特許 6797079 プラズマ処理装置、プラズマ制御方法、及びプラズマ制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6797079

(24)【登録日】2020年11月19日

(45)【発行日】2020年12月9日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置、プラズマ制御方法、及びプラズマ制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20201130BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101G

   H01L21/302 101B

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-111552(P2017-111552)

(22)【出願日】2017年6月6日

(65)【公開番号】特開2018-206989(P2018-206989A)

(43)【公開日】2018年12月27日

【審査請求日】2020年2月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】戸部 康弘

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 潤

【審査官】 鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２３２４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８６８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０３４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０２１４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１９０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５０５４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０４１４５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フォーカスリングが載置される載置面に沿って内部にコイルが設けられた載置台と、
前記コイルに高周波電圧を印加する電源部と、
前記フォーカスリングの消耗度合いに応じて、前記コイルに印加される高周波電圧のパワーが増加されるよう前記電源部を制御する電源制御部と、
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項2】

前記載置台は、前記コイルの周囲が誘電体で形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記コイルは、前記フォーカスリング側に平坦面が形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記コイルは、当該コイルを構成する配線が中空形状とされている
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記コイルは、前記配線の中空内が熱媒体の流路とされている。
ことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記フォーカスリングの厚さを計測する計測部をさらに有し、
前記電源制御部は、前記計測部により計測されるフォーカスリングが薄くなるほど、前記コイルに印加される高周波電圧のパワーが増加されるよう前記電源部を制御する
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

新規のフォーカスリングに交換されてからのプラズマ処理の回数、または、プラズマ処理の累計処理時間を計測する計測部をさらに有し
前記電源制御部は、前記計測部により計測されるプラズマ処理の回数が多いほど、または、プラズマ処理の累計処理時間が長いほど、前記コイルに印加される高周波電圧のパワーが増加されるよう前記電源部を制御する
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

フォーカスリングの電圧を計測する計測部をさらに有し
前記電源制御部は、前記計測部により計測されるフォーカスリングの電圧が低いほど、前記コイルに印加される高周波電圧のパワーが増加されるよう前記電源部を制御する
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記載置台は、前記載置面に沿って内部にヒータがさらに設けられている
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

フォーカスリングが載置される載置面に沿って内部にコイルが設けられた載置台の前記載置面に載置された前記フォーカスリングの消耗を計測し、
計測された前記フォーカスリングの消耗度合い応じて、前記コイルに印加される高周波電圧のパワーが増加されるよう、前記コイルに高周波電圧を印加する電源部を制御する
処理をコンピュータが実行することを特徴とするプラズマ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置、プラズマ制御方法、及びプラズマ制御プログラムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、半導体ウエハなどの被処理体に対してプラズマを用いて、エッチングなどのプラズマ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、プラズマの均一化を目的に被処理体の外周部にフォーカスリングが設置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−２３２４７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、プラズマ処理装置では、被処理体に対してプラズマ処理を行うと、フォーカスリングも消耗する。そして、プラズマ処理装置では、フォーカスリングが消耗すると、被処理体に対するプラズマシースの高さが変わり、エッチングレートなどの処理特性が変動してしまう。

【課題を解決するための手段】

【0005】

開示するプラズマ処理装置は、１つの実施態様において、載置台と、電源部と、電源制御部とを有する。載置台は、フォーカスリングが載置される載置面に沿って内部にコイルが設けられている。電源部は、コイルに高周波電圧を印加する。電源制御部は、フォーカスリングの消耗度合いに応じて、コイルに印加される高周波電圧のパワーが増加されるよう電源部を制御する。

【発明の効果】

【0006】

開示するプラズマ処理装置の１つの態様によれば、フォーカスリングの消耗による処理特性の変動を抑制できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の概略的な構成を示す概略断面図である。

【図2】図２は、第１の載置台及び第２の載置台の要部構成を示す概略断面図である。

【図3】図３は、コイルの要部構成を示す図である。

【図4】図４は、プラズマ処理装置を制御する制御部の概略的な構成を示したブロック図である。

【図5】図５は、フォーカスリングが消耗した状態の一例を示す図である。

【図6】図６は、プラズマ制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図7A】図７Ａは、コイルを構成する配線の配置の一例を示す図である。

