(57)【要約】【課題】本発明はプラズマ処理室内の部材の温度を安定化させることによりプロセス性能の変動を抑制できるプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】本発明は処理室と、処理室内に導波管を介してマイクロ波を供給するマグネトロンと、処理室の上部を気密に封止し導波管を伝播したマイクロ波を処理室内に透過させる誘電体窓と、処理室内のプラズマの発光を分光する分光部と、誘電体窓の温度を調整する温度調整手段とを備えるプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、インサイチュークリーニング時にエッチングレートと相関がある複数波長の発光強度の関係式である発光強度比を求め、予め取得された誘電体窓の温度と発光強度との相関を示すデータに基づいて求められた発光強度比から所望のエッチングレートとなる誘電体窓の温度を求め、温度調整手段を用いて誘電体窓の温度を求められた誘電体窓の温度となるように調整することを特徴とする。【選択図】  図５
2013222910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体をプラズマエッチングする処理室と、前記処理室内に導波管を介してマイクロ波を供給するマグネトロンと、前記処理室の上部を気密に封止し前記導波管を伝播したマイクロ波を前記処理室内に透過させる誘電体窓と、前記処理室内のプラズマの発光を分光する分光部と、前記誘電体窓の温度を調整する温度調整手段とを備えるプラズマ処理装置を用いてインサイチュークリーニング後に前記被処理体をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、
前記インサイチュークリーニング時にエッチングレートと相関がある複数波長の発光強度の関係式である発光強度比を求め、
予め取得された前記誘電体窓の温度と前記発光強度との相関を示すデータに基づいて前記求められた発光強度比から所望のエッチングレートとなる前記誘電体窓の温度を求め、
前記温度調整手段を用いて前記誘電体窓の温度を前記求められた誘電体窓の温度となるように調整し、前記インサイチュークリーニング後に前記処理室内に搬送された被処理体をプラズマエッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
被処理体をプラズマエッチングする処理室と、前記処理室内に導波管を介してマイクロ波を供給するマグネトロンと、前記処理室の上部を気密に封止し前記導波管を伝播したマイクロ波を前記処理室内に透過させる誘電体窓と、前記処理室内のプラズマの発光を分光する分光部と、前記誘電体窓の温度を調整する温度調整手段とを備えるプラズマ処理装置を用いた前記誘電体窓の温度を調整する温度調整方法において、
インサイチュークリーニング時にエッチングレートと相関がある複数波長の発光強度の関係式である発光強度比を求め、
予め取得された前記誘電体窓の温度と前記発光強度との相関を示すデータに基づいて前記求められた発光強度比から所望のエッチングレートとなる前記誘電体窓の温度を求め、
前記温度調整手段を用いて前記誘電体窓の温度を前記求められた誘電体窓の温度となるように調整することを特徴とする温度調整方法。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理方法において、
前記インサイチュークリーニング毎に前記誘電体窓の温度を調整することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
請求項３記載のプラズマ処理方法において、
前記温度調整手段は、前記誘電体窓に温風を送風する温風ファンユニットを具備することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
請求項４記載のプラズマ処理方法において、
前記発光強度比をｒch、４４０nm波長の発光強度をＣSiF、６８５nm波長の発光強度をＣF、２９５.５nm波長の発光強度をＣCF2、５１６nm波長の発光強度をＣC2、７７８nm波長の発光強度をＣO2、前記インサイチュークリーニング終了の２５秒前の時刻をｔ1、前記インサイチュークリーニング終了の５秒前の時刻をｔ2とする（２）式により前記インサイチュークリーニング時の発光強度比を算出することを特徴とするプラズマ処理方法。
【数１】
2013222910.tif 000008
