(57)【要約】【課題】処理される試料のプロセスに応じて、試料台の温度制御を行いプラズマ処理することのできるプラズマ処理装置及び方法を提供する。【解決手段】温度制御手段１６によって複数の領域がそれぞれ温度制御される試料台１０に試料２を配置し、処理レシピに従って前記試料２をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、前記処理レシピは前記試料台１０に対する複数の温度設定パラメータを含み、複数からなる処理ステップ毎に設定される前記処理レシピに従って前記試料２をプラズマ処理を施す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度制御手段によって複数の領域がそれぞれ温度制御される試料台に試料を配置し、処理レシピに従って前記試料をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、
前記処理レシピは前記試料台に対する複数の温度設定パラメータを含み、
複数からなる処理ステップ毎に設定される前記処理レシピに従って前記試料をプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
温度制御手段によって複数の領域がそれぞれ温度制御される試料台に試料を配置し、処理レシピに従って前記試料をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、
前記処理レシピは前記試料台に対する複数の温度設定パラメータを含み、
前記プラズマ処理の前に測定された前記試料の前工程での加工結果を受けて、少なくとも１つの前記温度設定パラメータの設定温度が変更された前記処理レシピに従って前記試料をプラズマ処理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または請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
前記プラズマ処理装置は、試料温度測定手段または試料台温度測定手段を有してい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乃至請求項３に記載の何れかのプラズマ処理装置において、
前記複数の領域とは、前記試料台の内側と外側であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
温度制御手段によって複数の領域がそれぞれ温度制御される試料台に試料を配置し、処理レシピに従って前記試料をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
前記処理レシピは前記試料台に対する複数の温度設定パラメータを含み、
複数からなる処理ステップ毎に設定される前記処理レシピに従って前記試料をプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項６】
温度制御手段によって複数の領域がそれぞれ温度制御される試料台に試料を配置し、処理レシピに従って前記試料をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
前記処理レシピは前記試料台に対する複数の温度設定パラメータを含み、
前記プラズマ処理の前に測定された前記試料の前工程での加工結果を受けて、少なくとも１つの前記温度設定パラメータの設定温度が変更された前記処理レシピに従って前記試料をプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のプラズマ処理方法において、
試料温度測定手段または試料台温度測定手段の測定値を用いて前記試料台の温度制御を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項８】
請求項５乃至請求項７に記載の何れかのプラズマ処理方法において、
前記複数の領域とは、前記試料台の内側と外側であ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置に係り、特に半導体ウェハのような試料を配置するための試料台を温度制御してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理装置では、例えば、特許文献１に半導体ウェハのエッチング加工精度を向上させる目的として、試料を配置するための試料台の内部を内側と外側との２つの領域に分け、それぞれの領域に異なる温度の冷媒を流し、試料台に温度勾配をつけてエッチングすることにより、半導体ウェハ面内を均一に処理できることが示されている。
