JP5709505B2

JP5709505B2 - プラズマ処理装置、プラズマ処理方法、および記憶媒体

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Publication number: JP5709505B2
Application number: JP2010279294A
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Inventors: 伸松浦
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Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2015-04-30
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Description

本発明は、プラズマエッチング等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置、プラズマ処理方法、およびプラズマ処理方法を実施するためのプログラムが記憶された記憶媒体に関する。

例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハに対して、エッチングやＣＶＤ（化学気相成長）等のプラズマ処理が多用されている。

このようなプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置としては、種々のものが用いられているが、その中でも容量結合型平行平板プラズマ処理装置が主流である。

容量結合型平行平板プラズマ処理装置をエッチング装置として使用する場合には、チャンバ内に一対の平行平板電極（上部および下部電極）を配置し、処理ガスをチャンバ内に導入するとともに、電極の一方に高周波を印加して電極間に高周波電界を形成してプラズマを形成し、下部電極にイオン引き込み用の高周波を印加するという装置構成が一般的に採用されている（例えば特許文献１）。

ところで、この種のプラズマ処理装置でエッチング処理を行う場合には、プラズマ処理を繰り返すことにより上部電極の電極板が消耗し、それにともなって電極板の温度が上昇する。このよう電極板の温度が上昇すると、エッチングレートが変動してしまう。

そこで、電極板の消耗がエッチングレートの許容範囲外になった時点で電極板を交換している。電極の交換時機を把握する方法としては、プラズマ電極の例ではないが、特許文献２にトレーサーを電極内部に埋め込み、トレーサーが検出されたときに電極を交換する方法が開示されている。

特開２０００−１７３９９３号公報特開平８−２０３８６５号公報

しかしながら、今後、半導体デバイスの微細化がさらに進んだ場合には、極めて小さいエッチングレートの変動が問題視されることが予想され、上部電極の電極板の消耗が激しい条件のときには特に大きな問題となることが予想されるが、上記のような技術では、このような問題に十分に対応することは困難である。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、上部電極の電極板の消耗にともなうエッチングレートの変動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ことを課題とする。
また、そのようなプラズマ処理方法を実施するためのプログラムが記憶された記憶媒体を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理基板に対して処理ガスのプラズマによりプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、被処理基板が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理基板の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置され、処理ガスをシャワー状に前記処理容器内に吐出する着脱可能な電極板を有する上部電極と、前記上部電極に処理ガスを供給するガス配管を含むガス供給ユニットと、前記上部電極または前記下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記ガス配管内の圧力を検出する圧力計と、前記圧力計による前記ガス配管内の圧力の検出値に基づいて前記電極板の消耗度を求め、その際の電極板の消耗による処理レートの変動を算出し、この処理レートの変動を解消するように処理条件を調整する制御部とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。

本発明の第２の観点では、被処理基板が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理基板の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置され、処理ガスをシャワー状に前記処理容器内に吐出する着脱可能な電極板を有する上部電極と、前記上部電極に処理ガスを供給するガス配管とを含むガス供給ユニットと、前記上部電極または前記下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットとを有するプラズマ処理装置を用い、処理ガスのプラズマにより被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、前記ガス配管の圧力値に基づいて前記電極板の消耗度を求め、その際の電極板の消耗による処理レートの変動を算出し、この処理レートの変動を解消するように処理条件を調整することを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。

本発明の第３の観点では、コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記プラズマ処理方法が行われるように、コンピュータに前記プラズマ処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。

