JP7401313B2

JP7401313B2 - 処理方法及びプラズマ処理装置

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Publication number: JP7401313B2
Application number: JP2020000944A
Authority: JP
Inventors: 翔及川; 政司横山; 太一岡野; 俊一河崎
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2023-12-19
Anticipated expiration: 2040-01-07
Also published as: CN111435636A; TW202101578A; TWI829844B; JP2020113759A; KR20200087694A; CN111435636B

Description

本開示は、処理方法及びプラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理により生成された副生成物をウェハ上に堆積し、堆積膜を形成する工程がある。例えば、特許文献１は、酸化シリコンから構成された領域をエッチングし、且つ該領域上にフルオロカーボンを含む堆積物を形成する工程と、前記堆積物に含まれるフルオロカーボンのラジカルにより前記領域をエッチングする工程とを交互に繰り返す技術を提案する。堆積物（以下、「副生成物」ともいう。）は、ウェハ上に堆積するとともに、ウェハの周囲に設けられた外周部材（以下、「エッジリング」ともいう。）上にも堆積する。

特開２０１５－１７３２４０号公報

本開示は、外周部材の消耗を抑制しながら外周部材の上の堆積物を除去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、チャンバ内において被処理体を載置する載置台と、前記載置台の周囲に配置される外周部材と、前記外周部材に電圧を印加する第１の電源と、を有するプラズマ処理装置を用いて被処理体を処理する処理方法であって、前記第１の電源から前記外周部材に電圧を印加しながら、被処理体を堆積性の前駆体を有するプラズマに晒す工程と、前記プラズマに晒す工程の間、前記外周部材の上に堆積する炭素を含む堆積膜の状態を観測し、観測した前記堆積膜の状態に基づき、前記外周部材に印加する電圧を制御する工程と、を有する処理方法が提供される。

一の側面によれば外周部材の消耗を抑制しながら外周部材の上の堆積物を除去することができる。

一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図。堆積工程及びスパッタ工程を説明するための図。エッジリングの堆積状態のモニタ方法の一例を示す図。一実施形態に係るモニタ値とエッジリングの堆積状態との相関の一例を示す図。一実施形態に係る電圧印加制御処理の一例を示すフローチャート。一実施形態に係る電圧印加制御による効果の一例を示す図。エッジリングに電圧を印加したときのエッチングレートの一例を示す図。エッジリングに電圧を印加したときのエッチングレートの一例を示す図。一実施形態に係る処理方法の処理結果の一例を示す図。一実施形態に係る処理方法の一例を示すフローチャート。一実施形態に係る補正処理の一例を示すフローチャート。

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１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１の一例を示す断面模式図である。一実施形態に係るプラズマ処理装置１は、容量結合型の平行平板処理装置であり、チャンバ１０を有する。チャンバ１０は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる円筒状の容器であり、接地されている。

チャンバ１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状の支持台１４が配置され、この支持台１４の上に例えば載置台１６が設けられている。載置台１６は、静電チャック２０と基台１６ａとを有し、静電チャック２０の上面にウェハＷを載置する。ウェハＷの周囲には、例えばシリコンからなる環状のエッジリング２４が配置されている。エッジリング２４は、フォーカスリングとも呼ぶ。エッジリング２４は、載置台１６の周囲に配置される外周部材の一例である。基台１６ａ及び支持台１４の周囲には、例えば石英からなる環状のインシュレータリング２６が設けられている。静電チャック２０の中央側の内部では、導電膜からなる第１の電極２０ａが絶縁層２０ｂに挟まれている。第１の電極２０ａは電源２２と接続する。電源２２から第１の電極２０ａに印加した直流電圧によって静電力を発生させ、静電チャック２０のウェハ載置面にウェハＷを吸着する。なお、静電チャック２０は、ヒータを有し、これにより温度を制御してもよい。

支持台１４の内部では、例えばリング状又は渦巻状の冷媒室２８が形成されている。チラーユニット（図示せず）から供給される所定温度の冷媒、例えば冷却水が、配管３０ａ、冷媒室２８、配管３０ｂを通り、チラーユニットに戻される。冷媒がかかる経路を循環することにより、冷媒の温度によってウェハＷの温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給機構から供給される伝熱ガス、例えばＨｅガスが、ガス供給ライン３２を介して静電チャック２０の表面とウェハＷの裏面とのすき間に供給される。この伝熱ガスによって、静電チャック２０の表面とウェハＷの裏面の間での熱伝達係数が下がり、冷媒の温度によるウェハＷの温度の制御がより効果的になる。また、静電チャック２０にヒータを有する場合、ヒータによる加熱と冷媒による冷却によって、ウェハＷの温度を応答性が高く、且つ精度の高い制御が可能となる。

