(57)【要約】【課題】ロット内のウェハ間において配線間幅のばらつきを抑制するとともに、クリーニング工程におけるスループットを向上させることができるプラズマエッチング装置のクリーニング方法を提供する。【解決手段】本発明のプラズマエッチング装置のクリーニング方法は、プラズマエッチング装置１００のチャンバー１０２内に、クリーニングガスを供給する工程と、チャンバー１０２内において、前記クリーニングガスをプラズマ化する工程と、プラズマ化された前記クリーニングガスを、チャンバー１０２の内壁に付着した堆積物に接触させ、該堆積物をエッチング除去することにより、チャンバー１０２内のプラズマクリーニングを行う工程と、を含む。このチャンバー内のプラズマクリーニングを行う前記工程においては、チャンバー１０２の内壁に付着した前記堆積物由来のプラズマ発光の強度を経時的に検出するとともに、前記プラズマ発光の強度の変化に基づいて、チャンバー１０２内のプラズマクリーニングの終了点を決定する。【選択図】      図１
2007158230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマエッチング装置のチャンバー内に、クリーニングガスを供給する工程と、
前記チャンバー内において、前記クリーニングガスをプラズマ化する工程と、
プラズマ化された前記クリーニングガスを、前記チャンバーの内壁に付着した堆積物に接触させ、該堆積物をエッチング除去することにより、前記チャンバー内のプラズマクリーニングを行う工程と、
を含み、
前記チャンバー内のプラズマクリーニングを行う前記工程において、
前記内壁に付着した前記堆積物由来のプラズマ発光の強度を経時的に検出するとともに、前記プラズマ発光の強度の変化に基づいて、前記チャンバー内のプラズマクリーニングを終了する、プラズマエッチング装置のクリーニング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマエッチング装置のクリーニング方法であって、
前記プラズマクリーニングを行う前記工程が、
前記プラズマ発光の強度が所定値以下または該プラズマ発光の強度の変化率が所定の範囲内となったときに、前記チャンバー内のプラズマクリーニングを終了する工程を含む、プラズマエッチング装置のクリーニング方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマエッチング装置のクリーニング方法であって、
前記クリーニングガスが酸化性ガスを含むガスである、プラズマエッチング装置のクリーニング方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマエッチング装置のクリーニング方法であって、
前記プラズマ発光の強度が、ＣＯｘの発光強度である、プラズマエッチング装置のクリーニング方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマエッチング装置のクリーニング方法であって、
前記プラズマ発光の強度が、５２０ｎｍ近傍に発光ピークを有する波長におけるプラズマ発光の強度である、プラズマエッチング装置のクリーニング方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマエッチング装置のクリーニング方法であって、
前記プラズマクリーニングを終了する前記工程の後に、
前記チャンバー内に不活性ガスを導入する工程を含む、プラズマエッチング装置のクリーニング方法。
【請求項７】
請求項６に記載のプラズマエッチング装置のクリーニング方法であって、
前記不活性ガスを導入する前記工程は、
前記チャンバーの内壁の温度を経時的に検出するとともに、該温度の変化に基づいて前記不活性ガスの導入を終了する工程を含む、プラズマエッチング装置のクリーニング方法。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマエッチング装置のクリーニング方法であって、
前記不活性ガスを導入する前記工程は、
前記チャンバーの内壁の温度が所定値以下または前記チャンバーの内壁の温度変化率が所定の範囲内となったときに、前記不活性ガスの導入を終了する工程を含む、プラズマエッチング装置のクリーニング方法。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれかに記載のプラズマエッチング装置のクリーニング方法であって、
前記不活性ガスを導入する前記工程は、
前記チャンバー中における所定の化合物のガス濃度を経時的に検出するとともに、該ガス濃度の変化に基づいて前記不活性ガスの導入を終了する工程を含む、プラズマエッチング装置のクリーニング方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のプラズマエッチング装置のクリーニング方法であって、
前記不活性ガスを導入する前記工程は、
前記ガス濃度が所定値以下または前記ガス濃度の変化率が所定の範囲内となったときに、前記不活性ガスの導入を終了する工程を含む、プラズマエッチング装置のクリーニング方法。
【請求項１１】
内部に載置された試料のエッチングが行われるチャンバーと、
前記チャンバー内に、クリーニングガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバー内において、前記クリーニングガスをプラズマ化するプラズマ発生部と、
前記プラズマが前記チャンバーの内壁に付着した堆積物に接触することにより発生する、プラズマ発光の強度を経時的に検出する発光強度検出部と、
前記発光強度検出部で検出された前記プラズマ発光の強度に基づいて、前記チャンバー内のプラズマクリーニングを終了させる制御部と、
を含む、プラズマエッチング装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプラズマエッチング装置であって、
