JP6557642B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 Download PDF

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Description

本発明はプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に係り、特に所定深さにてエッチングを止める処理に好適なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
被エッチング材料に深さ方向の途中となる所定深さでエッチングを終了させる場合、被エッチング材料と異なる材料のエッチングストッパ膜が無いため、プラズマエッチング中の発光強度変化を用いてエッチングの終点判定を行う技術は使えない。このため、このような場合には、エッチング面からの反射光との干渉を利用して溝の深さを算出し、エッチングの終点を判定する技術が知られている。
しかしながら、被エッチング材料の材質によっては、光を透過して干渉光を用いることができない材料がある。このような場合には、予め処理時間とエッチング深さとの関係を求めておき、エッチング処理時間でエッチング深さを間接的に管理する。このような時間管理の場合には、エッチング処理を繰り返すに従って経時変化が生じ、ロット内またはロット間ウエハでのバラツキが生じる可能性がある。このため、エッチング処理の経時変化を抑制するとともにプラズマ処理の安定化を図るため、エッチング処理前にエージング又はシーズニングと称される安定化処理やエッチング処理後のクリーニング処理が行われる。
従来、このような処理を行う処理装置として特許文献１には、半導体デバイス製造のトレンチエッチング処理において、エッチング処理対象ウェハの被エッチングパターン密度起因の溝深さ変動量および、過去の溝深さデータおよび設定エッチング時間データから算出した装置・チャンバ起因の溝深さの時系列変動量を求め、これらの変動を補正するエッチング時間を算出することによりトレンチエッチングにおいて要求される溝深さのばらつきを抑制する処理装置が開示されている。
特開２００５−３４７５８５号公報
上述したエッチングストッパ膜を用いないエッチングの場合の経時変化において、処理室内壁への反応生成物の堆積量に応じてエッチング深さが変動する現象が発生することがある。このような現象のエッチングの状態について図７を用いて説明する。
図７(ａ)は、エッチング深さが深くエッチングされる場合のウェハの断面形状を示している。また、図７(ｂ)は、エッチング深さが浅くエッチングされる場合のウェハの断面形状を示している。このような膜構造のエッチングを実施する場合、エッチング対象膜７２の下に下地膜(エッチング対象膜７２のストッパ膜)が存在しないため、プラズマの発光を用いた終点判定を実施することは困難である。そのため、エッチング対象膜７２のエッチング処理は、予め求められた時間で処理を行なう。このようなエッチング処理では、処理室の内壁の温度、消耗度合、付着物の種類、付着物の量等の状態によって、エッチング深さが変動してしまう可能性がある。
このような状態は、例えば、マスク膜７１が窒化シリコン膜（Ｓｉ３Ｎ４）等、エッチング対象膜７２がシリコン酸化膜(ＳｉＯ２)等という膜構造において、エッチング対象膜７２をフルオロカーボンガス（ＣＦ４ガス等）を用いてエッチング処理を実施する場合や、フッ素含有ガス(ＳＦ６ガス、ＮＦ３ガス等）にハイドロカーボン系のガス（ＣＨ４ガス等）を添加したガス系にてエッチング処理を実施する場合に発生する。エッチング対象膜７２(ＳｉＯ２)は、フッ素含有ガスと反応してＳｉＦ４が生成されてエッチングが進行する。
但し、前述のような膜構造とガス系では、図７に示すようにエッチング対象膜７２をエッチング処理した後、ウェハ上にカーボン系の付着物７３が付着する。その後、酸素系のガス(Ｏ２等)を含むガス系で付着物７３を除去し、エッチング処理が終了する。この付着膜７３は、処理室の内壁にも同時に堆積する。処理室の内壁に付着物７３が多く堆積した場合、ウェハに堆積する付着膜７３の量は少なくなり、逆に処理室の内壁への堆積量が少ない場合は、ウェハに堆積する付着物７３の量は多くなる。このように、付着物７３がウェハ上に堆積する厚さは、処理室の内壁の状態によって時々刻々変化する。