本発明によれば、前記ガス配管内の圧力の検出値に基づいて前記電極板の消耗度を求め、その際の電極板の消耗による処理レートの変動を算出し、この処理レートの変動を解消するように処理条件を調整するので、常に、電極板が消耗していないときと同等な処理レートでプラズマ処理することができ、電極板の消耗にともなう処理レートの変動を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図である。ガス供給配管の圧力計の検出値から電極板の消耗度を把握し、それに基づくエッチングレートの変化を解消するように、上部電極温度等を制御する制御系を説明するための図である。処理ガスの流量Ｑと配管の圧力Ｐとの関係を示す図である。電極板の消耗度と圧力計の圧力値との関係を模式的に示す図である。処理ガスとしてＯ_２ガスを用いてレジストをアッシングした場合の、電極の使用時間と上部電極の温度とを変化させて各条件で求めたエッチングレートを示す図である。処理ガスとしてＯ_２ガスを用いてレジストをアッシングした場合の、電極の使用時間とＯ_２ガス流量とを変化させて各条件で求めたエッチングレートを示す図である。各電極板使用時間における上部電極温度とエッチングレートとの関係を示す図である。各電極板使用時間におけるＯ_２流量変化とエッチングレートとの関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図である。

このプラズマ処理装置１は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、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略円筒状のチャンバ（処理容器）１０を有している。このチャンバ１０は保安接地されている。

チャンバ１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状のサセプタ支持台１４が配置され、このサセプタ支持台１４の上に例えばアルミニウムからなるサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は下部電極を構成し、その上にエッチング対象膜を有する被処理基板である半導体ウエハＷが載置される。

サセプタ１６の上面には、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。この静電チャック１８は、導電膜からなる電極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ものであり、電極２０には直流電源２２が給電線２１を介して電気的に接続されている。そして、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により半導体ウエハＷが静電チャック１８に吸着保持される。なお、給電線２１には電極２０への直流電圧をオン・オフ可能なスイッチ２３が設けられている。

静電チャック１８（半導体ウエハＷ）の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のフォーカスリング（補正リング）２４が配置されている。サセプタ１６およびサセプタ支持台１４の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材２６が設けられている。

サセプタ支持台１４の内部には、例えば円周状に冷媒室２８が設けられている。この冷媒室２８には、外部に設けられた下部チラーユニット３０より配管３０ａ，３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によってサセプタ上の半導体ウエハＷの処理温度を制御することができる。

さらに、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、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１８の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。

下部電極であるサセプタ１６の上方には、サセプタ１６と対向するように平行に上部電極３４が設けられている。そして、上部および下部電極３４，１６間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極３４は、下部電極であるサセプタ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。

この上部電極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おり、サセプタ１６との対向面を構成しかつ多数の吐出孔３７を有する電極板３６と、この電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料、例えばアルミニウムからなる電極支持体３８とによって構成されている。電極板３６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、また、後述するようにレジストを強化する観点からはシリコン含有物質が好ましい。電極板３６を構成する好適な材料としてはシリコンやＳｉＣが例示される。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、このガス拡散室４０からはガス吐出孔３７に連通する多数のガス通流孔４１が下方に延びている。ガス拡散室４０は、例えばＯリングからなる環状隔壁部材４４で中央室４０ａと周辺室４０ｂに分離している。

中央室４０ａおよび周辺室４０ｂには、ガス供給ユニット４８から複数の処理ガスやパージガスが所望の流量比で供給されるようになっている。ガス供給ユニット４８は、ガスボックス４９と、ガス供給配管とを有している。ガスボックス４９は、複数の処理ガスおよびパージガスがそれぞれ個別のガス供給配管５０を経て共通のガス供給配管５４に供給されるようになっており、個別のガス供給配管５０には、各ガスの流量を制御する流量制御器、例えばマスフローコントローラ（ＭＦＣ）５１とその前後の開閉バルブ５２とが設けられている。なお、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）の代わりにＦＣＳ等の他の流量制御器を使用することもできる。処理ガスは、エッチング対象膜に応じて適宜選定される。

共通のガス供給配管５４は、中央室４０ａおよび周辺室４０ｂにそれぞれ接続される中央配管５４ａおよび周辺配管５４ｂに分岐しており、これら中央配管５４ａおよび周辺配管５４ｂへはフロースプリッター５６により所定の流量比に分配されて所定の処理ガスが供給されるようになっている。なお、ガス供給配管５４の分岐部分の上流側には開閉バルブ５５が設けられている。

