JP3294690B2 - プラズマエッチング装置の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマエッチング処
理装置の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、被処理体、例えば半導体ウェ
ハなどを処理室内においてプラズマ処理するための装置
として、高周波（ＲＦ）を用いた平行平板形のプラズマ
処理装置が広く採用されている。処理室内に平行平板型
の２枚の電極が配置された反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）装置を例にとってみると、いずれか一方の電極又
は両方の電極に高周波を印加することにより、両電極間
にプラズマを発生させ、このプラズマと被処理体との間
の自己バイアス電位差により、被処理体の処理面にプラ
ズマ流を入射させ、エッチング処理を行うように構成さ
れている。

【０００３】しかしながら、上記の平行平板型プラズマ
処理装置の如き従来型のプラズマ処理装置では、半導体
ウェハの超高集積化に伴い要求されるようなサブミクロ
ン単位、さらにサブハーフミクロン単位の超微細加工を
実施することは困難である。すなわち、かかるプロセス
をプラズマ処理装置により実施するためには、低圧雰囲
気において、高密度のプラズマを高い精度で制御するこ
とが重要であり、しかも、そのプラズマは大口径ウェハ
にも対応できる大面積で高均一なものであることが必要
である。また電極を用いたプラズマ処理装置では、プラ
ズマ発生時に電極自体が重金属汚染の発生源となってし
まい、特に超微細加工が要求される場合には問題となっ
ていた。

【０００４】このような技術的要求に対して、新しいプ
ラズマソースを確立するべく、これまでにも多くのアプ
ローチが様々な角度からなされてきており、たとえば欧
州特許公開明細書第３７９８２８号には、高周波アンテ
ナを用いる高周波誘導プラズマ発生装置が開示されてい
る。この高周波誘導プラズマ発生装置は、ウェハ載置台
と対向する処理室の一面を石英ガラスなどの絶縁体で構
成して、その外壁面にたとえば渦巻きコイルからなる高
周波アンテナを取り付け、この高周波アンテナに高周波
電力を印加することにより処理室内に高周波電磁場を形
成し、この電磁場空間内を流れる電子を処理ガスの中性
粒子に衝突させ、ガスを電離させ、プラズマを生成する
ように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な高周波誘導プラズマを用いて、たとえばシリコン酸化
膜をＣＦ系の処理ガスによりエッチング処理する場合に
は、高いエッチングレートでエッチング対象物を除去す
るとともに、エッチング形状を垂直ないし略テーパ形状
に正確に形成する必要があり、そのためにはエッチング
の始点および終点を高い精度で制御する技術の確立が必
須である。

【０００６】本発明は、高周波誘導方式のプラズマ処理
装置により特にエッチング処理を行うに際して生じる上
記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、高周波誘導方式のプラズマ処理装置
によりエッチング処理を行うに際して、高いエッチング
レートで良好なエッチング形状を確保するための新規か
つ改良された制御方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，本発明の第１の観点に基づいて構成されたプラズマ
エッチング処理装置の制御方法は，処理室の外部に絶縁
体を介して配置された平面渦巻きコイル状に形成した高
周波アンテナに高周波電力を印加することによりその処
理室内に誘導プラズマを励起して，その処理室内に配置
された被処理体にエッチング処理を施すプラズマエッチ
ング装置を制御するにあたり，エッチング処理に際して
処理室内に存在する量が相対的に大きく変動する第１の
ガス成分と，エッチング処理に際して処理室内に存在す
る量が相対的に変動しない第２のガス成分との発光強度
比の変動に応じて，高周波アンテナに印加される高周波
エネルギを制御するエッチング処理装置の制御方法にお
いて，第１のガス成分は，ＣＦ系処理ガス発生種とし，
第２のガス成分は，不活性ガスとすることを特徴とす
る。

【０００８】また，発光強度比の変動に応じて，高周波
アンテナに印加される高周波エネルギを制御するエッチ
ング処理に際し，処理室内に存在する量が相対的に大き
く変動する第１のガス成分は，エッチング処理の終了時
に発光強度が増加するＣＦ系処理ガス発生種，またはエ
ッチング処理の終了時に発光強度が減少する反応生成物
とし，エッチング処理に際して処理室内に存在する量が
相対的に変動しない第２のガス成分は，不活性ガスとす
ることを特徴としている。

