JP2022068031A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】排気空間を共通にする複数の処理室にて処理する基板の枚数によらず、均質な基板処理を行う。【解決手段】複数のプラズマ処理室と、前記複数のプラズマ処理室の各々にプラズマ処理用のガスを供給する処理ガス供給ラインと、前記複数のプラズマ処理室の各々に添加ガスを供給する第１の添加ガス供給ラインと、前記複数のプラズマ処理室が共有する排気空間と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数のプラズマ処理室の中で基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理室で構成された第１のプラズマ処理室群、及び前記複数のプラズマ処理室の中で基板に対してプラズマ処理を行わないプラズマ処理室で構成された第２のプラズマ処理室群、を特定する処理を実行し、前記第１の添加ガス供給ラインから前記添加ガスを前記第２のプラズマ処理室群に属するプラズマ処理室に供給する処理を実行する、プラズマ処理装置が提供される。【選択図】図１

Description

本開示は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
例えば、特許文献１は、複数の半導体ウェハを同時に処理可能なバッチ型の処理装置を提案する。
特開２０１９－１０２６８０号公報
本開示は、排気空間を共通にする複数の処理室にて処理する基板の枚数によらず、均質な基板処理を行うことができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。
本開示の一の態様によれば、複数の処理室を有するチャンバと、前記複数の処理室の各々にプラズマ処理用のガスを供給する処理ガス供給ラインと、前記複数の処理室の各々に添加ガスを供給する第１の添加ガス供給ラインと、前記複数のチャンバが共有する排気空間と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数の処理室の中で基板に対してプラズマ処理を行う処理室で構成された第１の処理室群、及び前記複数の処理室の中で基板に対してプラズマ処理を行わない処理室で構成された第２の処理室群、を特定する処理を実行し、前記第１の添加ガス供給ラインから前記添加ガスを前記第２の処理室群に属する処理室に供給する処理を実行する、プラズマ処理装置が提供される。
一の側面によれば、排気空間を共通にする複数の処理室にて処理する基板の枚数によらず、均質な基板処理を行うことができる。
実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図である。 実施形態に係る複数の処理室と排気空間の一例を示す図である。 処理枚数によるエッチングレートの実験結果の一例を示す図である。 処理枚数によるエッチングレートの実験結果の一例を示す図である。 実施形態に係るプラズマ処理方法の実施例１を示すフローチャートである。 実施形態に係るプラズマ処理方法の実施例２を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
［プラズマ処理装置］
実施形態に係るプラズマ処理装置１について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例を示す断面模式図である。図２は、実施形態に係る複数の処理室と排気空間の一例を示す図である。
図１のプラズマ処理装置１は、複数の基板（例えば、半導体ウェハ）を同時にプラズマ処理可能な装置の一例である。プラズマ処理装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ１０を有している。チャンバ１０は、接地されている。
チャンバ１０の内部は、図２に示す円筒形のデポシールド４１、４２、４３、４４と基板Ｗを載置するステージ１１、１２、１３、１４とにより４つの処理室Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に隔離されている。ステージ１１の載置面１１ａ、ステージ１２の載置面１２ａ、ステージ１３の載置面１３ａ、及びステージ１４の載置面１４ａに基板Ｗが載置され得る。基板処理時、載置面１１ａ～１４ａのすべてに４枚の基板Ｗが載置されてもよいし、載置面１１ａ～１４ａの少なくともいずれかに４枚未満の基板Ｗが載置されてもよい。
円筒形のデポシールド４１～４４は隣接し、その中央に排気空間ＥＸを有する。複数の処理室Ｓ１～Ｓ４は、排気空間ＥＸを共有にする。すなわち、処理室Ｓ１～Ｓ４は、排気空間ＥＸを介して互いに連通し、処理室Ｓ１～Ｓ４内のガスは、排気空間ＥＸを通って排気される。
図１の例では、４つの処理室のうちの２つの処理室Ｓ１、Ｓ２が、円筒形のチャンバ１０の側壁及び中心壁２９を覆うデポシールド４１、４２により形成されている。４つの処理室は、４枚の基板Ｗを同時に処理可能である。ただし、処理室の数は、４つに限らない。２つの処理室Ｓ１、Ｓ２及び残りの２つの処理室は、同一構造及び同一機能を有する。よって、２つの処理室Ｓ１、Ｓ２の構成を主に説明し、残りの２つの処理室の構成については説明を省略することがある。
チャンバ１０の処理室Ｓ１、Ｓ２の天壁下の空間１０１、１０２には、ステージ１１、１２と対向してプラズマ処理用のガス（以下、「処理ガス」ともいう。）をチャンバ１０内に導入するためのガスシャワーヘッド２４、２３が設けられている。ガスシャワーヘッド２４、２３には、ガス導入口３１、３３に接続された処理ガス供給ライン４から処理ガスが供給される。処理ガス供給ライン４は、複数の処理室の各々に処理ガスを供給する。
処理ガス供給ライン４は、処理ガス供給部２に接続され、処理ガス供給部２から処理ガス供給ライン４に処理ガスを導入する。処理ガスは、分岐器３により分流し、ガスシャワーヘッド２３、２４の下面に設けられた多数のガス吐出孔２３ａ、２４ａから処理室Ｓ１、Ｓ２内にシャワー状に導入される。なお、図１では図示されていないが、処理ガスは、分岐器３により分流し、処理室Ｓ３、Ｓ４にも導入可能である。
処理ガス供給ライン４には、分岐器３の上流側にバルブＶ１が接続され、分岐器３の下流側にバルブＶ２、Ｖ５が接続されている。処理ガス供給ライン４には、分岐器３と処理室Ｓ３、Ｓ４のガス導入口との間にも図示しないバルブが接続されている。バルブＶ１は分岐前の処理ガスの供給及び停止を制御し、バルブＶ２、Ｖ５等は、分岐後、処理室Ｓ１～Ｓ４へ供給する処理ガスの供給及び停止をそれぞれ制御する。更に、処理ガス供給ライン４には、分岐器３の上流側に図示しない流量制御器（ＭＦＣ）が接続され、処理ガス供給部２からの処理ガスの流量を制御する。
加えて、ガスシャワーヘッド２４、２３には、ガス導入口３２、３４に接続された第１の添加ガス供給ライン７から添加ガスが供給され得る。第１の添加ガス供給ライン７は、複数の処理室の各々に添加ガスを供給することができる。
第１の添加ガス供給ライン７は、第１の添加ガス供給部５に接続され、第１の添加ガス供給部５から第１の添加ガス供給ライン７に添加ガスを導入する。添加ガスは、分岐器６により分流し、ガスシャワーヘッド２３、２４の下面に設けられた多数のガス吐出孔２３ａ、２４ａから処理室Ｓ１、Ｓ２内にシャワー状に導入される。なお、図１では省略しているが、添加ガスは、分岐器６により分流し、処理室Ｓ３、Ｓ４にも導入可能である。
第１の添加ガス供給ライン７には、分岐器６の上流側にバルブＶ３が接続され、分岐器６の下流側にバルブＶ４、Ｖ６が接続されている。第１の添加ガス供給ライン７には、分岐器６と処理室Ｓ３、Ｓ４のガス導入口との間にも図示しないバルブが接続されている。バルブＶ３は分岐前の添加ガスの供給及び停止を制御し、バルブＶ４、Ｖ６等は、分岐後、処理室Ｓ１～Ｓ４へ供給する添加ガスの供給及び停止をそれぞれ制御する。更に、第１の添加ガス供給ライン７には、分岐器６の上流側に図示しない流量制御器（ＭＦＣ）が接続され、第１の添加ガス供給部５からの添加ガスの流量を制御する。これにより、処理室Ｓ１～Ｓ４のそれぞれに所定流量の添加ガスが供給される。
排気空間ＥＸには、第２の添加ガス供給ライン９から添加ガスが供給される。第２の添加ガス供給ライン９は、第２の添加ガス供給部８に接続され、第２の添加ガス供給部８から第２の添加ガス供給ライン９に添加ガスを導入し、排気空間ＥＸに直接添加ガスを供給する。第２の添加ガス供給ライン９には、バルブＶ７が接続され、バルブＶ７は排気空間ＥＸに供給する添加ガスの供給及び停止を制御する。更に、第２の添加ガス供給ライン９には、図示しない流量制御器（ＭＦＣ）が接続され、第２の添加ガス供給部８からの添加ガスの流量を制御する。これにより、バッフルプレート２１、２２の下の排気空間ＥＸに所定流量の添加ガスが供給される。
ただし、添加ガスを供給するガスラインは、第１の添加ガス供給ライン７及び第２の添加ガス供給ライン９の少なくともいずれかを有していればよい。
ステージ１１、１２には、給電棒２７、２６が接続され、更に図示しないマッチング回路を介してＲＦ電源１５及びＲＦ電源１６が接続されている。ＲＦ電源１５及びＲＦ電源１６からステージ１１、１２にそれぞれ高周波電力ＨＦを供給することにより、処理室Ｓ１、Ｓ２内に処理ガスのプラズマが生成され、プラズマにより基板Ｗに対してエッチング等の処理が施される。
なお、ＲＦ電源１５及びＲＦ電源１６は、所定の高周波電力ＨＦを下部電極として機能するステージ１１、１２にそれぞれ印加してもよいし、上部電極として機能するガスシャワーヘッド２３、２４に印加してもよい。
ＲＦ電源１５は、ＨＦ電源１５ａを有し、更にバイアス電圧用のＬＦ電源１５ｂを有している。ただし、ＲＦ電源１５は、ＬＦ電源１５ｂを有さなくてもよい。ＲＦ電源１６は、プラズマ生成用のＨＦ電源１６ａを有し、更にバイアス電圧用のＬＦ電源１６ｂを有している。ただし、ＲＦ電源１６は、ＬＦ電源１６ｂを有さなくてもよい。ＨＦ電源１５ａからプラズマ生成用の高周波電力ＨＦを出力する。ＬＦ電源１５ｂからバイアス電圧用の高周波電力ＬＦを出力する。同様に、ＨＦ電源１６ａからプラズマ生成用の高周波電力ＨＦを出力する。ＬＦ電源１６ｂからバイアス電圧用の高周波電力ＬＦを出力する。ＬＦ電源１５ｂ及びＬＦ電源１６ｂから出力する高周波電力ＬＦの周波数は、ＨＦ電源１５ａ及びＨＦ電源１６ａから出力する高周波電力ＨＦの周波数よりも低い。
