(57)【要約】【課題】エッチングステップによる残留したエッチングガスの排気効率を大幅に高めることができ，次に連続して実行されるアッシングステップを実行したときに，残留したエッチングガスによる被エッチング膜のエッチングを防止する。【解決手段】エッチングステップが終了すると，アッシングステップの実行前に，処理室１０２の排気口１３０に設けられた圧力制御弁１３４を全開にして処理室内を所定時間だけ真空引きすることによって，エッチングステップ後に処理室内に残留したエッチングガスを排出する残留ガス除去ステップを，処理室内からウエハＷを搬出せずに連続して実行する。【選択図】    図１
2011233713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内の被処理基板に対して所定のプラズマ処理を実行するプラズマ処理方法であって，
前記処理室の排気口に設けられた圧力制御弁の開度を調整しながら真空ポンプで排気することによって前記処理室内を所定の第１設定圧力に減圧し，前記処理室内にエッチングガスを導入してプラズマを励起することによって，前記被処理基板上に形成された被エッチング膜をパターンニングされたレジスト膜をマスクとしてエッチングするエッチングステップと，
前記圧力制御弁の開度を調整しながら前記真空ポンプで排気することによって前記処理室内を所定の第２設定圧力に減圧し，前記処理室内にアッシングガスを導入してプラズマを励起することによって，前記レジスト膜をアッシングするアッシングステップと，
前記エッチングステップが終了すると，前記アッシングステップ実行前に，前記圧力制御弁を全開にして前記処理室内を所定時間だけ前記真空ポンプで真空引きすることによって，前記処理室内に残留したエッチングガスを排出する残留ガス除去ステップと，を有し，
前記各ステップを同一処理室内で前記被処理基板を搬出せずに連続して実行することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記アッシングステップ実行時におけるプラズマ発光スペクトルから検出した特定波長の発光強度と，そのときに前記残留したエッチングガスによってエッチングされる前記被エッチング膜のエッチングレートとの相関を予め求めて記憶部に記憶しておき，
前記アッシングステップは，その実行直後にプラズマ発光スペクトルから検出した前記特定波長の発光強度に基づいて前記残留したエッチングガスによってエッチングされる前記被エッチング膜のエッチングレートを予測することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記アッシングステップは，前記被エッチング膜のエッチングレートの予測値が所定の許容値以下であるか否かを判断し，
前記許容値以下であると判断した場合はそのまま前記アッシングステップを続行し，前記許容値を超えると判断した場合には前記アッシングステップを停止することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記残留したエッチングガスは，フッ素を含むガスであり，
前記特定波長の発光強度は，フッ素ラジカルの発光ピークの波長に基づいて検出することを特徴とする請求項２又は３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記真空引きを実行する所定時間は，１０秒以上に設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
処理室内の被処理基板に対して所定のプラズマ処理を実行するプラズマ処理装置であって，
前記処理室内にエッチンガスとアッシングガスとを選択的に導入する処理ガス導入部と，
前記処理室内に配置された電極にプラズマを励起するための高周波電力を印加する電力供給装置と，
前記処理室の排気口に接続された真空ポンプと，
前記排気口に設けられ所定の設定圧力に基づいて弁開度を制御する圧力制御弁と，
前記圧力制御弁を制御する制御部と，を備え，
前記制御部は，前記圧力制御弁の開度を調整しながら前記真空ポンプで排気することによって前記処理室内を所定の第１設定圧力に減圧し，前記処理ガス導入部から前記処理室内に前記エッチングガスを導入し，前記電極供給装置から前記電極に高周波電力を印加してプラズマを励起することによって，前記被処理基板上に形成された被エッチング膜をパターンニングされたレジスト膜をマスクとしてエッチングするエッチングステップと，
前記圧力制御弁の開度を調整しながら前記真空ポンプで排気することによって前記処理室内を所定の第２設定圧力に減圧し，前記処理ガス導入部から前記処理室内にアッシングガスを導入し，前記電極供給装置から前記電極に高周波電力を印加してプラズマを励起することによって，前記レジスト膜をアッシングするアッシングステップと，
前記エッチングステップが終了すると，前記アッシングステップ実行前に，前記圧力制御弁を全開にして前記処理室内を所定時間だけ前記真空ポンプで真空引きすることによって，前記処理室内に残留したエッチングガスを排出する残留ガス除去ステップと，を有し，
