(57)【要約】【課題】    微細デバイスに対応した高精度加工を均一に施すことのできるプラズマ処理技術を提供する。【解決手段】  減圧可能な処理容器１と、処理容器内に試料を載置するステージ２と、処理容器のステージに対向する面側にステージと平行に配置した略円形のアンテナ電極７と、処理室内に処理ガスを導入するガス導入手段１０と、処理容器内に磁場を形成し、形成した磁場とアンテナ電極から放射される電磁波との相互作用により処理容器内にプラズマを生成する外部コイル６と、前記アンテナ電極の半径方向の少なくとも異なる３点におけるプラズマの発光強度をモニタする発光モニタ３０と、外部コイルに供給する励磁電流を調整する制御部３３を備え、該制御部３３は、発光モニタ３０のモニタ結果をもとに外部コイル６に供給する励磁電流を調整して、プラズマの発光強度を均一に制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧可能な処理容器と、
処理容器内に試料を載置するステージと、  
処理容器のステージに対向する面側にステージと平行に配置した略円形のアンテナ電極と、
処理室内に処理ガスを導入するガス導入手段と、
処理容器内に磁場を形成し、形成した磁場とアンテナ電極から放射される電磁波との相互作用により処理容器内にプラズマを生成する外部コイルと、
前記アンテナ電極の半径方向の少なくとも異なる３点におけるプラズマの発光強度をモニタする発光モニタと、
外部コイルに供給する励磁電流を調整する制御部を備え、
該制御部は、発光モニタのモニタ結果をもとに外部コイルに供給する励磁電流を調整して、プラズマの発光強度を均一に制御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、
前記ガス導入手段は、前記アンテナ電極を被覆するように配置したガス分散板及びシャワープレートを備え、前記発光モニタはガス分散板のシャワープレートに形成した細孔を臨む位置に配置した光ファイバを備え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、
前記発光モニタは、生成されたプラズマの中央部、側縁部及びこれらの中間部の少なくとも異なる３方向に指向性を有するように処理容器外に配置した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、
前記発光モニタは、各方向におけるプラズマ発光のモニタ値をもとに、前記アンテナ電極の半径方向の少なくとも異なる３点におけるプラズマの発光強度を演算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、
前記発光モニタは、処理容器側面の試料面よりも高い位置に設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記外部コイルは、それぞれ異なる電流が供給される複数系統のコイルを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記アンテナ電極のステージ側表面にはシリコン材を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記アンテナ電極はアンテナバイアスを印加するアンテナバイアス電源を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
減圧可能な処理容器と、処理容器内に試料を載置するステージと、処理容器のステージに対向する面側にステージと平行に配置した略円形のアンテナ電極と、処理室内に処理ガスを導入するガス導入手段と、処理容器内に磁場を形成し、形成した磁場とアンテナ電極から放射される電磁波との相互作用により処理容器内にプラズマを生成する外部コイルとを備え、前記プラズマを用いて前記試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、  前記アンテナ電極の半径方向の少なくとも異なる３点におけるプラズマの発光強度をモニタし、モニタした各点における発光強度の割合に応じて外部コイルに供給する励磁電流を調整して、プラズマの発光強度を均一に制御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、プラズマ処理技術に係り、特に試料に均一な処理を施すことのできるプラズマ処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造において、成膜やエッチング等の工程にプラズマ処理装置が広く用いられている。これらプラズマ処理装置には、微細化するデバイスに対応した高精度処理と、量産安定性とが求められている。また、被処理ウエハの直径は、生産性向上の観点から拡大しており、現在では直径３００ｍｍのウエハが主流となっている。ウエハの大口径化に対応し、プラズマ処理装置にはウエハ面内での、より高い処理均一性が求められている。
