(57)【要約】【課題】異なるプラズマ処理装置との間における加工寸法のばらつきを低減できる半導体装置の製造方法、電源回路、及びプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、プラズマ処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、処理室内の電極に半導体基板を載置する載置工程と、電源回路から前記電極に電力を供給するとともに、前記処理室内における前記電極から隔てられた空間にプラズマを発生させる発生工程と、前記発生工程で発生したプラズマの電位と電力が供給された前記電極の電位との差であるバイアス電圧を検出する検出工程と、前記検出工程で検出されたバイアス電圧が目標値に一致するように前記電源回路の容量値を補正する補正工程と、前記補正工程が行われた後に前記検出工程で検出されたバイアス電圧が前記目標値に一致した状態で、前記プラズマ処理装置を用いて前記半導体基板を加工する加工工程とを備えている。【選択図】図１
2012015307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に配された電極と前記電極に電力を供給する電源回路とを有するプラズマ処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記処理室内の前記電極に半導体基板を載置する載置工程と、
前記電源回路から前記電極に電力を供給するとともに、前記処理室内における前記電極から隔てられた空間にプラズマを発生させる発生工程と、
前記発生工程で発生したプラズマの電位と電力が供給された前記電極の電位との差であるバイアス電圧を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出されたバイアス電圧が目標値に一致するように前記電源回路の容量値を補正する補正工程と、
前記補正工程が行われた後に前記検出工程で検出されたバイアス電圧が前記目標値に一致した状態で、前記プラズマ処理装置を用いて前記半導体基板を加工する加工工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記電源回路は、
前記電極に供給すべき電力を発生させる発生部と、
前記検出部により検出されたバイアス電圧が目標値に一致するように前記発生部の容量値を補って前記電源回路の容量値を補正する補正部と、
を有し、
前記補正部は、
前記電極及び前記発生部に対して直列に接続された第１の可変容量素子と、
前記電極に対して前記発生部と並列に接続された第２の可変容量素子と、
を有し、
前記補正工程では、前記検出工程で検出されたバイアス電圧が目標値に一致するように、前記第１の可変容量素子の容量値と前記第２の可変容量素子の容量値との少なくとも一方を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
複数の目標値のうち、前記プラズマ処理装置による加工条件に対応した目標値を決定する決定工程と、
前記検出工程で検出されたバイアス電圧と前記決定工程で決定された目標値とを比較する比較工程と、
をさらに備え、
前記補正工程では、前記比較工程での比較結果に応じて、前記検出工程で検出されたバイアス電圧が前記決定工程で決定された目標値に一致するように、前記第１の可変容量素子の容量値と前記第２の可変容量素子の容量値との少なくとも一方を変更する
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
処理室内に配され、被処理基板が載置される電極と、前記電極に電力を供給する電源回路と、前記処理室内における前記電極から隔てられた空間にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部により発生された前記プラズマの電位と前記電源回路により電力が供給された前記電極の電位との差であるバイアス電圧を検出する検出部とを備えたプラズマ処理装置における前記電極に電力を供給するための電源回路であって、
前記電極に供給すべき電力を発生させる発生部と、
前記検出部により検出されたバイアス電圧が目標値に一致するように前記発生部の容量値を補って前記電源回路の容量値を補正する補正部と、
を備えたことを特徴とする電源回路。
【請求項５】
処理室内に配され、被処理基板が載置される電極と、
前記電極に電力を供給する電源回路と、
前記処理室内における前記電極から隔てられた空間にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
前記プラズマ発生部により発生された前記プラズマの電位と前記電源回路により電力が供給された前記電極の電位との差であるバイアス電圧を検出する検出部と、
を備え、
前記電源回路は、
前記電極に供給すべき電力を発生させる発生部と、
前記検出部により検出されたバイアス電圧が目標値に一致するように前記発生部の容量値を補って前記電源回路の容量値を補正する補正部と、
を有し、
前記プラズマ処理装置は、前記検出部により検出されたバイアス電圧が前記目標値に一致した状態で、前記被処理基板を加工する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記プラズマ処理装置は、複数の装置からなり、装置間で同一加工条のときに、同一目標値が設定され、
前記補正部は、各装置毎のバイアス電圧値を目標値に一致するように各々補正する
ことを特徴とする請求項５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】
本発明の実施の形態は、半導体装置の製造方法、電源回路、及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化が進むことに伴い、半導体装置の加工技術における加工精度の向上が望まれている。特に、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置などのプラズマ処理装置を用いたエッチング技術では、同一機種の同一加工条件であっても（複数の）異なるプラズマ処理装置間における加工寸法やエッチング量のばらつきが、要求される加工精度に対して無視できないレベルになる傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２７６２３号公報