前記制御部は、前記プラズマ発光の強度の変化率を算出する演算処理部を含むとともに、前記変化率が所定の範囲内となったときに前記チャンバー内のプラズマクリーニングを終了させる、プラズマエッチング装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載のプラズマエッチング装置であって、
前記ガス供給部は、前記クリーニングガスとして酸化性ガスを含むガスを供給する、プラズマエッチング装置。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれかに記載のプラズマエッチング装置であって、
前記発光強度検出部は、ＣＯｘの発光強度を検出する、プラズマエッチング装置。
【請求項１５】
請求項１１乃至１４のいずれかに記載のプラズマエッチング装置であって、
前記発光強度検出部は、５２０ｎｍ近傍に発光ピークを有する波長におけるプラズマ発光の強度を検出する、プラズマエッチング装置。
【請求項１６】
請求項１１乃至１５のいずれかに記載のプラズマエッチング装置であって、
前記プラズマクリーニングを終了させた前記制御部の作用により、不活性ガスを前記チャンバー内に導入する不活性ガス導入部をさらに備える、プラズマエッチング装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載のプラズマエッチング装置であって、
前記プラズマクリーニングを終了させた前記制御部の作用により、前記チャンバーの内壁の温度を経時的に検出する温度検出部をさらに備える、プラズマエッチング装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のプラズマエッチング装置であって、
前記制御部は、前記チャンバーの内壁の温度変化率を算出する演算処理部を含むとともに、前記変化率が所定の範囲内となったときに前記チャンバー内への不活性ガスの導入を終了させる、プラズマエッチング装置。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載のプラズマエッチング装置であって、
前記プラズマクリーニングを終了させた前記制御部の作用により、前記チャンバー内における所定の化合物のガス濃度を経時的に検出するガス濃度検出部をさらに備える、プラズマエッチング装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載のプラズマエッチング装置であって、
前記制御部は、前記チャンバー内における所定の化合物のガス濃度変化率を算出する演算処理部を含むとともに、前記変化率が所定の範囲内となったときに前記チャンバー内への不活性ガスの導入を終了させる、プラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマエッチングによるプラズマエッチング装置のクリーニング方法、およびプラズマエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体における世代が進むにつれ、配線間幅が狭くなり、エッチング工程等において寸法精度が厳しく要求されるようになってきている。エッチング工程においては、複数枚のウェハを１ロットとして行っているが、プラズマエッチング装置のチャンバー内の汚染が進むとウェハ間において寸法のばらつきが生じることがあった。そのため、エッチングを行った後に、チャンバー内をクリーニングすることが行われている。
【０００３】
従来のプラズマクリーニング方法としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。同文献に記載されたプラズマクリーニング方法は、エッチング終了後、塩化水素あるいは塩化水素と塩素の混合ガス、または臭化水素あるいは臭化水素と臭素の混合ガスをクリーニングガスとして用いてプラズマクリーニングを行う方法である。
【０００４】
また、特許文献２には、半導体ウェハのエッチング工程において、プラズマ発光の強度変化に基づいてドライエッチングの終了点を決定する半導体装置の製造方法が記載されている。
【特許文献１】特開平１０−７４７３２号公報
【特許文献２】特開２００４−２３５３６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。
【０００６】
第一に、特許文献１に記載のプラズマクリーニング方法は、クリーニングの終了点を規定するものではない。そのため、チャンバーの内壁の清浄度が充分ではなく、ロット内のウェハ間において配線間幅のばらつきが生じることがあった。
【０００７】
従来、プラズマクリーニングは、チャンバーの内壁に付着した堆積物の量に関わらず、一定の時間において行われているのが実情であった。そのため、プラズマクリーニング後においても、チャンバーの内壁に堆積物が付着しており、チャンバーの内壁の清浄度が充分でない場合があった。さらに、チャンバーの内壁の清浄度は、複数回行われるエッチング工程においてバラツキがあった。
【０００８】
このチャンバーの内壁の清浄度と、ロット内のウェハ間における配線間幅のばらつきとの関係は、必ずしも明らかではないが、以下のように推定される。つまり、エッチング工程において、エッチングガス由来の生成物がチャンバーの内壁、およびウェハ表面に付着する。したがって、その後のクリーニング工程において、チャンバーの内壁の清浄度が充分でないと、チャンバーの内壁と、ウェハとの間で、エッチングガス由来の生成物の付着割合が変動し、ウェハ表面の堆積量が増加する。そのため、ロット内のウェハ間において配線間幅のばらつきが生じると推定される。
【０００９】
第二に、特許文献１に記載の方法においては、クリーニングの終了点を規定するものではなく、クリーニング時間が過剰となる場合があった。そのため、スループットが低下することがあった。
【００１０】