【０００９】

【作用】本発明によれば、エッチング処理時に処理室内
に存在する量が相対的に大きく変動する第１のガス成
分、たとえばエッチング時に酸化膜などのエッチング対
象と反応し処理室内での消費が進み、したがって検出さ
れる発光強度が低い水準に止まっているが、エッチング
が終了すると消費されなくなりその存在量が増加し、し
たがって検出される発光強度が増加するような処理ガス
活性種、たとえばＣＦやＣＦ_２などのＣＦ系処理ガス
や、これとは逆に、エッチング時には酸化膜などのエッ
チング対象と反応して盛んに生成され、したがって検出
される発光強度が増加するが、エッチングが終了すると
生成されなくなり、したがって検出される発光強度が減
少するような反応生成物、たとえばＣＯガスと、エッチ
ング処理時であっても処理室内に存在する量が相対的に
変動しない第２のガス成分、たとえばプラズマ安定用に
混入されるアルゴンや窒素などの不活性ガスとの発光強
度比を観測するが、この発光強度比はリアルタイムで処
理室内のプラズマ状態を反映するので、この発光強度比
の変動に応じて、高周波アンテナに印加する高周波エネ
ルギをフィードバック制御することにより、処理室内プ
ラズマ状態を最適に維持し、特にエッチングの終了時点
を正確に制御することが可能である。なお、高周波エネ
ルギの制御方法としては、高周波電力自体を増減させる
方法、あるいはマッチングボックスなどを介して高周波
エネルギの大きさ、周波数、位相、振幅を調整する方法
などを採用することが可能である。

【００１０】

【００１１】

【実施例】以下に添付図面を参照しながら本発明に基づ
いて構成されたプラズマエッチング処理装置の制御方法
の好適な実施例について詳細に説明する。

【００１２】図１に示すプラズマエッチング装置１は、
導電性材料、たとえばアルミニウムなどからなる円筒あ
るいは矩形状に成形された処理容器２を有しており、こ
の処理容器２の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介
して、被処理体、たとえば半導体ウェハＷを載置するた
めの略円柱状の載置台４が収容されている。また載置台
４の載置面とほぼ対向する処理容器の頂部は絶縁材５、
たとえば石英ガラスやセラミックなどからなり、その絶
縁材５の外壁面に導体、たとえば銅板、アルミニウム、
ステンレスなどを渦巻きコイル状に形成した高周波アン
テナ６が配置されている。この高周波アンテナ６の両端
子（内側端子６ａおよび外側端子６ｂ）間には、プラズ
マ生成用の高周波電源７よりマッチング回路８を介し
て、たとえば１３．５６ＭＨｚの高周波エネルギを印加
することが可能なように構成されている。

【００１３】半導体ウェハなどの被処理体Ｗを載置する
ための載置台４は、アルミニウムなどにより円柱状に成
形されたサセプタ支持台４ａと、この上にボルト４ｂな
どにより着脱自在に設けられたアルミニウムなどよりな
るサセプタ４ｃとから主に構成されている。このように
サセプタ４ｃを着脱自在に構成することにより、メンテ
ナンスなどを容易に実施することができる。

【００１４】上記サセプタ支持台４ａには、冷却手段、
たとえば冷却ジャケット９が設けられており、このジャ
ケット９にはたとえば液体窒素などの冷媒が冷媒源１０
より冷媒導入管１１を介して導入される。さらにジャケ
ット内を循環し熱交換作用により気化した液体窒素は冷
媒排出管１２より容器外へ排出される。かかる構成によ
り、たとえば−１９６℃の液体窒素の冷熱が冷却ジャケ
ット９からサセプタ４ｃを介して半導体ウェハＷにまで
伝熱され、その処理面を所望する温度まで冷却すること
が可能である。

【００１５】また略円柱形状に成形された上記サセプタ
４ｃ上面のウェハ載置部には、静電チャック１２がウェ
ハ面積と略同面積で形成されている。この静電チャック
１２は、例えば２枚の高分子ポリイミドフィルム間に銅
箔などの導電膜１３を絶縁状態で挟み込むことにより形
成され、この導電膜１３はリード線により可変直流高圧
電源１４に接続されている。したがってこの導電膜１３
に高電圧を印加することによって、上記静電チャック１
２の上面に半導体ウェハＷをクーロン力により吸着保持
することが可能なように構成されている。

