JP6556046B2 - プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に関する。
従来、プラズマを用いて被処理基板にエッチング等の処理を行うプラズマ処理装置が知られている。このようなプラズマ処理装置では、チャンバの内部に配置された載置台に被処理基板が載置され、チャンバ内に処理ガスが供給される。そして、載置台上の被処理基板と対向するように、被処理基板の上方に配置された上部電極から、チャンバ内に高周波電力が印加されることにより、チャンバ内に処理ガスのプラズマが生成される。そして、プラズマ中のイオンやラジカル等により、被処理基板の表面にエッチング等の所定のプラズマ処理が施される。上部電極には負の直流電圧が印加される場合がある。
また、上部電極の周囲に上部電極と絶縁されたリング状の導電性部材が設けられたプラズマ処理装置が知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。導電性部材には、上部電極に印加される負の直流電圧とは異なる大きさの負の直流電圧が印加される。
特開２０１５−５７５５号公報
ところで、プラズマ処理装置では、載置台に載置された被処理基板を囲むように載置台の周囲にフォーカスリングが設けられる。フォーカスリングにより、被処理基板に対して行われるエッチング等のプラズマ処理の均一性が向上する。しかし、プラズマ処理装置において、プラズマ処理が繰り返されると、フォーカスリングが消耗する。フォーカスリングが消耗すると、フォーカスリングの形状が変化し、フォーカスリングの上方に形成されるプラズマシースと、被処理基板の上方に形成されるプラズマシースとの間の高さの大小関係が変化する。そのため、フォーカスリングの消耗により、プラズマ中のイオン等の粒子が被処理基板へ入射する際の傾きが変化する。
フォーカスリングの消耗に伴って、プラズマ中のイオン等の粒子が被処理基板へ入射する際の傾きの変化が大きくなると、被処理基板に形成されるホールの傾きのばらつきを予め定められたスペック内に抑えることが困難となる。そのため、ホールの傾きのばらつきが予め定められたスペックを超える前に、フォーカスリングを交換することになる。フォーカスリングが頻繁に交換されると、そのたびにプロセスが停止することになり、プロセスのスループットが低下する。
本発明の一側面は、例えばプラズマ処理装置が第１の工程と第２の工程とを実行するプラズマ処理方法である。プラズマ処理装置は、チャンバと、載置台と、フォーカスリングと、第１の上部電極と、第２の上部電極とを備える。載置台は、チャンバの内部に設けられ、被処理基板が載置される載置面を有する。フォーカスリングは、載置面を囲むように載置台の周囲に設けられる。第１の上部電極は、載置台の載置面に対向するように載置台の上方に設けられる。第２の上部電極は、第１の上部電極を囲むように第１の上部電極の周囲に設けられ、第１の上部電極と絶縁される。プラズマ処理装置は、第１の工程において、チャンバ内に生成されたプラズマにより、載置台の載置面に載置された被処理基板に所定の処理を施す。また、プラズマ処理装置は、第２の工程において、第１の工程の経過時間に応じて、第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値を増加させる。
本発明の種々の側面および実施形態によれば、フォーカスリングの消耗に伴うホールの傾きの変動を抑制することができる。
図１は、プラズマ処理装置全体の概略構成の一例を模式的に示す断面図である。 図２は、フォーカスリングと第２の電極板との位置関係の一例を模式的に示す上面図である。 図３は、フォーカスリングと第２の電極板との位置関係の一例を模式的に示す拡大断面図である。 図４は、フォーカスリングの消耗に伴うイオンの入射方向の傾きの変化を説明するための図である。 図５は、実施形態におけるホールの傾斜角度の定義を説明する図である。 図６は、センターＤＣおよびエッヂＤＣの組合せ毎のホールの傾斜角度θの測定結果の一例を示す図である。 図７は、第２の電極板に印加される負の直流電圧の絶対値を増加させた場合のプラズマシースの位置の変化の一例を示す図である。 図８は、本実施形態においてフォーカスリングの消耗に伴うイオンの入射方向の傾きを説明するための図である。 図９は、プラズマ処理時間とホールの傾斜角度との関係の一例を示す図である。 図１０は、第１のテーブルの一例を示す図である。 図１１は、エッヂＤＣの電圧変化に対するホールの傾斜角度の変化の一例を示す図である。 図１２は、第２のテーブルの一例を示す図である。 図１３は、プラズマ処理装置によって実行されるエッヂＤＣの制御処理の一例を示すフローチャートである。
