JP5753866B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子また正孔をキャリアとするＭＯＳ（ Metal Oxide Semiconductor ）トランジスタを含む半導体装置の製造方法に関わり、特に量産時エッチング処理を一時中断してアイドリングが発生した場合でも、アイドリング後に加工形状を安定させてエッチングを行うことのできるプラズマ処理方法に関する。

近年の半導体集積回路の高集積化及び高速化に伴い、ゲート電極の更なる微細化が要求されている。しかし、わずかなゲート電極の寸法変動がソース／ドレイン電流やスタンバイ時のリーク電流値を大きく変動させるため、ゲート電極の寸法（ＣＤ：Critical Dimension ）精度や加工形状の安定化は、非常に重要な要件となる。

加工形状に影響を与えるエッチングリアクタ内のプラズマ中のラジカル状態の変化は、主に以下二つのような要因で起こることが多い。
一つ目の要因は、エッチングしてリアクタ最表面へ反応生成物が物理付着した場合やリアクタ内の最表面が化学変化した場合である。この場合、同じ条件でプラズマを生成しても、リアクタ最表面でラジカルの消費量やラジカルの再結合確率が変わることになり、当然ながらプラズマ中のラジカル密度は変化する。
二つ目の要因は、リアクタ材料の最表面温度が変化した場合である。この場合、プラズマ中で生成されるエッチング性ラジカルや堆積性ラジカルや反応性生物のリアクタ最表面での吸着係数や反応速度が異なるため、リアクタ部材の最表面を削る速度や堆積速度も変化する。その結果、リアクタ最表面に消費されるラジカルや反応生成物のバランスが変化して、やはりプラズマ中のラジカル密度が変化する。

つまり、加工形状を安定に保つには、（１）リアクタ最表面の物理化学状態を一定に保つこと、及び、（２）リアクタ材料の最表面温度を一定に保つことの２つの要件が重要である。しかしながら、エッチング装置を用いた半導体量産現場では、量産を続けると共にリアクタ最表面の物理化学状態が変化することもあれば、量産処理を一時中断しなければならないことがある。

従来、上記（１）の要件に対しては、リアクタ最表面の物理化学状態を維持するために、クリーニングによる反応生成物の除去や、カーボン系の堆積性ガスを用いたコーティングが行われてきた。特許文献１には、ｉｎ−ｓｉｔｕ（その場）にて反応生成物をクリーニングした後に、カーボン系皮膜を堆積させて加工形状の安定化を図ることが示されている。

また、上記（２）の要件に対し特許文献２には、リアクタ最表面の温度を維持するために、プラズマ処理履歴に従って予め設定した処理条件でプラズマを生成しリアクタ最表面の温度を制御して加工形状の安定化を図ることが示されている。

特表２００３−５１８３２８号公報 特開２００５−２４４０６５号公報

特許文献１に示される装置では、処理室内に堆積する反応生成物の除去は可能だが、上記（２）の要件に対しては加工形状の安定化を図ることができない。また、特許文献２に示される装置では、上記（１）、（２）の要件に対応可能だが、量産前に予め温度計測器を装置に取り付けオフラインにて温度を測定する、もしくはシミュレーションを必要とする。温度計測器の設置は、設置に手間や時間がかかるだけでなく計測器をプラズマにさらすことで金属汚染や異物の原因を招く可能性があるため、容易には実施できない。さらに、オフラインの温度データーベースを参照したヒーティング技術や、シミュレーションによる温度予測ではリアクタ最表面の情報そのものをリアルタイムに監視していないため、アイドリング後の加工形状の再現精度にも限界がある。すなわち、（１）、（２）の要件に対して限界がある。

本発明は、これらの問題点に着目して、量産半導体装置の加工形状を安定して保持することのできる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、本発明は、真空処理室を形成する真空処理容器と、前記真空処理容器内にガスを供給するガス供給装置と、該真空装置処理室内に電磁エネルギを供給し処理室内に供給した処理ガスを解離してプラズマを生成するプラズマ生成手段と生成したプラズマの発光をモニタする発光分光器とその発光スペクトルを蓄積する装置を備えたプラズマ処理装置を用いて前記真空処理容器内に搬入した試料の処理をするプラズマ処理方法において、リアクタ最表面の反応生成堆積状態と温度の情報を含む前記プラズマ中の発光をモニタし、これらの発光を基にリアクタを加熱するアイドリング後のヒーティング工程の時間を決定、またはクリーニング工程とヒーティング工程の繰り返しを終了することを決定、またはヒーティング兼クリーニング工程の終了を決定する。