フロースプリッター５６は、中央配管５４ａおよび周辺配管５４ｂにそれぞれ設けられた流量制御バルブ５７ａおよび５７ｂと、これら配管にそれぞれ設けられ、配管内のガス圧を計測する圧力計５８ａおよび５８ｂと、圧力計５８ａおよび５８ｂの圧力値に基づいて中央配管５４ａおよび周辺配管５４ｂに流れるガス流量が所定値になるように、流量制御バルブ５７ａおよび５７ｂのアクチュエータ５９ａおよび５９ｂを制御して、流量制御バルブ５７ａおよび５７ｂの開度を所定値に制御する流量コントローラ６０とを有している。すなわち、配管のガス圧はその中のガス流量に比例することから、流量コントローラ６０は、圧力計５８ａおよび５８ｂにより中央配管５４ａおよび周辺配管５４ｂの圧力値を計測して、これらが所定の流量比に対応する値になるように、流量制御バルブ５７ａおよび５７ｂの開度を制御する。

中央配管５４ａおよび周辺配管５４ｂに所定流量比で分配された処理ガスは、ガス拡散室４０の中央室４０ａおよび周辺室４０ｂに至り、これら中央室４０ａおよび周辺室４０ｂから別個独立にガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してシャワー状にプラズマ生成空間に吐出される。すなわち、上部電極３４は中央部と周辺部とで流量比を制御した状態で処理ガスを供給可能なシャワーヘッドとして機能する。

上部電極３４の電極支持体３８には、上部電極３４の温度を制御する温調ユニット６２が設けられている。温調ユニット６２は、例えば電極支持体３８の内部に設けられた、冷却水等の冷媒が保持される冷媒室６３と、冷媒室６３に接続された冷媒配管６４，６５と、冷媒配管６４、６５を介して冷媒室６３に冷媒を循環供給するための上部チラーユニット６６と、電極支持体３８の上面に設けられたヒーター６７と、ヒーター６７に給電するヒーター電源６８と、上部チラーユニット６６の冷媒流量およびヒーター電源６８の電流値等を制御する温度コントローラ７０とを有している。

上記上部電極３４には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７２を介して可変直流電源７４が電気的に接続されている。可変直流電源７４はバイポーラ電源であってもよい。この可変直流電源７４は、オン・オフスイッチ７３により給電のオン・オフが可能となっている。

ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７２は、後述する第１および第２の高周波電源からの高周波をトラップするためのものであり、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成される。

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延びるように円筒状の接地導体１０ａが設けられている。

下部電極であるサセプタ１６には、第１の整合器８７を介して、第１の高周波電源８８が電気的に接続されている。この第１の高周波電源８８から下部電極であるサセプタ１６に高周波電力が供給されることにより、チャンバ１０内にプラズマが生成される。第１の高周波電源８８は、２７〜１００ＭＨｚの周波数、例えば４０ＭＨｚの高周波電力を出力する。第１の整合器８７は、第１の高周波電源８８の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、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８８の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。

また、下部電極であるサセプタ１６には、第２の整合器８９を介して第２の高周波電源９０も電気的に接続されている。この第２の高周波電源９０から下部電極であるサセプタ１６に高周波電力が供給されることにより、半導体ウエハＷに高周波バイアスが印加され半導体ウエハＷにイオンが引き込まれる。第２の高周波電源９０は、４００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば１３ＭＨｚの高周波電力を出力する。第２の整合器８９は第２の高周波電源９０の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、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の内部インピーダンスとチャンバ１０内のプラズマを含めた負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。

チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられ、この排気口８０に排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなど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可能となっている。排気管８２には、排気量を調節してチャンバ１０内の圧力を制御する圧力制御バルブ（図示せず）が設けられている。また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能となっている。また、チャンバ１０の内壁に沿ってチャンバ１０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。すなわち、デポシールド１１がチャンバ壁を構成している。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、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆し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が設けられており、これにより異常放電防止効果を発揮する。

プラズマエッチング装置の各構成部、例えば電源系やガス供給系、駆動系、さらには、第１の高周波電源８８、第２の高周波電源９０、整合器８７，８９、直流電源２２、可変直流電源７４等は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を含む制御部（全体制御装置）１００に接続されて制御される構成となっている。また、制御部１００には、オペレータがプラズマエッチング装置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、プラズマエッチング装置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ーインターフェース１０１が接続されている。

さらに、制御部１００には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理を制御部１００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エッチング装置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処理レシピが格納された記憶部１０２が接続されている。処理レシピは記憶部１０２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１０１からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部１０２から呼び出して制御部１００に実行させることで、制御部１００の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。

本実施形態においては、制御部１００は、フロースプリッター５６の圧力計５８ａおよび／または５８ｂの値を受け取り、その値の変化から電極板３６の消耗度を把握し、それに基づくエッチングレートの変化を解消するように、処理条件を調整する機能も有する。本実施形態では、具体的に、図２に示すように、制御部１００は、フロースプリッター５６の圧力計５８ａおよび／または５８ｂの値を受け取り、それに応じて温調ユニット６２における設定温度すなわち上部電極３４の温度、またはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）５１等の流量制御器の設定値すなわち処理ガス流量を調整する。他の処理条件、例えばチャンバ１０内の圧力によってもエッチングレートが変化するから、エッチングレートが変化する他の処理条件を調整してもよい。

次に、このように構成されるプラズマ処理装置の動作について説明する。
最初に、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介してエッチング対象である半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置する。このときのエッチング対象膜は特に限定されないが、レジストエッチング、すなわちアッシングに対して好適に適用することができる。

その後、ゲートバルブ８６を閉じ、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気しながら、ガスボックス４９の中の所定の処理ガスを、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）５１等の流量制御器により流量を制御しつつ共通のガス供給配管５４に送られ、フロースプリッター５６により、中央配管５４ａおよび周辺配管５４ｂに流れる処理ガスが所定の流量比で分配され、それぞれガス拡散室４０の中央室４０ａと周辺室４０ｂに供給され、それぞれのガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してチャンバ１０内の半導体ウエハＷの中央部分および周辺部分に別個独立に供給される。このようにフロースプリッター５６により半導体ウエハＷの中央部分および周辺部分に供給される処理ガスの流量比を適宜設定することにより、半導体ウエハＷに対して均一に処理ガスを供給することができる。

フロースプリッター５６による流量比の制御は以下のようにして行われる。まず、ユーザーインターフェース１０１のディスプレイの画面上で、処理ガス流量と中央室４０ａから吐出する処理ガス流量と周辺部４０ｂから吐出する処理ガス流量の流量比Ｃ：Ｅを設定する。制御部１００では、入力された流量比に中央室４０ａと周辺室４０ｂのガス穴数比を乗じることにより中央配管５４ａおよび周辺配管５４ｂに流れる処理ガスの流量Ｑｃ′およびＱｅ′を算出する。処理ガスの流量Ｑと配管の圧力Ｐとは、図３に示すような関係を有しており、これらの関係が所定の換算式として制御部１００に設定されている。算出された処理ガスの流量Ｑｃ′およびＱｅ′をその換算式に代入し、中央配管５４ａおよび周辺配管５４ｂの圧力ＰｃおよびＰｅを算出して、これら値から圧力比Ｐｃ／Ｐｅを求めて、これをフロースプリッター５６の流量コントローラ６０に出力する。流量コントローラ６０には、圧力計５８ａおよび５８ｂの値が入力され、これらの圧力比が上記Ｐｃ／Ｐｅになるように、流量制御バルブ５７ａおよび５７ｂのアクチュエータ５９ａおよび５９ｂを制御する。このように圧力計の値に基づいて処理ガスの流量を制御することにより、迅速な流量制御を達成することができる。