開示するプラズマ処理方法は、１つの実施形態において、プラズマ処理装置が第１の工程と第２の工程とを実行する。プラズマ処理装置は、チャンバと、載置台と、フォーカスリングと、第１の上部電極と、第２の上部電極とを備える。載置台は、チャンバの内部に設けられ、被処理基板が載置される載置面を有する。フォーカスリングは、載置面を囲むように載置台の周囲に設けられる。第１の上部電極は、載置台の載置面に対向するように載置台の上方に設けられる。第２の上部電極は、第１の上部電極を囲むように第１の上部電極の周囲に設けられ、第１の上部電極と絶縁される。プラズマ処理装置は、第１の工程において、チャンバ内に生成されたプラズマにより、載置台の載置面に載置された被処理基板に所定の処理を施す。また、プラズマ処理装置は、第２の工程において、第１の工程の経過時間に応じて、第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値を増加させる。
また、開示するプラズマ処理方法の１つの実施形態において、プラズマ処理装置は、第２の工程において、第１の工程の経過時間に対する、被処理基板のエッヂ付近のホールの傾斜角度を示す第１のデータと、第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値に対する、被処理基板のエッヂ付近のホールの傾斜角度を示す第２のデータとに基づいて、第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値を決定してもよい。
また、開示するプラズマ処理方法の１つの実施形態において、第２のデータは、第１の上部電極に印加される直流電圧の値毎に作成されてもよい。また、プラズマ処理装置は、第２の工程において、第１の上部電極に印加されている直流電圧の値に対応する第２のデータを特定し、特定された第２のデータと第１のデータとに基づいて、第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値を決定してもよい。
また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、チャンバと、載置台と、フォーカスリングと、第１の上部電極と、第２の上部電極と、制御部とを備える。載置台は、チャンバの内部に設けられ、被処理基板が載置される載置面を有する。フォーカスリングは、載置面を囲むように載置台の周囲に設けられる。第１の上部電極は、載置面に対向するように載置台の上方に設けられる。第２の上部電極は、第１の上部電極を囲むように第１の上部電極の周囲に設けられ、第１の上部電極と絶縁される。制御部は、チャンバ内に生成されたプラズマにより被処理基板に所定の処理が施される処理時間の経過に応じて、第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値を増加させる制御を行う。
また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、第１の工程の経過時間に対する、被処理基板のエッヂ付近のホールの傾斜角度を示す第１のデータと、第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値に対する、被処理基板のエッヂ付近のホールの傾斜角度を示す第２のデータとを記憶する記憶部をさらに備えてもよい。また、制御部は、第１のデータおよび第２のデータを記憶部から読み出し、読み出された第１のデータおよび第２のデータに基づいて、第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値を決定してもよい。
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、記憶部は、第１の上部電極に印加される直流電圧の値毎に第２のデータを記憶してもよい。また、制御部は、第１の上部電極に印加されている直流電圧の値に対応する第２のデータを記憶部が記憶する第２のデータの中で特定し、特定された第２のデータと第１のデータとに基づいて、第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値を決定してもよい。
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、第２の上部電極は、円環状であってもよく、第２の上部電極の内周面は、フォーカスリングの軸線を基準として、フォーカスリングの内周面よりも、軸線から離れた位置となるように、第１の上部電極の周囲に配置されていてもよい。
以下に、開示するプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示される発明が限定されるものではない。
［プラズマ処理装置１の構成］
図１は、プラズマ処理装置１全体の概略構成の一例を模式的に示す断面図である。本実施形態におけるプラズマ処理装置１は、例えば容量結合型平行平板プラズマエッチング装置である。プラズマ処理装置１は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムによって形成された略円筒状のチャンバ１０を有する。チャンバ１０は保安接地されている。
チャンバ１０の底部には、セラミックス等によって形成された絶縁板１２を介して円柱状の支持台１４が配置されている。支持台１４の上に例えばアルミニウム等で形成された載置台１６が設けられている。載置台１６は下部電極としても機能する。