本発明の実施例１に係わる、アイドリング前後のクリーニング中の発光強度をもとに、アイドリング後のヒーティング工程の時間を決定するための前段階となる処理を説明するフローチャート。 図１におけるΔＣＤ＝（製品エッチングＳ１’時のＣＤ）−（製品エッチングＳ１時のＣＤ）に対するアイドリング時間依存性を説明するグラフ。 ある製品ウエハをエッチングした直後のクリーニング工程中のＳｉＦ発光強度の時間変化を説明するグラフ。 Ｃ系の残留堆積物が残りやすい製品ウエハをエッチングした直後のクリーニング工程中のＳｉＦとＣ_２の発光強度の時間変化を説明するグラフ。 ΔＣＤとヒーティング時間の関係を求めるための処理を説明するフローチャート。 図３のフローチャートを用いてヒーティング工程の条件をＡｒ流量１００ｃｃ、圧力０．５Ｐａ、マイクロ波パワー１０００Ｗ、ウエハバイアス０Ｗとし、先ほど求めたαを用いてαΔＳｉＦのヒーティング時間依存性を取得した実験結果を説明するグラフ。 量産運用時の本発明の実施例１の処理を説明するフローチャート。 図６のフローチャートを用いて量産運用した場合のアイドリングが１分以上発生し、最長では装置故障によりアイドリングが３日間発生した場合を含むアイドリング発生回数とそのときのΔＣＤの関係を示すグラフ。 データーベースの構築を容易にするパソコン上のユーザーインターフェイスを説明する図。 クリーニングガスとしてＦ系ガスを導入し、解離されたＦ８０１と石英（ＳｉＯ_２）８０２の反応過程を説明する模式図。 本発明の実施例２に係わる、アイドリング後のヒーティング工程の終点をデーターベース無しにクリーニング中の発光強度を基に決定する処理を説明するフローチャート。 図８のフローチャートを用いて量産運用した場合のアイドリングが１分以上発生したときのアイドリング発生回数とそのときのΔＣＤの関係を示すグラフ。 本発明の実施例３に係わる処理を説明するフローチャート。 図１１におけるプラズマヒーティング工程兼プラズマクリーニング工程（２）の終点判定の手法を説明するグラフ。 本発明が適用されるエッチング装置の構成を説明する図。

［実施例１］図１のフローチャートを用いて、本発明の第１の実施形態にかかわる、アイドリング前後における真空処理室の壁面のクリーニング工程中の発光強度をもとに、アイドリング後のヒーティング工程の時間を決定する手法を説明する。

実施例１では、プラズマを用いたエッチングの量産処理を続けてリアクタ壁面が十分に加熱された状態を説明の出発点とする。この点から、量産処理を続けて、製品エッチングを実施する（Ｓ１）。次に、製品エッチング中にリアクタ壁面に付着した反応生成物を除去するため、ウエハ処理毎にプラズマを用いたクリーニング工程を実施する（Ｓ２）。量産処理では、この製品エッチング工程（Ｓ１）とリアクタ表面のプラズマクリーニング工程（Ｓ２）が繰返される。プラズマクリーニング工程（Ｓ２）ではダミーウエハの使用有無は問わないが（ウエハレスでも良い）、プラズマクリーニング工程（Ｓ２）にリアクタ内に導入するガスは、Ｆ系ガス（ＣＦ_４、ＳＦ_６、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＨＦ_３、Ｃ_４Ｆ_６、ＮＦ_３）を含むのが望ましい。理由は後述する。

リアクタ表面のプラズマクリーニング工程（Ｓ２）後、装置メンテナンス等の理由で量産処理を一時中断してアイドリング状態が作られる（ＳＳ）と、プラズマ中で高温となるイオンやラジカルのリアクタ壁面への熱の流入がなくなるため、アイドリングの時間が長くなるとともにリアクタ壁面の温度は下降していく。

次に、アイドリング（ＳＳ）を終了してから量産処理を再開する手順の説明に移る。製品をエッチングする前には、リアクタ壁面のプラズマクリーニング工程（Ｓ２’）を用いる。この工程の目的は、アイドリング中にリアクタ壁面の最表面が温度下降したことや、エッチング中とは異なる環境下に長時間置かれたことで物理化学変化したリアクタ壁面の最表面層を取り除くことである。クリーニング工程後（Ｓ２’）には、アイドリング中に低下したリアクタ壁面の最表面温度を再び上昇させるために、プラズマを発生させて加熱する（Ｓ３）。これをプラズマヒーティング工程と呼び、この直後に再び製品エッチング処理（Ｓ１’）を開始し、リアクタ壁面のプラズマクリーニング工程（Ｓ２）→製品エッチング処理（Ｓ１’）の量産処理を続ける。

ここで、図１のフローチャートにおいて、プラズマヒーティング工程（Ｓ３）のヒーティング時間が０の場合のΔＣＤ、すなわち、（製品エッチングＳ１’時のＣＤ）−（製品エッチングＳ１時のＣＤ）に対するアイドリング時間依存性グラフを図２に示した。ＣＤはエッチング後にＣＤ−ＳＥＭ（ Critical Dimension-Scanning Electron Microscope ）にて測定した。３００ｍｍウエハ面内１６７点の同一ラインを測定した結果の、平均値を示した。この製品では、アイドリング時間が増すほどアイドリング前よりも後のＣＤが大きくなることがわかる。

また、アイドリング後のクリーニング工程（Ｓ２’）中のＳｉＦの発光強度（図１のＳｉＦ（２）：４４０ｎｍ）からアイドリング前のクリーニング工程Ｓ２のＳｉＦの発光強度（図１のＳｉＦ（１））を引いた値をΔＳｉＦ＝ＳｉＦ（２）−ＳｉＦ（１）と定義し、これにある係数αを掛けたαΔＳｉＦに対するアイドリング時間の依存性も図２の中に示した。また、本検討では、ＳｉＦの波長として４４０ｎｍを使用した。このグラフから、アイドリングの時間を増す毎にαΔＳｉＦの値が大きくなることがわかる。そして、ΔＣＤの値とαΔＳｉＦは非常に良い一致を示す。