ウェハ上に堆積する付着物７３は、エッチング対象膜７３のエッチング反応を阻害する働きを持つ。そのため、図７(ａ)に示すように付着物７３の堆積量が少ない場合は、エッチング対象膜７２の深さが深くなり、図７(ｂ)に示すように付着物７３の堆積量が多い場合にはエッチング対象膜７２の深さが浅くなる。図８は、プラズマエッチング装置が図７に示す半導体ウェハを処理した際のエッチング深さの変動を表すグラフである。図８に示すようにウェハの処理枚数を重ねるごとにエッチング深さが変動してしまう。
しかし、従来技術は、試料毎のエッチング深さの安定化の点について十分に配慮されていなかった。すなわち、複数枚の試料処理において、試料毎のエッチング深さがばらつく場合、情報センサからどのような検出データを取得し、処理条件を補正すれば良いか示唆されていない。また、従来技術は、ロット処理前のロット前安定化処理のデータを用いているため、１枚毎の試料におけるエッチング深さの条件を求めるデータとしては適さない。
また、特許文献１に開示された従来技術は、エッチング処理の安定化の点について配慮されていなかった。すなわち、エッチング時間を変更してエッチング深さのバラツキを低減しているが、言い換えるとエッチング状態が変化していることとなる。このため、エッチング処理の安定化は不十分と考えられる。
このため、本発明は、所定の深さを形成するエッチング処理を複数枚試料に対して安定に行うと共にエッチング深さのバラツキを抑制することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供する。
本発明は、プラズマを用いて被エッチング膜がエッチングされる処理室と、前記プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記プラズマの発光をモニタするモニタ部とを備えるプラズマ処理装置において、前記被エッチング膜のプラズマエッチングにより堆積した堆積膜をプラズマにより除去する時に取得された発光強度と、前記被エッチング膜のエッチング量と前記発光強度との相関関係と、に基づいて前記プラズマエッチング時のエッチング量が推定される演算部とをさらに備えることを特徴とする。
また、本発明は、プラズマを用いて被エッチング膜をエッチングするプラズマ処理方法において、前記被エッチング膜のプラズマエッチングにより堆積した堆積膜をプラズマにより除去する時に発光強度をモニタし、前記モニタされた発光強度と、前記被エッチング膜のエッチング量と前記発光強度との相関関係と、に基づいて前記プラズマエッチング時のエッチング量を推定することを特徴とする。
本発明は、所定の深さを形成するエッチング処理を複数枚試料に対して安定に行うと共にエッチング深さのバラツキを抑制することができる。
本発明の一実施例に係るプラズマエッチング装置の構成の概略を示す図である。 演算部１４の構成を示す模式図である。 本発明の一実施例に係るフローチャートである。 図３のフローチャートの説明を補足するための模式図である。 図７に示されたウェハが処理された際の発光強度と付着物除去ステップの時間との関係を示す模式図である。 発光強度比(ＣＯ／Ａｒ)とエッチング深さとの相関関係を示す図である。 エッチング深さと付着物の厚さとの関係を示す図である。 図７に示されたウェハが処理された際のエッチング深さの変動を示すグラフである。
本発明の一実施形態は、後述する図４に示すような、エッチングステップを繰り返しながら行われるサイクルエッチングにおいて、前記サイクルエッチングの各サイクルエッチング中に堆積した堆積膜を除去する際の発光強度を用いて推定されたエッチング深さに基づいてサイクルエッチング処理を終了することによってエッチング深さのばらつきを抑制するプラズマ処理装置に関するものである。以下、この一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施例に係るプラズマエッチング装置１の構成の概略を説明する模式図である。本実施例のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理が行われる処理室２と、この処理室２内に供給される処理ガスの供給量及び速度を調節するマスフローコントローラ３と、処理室２に供給された処理ガスを励起してプラズマを生成するための高周波電力を供給するプラズマ生成用高周波電源４と、処理室２内のガスを排気する真空ポンプを含む排気装置５とを備える。また、処理室２内のプラズマが生成される空間の下方には処理対象の試料であるウェハ６がその上面に載せられて保持される試料台７が配置されている。
