JP7475193B2

JP7475193B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

Info

Publication number: JP7475193B2
Application number: JP2020082134A
Authority: JP
Inventors: 穣二高良
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2020-05-07
Filing date: 2020-05-07
Publication date: 2024-04-26
Anticipated expiration: 2040-05-07
Also published as: JP2021177513A; TW202147443A; US11682543B2; CN113628950A; US20210351019A1; KR20210136869A

Description

本開示は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。

例えば、特許文献１、２は、載置台に載置された基板の周囲にエッジリングを設け、エッジリングに直流電圧を印加するプラズマ処理装置が開示されている。

特開２００７－２５８４１７号公報特開２０１９－１４５７２９号公報

本開示は、基板全体に与えるプラズマ特性のシフトを抑制しながら、エッジリングに直流電圧を印加することができる技術を提供する。

本開示の一の態様によれば、（ａ）チャンバの内部にてプラズマを生成する工程と、（ｂ）前記プラズマの生成中に基板の周囲を囲むエッジリングに直流電圧を印加する工程と、（ｃ）前記直流電圧の印加中に前記エッジリングの第１の電圧を取得する工程と、（ｄ）前記直流電圧の印加を停止する工程と、（ｅ）前記直流電圧の印加を停止中に前記エッジリングの第２の電圧を取得する工程と、（ｆ）前記第１の電圧と前記第２の電圧との差分を前記第２の電圧で除した値を前記直流電圧の制御用のパラメータとして算出する工程と、（ｇ）算出した前記パラメータが、前記パラメータの初期値になる又は近づくように前記エッジリングに印加する前記直流電圧の値を決定する工程と、を有するプラズマ処理方法が提供される。

一の側面によれば、基板全体に与えるプラズマ特性のシフトを抑制しながら、エッジリングに直流電圧を印加することができる。

一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す断面模式図である。チルティング角度の傾斜を説明するための図である。参考例に係るエッジリングに印加する直流電圧とチルティング角度の制御例を示す図である。一実施形態に係るシース厚の変動量を参考例と比較して示す図である。一実施形態に係るエッジリングに印加する直流電圧とチルティング角度の制御例を示す図である。一実施形態に係るシース厚の変動量に応じた直流電圧Ｘ（ＤＣ％）とエッチングレートの一例を示す図である。一実施形態に係る測定回路の一例を示す図である。一実施形態に係る測定方法を説明するための図である。一実施形態に係るプラズマ処理方法（エッジリングの電圧測定）を示すフローチャートである。一実施形態に係るプラズマ処理方法（パラメータの算出）を示すフローチャートである。一実施形態に係るパラメータの初期値とチルティング角度の変化量の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

［プラズマ処理装置］
一実施形態に係るプラズマ処理装置１００について図１を参照して説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１００を示す概略断面図である。プラズマ処理装置１００は、電気的にグランド電位とされたチャンバ１を有する。チャンバ１は、円筒形状であり、例えばアルミニウムから構成される。チャンバ１内には、基板Ｗを載置する載置台ＳＴが設けられている。載置台ＳＴは、第１のプレート４、第２のプレート６及び静電チャック５を有する。第１のプレート４及び第２のプレート６は、例えばアルミニウムから形成されている。静電チャック５は、例えば誘電体から形成されている。第２のプレート６の上に第１のプレート４が設けられ、第１のプレート４の上に静電チャック５が設けられている。

基板Ｗの周囲には、例えばシリコンで形成されたエッジリング７が設けられている。エッジリング７は、フォーカスリングともいう。エッジリング７、第１のプレート４及び第２のプレート６の周囲には、円筒形状の内壁部材９ａが設けられている。載置台ＳＴは、内壁部材９ａの下端部にて連結する支持部材９及び内壁部材９ａを介してチャンバ１の底部に配置される。支持部材９及び内壁部材９ａは、例えば石英から形成されている。

静電チャック５内の電極５ｃは、誘電体５ｂの間に挟まれ、直流電源１２と接続する。直流電源１２から電極５ｃに直流電圧が印加されるとクーロン力が発生し、基板Ｗが静電チャック５に静電吸着される。

第１のプレート４は、内部に流路２ｄを有する。チラーユニットから供給される熱交換媒体、例えば水は、入口配管２ｂ、流路２ｄ、出口配管２ｃを循環する。載置台ＳＴの内部には伝熱ガス供給路１６が形成されている。伝熱ガス供給源１９は、伝熱ガス供給路１６に伝熱ガスを供給し、基板Ｗの下面と静電チャック５との間の空間に伝熱ガスを導入する。導入される伝熱ガスは、ヘリウムガス（Ｈｅ）、アルゴンガス（Ａｒ）等の不活性ガスであり得る。載置台ＳＴにはピン挿通路が設けられ、ピン挿通路を挿通するリフターピンが昇降機構により上下動することで搬送時に基板Ｗを昇降する。