実施例１の実験では、αの値は負となった。ＳｉＦの発光源は、Ｆを含んだクリーニングガスとリアクタ壁面材料として用いられる石英部品（シャワープレート、石英内筒、サセプタ等）との反応生成物である。一般的に石英部品の温度が高温であるほど石英部品のエッチング速度も上昇するため、ΔＳｉＦはリアクタ最表面の温度差と共に変化する。さらに、石英部品の表面にクリーニングできない石英以外の物質が覆う場合には、Ｆとの反応面積が減少するため、その量に応じてＳｉＦの発光強度が小さくなる。つまり、ＳｉＦの発光強度は石英部品の最表面の露出面積も同時に含むため、ΔＳｉＦはリアクタの温度差と石英部品の露出面積の差を関数とするリアクタ環境を定量的に示す指標として考えて良い。したがって、ΔＳｉＦを制御することは、エッチング中のリアクタ内のラジカル状態（リアクタ環境）の違いを制御することになり、言い換えると製品エッチングのＣＤを制御することができる。この様な特徴から、アイドリング前後のＣＤ差を最小にするためには、ΔＳｉＦを指標とする方法が理想的といえる。

ここでプラズマクリーニング工程中（Ｓ２またはＳ２’）のＳｉＦ発光強度の好適なデータ抽出方法とクリーニング工程の終了方法について説明する。図３（ａ）は、ある製品ウエハをエッチングした直後のクリーニング工程中のＳｉＦ発光強度の時間変化の例を示した。代表例として、リアクタにＳｉが残留する場合のクリーニング波形３０１と、Ｓｉが残留しない場合のクリーニング波形３０２を示した。この例では、Ｓｉ残留有の場合にクリーニング波形が約７秒間変化し、その後の発光強度は残留Ｓｉが無い場合の時間変化に一致する。すなわち、７秒以前はリアクタ内の残留Ｓｉの量に応じた発光強度の変化を含むため、ＳｉＦの発光強度が時間変化を示さない７秒〜３０秒の間の発光強度３０３を前記ＳｉＦ（１）ないしＳｉＦ（２）の値として適用するのが望ましい。以上は、リアクタにＳｉ系以外の残留堆積物が残らない場合である。この場合、７秒の点３０４でクリーニング工程を終了しても良い。

図３（ｂ）は、図３（ａ）とは異なり、Ｃ系の残留堆積物が残りやすい製品ウエハをエッチングした直後のクリーニング工程中のＳｉＦとＣ_２の発光強度の時間変化の例を示した。この場合、Ｃ_２の波形３０５が約１５秒の点３０６まで変化し、その後の発光強度は時間変化が小さく、ほぼ一定値と考えることができる。このように、Ｓｉ系以外の残留堆積物がある場合には、１５秒の点３０６でクリーニング工程を終了しても良い。ただし、この場合でも、７秒〜１５秒の間の発光強度３０３を発光強度ＳｉＦ（１）または発光強度ＳｉＦ（２）の値として適用できる。また、例えばクリーニングを３０秒の時間固定とするならば、７秒〜３０秒の間の発光強度３０３を発光強度ＳｉＦ（１）または発光強度ＳｉＦ（２）の値として適用できる。

図４は、ΔＣＤの許容値を求めることを目的としたアイドリング時間とヒーティング時間の関係を求めるためのフローチャートである。図４のフローチャートは、図１のフローチャートに比較して、アイドリング（ＳＳ）後のリアクタ壁面のプラズマクリーニング（Ｓ２’）とリアクタ壁面のプラズマヒーティング（Ｓ３）の順序が入れ替っている点で相違している。図５は、図４のフローチャートを用いてプラズマヒーティング工程の条件をＡｒ流量１００ｃｃ、圧力０．５Ｐａ、マイクロ波パワー１０００Ｗ、ウエハバイアス０Ｗとし、図２にて求めたαを用いてαΔＳｉＦのヒーティング時間依存性を取得した実験結果のグラフである。ＣＤＳＥＭを用いたΔＣＤの実測値は実線（●、▲、■）プロットで、発光から算出したαΔＳｉＦは点線（○、△、□）プロットにてそれぞれ示した。また、アイドリング（ＳＳ）時間を３０分、２時間と８時間の場合に分けてデータを取得した。ヒーティング工程のガス条件としてＡｒを選択した理由は、（１）リアクタ内の部品を腐食させることのない不活性ガスであるため、（２）エッチングに用いられる一般的なガス種毎に加熱効率を調べた結果、Ａｒガスが良かったためである。

この結果から、アイドリング時間に依らずヒーティング時間が長いほど、ΔＣＤと予測されるΔＣＤともに小さくなることがわかった。さらに、アイドリング２時間ではヒーティング１３０秒前後、アイドリング８時間ではヒーティング１８０秒前後、アイドリング３０分ではヒーティング３０秒前後でΔＣＤが略０となることがわかった。一般的に、アイドリング時間が長いほど、αΔＳｉＦの絶対値は大きくなる傾向にあり、同時にΔＣＤを略０とするのに必要なヒーティング時間も長くなる。また、この実験でもαΔＳｉＦとΔＣＤは良い一致を示し、あらためてαΔＳｉＦはＣＤ制御の良い指標であることを確認できる。ここで着目すべきなのは、このようなグラフを用いると、ヒーティング時間が０のときのαΔＳｉＦから必要なヒーティング時間を参照できることである。よって、αΔＳｉＦとヒーティング時間のアイドリング時間依存を取得し、予めデーターベースとして蓄積すれば、ヒーティング時間が０のときのαΔＳｉＦから必要なヒーティング時間を参照し、アイドリング前後のＣＤ差を最小にすることができる。