上部電極３４は、載置台１６に対向してチャンバ１０の天井部に設けられる。上部電極３４と載置台１６の間はプラズマ処理空間となる。上部電極３４は、絶縁性の遮蔽部材４２を介してチャンバ１０の天井部の開口を閉塞する。上部電極３４は、電極板３６と電極支持体３８とを有する。電極板３６は、載置台１６との対向面に形成された多数のガス吐出孔３７を有し、シリコンやＳｉＣ等のシリコン含有物から形成される。電極支持体３８は、電極板３６を着脱自在に支持し、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形成される。電極支持体３８の内部では、多数のガス通流孔４１ａ、４１ｂがガス拡散室４０ａ、４０ｂから下方に延び、ガス吐出孔３７に連通している。

ガス導入口６２は、ガス供給管６４を介して処理ガス供給源６６に接続する。ガス供給管６４には、処理ガス供給源６６が配置された上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８および開閉バルブ７０が設けられている。処理ガスは、処理ガス供給源６６から供給され、マスフローコントローラ６８および開閉バルブ７０により流量及び開閉を制御され、ガス供給管６４を介してガス拡散室４０ａ、４０ｂ、ガス通流孔４１ａ、４１ｂを通りガス吐出孔３７からシャワー状に吐出される。

プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源９０及び第２の高周波電源４８を有する。第１の高周波電源９０は、第１の高周波電力（以下、「ＨＦパワー」ともいう。）を発生する電源である。第１の高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。第１の高周波電力の周波数は、例えば２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源９０は、整合器８８及び給電ライン８９を介して基台１６ａに接続されている。整合器８８は、第１の高周波電源９０の出力インピーダンスと負荷側（基台１６ａ側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。なお、第１の高周波電源９０は、整合器８８を介して上部電極３４に接続されていてもよい。

第２の高周波電源４８は、第２の高周波電力（以下、「ＬＦパワー」ともいう。）を発生する電源である。第２の高周波電力は、第１の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第１の高周波電力と共に第２の高周波電力が用いられる場合には、第２の高周波電力はウェハＷにイオンを引き込むためのバイアス用の高周波電力として用いられる。第２の高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。第２の高周波電源４８は、整合器４６及び給電ライン４７を介して基台１６ａに接続されている。整合器４６は、第２の高周波電源４８の出力インピーダンスと負荷側（基台１６ａ側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。

なお、第１の高周波電力を用いずに、第２の高周波電力を用いて、即ち、単一の高周波電力のみを用いてプラズマを生成してもよい。この場合には、第２の高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚよりも大きな周波数、例えば４０ＭＨｚであってもよい。プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源９０及び整合器８８を備えなくてもよい。かかる構成により、載置台１６は下部電極としても機能する。また、上部電極３４は、ガスを供給するシャワーヘッドとしても機能する。

第２の可変電源５０は上部電極３４と接続し、直流電圧を上部電極３４に印加する。第１の可変電源５５はエッジリング２４と接続し、直流電圧をエッジリング２４に印加する。なお、第１の可変電源５５は、外周部材に電圧を印加する第１の電源の一例である。第２の可変電源５０は、上部電極３４に電圧を印加する第２の電源の一例である。

排気装置８４は、排気管８２と接続する。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有し、チャンバ１０の底部に形成された排気口８０から排気管８２を通して排気を行い、チャンバ１０内を所望の真空度に減圧する。また、排気装置８４は、図示しないチャンバ１０内の圧力を計測する圧力計の値を用いながら、チャンバ１０内の圧力を一定に制御する。搬入出口８５はチャンバ１０の側壁に設けられている。ゲートバルブ８６の開閉により搬入出口８５からウェハＷを搬入出する。

バッフル板８３は、インシュレータリング２６とチャンバ１０の側壁の間に環状に設けられる。バッフル板８３は、複数の貫通孔を有し、アルミニウムで形成され、その表面はＹ_２Ｏ_３等のセラミックスで被覆されている。

かかる構成のプラズマ処理装置１においてプラズマエッチング処理等の所定のプラズマ処理を行う際には、ゲートバルブ８６を開き、搬入出口８５を介してウェハＷをチャンバ１０内に搬入し、載置台１６の上に載置し、ゲートバルブ８６を閉じる。処理ガスをチャンバ１０の内部へ供給し、チャンバ１０内を排気装置８４により排気する。

第１の高周波電力及び第２の高周波電力を載置台１６に印加する。電源２２から直流電圧を第１の電極２０ａに印加し、ウェハＷを載置台１６に吸着させる。なお、直流電圧を第２の可変電源５０から上部電極３４に印加してもよい。

プラズマ処理空間に生成されたプラズマ中のラジカルやイオンによってウェハＷの被処理面にエッチング等のプラズマ処理が施される。

プラズマ処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御部２００が設けられている。制御部２００に設けられたＣＰＵは、ＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリに格納されたレシピに従って、エッチング等の所望のプラズマ処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、第１の高周波電力及び第２の高周波電力や電圧、各種ガス流量が設定されてもよい。また、レシピには、チャンバ内温度（上部電極温度、チャンバの側壁温度、ウェハＷ温度、静電チャック温度等）、チラーから出力される冷媒の温度などが設定されてもよい。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。