【特許文献２】特開平３−５４８２５号公報
【特許文献３】特開２００４−９６０６６号公報
【特許文献４】特開平３−２８３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施の形態は、例えば、同一機種、同一加工条件のプラズマ処理装置間における加工寸法やエッチング量のばらつきを低減できる半導体装置の製造方法、電源回路、及びプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施の形態によれば、処理室内に配された電極と前記電極に電力を供給する電源回路とを有するプラズマ処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、前記処理室内の前記電極に半導体基板を載置する載置工程と、前記電源回路から前記電極に電力を供給するとともに、前記処理室内における前記電極から隔てられた空間にプラズマを発生させる発生工程と、前記発生工程で発生したプラズマの電位と電力が供給された前記電極の電位との差であるバイアス電圧を検出する検出工程と、前記検出工程で検出されたバイアス電圧が目標値に一致するように前記電源回路の容量値を補正する補正工程と、前記補正工程が行われた後に前記検出工程で検出されたバイアス電圧が前記目標値に一致した状態で、前記プラズマ処理装置を用いて前記半導体基板を加工する加工工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００６】
また、他の実施の形態によれば、処理室内に配され、被処理基板が載置される電極と、前記電極に電力を供給する電源回路と、前記処理室内における前記電極から隔てられた空間にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部により発生された前記プラズマの電位と前記電源回路により電力が供給された前記電極の電位との差であるバイアス電圧を検出する検出部とを備えたプラズマ処理装置における前記電極に電力を供給するための電源回路であって、前記電極に供給すべき電力を発生させる発生部と、前記検出部により検出されたバイアス電圧が目標値に一致するように前記発生部の容量値を補正する補正部とを備えたことを特徴とする電源回路が提供される。
【０００７】
また、他の実施の形態によれば、処理室内に配され、被処理基板が載置される電極と、前記電極に電力を供給する電源回路と、前記処理室内における前記電極から隔てられた空間にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部により発生された前記プラズマの電位と前記電源回路により電力が供給された前記電極の電位との差であるバイアス電圧を検出する検出部とを備え、前記電源回路は、前記電極に供給すべき電力を発生させる発生部と、前記検出部により検出されたバイアス電圧が目標値に一致するように前記発生部の容量値を補正する補正部とを有し、前記プラズマ処理装置は、前記検出部により検出されたバイアス電圧が前記目標値に一致した状態で、前記被処理基板を加工することを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態における補正部の構成を示す図。
【図３】第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置を用いた半導体装置の製造方法を示すフローチャート。
【図４】第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成を示す図。
【図５】第２の実施の形態における補正部の構成を示す図。
【図６】第２の実施の形態における記憶部のデータ構造を示す図。
【図７】第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置を用いた半導体装置の製造方法を示すフローチャート。
【図８】第３の実施の形態における補正部の構成を示す図。
【図９】第３の実施の形態における記憶部のデータ構造を示す図。
【図１０】第３の実施の形態にかかるプラズマ処理装置を用いた半導体装置の製造方法を示すフローチャート。
【図１１】第４の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成を示す図。
【図１２】第４の実施の形態における記憶部のデータ構造を示す図。
【図１３】第４の実施の形態にかかるプラズマ処理装置を用いた半導体装置の製造方法を示すフローチャート。
【図１４】比較例にかかるプラズマ処理装置の動作を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１０】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１について図１を用いて説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１の概略構成を示す図である。
【００１１】
プラズマ処理装置１は、処理室５０、電極１０、電源回路２０、プラズマ発生部８０、及び検出部９０を備える。
【００１２】
処理室５０は、その内部でプラズマＰＬが発生されるための室であり、処理容器により形成されている。処理容器は、供給源（図示せず）から処理室５０へ処理ガスが供給可能なように構成されているとともに、処理室５０から排気装置（図示せず）へ処理済の処理ガスが排気可能なように構成されている。
【００１３】
電極１０は、絶縁材（図示せず）を介して処理容器から絶縁されるように、処理室５０内の底面側に配されている。電極１０には、被処理基板（例えば、半導体基板）ＷＦが載置される。電極１０は、例えば、金属で形成されている。
【００１４】
電源回路２０は、高周波電力を発生させて、電極１０に高周波電力を供給する。この高周波電力は、処理室５０内にプラズマＰＬが発生された際に処理ガスからラジカルとともに生成されたイオン（例えば、Ｆ＋、ＣＦ３＋など）を電極１０側（被処理基板ＷＦ側）へ加速させるための電力である。高周波電力の周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚである。電源回路２０の内部構成については後述する。