図６のフローチャートを用いて、量産運用時の本発明の処理の流れを説明する。図６のフローチャートでは、図１のフローチャートにαΔＳｉＦとヒーティング時間の関係を持つデーターベース（Ｓ４）部（例えば、図５）が加わっている。図７は、図６のフローチャートを用いて量産運用した場合のアイドリングが１分以上発生し、最長では装置故障によりアイドリングが３日間発生した場合を含むアイドリング発生回数とそのときのΔＣＤの関係を示すグラフである。この結果、本方法を用いれば、アイドリングが発生してもΔＣＤ＝±０．２ｎｍ以内で運用できることがわかった。すなわち、アイドリング（Ｓ２）の後、リアクタ壁面にプラズマクリーニングを実施し（Ｓ２’）、その後、ΔＳｉＦ＝ＳｉＦ（２）−ＳｉＦ（１）が略０となる加熱時間リアクタ壁面をプラズマヒーティング（Ｓ３）し、その後、製品エッチング（Ｓ１’）に移行することにより、長時間のアイドリングが発生してもΔＣＤ＝±０．２ｎｍ以内とすることができる。

ここで、好適なデーターベースの構築方法を説明する。図７（ｂ）は、データーベースの構築を容易にするパソコン上のユーザーインターフェイスの例である。画面上部にΔＣＤを取得するアイドリング時間の入力設定ＢＯＸ７ｂ０１がある。所望のアイドリング時間を（１）、（２）、（３）、（４）・・・の項目に順番に入力する。項目数は場合に応じて増やして良い。最後にマウスで選択されたアイドリング時間については、取得するヒーティング時間の入力設定ＢＯＸ７ｂ０２が可能となる。これらを設定後、製品ウエハとダミーウエハを処理装置にドックし、データ取得ボタン７ｂ０４をクリックすることで、エッチングが開始される。エッチング後の製品ウエハは、ＣＤ−ＳＥＭやＯＣＤ（ Optical Critical Dimension ）にて計測され、計測値がネットワークを介してエッチング装置に転送される。結果は、アイドリング時間毎のΔＣＤとヒーティング時間の関係グラフ７ｂ０５に示される。エッチング装置とＣＤ計測装置がネットワークで接続されていない場合には、オフラインＣＤ値入力ＢＯＸ７ｂ０３に値を入力することができる。また、取得したデータは保存７ｂ０７し、読出し７ｂ０６ができる。これにより、対象とする製品毎の管理が可能となる。

実施例１では、アイドリング前後の発光強度の差ΔＳｉＦが略０となるヒーティング時間を求めたが、ΔＳｉＦの代わりに、アイドリング前後の発光強度の比（ＳｉＦ（２）／ＳｉＦ（１））が略１となるヒーティング時間を求めても良い。また、アイドリング前後の発光種としてＳｉＦを用いたが、その他の発光種を用いても良い。例えば、図８は、クリーニング工程の導入ガスとしてＦ系ガスを導入、解離されたフッ素（Ｆ）８０１とリアクタ部材の石英（ＳｉＯ_２）８０２との反応過程を示す模式図である。先ず、石英８０２とＦ８０１の反応過程で酸素（Ｏ）８０３が生成される。次にＦ８０１と石英８０２の反応生成物（ＳｉＦ_４）８０４が再解離してＦ８０５とＳｉＦ８０６が生成される。最後にＳｉＦ８０６が再解離してＳｉ８０７とＦが生成される。つまり、これらの発光種を用いてもΔＳｉＦ同様にΔＣＤを制御することができる。クリーニング工程の導入ガスにＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｃ_４Ｆ_８を含む場合には、発光種にＣ_２を用いることもできる。

さらに、ＨＣｌ、Ｃｌ_２のようにＣｌ系ガスをクリーニングに用いて、同様にＳｉＣｌ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓｉ、Ｈの発光種を用いることもできる。

以上、実施例１では、アイドリング前後のΔＣＤを小さくするために、予めαΔＳｉＦ≒０となるヒーティング時間の関係を取得し、データーベース化してアイドリング後のＣＤの安定化を図ることができる。

さらに実施例１は、リアルタイムにリアクタ最表面の情報をモニタし、アイドリング後の加工形状を安定して保持することのできる試料のエッチング処理方法を提供することができる。

［実施例２］図９のフローチャートを用いて、本発明の実施例２にかかわる、アイドリング後のヒーティング工程の終点をデーターベース無しにクリーニング工程中の発光強度を基に決定する方法を説明する。実施例２では、実施例１の図６に示したデーターベース（Ｓ４）部が必要なくなり、代わりにΔＳｉＦ＝０の判定制御部（Ｓ５）が加わっている。

アイドリング（ＳＳ）の直後にプラズマクリーニング（Ｓ２’）が入るところまでは、実施例１と同様で、このアイドリング後のプラズマクリーニングの発光ＳｉＦ（２）を用いてΔＳｉＦ＝ＳｉＦ（２）−ＳｉＦ（１）が略０に達するまで（Ｓ５）ヒーティング工程（Ｓ３）とプラズマクリーニング工程（Ｓ２’）を繰り返す。但し、ヒーティング工程（Ｓ３）を得て繰り返されるプラズマクリーニング工程は、リアクタ内部品の消耗を促進する影響があるため、これを考慮すると、１〜６０秒のように短時間が望ましい。ただし、実施例１にて説明したように最低限リアクタ内のＳｉ残留物が除去され、ＳｉＦの発光強度が変化を示さなくなる程度の実施時間が必要である。