［堆積工程及びスパッタ工程］
近年、例えば、堆積性のエッチングと非堆積性のエッチングとを所定の回数繰り返し行うＡＬＥ（Atomic Layer Etching）の技術等において堆積量の制御が重要になっている。特に載置台１６の温度を、例えば－数十℃～－百数十℃程度に制御し、エッチングを行う極低温エッチングでは、エッチングにより生成される副生成物の堆積量は増加する。よって、極低温エッチングでは、ウェハ上に堆積する副生成物の堆積量を制御することがより重要になる。

以下では、図２を用いて、エッチング処理により副生成物を堆積する工程と、副生成物を堆積しながらスパッタする工程について説明する。図２は、堆積工程及びスパッタ工程を説明するための図である。

例えば、ウェハＷ上の酸化シリコンから構成された領域をエッチングし、該領域上に炭素を含む堆積物を形成する堆積工程がある。この堆積工程では、処理ガス供給源６６から炭素を含むＣ_４Ｆ_８等のフロロカーボンガスや、ＣＨ_４等のハイドロカーボンガスの処理ガスが供給される。処理ガスは、ＣＨ_２Ｆ_２等のハイドロフロロカーボンガスでもよい。処理ガスには、不活性ガスが含まれてもよい。以下では、不活性ガスとしてアルゴンガスが含まれるとする。

処理ガスは、第１の高周波電力及び第２の高周波電力によりプラズマとなる。プラズマには、図２に示すように、例えば、ＣＨｘラジカル（ＣＨｘ^*）、ＣｙＦｚラジカル（ＣｙＦｚ^*）等のラジカル１０２及びアルゴンイオン（Ａｒ⁺）１０１が含まれる。

ここで、図２（ａ）は、エッジリング２４に直流電圧を印加していない場合であり、図２（ｂ）は、エッジリング２４に直流電圧を印加している場合である。アルゴンイオン１０１には異方性があり、図２（ａ）では、矢印Ａ１に示すように第２の高周波電力が印加されている載置台１６へ向かって移動し、ウェハＷ上の酸化シリコンのエッチングに寄与する。ラジカル１０２は、ウェハＷ上にて等方的に作用する。これにより、エッチング処理時に生成された炭素を含む副生成物がウェハＷ上に堆積する。プロセス中、エッジリング２４は、プラズマに晒される。これにより、炭素を含む副生成物は、ウェハＷ上だけでなくエッジリング２４上にも堆積する（図２（ａ）のｄ）。

エッジリング２４上に炭素を含む副生成物が堆積した状態で、例えば堆積性のエッチングから非堆積性のエッチングが順に又は交互に行われると、エッジリング２４上の堆積物の影響でプラズマに偏りが生じ、エッチングが適正に行われない場合がある。そこで、第１の可変電源５５からエッジリング２４に直流電圧を印加して、図２（ｂ）の矢印Ａ２に示すように、プラズマ中のアルゴンイオン１０１をエッジリング２４に引き込み、エッジリング２４上をスパッタする。これにより、エッジリング２４の上に堆積した炭素を含む副生成物がスパッタされ、除去される。

しかしながら、常に、エッジリング２４に直流電圧を印加すると、直流電圧を印加しない場合と比べてエッジリング２４の消耗が早くなる。エッジリング２４が新品の場合、エッジリング２４の上面とウェハＷの上面とは同じ高さである。これに対して、エッジリング２４が消耗すると、エッジリング２４の厚さが薄くなって、エッジリング２４の上面がウェハＷの上面よりも低くなる。この結果、エッジリング２４上のシースとウェハＷ上のシースの間に段差が生じる。

この段差により、ウェハＷのエッジ部においてイオンの照射角度が斜めになり、ウェハＷ上に形成した凹部の形状が斜めになるチルティングが発生する。よって、チルティングが生じないようにエッジリング２４の消耗を抑制し、かつ、エッジリング２４の上の堆積物を除去することが望ましい。そこで、本実施形態に係るプラズマ処理装置１では、エッジリング２４の消耗を抑制しながらエッジリング２４の上の堆積物を除去する処理方法を提供する。そのために、本実施形態では、エッジリング２４上のエッチング処理時に生成された堆積物の堆積状態をモニタし、堆積状態に応じてエッジリング２４に直流電圧を印加するか否かを制御する。なお、堆積物の堆積状態とは、例えば、堆積量に限られず、堆積膜の厚さ又は堆積膜の被覆率でもよい。

［堆積状態のモニタ］
次に、エッジリング２４上の堆積物の厚さをモニタする方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、エッジリングの堆積状態のモニタ方法の一例を示す図である。本モニタ方法では、第１の可変電源５５とエッジリング２４とを接続する給電ラインに電流計１００を接続する。そして、第１の可変電源５５に所定の直流電圧Ｖｄｃを印加したときにエッジリング２４とプラズマとの間のプラズマシースに電位差Ｖｄｃが生じ、これによってエッジリング２４に引き込まれたイオンの量に応じて電流計１００に流れる電流値ｉを測定する。

