JP4522888B2

JP4522888B2 - プラズマ処理装置におけるｆ密度測定方法とプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置

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Publication number: JP4522888B2
Application number: JP2005055620A
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Inventors: 昌伸本田
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Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2005-03-01
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2025-03-01
Also published as: JP2006245097A; CN1828274B; CN1828274A

Description

本発明は，処理容器内に収納した被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置に関する。

例えば，半導体製造プロセスにおいては，半導体ウェハ（以下，「ウェハ」という）などの被処理体の表面に形成したレジスト膜をマスクとして所望のパターンをエッチングし，その後，レジスト膜をウェハ表面から除去する処理が行われる。従来，このレジスト膜除去にあたっては，処理容器内のウェハを加熱すると共に，この処理容器内に例えばＯ₂（酸素）ガスを導入し，このＯ₂をプラズマ化した際に生ずるＯラジカルなどの活性種でレジスト膜をアッシング除去する方法（プラズマアッシング方法）が用いられている。このように，エッチング処理とアッシング処理を同じ処理容器内において連続的に行うことによって，被処理体を他の処理容器に移送する時間が省略され，全体の処理時間の短縮が可能となる。

ところが，例えばフッ素含有処理ガスを用いてエッチング処理を行うと，処理容器の内壁にＣＦポリマ（フッ化炭素系ポリマ）が堆積するおそれがある。この状態でアッシング処理を連続して行うと，処理容器の内壁に堆積したＣＦポリマが再解離し，ウェハ上のエッチングストップ層や絶縁膜がＦ（フッ素）によってダメージを受ける恐れがある。

そこで従来，このようなＦによるダメージを回避するために，アッシング処理を２ステップに分けて実施する方法が採られていた。まず，第１ステップでは，ウェハにバイアス電圧を印加せずに処理容器内にプラズマを発生させ，これによって処理容器の内壁に堆積しているＣＦポリマの除去を行う。次に，第２ステップにおいて，ウェハにバイアス電圧を印加させて，ウェハ上のレジスト膜をアッシングで除去する。このような２ステップを踏んでレジスト膜を除去する処理は，「ハイブリッド・アッシング(Hybrid Ashing)」と称される。ハイブリッド・アッシングについては，例えば下記の特許文献１〜６に開示されている。

特開平１１−１４５１１１号公報特開２０００−１８３０４０号公報特開平６−４５２９２号公報特開平１０−２０９１１８号公報特開２００１−１７６８５９号公報特開２００３−２６４１７０号公報

ところで，以上のようなハイブリッド・アッシングにおいては，第１ステップでＣＦポリマの除去を行った際の終点検出が必要となる。この終点検出については，ウェハ上の発光スペクトルを検出し，Ｆを示す波長の発光強度からＦ濃度を測定することが考えられる。

しかしながら，ウェハ上の発光スペクトルの強度は，処理容器内に発生するプラズマ密度に左右され，発光強度のみに基いてＦ濃度を正確に測定することは困難である。また，ウェハ上の発光スペクトルを処理容器外に導出させる光学系についても，ＣＦポリマなどが堆積し，発光強度を正確に測定できない可能性もある。

本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，プラズマ処理装置におけるプラズマ中のＦ密度を精度よく測定できる手段を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明によれば，処理容器内に収納した被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置におけるプラズマ中のＦ密度を測定する方法であって，前記処理容器内には，被処理体を載置するためのサセプタが設けられ，前記サセプタの上方には上部電極が設けられ，前記上部電極の中央にはガス導入口と，前記ガス導入口の真下に配置された透過窓が設けられ，前記ガス導入口の内部には，前記透過窓を通ってガス導入口内に入光した発光スペクトルを，処理容器外に導出させる光学系としての集光レンズとプリズムが配置され，少なくともＯ_２ガスと不活性ガスとを含む処理ガスを用い，被処理体の中央の上方に位置している前記透過窓を通して処理容器外に発光スペクトルを導出させて発光強度を測定し，被処理体の中央表面におけるＦラジカルの発光強度［Ｆ＊］と不活性ガスの発光強度［不活性ガス＊］との比［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］に基いて，プラズマ処理中のＦ密度を測定することを特徴とする，プラズマ処理装置におけるＦ密度測定方法が提供される。

この測定方法によれば，Ｆラジカルの発光強度［Ｆ^＊］と不活性ガスの発光強度［不活性ガス^＊］との比［Ｆ^＊］／［不活性ガス^＊］を用いることにより，処理容器内に発生するプラズマ密度の影響や発光スペクトルを処理容器外に導出させる光学系に堆積したＣＦポリマなどの影響を取除くことができる。その結果，プラズマ処理中のＦ密度を精度よく測定できるようになる。

