。載置ステージ２１は下部電極２２を備え、この下部電極２２の上面に基板１が載置される。下部電極２２はバイアス用電源２３に電気的に接続されている。バイアス用電源２３は、高周波交流電源２３ａとインピーダンス調整のためのマッチング回路２３ｂを備える。
【００１６】
真空容器１２に設けられたガス流入口２４には、ＭＦＣ（マスフローコントローラ）等を備え、真空容器１２の内部空間１５にエッチングガスを所望の流量で供給するガス供給部２５が接続されている。さらに、真空容器１２に設けられた排気口２７に、バルブ、ＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）、真空ポンプ（例えば、ロータリーポンプやドライポンプ）等を備える減圧部２８が接続されている。
【００１７】
本実施形態では、頂壁１６は石英からなる誘電体板（板体）２９を備える。誘電体板２９には板厚方向に透明性を有する部分、すなわち透明部３０を部分的に設けている。図３に最も明瞭に現れているように、透明部３０は誘電体板２９の外面２９ａ（内部空間１５とは反対側の面）の一部を円形に研磨（ラッピング）して形成した上側研磨部３１と、誘電体板２９の内面２９ｂ（内部空間１５側の面）の一部を同様に円形に研磨して形成した下側研磨部３２とを備える。上側研磨部３１及び下側研磨部３２は平面視での位置及び面積がほぼ一致している。下側研磨部３２にはサファイアからなる円板状の窓板３４を固定している。窓板３４は例えば図示しない樹脂製のボルトによって誘電体板２９の内面２９ｂに固定される。後に詳述するように、サファイア製の窓板３４は、ドライエッチング中に発生するプラズマに起因する透明部３０の透明度の低下ないしは曇りを防止する機能を有する。
【００１８】
真空容器１２の上方に設けられた電磁シールドの機能を有するケーシング３５の内部には、プラズマ発生用のアンテナないしはコイル３６が収容されている。図２及び図３に示すように、コイル３６は複数本（本実施形態では４本）の帯状の導体３７を螺旋状に配置してなる。各導体３７の一端はコイル用高周波電源３８に電気的に接続され、他端は接地されている。コイル用高周波電源３８は、高周波交流電源３８ａとインピーダンス調整のためのマッチング回路３８ｂを備えている。
【００１９】
図２に最も明瞭に現れているように、コイル３６を形成する４本の導体３７は、平面視で互いに隙間が形成されるように配置されている。特に、平面視でコイル３６の中央付近には比較的面積の広い４個の隙間３９Ａ〜３９Ｄが形成されている。前述した誘電体板２９の透明部３０は、４個の隙間３９Ａ〜３９Ｄのうちの１個の隙間３９Ａと対応する位置に形成されている。
【００２０】
コイル３６を収容したケーシング３５の上には、さらにケーシング４０が配設されている。ケーシング４０の内部には、前述したコイル用高周波電源３８が収容されている。
【００２１】
図１及び図３に示すように、ケーシング３５の上壁３５ａには平面視で円形の窓孔４１が形成されている。同様にケーシング４０の上壁４０ａにも平面視で円形の窓孔４２が形成されている。窓孔４１，４２は、前述の誘電体板２９の透明部３０と同様に、平面視でコイル３６の隙間３９Ａと対応する位置に形成されている。また、窓孔４２は平面視でケーシング４０内のコイル用高周波電源３８と重ならない位置に形成されている。
【００２２】
図１及び図２に示すように、ケーシング４０の上壁４０ａには、カメラ（撮影装置）４５を搭載したＸＹステージ（移動機構）４６が載置されている。詳細には、ＸＹステージ４６は、Ｙ軸方向に移動可能なＹ軸スライダ４６ａ、及びＹ軸スライダ４６ａを移動させるボールねじ機構（図示せず。）を駆動するＹ軸駆動モータ４６ｂを備える。また、ＸＹステージ４６は、Ｙ軸スライダ４６ａ上にＸ軸方向に移動可能なＸ軸スライダ４６ｃ、及びＸ軸スライダ４６ｃを移動させるボールねじ機構（図示せず。）を駆動するＸ軸駆動モータ４６ｄを備える。