チャンバ１０の側壁には、基板Ｗを外部から搬入出するための搬入出口２８が設けられている。また、複数の処理室を隔離する中心壁２９には、処理室間で基板Ｗを搬入出するための搬入出口３５が設けられている。ステージ１１、１２の下方には大気空間が形成され、ＲＦ電源１５、１６や給電棒２７、２６を配置したり、基板Ｗの温調用の冷却ガスの配管や冷媒用の配管を配置したりする。
チャンバ１０の側壁とステージ１１，１２との間には、円環状のバッフルプレート２１，２２が設けられている。バッフルプレート２１，２２は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜（酸化イットリウムなどの膜）を形成することにより構成される。バッフルプレート２１，２２には、複数の貫通孔が形成されている。
バッフルプレート２１，２２の下方には、基板Ｗよりも外周側にて周方向に環状の排気空間１７、１８が形成されている。排気空間１７、１８は、チャンバ１０の底部中央にて、処理室Ｓ１、Ｓ２を含む４つの処理室に共通の排気空間ＥＸを形成する。
そして、バッフルプレート２１，２２の下方、且つ、チャンバ１０の中央の底部には、排気空間ＥＸに繋がる排気口が設けられている。排気口には、ＡＰＣ（Adaptive Pressure Control）１９を介して排気装置２０が接続されている。排気装置２０は、複数の処理室Ｓ１～Ｓ４に共通の排気装置であり、ドライポンプ及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを含む。
ＡＰＣ１９は、調整弁の制御により圧力の制御が可能なコントローラである。排気装置２０は、例えば、ドライポンプにより排気空間ＥＸを介してチャンバ１０内を粗引きした後、ターボ分子ポンプによりチャンバ１０内を真空引きする。ＡＰＣ１９及び排気装置２０は、排気空間ＥＸに連通する排気部の一例である。排気部は、ＡＰＣ１９を含まなくてもよい。排気装置２０は排気空間ＥＸを介して処理室Ｓ１、Ｓ２を含む４つの処理室内の排気を行う。
制御部５０は、プラズマ処理装置１の動作を統括して制御する。制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリとを有している。ＣＰＵは、メモリに格納されたレシピに従って、基板Ｗにエッチング等の所定の処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、チャンバ内温度（上部電極温度、チャンバの側壁温度、基板Ｗ温度、静電チャック温度等）、冷媒の設定温度などが設定されている。なお、これらのプログラムやプロセス条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
［エッチングレートの偏り］
図１のプラズマ処理装置１において、処理ガスを供給し、処理室Ｓ１～Ｓ４にて４枚の基板Ｗを同時にエッチングしたときと、４枚未満の基板Ｗを同時にエッチングしたときとでは基板Ｗ上の膜のエッチングレート等のエッチング特性が変化する。このとき、第１の添加ガス供給ライン７及び第２の添加ガス供給ライン９から添加ガスは供給していない。
図２に示すように、プラズマ空間は、デポシールド４１～４４によりステージ１１～１４上の４つの空間（処理室Ｓ１～Ｓ４）に分かれている。これをガスの排気空間ＥＸ側から見ると、処理室Ｓ１～Ｓ４の排気系は共通した一つのガス空間となり、４つの処理室Ｓ１～Ｓ４内のガスを、中央の一つのガス空間から一つの排気装置２０により排気する構造となっている。このため、４つの処理室Ｓ１～Ｓ４から中央の排気空間ＥＸに向かうガスの流れができる。
この結果、４枚の基板Ｗを同時にエッチングした場合と、４枚未満の基板Ｗを同時にエッチングした場合とでは基板Ｗに施されるエッチングの特性が変わってしまうと考えられる。
図３は、処理ガスを供給し、添加ガスを供給しない条件で、基板Ｗの処理枚数によるエッチングレートの実験結果の一例を示す図である。本実験では、酸素ガスを処理ガスとして供給し、各ステージにＲＦ電源からプラズマ生成用の高周波電力ＨＦと、バイアス電圧用の高周波電力ＬＦとを印加して、基板Ｗ上のレジスト膜を酸素ガスのプラズマでエッチングした。高周波電力ＨＦとしては、周波数が１００ＭＨｚ、パワーが１６００Ｗの高周波の連続波を出力した。高周波電力ＬＦとしては、周波数が１３ＭＨｚ、パワーが１００Ｗの高周波の連続波を出力した。
図３（ａ）の上図は、ステージ１１～１４にレジスト膜ＰＲが形成された基板Ｗを載置し、４枚の基板Ｗを酸素ガスのプラズマによりエッチングした場合を示す。図３（ａ）の下図は、図３（ａ）の上図の状態で実験した結果、４枚処理した基板Ｗのうちのステージ１３の基板Ｗのレジスト膜ＰＲのエッチングレートの等高線及びエッチングレートの高低を示す。これによれば、４枚の基板Ｗを同時にエッチングした場合、エッチングレートの等高線は、同心円状になり、基板Ｗ上のエッチングレートの分布に偏りは生じなかった。
図３（ｂ）の上図は、ステージ１２、１３にレジスト膜ＰＲが形成された基板Ｗを載置し、ステージ１１、１４にはシリコンのダミー基板ＤＷを載置し、ステージ１２、１３上の２枚の基板Ｗを酸素ガスのプラズマによりエッチングした場合を示す。図３（ｂ）の下図は、図３（ｂ）の上図の状態で実験した結果、２枚処理した基板Ｗのうちのステージ１３の基板Ｗのレジスト膜ＰＲのエッチングレートの等高線及びエッチングレートの高低を示す。これによれば、２枚の基板Ｗを同時にエッチングした場合、エッチングレートの等高線は、同心円状にならず、エッチングレートに偏りが生じ、ステージ１４上のダミー基板ＤＷ寄りでエッチングレートが高くなる分布となった。ステージ１２の基板Ｗのレジスト膜ＰＲのエッチングレートについてもステージ１１上のダミー基板ＤＷ寄りでエッチングレートが高くなる同様の偏りが生じた。また、４枚の基板Ｗをエッチングする場合よりも基板Ｗ上のエッチングレートの平均値が高くなった。
図３（ｃ）の上図は、ステージ１３にレジスト膜ＰＲが形成された基板Ｗを載置し、ステージ１１、１２、１４にはシリコンのダミー基板ＤＷを載置し、ステージ１３上の１枚の基板Ｗを酸素ガスのプラズマによりエッチングした場合を示す。図３（ｃ）の下図は、図３（ｃ）の上図の状態で実験した結果、ステージ１３の基板Ｗのレジスト膜ＰＲのエッチングレートの等高線及びエッチングレートの高低を示す。これによれば、１枚の基板Ｗをエッチングした場合、エッチングレートの等高線は、同心円状にならず、エッチングレートに偏りが生じ、ステージ１１上のダミー基板ＤＷ寄りでエッチングレートが高くなる分布となった。また、４枚の基板Ｗをエッチングする場合よりも基板Ｗ上のエッチングレートの平均値が高くなった。
以上の実験結果について、図４を参照しながら説明を続ける。図４は、処理枚数によるエッチングレートの平均値の実験結果を示す図である。図４の横軸は、同時に処理する基板Ｗの枚数を示し、縦軸はレジスト膜ＰＲのエッチングレートの平均値を示す。図４に示すように、基板Ｗの処理枚数が減るほどエッチングレートの平均値が高くなり、エッチングの分布に偏りが生じることがわかった。
その原因としては、基板Ｗ上のレジスト膜ＰＲのエッチング時に発生する反応生成物の影響が考えられる。例えば、レジスト膜ＰＲを酸素ガスのプラズマでエッチングすると、基板ＷからＣＯ等の反応生成物が発生する。
一方、ダミー基板ＤＷからは反応生成物は発生しない。加えて、処理室Ｓ１～Ｓ４のガスや反応生成物は排気空間ＥＸを介して処理室間を互いに行ったり来たりすることが可能な構造となっている。このため、処理室Ｓ１～Ｓ４の間で反応生成物の濃度に差があると、濃度の高い処理室から濃度の低い処理室へ処理室Ｓ１～Ｓ４の間で反応生成物の拡散が生じる。エッチングガスや反応生成物等、主に電荷をもたないガスは排気空間ＥＸを経由して互いのステージに拡散し、あるステージに置かれた基板Ｗ上の処理に影響を及ぼす。その結果、レジスト膜ＰＲをエッチングする基板Ｗにおいて、反応生成物が生じる基板Ｗが載置されたステージ側から反応生成物が生じないダミー基板ＤＷが載置されたステージ側へ反応生成物が拡散する。これにより、ダミー基板ＤＷが載置されたステージ寄りのエッチングレートが高くなることが分かった。このように実験で生じたエッチングレートの偏りは、ダミー基板ＤＷのステージ側で反応生成物の濃度が低くなったためであると考えられ、処理ガスや反応生成物が、排気空間ＥＸを経由して互いのステージに拡散しているものと考えられる。
図４のグラフからも、同時に処理する基板Ｗの処理枚数が少ない程、つまり、ステージに置かれたダミー基板ＤＷが多い程、全体として反応生成物の発生が少なくなるため、エッチングレートの平均値が上昇することが分かった。
更に、図３及び図４に示す実験で行った酸素ガスの流量に対して例えば３倍程度の大流量の酸素ガスを供給し、その他のプロセス条件は同一にして４枚の基板を同時にエッチングした場合及び４枚未満の基板を同時にエッチングした場合についても実験を行った。実験の結果、酸素ガスを大流量にすると、エッチングガスに対する反応生成物の濃度が低下するため、同時に処理する基板Ｗの枚数によるエッチング特性の変化についての影響は小さくなった。しかし、基板Ｗの処理枚数によるエッチングレートの変動及びエッチングレート分布の偏りをなくすことはできなかった。
なお、本実験では、ダミー基板ＤＷを搬入した処理室にも、基板Ｗを搬入した処理室と同一の条件で酸素ガスを供給し、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦを印加して酸素ガスのプラズマを生成した。
そこで、ダミー基板ＤＷを搬入した処理室には、酸素ガスを供給しない場合、及び、酸素ガスを供給するが、高周波電力の連続波ＨＦ及びＬＦを印加しない（プラズマ着火しない）場合の両方の条件での実験を行った。その結果、基板Ｗを搬入した処理室だけに酸素ガスのプラズマを生成した場合、基板Ｗを搬入した処理室だけに酸素ガスを生成した場合（プラズマ着火しない）のいずれの場合も、基板Ｗの処理枚数によるエッチング特性の変化が見られた。つまり、基板Ｗの処理枚数によるエッチングレートの変動及びエッチングレート分布の偏りをなくすことはできなかった。