載置台１６の上面には、被処理基板の一例である半導体ウエハＷを静電力で吸着保持する静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、導電膜で形成された電極２０を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んだ構造を有する。電極２０には直流電源２２が電気的に接続されている。半導体ウエハＷは、静電チャック１８の上面１８ａに載置され、直流電源２２から供給された直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により静電チャック１８に吸着保持される。半導体ウエハＷが載置される静電チャック１８の上面１８ａは、載置台１６の載置面の一例である。
静電チャック１８の周囲であって、載置台１６の上面には、導電性部材２４ｂが設けられる。また、導電性部材２４ｂの上には、静電チャック１８の上面１８ａを囲むように、例えばシリコン等で形成された導電性のフォーカスリング２４ａが設けられる。フォーカスリング２４ａにより、エッチング等のプラズマ処理の均一性が向上する。載置台１６および支持台１４の側面には、例えば石英で形成された円筒状の内壁部材２６が設けられている。
支持台１４の内部には、例えば環状の冷媒室２８が形成されている。冷媒室２８には、外部に設けられた図示しないチラーユニットから、配管３０ａおよび３０ｂを介して、例えば冷却水等の所定温度の冷媒が循環供給される。冷媒室２８内を循環する冷媒によって、支持台１４、載置台１６、および静電チャック１８の温度が制御され、静電チャック１８上の半導体ウエハＷが所定温度に制御される。
また、図示しない伝熱ガス供給機構からの例えばＨｅガス等の伝熱ガスが配管３２を介して静電チャック１８の上面１８ａと半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。
下部電極として機能する載置台１６の上方には、載置台１６と対向するように上部電極３４が設けられている。上部電極３４と載置台１６との間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極３４は、下部電極として機能する載置台１６上の半導体ウエハＷと対向してプラズマ生成空間と接する面、つまり対向面を形成する。
上部電極３４は、絶縁性遮蔽部材４２を介して、チャンバ１０の上部に支持されている。上部電極３４は、第１の電極板３６と、第２の電極板３５と、電極支持体３８とを有する。第１の電極板３６は、載置台１６との対向面を構成し、多数の吐出孔３７を有する。第１の電極板３６および第２の電極板３５は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体が好ましく、例えばシリコンやＳｉＣで形成されることが好ましい。第２の電極板３５は、環状の形状を有し、第１の電極板３６を囲むように第１の電極板３６の周囲に設けられている。第２の電極板３５は、フォーカスリング２４ａの上方の位置に設けられる。第２の電極板３５は、絶縁性部材３９により第１の電極板３６と絶縁されている。第１の電極板３６は、第１の上部電極の一例であり、第２の電極板３５は、第２の上部電極の一例である。
図２は、フォーカスリング２４ａと第２の電極板３５との位置関係の一例を模式的に示す上面図である。図３は、フォーカスリング２４ａと第２の電極板３５との位置関係の一例を模式的に示す拡大断面図である。図２には、上部電極３４から載置台１６へ向かう方向から見た場合のフォーカスリング２４ａおよび第２の電極板３５が示されている。図２に示すように、フォーカスリング２４ａおよび第２の電極板３５は、円環状の形状を有し、フォーカスリング２４ａおよび第２の電極板３５の中心軸はほぼ一致している。図２に示す点ｏは、フォーカスリング２４ａおよび第２の電極板３５の中心軸が通る点を示す。本実施形態において、フォーカスリング２４ａの内周面２４ｃの半径ｒ１は、例えば図２および図３に示すように、第２の電極板３５の内周面３５ａの半径ｒ２よりも短い。なお、他の形態として、フォーカスリング２４ａの内周面２４ｃの半径ｒ１は、第２の電極板３５の内周面３５ａの半径ｒ２と同じ長さであってもよい。
図１に戻って説明を続ける。電極支持体３８は、第１の電極板３６および第２の電極板３５を着脱自在に支持する。また、電極支持体３８は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の導電性材料によって形成された水冷構造を有する。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられている。ガス拡散室４０からは吐出孔３７に連通する多数のガス流通孔４１が下方に延びている。