図１０のグラフを用いて、図９のフローチャートにより量産運用した場合のアイドリングが１分以上発生したときのアイドリング発生回数とそのときのΔＣＤの関係を説明する。運用条件は、プラズマヒーティング工程（Ｓ３）の時間を２０秒、プラズマヒーティング工程後のプラズマクリーニング工程（Ｓ２’）５秒である。この結果、実施例２の方法を用いれば、アイドリングが発生してもΔＣＤを±０．３ｎｍ以内で運用できることがわかった。

実施例２は、実施例１の結果と比較してＣＤ制御性が良くないが、これはプラズマヒーティング工程（Ｓ２’）の時間設定に依存するものである。プラズマヒーティング工程の時間は、短いほどＣＤの制御性が良くなる反面、プラズマクリーニング回数が増えることによって前述のようにリアクタ内部品の消耗とスループットの低下を招く。したがって、製品によってその都度ヒーティング工程の時間を適切に調整することが望ましい。ＩＴＲＳ（ International Technology Roadmap For Semiconductors ）２００７年版によれば、例えば２０１２年のゲートエッチングに許容されるＣＤバラツキは３σ＝０．８４ｎｍである。したがって、本実施例のΔＣＤ＝±０．３ｎｍでも許容範囲内での運用ができている。ただし、長期的な連続処理に対するＣＤ変動を考慮すると、アイドリング時のＣＤ変動はさらに小さい方が良いことには違いない。

実施例２ではΔＳｉＦ≒０に達した場合にアイドリング後のプラズマヒーティング工程を終了した。今回エッチングした製品ではΔＳｉＦ≒０の点でΔＣＤが略０となった。しかし、プラズマの発光はリアクタ内で分布を持つため、リアクタ部材の昇温分布にも隔たりが出る。よって、発光採取の観測位置に依存してＳｉＦの発光強度も異なるため、アイドリング前後のΔＳｉＦが０のときにΔＣＤが０とならない場合が出てくる。このような場合は、例えば、αΔＳｉＦ＋Ｃ（Ｃは、Constant ）のように、定数を加えた補正値を用いてこの値が０となる場合にプラズマヒーティング工程の終了を決定することが適当となる。この補正は、実施例１でも必要な場合がある。

以上、実施例２では、アイドリング後のヒーティング工程の終了をデーターベース無しにクリーニング中の発光強度を基に決定することができる。

［実施例３］図１１のフローチャートを用いて、本発明の第３の実施例に係わるＣＤ制御方法を説明する。実施例３は、実施例２にて示した図９のプラズマクリーニング工程（Ｓ２）の後に、プラズマヒーティング兼プラズマクリーニング工程（１）（Ｓ２３）が入り、プラズマヒーティング工程（Ｓ３）がプラズマヒーティング兼プラズマクリーニング工程（２）（Ｓ３’）に代わる。アイドリング（ＳＳ）前のプラズマヒーティング兼プラズマクリーニング工程（１）（Ｓ２３）はリアクタのヒーティングが目的ではなく、アイドリング後のプラズマヒーティング兼プラズマクリーニング工程（２）（Ｓ３’）中の発光強度（ＳｉＦ（２））と併せてΔＳｉＦを算出するために用いる発光強度（ＳｉＦ（１））を得るためである。したがって、プラズマヒーティング兼プラズマクリーニング工程は、製品エッチングの処理予約状況からアイドリングに入ることがわかった場合に必ずアイドリング前に実施する必要がある。さらに、プラズマヒーティング兼プラズマクリーニング工程（１）（Ｓ２３）は、プラズマヒーティング兼プラズマクリーニング工程（２）（Ｓ３’）と同じもしくは似た条件で、かつ１〜６０秒程度の短時間の放電が望ましい。また、アイドリング時間が短く、図３の残留Ｓｉ無３０２時のように時間に対して発光強度が殆ど変化しない場合には、本実施例のプラズマクリーニング工程（Ｓ２’）は必要ない場合がある。

プラズマヒーティング兼プラズマクリーニング工程（１）（Ｓ２３）とプラズマヒーティング兼プラズマクリーニング工程（２）（Ｓ３’）に用いるガスとしては、不活性ガスであるＡｒをベースとしてＣＦ_４等のＦ系ガス（ＳＦ_６、ＮＦ_３、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８）を含むことが望ましい。プラズマヒーティング兼プラズマクリーニング工程（２）（Ｓ３’）において、ＳｉＦの発光強度（ＳｉＦ（２））をリアルタイムにモニタし、ΔＳｉＦが略０になると共に本工程を終了する。

終点判定の手法を示すグラフである図１２を用いて、プラズマヒーティング兼プラズマクリーニング工程（２）（Ｓ３’）の終点判定の例を説明する。アイドリングＳＳに入る前のプラズマヒーティング兼プラズマクリーニング（１）（Ｓ２３）で取得した発光強度ＳｉＦ（１）がターゲット１２０１となり、アイドリング後に位置するプラズマヒーティング兼プラズマクリーニング（２）（Ｓ３’）中のＳｉＦ（２）の発光強度変化１２０２がターゲット値に一致或いは達した場合に本工程の終点１２０３とし（Ｓ５）、この直後に製品エッチング（Ｓ１’）を開始する。