近年、微細な配線間幅を作製するために、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）を光源とする露光機が用いられるようになってきている。この露光機に対応するＡｒＦ用レジストが用いられている。しかしながら、このＡｒＦ用レジストは耐性が低いため、エッチングを低エネルギーで行う必要があり、エッチングに長時間必要となってきている。さらに、従来の方法においては、エッチング後のクリーニングの終点を確認するものではなく、クリーニング時間に必要以上の時間が費やされる場合がある。そのため、クリーニング工程を含むエッチング工程全体が長時間化し、スループットが特に低下することがあった。
【００１１】
このように、ロット内のウェハ間において配線間幅のばらつきを抑制するとともに、エッチング工程におけるスループットを向上させることができるプラズマエッチング装置のクリーニング方法、およびプラズマエッチング装置が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、プラズマエッチング装置のチャンバー内に、クリーニングガスを供給する工程と、前記チャンバー内において、前記クリーニングガスをプラズマ化する工程と、プラズマ化された前記クリーニングガスを、前記チャンバーの内壁に付着した堆積物に接触させ、該堆積物をエッチング除去することにより、前記チャンバー内のプラズマクリーニングを行う工程と、を含み、
前記チャンバー内のプラズマクリーニングを行う前記工程において、
前記内壁に付着した前記堆積物由来のプラズマ発光の強度を経時的に検出するとともに、前記プラズマ発光の強度の変化に基づいて、前記チャンバー内のプラズマクリーニングの終了点を決定する、プラズマエッチング装置のクリーニング方法が提供される。
【００１３】
また、本発明によれば、内部に載置された試料のエッチングが行われるチャンバーと、
前記チャンバー内に、クリーニングガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバー内において、前記クリーニングガスをプラズマ化するプラズマ発生部と、
前記プラズマが前記チャンバーの内壁に付着している前記堆積物に接触することにより発生するプラズマ発光の強度を経時的に検出する発光強度検出部と、
前記発光強度検出部で検出された前記プラズマ発光の強度に基づいて、前記チャンバー内のプラズマクリーニングを終了させる制御部と、
を含む、プラズマエッチング装置が提供される。
【００１４】
これらの発明によれば、プラズマクリーニングの終点をプラズマ発光強度により確認することができる。これにより、チャンバーの内壁における所望の清浄度を把握することができ、クリーニングの終点におけるチャンバーの内壁の清浄度を、一定に保つことができる。そのため、クリーニングが不十分な状態で次工程に移ることを防止することができ、ロット内のウェハ間において配線間幅の寸法のばらつきを抑制することができる。さらに、プラズマクリーニングの終点を確認し、次工程に移ることが可能であるため、エッチング工程におけるスループットを向上させることができる。
【００１５】
さらに、本発明によれば、チャンバー内におけるプラズマクリーニングを終了する前記工程の後に、前記チャンバー内に不活性ガスを導入する工程を行う。
【００１６】
この発明によれば、ロット内のウェハ間における配線間幅の寸法のばらつきを効果的に抑制するとともに、エッチング工程におけるスループットをさらに向上させることができる。
なお、本発明において不活性ガスとは、希ガスと窒素ガスを含むものとする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のプラズマエッチング装置のクリーニング方法およびプラズマエッチング装置によれば、ロット内において配線間幅のばらつきを抑制するとともに、エッチング工程におけるスループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。まず、本実施形態におけるプラズマエッチング装置について説明する。
【００１９】
[プラズマエッチング装置]
図１は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成を模式的に示す断面図である。
図１に示すように、プラズマエッチング装置１００は、チャンバー１０２と、チャンバー１０２の底部に配置されたステージ１０４と、チャンバー１０２の上部に配置された上部電極１０８とを備える。
【００２０】
チャンバー１０２は、さらにＣＣＤカメラ１１４と、温度センサー１２２とを備える。ＣＣＤカメラ１１４は、プラズマ発光分析装置（不図示）に接続されている。ＣＣＤカメラ１１４によりプラズマ発光をモニターし、プラズマ発光分析装置はそのプラズマ発光を発光分光法（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＯＥＳ）により、発光強度として検出する。一方、温度センサー１２２としては、たとえば、赤外線温度センサーを用いることができる。温度センサー１２２は、例えば、上部電極１０８側の内壁の温度を測定する。
【００２１】
ステージ１０４は、ウェハを載置するために用いられるとともに、バイアス高周波電源１０６に接続され下部電極として機能する。上部電極１０８は、ステージ１０４に対向して設けられるとともに、ソース高周波電源１１０に接続されている。チャンバー１０２の上部には、ガス導入管１１２が接続されており、ステージ１０４に載置されたウェハと、上部電極１０８との間に、エッチングガスや不活性ガス等を供給することができる。ガス導入管１１２は、複数のガスボンベ（不図示）に切り替え可能に接続されており、バルブ１１２ａを開閉することにより、所望のガスをチャンバー１０２内に導入することができる。
【００２２】
チャンバー１０２には、ガス排気管１１６が接続されていて、ガス排気管１１６に設けられた排気ポンプ１１８によりチャンバー１０２内のガスが排気される。排気ポンプ１１８としては、ＴＭＰ（turbo molecular pump）などを用いることができる。ガス排気管１１６の途中にはガス分析装置１２０が設けられていて、排気ガスのガス分析を行うことができる。ガス分析装置１２０としては、たとえば、マススペクトル測定装置を用いることができる。ガス排気管１１６にはバルブ１１６ａが備えられ、ガス排気管１１６を開閉可能に構成されている。