なお、以上の実験では、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦ及びバイアス電圧用の高周波電力ＬＦをいずれも連続波で印加したが、バイアス電圧用の高周波電力の連続波ＬＦは印加しなくてもよい。
［添加ガス］
以上のエッチングレートの変化及び偏りを改善するために、本実施形態に係るプラズマ処理装置１では、図１に示すように、処理ガス供給ライン４の他に、第１の添加ガス供給ライン７及び第２の添加ガス供給ライン９を設け、添加ガスを供給する。以下の説明では、第１の添加ガス供給ライン７から添加ガスを供給する例を挙げて説明するが、第１の添加ガス供給ライン７及び第２の添加ガス供給ライン９の少なくともいずれかから添加ガスを供給すればよい。また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１には、第１の添加ガス供給ライン７及び第２の添加ガス供給ライン９の少なくともいずれか設けられていればよい。
第１の添加ガス供給ライン７は、第１の添加ガス供給部５に接続され、第１の添加ガス供給部５から供給された添加ガスは、分岐器６により分流し、処理室Ｓ１～Ｓ４に導入可能である。本実施形態では、基板Ｗを処理しないステージに反応生成物相当の添加ガスを供給する。
反応生成物相当の添加ガスとは、基板Ｗ上のエッチング対象膜をエッチングする際に生成される反応生成物を構成しうる原子を含むガスである。すなわち、反応生成物相当の添加ガス（単に、添加ガスともいう。）とは、処理ガスのプラズマにより基板Ｗ上のエッチング対象膜をエッチングしたときに生成される反応生成物を組成するガスである。反応生成物は、エッチング対象膜の種類及び／又は処理ガスの種類に応じて変わるため、添加ガスもエッチング対象膜の種類及び／又は処理ガスの種類に応じて変わる。
例えば、ＣとＨとＯが含まれる有機膜のレジスト膜ＰＲを酸素含有ガスのプラズマでエッチングする場合、添加ガスとしては、ＣＯガス、ＣＯ２ガス、ＣＨ４ガス等が挙げられる。例えば、Ｓｉ膜又はＳｉＯ２膜等のシリコン含有膜をフッ素（Ｆ）含有ガスでエッチングする場合、添加ガスとしては、ＳｉＦ４ガス等が挙げられる。例えば、Ｓｉ膜又はＳｉＯ２膜等のシリコン含有膜を塩素（Ｃｌ）含有ガスでエッチングする場合、添加ガスとしては、ＳｉＣｌ４ガス等が挙げられる。
このようにして、基板Ｗを処理しない処理室に添加ガスを供給することで、基板Ｗ上のエッチング対象膜の膜種と、添加ガスの種類及び流量により基板Ｗを処理する際に生成される反応生成物と成分が同一のガスでダミー基板ＤＷを搬入した処理室内を調整できる。これにより、処理室Ｓ１～Ｓ４におけるガス組成を概ね同一にすることができる。この結果、処理室Ｓ１～Ｓ４にて４枚の基板Ｗを同時にエッチングしたときと、４枚未満の基板Ｗを同時にエッチングしたときとで同等のエッチングレート分布を得ることができる。
なお、基板Ｗをエッチングする処理室には、処理ガスを供給し、添加ガスは供給しない。基板Ｗをエッチングしない処理室には、添加ガスと処理ガスとを供給してもよいし、添加ガスのみを供給してもよい。基板Ｗをエッチングしない処理室に添加ガスのみを供給した場合、処理ガスの流量を減らすことができ、コストの低減を図ることができる。
また、基板Ｗをエッチングしない処理室には、ダミー基板ＤＷをステージ上に載置してもよいし、載置しなくてもよい。ただし、ダミー基板ＤＷをステージ上に載置することで、ステージがプラズマに暴露されることを防ぎ、ステージの劣化を抑制することができる。
［プラズマ処理方法］
次に、実施形態に係るプラズマ処理方法の実施例１，２について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、実施形態に係るプラズマ処理方法の実施例１を示すフローチャートである。図６は、実施形態に係るプラズマ処理方法の実施例２を示すフローチャートである。実施例１、２のいずれも本実施形態に係るプラズマ処理装置１により実行され、制御部５０により制御される。
（実施例１）
まず、実施形態に係るプラズマ処理方法の実施例１について、図５を参照して説明する。以下では、複数の処理室の中で基板Ｗを搬入し、基板Ｗに対してプラズマ処理を行う処理室の構成を「第１の処理室群」という。これに対して、複数の処理室の中で基板Ｗを搬入せず、基板Ｗに対してプラズマ処理を行わない処理室の構成を「第２の処理室群」という。なお、図５において、破線で示したステップは、処理をスキップできる。つまり、図５のステップＳ１１～Ｓ１３、Ｓ１６、Ｓ１７は、制御部５０が実行してもよいし、しなくてもよい処理である。例えば、制御部５０は、ステップＳ１１の処理を実行し、第２の処理室群にダミー基板ＤＷを搬入してもよいし、ステップＳ１１の処理を省略し、第２の処理室群にダミー基板ＤＷを搬入しなくてもよい。
本処理が開始されると、制御部５０は、基板を処理するステージであるかを判定する（ステップＳ１）。制御部５０は、基板Ｗを処理するステージであるか否かをレシピに基づき判定してもよいし、他の公知の方法で判定してもよい。判定の結果、基板Ｗを処理する処理室（ステージ）は、第１の処理室群に含め、基板Ｗを処理しない処理室（ステージ）は、第２の処理室群に含めることで、制御部５０は、第１の処理室群と第２の処理室群とを特定する処理を実行する。
次に、制御部５０は、第１の処理室群に属する処理室に基板Ｗを搬入し（ステップＳ２）、第２の処理室群に属する処理室にダミー基板ＤＷを搬入する（ステップＳ１１）。ステップＳ２に続いて、制御部５０は、第１の処理室群に属する処理室に、処理ガス供給ライン４から処理ガスを供給し（ステップＳ３）、高周波電力ＲＦ（ＲＦパワー）を印加する（ステップＳ４）。例えば、高周波電力ＲＦは高周波電力ＨＦである。これにより、第１の処理室群に属する処理室にてプラズマが着火し、処理ガスのプラズマが生成され、基板Ｗがプラズマ処理される。また、高周波電力ＲＦは高周波電力ＬＦであってもよい。
ステップＳ１１に続いて、制御部５０は、第２の処理室群に属する処理室に処理ガスを供給し（ステップＳ１２）、高周波電力ＲＦを印加する（ステップＳ１３）。次に、制御部５０は、第１の添加ガス供給ライン７から第２の処理室群に属する処理室に添加ガスを供給する（ステップＳ１４）。
添加ガスは、基板Ｗを搬入した第１の処理室群に属する処理室にてプラズマが着火し、処理ガスのプラズマにより基板Ｗが処理され、反応生成物が発生するタイミングに供給する。その理由としては、添加ガスを処理ガスが供給されるタイミングと同一タイミングに供給すると、第１の処理室群に属する処理室に反応生成物が発生する前に排気空間ＥＸを介して添加ガスが供給された一の処理室から他の処理室に添加ガスが流入し、基板Ｗに対するエッチングに影響を及ぼす可能性があるためである。このために、添加ガスの供給タイミングは、処理ガスの供給タイミングからずらし、処理ガスの供給タイミングよりも後のタイミングにする。ただし、処理ガスの供給タイミング以降に添加ガスを供給することに限られず、処理ガスの供給タイミングとほぼ同時に添加ガスを供給してもよい。
高周波電力ＲＦを供給している間、添加ガスを供給する。これにより、高周波電力ＲＦによって添加ガスを分解し、基板Ｗを処理しない処理室において反応生成物と同一の組成を有するガスを生成できる。
基板Ｗを搬入した第１の処理室群に属する処理室では、基板Ｗのプラズマ処理が完了した後、高周波電力ＲＦの印加を停止し（ステップＳ５）、処理ガスの供給を停止し（ステップＳ６）、基板Ｗを搬出し（ステップＳ７）、本処理を終了する。
ステップＳ５において、基板Ｗのプラズマ処理が完了した後、第１の処理室群に属する処理室への高周波電力ＲＦの印加を停止するタイミングに連動して、制御部５０は、第２の処理室群に属する処理室での添加ガスの供給を停止する（ステップＳ１５）。ステップＳ１３にて高周波電力ＲＦを印加した場合には、高周波電力ＲＦの印加を停止する（ステップＳ１５）。次に、制御部５０は、処理ガスの供給を停止し（ステップＳ１６）、ダミー基板Ｗを搬出し（ステップＳ１７）、本処理を終了する。
以上に説明したプラズマ処理方法では、高周波電力ＲＦの印加を停止したタイミングでその処理室から反応生成物は発生しなくなる。よって、高周波電力ＲＦの印加を停止したタイミングによっては、他の処理室側に反応生成物を拡散し、他の処理室における基板処理に影響を与えることが懸念される。
これに対して、図１のプラズマ処理装置１では、ステージ１１～１４のそれぞれに異なるＲＦ電源が接続され、高周波電力ＲＦの印加及び印加の停止を処理室（ステージ）毎に独立して制御できる。これにより、処理室毎に最適なタイミングで、高周波電力ＲＦの印加及び印加の停止を制御できる。この結果、他の処理室側に反応生成物を拡散し、他の処理室における基板処理に影響を与えることを防止できる。
（実施例２）
次に、実施形態に係るプラズマ処理方法の実施例２について、図６を参照して説明する。なお、図６において、破線で示したステップは、処理をスキップできる。つまり、図６のステップＳ１１～Ｓ１３、Ｓ１６、Ｓ１７は、制御部５０が実行してもよいし、しなくてもよい処理である。
本処理が開始されると、制御部５０は、基板を処理するステージであるかを判定する（ステップＳ１）。制御部５０は、基板Ｗを処理するステージであるか否かをレシピに基づき判定してもよい。判定の結果、基板Ｗを処理する処理室（ステージ）は、第１の処理室群に含め、基板Ｗを処理しない処理室は、第２の処理室群に含めることで、制御部５０は、第１の処理室群と第２の処理室群とを特定する処理を実行する。
次に、制御部５０は、第１の処理室群に属する処理室に基板Ｗを搬入し（ステップＳ２）、処理ガスを供給し（ステップＳ３）、高周波電力ＲＦを印加する（ステップＳ４）。また、制御部５０は、第２の処理室群に属する処理室にダミー基板ＤＷを搬入し（ステップＳ１１）、処理ガスを供給し（ステップＳ１２）、高周波電力ＲＦを印加し（ステップＳ１３）、添加ガスを供給する（ステップＳ１４）。添加ガスの供給タイミングは、図５の実施例1で説明したタイミングと同じである。
第１の処理室群に属する複数の処理室において、基板処理の終了のタイミングがずれる場合がある。そこで、ステップＳ４に続いて、制御部５０は、第１の処理室群に属する処理室のうち最後の基板処理が行われる処理室（ステージ）であるかを判定する（ステップＳ２０）。制御部５０は、第１の処理室群に属する各処理室への高周波電力ＲＦの印加及び印加の停止の状態から、該ステージにて行われる処理が第１の処理室群に属する処理室のうち最後の基板処理であるかを判定してもよい。第１の処理室群に属する他のすべての処理室への高周波電力ＲＦの印加が停止している場合、該ステージにて行われる処理が最後の基板処理であると判定できる。