図３（ａ）に示すように、エッジリング２４上に堆積物が存在しない場合、第１の可変電源５５からエッジリング２４に直流電圧を印加したときに電流計１００に流れる電流値ｉ_１は、プラズマシースの抵抗成分をＲｓとしたとき、ｉ_１＝Ｖｄｃ／Ｒｓ・・・（１）と算出される。

一方、図３（ｂ）に示すように、エッジリング２４上に堆積物ｄが存在する場合、抵抗成分は、堆積物ｄによる抵抗成分Ｒｄを加えて合計抵抗成分（Ｒｓ'＋Ｒｄ）となる。よって、エッジリング２４に直流電圧Ｖｄｃを印加したときに電流計１００に流れる電流値ｉ_２は、ｉ_２＝Ｖｄｃ／（Ｒｓ'＋Ｒｄ）・・・（２）と算出される。

堆積物ｄの抵抗成分Ｒｄは、エッジリング２４の抵抗成分Ｒｓ、Ｒｓ'と比較して十分に大きいため、Ｒｄ＞＞Ｒｓとすると、式（１）及び式（２）からｉ_２＜＜ｉ_１となり、エッジリング２４に堆積物が堆積することで電流値ｉが減少することが予測される。よって、エッジリングの堆積物の量と電流値ｉとの相関関係のデータを予め収集してメモリに記憶しておくことで、プラズマ処理中に電流値ｉをモニタすることでエッジリング２４上の堆積物の有無を判定できる。

例えば、電流値ｉをモニタすることでエッジリング２４上の堆積膜の被覆率との相関情報を算出し、図４のグラフに一例を示すように、エッジリングの堆積膜の被覆率と電流値ｉとの相関関係のデータを予め用意してもよい。これにより、エッジリング２４の電圧印加のタイミングを電流値ｉから判定することができる。

図４に示す閾値Ｉ_１及び閾値Ｉ_２は、エッジリング２４上をスパッタするタイミングとして予め設定されている。閾値Ｉ_１は、閾値Ｉ_２よりも大きい値に設定されている。ただし、閾値Ｉ_１又は閾値Ｉ_２のみが予め設定されてもよい。例えば、電流値ｉが閾値Ｉ_１以下になったときに、エッジリング２４上の堆積膜の被覆率が所定以上になったと判定し、エッジリングへの直流電圧の印加を開始してもよい。この場合、電流値ｉが閾値Ｉ_１よりも大きくなったときに、エッジリング２４上の堆積膜の被覆率が所定未満になったと判定し、エッジリング２４への直流電圧の印加を停止してもよい。

エッジリングへの直流電圧の印加は、オン・オフの２値に限られない。例えば、エッジリングへの直流電圧の印加を低（Ｌｏｗ）・高（Ｈｉｇｈ）に制御してもよい。例えば、電流値ｉが閾値Ｉ_１以下になったときに、エッジリングへの直流電圧の印加を低に制御してもよい。そして、電流値ｉが閾値Ｉ_２以下になったときに、エッジリングへの直流電圧の印加を高に制御してもよい。また、電流値ｉが閾値Ｉ_１よりも大きくなったときに、エッジリングへの直流電圧の印加を停止してもよい。

なお、エッジリング２４上の堆積物をモニタする方法は、図３に示す方法に限られない。例えば、エッジリング２４に光を照射し、その反射光をモニタすることで、エッジリング２４上の堆積物の厚さを判定できる。また、それ以外の公知の技術を用いて堆積物の状態をモニタしてもよい。

［電圧印加制御処理］
次に、図５を参照しながら、一実施形態に係るエッジリングの電圧印加制御処理について説明する。図５は、電圧印加制御処理の一例を示すフローチャートである。本処理は、制御部２００により制御される。なお、制御部２００にエッジリングの電圧印加制御処理方法を実行させるプログラムは、制御部２００のメモリに格納されており、ＣＰＵによりメモリから読み出されて実行される。

なお、電圧印加制御処理は、プラズマ処理装置１において炭素を含む処理ガスのプラズマが生成され、ウェハＷ及びエッジリング２４が処理ガスのプラズマに晒されている間、実行される。

本処理が開始されると、制御部２００は、第１の可変電源５５に接続された電流計１００により電流値ｉを取得する（ステップＳ１１）。次に、制御部２００は、電流値ｉが予め定められた閾値Ｉ_１以下であるかを判定する（ステップＳ１２）。

電流値ｉが予め定められた閾値Ｉ_１以下である場合、制御部２００は、エッジリング２４へ直流電圧を印加する（ステップＳ１３）。一方、電流値ｉが予め定められた閾値Ｉ_１よりも大きい場合、制御部２００は、エッジリング２４へ直流電圧を印加しない（ステップＳ１４）。

