JP2013152968A - シリコンエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン基板の厚さ方向に孔を形成する際に好ましいエッチング条件をより簡易に探索することが可能なシリコンエッチング装置を提供する。
【解決手段】シリコン基板Ｓにエッチングを施すシリコンエッチング装置であって、エッチング時のパラメータを設定するパラメータ設定部としての制御部を有する制御装置と、真空槽１１内のプラズマの密度を計測する密度計測装置２０とを備える。制御装置は、さらに、密度計測装置２０の計測結果を記憶する記憶部を備える。そして、上記制御部は、ガス供給装置１２、排気装置１３、バイアス用高周波電源１５、昇降装置Ｈ、放電用高周波電源１７、及び電流供給装置１９、これら各パラメータ制御部を駆動してパラメータの設定値を順に変えるとともに、各設定値における計測結果を該設定値に対応づけて記憶部に記憶させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、プラズマエッチングによってシリコン基板をエッチングする装置に関する。

従来から、例えば特許文献１に記載のように、真空槽内に生成されたプラズマによってシリコン基板の厚さ方向に孔を形成するシリコンエッチング装置が知られている。こうしたシリコンエッチング装置においては、孔の形成に要する時間を短縮させるために高いエッチング速度が求められている。

特開２０１０−２１４４２号公報

ところで、プラズマエッチングにおけるエッチング速度とは、通常、エッチャントを生成するためのプラズマ源、プラズマの生成に用いられるガス種、真空槽の大きさ等に応じて変動するものである。そのためエッチング速度に影響する要素のいずれかが変わる度に、好ましいエッチング条件を探索するべく、プラズマ源における出力値やマスフローコントローラにおけるガス流量等、エッチング条件を構成する各種パラメータの設定値を変更してエッチング速度を確認するといった煩雑な作業が余儀なくされている。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的はシリコン基板の厚さ方向に孔を形成する際に好ましいエッチング条件をより簡易に探索することが可能なシリコンエッチング装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、シリコン基板にプラズマエッチングを施すシリコンエッチング装置であって、プラズマを生成するためのパラメータに複数の設定値を設定するパラメータ設定部と、前記パラメータの値を前記複数の設定値の各々に制御するパラメータ制御部と、前記複数の設定値の各々から得られるプラズマの密度を計測する密度計測部と、前記複数の設定値の各々におけるプラズマの密度を該設定値に対応づけて記憶する記憶部とを備えることをその要旨とする。

請求項１に記載のシリコンエッチング装置によれば、エッチング時におけるパラメータ値がパラメータ設定部及びパラメータ制御部によって複数の設定値の各々に変更されるとともに、該設定値におけるプラズマ密度が該設定値に対応づけられたかたちで記憶部に記憶される。ここで、シリコン基板のエッチングがプラズマによって進められる場合には、通常、プラズマ密度が高くなるほど、シリコン基板の厚さ方向に沿ったエッチングの速度が高くなる。上述した構成であれば、パラメータの設定値ごとのプラズマ密度が得られるようになるため、好適なエッチング速度が得られるエッチング条件、すなわちシリコン基板の厚さ方向に孔を形成する際に好ましいエッチング条件をより簡易に探索することが可能である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシリコンエッチング装置において、前記パラメータ設定部は、複数の異なるパラメータの各々の優先度に関する情報を取得し、前記優先度が相対的に低いパラメータの設定値を固定し、前記優先度が相対的に高いパラメータに複数の設定値を設定することをその要旨とする。

上述したパラメータがプラズマ密度に及ぼす影響の度合いとは、通常、パラメータごとに異なるものである。例えばエッチング時の圧力がプラズマ密度に及ぼす影響の度合いは、エッチング時のガス流量がプラズマ密度に及ぼす影響の度合いと異なるものである。この点、シリコン基板の厚さ方向に孔を形成する際に好ましいエッチング条件とは、より高いプラズマ密度が得られるエッチング条件であって、このようなエッチング条件とは、プラズマ密度に及ぼす影響の度合いが高いと推定されるパラメータについて最適化がなされたエッチング条件であると言える。