前記各ステップを同一処理室内で前記被処理基板を搬出せずに連続して実行することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記被エッチング膜は酸化膜であり，前記エッチングガスはフッ素を含むガスであり，前記アッシングガスは酸素を含むガスであることを特徴とする請求項６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，処理室内に所定のガスのプラズマを生成してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば，半導体製造プロセスにおいては，被処理基板例えば半導体ウエハ（以下，「ウエハ」ともいう）の表面に形成された被エッチング膜に対して，トレンチやホールがパターンニングされたレジスト膜をマスクとして，所定の処理ガスのプラズマを励起することによってプラズマエッチングする。このようなエッチングステップ実行後に，残ったレジスト膜をプラズマアッシングによって除去するアッシングステップが行われる。
【０００３】
近年では，スループット向上などを目的として，このエッチングステップとアッシングステップを同一の処理室内で連続して実行するプラズマ処理装置も開発されている（例えば下記特許文献１参照）。このようなプラズマ処理装置においては，例えば絶縁膜をレジスト膜をマスクとしてエッチングする場合には，エッチングステップにおいては処理室内を減圧してエッチング時の設定圧力に保持して，Ｃ４Ｆ８などのフルオロカーボンガスを導入し，プラズマを励起する。
【０００４】
このエッチングステップが終了すると，次のアッシングステップを連続して実行する。すなわち，処理室内の圧力をアッシング時の設定圧力に調整して，Ｏ２ガスなどのアッシングガスを導入し，プラズマを励起してレジスト膜のアッシングを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−２３６８６４号公報
【特許文献２】特開２００３−５９９１１号公報
【特許文献３】特表２００５−５２３５８５号公報
【特許文献４】特開２００６−２４５２３４号公報
【特許文献５】特表２００８−５２７６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが，このようにエッチングステップとアッシングステップを同一の処理室内で連続して実行する場合には，処理室内を設定圧力に調整する圧力制御も連続して行われるので，エッチングステップが終了しても，なかなかエッチングガスが排出されずに処理室内に残留してしまうという問題がある。
【０００７】
このように処理室内にエッチングガスが残留したままアッシングステップが実行されプラズマが励起されると，プラズマ中に存在するエッチングガスの活性種（例えばＦラジカルなど）によって被エッチング膜の露出部分（例えば被エッチング膜に形成されたホール内やトレンチ内）がエッチングされてしまう。
【０００８】
この点，アッシングステップを複数のステップに分けて，これらの複数ステップをエッチングステップ後に実行するものも多数提案されている（上記特許文献２〜５）。ところが，いずれの場合も処理室内が所定の圧力になるように圧力制御を行いながら，しかもプラズマを生起して実行される。このため，このようにアッシングステップを複数のステップに分けても，プラズマを生起したときに処理室内にエッチングガスが残留していれば，被エッチング膜のエッチングが進行してしまう。
【０００９】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，エッチングステップとアッシングステップを連続して実行する際に，エッチングステップ終了後に処理室内に残留したエッチングガスを効率的に排出できるプラズマ処理方法等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，処理室内の被処理基板に対して所定のプラズマ処理を実行するプラズマ処理方法であって，前記処理室の排気口に設けられた圧力制御弁の開度を調整しながら真空ポンプで排気することによって前記処理室内を所定の第１設定圧力に減圧し，前記処理室内にエッチングガスを導入してプラズマを励起することによって，前記被処理基板上に形成された被エッチング膜をパターンニングされたレジスト膜をマスクとしてエッチングするエッチングステップと，前記圧力制御弁の開度を調整しながら前記真空ポンプで排気することによって前記処理室内を所定の第２設定圧力に減圧し，前記処理室内にアッシングガスを導入してプラズマを励起することによって，前記レジスト膜をアッシングするアッシングステップと，前記エッチングステップが終了すると，前記アッシングステップ実行前に，前記圧力制御弁を全開にして前記処理室内を所定時間だけ前記真空ポンプで真空引きすることによって，前記処理室内に残留したエッチングガスを排出する残留ガス除去ステップとを有し，前記各ステップを同一処理室内で前記被処理基板を搬出せずに連続して実行することを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。
【００１１】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内の被処理基板に対して所定のプラズマ処理を実行するプラズマ処理装置であって，前記処理室内にエッチンガスとアッシングガスとを選択的に導入する処理ガス導入部と，前記処理室内に配置された電極にプラズマを励起するための高周波電力を印加する電力供給装置と，前記処理室の排気口に接続された真空ポンプと，前記排気口に設けられ所定の設定圧力に基づいて弁開度を制御する圧力制御弁と，前記圧力制御弁を制御する制御部と，を備え，前記制御部は，前記圧力制御弁の開度を調整しながら前記真空ポンプで排気することによって前記処理室内を所定の第１設定圧力に減圧し，前記処理ガス導入部から前記処理室内に前記エッチングガスを導入し，前記電極供給装置から前記電極に高周波電力を印加してプラズマを励起することによって，前記被処理基板上に形成された被エッチング膜をパターンニングされたレジスト膜をマスクとしてエッチングするエッチングステップと，前記圧力制御弁の開度を調整しながら前記真空ポンプで排気することによって前記処理室内を所定の第２設定圧力に減圧し，前記処理ガス導入部から前記処理室内にアッシングガスを導入し，前記電極供給装置から前記電極に高周波電力を印加してプラズマを励起することによって，前記レジスト膜をアッシングするアッシングステップと，前記エッチングステップが終了すると，前記アッシングステップ実行前に，前記圧力制御弁を全開にして前記処理室内を所定時間だけ前記真空ポンプで真空引きすることによって，前記処理室内に残留したエッチングガスを排出する残留ガス除去ステップとを有し，前記各ステップを同一処理室内で前記被処理基板を搬出せずに連続して実行することを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。この場合，例えば前記被エッチング膜は酸化膜であり，前記エッチングガスはフッ素を含むガスであり，前記アッシングガスは酸素を含むガスである。
【００１２】
このような本発明にかかる装置又は方法によれば，エッチングステップ終了後に連続して実行される残留ガス除去ステップによって残留したエッチングガスが効率的に排出されるので，次のアッシングステップを実行したときに残留したエッチングガスによって被処理基板がエッチングされることを防止できる。しかも，残留ガス除去ステップにおいて圧力制御弁を全開にして所定時間だけ真空引きすることで，残留したエッチングガスの排出効率を飛躍的に向上させることができる。これにより，残留したエッチングガスによって被処理基板がエッチングされることをより効果的に防止できる。
【００１３】
また，上記アッシングステップ実行時におけるプラズマ発光スペクトルから検出した特定波長の発光強度と，そのときに前記残留したエッチングガスによってエッチングされる前記被エッチング膜のエッチングレートとの相関を予め求めて記憶部に記憶しておき，前記アッシングステップは，その実行直後にプラズマ発光スペクトルから検出した前記特定波長の発光強度に基づいて前記残留したエッチングガスによってエッチングされる前記被エッチング膜のエッチングレートを予測するようにしてもよい。さらに，上記アッシングステップは，前記被エッチング膜のエッチングレートの予測値が所定の許容値以下であるか否かを判断し，前記許容値以下であると判断した場合はそのまま前記アッシングステップを続行し，前記許容値を超えると判断した場合には前記アッシングステップを停止するようにしてもよい。これによれば，残留したエッチングガスによって被処理基板がエッチングされることを未然に防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば，エッチングステップ終了後に処理室内に残留したエッチングガスを効率的に排出でき，アッシングステップを実行したときに残留したエッチングガスによって被処理基板がエッチングされることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】６８５．５ｎｍ及び６７９ｎｍの波長を含む領域におけるプラズマ発光スペクトルの発光強度を示す図である。
【図３】Ｆラジカルの発光強度と酸化膜のエッチングレートとの相関の具体例を示す図である。
【図４】本実施形態におけるプラズマ処理のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図４に示すエッチングステップの具体例を示すサブルーチンのフローチャートである。
【図６】図４に示す残留ガス除去ステップの具体例を示すサブルーチンのフローチャートである。
【図７】図４に示すアッシングステップの具体例を示すサブルーチンのフローチャートである。
【図８】残留ガス除去ステップによる効果を検証する実験結果であって，真空引き時間とＦラジカルの発光強度との関係をグラフに表した図である。
【図９】残留ガス除去ステップによる効果を検証する実験結果であって，真空引き時間と酸化膜のエッチングレートとの関係をグラフに表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また，本明細書において１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａとする。
【００１７】
（基板処理装置の構成例）
先ず，本発明の実施形態にかかる基板処理装置の構成例について図面を参照しながら説明する。ここでは，基板処理装置として，１つの電極（下部電極）に２つの異なる周波数の高周波を重畳して印加可能なプラズマ処理装置を例に挙げて説明する。図１は本実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【００１８】
図１に示すプラズマ処理装置１００は，１枚のウエハＷに対してエッチング処理とアッシング処理を連続して実行可能に構成されている。以下，このプラズマ処理装置１００の具体的構成を詳細に説明する。プラズマ処理装置１００は例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属から成る円筒形状に成形された処理容器を有する処理室（チャンバ）１０２を備える。処理室１０２は接地されている。処理室１０２内には，基板例えば半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」とも称する。）Ｗを載置する基板載置台（以下，単に「載置台」と称する）１１０が設けられている。載置台１１０は，円板状の下部電極（サセプタ）１１１を備えており，この下部電極１１１の上方には，処理ガスやパージガスなどを導入するシャワーヘッドを兼ねた上部電極１２０が対向して配設されている。