【００２３】
カメラ４５はＸＹステージ４６のＸ軸スライダ４６ｃに搭載されており、ＸＹステージ４６によりコイル３６の上方で水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動可能である。カメラ４５はＣＣＤ型等の撮像素子を備え、その視野は鉛直方向下向きである。また、カメラ４５は測距用のレーザ光源４７を備えている。さらに、カメラ４５は倍率、焦点、感度等の調整機能を含む種々の機能を有している。カメラ４５が撮影した画像は後述する制御部５５の監視部５７に出力される。十分に短い時間間隔で画像を撮影できる限り、カメラ４５は動画像を撮影可能なビデオカメラでも、静止画像を撮影可能なカメラであってもよい。
【００２４】
図３を参照して、誘電体板２９の透明部３０、コイル３６、ケーシング３５の窓孔４１、ケーシング４０の窓孔４２、及びカメラ４５の位置関係について説明する。前述のように透明部３０、窓孔４１、及び窓孔４２は、いずれも平面視でコイル３６の隙間３９Ａと対応する位置に設けられている。詳細には、図３において二点鎖線で示す鉛直方向に延びる線Ｌ上に、透明部３０、窓孔４１、及び窓孔４２が位置決めされている。また、この鉛直方向の線Ｌに下端は、点Ｐで示すように載置ステージ２１上に保持された基板１の表面に達している。従って、ケーシング３５の窓孔４１からドライエッチング装置１１の内部を覗くと、ケーシング４０の窓孔４２、コイル３６の隙間３９Ａ、及び誘電体板２９の透明部３０を介して基板１の表面が見える。前述のようにカメラ４５はＸＹステージ４６により水平方向に移動可能であるので、その視野が鉛直方向の線Ｌと一致する位置、すなわち窓孔４１、窓孔４２、コイル３６の隙間３９Ａ、及び誘電体板２９の透明部３０を介して真空容器１２内の基板１を視野に収めることができる位置に移動可能である。
【００２５】
図１及び図４に示すように、ドライエッチング装置１１は、液晶表示装置等からなる表示部４９、警告灯５０、及びオペレータが装置の操作するための操作入力部５１を備える。
【００２６】
ドライエッチング装置１１は、ガス供給部２５、減圧部２８、コイル用高周波電源３８、バイアス用電源２３、ＸＹステージ４６、カメラ４５、警告灯５０、及び表示部４９を含む装置全体の動作を制御する制御部５５を備える。図４を参照すると、制御部５５は、運転条件記憶部５６、装置制御部５４、及び監視部５７を備えている。運転条件記憶部５６は、ドライエッチング装置１１により実行されるドライエッチングのプロセス条件を記憶している。プロセス条件は、例えばエッチングガスに含まれるガスの流量比、バイアス用電源２３から下部電極２２に印加されるバイアス電圧、真空容器１２内の圧力等の種々の条件を含む。特に、本実施形態では運転条件記憶部５６は、ドライエッチングが適切に進行している場合の通常のプロセス条件に加え、ブラックシリコンの発生の兆候が検出された場合のプロセス条件も記憶している。装置制御部５４は、操作入力部５１から入力されるオペレータの指令、及び運転条件記憶部５６に記憶されたプロセス条件に従って、ガス供給部２５、減圧部２８、コイル用高周波電源３８、及びバイアス用電源２３を制御してドライエッチングを実行する。また、装置制御部５４はカメラ４５及びＸＹステージ４６を制御する。
【００２７】
監視部５７は、カメラ４５が撮影した画像に基づいて、ブラックシリコンの発生の兆候を監視する。監視部５７は、明度検出部６１、基準明度記憶部６２、比較部６３Ａ、及び判定部６４Ａを備える。
【００２８】
