JP2008182012A - プラズマ処理装置用のプロセス性能検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容量結合型プラズマ処理装置において。プラズマを生成することなく、しかも電極のおもて面に測定治具を当てることなく、そのプロセス性能上の良否を簡便に判定すること。
【解決手段】このプロセス性能検査方法は、下部マッチングユニット３２を下部給電棒３４から取り外して、代わりにインピーダンス測定器８４のプローブ（測定治具）８６を下部給電棒３４に装着する。そして、装置内の各部を全てオフ状態に保ったまま、インピーダンス測定器８４にサセプタ１２の裏側から接地電位部までの高周波伝送路のインピーダンスを測定する。検査装置８２は、インピーダンス測定器８４を制御し、周波数を掃引して上記高周波伝送路インピーダンスの実抵抗成分について周波数特性を取得し、その周波数特性の中で発現する角状ピークの属性（ピーク周波数、ピーク値等）を読み取る。

【選択図】 図２

Description

本発明は、プラズマ処理装置用のプロセス性能検査方法および装置に係り、特に容量結合型プラズマ処理装置においてそのプロセス性能上の良否を簡便に判定するための方法および装置に関する。

一般に、容量結合型のプラズマ処理装置は、真空チャンバとして構成される減圧可能な処理容器内に上部電極と下部電極とを平行に配置し、下部電極の上に被処理基板（半導体ウエハ、ガラス基板等）を載置する。そして、両電極間に高周波電圧を印加して、両電極間の電界により電子を加速し、電子と処理ガスとの衝突電離によってプラズマを生成し、プラズマ中のラジカルやイオンによって基板表面に所望のプロセス（エッチング、堆積、酸化、スパッタリング等）を施すようにしている。通常、高周波電源より出力される高周波をチャンバ内の電極に供給するための高周波給電線には同軸ケーブルが用いられ、同軸ケーブルの終端に整合回路が取り付けられる。整合回路は、プラズマ（負荷）側のインピーダンスと高周波電源側のインピーダンスとの間で整合をとるためのＬＣ回路であり、その中に１個または複数個の可変コンデンサを含み、プラズマからの反射波が最小になるように可変リアクタンスの容量を調整するようになっている（たとえば特許文献１参照）。
特開２００５−１０９１８３号公報

上記のような容量結合型プラズマ処理装置においては、非接地の電極のおもて面（プラズマと接する面）から該電極を介して接地電位に至るまでの高周波伝送路のインピーダンスが、高調波や相互変調歪みの発生量を左右し、ひいてはプロセス性能の良否を左右する重要なファクタであることが最近の研究で明らかになってきた。この知見にしたがえば、そのような電極回りの高周波伝送路インピーダンスが最適な値または範囲内に収まるように、装置の各部、特に高周波給電系統を設計すればよい。ところが、実際には、高周波給電系統は装置間で機差が生じやすく（特に、ＲＦケーブルのケーブル長や整合回路の回路定数等で機差が生じやすく）、そのような高周波給電系統上の機差が高周波伝送路のインピーダンスに大きく影響するという問題がある。

この問題に対しては、各装置においてチャンバ内の電極おもて面にインピーダンス測定器の治具を装着して高周波伝送路のインピーダンスを直接測定し、そのインピーダンス測定値が所定の範囲内に収まっていればプロセス性能は正常（良好）であると判定し、範囲外であればプロセス性能は異常（不良）であると判定するような検査方法の採用が検討されている。この検査方法は、プラズマの着火ないし生成を必要としないために、出荷検査時あるいは納入先での装置据付時に実施することができる。しかしながら、容量結合型プラズマ処理装置において、チャンバ内で高周波を放射しつつプラズマと接する電極のおもて面はプロセス上最も重要な部位で、しかも損傷しやすい部位であり、ここに測定治具を装着することは電極保護およびパーティクル防止の観点から望ましくない。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するものであり、容量結合型プラズマ処理装置において、プラズマを生成することなく、しかも電極のおもて面に測定治具を当てることなく、そのプロセス性能上の良否を簡便に判定できるプロセス性能検査方法および装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のプロセス性能検査方法は、減圧可能な処理容器に非接地で取り付けられる第１の電極とこれと平行に向かい合う第２の電極との間に高周波を印加してプラズマ処理のためのプラズマを生成する容量結合型プラズマ処理装置のプロセス性能上の検査を行う方法であって、前記第１の電極の裏側から接地電位部までの高周波伝送路のインピーダンスを測定し、周波数を掃引して前記インピーダンスの実抵抗成分について周波数特性を取得する第１の工程と、前記実抵抗成分周波数特性の中に発現する角状のピークについてその所定の属性の値を読み取る第２の工程と、前記ピーク属性値を基に当該プラズマ処理装置についてプロセス性能の良否を判定する第３の工程とを有する。