この測定方法において，前記不活性ガスは，例えばＨｅガス，Ｎｅガス，Ａｒガス，Ｋｒガス，Ｘｅガス，Ｒｎガスなどの希ガス類元素のいずれか，もしくはそれらの任意の組合せとすることができる。また，前記不活性ガスをＡｒガスとし，前記Ｆラジカルの発光強度［Ｆ^＊］を波長７０３．７ｎｍで測定し，前記不活性ガスの発光強度［不活性ガス^＊］を波長７０３．０ｎｍで測定するようにしても良い。

また，前記比［Ｆ^＊］／［不活性ガス^＊］から，例えばアクチメトリー法によってプラズマ処理中のＦ密度を測定することができる。

また本発明によれば，処理容器内に収納した被処理体をプラズマ処理する方法であって，パターニングされたレジスト膜をマスクとして用いて，ＣＦ系の処理ガスで被処理基板をエッチングする工程と，少なくともＯ_２ガスと不活性ガスとを含む処理ガスで前記処理容器の内壁の堆積物を除去する工程と，少なくともＯ_２ガスを含む処理ガスで前記レジスト膜をアッシングする工程とを有し，前記処理容器の内壁の堆積物を除去する工程において，前述の測定方法によって，プラズマ中のＦ密度を測定し，その測定結果に基いて，前記処理容器の内壁の堆積物を除去する工程の終点を判定することを特徴とする，プラズマ処理方法が提供される。

このプラズマ処理方法によれば，上述した場合と同様に，プラズマ処理中のＦ密度を精度よく測定できるので，処理容器の内壁の堆積物を除去する工程の終点も精度良く判定できるようになる。

このプラズマ処理方法において，プラズマ中のＦ密度が所定の閾値以下となった場合に，前記終点を判定するようにしても良い。また，前記処理容器の内壁の堆積物を除去する工程において，前記被処理体には電力が印加されないようにしても良い。また，前記レジスト膜をアッシングする工程において，前記被処理体には０．１９Ｗ／ｃｍ^２以上の電力が印加されるようにしても良い。

また本発明によれば，処理容器内に収納した被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって，前記処理容器内に，ＣＦ系の処理ガスと，少なくともＯ２ガスと不活性ガスとを含む処理ガスと，少なくともＯ２を含む処理ガスとを選択的に供給する処理ガス供給源と，前記被処理体表面における発光スペクトルを前記処理容器外に導出させる光学系と，前記光学系によって導出された被処理体表面における発光スペクトルの強度を前記処理容器外において測定する発光強度測定手段と，前記発光強度測定手段において測定された被処理体表面におけるＦラジカルの発光強度［Ｆ＊］と不活性ガスの発光強度［不活性ガス＊］との比［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］に基いて，プラズマ処理中のＦ密度を測定し，Ｆ密度に基いてプラズマ処理装置を制御する制御手段を備え，前記処理容器内には，被処理体を載置するためのサセプタが設けられ，前記サセプタの上方には上部電極が設けられ，前記上部電極の中央にはガス導入口と，前記ガス導入口の真下に配置された透過窓が設けられ，前記ガス導入口の内部には，前記透過窓を通ってガス導入口内に入光した発光スペクトルを，処理容器外に導出させる前記光学系としての集光レンズとプリズムが配置され，前記発光強度測定手段は，前記透過窓を通して処理容器外に導出された被処理体の中央表面における発光スペクトルの強度を測定することを特徴とする，プラズマ処理装置が提供される。

このプラズマ処理装置によれば，上述した場合と同様に，プラズマ処理中のＦ密度を精度よく測定できるので，プラズマ処理装置を精度良く制御できるようになる。

このプラズマ処理装置において，例えば前記発光強度測定手段がポリクロメータであっても良い。また，前記制御手段は，前記比［Ｆ^＊］／［不活性ガス^＊］から，アクチメトリー法によってプラズマ処理中のＦ密度を測定するものであっても良い。

本発明によれば，プラズマ処理装置におけるプラズマ中のＦ密度を精度よく測定できるようになる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は，本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の一例として示した平行平板型のプラズマ処理装置１の概略構成図である。

このプラズマ処理装置１は，例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムから成る円筒形状に成形されたチャンバ（処理容器）１０を有しており，このチャンバ１０は接地されている。チャンバ１０内の底部にはセラミックなどの絶縁板１１を介して，被処理体としての半導体ウェハ（以下，「ウェハ」という）Ｗを載置するための略円柱状のサセプタ支持台１２が設けられている。このサセプタ支持台１２の上には，下部電極を構成するサセプタ１３が設けられている。このサセプタ１３にはハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１４が接続されている。

サセプタ支持台１２の内部には，温度調節媒体室２０が設けられている。そして，導入管２１を介して温度調節媒体室２０に温度調節媒体が導入，循環され，排出管２２から排出される。このような温度調節媒体の循環により，サセプタ１３を所望の温度に調整できる。