エッチング処理に使用される処理ガスは、マスフローコントローラ３を介して処理室２内に供給される。さらに処理室２上方に配置された導波管等の伝播手段によって処理室上方から導入され、プラズマ発生用高周波電源４により供給された所定の周波数（例えば２．４５ＧＨｚ）の高周波電力と処理室２の上方及び側方の外周で処理室２を囲んで配置された磁場形成手段１６から処理室２内に形成された磁場との相互作用により、ガスの粒子が励起されプラズマ８が生成される。
試料台７内部に配置された導電体製の電極に接続されたバイアス用高周波電源９から供給される高周波電力により試料台７またはこれの上面の載置面上に保持されたウェハ６の上面上方にバイアス電界が形成される。この形成されたバイアス電界によりプラズマ８内の荷電粒子(イオン)は誘引され、ウェハ６表面に予め形成されて配置されている薄膜と衝突する。これによりウェハ６の表面が活性化されプラズマ８中の反応性粒子と膜を構成する材料との化学的、物理的相互作用が促進されて対象膜のエッチング処理が進行する。
尚、処理室２内の圧力は、圧力計１０からの測定値を基準値と比較し、前記比較した結果をもとに可変コンダクタンスバルブ１１の回転角度の位置を調整して排気量速度を調整することによって処理に適切な圧力に保持される。また、可変コンダクタンスバルブ１１は、水平方向に配置された軸周りに回転して処理室２内と排気装置５との間を連通する通路の開口の面積を可変に調節する複数枚の板を備えるバルブのことである。
プラズマ処理中に生成されるプラズマ８の発光は、処理室２の側壁の壁部材に配置された透光性部材によって構成された観察窓１２を介してモニタである受光器１３により観測されてその強度が検出される。受光器１３によって検出されたプラズマ８の発光強度に関する信号は、これと通信可能に配置された演算部１４に送信され、演算部１４において受信した信号から所定の量を算出または検出する。演算部１４では、検出したプラズマ８の発光強度を使用してエッチング処理を継続するか否かを判定し、また、次のエッチング時間を演算して前記判定結果および演算結果を制御部１５へ送信する。
制御部１５は、プラズマ処理装置１の上記のマスフローコントローラ３、排気装置５、プラズマ生成用高周波電源４、磁場形成手段１６、バイアス用高周波電源９、圧力計１０、可変コンダクタンスバルブ１１の回転駆動装置等と通信手段を介して接続され、これらから送信される信号を受信し、必要な動作を指令する信号をこれらに発信してその動作を制御する装置である。
本実施例での制御部１５は、図４に示すようにマスク膜７１をマスクとして下方に配置されたエッチング対象膜７２をエッチングし、エッチング対象膜７２が所定の深さとなるまでエッチング処理を行なう場合のプラズマ処理に係る制御を行う。より具体的には、制御部１５は、エッチングステップと付着物除去ステップを１つのサイクルとして、１枚のウェハ６を数サイクルで処理し、サイクル毎にエッチング深さを推定し、プラズマ処理条件を変更することによりエッチング深さの変動を抑制させる制御を行う。次に演算部１４の構成について説明する。
図２は、演算部１４の構成を説明する模式図である。本実施例において、所定のサンプリング時間毎に受光器１３より演算部１４内の発光強度面積演算部２１にプラズマ８の発光強度に関する信号が送られる。発光強度面積演算部２１では、受光器１３より送られた発光強度の値に基づいて堆積膜である付着物７３を除去するエッチングステップにおいて、付着物７３の除去を表わす波長のトレンド（ＣＯ（２９８ｎｍ）とＡｒ（４１９ｎｍ）の比等）を抽出し、その際の発光強度面積５３を演算する。演算された発光強度面積５３は、発光強度面積積算部２２へ送られる。尚、発光強度面積５３は、後述する図４に示された発光強度面積５３のことである。
発光強度面積積算部２２では、発光強度面積演算部２１より送られた発光強度面積５３の値と、後述する発光強度面積保持部２３より送られた発光強度面積積算値を基に当該ウェハ６処理中に演算された発光強度面積５３の値を積算する。積算された発光強度面積積算値は、発光強度面積保持部２３と、エッチング深さ推定値演算部２４へ送られる。