【００１５】
プラズマ発生部８０は、処理室５０内における電極１０から隔てられた空間５１にプラズマＰＬを発生させる。具体的には、プラズマ発生部８０は、高周波電源８１、マッチングボックス８４、アンテナコイル８２、及び誘電体壁８３を有する。高周波電源８１は、高周波電力を発生させてアンテナコイル８２へ供給する。マッチングボックス８４は、例えば、可変コンデンサ及び可変コイルを有している。マッチングボックス８４は、マッチングボックス８４に対する高周波電源８１側のインピーダンスと、マッチングボックス８４に対するアンテナコイル８２側のインピーダンスとが均等になるように、可変コンデンサ及び可変コイルを用いてインピーダンスの調整（インピーダンスマッチング）を行なう。アンテナコイル８２は、インピーダンスマッチングが行なわれた状態で供給された高周波電力を用いて電磁波（高周波磁界）を発生させる。アンテナコイル８２により発生された電磁波は、誘電体壁８３を透過して処理室５０内の空間５１に導入される。処理室５０内の空間５１では、処理ガスの放電が起こりプラズマＰＬが生成され、処理ガスからラジカルとともにイオン（例えば、Ｆ＋、ＣＦ３＋など）が生成される。なお、誘電体壁８３は、上記の処理容器の上壁部も兼ねている。
【００１６】
検出部９０は、プラズマ発生部８０により発生されたプラズマＰＬの電位Ｖｐｌと電源回路２０により電力が供給された電極１０の電位Ｖｅとの差であるバイアス電圧Ｖｂを検出する。
【００１７】
具体的には、検出部９０は、検出端子９２の電位を測定し、検出端子９２の電位（すなわち電極１０の電位）と処理容器におけるプラズマＰＬ付近の側壁部（すなわちグランド電位）との電位差をバイアス電圧Ｖｂとして測定する。このとき、プラズマＰＬの電位Ｖｐｌと処理室壁との電位差は小さく無視できる。
【００１８】
あるいは、さらに精度の高い方法として、検出部９０は、処理室５０内の空間５１まで延びた検出端子９１と、電極１０に電気的に接続された検出端子９２とを有する。検出部９０は、検出端子９１を介してプラズマＰＬの電位Ｖｐｌを検出し、検出端子９２を介して電極１０の電位Ｖｅを検出する。そして、検出部９０は、
Ｖｂ＝Ｖｐｌ−Ｖｅ
によりバイアス電圧Ｖｂを求める。検出部９０は、このように検出したバイアス電圧Ｖｂを電源回路２０へ供給する。
【００１９】
次に、電源回路２０の内部構成について図１を用いて説明する。
【００２０】
電源回路２０は、発生部４０及び補正部３０を有する。発生部４０は、電極１０に供給すべき電力を発生させる。具体的には、発生部４０は、高周波電源４３、マッチングボックス４２、及びブロッキングコンデンサ４１を有する。高周波電源４３は、高周波電力を発生させる。マッチングボックス４２は、例えば、可変コンデンサ及び可変コイルを有している。マッチングボックス４２は、マッチングボックス４２に対する高周波電源４３側のインピーダンスと、マッチングボックス４２に対するブロッキングコンデンサ４１側のインピーダンスとが均等になるように、可変コンデンサ及び可変コイルを用いてインピーダンスの調整（インピーダンスマッチング）を行なう。ブロッキングコンデンサ４１は、インピーダンスマッチングが行なわれた状態で高周波電源４３から供給された高周波電力のうちの高周波成分を電極１０へ供給する。これにより、プラズマＰＬが正に帯電した状態で電極１０が負に帯電し、両者の電位差すなわちバイアス電圧Ｖｂにより、イオン（例えば、Ｆ＋、ＣＦ３＋など）が電極１０側（被処理基板ＷＦ側）へ加速される。
【００２１】
補正部３０は、検出部９０により検出されたバイアス電圧Ｖｂを示す信号を検出部９０から受ける。補正部３０は、この信号の示すバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致するように発生部４０の容量を補って電源回路２０の容量値を補正する。目標値Ｖｔは、被処理物に対する所定の加工条件（ガス種、ガス圧等）に応じて予め設定された値であって各プラズマ処理装置間で共通の値である。そして、検出部９０によるバイアス電圧Ｖｂの検出動作と補正部３０による電源回路２０の容量値の補正動作とを含むフィードバック動作が繰り返し行なわれることにより、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致するように調整される。これにより、プラズマ処理装置１は、検出部９０により検出されたバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致した状態で、被処理基板ＷＦを加工（例えば、エッチング加工）する。
【００２２】
次に、補正部３０の内部構成について図２を用いて説明する。図２は、補正部３０の内部構成を示す図である。
【００２３】
補正部３０は、可変容量部３５、比較部３３、及び変更部３４を有する。可変容量部３５は、受けた制御信号に応じてその容量値を変更できるように構成されている。比較部３３は、検出部９０により検出されたバイアス電圧Ｖｂを示す信号を検出部９０から受ける。また、比較部３３には、目標値Ｖｔが予め設定されている。比較部３３は、検出部９０から受けた信号の示すバイアス電圧Ｖｂと目標値Ｖｔとを比較し、比較結果を変更部３４へ供給する。変更部３４は、供給された比較結果に応じて可変容量部３５の容量値を変更する。
【００２４】
具体的には、可変容量部３５は、可変容量素子（第１の可変容量素子）３１、及び可変容量素子（第２の可変容量素子）３２を有する。可変容量素子３１は、電極１０及び発生部４０に対して直列に接続されている。例えば、可変容量素子３１は、その電極３１ａが電極１０に電気的に接続され、その電極３１ｂが発生部４０に電気的に接続されている。また、可変容量素子３２は、電極１０に対して発生部４０と並列に接続されている。例えば、可変容量素子３２は、その電極３２ａが電極１０及び電極３１ａに電気的に接続され、その電極３２ｂがグランド電圧に接続されている。発生部４０の一端がグランド電圧に接続されているので、可変容量素子３２は、等価的に発生部４０と並列に接続されている。
【００２５】