明度検出部６１はカメラ４５が撮影した画像に基づいて基板１の表面の被エッチング面（ドライエッチングより加工されているトレンチやホール等の凹部の底部）を検出する。図６を併せて参照すると、符号６７Ａ，６７Ｂで概念的に示す基板１の表面のカメラ４５の視野に含まれる領域のうち、明度検出の対象となる特定の領域（対象領域）６８Ａ，６８Ｂが設定されている。明度検出部６１はこの対象領域６７Ａ，６７Ｂにおける基板１の表面の明度を検出する。対象領域６８Ａは、基板１の表面のレジストマスク２が存在しない部分のみを含む。一方、対象領域６８Ｂはその一部にレジストマスク２を部分的に含む。対象領域６８Ａ，６８Ｂのいずれを採用してもよいが、以下の説明では対象領域６８Ａを明度検出に使用するものとする。明度検出部６１は、カメラ４５が撮影した基板１の表面の画像から、対象領域６８Ａの面内平均明度（測定平均明度Ｂdet）を算出する。本実施形態では、測定平均明度Ｂdetは、例えば０（最も暗い）から２５５（最も明るい）までの２５６階調で表される。
【００２９】
基準明度記憶部６２は、対象領域６８Ａにおけるブラックシリコン発生の兆候の有無を判定するために使用する基準明度Ｂs（ｔ）を記憶している。図７に基準明度Ｂｓ（ｔ）の一例を示す。基準明度Ｂｓ（ｔ）は、ブラックシリコンが発生することなくドライエッチングが完了した場合の、エッチング開始からの経過時間（エッチング時間）ｔに対する対象領域６８Ａの面平均明度の変化である。図７に示す例では、ドライエッチング開始時（ｔ＝０）の基準明度Ｂs（ｔ）は２５０で、ドライエッチング終了時（ｔ＝ｔmax）の基準明度Ｂs（ｔ）は２３０であり、エッチング開始からエッチング終了まで一定の割合で線形的に基準明度Ｂs（ｔ）が減少する。エッチング時間ｔ１の基準明度Ｂs（ｔ１）は２４０であり、エッチング終了時間ｔmaxの基準明度Ｂs（ｔmax）は２３０である。図８Ａに示すように、ブラックシリコン発生の兆候がない場合、エッチング時間ｔ１では、基板１のレジストマスク２で被覆されていない部分に有る程度の深さｄ１までトレンチ７が形成されているが、トレンチ７の底部にはブラックシリコンの原因となるSiO２系の堆積物は堆積されていない。また、図８Ｂに示すように、ブラックシリコン発生の兆候がない場合、エッチング時間ｔ２では、トレンチ７は深さｄ２まで深くなっているがSiO２系の堆積物は堆積されていない。このようにブラックシリコン発生の兆候がなく、トレンチ７の底部に堆積物が堆積されていない状態であれば、対象領域６８Ａの面平均明度は十分明るい。以下の説明では、図７に示す基準明度Ｂｓ（ｔ）を使用するが、基準明度Ｂｓ（ｔ）はこれに限定されない。例えば、基準明度Ｂｓ（ｔ）は曲線、折れ線、階段状等であってもよい。
【００３０】
比較部６３Ａは、明度検出部６１が算出した測定平均明度Ｂdetと、基準明度記憶部６２に記憶された基準明度Ｂs（ｔ）とを比較する。詳細には、比較部６３Ａは、ある時刻ｔにおける対象領域６８Ａの測定平均明度Ｂdetと、同じ時間ｔにおける基準明度Ｂｓ（ｔ）とを比較する。さらに詳細には、比較部６３Ａは、同一時間における基準明度Ｂs（ｔ）に対する測定平均明度Ｂdetの割合を算出する。
【００３１】
判定部６４Ａは、比較部６３Ａの比較結果に基づいて、ブラックシリコン発生の兆候の有無を判定する。具体的には、判定部６４Ａは、測定平均明度Ｂdetが基準明度Ｂs（ｔ）に対して予め定められた割合（明度割合閾値）ＢＲthsy以下となると、ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判定する。本実施形態では、明度割合閾値ＢＲthsyは、約０．８（８０％）に設定している。ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判定部６４Ａが判定する条件を、以下の式（１）に示す。
【００３２】
【数１】
2006186222.tif 000003