サセプタ１３は，その上側中央部が凸状の円板状に成形され，その上に被処理体としてのウェハＷと略同形の静電チャック２５が設けられている。静電チャック２５は，絶縁材の間に電極２６が介在された構成となっている。静電チャック２５は，電極２６に接続された直流電源２７から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加される。これによって，ウェハＷが静電チャック２５に静電吸着される。

そして，絶縁板１１，サセプタ支持台１２，サセプタ１３，および静電チャック２５には，被処理体であるウェハＷの裏面に伝熱媒体（例えばＨｅガスなどのバックサイドガス）を供給するためのガス通路３０が形成されている。この伝熱媒体を介してサセプタ１３とウェハＷとの間の熱伝達がなされ，ウェハＷが所定の温度に維持される。

サセプタ１３の上端周縁部には，静電チャック２５上に載置されたウェハＷを囲むように，環状のフォーカスリング３１が配置されている。このフォーカスリング３１は，セラミックスもしくは石英などの絶縁性材料，または導電性材料によって構成されている。フォーカスリング３１が配置されることによって，エッチングの均一性が向上する。

また，サセプタ１３の上方には，このサセプタ１３と平行に対向して上部電極３５が設けられている。この上部電極３５は，絶縁材３６を介して，チャンバ１０の内部に支持されている。上部電極３５は，サセプタ１３との対向面を構成し多数の吐出孔３７を有する電極板３８と，この電極板３８を支持する電極支持体３９とによって構成されている。電極板３８は，絶縁性材料または導電性材料によって形成される。本実施の形態においては，電極板３８の構成材料としてシリコンが用いられている。電極支持体３９は例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムなどの導電性材料から成る。なお，サセプタ１３と上部電極３５との間隔は，調節可能とされている。

上部電極３５における電極支持体３９の中央には，ガス導入口４５が設けられている。このガス導入口４５には，ガス供給管４６が接続されている。さらにこのガス供給管４６には，バルブ４７およびマスフローコントローラ４８を介して，処理ガス供給源４９が接続されている。

この処理ガス供給源４９から，エッチングのためのエッチングガスやアッシングのためのアッシングガスなどといった各種処理ガスが，吐出孔３７を経てチャンバ１０の内部に供給されるようになっている。なお，図１には，ガス供給管４６，バルブ４７，マスフローコントローラ４８，および処理ガス供給源４９等から成る処理ガス供給系を１つのみ示しているが，プラズマ処理装置１は，複数の処理ガス供給系を備えている。例えば，ＣＦ_４，ＣｘＯｙ，Ｏ_２，Ｎ_２，ＮｘＯｙ，ＮＨ_３，ＣＨＦ_３，Ｈ_２，Ａｒ，Ｈｅ，およびＸｅ等の処理ガスが，それぞれ独立に流量制御され，任意の組合わせでチャンバ１０内に供給される。

電極板３８の中央には，ガス導入口４５の真下に配置された透過窓５５が形成されている。この透過窓５５は，例えば石英ガラス等で構成されている。この透過窓５５は，チャンバ１０の内部においてサセプタ１３上に載置されたウェハＷの中央の上方に位置している。これにより，チャンバ１０内に収納されたウェハＷの中央の表面における発光スペクトルａが，透過窓５５を通ってガス導入口４５内に入光するようになっている。

ガス導入口４５の内部には，透過窓５５を通ってガス導入口４５内に入光した発光スペクトルａを，チャンバ１０外に導出させる光学系としての集光レンズ５６と，プリズム５７が配置される。プリズム５７の側方には，ガス導入口４５の側面に形成された例えば石英ガラス等からなる透過窓５８が配置され，この透過窓５８の外側に，光ファイバ等の光導出路５９が接続される。光導出路５９は，発光スペクトルａの発光強度を測定する発光強度測定手段としてのポリクロメータ６０に接続されている。これにより，ウェハＷ表面の発光スペクトルａが，透過窓５５，集光レンズ５６，プリズム５７，透過窓５８および光導出路５９を通ってポリクロメータ６０に入光し，チャンバ１０外のポリクロメータ６０においてウェハＷ表面の発光スペクトルａの発光強度が測定されるようになっている。

また，こうしてポリクロメータ６０で測定された発光強度は，制御手段６１に入力される。後に詳しく説明するように，制御手段６１は，こうしてポリクロメータ６０から入力された発光強度から，例えばプラズマ処理中のＦ密度を測定することができる。