発光強度面積保持部２３では、発光強度面積積算部２２から送られた発光強度面積積算値を保持する。保持された発光強度面積積算値は、発光強度面積積算部２２へ送られ、次のエッチングサイクルにおける発光強度面積積算値の演算に利用される。また、エッチング処理開始時に発光強度面積保持部２３内の値は初期化される。
エッチング深さ推定値演算部２４は、発光強度面積積算部２２から送られた発光強度面積積算値と、発光強度面積―エッチング深さデータベース２９に格納された情報を用いて、エッチング深さ推定値を算出し、算出したエッチング深さ推定値をエッチング深さ推定値保持部２５へ送信する。尚、発光強度面積―エッチング深さデータベース２９には、発光強度面積とエッチング深さとの相関関係データが格納されている。次に発光強度面積―エッチング深さデータベース２９について具体的に説明する。
Figure 0006557642
表１に示す発光強度面積―エッチング深さデータベース２９は、少なくともレシピＮｏ．、ウェハ製品情報、発光強度面積、エッチング深さの４項目から成る。各レシピＮｏ．に複数のウェハ製品情報が関連付けられている。尚、ここでの発光強度面積は、各エッチングサイクル毎に積算された積算値としての発光強度面積である。また、各ウェハ製品情報に複数の発光強度面積とエッチング深さが関連付けられている。
各ウェハ製品情報の発光強度面積とエッチング深さには、図６に示す発光強度面積とエッチング深さの値を格納する。これらの値は、予め実験等で取得しておく必要がある。これらの値をウェハ製品毎に格納することにより、各ウェハ製品の発光強度面積とエッチング深さの関係が明らかになり、受光部１３で取得した発光強度の値からエッチング深さの推定値を演算することが可能となる。
また、この発光強度面積とエッチング深さの値を直接、発光強度面積―エッチング深さデータベース２９へ格納しても良いが、発光強度面積やエッチング深さの値には測定誤差が含まれる可能性があるため、ノイズ除去を目的としてエッチング深さと発光強度面積との相関グラフ(図６)に対して近似式の直線６１または曲線を算出し、この近似式の直線６１または曲線における発光強度面積とエッチング深さの値を格納しても良い。
Figure 0006557642
表２に示すエッチング深さ目標値データベース３０は、少なくともレシピＮｏ．、ウェハ製品情報、エッチング深さ目標値から成る。また、目的に応じてエッチング深さ目標下限値、エッチング深さ目標上限値を追加しても良い。各レシピＮｏ．に複数のウェハ製品情報が関連付けられている。また、各ウェハ製品情報に少なくとも１つのエッチング深さ目標値が関連付けられており、各製品デバイス用のウェハ６に対して最適なエッチング深さをエッチング深さ目標値に対応付けて格納する。
これらにより、エッチング深さ推定値とエッチング深さ目標値の比較が可能となり、エッチングサイクルの継続可否の判定や、次サイクルのエッチング時間を演算することが可能となる。また、エッチング深さ目標下限値、エッチング深さ目標上限値に基づいてエッチングサイクルの継続可否の判定を実施したり、エッチング深さ推定値が上限値、下限値を超えた場合にエラーを発生させる機能を追加しても良い。
エッチング深さ推定値保持部２５では、エッチング深さ推定値演算部２４より送られたエッチング深さ推定値を当該ウェハ６処理中の間、保持する。１枚のウェハ６の処理中には、複数回のエッチング深さ推定値が演算され、その１枚のウェハ６処理中の複数のエッチング深さ推定値を保持する。保持したエッチング深さ推定値をサイクル継続判定部２６と次サイクルのエッチング深さ予測値演算部２７へ送信する。
サイクル継続判定部２６では、エッチング深さ推定値保持部２５より送られた複数のエッチング深さ推定値と、エッチング深さ目標値データベース３０に格納された情報を用いてエッチングサイクル(エッチングステップと付着物除去ステップ）を継続するか否かを判定し、判定結果を制御部１５へ送信する。サイクル継続判定部２６がサイクル継続と判定した場合、制御部１５は、エッチングサイクルを継続する。また、サイクル継続判定部２６がサイクル停止と判定した場合、制御部１５はエッチング処理を終了する。
次サイクルのエッチング深さ予測値演算部２７では、エッチング深さ推定値保持部２５より送られた複数のエッチング深さ推定値に対し、一次の近似式や対数の近似式を適用して次のサイクルでのエッチング深さを予測する。予測した次のサイクルでのエッチング深さを次サイクルのエッチング時間演算部２８へ送信する。