電極支持体３８にはガス拡散室４０へ処理ガスを導くガス導入口６２が形成されており、ガス導入口６２にはガス供給管６４が接続されている。ガス供給管６４にはバルブ７０およびマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８を介して処理ガス供給源６６が接続されている。半導体ウエハＷに対してエッチングの処理が行われる場合、処理ガス供給源６６からは、エッチングのための処理ガスがガス供給管６４を介してガス拡散室４０に供給される。ガス拡散室４０内に供給された処理ガスは、ガス拡散室４０内で拡散し、それぞれのガス流通孔４１および吐出孔３７を介してプラズマ処理空間内にシャワー状に吐出される。すなわち、上部電極３４は、プラズマ処理空間内に処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとしても機能する。
電極支持体３８には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６ａおよびスイッチ４７ａを介して可変直流電源４８ａが電気的に接続されている。可変直流電源４８ａは、後述する制御部９５から指示された大きさ（絶対値）の負の直流電圧を出力する。スイッチ４７ａは、可変直流電源４８ａから電極支持体３８への負の直流電圧の供給および遮断を制御する。以下では、可変直流電源４８ａから電極支持体３８に供給される負の直流電圧をセンターＤＣと呼ぶ場合がある。
第２の電極板３５には、ＬＰＦ４６ｂおよびスイッチ４７ｂを介して可変直流電源４８ｂが電気的に接続されている。可変直流電源４８ｂは、後述する制御部９５から指示された大きさ（絶対値）の負の直流電圧を出力する。スイッチ４７ｂは、可変直流電源４８ｂから第２の電極板３５への負の直流電圧の供給および遮断を制御する。以下では、可変直流電源４８ｂから第２の電極板３５に供給される負の直流電圧をエッヂＤＣと呼ぶ場合がある。
チャンバ１０の側壁から上部電極３４の高さ位置よりも上方には、円筒状の接地導体１０ａが設けられている。接地導体１０ａは、その上部に天壁を有している。
下部電極として機能する載置台１６には、整合器８７を介して第１の高周波電源８９が電気的に接続されている。また、載置台１６には、整合器８８を介して第２の高周波電源９０が電気的に接続されている。第１の高周波電源８９は、２７ＭＨｚ以上の周波数、例えば４０ＭＨｚの高周波電力を出力する。第２の高周波電源９０は、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電力を出力する。
整合器８７は、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第１の高周波電源８９のインピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように、第１の高周波電源８９のインピーダンスと負荷インピーダンスと整合させる。同様に、整合器８８は、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第２の高周波電源９０のインピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように、第２の高周波電源９０のインピーダンスと負荷インピーダンスと整合させる。
チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられている。排気口８０には、排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、例えばターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有しており、チャンバ１０内を所望の真空度まで減圧することができる。また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷを搬入および搬出するための開口８５が設けられており、開口８５はゲートバルブ８６により開閉可能となっている。
チャンバ１０の内壁には、チャンバ１０の内壁に沿って、チャンバ１０の内壁にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するためのデポシールド１１が着脱自在に設けられている。また、デポシールド１１は、内壁部材２６の外周にも設けられている。チャンバ１０の底部のチャンバ壁側のデポシールド１１と内壁部材２６側のデポシールド１１との間には排気プレート８３が設けられている。デポシールド１１および排気プレート８３としては、例えばアルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスが被覆されたものを好適に用いることができる。
デポシールド１１のチャンバ内壁を構成する部分の半導体ウエハＷとほぼ同じ高さ部分には、グランドにＤＣ的に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）９１が設けられている。ＧＮＤブロック９１により、チャンバ１０内の異常放電が防止される。
プラズマ処理装置１の各構成部は、制御部９５によって制御される。制御部９５には、工程管理者がプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザインターフェイス９６が接続されている。
