(57)【要約】【課題】生産性や歩留まりの低下を抑制するプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】真空容器内部に配置されその内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内に配置されその上面に前記プラズマによる処理対象のウエハが載置される試料台と、この試料台の内部に配置され前記ウエハの処理中に高周波電力が供給される金属製の基材と、前記試料台の前記ウエハの載置面を構成する誘電体製の膜の内部に配置され前記ウエハを静電吸着するための複数の膜状の電極と、これらの膜状の電極に正負の端子が接続されて当該電極に直流電力を供給する直流電源と、少なくともいずれかの前記複数の膜状の電極と接地電位との間に配置され前記高周波電力を通す高周波パスフィルタとを備え、前記高周波パスフィルタのインピーダンスを所定の値にして前記ウエハの処理を実施する。【選択図】図１
2016031955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内部に配置されその内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内に配置されその上面に前記プラズマによる処理対象のウエハが載置される試料台と、この試料台の内部に配置され前記ウエハの処理中に高周波電力が供給される金属製の基材と、前記試料台の前記ウエハの載置面を構成する誘電体製の膜の内部に配置され前記ウエハを静電吸着するための複数の膜状の電極と、これらの膜状の電極に正負の端子が接続されて当該電極に直流電力を供給する直流電源と、少なくともいずれかの前記複数の膜状の電極と接地電位との間に配置され前記高周波電力を通す高周波パスフィルタとを備え、
前記高周波パスフィルタのインピーダンスを所定の値にして前記ウエハの処理を実施するプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記複数の膜状の電極のうち前記直流電源の正及び負の電極の各々と接続された２つの膜状の電極と接地電位との間に配置され各々が前記高周波電力を通す２つの高周波パスフィルタとを備え、
これら２つの高周波パスフィルタのインピーダンスの大小を調節して前記ウエハの処理を実施するプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記複数の膜状の電極が、前記載置面の中央側に配置された内側電極とその外周側でこれを囲んで配置されたリング状の外側電極とを備えたプラズマ処理装置。
【請求項４】
真空容器内部の処理室内に配置された試料台の上面にプラズマによる処理対象のウエハを載置し、前記試料台の前記ウエハの載置面を構成する誘電体製の膜の内部に配置された複数の膜状の電極にこれらと正負の端子が電気的に接続された直流電源から電力を供給して前記ウエハを前記載置面の誘電体製の膜上に静電吸着させ、前記処理室内にプラズマを形成して前記試料台の内部に配置された金属製の基材に高周波電力が供給して前記ウエハを処理するプラズマ処理方法であって、
少なくともいずれかの前記複数の膜状の電極と接地電位との間に配置され前記高周波電力を通す高周波パスフィルタのインピーダンスを所定の値にした状態で前記ウエハの処理を実施するプラズマ処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載のプラズマ処理方法であって、
前記複数の膜状の電極のうち前記直流電源の正及び負の電極の各々と接続された２つの膜状の電極と接地電位との間に配置され各々が前記高周波電力を通す２つの高周波パスフィルタのインピーダンスの大小を調節して前記ウエハの処理を実施するプラズマ処理方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載のプラズマ処理方法であって、