【００１６】上記サセプタ支持台４ａおよびサセプタ４
ｃには、これらを貫通してＨｅなどの熱伝達ガス（バッ
ククーリングガス）をガス源１５から半導体ウェハＷの
裏面やサセプタ４ｃを構成する各部材の接合部などに供
給するためのガス通路１６が形成されている。また上記
サセプタ４ｃの上端周縁部には、半導体ウェハＷを囲む
ように環状のフォーカスリング１７が配置されている。
このフォーカスリング１７は反応性イオンを引き寄せな
い高抵抗体、たとえばセラミックや石英ガラスなどから
なり、反応性イオンを内側の半導体ウェハＷにだけ効果
的に入射せしめるように作用する。

【００１７】さらに上記サセプタ４ｃには、マッチング
用コンデンサ１８を介して高周波電源１９が接続されて
おり、処理時にはたとえば２ＭＨｚの高周波電力をサセ
プタ４ｃに印加することにより、プラズマとの間にバイ
アス電位を生じさせプラズマ流を被処理体の処理面に効
果的に照射させることが可能である。上記サセプタ４ｃ
の上方には、石英ガラスまたはセラミックスなどからな
るガス供給手段２０が配置されている。このガス供給手
段２０は、上記サセプタ４ｃの載置面と略同面積の中空
円板形状をしており、その上部には上記絶縁材５の略中
央を貫通してガス供給手段２０の中空部に連通するガス
供給管２１が取り付けられている。ガス供給手段２０の
下面２２には多数の小孔２３が穿設されており、エッチ
ングガスを下方の処理空間に均一に吹き出すように構成
されている。また上記ガス供給手段２０の中空部には、
中央部にガス供給管２１に向かって突出する突起部２５
が設けられたバッファ円板２６が設けられており、ガス
源２７ａ、２７ｂよりマスフローコントローラ２８を介
して供給されるエッチングガスの混合を促進するととも
に、より均一な流量で処理室内にガスが吹き出すように
構成されている。さらにまた、上記ガス供給手段２０の
下面２２の周囲にはガスを被処理体の処理面に集中させ
るように作用する環状突起２９が下方に向けて取り付け
られている。

【００１８】また、上記処理容器２の底部壁には排気管
３０が接続されて、この処理容器２内の雰囲気を図示し
ない排気ポンプにより排出し得るように構成されるとと
もに、中央部側壁には図示しないゲートバルブが設けら
れており、このゲートバルブを介して半導体ウェハＷの
搬入搬出を行うように構成されている。

【００１９】さらに、上記静電チャック１２と冷却ジャ
ケット９との間のサセプタ下部にはヒータ固定台３１に
収容された温調用ヒータ３２が設けられており、この温
調用ヒータ３２へ電力源３３より供給される電力を調整
することにより、上記冷却ジャケット９からの冷熱の伝
導を制御して、半導体ウェハＷの被処理面の温度調節を
行うことができるように構成されている。

【００２０】次に、上記のように構成された処理装置の
制御系の構成について説明する。上記処理容器２の一方
の側壁には石英ガラスなどの透明な材料から構成される
透過窓３４が取り付けられており、処理室内の光を光学
系３５を介して光学センサ３６に送り、処理室内から発
生する発光スペクトルに関する信号を制御器３７に送る
ことができるように構成されている。また上記処理容器
２には処理室内の圧力を検出するための圧力センサ３８
が取り付けられており、処理室内の圧力に関する信号を
制御器３７に送ることができるように構成されている。
制御器３７は、これらのセンサからのフィードバック信
号あるいは予め設定された設定値に基づいて、制御信号
を、プラズマ発生用高周波電源７、バイアス用高周波電
源１５、冷媒源１０、温調用電源３３、バッククーリン
グ用ガス源１５、処理ガス用マスフローコントローラ２
８などに送り、プラズマ処理装置の動作環境を最適に調
整することが可能である。