ステップＳ２０において、制御部５０は、最後の基板処理が行われる処理室でないと判定した場合、ステップＳ２１に進み、エッチング対象膜の終点検出が行われたとき、該処理室への高周波電力ＲＦの印加を停止する。処理室毎にどの程度の量の反応生成物が発生しているかは、プラズマ処理装置１のチャンバ１０内の発光強度を監視することで判定できる。よって、制御部５０は、チャンバ１０内の発光強度に基づき反応生成物が発生していない又はその発生量が極端に減少したとき、エッチング対象膜の終点を検出し、その処理室への高周波電力ＲＦの印加を停止する。
このとき、ステップＳ２０において、最後の基板処理が行われる処理室でないと判定しているため、該処理室以外の第１の処理室群に属する少なくとも１つ以上の処理室において、エッチングが続行している。よって、制御部５０は、第１の処理室群に属する処理室において、最後の基板処理が行われる処理室でないと判定された当該処理室に、第１の添加ガス供給ライン７から添加ガスを供給する（ステップＳ２２）。
これにより、基板Ｗの処理を行わない第２の処理室群に属する処理室だけでなく、基板Ｗの処理が終了した第１の処理室群に属する処理室に添加ガスを供給する。この結果、添加ガスの種類及び流量により基板Ｗを処理する際に生成される反応生成物と成分が同一になるように基板Ｗの処理が完了した第１の処理室群に属する処理室内を調整できる。これにより、処理室Ｓ１～Ｓ４におけるガス組成を概ね同一にすることができる。この結果、処理室Ｓ１～Ｓ４にて４枚の基板Ｗを同時にエッチングしたときと、４枚未満の基板Ｗを同時にエッチングしたときとでエッチング特性に変動がなく、同等のエッチングレート分布を得ることができる。
ステップＳ２２の処理後、ステップＳ２０に戻り、制御部５０は、第１の処理室群に属する各処理室のうち、最後の基板処理が行われる処理室でないと判定している間、ステップＳ２０～Ｓ２２の処理を繰り返す。
ステップＳ２０において、制御部５０は、最後の基板処理が行われる処理室であると判定した場合、ステップＳ２３に進み、エッチング対象膜の終点検出が行われたとき、該処理室への高周波電力ＲＦの印加を停止する。次いで、制御部５０は、第１の処理室群のうち添加ガスを供給している処理室への添加ガスの供給を停止し（ステップＳ２４）、処理ガスの供給を停止し（ステップＳ６）、基板Ｗを搬出し（ステップＳ７）、本処理を終了する。
ステップＳ１１～Ｓ１７に示す第２の処理室群に属する各処理室への制御は、図５に示す実施例１の場合と同様であるため、ここでは説明を省略する。
なお、実施例１，２において、前述した通り、制御部５０は、処理ガス供給ライン４から処理ガスを第１の処理室群に属する処理室及び第２の処理室群に属する処理室に供給してもよい。
また、実施例１，２において、制御部５０は、処理ガス供給ライン４から処理ガスを第１の処理室群に属する処理室に供給し、第２の処理室群に属する処理室に供給しなくてもよい。
また、実施例１，２において、制御部５０は、処理ガスを第１の処理室群に属する処理室及び／又は第２の処理室群に属する処理室に供給するタイミングと同時又は該タイミングよりも後に添加ガスを第２の処理室に供給してもよい。
また、実施例１，２において、第２の添加ガス供給ライン９から添加ガスを排気空間ＥＸに直接供給してもよい。添加ガスを排気空間ＥＸに直接供給することで、第１の添加ガス供給ライン７に接続された分岐器６を不要とすることができ、コストを削減できる。添加ガスを排気空間ＥＸに直接供給する場合、添加ガスの供給タイミングは、いつでもよい。つまり、制御部５０は、処理ガスを第１の処理室群に属する処理室及び／又は第２の処理室群に属する処理室に供給するタイミングと同時又は該タイミングよりも後に添加ガスを第２の処理室及び／又は排気空間ＥＸに供給してもよい。ただし、排気空間ＥＸに添加ガスを供給するタイミングは、反応生成物が排気空間ＥＸに導入されるタイミングに対応することが好ましい。第１の添加ガス供給ライン７から添加ガスを第２の処理室群に属する処理室に供給しつつ、第２の添加ガス供給ライン９から添加ガスを排気空間ＥＸに供給してもよい。
実施例２において、エッチング対象膜が積層膜の場合、図６のステップＳ２１～Ｓ２２の処理は、積層された異なる膜毎に繰り返し行われる。この場合、ステップＳ２１～Ｓ２２が繰り返し行われる間、ステップＳ２１において高周波電力ＲＦを停止させない。そして、終点検出により積層膜の上膜がエッチングされたと判定されたときに、ステップＳ２２においてその下層の膜をエッチングするための処理ガスにて生成される反応生成物に応じて添加ガスを変更して供給する。また、エッチング対象膜が下層の膜に変わるとき、処理ガスを適宜変更して供給する。
このように、エッチング対象膜が積層膜である場合、膜の種類が変わるごとに、添加ガスの種類を変えることで、現在エッチングしているエッチング対象膜の種類及び処理ガスの種類に応じて反応生成物が変化することに対応して、適切な添加ガスを供給できる。
つまり、制御部５０は、エッチング対象膜が積層膜である場合、積層膜の各エッチング対象膜の終点を検出し、終点検出の結果に応じて添加ガスの種類を変更する処理を実行することができる。
以上に説明したように、本実施形態のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、排気空間を共通にする複数の処理室にて処理する基板の枚数によらず、均質な基板処理を行うことができる。
今回開示された実施形態に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
本開示のプラズマ処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)に限らず、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置にも適用可能である。
また、プラズマ処理装置は、エッチングに限らず、例えば、基板に成膜、アッシング、スパッタ等の所定の処理を施す装置にも適用可能である。
また、プラズマ処理装置は、ガスシャワーヘッド２３，２４のセンタ側とエッジ側にガス経路を分けて設け、センタ-ゾーン及びエッジゾーンのゾーンごとに添加ガスの流量を制御してもよい。
１ プラズマ処理装置
２ 処理ガス供給部
３、６ 分岐器
４ 処理ガス供給ライン
５ 第１の添加ガス供給部
７ 第１の添加ガス供給ライン
８ 第２の添加ガス供給部
９ 第２の添加ガス供給ライン
１０ チャンバ
１１～１４ ステージ
１５、１６ ＲＦ電源
１９ ＡＰＣ
２０ 排気装置
２１、２２ バッフルプレート
２３、２４ ガスシャワーヘッド
２６、２７ 給電棒
２８ 搬入出口
３１～３４ ガス導入口
４１～４４ デポシールド
５０ 制御部
Ｓ１～Ｓ４ 処理室
ＥＸ 排気空間
Ｖ１～Ｖ７ バルブ
本開示は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
例えば、特許文献１は、複数の半導体ウェハを同時に処理可能なバッチ型の処理装置を提案する。
特開２０１９－１０２６８０号公報
本開示は、排気空間を共通にする複数の処理室にて処理する基板の枚数によらず、均質な基板処理を行うことができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。
本開示の一の態様によれば、複数のプラズマ処理室と、前記複数のプラズマ処理室の各々にプラズマ処理用のガスを供給する処理ガス供給ラインと、前記複数のプラズマ処理室の各々に添加ガスを供給する第１の添加ガス供給ラインと、前記複数のプラズマ処理室が共有する排気空間と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数のプラズマ処理室の中で基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理室で構成された第１のプラズマ処理室群、及び前記複数のプラズマ処理室の中で基板に対してプラズマ処理を行わないプラズマ処理室で構成された第２のプラズマ処理室群、を特定する処理を実行し、前記第１の添加ガス供給ラインから前記添加ガスを前記第２のプラズマ処理室群に属するプラズマ処理室に供給する処理を実行する、プラズマ処理装置が提供される。
一の側面によれば、排気空間を共通にする複数の処理室にて処理する基板の枚数によらず、均質な基板処理を行うことができる。
実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図である。 実施形態に係る複数の処理室と排気空間の一例を示す図である。 処理枚数によるエッチングレートの実験結果の一例を示す図である。 処理枚数によるエッチングレートの実験結果の一例を示す図である。 実施形態に係るプラズマ処理方法の実施例１を示すフローチャートである。 実施形態に係るプラズマ処理方法の実施例２を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
［プラズマ処理装置］
実施形態に係るプラズマ処理装置１について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例を示す断面模式図である。図２は、実施形態に係る複数の処理室と排気空間の一例を示す図である。
図１のプラズマ処理装置１は、複数の基板（例えば、半導体ウェハ）を同時にプラズマ処理可能な装置の一例である。プラズマ処理装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のプラズマ処理室１０を有している。プラズマ処理室１０は、接地されている。
プラズマ処理室１０の内部は、図２に示す円筒形のデポシールド４１、４２、４３、４４と基板Ｗを載置するステージ１１、１２、１３、１４とにより４つの処理室Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に隔離されている。ステージ１１の載置面１１ａ、ステージ１２の載置面１２ａ、ステージ１３の載置面１３ａ、及びステージ１４の載置面１４ａに基板Ｗが載置され得る。基板処理時、載置面１１ａ～１４ａのすべてに４枚の基板Ｗが載置されてもよいし、載置面１１ａ～１４ａの少なくともいずれかに４枚未満の基板Ｗが載置されてもよい。