【００１９】
下部電極１１１は例えばアルミニウムからなる。下部電極１１１は処理室１０２の底部から垂直上方に延びる筒状部１０４に絶縁性の筒状保持部１０６を介して保持されている。下部電極１１１の上面には，ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック１１２が設けられている。静電チャック１１２は例えば導電膜からなる静電チャック電極１１４を絶縁膜内に挟み込んで構成される。静電チャック電極１１４には直流電源１１５が電気的に接続されている。この静電チャック１１２によれば，直流電源１１５からの直流電圧により，クーロン力でウエハＷを静電チャック１１２上に吸着保持することができる。
【００２０】
下部電極１１１の内部には冷却機構が設けられている。この冷却機構は，例えば下部電極１１１内の円周方向に延在する冷媒室１１６に，図示しないチラーユニットからの所定温度の冷媒（例えば冷却水）を配管を介して循環供給するように構成される。冷媒の温度によって静電チャック１１２を介してウエハＷの処理温度を制御できる。
【００２１】
下部電極１１１と静電チャック１１２には伝熱ガス供給ライン１１８がウエハＷの裏面に向けて配設されている。伝熱ガス供給ライン１１８には例えばＨｅガスなどの伝熱ガス（バックガス）が導入され，静電チャック１１２の上面とウエハＷの裏面との間に供給される。これにより，静電チャック１１２とウエハＷとの間の熱伝達が促進される。静電チャック１１２上に載置されたウエハＷの周囲を囲むようにフォーカスリング１１９が配置されている。フォーカスリング１１９は，例えば石英やシリコンからなり，筒状保持部１０６の上面に設けられている。
【００２２】
上部電極１２０は処理室１０２の天井部に設けられている。上部電極１２０は接地されている。上部電極１２０には処理室１０２内での処理に必要なガスを供給する処理ガス供給部１２２が配管１２３を介して接続されている。処理ガス供給部１２２は，例えば処理室１０２内でのウエハのプロセス処理や処理室１０２内のクリーニング処理などに必要な処理ガスやパージガスなどを供給するガス供給源，ガス供給源からのガスの導入を制御するバルブ及びマスフローコントローラにより構成される。
【００２３】
上部電極１２０には多数のガス通気孔１２５を有する下面の電極板１２４と，この電極板１２４を着脱可能に支持する電極支持体１２６とを有する。電極支持体１２６の内部にバッファ室１２７が設けられている。このバッファ室１２７のガス導入口１２８には上記処理ガス供給部１２２の配管１２３が接続されている。
【００２４】
図１では説明を簡単にするため，処理ガス供給部１２２を一系統のガスラインで表現しているが，処理ガス供給部１２２は単一のガス種の処理ガスを供給する場合に限られるものではなく，複数のガス種を処理ガスとして供給するものであってもよい。この場合には，複数のガス供給源を設けて複数系統のガスラインで構成し，各ガスラインにマスフローコントローラを設けてもよい。
【００２５】
処理ガス供給部１２２からは，例えばＣ４Ｆ８，ＣＦ４，ＣＨＦ３，Ｏ２，ＣＯ２，Ａｒ，Ｈｅ，Ｎ２等の処理ガスが，それぞれ独立に流量制御され，必要に応じて処理室１０２内に供給される。例えばエッチングのときにはＣ４Ｆ８，ＣＦ４，ＣＨＦ３などのフルオロカーボン系ガス（ＣｘＦｙ又はＣｘＨｙＦｚ）がエッチングガスとして用いられる。アッシングのときには，Ｏ２，ＣＯ２などがアッシングガスとして用いられる。本実施形態では，エッチングガスとしてＣ４Ｆ８ガスを用い，アッシングガスとしてＯ２ガスを用いる。
【００２６】
処理室１０２の底部には排気口１３０が設けられている。排気口１３０には，処理室１０２内の雰囲気を排気（例えば真空排気）するための排気系が接続されている。具体的には，排気系は排気口１３０に接続された配管１３２を有している。この配管１３２の最上流側には例えばＡＰＣバルブよりなる圧力制御弁１３４が介在し，その下流側には真空ポンプ１３６が介在している。そして，処理室１０２の側壁には例えばキャパシタンスマノメータよりなる圧力検出器１３８が設けられている。このような排気系によれば，圧力検出器１３８で測定された処理室１０２内の圧力を圧力制御弁１３４に入力してフィードバック制御を行うことで，処理室１０２内を所定の設定圧力まで減圧し，設定圧力を保持できる。
【００２７】
処理室１０２の側壁にはウエハＷの搬入出口１０７が設けられており，この搬入出口１０７はゲートバルブ１０８により開閉可能となっている。処理室１０２のゲートバルブ１０８側と反対側の側壁には，プラズマ発光スペクトルをモニタするためのモニタ用窓部１７０が形成されている。モニタ用窓部１７０は例えば石英ガラス等の透明体によって構成される。処理室１０２の側壁の外側にはこのモニタ用窓部１７０から透過したプラズマ光を分光する分光器１７２および分光器１７２で分光された波長の光の発光強度を検出する発光強度検出装置１７４が設けられている。
【００２８】
発光強度検出装置１７４からの信号は，後述する制御部１８０に入力される。制御部１８０では，モニタ用窓部１７０を介してプラズマ発光スペクトルから発光強度検出装置１７４によって検出された波長によってプラズマとして励起されているガスの種類を検出し，発光強度によってガスの相対的な量を検出している。例えばウエハＷ上に形成された多層膜の各膜の境界を検出したり，エッチングの終点を検出したりすることができる。本実施形態では，プラズマ発光スペクトルからから発光強度検出装置１７４によって検出された特定波長領域の発光強度を検出することで，処理室１０２内のエッチングガスの残量を検出する。なお，この点についての詳細は後述する。