また、本発明のプロセス性能検査装置は、減圧可能な処理容器に非接地で取り付けられる第１の電極とこれと平行に向かい合う第２の電極との間に高周波を印加してプラズマ処理のためのプラズマを生成する容量結合型プラズマ処理装置のプロセス性能上の検査を行うプロセス性能検査装置であって、前記第１の電極の裏側から接地電位部までの高周波伝送路のインピーダンスを測定するためのインピーダンス測定器と、周波数を掃引しながら、前記インピーダンス測定器に前記高周波伝送路のインピーダンスを測定させ、前記インピーダンスの実抵抗成分の周波数特性を取得する実抵抗成分周波数特性取得部と、前記実抵抗成分周波数特性の中で発現する角状のピークについてその所定の属性の値を読み取るピーク読取部と、前記ピーク属性値を基に当該プラズマ処理装置についてプロセス性能の良否を判定する判定部とを有する。

本発明においては、非接地の第１の電極の裏側から接地電位部までの高周波伝送路のインピーダンスについて、その実抵抗成分（実数部）の周波数特性を取得し、その実抵抗成分周波数特性の中で発現する角状ピークの所定の属性値（たとえばピーク周波数、ピーク値）を割り出す。かかるピーク属性値は、該高周波伝送路インピーダンスの特性ないし機差を反映し、プロセス性能の良否を判定するうえでのパラメータになり得る。本発明によるプロセス性能検査は、インピーダンス測定の実施で足りるのでプラズマを着火ないし発生させる必要がないうえ、インピーダンス測定器のプローブ（測定治具）を電極裏側に装着するので電極おもて面にダメージを与えるおそれはない。

本発明の好適な一態様によれば、当該プラズマ処理装置においてプラズマ処理が行われる時、第１の電極には、第１の高周波電源より第１の電気ケーブルおよび第１の整合回路を介して第１の高周波が供給される。この第１の高周波は、たとえばプラズマ生成に用いられてもよく、あるいは他の目的（たとえばイオン引き込み）に用いられてもよい。本発明のプロセス性能検査が行われる時は、第１の高周波電源をオフにしてよい。

また、好適な一態様によれば、第２の電極が処理容器に非接地で取り付けられる。この場合、当該プラズマ処理装置においてプラズマ処理が行われる時は、第２の高周波電源より第２の電気ケーブルおよび第２の整合回路を介して第２の電極に第２の高周波を供給することができる。本発明のプロセス性能検査を行うときは、第２の高周波電源をオフにしてよい。

また、好適な一態様によれば、当該プラズマ処理装置においてプラズマ処理が行われる時は、第１の電極に対して第１の高周波電源より第１の電気ケーブルおよび第１の整合回路を介して１３．５６ＭＨｚ以下の第１の高周波が供給されると同時に、第２の電極に対して第２の高周波電源より第２の電気ケーブルおよび第２の整合回路を介して１３．５６ＭＨｚよりも高い第２の高周波が供給される。この場合、第１の電極上に被処理基板が保持されてよい。比較的高い周波数の第２の高周波は主としてプラズマ生成に寄与し、比較的低い周波数の第１の高周波は主として被処理基板へのイオン引き込みに寄与する。やはり、本発明のプロセス性能検査を行うときは、第１および第２の高周波電源の両方をオフにしてよい。

また、好適な一態様によれば、プロセス性能検査を行うときは、第１の整合回路を取り外して、代わりに高周波伝送路のインピーダンスを測定するためのインピーダンス測定器を第１の電極の裏側に電気的に接続する。電極の裏側に高周波伝送用の導体たとえば給電棒が一体に接続されている場合は、該給電棒にインピーダンス測定器を接続すればよい。

また、本発明のプロセス性能検査方法は、好適な一態様として、実質的に同じ設計で作られたＮ（Ｎは２以上の整数）台のプラズマ処理装置について、上記第１および第２の工程を実施して、各装置における上記ピークの属性値を検出する第４の工程と、上記Ｎ台のプラズマ処理装置の各々について、プロセス状態またはプロセス結果のデータを基にプロセス性能上の良否を判定する第５の工程と、上記第４の工程で得られた上記ピークの属性値と上記第５の工程で得られた上記良否判定の結果とを照らし合わせて、上記Ｎ台のプラズマ処理装置と実質的に同じ設計で作られた他のプラズマ処理装置について上記第３の工程の良否判定で用いるための判定基準を設定する第６の工程とを有する。