次に、制御部２００は、処理を終了するかを判定する（ステップＳ１５）。制御部２００は、ステップＳ１５において本処理を終了すると判定するまで、ステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１以降の処理を行う。

図６は、以上に説明した電圧印加制御による効果の一例を示す図である。図６（ａ）の横軸はエッジリング２４への直流電圧の印加時間を示し、縦軸はエッジリング２４の消耗量を示す。

図６（ａ）の線Ａは、エッジリング２４への直流電圧の印加を連続して行った場合のエッジリング２４の消耗量の一例を示す。この場合、エッジリング２４への直流電圧の印加時間に対応してエッジリング２４が消耗する。

一方、図６（ａ）の線Ｂは、本実施形態に係る電圧印加制御により図６（ｂ）に示すように、エッジリング２４へ断続的に直流電圧を印加した場合のエッジリング２４の消耗量の一例を示す。この場合、エッジリング２４への直流電圧の印加を不連続に行っているため、直流電圧を連続的に印加した線Ａと比べエッジリング２４の消耗量を低減できる。これにより、エッジリング２４の消耗量を最小化することができる。

［エッチングレートの変動］
以上から、エッジリング２４へ断続的に直流電圧を印加することで、エッジリング２４の消耗量を減らすことができることわかった。しかしながら、エッジリング２４へ直流電圧を印加すると、ウェハＷのプロセス特性に影響を与える。

図７は、エッジリング２４に直流電圧を印加し、ウェハＷにプラズマエッチング処理を施したときの実験結果の一例を示す。この実験におけるプロセス条件を以下に示す。

＜プロセス条件＞
ガスＣＦ_４ガス、Ｃ_４Ｆ_８ガス、Ｎ_２ガス
ＨＦパワー一定値
ＬＦパワー一定値
図７の横軸は、エッジリングに印加する直流電圧（エッジリングＤＣ電圧）を示し、縦軸は、ウェハＷの中央部（センタ）のエッチングレート（Ｅ／Ｒ）を示す。これによれば、エッジリング２４に直流電圧を印加することにより、ウェハＷの中央部のエッチングレートが上昇し、エッジリング２４に印加する直流電圧が大きくなるほど、エッチングレートが高くなることがわかった。

さらに、図８では、ＨＦパワー及びＬＦパワーを３段階に変えてプラズマエッチング処理を行った。ＨＦパワー及びＬＦパワー以外のプロセス条件は、図７のプロセス条件と同じである。

図８に示す線Ｂは、ＨＦパワー及びＬＦパワーを、説明の便宜上、基準パワーとして「中」とした場合のエッチングレートの結果である。線Ａは、ＨＦパワー及びＬＦパワーを基準パワーよりも高く設定した場合のエッチングレートの結果である。線Ｃは、ＨＦパワー及びＬＦパワーを基準パワーよりも低く設定した場合のエッチングレートの結果である。

この結果によれば、ＨＦパワー及びＬＦパワーを上記３段階に変動させたいずれの場合にも、エッチングレートが上昇する傾向は同じであった。つまり、エッジリング２４に直流電圧を印加した場合には、ウェハＷの中央部のエッチングレートが上昇し、エッチングレートの制御性が悪くなることがわかった。

［ＨＦパワー及びＬＦパワーの補正］
そこで、エッジリング２４に印加する直流電圧と、エッチングレートと、ＨＦパワー及びＬＦパワーとの関係から、エッジリング２４に直流電圧を印加しなかった場合に対して、印加した場合のウェハＷの中央部におけるエッチングレートのシフト量を予測した。そして、得られたエッチングレートのシフト量に対して、当該エッチングレートをシフトさせないための近似式を算出し、近似式からＨＦパワーの補正値及びＬＦパワーの補正値を求めた。

これによれば、エッジリング２４に直流電圧を印加したときに、プラズマ処理中に印加するＨＦパワー及びＬＦパワーをＨＦパワーの補正値及びＬＦパワーの補正値により補正することで、ウェハＷの中央部のエッチングレートのシフトを抑えることができる。これにより、エッチングレートの面内均一性又は制御性を高め、エッジリング２４に電圧を印加したときのウェハＷに対するプロセス特性の低下を防ぐことができる。

図９（ａ）の横軸はウェハの枚数であり、縦軸はウェハＷの中央部のエッチングレートである。図９（ａ）中の「実測値」は、実験計画法を用いてウェハ毎にプロセスパラメータを変えてウェハＷの中央部のエッチングレートを測定した結果である。

図９（ａ）中の「評価値（計算値）」は、「実測値」から多変量解析を用いて、プロセスパラメータに対するウェハＷの中央部のエッチングレートの関係を示す近似式を求め、「実測値」と同様にウェハ毎にプロセスパラメータを変えてウェハＷの中央部のエッチングレートを算出した結果である。これによれば、「評価値」が「実測値」とほぼ同じになったため、近似式の精度は高いものと言える。