【００３３】
判定部６４Ａは、測定平均明度Ｂdetが基準明度Ｂs（ｔ）よりも予め定められた明度差（明度差閾値）ΔＢthsy以下となると、ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判定してもよい。この場合に、ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判定部６４Ａが判定する条件を、以下の式（２）に示す。
【００３４】
【数２】
2006186222.tif 000004
【００３５】
以下の説明では、式（１）の明度割合閾値ＢＲthsyを使用するものとする。
【００３６】
次に、本実施形態のドライエッチング装置１１を使用したドライエッチング方法を説明する。前述のように基板１はシリコン系材料からなる。プロセス条件としては、ガス供給部２５から供給されるエッチングガスはSF６／Ｏ２／Heガスであり、SF６ガス、Ｏ２ガス、Heガスの流量をそれぞれ６０scccm、４０sccm、１０００sccmとする（SF６／Ｏ２／He＝６０／４０／１０００sccm）。また、コイル用高周波電源３８からコイル３６に印加される電力を１５００Ｗ、バイアス用電源２３から下部電極２２に印加される電力を８０Ｗとする。さらに、真空容器１２の内部空間１５の圧力は３０Paに維持する。
【００３７】
図５を参照すると、まずステップＳ５−１において、ＸＹステージ４６によりカメラ４５が移動する。具体的には、図３に示すように、ケーシング４０の窓孔４２、ケーシング３５の窓孔４１、コイル３６の隙間３９Ａ、及び誘電体板２９の透明部３０を介して真空容器１２内の基板１表面の所望の位置（図６の領域６７Ａ）が視野に収まるようにカメラ４５が移動される。続いて、ステップＳ５−２においてカメラ４５のピントを調節する。レーザ光源４７からレーザを基板１の表面に照射し、その反射線をカメラ４５で撮影してピント調節に利用する。その後、ステップＳ５−３において、コイル用高周波電源３８からコイル３６への高周波電圧の印加を開始し、真空容器１２の内部空間にプラズマ７０を発生させる。このステップＳ５−３の時点では、下部電極２２へのバイアス電圧の印加は開始されておらず、エッチングは開始されない。
【００３８】
次に、ステップＳ５−４において、プラズマ７０は発生しているがエッチングは開始されていない状態での基板１表面の画像（初期画像）をカメラ４５が撮影する。また、ステップＳ５−５において、明度検出部６１は初期画像中の対象領域６８Ａの面内平均明度、すなわち初期の測定平均明度Ｂdetを算出する。続いて、ステップＳ５−６において、初期の測定平均明度Ｂdetに基づいて、基準明度記憶部６２が基準明度Ｂs（ｔ）を補正する。例えば、初期の測定平均明度Ｂdetが記憶されている基準明度Ｂs（ｔ）のエッチング時間ｔ＝０における値よりも暗い場合、基準明度記憶部６２は図７において矢印Ａ１で概念的に示すように基準明度Ｂs（ｔ）を明度が低い側にシフトさせる。
【００３９】
以上のステップＳ５−１〜Ｓ５−６の処理が完了した後、ステップＳ５−７においてバイアス用電源２３から下部電極２２へのバイアス電圧の印加を開始し、基板１のドライエッチングを開始する。ドライエッチング中は、基板１のレジストマスク２で被覆されずにプラズマ７０に対して露出している部分が、エッチング種であるＦラジカル正イオン(SイオンやOイオン等)、He成分等によりエッチングされる。Ｏ成分が基板１のSi原子と反応してSiO2の側壁保護膜を形成する。
【００４０】