【図7B】図７Ｂは、コイルを構成する配線の配置の一例を示す図である。

【図7C】図７Ｃは、コイルを構成する配線の配置の一例を示す図である。

【図8】図８は、コイルの接続状態の一例を示す図である。

【図9】図９は、コイルの接続状態の他の一例を示す図である。

【図10】図１０は、コイルの接続状態の他の一例を示す図である。

【図11A】図１１Ａは、コイルを構成する配線の配置の一例を示す図である。

【図11B】図１１Ｂは、コイルを構成する配線の配置の一例を示す図である。

【図11C】図１１Ｃは、コイルを構成する配線の配置の一例を示す図である。

【図12】図１２は、温度調整用のヒータを設けた場合の配置の一例を示す図である。

【図13】図１３は、温度調整用のヒータを設けた場合の配置の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本願の開示するプラズマ処理装置、プラズマ制御方法、及びプラズマ制御プログラムの実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。また、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

【0009】

［プラズマ処理装置の構成］
最初に、実施形態に係るプラズマ処理装置１０の概略的な構成を説明する。図１は、プラズマ処理装置の概略的な構成を示す概略断面図である。プラズマ処理装置１０は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理容器１を有している。この処理容器１は、円筒状とされ、例えば表面に陽極酸化被膜が形成されたアルミニウム等から構成されている。処理容器１は、プラズマが生成される処理空間を画成する。処理容器１内には、被処理体（work-piece）である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗを水平に支持する第１の載置台２が収容されている。

【0010】

第１の載置台２は、上下方向に底面を向けた略円柱状を呈しており、上側の底面がウエハＷの載置される載置面６ｄとされている。第１の載置台２の載置面６ｄは、ウエハＷと同程度のサイズとされている。第１の載置台２は、基台３と、静電チャック６とを含んでいる。

【0011】

基台３は、導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されている。基台３は、下部電極として機能する。基台３は、絶縁体の支持台４に支持されている。支持台４は、処理容器１の底部に設置されている。

【0012】

静電チャック６は、上面が平坦な円盤状とされ、当該上面がウエハＷの載置される載置面６ｄとされている。静電チャック６は、平面視において第１の載置台２の中央に設けられている。静電チャック６は、電極６ａ及び絶縁体６ｂを有している。電極６ａは、絶縁体６ｂの内部に設けられており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。静電チャック６は、電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウエハＷを吸着するように構成されている。また、静電チャック６は、絶縁体６ｂの内部にヒータ６ｃが設けられている。ヒータ６ｃは、不図示の給電機構を介して電力が供給され、ウエハＷの温度を制御する。

【0013】

第１の載置台２は、外周面に沿って周囲に第２の載置台７が設けられている。第２の載置台７は、内径が第１の載置台２の外径よりも所定サイズ大きい円筒状に形成され、第１の載置台２と軸を同じとして配置されている。第２の載置台７は、上側の面が環状のフォーカスリング５の載置される載置面７ａとされている。フォーカスリング５は、例えば単結晶シリコンで形成されており、第２の載置台７に載置される。

【0014】

第２の載置台７は、基台８を含んでいる。基台８は、例えば表面に陽極酸化被膜が形成されたアルミニウム等で構成されている。基台８は、支持台４に支持されている。基台８は、コイル９を含んでいる。コイル９の詳細な構成は、後述する。

【0015】

基台３には、給電棒５０が接続されている。給電棒５０には、第１の整合器１１ａを介して第１のＲＦ電源１０ａが接続され、また、第２の整合器１１ｂを介して第２のＲＦ電源１０ｂが接続されている。第１のＲＦ電源１０ａは、プラズマ発生用の電源であり、この第１のＲＦ電源１０ａからは所定の周波数の高周波電力が第１の載置台２の基台３に供給されるように構成されている。また、第２のＲＦ電源１０ｂは、イオン引き込み用（バイアス用）の電源であり、この第２のＲＦ電源１０ｂからは第１のＲＦ電源１０ａより低い所定周波数の高周波電力が第１の載置台２の基台３に供給されるように構成されている。