【請求項６】
被処理体をプラズマエッチングする処理室と、前記処理室内に導波管を介してマイクロ波を供給するマグネトロンと、前記処理室の上部を気密に封止し前記導波管を伝播したマイクロ波を前記処理室内に透過させる誘電体窓と、前記処理室内のプラズマの発光を分光する分光部と、前記誘電体窓の温度を調整する温度調整手段とを備えるプラズマ処理装置において、
前記インサイチュークリーニング時にエッチングレートと相関がある複数波長の発光強度の関係式である発光強度比を求め、
予め取得された前記誘電体窓の温度と前記発光強度との相関を示すデータに基づいて前記求められた発光強度比から所望のエッチングレートとなる前記誘電体窓の温度を求め、
前記温度調整手段を用いて前記誘電体窓の温度を前記求められた誘電体窓の温度となるように調整し、前記インサイチュークリーニング後に前記処理室内に搬送された被処理体をプラズマエッチングする制御を行う制御ユニットとをさらに具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて半導体デバイス製造用ウエハ等の被処理体を処理するプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスは、微細化が進み、フォトリソグラフィにより形成されたマスクを転写することによって半導体デバイスを加工するプラズマエッチングにおいては、所望の加工形状を得るために、高い寸法精度と制御性が必要とされている。
【０００３】
特に半導体デバイスの量産においては、上記の性能に加え、加工再現性、いわゆる安定性が非常に重要な性能となりつつある。量産にあたり、エッチング処理室には半導体デバイスを加工する際に発生する反応生成物の付着がエッチャントとデポジションのエッチングバランスを狂わせ、エッチング処理室内の環境が経時的に変化してエッチング性能が経時変化することがよく知られている。
【０００４】
このエッチング性能の経時変化を対策するため、反応性プラズマを用いたプラズマクリーニングなどのドライクリーニングを定期的に実施し、エッチング処理室内に付着した反応生成物を除去することによりエッチング処理室内の清浄を行っている。
【０００５】
しかし、一方、半導体デバイスの高性能化を実現するため、ゲート絶縁膜の高誘電率化が行われるようになり、これに伴い、メタルゲートと呼ばれる、金属材料がゲート電極に用いられるようになってきた。このため、金属を含む反応生成物がエッチング処理室内に蓄積するようになり、従来技術である主にシリコンを主成分とした反応生成物を除去する目的であるドライクリーニングでは金属を含む反応生成物の除去が困難であった。
【０００６】
金属を含む反応生成物が処理室内に蓄積した場合、半導体でバイアスの処理枚数の増加に伴い、エッチングレートが低下するという経時変化が発生するが、これを対策する方法として、特許文献１には、真空処理室内に収容した試料に処理を施すプラズマ処理装置と、該処理装置の処理中のプロセス量をモニタするセンサと、該センサからのモニタ出力および予め設定した加工結果の予測式をもとに加工結果を推定する加工結果推定モデルと、前記加工結果推定モデルの推定結果をもとに加工結果が目標値となるように最適な処理条件を再計算する最適レシピ計算モデルを備え、該最適レシピ計算モデルが生成したレシピをもとに前記プラズマ処理装置を制御することが開示されている。また、処理中のプロセス量としてプラズマ発光をモニタする例が開示されている。
【０００７】
他の経時変化対策として特許文献２には、プラズマ処理装置の装置内部材の温度を安定化し、ＣＤ（Critical Dimension）精度の変動の少ないプラズマ処理装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１７４７１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４１１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した先行技術を基にプラズマ発光をモニタし、該モニタ値に基づいてエッチング処理室内の部材の温度を安定化させてエッチングレートの経時変化の対策を試みることにしたが、どの波長のプラズマ発光がエッチング処理室内の部材の温度と相関があるのか等が上述した先行技術に開示されていなかった。
【００１０】