上記第５の工程では、たとえば、プロセス状態のデータを基にプロセス性能上の良否を判定するための方法として、いわゆるＶ_pp判定法を用いることができる。

本発明のプロセス性能検査方法またはプロセス性能検査装置によれば、上記のような構成と作用により、容量結合型プラズマ処理装置において、プラズマを生成することなく、しかも電極のおもて面に測定治具を当てることなく、プロセス性能上の良否を簡便に判定することができる。

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。

図１に、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、容量結合型の平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。

チャンバ１０内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状のサセプタ１２が下部電極として水平に配置されている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びるたとえばセラミック製の絶縁性筒状支持部１４により非接地で支持されている。この筒状支持部１４の外周に沿ってチャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部１６とチャンバ１０の内壁との間に環状の排気路１８が形成され、この排気路１８の底に排気口２０が設けられている。この排気口２０には排気管２２を介して排気装置２４が接続されている。排気装置２４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内の処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ２６が取り付けられている。

サセプタ１２には、第１の高周波電源２８がＲＦケーブル３０、下部マッチングユニット３２および下部給電棒３４を介して電気的に接続されている。ここで、高周波電源２８は、主としてサセプタ１２上の半導体ウエハＷへのイオンの引き込みに寄与する所定の周波数たとえば１３．５６ＭＨｚの第１高周波を出力する。ＲＦケーブル３０は、たとえば同軸ケーブルからなる。下部マッチングユニット３２には、高周波電源２８側のインピーダンスと負荷（主に電極、プラズマ）側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合回路が収容されるとともに、オートマッチング用のＲＦセンサ、コントローラ、ステッピングモータ等も備わっている。

サセプタ１２は半導体ウエハＷよりも一回り大きな直径または口径を有している。サセプタ１２の主面つまり上面は、ウエハＷと略同形状（円形）かつ略同サイズの中心領域つまりウエハ載置部と、このウエハ載置部の外側に延在する環状の周辺部とに半径方向で２分割されており、ウエハ載置部の上には処理対象の半導体ウエハＷが載置され、環状周辺部の上に半導体ウエハＷの口径よりも僅かに大きな内径を有するフォーカスリング３６が取り付けられる。このフォーカスリング３６は、半導体ウエハＷの被エッチング材に応じて、たとえばＳi，ＳiＣ，Ｃ，ＳiＯ2の中のいずれかの材質で構成されている。

サセプタ１２上面のウエハ載置部には、ウエハ吸着用の静電チャック３８が設けられている。この静電チャック３８は、膜状または板状の誘電体３８ａの中にシート状またはメッシュ状の導電体３８ｂを入れたもので、サセプタ１２の上面に一体形成または一体固着されており、導電体３８ｂにはチャンバ１０の外に配置される直流電源４０が配線およびスイッチ４２を介して電気的に接続されている。直流電源４０より印加される直流電圧により、クーロン力で半導体ウエハＷを静電チャック３８上に吸着保持できるようになっている。

サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室４６が設けられている。この冷媒室４６には、チラーユニット（図示せず）より配管４８，５０を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック３８上の半導体ウエハＷの温度を制御できる。さらに、ウエハ温度の精度を一層高めるために、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管５２およびサセプタ１２内部のガス通路５４を介して静電チャック３８と半導体ウエハＷとの間に供給される。

チャンバ１０の天井には、サセプタ１２と平行に向かい合って上部電極を兼ねるシャワーヘッド５６が設けられている。このシャワーヘッド５６は、サセプタ１２と向かい合う電極板５８と、この電極板５８をその背後（上）から着脱可能に支持する電極支持体６０とを有し、電極支持体６０の内部にガス室６２を設け、このガス室６２からサセプタ１２側に貫通する多数のガス吐出孔６４を電極支持体６０および電極板５８に形成している。電極板５８とサセプタ１２との間の空間Ｓがプラズマ生成空間ないし処理空間となる。ガス室６２の上部に設けられるガス導入口６２ａには、処理ガス供給部６５からのガス供給管６６が接続されている。電極板５８はたとえばＳi、ＳiＣあるいはＣからなり、電極支持体６０はたとえばアルマイト処理されたアルミニウムからなる。