前記複数の膜状の電極が、前記載置面の中央側に配置された内側電極とその外周側でこれを囲んで配置されたリング状の外側電極とを備えたものであるプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器内部の処理室内に配置された試料台上に配置された半導体ウエハ等の基板状の試料を当該処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に係り、特に、試料台の内部に配置された電極に高周波電力を供給しつつ試料を処理するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを製造する工程では、一般に真空容器内部の処理室に配置された半導体ウエハ等の基板状の試料の表面に配置された膜構造を当該処理室内にプラズマを用いて加工する、例えば、試料表面に予め形成された複数の膜層を備えた膜構造の処理対象の膜をその上層の樹脂等のレジスト層をマスクとしてこれに沿ってエッチング処理して半導体デバイスの配線の構造を形成する、所謂ドライエッチングが行われている。このようなプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置は従来から種々の構成が知られている。
【０００３】
このような従来技術で知られたプラズマ処理装置は、典型的には、真空容器内部の処理室と、この真空容器に接続され処理室内に処理用あるいは希釈や置換用のガスを供給するためのガス供給装置と、ターボ分子ポンプ等の処理室内の圧力を所望の値にするための真空ポンプを含む真空排気装置と、被処理材である半導体ウエハ等試料がその上面に載置されてこれを保持する試料台と、処理室内に電界または磁界を処理室内に供給してプラズマを当該処理室内に発生させるプラズマ形成装置を備えて構成される。電界と磁界とを供給するプラズマ発生装置の場合には、処理室内に供給された処理用のガスを電界と磁界との相互作用により励起してプラズマが形成され、プラズマ中の荷電粒子と活性粒子との物理的または化学的作用を用いて試料台上に保持されたウエハの処理対象の膜のエッチング処理が行われる。
【０００４】
近年、半導体デバイスの集積度の向上に伴い、加工の精度を向上する要求が益々強くなってきていると共に、試料の面内方向についての処理の速度や処理後の得られる形状（加工形状）におけるＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）値のバラつきの低減、所謂均一性の向上が強く要求されている。このような面内方向の処理の均一性を向上させるという課題を達成する上では、円形を備えた半導体ウエハの外周縁部の近傍における電磁気学的、熱力学的、流体力学的な要因による処理の不均一、バラつきを解決することが必要となる。
【０００５】
このような試料の外周縁近傍部分での処理の不均一を改善する技術については、従来から検討がされており、イオンエネルギーの半導体ウエハの面内の分布を改善することでウエハの外周縁部での処理の特性や結果のバラつきを低減しようとするものが提案されている。
【０００６】
このような従来技術としては、特開２０１１−３５２６６号公報（特許文献１）に開示されるものが知られている。本従来技術では、試料台の上面を覆う誘電体膜の内部に中央側と外周側の内外２つの導体製の膜を設け、エッチング分布に応じて各々の導体製の膜に供給される高周波電力を調整することで、均一な処理を実現するものが開示されている。また、このような構成によりウエハの外周を囲んで試料台上に配置されたシリコン製のフォーカスリングの消耗によるエッチング特性の変動に応じて、上記出力を調整することでフォーカスリングの消耗に関らずエッチングの特性の変化を抑制し、消耗部材の長寿命化にも寄与することが開示されている。
【０００７】
また、特開２０１１−２２８４３６号公報（特許文献２）には、試料台を中央側部分と外周側部分とに分けて構成して、各々の部分に周波数の異なる２つの電源からの高周波電力を供給する構成を備えて、ウエハの全体に亘って均一なエッチング速度を実現することが開示されている。特に、本従来技術では、２つの電源の後方にインピーダンス制御部を配置して２つの電源の出力の比を制御可能にしており、また、試料台の内部に圧電素子を設けイオンのアタック量を間接的に検出してイオンエネルギーの面内方向の分布を検出する技術が開示されている。
【０００８】
また、特開平９−１７６８６０号公報（特許文献３）には、試料台に中央側の領域と外周側とに内外２つの導電体製の膜を配置し、各々の膜にエッチング処理の分布に応じて導体膜に供給される高周波電源からの出力を調節することで、均一なエッチングを実現するものが開示されている。になるものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−３５２６６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２８４３６号公報