このため、本発明は、プラズマの発光データを基にプラズマ処理室内の部材の温度を安定化させることにより、プロセス性能の変動を抑制できるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、被処理体をプラズマエッチングする処理室と、前記処理室内に導波管を介してマイクロ波を供給するマグネトロンと、前記処理室の上部を気密に封止し前記導波管を伝播したマイクロ波を前記処理室内に透過させる誘電体窓と、前記処理室内のプラズマの発光を分光する分光部と、前記誘電体窓の温度を調整する温度調整手段とを備えるプラズマ処理装置を用いてインサイチュークリーニング後に前記被処理体をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、前記インサイチュークリーニング時にエッチングレートと相関がある複数波長の発光強度の関係式である発光強度比を求め、予め取得された前記誘電体窓の温度と前記発光強度との相関を示すデータに基づいて前記求められた発光強度比から所望のエッチングレートとなる前記誘電体窓の温度を求め、前記温度調整手段を用いて前記誘電体窓の温度を前記求められた誘電体窓の温度となるように調整し、前記インサイチュークリーニング後に前記処理室内に搬送された被処理体をプラズマエッチングすることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、被処理体をプラズマエッチングする処理室と、前記処理室内に導波管を介してマイクロ波を供給するマグネトロンと、前記処理室の上部を気密に封止し前記導波管を伝播したマイクロ波を前記処理室内に透過させる誘電体窓と、前記処理室内のプラズマの発光を分光する分光部と、前記誘電体窓の温度を調整する温度調整手段とを備えるプラズマ処理装置を用いた前記誘電体窓の温度を調整する温度調整方法において、インサイチュークリーニング時にエッチングレートと相関がある複数波長の発光強度の関係式である発光強度比を求め、予め取得された前記誘電体窓の温度と前記発光強度との相関を示すデータに基づいて前記求められた発光強度比から所望のエッチングレートとなる前記誘電体窓の温度を求め、前記温度調整手段を用いて前記誘電体窓の温度を前記求められた誘電体窓の温度となるように調整することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、被処理体をプラズマエッチングする処理室と、前記処理室内に導波管を介してマイクロ波を供給するマグネトロンと、前記処理室の上部を気密に封止し前記導波管を伝播したマイクロ波を前記処理室内に透過させる誘電体窓と、前記処理室内のプラズマの発光を分光する分光部と、前記誘電体窓の温度を調整する温度調整手段とを備えるプラズマ処理装置において、前記インサイチュークリーニング時にエッチングレートと相関がある複数波長の発光強度の関係式である発光強度比を求め、予め取得された前記誘電体窓の温度と前記発光強度との相関を示すデータに基づいて前記求められた発光強度比から所望のエッチングレートとなる前記誘電体窓の温度を求め、前記温度調整手段を用いて前記誘電体窓の温度を前記求められた誘電体窓の温度となるように調整し、前記インサイチュークリーニング後に前記処理室内に搬送された被処理体をプラズマエッチングする制御を行う制御ユニットとをさらに具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、プラズマの発光データを基にプラズマ処理室内の部材の温度を安定化させることによって、プロセス性能の変動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るプラズマエッチング装置の概略断面図である。
【図２】発光強度比ｒchとシリコン酸化膜のエッチングレートとの相関関係を示す図である。
【図３】誘電体窓の温度とシリコン酸化膜のエッチングレートとの相関関係を示す図である。
【図４】誘電体窓の温度と発光強度比ｒchとの相関関係を示す図である。
【図５】本発明の誘電体窓の温度調整手段を適用したロット処理のフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係るプラズマ処理装置について、図１を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、マイクロ波ＥＣＲ（Electron cyclotron Resonance）方式のプラズマエッチング装置の概略図である。
【００１８】