また実施例３でも実施例２と同様に、αΔＳｉＦ＋Ｃ＝０（ＣはＣｏｎｓｔａｎｔ）のように、定数を加えた補正値を用いてヒーティング工程の終点を判定した方が良い場合がある。また、アイドリング前後の発光強度の比（ＳｉＦ（２）／ＳｉＦ（１）＝１）を使う場合には、同様に定数を加えた補正値（ＳｉＦ（２）／ＳｉＦ（１）＋Ｃ＝１）を用いた方が良い場合がある。

実施例３は、アイドリング前後に試料のエッチング処理後にプラズマヒーティング兼プラズマクリーニング処理におけるリアクタ最表面の情報をリアルタイムにモニタして、アイドリング後の加工形状を安定して保持することのできる試料のエッチング処理方法を提供することができる。

さらに、本発明の試料のエッチング処理方法では、ΔＣＤ＝αΔＳｉＦ＋Ｃのように線形性が成り立ったが、他関数を適用した方が良い場合もある。したがって、製品毎に実験値とよく合う関数を選び出すことが適当である。

さらに、本発明の実施例１〜３においては、アイドリング（ＳＳ）前後のクリーニング工程（Ｓ２、Ｓ２’）もしくはプラズマヒーティング兼プラズマクリーニング工程（Ｓ２３、Ｓ３’）で処理室内に導入するガスとして、少なくともＣＦ_４、ＳｉＦ_４、ＳＦ_６、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＨＦ_３ガスを含むガス、もしくは少なくともＨＣｌ、Ｃｌ_２、ＣＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＣｌ_４、ＢＣｌ_３ガスを含むガスを用いることができる。さらに、クリーニング（Ｓ２、Ｓ２’）もしくはプラズマヒーティング兼プラズマクリーニング工程（Ｓ２３、Ｓ３’）でモニタする発光強度の発光種として、ＳｉＦ、ＳｉＣｌ、Ｓｉ、Ｏ、Ｆ、Ｃ_２、ＳｉＣｌ、Ｃｌ、Ｃｌ_２、Ｈの何れかを用いることができる。

本発明が適用されるエッチング装置の例として、図１３に示すエッチング装置を用いることができる。エッチング装置は、処理容器内にウエハ１３１０を載置する電極と、ガス供給口と、シャワープレート１３４０と、ソレノイド１３４１と、高周波電源１３５０と、ＲＦバイアス電源１３６１と整合機１３６２と、サーキュレータ１３７０と、発光分光器１３８０と、発光分光器１３８０から得られる発光スペクトルやデータを蓄積する装置（例えば、ＰＣ）１３８１を有している。処理ウエハ１３１０の下に内電極１３２１と外電極１３２２を装備する。ガス供給口は内側ガス供給口１３３２と外側ガス供給口１３３１からなる。ウエハを配置するウエハステージの温度および温度分布を制御するには複数冷媒の使用、裏面Ｈｅ圧力の制御、ヒータの利用等がある。例えば図１３に示すエッチング装置は、ウエハ１３１０の下に内電極１３２１と外電極１３２２を装備する。

３０１：Ｓｉが残留する場合のクリーニング波形
３０２：Ｓｉが残留しない場合のクリーニング波形
３０３：ＳｉＦの発光強度が時間変化を示さない７秒〜３０秒の間
３０４：７秒の点
３０５：Ｃ_２の波形
３０６：１５秒の点
７ｂ０１：アイドリング時間の入力設定ＢＯＸ
７ｂ０２：ヒーティング時間の入力設定ＢＯＸ
７ｂ０３：オフラインＣＤ値入力ＢＯＸ
７ｂ０４：データ取得ボタン
７ｂ０５：アイドリング時間毎のΔＣＤとヒーティング時間の関係グラフ
７ｂ０６：読出し
７ｂ０７：保存
８０１：Ｆ
８０２：石英
８０３：Ｏ
８０４：ＳｉＦ４
８０５：反応生成物ＳｉＦ４７０４が再解離したＦ
８０６：ＳｉＦ
８０７：ＳｉＦ７０６が再解離したＳｉ
１２０１：ターゲット
１２０２：ヒーティング中のＳｉＦ（２）の発光強度変化
１２０３：本工程の終点
１３２１：内電極
１３２２：外電極
１３１０：ウエハ
１３３１：外側ガス供給口
１３３２：内側ガス供給口
１３４０：シャワープレート
１３４１：電磁石
１３５０：プラズマソースパワー
１３６１：ＲＦバイアス電源
１３６２：ＲＦ整合機
１３７０：サーキュレータ
１３８０：発光分光器
１３８１：発光スペクトルやデータを蓄積する装置

Claims (6)