請求項２に記載の発明によれば、複数の異なるパラメータの各々に優先度が付与されるとともに、優先度の高いパラメータについて特にエッチング条件の探索が進められることになる。それゆえに、上述したエッチング条件の簡易な探索をより効果的に進めることが可能である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のシリコンエッチング装置において、前記パラメータ設定部は、複数の異なるパラメータ間におけるプラズマの密度に対する相関を取得し、相対的に相関が高い複数のパラメータの各々に複数の設定値を設定することを要旨とする。

複数のパラメータが設定されることによってプラズマが生成される系では、パラメータ間が高い相関を有してプラズマ密度に影響を及ぼすことも少なく無い。この点、シリコン基板の厚さ方向に孔を形成する際に好ましいエッチング条件とは、より高いプラズマ密度が得られるエッチング条件であって、このようなエッチング条件とは、高い相関を有してプラズマ密度に影響を及ぼすと推定されるパラメータ間について最適化がなされたエッチング条件であると言える。

請求項３に記載の発明によれば、複数の異なるパラメータ間のプラズマ密度に対する相関のうち、相対的に相関が高い複数のパラメータの各々について特にエッチング条件の探索が進められることになる。それゆえに、上述したエッチング条件の簡易な探索をより効果的に進めることが可能である。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリコンエッチング装置において、前記パラメータは、プラズマ源の出力、真空槽内の圧力、真空槽内の磁場強度、真空槽に供給されるガスの種類、及び前記シリコン基板の載置位置の少なくとも１つであることをその要旨とする。

エッチング時に真空槽内に形成されるプラズマの密度は、高周波電源等のプラズマ源の出力、真空槽内の圧力、及び真空槽内に形成される磁場の強度のそれぞれに相関することが知られている。また、これらパラメータのそれぞれにおいて、生成されるプラズマの密度が最大となる値があることも知られている。加えて、プラズマ生成に用いられるガスの種類によって、電離しやすさ等が異なることから、プラズマの密度もガス種に応じて異なることになる。さらに、真空槽内のプラズマの密度は、真空槽全体で均一ではなく、その高さ方向や幅方向においてばらつきを有してもいる。

そのため、請求項４に記載の発明のように、パラメータとして、上記プラズマ源の出力、真空槽内の圧力、磁場強度、供給ガス、及びシリコン基板の載置位置から少なくとも１つを選択すれば、該パラメータを変更することによってプラズマ密度を確実に変動させることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシリコンエッチング装置において、前記密度計測部は、真空槽内に生成される粒子の電気的特性、光学的特性、及び磁気的特性の少なくとも１つによって前記プラズマ密度を計測することをその要旨とする。

真空槽内のプラズマの密度が変化すると、これに応じたかたちで真空槽内に生成される粒子、例えば正イオン及び電子の数も変化する。そのため、正イオン全体あるいは電子全体の電気的特性、光学的特性、及び磁気的特性も上記数の変化に応じて変化する。

そこで、請求項５に記載のように、密度計測部が、上記正イオンや電子の電気的特性、光学的特性、及び磁気的特性の少なくとも１つによってプラズマ密度を計測するようにすれば、プラズマ密度の変化を精度よく計測することができる。

本発明を具体化した一実施の形態におけるシリコンエッチング装置の概略構成を示す概略構成図。 シリコンエッチング装置が有する制御装置の構成を示す図。 制御装置の記憶部に格納された装置設定データの構成を示すデータ構成図。 制御装置の記憶部に格納された計測条件データの構成を示すデータ構成図。 シリコンエッチング装置の表示部に表示された入力画面の一例を示す図。 シリコンエッチング装置の表示部に表示された出力画面の一例を示す図。

以下、本発明におけるシリコンエッチング装置の一実施の形態を、図１〜図６を参照して説明する。図１は、シリコンエッチング装置の概略構成を示しているとともに、図２は、シリコンエッチング装置が備える制御装置の構成を模式的に示している。

図１に示されるように、シリコンエッチング装置が備える真空槽１１には、エッチングに用いられる各種ガスを真空槽１１に供給するガス供給装置１２と、真空槽１１内を排気する排気装置１３とが接続されている。エッチングを実行するためのパラメータの一つであるガス流量（ｓｃｃｍ）は、ガス供給装置１２によって制御される。またパラメータの一つである真空槽１１内の圧力（Ｐａ）は、排気装置１３における単位時間当りの排気量によって制御される。