【００２９】
下部電極１１１には，２周波重畳電力を供給する電力供給装置１４０が接続されている。電力供給装置１４０は，第１周波数の第１高周波電力（プラズマ励起用高周波電力）を供給する第１高周波電力供給機構１４２と，第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力（バイアス電圧発生用高周波電力）を供給する第２高周波電力供給機構１５２から構成されている。
【００３０】
第１高周波電力供給機構１４２は，下部電極１１１側から順次接続される第１フィルタ１４４，第１整合器１４６，第１電源１４８を有している。第１フィルタ１４４は，第２周波数の電力成分が第１整合器１４６側に侵入することを防止する。第１整合器１４６は，第１高周波電力成分をマッチングさせる。
【００３１】
第２高周波電力供給機構１５２は，下部電極１１１側から順次接続される第２フィルタ１５４，第２整合器１５６，第２電源１５８を有している。第２フィルタ１５４は，第１周波数の電力成分が第２整合器１５６側に侵入することを防止する。第２整合器１５６は，第２高周波電力成分をマッチングさせる。
【００３２】
処理室１０２にはその周囲を囲むように磁場形成部１６０が配設されている。磁場形成部１６０は，処理室１０２の周囲に沿って上下に離間して配置された上部マグネットリング１６２と下部マグネットリング１６４を備え，処理室１０２内にプラズマ処理空間を囲む磁場を発生させる。
【００３３】
プラズマ処理装置１００には，制御部（全体制御装置）１８０が接続されており，この制御部１８０によってプラズマ処理装置１００の各部が制御されるようになっている。また，制御部１８０には，オペレータがプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや，プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる操作部１８２が接続されている。
【００３４】
さらに，制御部１８０には，プラズマ処理装置１００で実行される各種処理（エッチングステップ，残留ガス除去ステップ，アッシングステップなど）を制御部１８０の制御にて実現するためのプログラムやプログラムを実行するために必要な処理条件（レシピ）などが記憶された記憶部１８４が接続されている。
【００３５】
記憶部１８４には，例えば複数の処理条件（レシピ）が記憶されている。各処理条件は，プラズマ処理装置１００の各部を制御する制御パラメータ，設定パラメータなどの複数のパラメータ値をまとめたものである。各処理条件は例えば処理ガスの流量比，処理室内圧力，高周波電力などのパラメータ値を有する。
【００３６】
なお，これらのプログラムや処理条件はハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよく，またＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶部１８４の所定位置にセットするようになっていてもよい。
【００３７】
制御部１８０は，操作部１８２からの指示等に基づいて所望のプログラム，処理条件を記憶部１８４から読み出して各部を制御することで，プラズマ処理装置１００での所望の処理を実行する。また，操作部１８２からの操作により処理条件を編集できるようになっている。
【００３８】
（プラズマ処理の具体例）
ここで，図１に示すプラズマ処理装置１００を用いたプラズマ処理の具体例について説明する。ここでは，ウエハＷ上に形成された酸化膜を被エッチング膜とし，その上に形成されたレジスト膜をマスクとして，酸化膜をエッチングする場合の例を挙げる。図示はしないがレジスト膜にはホールやトレンチがパターンニングされており，これをマスクとして酸化膜をエッチングすることで酸化膜にホールやトレンチが形成される。
【００３９】
先ず，処理室１０２内に図示しない搬送アームなどによりウエハＷを搬入し，ウエハＷ上に形成された酸化膜をパターンニングされたレジスト膜をマスクとしてエッチングするエッチングステップを実行する。このエッチングステップでは，例えば圧力制御弁１３４の開度を制御することによって処理室１０２内を所定のエッチング圧力（第１設定圧力）に制御し，エッチングガスとして例えばＣ４Ｆ８ガスを所定流量供給してプラズマを励起してエッチング処理を行う。これにより，酸化膜に所定のパターンのホールやトレンチが形成される。
【００４０】
その後，プラズマアッシングを行ってウエハＷ上のレジスト膜を除去する必要がある。本実施形態にかかるプラズマ処理装置１００によれば，このアッシングステップについても，同一の処理室１０２内でウエハＷを搬出せずに実行することができる。このアッシングステップでは，例えば圧力制御弁１３４の開度を制御することによって処理室１０２内を所定のアッシング圧力（第２設定圧力）に制御し，アッシングガスとして例えばＯ２ガスを所定流量供給してプラズマを励起してレジスト膜のアッシングを行う。
【００４１】
ところで，このように各ステップを連続して実行する場合，もしエッチングステップ終了後にアッシングステップへそのまま移行すると，処理室１０２内にエッチングガスが残留し易いという問題がある。
【００４２】
例えばエッチングステップからアッシングステップへ移行する際には，エッチング時の設定圧力からアッシング時の設定圧力に変えて，圧力制御弁１３４の開度を連続して制御しながら処理室１０２内の圧力制御を行うことになるので，エッチングステップが終了しても，なかなかエッチングガスが排出されずに処理室１０２内に残留してしまう。
