JP5189859B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、原料ガスをプラズマ化し、活性化した粒子の物理または化学反応により半導体表面処理を行う装置、特にプラズマエッチング装置を用いたプラズマ処理方法に関する。

多品種の半導体製品の処理を行う半導体製造装置において、装置状態判定のための工程を、製品処理工程とは別に持ち、正常動作可能かを判断する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、クリーニング中のプラズマ発光スペクトルの変動から製品処理結果を推定し、また、その結果を製品処理工程の内容に反映させる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献１には、装置状態維持の手法は提供されず、また、多品種製造の際に必要となる手動処理の削減方法について述べられており、装置性能の経時変化を抑制することも示されていない。また、特許文献２には、変化する装置状態に対応するように処理レシピを修正することが示され、装置状態を一定に保つことは示されていない。

近年の半導体の微細化に伴い、プラズマエッチング装置を用いたプラズマ処理において、半導体内でのエッチング形状の均一性、および試料ごとのエッチング形状の均一性が、製品歩留まりに与える影響が増大している。

プラズマエッチング装置は、処理室に導入したガスと試料との反応により、処理が進行するが、この反応による副生成物が処理室内に堆積することは一般的に不可避であるため、試料処理ごとなどにプラズマを用いた処理室のクリーニングを実施する（これをインサイチュクリーニングという）。しかし、このインサイチュクリーニングによっても除去できないものが残留したり、エッチングとクリーニングの繰り返しによって、処理室内壁の表面が変質したりすることで、徐々に処理室内の状態は変化する。

一方、プラズマによるエッチング処理では、処理室内に導入したガスのプラズマと試料との反応と同時に、前記プラズマは処理室内壁などに堆積した前記副生成物などとも反応しうるため、プラズマは内壁との相互作用の影響により、プラズマ中の分子やラジカルの密度が増減し、その結果エッチング特性が変化する場合がある。
特開２０００−１５０６０８号公報 特開２００３−１７４７１号公報

しかしながら、上記従来技術は、処理室内壁の堆積物や表面状態の変化を原因として、エッチング性能の経時変化が起こりうるため、エッチング装置の動作安定性向上には、処理室内壁とプラズマの相互作用を定量的に把握し、制御することが必要である。

上記問題に鑑み、本発明は、プラズマエッチング装置において、処理性能を長期にわたる安定化すること、ひいては歩留まりの向上と連続稼働時間を延長することが可能なプラズマ処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明によるプラズマ処理方法では、プラズマを生成し制御する機構のほかに、プラズマからの発光を時間と波長について分解可能な分光器と、この分光器からの出力を受けて、処理室内の状態を判定するためのモデルと、処理室内状態を一定に保つために最適なクリーニング条件を再計算するモデルとを備える。

本発明によるプラズマ処理方法では、エッチング処理工程及びクリーニング工程とは別に、処理室状態測定用の工程条件を持ち、あらかじめ決められた時間間隔で実行する。

本発明によるプラズマ処理方法では、測定された処理室状態と、目標とする処理室状態との比較から、製品処理が着工可能であるかを判定し、さらに処理室状態を一定に保つように最適なクリーニング条件を計算し、クリーニングレシピに反映することで、装置状態を制御する。

以上より、処理室内の状態は常に一定に保たれ、その結果、長期間にわたって安定なエッチング性能を提供することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明のプラズマ処理方法が適用されるプラズマ処理装置の真空処理チャンバ周りの構成の概略を示す縦断面図である。プラズマ処理装置は、プラズマ処理室１０と、マイクロ波源２１と、自動整合機２２と、方形導波管２３と、方形円形導波管変換機２４と、円形導波管２５と、空洞共振部２６と、マイクロ波導入窓２７と、下部電極３１と、ＲＦ電源３２と、整合機３３と、ガス源４１と、マスフローコントローラ（以下、ＭＦＣということがある）４２と、ガスバルブ４３と、シャワープレート４４と、可動弁５１と、ターボ分子ポンプ （以下、ＴＭＰということがある）５２と、ソレノイドコイル（静磁界の発生装置）６１と、光ファイバー７１と、分光器７２と、コンピュータ７３と、を備えている。