石英からなる誘電体板２９の内面２９ｂは、プラズマ７０に曝された状態が継続すると徐々にエッチングされる。しかし、本実施形態では、サファイアからなる窓板３４を誘電体板２９の内面２９ｂに下側研磨部３２の部分に固定することで、誘電体板２９の透明部３０の透明度の低下ないしは曇りを防止している。サファイアは透明度の高い材料であり、かつＦ系ガス、Cl系ガス、及びBr系ガス等のプラズマ処理で一般的に使用されるガスのプラズマに対する耐性が高い。従って、サファイアからなる窓板３４はプラズマ７０に曝された状態が継続しても透明度の低下ないしは曇りを生じず、透明部３０は適切な透明度を維持する。透明部３０が適切な透明度を維持するので、カメラ４５は透明部３０を介して真空容器１２内の基板１の画像を良質な画質で撮影できる。
【００４１】
エッチング中は、ステップＳ５−８〜Ｓ５−１２の処理が十分に短い時間間隔で繰り返される。まず、ステップＳ５−８において、カメラ４５が基板１の表面（領域６７Ａ）の画像を撮影する。続いて、ステップＳ５−９において、カメラ４５の撮影した画像から明度検出部６１が対象領域６８Ａの測定平均明度Ｂdetを算出する。次に、ステップＳ５−１０において、比較部６３Ａが測定平均明度Ｂdetと基準明度Ｂs（ｔ）を比較する。具体的には、比較部６３Ａは測定平均明度Ｂdetを基準明度Ｂs（ｔ）で除した商（Ｂdet／Ｂs（ｔ））を求める。また、ステップＳ５−１１において、判定部６４ＡはステップＳ５−１０において求めた比較部６３Ａ算出した商と明度割合閾値ＢＲthsyからブラックシリコン発生の兆候の有無を判定する。
【００４２】
ステップＳ５−１１において前述の式（１）が成立しない場合、すなわち判定部６４Ａがブラックシリコン発生の兆候がないと判定した場合、ステップＳ５−１２においてエッチング終点であるか否かが判断される。レーザ光源４７から基板１に照射したレーザをカメラ４５で撮影してエッチング深さを測定することで、エッチング終点の判断が可能である。また、エッチング時間によりエッチング終点の判断が可能である。ステップＳ５−１２でエッチング終点が検出されれば、ステップＳ５−１３においてエッチングが終了する。一方、ステップＳ５−１２でエッチング終点が検出されなければ、ステップＳ５−８〜５−１１の処理が繰り返される。
【００４３】
前述のステップＳ５−１１において式（１）が成立する場合、すなわち判定部６４Ａがブラックシリコン発生の兆候が有ると判定した場合、ステップＳ５−４において、装置制御部５４はブラックシリコンの発生防止を選択比等よりも優先する条件にプロセス条件を変更する。また、ブラックシリコン発生の兆候が有ると判定された場合、ステップＳ５−１５において、警告灯５０の点灯や表示部４９に所定のメッセージ等を表示することにより、オペレータに対してブラックシリコン発生の兆候が生じていることを報知する。
【００４４】
測定平均明度Ｂdetが図７に示すように変化し、エッチング時間ｔ１の時点で測定平均明度Ｂdetが１８０まで低下すると、ステップＳ５−１０で算出されるＢdet／Ｂs（ｔ）が０．８（明度割合閾値ＢＲthsy）を下回るので、ステップＳ５−１１においてブラックシリコン発生の兆候が有ると判定される。この場合、エッチング時間ｔ１の時点で図９に示すようにトレンチ７の底部にある程度の量のSiO２系の堆積物４が堆積しており、この堆積物４が測定平均明度Ｂdetを低下させている。換言すれば、監視部５７は、トレンチ７の底部に堆積物４が堆積することによる基板１の表面の明度の低下に基づいて、ブラックシリコン発生の兆候の有無を判断する。
【００４５】
ブラックシリコン発生の兆候があると判定された場合のプロセス条件の変更（ステップＳ５−１４）を詳述する。
【００４６】