【００２３】
図２は、本実施の形態におけるプラズマエッチング装置１００の機能ブロック図である。
図２に示したように、プラズマエッチング装置１００は、エッチング部１３０と、検出部１３２と、制御部１３４と、記憶部１３６とを含む。検出部１３２は、発光強度検出部１３２ａと、温度検出部１３２ｂと、ガス濃度検出部１３２ｃとを含む。
【００２４】
エッチング部１３０は、図１に示される、ステージ１０４に載置された試料のエッチングが行われるチャンバー１０２と、チャンバー１０２内にクリーニングガスを供給するガス供給部（ガスボンベ（不図示）、ガス導入管１１２、およびバルブ１１２ａ）と、チャンバー１０２内において、前記クリーニングガスをプラズマ化するプラズマ発生部（ステージ１０４、バイアス高周波電源１０６、上部電極１０８、およびソース高周波電源１１０と、を含む。
【００２５】
発光強度検出部１３２ａは、チャンバー１０２に取り付けられたＣＣＤカメラ１１４に対応する。発光強度検出部１３２ａは、プラズマクリーニング中に、ＣＣＤカメラ１１４でチャンバー１０２の内壁に付着した堆積物由来のプラズマ発光をモニターしながら、発光分析（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＯＥＳ）により、所定の波長領域で測定を行う。さらに、発光強度検出部１３２ａは、このようにして測定された結果から、チャンバー１０２中の所定の波長領域おけるプラズマ発光の強度を経時的に検出する。
【００２６】
温度検出部１３２ｂは、チャンバー１０２に取り付けられた温度センサー１２２に対応する。温度検出部１３２ｂは、温度センサー１２２の測定結果からチャンバー１０２内における内壁の温度検出を行う。
【００２７】
ガス濃度検出部１３２ｃは、プラズマエッチング装置１００に取り付けられたガス分析装置１２０に対応する。ガス濃度検出部１３２ｃは、ガス分析装置１２０の測定結果からチャンバー１０２内における所定の化合物のガス濃度検出を経時的に行う。
【００２８】
発光強度検出部１３２ａ、温度検出部１３２ｂおよびガス濃度検出部１３２ｃは、エッチング部１３０から得られた上記の各種検出結果を制御部１３４に送信する。制御部１３４は、上記各種の検出結果に基づいてエッチング部１３０の制御を行う。記憶部１３６には、エッチング部１３０の制御を行うための情報が記憶されており、制御部１３４は記憶部１３６の情報を確認しながら、エッチング部１３０の制御を行う。
【００２９】
図３において、制御部１３４は、送受信部１３４ａと、演算処理部１３４ｂと、判定部１３４ｃと、を備える。
送受信部１３４ａは、発光強度検出部１３２ａと、温度検出部１３２ｂと、ガス濃度検出部１３２ｃとから検出結果を受信するとともに、演算処理部１３４ｂに検出結果を送信する。さらに、判定部１３４ｃによる判定結果に基づく制御信号を受信するとともに、エッチング部１３０に送信する。
【００３０】
演算処理部１３４ｂは、検出結果に基づいて、所定の時間内における、各変化率（発光強度変化率、温度変化率、ガス濃度変化率）を算出する。演算処理部１３４ｂは、算出した各変化率を判定部１３４ｃに送信する。
【００３１】
判定部１３４ｃは、演算処理部１３４ｂから発光強度変化率を受信すると、記憶部１３６にアクセスして情報を参照するとともに、演算処理部１３４ｂから受信した発光強度の変化率がプラズマクリーニングの終了点であるか否か判断する。なお、発光強度の値からプラズマクリーニングの終了点を判断することもできる。
【００３２】
また、判定部１３４ｃは、演算処理部１３４ｂから温度変化率またはガス濃度変化率を受信すると、記憶部１３６にアクセスして情報を参照するとともに、演算処理部１３４ｂから受信した温度の変化率またはガス濃度の変化率が、不活性ガスの導入の終了点であるか否か判断する。なお、温度またはガス濃度の値から不活性ガスの導入の終了点を判断することもできる。
【００３３】
記憶部１３６は、プラズマ発光の強度の変化に基づいて、チャンバー１０２内のプラズマクリーニングの終了を決定する際の判断の基準となる基準値を記憶している。基準値として、例えば、プラズマ発光の強度２０００、単位時間あたりのプラズマ発光強度の変化率−２０％以上５％以下、が記憶されている。判定部１３４ｃは、発光強度検出部１３２ａが検出した発光強度または発光強度の変化率と、当該基準値とを比較する。
【００３４】
さらに、記憶部１３６は、チャンバー１０２内壁の温度の変化に基づいて、チャンバー１０２内への不活性ガス導入の終了を決定する際の判断基準となる基準値を記憶している。基準値として、例えば、チャンバー１０２内壁の温度６０℃、単位時間あたりのチャンバー１０２内壁の温度変化率−２０％以上５％以下、が記憶されている。判定部１３４ｃは、温度検出部１３２ｂが検出した温度または温度の変化率と、当該基準値とを比較する。
【００３５】
またさらに、記憶部１３６は、チャンバー１０２内における所定の化合物のガス濃度変化に基づいて、チャンバー１０２内への不活性ガス導入の終了を決定する際の判断の基準となる基準値を記憶している。基準値として、例えば、所定の化合物のガス濃度４％、単位時間あたりの所定の化合物のガス濃度の変化率−２０％以上５％以下、が記憶されている。判定部１３４ｃは、ガス濃度検出部１３２ｃが検出したガス濃度またはガス濃度の変化率と、当該基準値とを比較する。
【００３６】
[プラズマエッチング装置のクリーニング方法]
以下に、プラズマエッチング装置のクリーニング方法について説明する。
本実施形態におけるプラズマエッチング装置のクリーニング方法を、図４，５を参照して説明する。なお、図１〜３に示したプラズマエッチング装置１００における、クリーニング方法により説明する。
【００３７】
本実施形態におけるプラズマエッチング装置のクリーニング方法は、以下の工程を含む。
（ｉ）プラズマエッチング装置１００のチャンバー１０２内に、クリーニングガスを供給する工程（ステップ１０２）
（ii）チャンバー１０２内において、前記クリーニングガスをプラズマ化する工程（ステップ１０４）