【００４３】
特に，アッシングステップでは，処理室１０２内の圧力を高くした方がレジスト膜の除去レートを高めることができるので，アッシングステップにおける処理室１０２内の設定圧力は少なくともエッチングステップの場合と同等以上の圧力に設定されることも多い。この場合には，エッチングガスの排気効率はさらに悪くなり，処理室１０２内に残留し易くなる。
【００４４】
このように処理室１０２内にエッチングガスが残留したままアッシングステップが実行されると，励起されたプラズマに存在するＦラジカルによって酸化膜の露出部分（例えば酸化膜に形成されたホール内やトレンチ内）がエッチングされてしまう。
【００４５】
そこで，本実施形態では，エッチングステップの実行後，アッシングステップの実行前に残留したエッチングガスを除去する残留ガス除去ステップを実行することで，次のアッシングステップが開始される前に処理室１０２内に残留したエッチングガスを効率的に除去するようにしている。
【００４６】
この場合，残留ガス除去ステップにおいてプラズマを励起すれば，ウエハＷにダメージが及ぶ。また，残留ガス除去ステップの時間が長くなると，スループットの低下を招くので好ましくない。このため，残留ガス除去ステップは，プラズマを励起せずに，かつ所定時間（例えば数秒〜十数秒）だけ真空引きを行うことにする。これにより，ウエハＷのダメージやスループットの低下を抑えながら，残留したエッチングガスを除去することができる。しかも，本実施形態では残留ガス除去ステップを実行している間は圧力制御弁１３４を全開することで残留したエッチングガスの除去効果を一層高めることができる。
【００４７】
さらに，本実施形態ではアッシングステップの実行を開始したときに，残留したエッチングガスによって被エッチング膜がエッチングされるときのエッチングレートを予測するようにしている。これにより，その後のアッシングステップを継続するか否かを判断することができる。具体的には処理室１０２内でプラズマを生成したときのプラズマ発光スペクトルから発光強度検出装置１７４によって検出された特定波長領域の発光強度を検出し，これに基づいて残留したエッチングガスによる被エッチング膜のエッチングレートを予測する。
【００４８】
本実施形態のようにエッチングガスとしてＦ（フッ素）を含むガス，例えばフルオロカーボン系ガス（ＣｘＦｙ又はＣｘＨｙＦｚ）を用いる場合には，エッチングガスの残留量はプラズマを励起したときに発生するＦラジカルの量に比例する。このため，図２に示すように，プラズマの発光スペクトルのうち，Ｆラジカルの発光ピークである略６８５．５ｎｍの発光強度を検出することで，エッチングガスの残留量もわかる。
【００４９】
ここでは，Ｆラジカルの発光ピークである６８５．５ｎｍを波長Ａとするとともに，その波長以外でＦラジカルとは相関のない波長（例えば６７９ｎｍ）を波長Ｂとし，波長Ａの発光強度ａを波長Ｂの発光強度ｂで基準化する。すなわち，発光強度比（ａ／ｂ）を求め，これをＦラジカルの発光強度とする。なお，これに限られず，波長Ａ（６８５．５ｎｍ）の近傍の波長領域の発光強度の平均値をＦラジカルの発光強度としてもよい。また，この波長領域の平均値をさらに他の波長領域の平均値で基準化したものをＦラジカルの発光強度としてもよい。
【００５０】
次に，このような特定波長の発光強度を利用して，残留したエッチングガスによる被エッチング膜のエッチングレートを予測する方法についてより詳細に説明する。アッシングステップにおいてエッチングガスが残留している場合には，その残留量が多いほど被エッチング膜のエッチングレートは高くなる。このため，これらの間には相関があるはずである。そこで，本発明者らはエッチングガスの残留量と被エッチング膜のエッチングレートとの相関を実験により確認したところ，極めて高い相関があることがわかった。本実施形態ではこの相関を利用して，残留したエッチングガスによる被エッチング膜のエッチングレートを予測する。
【００５１】
ここで，エッチングガスの残留量と被エッチング膜のエッチングレートとの相関を確認した実験結果について説明する。本実験では，処理室１０２内にエッチングガスとしてＣ４Ｆ８ガスを残留させた状態で，その残留量を変えてアッシングステップの処理条件でプラズマを生成する複数の実験を行った。各実験においてプラズマが安定したところで，Ｆラジカルの発光強度，すなわち図２に示す波長Ａ，Ｂの発光強度を検出して求めた発光強度比（ａ／ｂ）を検出し，アッシングステップ終了後の酸化膜のエッチング量からそのエッチングレートを求めた。その実験結果をグラフにしたものを図３に示す。
【００５２】
図３に示すように，Ｆラジカルの発光強度と酸化膜のエッチングレートとの間には，極めて高い相関があることがわかる。すなわち，Ｆラジカルの発光強度が大きくなるほど，酸化膜のエッチングレートも大きくなっている。これは，エッチングガスの残留量が多いほど，アッシングステップ終了後の酸化膜のエッチング量も大きくなることを表している。
【００５３】
このため，このような相関を利用すれば，アッシングステップ開始直後にＦラジカルの発光強度を検出することで酸化膜のエッチングレートを予測できるので，アッシングステップ終了後の酸化膜のエッチング量も容易に予測できる。従って，Ｆラジカルの発光強度に基づいて，その後のアッシングステップを続行すべきか否かを判断することができる。
【００５４】
次に，このような残留ガス除去ステップを含むプラズマ処理の具体例について図面を参照しながら説明する。図４は，本実施形態におけるプラズマ処理のメインルーチンを示すフローチャートである。図５，図６，図７は，それぞれ図４に示すエッチングステップ，残留ガス除去ステップ，アッシングステップのサブルーチンを示すフローチャートである。