次サイクルのエッチング時間演算部２８では、次サイクルのエッチング深さ予測値演算部２７から送られた次のサイクルでのエッチング深さ予測値と、エッチング深さ目標値データベース３０に格納された情報を用いて次のサイクルでのエッチング時間を演算し、演算したエッチング時間を制御部１５へ送信する。制御部１５では、送信されたエッチング時間に基づいて次のエッチングサイクルのエッチング時間を求める。次に本発明に係るプラズマ処理について図３に示すフローチャートを用いながら説明する。
図３は、ステップ１からステップ７の７ステップの処理で構成されている。ステップ１からステップ７、ステップ１からステップ６、またはステップ１からステップ５を１つのエッチングサイクルと呼ぶ。１枚のウェハ６を複数回のエッチングサイクルを用いてエッチング処理を実行する。以下に図３のフローチャートを用いて１回目のエッチングサイクルの処理の流れを説明する。
ウェハ６が搬送用のロボット(図示せず)により搬送されて試料台７の上に載せられた後、試料台７に保持される。この後、処理室２内が気密に封止されてマスフローコントローラ３より処理用ガスが供給される。そして処理室２内にプラズマが生成されてウェハ６上の図７に示す膜構造を対象としてエッチング処理が開始される。エッチング処理の開始後、ステップ１において、制御部１５から指令と情報が発信され、エッチング対象膜７２を対象とした所定の処理条件を用いてエッチング処理が開始される。エッチング処理は、所定の時間だけ継続された後、終了する。図４の(ａ−１）は、ステップ１が終了した後のウェハ６の断面膜構造を示した図である。エッチング対象膜７２がエッチングされ、付着物７３がマスク膜７１およびエッチング対象膜７２の上を覆っている。
ここで、図４は、ＳｉＯ２のエッチング、付着物除去、発光強度測定、エッチング深さ推定のそれぞれを示す図である。図３のステップ１が図４のＳｉＯ２のエッチングと対応しており、図３のステップ２が図４の付着物除去と対応しており、図３のステップ３が図４の発光強度測定と対応しており、図３のステップ４からステップ７までが図４のエッチング深さ推定と対応している。また、前述したとおり、１枚のウェハ６を複数回のエッチングサイクルを用いてエッチング処理を実行するが、図４では、３回のエッチングサイクルを用いてエッチング処理を実行したときの例を示している。
次にステップ２において、制御部１５から指令と情報が発信され、付着物７３を除去するための所定の処理条件を用いて付着物除去処理が開始される。付着物除去処理は、所定の時間だけ継続された後、終了する。図４の(ａ−２）は、ステップ２が終了した後のウェハ６の断面膜構造を示した図である。マスク膜７１およびエッチング対象膜７２の上を覆っていた付着物７３が除去されている。
次にステップ３において、ステップ２で実施した付着物除去処理の際の発光強度測定を実施する。発光強度面積演算部２１において、受光器１３より送られた発光強度の中で、ステップ２の付着物除去処理の際の、付着物７３の除去を表わす波長の強度トレンド(ＣＯ（２９８ｎｍ）とＡｒ（４１９ｎｍ）の比)を抽出する。図４の（ａ−３）は、抽出した波長の強度トレンドを示した図である。抽出した波長の強度トレンドを基に発光強度面積５３を算出する。算出した発光強度面積５３は、発光強度面積積算部２２へ送られる。尚、このステップ３は、便宜上、ステップ３としたが、実際は、上記のステップ２の後にステップ３が行われるわけではなく、ステップ２と共にステップ３が行われる。
発光強度面積積算部２２では、今回のエッチングサイクルの発光強度面積５３と前回までのエッチングサイクルの発光強度面積積算値を積算するが、１回目のエッチングサイクルでは前回までのエッチングサイクルの発光強度面積は存在しないため、１回目のエッチングサイクルの発光強度面積５３がそのまま発光強度面積積算値として利用される。発光強度面積積算値は、発光強度面積保持部２３と、エッチング深さ推定値演算部２４へ送られる。
次にステップ４において、エッチング深さの推定処理を実施する。ステップ４では、エッチング深さ推定値演算部２４において、発光強度面積積算部２２から送られた発光強度面積積算値と、発光強度面積―エッチング深さデータベース２９に格納された情報を用いてエッチング深さ推定値を算出し、算出したエッチング深さ推定値をエッチング深さ推定値保持部２５へ送信する。