（iii〜iv）プラズマ化された前記クリーニングガスを、前記チャンバーの内壁に付着した堆積物に接触させ、該堆積物をエッチング除去することにより、前記チャンバー内のプラズマクリーニングを行う工程
【００３８】
このチャンバー１０２内のプラズマクリーニングを行う工程は、
（iii）前記堆積物由来のプラズマ発光の強度を経時的に検出する工程（ステップ１０６）と、
（iv）前記プラズマ発光の強度の変化に基づいて、前記チャンバー内のプラズマクリーニングを終了する工程（ステップ１０８〜１１０）と、を含む。
以下、各工程に沿って説明する。
【００３９】
（ｉ）ステップ１０２
まず、プラズマエッチング装置１００のチャンバー１０２内に、クリーニングガスを供給する。
図１に示すプラズマエッチング装置１００において、ウェハ等の試料のドライエッチング工程が終了すると、チャンバー１０２外に当該試料を搬出する。そして、バルブ１１２ａを開き、ガス導入管１１２を通してチャンバー１０２内にクリーニングガスを導入する。クリーニングガスとしては、酸化性ガスを用いることができる。酸化性ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、ＮＯ、ＮＯ２、ＣＯ等を挙げることができる。なお、クリーニング工程の際に、エッチング工程で用いたフルオロカーボン系化合物ガスがチャンバー内に存在していてもよい。
【００４０】
（ii）ステップ１０４
次いで、チャンバー１０２内において、クリーニングガスをプラズマ化する。
図１に示すプラズマエッチング装置１００において、上部電極１０８にソース高周波電源１１０から高周波電圧を印加し、チャンバー１０２内にプラズマを発生させるとともに、プラズマをチャンバー１０２の内壁に照射させる。これにより、付着している堆積物のプラズマクリーニングが可能となる。
【００４１】
（iii）ステップ１０６
そして、堆積物由来のプラズマ発光の強度を経時的に検出する。
プラズマは、チャンバー１０２の内壁に付着した堆積物に接触する。これにより、堆積物由来のプラズマ発光を生じる。ＣＣＤカメラ１１４は、プラズマ発光をモニターしながら、プラズマ発光の強度を経過時間毎（単位時間毎）に検出する。その結果、例えば、図６に示すように、経過時間毎におけるプラズマ発光の強度変化が確認される。
【００４２】
本実施形態においては、チャンバー１０２の内壁に、ＣＦ系の化合物の堆積物が付着している例によって説明する。この場合、ＣＯｘのプラズマ発光を確認する。ＣＯｘとしては、ＣＯ、ＣＯ２等を挙げることができる。本実施形態においては、ＣＯのプラズマ発光の強度変化を確認した例によって示し、具体的には、５２０ｎｍ近傍に発光ピークを有する波長におけるプラズマ発光の強度変化を確認した例によって示す。なお、５２０ｎｍ近傍とは、５２０ｎｍを中心として所定の幅を有する範囲であり、例えば５１８ｎｍ〜５２２ｎｍ程度とすることができる。
【００４３】
（iv）ステップ１０８〜１１０
そして、プラズマ発光の強度の変化に基づいて、チャンバー１０２内のプラズマクリーニングを終了する（ステップ１０８〜１１０）。
以下、図２または３に基づいて、ステップ１０８〜１１０を説明する。
【００４４】
具体的には、発光強度検出部１３２ａは、プラズマ発光の強度変化を検出すると、かかる結果を送受信部１３４ａに送信する。送受信部１３４ａは、検出結果を受信するとともに、演算処理部１３４ｂに検出結果を送信する。演算処理部１３４ｂは、検出結果に基づいて、所定の時間内における、発光強度変化率を算出する。発光強度変化率は、例えば、１秒間における発光強度の変化量から算出することができ、１０，０００から８，０００に変化した場合には、変化率−２０％とする。
演算処理部１３４ｂは、算出した変化率を判定部１３４ｃに送信する。
【００４５】
判定部１３４ｃは、演算処理部１３４ｂから発光強度変化率を受信すると、記憶部１３６にアクセスして基準値を参照する。これにより、判定部１３４ｃは、演算処理部１３４ｂから受信した発光強度に基づいてプラズマクリーニングの終了点であるか否か判断する（ステップ１０８）。なお、本実施形態においては、プラズマクリーニングの終了点が、堆積物由来のプラズマ発光強度の変化率に基づいて判断される例により説明する。
【００４６】
本実施形態において、判定部１３４ｃは、発光強度の変化率が−２０％以上５％以下である場合に、プラズマクリーニングの終了点であると判断する。記憶部１３６には、上記したように、プラズマクリーニングの終了点を判断する際に参照される基準値が記憶されている。そして、判定部１３４ｃは、記憶部１３６にアクセスして、記憶されている基準値と、受信した発光強度変化率とを比較する。その結果、判定部１３４ｃは、演算処理部１３４ｂから受信した発光強度変化率が、基準値（−２０％以上５％以下）に該当し、プラズマクリーニングの終了点であると判断した場合には、ステップ１１０に進む。一方、発光強度の変化率が−２０％より小さい（例えば−４０％）である場合には、ステップ１０６に戻り、再度、堆積物由来のプラズマ発光の強度を経時的に検出する。
【００４７】
次いで、判定部１３４ｃは、演算処理部１３４ｂから受信した発光強度の変化率が、所定回数連続して検出されたか否か判断する（ステップ１１０）。
【００４８】
その結果、発光強度の変化率が−２０％未満である場合（例えば−４０％）や、発光強度の変化率が−２０％以上であっても（例えば−１０％）、かかる数値が１回目である場合等においては、ステップ１０６に戻り、再度、堆積物由来のプラズマ発光の強度を経時的に検出する。なお、前記連続回数は特に限定されず、クリーニング対象や、プラズマエッチング装置の種類等によって適宜設定される。
【００４９】
一方、発光強度の変化率が上記数値範囲であり、かつかかる数値が連続３回目である場合においては、判定部１３４ｃは、プラズマクリーニング工程の終了を判断する。判定部１３４ｃは、プラズマクリーニング工程の終了を判断すると、送受信部１３４ａを介してエッチング部１３０を制御し、クリーニングガスの供給や、高周波電圧の印加を中止させる。