マイクロ波源２１から発振されたマイクロ波は、方形導波管２３を用いて伝送され、方形円形導波管変換機２４により、円形導波管２５に接続される。自動整合機２２により負荷インピーダンスを調整して反射波を自動的に抑制することができる。マイクロ波源としては発振周波数２．４５ＧＨｚのマグネトロンを用いた。円形導波管２５は空洞共振部２６に接続される。空洞共振部２６はマイクロ波電磁界分布をプラズマ処理に適した分布に調整する働きを持つ。空洞共振部２６の下部にはマイクロ波導入窓２７、シャワープレート４４を介してプラズマ処理室１０がある。プラズマ処理室１０に導入されたマイクロ波と、ソレノイドコイル６１によって形成される磁界のＥＣＲ共鳴によって、処理室内に反応性ガスのプラズマを形成するプラズマエッチング装置である。ＥＣＲ共鳴とは、前記ソレノイドコイルが生成する磁界の磁力線に沿って電子が回転しながら移動するところに、その回転の周期に対応した周波数のマイクロ波をプラズマに入射することで電子を選択的に加熱することを言い、プラズマの効果的な加熱法である。また、静磁界を用いる他の利点として、静磁界の分布を変化させることでＥＣＲ共鳴が発生する位置を制御することが出来、プラズマ発生領域を制御することができる。さらにプラズマは磁力線に対して垂直な方向に拡散が抑制されることが知られており、プラズマの拡散を制御し、プラズマの損失を低減することができる。これらの効果により、プラズマの分布を制御することができ、従ってプラズマ処理の均一性を高めることができる。

静磁界の発生装置６１として３段の電磁石を用いた。各電磁石に通電する電流を変えることで、静磁界の分布を制御することができる。反応性ガスは、ガス源４１から試料台たる下部電極３１に対向する面に設置されたシャワープレート構造４４より供給され、ＭＦＣ４２によってその流量を制御する。ガスバルブ４３はガスの供給を開始または終了するために設けられている。処理室内ガスはＴＭＰ５２から排気されＴＭＰ上流部に設けられた可動弁５１によってその排気速度を制御し、処理室内圧力を制御する。

前記試料であるシリコンウェハ（以下、単にウェハと記す）は、静電吸着により下部電極３１に吸着保持可能である。さらに、下部電極３１にＲＦ電源３２より周波数４００ｋＨｚのＲＦ波を整合機３３を介して印加することにより処理性能の制御、処理速度の向上が可能である。処理室、下部電極３１、ＴＭＰ５２はそれぞれ略円筒形であり、その円筒の軸を同一とする。下部電極は処理室に梁によって支持されている。また、以上の構成は全て制御コンピュータに接続され、適切なシーケンスで動作するようそのタイミング、動作量をコントロールされる。動作シーケンスはレシピと呼ばれ、あらかじめ設定されたレシピに基づいた動作がなされる。エッチングの終点判定を行うため、装置には光ファイバー７１を介して取り付けられた分光器７２と分光器に接続されたコンピュータ７３が設けられており、プラズマからの発光を波長・時間に関して分解して測定・記録する。

試料であるウェハは、必要な機能・性能を実現するために、さまざまな組成からなる複数の層によって構成されており、これらを所望する形状に加工するため、ガス組成・プラズマ密度分布・処理圧力を変えた複数のステップに分けてエッチング処理が行われる。この一連の処理内容を以下レシピと記す。

エッチング処理によって、エッチング対象となる層の一部はプラズマとの反応によって除去され、その際に生じる反応生成物は処理室内の例えば内壁表面などに堆積することがある。この堆積物はエッチング性能の変動を引き起こしたり、堆積物の一部が剥離してウェハ上に付着することで不良の原因となったりすることがあるため、ウェハ処理ごとまたはロット処理ごとなどに堆積物の除去のための処理を実施される。この工程を（インサイチュ）クリーニングと称する。

また、真空処理室内のメンテナンスのために、処理室を大気開放し処理室内の堆積物を清掃する場合がある。製品の処理を連続して行っている間は、処理室内の表面状態は、反応生成物の堆積とそのクリーニングによる除去とによってある平衡に近い状態にあるが、大掛かりなメンテナンス作業を行うと、処理室内状態は製品処理が繰り返されて到達する平衡状態とは異なるものになる。前記のように、エッチング性能は処理室内の状態に影響を受けるため、メンテナンス作業後は、処理室内状態を製品処理中に到達する平衡状態に近づけるための慣らし処理が行われることがある。これをシーズニングと記す。