真空槽１１内には、シリコンエッチング装置の処理対象であるシリコン基板Ｓを載置する基板ステージ１４が設けられている。基板ステージ１４には、該基板ステージ１４を介してシリコン基板Ｓにバイアス電圧を印加するバイアス用高周波電源１５が接続されている。バイアス用高周波電源１５から、基板ステージ１４に高周波電圧が印加されると、真空槽１１内の電子がシリコン基板Ｓの上面に衝突してシリコン基板Ｓが負の電荷を有するようになる。そして上記パラメータの一つである基板バイアス電力（Ｗ）がバイアス用高周波電源１５によって設定値に基づき制御される。

基板ステージ１４には、該基板ステージ１４とこれに対向する真空槽１１の壁面との距離を変更する昇降装置Ｈが取り付けられている。昇降装置Ｈの駆動によって基板ステージ１４と上記壁面との距離が変更されることで、真空槽１１内におけるシリコン基板Ｓの載置位置が変更される。そして上記パラメータの一つである基板の高さ（ｃｍ）が、例えば昇降装置Ｈが有するステッピングモータのステップ数等として昇降装置Ｈによって設定値に基づき制御される。

真空槽１１の外周には、高周波アンテナ１６が例えば２回巻回されている。高周波アンテナ１６は、該高周波アンテナ１６を用いて真空槽１１内にプラズマを生成するプラズマ源である放電用高周波電源１７が接続されている。放電用高周波電源１７は、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を高周波アンテナ１６に供給することによって、真空槽１１内に供給された各種プロセスガスからプラズマを生成する。そして上記パラメータの一つであるアンテナパワーが、放電用高周波電源１７によって設定値に基づき制御される。

高周波アンテナ１６の外側には、真空槽１１内に所定の磁場を形成する例えば３段の磁場コイル１８が設けられている。磁場コイル１８が有する各コイルには、該各コイルに電流を供給する電流供給装置１９が接続されている。電流供給装置１９が磁場コイル１８に電流を供給することによって、磁場コイル１８が有する中段のコイルを含む平面上には、環状のゼロ磁場領域が形成される。そして上記パラメータの一つであるゼロ磁場位置（ＮＬＤ位置）が、電流供給装置１９によって設定値に基づき制御される。

真空槽１１内には、該真空槽１１内に生成されたプラズマの密度を計測する密度計測装置２０が配設されている。密度計測装置２０は、例えばプラズマ中の電子及び正イオンによって付与される電流と電圧との関係からプラズマの密度を計測するラングミュアプローブである。

図２に示されるように、エッチング時のプラズマ状態をエッチング条件に基づき制御する制御装置３０がシリコンエッチング装置に備えられている。制御装置３０には、真空槽１１内のプラズマの状態に寄与する上記各種のパラメータの設定値を設定する制御部３１が備えられている。同制御装置３０は、パラメータの各設定値にて生成されたプラズマの密度を、該設定値に対応付けて記憶する記憶部３２も有している。この制御装置３０は、上述した各パラメータを制御するパラメータ制御部の駆動、すなわちガス供給装置１２、排気装置１３、バイアス用高周波電源１５、昇降装置Ｈ、放電用高周波電源１７、及び電流供給装置１９の駆動を統括的に制御する。そして各パラメータ制御部は、制御部３１が設定した各種パラメータの設定値に基づき、パラメータの値を設定値に制御する。

なお、パラメータとしては、以下に列挙するものが含まれる。また、上記エッチング条件とは、以下のようなパラメータがそれぞれ所定の設定値とされることによって、真空槽１１内にプラズマが生成される条件のことである。

・ガス供給装置１２から供給されるガスの種類
・ガス供給装置１２から供給されるガスの単位流量（ｓｃｃｍ）
・真空槽１１内の圧力（Ｐａ）
・放電用高周波電源１７の出力値（Ｗ）
・基板ステージ１４と上記壁面との距離としての基板の高さ（ｃｍ）
・磁場コイル１８に供給される電流値によって変化するＮＬＤ位置
これらパラメータは、それぞれ真空槽１１内に生成されるプラズマ密度に与える影響が異なる。例えば、上記放電用高周波電源１７の出力値である高周波電力の大きさがプラズマ密度に与える影響は最も大きく、他方、基板ステージ１４の位置によって決まる基板位置がプラズマ密度に与える影響は最も小さい。