【0016】

基台３の内部には、冷媒流路２ｄが形成されている。冷媒流路２ｄは、一方の端部に冷媒入口配管２ｂが接続され、他方の端部に冷媒出口配管２ｃが接続されている。冷媒流路２ｄは、ウエハＷの下方に位置してウエハＷの熱を吸熱するように機能する。プラズマ処理装置１０は、不図示のチラーユニットから冷媒入口配管２ｂ及び冷媒出口配管２ｃを介して冷媒流路２ｄの中に冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、第１の載置台２の温度を制御可能な構成とされている。なお、プラズマ処理装置１０は、ウエハＷやフォーカスリング５の裏面側に冷熱伝達用ガスを供給して温度を個別に制御可能な構成としてもよい。例えば、第１の載置台２等を貫通するように、ウエハＷの裏面にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのガス供給管が設けられてもよい。ガス供給管は、ガス供給源に接続されている。これらの構成によって、第１の載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持されたウエハＷを、所定の温度に制御する。

【0017】

一方、第１の載置台２の上方には、第１の載置台２に平行に対面するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられている。シャワーヘッド１６と第１の載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能する。

【0018】

シャワーヘッド１６は、処理容器１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えており、絶縁性部材９５を介して処理容器１の上部に支持される。本体部１６ａは、導電性材料、例えば表面に陽極酸化被膜が形成されたアルミニウム等からなり、その下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。

【0019】

本体部１６ａの内部には、ガス拡散室１６ｃが設けられ、このガス拡散室１６ｃの下部に位置するように、本体部１６ａの底部には、多数のガス通流孔１６ｄが形成されている。また、上部天板１６ｂには、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１６ｅが、上記したガス通流孔１６ｄと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内にシャワー状に分散されて供給される。

【0020】

本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｇが形成されている。このガス導入口１６ｇには、ガス供給配管１５ａの一端が接続されている。このガス供給配管１５ａの他端には、処理ガスを供給する処理ガス供給源１５が接続される。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂ、及び開閉弁Ｖ２が設けられている。そして、処理ガス供給源１５からプラズマエッチングのための処理ガスが、ガス供給配管１５ａを介してガス拡散室１６ｃに供給され、このガス拡散室１６ｃから、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内にシャワー状に分散されて供給される。

【0021】

上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７１を介して可変直流電源７２が電気的に接続されている。この可変直流電源７２は、オン・オフスイッチ７３により給電のオン・オフが可能に構成されている。可変直流電源７２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ７３のオン・オフは、後述する制御部１００によって制御される。例えば、シャワーヘッド１６は、第１のＲＦ電源１０ａ、第２のＲＦ電源１０ｂから高周波が第１の載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際に、オン・オフスイッチ７３が必要に応じてオンとされて、所定の直流電圧が印加される。

【0022】

また、処理容器１の側壁からシャワーヘッド１６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１ａが設けられている。この円筒状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。

【0023】

処理容器１の底部には、排気口８１が形成されており、この排気口８１には、排気管８２を介して第１排気装置８３が接続されている。第１排気装置８３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理容器１内を所定の真空度まで減圧することができるように構成されている。一方、処理容器１内の側壁には、ウエハＷの搬入出口８４が設けられており、この搬入出口８４には、当該搬入出口８４を開閉するゲートバルブ８５が設けられている。

【0024】

処理容器１の側部内側には、内壁面に沿ってデポシールド８６が設けられている。デポシールド８６は、処理容器１にエッチング副生成物（デポ）が付着することを防止する。このデポシールド８６のウエハ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が設けられており、これにより異常放電が防止される。また、デポシールド８６の下端部には、第１の載置台２に沿って延在するデポシールド８７が設けられている。デポシールド８６，８７は、着脱自在に構成されている。