【特許文献３】特開平９−１７６８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来の技術では、次の点についての考慮が不十分であったため問題が生じていた。すなわち、これら従来技術では、試料台をその機能上で複数に分割された構成を備えて、各々にバイアス電位形成用の電力が印加される電極としての導体製の膜を配置している。このような構成では当該膜のみでなくその上下方向の位置で絶縁するため絶縁用の絶縁材で構成された膜も配置することが必要となるため、構成が複雑となり製造のコストが増大してしまう。さらには、絶縁用の膜により高周波電力の伝播が阻害されウエハに効率的にプラズマ中の荷電粒子を入射させることができなくなって、延いてはウエハの処理の効率が損なわれてしまう点について、上記従来技術では考慮されていなかった。
【００１１】
また、従来の従来技術は、処理室圧力の変動等で、イオンエネルギーが変化した場合にも、モニタを用いてこれを検知して所望の値に制御して処理の結果を所望のものにする点について考慮されていなかった。また、このようなプラズマ処理装置では、ウエハの処理の時間や枚数が増えるに伴って処理室内壁の表面の状態は経時変化し、この表面の変化が影響を与えて同じプラズマの電位や密度、強度であってもイオンエネルギーも時間的に変化する。
【００１２】
このようなイオンエネルギーの変化はエッチングレートの変化につながり、ひいてはエッチングレートの均一性にも影響し、生産性・歩留まりを悪化させることにつながる。このようなイオンエネルギーの変動に対して、これを検知して所望の値に制御して処理の結果の所望の寸法からのズレを抑制する点について考慮されていなかった。さらに、従来技術は、機械的ひずみを基にしたモニタであり、微細化とともにイオンエネルギーが低下している近来のプラズマエッチング処理の際のイオンエネルギーを十分な精度で検出するための点について、十分に考慮されていなかった。
【００１３】
すなわち、従来技術では、処理の歩留まりが低下し生産性が損なわれていた点について、十分に考慮されていなかった。本発明の目的は、生産性や歩留まりの低下を抑制するプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は、真空容器内部に配置されその内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内に配置されその上面に前記プラズマによる処理対象のウエハが載置される試料台と、この試料台の内部に配置され前記ウエハの処理中に高周波電力が供給される金属製の基材と、前記試料台の前記ウエハの載置面を構成する誘電体製の膜の内部に配置され前記ウエハを静電吸着するための複数の膜状の電極と、これらの膜状の電極に正負の端子が接続されて当該電極に直流電力を供給する直流電源と、少なくともいずれかの前記複数の膜状の電極と接地電位との間に配置され前記高周波電力を通す高周波パスフィルタとを備え、前記高周波パスフィルタのインピーダンスを所定の値にして前記ウエハの処理を実施するプラズマ処理装置により達成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高周波が印加される部材からウエハまでの高周波の伝播損失なくウエハ外周付近のエッチング処理の不均一をなくし、エッチング均一性の長期間の維持が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図２】外Ｖｐｐ、内Ｖｐｐ、平均Ｖｐｐとエッチングレート平均値、Ｖｐｐ比とエッチングレート分布と電圧と性能との相関を模式的に示したグラフである。
【図３】図１に示す実施例において測定したＶｐｐ比の変化を示すグラフである。
【図４】図１に示す実施例に係るパス回路の例を示す回路図である。
【図５】図１に示す実施例に係るパス回路の別の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【実施例１】
【００１８】