【０００３】
処理均一性に最も影響を与えるのがプラズマの均一性である。プラズマ分布を制御し均一なプラズマを得るためには、プラズマに投入する高周波電力系を２系統以上備え、これらの系統に投入する電力の比率を制御する方法、あるいは磁場と電磁波の相互作用を用いる方法が提案されている。
【０００４】
また、プラズマモニタリング手段を備えたプラズマ処理装置のアイデアも出されている。例えば、特許文献１には、プラズマモニタリング手段から得られたプラズマ密度の分布状態と基準分布状態との比較結果に応じて補助コイルに電流を流し、これにより反応室内のプラズマを基準分布状態にすることが示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、光センサの検出信号からプラズマの発光分布を求め、発光分布を均一分布とするように各アンテナ供給電力を制御することが示されている。
【特許文献１】特開平８−１６７５８８号公報
【特許文献２】特開平７−８６１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１に示す装置では、ＣＣＤカメラからの画像信号を処理することによりプラズマの均一性をモニタしている。しかし、ここに示されるモニタ方法を実現するには多大なコストがかかり、また画像処理に際して複雑な操作が要求される。このため、量産に用いられる半導体製造装置に適用するのは困難である。また、ＣＣＤカメラでプラズマを画像として捉えるためには比較的大きな窓を真空容器壁に取り付ける必要がある。しかし、このような大きな窓を取り付けると、プラズマの均一性が損なわれることになる。また、前記窓に堆積物の付着や削れ等が発生し窓自身に曇りが発生する。このため長期間の使用には耐えられないことがある。
【０００７】
また、特許文献２に示される装置は、前記ＣＣＤカメラを用いる装置に比して、コストや簡便さの点では勝っている。しかし、量産装置に適用する際の長期安定性について考慮されていない。また、ここに示される装置は、半導体デバイスの微細化に対応することはできない。すなわち、この装置では、プラズマ生成用の電磁波に２．４５ＧＨｚ前後の周波数帯を用いているからである。特許文献２には使用する周波数については明記されていないが、複数あるアンテナに三角板の組み合わせやヘリカルアンテナを用いる点、夫々のアンテナと電源とのケーブルの長さで均一性を制御できる点を考慮すると、プラズマの生成にマイクロ波を用いることを前提とする技術であることは明らかである。マイクロ波を用いたプラズマ源では電子温度が高くなり処理用ガスの解離が進みすぎるため、下地やマスク材料との選択比が悪化するという欠点があるからである。すなわち、特許文献２に示されるようなマイクロ波を利用したプラズマ源を用いたのでは、近年の半導体デバイスの微細化に対応することはできない。
【０００８】
さらに、特許文献２には、モニタからの信号によりプラズマ分布を調節する手段として各アンテナに供給する電力を制御することが記載されている。しかし、プラズマ生成用の数１０ＭＨｚ帯〜数ＧＨｚ帯の高周波電力を精度良く複数に分割し、しかもその分割比を制御する簡便な手段を実現することは現実的には困難である。したがって、現状ではアンテナの数だけ高周波電源を具備しなければならず、これはやはり大幅なコストアップにつながってしまう。
【０００９】
本発明はこれらの問題点に鑑みなされたものであり、微細デバイスに対応した高精度加工を均一に施すことのできるプラズマ処理技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１１】