【００２１】次に、上記のような制御系に対して本発明
に基づいて構成されたプラズマエッチング装置の制御方
法を適用した実施例について説明する。

【００２２】まず本発明によれば、プラズマ発生時に処
理室内から透過窓３４を介して検出される各波長の発光
スペクトルを、分光器を含む光学系３５により処理し、
光学センサ３６により、エッチング処理時に処理室内に
存在する量が相対的に大きく変動する第１のガス成分、
たとえばエッチング時に酸化膜などのエッチング対象と
反応し処理室内での消費が進み、したがって検出される
発光強度が低い水準に止まっているが、エッチングが終
了すると消費されなくなりその存在量が増加し、したが
って検出される発光強度が増加するような処理ガス活性
種、たとえばＣＦやＣＦ_２などのＣＦ系処理ガスに関す
る発光スペクトルを表す信号、ならびに、これとは逆
に、エッチング時には酸化膜などのエッチング対象と反
応して盛んに生成され、したがって検出される発光強度
が増加するが、エッチングが終了すると生成されなくな
り、したがって検出される発光強度が減少するような反
応生成物、たとえばＣＯガスと、エッチング処理時であ
っても処理室内に存在する量が相対的に変動しない第２
のガス成分、たとえばプラズマ安定用に混入されるアル
ゴンや窒素などの不活性ガスに関する発光スペクトルを
表す信号とが観測され、これらの発光スペクトルに関す
る信号が制御器３７に送られる。制御器３７において
は、これらの２種類のガス成分の発光スペクトルに関す
る発光強度比が求められる。

【００２３】なお、発光スペクトルを求めるにあたって
は、観測対象のガス成分のピーク波長を適当な干渉フィ
ルタを介して検出して演算処理をすることも可能であ
り、あるいは発光スペクトルのＳ／Ｎ比が低い場合に
は、ある波長範囲の発光スペクトルの総和平均をとり、
その総和平均値に基づいて演算処理をすることによりノ
イズの影響を軽減し精度の高い測定値を得ることも可能
である。

【００２４】このようにして観測された発光スペクトル
から求められた発光強度比は、リアルタイムで処理室内
のプラズマ状態を反映するので、この発光強度比の変動
に応じて、高周波アンテナに印加する高周波エネルギを
フィードバック制御することにより、処理室内のプラズ
マ状態を最適に維持し、特にエッチングの終了時点を正
確に制御することが可能である。なお、高周波エネルギ
の制御方法としては、後述するように、高周波電力自体
を増減させる方法、あるいはマッチングボックスなどを
介して高周波エネルギの周波数、位相、振幅を調整する
方法などを採用することが可能である。

【００２５】

【００２６】次に、図３に基づいて、上記プラズマエッ
チング装置の製造工程における構成について説明する。
なお、すでに説明したプラズマエッチング装置と同じ構
成については同一番号を付することによりその詳細な説
明は省略する。

【００２７】図示のように、本発明を適用可能な高周波
誘導プラズマ処理装置１の処理容器２の一方の側壁に
は、開閉自在に設けられたゲートバルブ３９を介して隣
接するロードロック室４０が接続されている。このロー
ドロック室４０には、搬送装置４１、たとえばアルミニ
ウム製のアームを導電性テフロンによりコーティングし
て静電対策が施された搬送アームが設けられている。ま
た上記ロードロック室４０には、底面に設けられた排気
口より排気管４２が接続され、真空排気弁４３を介して
真空ポンプ４４により真空引きが可能なように構成され
ている。

【００２８】上記ロードロック室４０の側壁には、開閉
自在に設けられたゲートバルブ４５を介して隣接するカ
セット室４６が接続されている。このカセット室４６に
は、カセット４７を載置する載置台４８が設けられてお
り、このカセット４７は、たとえば被処理体である半導
体ウェハＷ２５枚を１つのロットとして収納することが
できるように構成されている。また上記カセット室４６
には、底面に設けられた排気口より排気管４９が接続さ
れ、真空排気弁５０を介して真空ポンプ４４により室内
を真空引きが可能なように構成されている。また上記カ
セット室４６の他方の側壁は、開閉自在に設けられたゲ
ートバルブ５１を介して大気に接するように構成されて
いる。