本発明のプラズマ処理方法（半導体製造方法）は、上記の装置動作状態を監視するプラズマ処理装置（半導体製造装置）において、製品処理条件とは別に、装置状態測定用の工程条件を持ち、装置状態測定の結果に応じてクリーニング条件を最適化することによって、装置状態、特に処理室内壁の状態が一定に保たれ、その結果エッチング性能の変化を抑制することを特徴とする。

本発明では、エッチング処理中のある決まった処理が終了した後の状態における、処理室内の残留物の種類と量とによって、上記の装置状態を定義する。ある決まった処理とは、例えば枚葉ごと若しくは複数の枚葉のエッチング処理、ロット単位でのエッチング処理処理、枚葉ごとのエッチング処理終了後に行うクリーニング処理、枚葉ごと若しくは複数の枚葉ようのエッチング処理の終了後に行うクリーニング処理がある。さらに、装置状態の測定は、静電吸着されたウェハの除電処理中に行われることがある。

図１２に処理室内残留物量がエッチング性能に影響を与える例を示す。以下に示す本発明における計測方法によって、インサイチュクリーニング後の炭素残留量を測定し、その状態でのエッチング速度（以下、エッチングレートという）を測定したものである。

この例では、処理室内残留量の異なる条件を作り出すことを目的として、インサイチュクリーニングレシピを２種類用い、一方を酸素添加無しとし、もう一方を酸素添加量９０ｓｃｃｍとした。この二つのインサイチュクリーニング処理後に測定される炭素の残留量が図２の曲線Ｏである。酸素は炭素と容易に結びつき気化するので、酸素添加によって炭素がクリーニングされることになり、酸素添加量が増すと炭素残留量は減少する。

前記のように、インサイチュクリーニングの酸素添加量によって炭素残留量が制御可能であった。この条件付けによって、炭素残留量の異なる２条件を作り出し、その条件下でのエッチングレートの測定を行ったのが、図１２の曲線Ｎである。ここでは、ＨＢｒ、Ｃｌ_２、Ｏ_２の組み合わせからなるガスを用いた処理条件で、酸化ケイ素膜のエッチングレートを測定している。ＨＢｒおよびＣｌ_２はエッチングを進行させるものとして働き、Ｏ_２はエッチングを適度に阻害することで形状の制御性を向上させるために用いられる。この結果から、酸素添加量が減少すると炭素残留量が増加し、エッチングレートは向上することがわかる。これは、処理室内の炭素残留量が増すと、エッチングを阻害する役目を持つ酸素が残留炭素によって消費され、プラズマ中の酸素密度が低下し、エッチングの進行が阻害されにくくなったことによると考えられる。

この図１２に示した例のように、処理室内残留物はエッチング性能に敏感に影響を与える装置状態を表すパラメータとして本質的であるため、処理室内残留物量を用いて装置状態を定義することは妥当である。

処理室内壁の状態を正確に記述するには、内壁を構成する部材の変化や、堆積物の組成・結合状態などを調べる必要がある。しかし、本発明では同一の製品を処理し続けることによって生じる装置状態の僅かな変化を測定することを目的とするので、同じ処理を繰り返す場合において堆積物の組成が大きく変化することはないと考えられるため、ある堆積物の堆積量の変化を測定することで、装置状態の変化の差分が得られることになる。

よって、定常状態におけるあるべき装置状態がわかっていれば、その目標とする装置状態からの差として、装置状態を定義することが可能である。

装置状態は、例えばエッチングレートや加工寸法といったエッチング性能の指標について考えると、ウェハ処理枚数を重ねるごとに徐々に変化し、それは一般的には数十枚もしくは数百枚のウェハを処理することで安定な状態に到達する。これは、処理室内の表面状態がエッチングやクリーニングの工程を繰り返すことで、反応生成物の堆積とその除去を繰り返すうちに一定の平衡状態へと近づくためである。

前記の定常状態におけるあるべき装置状態とは、前記のような安定した状態であって、そのときの装置状態、すなわち残留物の種類とその量はあらかじめ取得され、目標とする装置状態として扱う。