減圧可能な処理容器と、処理容器内に試料を載置するステージと、処理容器のステージに対向する面側にステージと平行に配置した略円形のアンテナ電極と、処理室内に処理ガスを導入するガス導入手段と、処理容器内に磁場を形成し、形成した磁場とアンテナ電極から放射される電磁波との相互作用により処理容器内にプラズマを生成する外部コイルと、前記アンテナ電極の半径方向の少なくとも異なる３点におけるプラズマの発光強度をモニタする発光モニタと、外部コイルに供給する励磁電流を調整する制御部を備え、該制御部は、発光モニタのモニタ結果をもとに外部コイルに供給する励磁電流を調整して、プラズマの発光強度を均一に制御する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以上の構成を備えるため、微細デバイスに対応した高精度加工を均一に施すことのできるプラズマ処理技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置を説明する図である。図に示すように、ガス導入手段１０を有する真空排気された真空処理室１の内部に温調（温度調整）装置１８により温調されたウエハ載置用ステージ２を設け、該ステージに対向する面にステージと平行に略円形のアンテナ７を設ける。第一の整合器１２を介し第一の高周波電源１１より前記アンテナ７に高周波電力を印加し、アンテナ７から放射される電磁波と外部コイル６及びヨーク５により形成される磁場との相互作用によりプラズマを生成する。この状態で、ステージ２に接続された第二の高周波電源１３から第二の整合器１４を介して被処理ウエハ３に高周波バイアスを印加することによりプラズマ処理を行うことができる。
【００１４】
アンテナ７には、フィルタユニット１５及び第三の整合器１７を介して第三の高周波電源１６が接続されている。また、ガス導入手段１０から導入されたガスを真空処理室１に均一に供給するため、ガス分散板８及びシャワープレート９が設置されている。
【００１５】
アンテナ７には、プラズマからの発光分布をモニタするためのモニタ部３０が備えられており、モニタ部３０により取り込まれた発光分布は、光ファイバ３１を介して検出部３２に入力される。検出部３２で検出された発光分布信号は、制御部３３に入力される。制御部３３は、取り込まれた発光分布に応じ、直流電源２１，２２を制御する。
【００１６】
以下、本実施形態の各構成要素について、詳細に説明する。
【００１７】
まず、アンテナ周りの構成について説明する。被処理ウエハ３の直上にプラズマを生成し、維持するための第一の高周波電源１１の周波数は１００ＭＨｚから５００ＭＨｚの間で選定される。周波数が低すぎるとサブパスカル領域でのプラズマ安定性が悪く、また処理に十分なプラズマ密度が得られない。一方、周波数が高すぎると、電磁波の波長が短くなることに起因したプラズマの不均一が顕在化してくる。また、マイクロ波領域では電子温度が上昇し、処理ガスの過剰解離が発生してしまう。
【００１８】
従って、前記周波数帯域（１００ＭＨｚから５００ＭＨｚ）を用いることにより、処理に用いられる０．２Ｐａ〜２０Ｐａ程度の圧力領域において、ウエハ直上に効率良く中密度程度のプラズマが生成可能となる。図１の例では、第一の高周波電源の周波数は２００ＭＨｚとした。
【００１９】
なお、前記周波数帯の電磁波により生成されたプラズマは、マイクロ波ＥＣＲプラズマや、誘導結合プラズマよりも低い電子温度をしており、処理ガスの過剰な解離を防ぐ効果もある。
【００２０】
ここで、シリコン酸化膜等の絶縁膜のエッチングを例にとって説明する。絶縁膜のエッチングに用いられるＣＦ系のガスは、電子温度の高いプラズマで多重解離を起こすことにより、マスク材料であるレジストや下地の窒化シリコン膜との選択比を低下させるＦラジカルを多量に生成する。しかし前記周波数帯で生成したプラズマは電子温度が低く、このためソースパワーを適度に調節することにより中密度程度のプラズマを生成することが可能であり、高選択比の加工に好適な解離状態を実現することができる。
【００２１】
また、プラズマに接するアンテナ表面の材質を工夫すると、更なる選択比の向上が期待できる。図１の例では、アンテナ電極７のステージ２側表面にはシリコン製のシャワープレート９を用いた。シリコン製シャワープレート９には、直径が０．３乃至０．８ｍｍ程度の微細な穴が数百個開けられている。さらにこのシャワープレート９とアンテナ電極７の間には、直径が０．３乃至１．５ｍｍ程度の微細な穴が数百個程度開けられたガス分散板８が設置されている。ガス分散板８とアンテナ電極７との間は処理ガスのバッファ室となっており、ガス供給系１０から供給された処理ガスは分散板８とシリコン板９を介して処理室に均一に導入される。
【００２２】
なお、図１の処理装置を用いてシリコン酸化膜等のエッチングを行う場合は、処理ガスとして、Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８，Ｃ４Ｆ６，Ｃ３Ｆ６，ＣＦ４，ＣＨＦ３，ＣＨ２Ｆ２，ＣＨ３Ｆ等のＣＦ系のガス、Ａｒ、Ｘｅ，Ｎ２等のバッファガス、及びＯ２を混合して用いる。さらに、より高い選択比を要求されるプロセスに対しては、前記ガス系にＣＯガスを添加して用いる。