シャワーヘッド５６とチャンバ１０の上面開口縁部との間は、たとえばアルミナからなるリング形状の絶縁体６８が気密に塞いでおり、シャワーヘッド５６は非接地でチャンバ１０に取り付けられている。シャワーヘッド５６には、第２の高周波電源７０がＲＦケーブル７２、上部マッチングユニット７４および上部給電棒７６を介して電気的に接続されている。ここで、高周波電源７０は、主としてプラズマの生成に寄与する所定の周波数たとえば６０ＭＨｚの第２高周波を出力する。ＲＦケーブル７２は、たとえば同軸ケーブルからなる。マッチングユニット７４には、高周波電源７０側のインピーダンスと負荷（主に電極、プラズマ）側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合回路が収容されるとともに、オートマッチング用のＲＦセンサ、コントローラ、ステッピングモータ等も備わっている。

このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２４、高周波電源２８，７０、直流電源４０のスイッチ４２、チラーユニット（図示せず）、伝熱ガス供給部（図示せず）および処理ガス供給部６５等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）は、たとえばマイクロコンピュータを含むエッチャ制御部（図示せず）によって制御される。

このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ２６を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック３８の上に載置する。そして、処理ガス供給部６４よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置２４によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、第１および第２の高周波電源２８、７０をオンにして第１高周波（１３．５６ＭＨｚ）および第２高周波（６０ＭＨｚ）をそれぞれ所定のパワーで出力させ、これらの高周波をＲＦケーブル３０，７２、マッチングユニット３２，７４および給電棒３４，７６を介してサセプタ（下部電極）１２およびシャワーヘッド（上部電極）５６に供給する。また、スイッチ４２をオンにし、静電吸着力によって、主静電チャック３８と半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈeガス）を閉じ込める。シャワーヘッド５６より吐出されたエッチングガスは両電極１２，５６間で高周波の放電によってプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの主面の膜がエッチングされる。

この容量結合型プラズマエッチング装置は、シャワーヘッド５６に６０ＭＨｚというプラズマ生成に適した比較的高い周波数の第２高周波を印加することにより、プラズマを好ましい解離状態で高密度化し、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。それと同時に、サセプタ１２に１３．５６ＭＨｚというイオン引き込みに適した比較的低い周波数の第１高周波を印加することにより、サセプタ１２の上方の半導体ウエハＷに対して選択性の高い異方性のエッチングを施すことができる。一般に、このような上下部２周波重畳印加方式においては、サセプタ（下部電極）１２には１３．５６ＭＨｚ以下の任意の高周波を印加してよく、シャワーヘッド（上部電極）５６には１３．５６ＭＨｚよりも高い任意の高周波を印加してよい。

このプラズマエッチング装置においてプロセス性能上の重要な指標たとえばエッチング速度は、実際のプロセスでエッチング量を測定し、そのエッチング量測定値をエッチング時間で除して求めることができる。この場合、エッチング速度の測定値が所定の基準値付近に収まっていればプロセスないしプロセス性能は正常（良好）であり、エッチング速度の測定値が基準値よりもかなり低いときはプロセスないしプロセス性能は異常（不良）であると判定することができる。

このようなエッチング速度実測法よりも簡便なプロセス性能検査または確認方法として、ＲＦ電極たとえばサセプタ（下部電極）１２に印加される第１高周波電圧の振幅値またはピーク対ピーク値Ｖ_ppをモニタする方法（Ｖ_pp判定法）が知られている。一般に、プラズマ処理装置においてＲＦ電極に印加されるＲＦ電圧のＶ_ppは、該ＲＦ電極に生じる直流バイアスまたは自己バイアス電圧に比例し、ひいては入射イオンエネルギーの大きさに対応している。このことから、Ｖ_pp測定値が所定の基準値付近に収まっていれば、プロセス性能は正常（良好）であると判定することができる。また、Ｖ_pp測定値が基準値よりもかなり低いときは、プロセス性能は異常（不良）であると判定することができる。

Ｖ_pp判定法を実施する場合は、図１に示すように、Ｖ_pp測定器８０を使用し、このＶ_pp測定器８０のプローブ端子をマッチングユニット３２の出力端子に電気的に接続し、下部ＲＦ電圧のＶ_ppとしてマッチングユニット３２の出力電圧のピーク対ピーク値を測定させる。Ｖ_pp測定器８０より得られたＶ_pp測定値は、プロセス性能検査のためのモニタ情報として、たとえばパーソナルコンピュータからなる検査装置８２に取り込まれる。

上記のようなＶ_pp判定法は、エッチングプロセスを実施してエッチング量を測定することまでは不要であるが、装置内の各部、特に第１および第２の高周波電源２８，７０、排気装置２４、処理ガス供給部６５を作動させて実際にプラズマを着火ないし発生させる必要があり、出荷検査時あるいは納入先での据付時に簡便に実施できる検査方法ではない。