第１に、バイアス用電源２３から下部電極２２に印加するバイアス電圧を高くすることで、ブラックシリコンの発生を抑制できる。本実施形態ではバイアス電圧の電力の初期値は５０Ｗであるが、例えば８０Ｗまで高めることでブラックシリコンの発生を抑制できる。バイアス電圧を高くすれば、トレンチ７の底部に衝突するイオンの速度が速くなる。換言すれば、バイアス電圧を高くすることで、イオン衝突のエネルギーが増大する。その結果、SiO２系の堆積物４をスパッタリングによりトレンチ７の底部から飛散させることができる。一方、バイアス電圧が高いとイオンによりレジストマスク２が削れやすくなり、選択比が低下する。従って、ブラックシリコン発生の兆候が検出されなければ選択比を重視してバイアス電圧を低く設定し（本実施形態では５０Ｗ）、ブラックシリコン発生の兆候が検出された場合にのみバイアス電圧を高くする（本実施形態では８０Ｗ）ことで、好適な選択比とブラックシリコンの発生防止を両立できる。
【００４７】
第２に、真空容器１２内の内部空間１５の圧力を低下させることで、ブラックシリコンの発生を抑制できる。本実施形態では圧力の初期値は３０Paであるが、例えば２５Paまで圧力を低下させることで、ブラックシリコンの発生を抑制できる。真空容器１２内の圧力を低下させると、エッチングガスが真空容器１２内に滞留する時間が短縮されるので、SiO２系の余剰の堆積物４がトレンチ７の底部に形成される前に、エッチングガスが真空容器１２の外部に排気される。一方、真空容器１２内の圧力が低いと、イオンの速度が速くなるのでレジストマスク２が削れやすくなり、選択比が低下する。従って、ブラックシリコン発生の兆候が検出されなければ選択比を重視して圧力を高く設定し（本実施形態では３０Pa）、ブラックシリコン発生の兆候が検出された場合にのみ圧力を低く設定する（本実施形態では２５Pa）ことで、好適な選択比とブラックシリコンの発生防止を両立できる。
【００４８】
第３に、エッチングガス中のO２ガスの比率を低下させることで、ブラックシリコンの発生を抑制できる。本実施形態ではＯ２ガスの供給流量の初期値は４０sccmであるが、例えば２０sccmまで供給流量を減らすことで、ブラックシリコンの発生を抑制できる。ブラックシリコンはSiO２系の堆積物４が原因となるので、真空容器１２へのO２ガスの供給流量を減らし、真空容器１２内のＯ成分の量を減らせば堆積物４が生成されにくくなる。一方、真空容器１２へのO２ガスの供給流量を減らすと、SiO２からなる側壁保護層も形成されにくくなるのでトレンチ７の側壁を垂直形状に維持しにくくなる。従って、ブラックシリコン発生の兆候が検出されなければ側壁保護層の形成を重視してO２ガスの供給流量を多く設定し（本実施形態では４０sccm）、ブラックシリコン発生の兆候が検出された場合にのみO２ガスの供給流量を減らす（本実施形態では２０sccm）ことで、トレンチ７の形状とブラックシリコンの発生防止を両立できる。
【００４９】
以上のようにプロセス条件を変更することにより、トレンチ７の底部への堆積物４の堆積が抑制され、ブラックシリコンの発生が防止される。バイアス電圧の上昇、真空容器１２内の圧力低下、及びＯ２ガスの供給流量の低下は単独で行ってもよく、これらのうち２種類以上を組み合わせて実行してもよい。
【００５０】
ステップＳ５−１４のプロセス条件の変更を実行しなかった場合、トレンチ７の底部の堆積物４の量が増加するので、図７において実線で示すように測定平均明度Ｂdetはエッチング時間ｔ１以降もさらに低下し続ける。しかし、ステップＳ５−１４のプロセス条件の変更を行い、トレンチ７の底部への堆積物４の堆積を抑制すれば、エッチング時間ｔ１以降の測定平均明度Ｂdetは例えば二点鎖線で示すように比較的緩やかに低下する。
【００５１】
図１０から図１３は真空容器１２の頂壁１６の代案を示す。
【００５２】
図１０に示す第１の代案の頂壁１６は石英製の誘電体板２９からなる。誘電体板２９の内面２９ｂに底面視で円形の凹部２９ｃを設け、この凹部２９ｃにサファイアからなる円板状の窓板７１を嵌め込んで固定している。誘電体板２９の外面２９ａの上側研磨部３１と内面２９ｂに嵌め込んだ窓板７１が透明部３０として機能する。