以下、本発明の一実施例について図１乃至４を用いて説明する。図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。特に、本実施例では、処理室内にマイクロ波の電界とソレノイドコイルで形成された磁界とを供給してこれらの作用により生起させたＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：電子サイクロトロン共鳴）を用いてプラズマを形成して試料であるウエハをエッチングするプラズマエッチング装置を示している。
【００１９】
本図に示すプラズマ処理装置は、内部にプラズマが形成される処理室１０４を備えた真空容器１０１と、その上方で処理室１０４を囲んで配置されプラズマを生成するための電界と磁界とを形成、伝播するプラズマ生成部と、真空容器１０１の下方に配置され、処理室１０４内のガスやプラズマの粒子を外部に排気して処理室１０４内を減圧する真空ポンプを含んだ排気装置とに大きく分けられる。なお、図示していないが、真空容器１０１は処理室１０４内に導入される処理用ガスが通流する管路が接続され、処理ガスの粒子が上記電界と磁界とにより励起されて処理室１０４内にプラズマが生成される。
【００２０】
真空容器１０１は内部に円筒形の処理室１０４を有して、これを囲む側壁は円筒形を有している。真空容器１０１の円筒形の側壁の上部には、真空容器１０１の上部を構成して上方から供給されたマイクロ波の電界が内部を透過して処理室１０４内に導入される誘電体（例えば石英）製の円板形状を有した誘電体窓１０３が配置されている。これらの間に挟まれたＯリング等のシール部材による封止作用により、処理室１０４と外部の大気圧の雰囲気との間が気密に封止される。
【００２１】
誘電体窓１０３の下方にはその内部を処理用のガスが流れて処理室１０４内に導入される複数の貫通孔を有したシャワープレート１０２が配置されており、シャワープレート１０２は処理室１０４の天井面を構成する。一方で、真空容器１０１の内部の空間である処理室１０４の底部には円形の開口である真空排気口１１０が配置され、当該真空排気口１１０はターボ分子ポンプ等の真空ポンプの入り口と連通されて、処理室１０４内に供給されたガスや生成されたプラズマの粒子が真空排気口１１０を通して外部に排出される。
【００２２】
プラズマを生成するためのマイクロ波の電界を処理室１０４内に供給するため、誘電体窓１０３の上方には電界が内部を伝播する軸方向の断面が円形及び方形を有した導波管１０５が配置される。導波管１０５内で伝播されるマイクロ波の電界は導波管１０５の端部に配置されたマクネトロン等の電界発生用電源１０６によって発振され形成される。電界の周波数は特に限定されないが、本実施例では２．４５ＧＨｚのマイクロ波が用いられる。
【００２３】
真空容器１０１の上部の円筒形の側壁の外周及び誘電体窓１０３の上方には、円筒形を有した処理室１０４を囲んで配置された磁界を形成する複数巻のソレノイドコイル１０７が配置されている。電界発生用電源１０６より発振されて形成されたマイクロ波の電界は、断面方形の導波管１０５内を図上左方向に伝播した後上下方向に軸を有した断面円形の部分に向きを換えて進行し、誘電体窓１０３上方に配置され処理室１０４と同径またはこれと見なせる程度に近似した直径の円筒形の空間に導入される。
【００２４】
当該円筒形の空間は、断面が円形の導波管１０５の直径より大きい円筒形を有しており、導入されたマイクロ波の電界は内部で特定のモードが増大される。誘電体窓１０３及びシャワープレート１０２を透過して処理室１０４内に上方から導入された電界は、ソレノイドコイル１０７により形成されて処理室１０４内に供給された磁界との相互作用により、ＥＣＲを生起し、シャワープレート１０２のガス導入孔から処理室１０４内に供給された処理用ガスの粒子が励起されて円筒形を有した処理室１０４上部の放電室内にプラズマ１１６が生成される。
【００２５】