本発明における、装置状態測定工程の詳細について述べる。前記装置状態測定工程は、不活性なガスや反応性の低いガスを用いてプラズマを生成し、そのプラズマ発光から装置内の残留物の種類及び量を測定する。

不活性ガスを用いることで、装置状態に大きな影響を与えずに内壁の表面状態を測定することが可能になる。

前記装置状態測定工程で用いるガスの例としては、少なくとも希ガスまたは酸素、もしくはその両方からなるガスなどがある。

プラズマ中での、ある発光種からの発光強度は、密度と温度の関数であるので、前記のように、内壁の表面状態の変化に伴ってプラズマ中の分子やラジカルの密度が変化すると、それに対応した波長の発光強度が増減する。

前記のプラズマ発光のある波長の発光強度の変化、すなわち発光スペクトルの変化はエッチング中やクリーニング中にも見られ、特許文献１に開示されているように、それらエッチング・クリーニング中の発光の変化を利用して装置状態を定義することも考えられるが、同一の製品を繰り返し処理する場合において、装置状態の変化は短期的にはごく僅かであるため、スペクトルの変化もきわめて小さく、導入するガスやガスとウェハとの反応生成物からの発光が支配的であるため、経時変化を示す情報が埋もれてしまいやすいという問題があった。

一方で、希ガスからなるプラズマを生成させた場合、処理室内壁とプラズマとの間に化学的な相互作用は無いが、プラズマ中のイオン等が処理室内壁に衝突すること（スパッタリング）等によって内壁表面の元素がプラズマ中に放出され発光する場合がある。

この場合、装置内部表面に残留したものの一部は、ある確率でプラズマに取り込まれ発光し、その残留量は発光種に対応した波長の強度として観測される。これよって、ある処理を行った後の処理室内残留物を測定でき、装置状態の変化をより直接的に捉えることが可能になる。

また、装置状態測定を、主として希ガスを用いて行う場合には、測定によって大きく装置状態を変動させることがなく、エッチング性能に影響を与えない。

以上では主に希ガスを用いた場合の測定について述べてきたが、注目すべき経時変化原因が分かっている場合にはそれに適したガスを選択してもよい。

たとえば、経時変化の原因となるのが炭素を主体とする反応生成物の残留であった場合、炭素は酸素と容易に反応し、一酸化炭素などの分子を作り、プラズマ中で容易に発光を観察できることが分かっている。このような場合には、希ガスに代えて酸素プラズマによる測定が適している。

図２に測定結果の例を示す。通常は、流量が制御された処理ガスの供給に対して、排気速度の制御によって処理室内が所望の圧力に調圧されている。この条件で上記装置内の残留物測定を行うと、処理の進行に従い放出された残留物もガスとともに排気され、プラズマ中の残留物密度が徐々に減少するため、残留物からの信号は時間とともに減少する。

図２は、それぞれフッ素を含むガスを用いたクリーニング条件で処理を行った後の装置状態を測定した際の生データで、曲線Ａは炭素とフッ素を含むガス、曲線Ｂはフッ素を含むが炭素を含まないガスを用いた。炭素の発光を観察するための波長を選択し、その時間的変化を表したものである。この結果から、炭素を含むガスを用いた後、炭素は何らかの形で装置内部に残留することがわかる。

前記のように、計測されるある波長の発光強度は、それに対応する発光種の密度と温度の関数である。ガス流量・圧力・マイクロ波電力などの処理条件は常に同一であるとすればプラズマ温度は一定と仮定できるので、発光強度は発光種の密度にのみ依存している。図３に残留物からの信号の取り扱いの例を示す。観測する発光種からの発光強度Ａから背景光成分Ｄを減算した値Ｃをある時刻での発光種からの発光強度として扱い、これを時間積分したもの、すなわち図３中Ｃの網かけ部分の面積がプラズマ放電中に処理室内壁から放出された発光種の量を表す。

図４は、図２の結果から前記のような処理方法で炭素残留量を計算したものである。このように、残留物量の定量化が可能であり、炭素ありの場合は発光強度の積算はＥで示され、炭素なしの場合は発光強度の曲線はＦで示されるように、炭素なしの場合は発光強度の積算はありの場合に比較して小さくなる。