【0025】

上記構成のプラズマ処理装置１０は、制御部１００によって、その動作が統括的に制御される。この制御部１００は、例えば、コンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。プラズマ処理装置１０は、制御部１００によって、その動作が統括的に制御される。

【0026】

［第１の載置台２及び第２の載置台の構成］
次に、図２を参照して、第１の載置台２及び第２の載置台７の要部構成について説明する。図２は、第１の載置台及び第２の載置台の要部構成を示す概略断面図である。

【0027】

第１の載置台２は、基台３と、静電チャック６とを含んでいる。静電チャック６は、絶縁層３０を介して基台３に接着されている。静電チャック６は、円板状を呈し、基台３と同軸となるように設けられている。

【0028】

第２の載置台７は、基台８を含んでいる。第２の載置台７の上面は、フォーカスリング５の載置される載置面７ａとされている。

【0029】

フォーカスリング５は、円環状の部材であって、第２の載置台７と同軸となるように載置面７ａに載置される。

【0030】

基台８は、載置面７ａに沿って内部にコイル９が設けられている。基台８は、少なくともコイル９の周囲が誘電体で形成されている。なお、基台８は、全部が誘電体で形成されてもよい。コイル９は、基台８の内部を基台８の周方向に沿って複数回、巻かれている。図３は、コイルの要部構成を示す図である。例えば、図３に示すように、コイル９は、基台８の内部を３回、巻かれている。

【0031】

図２に示すように、コイル９を構成する配線９ａは、断面矩形状とされ、内部が中空形状とされている。そして、配線９ａは、中空内が熱媒体の流路とされている。例えば、配線９ａは、中空な矩形状の配管とされおり、外周の周面に導電性の導電膜が形成されている。コイル９は、配線９ａの内部に、不図示のチラーユニットから冷媒、例えば冷却水等を循環させることが可能とされている。

【0032】

コイル９は、ターンごとに、配線９ａの週方向の径が徐々に大きくなるように配置されており、各ターンの配線９ａが載置面７ａに沿うように配置されている。また、コイル９は、各ターンの配線９ａの平坦面がそれぞれ載置面７ａと平行となるように配置されている。

【0033】

図３に示すように、コイル９の一端は、第３の整合器１１ｃを介して第３のＲＦ電源１０ｃが接続されている。コイル９の他端は、バリアブルコンデンサ１３に接続されている。バリアブルコンデンサ１３は、静電容量を変更可能とされている。例えば、バリアブルコンデンサ１３は、回転軸にモータ１３ａが設けられており、制御部１００からの制御に基づき、モータ１３ａによって回転軸を回すことで静電容量を変更可能とされている。第３のＲＦ電源１０ｃは、フォーカスリング５の消耗に応じたプラズマ制御用の電源であり、この第３のＲＦ電源１０ｃからは所定の周波数の高周波電力がコイル９に供給されるように構成されている。また、第３のＲＦ電源１０ｃは、制御部１００からの制御に基づき、供給する高周波電力のパワーも変更可能とされている。第３のＲＦ電源１０ｃが供給する高周波電力の周波数は、第１のＲＦ電源１０ａ及び第２のＲＦ電源１０ｂから供給される高周波電力との共振し難い周波数とされている。コイル９は、第３のＲＦ電源１０ｃから高周波電力が供給されることにより、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）コイルとして機能する。

【0034】

コイル９は、第３のＲＦ電源１０ｃからの高周波電力により発熱するが、中空内に冷媒を循環させることによって抜熱される。また、コイル９は、フォーカスリング５の下方に位置することから基台８を介して、フォーカスリング５の熱を吸熱するように機能する。プラズマ処理装置１０は、冷媒流路２ｄの中に冷媒を循環させることによって、第２の載置台７の温度を制御可能な構成とされている。