チャンバ１０の底部には排気管６５が接続されており，この排気管６５には排気装置６６が接続されている。排気装置６６は，ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており，チャンバ１０内を所定の減圧雰囲気（例えば０．６７Ｐａ以下）に調整する。また，チャンバ１０の側壁にはゲートバルブ６７が設けられている。このゲートバルブ６７が開くことによって，チャンバ１０内へのウェハＷの搬入，および，チャンバ１０内からのウェハＷの搬出が可能となる。なお，ウェハＷの搬送には例えば，図示しないウェハカセットが用いられる。

上部電極３５には，第１の高周波電源８０が接続されており，その給電線には第１の整合器８１が介挿されている。また，上部電極３５にはローパスフィルタ（ＬＰＦ）８２が接続されている。この第１の高周波電源８０は，４０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有する電力を出力することが可能である。このように高い周波数の電力を上部電極３５に印加することにより，チャンバ１０内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができ，従来と比べて低圧条件下のプラズマ処理が可能となる。第１の高周波電源８０の出力電力の周波数は，４０〜８０ＭＨｚが好ましく，典型的には図示した６０ＭＨｚまたはその近傍の周波数が使われる。

下部電極としてのサセプタ１３には，第２の高周波電源８５が接続されており，その給電線には第２の整合器８６が介挿されている。この第２の高周波電源８５は数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚの範囲の周波数を有する電力を出力することが可能である。このような範囲の周波数の電力をサセプタ１３に印加することにより，被処理体であるウェハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源８５の出力電力の周波数は，典型的には図示した２ＭＨｚ，３．２ＭＨｚ，または１３．５６ＭＨｚ等が使われる。本実施の形態においては，２ＭＨｚとした。

以上のように構成されるプラズマ処理装置１全体は，制御手段６１によって制御されている。例えば，処理ガス供給源４９によるチャンバ１０内への各種処理ガスの供給，上部電極３５への電力供給，サセプタ１３（下部電極）への電力供給，排気装置６６によるチャンバ１０内の減圧雰囲気調整，
ゲートバルブ６７の開閉，静電チャック２５によるウェハＷの静電吸着，ガス通路３０を通じた伝熱媒体の供給によるウェハＷの温度調整，温度調節媒体室２０への温度調節媒体の循環によるサセプタ１３の温度調整等は，いずれも制御手段６１によって制御されている。

次に，図２は，図１で説明したプラズマ処理装置１によって，エッチング処理およびアッシング処理される被処理体としてのウェハＷの説明図である。

この図２に示したウェハＷは，順次積層されたエッチングストップ膜１００，低誘電率膜（以下，「Ｌｏｗ−ｋ膜」という）１０１，反射防止膜（ＢＡＲＣ：Bottom Anti-Reflective Coat）１０２，およびフォトレジスト膜１０３を備えている。なお，図２には示していないが，エッチングストップ層１００の下部には，例えばＣｕ（銅）配線層などの金属層，各種半導体層，およびシリコン基板などが存在する。

フォトレジスト膜１０３を構成するレジスト材は，例えば，ＫｒＦ光（波長２４８ｎｍ）に感光するタイプのもので，その膜厚は例えば４００ｎｍ程度である。そして，予めフォトリソグラフィ工程において，例えば直径２００ｎｍの円形ホールがパターニングされている。

反射防止膜１０２は，フォトレジスト膜１０３をＫｒＦ光で露光する際に，下地層からの反射光を抑制する働きをする。これによって，より微細なパターニングが可能となる。なお，ここでの反射防止膜１０２の膜厚は例えば６０ｎｍ程度である。

Ｌｏｗ−ｋ膜１０１を構成する低誘電率材料としては，シロキサン系（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）のＨＳＱ(Hydrogen-SilsesQuioxane)やＭＳＱ(Methyl-hydrogen-SilsesQuioxane)等がある。また，このシロキサン系以外にも有機系の材料が採用される場合がある。本実施の形態においては，ＭＳＱの中からBlack
Diamond（登録商標）またはCoral（登録商標）をＬｏｗ−ｋ膜１０１の構成材料として採用している。なお，ここでのＬｏｗ−ｋ膜２０８の膜厚は例えば１０００ｎｍ程度である。

エッチングストップ層１００は，例えば，ＳｉＣ材によって形成されており，その膜厚は例えば８０μｍ程度である。このエッチングストップ膜１００が備えられていることによって，フォトレジスト膜１０３をマスクとして用いて，Ｌｏｗ−ｋ膜１０１をエッチングしたときに，エッチングストップ膜１００の下部の層（例えば金属層）に対してエッチング処理の影響が及ばなくなる。

次に，この図２に示したウェハＷに対するプラズマ処理装置１を用いたプラズマエッチング処理およびプラズマアッシング処理について説明する。

まず，パターニングされたフォトレジスト膜１０３をマスクとして用いて，反射防止膜１０２のエッチングを行う（第１エッチング工程）。この第１エッチング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば，チャンバ１０内の圧力を５０ｍＴｏｒｒに調整し，上部電極３５に印加する高周波電力を１０００Ｗ，サセプタ１３に印加する高周波電力を１００Ｗとする。また，処理ガスとして，ＣＦ_４を用いる。これらプロセス条件は，制御手段６１によって制御される。