また、処理室１０４内の誘電体窓１０３の下方には試料であるウエハ１０９がその上面の載置面に載置される試料台のウエハ載置用電極１０８が配置されている。円筒形を有したウエハ載置用電極１０８の上面は、アルミナやイットリア等のセラミクスで構成された誘電体膜１３２で被覆されており、誘電体膜１３２の内部には双極型の静電吸着用の電極を構成する円形を有した膜状の内側電極１１１とこの外周側で内側電極１１１を囲んで配置された外側電極１１２とが配置されている。なお、ウエハ載置用電極１０８上部であって誘電体膜１３２が構成するウエハの載置面を囲んだ外周側の箇所には段差を挟んだリング状の凹み部が配置され、当該凹み部及び段差部の表面と円筒形のウエハ載置用電極１０８の側壁は、石英等の耐プラズマ性の高い材料で構成されたリング形状または円筒形状を有したサセプタにより覆われて、これらの箇所がプラズマに曝された結果削られたり反応生成物が付着し堆積したりことが抑制される。
【００２６】
誘電体膜１３２内部で載置面の中央部に相当する位置に配置された内側電極１１１とその外周側のリング状の外側電極１１２は、高周波フィルター１２２を介して直流電源１２３が接続される。また、ウエハ載置用電極１０８はその内部に円板または円筒形状を有した金属製の基材が配置され、この基材はマッチング回路を介して高周波電源１２１と電気的に接続され、ウエハ１０９の処理中に高周波電源１２１からの高周波電力が供給されてウエハ１０９上にバイアス電位が形成される。
【００２７】
真空容器１０１の側壁に連結された図示しない別の真空容器であって減圧された内部の搬送室内に配置されたロボット等の搬送用の装置のアーム先端部上に保持された処理前のウエハ１０９が処理室１０４内に搬送され、ウエハ載置用電極１０８上に受け渡される。その後、ウエハ１０９はウエハ載置用電極１０８の誘電体膜１３２上面に載せられた状態で、直流電源１２３から内側電極１１１と外側電極１１２とに印加される直流電圧によって形成された静電気力により誘電体膜１３２上に吸着されて保持される。なお、図示していないが、誘電体膜１３２上には、ウエハ載置用電極１０８内に配置されたガス供給用の管路と連通されウエハ１０９がその上に載せられて保持された状態でウエハ１０９の裏面と誘電体膜１３２上面との間にＨｅ等の熱伝達を促進させるガスを供給するための開口が配置され、ウエハ載置用電極１０８内に配置された冷媒流路内を通流する温度が調節された冷媒によるウエハ１０９の温度の調節の効率が高められている。
【００２８】
この状態で、エッチング処理用のガスが、マスフローコントロ−ラ等の流量調節器（図示省略）により流量が調節されてガス供給用の管路を通って、誘電体窓１０３と石英シャワープレート１０２との間の隙間に導入されて内部で拡散した後、石英製のシャワープレート１０２の中央部に複数配置された貫通孔であるガス導入孔を通り処理室１０４に導入される。真空ポンプを含む排気装置の動作により真空排気口１１０から処理室１０４内部のガスや粒子が排出されており、シャワープレート１０２のガス導入孔からのガスの導入の量または速度と真空排気口１１０からのガスや粒子の排気の量または速度とのバランスによって処理室１０４内の圧力が処理に適した範囲内の値に調節される。
【００２９】
その後、導波管１０５からの電界とソレノイドコイル１０７により形成された磁界とが処理室１０４内に供給されてプラズマ１１６が生成される。ウエハ載置用電極１０８に接続された高周波電源１２１から高周波電力が印加されてウエハ１０９表面上方に形成されたバイアス電位に応じてプラズマ１１６の荷電粒子をウエハ１０９の上面に誘引して衝突させウエハ１０９上面に予め形成された膜構造の処理対象の膜のエッチング処理が開始される。なお、エッチングガスで処理に利用されなかったものやエッチングにより発生した反応生成物は真空排気口１１０から排出される。
【００３０】
図示しない終点判定器により、エッチング処理の終点が検出されると、上記バイアス電位を形成するための高周波電力のウエハ載置用電極１０８内の基材（電極）への供給が停止され、電界と磁界との供給の停止によりプラズマ１１６が消火される。その後、ウエハ１０９を吸着している静電気力が除かれ、処理室１０４内に進入したロボットのアーム上に処理後のウエハ１０９が受け渡される。もし、ロボットの別のアーム上に当該処理室１０４内で処理されるべきウエハ１０９が保持されている場合には、再度このウエハ１０９が処理室１０４内に搬入されてウエハ載置用電極１０８上に載せられて保持された後、上記と同様に処理が実行される。
【００３１】
本実施例では、誘電体膜１３２の内部に配置された内側電極１１１、外側電極１１２と直流電源１２３との間を接続して構成される給電経路において、内側電極１１１及び外側電極１１２各々接続される高周波カットフィルタ１２２との間の経路に高周波パス（例えばコンデンサ）を有したパス回路を接続する。このような構成において、ウエハ載置用電極１０８に高周波電源１２１から印加されたバイアス電位形成用の高周波電力の一部がこれらパス回路に流れる。