変更部３４は、信号の示すバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔより高いことが比較部３３の比較結果により示される場合、可変容量素子３２の容量値を大きくする動作を少なくとも行なう。これにより、発生部４０と並列に接続された可変容量素子３２の容量値が大きくなるので、バイアス電圧Ｖｂが低下するように、電源回路２０の容量値が増加する。すなわち、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに近づくように電源回路２０の容量値が補正される。なお、変更部３４は、可変容量素子３１の容量値を小さくする動作をさらに行なってもよい。
【００２６】
変更部３４は、信号の示すバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔより低いことが比較部３３の比較結果により示される場合、可変容量素子３１の容量値を大きくする動作を少なくとも行なう。これにより、発生部４０と直列に接続された可変容量素子３１の容量値が大きくなるので、バイアス電圧Ｖｂが上昇するように、電源回路２０の容量値が減少する。すなわち、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに近づくように電源回路２０の容量値が補正される。なお、変更部３４は、可変容量素子３２の容量値を小さくする動作をさらに行なってもよい。
【００２７】
このように、変更部３４は、比較部３３の比較結果に応じて、検出部９０により検出されたバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致するように、可変容量素子３１の容量値と可変容量素子３２の容量値との少なくとも一方を変更する。
【００２８】
次に、第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１を用いた半導体装置の製造方法について図３を用いて説明する。図３は、プラズマ処理装置１を用いた半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【００２９】
ステップ（載置工程）Ｓ１では、処理室５０内の電極１０に被処理基板（例えば、半導体基板）ＷＦを載置する。
【００３０】
ステップ（発生工程）Ｓ２では、電源回路２０が高周波電力を発生させて、電極１０に高周波電力を供給する。それとともに、プラズマ発生部８０は、処理室５０内における電極１０から隔てられた空間５１にプラズマＰＬを発生させる。具体的には、高周波電源８１は、高周波電力を発生させてアンテナコイル８２へ供給する。アンテナコイル８２は、供給された高周波電力を用いて電磁波（高周波磁界）を発生させる。アンテナコイル８２により発生された電磁波は、誘電体壁８３を透過して処理室５０内の空間５１に導入される。処理室５０内の空間５１では、処理ガスの放電が起こりプラズマＰＬが生成され、処理ガスからラジカルとともにイオン（例えば、Ｆ＋、ＣＦ３＋など）が生成される。
【００３１】
ステップ（検出工程）Ｓ３では、検出部９０が、プラズマ発生部８０により発生されたプラズマＰＬの電位Ｖｐｌと電源回路２０により電力が供給された電極１０の電位Ｖｅとの差であるバイアス電圧Ｖｂを検出する。
【００３２】
具体的には、検出部９０は、検出端子９２の電位を測定し、検出端子９２の電位（すなわち電極１０の電位）と処理容器におけるプラズマＰＬ付近の側壁部（すなわちグランド電位）との電位差をバイアス電圧Ｖｂとして測定する。このとき、プラズマＰＬの電位Ｖｐｌと処理室壁との電位差は小さく無視できる。
【００３３】
あるいは、さらに精度の高い方法として、検出部９０は、検出端子９１を介してプラズマＰＬの電位Ｖｐｌを検出し、検出端子９２を介して電極１０の電位Ｖｅを検出する。そして、検出部９０は、
Ｖｂ＝Ｖｐｌ−Ｖｅ
によりバイアス電圧Ｖｂを求める。検出部９０は、このように検出したバイアス電圧Ｖｂを電源回路２０へ供給する。
【００３４】
ステップ（比較工程）Ｓ４では、電源回路２０の比較部３３が、検出部９０により検出されたバイアス電圧Ｖｂを示す信号を検出部９０から受ける。また、比較部３３には、目標値Ｖｔが予め設定されている。比較部３３は、検出部９０から受けた信号の示すバイアス電圧Ｖｂと目標値Ｖｔとを比較し、比較結果を変更部３４へ供給する。変更部３４は、供給された比較結果に応じて、検出部９０により検出されたバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致しているか否かを判断する。変更部３４は、例えば、バイアス電圧Ｖｂと目標値Ｖｔとの差が所定の許容範囲から外れればバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致していないと判断し、バイアス電圧Ｖｂと目標値Ｖｔとの差が所定の許容範囲内に収まっていればバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致していると判断する。変更部３４は、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致していない場合（ステップＳ４でＮｏ）、処理をステップＳ５へ進め、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致している場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、処理をステップＳ６へ進める。
【００３５】
ステップ（補正工程）Ｓ５では、電源回路２０の変更部３４が、供給された比較結果に応じて、検出部９０により検出されたバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致するように、可変容量素子３１の容量値と可変容量素子３２の容量値との少なくとも一方を変更する。
【００３６】
すなわち、変更部３４は、信号の示すバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔより高いことが比較部３３の比較結果により示される場合、可変容量素子３２の容量値を大きくする動作を少なくとも行なう。これにより、発生部４０と並列に接続された可変容量素子３２の容量値が大きくなるので、バイアス電圧Ｖｂが低下するように、電源回路２０の容量値が増加する。すなわち、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに近づくように電源回路２０の容量値が補正される。なお、変更部３４は、可変容量素子３１の容量値を小さくする動作をさらに行なってもよい。