次に，パターニングされたフォトレジスト膜１０３をマスクとして用いて，Ｌｏｗ−ｋ膜１０１のエッチングを行う（第２エッチング工程）。この第２エッチング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば，チャンバ１０内の圧力を５０ｍＴｏｒｒに調整し，上部電極３５に印加する高周波電力を１２００Ｗ，サセプタ１３に印加する高周波電力を１７００Ｗとする。また，処理ガスとして，ＣＨＦ_３，ＣＦ_４，Ａｒ，Ｎ_２，およびＯ_２の混合ガスを用いる。これらプロセス条件は，制御手段６１によって制御される。

次いで，第２エッチング工程においてＬｏｗ−ｋ膜１０１に形成されたビアホールの底部にＬｏｗ−ｋ材が残らないように，いわゆるオーバーエッチング工程（第３エッチング工程）を実施する。この第３エッチング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば，チャンバ１０内の圧力を７５ｍＴｏｒｒに調整し，上部電極３５に印加する高周波電力を１２００Ｗ，サセプタ１３に印加する高周波電力を１２００Ｗとする。また，処理ガスとして，Ｃ_４Ｆ_８，Ａｒ，およびＮ_２の混合ガスを用いる。これらプロセス条件は，制御手段６１によって制御される。

以上の第１〜３エッチング工程を実施することによって，Ｌｏｗ−ｋ膜１０１にビアホールが形成される。

続いて，同一のチャンバ１０内において，ウェハＷに対して，フォトレジスト膜１０３の除去を目的としたプラズマアッシング処理が施される。

ところで，ウェハＷに対する上記の第１〜３のプラズマエッチング処理が行われると，処理ガスに含まれているＦ（フッ素）がＣ（炭素）と反応して生じたＣＦポリマ（フッ化炭素系ポリマ）が，チャンバ１０の内壁に付着して徐々に堆積していく。このようにＣＦポリマがチャンバ１０の内壁に堆積した状態で，すぐにフォトレジスト膜１０３の除去のみを目的としたプラズマアッシング処理を行うと，チャンバ１０の内壁に堆積したＣＦポリマが再解離し，例えばＬｏｗ−ｋ膜１０１やエッチングストップ層１００がＦによってエッチングされ，ダメージを受ける恐れがある。

そこで，この実施の形態にかかるプラズマ処理では，主にチャンバ１０の内壁に堆積したＣＦポリマを除去する第１アッシング工程と，フォトレジスト膜１０３をアッシング除去する第２アッシング工程とに分けて実施される。まず，第１アッシング工程を実施することによって，ウェハＷに影響を与えることなくチャンバ１０の内壁に堆積したＣＦポリマが除去される。そして，ＣＦポリマの除去が終了した後，第２アッシング工程を行い，フォトレジスト膜１０３を除去する。

ここで，第１アッシング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば，チャンバ１０内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ，上部電極３５とサセプタ１３との間隔を４０ｍｍに調整し，上部電極３５に印加する高周波電力を５００Ｗ，サセプタ１３に印加する高周波電力を０Ｗ（すなわち，サセプタ１３には高周波電力を印加しない，いわゆる０バイアス状態）とする。このように０バイアス状態とすることにより，ウェハＷへのＦの引きこみを回避でき，ダメージを防止できる。また，処理ガス（第１処理ガス）としては，少なくともＯ_２ガスと不活性ガスとを含む処理ガス，例えばＡｒ（不活性ガス）とＯ_２の混合ガスを用い，Ａｒ／Ｏ_２のガス流量比（Ａｒのガス流量／Ｏ_２のガス流量）を例えば４５０ｓｃｃｍ／５０ｓｃｃｍとする。これらプロセス条件は，制御手段６１によって制御される。

また，第１アッシング工程中，チャンバ１内におけるプラズマ中のＦ密度を測定し，その測定したＦ密度に基いて，第１アッシング工程の終点を判定する。この場合，第１アッシング工程中，プラズマ中のＦ密度を測定し，測定したＦ密度が例えば所定の閾値以下となった場合に，第１アッシング工程の終点を判定することができる。