【0035】

コイル９は、配線９ａ間の基台８を構成する誘電体部分が絶縁層８ａとして機能する。コイル９は、配線９ａ間の距離を小さくして、配線９ａ上面平坦部の面積を広くするほうがプラズマ均一性改善効果を期待できるが、配線９ａ間の絶縁層８ａの厚みとのトレードオフになる。コイル９は、絶縁層８ａが薄すぎると絶縁破壊し異常放電の原因になる恐れがある。本実施形態では、例えば、絶縁層８ａの厚さを１ｍｍ程度として、コイル９を上面側から見た場合に、配線９ａ上面平坦部の面積の占める割合が大きくなるように構成している。

【0036】

［制御部の構成］
次に、制御部１００について詳細に説明する。図４は、プラズマ処理装置を制御する制御部の概略的な構成を示したブロック図である。制御部１００は、プロセスコントローラ１０１と、ユーザインターフェース１０２と、記憶部１０３とが設けられている。

【0037】

プロセスコントローラ１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えプラズマ処理装置１０の各部を制御する。

【0038】

ユーザインターフェース１０２は、工程管理者がプラズマ処理装置１０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１０の稼動状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。

【0039】

記憶部１０３には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセスコントローラ１０１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）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。また、記憶部１０３には、フォーカスリング５の消耗による処理特性の変動に対応するための各種の情報が格納されている。例えば、記憶部１０３には、フォーカスリング５の消耗度合を示す消耗情報１０３ａと、コイル９へ供給する高周波電力の電力量を示す電力量情報１０３ｂが記憶されている。なお、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読み取り可能なコンピュータ記録媒体（例えば、ハードディスク、ＤＶＤなどの光ディスク、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、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利用したりすることも可能である。

【0040】

プロセスコントローラ１０１は、プログラムやデータを格納するための内部メモリを有し、記憶部１０３に記憶された制御プログラムを読み出し、読み出した制御プログラムの処理を実行する。プロセスコントローラ１０１は、制御プログラムが動作することにより各種の処理部として機能する。例えば、プロセスコントローラ１０１は、計測部１０１ａと、電源制御部１０１ｂの機能を有する。なお、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、プロセスコントローラ１０１が、計測部１０１ａと、電源制御部１０１ｂの機能を有する場合を例に説明するが、計測部１０１ａと、電源制御部１０１ｂの機能を複数のコントローラで分散して実現してもよい。

【0041】

ところで、プラズマ処理装置１０では、プラズマエッチングなどのプラズマ処理を行うと、フォーカスリング５が消耗する。そして、プラズマ処理装置１０では、フォーカスリング５が消耗すると、フォーカスリング５付近のプラズマシースの厚さが減ってウエハＷに対するプラズマシースの高さが変わり、エッチングレートなどの処理特性が変動する。

【0042】

プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５が新品の状態で、ウエハＷに対するエッチングレートやエッチングの形状が均一となるように、各種の初期条件が調整されている。例えば、図２には、フォーカスリング５が新品の状態のプラズマシース（PLASMA sheath）の状態が示されている。プラズマ処理装置１０では、フォーカスリング５が新品の状態で、図２に示すように、ウエハＷに対するプラズマシースの高さが均一となり、ウエハＷに対するエッチングレートやエッチングの形状が均一となるように、フォーカスリング５の高さや、第３のＲＦ電源１０ｃからコイル９に供給する高周波電力のパワーが調整されている。

【0043】

しかし、プラズマ処理装置１０では、プラズマ処理が繰返されるに従い、フォーカスリング５の表面がエッチングされてフォーカスリング５が消耗する。フォーカスリング５は、プラズマ処理の回数や、プラズマ処理の処理時間が長くなるほど、消耗度合も大きくなる。フォーカスリング５は、消耗度合が大きくとなると、新品に交換される。

【0044】

図５は、フォーカスリングが消耗した状態の一例を示す図である。図５の例では、フォーカスリング５の表面がエッチングされてフォーカスリング５の厚さが減り、ウエハＷに対するフォーカスリング５の表面の高さが低下している。このようにウエハＷに対するフォーカスリング５の表面の高さが低下した場合、フォーカスリング５付近のプラズマシースの厚さが減ってフォーカスリング５の上部付近のプラズマシースの高さが破線に示すように低下する。このようにフォーカスリング５の上部付近のプラズマシースの高さが低下すると、プラズマ処理装置１０では、ウエハＷの中央部と比較してウエハＷの外周部のエッチングレートやエッチングの形状などの処理特性の変動してしまう。