この実施形態におけるプロセス性能検査方法は、以下に述べるように、当該装置において実際にプラズマを発生させなくてもプロセス性能の良否を判定できるものであり、出荷検査時あるいは納入先での据付時に簡便に実施することができる。しかも、検査に際してＲＦ電極（１２，５６）のおもて面に測定治具を当てるようなことはしないので、電極保護とパーティクル防止も図れるという特長がある。

図２に、この実施形態におけるプロセス性能検査方法の一実施例を示す。図示のように、このプロセス性能検査方法は、下部マッチングユニット３２を下部給電棒３４から取り外して、代わりにインピーダンスアナライザあるいはネットワークアナライザからなる周波数掃引可能なインピーダンス測定器８４のプローブ（測定治具）８６を下部給電棒３４に装着する。そして、装置内の各部、特に第１および第２の高周波電源２８，７０、排気装置２４、処理ガス供給部６５を全てオフ状態に保ったまま、インピーダンス測定器８４にサセプタ１２の裏側から接地電位までの高周波伝送路のインピーダンスを測定させる。検査装置８２は、インピーダンス測定器８４を制御し、一定範囲で周波数を掃引して上記高周波伝送路インピーダンスの実抵抗成分について周波数特性を取得する。

ここで、測定対象の高周波伝送路には、(1)下部給電棒３４→サセプタ１２→絶縁性筒状支持部１４→チャンバ１０の第１ルート、(2)下部給電棒３４→サセプタ１２→空間Ｓ→チャンバ１０の第２ルート、(3)下部給電棒３４→サセプタ１２→空間Ｓ→シャワーヘッド（上部電極）５６→上部給電棒７６→上部マッチングユニット７４→接地の第３ルート、(4)下部給電棒３４→サセプタ１２→空間Ｓ→シャワーヘッド５６→上部給電棒７６→上部マッチングユニット７４→ＲＦケーブル７２→接地の第４ルートが含まれる。

図３および図４に、インピーダンス測定器８４を通じて取得される高周波伝送路インピーダンス（複素数表示）の絶対値Ｚの周波数特性および実抵抗成分（実数部）Ｒの周波数特性の一例をそれぞれ示す。

図３に示すように、高周波伝送路インピーダンスの絶対値Ｚの周波数特性は、３９ＭＨｚ付近に最小ピークＺＰを有する直列共振のカーブを示している。かかる直列共振は、第１ルートにおいて下部給電棒３４のインダクタンスＬ₃₄とサセプタ支持部材（誘電体）１４のキャパシタンスＣ₁₄との直列回路で生ずるものである。このように、インピーダンス絶対値Ｚの周波数特性においては、第１ルートの周波数特性が支配的または略全面的に現れ、そのほかのルート、特にシャワーヘッド（上部電極）５６側の高周波伝送路を含む第３ルートや第４ルートの周波数特性は殆ど現れない。

一方、図４に示すように、高周波伝送路インピーダンスの実抵抗成分（実数部）Ｒの周波数特性は、全体的に下に凸の緩やかなカーブを示し、その中で１３〜１４ＭＨｚ付近および８６〜８７ＭＨｚ付近に角（つの）状に上に突出するピークＲＰ_a，ＲＰ_bがそれぞれ現れている。実抵抗成分周波数特性におけるこの種のピークＲＰは第３または第４ルート内の並列共振に起因するものであることが分かっている。たとえば、図示の例の場合、ピークＲＰ_aは上部マッチングユニット７４内の回路構成または回路定数に応じて並列共振が起こるためであることが分かっている。また、ピークＲＰ_bはＲＦケーブル７２のケーブル長に応じて並列共振が起こるためであることが分かっている。並列共振時にはインピーダンスの実抵抗成分（実数部）が非常に高い値を示し、電極ギャップ空間Ｓを介して向かい側の電極（サセプタ１２）の裏側からもそれが見えるのである。

このように、第３または第４ルート内のシャワーヘッド（上部電極）５６よりも先（後方）の高周波伝送路上で並列共振が起こると、その並列共振が実抵抗成分Ｒの周波数特性に反映し、インピーダンス測定器８４側からはそれを角状のピークとして読み取ることができる。この点、インピーダンス絶対値Ｚの周波数特性（図３）においては、第３または第４ルート内の並列共振が殆ど反映されず、これを読み取ることは不可能である。