ここで，チャンバ１０内におけるプラズマ中のＦ密度の測定は，次のように行われる。即ち，このプラズマ処理装置１においては，チャンバ１０内のサセプタ１３上に載置されたウェハＷの中央表面における発光スペクトルａが，その上方に配置された透過窓５５，集光レンズ５６，プリズム５７，透過窓５８および光導出路５９を通ってポリクロメータ６０に入光し，チャンバ１０外のポリクロメータ６０においてウェハＷ表面の発光スペクトルａの発光強度が測定される。この場合，ポリクロメータ６０において，発光スペクトルａ中から波長７０３．７ｎｍの光を分光して，その発光強度を測定することにより，ウェハＷ表面におけるＦラジカルの発光強度［Ｆ^＊］を測定することができる。また，発光スペクトルａ中から波長７０３．０ｎｍの光を分光して，その発光強度を測定することにより，ウェハＷ表面におけるＡｒガスの発光強度［不活性ガス^＊］を測定することができる。ここで，図３は，ポリクロメータ６０において測定されるウェハＷ表面の発光スペクトルａの発光強度と波長との関係を示すグラフである。この図３から理解されるように，Ａｒガスの発光強度［不活性ガス^＊］は波長７０３．０ｎｍでピークを示し，Ｆラジカルの発光強度［Ｆ^＊］は波長７０３．７ｎｍを示している。これら二つのピークは波長が近いので，波長幅をあまり大きくできないポリクロメータ６０（高分解能ＣＣＤ）を用いて，各ピークにおいて，Ａｒガスの発光強度［不活性ガス^＊］とＦラジカルの発光強度［Ｆ^＊］を精度良く測定できる。

そして，このようにポリクロメータ６０によって測定されたウェハＷ表面におけるＦラジカルの発光強度［Ｆ^＊］とＡｒガスの発光強度［不活性ガス^＊］が，制御手段６１に入力される。制御手段６１は，こうしてポリクロメータ６０から入力されたＦラジカルの発光強度［Ｆ^＊］とＡｒガスの発光強度［不活性ガス^＊］との比［Ｆ^＊］／［不活性ガス^＊］から，次の（式１）に従ってアクチメトリー法によりプラズマ処理中のＦ密度を測定する。

Ｆ密度［ｃｍ^−３］＝Ａ×（Ｎ×Ｐ［Ｔｏｒｒ］）／（７６０×２２４０００［ｃｍ^３］）×（Ｑ_Ａｒ／Ｑ）×（［Ｆ^＊］／［不活性ガス^＊］）（式１）
ここで，Ａ：アクチノ係数
Ｎ：アボガドロ数
Ｐ：チャンバ１０内の圧力
Ｑ_Ａｒ：チャンバ１０内に供給するＡｒの流量
Ｑ：チャンバ１０内に供給する処理ガスの全流量

一方，このように第１アッシング工程を行っていくと，チャンバ１０の内壁に堆積したＣＦポリマが徐々に除去されるので，それに従って，チャンバ１０内におけるプラズマ中のＦ密度は次第に下がっていく傾向にある。ここで，図４は，チャンバ１０内部品（チャンバ１０の内壁も含む）へのＣＦポリマ堆積状態（堆積量）がそれぞれ異なるチャンバ１０内に，表面にＳｉＯ_２膜を形成したウェハＷを収納し，アッシング処理を行った場合の，アクチメトリー法によって測定されたプラズマ処理中のＦ密度と，ウェハＷ表面のエッチング速度との関係を示すグラフである。この図４から理解されるように，アクチメトリー法によって測定されたＦ密度とエッチング速度とはほぼ比例関係にあり，このため，Ｆ密度が小さくなれば，それに従ってウェハＷ表面が受けるダメージも小さくなる。そこで，ウェハＷが受けるダメージを考慮しなくても良い状態までＦ密度が下がったら，第１アッシング工程を終了して良い。

この場合，制御手段６１において，例えばＦ密度について所定の閾値を設定しておき，アクチメトリー法によって測定されたＦ密度がその閾値以下となった場合に，第１アッシング工程の終点を判定することができる。なお，そのように設定される閾値は，ウェハＷへのダメージを考慮して，影響を考慮しなくて良い状況となったことを判定できるものであればよい。そのための閾値は，ウェハＷの種類，膜種，処理の種類など，種々の要因を考慮して適宜定めれば良い。

このようにＦラジカルの発光強度［Ｆ^＊］とＡｒガスの発光強度［不活性ガス^＊］との比［Ｆ^＊］／［不活性ガス^＊］に基いてプラズマ処理中のＦ密度を測定することにより，チャンバ１内に発生するプラズマ密度の影響や，発光スペクトルａをチャンバ１の外部へ導出させる透過窓５５の汚れ等による影響も取除くことができる。即ち，この第１アッシング工程においては，例えばＡｒガス（不活性ガス）とＯ_２ガスの混合ガスが処理ガスとして用いられるが，Ａｒガスはチャンバ１内に発生するプラズマ密度の影響を受けないので，Ａｒガスの発光強度［不活性ガス^＊］との比（［Ｆ^＊］／［不活性ガス^＊］）に基いてプラズマ処理中のＦ密度を測定することにより，プラズマ密度の影響を排除した状態でＦ密度を測定できるようになる。また，例えばＣＦポリマなどによって透過窓５５が汚れたような場合には，Ｆラジカルの発光強度［Ｆ^＊］とＡｒガスの発光強度［不活性ガス^＊］は，いずれも等しく汚れの影響を受けることとなる。そのため，両者の比をとることにより，汚れの影響が相殺され，汚れの影響を排除した状態でＦ密度を測定できるようになる。その結果，プラズマ処理中のＦ密度を精度よく測定でき，第１アッシング工程の終点を正確に判定できるようになる。