円筒形のデポシールド４１～４４は隣接し、その中央に排気空間ＥＸを有する。複数の処理室Ｓ１～Ｓ４は、排気空間ＥＸを共有にする。すなわち、処理室Ｓ１～Ｓ４は、排気空間ＥＸを介して互いに連通し、処理室Ｓ１～Ｓ４内のガスは、排気空間ＥＸを通って排気される。
図１の例では、４つの処理室のうちの２つの処理室Ｓ１、Ｓ２が、円筒形のプラズマ処理室１０の側壁及び中心壁２９を覆うデポシールド４１、４２により形成されている。４つの処理室は、４枚の基板Ｗを同時に処理可能である。ただし、処理室の数は、４つに限らない。２つの処理室Ｓ１、Ｓ２及び残りの２つの処理室は、同一構造及び同一機能を有する。よって、２つの処理室Ｓ１、Ｓ２の構成を主に説明し、残りの２つの処理室の構成については説明を省略することがある。
プラズマ処理室１０のうち、プラズマ処理室Ｓ１（以下、処理室Ｓ１ともいう。）、及びプラズマ処理室Ｓ２（以下、処理室Ｓ２ともいう。）の天壁下の空間１０１、１０２には、ステージ１１、１２と対向してプラズマ処理用のガス（以下、「処理ガス」ともいう。）をプラズマ処理室１０内に導入するためのガスシャワーヘッド２４、２３が設けられている。ガスシャワーヘッド２４、２３には、ガス導入口３１、３３に接続された処理ガス供給ライン４から処理ガスが供給される。処理ガス供給ライン４は、複数の処理室の各々に処理ガスを供給する。
処理ガス供給ライン４は、処理ガス供給部２に接続され、処理ガス供給部２から処理ガス供給ライン４に処理ガスを導入する。処理ガスは、分岐器３により分流し、ガスシャワーヘッド２３、２４の下面に設けられた多数のガス吐出孔２３ａ、２４ａから処理室Ｓ１、Ｓ２内にシャワー状に導入される。なお、図１では図示されていないが、処理ガスは、分岐器３により分流し、処理室Ｓ３、Ｓ４にも導入可能である。
処理ガス供給ライン４には、分岐器３の上流側にバルブＶ１が接続され、分岐器３の下流側にバルブＶ２、Ｖ５が接続されている。処理ガス供給ライン４には、分岐器３と処理室Ｓ３、Ｓ４のガス導入口との間にも図示しないバルブが接続されている。バルブＶ１は分岐前の処理ガスの供給及び停止を制御し、バルブＶ２、Ｖ５等は、分岐後、処理室Ｓ１～Ｓ４へ供給する処理ガスの供給及び停止をそれぞれ制御する。更に、処理ガス供給ライン４には、分岐器３の上流側に図示しない流量制御器（ＭＦＣ）が接続され、処理ガス供給部２からの処理ガスの流量を制御する。
加えて、ガスシャワーヘッド２４、２３には、ガス導入口３２、３４に接続された第１の添加ガス供給ライン７から添加ガスが供給され得る。第１の添加ガス供給ライン７は、複数の処理室の各々に添加ガスを供給することができる。
第１の添加ガス供給ライン７は、第１の添加ガス供給部５に接続され、第１の添加ガス供給部５から第１の添加ガス供給ライン７に添加ガスを導入する。添加ガスは、分岐器６により分流し、ガスシャワーヘッド２３、２４の下面に設けられた多数のガス吐出孔２３ａ、２４ａから処理室Ｓ１、Ｓ２内にシャワー状に導入される。なお、図１では省略しているが、添加ガスは、分岐器６により分流し、処理室Ｓ３、Ｓ４にも導入可能である。
第１の添加ガス供給ライン７には、分岐器６の上流側にバルブＶ３が接続され、分岐器６の下流側にバルブＶ４、Ｖ６が接続されている。第１の添加ガス供給ライン７には、分岐器６と処理室Ｓ３、Ｓ４のガス導入口との間にも図示しないバルブが接続されている。バルブＶ３は分岐前の添加ガスの供給及び停止を制御し、バルブＶ４、Ｖ６等は、分岐後、処理室Ｓ１～Ｓ４へ供給する添加ガスの供給及び停止をそれぞれ制御する。更に、第１の添加ガス供給ライン７には、分岐器６の上流側に図示しない流量制御器（ＭＦＣ）が接続され、第１の添加ガス供給部５からの添加ガスの流量を制御する。これにより、処理室Ｓ１～Ｓ４のそれぞれに所定流量の添加ガスが供給される。
排気空間ＥＸには、第２の添加ガス供給ライン９から添加ガスが供給される。第２の添加ガス供給ライン９は、第２の添加ガス供給部８に接続され、第２の添加ガス供給部８から第２の添加ガス供給ライン９に添加ガスを導入し、排気空間ＥＸに直接添加ガスを供給する。第２の添加ガス供給ライン９には、バルブＶ７が接続され、バルブＶ７は排気空間ＥＸに供給する添加ガスの供給及び停止を制御する。更に、第２の添加ガス供給ライン９には、図示しない流量制御器（ＭＦＣ）が接続され、第２の添加ガス供給部８からの添加ガスの流量を制御する。これにより、バッフルプレート２１、２２の下の排気空間ＥＸに所定流量の添加ガスが供給される。
ただし、添加ガスを供給するガスラインは、第１の添加ガス供給ライン７及び第２の添加ガス供給ライン９の少なくともいずれかを有していればよい。
ステージ１１、１２には、給電棒２７、２６が接続され、更に図示しないマッチング回路を介してＲＦ電源１５及びＲＦ電源１６が接続されている。ＲＦ電源１５及びＲＦ電源１６からステージ１１、１２にそれぞれ高周波電力ＨＦを供給することにより、処理室Ｓ１、Ｓ２内に処理ガスのプラズマが生成され、プラズマにより基板Ｗに対してエッチング等の処理が施される。
なお、ＲＦ電源１５及びＲＦ電源１６は、所定の高周波電力ＨＦを下部電極として機能するステージ１１、１２にそれぞれ印加してもよいし、上部電極として機能するガスシャワーヘッド２３、２４に印加してもよい。
ＲＦ電源１５は、ＨＦ電源１５ａを有し、更にバイアス電圧用のＬＦ電源１５ｂを有している。ただし、ＲＦ電源１５は、ＬＦ電源１５ｂを有さなくてもよい。ＲＦ電源１６は、プラズマ生成用のＨＦ電源１６ａを有し、更にバイアス電圧用のＬＦ電源１６ｂを有している。ただし、ＲＦ電源１６は、ＬＦ電源１６ｂを有さなくてもよい。ＨＦ電源１５ａからプラズマ生成用の高周波電力ＨＦを出力する。ＬＦ電源１５ｂからバイアス電圧用の高周波電力ＬＦを出力する。同様に、ＨＦ電源１６ａからプラズマ生成用の高周波電力ＨＦを出力する。ＬＦ電源１６ｂからバイアス電圧用の高周波電力ＬＦを出力する。ＬＦ電源１５ｂ及びＬＦ電源１６ｂから出力する高周波電力ＬＦの周波数は、ＨＦ電源１５ａ及びＨＦ電源１６ａから出力する高周波電力ＨＦの周波数よりも低い。
プラズマ処理室１０の側壁には、基板Ｗを外部から搬入出するための搬入出口２８が設けられている。また、複数の処理室を隔離する中心壁２９には、処理室間で基板Ｗを搬入出するための搬入出口３５が設けられている。ステージ１１、１２の下方には大気空間が形成され、ＲＦ電源１５、１６や給電棒２７、２６を配置したり、基板Ｗの温調用の冷却ガスの配管や冷媒用の配管を配置したりする。
プラズマ処理室１０の側壁とステージ１１，１２との間には、円環状のバッフルプレート２１，２２が設けられている。バッフルプレート２１，２２は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜（酸化イットリウムなどの膜）を形成することにより構成される。バッフルプレート２１，２２には、複数の貫通孔が形成されている。
バッフルプレート２１，２２の下方には、基板Ｗよりも外周側にて周方向に環状の排気空間１７、１８が形成されている。排気空間１７、１８は、プラズマ処理室１０の底部中央にて、処理室Ｓ１、Ｓ２を含む４つの処理室に共通の排気空間ＥＸを形成する。
そして、バッフルプレート２１，２２の下方、且つ、プラズマ処理室１０の中央の底部には、排気空間ＥＸに繋がる排気口が設けられている。排気口には、ＡＰＣ（Adaptive Pressure Control）１９を介して排気装置２０が接続されている。排気装置２０は、複数の処理室Ｓ１～Ｓ４に共通の排気装置であり、ドライポンプ及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを含む。
ＡＰＣ１９は、調整弁の制御により圧力の制御が可能なコントローラである。排気装置２０は、例えば、ドライポンプにより排気空間ＥＸを介してプラズマ処理室１０内を粗引きした後、ターボ分子ポンプによりプラズマ処理室１０内を真空引きする。ＡＰＣ１９及び排気装置２０は、排気空間ＥＸに連通する排気部の一例である。排気部は、ＡＰＣ１９を含まなくてもよい。排気装置２０は排気空間ＥＸを介して処理室Ｓ１、Ｓ２を含む４つの処理室内の排気を行う。
制御部５０は、プラズマ処理装置１の動作を統括して制御する。制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリとを有している。ＣＰＵは、メモリに格納されたレシピに従って、基板Ｗにエッチング等の所定の処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、プラズマ処理室内温度（上部電極温度、プラズマ処理室の側壁温度、基板Ｗ温度、静電チャック温度等）、冷媒の設定温度などが設定されている。なお、これらのプログラムやプロセス条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
［エッチングレートの偏り］
図１のプラズマ処理装置１において、処理ガスを供給し、処理室Ｓ１～Ｓ４にて４枚の基板Ｗを同時にエッチングしたときと、４枚未満の基板Ｗを同時にエッチングしたときとでは基板Ｗ上の膜のエッチングレート等のエッチング特性が変化する。このとき、第１の添加ガス供給ライン７及び第２の添加ガス供給ライン９から添加ガスは供給していない。
図２に示すように、プラズマ空間は、デポシールド４１～４４によりステージ１１～１４上の４つの空間（処理室Ｓ１～Ｓ４）に分かれている。これをガスの排気空間ＥＸ側から見ると、処理室Ｓ１～Ｓ４の排気系は共通した一つのガス空間となり、４つの処理室Ｓ１～Ｓ４内のガスを、中央の一つのガス空間から一つの排気装置２０により排気する構造となっている。このため、４つの処理室Ｓ１～Ｓ４から中央の排気空間ＥＸに向かうガスの流れができる。
この結果、４枚の基板Ｗを同時にエッチングした場合と、４枚未満の基板Ｗを同時にエッチングした場合とでは基板Ｗに施されるエッチングの特性が変わってしまうと考えられる。