【００２９】次に上記のように構成されたプラズマ処理
装置１の動作について簡単に説明する。まず、大気との
間に設けられたゲートバルブ５１を開口して、被処理体
Ｗを収納したカセット４７が図示しない搬送ロボットに
より、カセット室４６の載置台４８の上に載置され、上
記ゲートバルブ５１が閉口する。上記カセット室４６に
接続された真空排気弁５０が開口して、真空ポンプ４４
により上記カセット室４６が真空雰囲気、たとえば１０
^-1Ｔｏｒｒに排気される。

【００３０】ついで、ロードロック室４０とカセット室
４６の間のゲートバルブ４５が開口して、搬送アーム４
１により被処理体Ｗが上記カセット室４６に載置された
カセット４７より取り出され、保持されて上記ロードロ
ック室４０へ搬送され、上記ゲートバルブ４５が閉口す
る。上記ロードロック室４０に接続された真空排気弁４
３が開口して、真空ポンプ４４により上記ロードロック
室４０が真空雰囲気、たとえば１０^-3Ｔｏｒｒに排気さ
れる。

【００３１】ついで、ロードロック室４０と処理容器２
との間のゲートバルブ３９が開口して、上記搬送アーム
４１により被処理体Ｗが上記処理容器２へ搬送され、サ
セプタ４ｃ上の図示しないプッシャーピンに受け渡さ
れ、上記搬送アーム４１がロードロック室４０に戻った
後、ゲートバルブ３９が閉口する。その後、静電チャッ
ク１２に高圧直流電圧を印加し、プッシャーピンを下げ
て被処理体Ｗが静電チャック１２上に載置すると、半導
体ウェハＷがサセプタ４ｃ上に載置固定される。この間
上記処理容器２内は、真空排気弁５２を開口することに
より、真空ポンプ４４を介して真空雰囲気、たとえば１
０^-5Ｔｏｒｒに排気されている。

【００３２】さらに、冷却ジャケット９から冷熱を供給
し、半導体ウェハＷの処理面を所望の温度にまで冷却す
る。しかる後、ガス供給手段２０を介してＣＨＦ _３ など
の処理ガスを処理容器２内に導入し、本発明に基づいて
ダミーウェハを用いて予め求められた最適なエッチング
速度を得るために最適な圧力雰囲気に到達したことが圧
力センサ３８により検出された後、高周波電源７からマ
ッチング回路８を介して高周波アンテナに、たとえば１
３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加されることにより処
理容器２内にプラズマを励起し、半導体ウェハＷの裏面
および載置台４の各接合部に伝熱用のバッククーリング
用ガスを供給し、さらに載置台４にバイアス電位をかけ
ることにより、被処理体Ｗに対してたとえばエッチング
などのプラズマ処理が施される。なおこの間、処理室の
内壁の温度を、５０℃ないし１００℃、好ましくは６０
℃ないし８０℃に加熱することにより反応生成物が内壁
に付着することを防止することができる。

【００３３】さらに本発明によれば、エッチング時に処
理容器２内から発生する発光スペクトルは透過窓３４を
介して、光学センサ３６により検出されており、本発明
に基づいて、プラズマ反応により存在量が相対的に大き
く変化する第１のガス成分とプラズマ反応によっても存
在量が相対的に変化しない第２のガス成分との発光強度
比が最適な値になるように、高周波アンテナに印加され
る高周波エネルギの周波数、位相、振幅などが適宜制御
される。また、検出される発光強度比が所定値に到達し
た場合には、エッチングが終了したと判断され、高周波
エネルギーの印加が停止されるとともに処理ガスの供給
も停止され、プラズマ処理動作が終了する。

【００３４】ついで、上記処理容器２内の処理ガスや反
応生成物を置換するために、窒素などの不活性ガスを上
記処理容器２内に導入するとともに、真空ポンプ４４に
よる排気が行われる。上記処理容器２内の残留処理ガス
や反応生成物が十分に排気された後に、上記処理容器２
の側面に設けられたゲートバルブ３９が開口され、隣接
するロードロック室４０より搬送アーム４１が処理容器
２内の被処理体Ｗの位置まで移動し、プッシャーピンに
より載置台４から持ち上げられた被処理体Ｗを受け取
り、上記ロードロック室４０に搬送し、上記ゲートバル
ブ３９を閉口する。このロードロック室４０において、
必要ならば被処理体Ｗはヒータにより室温、たとえば１
８℃まで昇温され、その後上記ロードロック室４０より
カセット室４６を介して大気に搬出されることにより一
連の動作を終了する。