第２のプレート６には、第１の整合器１１ａを介して第１の高周波電源１０ａが接続され、第２の整合器１１ｂを介して第２の高周波電源１０ｂが接続されている。第１の高周波電源１０ａは、第１の周波数のプラズマ生成用の高周波電力を第２のプレート６に印加する。第２の高周波電源１０ｂは、第１の周波数よりも低い第２の周波数であって、イオンを引き込むためのバイアス電圧用の高周波電力を第２のプレート６に印加する。ただし、第２の高周波電源１０ｂから供給された高周波電力が、プラズマ生成用に用いられる場合もある。

プラズマ処理装置１００は、直流電源５５を更に備えている。直流電源５５は、第２のプレート６に接続され、第２のプレート６から第１のプレート４を介してエッジリング７に電気的に接続されている。直流電源５５は、エッジリング７に直流電圧を供給し、エッジリング７の上のシースの厚さを制御する。エッジリング７の消耗量に応じてエッジリング７に印加される直流電圧の制御が行われる。

載置台ＳＴの上方には、載置台ＳＴに対向する上部電極３が設けられている。上部電極３は、電極板３ｂと天板３ａとを有する。上部電極３の周囲には上部電極３を支持する絶縁性の環状部材９５が設けられ、上部電極３と環状部材９５とによりチャンバ１の上部開口が閉塞される。天板３ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に電極板３ｂを着脱自在に支持する。

天板３ａには、ガス拡散室３ｃと、ガス拡散室３ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口３ｇとが形成されている。ガス導入口３ｇには、ガス供給配管１５ａが接続されている。ガス供給配管１５ａには、ガス供給部１５、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂ及び開閉弁Ｖ２が順に接続され、ガス供給配管１５ａを介してガス供給部１５から上部電極３に処理ガスが供給される。開閉弁Ｖ２及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂは、ガスのオン・オフ及び流量を制御する。

ガス拡散室３ｃの下部にはチャンバ１内に向けて多数のガス通流孔３ｄが形成され、電極板３ｂに形成されたガス導入孔３ｅと連通する。処理ガスは、ガス拡散室３ｃ、ガス通流孔３ｄを通ってガス導入孔３ｅからチャンバ１内にシャワー状に供給される。

上部電極３には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７１を介して直流電源７２が接続され、スイッチ７３により直流電源７２から出力される直流電圧の給電がオン・オフされる。第１の高周波電源１０ａ、第２の高周波電源１０ｂから高周波電力が載置台ＳＴに印加されて処理ガスがプラズマ化する際には、必要に応じてスイッチ７３がオンされ、上部電極３に所望の直流電圧が印加される。

チャンバ１の側壁から上部電極３の高さ位置よりも上方に延びるように円筒形状の接地導体１ａが設けられている。この円筒形状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。

チャンバ１の底部には排気口８１が形成され、排気口８１には排気管８２を介して排気装置８３が接続されている。排気装置８３は真空ポンプを有し、真空ポンプを作動することによりチャンバ１内を所定の真空度まで減圧する。チャンバ１内の側壁には、基板Ｗの搬入出口８４が設けられ、搬入出口８４はゲートバルブ８５により開閉可能となっている。

チャンバ１の側部内壁に沿ってデポシールド８６が着脱自在に設けられている。また、内壁部材９ａに沿ってデポシールド８７が着脱自在に設けられている。デポシールド８６、８７は、チャンバ１の側部内壁及び内壁部材９ａにエッチング副生成物（デポ）が付着することを防止する。デポシールド８６の基板Ｗと略同じ高さ位置には、グランドに対する電位が制御可能に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）８９が設けられ、これにより異常放電が防止される。

プラズマ処理装置１００は、制御部９０によって統括的に制御される。制御部９０には、プラズマ処理装置１００の各部を制御するプロセスコントローラ９１と、ユーザインターフェース９２と、記憶部９３とが設けられている。

ユーザインターフェース９２は、工程管理者がプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有する。

記憶部９３には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ９１に実行させる制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース９２からの指示等にて任意のレシピを記憶部９３から呼び出してプロセスコントローラ９１に実行させる。これにより、制御部９０の制御に基づきプラズマ処理装置１００にて基板Ｗに処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体等に格納された状態のものを利用したり、又は、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで使用したりすることも可能である。記憶媒体としては、例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等が挙げられる。

［エッジリング消耗対策］
エッジリング７は、基板Ｗの処理中にプラズマに暴露され、消耗する。例えば基板Ｗにエッチング処理を行う場合、エッジリング７が新品のとき、図２に実線で示すように、エッジリング７上のプラズマシース（以下、「シース」という。）が、基板Ｗ上のシースと同じ高さになるようにエッジリング７が配置されている。この状態では、プラズマ中のイオンは垂直に基板Ｗに入射し、基板Ｗ上のエッチング対象膜に垂直形状のエッチング凹部を形成する。

エッジリング７が消耗すると、図２に点線で示すように、エッジリング７上のシースの高さは、基板Ｗ上のシースの高さよりも低くなる。この結果、基板Ｗの外周端部の領域ではプラズマ中のイオンは斜めに入射し、基板Ｗ上のエッチング対象膜に斜めに傾いたエッチング凹部を形成する。このときのチルティング角度をθで示す。チルティング角度θの変動量は、イオンの入射角に応じて変わる。言い換えれば、チルティング角度θの変動量は、エッジリング７上のシース厚、つまり、エッジリング７の消耗量により変わる。