図３は、処理ガスを供給し、添加ガスを供給しない条件で、基板Ｗの処理枚数によるエッチングレートの実験結果の一例を示す図である。本実験では、酸素ガスを処理ガスとして供給し、各ステージにＲＦ電源からプラズマ生成用の高周波電力ＨＦと、バイアス電圧用の高周波電力ＬＦとを印加して、基板Ｗ上のレジスト膜を酸素ガスのプラズマでエッチングした。高周波電力ＨＦとしては、周波数が１００ＭＨｚ、パワーが１６００Ｗの高周波の連続波を出力した。高周波電力ＬＦとしては、周波数が１３ＭＨｚ、パワーが１００Ｗの高周波の連続波を出力した。
図３（ａ）の上図は、ステージ１１～１４にレジスト膜ＰＲが形成された基板Ｗを載置し、４枚の基板Ｗを酸素ガスのプラズマによりエッチングした場合を示す。図３（ａ）の下図は、図３（ａ）の上図の状態で実験した結果、４枚処理した基板Ｗのうちのステージ１３の基板Ｗのレジスト膜ＰＲのエッチングレートの等高線及びエッチングレートの高低を示す。これによれば、４枚の基板Ｗを同時にエッチングした場合、エッチングレートの等高線は、同心円状になり、基板Ｗ上のエッチングレートの分布に偏りは生じなかった。
図３（ｂ）の上図は、ステージ１２、１３にレジスト膜ＰＲが形成された基板Ｗを載置し、ステージ１１、１４にはシリコンのダミー基板ＤＷを載置し、ステージ１２、１３上の２枚の基板Ｗを酸素ガスのプラズマによりエッチングした場合を示す。図３（ｂ）の下図は、図３（ｂ）の上図の状態で実験した結果、２枚処理した基板Ｗのうちのステージ１３の基板Ｗのレジスト膜ＰＲのエッチングレートの等高線及びエッチングレートの高低を示す。これによれば、２枚の基板Ｗを同時にエッチングした場合、エッチングレートの等高線は、同心円状にならず、エッチングレートに偏りが生じ、ステージ１４上のダミー基板ＤＷ寄りでエッチングレートが高くなる分布となった。ステージ１２の基板Ｗのレジスト膜ＰＲのエッチングレートについてもステージ１１上のダミー基板ＤＷ寄りでエッチングレートが高くなる同様の偏りが生じた。また、４枚の基板Ｗをエッチングする場合よりも基板Ｗ上のエッチングレートの平均値が高くなった。
図３（ｃ）の上図は、ステージ１３にレジスト膜ＰＲが形成された基板Ｗを載置し、ステージ１１、１２、１４にはシリコンのダミー基板ＤＷを載置し、ステージ１３上の１枚の基板Ｗを酸素ガスのプラズマによりエッチングした場合を示す。図３（ｃ）の下図は、図３（ｃ）の上図の状態で実験した結果、ステージ１３の基板Ｗのレジスト膜ＰＲのエッチングレートの等高線及びエッチングレートの高低を示す。これによれば、１枚の基板Ｗをエッチングした場合、エッチングレートの等高線は、同心円状にならず、エッチングレートに偏りが生じ、ステージ１１上のダミー基板ＤＷ寄りでエッチングレートが高くなる分布となった。また、４枚の基板Ｗをエッチングする場合よりも基板Ｗ上のエッチングレートの平均値が高くなった。
以上の実験結果について、図４を参照しながら説明を続ける。図４は、処理枚数によるエッチングレートの平均値の実験結果を示す図である。図４の横軸は、同時に処理する基板Ｗの枚数を示し、縦軸はレジスト膜ＰＲのエッチングレートの平均値を示す。図４に示すように、基板Ｗの処理枚数が減るほどエッチングレートの平均値が高くなり、エッチングの分布に偏りが生じることがわかった。
その原因としては、基板Ｗ上のレジスト膜ＰＲのエッチング時に発生する反応生成物の影響が考えられる。例えば、レジスト膜ＰＲを酸素ガスのプラズマでエッチングすると、基板ＷからＣＯ等の反応生成物が発生する。
一方、ダミー基板ＤＷからは反応生成物は発生しない。加えて、処理室Ｓ１～Ｓ４のガスや反応生成物は排気空間ＥＸを介して処理室間を互いに行ったり来たりすることが可能な構造となっている。このため、処理室Ｓ１～Ｓ４の間で反応生成物の濃度に差があると、濃度の高い処理室から濃度の低い処理室へ処理室Ｓ１～Ｓ４の間で反応生成物の拡散が生じる。エッチングガスや反応生成物等、主に電荷をもたないガスは排気空間ＥＸを経由して互いのステージに拡散し、あるステージに置かれた基板Ｗ上の処理に影響を及ぼす。その結果、レジスト膜ＰＲをエッチングする基板Ｗにおいて、反応生成物が生じる基板Ｗが載置されたステージ側から反応生成物が生じないダミー基板ＤＷが載置されたステージ側へ反応生成物が拡散する。これにより、ダミー基板ＤＷが載置されたステージ寄りのエッチングレートが高くなることが分かった。このように実験で生じたエッチングレートの偏りは、ダミー基板ＤＷのステージ側で反応生成物の濃度が低くなったためであると考えられ、処理ガスや反応生成物が、排気空間ＥＸを経由して互いのステージに拡散しているものと考えられる。
図４のグラフからも、同時に処理する基板Ｗの処理枚数が少ない程、つまり、ステージに置かれたダミー基板ＤＷが多い程、全体として反応生成物の発生が少なくなるため、エッチングレートの平均値が上昇することが分かった。
更に、図３及び図４に示す実験で行った酸素ガスの流量に対して例えば３倍程度の大流量の酸素ガスを供給し、その他のプロセス条件は同一にして４枚の基板を同時にエッチングした場合及び４枚未満の基板を同時にエッチングした場合についても実験を行った。実験の結果、酸素ガスを大流量にすると、エッチングガスに対する反応生成物の濃度が低下するため、同時に処理する基板Ｗの枚数によるエッチング特性の変化についての影響は小さくなった。しかし、基板Ｗの処理枚数によるエッチングレートの変動及びエッチングレート分布の偏りをなくすことはできなかった。
なお、本実験では、ダミー基板ＤＷを搬入した処理室にも、基板Ｗを搬入した処理室と同一の条件で酸素ガスを供給し、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦを印加して酸素ガスのプラズマを生成した。
そこで、ダミー基板ＤＷを搬入した処理室には、酸素ガスを供給しない場合、及び、酸素ガスを供給するが、高周波電力の連続波ＨＦ及びＬＦを印加しない（プラズマ着火しない）場合の両方の条件での実験を行った。その結果、基板Ｗを搬入した処理室だけに酸素ガスのプラズマを生成した場合、基板Ｗを搬入した処理室だけに酸素ガスを生成した場合（プラズマ着火しない）のいずれの場合も、基板Ｗの処理枚数によるエッチング特性の変化が見られた。つまり、基板Ｗの処理枚数によるエッチングレートの変動及びエッチングレート分布の偏りをなくすことはできなかった。
なお、以上の実験では、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦ及びバイアス電圧用の高周波電力ＬＦをいずれも連続波で印加したが、バイアス電圧用の高周波電力の連続波ＬＦは印加しなくてもよい。
［添加ガス］
以上のエッチングレートの変化及び偏りを改善するために、本実施形態に係るプラズマ処理装置１では、図１に示すように、処理ガス供給ライン４の他に、第１の添加ガス供給ライン７及び第２の添加ガス供給ライン９を設け、添加ガスを供給する。以下の説明では、第１の添加ガス供給ライン７から添加ガスを供給する例を挙げて説明するが、第１の添加ガス供給ライン７及び第２の添加ガス供給ライン９の少なくともいずれかから添加ガスを供給すればよい。また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１には、第１の添加ガス供給ライン７及び第２の添加ガス供給ライン９の少なくともいずれか設けられていればよい。
第１の添加ガス供給ライン７は、第１の添加ガス供給部５に接続され、第１の添加ガス供給部５から供給された添加ガスは、分岐器６により分流し、処理室Ｓ１～Ｓ４に導入可能である。本実施形態では、基板Ｗを処理しないステージに反応生成物相当の添加ガスを供給する。
反応生成物相当の添加ガスとは、基板Ｗ上のエッチング対象膜をエッチングする際に生成される反応生成物を構成しうる原子を含むガスである。すなわち、反応生成物相当の添加ガス（単に、添加ガスともいう。）とは、処理ガスのプラズマにより基板Ｗ上のエッチング対象膜をエッチングしたときに生成される反応生成物を組成するガスである。反応生成物は、エッチング対象膜の種類及び／又は処理ガスの種類に応じて変わるため、添加ガスもエッチング対象膜の種類及び／又は処理ガスの種類に応じて変わる。
例えば、ＣとＨとＯが含まれる有機膜のレジスト膜ＰＲを酸素含有ガスのプラズマでエッチングする場合、添加ガスとしては、ＣＯガス、ＣＯ２ガス、ＣＨ４ガス等が挙げられる。例えば、Ｓｉ膜又はＳｉＯ２膜等のシリコン含有膜をフッ素（Ｆ）含有ガスでエッチングする場合、添加ガスとしては、ＳｉＦ４ガス等が挙げられる。例えば、Ｓｉ膜又はＳｉＯ２膜等のシリコン含有膜を塩素（Ｃｌ）含有ガスでエッチングする場合、添加ガスとしては、ＳｉＣｌ４ガス等が挙げられる。
このようにして、基板Ｗを処理しない処理室に添加ガスを供給することで、基板Ｗ上のエッチング対象膜の膜種と、添加ガスの種類及び流量により基板Ｗを処理する際に生成される反応生成物と成分が同一のガスでダミー基板ＤＷを搬入した処理室内を調整できる。これにより、処理室Ｓ１～Ｓ４におけるガス組成を概ね同一にすることができる。この結果、処理室Ｓ１～Ｓ４にて４枚の基板Ｗを同時にエッチングしたときと、４枚未満の基板Ｗを同時にエッチングしたときとで同等のエッチングレート分布を得ることができる。
なお、基板Ｗをエッチングする処理室には、処理ガスを供給し、添加ガスは供給しない。基板Ｗをエッチングしない処理室には、添加ガスと処理ガスとを供給してもよいし、添加ガスのみを供給してもよい。基板Ｗをエッチングしない処理室に添加ガスのみを供給した場合、処理ガスの流量を減らすことができ、コストの低減を図ることができる。
また、基板Ｗをエッチングしない処理室には、ダミー基板ＤＷをステージ上に載置してもよいし、載置しなくてもよい。ただし、ダミー基板ＤＷをステージ上に載置することで、ステージがプラズマに暴露されることを防ぎ、ステージの劣化を抑制することができる。
［プラズマ処理方法］
次に、実施形態に係るプラズマ処理方法の実施例１，２について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、実施形態に係るプラズマ処理方法の実施例１を示すフローチャートである。図６は、実施形態に係るプラズマ処理方法の実施例２を示すフローチャートである。実施例１、２のいずれも本実施形態に係るプラズマ処理装置１により実行され、制御部５０により制御される。
（実施例１）