制御装置３０には、上記密度計測装置２０と、上記パラメータの設定値に関するデータが入力される入力部３３とが接続されている。入力部３３は、例えばタッチパネル式のディスプレイ等から構成される。

パラメータの設定値に関するデータとは、各パラメータ制御部の制御範囲における上限値及び下限値である。例えばガス供給装置１２が制御するガス流量、排気装置１３が制御する排気量、バイアス用高周波電源１５が制御する出力値、昇降装置Ｈが制御する基板の高さ、放電用高周波電源１７が制御する出力値、電流供給装置１９が制御する出力値、これらの制御範囲における上限値及び下限値である。

またパラメータの設定値に関するデータとは、エッチング条件の探索時において各種パラメータに対して設定される探索範囲の最大値、最小値、さらには最小値と最大値との間における測定点数を示すステップ等である。

そして密度計測装置２０が計測したプラズマ密度に対応する信号は、制御装置３０に入力された後、そのときのパラメータの設定値と対応付けられたかたちで記憶部３２に記憶される。また、入力部３３から制御装置３０に入力された設定値に関するデータは、制御部３１がパラメータの設定値を設定する際に制御部３１にて用いられる。

また、制御装置３０には、上記ガス供給装置１２、排気装置１３、バイアス用高周波電源１５、放電用高周波電源１７、電流供給装置１９、及び昇降装置Ｈが接続されている。また制御装置３０には、上記パラメータの設定値や上記密度計測装置２０によって計測されたプラズマ密度の測定結果を表示する出力部３４が接続されている。

そして制御部３１が各パラメータの設定値を設定すると、該制御部３１は設定値に応じた制御信号を各パラメータ制御部に出力する。各パラメータ制御部は、制御部３１から出力された制御信号に応じて、各パラメータの値を設定値に制御するとともに、該設定値に応じたプラズマを真空槽１１内に生成する。

上記シリコンエッチング装置では、真空槽１１内にシリコン基板Ｓが搬入されて、基板ステージ１４に載置されると、制御装置３０によって設定されるエッチング条件に応じて、ガス供給装置１２からエッチングに用いられるガスが供給される。その後、放電用高周波電源１７から高周波アンテナ１６に上記エッチング条件に応じた高周波電力が供給されることにより、真空槽１１内のガスからプラズマが生成される。

次いで、電流供給装置１９から磁場コイル１８に電流が供給されることによって、真空槽１１内のプラズマは、上記環状のゼロ磁場領域において、プラズマ密度が高くなるとともに、該ゼロ磁場領域からの距離が大きくなるに従ってプラズマ密度が低くなるような密度勾配を有するようになる。そして、バイアス用高周波電源１５から基板ステージ１４に高周波電力が供給されることによってシリコン基板Ｓにバイアス電圧が印加される。真空槽１１内の正イオンが、バイアス電圧によってシリコン基板Ｓの上面に引き込まれるとともに、真空槽１１内のラジカルがシリコン基板Ｓの上面に到達することによって、これら正イオン及びラジカルとシリコン基板Ｓの表面のシリコンとが反応してエッチングが進行する。

このようにしてシリコンエッチング装置にて実施されるエッチングの速度は、真空槽１１内にエッチャントを生成するための放電用高周波電源１７、プラズマの生成に用いられるガス種、真空槽１１の大きさ、あるいはシリコン基板Ｓの大きさ等が変更されることによって変動する。そのため、こうしたエッチング速度に影響する要素のいずれかが変わる度に、放電用高周波電源１７の出力、ガス供給装置１２から供給されるガスの単位流量、あるいは真空槽１１内の圧力等を含むエッチング条件を変更する必要がある。加えて、変更したエッチング条件毎に、シリコン基板Ｓに形成された孔の形状からエッチング速度を確認するといった煩雑な操作を実施することによって、より好ましいエッチング条件を探索することが余儀なくされている。

本願発明者らの鋭意研究によれば、シリコン基板Ｓのエッチング速度は、真空槽１１内に生成されるプラズマの密度によって大きく影響されるものであって、特に、プラズマ密度が高くなるほどエッチング速度が高くなるという傾向が認められた。それゆえに、シリコン基板Ｓをエッチングする際には、よりプラズマ密度が高くなるような条件を探索し、その条件によってシリコン基板Ｓのエッチングを行うようにしさえすれば、より高いエッチング速度を得ることができると推定される。