【００３２】
このことにより、パスした側の静電吸着用の電極では直流電圧の一部がパス回路に分圧され電圧降下が生じる。よって当該電極の上方のウエハ１０９上でバイアス電位の降下も生じることになり、バイアス電位の大きさに応じて入射するプラズマ１１６中のイオンの単位時間当たりの量が低下しイオンエネルギーの低下につながる。ウエハ１０９上のイオンエネルギーの分布を内側で外側より高いものにするには、外側電極１１２の電圧を降下させて内側電極１１１上方のバイアス電位より外側電極１１２上方のバイアス電位を低くすれば良いことになる。
【００３３】
図１に示す直流電源１２３と内側電極１１１及びこれをリング状に囲んで外周側に配置された外側電極１１２との間を電気的に接続して電流の経路を構成するパス回路は、直流電源の正側の電極と負側の電極の各々が内側電極１１１と外側電極１１２とに電気的に接続された直流電力の給電経路に接続されたものである。これらの電極同士の間の電気的な通電経路上に可変抵抗２０１とローパスフィルタである高周波カットフィルタ１２２とが直列に配置されて接続されている。
【００３４】
そして、内側電極１１１及び外側電極１１２の各々と２つの高周波カットフィルタ１２２との間の給電経路にコンデンサを備えたハイパスフィルタである内高周波パスフィルタ１１７及び外高周波パスフィルタ１１８の各々が接続されている。つまり、内高周波パスフィルタ１１７及び外高周波パスフィルタ１１８は、その一端が高周波カットフィルタ１２２に並列に接続され、内高周波パスフィルタ１１７及び外高周波パスフィルタ１１８の他端は接地されている。
【００３５】
このようなパス回路を備えた本実施例においては、高周波電源１２１からの高周波電力は基材から誘電体膜１３２内の内側電極１１１または外側電極１１２を介してこれらと直流電源１２３との間の給電経路を流れるが、ローパスフィルタである高周波カットフィルタ１２２に妨げられハイパスフィルタである高周波パスフィルタ１１７または高周波パスフィルタ１１８を通って流れることになる。このように基材に供給された高周波電力の一部が内側電極１１１または外側電極１１２を経由して接地された部材（アース）に流れ、謂わば洩れ出ることになるため、流れ出た電流の分だけ内側電極１１１または外側電極１１２の上方に形成されるバイアス電位が低下する。
【００３６】
このことから、ウエハ１０９上のイオンエネルギーの分布を内側で外側より高いものにするため、外側電極１１２の電圧を降下させて内側電極１１１上方のバイアス電位より外側電極１１２上方のバイアス電位を低くするには、外側電極１１２を経由してアースに流出する電流量を、内側電極１１１を経由して流出する量より大きくすれば良いことになる。そこで、本実施例では、外高周波パスフィルタ１１８のインピーダンスを内高周波パスフィルタ１１７のものより低くする。
【００３７】
同様に、ウエハ１９上の径方向についてのイオンエネルギーの分布を外側で高いものにするには、内側電極１１１の電圧を降下させその上方のバイアス電位を低下させれば良く、このためには内高周波パスフィルタ１１７のインピーダンスを外高周波パスフィルタ１１８のものより低くする。本実施例では、このようなパス回路の素子のインピーダンスを所期の値に調節するため、外高周波パスフィルタ１１８と外側電極１１２との間及び内高周波パスフィルタ１１７と内側電極１１１との間の回路上に外電圧モニタ１１９並びに内電圧モニタ１２０を接続し、これらからの出力をフィードバックして用いている。
【００３８】
外電圧を外Ｖｐｐ、内電圧を内Ｖｐｐ、外電極面積をＡｏｕｔ、内電極面積をＡｉｎとすると、面内の平均Ｖｐｐは、
平均 Vpp = (Aout×外Vpp+Ain×内Vpp)/(Aout+Ain)・・・（１）
とあらわすことができる。
【００３９】
外Ｖｐｐ、内Ｖｐｐ、平均Ｖｐｐとエッチングレート平均値、Ｖｐｐ比（＝外Ｖｐｐ／内Ｖｐｐ）とエッチングレート分布、と電圧と性能との相関を模式的に示したものを図２に示す。図２に示したパラメータ同士の関係を示す関数は直線以外に曲線であることもあり、比例定数等の係数もエッチング条件によりさまざまであるため、ここでは一例にすぎない。