本発明者は、幾多の実験と鋭意な研究を重ねた結果、上記のような高周波伝送路インピーダンスの実抵抗成分Ｒの周波数特性の中で発現する角状ピークが、実質的に同一の設計で作られる複数の装置間の該高周波伝送路インピーダンス上の機差と深い関係があり、ひいては各装置のプロセス性能の良否を示す指標になり得るものであることを突き止めた。

一実施例（実験）として、本発明者は、図１の装置と同様の構成を有する１台のプラズマエッチング装置に同じ設計で作られた７台の上部マッチングユニット（７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ，７４Ｄ，７４Ｅ，７４Ｆ，７４Ｇ）を順番に取り付けて、各上部マッチングユニットを取り付けた該プラズマエッチング装置を個別の装置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇとみなし、各装置毎に図１に示すようなＶ_pp判定法の検査と図２に示すような本実施形態の実抵抗成分ピーク検査とを交互に実施した。図５〜図７にその実験結果を示す。

図５は、各装置Ａ〜Ｇにおいて取得された実抵抗成分周波数特性の中で１３〜１４ＭＨｚ付近に発現する角状ピークＲＰ_aの部分を同一周波数軸上に並べて対比したものである。図示のように、ピークが発現する周波数（ピーク周波数）で比較すると、装置Ａが最も高く、以下Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇの順に低くなっており、ばらつき（機差）が現れている。

図６は、各装置Ａ〜Ｇについて、Ｖ_pp判定法の検査で得られた下部ＲＦ電圧のＶ_pp測定値およびＶ_pp判定結果と、実施形態の実抵抗成分ピーク検査法で得られたピーク周波数との関係を一覧表で示したものである。図示のように、Ｖ_pp判定法によれば、装置Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，ＧのＶ_pp測定値はそれぞれ１８４９、１８５２、１８５１、１８５４、１８５１（ボルト）であり、いずれも１８４９〜１８５４（ボルト）の狭い範囲内に収まっているのに対して、装置Ａ，ＢのＶ_pp測定値はそれぞれ１２８３、１０５８（ボルト）と著しく（約半分程度に）低くなっており、プロセス性能に関して装置Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇは正常であり装置Ａ，Ｂは異常であるとの判定結果が導かれる。

一方、本実施形態の実抵抗成分ピーク検査法によれば、装置Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇのピーク周波数はそれぞれ１３．７、１３．６５、１３．６、１３．５５、１３．５（ＭＨｚ）であり、いずれも１３．７（ＭＨｚ）以下であるのに対して、装置Ａ，Ｂのピーク周波数はそれぞれ１３．９５、１３．７５（ＭＨｚ）であり、いずれも１３．７よりも高くなっている。つまり、Ｖ_pp判定法によりプロセス性能が正常（良好）であると判定された装置［Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ］とＶ_pp判定法によりプロセス性能が異常（不良）であると判定された装置［Ａ，Ｂ］とは、本実施形態の実抵抗成分ピーク検査法で読み取られるピーク周波数の軸上においても１３．７ＭＨｚ付近を境にして大小２組に分かれることがわかる。この二分化または組分けは、図７に示すピーク周波数−下部ＲＦ電圧Ｖ_ppのマッピングから一目瞭然に把握できる。

上記のような実験結果から次のような判定方法が帰結される。すなわち、装置Ａ〜Ｇと同じ設計で作られた他の装置（Ｈ，Ｉ，Ｊ，・・・）、より正確には上記上部マッチングユニット（７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ，７４Ｄ，７４Ｅ，７４Ｆ，７４Ｇ）と同じ設計で作られた他の上部マッチングユニット（７４Ｈ，７４Ｉ，７４Ｊ，・・・）を組み込んだ他の装置（Ｈ，Ｉ，Ｊ，・・・）については、Ｖ_pp判定法の検査を実施する必要はなく、本実施形態の実抵抗成分ピーク検査法で読み取られるピーク周波数からそのプロセス性能の良否を判定することが可能である。したがって、図８に示すように、たとえば装置Ｈについて実抵抗成分ピーク検査法で読み取られたピーク周波数が１３．８５ＭＨｚであった場合は、基準値（１３．７ＭＨｚ）よりも高いので、装置Ｈのプロセス性能は異常または不良であると判定することができる。また、たとえば装置Ｉについて実抵抗成分ピーク検査法で読み取られたピーク周波数が１３．５５ＭＨｚであった場合は、基準値（１３．７ＭＨｚ）よりも低いので、装置Ｈのプロセス性能は正常または良好であると判定することができる。

上記のようなデータ解析、判定基準および判定アルゴリズムは全て検査装置８２のプログラムに組み込むことができる。なお、良否判定の基準を得るために、Ｖ_pp判定法による検査結果のデータに代えて、実プロセス結果（たとえばエッチング速度、エッチング均一性、アスペクト比等）のデータを用いることも可能である。