【００５３】
図１１Ａから図１１Ｃに示す第２の代案の頂壁１６も石英製の誘電体板２９からなる。誘電体板２９の内面２９ｂには、サファイアからなる窓板７２を着脱可能に保持する保持孔２９ｄが形成されている。この保持孔２９ｄは底面視でほぼ円形の有底の孔であり、開口縁に内向きに突出する一対の係止部２９ｅ，２９ｆを備えている。一方、窓板７２はほぼ円板状であるが外向きに突出する一対の被係止部７２ａ，７２ｂを備えている。図１１Ｂに示すように、窓板７２を保持孔２９ｄの係止部２９ｅ，２９ｄに対して被係止部７２ａ，７２ｂが干渉しない姿勢とすれば、保持孔２９ｄに対して窓板７２を着脱できる。一方、図１１Ｃに示すように、窓板７２を被係止部７２ａ，７２ｂが係止部２９ｅ，２９ｄ上に載置される姿勢とすれば、保持孔２９ｄ内に窓板７２を保持できる。誘電体板２９の外面２９ａの上側研磨部３１と窓板７２が透明部３０として機能する。
【００５４】
図１２に示す第３の代案の頂壁１６は、外面２９ａ及び内面２９ｂに上側及び下側研磨部３１，３２を設けた石英製の誘電体板２９、サファイアからなる窓板７３、セラミック（Al2O3）の薄板である保持板７４、Ｏリング７５、及び締付金具７６を備える。保持板７４には板厚方向に貫通する窓孔７４ａが形成されている。窓板７３は誘電体板２９の内面２９ｂの下側研磨部３２と密接して配置されている。保持板７４は窓孔７４ａが窓板７３と対応するように、締付部材７６によってＯリング７５を介して誘電体板２９に対して押し付けられている。誘電体板２９と保持板７４の間に挟み込まれることにより、窓板７３が誘電体２９の内面２９ｂに対して固定されている。誘電体板２９の上側及び下側研磨部３１，３２、窓板７３、及び保持板７４の窓孔７４ａが透明部３０として機能する。
【００５５】
図１３に示す第４の代案の頂壁１６は、セラミックからなる板体７７を備えている。板体７７には板厚方向に貫通する段付きの収容孔７７ａが形成されている。収容孔７７ａは板体７７の外面７７ｂ側の第１部分７７ｃよりも内面７７ｄ側の第２部分７７ｅが小径であり、内面７７ｄ側に内向きに突出する支持部７７ｆが形成されている。収容孔７７ａには外面７７ｂ側からサファイアからなる窓板７８が収容される。窓板７８はＯリング７９を介して支持部７７ｆで支持される。
【００５６】
誘導結合型のドライエッチング処理装置を例に本発明を説明したが、他のドライエッチング装置、スパッタリング装置、並びにプラズマＣＶＤ用等の他のプラズマ処理装置にも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に係るドライエッチング装置の模式的な断面図。
【図２】本発明の実施形態に係るドライエッチング装置の模式的な平面図。
【図３】本発明の実施形態に係るドライエッチング装置の模式的な部分斜視図。
【図４】本発明の実施形態に係るドライエッチング装置のブロック図。
【図５】本発明の実施形態に係るドライエッチング装置の動作を説明するためのフローチャート。
【図６】対象領域を説明するための模式図。
【図７】基準明度、兆候判定明度、及び発生明度と測定明度の関係の一例を示す線図。
【図８Ａ】ブラックシリコン発生の兆候が認められない状態のエッチング途中の基板を示す模式的な斜視図。
【図８Ｂ】ブラックシリコン発生の兆候が認められない状態のエッチング途中の基板を示す模式的な斜視図。
【図９】ブラックシリコン発生の兆候が認められるエッチング途中の基板の模式的な斜視図。
【図１０】真空容器の頂壁の第１の代案を示す断面図。
【図１１Ａ】真空容器の頂壁の第２の代案を示す断面図。
【図１１Ｂ】真空容器の頂壁の第２の代案（窓板の着脱時）を示す底面図。
【図１１Ｃ】真空容器の頂壁の第２の代案（窓板が装着された状態）を示す底面図。