処理ガスは、エッチング対象膜に応じて適宜選定される。本実施形態において、エッチング対象膜は特に限定されず、酸化膜、窒化膜、低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）等種々のエッチングに対応することができるが、レジスト膜のエッチング（アッシング）に好適である。レジスト膜のアッシング処理に際しては、Ｏ_２ガス、ＣＯ_２等の酸素含有ガスを好適に用いることができる。これらはＡｒガス等の希釈ガスと混合して用いることができる。

以上のようにして処理ガスを供給しつつ、排気装置８４を作動し、圧力制御バルブ（図示せず）によりチャンバ１０内の圧力を所定の圧力に制御する。レジスト膜のアッシング処理を行う場合には、例えば０．０１５〜０．１０Ｔｏｒｒ（２．００〜１３．３３Ｐａ）程度に制御する。この状態で、下部電極であるサセプタ１６に第１の高周波電源８８から２７〜１００ＭＨｚの周波数、例えば４０ＭＨｚの比較的高い周波数のプラズマ生成用の高周波電力を印加し、かつ第２の高周波電源９０から４００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの周波数、例えば１３ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力よりも低い周波数のイオン引き込み用の高周波電力を高周波バイアスとして印加し、さらに必要に応じて可変直流電源７４から負の直流電圧を印加し、処理ガスをプラズマ化して半導体ウエハＷのレジスト膜をプラズマエッチング（アッシング）する。プラズマが生成された際に、直流電源２２から静電チャック１８の電極２０に直流電圧を印加することにより、半導体ウエハＷが静電チャック１８に固定される。

所定時間このようなプラズマエッチング処理を行った後、チャンバ１０内をパージガスでパージし、ゲートバルブ８６を開けて搬入出口８５から半導体ウエハＷを搬出し、一回のエッチング動作が終了する。

このようなプラズマエッチング（アッシング）を複数の半導体ウエハＷについて繰り返し行っていくと、上部電極３４の電極板３６が消耗していく。このように電極板３６が消耗すると、電極板３６の熱容量が小さくなって電極板３６の温度が上昇し、エッチングレートが上昇する。従来は、電極板３６が許容範囲を超えて消耗したことを把握して電極板３６を交換していたが、これでは、迅速な対応は困難である。

これに対し、配管のガス圧力の変動が電極板３６の消耗を極めて精度良く反映することが判明した。すなわち、電極板３６はプラズマエッチングを繰り返すことにより、ほぼ均一に消耗するが、電極板３６が消耗することは電極板３６が薄くなって処理ガスの配管長が短くなることであるから、電極板３６が消耗することによりガスのコンダクタンスが良くなり、配管の圧力は低下する。電極板の消耗度と圧力計の圧力値との関係を模式的に示すと、図４に示すようになる。したがって、本実施形態では、圧力計５８ａおよび／または５８ｂの値により電極板３６の消耗度を把握し、その際の電極板３６の消耗によるエッチングレートの変動を算出し、このエッチングレートの変動を解消するように処理条件を調整する。

すなわち、エッチングレートは、温度や処理ガス流量等の処理条件によって変化させることができるので、電極板３６の消耗度とエッチングレートとの関係、および処理条件とエッチングレートとの関係を制御部１００に設定しておき、検出された圧力計５８ａおよび／または５８ｂの値に基づく電極板３６の消耗度に対応したエッチングレートの変動分を解消するように、処理条件を調整することにより、初期の状態の電極板３６のエッチングレートと同等なエッチングレートでプラズマエッチングすることができる。