上部が開放された真空容器１０１の上部に、真空容器１０１内にエッチングガスを導入するための石英製のシャワープレート１０２、石英製の誘電体窓１０３を設置し、密封することにより処理室１０４を形成する。
【００１９】
真空容器１０１の外部にはヒータ１２２が設置され、第２の温度制御機構であるヒータ制御器１２３に接続されている。真空容器１０１には、第２の温度センサ１２４が設置され、その信号はヒータ制御器１２３に伝送され、真空容器１０１内壁が任意の温度になるようにヒータ１２２へ出力制御される。エッチングガスを流すためのガス供給装置１０５がシャワープレート１０２に接続されている。
【００２０】
また、真空容器１０１には、真空排気口１０６を介して真空排気装置（図示せず）が接続されている。プラズマを生成するための電力を処理室１０４に伝送するため、誘電体窓１０３の上方にはマイクロ波を伝播させる導波管１０７が設けられる。導波管１０７へ伝送される電磁波は、マグネトロンである電磁波発生用電源１０９から発振させる。電磁波の周波数は特に限定されないが、本実施例では２.４５ＧＨｚのマイクロ波を使用する。処理室１０４の外周部には、磁場を形成するための磁場発生コイル１１０が設けてあり、電磁波発生用電源１０９より発振された電磁波は、処理室１０４内に形成された磁場との相互作用により、処理室１０４内に高密度なプラズマを生成する。
【００２１】
また、シャワープレート１０２に対向して真空容器１０１の下部にはウエハ載置用電極１１１が設けられる。ウエハ載置用電極１１１は、ウエハ載置用電極１１１の表面が溶射膜（図示せず）で被覆されており、高周波フィルタ１１５を介して直流電源１１６が接続されている。さらに、ウエハ載置用電源１１１には、マッチング回路１１３を介して高周波電源１１４が接続されている。ウエハ載置用電極１１１は、冷媒用流路１１７も有し、第３の温度制御機構である温調器１１８に接続されているとともに、ヒータ１１９を有し、ヒータ制御器１２０に接続されている。
【００２２】
また、ウエハ載置用電極１１１には第３の温度センサ１２１が設置され、その信号はヒータ制御器１２０に伝送され、ウエハ１１２の温度を所望の温度になるように、ヒータ１１９の出力および冷媒の温度を制御する温調器１１８の温度を制御する。
【００２３】
処理室１０４内に搬送された被処理体であるウエハ１１２は、直流電源１１６から印加される直流電圧の静電気力でウエハ載置用電極１１１上に吸着して温度調節され、ガス供給装置１０５によって所望のエッチングガスを供給した後、真空容器１０１内を所定の圧力とし、処理室１０４内にプラズマを発生させる。ウエハ載置用電極１１１に接続された高周波電源１１４から高周波電力を供給することにより、プラズマからウエハ１１２へイオンを引き込み、ウエハ１１２がイオンアシストによりエッチングされる。
【００２４】
本発明のプラズマ処理装置は、誘電体窓１０３およびシャワープレート１０２の温度制御を行うため、誘電体窓１０３と該誘電体窓１０３と対向する空洞共振器１０８とで形成された空間１３２内に常温のドライエアーを供給するドライエアー供給手段（図示せず）と、そのドライエアーを加熱する温風ヒータ１２６と、を有する温風ファンユニットも備える。ここで、温風ヒータ１２６は、第１の温度制御機構である温風ヒータ制御器１２７に接続されている。温風ヒータ１２６で加熱されたドライエアー（温風）は、ガス導入穴１３４から空間１３２内に導入される。その加熱されたドライエアーは誘電体窓１０３と接触し、熱エネルギーが伝達され、誘電体窓１０３を加熱する。また、誘電体窓が加熱されることにより、間接的にシャワープレート１０２も加熱される。
【００２５】
また、温風ヒータ１２６でドライエアーを加熱せずに常温で導入することにより、誘電体窓１０３を冷却することもできる。そのため、温風ヒータ１２６をオン・オフすることにより、誘電体窓１０３およびシャワープレート１０２の加熱と冷却が可能となる。
【００２６】
導入したドライエアーを排出するために、電磁波発生用電源１０９の手前の導波路に導電性のパイプ１２５が設けられ、そのパイプ１２５を介してドライエアーは導波管１０７の外に排気される。
【００２７】
また、誘電体窓１０３の温度を監視するため、空洞共振器１０８上部には第１の温度センサが設置されている。ここで、第１の温度センサは、直接誘電体窓１０３に接続しても良いが、本実施例の場合、誘電体窓１０３上部は、マイクロ波の伝送路であることから、マイクロ波への影響を低減するため、赤外線計測型温度モニタ１２８が設置してある。ここで使用する赤外線は、誘電体窓１０３の透過波長域以上の赤外波長を使用し、一般的に数μｍの波長域となる。