そこで、本実施の形態においては、シリコンエッチング装置を用いてエッチング処理をはじめて実施するときや、シリコンエッチング装置の構成、例えば、上記放電用高周波電源１７、高周波アンテナ１６、磁場コイル１８、及び電流供給装置１９の仕様が変更されたとき等には、プラズマ密度がより高くなるようなエッチング条件を探索することによって、より好適なエッチング条件を探索するようにしている。なお、エッチング条件の探索は、上述のようにシリコンエッチング装置における初回のエッチング処理の実施時や、同シリコンエッチング装置の構成が変更されたときに限らず、例えばシリコンエッチング装置の利用者が任意のタイミングにて実施することも可能である。

上記制御装置３０の記憶部３２には、例えば図３に示されるように、上記エッチング条件の探索に用いられる各種データが予め記憶されている。図３は、記憶部３２に記憶された装置設定データＤｃｆの内容を模式的に示している。同図３に示されるように、装置設定データＤｃｆには、基板データ３２ａ、プロセスガスデータ３２ｂ、ＲＦデータ３２ｃ、及びＮＬＤデータ３２ｄ、履歴データ３２ｅ、及び計測条件データ３２ｆが記憶されている。

基板データ３２ａには、シリコンエッチング装置にて処理可能なシリコン基板Ｓの大きさを示すデータが含まれている。具体的には、直径６インチ、直径８インチ、及び直径１２インチ等のデータが含まれている。なお、一般に、処理可能なシリコン基板Ｓが大きくなるほど、プラズマが生成される空間である真空槽１１もより容積の大きなものに変更される。それゆえに、基板データ３２ａが示すデータとは、プラズマが生成される空間の容積を示すデータとして取り扱うことが可能である。

プロセスガスデータ３２ｂには、シリコン基板Ｓのエッチングに使用可能なガス種に関するデータであって、臭化水素（ＨＢｒ）、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、酸素（Ｏ_２）等のガス種名が含まれている。また、単位時間あたりに供給可能なプロセスガスの流量における下限値及び上限値もこのプロセスガスデータ３２ｂに含まれている。

ＲＦデータ３２ｃには、放電用高周波電源１７から出力される高周波電力の周波数と、各周波数に対応付けられた高周波電力の下限値及び上限値等が含まれている。
ＮＬＤデータ３２ｄには、電流供給装置１９から磁場コイル１８に供給される電流値の下限値及び上限値、並びに、上段コイルと下段コイルとに供給される電流値に対する中段コイルに供給される電流値との比等が含まれている。

履歴データ３２ｅには、シリコンエッチング装置そのものの仕様や各種パラメータ制御部の仕様を示すデータであって、今回のエッチング条件の探索にあたり、前回のエッチング条件の探索から変更されたパラメータ制御部の仕様が格納されている。例えば、前回のエッチング条件の探索が直径８インチのシリコン基板Ｓを用いて実施されたことに対し、今回のエッチング条件の探索が直径１２インチのシリコン基板Ｓを用いて実施されるのであれば、シリコン基板Ｓの大きさが８インチから１２インチに変更された旨のデータが格納されている。また前回のエッチング条件の探索が１３．５６ＭＨｚの高周波電力を用いて実施されたことに対し、今回のエッチング条件の探索が２ＧＨｚの高周波電力を用いて実施されるのであれば、放電用高周波電源１７の周波数が１３．５６ＭＨｚから２ＧＨｚに変更された旨のデータが格納されている。

計測条件データ３２ｆには、図４に示されるように、中心条件データ３２ｇ、探索条件データ３２ｈ、相関データ３２ｉが含まれている。
中心条件データ３２ｇとは、入力部３３に入力された設定値に関するデータに基づき生成されるデータであって、各種パラメータの初期値を示すとともに、エッチング条件を探索する際に初期条件として用いられるデータである。中心条件データ３２ｇにて規定される各種パラメータとは、シリコン基板Ｓのサイズ（インチ）、プロセスガスの単位流量（ｓｃｃｍ）、放電用高周波電源１７の出力電力（Ｗ）、ＮＬＤ位置を定める電流供給装置１９の電流値（Ａ）、シリコン基板Ｓの表面と、これに対向する真空槽１１の壁面との距離としての基板の高さ（ｃｍ）、エッチング時間（分）、及び真空槽１１内の圧力値（Ｐａ）等である。中心条件データ３２ｇにて規定される各種パラメータの値とは、例えば各種パラメータの上限値と下限値との中間の値である中間値、あるいはシリコンエッチング装置の利用者によって任意に選択された値である。