そして，このようにＦ密度に基いて終点検出し，第１工程を終了する。その後，続く第２アッシング工程において，レジスト膜１０３を除去する。

ここで，第２アッシング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば，チャンバ１０内の圧力を１０ｍＴｏｒｒ，上部電極３５とサセプタ１３との間隔を５５ｍｍに調整し，上部電極３５に印加する高周波電力を５００Ｗ，サセプタ１３に印加する高周波電力を２００Ｗとする。また，処理ガス（第２処理ガス）として，Ｎ_２（第２不活性ガス）とＯ_２の混合ガスを用い，Ｎ_２／Ｏ_２のガス流量比（Ｎ_２のガス流量／Ｏ_２のガス流量）を６０ｓｃｃｍ／６０ｓｃｃｍとする。さらに，ウェハＷの裏面冷却ガス圧力をセンタ部１０Ｔｏｒｒ，エッジ部３５Ｔｏｒｒとする。また，チャンバ１０内の設定温度については，上部電極を６０℃，下部電極を５０℃，側壁部を２０℃とする。そして，この第２アッシング工程の時間は，２６ｓｅｃとする。これらプロセス条件は，制御手段６１によって制御される。

なお，第１〜３エッチング工程および第１，２アッシング工程の切り替わり期間において，上部電極３５とサセプタ１３にそれぞれ高周波電力を供給する第１の高周波電源８０と第２の高周波電源８５は，一旦オフ状態とされる。一方で，第２アッシング工程におけるチャンバ１０内の圧力は１０ｍＴｏｒｒと低く，このままではチャンバ１０内に安定的にプラズマを点火させることができない。そこで，第１アッシング工程と第２アッシング工程の間に，チャンバ１０内の圧力を一時的に例えば３０ｍＴｏｒｒとするプラズマ点火工程を３ｓｅｃ間実施する。このプラズマ点火工程を実施することによって，プラズマを確実に点火させ，その後，第２アッシング工程においてチャンバ１０内の圧力を低く調整することが可能となる。

こうして，第２アッシング工程においては，Ｌｏｗ−ｋ膜１０１やエッチングストップ層１００がＦラジカルによるダメージを受けることなく，それらの膜質を良好な状態に保ちつつ，フォトレジスト膜１０３を除去することができるようになる。

以上，本発明の実施の形態の一例について説明したが，本発明はこの例に限らず種々の形態を採りうるものである。例えば図示の形態では，不活性ガスの一例としてＡｒガスについて説明したが，不活性ガスとして，Ｈｅガス，Ｎｅガス，Ｋｒガス，Ｘｅガス，Ｒｎガスも使用可能である。また，Ａｒガスも含めてそれらの任意の組合せでも良い。また，Ｆラジカルの発光強度［Ｆ^＊］を波長７０３．７ｎｍ以外の波長領域で測定しても良いし，不活性ガスの発光強度［不活性ガス^＊］を波長７０３．０ｎｍ以外の波長領域で測定しても良い。また，図示の形態では，ウェハＷの上方からＦラジカルの発光強度［Ｆ^＊］と不活性ガスの発光強度［不活性ガス^＊］を測定したが，例えばウェハＷの側方からそれらの発光強度を測定しても良い。また，本発明はウェハＷ以外の他の被処理体のプラズマ処理にも適用できる。

本発明は，プラズマ処理に適用可能である。

本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成図である。図１に示したプラズマ処理装置によって，エッチング処理およびアッシング処理される被処理体の膜構成を示す概略断面図である。ポリクロメータにおいて測定されるウェハ表面の発光スペクトルの発光強度と波長との関係を示すグラフである。アクチメトリー法によって測定されたプラズマ処理中のＦ密度と，ウェハ表面のエッチング速度との関係を示すグラフである。

符号の説明

ａ発光スペクトル
Ｗウェハ
１プラズマ処理装置
１０チャンバ
１３サセプタ
２５静電チャック
３５上部電極
４５ガス導入口
４９処理ガス供給源
５５，５８透過窓
５６集光レンズ
５７プリズム
５９光導出路
６０ポリクロメータ
６１制御手段
１００エッチングストップ膜
１０１低誘電率膜
１０２反射防止膜
１０２フォトレジスト膜