【００２３】
プラズマに接するアンテナ表面をシリコン製とすることの利点は、シリコン酸化膜をエッチングする際に選択比を低下させる原因である気相中のＦラジカルをシリコンとの反応により除去できることにある。
【００２４】
また、図の例では、アンテナ電極７には、フィルタユニット１５及び第三の整合器１７を介してアンテナバイアス用の第三の高周波電源１６が接続されている。ここで、アンテナバイアス用の第三の高周波電源の周波数は、第一の高周波電力により生成したプラズマに影響を与えないよう、好ましくは１００ｋＨｚから２０ＭＨｚの間で、さらに好ましくは４００ｋＨｚから１３．５６ＭＨｚの間で選定される。フィルタユニット１５は、第一の高周波電力が第三の高周波電源に廻り込むこと、及び第三の高周波電源の電力が第一の高周波電源に廻り込むことを抑止する。この例では前記第三の高周波電源の周波数は４ＭＨｚとした。
【００２５】
上述のように、第三の高周波電源１６を用いてアンテナバイアスを印加することにより、アンテナ表面でのＦラジカルを除去する反応をプラズマ密度とは独立に制御することができる。このため、微細なパターンを高精細に形成することができる。
【００２６】
図１の例では、アンテナ電極７のステージ側表面にシリコン材を用いたが、エッチングを行う対象によっては、他の材料、例えば、シリコンカーバイト、グラッシーカーボン、石英、アルマイト処理されたアルミニウム、ポリイミド等を用いることができる。
【００２７】
なお、アンテナ電極７及び処理容器１の側壁は、図示しない温度制御ユニットにより一定温度に温調されており、これにより長時間に渡り安定したプロセス性能を保つことができる。
【００２８】
次に、ステージ周りの構成について説明する。ステージ２には、ウエハに高周波バイアスを印加してイオンを引き込むための第二の高周波電源１３が接続されている。該電源の周波数は、第一の高周波電源電力により生成したプラズマに影響を与えず、かつ効率よくイオンをウエハに引き込むように、好ましくは１００ｋＨｚから２０ＭＨｚの間で、さらに好ましくは４００ｋＨｚから１３．５６ＭＨｚの間で選定される。図の例においては４ＭＨｚに設定した。
【００２９】
また、気相中の活性種の密度分布のさらなる制御のために、ステージ２の外周部には、ウエハ３を取り囲むように、略円環状のフォーカスリング４が配置されている。図の例においてはフォーカスリングの材質としてシリコンを用いた。なお、アンテナバイアスを制御することにより、気相中のＦラジカルの平均的な密度を制御することができるが、前記フォーカスリングを備えることにより、ウエハ面内でのＦラジカルの密度分布を詳細に制御する事が可能となる。
【００３０】
処理ガスの多重解離により発生したＦラジカルは、ウエハ表面のレジストによっても消費される。ウエハの外側の領域にＦラジカルを消費する部材が設置されていない場合、ウエハ外周部のＦラジカル密度はウエハ中央部に比して高くなってしまうが、前記フォーカスリングはこれを抑制する効果を持つ。
【００３１】
さらに、ウエハバイアス用の電力をフォーカスリングに分岐して印加することにより、ウエハ外周部におけるＦラジカル密度抑制効果を高めることができる。図の例では、フォーカスリングの材料をシリコンとしたが、エッチングを行う対象によっては、他の材料、例えば、シリコンカーバイト、グラッシーカーボン、石英、アルマイト処理されたアルミニウム、ポリイミド等を用いることができる。
【００３２】
また、図示はしないが、処理ガスの導入経路を２系統とすることにより、気相中の活性種の分布制御を行わせることも可能である。
【００３３】
次に、プラズマ分布のモニタ制御系について説明する。モニタ制御系は、モニタ部３０、検出部３２、及び制御部３３を備える。
【００３４】
モニタ部３０は、所望の位置のプラズマ発光を処理容器外側に導く役割をしており、石英製ロッドをアンテナ７及び分散板８を貫通して配置して構成される。石英ロッドの下端はシャワープレート９の裏面に位置し、シャワープレートには、前記石英ロッドの下端に合致するように直径０．４乃至１．０ｍｍ程度の採光用の孔が複数個空けられている。
【００３５】
プラズマからの発光強度を定量的に計測できる範囲内で、採光用の孔の個数は少ないほうが望ましく、また孔径は小さい方が望ましい。なお、シャワープレートのガス供給用の孔を前記採光用の孔として流用することができる。
【００３６】