まず、実施形態に係るプラズマ処理方法の実施例１について、図５を参照して説明する。以下では、複数の処理室の中で基板Ｗを搬入し、基板Ｗに対してプラズマ処理を行う処理室の構成を「第１の処理室群」という。これに対して、複数の処理室の中で基板Ｗを搬入せず、基板Ｗに対してプラズマ処理を行わない処理室の構成を「第２の処理室群」という。なお、図５において、破線で示したステップは、処理をスキップできる。つまり、図５のステップＳ１１～Ｓ１３、Ｓ１６、Ｓ１７は、制御部５０が実行してもよいし、しなくてもよい処理である。例えば、制御部５０は、ステップＳ１１の処理を実行し、第２の処理室群にダミー基板ＤＷを搬入してもよいし、ステップＳ１１の処理を省略し、第２の処理室群にダミー基板ＤＷを搬入しなくてもよい。
本処理が開始されると、制御部５０は、基板を処理するステージであるかを判定する（ステップＳ１）。制御部５０は、基板Ｗを処理するステージであるか否かをレシピに基づき判定してもよいし、他の公知の方法で判定してもよい。判定の結果、基板Ｗを処理する処理室（ステージ）は、第１の処理室群に含め、基板Ｗを処理しない処理室（ステージ）は、第２の処理室群に含めることで、制御部５０は、第１の処理室群と第２の処理室群とを特定する処理を実行する。
次に、制御部５０は、第１の処理室群に属する処理室に基板Ｗを搬入し（ステップＳ２）、第２の処理室群に属する処理室にダミー基板ＤＷを搬入する（ステップＳ１１）。ステップＳ２に続いて、制御部５０は、第１の処理室群に属する処理室に、処理ガス供給ライン４から処理ガスを供給し（ステップＳ３）、高周波電力ＲＦ（ＲＦパワー）を印加する（ステップＳ４）。例えば、高周波電力ＲＦは高周波電力ＨＦである。これにより、第１の処理室群に属する処理室にてプラズマが着火し、処理ガスのプラズマが生成され、基板Ｗがプラズマ処理される。また、高周波電力ＲＦは高周波電力ＬＦであってもよい。
ステップＳ１１に続いて、制御部５０は、第２の処理室群に属する処理室に処理ガスを供給し（ステップＳ１２）、高周波電力ＲＦを印加する（ステップＳ１３）。次に、制御部５０は、第１の添加ガス供給ライン７から第２の処理室群に属する処理室に添加ガスを供給する（ステップＳ１４）。
添加ガスは、基板Ｗを搬入した第１の処理室群に属する処理室にてプラズマが着火し、処理ガスのプラズマにより基板Ｗが処理され、反応生成物が発生するタイミングに供給する。その理由としては、添加ガスを処理ガスが供給されるタイミングと同一タイミングに供給すると、第１の処理室群に属する処理室に反応生成物が発生する前に排気空間ＥＸを介して添加ガスが供給された一の処理室から他の処理室に添加ガスが流入し、基板Ｗに対するエッチングに影響を及ぼす可能性があるためである。このために、添加ガスの供給タイミングは、処理ガスの供給タイミングからずらし、処理ガスの供給タイミングよりも後のタイミングにする。ただし、処理ガスの供給タイミング以降に添加ガスを供給することに限られず、処理ガスの供給タイミングとほぼ同時に添加ガスを供給してもよい。
高周波電力ＲＦを供給している間、添加ガスを供給する。これにより、高周波電力ＲＦによって添加ガスを分解し、基板Ｗを処理しない処理室において反応生成物と同一の組成を有するガスを生成できる。
基板Ｗを搬入した第１の処理室群に属する処理室では、基板Ｗのプラズマ処理が完了した後、高周波電力ＲＦの印加を停止し（ステップＳ５）、処理ガスの供給を停止し（ステップＳ６）、基板Ｗを搬出し（ステップＳ７）、本処理を終了する。
ステップＳ５において、基板Ｗのプラズマ処理が完了した後、第１の処理室群に属する処理室への高周波電力ＲＦの印加を停止するタイミングに連動して、制御部５０は、第２の処理室群に属する処理室での添加ガスの供給を停止する（ステップＳ１５）。ステップＳ１３にて高周波電力ＲＦを印加した場合には、高周波電力ＲＦの印加を停止する（ステップＳ１５）。次に、制御部５０は、処理ガスの供給を停止し（ステップＳ１６）、ダミー基板Ｗを搬出し（ステップＳ１７）、本処理を終了する。
以上に説明したプラズマ処理方法では、高周波電力ＲＦの印加を停止したタイミングでその処理室から反応生成物は発生しなくなる。よって、高周波電力ＲＦの印加を停止したタイミングによっては、他の処理室側に反応生成物を拡散し、他の処理室における基板処理に影響を与えることが懸念される。
これに対して、図１のプラズマ処理装置１では、ステージ１１～１４のそれぞれに異なるＲＦ電源が接続され、高周波電力ＲＦの印加及び印加の停止を処理室（ステージ）毎に独立して制御できる。これにより、処理室毎に最適なタイミングで、高周波電力ＲＦの印加及び印加の停止を制御できる。この結果、他の処理室側に反応生成物を拡散し、他の処理室における基板処理に影響を与えることを防止できる。
（実施例２）
次に、実施形態に係るプラズマ処理方法の実施例２について、図６を参照して説明する。なお、図６において、破線で示したステップは、処理をスキップできる。つまり、図６のステップＳ１１～Ｓ１３、Ｓ１６、Ｓ１７は、制御部５０が実行してもよいし、しなくてもよい処理である。
本処理が開始されると、制御部５０は、基板を処理するステージであるかを判定する（ステップＳ１）。制御部５０は、基板Ｗを処理するステージであるか否かをレシピに基づき判定してもよい。判定の結果、基板Ｗを処理する処理室（ステージ）は、第１の処理室群に含め、基板Ｗを処理しない処理室は、第２の処理室群に含めることで、制御部５０は、第１の処理室群と第２の処理室群とを特定する処理を実行する。
次に、制御部５０は、第１の処理室群に属する処理室に基板Ｗを搬入し（ステップＳ２）、処理ガスを供給し（ステップＳ３）、高周波電力ＲＦを印加する（ステップＳ４）。また、制御部５０は、第２の処理室群に属する処理室にダミー基板ＤＷを搬入し（ステップＳ１１）、処理ガスを供給し（ステップＳ１２）、高周波電力ＲＦを印加し（ステップＳ１３）、添加ガスを供給する（ステップＳ１４）。添加ガスの供給タイミングは、図５の実施例1で説明したタイミングと同じである。
第１の処理室群に属する複数の処理室において、基板処理の終了のタイミングがずれる場合がある。そこで、ステップＳ４に続いて、制御部５０は、第１の処理室群に属する処理室のうち最後の基板処理が行われる処理室（ステージ）であるかを判定する（ステップＳ２０）。制御部５０は、第１の処理室群に属する各処理室への高周波電力ＲＦの印加及び印加の停止の状態から、該ステージにて行われる処理が第１の処理室群に属する処理室のうち最後の基板処理であるかを判定してもよい。第１の処理室群に属する他のすべての処理室への高周波電力ＲＦの印加が停止している場合、該ステージにて行われる処理が最後の基板処理であると判定できる。
ステップＳ２０において、制御部５０は、最後の基板処理が行われる処理室でないと判定した場合、ステップＳ２１に進み、エッチング対象膜の終点検出が行われたとき、該処理室への高周波電力ＲＦの印加を停止する。処理室毎にどの程度の量の反応生成物が発生しているかは、プラズマ処理装置１のプラズマ処理室１０内の発光強度を監視することで判定できる。よって、制御部５０は、プラズマ処理室１０内の発光強度に基づき反応生成物が発生していない又はその発生量が極端に減少したとき、エッチング対象膜の終点を検出し、その処理室への高周波電力ＲＦの印加を停止する。
このとき、ステップＳ２０において、最後の基板処理が行われる処理室でないと判定しているため、該処理室以外の第１の処理室群に属する少なくとも１つ以上の処理室において、エッチングが続行している。よって、制御部５０は、第１の処理室群に属する処理室において、最後の基板処理が行われる処理室でないと判定された当該処理室に、第１の添加ガス供給ライン７から添加ガスを供給する（ステップＳ２２）。
これにより、基板Ｗの処理を行わない第２の処理室群に属する処理室だけでなく、基板Ｗの処理が終了した第１の処理室群に属する処理室に添加ガスを供給する。この結果、添加ガスの種類及び流量により基板Ｗを処理する際に生成される反応生成物と成分が同一になるように基板Ｗの処理が完了した第１の処理室群に属する処理室内を調整できる。これにより、処理室Ｓ１～Ｓ４におけるガス組成を概ね同一にすることができる。この結果、処理室Ｓ１～Ｓ４にて４枚の基板Ｗを同時にエッチングしたときと、４枚未満の基板Ｗを同時にエッチングしたときとでエッチング特性に変動がなく、同等のエッチングレート分布を得ることができる。
ステップＳ２２の処理後、ステップＳ２０に戻り、制御部５０は、第１の処理室群に属する各処理室のうち、最後の基板処理が行われる処理室でないと判定している間、ステップＳ２０～Ｓ２２の処理を繰り返す。
ステップＳ２０において、制御部５０は、最後の基板処理が行われる処理室であると判定した場合、ステップＳ２３に進み、エッチング対象膜の終点検出が行われたとき、該処理室への高周波電力ＲＦの印加を停止する。次いで、制御部５０は、第１の処理室群のうち添加ガスを供給している処理室への添加ガスの供給を停止し（ステップＳ２４）、処理ガスの供給を停止し（ステップＳ６）、基板Ｗを搬出し（ステップＳ７）、本処理を終了する。
ステップＳ１１～Ｓ１７に示す第２の処理室群に属する各処理室への制御は、図５に示す実施例１の場合と同様であるため、ここでは説明を省略する。
なお、実施例１，２において、前述した通り、制御部５０は、処理ガス供給ライン４から処理ガスを第１の処理室群に属する処理室及び第２の処理室群に属する処理室に供給してもよい。
また、実施例１，２において、制御部５０は、処理ガス供給ライン４から処理ガスを第１の処理室群に属する処理室に供給し、第２の処理室群に属する処理室に供給しなくてもよい。
また、実施例１，２において、制御部５０は、処理ガスを第１の処理室群に属する処理室及び／又は第２の処理室群に属する処理室に供給するタイミングと同時又は該タイミングよりも後に添加ガスを第２の処理室に供給してもよい。
また、実施例１，２において、第２の添加ガス供給ライン９から添加ガスを排気空間ＥＸに直接供給してもよい。添加ガスを排気空間ＥＸに直接供給することで、第１の添加ガス供給ライン７に接続された分岐器６を不要とすることができ、コストを削減できる。添加ガスを排気空間ＥＸに直接供給する場合、添加ガスの供給タイミングは、いつでもよい。つまり、制御部５０は、処理ガスを第１の処理室群に属する処理室及び／又は第２の処理室群に属する処理室に供給するタイミングと同時又は該タイミングよりも後に添加ガスを第２の処理室及び／又は排気空間ＥＸに供給してもよい。ただし、排気空間ＥＸに添加ガスを供給するタイミングは、反応生成物が排気空間ＥＸに導入されるタイミングに対応することが好ましい。第１の添加ガス供給ライン７から添加ガスを第２の処理室群に属する処理室に供給しつつ、第２の添加ガス供給ライン９から添加ガスを排気空間ＥＸに供給してもよい。