このようにして、プラズマクリーニング工程が終了する。
【００５０】
本実施形態においては、プラズマクリーニング工程が終了すると、次いで、チャンバー１０２内に不活性ガスを導入する工程を行う。
【００５１】
本実施形態において、不活性ガスを導入する工程は、以下の工程を含む。
（ｖ）チャンバー１０２の内壁の温度を経時的に検出する工程（ステップ２０２）
（vi）チャンバー１０２の内壁の温度の変化に基づいて、チャンバー１０２内壁の温度測定を終了する工程（ステップ２０４〜２０６）
（vii）チャンバー１０２中における所定の化合物のガス濃度を経時的に検出する工程（ステップ２０８）
（viii）チャンバー１０２中におけるガス濃度の変化に基づいて、チャンバー１０２内のガス濃度の測定を終了する工程（ステップ２１０〜２１２）
【００５２】
なお、ステップ２０２〜２０６の工程と、ステップ２０８〜２１２の工程は、時間的前後を問わず実施される。
【００５３】
以下、各工程に沿って説明する。
（ｖ）ステップ２０２
まず、チャンバー１０２の内壁の温度を経時的に検出する。
具体的には、図１に示すプラズマエッチング装置１００において、プラズマクリーニング工程が終了すると、予め記憶しておいた情報にしたがい、ガス導入管１１２からチャンバー１０２内に、不活性ガスを導入させる。不活性ガスとしては、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ２ガス等を用いることができる。さらに、排気ポンプ１１８を駆動させ、ガス排気管１１６からチャンバー１０２内の排気を開始する。
さらに、温度センサー１２２により、チャンバー１０２の内壁の温度を経時的に検出する。
【００５４】
（vi）ステップ２０４〜２０６
次いで、チャンバー１０２の内壁の温度変化率が所定の範囲内か否か判断する（ステップ２０４）。
図２に示すプラズマエッチング装置１００において、温度検出部１３２ｂは、チャンバー１０２の内壁の温度を検出すると、かかる結果を送受信部１３４ａに送信する。送受信部１３４ａは、検出結果を受信するとともに、演算処理部１３４ｂに検出結果を送信する。演算処理部１３４ｂは、検出結果に基づいて、所定の時間内における、温度変化率を算出する。温度変化率は、例えば、１秒間における温度変化から算出することができ、１００℃から８０℃に変化した場合には、変化率−２０％とする。
演算処理部１３４ｂは、算出した変化率を判定部１３４ｃに送信する。
【００５５】
判定部１３４ｃは、演算処理部１３４ｂから温度変化率を受信すると、記憶部１３６にアクセスして基準値を参照するとともに、演算処理部１３４ｂから受信した温度変化率が、不活性ガス導入工程の終了点であると判断される所定の範囲内にあるか否か判断する。
【００５６】
本実施形態において、判定部１３４ｃは、温度変化率が−２０％以上５％以下である場合に、不活性ガス導入工程の終了点であると判断する。記憶部１３６には、上記したように、不活性ガス導入工程の終了点を判断する際に参照される基準値が記憶されている。そして、判定部１３４ｃは、記憶部１３６にアクセスして、記憶されている基準値と、受信した温度変化率とを比較する。その結果、判定部１３４ｃは、演算処理部１３４ｂから受信した温度変化率が、基準値（−２０％以上５％以下）に該当し、不活性ガス導入工程の終了点であると判断した場合には、ステップ２０８に進む。一方、発光強度の変化率が−２０％より小さい（例えば−４０％）である場合には、ステップ２０２に戻り、再度、チャンバー１０２の内壁の温度を経時的に検出する。
【００５７】
次いで、判定部１３４ｃは、演算処理部１３４ｂから受信した温度の変化率が、所定回数連続して検出されたか否か判断する（ステップ２０６）。
【００５８】
その結果、温度変化率が−２０％未満である場合（例えば−４０％）や、温度変化率が−２０％以上であっても（例えば−１０％）、かかる数値が１回目である場合等においては、ステップ２０２に戻り、再度、チャンバー１０２の内壁の温度を経時的に検出する。
一方、温度変化率が上記数値範囲であり、かつこの数値の検出回数が３回目である場合においては、ステップ２０８に進む。
【００５９】
（vii）ステップ２０８
チャンバー１０２中における所定の化合物のガス濃度を経時的に検出する。
図１に示すプラズマエッチング装置１００において、具体的には、ガス分析装置１２０により、チャンバー１０２中における所定の化合物のガス濃度を経時的に検出する。所定の化合物としては、エッチングガスとして用いた、フルオロカーボン系化合物等を挙げることができる。
ステップ２０８が終了すると次工程に進む。
【００６０】
（viii）ステップ２１０〜２１２
まず、チャンバー１０２中における、所定の化合物のガス濃度の変化率が所定の範囲内か否か判断する（ステップ２１０）。
図２に示すプラズマエッチング装置１００において、具体的には、ガス濃度検出部１３２ｃが、チャンバー１０２中における所定の化合物のガス濃度を検出すると、かかる結果を送受信部１３４ａに送信する。送受信部１３４ａは、検出結果を受信するとともに、演算処理部１３４ｂに検出結果を送信する。演算処理部１３４ｂは、検出結果に基づいて、所定の時間内における、ガス濃度の変化率を算出する。ガス濃度の変化率は、例えば、１秒間におけるガス濃度変化から算出することができ、１０％から８％に変化した場合には、変化率−２０％とする。
演算処理部１３４ｂは、算出した変化率を判定部１３４ｃに送信する。
【００６１】
判定部１３４ｃは、演算処理部１３４ｂからガス濃度変化率を受信すると、記憶部１３６にアクセスして基準値を参照するとともに、演算処理部１３４ｂから受信したガス濃度変化率が不活性ガス導入工程の終了点であると判断される所定の範囲内にあるか否か判断する。
【００６２】