算出したエッチング深さ推定値は、エッチング深さ推定値保持部２５に保持される。図４の(ａ−４)は、エッチング深さ推定値を保持した時の模式図である。プロット点４４は、エッチング処理前のエッチング深さであるため、０の値がプロットされており、プロット点４４に今回ステップ４にて算出されたエッチング深さ推定値がプロットされる。前記の保持したエッチング深さ推定値をサイクル継続判定部２６と次サイクルのエッチング深さ予測値演算部２７へ送信する。
次にステップ５において、エッチング深さ推定値と、エッチング深さ目標下限値の比較を行なう。サイクル継続判定部２６において、エッチング深さ推定値保持部２５より送られたエッチング深さ推定値と、エッチング深さ目標値データベース３０に格納されたエッチング深さ目標下限値の比較を行い、エッチング深さ推定値がエッチング深さ目標下限値以上であれば、エッチングサイクルを終了し、エッチング深さ推定値がエッチング深さ目標下限値未満であれば、エッチングサイクルを継続する。１回目のエッチングサイクルでは、図４の(ａ−４)に示すようにエッチング深さ推定値４５がエッチング深さ目標下限値４３を下回っているため、エッチングサイクル継続信号が制御部１５へ送信され、エッチングサイクルが継続される。
次にステップ６において、次のエッチングサイクルのエッチング深さを予測し、予測したエッチング深さとエッチング深さ目標値の比較を行なう。次サイクルのエッチング深さ予測値演算部２７において、エッチング深さ推定値保持部２５より送られた複数のエッチング深さ推定値に対し、一次の近似式や対数の近似式を適用し、次のサイクルでのエッチング深さを予測する。１回目のエッチングサイクルでは、図４の(ａ−４）に示すようにエッチング深さ推定値４４および４５の二点を用いて近似直線を作成し、２回目のエッチングサイクルを実行した場合のエッチング深さ予測値４６を算出する。予測した次のサイクルでのエッチング深さ４６を次サイクルのエッチング時間演算部２８へ送信する。
次サイクルのエッチング時間演算部２８では、次サイクルのエッチング深さ予測値演算部２７から送られた次のサイクルでのエッチング深さ予測値と、エッチング深さ目標値データベース３０に格納されたエッチング深さ目標値の比較を行う。そして次のサイクルでのエッチング深さ予測値がエッチング深さ目標値よりも大きな値であった場合は、次のサイクルでのエッチング時間を変更し、次のサイクルでのエッチング深さ予測値がエッチング深さ目標値以下であった場合は、所定のエッチング時間でエッチング処理を実施する。１回目のエッチングサイクルでは、図４の(ａ−４)に示すように次のサイクルでのエッチング深さ予測値４６がエッチング深さ目標値４２以下であるため、エッチング時間の変更は行なわれず、所定のエッチング時間が制御部１５へ送信される。
以上で１回目のエッチングサイクルが終了し、２回目のエッチングサイクル処理が開始される。以下に、図３のフローチャートおよび図４(ｂ)を用いて２回目のエッチングサイクルの処理の流れを説明する。
１回目のエッチングサイクルが終了した後、ステップ１およびステップ２において、１回目のエッチングサイクルと同様にエッチング対象膜７２のエッチング処理および付着物７３の除去処理が実行され、図４の(ｂ−１)および図４(ｂ−２)のような結果となる。次にステップ３において、１回目のエッチングサイクルと同様に発光強度面積５３を算出する。発光強度面積積算部２２では、今回発光強度面積演算部２１で算出した発光強度面積５３と（図４の(ｂ−３））、１回目のエッチングサイクルで発光強度面積保持部２３が保持した発光強度面積積算値(図４の(ａ−３))を積算し、新たな発光強度面積積算値を算出する。算出した発光強度面積積算値は発光強度面積保持部２３と、エッチング深さ推定値演算部２４へ送られる。
次にステップ４において、１回目のエッチングサイクルと同様にエッチング深さ推定値を算出し、算出したエッチング深さ推定値をエッチング深さ推定値保持部２５へ送信する。次にステップ５において、１回目のエッチングサイクルと同様にエッチング深さ推定値と、エッチング深さ目標下限値の比較を行なう。２回目のエッチングサイクルでは、図４の（ｂ−４）に示すようにエッチング深さ推定値４７が、エッチング深さ目標下限値４３を下回っているため、エッチングサイクル継続信号が制御部１５へ送信され、エッチングサイクルが継続される。