イオンの入射角を垂直にし、エッチング凹部を垂直形状にするために、直流電源５５は、エッジリング７の消耗量に応じてエッジリング７に直流電圧を供給し、エッジリング７の上のシース厚を制御する。これにより、エッジリング７上のシースを基板Ｗ上のシースと同じ高さに調整することができる。これにより、チルティング角度θを約９０°に制御し、垂直形状のエッチング凹部を形成することができる。

ところが、エッジリング７に直流電圧を印加する場合と印加しない場合とでは、第１の高周波電源１０ａ及び第２の高周波電源１０ｂから第２のプレート６に印加され、第１のプレート４を介してプラズマ生成空間に流れる高周波電流の大きさが変わる。例えば、エッジリング７に直流電圧を印加しない場合、基板Ｗのセンター側に流れる高周波電流と、エッジ側に流れる高周波電流とは概ね同じの大きさである。これに対して、エッジリング７に直流電圧を印加した場合、基板Ｗのセンター側に流れる高周波電流がより大きくなる。これにより、基板Ｗのセンター、ミドル側の上方のプラズマ密度が高くなる。この結果、次の課題が生じる。

一つ目は、エッジリング７に直流電圧を印加することで基板Ｗの外周端部の領域のプラズマ特性を制御したいにもかかわらず、基板Ｗの中央部、外周部、外周端部の領域の基板全体のプラズマ特性が変わり、基板全体の処理に影響を与える点である。例えばエッチングレート等が基板全体でシフトすると処理済みの基板の製品としての品質の低下が発生する。よって、基板全体に与えるプラズマ特性のシフトを最小化することが課題となる。

二つ目は、基板全体に与えるプラズマ特性のシフトを最小化し、かつ基板Ｗの外周端部の領域を精度よく制御するエッジリング７への直流電圧の印加方法の構築である。例えば一つの基板に対して多種多様なステップを含むプロセスを行う処理に対して、エッジリング７への直流電圧の制御が、多種多様なプロセス（ステップ）に応じて煩雑とならないようにすることが課題となる。

かかる課題に対して、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００では、基板全体に与えるプラズマ特性のシフトを最小化しながら、エッジリング７に印加する直流電圧を一律に制御することができるプラズマ処理方法を提供する。

［参考例の直流電圧の制御方法］
本実施形態を説明する前に、参考例に係るエッジリング７へ印加する直流電圧の制御方法について図３を参照しながら説明する。図３は、参考例に係るエッジリング７に印加する直流電圧とチルティング角度の制御例を示す図である。図３の横軸はエッジリング７に印加する直流電圧Ｖを示し、縦軸はチルティング角度θ（°）を示す。直流電圧Ｖの値をＶ（ＤＣ）とも表記する。図３に示す各プロセスのシミュレーション条件を示す。

プロセス１（ｎｅｗ）は、所与の条件のプロセス１を基板に施す場合であってエッジリング７が新品の場合を示す。この場合、実線Ｐ１１に示すように、エッジリング７に印加する直流電圧Ｖ（ＤＣ）を０～７５［－Ｖ］程度に制御することで、チルティング角度θを８９°～９１°程度に調整できる。

プロセス１（ｏｌｄ）は、所与の条件のプロセス１を基板に施す場合であってエッジリング７が所定時間使用され、消耗している場合を示す。この場合、点線Ｐ１２に示すように、エッジリング７に印加する直流電圧Ｖ（ＤＣ）を５０～１１０［－Ｖ］程度に制御することで、チルティング角度θを８９°～９１°程度に調整できる。

プロセス２（ｎｅｗ）は、プロセス１と異なる所与の条件のプロセス２を基板に施す場合であってエッジリング７が新品の場合を示す。この場合、実線Ｐ２１に示すように、エッジリング７に印加する直流電圧Ｖ（ＤＣ）を０～２８０［－Ｖ］程度に制御することで、チルティング角度θを８９°～９１°程度に調整できる。

プロセス２（ｏｌｄ）は、プロセス１と異なる所与の条件のプロセス２を基板に施す場合であってエッジリング７が所定時間使用され、消耗している場合を示す。この場合、点線Ｐ２２に示すように、エッジリング７に印加する直流電圧Ｖ（ＤＣ）を１５０～３２０［－Ｖ］程度に制御することで、チルティング角度θを８９°～９１°程度に調整できる。

これによれば、参考例に係る直流電圧の制御方法では、プロセス条件に応じて、チルティング角度θを９０°に制御するためにエッジリング７に印加する直流電圧を異なる値に制御する必要がある。チルティング角度θが９０°になる初期電圧がプロセス条件により異なり、また、印加した直流電圧に対するチルティング角度θの傾き（つまり、チルティング角度θの感度）がプロセスに応じて異なるためである。