【０００３】
図７に、従来からプラズマ処理装置において用いられていた処理レシピの一例を示す。温度制御手段の設定温度は、処理ステップに関わらず常に、内側用が
２０℃に設定され、外側用が０℃に設定されていることが判る。このように試料台全体を均一な温度に設定するのではなくて、逆に温度勾配を積極的につけることによって、結果的に処理後加工寸法を半導体ウェハ面内において均一とすることができる。
【０００４】
図８に、（ａ）試料台全体を２０℃に温度設定した場合と、（ｂ）内側用を
２０℃に設定し外側用を０℃に設定した場合との処理後加工寸法の比較を示す。
（ａ）では、処理後加工寸法の面内分布が凸型となり、（ｂ）では、均一であることが判る。これは、試料台に対する複数の温度設定を変化させた場合、入射してくるラジカルやイオンの組成やプラズマ中の密度分布の影響、更にその入射強度へ与える変化は小さいものの、エッチングパターンの側壁では、反応と吸着に大きな変化が期待できるからである。すなわち、反応速度は試料台の温度上昇とともに増大し、反応生成物の側壁への付着係数が小さくなる。結果として、側壁では温度の上昇により細く仕上り、加工寸法を減ずることが可能となる。逆に外周部では、半導体ウェハ温度が低くなり反応生成物の再付着が起こり易くなるため処理後加工寸法が太るからである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−７６１０３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
半導体デバイスの高速化と低消費電力化を図るために、半導体デバイスのゲート長は年々短くなってきている。このゲート長はデバイス特性を決める重要な寸法であることから、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）値、または加工寸法値と呼ばれ、ゲートエッチングプロセスにおいては、許容されるばらつきは数ｎｍのオーダーとなってきており、製造過程での僅かなばらつきが製品不良を引き起こすようになってきた。また、試料の大口径化が進んでおり、試料中心部と外周部との加工結果のばらつきも生じ易くなっている。このため、試料台の温度制御においても、プロセスに応じたきめ細やかな温度制御が必要となってきている。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、このような問題点に鑑みてなされたもので、処理される試料のプロセスに応じて、試料台の温度制御を行いプラズマ処理することのできるプラズマ処理装置を提供する。
【０００８】
【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為に次のような手段を採用した。
【０００９】
温度制御手段によって複数の領域がそれぞれ温度制御される試料台に試料を配置し、処理レシピに従って前記試料をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、前記処理レシピは前記試料台に対する複数の温度設定パラメータを含み、複数からなる処理ステップ毎に設定される前記処理レシピに従って前記試料をプラズマ処理することによって、達成される。
【００１０】
また、上記課題は、温度制御手段によって複数の領域がそれぞれ温度制御される試料台に試料を配置し、処理レシピに従って前記試料をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、前記処理レシピは前記試料台に対する複数の温度設定パラメータを含み、前記プラズマ処理の前に測定された前記試料の前工程での加工結果を受けて、少なくとも１つの前記温度設定パラメータの設定温度が変更された前記処理レシピに従って前記試料をプラズマ処理することによって、達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例を図面を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明を適用したエッチング装置の一例を示す図である。
【００１３】