実施例２において、エッチング対象膜が積層膜の場合、図６のステップＳ２１～Ｓ２２の処理は、積層された異なる膜毎に繰り返し行われる。この場合、ステップＳ２１～Ｓ２２が繰り返し行われる間、ステップＳ２１において高周波電力ＲＦを停止させない。そして、終点検出により積層膜の上膜がエッチングされたと判定されたときに、ステップＳ２２においてその下層の膜をエッチングするための処理ガスにて生成される反応生成物に応じて添加ガスを変更して供給する。また、エッチング対象膜が下層の膜に変わるとき、処理ガスを適宜変更して供給する。
このように、エッチング対象膜が積層膜である場合、膜の種類が変わるごとに、添加ガスの種類を変えることで、現在エッチングしているエッチング対象膜の種類及び処理ガスの種類に応じて反応生成物が変化することに対応して、適切な添加ガスを供給できる。
つまり、制御部５０は、エッチング対象膜が積層膜である場合、積層膜の各エッチング対象膜の終点を検出し、終点検出の結果に応じて添加ガスの種類を変更する処理を実行することができる。
以上に説明したように、本実施形態のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、排気空間を共通にする複数の処理室にて処理する基板の枚数によらず、均質な基板処理を行うことができる。
今回開示された実施形態に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
本開示のプラズマ処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)に限らず、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置にも適用可能である。
また、プラズマ処理装置は、エッチングに限らず、例えば、基板に成膜、アッシング、スパッタ等の所定の処理を施す装置にも適用可能である。
また、プラズマ処理装置は、ガスシャワーヘッド２３，２４のセンタ側とエッジ側にガス経路を分けて設け、センタ-ゾーン及びエッジゾーンのゾーンごとに添加ガスの流量を制御してもよい。
１ プラズマ処理装置
２ 処理ガス供給部
３、６ 分岐器
４ 処理ガス供給ライン
５ 第１の添加ガス供給部
７ 第１の添加ガス供給ライン
８ 第２の添加ガス供給部
９ 第２の添加ガス供給ライン
１０ プラズマ処理室
１１～１４ ステージ
１５、１６ ＲＦ電源
１９ ＡＰＣ
２０ 排気装置
２１、２２ バッフルプレート
２３、２４ ガスシャワーヘッド
２６、２７ 給電棒
２８ 搬入出口
３１～３４ ガス導入口
４１～４４ デポシールド
５０ 制御部
Ｓ１～Ｓ４ プラズマ処理室
ＥＸ 排気空間
Ｖ１～Ｖ７ バルブ

Claims (18)

  1. 複数の処理室を有するチャンバと、
    前記複数の処理室の各々にプラズマ処理用のガスを供給する処理ガス供給ラインと、
    前記複数の処理室の各々に添加ガスを供給する第１の添加ガス供給ラインと、
    前記複数のチャンバが共有する排気空間と、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記複数の処理室の中で基板に対してプラズマ処理を行う処理室で構成された第１の処理室群、及び
    前記複数の処理室の中で基板に対してプラズマ処理を行わない処理室で構成された第２の処理室群、を特定する処理を実行し、
    前記第１の添加ガス供給ラインから前記添加ガスを前記第２の処理室群に属する処理室に供給する処理を実行する、
    プラズマ処理装置。
  2. 複数の処理室を有するチャンバと、
    前記複数の処理室の各々にプラズマ処理用のガスを供給する処理ガス供給ラインと、
    前記複数の処理室が共有する排気空間と、
    前記排気空間に添加ガスを供給する第２の添加ガス供給ラインと、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記複数の処理室の中で基板に対してプラズマ処理を行う処理室で構成された第１の処理室群、及び
    前記複数の処理室の中で基板に対してプラズマ処理を行わない処理室で構成された第２の処理室群、を特定する処理を実行し、
    前記第２の添加ガス供給ラインから前記添加ガスを前記排気空間に供給する処理を実行する、
    プラズマ処理装置。
  3. 前記制御部は、
    前記処理ガス供給ラインから前記プラズマ処理用のガスを前記第１の処理室群に属する処理室に供給する処理を実行する、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記制御部は、
    前記処理ガス供給ラインから前記プラズマ処理用のガスを前記第２の処理室群に属する処理室に供給する処理を実行する、
    請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記制御部は、
    前記プラズマ処理用のガスを前記第１の処理室群に属する処理室及び／又は前記第２の処理室群に属する処理室に供給するタイミングと同時又は該タイミングよりも後に前記添加ガスを前記第２の処理室群に属する処理室及び／又は前記排気空間に供給する処理を実行する、
    請求項３又は４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記排気空間に配置され、前記複数の処理室に共通の排気装置を有する、
    請求項１～５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記第２の処理室群に属する処理室には、ダミー基板を載置する、
    請求項１～６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記添加ガスは、前記プラズマ処理用のガスのプラズマにより基板の上のエッチング対象膜をエッチングしたときに生成される反応生成物を組成するガスである、
    請求項１～７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記制御部は、
    前記第１の処理室群に属する処理室において、最後に基板の処理を終了する処理室以外の処理室に対して高周波電力をオフしたタイミングに添加ガスを供給する、
    請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記制御部は、
    基板の上のエッチング対象膜が有機膜のレジスト膜であって酸素含有ガスのプラズマでエッチングする場合、ＣＯガス、ＣＯ２ガス又はＣＨ４ガスの少なくともいずれか１つを前記添加ガスとして供給する、
    請求項１～９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記制御部は、
    基板の上のエッチング対象膜がシリコン含有膜であってフッ素含有ガスのプラズマでエッチングする場合、ＳｉＦ４ガスを前記添加ガスとして供給する、
    請求項１～９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  12. 前記制御部は、
    基板の上のエッチング対象膜がシリコン含有膜であって塩素含有ガスのプラズマでエッチングする場合ＳｉＣｌ４ガスを前記添加ガスとして供給する、
    請求項１～９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  13. 複数の処理室を有するチャンバと、
    前記複数の処理室の各々にプラズマ処理用のガスを供給する処理ガス供給ラインと、
    前記複数の処理室の各々に添加ガスを供給する第１の添加ガス供給ラインと、
    前記複数の処理室が共有する排気空間と、を備え、
    前記複数の処理室の中で基板に対してプラズマ処理を行う処理室で構成された第１の処理室群、及び
    前記複数の処理室の中で基板に対してプラズマ処理を行わない処理室で構成された第２の処理室群、を特定し、
    前記第１の添加ガス供給ラインから前記添加ガスを前記第２の処理室群に属する処理室に供給する、
    プラズマ処理方法。
  14. 複数の処理室を有するチャンバと、
    前記複数の処理室の各々にプラズマ処理用のガスを供給する処理ガス供給ラインと、
    前記複数の処理室が共有する排気空間と、
    前記排気空間に添加ガスを供給する第２の添加ガス供給ラインと、を備え、
    前記複数の処理室の中で基板に対してプラズマ処理を行う処理室で構成された第１の処理室群、及び
    前記複数の処理室の中で基板に対してプラズマ処理を行わない処理室で構成された第２の処理室群、を特定し、
    前記第２の添加ガス供給ラインから前記添加ガスを前記排気空間に供給する、
    プラズマ処理方法。
  15. 前記処理ガス供給ラインから前記プラズマ処理用のガスを前記第１の処理室群に属する処理室に供給する、
    請求項１３又は１４に記載のプラズマ処理方法。
  16. 前記処理ガス供給ラインから前記プラズマ処理用のガスを前記第２の処理室群に属する処理室に供給する、
    請求項１５に記載のプラズマ処理方法。
  17. 前記プラズマ処理用のガスを前記第１の処理室群に属する処理室及び／又は前記第２の処理室群に属する処理室に供給するタイミングと同時又は該タイミングよりも後に前記添加ガスを前記第２の処理室群に属する処理室及び／又は前記排気空間に供給する、
    請求項１５又は１６に記載のプラズマ処理方法。
  18. 前記基板の上のエッチング対象膜が積層膜である場合、前記積層膜の各エッチング対象膜の終点を検出し、終点の検出結果に応じて前記添加ガスの種類を前記エッチング対象膜に応じて変更する、
    請求項１７に記載のプラズマ処理方法。
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