なお、電極板３６の消耗度は消耗厚さで把握することができるが、同じ処理を行う装置の場合には使用時間で把握することもできる。

本実施形態では、図２に示すように、制御部１００は、フロースプリッター５６の圧力計５８ａおよび／または５８ｂの値を受け取り、その圧力値の初期値からの変化に基づいて電極板３６の消耗度を算出する。そして、その消耗度の時のエッチングレートと初期値（消耗度０のときのエッチングレート）とからその変動を算出し、これを解消するための上部電極３４の温度または処理ガスの流量を算出し、これを温度コントローラ７０またはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）５１に送り、エッチングレートが初期の値となるように制御する。

これにより、常に、電極板３６が消耗していないときと同等なエッチングレートでエッチングすることができるので、電極板３６の消耗にともなうエッチングレートの変動を抑制することができる。

次に、本発明の検証実験について説明する。
ここでは、処理ガスとしてＯ_２ガスを用いてレジストをアッシングした結果について説明する。

ここでは、電極板の使用時間が０時間、５００時間、９６０時間の場合について、処理条件として上部電極の温度またはＯ_２ガスの流量を変動させて、エッチングレートを把握した。基準条件としては、上部電極温度１５０℃、Ｏ_２ガス流量を３０ｓｃｃｍ（ｍｌ／ｍｉｎ）とし、上部電極を１１０℃、１３０℃、１５０℃の３水準、Ｏ_２ガス流量を２６ｓｃｃｍ（−４）、２８ｓｃｃｍ（−２）、３０ｓｃｃｍ、３２ｓｃｃｍ（＋２）の４水準とした。その結果を図５、６に示す。これらの図から、基準条件において、電極板の使用時間が０時間のときのエッチングレートの平均値が２１．０ｎｍ／ｍｉｎであり、９６０時間のときのエッチングレートが１７．４ｎｍ／ｍｉｎであり、電極板が９６０時間消耗することによりエッチングレートが３．６ｎｍ／ｍｉｎ遅くなることが把握される。また、上部電極の温度が高くなるほどエッチングレートが低くなり、Ｏ_２ガス流量が高くなるほどエッチングレートが高くなることがわかる。なお、上部電極温度が１０℃変化したときのレジスト膜のエッチングレートの変化は、ほぼ配管の圧力値０．２Ｔｏｒｒの変化したときのエッチングレートの変化に対応し、約２ｎｍ／ｍｉｎであった。

これらの結果から、各電極板使用時間における上部電極温度とエッチングレートとの関係をまとめたものを図７に示し、Ｏ_２流量変化とエッチングレートとの関係をまとめたものを図８に示す。

図７より、使用時間が９６０時間の電極板を用いて、使用時間が０時間の電極板と同じエッチングレートとするには１５０℃を１２８℃に変化させる必要があることがわかる。すなわち、電極板の消耗にともなうエッチングレートの変動を上部電極の温度を変化させることでほぼキャンセルできることが確認された。また、図８より、使用時間が９６０時間の電極板を用いて、使用時間が０時間の電極板と同じエッチングレートとするには、Ｏ_２ガス流量を３０ｓｃｃｍから３１ｓｃｃｍに変化させる必要があることがわかる。すなわち、電極板の消耗にともなうエッチングレートの変動を処理ガスの流量を変化させることでほぼキャンセルできることが確認された。