さらに、制御部９５には、プラズマ処理装置１で実行される各種処理を制御部９５の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、すなわちレシピ等が格納された記憶部９７が接続されている。また、記憶部９７には、後述する第１のテーブルおよび第２のテーブルのデータが格納される。記憶部９７は、例えばハードディスクや半導体メモリ等である。また、記憶部９７は、コンピュータにより読み取り可能な可搬性の記憶媒体であってもよい。この場合、制御部９５は、該記憶媒体からデータを読み取る装置を経由して、該記憶媒体に記憶された制御プログラム等を取得する。記憶媒体は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ等である。
制御部９５は、ユーザインターフェイス９６を介したユーザからの指示等に応じて、任意のレシピを記憶部９７から読み出して実行することにより、プラズマ処理装置１の各部を制御し、半導体ウエハＷに対して所定のプラズマ処理を施す。なお、本実施形態におけるプラズマ処理装置１は、制御部９５、ユーザインターフェイス９６、および記憶部９７を含む。
このように構成されたプラズマ処理装置１において、半導体ウエハＷに対してエッチング処理が行われる場合、まず、ゲートバルブ８６が開状態に制御され、開口８５を介してエッチング対象の半導体ウエハＷがチャンバ１０内に搬入され、静電チャック１８上に載置される。そして、直流電源２２から所定の直流電圧が静電チャック１８に印加され、半導体ウエハＷが静電チャック１８の上面１８ａに吸着保持される。
そして、処理ガス供給源６６からエッチングのための処理ガスが所定の流量でガス拡散室４０へ供給され、ガス流通孔４１および吐出孔３７を介して処理ガスがチャンバ１０内に供給される。また、排気装置８４によりチャンバ１０内が排気され、チャンバ１０内の圧力が所定の圧力に制御される。チャンバ１０内に処理ガスが供給された状態で、第１の高周波電源８９からプラズマ生成用の高周波が所定のパワーで載置台１６に印加されるとともに、第２の高周波電源９０からイオン引き込み用の高周波が所定のパワーで載置台１６に印加される。また、可変直流電源４８ａから所定の大きさの負の直流電圧が電極支持体３８に印加され、可変直流電源４８ｂから所定の大きさの負の直流電圧が第２の電極板３５に印加される。
上部電極３４の吐出孔３７から吐出された処理ガスは、載置台１６に印加された高周波により、上部電極３４と載置台１６との間に生じたグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの被処理面がエッチングされる。
また、本実施形態において、制御部９５は、プラズマ処理の経過時間に応じて、可変直流電源４８ｂを制御して、第２の電極板３５に印加される負の直流電圧の大きさを増加させる。
［プラズマ処理時間とホールの傾斜角度との関係］
ここで、プラズマ処理時間と半導体ウエハＷの被処理面に形成されるホールの傾斜角度との関係について説明する。図４は、フォーカスリング２４ａの消耗に伴うイオンの入射方向の傾きの変化を示す説明図である。フォーカスリング２４ａが消耗していない場合には、例えば図４（ａ）に示すように、フォーカスリング２４ａの上方のプラズマシースは、半導体ウエハＷの上方のプラズマシースよりも例えば高い位置に形成される。この場合、半導体ウエハＷの周縁部（エッヂ）付近では、プラズマ中のイオンが半導体ウエハＷの被処理面の周縁部の方向に斜めに傾いて入射する。エッチングでは、イオンの入射方向に沿ってホールが形成される。そのため、半導体ウエハＷの被処理面の周縁部付近に形成されるホールの深さ方向の形状は、鉛直方向に対して半導体ウエハＷの被処理面の周縁部の方に斜めに傾いた形状となる。
その後、プラズマ処理が繰り返され、フォーカスリング２４ａがプラズマにより消耗すると、例えば図４（ｂ）に示すように、フォーカスリング２４ａの高さが低くなる。これにより、例えば図４（ｂ）に示すように、フォーカスリング２４ａの上方のプラズマシースの位置が低くなり、半導体ウエハＷの中心部付近の上方に形成されたプラズマシースよりも、半導体ウエハＷの周縁部付近の上方に形成されたプラズマシースの位置が低くなる。これにより、半導体ウエハＷの周縁部付近では、プラズマ中のイオンが半導体ウエハＷの被処理面の中心部の方向に斜めに傾いて入射する。これにより、半導体ウエハＷの被処理面の周縁部付近に形成されるホールの深さ方向の形状は、鉛直方向に対して半導体ウエハＷの被処理面の中心部の方に斜めに傾いた形状となる。
ここで、ホールの深さ方向の傾斜角度の定義について説明する。図５は、実施形態におけるホールの傾斜角度の定義を説明する図である。本実施形態において、ホールの傾斜角度θは、例えば図５に示すように、鉛直方向に対するホールの深さ方向の角度として定義される。例えば図５（ａ）に示すように、半導体ウエハＷに形成されたホールｈ１が半導体ウエハＷの被処理面の周縁部の方向に斜めに傾く場合に、ホールの傾斜角度θは正の値となる。また、例えば図５（ｂ）に示すように、半導体ウエハＷに形成されたホールｈ２が半導体ウエハＷの被処理面の中心部の方向に斜めに傾く場合に、ホールの傾斜角度θは負の値となる。