本実施形態の実抵抗成分ピーク検査法においては、判定パラメータのピーク属性にピーク周波数に代えてピーク値を選び、ピーク値に基づいてプロセス性能の良否を判定することも可能である。すなわち、図５に示すように、正常（良好）な装置［Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ］と異常（不良）な装置［Ａ，Ｂ］とは、本実施形態の実抵抗成分ピーク検査法で読取可能なピーク値においても５．１（Ω）付近を境にして大小２組に分かれている。このことから、図８に示すように、たとえば装置Ｈについて実抵抗成分ピーク検査法で読み取られたピーク値が５．８Ωであった場合は、基準値（５．１Ω）よりも高いので、装置Ｈのプロセス性能は異常（不良）であると判定してよい。また、たとえば装置Ｉについて実抵抗成分ピーク検査法で読み取られたピーク値が４．５ボルトであった場合は、基準値（５．１Ω）よりも低いので、装置Ｈのプロセス性能は正常（良好）であると判定してよい。

さらには、判定パラメータのピーク属性としてピーク周波数およびピーク値の両方を選び、ピーク周波数およびピーク値の両面から上記と同様の判定アルゴリズムによってプロセス性能の良否を判定することも可能である。また、上記実施例では１３〜１４ＭＨｚ付近に発現する角状ピークＲＰ_aのみを扱ったが、他の周波数領域で発現する角状ピーク（たとえば図４のＲＰ_b）についても同様に判定パラメータとすることができる。

なお、検査装置８２よりプロセス性能が異常（不良）であるとの判定結果が出された場合は、再検査で正常（良好）の判定結果が出るように上記第３ルートまたは第４ルートの高周波伝送系統のインピーダンスを調整すればよく、たとえばマッチングユニット７４内の回路構成または回路定数を調整したり、あるいはＲＦケーブル７２のケーブル長等を調整すればよい。

上記実施形態は、サセプタ（下部電極）１２の裏側にインピーダンス測定器８４を接続して、向かい側のＲＦ電極であるシャワーヘッド（上部電極）５６側の高周波伝送路についてそのインピーダンス上の機差を実抵抗成分ピーク検査法でモニタするものであった。別の実施形態として、図示省略するが、シャワーヘッド（上部電極）５６の裏側にインピーダンス測定器８４を接続して、向かい側のＲＦ電極であるサセプタ（下部電極）１２側の高周波伝送路についてそのインピーダンス上の機差を上記と同様の実抵抗成分ピーク検査法でモニタしたり、プロセス性能上の良否判定を行うことも可能である。

本発明は、上記実施形態のような上部電極および下部電極のそれぞれに高周波を印加する上下部２周波重畳印加方式に限定されるものではなく、たとえば上部電極または下部電極の片方のみに１種類または２種類の高周波を印加する方式の容量結合型プラズマ処理装置にも適用可能である。

本発明は、プラズマエッチングに限定されず、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。

本発明の一実施形態における容量結合型プラズマエッチング装置の構成およびＶ_pp判定法の検査の実施方法を示す縦断面図である。 図１のプラズマエッチング装置において実施形態の実抵抗成分ピーク検査法の検査を実施する方法を示す図である。 実施形態の実抵抗成分ピーク検査法の中で取得可能なインピーダンス絶対値の周波数特性の一例を示す図である。 実施形態の実抵抗成分ピーク検査法によって取得されるインピーダンス実抵抗成分（実数部）の周波数特性の一例を示す図である。 実施例において複数の装置からそれぞれ検出された実抵抗成分の角状ピークを同一周波数軸上に並べて対比した図である。 実施例において、Ｖ_pp判定法の検査結果と実施形態の実抵抗成分ピーク検査結果とを照らし合わせるための一覧表である。 実施例におけるピーク周波数−下部ＲＦ電圧Ｖ_ppのマッピング図である。 実施形態の実抵抗成分ピーク検査法に基づいてプロセス性能の良否判定を行う例を示す図である。

符号の説明

１０ チャンバ（処理容器）
１２ サセプタ（下部電極）
１４ 絶縁性筒状支持部
２８ 第１の高周波電源
３０ ＲＦケーブル
３２ 下部マッチングユニット
３４ 下部給電棒
５６ シャワーヘッド（上部電極）
７０ 第２の高周波電源
７２ ＲＦケーブル
７４ 上部マッチングユニット
７６ 上部給電棒
８０ Ｖ_pp測定器
８２ 検査装置
８４ インピーダンス測定器
８６ プローブ（測定治具）