本実施形態において、判定部１３４ｃは、ガス濃度変化率が−２０％以上５％以下である場合に、不活性ガス導入工程の終了点であると判断する。記憶部１３６には、上記したように、不活性ガス導入工程の終了点を判断する際に参照される基準値が記憶されている。そして、判定部１３４ｃは、記憶部１３６にアクセスして、記憶されている基準値と、受信したガス濃度変化率とを比較する。その結果、判定部１３４ｃは、演算処理部１３４ｂから受信したガス濃度変化率が、基準値（−２０％以上５％以下）に該当し、不活性ガス導入工程の終了点であると判断した場合には、ステップ２１２に進む。一方、ガス濃度変化率が−２０％より小さい（例えば−４０％）である場合には、ステップ２０８に戻り、再度、チャンバー１０２内のガス濃度を経時的に検出する。
【００６３】
次いで、判定部１３４ｃは、演算処理部１３４ｂから受信したガス濃度の変化率が、所定回数連続して検出されたか否か判断する（ステップ２１２）。
【００６４】
その結果、ガス濃度変化率が−２０％未満である場合（例えば−４０％）や、ガス濃度変化率が−２０％以上であっても（例えば−１０％）、かかる数値が１回目である場合等においては、ステップ２０８に戻り、再度、ガス濃度を経時的に検出する。
一方、ガス濃度変化率が上記数値範囲であり、かつかかる数値の検出回数が３回目である場合においては、不活性ガス導入工程を終了する。
【００６５】
このように、プラズマエッチング装置のクリーニングを行った後、再びウェハ等の試料のドライエッチング工程を行う。
【００６６】
以下に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態によれば、プラズマ発光を確認することによりプラズマクリーニングの終点を確認し、チャンバーの内壁の清浄度を一定にすることができる。そのため、クリーニングが不十分な状態で次工程に移ることを防止することができ、ロット内のウェハ間において配線間幅の寸法のばらつきを抑制することができる。さらに、プラズマクリーニングの終点を確認し次工程に移っているため、プラズマクリーニングを過剰に行うことを回避することができ、エッチング工程におけるスループットを向上させることができる。
【００６７】
このような効果が得られる理由は、以下のように推定することができる。
エッチング工程において、エッチングガスとしてフルオロカーボン系の化合物ガスを用いた場合、この化合物からなる生成物がチャンバーの内壁やウェハに付着する。ここで、新たな生成物がチャンバーの内壁やウェハに付着する割合（分配比）は、チャンバーの内壁に付着している生成物の量により変動すると考えられる。つまり、クリーニング工程において、チャンバーの内壁の清浄度が充分でないと、チャンバーの内壁と、ウェハとの間で、エッチングガス由来の生成物の付着割合が変動し、ウェハ表面の堆積量が増加し、ロット内のウェハ間において配線間幅にばらつきが生じる。
【００６８】
従来の半導体装置においては、このような生成物のウェハへの付着は問題となっておらず、チャンバーの内壁に付着した堆積物の量に関係なく、一定の時間クリーニングを行っているのが実情であった。しかしながら、近年、要求される配線間幅が狭くなるにつれ、微細化プロセスにおいて、ロット内のウェハ間に配線間幅のばらつきが生じるようになってきた。
【００６９】
本発明者はこのような知見に基づき鋭意研究した結果、エッチング工程において、チャンバー内壁の堆積物の量を一定にすることにより、ロット内のウェハ間における配線間幅のばらつきを解決することができることを見出した。
【００７０】
つまり、本実施形態においては、堆積物由来のプラズマ発光を確認しながらクリーニングの終点を決定しており、チャンバーの内壁に付着している堆積物の量が一定となるように管理することができる。これにより、チャンバー内壁に付着している堆積物の影響を一定とすることができ、ロット内の複数のウェハを同一の条件でエッチングすることができる。そのため、ロット内のウェハ間において配線間幅の寸法のばらつきを抑制することができ、製品の歩留まりが向上する。さらに、プラズマクリーニングの終点を発光に基づいて確認しており、エッチング工程におけるスループットを向上させることができる。
【００７１】
また、特許文献２に記載の方法は、半導体ウェハのエッチング工程に関するものであり、プラズマ発光の波長の変化を確認し、エッチング工程の終点を確認しているに過ぎない。そのため、かかる方法をプラズマエッチング装置のクリーニングに適用したとしても、最適なクリーニングの条件を選択することができず、エッチング工程全体が長時間化し、スループットが低下することがあった。
【００７２】
これに対し、本実施形態においては、プラズマ発光の波長の変化を確認するのではなく、チャンバー内に付着した堆積物由来のプラズマ発光の強度変化を経時的に検出するとともに、それに基づいて、チャンバー内のプラズマクリーニングの終点を決定するものである。そのため、チャンバーの内壁に付着した堆積物を、その量に関わらず除去することができ、ロット内のウェハ間における配線間幅の寸法のばらつきを抑制することができる。
【００７３】
さらに、本実施形態においては、プラズマクリーニングを行った後に、チャンバー内に不活性ガスを導入する工程を含む。これにより、ロット内における配線間幅の寸法のばらつきをさらに抑制することができる。
【００７４】
一方、従来のプラズマエッチング装置のクリーニング方法においては、一定の時間クリーニングを行っているが、たとえ長時間クリーニングを行ったとしても、ロット内において配線間幅にばらつきが生じることがあった。このような現象は、配線間幅が狭くなるにつれ、顕著になってきた。
【００７５】
このような現象が発生する理由は明らかではないが、エッチング工程後のチャンバー内に存在している、フルオロカーボン系の化合物ガスが影響していると考えられる。すなわち、従来のクリーニング後のチャンバー内には、第１のウェハのエッチング工程に用いられたフルオロカーボン系の化合物ガスが残留している。この残留ガスの影響により、第２のウェハのエッチング工程におけるウェハへの堆積物の量は、第１のウェハと比較して増加すると推定される。このような影響は、複数枚のウェハ間において顕著となり、ロット内のウェハ間において配線間幅のばらつきが生じることがあった。
【００７６】