【００４０】
図２（a）はエッチングレート平均値と平均Ｖｐｐの相関を示すが、エッチングレートはイオンエネルギーと比例関係にあるため、イオンエネルギーと比例関係にあるＶｐｐとも比例関係にあり図のような特徴を示す。
【００４１】
半導体製造にはスループットは必要不可欠であり、スループット向上のためにはエッチング処理時間の短時間化が求められ、生産目標によって一義的に決まる。エッチング処理時間はエッチングレートの絶対値で決まるため、ここでいうエッチングレート平均値の下限値が決まる。このエッチングレートの下限値が決まれば自動的に平均Ｖｐｐの下限値も決まることとなる。
【００４２】
図２（ｂ）は平均ＶｐｐとＶｐｐ比の相関を示したものである。ここでは分かりやすいよう、内Ｖｐｐを固定化し外Ｖｐｐを０から上げていって、最終的にはＶｐｐ比が１になる、つまり外Ｖｐｐ＝内Ｖｐｐとなるまでの関数を示す。
【００４３】
当然Ｖｐｐ比が１に近づけば、つまり内Ｖｐｐ固定で外Ｖｐｐを上げれば、平均Ｖｐｐは上がる。図２（ａ）で決まった平均Ｖｐｐ下限の時のＶｐｐ比がＶｐｐ比の下限値となる。
【００４４】
図２（ｃ）はＶｐｐ比とエッチングレート分布の相関を示す。Ｖｐｐ比が上がるほど、外Ｖｐｐと内Ｖｐｐの差が少なくなり、エッチングレート分布も均一になっていく。
【００４５】
一般的にはウエハ外周部の特異性やガス排気によるガス圧力のウエハ面内不均一等で、エッチングレート分布は凸分布であったり、凹分布であったりする。おおよそ１０％から２０％くらいの間で分布が変化するため、エッチングレート分布の制御幅としてもおおよそ１０％から２０％の間である。そのため、Ｖｐｐ比の制御幅もそのエッチングレート分布の制御幅に合わせて変わってくるため、図のように下限値が決まる。このようにＶｐｐ比の上限から下限までをエッチングプロセス条件に応じて変えて制御することが必要となるため、Ｖｐｐ比の正確な制御が必要となる。
【００４６】
図３に実際にＶｐｐ比を測定した例を示す。ここでは、制御性を左右する可変抵抗２０１を使用した場合と抵抗として５Ω固定で行った場合の例を示す。
【００４７】
図３に示す例では、パス回路の高周波パスフィルタ１２２はＬＣ直列共振回路を用いた。直流電源１２３の電極と静電吸着用の内側電極１１１または外側電極１１２との間の回路上に抵抗素子が高周波パスフィルタ１２２に直列に接続されて配置されていない場合には、共振点でインピーダンスが事実上０となり（グラフ上、実際には接触抵抗等で電圧が０には落ちきっていない）、Ｖｐｐ比が急変している。一方、回路上に５Ωの抵抗素子を接続して配置した場合には上記の急変する部分がなくなり、あたかも比例的にＶｐｐ比が低下しているのが分かる。発明者らは、このような検出の結果から得られた知見に基づいて本発明を想起したものである。
【００４８】
一方、Ｌ値等の制御定数にばらつき（固体差）を実質的に０になるように取り除くことは困難であるので、Ｖｐｐ比を検出してこれをフィードバックしてパス回路のインピーダンスの大きさの制御を行うことで性能上のばらつきを低減できる。しかし、直流電源１２３と静電吸着用の電極との間の回路上に抵抗がない場合にＶｐｐ比を下げる制御を行おうとした場合には、図３に示した共振点が存在するため、途中まで比例的に制御フィードバック出来ていたものが制御対象の特性が急変するため、制御定数の制御可能な幅も小さくなるため、一旦共振点を通り、大電流が流れ、装置を壊したり、人的被害が生じたりする危険性が生じる。
【００４９】
しかし、図３において抵抗素子を直流電源１２３と高周波カットフィルタ１２２との間に接続して配置した場合のように、共振点の手前まで比例的に制御できれば、上記危険を回避することができる。また、制御定数の単位あたりのＶｐｐ比の急変部分を使用することは、制御定数を例えばＬ値とすると、一般的にモータによる回転角制御でＬ値を決定するが、モータのばらつきが、大きな性能の差となって現れることを示唆しており、装置機差の要因となる。また、根本的にＶｐｐ比の変化が大きくなれば、モータ等の動きがついていくことが不可能となり、ハンチングし続け、永遠に制御できない状態になる。
【００５０】
図１では、高周波パスフィルタ１１７，１１８としてコンデンサを記載したが、図４および５に示すように、色々なパス回路があり、これに限定されるものではない。図４および図５は、図１に示す実施例に係るパス回路の例を示す回路図である。