【００２８】
また、直接、シャワープレート１０２の温度を測定する場合には、シャワープレート１０２上部に赤外線計測用マーカー１３５を設置する。赤外線計測用マーカー１３５の材質は、誘電体窓１０３およびシャワープレート１０２の赤外線透過波長域にて、吸収波長領域を有することが必要である。
【００２９】
また、この場合は、赤外線計測型温度モニタ１２８にて使用する赤外波長を、誘電体窓１０３に対して透過波長、赤外線計測用マーカー１３５に対して吸収波長となる波長領域を使用することで、直接、シャワープレート１０２の温度を測定することが可能となる。赤外線計測型温度モニタ１２８にて測定された温度信号は、温風ヒータ制御器１２７に伝送され、誘電体窓１０３またはシャワープレート１０２が所望の温度になるように、温風ヒータ１２６をオン・オフ制御する。
【００３０】
真空容器１０１の内壁温度をヒータ１２２で、ウエハ載置電極１１１の温度をヒータ１１９と温調器１１８で、誘電体窓１０３またはシャワープレート１０２を温風ヒータ１２６にてそれぞれ所望の温度に制御することができるが、さらに、ヒータ制御器１２０、温調器１１８、ヒータ制御器１２３、温風ヒータ制御器１２７は、温度制御ユニット１３０に接続されている。
【００３１】
温度制御ユニット１３０は、プラズマエッチング装置全体の制御を行う制御ユニット１３１に接続されており、それぞれの温度制御機器は、直接それらが接続されている部品以外の温度制御も複合的に行うことが可能である。
【００３２】
処理室１０４の内壁にはプラズマの発光を受光できるように受光部１３６が設けられ、この受光部で受光されたプラズマの発光は、光ファイバ１３９を介して分光部１３７に導かれ、発光データ処理装置１３８に接続される。
【００３３】
本発明のプラズマ処理装置では、受光部１３６としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）が用いられ、ＣＣＤにより取り込まれたプラズマの発光スペクトルを発光データ処理装置１３８によって解析することによりプラズマ中の構成成分を検出することができる。
【００３４】
一般に、処理室１０４内の反応生成物の量および反応生成物成分によりインサイチュークリーニング時のプラズマ発光スペクトルは異なる。半導体ウエハ製造プロセスには加工条件によっては、ウエハをエッチングすると同時に処理室１０４内反応生成物もエッチングし、処理室１０４内をクリーニングするセルフクリーニングの機能を有したエッチング条件もある。
【００３５】
但し、被エッチング膜の種類が多く、特に多層膜になればなるほど、適応したエッチング条件も増加し、反応生成物の量や組成も非常に複雑になる。このような場合にはウエハ毎に実施されるインサイチュークリーニングでは処理室１０４内の反応生成物を除去できない恐れもある。また、シリコンが主成分である反応生成物を除去する目的のインサイチュークリーニングでは、金属膜をエッチングした際に発生する金属を含有する反応生成物を除去できない恐れもある。
【００３６】
しかし、上述したような反応生成物を除去できない場合でも、処理室１０４内壁へのエッチングと堆積の調整により、処理室１０４内の環境は一定に保つことができる。
【００３７】
このため、先ず、表１に示す条件のＳＦ6ガスとＣＨＦ3ガスの混合ガスによるプラズマを用いてシリコン酸化膜をエッチングする際のシリコン酸化膜のエッチングレートと処理室１０４内の環境との相関を得るために、ロット間およびロット内にて実施され、ＳＦ6ガスとＯ2ガスとＡｒガスの混合ガスを用いたインサイチュークリーニング時に処理室内情報をＯＥＳ（Optical Emission Spectroscopy）を用いたプラズマ発光スペクトルから得ることとした。
【００３８】
【表１】
2013222910.tif 000003
【００３９】
具体的には、エッチングレートが変動したエッチング処理前のインサイチュークリーニングのプラズマ発光スペクトルを採取し、多変量解析の主成分分析を実施することにより、エッチングレート変動に強い相関を持つインサイチュークリーニング時の波長を抽出した。
【００４０】
抽出した情報から、エッチングレートに対し、ＳｉＦ、Ｆ、ＣＦ２のそれぞれの波長が正の相関、Ｃ２、Ｏ２のそれぞれの波長が負の相関があることがわかった。各波長の微小な変動を確認するために抽出発光強度比Ｒchを（１）式より算出した。