さらに、上記現象が生じる理由としては、チャンバーの内壁の温度により該内壁への堆積物の付着量が変化することも考えられる。つまり、チャンバーの内壁の温度が高いと、内壁への堆積物の付着量が少なくなり、ウェハへの堆積物の量が増加すると推定される。従来のクリーニング方法においては、チャンバーの内壁の温度は管理されておらず、ロット内のウェハ間において配線間幅にばらつきが生じることがあった。
【００７７】
このような知見に基づき、本発明者は鋭意研究したところ、プラズマクリーニングが終了した後に、チャンバー内に不活性ガスを導入することにより、ロット内のウェハ間において配線間幅の寸法のばらつきをさらに抑制することができることを見出した。このような効果は、チャンバーの内壁の温度と、所定の化合物のガス濃度とを制御することにより、特に顕著に表れる。
【００７８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００７９】
本実施形態においては、不活性ガスの導入工程を、チャンバーの内壁の温度と、所定の化合物のガス濃度とにより制御しているが、いずれか一方により制御することも可能である。
[実施例]
【００８０】
[実験例]
図４，５に記載されたフローチャートにしたがって、以下の条件でプラズマエッチング装置のチャンバー内のクリーニングを行った。
・クリーニングガス：Ｏ２
・プラズマクリーニングの終了点：プラズマ発光強度の変化率が３回連続して−２０％以上５％以下
・プラズマ発光：ＣＯの発光（発光ピーク５２０ｎｍ程度）
・不活性ガス：Ｈｅガス
・不活性ガス導入の終了点：チャンバーの内壁の温度変化率が、３回連続して−２０％以上５％以下／Ｃ４Ｆ８のガス濃度の変化率が、３回連続して−２０％以上５％以下
【００８１】
図６に示すように、プラズマ発光強度の変化率が３回連続して−２０％以上５％以下となった時点で、プラズマクリーニングを終了した。次いで、Ｈｅガスの導入を行った。図７に示すように、Ｈｅパージ時間が５０秒未満の各時点（０秒、３０秒、４０秒）においては、チャンバーの内壁の温度変化率が、３回連続して−２０％以上５％以下とはならなかった。また、図８に示すように、エッチング工程において用いたＣ４Ｆ８のガス濃度の変化率も、３回連続して−２０％以上５％以下とはならなかった。一方、図７、８に示すように、Ｈｅパージ時間が６０秒、１８０秒の時点においては、いずれの変化率も３回連続して−２０％以上５％以下であった。
【００８２】
その結果、Ｈｅパージ時間が５０秒未満の各時点（０秒、３０秒、４０秒）においては、ロット内のウェハ間（１枚目と２４枚目）における配線間幅の差が１．５ｎｍ〜３．５ｎｍ程度であった。それに対し、Ｈｅパージ時間が６０秒の時点においては当該寸法差が０．８ｎｍ程度であった。また、それ時間以上、Ｈｅパージを行っても、ウェハ間における配線間幅の差は改善されなかった。
【００８３】
また、プラズマクリーニング工程において、図６に示すプラズマ発光強度の変化率が３回連続して−２０％以上５％以下とならなかった時点で、プラズマクリーニングを終了し、次いでＨｅパージを６０秒間行った。しかしながら、この場合においては、ロット内のウェハ間における配線間幅にバラツキが大きかった。
【００８４】
このように、プラズマクリーニングの終点をプラズマ発光強度により確認することにより、ロット内のウェハ間において配線間幅のばらつきを抑制するとともに、エッチング工程におけるスループットが向上することが確認された。さらにこのような効果は、不活性ガスを導入することにより顕著となることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本実施形態におけるプラズマエッチング装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本実施形態におけるプラズマエッチング装置の機能ブロック図である。
【図３】本実施形態における制御部の機能ブロック図である。
【図４】本実施形態のプラズマエッチング装置のクリーニング方法における、プラズマクリーニング工程を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態のプラズマエッチング装置のクリーニング方法における、不活性ガス導入工程を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態における経過時間毎におけるプラズマ発光の強度変化を示すグラフである。
【図７】実施例における、Ｈｅパージ時間と配線間幅との関係、およびＨｅパージ時間とチャンバーの内壁の温度変化率との関係を示すグラフである。
【図８】実施例における、Ｈｅパージ時間と配線間幅との関係、およびＨｅパージ時間とチャンバー内のガス濃度の変化率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８６】
１００      プラズマエッチング装置
１０２      チャンバー
１０４      ステージ
１０６      バイアス高周波電源
１０８      上部電極
１１０      ソース高周波電源
１１２      ガス導入管
１１２ａ    バルブ
１１４      ＣＣＤカメラ
１１６      ガス排気管
１１６ａ    バルブ
１１８      排気ポンプ
１２０      ガス分析装置
１２２      温度センサー
１３０      エッチング部
１３２      検出部
１３２ａ    発光強度検出部
１３２ｂ    温度検出部
１３２ｃ    ガス濃度検出部
１３４      制御部
１３４ａ    送受信部
１３４ｂ    演算処理部
１３４ｃ    判定部
１３６      記憶部
【図１】
2007158230.tif 000003
【図２】
2007158230.tif 000004
【図３】
2007158230.tif 000005
【図４】
2007158230.tif 000006
【図５】
2007158230.tif 000007
【図６】
2007158230.tif 000008
【図７】
2007158230.tif 000009
【図８】
2007158230.tif 000010