例えば、プロセス１（ｎｅｗ）では、チルティング角度θが９０°になる初期の直流電圧は約５０［－Ｖ］であり、プロセス２（ｎｅｗ）では、チルティング角度θが９０°になる初期の直流電圧は約１７５［－Ｖ］である。また、チルティング角度θの傾きがプロセス１とプロセス２とでは異なるため、初期の直流電圧から同じだけ直流電圧を大きくしても、得られるチルティング角度θの変化はプロセス１とプロセス２とで異なる。よって、エッジリング７が消耗したときにチルティング角度θを９０°に調整するために必要な印加電圧もプロセス１とプロセス２とでは異なる。

以上から、参考例の制御方法では、多種多様なプロセスを行う近年のプロセスに対して、プロセス条件及びエッジリング７の消耗量に応じて、エッジリング７へ適正な直流電圧を印加する必要があり、エッジリング７へ印加する直流電圧の制御が煩雑になる。

［本実施形態に係る直流電圧の制御方法］
これに対して、本実施形態に係る直流電圧の制御方法では、単一指標で多種多様なプロセスに対応できる。具体的には、本実施形態では、新規な直流電圧制御用のパラメータを用いてエッジリング７に印加する直流電圧を制御するプラズマ処理方法を提案する。エッジリング７上のシース厚をｔとしたとき、本実施形態では、エッジリング７に印加する直流電圧の制御に使用する新規なパラメータはシース厚ｔの変動量で示される。

シース厚ｔを算出する式（１）は以下である。

ここで、Ｖ_ｄｃは自己バイアスである。Ｎ_ｉはイオン密度であり、イオン密度Ｎ_ｉはプラズマの電子密度Ｎ_ｅ及びプラズマ密度に等しい。Ｔ_ｅはプラズマの電子温度である。ε_０は真空の誘電率であり、ｅは電気素量であり、ｋはボルツマン定数であり、ε_０、ｅ、ｋは一定値である。式（１）に含まれる変数のうち、イオン密度Ｎ_ｉ及び自己バイアスＶ_ｄｃ、プラズマの電子温度Ｔ_ｅはプロセス条件によって値が変わる。

よって、図４（ａ）のグラフの縦軸が示すシース厚ｔは、グラフの横軸が示す自己バイアスＶ_ｄｃとグラフ上の各曲線のイオン密度Ｎ_ｉであるＮ_１、Ｎ_２、Ｎ_３の値に応じて異なる厚さになる。なお、自己バイアスＶ_ｄｃは、ここではエッジリング７の電位を示し、基板の電位に等しい。

シース厚の変動量｛（ｔ_ｘ－ｔ）／ｔ｝は、式（１）に基づき式（２）のように変換される。

｛（ｔ_ｘ－ｔ）／ｔ｝×１００は、シース厚の変動量（％）を示す。式（２）に含まれるａは比例定数である。式（２）に含まれる変数のうち、Ｖ_ｄｃは自己バイアスであり、Ｘはシース厚が何％変動したら、エッジリング７に印加する直流電圧を何％増分して印加すればシース厚が元の厚さと同じ厚さになるかを示す。Ｘが、直流電圧制御用のパラメータ（以下、「パラメータＸ」ともいう。）である。

つまり、シース厚の変動量｛（ｔ_ｘ－ｔ）／ｔ｝×１００は、エッジリング７に印加する直流電圧をＸ％増分して印加すると何％シース厚が変動するかを示す。式（２）の右（１＋Ｘ／１００）は、自己バイアス分の「１」と、エッジリング７に印加した直流電圧分のＸの１／１００である「Ｘ／１００」とを足し合わせた値であり、この値に自己バイアスＶ_ｄｃを乗算することでエッジリング７の電位を算出する。式（２）は、エッジリング７の電位であるＶ_ｄｃ（１＋Ｘ／１００）を制御すれば、シース厚の変動量（ｔ_ｘ－ｔ）／ｔを一律に制御できることを示す。

そこで、本実施形態に係るプラズマ処理方法では、式（２）を用いてシース厚の変動量｛（ｔ_ｘ－ｔ）／ｔ｝を算出する。再度図４（ａ）を参照すると、参考例の直流電圧の制御方法では、例えば自己バイアスＶ_ｄｃが増えるとシース厚が厚くなる。また、イオン密度Ｎ_ｉが異なるとシース厚が変わる。例えば、横軸の自己バイアスＶ_ｄｃが３００[Ｖ]のとき、イオン密度Ｎ_ｉがＮ_１、Ｎ_２、Ｎ_３のときシース厚が変わっている。

これに対して、図４（ｂ）は、一実施形態に係るシース厚の変動量を参考例と比較して示す。図４（ｂ）の縦軸は、横軸の自己バイアスＶ_ｄｃが３００[Ｖ]のときのシース厚を１００％としたときのシース厚の変動量を示す。図中の（Ａ）の矢印は、式（２）のＸに１０（％）が代入されたとき、つまり、自己バイアスＶ_ｄｃが３００[Ｖ]の初期値から１０（％）増加して３３０[Ｖ]に制御されたとき、シース厚の変動量がシース厚の初期値から１１％上昇し、１１１％になることを示す。図中の（Ｂ）の矢印は、式（２）のＸに２０（％）が代入されたとき、つまり、自己バイアスＶ_ｄｃが３００[Ｖ]の初期値から３６０[Ｖ]に制御されたとき、シース厚の変動量がシース厚の初期値から１８％上昇し、１１８％になることを示す。