Claims (14)

1. 減圧可能な処理容器に非接地で取り付けられる第１の電極とこれと平行に向かい合う第２の電極との間に高周波を印加してプラズマ処理のためのプラズマを生成する容量結合型プラズマ処理装置のプロセス性能上の検査を行う方法であって、
   前記第１の電極の裏側から接地電位部までの高周波伝送路のインピーダンスを測定し、周波数を掃引して前記インピーダンスの実抵抗成分について周波数特性を取得する第１の工程と、
   前記実抵抗成分周波数特性の中に発現する角状のピークについてその所定の属性の値を読み取る第２の工程と、
   前記ピーク属性値を基に当該プラズマ処理装置についてプロセス性能の良否を判定する第３の工程と
   を有するプラズマ処理装置用のプロセス性能検査方法。
2. 前記ピーク属性は、前記ピークが発現する周波数である請求項１に記載の検査方法。
3. 前記ピーク属性は、前記ピークのピーク値である請求項１に記載の検査方法。
4. 当該プラズマ処理装置においてプラズマ処理が行われる時は、第１の高周波電源より第１の電気ケーブルおよび第１の整合回路を介して前記第１の電極に第１の高周波が供給される請求項１〜３のいずれか一項に記載の検査方法。
5. 前記第１の高周波電源をオフにして前記プロセス性能検査を行う請求項４に記載の検査方法。
6. 前記第２の電極が前記処理容器に非接地で取り付けられる請求項１〜５のいずれか一項に記載の検査方法。
7. 当該プラズマ処理装置においてプラズマ処理が行われる時は、第２の高周波電源より第２の電気ケーブルおよび第２の整合回路を介して前記第２の電極に第２の高周波が供給される請求項６に記載の検査方法。
8. 前記第２の高周波電源をオフにして前記プロセス性能検査を行う請求項７に記載の検査方法。
9. 当該プラズマ処理装置においてプラズマ処理が行われる時は、前記第１の電極に対して第１の高周波電源より第１の電気ケーブルおよび第１の整合回路を介して１３．５６ＭＨｚ以下の第１の高周波が供給されると同時に、前記第２の電極に対して第２の高周波電源より第２の電気ケーブルおよび第２の整合回路を介して１３．５６ＭＨｚよりも高い第２の高周波が供給される請求項６に記載の検査方法。
10. 前記第１および第２の高周波電源を共にオフにして前記プロセス性能検査を行う請求項９に記載の検査方法。
11. 前記第１の電極上に被処理基板が保持される請求項１０に記載の検査方法。
12. 前記プロセス性能検査を行うときは、前記第１の整合回路を取り外して、代わりに前記高周波伝送路のインピーダンスを測定するためのインピーダンス測定器を前記第１の電極の裏側に電気的に接続する請求項４，５または９のいずれか一項に記載の検査方法。
13. 実質的に同じ設計で作られたＮ（Ｎは２以上の整数）台のプラズマ処理装置について、前記第１および第２の工程を実施して、各装置における前記ピーク属性値を検出する第４の工程と、
    前記Ｎ台のプラズマ処理装置の各々について、プロセス状態またはプロセス結果を示すデータを基にプロセス性能の良否を判定する第５の工程と、
    前記第４の工程で得られた前記ピーク属性値と前記第５の工程で得られた前記良否判定の結果とを照らし合わせて、前記Ｎ台のプラズマ処理装置と実質的に同じ設計で作られた他のプラズマ処理装置について前記第３の工程の良否判定で用いるための基準値を設定する第６の工程と
    を有する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の検査方法。
14. 減圧可能な処理容器に非接地で取り付けられる第１の電極とこれと平行に向かい合う第２の電極との間に高周波を印加してプラズマ処理のためのプラズマを生成する容量結合型プラズマ処理装置のプロセス性能上の検査を行うプロセス性能検査装置であって、
    前記第１の電極の裏側から接地電位部までの高周波伝送路のインピーダンスを測定するためのインピーダンス測定器と、
    周波数を掃引しながら、前記インピーダンス測定器に前記高周波伝送路のインピーダンスを測定させ、前記インピーダンスの実抵抗成分の周波数特性を取得する実抵抗成分周波数特性取得部と、
    前記実抵抗成分周波数特性の中で発現する角状のピークについてその所定の属性の値を読み取るピーク読取部と、
    前記ピーク属性値を基に当該プラズマ処理装置についてプロセス性能の良否を判定する判定部と
    を有するプラズマ処理装置用のプロセス性能検査装置。

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