1. 真空処理室を形成する真空処理容器と、該真空処理容器内に処理ガスを供給するガス供給装置と、該ガス供給装置で供給した処理ガスを解離してプラズマを生成するプラズマ生成手段と、該プラズマ生成手段で生成したプラズマの発光をモニタする発光分光器と、その発光スペクトルを蓄積する手段と、データベースとを備えたプラズマ処理装置を用い、前記真空処理容器内に搬入した試料にエッチング処理を行うプラズマ処理方法において、
   前記試料のエッチング処理後に前記真空処理容器内をプラズマクリーニングする第一のクリーニング工程と、
   前記第一のクリーニング工程後に行われるとともに前記試料のエッチング処理を一時中断している期間であるアイドリング後に前記真空処理容器内をプラズマクリーニングする第二のクリーニング工程と、
   前記第二のクリーニング工程後に前記真空処理容器をプラズマ加熱する加熱工程とを有し、
   前記加熱工程は、前記第一のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度と前記第二のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度との差が略０または、前記第一のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度と前記第二のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度との比が略１に達するために必要な、前記加熱工程における前記真空処理容器をプラズマ加熱する時間が予め登録された前記データベースを参照して求めた時間分、前記真空処理容器をプラズマ加熱することを特徴とするプラズマ処理方法。
2. 真空処理室を形成する真空処理容器と、該真空処理容器内に処理ガスを供給するガス供給装置と、該ガス供給装置で供給した処理ガスを解離してプラズマを生成するプラズマ生成手段と、該プラズマ生成手段で生成したプラズマの発光をモニタする発光分光器と、その発光スペクトルを蓄積する手段とを備えたプラズマ処理装置を用い、前記真空処理容器内に搬入した試料にエッチング処理を行うプラズマ処理方法において、
   前記試料のエッチング処理後に前記真空処理容器内をプラズマクリーニングする第一のクリーニング工程と、
   前記第一のクリーニング工程後に行われるとともに前記試料のエッチング処理を一時中断している期間であるアイドリング後に前記真空処理容器内をプラズマクリーニングする第二のクリーニング工程と、
   前記第二のクリーニング工程後に前記真空処理容器をプラズマ加熱する加熱工程とを有し、
   前記第二のクリーニング工程と前記加熱工程は、前記第一のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度と前記第二のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度との差が略０または、前記第一のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度と前記第二のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度との比が略１に達していないと判定された場合、前記第一のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度と前記第二のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度との差が略０または、前記第一のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度と前記第二のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度との比が略１に達したと判定されるまで繰り返され、
   前記第二のクリーニング工程は、少なくともＣＦ_４、ＳｉＦ_４、ＳＦ_６、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＨＦ_３ガスの何れかを含む、もしくは少なくともＨＣｌ、Ｃｌ_２、ＣＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＣｌ_４、ＢＣｌ_３ガスの何れかを含むガスを用いてプラズマクリーニングを行い、
   前記加熱工程は、アルゴンガスを用いてプラズマ加熱することを特徴とするプラズマ処理方法。
3. 真空処理室を形成する真空処理容器と、該真空処理容器内に処理ガスを供給するガス供給装置と、該ガス供給装置で供給した処理ガスを解離してプラズマを生成するプラズマ生成手段と、該プラズマ生成手段で生成したプラズマの発光をモニタする発光分光器と、その発光スペクトルを蓄積する手段と、データベースとを備えたプラズマ処理装置を用い、前記真空処理容器内に搬入した試料にエッチング処理を行うプラズマ処理方法において、
   前記試料のエッチング処理後に前記真空処理容器内をプラズマクリーニングする第一のクリーニング工程と、
   前記第一のクリーニング工程後に行われるとともに前記試料のエッチング処理を一時中断している期間であるアイドリング後に前記真空処理容器内をプラズマクリーニングする第二のクリーニング工程と、
   前記第二のクリーニング工程後に前記真空処理容器をプラズマ加熱する加熱工程とを有し、
   前記加熱工程は、前記第一のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度(Ｓ１)と前記第二のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度(Ｓ２)との差に係数(α)をかけて定数(Ｃ)を足した値(α(Ｓ２−Ｓ１)＋Ｃ)が略０または、前記第一のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度と前記第二のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度との比に係数(α)をかけて定数(Ｃ)を足した値(α×Ｓ２／Ｓ１＋Ｃ)が略１に達するために必要な、前記加熱工程における前記真空処理容器をプラズマ加熱する時間が予め登録された前記データベースを参照して求めた時間分、前記真空処理容器をプラズマ加熱し、
   前記係数(α)は、前記発光強度変化に対する前記アイドリング時間の依存性データとＣＤ値変化に対する前記アイドリング時間の依存性データとの相関値であり、
   前記定数(Ｃ)は、前記発光強度変化が０の場合に前記ＣＤ値変化を０とする補正値であることを特徴とするプラズマ処理方法。
4. 真空処理室を形成する真空処理容器と、該真空処理容器内に処理ガスを供給するガス供給装置と、該ガス供給装置で供給した処理ガスを解離してプラズマを生成するプラズマ生成手段と、該プラズマ生成手段で生成したプラズマの発光をモニタする発光分光器と、その発光スペクトルを蓄積する手段とを備えたプラズマ処理装置を用い、前記真空処理容器内に搬入した試料にエッチング処理を行うプラズマ処理方法において、
   前記試料のエッチング処理後に前記真空処理容器内をプラズマクリーニングする第一のクリーニング工程と、
   前記第一のクリーニング工程後に行われるとともに前記試料のエッチング処理を一時中断している期間であるアイドリング後に前記真空処理容器内をプラズマクリーニングする第二のクリーニング工程と、
   前記第二のクリーニング工程後に前記真空処理容器をプラズマ加熱する加熱工程とを有し、