つまり、本実施形態に係るプラズマ処理方法では、式（２）を用いてシース厚の変動量｛（ｔ_ｘ－ｔ）／ｔ｝を制御する。このとき、エッジリング７の電位のうち、エッジリング７に印加する直流電圧分のＸ％を制御することで、プラズマ密度（イオン密度）が変わってもこれに影響を受けずに、エッジリング７に印加する直流電圧に対するシース厚の変動量を制御できる。

図５は、式（２）を用いて本実施形態に係るエッジリングに印加する直流電圧とチルティング角度の制御例を示す図である。図５の横軸は、式（２）に示すエッジリング７に印加する直流電圧のＸ（％）をＸ（ＤＣ％）と表記する。Ｘ（ＤＣ％）は、パラメータＸに等しい。

図５においても、図３の参考例と同様に、縦軸はチルティング角度θ（°）を示す。プロセス１（ｎｅｗ）、プロセス１（ｏｌｄ）、プロセス２（ｎｅｗ）、プロセス２（ｏｌｄ）の各プロセスのシミュレーション条件は図３と同じである。

プロセス１であってエッジリング７が新品の場合、実線Ｐ３１に示すように、直流電圧Ｘ（ＤＣ％）を０～４０［％］程度に制御することで、チルティング角度θを８９°～９１°程度に調整できる。

プロセス２であってエッジリング７が新品の場合、実線Ｐ４１に示すように、直流電圧Ｘ（ＤＣ％）を０～４０［％］程度に制御することで、チルティング角度θを８９°～９１°程度に調整できる。

プロセス１であってエッジリング７が所定時間使用され、消耗している場合、点線Ｐ３２に示すように、直流電圧Ｘ（ＤＣ％）を２５～５５［％］程度に制御することで、チルティング角度θを８９°～９１°程度に調整できる。

プロセス２であってエッジリング７が所定時間使用され、消耗している場合、点線Ｐ４２に示すように、直流電圧Ｘ（ＤＣ％）を２５～５５［％］程度に制御することで、チルティング角度θを８９°～９１°程度に調整できる。このように、本実施形態に係る処理方法では、エッジリング７に印加する直流電圧を、パラメータＸ（直流電圧Ｘ（ＤＣ％））を用いて制御することで、プロセス条件が異なっても、エッジリングの消耗量に応じて一律にチルティング角度θを制御できる。

図６は、一実施形態に係るシース厚の変動量に応じた直流電圧Ｘ（ＤＣ％）とエッチングレートの一例を示す図である。図６の横軸は、式（２）に示す直流電圧Ｘ（ＤＣ％）を示し、縦軸は、基板上のレジスト膜のセンターのエッチングレートを示す。図６は、図５のプロセス１、２の異なるプロセス条件においてシミュレーションを行った結果の一例であり、エッチングレート（％）を正規化することにより、プロセス１、２の異なるプロセス条件において同じ結果が示されている。プロセス１、２において、エッジリング７が新品の場合、直流電圧Ｘ（ＤＣ％）は０に設定される。プロセス１、２において、直流電圧Ｘ（ＤＣ％）が０～２５％の範囲では、エッチングレートが変動している。

これによれば、図５のプロセス１、２の異なるプロセスにおいても直流電圧Ｘ（ＤＣ％）を２５％以上に制御することで、エッチングレート（％）の変動を防ぎ、プロセス特性のシフトを抑制又は最小化できる。また、直流電圧Ｘ（ＤＣ％）を制御することで、レジスト膜のセンターのエッチレートを異なるプロセス１、２であっても一律に制御できる。

以上のように、シース厚の変動量に対応する直流電圧Ｘ（ＤＣ％）を制御することにより、プロセス条件が異なるためにプラズマ密度が異なる多種多様のプロセスに対して一律にエッジリング７への直流電圧を制御できる。

［直流電圧制御用のパラメータ］
次に、本実施形態に係るプラズマ処理方法においてエッジリング７に印加する直流電圧制御用のパラメータＸ（直流電圧Ｘ（ＤＣ％））の算出について、図７を参照して説明する。図７は、一実施形態に係るパラメータＸを取得するための測定回路の一例を示す図である。

プラズマは、自己バイアスＶ_ｄｃの抵抗及びシースの抵抗を有し、これらの抵抗を図７のＲ１で示す。プラズマからＦＲＤＣジェネレータ５０までの給電ラインや載置台ＳＴの抵抗をＲ２（固定値）で示す。

ＦＲＤＣジェネレータ５０は、エッジリング７に直流電圧を印加する直流電源５５と、エッジリング７に印加された電圧をモニタする電圧計５６を制御する。Ｖ＝ＩＲによりプラズマの抵抗Ｒ１は、エッジリング７の電位に比例する。エッジリング７の電位は、エッジリング７に直流電圧が印加されていない場合、自己バイアスＶ_ｄｃに等しい。エッジリング７の電位は、エッジリング７に直流電圧が印加されている場合、自己バイアスＶ_ｄｃと、エッジリング７に印加する直流電圧との２つの電圧を加算した値に等しい。