図４に示した例では、フォーカスリング２４ａが消耗していない状態において、ホールの傾斜角度θが正の所定値（例えば、θ＝＋０．５ｄｅｇ）となるような形状のフォーカスリング２４ａがチャンバ１０内に設置される。そして、プラズマ処理の時間の経過に従ってフォーカスリング２４ａが消耗し、ホールの傾斜角度θが減少する。そして、ホールの傾斜角度θは、やがて負の値となる。その後、プラズマ処理の時間の経過に伴い、フォーカスリング２４ａがさらに消耗し、傾斜角度θがさらに大きな負の値となる。フォーカスリング２４ａは、ホールの傾斜角度θが所定の大きさの負の角度（例えば、θ＝−０．５ｄｅｇ）となる前に交換される。
［エッヂＤＣと傾斜角度θの関係］
次に、エッヂＤＣとホールの傾斜角度θとの関係について説明する。図６は、センターＤＣおよびエッヂＤＣの組合せ毎のホールの傾斜角度θの測定結果の一例を示す図である。図６の測定結果を参照すると、第２の電極板３５に印加される負の直流電圧であるエッヂＤＣの絶対値が増加するほど、ホールの傾斜角度θが正の方向に増加していることが分かる。第２の電極板３５に印加される負の直流電圧の絶対値を増加させると、例えば図７に示すように、フォーカスリング２４ａの上方のプラズマシースが第２の電極板３５の方向、即ち、上方に移動する。図７は、第２の電極板３５に印加される負の直流電圧の絶対値を増加させた場合のプラズマシースの位置の変化の一例を示す図である。そのため、イオンの入射方向が半導体ウエハＷの被処理面の周縁部の方向に傾き、イオンの入射により形成されたホールの傾斜角度θが正の方向に傾いたと考えられる。
そのため、例えば図８（ａ）および（ｂ）に示すように、プラズマ処理時間の経過に従って、フォーカスリング２４ａが消耗し、プラズマシースの位置が低くなっても、第２の電極板３５に印加するエッヂＤＣの大きさ（絶対値）を増加させれば、フォーカスリング２４ａの消耗に伴うホールの傾斜角度θの変化を抑制することができると考えられる。
［第１のテーブル］
次に、エッヂＤＣの値を決定するために用いられる第１のテーブルの作成方法について説明する。まず、プラズマ処理時間に対するホールの傾斜角度θが測定される。例えば、実際に複数の半導体ウエハＷに対してエッチング処理が行われ、プラズマ処理の累積時間毎の半導体ウエハＷについて、半導体ウエハＷに形成されたホールの傾斜角度θが測定される。なお、他の例として、プラズマ処理の累積時間に応じた消耗量分、高さが低くなるように加工されたフォーカスリング２４ａを用いて、半導体ウエハＷに対してエッチング処理が行われ、半導体ウエハＷに形成されたホールの傾斜角度θが測定されてもよい。
プラズマ処理時間毎のホールの傾斜角度θの測定結果から、プラズマ処理の単位時間当たりの傾斜角度θの変化量が算出される。プラズマ処理時間毎のホールの傾斜角度θの測定値を図示すると、例えば図９のようになる。図９は、プラズマ処理時間とホールの傾斜角度との関係の一例を示す図である。図９の例では、プラズマ処理の単位時間に対する傾斜角度θの変化量は、１０時間当たり−０．０２３ｄｅｇであった。
そして、プラズマ処理の経過時間毎に、傾斜角度θの値が、第１のテーブルとして記憶部９７内に保存される。図１０は、第１のテーブル９７０の一例を示す図である。第１のテーブル９７０には、例えば図１０に示すように、プラズマ処理の経過時間９７１に対応付けて、ホールの傾斜角度θ９７２が格納される。なお、図１０の例では、ホールの傾斜角度θ９７２の初期値が０．５０ｄｅｇとなっているが、ホールの傾斜角度θ９７２の初期値は０ｄｅｇなど、他の値であってもよい。第１のテーブル９７０は、第１のデータの一例である。
［第２のテーブル］
次に、エッヂＤＣの値を決定するために用いられる第２のテーブルの作成方法について説明する。まず、例えば図６に示したように、センターＤＣとエッヂＤＣの組合せ毎に、ホールの傾斜角度θが測定される。そして、センターＤＣの値毎に、エッヂＤＣに対するホールの傾斜角度θの測定結果から、エッヂＤＣの電圧変化に対する傾斜角度θの変化量が算出される。エッヂＤＣに対するホールの傾斜角度θの測定値を図示すると、例えば図１１のようになる。図１１は、エッヂＤＣの電圧変化に対するホールの傾斜角度の変化の一例を示す図である。図１１の測定結果において、センターＤＣは−１５０Ｖである。図１１の例では、エッヂＤＣの電圧変化に対する傾斜角度θの変化量は、１０Ｖ当たり０．００７ｄｅｇであった。
そして、傾斜角度θが、エッヂＤＣの初期値に対応する傾斜角度θからの相対値Δθに変換される。そして、センターＤＣの値毎に、エッヂＤＣと相対値Δθの組合せが、第１のテーブルとして記憶部９７内に保存される。図１２は、第２のテーブル９７５の一例を示す図である。第２のテーブル９７５には、例えば図１２に示すように、センターＤＣの電圧値９７６毎に、個別テーブル９７７が格納される。それぞれの個別テーブル９７７には、エッヂＤＣの電圧値９７８に対応付けて、相対値Δθ９７９が格納される。第２のテーブル９７５は、第２のデータの一例である。
［エッヂＤＣの制御］