   前記第二のクリーニング工程と前記加熱工程は、前記第一のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度(Ｓ１)と前記第二のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度(Ｓ２)との差に係数(α)をかけて定数(Ｃ)を足した値(α(Ｓ２−Ｓ１)＋Ｃ)が略０または、前記第一のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度と前記第二のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度との比に係数(α)をかけて定数(Ｃ)を足した値(α×Ｓ２／Ｓ１＋Ｃ)が略１に達していないと判定された場合、前記第一のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度(Ｓ１)と前記第二のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度(Ｓ２)との差に係数(α)をかけて定数(Ｃ)を足した値(α(Ｓ２−Ｓ１)＋Ｃ)が略０または、前記第一のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度と前記第二のクリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度との比に係数(α)をかけて定数(Ｃ)を足した値(α×Ｓ２／Ｓ１＋Ｃ)が略１に達したと判定されるまで繰り返され、
   前記第二のクリーニング工程は、少なくともＣＦ_４、ＳｉＦ_４、ＳＦ_６、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＨＦ_３ガスの何れかを含む、もしくは少なくともＨＣｌ、Ｃｌ_２、ＣＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＣｌ_４、ＢＣｌ_３ガスの何れかを含むガスを用いてプラズマクリーニングを行い、
   前記加熱工程は、アルゴンガスを用いてプラズマ加熱し、
   前記係数(α)は、前記発光強度変化に対する前記アイドリング時間の依存性データとＣＤ値変化に対する前記アイドリング時間の依存性データとの相関値であり、
   前記定数(Ｃ)は、前記発光強度変化が０の場合に前記ＣＤ値変化を０とする補正値であることを特徴とするプラズマ処理方法。
5. 真空処理室を形成する真空処理容器と、該真空処理容器内に処理ガスを供給するガス供給装置と、該ガス供給装置で供給した処理ガスを解離してプラズマを生成するプラズマ生成手段と、該プラズマ生成手段で生成したプラズマの発光をモニタする発光分光器と、その発光スペクトルを蓄積する手段と、データベースとを備えたプラズマ処理装置を用い、前記真空処理容器内に搬入した試料にエッチング処理を行うプラズマ処理方法において、
   前記試料のエッチング処理後に前記真空処理容器内をプラズマクリーニングする第一のクリーニング工程と、
   前記第一のクリーニング工程後に前記真空処理容器をプラズマクリーニングするとともに前記真空処理容器をプラズマ加熱する第一の加熱兼クリーニング工程と、
   前記第一の加熱兼クリーニング工程後に行われるとともに前記試料のエッチング処理を一時中断している期間であるアイドリング後に前記真空処理容器内をプラズマクリーニングする第二のクリーニング工程と、
   前記第二のクリーニング工程後に前記真空処理容器をプラズマクリーニングするとともに前記真空処理容器をプラズマ加熱する第二の加熱兼クリーニング工程とを有し、
   前記第二の加熱兼クリーニング工程は、前記第一の加熱兼クリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度と前記第二の加熱兼クリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度との差が略０または、前記第一の加熱兼クリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度と前記第二の加熱兼クリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度との比が略１に達するために必要な、前記第二の加熱兼クリーニング工程における前記真空処理容器をプラズマ加熱する時間が予め登録された前記データベースを参照して求めた時間分、繰り返されることを特徴とするプラズマ処理方法。
6. 真空処理室を形成する真空処理容器と、該真空処理容器内に処理ガスを供給するガス供給装置と、該ガス供給装置で供給した処理ガスを解離してプラズマを生成するプラズマ生成手段と、該プラズマ生成手段で生成したプラズマの発光をモニタする発光分光器と、その発光スペクトルを蓄積する手段とを備えたプラズマ処理装置を用い、前記真空処理容器内に搬入した試料にエッチング処理を行うプラズマ処理方法において、
   前記試料のエッチング処理後に前記真空処理容器内をプラズマクリーニングする第一のクリーニング工程と、
   前記第一のクリーニング工程後に前記真空処理容器をプラズマクリーニングするとともに前記真空処理容器をプラズマ加熱する第一の加熱兼クリーニング工程と、
   前記第一の加熱兼クリーニング工程後に行われるとともに前記試料のエッチング処理を一時中断している期間であるアイドリング後に前記真空処理容器内をプラズマクリーニングする第二のクリーニング工程と、
   前記第二のクリーニング工程後に前記真空処理容器をプラズマクリーニングするとともに前記真空処理容器をプラズマ加熱する第二の加熱兼クリーニング工程とを有し、
   前記第二の加熱兼クリーニング工程は、前記第一の加熱兼クリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度(Ｓ１)と前記第二の加熱兼クリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度(Ｓ２)との差に係数(α)をかけて定数(Ｃ)を足した値(α(Ｓ２−Ｓ１)＋Ｃ)が略０または、前記第一の加熱兼クリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度(Ｓ１)と前記第二の加熱兼クリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度(Ｓ２)との比に係数(α)をかけて定数(Ｃ)を足した値(α×Ｓ２／Ｓ１＋Ｃ)が略１に達していないと判定された場合、前記第一の加熱兼クリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度(Ｓ１)と前記第二の加熱兼クリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度(Ｓ２)との差に係数(α)をかけて定数(Ｃ)を足した値(α(Ｓ２−Ｓ１)＋Ｃ)が略０または、前記第一の加熱兼クリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度(Ｓ１)と前記第二の加熱兼クリーニング工程における時間変化を示さなくなる時点以降の発光強度(Ｓ２)との比に係数(α)をかけて定数(Ｃ)を足した値(α×Ｓ２／Ｓ１＋Ｃ)が略１に達したと判定されるまで繰り返され、
   前記係数(α)は、前記発光強度変化に対する前記アイドリング時間の依存性データとＣＤ値変化に対する前記アイドリング時間の依存性データとの相関値であり、
   前記定数(Ｃ)は、前記発光強度変化が０の場合に前記ＣＤ値変化を０とする補正値であることを特徴とするプラズマ処理方法。
   

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