探索条件データ３２ｈとは、上述した設定値に関するデータに基づき生成されるデータであって、エッチング条件の探索時に設定値が変更されるパラメータと、該パラメータの最小値、最大値、ステップとからなるデータである。探索条件データ３２ｈにて規定されるパラメータとは、今回の探索において変更されているパラメータ制御部に対応したパラメータ、あるいはシリコンエッチング装置の利用者によって任意に選択されるパラメータである。探索条件データ３２ｈにて規定される各種パラメータの最小値、最大値、ステップとは、シリコンエッチング装置の利用者によって入力部３３に入力された値、あるいは各種パラメータの上限値、下限値等である。

探索条件データ３２ｈにて規定されたパラメータは、その最小値から最大値まで段階的に変更されて、各設定値に対応するプラズマ密度を記憶するときのパラメータとして用いられる。上述した探索条件データ３２ｈによれば、利用者によって該パラメータを選択することが可能である他、今回の探索において変更されているパラメータ制御部に対応したパラメータを優先的に選択することも可能である。

一方、上述のような探索対象となるパラメータとしては、全てのパラメータのうち、プラズマ密度に与える影響の大きいパラメータが選択されるようにしてもよい。すなわち、プラズマ密度に与える影響が相対的に大きいもの程、エッチング条件の探索時に選択されるパラメータとして優先度を高くし、一方、相対的に影響が小さいもの程、該優先度を低くするようにする。そして、プラズマ条件の探索時においては、優先度が相対的に高いものについて、設定値を順に変える、言い換えれば段階的に変えるとともに、優先度が相対的に低いものについては、設定値を初期値に固定するようにすればよい。

他方、計測条件データ３２ｆに含まれる相関データ３２ｉとは、各パラメータと、他のパラメータとの相関の高さを示すデータである。例えばシリコン基板Ｓのサイズに対しては、シリコン基板Ｓのサイズと、ガス種、放電用高周波電源１７の出力値、電流供給装置１９の出力電流値、シリコン基板Ｓの載置位置、及び真空槽１１内の圧力の各々との相関が予め設定されている。なお、この相関とは、シリコンエッチング装置を用いてプラズマを生成させたときに、あるパラメータとそれ以外のパラメータとがどの程度相関するかを主成分分析等の統計処理によって算出したものである。また、こうした相関に関するデータは、各パラメータに対する相関性算出テーブルのかたちで記憶されるようにしてもよい。例えば、プロセスガスの種類と真空槽１１内の圧力とは相関が高い一方、プロセスガスの種類と電流供給装置の出力電流値とは相関が低い。

また例えば、エッチング条件の探索に際して選択された１つのパラメータに対して相関が最も高いパラメータについても、同時に用いるべきである。なお、同時に調査するパラメータとしては、１つに限らず、２つあるいは３つ等であってもよい。

図５は、シリコンエッチング装置が有する表示画面３３ａに表示される上記探索条件データ３２ｈに基づく探索条件設定画面の一例を示している。なお、図５に示される探索条件設定画面では、今回のエッチング条件の探索に際して、ガス供給装置１２におけるガス種が、臭化水素ガス、六フッ化硫黄ガス、及び酸素ガスに変更されて、該変更に基づき探索条件データ３２ｈが生成された場合を例示している。

制御装置３０を構成する制御部３１は、今回のエッチング条件の探索にあたり、まず履歴データ３２ｅに基づき、探索対象となるパラメータとして、臭化水素ガスの流量、六フッ化硫黄ガスの流量、及び酸素ガスの流量を選択するべきであると判断する。次いで、相関データ３２ｉに基づき、ガス流量とそれ以外の他のパラメータとの間のプラズマ密度に対する相関のうち、相対的に相関が高いパラメータが圧力であると判断する。これにより、制御装置３０を構成する制御部３１は、今回のエッチング条件の探索にあたり、探索対象となるパラメータとして、臭化水素ガスの流量、六フッ化硫黄ガスの流量、酸素ガスの流量、及び圧力を選択する。