図９（ｂ）は、「実測値」から求められた近似式から、ウェハＷの中央部のエッチングレートが同一であるときのエッジリング２４に印加する電圧とＨＦパワー及びＬＦパワーの補正値との相関を算出した相関情報である。

これにより、本実施形態に係るＨＦパワー及びＬＦパワーの補正によってエッジリング２４に直流電圧を印加した場合であっても、ウェハＷの中央部におけるエッチングレートがシフトせず、エッチングレートの制御性を確保できる。

なお、図９（ｂ）は、ＨＦパワー及びＬＦパワーを同一比率で変化させた場合のエッジリングの印加電圧と、ＨＦパワー及びＬＦパワーとの相関関係を示すが、ＨＦパワー及びＬＦパワーは、同一比率で変化させることに限られない。

［プロセスパラメータの補正］
なお、使用する近似式は、実測値に近似する式であれば、一次関数を用いた近似式であってもよいし、それ以外の関数（二次関数等）を用いた近似式であってもよい。ＨＦパワー及びＬＦパワーに対して、かかる近似式を用いた補正を行うことで、ウェハＷの中央部のエッチングレートを変化させずに、ウェハＷのプロセス特性の面内均一性を確保することができる。

エッジリング２４に印加する直流電圧の変動値（差分）に対して、どれだけＨＦパワー及びＬＦパワーを補正すべきかは、近似式により求められる。よって、その相関情報を制御部２００のメモリに予め記憶しておく。

例えば、図９（ｂ）に示すグラフでは、横軸の第１の可変電源５５の最大出力値（エッジリングＤＣ電圧として表記）に対するエッジリング２４に印加する直流電圧の割合に対して、縦軸（左）はエッジリング２４に印加しないときのＨＦパワーの設定値からの補正する割合を示し、縦軸（右）はエッジリング２４に印加しないときのＬＦパワーの設定値からの補正する割合を示す。

この例では、エッジリング２４に印加する直流電圧を「３０％」増やすと、ＨＦパワーを設定値から「１２．５％」減算し、ＬＦパワーを設定値から「１２．５％」減算する。そして、補正後のＨＦパワー及び補正後のＬＦパワーを印加する。

このようにして、エッジリング２４に印加する直流電圧又はその変動分に応じてＨＦパワー及びＬＦパワーを補正することで、エッジリング２４に直流電圧を印加した場合であっても、ウェハＷの中央部のエッチングレートの上昇を抑えることができる。これにより、エッジリング２４に印加する直流電圧によりウェハＷのエッジ部のチルティングの発生を抑えつつ、エッチングレートの制御性を高めることができる。

なお、本実施形態では、エッジリング２４に印加する直流電圧又はその変動分に応じてＨＦパワー及びＬＦパワーを補正したが、エッジリング２４に印加する直流電圧に応じて補正するプロセスパラメータは、ＨＦパワー及びＬＦパワーに限られない。補正するプロセスパラメータは、生成されるプラズマ密度が変動するプロセス条件であれば、どのようなパラメータであってもよい。補正するプロセスパラメータは、例えばエッチングレートが変動するプロセス条件であってもよい。

例えば、補正するプロセスパラメータは、ＬＦパワーのみでもよいし、ＨＦパワーのみでもよい。補正するプロセスパラメータは、第２の可変電源５０から上部電極３４に印加する直流電圧であってもよいし、処理ガス供給源６６から供給するガスの種類及び／又はガスの流量であってもよいし、チャンバ１０内の圧力であってもよい。

つまり、プロセスパラメータは、第１の高周波電源９０から印加される第１の周波数の高周波電力、第２の高周波電源４８から印加される第１の周波数よりも低い第２の周波数の高周波電力、チャンバ１０内に供給するガス、チャンバ１０内の圧力、及び、第２の可変電源５０から上部電極３４に印加する電圧の少なくともいずれかであり得る。

［処理方法及び補正処理］
最後に、一実施形態に係る制御部２００が行う処理方法及び補正処理について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、一実施形態に係る処理方法の一例を示すフローチャートである。図１１は、一実施形態に係る補正処理の一例を示すフローチャートである。なお、制御部２００に処理方法及び補正処理方法を実行させるプログラムは、制御部２００のメモリに格納されており、ＣＰＵによりメモリから読み出されて実行される。

図１０に示す処理が開始されると、エッジリングの電圧印加制御処理が実行される（ステップＳ１０）。この電圧印加制御処理は、図５に示すように電流値ｉ（つまり、エッジリング２４上の堆積物の状態）によって、エッジリング２４に直流電圧を印加するかを判定し、直流電圧を印加するタイミングを制御する。このとき、図５のステップＳ１５の処理を終了するかの判定において、制御部２００は、エッジリング２４に直流電圧が印加されていると判定したときに、図５の処理を終了すると判定する。