【００３５】なお図１に示す実施例においては、図４に
示すように渦巻きコイルの内側端６ａおよび外側端６ｂ
の間に高周波電源７およびマッチング回路８を接続して
いるが、本発明はかかる構成に限定されない。たとえば
図５に示すように、渦巻きコイルの外側端６ｂにのみ高
周波電源７およびマッチング回路８を接続する構成を採
用することも可能である。かかる構成により、より低圧
雰囲気であっても、良好な高周波誘導プラズマを処理容
器２内に発生させることが可能となる。

【００３６】次に図６ないし図１５を参照しながら、処
理容器２内に高周波アンテナ６を介して励起されるプラ
ズマの状態を最適に制御するための様々な装置構成に関
する実施例について説明する。なお本明細書に添付され
る各図面において、同一の機能を有する構成要素につい
ては同一の参照番号を付することにより詳細な説明は省
略することにする。

【００３７】図６には、絶縁材５の外壁面に取り付けら
れる高周波アンテナ６の他の実施例が示されている。こ
の実施例においては、渦巻きコイルからなる高周波アン
テナ６の一部６ｃが２重巻きにされ、その重複部分６ｂ
および６ｃからより強い電磁場を形成することが可能な
ように構成されている。このように渦巻きコイルの巻き
数を部分的に可変にすることにより、処理容器２内に励
起されるプラズマの密度分布を調整することができる。
なお図示の例では、高周波アンテナ６の重複部分を外周
部分に設定したが、重複部分は必要なプラズマの密度分
布に応じて高周波アンテナ６の任意の部分に設定するこ
とが可能である。また図示の例では、高周波アンテナ６
の重複部分を単に２重巻きに構成したが、必要なプラズ
マの密度分布に応じて任意の巻き数に設定することが可
能である。

【００３８】図７には、処理容器２の内部に、載置台４
を囲むように同間隔で放射状にたとえばアルミニウム製
の第２の電極５３ａ、５３ｂを配置した実施例が示され
ている。これらの電極５３ａ、５３ｂにはそれぞれマッ
チング回路５４ａ、５４ｂを介して高周波電源５５ａ、
５５ｂが接続されている。かかる構成により、載置台４
に印加されるバイアス用高周波エネルギに加えて、被処
理体Ｗの被処理面を半径方向外周から同間隔で放射状に
囲む第２の電極５３ａ、５３ｂにもバイアス用高周波エ
ネルギを印加することが可能なので、各高周波エネルギ
の大きさ、振幅、位相、周波数などを調整することによ
り、処理容器２内に励起されるプラズマの状態を最適に
制御することが可能である。

【００３９】図８には、処理容器２の内部に、ガス供給
手段２０のガス吹き出し面の下方かつ載置台４の上方に
たとえばシリコンまたはアルミニウムからなるメッシュ
状の電極５６が配置された実施例が示されている。この
電極５６には可変電源５７が接続されており、適当な電
流をこの電極５６に流すことにより、処理容器２内に高
周波アンテナ６の作用により形成された電界の分布を制
御し、処理容器２内に所望の密度分布を有するプラズマ
を励起することが可能となる。

【００４０】また図１に示す実施例においては、処理容
器２の上面に石英ガラスなどの絶縁材５を介して高周波
アンテナ６を配しているが、本発明はかかる実施例に限
定されない。たとえば図９に示すように、処理容器２の
側壁の一部を石英ガラスやセラミックスなどの絶縁材５
８から構成し、その絶縁材５８の外壁面に第２の高周波
アンテナ５９を取り付けた構成を採用することも可能で
ある。これらの第２の高周波アンテナ５９は好ましくは
コイル状に配置され、マッチング回路６０を介して接続
された高周波電源６１より高周波エネルギを印加するこ
とが可能なように構成されている。かかる構成により処
理容器２の側壁部分からもプラズマを励起することが可
能となるので、各アンテナに印加される高周波エネルギ
を調整することにより、高密度で均一なプラズマを所望
の密度分布で処理容器２内に発生させることが可能とな
り、より精度の高いプラズマ処理が可能となる。