このような構造を採用することにより石英ロッドの下端部を直接プラズマに曝さないですむため、石英ロッド面の消耗や、荒れ、若しくは堆積物による採光量の変化を抑制することができる。図の例においてはロッドの材質に石英を用いたが、耐熱ガラス、サファイア等を用いることができる。また、ロッドの下端をアルミナやイットリア、イットリビウム等の薄膜でコーテイングしたものを用いることができる。これにより、採光用の孔を介して僅かに漏れてくるプラズマに対する耐久性を向上することができる。
【００３７】
図の例では、直径３００ｍｍのウエハ用の処理装置を前提とするため、３本の石英ロッドをアンテナ中心から夫々、半径２０ｍｍ（中心部），８０ｍｍ（中間部），１４０ｍｍ（外周部）の位置に配置した。石英ロッドを配置する位置はウエハサイズにより適宜設定すればよい。また、石英ロッドの本数、すなわち発光をモニタする点数は，半径位置において３点乃至５点程度が適当である。３点モニタではコスト的に有利であり、５点モニタは精度的に有利であることは言うまでもない。
【００３８】
次に、直径３００ｍｍ以上のウエハに対応するには、モニタが最低３点必要となることについて説明する。
【００３９】
ここで、図２は、ウエハ面内における処理速度分布を説明する図であり、図２（ａ）は直径１５０ｍｍ以下のウエハにおける処理速度分布を示す図、図２（ｂ）は直径３００ｍｍ以上のウエハにおける処理速度分布を示す図である。
【００４０】
過去の直径１５０ｍｍ以下のウエハに対応するプラズマ処理装置においては、図２（ａ）に示すように、ウエハ面内における処理速度分布は単純な凸分布、あるいは凹分布となることが多かった。すなわち、ウエハサイズが小さいためにプラズマの不均一が目立たないためである。一方、直径３００ｍｍ以上のウエハサイズでは、図２（ｂ）に示すように、単純な凸凹分布ではなく、Ｍ分布やＷ分布といった複雑な分布形状となることがしばしば見受けられる。すなわち、これら分布形状を規定するには、最低３点のモニタ点が必要となる。
【００４１】
次に、モニタ点数の処理の均一性の判定確度に及ぼす影響について、その調査結果を説明する。ここで、「均一性」とは、
（Ｍａｘ（Ｒｉ）−Ｍｉｎ（Ｒｉ））／（Ｍａｘ（Ｒｉ）＋Ｍｉｎ（Ｒｉ））＊１００  （％），ｉ＝１，２・・
で表される量である。Ｒｉはウエハ上でのある測定個所ｉ点における処理速度を示している。  
直径３００ｍｍのウエハを処理できるプラズマ処理装置を用いて得た様々な条件における全処理結果２６６件のうち、中心部と外周部の２点データの均一性が±５％以下であったものは７４件であった。この中で、ウエハ面内での処理均一性が±５％以下であったものは３８件であった。一方、中心、中間部、外周部の３点データの均一性が±５％以下であったものは４７件であった。
【００４２】
すなわち、２点モニタで均一性を±５％以下と評価した場合、その中で実際にウエハ面内での処理均一性が±５％以下となるものは５１％程度しかないのに対し、３点モニタで均一性を±５％と評価した場合、実際にウエハ面内での処理均一性が±５％以下となるものの割合は８１％に向上する。モニタ点数を４点、５点と増やしていけば更に確度が上がっていくことは言うまでもない。
【００４３】
また、図の例においては、アンテナ電極７の中心に第一の高周波電源電力を給電しているため、中心部配置するモニタ用の石英ロッドを半径２０ｍｍの位置に配置したが、第一の高周波電源の給電部を中心から若干ずらし、半径０ｍｍの位置に中心部の石英ロッドを配置することも可能である。また、中心部の石英ロッドをｒ＝０ｍｍ方向に向けて若干チルト（傾斜）させて配置してもよい。いずれの場合もウエハ中心部の発光を得ることができ、モニタ精度を上げることができる。
【００４４】
モニタ部３０で検出したプラズマからの発光は、光ファイバ３１を介して検出部３２に接続される。検出部は３つのフォトダイオードから構成されている。検出部３２は光信号を電気信号に変換する機能をもつデバイスであればフォトダイオードに限らず、ＣＣＤ素子，光電子増倍管等を用いることができる。また、分光器を設置し、分光観測をすることも可能である。この場合、単なるプラズマ分布だけでなく、あるラジカル種の径方向分布を知ることもできる。
【００４５】
電気信号に変換されたプラズマからの発光情報は、ＡＤ変換された後に制御部３３に入力される。制御部３３はプラズマ分布に基づきコイル用の直流電流源２１，２２を制御する。図の例の場合では、磁場を強くするとプラズマは外高分布となり、磁場を弱くすると中高分布となることが実験的に分かっているため、中心部での発光強度が強い場合は磁場を強く、逆に外周部での発光強度が強い場合は磁場を弱くする方向で制御を行う。