測定のプラズマ放電条件のもう一つの例として、希ガスを用いる場合、導入したガスと処理室内壁から放出される残留物とは反応しないので、排気を停止した上である圧力に到達するまで一定量のガスを導入し、ガスの供給・排気を行わない測定も可能である。この場合には、プラズマ中の分子の密度は時間的に変化しないため、残留物の定量化が容易である。

測定方法の別の例としては、前記の電子サイクロトロン共鳴のための磁場を生成するため電磁石を用いることで、プラズマ密度分布を制御することが可能である。残留物の放出は前記の測定用プラズマと装置内壁との相互作用によって起き、その放出量はプラズマ密度と相関があると考えられる。よって、磁場によってプラズマ密度分布を制御することで、装置内の残留物分布を測定することが可能である。

装置状態の測定は、少なくともあらかじめ決められた処理枚数ごと、または全ウェハごとに行われる。

装置状態測定は、試料ごとのクリーニング処理後、もしくはクリーニング処理前、または静電吸着されたウェハの除電処理中に行われる。

本発明の第一の実施形態の例は、装置状態の測定をインサイチュクリーニングの後に行うものである。第一の実施形態にかかる残留物測定を行う際の装置動作シーケンスを、図５を用いて説明する。

まず処理装置の処理室内にウェハを搬入する（Ｓ１）。搬入されたウェハは、ある処理条件でエッチング処理され（Ｓ２〜Ｓ２４）、静電吸着を除電した後（Ｓ２５）、搬出される（Ｓ３）。続いてインサイチュクリーニングにより、エッチング工程で生じ、処理室内に堆積した反応生成物を除去する（Ｓ４）。その後、クリーニングに用いたガスを所定の圧力まで排気してから、残留物測定（装置状態測定）を行う（Ｓ５）。続いて、次のウェハを搬入し（Ｓ１）、エッチング処理を施し（Ｓ２）、処理済みのウェハを搬出して（Ｓ３）、インサイチュクリーニングを実施した（Ｓ４）後、装置状態測定を行う（Ｓ５）、一連の手順を繰り返し実施する。

このようにして、第一の実施形態では、ウェハの枚葉ごとの処理が終了するたびに装置状態を測定する。

本発明の第二の実施形態について述べる。装置状態の判定は、必ずしもウェハごとに行う必要は無い。第２の実施例は、装置状態の測定をあらかじめ決められた数枚ごと、もしくはロットごとに行なう形態である。

例えば、過去の残留量測定結果と目標残留量との差が僅かであって、かつ安定に推移している場合などは、ウェハごとに装置状態を測定することはあまり必要でない。図７に示すように、過去の残留量測定結果Ｇのウェハ処理枚数に対する微分Ｈを計算し、その値が、あらかじめ決められた適切な基準値Ｉ以下であれば、全流量の変化が安定していると判断できるため、装置状態の測定間隔を間引くといった制御が可能であり、これによって装置状態測定の実施するタイミングを自動的に制御することが可能である。

ロットごとに残留物測定を行う際の装置動作シーケンスを、図６を用いて説明する。あるウェハをエッチング処理（Ｓ１〜Ｓ３）し、インサイチュクリーニングを実施した（Ｓ４）後に、残留量測定（Ｓ５）を行う点は第一の実施例と同一であるが、この例では、決められた処理枚数間隔、たとえば２５枚ごとなどで残留量測定を行い、残留量測定を行うことによる処理速度の低下を防ぐ。

すなわち、残留量測定が終了した（Ｓ５）後には、残留量推移から次の測定も広く間隔を置いた後であってよいかの判定（Ｓ１１）を行う。この判定は、例えば、図７の曲線Ｇが基準値Ｉを下回ったか否かを判定することによって行なわれる。ステップＳ１１において、曲線Ｇが基準値Ｉを下回った場合すなわち残留量測定の間隔を広く取ってもよい場合は可に、ウェハごとの残留量測定が必要な場合は否に進む。以下、可の場合は例えばロットごとに状態測定を行なう態様に移行し、否の場合は枚葉ごとの状態測定を実施する。

本発明の第三の実施形態の例について述べる。この実施の形態は、エッチング処理終了直後に残留物測定（装置状態測定）を行い、残留物の変化に応じてこの後に行なわれるインサイチュクリーニングのクリーニングレシピ、クリーニング時間を制御する方法である。