【００４１】また図１０に示すように載置台４の一部を
石英ガラスなどの絶縁材６２から構成し、その下面に高
周波アンテナ６３を配し、マッチング回路６７を介して
接続された高周波電源６８より高周波エネルギを高周波
アンテナ６３に印加する構成とすることも可能である。
かかる構成によって処理容器２の載置台４の下面からも
プラズマを励起することが可能となるので、各アンテナ
に印加される高周波エネルギを調整することにより、高
密度で均一なプラズマを所望の密度分布で処理容器２内
に発生させることが可能となり、より精度の高いプラズ
マ処理が可能となる。

【００４２】また図１１に示すように載置台４の上面周
囲に配置されるフォーカスリングを石英ガラスやセラミ
ックスなどの絶縁材６９から構成し、その周囲に高周波
アンテナ７０を配し、その高周波アンテナ７０にマッチ
ング回路７１を介して接続された高周波電源７２より高
周波エネルギを印加する構成とすることも可能である。
かかる構成によって処理容器２の載置台４の周囲からも
プラズマを励起することが可能となるので、各アンテナ
に印加される高周波エネルギを調整することにより、高
密度で均一なプラズマを所望の密度分布で処理容器２内
に発生させることが可能となり、より精度の高いプラズ
マ処理が可能となる。

【００４３】またＬＣＤなどの比較的大面積の被処理体
をプラズマ処理する場合には、図１２に示すように複数
の高周波アンテナ７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７５ｄを処
理容器２の上面に配置された絶縁材５の外壁部に取り付
け、それぞれの高周波アンテナにマッチング回路７５
ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄを介して接続された高周波
電源７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄより高周波エネル
ギを印加する構成を採用することも可能である。かかる
構成により、比較的大面積の被処理体を処理する大型の
処理容器２であっても高密度で均一な高周波プラズマを
励起することが可能となる。

【００４４】また上記実施例においては、被処理体Ｗを
載置台４の上面に載置して、処理容器２の上面に配置さ
れた高周波アンテナ６によりプラズマを励起する構成を
採用しているが、本発明はかかる構成に限定されない。
たとえば、図１３に示すようなフェイスダウン方式を採
用することも可能である。この装置構成は、図１に示す
処理装置の各構成要素をほぼ天地逆転して配置したもの
であり、図１に示す各構成要素と同一の機能を有するも
のについては同一の参照番号を付するとともに、図１の
構成要素と識別するために「’」を付して示すことにす
る。ただし図１３に示すフェイスダウン方式の装置の場
合には、被処理体Ｗを下方から支持するための上下動可
能な支持機構７６および被処理体Ｗを静電チャック１２
より外すための上下動可能なプッシャーピン機構７７を
設けることが好ましい。かかる構成を採用することによ
り、被処理体Ｗの処理面を微粒子などの汚染から保護す
ることが可能なので、歩留まりおよびスループットのよ
り一層の向上を図ることができる。

【００４５】あるいは図１４に示すように、略円筒形状
の処理容器２”を垂直方向に配置し、その両面に絶縁材
５”を配し、各絶縁材５”の外壁面にそれぞれ高周波ア
ンテナ６”を取り付ける構成とし、処理容器２”の中央
に略垂直に配置された載置台４”の両面に静電チャック
１２”を介して被処理体Ｗを吸着固定する構成を採用す
ることも可能である。なお図１４に示す装置の各構成要
素は、図１に示す処理装置の各構成要素とほぼ同様のも
のであり、図１に示す各構成要素と同一の機能を有する
ものについては同一の参照番号を付するとともに、図１
の構成要素と識別するために「”」を付して示すことに
する。かかる構成を採用することにより、複数の被処理
体Ｗを同時に処理することが可能となるとともに、被処
理体Ｗの被処理面が垂直に配されるので、被処理面が微
粒子などの汚染から保護され、歩留まりおよびスループ
ットのより一層の向上を図ることができる。

【００４６】図１５には、本発明に基づくプラズマ処理
装置のさらに別の実施例が示されている。この実施例に
おいては、サセプタ４が処理容器２の壁面とは完全に別
体として、すなわち上下動可能な昇降機構７８の上に載
置され、サセプタ４に冷熱源や伝熱ガスを供給する管路
または各種電気的回線はこの昇降機構７８の内部に配置
されている。かかる構成を採用することにより、サセプ
タ４の被処理面をプラズマ発生源である高周波アンテナ
６に対して上下動させ調整することにより、最適なプラ
ズマ密度分布を有する空間に被処理面を移動させて処理
を行うことが可能となる。