探索対象となるパラメータが選択されると、制御部３１は、装置設定データＤｃｆに基づき、各ガス流量の制御範囲を探索範囲として暫定的に取り扱う。次いで制御装置３０は、各ガス流量の最大値を示す欄に上限値、最小値を示す欄に下限値が表示された探索条件設定画面を出力部３４に出力させる。そして探索条件設定画面が表示されると、制御装置３０は、各ガス流量の最大値及び最小値が変更されることを含め、各ガス流量及び圧力について、最大値、最小値、及び変更量が入力されるまで待機する。

探索条件設定画面において各ガス流量、圧力の最大値、最小値、及び変更量が入力されると、図５に示されるように、探索条件設定画面では、各パラメータが、その最大値及び最小値とともに、これら最大値と最小値とによって規定される探索範囲において設定されるステップに応じた変更量が対応付けられたかたちで、上記入力部３３の表示画面３３ａに表示される。そして制御装置３０は、これら最大値、最小値、及び変更量に基づいて、探索条件データ３２ｈを生成した後、該探索条件データ３２ｈと中心条件データ３２ｇとに基づくプラズマを真空槽１１内に生成する。

つまり、探索対象となるパラメータを除く他のパラメータの値が初期値に固定されるとともに、探索対象となるパラメータが最小値から最大値へ段階的に変更された複数のエッチング条件の各々について、該エッチング条件に応じたプラズマが真空槽１１内に生成される。

図６は、先の図５に示される各パラメータのうち、真空槽１１内の圧力が、プラズマ密度の最大値、言い換えればエッチング速度の最大値を探索するためのパラメータとして選択されたときに、上記出力部３４に表示される出力画面３４ａの一例である。なお、圧力以外のパラメータについては、上記初期値に設定されているものとする。同図６に示されるように、圧力の最小値Ｐｍｉｎである１Ｐａから最大値である１００Ｐａまでの範囲において、圧力の設定値毎の変更量Ｐｓｐを１０Ｐａとするとき、圧力が略４０Ｐａであるときにプラズマ密度が最大となる。つまり、４０Ｐａ近傍の圧力にてエッチング処理を実施すると、シリコン基板Ｓのエッチング速度が略最大となる。

以上説明したように、本実施の形態のシリコンエッチング装置によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）エッチング時におけるパラメータの設定値が制御装置３０の制御部３１によって順に変更されるとともに、該設定値におけるプラズマ密度が該設定値に対応づけられたかたちで同制御装置３０の記憶部３２に記憶するようにした。これにより、パラメータの設定値毎のプラズマ密度が得られるようになるため、好適なエッチング速度が得られるエッチング条件、すなわちシリコン基板の厚さ方向に孔を形成する際に好ましいエッチング条件をより簡易に探索することが可能である。

（２）複数の異なるパラメータの各々に優先度を付与するとともに、優先度の高いパラメータについて特にエッチング条件の探索を進めるようにした。それゆえに、上述したエッチング条件の簡易な探索をより効果的に進めることが可能である。

（３）複数の異なるパラメータ間のプラズマ密度に対する相関のうち、相対的に相関が高い複数のパラメータの各々について特にエッチング条件の探索を進めるようにした。それゆえに、上述したエッチング条件の簡易な探索をより効果的に進めることが可能である。

（４）パラメータとして、放電用高周波電源１７の出力、真空槽１１内の圧力、磁場強度としての電流供給装置１９からの出力電流値、ガス供給装置１２から供給されるガスの種類、及びシリコン基板Ｓの載置位置から少なくとも１つを選択するようにした。これにより、該パラメータを変更することによってプラズマ密度を確実に変動させることができる。

（５）密度計測装置２０を、上記正イオンや電子の電気的特性を用いてプラズマ密度を計測するようラングミュアプローブとした。これにより、プラズマ密度の変化を精度よく計測することができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように適宜変更して実施することができる。
・密度計測装置２０としては、プラズマ中の粒子の電気的特性によってプラズマ密度を測定するラングミュアプローブに限らず、プラズマの光学的特性によってプラズマ密度を測定する発光分光を採用することもできる。また、プラズマの高周波特性によってプラズマ密度を測定するプラズマ吸収プローブや、粒子計測によってプラズマ密度を測定するプラズマ振動法、あるいはレーザを利用する分光法によってプラズマ密度を測定するレーザ誘起蛍光法を用いるようにしてもよい。