インサイチュクリーニング前に残留物測定を行う際の装置動作シーケンスを、図８を用いて説明する。第三の実施例では、処理室内に搬入（Ｓ１）されたウェハのエッチング処理（Ｓ２〜Ｓ２５）が終了し、ウェハが搬出された（Ｓ３）後、インサイチュクリーニング（Ｓ４）に先立って処理室の残留物測定（Ｓ５）を行う。この残留物測定（Ｓ５）の結果に応じて最適化されたインサイチュクリーニングを実施する（Ｓ４）。

この場合の残留物測定は、前記のように、前記のインサイチュクリーニング（Ｓ４）前の残留物測定（Ｓ５）は、除電ステップ（Ｓ２５）処理中の発光を測定するものでも良い。

除電ステップと併用して残留物測定を行う際の装置動作シーケンスを、図９を用いて説明する。装置状態測定をウェハの除電とともに行う場合（Ｓ１５）、除電ステップの直前のステップで用いたガスの影響を除くため、エッチング処理終了後、処理室内をあらかじめ決められたある圧力まで真空排気（Ｓ１４）した後に測定を行い、その際の発光データに関して解析を行うものである。

本発明では、前記残留物量制御のため、クリーニング条件が変更されるが、その変更される項目は、装置状態の制御に必要な複数のものであって、処理条件によって決まる主な残留物の全て、もしくはその中から選択されたものである。変更されるクリーニング条件の項目の例としては、クリーニングに用いるガスの組成比、追加ガスの添加、クリーニング時間の調整のいずれか、もしくはこれらの組み合わせである。

本発明では、装置状態の測定結果から得られた残留物の種類、残留量に合わせて、次回に行われるウェハごとまたはロット単位などのクリーニングの条件を最適化する。

クリーニング条件の最適化のため、あらかじめ、処理される製品と用いるレシピから決まる、定常状態における処理室内残留物とその量の情報が、装置内に格納されており、また、クリーニング条件の内、変更されるある項目の、変化量に対する残留物量変動が装置内に格納されており、あらかじめ取得された定常状態における残留物量と現在の残留物量との比較からその都度クリーニング条件の修正が行われ、次回のクリーニングより適用される。

本発明によれば、残留物測定の結果をクリーニングレシピに反映させて、残留物量をある値に維持することでエッチング性能の安定化を図ることが可能である。図１０のフローチャートの例を用いて装置状態を測定した結果をインサイチュクリーニングに反映させる手順を説明する。

装置状態を測定した（Ｓ３１）後、測定結果を用いて処理室内残留物量を計測する（Ｓ３２）。次いで、測定結果および計算結果を記憶手段に格納する（Ｓ３３）。別の記憶手段に記憶されているあらかじめ取得された定常状態での処理室内残留物量（Ｓ３４）を目標として、この目標残留物量と計算した処理室内残留物量と比較・判定してクリーニングレシピの変更が必要かを判定する（Ｓ３５）。この判定は、あらかじめいくつか選択された注目すべき残留物に対応する波長の発光強度に関する、目標値と測定値の比較によって、装置状態判定がなされる（Ｓ３５）。

測定された残留量が目標値より多ければそれを減らすように、また残留量が目標値を下回れば、それを増加させるようにクリーニングパラメータと残存量データとの対応（Ｓ３６）を用いてクリーニングレシピが修正される（Ｓ３７）。

また、測定ごとの誤差が大きいような場合では、過去の残留物量推移（Ｓ３３）を利用し、適切な関数を用いた回帰分析を行い、真の残留物量を推測するようなものでもよい。

同様の手段を用いて、製品処理を行える装置状態であるか否かを判定することが可能である。目標残留量と測定された残留量との差があまりにも大きい場合には、クリーニング条件の最適化による残留量制御が必ずしも適切に働かない恐れがある。目標値と測定値の差があらかじめ決められた範囲を超えた場合は、装置状態が異常であるとして報告し、処理を停止する。