【００５５】
制御部１８０は，所定のプログラムに基づいて図４〜図７に示すフローチャートに従ってプラズマ処理装置１００の各部を制御しながらプラズマ処理を実行する。このプラズマ処理では，処理室１０２内の載置台にウエハＷが載置されたまま，搬出されることなく各ステップ（エッチングステップ，残留ガス除去ステップ，アッシングステップ）が連続して行われる。ここでは，被エッチング膜として酸化膜が形成され，その上にレジスト膜がマスクとして形成されたウエハＷにプラズマ処理を施す。
【００５６】
先ずステップＳ１００にてエッチングステップを実行する。このエッチングステップでは図５に示すようにステップＳ１１０にて処理ガス供給部１２２からエッチングガスを導入しつつ，処理室１０２内の圧力が所定のエッチング設定圧力になるように圧力制御弁１３４の開度を制御しながら減圧する。ここでは，エッチングガスとしてＣ４Ｆ８ガスを所定流量供給し，エッチング設定圧力は例えば４０ｍＴｏｒｒとする。
【００５７】
次いでステップＳ１２０にて電力供給装置１４０から高周波を印加する。具体的には例えば第１電源１４８から４０ＭＨｚの高周波を２０００Ｗのパワーで印加するともに，第２電源１５８から１２．８８ＭＨｚの高周波を２５００Ｗのパワーで印加する。これにより，Ｃ４Ｆ８ガスのプラズマが励起され，プラズマ中のＦラジカルなどによりウエハＷ上の酸化膜のエッチングが進行する。
【００５８】
そしてステップＳ１３０にて所定のエッチング時間（例えば３０秒）が経過したか否かを判断する。このとき，エッチング時間が経過したと判断した場合は，ステップＳ１４０にて第１電源１４８及び第２電源１５８からの高周波を停止し，Ｃ４Ｆ８ガスの導入を停止する。これにより，エッチングステップが終了する。
【００５９】
次に，図４に示す処理に戻り，ステップＳ２００にて残留ガス除去ステップを実行する。この残留ガス除去ステップでは，図６に示すように先ずステップＳ２１０にて圧力制御弁１３４を全開にして真空引きを行う。次いでステップＳ２２０にて予め設定された真空引き時間（例えば１０秒）が経過したか否かを判断する。このとき，真空引き時間が経過したと判断した場合は，残留ガス除去ステップを終了する。これにより，処理室１０２内に残留したＣ４Ｆ８ガスが効率よく排気される。
【００６０】
次に，図４に示す処理に戻り，ステップＳ３００にてアッシングステップを実行する。このアッシングステップでは，図７に示すように先ずステップＳ３１０にて処理ガス供給部１２２からアッシングガスを導入しつつ，処理室１０２内の圧力が所定のアッシング設定圧力になるように圧力制御弁１３４の開度を制御しながら減圧する。ここでは，アッシングガスとしてＯ２ガスを所定流量供給し，アッシング設定圧力は例えば１５０ｍＴｏｒｒとする。
【００６１】
次いでステップＳ３２０にて電力供給装置１４０から高周波を印加する。具体的には例えば第１電源１４８から４０ＭＨｚの高周波を１０００Ｗのパワーで印加する。このとき，ウエハＷへダメージを与えないようにするために第２電源１５８からは高周波を印加しない。これにより，Ｏ２ガスのプラズマが励起され，ウエハＷ上のレジスト膜が除去される。
【００６２】
続いてステップＳ３３０にてプラズマが安定すると，発光強度検出装置１７４によりプラズマの発光スペクトルから特定波長の発光強度を検出し，その検出結果からステップＳ３４０にて酸化膜のエッチングレートを求める。具体的には上述したようなＦラジカルの発光強度を検出し，例えば図３に示すような相関に基づいてそのＦラジカルの発光強度に対応するエッチングレートを予測値として求める。
【００６３】
次にステップＳ３５０にてエッチングレートの予測値が予め設定された許容値以下か否かを判断する。ステップＳ３５０にてエッチングレートの予測値が許容値以下と判断した場合は，アッシングステップを継続して実行し，ステップＳ３６０にて予め設定されたアッシング時間（例えば３０秒）が経過したか否かを判断する。このとき，アッシング時間が経過したと判断した場合は，ステップＳ３７０にて第１電源１４８からの高周波を停止し，Ｏ２ガスの導入を停止する。これにより，アッシングステップが終了し，一連のプラズマ処理が終了する。
【００６４】
これに対して，ステップＳ３５０にてエッチングレートの予測値が許容値以下でないと判断した場合は，アッシングステップを続行せずに，ステップＳ３８０にてエラー処理を行った後にアッシングステップを終了する。すなわち，ステップＳ３７０にて第１電源１４８からの高周波を停止し，Ｏ２ガスの導入を停止して，一連のプラズマ処理を終了する。なお，ステップＳ３８０のエラー処理では，例えばアラームによる報知やディスプレイによるエラー表示などを行う。
【００６５】
このように，本実施形態にかかるプラズマ処理では，エッチングステップ後に連続して，圧力制御弁１３４を全開にして所定時間だけ真空引きする残留ガス除去ステップを実行することで，アッシングステップの実行前に処理室１０２内に残留したエッチングガスを効率よく除去することができる。
【００６６】
また，アッシングステップの実行直後にプラズマの発光スペクトルから特定波長の発光強度を検出することによって被エッチング膜のエッチングレートの予測値を求めるので，その結果を利用することでアッシングステップを続行すべきか否かを容易に判断できる。すなわち，被エッチング膜のエッチングレートの予測値が許容値以下の場合のみにアッシングステップを続行することができる。
【００６７】
（検証実験）