また、プラズマの抵抗は、シース厚によって決まる。シース厚の一部は、プラズマによる自己バイアスＶ_ｄｃに対応し、さらにエッジリング７に直流電圧が印加されている場合、シース厚の一部は、エッジリング７に印加する直流電圧に対応する。Ｒ２は固定値である。よって、自己バイアスＶ_ｄｃ及びエッジリング７に印加する直流電圧の２つの電圧から、エッジリング７に印加する場合としない場合のそれぞれのエッジリング７の電位がプラズマの抵抗に比例する。プラズマの抵抗は、シース厚によって決まるため、エッジリング７に印加する場合としない場合のエッジリング７の電圧降下がシース厚の変動量になる。

そこで、エッジリング７に直流電圧を印加する場合としない場合のそれぞれについてのエッジリング７の電位を電圧計５６によって測定し、直流電圧制御用のパラメータＸ（ＤＣ％）の算出に使用するデータを取得する。図８は、一実施形態に係る測定方法を説明するための図である。

ＲＦは、図１の第２の高周波電源１０ｂから供給される第２の高周波電力である。ＤＣは、直流電源５５から印加される直流電圧である。

本測定は、基板の処理中のプラズマが生成されている間に行われる。つまり、測定中、第１の高周波電源１０ａから供給される第１の高周波電力は継続して印加されており、プラズマが維持され、基板処理が行われる。この基板処理中にＤＣに示す直流電圧を、エッジリング７にパルス状に印加する。つまり、エッジリング７に印加される直流電圧は、オン・オフを繰り返す。

電圧計５６は、エッジリング７に直流電圧を印加する間（オンの間）と直流電圧を印加していない間（オフの間）のエッジリング７の電位を測定する。図８に示すように、エッジリング７に直流電圧を印加している間に電圧計５６が測定した電圧をＹとし、エッジリング７に直流電圧を印加していない間に電圧計５６が測定した電圧をＸとする。

電圧計５６は、パルス状にエッジリング７に直流電圧を印加しているときに１回又は複数回、電圧を測定してもよい。また、電圧計５６は、エッジリング７に直流電圧を印加していないときに１回又は複数回、電圧を測定してもよい。

電圧計５６は、エッジリング７に直流電圧を印加しているとき、自己バイアスＶ_ｄｃ及びエッジリング７に印加する直流電圧からなる電位をエッジリング７の電位として測定する。電圧計５６は、エッジリング７に直流電圧を印加していないとき、自己バイアスＶ_ｄｃの電位をエッジリング７の電位として測定する。

［プラズマ処理方法］
上記測定の処理を含む本実施形態に係るプラズマ処理方法について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は、一実施形態に係るプラズマ処理方法（エッジリングの電圧測定）を示すフローチャートである。図１０は、一実施形態に係るプラズマ処理方法（パラメータの算出）を示すフローチャートである。本実施形態に係るプラズマ処理方法は、制御部９０により制御され、プラズマ処理装置１００を用いて実行される。

図９の処理が開始されると、制御部９０は、基板Ｗを載置台ＳＴに載置し、準備する（ステップＳ１）。次に、制御部９０は、ガス供給部１５から基板Ｗを処理するための処理ガスを供給し、第１の高周波電源１０a及び第２の高周波電源１０bから第１の高周波電力及び第２の高周波電力を載置台ＳＴに印加する（ステップＳ２）。これにより、プラズマを生成し、制御部９０は、プラズマにより基板を処理する（ステップＳ３）。

次に、制御部９０は、プラズマの生成中にエッジリング７に直流電圧を印加する（ステップＳ４）。次に、制御部９０は、直流電圧の印加中に電圧計５６によりエッジリング７の電位を第１の電圧ｙとして測定する（ステップＳ５）。

次に、制御部９０は、エッジリング７への直流電圧の印加を停止する（ステップＳ６）。次に、制御部９０は、直流電圧の印加を停止中に電圧計５６によりエッジリング７の電位を第２の電圧ｘとして測定する（ステップＳ７）。

次に、制御部９０は、ステップＳ４～Ｓ７を所定回数行ったかを判定する（ステップＳ８）。所定回数は、予め設定されている回数であって、１回であってもよいし、複数回であってもよい。制御部９０は、所定回数行っていないと判定した場合、ステップＳ４に戻り、ステップＳ４以降の処理を再度行う。制御部９０は、所定回数行ったと判定した場合、本処理を終了する。

次に、図１０の一実施形態に係るプラズマ処理方法により直流電圧制御用のパラメータＸを算出する方法について説明する。図１０の処理は、図９の処理を行った後に実行される。

図１０の処理が開始されると、制御部９０は、エッジリング７の消耗量に応じたパラメータＸの初期値を設定する（ステップＳ１１）。エッジリング７の消耗量に応じたパラメータＸの初期値は、予め記憶部９３に記憶されていてもよい。次に、制御部９０は、第１の電圧ｙを取得し（ステップＳ１２）、第２の電圧ｘを取得する（ステップＳ１３）。