【００４１】
【数１】
2013222910.tif 000004
ＣSiF：発光スペクトル中のＳｉＦピークの発光強度（例えば、４４０nm）
ＣF：発光スペクトル中のＦピークの発光強度（例えば、６８５nm）
ＣCF2：発光スペクトル中のＣＦ２ピークの発光強度（例えば、２９５.５nm）
ＣC2：発光スペクトル中のＣ２ピークの発光強度（例えば、５１６nm）
ＣO2：発光スペクトル中のＯ２ピークの発光強度（例えば、７７８nm）
【００４２】
金属を含む発光ピークは確認できなかったが、エッチャントであるフッ素ラジカルおよびフッ素イオンである「Ｆ」をモニタすることで包括的に処理室１０４内の環境の情報を得ることが可能である。
【００４３】
さらにインサイチュークリーニングで除去可能な反応生成物を取り除いた処理室１０４内の状態での発光スペクトルを採取するため、インサイチュークリーニング時の終了２５秒前時点からインサイチュークリーニング終了５秒前時点までの抽出発光強度比Ｒchの時間積算値である発光強度比ｒchを（２）式より算出し、発光強度比ｒchを処理室１０４内の情報を表す指標とした。
【００４４】
【数２】
2013222910.tif 000005
ｔ1：ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニング終了２５秒前の時刻
ｔ2：ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニング終了５秒前の時刻
【００４５】
図２にインサイチュークリーニング時の発光強度比ｒchとシリコン酸化膜のエッチングレートの関係を示す。インサイチュークリーニングのプラズマ発光スペクトルの発光強度比ｒchが増加するに従って、エッチングレートは減少する傾向にある。
【００４６】
これは、処理室１０４内の環境に応じて変動するエッチングレートに関して、発光強度比ｒchをモニタすることにより、エッチングレートを間接的にモニタできることを意味する。このため、本発明では、発光強度比ｒchを指標として、処理室１０４内の環境を調整することとした。
【００４７】
次に、発光強度比ｒchの調整は、インサイチュークリーニングの時間の調整やプラズマを生成するためのガス流量等の調整により可能である。インサイチュークリーニングの時間を調整した場合には、スループットの低下を招くため、量産においては問題になる可能性がある。また、ガス流量や他のエッチングパラメータ調整に至っては、製品加工時の加工性能への影響を考えねばならず困難である。
【００４８】
そのため、本発明では、最も影響が少ないと考えられる、処理室１０４内の温度調整による手法を適用する。処理室１０４内の温度は、通常、一定の温度に保たれており、保温された状態である。
【００４９】
間接的に処理室１０４内のシャワープレート１０２や誘電体窓１０３等の石英製の部品も保温された状態にあり、高温に保つことにより、半導体製造時のディフェクトの原因となるパーティクルやコンタミネーションを防止している。ただし、エッチングレートや処理室１０４内の環境に大きい影響を与えるのは石英製部品（シャワープレート１０２）である。また、シャワープレート１０２は、誘電体窓１０３を介して温度調整されるため、本発明では、誘電体窓１０３を温度調整することとする。
【００５０】
次に、エッチングレートが変動するメカニズムについては以下のように考えられる。
【００５１】
半導体ウエハを加工することに伴い、反応生成物がシャワープレート１０２に付着する。付着する反応生成物の種類は多岐にわたるが、主成分はＳｉ、Ｃと推定される。ＳｉＯ2などの酸化物が形成される場合、プラズマ中のエッチャントであるフッ素ラジカルおよびフッ素イオンである「Ｆ」が反応し、実効的なエッチャントであるフッ素ラジカルおよびフッ素イオンである「Ｆ」量が低下することにより、エッチングレートが低下することが考えられる。
【００５２】
また、ＣＦといったフッ化物になっている場合、プラズマによりＣＦ結合が切断され、プラズマ中にエッチャントが放出することに伴い、エッチャントであるフッ素ラジカルおよびフッ素イオンである「Ｆ」量が増加することによりエッチングレートが上昇すると考えられる。
【００５３】
反応に関しては、処理室１０４の側壁の温度により異なり、処理室１０４の側壁の温度が高温であれば反応性が増加し、プラズマ中のエッチャントを消費するため、プラズマ中の実効的なエッチャントは減少することになる。また、低温であれば、処理室１０４の側壁との反応性が弱まるため、プラズマ中のエッチャントが消費されにくくなり、実効的なエッチャントを増加させることができる。