図１３は、プラズマ処理装置１によって実行されるエッヂＤＣの制御処理の一例を示すフローチャートである。なお、図１３に示すフローチャートの開始前に、半導体ウエハＷがチャンバ１０内に搬入され、チャンバ１０内に処理ガスが供給され、チャンバ１０内の圧力が所定の圧力に制御される。また、電極支持体３８には、処理レシピに規定された負の直流電圧がセンターＤＣとして印加される。
まず、制御部９５は、可変直流電源４８ａおよび４８ｂを制御して、エッヂＤＣをセンターＤＣと同じ値に設定する（Ｓ１００）。これにより、第２の電極板３５には、電極支持体３８に印加される負の直流電圧と同じ大きさの負の直流電圧が印加される。
次に、制御部９５は、第１の高周波電源８９および第２の高周波電源９０を制御して、所定電力の高周波を載置台１６にそれぞれ印加する。これにより、チャンバ１０内に処理ガスのプラズマが生成され、生成されたプラズマにより、半導体ウエハＷに対するプラズマ処理が開始される（Ｓ１０１）。
次に、制御部９５は、プラズマ処理の累積時間を示す経過時間ｔを０に初期化する（Ｓ１０２）。また、制御部９５は、エッヂＤＣを更新するタイミングを示す時間ｔ0を、所定時間Δｔで初期化する（Ｓ１０３）。所定時間Δｔは、例えば１０時間である。
次に、制御部９５は、経過時間ｔが時間ｔ0に達したか否かを判定する（Ｓ１０４）。経過時間ｔが時間ｔ0に達していない場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、制御部９５は、ステップＳ１１２に示す処理を実行する。
一方、経過時間ｔが時間ｔ0に達した場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、制御部９５は、記憶部９７内の第１のテーブル９７０を参照して、現在の経過時間ｔに対応付けられた傾斜角度θを特定する（Ｓ１０５）。そして、制御部９５は、特定された傾斜角度θと、所定の傾斜角度θ0との差分Δθmを算出する（Ｓ１０６）。所定の傾斜角度θ0とは、基準となる傾斜角度である。本実施形態において、傾斜角度θ0は、例えば＋０．５ｄｅｇである。
次に、制御部９５は、記憶部９７内の第２のテーブル９７５を参照して、電極支持体３８に印加されているセンターＤＣの値に対応付けられている個別テーブル９７７を特定する（Ｓ１０７）。そして、制御部９５は、特定された個別テーブル９７７内で、ステップＳ１０６において算出された差分Δθmに最も近い相対値Δθを特定する（Ｓ１０８）。
次に、制御部９５は、個別テーブル９７７を参照して、ステップＳ１０８において特定された相対値Δθに対応付けられているエッヂＤＣの電圧値を特定する（Ｓ１０９）。そして、制御部９５は、特定された電圧値の負の直流電圧を出力するように可変直流電源４８ｂを制御する。これにより、ステップＳ１０９において特定された電圧値の負の直流電圧が第２の電極板３５に印加される（Ｓ１１０）。
次に、制御部９５は、エッヂＤＣを更新するタイミングを示す時間ｔ0に、所定時間Δｔを加算し（Ｓ１１１）、プラズマ処理を終了するか否かを判定する（Ｓ１１２）。プラズマ処理を終了しない場合（Ｓ１１２：Ｎｏ）、制御部９５は、再びステップＳ１０４に示した処理を実行する。一方、プラズマ処理を終了する場合（Ｓ１１２：Ｙｅｓ）、プラズマ処理装置１は、本フローチャートに示したエッヂＤＣの制御処理を終了する。
以上、一実施形態について説明した。上記説明から明らかなように、本実施形態のプラズマ処理装置１によれば、フォーカスリング２４ａの消耗に伴うホールの傾きの変動を抑制することができる。
なお、開示の技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記した実施形態において、上部電極３４には、第１の電極板３６および第２の電極板３５が設けられ、第２の電極板３５には、第１の電極板３６に印加される負の直流電圧とは独立に制御される負の直流電圧が印加される。しかし、開示の技術はこれに限られない。例えば、第２の電極板３５は、径方向に複数の環状の部材で構成され、それぞれの環状の部材に印加される負の直流電圧が独立に制御されてもよい。これにより、半導体ウエハＷの周縁のシースの分布をより精度よく制御することができる。
また、上記した実施形態では、半導体ウエハＷに対してプラズマを用いたエッチングを行うプラズマ処理装置１を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。プラズマを用いて処理を行う装置であれば、成膜装置や、半導体ウエハＷ上に積層された膜をプラズマを用いて改質する装置等においても、上記したエッヂＤＣの制御を適用することができる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
Ｗ 半導体ウエハ
１ プラズマ処理装置
１０ チャンバ
１６ 載置台
１８ 静電チャック
１８ａ 上面
２４ａ フォーカスリング
２４ｃ 内周面
３４ 上部電極
３５ 第２の電極板
３５ａ 内周面
３６ 第１の電極板
３８ 電極支持体
３９ 絶縁性部材
９５ 制御部
９６ ユーザインターフェイス
９７ 記憶部