【００３７】
変更部３４は、信号の示すバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔより低いことが比較部３３の比較結果により示される場合、可変容量素子３１の容量値を大きくする動作を少なくとも行なう。これにより、発生部４０と直列に接続された可変容量素子３１の容量値が大きくなるので、バイアス電圧Ｖｂが上昇するように、電源回路２０の容量値が減少する。すなわち、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに近づくように電源回路２０の容量値が補正される。なお、変更部３４は、可変容量素子３２の容量値を小さくする動作をさらに行なってもよい。
【００３８】
このように、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致するまで、ステップＳ３〜Ｓ５の処理が繰り返し行なわれる。なお、マッチングボックス４２によるインピーダンスマッチングは、ステップＳ５の補正処理が行なわれるたびに行なわれてもよい。
【００３９】
ステップ（加工工程）Ｓ６では、変更部３４が、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致していることを示す信号をコントローラ（図示せず）へ供給する。これに応じて、コントローラは、補正動作用の条件から加工動作用の条件に切り替えて、プラズマ発生部８０を制御する。これにより、プラズマ処理装置１は、検出部９０により検出されたバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致した状態で、被処理基板ＷＦを加工（例えば、エッチング加工）する。
【００４０】
ここで、仮に、プラズマ処理装置１を用いた半導体装置の製造方法において、ステップＳ３〜Ｓ５を行なわない場合について考える。この場合、電源回路２０中の寄生容量が同一機種の複数の異なるプラズマ処理装置の間でばらつくので、プラズマ発生部８０により発生されたプラズマＰＬの電位Ｖｐｌと電源回路２０により電力が供給された電極１０の電位Ｖｅとの差であるバイアス電圧Ｖｂも異なるプラズマ処理装置との間でばらつく傾向にある。例えば、図１４は、ステップＳ１及びＳ２を行った後にステップＳ３〜Ｓ５の処理を行なわない状態で、バイアス電圧Ｖｂを異なる複数のプラズマ処理装置について評価した結果である。図１４から、バイアス電圧Ｖｂが異なるプラズマ処理装置の間で大きくばらついていることが分かる。
【００４１】
それに対して、第１の実施の形態では、ステップＳ１及びＳ２を行った後に、ステップＳ３〜Ｓ５が繰り返し行なわれる。すなわち、バイアス電圧Ｖｂを検出し（ステップＳ３）、検出されたバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致していない場合（ステップＳ４でＮｏ）、検出されたバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致するように電源回路２０の容量値を補正する（ステップＳ５）処理を繰り返し行なう。これにより、検出されたバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致した場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、プラズマ処理装置１は、検出部９０により検出されたバイアス電圧Ｖｂが（異なるプラズマ処理装置との間で共通の値である）目標値Ｖｔに一致した状態で、被処理基板ＷＦを加工する（ステップＳ６）。この結果、バイアス電圧Ｖｂが異なるプラズマ処理装置との間における共通の目標値Ｖｔに揃った状態で加工を行なうことができるので、異なるプラズマ処理装置との間における加工寸法のばらつきを低減できる。
【００４２】
特に、電源回路２０の補正部３０は、電極１０及び発生部４０に対して直列に接続された可変容量素子３１と、電極１０に対して発生部４０と並列に接続された可変容量素子３２とを有する。これにより、ステップＳ５において、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔより高い場合及び低い場合のいずれの場合でも、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに近づくように電源回路２０の容量値を補正することができる。
【００４３】
あるいは、仮に、電源回路２０が補正部３０を有しない場合について考える。この場合、上述のように、電源回路２０中の寄生容量が異なるプラズマ処理装置との間でばらつくので、バイアス電圧Ｖｂも異なるプラズマ処理装置との間でばらつく傾向にある。
【００４４】
それに対して、第１の実施の形態では、電源回路２０が補正部３０を有する。補正部３０は、検出部９０により検出されたバイアス電圧Ｖｂが（異なるプラズマ処理装置との間で共通の値である）目標値Ｖｔに一致するように発生部４０の容量値を補って電源回路２０の容量値を補正する。これにより、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致した状態でプラズマ処理装置１による加工を行なうことができるので、異なるプラズマ処理装置との間における加工寸法のばらつきを低減できる。
【００４５】
あるいは、仮に、プラズマ処理装置１が検出部９０を備えない場合について考える。この場合、補正部３０は、バイアス電圧Ｖｂがどのような値であるのか把握できないので、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致するように補正を行なうこともできない。これにより、異なるプラズマ処理装置との間における加工寸法のばらつきを低減することが困難になる。
【００４６】