装置内部には図１０に示すような、クリーニングレシピの修正による残留物変動の情報（Ｓ３６）が、あらかじめ取得され、記録されている。図１１の例では、酸素の添加量を変えることによる炭素の残留量の変化を示している。ある基準の酸素添加量に対して酸素添加量を２倍、３倍としたとき、および、酸素添加無しとしたときを示しており、炭素残留量を酸素添加量で制御することが可能であることがわかる。

本発明における、クリーニングレシピの最適化方法は、次のとおりである。前記酸素添加量の場合を例にとると、例えば目標炭素残留量に対して、測定された炭素残留量が１０％少ない場合、つまり、目標残留量を１とすると、測定された残留量が０．９であった場合、次のインサイチュクリーニングでは炭素残留量を１１％増加させるように（すなわち、０．９×１．１１＝０．９９９≒１）、酸素添加量を最適化する場合を考える。図１１は酸素添加量の選び方の一例である。炭素残留量１．１１の目盛りＭと、グラフ中の酸素添加量に対する炭素残留量の線Ｊとは、図中に示すＬの交点を持つ。この交点の、酸素添加量を示す軸方向の位置Ｋは０．９６であるから、次回のインサイチュクリーニングでは、酸素添加量を０．９６倍することによって炭素残留量を増加させ、目標値に近づけることができる。

前記の手段で、他の主な残留物に関して同様の制御を行い、その組み合わせによって決定されたクリーニングレシピを実行することを繰り返すことで、処理室内の残留量を長期にわたり維持することが可能になる。

前記のように、製品処理を行える状態であるかの判定は、製品処理着工前のシーズニング工程にも適用可能である。つまり、シーズニングをどの程度繰り返す必要があるかについての終点判定が可能である。

シーズニングは、シーズニング用のレシピを用いた処理が行われる場合と、製品の代わりに半導体製品としての構造を持たないシリコンウェハを用いて製品処理用のレシピによる処理を行う場合などがある。

残留物測定は、その直前またはさらに以前にどのような処理を行っていたかに影響を受けるため、シーズニングの終点判定は、製品処理を模擬したエッチング工程から処理室内残留物測定までを一連に行い、目標残留量と比較し、それが前記の製品処理可能である範囲ないであるかどうかを判定する。

エッチングからクリーニングまでの一連の処理の中でどの時点での残留物測定を行うかは、前記の実施形態例のシーケンスのいずれかであって、製品処理中の残留量測定に適用されるものと同じものである。

以上の例では、静電吸着を単一の電極によってまかなう、モノポール電極について述べたが、これは同時に正負の電位をウェハの内周と外周に分けて印加するダイポール電極にも適用可能である。また上記例ではマイクロ波ＥＣＲ放電を利用したエッチング装置を例に説明したが、他の放電（有磁界ＵＨＦ放電、容量結合型放電、誘導結合型放電、マグネトロン放電、表面波励起放電、トランスファー・カップルド放電）を利用したドライエッチング装置においても同様の作用効果がある。また上記各実施例では、エッチング装置について述べたが、プラズマ処理を行うその他のプラズマ処理装置、例えばプラズマＣＶＤ装置、アッシング装置、表面改質装置等についても同様の作用効果がある。

以上、本発明の各実施の形態によれば、装置に特別の変更を必要とせずとも、処理室内残留物の測定が可能になり、この処理室内残留物の残留量の変化を装置内状態の変化であると定義し、処理室内残留物の量に応じてクリーニング条件を修正することで装置内に残留する物質の量を制御することが可能であり、常に処理室内状態一定に保ち、安定したエッチング処理結果を長期にわたって維持することが可能になる。

本発明が適用されるプラズマエッチング装置の構成を説明する概略図。 残留物の発光強度の時間推移を説明する図。 発光強度から残留物の量を取出す例を説明する図。 炭素ありとなしの場合の発光強度の積算値。 第１の実施形態にかかる装置状態測定のフローチャート。 第２の実施形態にかかる装置状態測定のフローチャート。 処理枚数と残留量の変化速度および残留量測定結果の関係を説明するグラフ。 第３の実施形態にかかる装置状態測定のフローチャート。 第３の実施形態の変更例のフローチャート。 測定結果からクリーニングレシピを変更する場合のフローチャート。 目標の炭素残留量から酸素添加量を得るためのグラフ。 酸素添加量とエッチングレートおよび炭素残留量の関係を説明するグラフ。