９７０ 第１のテーブル
９７５ 第２のテーブル

Claims (7)

  1. チャンバと、
    前記チャンバの内部に設けられ、被処理基板が載置される載置面を有する載置台と、
    前記載置面を囲むように前記載置台の周囲に設けられたフォーカスリングと、
    前記載置面に対向するように前記載置台の上方に設けられた第１の上部電極と、
    前記第１の上部電極を囲むように前記第１の上部電極の周囲に設けられ、第１の上部電極と絶縁された第２の上部電極と
    を備えるプラズマ処理装置が、
    前記チャンバ内に生成されたプラズマにより、前記載置面に載置された前記被処理基板に所定の処理を施す第１の工程と、
    前記第１の工程の経過時間に応じて、前記第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値を増加させる第２の工程と
    を実行することを特徴とするプラズマ処理方法。
  2. 前記プラズマ処理装置は、前記第２の工程において、
    前記第１の工程の経過時間に対する、前記被処理基板のエッヂ付近のホールの傾斜角度を示す第１のデータと、前記第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値に対する、前記被処理基板のエッヂ付近のホールの傾斜角度を示す第２のデータとに基づいて、前記第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値を決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方法。
  3. 前記第２のデータは、前記第１の上部電極に印加される直流電圧の値毎に作成され、
    前記プラズマ処理装置は、前記第２の工程において、
    前記第１の上部電極に印加されている直流電圧の値に対応する前記第２のデータを特定し、特定された前記第２のデータと前記第１のデータとに基づいて、前記第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値を決定することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理方法。
  4. チャンバと、
    前記チャンバの内部に設けられ、被処理基板が載置される載置面を有する載置台と、
    前記載置面を囲むように前記載置台の周囲に設けられたフォーカスリングと、
    前記載置面に対向するように前記載置台の上方に設けられた第１の上部電極と、
    前記第１の上部電極を囲むように前記第１の上部電極の周囲に設けられ、第１の上部電極と絶縁された第２の上部電極と、
    前記チャンバ内に生成されたプラズマにより前記被処理基板に所定の処理が施される処理時間の経過に応じて、前記第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値を増加させる制御を行う制御部と
    を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
  5. 前記処理時間に対する、前記被処理基板のエッヂ付近のホールの傾斜角度を示す第１のデータと、前記第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値に対する、前記被処理基板のエッヂ付近のホールの傾斜角度を示す第２のデータとを記憶する記憶部をさらに備え、
    前記制御部は、
    前記第１のデータおよび前記第２のデータを前記記憶部から読み出し、読み出された前記第１のデータおよび前記第２のデータに基づいて、前記第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値を決定することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記記憶部は、
    前記第１の上部電極に印加される直流電圧の値毎に前記第２のデータを記憶し、
    前記制御部は、
    前記第１の上部電極に印加されている直流電圧の値に対応する前記第２のデータを前記記憶部が記憶する前記第２のデータの中で特定し、特定された前記第２のデータと前記第１のデータとに基づいて、前記第２の上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値を決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装置。
  7. 前記第２の上部電極は、円環状であり、
    前記第２の上部電極の内周面は、
    前記フォーカスリングの軸線を基準として、前記フォーカスリングの内周面よりも、前記軸線から離れた位置となるように、前記第１の上部電極の周囲に配置されていることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
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