処理室１の内部の試料台１０に、被処理物である試料、例えば、ウェハ２が載置されている。処理室１にはボンベ３よりバルブ４を介して各種エッチングガスが供給される。また、処理室１は、気密構造に構成され、その周辺下部に接続された排気口５を介して図示しない真空ポンプにより真空引きして、真空雰囲気を形成できるように構成されている。６はプラズマ発生源であり、処理室１内にプラズマ７を発生させる。また、電極を支持する電極支持軸８には、プラズマ中のイオンに入射エネルギを与えるための高周波電源９と、ウェハ２を電極上に静電吸着するための直流電源１１とが接続されている。試料台１０内の外周部に、試料台を温度制御するための冷媒の循環経路１２，１３を設け、内周部にも同じく冷媒の循環経路１４，１５を設けている。冷媒流路の一端は温度制御手段１６，１７に接続してある。
【００１４】
なお、本実施例では温度制御に用いる温度制御手段を２台用いたが、１台の温度制御手段を用いて、例えば、循環経路の途中に温度変換機等を設けることにより、複数の温度冷媒を作っても良い。
【００１５】
図２は、本発明の第１の実施例における処理レシピの一例を示す図である。
【００１６】
一般にプラズマ処理装置では、例えば、処理時間，真空容器内の圧力，プラズマ発生手段への投入電力値，プロセスガス流量，試料台に印加する高周波電力の電力値などの数多くの処理パラメータを予め設定した処理レシピに従って、プラズマ処理装置が有する制御マイコンが処理に必要な各構成機器を制御して処理を行っている。
【００１７】
また、１つの基板を処理するプラズマ処理が複数の処理ステップに分割されて行われる場合、例えば、ＳＴＥＰ１にてレジスト膜の処理を行い、ＳＴＥＰ２ではＳｉＮ膜、ＳＴＥＰ３ではＰｏｌｙ膜を処理する場合などでは、処理ステップを切り替える毎に、次の処理ステップの処理レシピのパラメータ設定値に従って、各構成機器を制御して処理を行っている。
【００１８】
本発明は、これら複数のステップで構成された処理レシピの各ステップに、試料台に対する複数の温度設定パラメータを含ませ、連動させることにより各々のプロセス，各々の膜種に対して処理ステップ毎に試料台の最適な温度制御を可能とした。これにより、ウェハ面内の処理後加工寸法を制御することができる。
【００１９】
なお、試料台の温度制御は何も試料の処理停止中に止める必要は無く、前処理ステップに使用した設定温度を継続して温度制御しても良い、また、次に処理される試料の最初の処理ステップに使用する設定温度に事前に温度制御しても良い。
【００２０】
本発明の第２の実施例を図面を用いて説明する。
【００２１】
一般に処理レシピは、同一のプロセスの量産時においては、常に同じものを使用するのが通常である。これは、プラズマ特性等を常に一定に保つ事により、再現性の良い生産を行うためである。また、プラズマ特性に影響を与えるレシピ
（ここでは、プラズマレシピと呼ぶ）を変更する事は、過去に積み上げてきたデータを無駄にしてしまうこととなり、新たな最適処理レシピを見つけ出すまでに、かなりの時間とコストを費やす試行錯誤が必要となるからである。しかしながら、同一の処理レシピを用いてエッチング処理を行っても、エッチング装置の経時変化等の種々の外乱や前工程での製造ばらつきなどの影響により、常に一定のエッチング結果を得ることが困難となる場合がある。そこで、本実施例では、上記課題を鑑み、以下の構成を採用した。
【００２２】
図３は、本発明を適用したエッチング装置を用いたエッチングシステムの一例を示す図である。
【００２３】
検査装置３１はエッチング処理する前に、前工程での試料の加工寸法値を測定するためのＣＤ−ＳＥＤＭ（測長ＳＥＭとも言う）、または、膜厚を測定するための膜厚測定器等の検査装置である。３２はエッチング処理後の加工寸法値を測定するための検査装置である。本実施例では３１，３２共にＣＤ−ＳＥＭを用いた。
【００２４】
データベース３３は前述の検査の結果得られた検査結果と、当初の設計値である加工寸法目標値とを与えると、変更すべき試料台の設定温度を算出する関係式が蓄積されたデータベースである。また、この他にも、エッチング処理を行う毎に各膜種でのエッチング処理前の前工程での加工寸法結果，エッチング処理後の加工寸法結果，エッチング処理後の加工形状，処理中のプラズマ発光，エッチングレート等のデータが蓄積される。
【００２５】
図４に、温度制御手段の設定温度変更までのフローチャートを示す。
【００２６】
例えば、ホト工程（ステップ４１）を終えた試料をまず複数の領域ＺＯＮＥ１，ＺＯＮＥ２等の複数の領域に分けて、ＣＤ−ＳＥＭ３１にてマスク寸法の前測定（ここではＣＤ前測と呼ぶ）を行う（ステップ４２，４３）。各ＺＯＮＥの
ＣＤ前測結果とデータベース３３に格納された加工寸法目標値，被処理物の膜種等のデータから、各ＺＯＮＥでの変更すべき温度補正値を算出する（ステップ
４５，４６）。算出された温度補正値と予め設定されている処理レシピの設定温度を比較した後、設定温度を変更（ステップ４７）すればよい。
【００２７】