【0045】

そこで、計測部１０１ａは、フォーカスリング５の消耗を計測する。例えば、計測部１０１ａは、新規のフォーカスリングに交換されてからのプラズマ処理の回数、または、プラズマ処理の累計処理時間を計測する。計測部１０１ａは、計測したプラズマ処理の回数、または、プラズマ処理の累計処理時間を、フォーカスリング５の消耗度合を示す情報として、消耗情報１０３ａに記憶させる。

【0046】

電源制御部１０１ｂは、フォーカスリング５の消耗度合いに応じて、コイル９に印加される高周波電圧のパワーが増加されるよう第３のＲＦ電源１０ｃを制御する。例えば、電源制御部１０１ｂは、計測部１０１ａにより計測されるプラズマ処理の回数が多いほど、または、プラズマ処理の累計処理時間が長いほど、コイル９に印加される高周波電圧のパワーが増加されるよう第３のＲＦ電源１０ｃを制御する。

【0047】

プラズマ処理装置１０では、このように第３のＲＦ電源１０ｃからコイル９に供給する高周波電圧のパワーが増加させることにより、フォーカスリング５の電位が上がり、フォーカスリング５の上部付近のプラズマシースの高さを上昇させることができる。例えば、プラズマ処理装置１０では、コイル９に供給する高周波電圧のパワーを適切に増加させることにより、フォーカスリング５の上部付近のプラズマシースを増加させ、プラズマシースを実線に示す高さに上昇させる補正を行うことができる。これにより、プラズマ処理装置１０では、処理特性の変動を抑制できる。

【0048】

例えば、プラズマ処理の回数、または、プラズマ処理の累計処理時間ごとに、処理特性の変動が抑制された状態となるコイル９への高周波電圧の電力量を事前に求め、電力量情報１０３ｂに記憶させる。これにより、電力量情報１０３ｂには、プラズマ処理の回数が多いほど、または、プラズマ処理の累計処理時間が長いほど高周波電圧のパワーが高くなるように、プラズマ処理の回数、または、プラズマ処理の累計処理時間ごとに、高周波電圧の電力量が記憶される。

【0049】

電源制御部１０１ｂは、ウエハＷごとに、プラズマ処理の所定のタイミング（例えば、開始のタイミング）で、計測部１０１ａにより計測されたプラズマ処理の回数、または、プラズマ処理の累計処理時間に対応する高周波電圧の電力量を電力量情報１０３ｂから読み出し、読み出した電力量の高周波電圧を供給するように第３のＲＦ電源１０ｃを制御する。

【0050】

これにより、プラズマ処理装置１０では、フォーカスリング５の上部付近のプラズマシースの高さを上昇させることができ、処理特性の変動を抑制できる。

【0051】

［制御の流れ］
次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０を用いたプラズマ制御処理について説明する。図６は、プラズマ制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。このプラズマ制御処理は、例えば、ウエハＷごとに、プラズマ処理を開始する所定のタイミングで実行される。

【0052】

電源制御部１０１ｂは、消耗情報１０３ａに記憶されたプラズマ処理の回数、または、プラズマ処理の累計処理時間を読み出す（ステップＳ１０）。電源制御部１０１ｂは、読み出したプラズマ処理の回数、または、プラズマ処理の累計処理時間に対応する高周波電圧の電力量を電力量情報１０３ｂから読み出す（ステップＳ１１）。電源制御部１０１ｂは、読み出した電力量の高周波電圧を供給するように第３のＲＦ電源１０ｃを制御する（ステップＳ１２）。

【0053】

計測部１０１ａは、今回のプラズマ処理によるプラズマ処理の回数、または、プラズマ処理の累計処理時間を計測し、計測結果を消耗情報１０３ａに保存して（ステップＳ１３）、処理を終了する。