符号の説明

１０：プラズマ処理室、
２１：マイクロ波発生装置、
２２：自動整合機、
２３：方形導波管、
２４：方形円形導波管変換機、
２５：円形導波管、
２６：空洞共振部、
２７：マイクロ波導入窓、
３１：下部電極、
３２：ＲＦ電源、
３３：ＲＦ整合機、
４１：ガス源、
４２：マスフローコントローラ、
４３：ガスバルブ、
４４：シャワープレート、
５１：可動弁、
５２：ターボ分子ポンプ、
６１：ソレノイドコイル
７１：ファイバー、
７２：分光器、
７３：コンピュータ、
Ａ：炭素（Ｃ）を含むガスで処理をした後の処理室状態測定の生データ、
Ｂ：炭素（Ｃ）を含まないガスで処理をした後の処理室状態測定の生データ、
Ｃ：炭素（Ｃ）からの発光成分、
Ｄ：背景光成分、
Ｅ：炭素（Ｃ）を含むガスで処理をした後のＣ残留量、
Ｆ：炭素（Ｃ）を含まないガスで処理をした後のＣ残留量、
Ｇ：過去の残留量測定結果、
Ｈ：ウェハ処理枚数に対する微分、
Ｉ：あらかじめ決められた適切な基準値、
Ｊ：酸素添加量に対する炭素残留量の線、
Ｋ：酸素添加量を示す軸方向の位置、
Ｌ：ＪとＫの交点、
Ｍ：炭素残留量１．１１の目盛り、
Ｎ：炭素残留量の異なる２条件下でのエッチングレート、
Ｏ：インサイチュクリーニング処理後に測定される炭素の残留量。

Claims (5)

1. 内部にプラズマが形成される処理室と、前記処理室内に配置された試料台とを備えるプラズマ処理装置を用い、前記試料台上に載置された試料を前記プラズマにより処理するプラズマ処理方法において、
   不活性ガスを用いて発生させたプラズマから前記処理室内に堆積する残留物に対応する波長の発光強度を検出し、前記検出された発光強度から背景光成分を減算して時間積分された値に基づいて前記プラズマ処理装置状態の変動を逐次計測する装置状態測定を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
2. 請求項１記載のプラズマ処理方法において、
   前記装置状態測定は、前記時間積分された値を前記残留物の残留量として測定された過去の結果における前記試料の処理枚数に対する微分値を計算し、前記微分値が基準値以下であるかどうかを判定して、前記微分値が前記基準値以下であれば、前記試料のロット毎に行われ、前記微分値が前記基準値を超えていれば前記試料毎に行われることを特徴とするプラズマ処理方法。
3. 請求項１記載のプラズマ処理方法において、
   前記装置状態測定は、前記試料毎、前記試料の予め決められた枚数毎、前記試料のロット毎の中のいずれかの頻度で行われることを特徴とするプラズマ処理方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法において、
   前記装置状態測定により求められた結果を前記処理室内の堆積物を除去するための処理であるインサイチュクリーニングに反映させることを特徴とするプラズマ処理方法。
5. 内部に減圧されたプラズマが形成される処理室を有した真空容器と、この処理室内に配置された試料台とを有するプラズマ処理装置を用い、前記試料台上の試料を前記プラズマを用いて処理するプラズマ処理方法において、
   不活性ガスを用いてプラズマを発生し、このプラズマによる前記不活性ガス以外の前記処理室内の残留物のプラズマ中に放出された元素からのプラズマ発光を計測して処理性能の変動の原因となるプラズマ処理装置の処理室内残留物の堆積状態の変動を逐次計測し、
   前記プラズマ処理装置の処理室内残留物の堆積状態の測定は、半導体製品としての構造を備えた試料の処理中のあらかじめ決められた順序で実行され、
   過去の残留量測定結果の前記試料の処理枚数に対する微分値を計算し、前記微分値が基準値以下であるかどうかを判定して、前記微分値が前記基準値以下であれば、前記プラズマ処理装置の処理室内残留物の堆積状態の測定を前記試料のロット毎に行い、前記微分値が前記基準値を超えていれば前記プラズマ処理装置の処理室内残留物の堆積状態の測定を前記試料毎に行うよう制御することを特徴とするプラズマ処理方法。

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