本実施例では、試料台温度を内側，外側で分けたが、これに限定されることなく複数の領域に細かく分けて制御してもよい。
【００２８】
図５に、温度補正値を算出するまでのフローチャートを示す。
【００２９】
まず、目標とする処理後の加工寸法値をデータベース３３へ入力する（ステップ５２）。次に、各ＺＯＮＥにおける、マスク寸法を測定しデータベース３３へ入力する（ステップ５１）。次に、各ＺＯＮＥでのマスク寸法測定値と加工寸法目標値との比較を行う。この差を、例えば、処理ＳＴＥＰ１のエッチング時間で割ることにより、各ＺＯＮＥでのレート補正値を算出することができる（ステップ５３，５４）。図５では、マスク寸法測定値（ａ）が目標とする加工寸法値
（ｂ）に比べ、太く加工されていることから、エッチング工程において、通常よりも細く加工する必要があることが判る。ここで算出されたレート補正値と、データベース３３に格納された、処理される膜種と試料台温度との関係式から、各ＺＯＮＥでの温度補正値が算出される（ステップ５５）。
【００３０】
なお、データベース３３及び温度補正値を元に設定温度を変更する変更手段
（図示せず）等は、エッチング装置自身が有しても良いし、検査装置に持たせても良い。また、半導体製造ラインのネットワークに繋がるホストコンピュータ等に接続されていても良い。
【００３１】
本発明では、上述のような構成とすることにより、加工寸法目標値に対して、エッチング処理前の工程、例えば、ホト工程において製造ばらつきがあった場合であっても、エッチング工程において当初の設計寸法値となるような補正を含めたエッチング加工を行うことができる。また、エッチング処理した結果を検査し、加工寸法目標値と比較することにより、現在設定されている試料台の温度の適正を判断し、所望のエッチング加工結果が得られるまで適宜変更していけば、エッチング装置自身の機差も吸収できる。
【００３２】
また、本実施例では、プラズマ特性に影響を与えるプラズマレシピを変更せずとも、試料台の温度変更を適宜行うことにより、半導体ウェハ面内凹型分布や凸型分布のばらつきを抑えることができるため、多大な副作用を引き起こす心配が少ない。
【００３３】
なお、本実施例では、プラズマレシピを変更しない例を述べたが、プラズマレシピを処理中に変更する装置であっても、本発明を適用できることは言うまでもない。
【００３４】
本発明の第３の実施例を図面を用いて説明する。
【００３５】
図６に、本発明を適用したエッチング装置にウェハ温度センサ６２を具備した一実施例を示すものである。
【００３６】
従来の試料台の温度制御手段は、設定された温度に対し、自身が有する温度センサを用いて冷媒等をモニタすることにより温度制御を行っていた。しかしながら、温度制御手段がモニタしている冷媒の温度と実際のウェハ裏面の温度とでは異なる場合がある。また、例えば、処理開始後１枚目と２５枚目とでは、処理室自体からの輻射熱６１等の影響により、２５枚目のウェハの方がより高温になる傾向がある。更には、ウェハ中心部と外周部ではウェハ外周部の方が入熱量が多く高温になりやすいという傾向もある。そこで、本実施例ではウェハ温度センサ６２または電極温度センサ（図示せず）を用いて、ウェハ裏面の温度を直接測定し、その測定結果を温度制御手段のモニタ値とすることにより、各プロセス，各ＳＴＥＰ，各膜種におけるウェハ面内での加工寸法制御効果を高めることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したエッチング装置の一例を示す図である。
【図２】本発明における処理レシピの一例を示す図である。
【図３】本発明を適用したエッチング装置を用いたエッチングシステムの一例を示す図である。
【図４】温度制御手段の設定温度変更までのフローチャートである。
【図５】温度補正値を算出するまでのフローチャートである。
【図６】本発明を適用したエッチング装置にウェハ温度センサ６２を具備した一例を示す図である。
【図７】従来の処理レシピの一例を示す図。
【図８】試料台全体を均一な温度に制御した場合と温度勾配をつけた場合との処理後加工寸法の比較を示す図。
【符号の説明】
１…処理室、２…ウェハ、３…ボンベ、４…バルブ、５…排気口、６…プラズマ発生源、７…プラズマ、８…電極支持軸、９…高周波電源、１０…試料台、
１１…直流電源、１２，１３，１４，１５…循環経路、１６，１７…温度制御手段、３１，３２…検査装置、３３…データベース、６２…ウェハ温度センサ。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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