【図１２】真空容器の頂壁の第３の代案を示す断面図。
【図１３】真空容器の頂壁の第４の代案を示す断面図。
【符号の説明】
【００５８】
１  基板
２  レジストマスク
７  トレンチ
８  堆積物
１１  ドライエッチング装置
１２  真空容器
１３  底壁
１４  側壁
１５  内部空間
１６  頂壁
２１  載置ステージ
２２  下部電極
２３  バイアス用電源
２３ａ  高周波交流電源
２３ｂ  マッチング回路
２４  ガス流入口
２５  ガス供給部
２７  排気口
２８  減圧部
２９  誘電体板
２９ａ  外面
２９ｂ  内面
３０  透明部
３１  上側研磨部
３２  下側研磨部
３４  窓板
３５  ケーシング
３５ａ  上壁
３６  コイル
３７  導体
３８  コイル用高周波電源
３８ａ  高周波交流電源
３８ｂ  マッチング回路
３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄ  隙間
４０  ケーシング
４１，４２  窓孔
４５  カメラ
４６  ＸＹテーブル
４６ａ  Ｙ軸スライダ
４６ｂ  Ｙ軸駆動モータ
４６ｃ  Ｘ軸スライダ
４６ｄ  Ｘ軸駆動モータ
４７  レーザ光源
４９  表示部
５０  警告灯
５１  操作入力部
５４  装置制御部
５５  制御部
５６  運転条件記憶部
５７  監視部
６１  明度検出部
６２  基準明度記憶部
６３Ａ  比較部
６４Ａ  判定部
７０  プラズマ
【図１】
2006186222.tif 000005
【図２】
2006186222.tif 000006
【図３】
2006186222.tif 000007
【図４】
2006186222.tif 000008
【図５】
2006186222.tif 000009
【図６】
2006186222.tif 000010
【図７】
2006186222.tif 000011
【図８Ａ】
2006186222.tif 000012
【図８Ｂ】
2006186222.tif 000013
【図９】
2006186222.tif 000014
【図１０】
2006186222.tif 000015
【図１１Ａ】
2006186222.tif 000016
【図１１Ｂ】
2006186222.tif 000017
【図１１Ｃ】
2006186222.tif 000018
【図１２】
2006186222.tif 000019
【図１３】
2006186222.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月4日(2005.1.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006186222.tif 000021
【図２】
2006186222.tif 000022
【図３】
2006186222.tif 000023
【図４】
2006186222.tif 000024
【図５】
2006186222.tif 000025
【図６】
2006186222.tif 000026
【図７】
2006186222.tif 000027
【図８Ａ】
2006186222.tif 000028
【図８Ｂ】
2006186222.tif 000029
【図９】
2006186222.tif 000030
【図１０】
2006186222.tif 000031
【図１１Ａ】
2006186222.tif 000032
【図１１Ｂ】
2006186222.tif 000033
【図１１Ｃ】
2006186222.tif 000034
【図１２】
2006186222.tif 000035
【図１３】
2006186222.tif 000036