【００５４】
つまり、シャワープレート１０２の温度、本発明では、誘電体窓１０３の温度を調整することにより、間接的にエッチャントを調整することが可能ということになる。誘電体窓１０３の温度の昇温に関しては直接的な温調機構だけではなく、プラズマ入熱による昇温も可能であり、組み合わせて使用することにより非常に広い温度範囲での温度調整が可能である。
【００５５】
図３に誘電体窓１０３の温度とシリコン酸化膜のエッチングレートとの相関関係を示す。誘電体窓１０３の温度が上昇するに伴い、エッチングレートが低下する傾向にある。
【００５６】
また、図４に誘電体窓１０３の温度とインサイチュークリーニング時の発光強度比ｒchの相関関係を示す。誘電体窓１０３の温度の上昇に伴い、発光強度比ｒchが上昇する傾向にある。これは、誘電体窓１０３の温度上昇により、処理室１０４内の温度が上昇し、処理室１０４の側壁に付着した反応生成物とエッチャントとの反応性が増加したことに起因したものと推測される。
【００５７】
つまり、図３及び図４に示す相関関係から、所望の発光強度比ｒchとなるように誘電体窓１０３の温度を調整することにより、処理室１０４内のエッチャントと堆積量を調整でき、エッチングレートを調整することが可能となる。
【００５８】
次に、誘電体窓１０３の温度調整手段について以下説明する。
【００５９】
本発明の誘電体窓１０３の温度調整手段は、インサイチュークリーニング時の発光強度比ｒchを算出し、所望のエッチングレートとなる基準発光強度比ｒch0と比較し、差異が許容値を超える場合には、図４に示す相関関係から、発光強度比ｒchを基準発光強度比ｒch0となるように温風ヒータ制御器１２７を介して温度制御ユニット１３０によって誘電体窓１０３の温度を調整する。また、許容値については、エッチングレートの許容値を基に設定される。
【００６０】
以上述べたように、本発明によれば、インサイチュークリーニング時の発光強度比ｒchに応じて誘電体窓１０３の温度を制御することにより、エッチングレートの変動が少ない安定した加工制御を行うことができる。
【００６１】
次に、１２インチの半導体素子製造用ウエハが２５枚収納されたロットを処理する場合に誘電体窓１０３の温度調整を行う例について図５を参照しながら説明する。
【００６２】
ここで、本実施例でのインサイチュークリーニングは、半導体素子製造用ウエハ毎に行うとともに半導体素子製造用ウエハ処理前に行うこととするが、所望枚数毎に行っても良い。
【００６３】
ステップＳ５０１にてロットの１枚目の半導体素子製造用ウエハ処理の前にインサイチュークリーニング用のウエハを処理室１０４に搬入し、ウエハ載置用電極１１１に載置してＳＦ6ガスとＯ2ガスとＡｒガスの混合ガスによるプラズマによりインサイチュークリーニングを行う。また、ここでのインサイチュークリーニングは、インサイチュークリーニング用のウエハ無しで行っても良い。
【００６４】
次にステップＳ５０２にて受光部１３６と光ファイバ１２９と分光部１３７とを有する発光モニタ手段により、インサイチュークリーニング終了２５前からインサイチュークリーニング終了５前までの発光スペクトルを取り込む。
【００６５】
次にステップＳ５０３にて発光データ処理装置１３８でステップＳ５０２で取得した発光スペクトルを（２）式より発光強度比ｒchを算出する。
【００６６】
次にステップＳ５０４にて発光データ処理装置１３８でステップＳ５０３で算出した発光強度比ｒchと予め算出された基準発光強度比ｒch0と制御ユニット１３１で比較する。ステップＳ５０３で算出した発光強度比ｒchと予め算出された基準発光強度比ｒch0との差が予め設定された許容値内であれば、ステップＳ５０６にてロット内の１枚目から２５枚目までの半導体製造用ウエハを順次処理する。
【００６７】
本実施例では、ステップＳ５０３で算出した発光強度比ｒchと予め算出された基準発光強度比ｒch0と予め設定された許容値がそれぞれ、１６６.４、１８６.４、５.０であったため、以下のようにステップＳ５０５にて誘電体窓１０３の温度調整を行った。
【００６８】
制御ユニット１３１で（３）式及び（４）式より、ステップＳ５０３で算出した発光強度比ｒchと予め算出された基準発光強度比ｒch0との差が予め設定された許容値内となるような誘電体窓１０３の温度Ｔchを算出し、９９.５（℃）であった。
【００６９】