【００４６】
また、それぞれ異なる電流が供給される複数系統のコイル、例えば２系統のコイルを用いることにより、磁場強度だけでなく、磁力線形状を変えることにより、より精密な分布制御をおこなうこともできる。すなわち、単純な外高分布、中高分布の補正だけでなく、Ｍ型分布、Ｗ型分布の補正を行うことも可能となる。
【００４７】
図３は、モニタ部を処理容器１の側面に配置した例を説明する図である。なお、図３では、図を単純化するためにヨーク、コイル、電源等は省略して表示している。側面モニタ部３４は処理容器側壁１のウエハ面よりも高い位置で、かつシャワープレート下面よりも低い位置に取り付けられている。側面モニタ部３４は処理容器１に取り付けた金属製パイプ３５を備え、該パイプの処理容器１とは反対側の端に石英窓３６を取り付けた構造となっている。金属パイプ３５を設けることにより、石英窓に入射する発光の入射立体角が制限されるため、所望の位置からのプラズマ発光のみを得ることができる。
【００４８】
すなわち、石英窓３６ａには処理容器中央部からの発光が入射し、石英窓３６ｃには処理容器周辺部からの発光が入射することになる。また、金属製パイプ３５により、石英窓が直接濃いプラズマに曝されないため、石英窓への堆積物や石英窓自体の削れを抑止することができる。
【００４９】
図３に示すようにモニタ部を構成にした場合は、アンテナ電極にモニタ部を具備した場合と異なり、石英窓から得られる発光分布はプラズマ分布を間接的に反映したものになる。すなわち、石英窓３６には径方向の発光の積分値が入射するためである。正確なプラズマ分布を知るためにはアーベル変換等の作業を行う必要がある。この作業を制御部３２で行うことにより、プラズマ分布が均一になるように制御を行うことができる。なお、プラズマが均一な状態における発光強度分布を予め採取しておき、実測された発光強度分布との偏差が最小になるように磁場を制御することによりプラズマ分布が均一になるように制御することができる。
【００５０】
また、このようにモニタ部３４を処理容器側面に配置した場合、データ処理が若干煩雑になるかわりに、アンテナ周りの構造が単純化され、コスト的には有利になる。
【００５１】
次に本実施形態におけるプラズマ処理装置を用いて実際に処理を行った結果について説明する。図４は、本実施形態のプラズマ処理装置により、Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２混合ガスを用いてシリコン酸化膜のフラットサンプルをエッチングした際のエッチング結果の一例を示す図である。
【００５２】
図４に示すように、コイル６に流す電流を調整して平均磁場強度を調整することにより、エッチングレート分布を凸型（コイル電流８Ａ）、フラット（コイル電流９Ａ）、凹型（コイル電流１０Ａ）に制御できることが分かる。なお、エッチングレートの均一性は、それぞれ、凸型１５％、フラット５％、凹型１０％であった。この例の場合も、前述した例の場合と同じように、磁場強度を強くしていくに従って中高分布から均一分布を経て外高分布に制御される。
【００５３】
さらに、２系統あるコイルのそれぞれに流す電流の比率を変化させ、平均磁場強度だけでなく磁力線形状も含めて調節することにより、より均一性を高めることができる。
【００５４】
図５は、プラズマ処理装置のモニタ部より観測された発光強度分布の均一性と実際のエッチングレート分布の均一性の対応関係を説明する図である。図に示すように、発光強度分布のばらつきが極小値をとるコイル電流において、エッチングレート分布のばらつきは極小値となる。すなわち、この電流値において均一な処理が実現できることがわかる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態によれば、特定の処理の最適条件を探索する効率を格段に高めることができる。このため、処理の最適条件を得るために費やすリソース、例えばサンプルウエハコスト、時間、人件費等を削減することができる。
【００５６】
通常、最適条件の決定に際しては、サンプルウエハを実際にエッチングすることが行われる。この場合、処理速度や選択比などの要求を満たすため、ガス組成比、ガス流量、ソースパワー等のパラメータを変化させるとウエハ面内での処理の均一性が損なわれることがしばしば起こる。これは放電条件を変えたことによりプラズマ分布の均一性が損なわれたことが原因であることが多い。通常では、ここでさらにサンプルウエハを用いて均一性の良好な条件を探索することになる。しかし、本実施形態のプラズマ処理装置では、安価なＳｉダミーウエハを用いテスト放電を行うことにより、高価なサンプルウエハをエッチングすることなしにウエハ面内で均一な処理が実現できる処理条件を容易に探索することができる。