・選択されたパラメータと他のパラメータとの相関を取得するとともに、相対的に相関が高いパラメータについてもその設定値を変更し、プラズマ密度の変動を記憶するようにした。これに限らず、上記相関を取得せず、１つのパラメータについてのみプラズマ密度の変動を記憶するようにしてもよい。また、パラメータ設定部を構成する制御部３１が探索対象として選択するパラメータが、パラメータ間の相関やパラメータ制御部の仕様変更等にかかわらず、予めガス流量や圧力等に固定された構成であってもよい。

・複数のパラメータから探索対象を選択する際に利用される優先度とは、パラメータ制御部の仕様変更やパラメータ間の相関に限られず、パラメータの制御範囲やランニングコスト等に基づき設定される構成であってもよい。例えば制御範囲の広いパラメータの優先度を高くする構成であれば、エッチング条件そのものの探索範囲を広げることが可能である。またパラメータの優先度を決定することなく、シリコンエッチング装置の利用者が、任意のパラメータを選択して、これの設定値を順に変えるとともに、そのときのプラズマ密度を記憶するようにしてもよい。

・パラメータは、放電用高周波電源１７の出力電力、真空槽１１内の圧力、電流供給装置１９の出力電流値、真空槽１１に供給されるガスの種類、及びシリコン基板Ｓの載置位置が含まれるようにした。これら以外にも、上述のように、例えばプロセスガスの単位流量や、シリコン基板Ｓのサイズ等、プラズマ密度を決定する一因となるものであれば、パラメータとして採用することができる。

１１…真空槽、１２…ガス供給装置、１３…排気装置、１４…基板ステージ、１５…バイアス用高周波電源、１６…高周波アンテナ、１７…放電用高周波電源、１８…磁場コイル、１９…電流供給装置、２０…密度計測部としての密度計測装置、３０…制御装置、３１…制御部、３２…記憶部、３２ａ…基板データ、３２ｂ…プロセスガスデータ、３２ｃ…ＲＦデータ、３２ｄ…ＮＬＤデータ、３２ｅ…履歴データ、３２ｆ…計測条件データ、３２ｇ…中心条件データ、３２ｈ…探索条件データ、３２ｉ…相関データ、３３…入力部、３３ａ…表示画面、３４…出力部、３４ａ…出力画面、Ｈ…昇降装置、Ｓ…シリコン基板。

Claims (5)

1. シリコン基板にプラズマエッチングを施すシリコンエッチング装置であって、
   プラズマを生成するためのパラメータに複数の設定値を設定するパラメータ設定部と、
   前記パラメータの値を前記複数の設定値の各々に制御するパラメータ制御部と、
   前記複数の設定値の各々から得られるプラズマの密度を計測する密度計測部と、
   前記複数の設定値の各々におけるプラズマの密度を該設定値に対応づけて記憶する記憶部とを備えるシリコンエッチング装置。
2. 請求項１に記載のシリコンエッチング装置において、
   前記パラメータ設定部は、
   複数の異なるパラメータの各々の優先度に関する情報を取得し、
   前記優先度が相対的に低いパラメータの設定値を固定し、
   前記優先度が相対的に高いパラメータに複数の設定値を設定する
   ことを特徴とするシリコンエッチング装置。
3. 請求項２に記載のシリコンエッチング装置において、
   前記パラメータ設定部は、
   複数の異なるパラメータ間におけるプラズマの密度に対する相関を取得し、
   相対的に相関が高い複数のパラメータの各々に複数の設定値を設定する
   ことを特徴とするシリコンエッチング装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリコンエッチング装置において、
   前記パラメータは、
   プラズマ源の出力、真空槽内の圧力、真空槽内の磁場強度、真空槽に供給されるガスの種類、及び前記シリコン基板の載置位置の少なくとも１つである
   ことを特徴とするシリコンエッチング装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のシリコンエッチング装置において、
   前記密度計測部は、
   真空槽内に生成される粒子の電気的特性、光学的特性、及び磁気的特性の少なくとも１つによって前記プラズマの密度を計測する
   ことを特徴とするシリコンエッチング装置。