【数３】
2013222910.tif 000006
Ｔch：誘電体窓１０３の温度（℃）
Ｔ0：初期の誘電体窓１０３の温度（℃）、本実施例では９５℃
ΔＴch：誘電体窓１０３の温度Ｔchと初期の誘電体窓１０３の温度Ｔ0との差分（℃）
【００７０】
【数４】
2013222910.tif 000007
Δｒch：インサイチュークリーニング時の発光強度比ｒchと基準発光強度比ｒch0と            の差分
【００７１】
尚、（４）式は、図４の誘電体窓１０３の温度と発光強度比ｒchの相関関係を表す式を基に算出した。
【００７２】
次に、制御ユニット１３１から温度制御ユニット１３０を介して温風ヒータ制御器１２７に誘電体窓１０３の温度を９９.５（℃）に温度調整するように制御信号を送信する。温風ヒータ制御器１２７は、制御信号に基づいて温風ヒータ１２６をオン・オフしながら誘電体窓１０３の温度を９９.５（℃）となるように制御する。
【００７３】
また、誘電体窓１０３の温度調整は、ロットの１枚目の半導体製造用のウエハを処理室１０４内への搬入する時に平行して行われる。そして、ロットの１枚目の半導体製造用のウエハがウエハ載置用電極１１１に載置され、誘電体窓１０３の温度が９９.５（℃）に到達した時点でロット内の１枚目から２５枚目までの半導体製造用ウエハを順次処理する（ステップＳ５０６）。
【００７４】
また、当該ロットの処理が完了し、次のロットを処理する場合も、上述した本発明の誘電体窓１０３の温度調整フローに従ってロットの処理が行われる。このため、本発明の誘電体窓１０３の温度調整手段を適用したロット処理を行うことにより、ロット処理とロット処理の間において、加工形状やエッチングレートの経時変化が少ない安定したロット処理を行うことができる。通常、処理室１０４内のウエットクリーニング後の１ロット目と２ロット目のロット間で許容できないエッチング性能の変動が発生する場合があるが、この場合も本発明の誘電体窓１０３の温度調整手段を適用することにより、１ロット目と２ロット目のロット間でのエッチング性能の変動を抑制できる。
【００７５】
さらに、上述した実施例は、ロット処理毎に本発明の誘電体窓１０３の温度調整手段を適用した例で説明したが、ロット内の半導体製造用ウエハ毎に本発明の誘電体窓１０３の温度調整手段を適用した半導体製造用ウエハ処理を行っても良い。ロット内の半導体製造用ウエハ毎の処理に本発明の誘電体窓１０３の温度調整手段を適用した場合は、ロット内において、加工形状やエッチングレートの経時変化が少ない安定したロット内処理を行うことができる。
【００７６】
以上、本実施例では、マイクロ波ＥＣＲ（Electron cyclotron Resonance）方式のプラズマエッチング装置を用いた例を説明したが、本発明の効果はこれに限定されず、誘導結合型、静電容量型、ヘリコン波型等の他のプラズマ源を用いたプラズマエッチング装置に本発明を適用しても良い。
【００７７】
また、本実施例では、１２インチの半導体製造用ウエハを用いたが、本発明の効果はこれに限定されず、本発明は、８インチの半導体製造用ウエハや次世代の１８インチの半導体製造用ウエハに適用しても良い。
【符号の説明】
【００７８】
１０１  真空容器
１０２  シャワープレート
１０３  誘電体窓
１０４  処理室
１０５  ガス供給装置
１０６  真空排気口
１０７  導波管
１０８  空洞共振器
１０９  電磁波発生用電源
１１０  磁場発生コイル
１１１  ウエハ載置用電極
１１２  ウエハ
１１３  マッチング回路
１１４  高周波電源
１１５  高周波フィルタ
１１６  直流電源
１１７  冷媒用流路
１１８  温調器
１１９、１２２  ヒータ
１２０、１２３  ヒータ制御器
１２１  第３の温度センサ
１２４  第２の温度センサ
１２５  パイプ
１２６  温風ヒータ
１２７  温風ヒータ制御器
１２８  赤外線計測型温度モニタ
１２９  光ファイバ
１３０  温度制御ユニット
１３１  制御ユニット
１３２  空間
１３３  誘電体プレート
１３４  ガス導入穴
１３５  赤外線計測用マーカー
１３６  受光部
１３７  分光部
１３８  発光データ処理装置
【図１】
2013222910.tif 000009
【図２】
2013222910.tif 000010
【図３】
2013222910.tif 000011
【図４】
2013222910.tif 000012
【図５】
2013222910.tif 000013