【００５７】
また、テスト放電では一条件につき数秒程度で発光分布が得られるのに対し、実際のサンプルを処理すると、エッチング結果を得るためには一条件あたり最低でも数十分の時間を要する。つまり、本実施形態のプラズマ処理装置を用いることにより、プロセス開発に必要となるサンプルウエハのコスト、開発時間、さらには開発人員を大幅に削減できることができる。
【００５８】
また、本実施形態のプラズマ処理装置は、プラズマ処理におけるプロセス開発の現場だけでなく、量産現場においても効果を発揮する。例えば、プラズマ処理装置のメンテナンス等で装置が稼動していない時間が暫く続いた直後は、処理容器内のコンディショニングを行う必要がある。このコンディショニングはＳｉダミーウエハを用いた数ステップからなる放電であり、反応容器内の温度と雰囲気を定常状態まで近づけることが目的である。しかし、コンディショニングを行っても、量産ロットの開始直後の初期ロットでは、処理速度の変動や、ウエハ面内での処理レート分布の変化等、プロセスのドリフトが発生する場合がしばしばある。これを回避するためにコンディショニング時間を長くすることは、スループットの低下に繋がる。
【００５９】
しかし、本実施形態のプラズマ処理装置を用いる場合は、ウエハ面内での処理レート分布のドリフトを回避することができる。すなわち、量産ロットを処理している定常状態での均一な発光分布をシステムに記憶させておき、ドリフトが起きる可能性が高い初期ロットでは定常状態の発光分布に近づけるような磁場制御を加えればよい。
【００６０】
また、この考え方を応用すれば、量産ラインでの異常検知にも応用できる。すなわち、定常状態よりも極端に発光分布が変化したときは異常事態が発生したと判断し、装置停止等の措置を講ずることが可能となる。これにより、装置異常等に起因する不良ロットの発生を防止することができる。
【００６１】
また、本実施形態のプラズマ処理装置を用いることにより、歩留まり向上を図ることもできる。前述のように、近年ではデバイスの微細化に対応するために、成膜、露光、エッチングのプロセスマージンはますます狭くなっている。しかし、本実施形態のプラズマ処理装置を用いることにより、ウエハ面内での処理速度の不均一に起因した不良を回避することができる。また、成膜時の膜厚不均一を補正することも可能となる。すなわち、ＣＶＤやスピンコートにより成膜された被エッチング膜の膜厚分布を予め測定しておき、それを補正するようなエッチング速度分布を設定することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置を説明する図である。
【図２】ウエハ面内における処理速度分布を説明する図である。
【図３】モニタ部を処理容器１の側面に配置した例を説明する図である。
【図４】プラズマ処理装置により、Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２混合ガスを用いてシリコン酸化膜のフラットサンプルをエッチングした際のエッチング結果の一例を示す図である。
【図５】プラズマ処理装置のモニタ部より観測された発光強度分布の均一性と実際のエッチングレート分布の均一性の対応関係を説明する図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  真空処理室
２  ウエハ載置用ステージ
３  ウエハ
４  フォーカスリング
５  ヨーク
６  コイル
７  アンテナ
８  ガス分散板
９  シャワープレート
１０  ガス導入手段
１１  第一の高周波電源
１２  第一の整合器
１３  第二の高周波電源
１４  第二の整合器
１５  フィルタユニット
１６  第三の高周波電源
１７  第三の整合器
１８  温調装置
１９  アンテナ外周絶縁リング
２０  蓋部
２１  第一の直流電源
２２  第二の直流電源
３０  モニタ部
３１  光ファイバ
３２  検出部
３３  制御部
３４  側面モニタ部
３５  金属パイプ
３６  石英窓
【図１】
2006216605.tif 000003
【図２】
2006216605.tif 000004
【図３】
2006216605.tif 000005
【図４】
2006216605.tif 000006
【図５】
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