【００５１】
図４（ａ）は、図１に示す実施例のプラズマ処理装置の内高周波パスフィルタ１１７を含むパス回路の部分を抜き出したものである。
【００５２】
図４（ｂ）に示す例は、内高周波パスフィルタ１１７を含むパス回路を構成するコンデンサ１２７とコイル１２８とを直列に接続して構成し是等を共振させてインピーダンスを調整する直列共振回路を示している。また、図５（ａ）に示すように、直流共振回路に換えてコンデンサ１２７とコイル１２８との各々一端を接地電極（アース）に接続し並列に静電吸着用の電極に接続した並列共振回路を用いても良い。
【００５３】
また、図４（ｃ）では、内高周波パスフィルタ１１７を含むパス回路として、図４（ｂ）に示す直列共振回路とアースとの間に抵抗１２９を挟んで構成した回路が示されている。また、図５（ｂ）では、図５（ａ）に示す並列共振回路に、更に並列に抵抗１２９がアースと電極との間に接続された例が示されている。これらの例で、各々の共振回路でパスしたパワーを消費する抵抗１２９を備え、加熱される抵抗をファン等の冷却手段を配置することで、発熱によるリスクをなくすことができる。また、図５（ｃ）に示すように、直列共振回路と抵抗１２９との間で電力を検出するパワーメータ１３０を接続することにより抵抗１２９でパスした電力をモニタするようにしても良い。
【００５４】
本実施例では、被エッチング材料をシリコン酸化膜とし、エッチングガス及びクリーニングガスとして例えば、前述の四フッ化メタンガス、酸素ガス、トリフルオロメタンガスを用いたが、被エッチング材料としては、シリコン酸化膜だけでなく、ポリシリコン膜、フォトレジスト膜、反射防止有機膜、反射防止無機膜、有機系材料、無機系材料、シリコン酸化膜、窒化シリコン酸化膜、窒化シリコン膜、Ｌｏｗ−ｋ材料、Ｈｉｇｈ−ｋ材料、アモルファスカーボン膜、Ｓｉ基板、メタル材料等においても同等の効果が得られる。またエッチングを実施するガスとしては、例えば、例えば、塩素ガス、臭化水素ガス、四フッ化メタンガス、三フッ化メタン、二フッ化メタン、アルゴンガス、ヘリウムガス、酸素ガス、窒素ガス、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、アンモニア、八フッ化プロパン、三フッ化窒素、六フッ化硫黄ガス、メタンガス、四フッ化シリコンガス、四塩化シリコンガス、塩素ガス、臭化水素ガス、四フッ化メタンガス、三フッ化メタン、二フッ化メタン、アルゴンガス、ヘリウムガス、酸素ガス、窒素ガス、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、アンモニア、八フッ化プロパン、三フッ化窒素、六フッ化硫黄ガス、メタンガス、四フッ化シリコンガス、四塩化シリコンガスヘリウムガス、ネオンガス、クリプトンガス、キセノンガス、ラドンガス等が使用できる。
【００５５】
以上の実施例ではマイクロ波ＥＣＲ放電を利用したエッチング装置を例に説明したが、他の放電（有磁場ＵＨＦ放電、容量結合型放電、誘導結合型放電、マグネトロン放電、表面波励起放電、トランスファー・カップルド放電）を利用したドライエッチング装置においても同様の作用効果がある。また上記各実施例では、エッチング装置について述べたが、プラズマ処理を行うその他のプラズマ処理装置、例えばプラズマＣＶＤ装置、アッシング装置、表面改質装置等についても同様の作用効果がある。
【符号の説明】
【００５６】
１０１…真空容器、１０２…シャワープレート、１０３…誘電体窓、１０４…処理室、１０５…導波管、１０６…電界発生用電源、１０７…ソレノイドコイル、１０８…ウエハ載置用電極、１０９…ウエハ、１１０…真空排気口、１１１…内側電極、１１２…外側電極、１１３…サセプタ、１１６…プラズマ、１１７…内高周波パスフィルタ、１１８…外高周波パスフィルタ、１１９…外電圧モニタ、１２０…内電圧モニタ、１２１…高周波電源、１２２…高周波カットフィルタ、１２３…直流電源、１２７…コンデンサ、１２８…コイル、１２９…抵抗、１３０…パワーメータ、２０１…可変抵抗。
【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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