あるいは、仮に、プラズマ処理装置１が検出部９０を備えず、かつ、発生部４０の容量値を検出する第２の検出部を備える場合について考える。この場合、プラズマ処理装置１では、制御すべきパラメータがたくさんあるので、発生部４０の容量値とバイアス電圧Ｖｂとの相関が異なるプラズマ処理装置との間でばらつく傾向にある。このため、補正部３０は、第２の検出部により検出された発生部４０の容量値を受けても、バイアス電圧Ｖｂがどのような値であるのか把握できないので、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致するように補正を行なうこともできない。これにより、異なるプラズマ処理装置との間における加工寸法のばらつきを低減することが困難になる。
【００４７】
それに対して、第１の実施の形態では、プラズマ処理装置１が検出部９０を備える。検出部９０は、バイアス電圧Ｖｂを検出する。これにより、補正部３０は、バイアス電圧Ｖｂがどのような値であるのか把握できるので、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致するように補正を行なうことができる。この結果、異なるプラズマ処理装置との間における加工寸法のばらつきを低減できる。
【００４８】
あるいは、仮に、プラズマ処理装置１が検出部９０を備えず、かつ、メンテナンス時に所定の測定時具をプラズマ処理装置１に取り付けることでバイアス電圧Ｖｂを検出する場合について考える。この場合、プラズマ処理装置１を用いた半導体装置の製造を一時中断しなければ、補正部３０は、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致するように補正を行なうことができない。これにより、半導体装置の製造方法におけるスループットが低下する傾向にある。
【００４９】
それに対して、第１の実施の形態では、プラズマ処理装置１が検出部９０を備える。検出部９０は、バイアス電圧Ｖｂを検出する。これにより、プラズマ処理装置１を用いた半導体装置の製造を中断することなく（インライン処理として）、補正部３０は、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致するように補正を行なうことができる。この結果、半導体装置の製造方法におけるスループットの低下を抑制できる。
【００５０】
なお、第１の実施の形態では、プラズマ処理装置１がＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｐｌａｓｍａ）型ＲＩＥ装置である場合について例示的に説明しているが、プラズマ処理装置１はＩＣＰ型ＲＩＥ装置に限定されない。例えば、プラズマ処理装置１はＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｒｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）型ＲＩＥ装置であってもよいし、平行平板型ＲＩＥ装置であっても良い。プラズマ処理装置１が平行平板型ＲＩＥ装置である場合、プラズマ発生部８０は、アンテナコイル８２及び誘電体壁８３に代えて、処理室５０内で電極１０と対向するように配される上部電極を有することになる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００について図４及び図５を用いて説明する。図４は、第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００の概略構成を示す図である。図５は、補正部１３０の内部構成を示す図である。以下では、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００５２】
プラズマ処理装置１００は、電源回路１２０及びコントローラ１６０を備える。コントローラ１６０は、プラズマ発生部８０を制御する際に用いる加工条件を管理している。電源回路１２０は、補正部１３０を有する。補正部１３０は、加工条件を示す信号をコントローラ１６０から受ける。
【００５３】
具体的には、図５に示すように、補正部１３０は、記憶部１３６、決定部１３７、及び比較部１３３を有する。
【００５４】
記憶部１３６は、加工条件にそれぞれ対応付けられた複数の目標値を記憶する。加工条件は、例えば、プラズマ発生部８０により処理室５０内に供給されるべき処理ガスの種類を含む。記憶部１３６は、例えば、図６に示すような目標値情報を記憶する。目標値情報は、処理ガス欄１３６１及び目標値欄１３６２を有する。処理ガス欄１３６１には、処理ガスの種類に関する情報が記憶されており、例えば、「処理ガスＡ」、「処理ガスＢ」、・・・が記憶されている。目標値欄１３６２には、目標値に関する情報が記憶されており、例えば、「Ｖｔａ」、「Ｖｔｂ」、・・・が記憶されている。この目標値情報を参照することにより、処理ガスの種類に対応した目標値を特定することができる。例えば、目標値情報を参照することにより、「処理ガスＡ」に対応した目標値が「Ｖｔａ」であることを特定することができ、「処理ガスＢ」に対応した目標値が「Ｖｔｂ」であることを特定することができる。この記憶部１３６に記憶される目標値の情報は、複数のプラズマ処理装置１を同一の加工条件で稼動する場合、共通に用いられ、この記憶部１３６自体を装置間で共有化することも可能である。
【００５５】
決定部１３７は、加工条件を示す信号をコントローラ１６０から受ける。決定部１３７は、加工条件を示す信号を受けたことに応じて、記憶部１３６に記憶された目標値情報を参照して、信号の示す加工条件に対応した目標値を決定する。決定部１３７は、決定した目標値を比較部１３３へ供給する。
【００５６】
比較部１３３は、決定部１３７から供給された目標値を、予め設定された目標値Ｖｔに優先して用いる。すなわち、比較部１３３は、検出部９０により検出されたバイアス電圧Ｖｂと、決定部１３７により決定された目標値とを比較する。
【００５７】
また、プラズマ処理装置１００を用いた半導体装置の製造方法が、図７に示すように、次の点で第１の実施の形態と異なる。
【００５８】
ステップＳ１１では、決定部１３７が、プラズマ処理装置１００による加工条件が変更されたか否かを判断する。例えば、決定部１３７は、コントローラ１６０から受けた加工条件を示す信号を保持しており、異なる加工条件を示す信号を受けた場合に加工条件が変更されたと判断し、同じ加工条件を示す信号を受けた場合又は加工条件を示す信号を受けていない場合に加工条件が変更されていないと判断する。決定部１３７は、加工条件が変更された場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）、処理をステップＳ１２へ進め、加工条件が変更されていない場合（ステップＳ１１でＮｏ）、処理を終了する。