以上の結果から、本発明に基づくエッチングレートの調整が可能であることが検証された。

なお、上述の結果から、上部電極の温度を用いた場合には、電極板使用時間１０時間あたり温度の変動が０．２３℃であり比較的高精度の制御が可能であるが、Ｏ_２ガス流量を用いた場合は、使用時間が９６０時間で１ｓｃｃｍの変動しかないので、上部電極の温度を変化させる場合よりも精度が低いものとなる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、下部電極に周波数の異なる２つの高周波電力を印加する装置を示したが、これに限らず、下部電極にプラズマ生成用の一つの高周波電力を印加するようにしてもよいし、高周波電力を上部電極に印加するようにしてもよい。上部電極にプラズマ生成用の高周波電力を印加し、下部電極にバイアス用の高周波電力を印加するようにしてもよい。また、必ずしも上部電極に直流電圧を印加する必要はない。さらに、エッチング対象膜および処理ガスの種類も上記実施形態に限るものではなく、また、制御すべき処理条件も上部電極温度や流量に限るものではない。さらにまた、上記実施形態では本発明をプラズマエッチング装置に適用した場合について示したが、他のプラズマ処理であってもよい。さらにまた、上記実施形態では、フロースプリッターに用いる圧力計により配管の圧力を把握した例を示したが、これに限るものではなく、１ラインで処理ガスを供給する場合にも適用可能である。さらに、上記実施形態では被処理基板として半導体ウエハを用いたが、本発明の原理上、被処理基板は半導体ウエハに限らず、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）等の他の基板であってもよいことは言うまでもない。

１０…チャンバ
１６…サセプタ（下部電極）
３４…上部電極
３６…電極板
３８…電極支持体
４０…ガス拡散室
４０ａ…中央室
４０ｂ…周辺室
４８…ガス供給ユニット
４９…ガスボックス
５０…ガス供給配管
５１…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
５４ａ…中央配管
５４ｂ…周辺配管
５６…フロースプリッター
５８ａ、５８ｂ…圧力計
７０…温度コントローラ
７４…可変直流電源
８４…排気装置
８８…第１の高周波電源
９０…第２の高周波電源
１００…制御部
１０２…記憶部
Ｗ…半導体ウエハ（被処理基板）

Claims

被処理基板に対して処理ガスのプラズマによりプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
被処理基板が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に配置され、被処理基板の載置台として機能する下部電極と、
前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置され、処理ガスをシャワー状に前記処理容器内に吐出する着脱可能な電極板を有する上部電極と、
前記上部電極に処理ガスを供給するガス配管を含むガス供給ユニットと、
前記上部電極または前記下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、
前記ガス配管内の圧力を検出する圧力計と、
前記圧力計による前記ガス配管内の圧力の検出値に基づいて前記電極板の消耗度を求め、その際の電極板の消耗による処理レートの変動を算出し、この処理レートの変動を解消するように処理条件を調整する制御部と
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
前記制御部は、前記処理条件として、前記上部電極の温度を用いることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記制御部は、前記処理条件として、前記処理ガスの流量を用いることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記プラズマ処理はプラズマエッチングであり、前記処理レートはエッチングレートであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記プラズマエッチングの対象が、被処理基板のレジスト膜であ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。
前記ガス供給ユニットは、前記電極板の互いに異なる領域から処理ガスを吐出させるように処理ガスを供給する第１の配管および第２の配管と、これら第１の配管および第２の配管の圧力を検出し、その圧力に基づいて前記第１の配管および前記第２の配管に所定の流量比で処理ガスを分配するフロースプリッターとを有し、前記圧力計として、前記フロースプリッターにおいて配管の圧力を検出するための圧力計を用いることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
被処理基板が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理基板の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置され、処理ガスをシャワー状に前記処理容器内に吐出する着脱可能な電極板を有する上部電極と、前記上部電極に処理ガスを供給するガス配管を含むガス供給ユニットと、前記上部電極または前記下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットとを有するプラズマ処理装置を用い、処理ガスのプラズマにより被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記ガス配管の圧力値に基づいて前記電極板の消耗度を求め、その際の電極板の消耗による処理レートの変動を算出し、この処理レートの変動を解消するように処理条件を調整することを特徴とするプラズマ処理方法。
前記処理条件として、前記上部電極の温度を用いることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理方法。
前記処理条件として、前記処理ガスの流量を用いることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理方法。
前記プラズマ処理はプラズマエッチングであり、前記処理レートはエッチングレートであることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
前記プラズマエッチングの対象が、被処理基板のレジスト膜であることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ処理方法。
コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項７から請求項１１のいずれかのプラズマ処理方法が行われるように、コンピュータに前記プラズマ処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。