【００４７】以上本発明の好適な実施例について、プラ
ズマエッチング装置を例に挙げて説明したが、本発明は
かかる実施例に限定されることなく、プラズマＣＶＤ装
置、プラズマアッシング装置、プラズマスパッタ装置な
どの他のプラズマ処理装置にも適用することが可能であ
り、被処理体についても半導体ウェハに限らずＬＣＤ基
板その他の被処理体にも適用することが可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
処理容器内のプラズマ状態をリアルタイムで反映する、
エッチング処理時に処理室内に存在する量が相対的に大
きく変動する第１のガス成分と、これとは逆に、エッチ
ング処理時であっても処理室内に存在する量が相対的に
変動しない第２のガス成分との発光強度比を観測し、こ
の発光強度比の変動に応じて、高周波アンテナに印加す
る高周波エネルギをフィードバック制御することによ
り、高い精度で処理室内のプラズマ状態を最適に維持
し、特にエッチングの終了時点を正確に制御することが
可能となるので、精度の高いプラズマエッチングを実施
できる。

【００４９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づいて構成されたプラズマエッチン
グ処理装置の制御方法を適用可能なプラズマ処理装置の
概略的な断面図である。

【図２】ダミーウェハにより求められるエッチング速度
と処理容器内のガス圧力との関係を示すグラフである。

【図３】図１に示すプラズマ処理装置を組み込んだ製造
システムの構成図である。

【図４】図１の処理装置に適用可能な高周波アンテナ部
分の一実施例を示す平面図である。

【図５】図１の処理装置に適用可能な高周波アンテナ部
分の他の実施例を示す平面図である。

【図６】さらに別の構成の高周波アンテナを取り付けた
処理装置の実施例を示す概略的な断面図である。

【図７】処理容器内に第２の電極を取り付けた処理装置
の実施例を示す概略的な断面図である。

【図８】処理容器内に第２の電極を取り付けた処理装置
の他の実施例を示す概略的な断面図である。

【図９】処理容器の側壁に第２の高周波アンテナを取り
付けた処理装置の実施例を示す概略的な断面図である。

【図１０】処理容器の載置台内に第２の高周波アンテナ
を取り付けた処理装置の実施例を示す概略的な断面図で
ある。

【図１１】処理容器の載置台のフォーカスリングの周囲
に第２の高周波アンテナを取り付けた処理装置の実施例
を示す概略的な断面図である。

【図１２】処理容器の絶縁材の外壁面に複数の高周波ア
ンテナを配した処理装置の実施例を示す概略的な断面図
である。

【図１３】フェイスダウン方式処理装置の実施例を示す
概略的な断面図である。

【図１４】被処理体を垂直に配した処理装置の実施例を
示す概略的な断面図である。

【図１５】載置台を処理容器と別体に構成した処理装置
の実施例を示す概略的な断面図である。

【符号の説明】

１ プラズマ処理装置 ２ 処理容器 ４ 載置台 ５ 絶縁材 ６ 高周波アンテナ ７ 高周波電源 ８ マッチング回路 ２０ ガス供給手段 ３４ 透過窓 ３６ 光学センサ ３７ 制御器 ３８ 圧力センサ Ｗ 半導体ウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室の外部に絶縁体を介して配置され
   た平面渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナに高周
   波電力を印加することによりその処理室内に誘導プラズ
   マを励起して，その処理室内に配置された被処理体にエ
   ッチング処理を施すプラズマエッチング装置を制御する
   にあたり，エッチング処理に際して処理室内に存在する
   量が相対的に大きく変動する第１のガス成分と，エッチ
   ング処理に際して処理室内に存在する量が相対的に変動
   しない第２のガス成分との発光強度比の変動に応じて，
   高周波アンテナに印加される高周波エネルギを制御する
   エッチング処理装置の制御方法において； 前記第１のガス成分は，ＣＦ系処理ガス発生種とし，前
   記第２のガス成分は，不活性ガスとすることを特徴とす
   る，プラズマエッチング処理装置の制御方法。