【００５９】
ステップ（決定工程）Ｓ１２では、決定部１３７が、記憶部１３６に記憶された目標値情報を参照して、信号の示す加工条件に対応した目標値を決定する。決定部１３７は、決定した目標値を比較部１３３へ供給する。比較部１３３は、比較に用いる目標値を、決定部１３７から供給された目標値に変更する。
【００６０】
そして、ステップＳ５において、ステップＳ４での比較結果に応じて、ステップＳ３で検出されたバイアス電圧ＶｂがステップＳ１２で決定された目標値に一致するように、可変容量素子３１の容量値と可変容量素子３２の容量値との少なくとも一方を変更する。また、ステップＳ６において、コントローラ１６０は、管理している加工条件で、プラズマ発生部８０を制御する。
【００６１】
このように、第２の実施の形態では、加工条件（例えば、処理ガスの種類）ごとに目標値を変更するので、補正部１３０が、バイアス電圧Ｖｂが加工条件に適した目標値に一致するように補正を行なうことができる。この結果、加工条件ごとに、異なるプラズマ処理装置との間における加工寸法のばらつきを低減できる。
【００６２】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態にかかるプラズマ処理装置２００について図８を用いて説明する。図８は、プラズマ処理装置２００における補正部２３０の内部構成を示す図である。以下では、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００６３】
プラズマ処理装置２００における電源回路２２０内の補正部２３０は、記憶部２３６、決定部２３７、及びタイマ２３８を有する。
【００６４】
記憶部２３６は、経過時間の属する区間にそれぞれ対応付けられた複数の目標値を記憶する。経過時間は、例えば、直前に処理室５０内のクリーニングが行なわれてから経過した時間である。記憶部２３６は、例えば、図９に示すような目標値情報を記憶する。目標値情報は、経過時間欄２３６１及び目標値欄２３６２を有する。経過時間欄２３６１には、経過時間の属する区間に関する情報が記憶されており、例えば、「０〜Ｔ１」、「Ｔ１〜Ｔ２」、・・・が記憶されている。目標値欄２３６２には、目標値に関する情報が記憶されており、例えば、「Ｖｔ１」、「Ｖｔ２」、・・・が記憶されている。この目標値情報を参照することにより、経過時間の属する区間に対応した目標値を特定することができる。例えば、目標値情報を参照することにより、「０〜Ｔ１」に対応した目標値が「Ｖｔ１」であることを特定することができ、「Ｔ１〜Ｔ２」に対応した目標値が「Ｖｔ２」であることを特定することができる。
【００６５】
決定部２３７は、処理室５０内のクリーニングが完了したことを示す信号をコントローラ１６０から受ける。決定部１３７は、処理室５０内のクリーニングが完了したことを示す信号を受けたことに応じて、タイマ２３８を作動させる。これにより、タイマ２３８は、上記の経過時間をカウントし始める。
【００６６】
そして、決定部２３７は、タイマ２３８にアクセスして、経過時間の情報をタイマ２３８から取得する。決定部２３７は、記憶部２３６に記憶された目標値情報を参照して、経過時間の属する区間に対応した目標値を決定する。決定部２３７は、決定した目標値を比較部１３３へ供給する。
【００６７】
また、プラズマ処理装置２００を用いた半導体装置の製造方法が、図１０に示すように、次の点で第１の実施の形態と異なる。
【００６８】
ステップＳ２１では、決定部２３７が、経過時間の属する区間が変更されたか否かを判断する。例えば、決定部１３７は、タイマ２３８にアクセスして、経過時間の情報をタイマ２３８から取得する。決定部２３７は、直前に用いた目標値に対応した経過時間の区間を示す信号を保持している。決定部２３７は、タイマ２３８から取得した経過時間が、保持している経過時間の区間に属さなくなった場合、経過時間の属する区間が変更されたと判断し、タイマ２３８から取得した経過時間が、保持している経過時間の区間に属している場合、経過時間の属する区間が変更されていないと判断する。決定部２３７は、経過時間の属する区間が変更された場合（ステップＳ２１でＹｅｓ）、処理をステップＳ２２へ進め、経過時間の属する区間が変更されていない場合（ステップＳ２１でＮｏ）、処理をステップＳ２へ進める。
【００６９】
ステップＳ２２では、決定部２３７が、記憶部２３６に記憶された目標値情報を参照して、経過時間の属する区間に対応した目標値を決定する。決定部２３７は、決定した目標値を比較部１３３へ供給する。比較部１３３は、比較に用いる目標値を、決定部２３７から供給された目標値に変更する。
【００７０】
そして、ステップＳ５において、ステップＳ４での比較結果に応じて、ステップＳ３で検出されたバイアス電圧ＶｂがステップＳ２２で決定された目標値に一致するように、可変容量素子３１の容量値と可変容量素子３２の容量値との少なくとも一方を変更する。
【００７１】
このように、第３の実施の形態では、経過時間の属する区間ごとに目標値を変更するので、補正部２３０が、バイアス電圧Ｖｂが経過時間の属する区間に適した目標値に一致するように補正を行なうことができる。この結果、処理室５０内の径時的な状態変化を考慮しながら、異なるプラズマ処理装置との間における加工寸法のばらつきを低減できる。
【００７２】
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態にかかるプラズマ処理装置３００について図１１を用いて説明する。図１１は、第４の実施の形態にかかるプラズマ処理装置３００の概略構成を示す図である。以下では、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００７３】
プラズマ処理装置３００は、記憶部３７０及びコントローラ３６０を備える。
【００７４】
記憶部３７０は、バイアス電圧と加工ずれ量との相関関係に関する相関情報を記憶する。加工ずれ量は、例えば、エッチングマスクパターンからの実際の加工寸法のずれ量である。記憶部３７０は、例えば、図１２に示すような相関情報を記憶する。図１２は、バイアス電圧と加工ずれ量との相関関係を実際に評価した結果であり、バイアス電圧と加工ずれ量とが近似的に一点鎖線で示す直線に沿った相関関係を有することが分かる。この相関情報を参照することにより、現在のバイアス電圧に対応した加工ずれ量を予測することができる。例えば、相関情報を参照することにより、バイアス電圧Ｖｂ１１に対応した加工ずれ量がＬ１１であると推測することができる。