次にステップ６において、１回目のエッチングサイクルと同様に次のエッチングサイクルのエッチング深さを予測し、予測したエッチング深さとエッチング深さ目標値の比較を行なう。２回目のエッチングサイクルでは、図４の(ｂ−４）に示すようにエッチング深さ推定値４４、４５、４７の三点を用いて近似式（一次関数や対数関数）を作成し、３回目のエッチングサイクルを実行した場合のエッチング深さ予測値４８を算出する。予測した次のサイクルでのエッチング深さ４８を次サイクルのエッチング時間演算部２８へ送信する。
次にステップ７において、次のエッチングサイクルのエッチング時間を算出する。次サイクルのエッチング時間演算部２８では、１回目のエッチングサイクルと同様に次のサイクルのエッチング時間を算出する。２回目のエッチングサイクルでは、図４の(ｂ−４)に示すように次のサイクルでのエッチング深さ予測値４８がエッチング深さ目標値４２より大きいため、エッチング時間の変更を実施する。変更後のエッチング時間Ｔ２は、式１により算出され、変更されたエッチング時間Ｔ２が制御部１５へ送信される。尚、Ｔ１は、変更前のエッチング時間であり、Ｄ１は、今回のエッチングサイクル終了時のエッチング深さ推定値であり、Ｄ２は、次回のエッチングサイクル終了時のエッチング深さ予測値であり、Ｄｔは、エッチング深さ目標値である。

Ｔ２＝Ｔ１×（Ｄｔ−Ｄ１）／（Ｄ２−Ｄ１） (式１)

以上で２回目のエッチングサイクルは終了し、３回目のエッチングサイクル処理が開始される。以下に、図３のフローチャートおよび図４(ｃ)を用いて３回目のエッチングサイクルの処理の流れを説明する。
２回目のエッチングサイクルが終了した後、ステップ１において、変更されたエッチング時間を用いてエッチング処理が実施され、図４の(ｃ−１)のような結果となる。次にステップ２からステップ５において、２回目のエッチングサイクルと同様に付着物除去、発光強度面積算出、エッチング深さ推定値の算出が実施される。３回目のエッチングサイクルでは、図４の(ｃ−４)に示すようにエッチング深さ推定値４９がエッチング深さ目標下限値４３以上の値であるため、エッチングサイクル停止信号が制御部１５へ送信され、エッチング処理が終了する。
以上の流れの動作を行なうことにより、エッチング処理の結果、得られるエッチング深さの変動が低減され、エッチング処理の安定性または再現性を向上できる。また、本実施例によりエッチング深さの変動を低減できる理由は以下のように考えられる。
図５は、図１に示すプラズマエッチング装置１が図７に示すウェハを処理した際の発光強度と付着物除去ステップの時間との関係を説明する模式図である。また、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、付着物７３を除去するエッチングステップにおいて、受光器１３にて検出した発光強度（ＣＯ（２９８ｎｍ）とＡｒ（４１９ｎｍ）の比）の推移を示したグラフである。前記発光強度は、主に処理室２内壁に付着した付着物７３を除去する様子を表わすのに適した波長である。
カーボン系の付着物７３は、酸素系ガスと反応し、一酸化炭素（ＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ２）となり、付着物７３が除去される。そのため、カーボン系の付着物７３が多く除去された場合、図５(ａ)の発光強度トレンド５２のように高い強度が見られたり、発光強度トレンド５２が低下するまでに時間がかかる様子が見られる。一方、カーボン系の付着物７３が除去される量が少ない場合、図５(ｃ）の発光強度トレンド５２のように強度が低くなったり、発光強度トレンド５２が低下するまでの時間が短くなる様子が見られる。
また、図５(ａ)の状態のように処理室２の内壁に多く付着物７３が付着していた場合、ウェハ６に付着する付着物７３の量が少なくなり、その結果、エッチング対象膜７２の深さが深くなる。一方、図５(ｃ)の状態のように処理室２の内壁に付着する付着物７３の量が少ない場合、ウェハ６に付着する付着物２３の量が多くなり、その結果、エッチング対象膜７２の深さが浅くなる。図５(ｂ)は、図５(ａ)と図５(ｃ)の中間の状態である。