図５のエッジリングの電圧印加制御処理が終了すると、図１０に戻り、補正処理が実行される（ステップＳ２０）。補正処理の一例について、図１１を参照して説明する。本補正処理が開始されると、制御部２００は、エッジリング２４に印加した直流電圧（ＤＣ電圧）の値を取得する（ステップＳ２１）。次に、制御部２００は、エッジリング２４に印加した直流電圧値のうち、今回の直流電圧値と前回の直流電圧値との差分を算出する（ステップＳ２２）。なお、今回の直流電圧値と前回の直流電圧値の取得間隔は、どのように設定されてもよい。また、今回の直流電圧値と前回の直流電圧値の差分に限られず、今回の直流電圧値と前回又はそれ以前の直流電圧値との差分であってもよい。例えば、今回の直流電圧値と前回及び前々回の直流電圧値の平均値との差分を用いてもよい。

次に、制御部２００は、図９（ｂ）に示すエッジリング２４に印加する直流電圧の差分とＨＦパワー及びＬＦパワーの補正値との相関情報を記憶したメモリを参照して、直流電圧値の差分に対するＨＦパワー及びＬＦパワーの補正値を算出する（ステップＳ２３）。なお、図９（ｂ）の相関情報の例は、エッジリング２４に印加する直流電圧とプロセスパラメータの補正値との相関関係を示す情報の一例であり、これに限られない。前記相関情報は、今回の直流電圧値及び前回の直流電圧値の変動分（差分）と、プロセスパラメータの補正値との相関を示す情報でもよいし、今回の直流電圧値とプロセスパラメータの補正値との相関を示す情報であってもよい。後者の場合、ステップＳ２２をスキップし、ステップＳ３にて、メモリに記憶した相関情報を参照して、ステップＳ２１にて取得した今回の直流電圧値に対するＨＦパワーの補正値とＬＦパワーの補正値とを算出すればよい。

次に、制御部２００は、レシピに設定されたＨＦパワーの設定値から、ステップＳ２３にて算出したＨＦパワーの補正値を減算し、補正後のＨＦパワーとする（ステップＳ２４）。また、レシピに設定されたＬＦパワーの設定値から、ステップＳ２３にて算出したＬＦパワーの補正値を減算し、補正後のＬＦパワーとする（ステップＳ２４）。

次に、制御部２００は、補正後のＨＦパワーを印加し、補正後のＬＦパワーを印加する。制御部２００は、その他のプロセス条件についてはレシピに設定された設定値に制御し、プラズマ処理を実行し（ステップＳ２５）、本補正処理を終了し、図１０に戻り全体の処理を終了する。

以上に説明したように、本実施形態の補正処理によれば、エッジリング２４に直流電圧を印加するタイミングを断続的に制御することで、エッジリング２４の消耗を抑制できる。また、エッジリング２４に直流電圧を印加したときに、印加する直流電圧に応じてプロセスパラメータ（例えばＨＦパワー等）を補正することでウェハＷの中央部のエッチングレートの上昇を抑えることができる。これにより、エッジリング２４の消耗を抑制しながら、エッジリング２４に印加する直流電圧によりウェハＷのエッジ部のチルティングの発生を抑えつつ、ウェハＷの中央部におけるエッチングレートの上昇を抑制しながらエッジリング２４上の堆積物を除去できる。

特に載置台１６の温度を、例えば－数十℃～－百数十℃程度に制御し、エッチングを行う極低温エッチングでは、エッチングにより生成される副生成物の堆積量は増加する。よって、本実施形態に係る処理方法は、極低温エッチングにおいてより有効な技術として利用できる。ただし、もちろん、本実施形態に係る処理方法は、極低温エッチングに限られない。

今回開示された一実施形態に係る処理方法及びプラズマ処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

エッジリング２４に印加する電圧は、直流電圧に限られず、交流電圧であってもよい。交流電圧をエッジリング２４に印加する場合、第１の可変電源５５の代わりに整合器、ブロッキングコンデンサを介して交流電源が接続される。この交流電源は、プラズマ中のイオンが追従できる周波数ｆを有する交流、つまりイオンプラズマ周波数よりも低い低周波または高周波の交流ＡＣを出力し、そのパワー、電圧波高値または実効値を可変できるようになっている。エッチングプロセス中に交流電源からの交流電圧がブロッキングコンデンサを介してエッジリング２４に印加されると、エッジリング２４には自己バイアス電圧が発生する。即ち、エッジリング２４に負の直流電圧成分が印加されたことになる。

本開示の実施例では、エッチングプロセスについて説明したが、これに限定されるものではない。実施例ではエッチングプロセスの中で、処理基板に対して堆積膜を形成する工程についてであったが、Chemical Vapor Deposition(ＣＶＤ)やPhysical Vapor Deposition(ＰＶＤ) など、処理基板に対して堆積膜を形成する工程においても同様な効果が得られる。