【００７５】
コントローラ３６０は、検出部９０により検出されたバイアス電圧Ｖｂを検出部９０から受ける。コントローラ３６０は、記憶部３７０に記憶された相関情報を参照して、検出部９０により検出されたバイアス電圧Ｖｂに対応した加工ずれ量を予測する。コントローラ３６０は、予測した加工ずれ量に基づいて、加工ずれ量が所定の閾値範囲内に収まるように加工条件を調整する。この調整すべき加工条件は、例えば、加工時間を含む。コントローラ３６０は、予測した加工ずれ量が所定の閾値範囲を超えている場合、加工ずれ量が所定の閾値範囲内に収まるように加工時間を短くする。
【００７６】
また、プラズマ処理装置３００を用いた半導体装置の製造方法が、図１３に示すように、次の点で第１の実施の形態と異なる。
【００７７】
ステップＳ３１では、電源回路２０の比較部３３が、検出部９０から受けた信号の示すバイアス電圧Ｖｂと目標値Ｖｔとを比較し、比較結果を変更部３４へ供給する。変更部３４は、供給された比較結果に応じて、検出部９０により検出されたバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致しているか否かを判断する。変更部３４が、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致していない場合（ステップＳ３１でＮｏ）、処理をステップＳ３２へ進め、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致している場合（ステップＳ３１でＹｅｓ）、処理をステップＳ６へ進める。
【００７８】
ステップＳ３２では、電源回路２０の変更部３４が、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致しなかった回数が所定回数以上か否かを判断する。具体的には、変更部３４は、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致しなかった回数のカウント値を保持しており、その回数のカウント値をカウントアップする。そして、変更部３４は、カウントアップ後のカウント値を所定回数と比較し、カウント値を所定回数以上である（ステップＳ３２でＹｅｓ）場合、処理をステップＳ３３へ進め、カウント値を所定回数未満である（ステップＳ３２でＮｏ）場合、処理をステップＳ５へ進める。
【００７９】
ステップＳ３３では、電源回路２０の変更部３４が、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致しなかった回数が所定回数以上であることを示す信号をコントローラ３６０へ供給する。コントローラ３６０は、その信号を受けたことに応じて、検出部９０により検出されたバイアス電圧Ｖｂを検出部９０から受ける。コントローラ３６０は、記憶部３７０に記憶された相関情報を参照して、検出部９０により検出されたバイアス電圧Ｖｂに対応した加工ずれ量を予測する。
【００８０】
ステップＳ３４では、コントローラ３６０が、予測した加工ずれ量に基づいて、加工ずれ量が所定の閾値範囲内に収まるように加工条件を調整する。この調整すべき加工条件は、例えば、加工時間を含む。コントローラ３６０は、予測した加工ずれ量が所定の閾値範囲を超えている場合、加工ずれ量が所定の閾値範囲内に収まるように加工時間を短くする。
【００８１】
このように、第４の実施の形態では、検出部９０によるバイアス電圧Ｖｂの検出動作と補正部３０による電源回路２０の容量値の補正動作とを含むフィードバック動作が所定回数以上行なわれてもバイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致しない場合に、検出されたバイアス電圧Ｖｂに対応した加工ずれ量を予測して、予測した加工ずれ量に基づいて、加工ずれ量が所定の許容範囲内に収まるように加工条件を調整する。これにより、バイアス電圧Ｖｂが目標値Ｖｔに一致しない場合でも、異なるプラズマ処理装置との間における加工寸法のばらつきを低減できる。
【符号の説明】
【００８２】
１、１００、２００、３００  プラズマ処理装置、  １０  電極、  ２０、１２０、２２０  電源回路、  ３０、１３０、２３０  補正部、  ３１、３２  可変容量素子、  ３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ  電極、  ３３、１３３  比較部、  ３４  変更部、  ３５  可変容量部、  ４０  発生部、  ４１  ブロッキングコンデンサ、  ４２  マッチングボックス、  ４３  高周波電源、  ５０  処理室、  ５１  空間、  ８０  プラズマ発生部、  ８１  高周波電源、  ８２  アンテナコイル、  ８３  誘電体壁、  ９０  検出部、  ９１、９２  検出端子、  １３６、２３６  記憶部、  １３７、２３７  決定部、  １６０、３６０  コントローラ、  ２３８  タイマ、  ３７０  記憶部、  １３６１  処理ガス欄、  １３６２  目標値欄、  ２３６１  経過時間欄、  ２３６２  目標値欄、  ＰＬ  プラズマ、  ＷＦ  被処理基板。
【図１】
2012015307.tif 000003
【図２】
2012015307.tif 000004
【図３】
2012015307.tif 000005
【図４】
2012015307.tif 000006
【図５】
2012015307.tif 000007
【図６】
2012015307.tif 000008
【図７】
2012015307.tif 000009
【図８】
2012015307.tif 000010
【図９】
2012015307.tif 000011
【図１０】
2012015307.tif 000012
【図１１】
2012015307.tif 000013
【図１２】
2012015307.tif 000014
【図１３】
2012015307.tif 000015
【図１４】
2012015307.tif 000016