Claims

処理容器内に収納した被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置におけるプラズマ中のＦ密度を測定する方法であって，
前記処理容器内には，被処理体を載置するためのサセプタが設けられ，
前記サセプタの上方には上部電極が設けられ，
前記上部電極の中央にはガス導入口と，前記ガス導入口の真下に配置された透過窓が設けられ，
前記ガス導入口の内部には，前記透過窓を通ってガス導入口内に入光した発光スペクトルを，処理容器外に導出させる光学系としての集光レンズとプリズムが配置され，
少なくともＯ_２ガスと不活性ガスとを含む処理ガスを用い，被処理体の中央の上方に位置している前記透過窓を通して処理容器外に発光スペクトルを導出させて発光強度を測定し，被処理体の中央表面におけるＦラジカルの発光強度［Ｆ＊］と不活性ガスの発光強度［不活性ガス＊］との比［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］に基いて，プラズマ処理中のＦ密度を測定することを特徴とする，プラズマ処理装置におけるＦ密度測定方法。
前記不活性ガスは，Ｈｅガス，Ｎｅガス，Ａｒガス，Ｋｒガス，Ｘｅガス，Ｒｎガスのいずれか，もしくはそれらの任意の組合せであることを特徴とする，請求項１に記載のプラズマ処理装置におけるＦ密度測定方法。
前記不活性ガスは，Ａｒガスであり，前記Ｆラジカルの発光強度［Ｆ＊］を波長７０３．７ｎｍで測定し，前記不活性ガスの発光強度［不活性ガス＊］を波長７０３．０ｎｍで測定することを特徴とする，請求項１に記載のプラズマ処理装置におけるＦ密度測定方法。
前記比［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］から，アクチメトリー法によってプラズマ処理中のＦ密度を測定することを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置におけるＦ密度測定方法。
処理容器内に収納した被処理体をプラズマ処理する方法であって，
パターニングされたレジスト膜をマスクとして用いて，ＣＦ系の処理ガスで被処理基板をエッチングする工程と，
少なくともＯ２ガスと不活性ガスとを含む処理ガスで前記処理容器の内壁の堆積物を除去する工程と，
少なくともＯ２ガスを含む処理ガスで前記レジスト膜をアッシングする工程とを有し，
前記処理容器の内壁の堆積物を除去する工程において，請求項１〜４のいずれかに記載の測定方法によって，プラズマ中のＦ密度を測定し，その測定結果に基いて，前記処理容器の内壁の堆積物を除去する工程の終点を判定することを特徴とする，プラズマ処理方法。
プラズマ中のＦ密度が所定の閾値以下となった場合に，前記終点を判定することを特徴とする，請求項５に記載のプラズマ処理方法。
前記処理容器の内壁の堆積物を除去する工程において，前記被処理体には電力が印加されないことを特徴とする，請求項５または６に記載のプラズマ処理方法。
前記レジスト膜をアッシングする工程において，前記被処理体には０．１９Ｗ／ｃｍ２以上の電力が印加されることを特徴とする，請求項５〜７のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
処理容器内に収納した被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって，
前記処理容器内に，ＣＦ系の処理ガスと，少なくともＯ２ガスと不活性ガスとを含む処理ガスと，少なくともＯ２を含む処理ガスとを選択的に供給する処理ガス供給源と，
前記被処理体表面における発光スペクトルを前記処理容器外に導出させる光学系と，
前記光学系によって導出された被処理体表面における発光スペクトルの強度を前記処理容器外において測定する発光強度測定手段と，
前記発光強度測定手段において測定された被処理体表面におけるＦラジカルの発光強度［Ｆ＊］と不活性ガスの発光強度［不活性ガス＊］との比［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］に基いて，プラズマ処理中のＦ密度を測定し，Ｆ密度に基いてプラズマ処理装置を制御する制御手段を備え，
前記処理容器内には，被処理体を載置するためのサセプタが設けられ，
前記サセプタの上方には上部電極が設けられ，
前記上部電極の中央にはガス導入口と，前記ガス導入口の真下に配置された透過窓が設けられ，
前記ガス導入口の内部には，前記透過窓を通ってガス導入口内に入光した発光スペクトルを，処理容器外に導出させる前記光学系としての集光レンズとプリズムが配置され，
前記発光強度測定手段は，前記透過窓を通して処理容器外に導出された被処理体の中央表面における発光スペクトルの強度を測定することを特徴とする，プラズマ処理装置。
前記発光強度測定手段がポリクロメータであることを特徴とする，請求項９に記載のプラズマ処理装置。
前記制御手段は，前記比［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］から，アクチメトリー法によってプラズマ処理中のＦ密度を測定することを特徴とする，請求項９または１０に記載のプラズマ処理装置。