次に図６は、エッチング対象膜７２の深さと、ＣＯ（２９８ｎｍ）の発光強度とＡｒ（４１９ｎｍ）の発光強度との比から算出された発光強度面積５３の相関を表わしたグラフである。図６に示すようにエッチング対象膜７２の深さと発光強度面積５３には正の相関が見られており、発光強度面積５３を用いてエッチング対象膜７２の深さを推定することが可能になる。このように発光強度面積５３を用いてエッチング対象膜７２の深さを推定することができるようになったことにより、エッチング深さの変動を低減できた。
また、本実施例では、図６に示すように「エッチング対象膜７２の深さ」と「発光強度面積」との関係を用いて「エッチング対象膜７２の深さ」を推定できることを説明したが、「エッチング対象膜７２の深さ」は、エッチング対象膜７２のエッチングレート、エッチング寸法等のエッチング対象膜７２のエッチング量を表すものでも良い。
さらに本実施例では、推定されたエッチング対象膜７２の深さに基づいてエッチングサイクルの回数を決めたが、フィードバック制御またはフィードフォワード制御によりプラズマ処理の変動を抑制する制御(Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＰＣ)のように推定されたエッチング対象膜７２の深さに基づいて次のウェハのプラズマエッチング条件に反映または次のウェハのプラズマエッチング条件を補正しても良い。
１…プラズマエッチング装置
２…処理室
３…マスフローコントローラ
４…プラズマ生成用高周波電源
５…排気装置
６…ウェハ
７…試料台
８…プラズマ
９…バイアス用高周波電源
１０…圧力計
１１…可変コンダクタンスバルブ
１２…観察窓
１３…受光器
１４…演算部
１５…制御部
１６…磁場形成手段
２１…発光強度面積演算部
２２…発光強度面積積算部
２３…発光強度面積保持部
２４…エッチング深さ推定値演算部
２５…エッチング深さ推定値保持部
２６…サイクル継続判定部
２７…次サイクルのエッチング深さ予測値演算部
２８…次サイクルのエッチング時間演算部
２９…発光強度面積―エッチング深さデータベース
３０…エッチング深さ目標値データベース

Claims (6)

  1. プラズマを用いて被エッチング膜がエッチングされる処理室と、前記プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記プラズマの発光をモニタするモニタ部とを備えるプラズマ処理装置において、
    前記被エッチング膜のプラズマエッチングにより堆積した堆積膜をプラズマにより除去する時に取得された発光強度と、前記被エッチング膜のエッチング量と前記発光強度との相関関係と、に基づいて前記プラズマエッチング時のエッチング量が推定される演算部とをさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    前記推定されたエッチング量に基づいてエッチングステップの繰り返しにより行われる前記プラズマエッチングを終了させる制御部をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
    前記被エッチング膜は、シリコン酸化膜であり、
    前記発光強度は、一酸化炭素の発光強度をアルゴンの発光強度により除したものであり、
    前記堆積膜は、フルオロカーボンガスを用いたプラズマにより堆積することを特徴とするプラズマ処理装置。
  4. プラズマを用いて被エッチング膜をエッチングするプラズマ処理方法において、
    前記被エッチング膜のプラズマエッチングにより堆積した堆積膜をプラズマにより除去する時に発光強度をモニタし、
    前記モニタされた発光強度と、前記被エッチング膜のエッチング量と前記発光強度との相関関係と、に基づいて前記プラズマエッチング時のエッチング量を推定することを特徴とするプラズマ処理方法。
  5. 請求項４に記載のプラズマ処理方法において、
    前記推定されたエッチング量に基づいてエッチングステップの繰り返しにより行われる前記プラズマエッチングを終了させることを特徴とするプラズマ処理方法。
  6. 請求項４または請求項５に記載のプラズマ処理方法において、
    前記被エッチング膜は、シリコン酸化膜であり、
    前記発光強度は、一酸化炭素の発光強度をアルゴンの発光強度により除したものであり、
    前記堆積膜は、フルオロカーボンガスを用いたプラズマにより堆積することを特徴とするプラズマ処理方法。
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