ここで，本実施形態における残留ガス除去ステップの効果を検証する実験を行った結果について説明する。この実験では，処理室１０２内にエッチングガス（ここではＣ４Ｆ８ガス）を所定量だけ残留させた状態で，真空引き時間を変えて図６に示す残留ガス除去ステップを実行した後に，連続して図７に示すアッシングステップを実行した。
【００６８】
真空引き時間は０秒，１秒，３秒，５秒，１０秒，２０秒とし，各アッシングステップ開始直後のＦラジカルの発光強度（ここでは上述の発光強度比（ａ／ｂ））を検出し，その検出結果から酸化膜のエッチングレートを求めた。図８，図９は，これらの実験結果をグラフにまとめたものである。具体的には図８はＦラジカルの発光強度の変化をグラフにしたものであり，図９は酸化膜のエッチングレートの変化をグラフにしたものである。
【００６９】
図８，図９によれば，残留ガス除去ステップを実行した場合（真空引き時間が１秒，３秒，５秒，１０秒，２０秒の場合）は，残留ガス除去ステップを実行しない場合（真空引き時間が０秒の場合）に比して，Ｆラジカルの発光強度も酸化膜のエッチングレートも低下している。これによれば残留ガス除去ステップを１秒以上実行するだけで，残留したエッチングガスの除去効果があることがわかる。
【００７０】
さらに，真空引き時間が略５秒くらいまでは，真空引き時間を増加させるほど，Ｆラジカルの発光強度も酸化膜のエッチングレートも急激に低下し，顕著な効果があることがわかる。これに対して，真空引き時間が５秒を超えると真空引き時間を増加させてもＦラジカルの発光強度及び酸化膜のエッチングレートの低下が緩やかになり，略１０秒を超えると，Ｆラジカルの発光強度及び酸化膜のエッチングレートはあまり変化しなくなる。
【００７１】
図８，図９の実験結果によれば，真空引き時間を設定する場合は，３秒以上ないしは５秒以上の範囲で設定することが好ましく，１０秒以上の範囲で設定することがより好ましい。但し，真空引き時間を長くし過ぎると，スループットが低下するだけでなく，残留したエッチングガスの除去効果も薄れるので，その効果が得られる範囲で図９に示すような酸化膜のエッチングレートの許容値から決定することが好ましい。例えば図９に示す実験結果の場合には酸化膜のエッチングレートの許容値を３ｎｍ以下とすれば，真空引き時間は５秒程度に設定することができる。
【００７２】
なお，上記本実施形態では，被エッチング膜として酸化膜を例に挙げて説明したが，これに限られるものではない。また，被処理基板上の構造は上記実施形態のものに限定されるものではなく，エッチングステップとアッシングステップとを連続して実行して行う被処理基板のプラズマ処理であれば，どのような構造の被処理基板にも適用できる。例えば，被エッチング膜とレジスト膜との間には反射防止膜が形成されていてもよい。
【００７３】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７４】
例えば上記実施形態では基板処理装置として，下部電極のみに２種類の高周波電力を重畳して印加してプラズマを生起させるタイプのプラズマ処理装置を例に挙げて説明したが，これに限定されるものではなく，別のタイプ例えば下部電極のみに１種類の高周波電力を印加するタイプや２種類の高周波電力を上部電極と下部電極にそれぞれ印加するタイプのプラズマ処理装置に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は，処理室内に所定のガスのプラズマを生成してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１００      プラズマ処理装置
１０２      処理室
１０４      筒状部
１０６      筒状保持部
１０７      搬入出口
１０８      ゲートバルブ
１１０      載置台
１１１      下部電極
１１２      静電チャック
１１４      静電チャック電極
１１５      直流電源
１１６      冷媒室
１１８      伝熱ガス供給ライン
１１９      フォーカスリング
１２０      上部電極
１２２      処理ガス供給部
１２３      配管
１２４      電極板
１２５      ガス通気孔
１２６      電極支持体
１２７      バッファ室
１２８      ガス導入口
１３０      排気口
１３２      配管
１３４      圧力制御弁
１３６      真空ポンプ
１３８      圧力検出器
１４０      電力供給装置
１４２      第１高周波電力供給機構
１４４      第１フィルタ
１４６      第１整合器
１４８      第１電源
１５２      第２高周波電力供給機構
１５４      第２フィルタ
１５６      第２整合器
１５８      第２電源
１６０      磁場形成部
１６２      上部マグネットリング
１６４      下部マグネットリング
１７０      モニタ用窓部
１７２      分光器
１７４      発光強度検出装置
１８０      制御部
１８２      操作部
１８４      記憶部
Ｗ        ウエハ
【図１】
2011233713.tif 000003
【図２】
2011233713.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011233713.tif 000009
【図８】
2011233713.tif 000010
【図９】
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