また、本開示の堆積工程は、炭素を含む処理ガスを用いることで説明したが、これに限定されるものではない。例えばＣＶＤで用いられるＴＥＯＳガスのように堆積性のプリカーサ（前駆体）を発生することができる処理ガスのプラズマを用いた時も、同様にエッジリングにも堆積する。また、ＰＶＤではプラズマスパッタリングによってターゲットから発生したプリカーサを処理基板上に堆積させるが、同様にエッジリングにも堆積する。すなわち、プラズマ空間に堆積性のあるプリカーサが存在していると同様にエッジリングにも堆積する。これらのプロセスにおいても、エッジリングに電圧を印加することによって、エッジリングへの堆積を防ぐことが出来、また、堆積膜の状態を観察し、印加電圧を調整することによって、エッジリングの消耗を最小限に抑えることが出来る。

本開示のプラズマ処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプのプラズマ処理装置にも適用可能である。

本明細書では、被処理体の一例としてウェハＷを挙げて説明した。しかし、被処理体は、これに限らず、ＦＰＤ（ＦｌａｔＰａｎｅｌＤｉｓｐｌａｙ）に用いられる各種基板、プリント基板等であっても良い。

１プラズマ処理装置
１０チャンバ
１６載置台
１６ａ基台
２０ａ第１の電極
２４エッジリング
３４上部電極
４８第２の高周波電源
５０第２の可変電源
５５第１の可変電源
６６処理ガス供給源
９０第１の高周波電源
Ｗウェハ

Claims

チャンバ内において被処理体を載置する載置台と、前記載置台の周囲に配置される外周部材と、前記外周部材に電圧を印加する第１の電源と、を有するプラズマ処理装置を用いて被処理体を処理する処理方法であって、
前記第１の電源から前記外周部材に電圧を印加しながら、被処理体を堆積性の前駆体を有するプラズマに晒す工程と、
前記プラズマに晒す工程の間、前記外周部材の上に堆積する炭素を含む堆積膜の被覆率又は膜厚を観測し、観測した前記堆積膜の被覆率又は膜厚に基づき、前記外周部材に印加する電圧を制御する工程と、
を有し、
前記外周部材に印加する電圧を制御する工程は、観測した前記堆積膜の被覆率又は膜厚が所定の閾値以上の場合、前記外周部材に電圧を印加し、前記所定の閾値は、前記第１の電源から電圧を印加したときに流れる電流値と前記外周部材の上の前記堆積膜の量の相関情報により決定される、処理方法。
外周部材に印加する電圧とプロセスパラメータの補正値との相関情報を記憶した記憶部を参照して、前記外周部材に印加した電圧に基づきプロセスパラメータを補正する工程と、
補正した前記プロセスパラメータを含むプロセス条件に従いプラズマ処理を実行する工程と、を有する、
請求項１に記載の処理方法。
前記プロセスパラメータは、生成されるプラズマ密度が変動するプロセス条件である、
請求項２に記載の処理方法。
前記プロセスパラメータは、エッチングレートが変動するプロセス条件である、
請求項２又は３に記載の処理方法。
前記プロセスパラメータは、第１の高周波電源から印加される第１の周波数の高周波電力、第２の高周波電源から印加される第１の周波数よりも低い第２の周波数の高周波電力、前記チャンバ内に供給するガス、及び、第２の電源から前記載置台に対向する上部電極に印加する電圧の少なくともいずれかである、
請求項２～４のいずれか一項に記載の処理方法。
前記外周部材に印加する電圧を制御する工程は、観測した前記堆積膜の被覆率又は膜厚が前記所定の閾値よりも小さい場合、前記外周部材に電圧を印加しない、
請求項１～５のいずれか一項に記載の処理方法。
前記堆積性の前駆体を有するプラズマは、堆積性の前駆体を発生することができる処理ガスによって生成させる、
請求項１～６のいずれか一項に記載の処理方法。
前記処理ガスは、炭素を含む、
請求項７に記載の処理方法。
チャンバ内において被処理体を載置する載置台と、前記載置台の周囲に配置される外周部材と、前記外周部材に電圧を印加する第１の電源と、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、
前記第１の電源から前記外周部材に電圧を印加しながら、被処理体を堆積性の前駆体を有するプラズマに晒す工程と、
前記プラズマに晒す工程の間、前記外周部材の上に堆積する炭素を含む堆積膜の被覆率又は膜厚を観測し、観測した前記堆積膜の被覆率又は膜厚に基づき、前記外周部材に印加する電圧を制御する工程と、
を制御し、
前記外周部材に印加する電圧を制御する工程は、観測した前記堆積膜の被覆率又は膜厚が所定の閾値以上の場合、前記外周部材に電圧を印加し、前記所定の閾値は、前記第１の電源から電圧を印加したときに流れる電流値と前記外周部材の上の前記堆積膜の量の相関情報により決定される、
プラズマ処理装置。