次に、制御部９０は、第１の電圧ｙと第２の電圧ｘに基づき、パラメータＸを算出する（ステップＳ１４）。制御部９０は、第１の電圧ｙと第２の電圧ｘの差分を第２の電圧ｘで除した値に１００をかけてパラメータＸ（％）として算出する。次に、制御部９０は、パラメータＸが、ステップＳ１１で設定したパラメータＸの初期値になる又は初期値に近づくようにエッジリング７に印加する直流電圧を決定し、制御する（ステップＳ１５）。

次に、制御部９０は、ステップＳ１２～Ｓ１５を所定回数行ったかを判定する（ステップＳ１６）。所定回数は、予め設定されている回数であって、１回であってもよいし、複数回であってもよい。制御部９０は、所定回数行っていないと判定した場合、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２以降の処理を再度行う。制御部９０は、所定回数行ったと判定した場合、本処理を終了する。

図９のステップＳ８の所定回数が複数回の場合、図１０のステップＳ１６の所定回数は複数回であることが好ましい。この場合、エッジリングに直流電圧を印加する工程と、直流電圧の印加を停止する工程と、を交互に繰り返し行う。そして、第１の電圧ｙの測定の後に電圧計５６によるエッジリング７の電圧の測定を繰り返し行い、第２の電圧ｘの測定の後に電圧計５６によるエッジリング７の電圧の測定を繰り返し行う。

図１０の所定回数が複数回の場合、図９において繰り返し行い取得した複数の第１の電圧ｙと第２の電圧ｘに基づき直流電圧制御用のパラメータＸを複数回算出する。そして、パラメータＸを算出する度に、算出したパラメータＸがパラメータＸの初期値になる又は近づくようにエッジリング７に印加する直流電圧を決定する。

制御部９０は、エッジリング７に印加する直流電圧を、ステップＳ１５において決定した電圧にリアルタイムに制御する。これによれば、プロセス条件及びプロセス中に変動するプラズマ密度に対してこれに影響を受けずに、直流電圧制御用のパラメータＸを用いてエッジリング７に印加する直流電圧を精度よく制御できる。エッジリング７の電位は、ウエハ毎及びプロセス中に変動するため、エッジリング７に印加する直流電圧をリアルタイムに行うことで、基板の外周端部の領域の制御（例えばチルティング角度θの制御）を精度良く行うことができる。これにより、基板全体に与えるプラズマ特性のシフトを抑制し、エッチングレート、エッチング凹部のＣＤ等のバラツキを抑えて、良好なプロセス特性を得ることができる。また、基板の外周端部の領域においてイオンが斜めに入射することを抑制し、エッチング凹部とその下地層の穴とのズレを最小限に抑制することができる。

なお、事前に高周波電力の印加時間とエッジリング７の消耗量とを測定して、その相関情報を予め記憶部９３に記憶し、記憶部９３を参照して、高周波電力の印加時間からエッジリング７の消耗量を取得し、これに基づきパラメータＸの初期値を設定してもよい。ただし、これに限られず、エッジリング７の消耗量はエッジリング７の表面を光学的に測定することによって取得してもよい。

［パラメータの初期値の設定］
最後に、直流電圧制御用のパラメータＸの初期値の設定について、図１１を参照して説明する。図１１は、一実施形態に係る直流電圧制御用のパラメータＸの初期値の一例を示す図である。

図１０のステップ１１では、事前にエッジリング７の消耗量に対するパラメータＸの初期値を予め記憶部９３に記憶し、記憶部９３を参照してエッジリング７の消耗量からパラメータＸの初期値を取得する。

ただし、エッジリング７の消耗量の代わりに高周波電力の印加時間に対するパラメータＸの初期値を予め記憶部９３に記憶し、記憶部９３を参照して高周波電力の印加時間からパラメータＸの初期値を取得してもよい。

係る情報に基づき、制御部９０は、図１０のステップＳ１１において、エッジリング７の消耗量だけでなく、エッジリング７の消耗量を示す指標（例えば、高周波電力の印加時間）に基づき、パラメータＸの初期値を設定することができる。

制御部９０は、図１０のステップＳ１２～Ｓ１４において算出したパラメータが、ステップＳ１５において、パラメータＸの初期値になる又は近づくように直流電圧の値を決定する。これにより、プロセス条件に応じてエッジリング７に印加する直流電圧の制御の精度を向上させることができる。また、エッジリング７の寿命を伸ばすことができる。

例えば、図１１（ｂ）の縦軸に示すパラメータＸの初期値は、横軸のエッジリング７の消耗量に対してエッジリング７の消耗量が０～０．１の間は、２５％に設定され、０．１刻みで５％ずつ上昇するように記憶部９３に記憶されている例を示す。エッジリング７の消耗量が０のとき、エッジリング７は新品である。

図１１（ａ）の縦軸に示すチルティング角度θの変化量は、エッジリング７の消耗量が０～０．１の間、ステップＳ１５においてパラメータＸの初期値「２５％」になる又は近づくようにエッジリング７に印加する直流電圧を制御する。

この間、０～０．１の間でエッジリング７の消耗量が増えるため、チルティング角度θの変化量は、０から徐々に上昇する。チルティング角度θの変化量が予め定められた上限値Ｓを超えると、チルティング角度θの９０°からのずれが大きくなり、基板Ｗの外周端部の領域の制御精度が低下する。

そこで、エッジリング７の消耗量が０．１以上になると、パラメータＸの初期値を３０％に変更する。そして、ステップＳ１２～Ｓ１４において算出したパラメータが、ステップＳ１５において、パラメータＸの初期値「３０％」になる又は近づくようにエッジリング７に印加する直流電圧を制御する。

これにより、パラメータＸの初期値を２５％から３０％に変えることで、図１１（ａ）の縦軸に示すチルティング角度θの変化量は、０．１で不連続になり、０になる。エッジリング７の消耗量に応じて０．１刻みでパラメータＸの初期値を設定し直すことにより、チルティング角度θの変化量が予め定められた上限値Ｓを超えることなく、チルティング角度θの９０°からのずれを小さくし、基板Ｗの外周端部の領域の制御精度の低下を抑制することができる。

なお、パラメータＸの初期値の設定は、図１１（ｂ）の例に限られない。例えば、パラメータＸの初期値は、５％刻みで上昇させることに限られない。また、パラメータＸの初期値の算出方法は、式（２）に基づき、シース厚の変動量｛（ｔ_ｘ－ｔ）／ｔ｝×１００とエッジリング７に印加する直流電圧の増加分を％表示するＸ（％）との関係から算出される。

以上、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記実施形態及び変形例に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

例えば、上記実施形態及び変形例に係る載置台は、静電チャックを有していたが、これに限らず、例えば、静電チャックを有しない載置台であってもよい。この場合、載置台の載置部は、静電チャックの機能を有さず、載置部の上面に基板を載置する。

本発明に係るプラズマ処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプでも適用可能である。本開示のプラズマ処理方法は、プラズマ空間を有するチャンバと、プラズマ空間内に配置された載置台と、プラズマ空間に供給されたガスからプラズマを形成するように構成されたプラズマ生成部とを有する上記プラズマ処理装置にて実行可能である。

１チャンバ
３上部電極
４第１のプレート
５静電チャック
６第２のプレート
１０ａ第１の高周波電源
１０ｂ第２の高周波電源
１５ガス供給部
１６伝熱ガス供給路
５５直流電源
９０制御部
１００プラズマ処理装置
Ｗ基板
ＳＴ載置台

Claims

（ａ）チャンバの内部にてプラズマを生成する工程と、
（ｂ）前記プラズマの生成中に基板の周囲を囲むエッジリングに直流電圧を印加する工程と、
（ｃ）前記直流電圧の印加中に前記エッジリングの第１の電圧を取得する工程と、
（ｄ）前記直流電圧の印加を停止する工程と、
（ｅ）前記直流電圧の印加を停止中に前記エッジリングの第２の電圧を取得する工程と、
（ｆ）前記第１の電圧と前記第２の電圧との差分を前記第２の電圧で除した値を前記直流電圧の制御用のパラメータとして算出する工程と、
（ｇ）算出した前記パラメータが、前記パラメータの初期値になる又は近づくように前記エッジリングに印加する前記直流電圧の値を決定する工程と、
を有するプラズマ処理方法。
（ｈ）前記エッジリングの消耗量又は前記消耗量を示す指標に基づき、前記パラメータの初期値を設定する工程を有する、
請求項１に記載のプラズマ処理方法。
前記（ｂ）と前記（ｄ）とを交互に繰り返し行う工程を有し、
前記（ｂ）の後に前記（ｃ）を繰り返し行い、前記（ｄ）の後に前記（ｅ）を繰り返し行い、
取得した前記第１の電圧及び前記第２の電圧毎に前記直流電圧の制御用のパラメータを複数回算出する、
請求項２に記載のプラズマ処理方法。
チャンバと、基板の周囲を囲むエッジリングと、制御部とを有するプラズマ処理装置であって、
前記制御部は、
（ａ）チャンバの内部にてプラズマを生成する工程と、
（ｂ）前記プラズマの生成中に基板の周囲を囲むエッジリングに直流電圧を印加する工程と、
（ｃ）前記直流電圧の印加中に前記エッジリングの第１の電圧を取得する工程と、
（ｄ）前記直流電圧の印加を停止する工程と、
（ｅ）前記直流電圧の印加を停止中に前記エッジリングの第２の電圧を取得する工程と、
（ｆ）前記第１の電圧と前記第２の電圧との差分を前記第２の電圧で除した値を前記直流電圧の制御用のパラメータとして算出する工程と、
（ｇ）算出した前記パラメータが、前記パラメータの初期値になる又は近づくように前記エッジリングに印加する前記直流電圧の値を決定する工程と、
を含む工程を実行するプラズマ処理装置。