【0054】

［効果］
本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、第２の載置台７と、第３のＲＦ電源１０ｃと、電源制御部１０１ｂとを有する。第２の載置台７は、フォーカスリング５が載置される載置面７ａに沿って内部にコイル９が設けられている。第３のＲＦ電源１０ｃは、コイル９に高周波電圧を印加する。電源制御部１０１ｂは、フォーカスリング５の消耗度合いに応じて、コイル９に印加される高周波電圧のパワーが増加されるよう第３のＲＦ電源１０ｃを制御する。これにより、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５の消耗による処理特性の変動を抑制できる。

【0055】

また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、第２の載置台７が、コイル９の周囲が誘電体で形成されている。これにより、プラズマ処理装置１０は、コイル９に印加された高周波電圧による高周波が第２の載置台７を透過できるため、プラズマシースを効率よく増やすことができる。

【0056】

また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、コイル９のフォーカスリング５側に平坦面が形成されている。プラズマ処理装置１０は、コイル９のフォーカスリング５側を平坦化することで、容量結合プラズマの生成効率が向上するため、少ない高周波の電力でプラズマシースの均一性を改善できる。

【0057】

また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、コイル９を構成する配線９ａが中空形状とされ、配線９ａの中空内が熱媒体の流路とされている。これにより、プラズマ処理装置１０は、高周波電圧の印加によりコイル９が発熱する場合でも、配線９ａの中空内が熱媒体を流すことで、温度を制御できる。また、プラズマ処理装置１０は、配線９ａの中空内が熱媒体を流すことで、第２の載置台７の温度も制御できる。

【0058】

また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、計測部１０１ａをさらに有する。計測部１０１ａは、新規のフォーカスリング５に交換されてからのプラズマ処理の回数、または、プラズマ処理の累計処理時間を計測する。電源制御部１０１ｂは、計測されるプラズマ処理の回数が多いほど、または、プラズマ処理の累計処理時間が長いほど、コイル９に印加される高周波電圧のパワーが増加されるよう第３のＲＦ電源１０ｃを制御する。これにより、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５の消耗による処理特性の変動を抑制できる。

【0059】

以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述したプラズマ処理装置１０は、容量結合型のプラズマ処理装置１０であったが、第１の載置台２は任意のプラズマ処理装置１０に採用され得る。例えば、プラズマ処理装置１０は、誘導結合型のプラズマ処理装置１０、マイクロ波といった表面波によってガスを励起させるプラズマ処理装置１０のように、任意のタイプのプラズマ処理装置１０であってもよい。

【0060】

また、本実施形態では、プラズマ処理の回数、または、プラズマ処理の累計処理時間ごとに、高周波電圧の電力量を電力量情報１０３ｂに記憶させ、電源制御部１０１ｂが、電力量情報１０３ｂに基づいて、コイル９に印加される高周波電圧のパワーが増加されるよう第３のＲＦ電源１０ｃを制御する場合を例に説明した。しかし、これに限定されるものではない。例えば、プラズマ処理の回数、または、プラズマ処理の累計処理時間ごとに、処理特性の変動が抑制された状態となるコイル９への高周波電圧の電力量を演算で求める演算式を事前に求め、電源制御部１０１ｂが、演算式に基づいて、コイル９に対して供給する高周波電圧の電力量を増加させるよう第３のＲＦ電源１０ｃを制御してもよい。この演算式は、電力量情報１０３ｂに記憶させてもよい。

【0061】

また、プラズマ処理装置１０は、コイル９について、各ターンの配線９ａの位置や基台８の周方向に対する配線９ａの間隔を変えて配置してもよい。図７Ａは、コイルを構成する配線の配置の一例を示す図である。図７Ａの例では、各ターンの配線９ａを同じ高さで基台８の周方向に均等に配置した例を示している。図７Ｂは、コイルを構成する配線の配置の一例を示す図である。図７Ｂの例では、各ターンの配線９ａを基台８の周方向内側ほど高く配置した例を示している。図７Ｃは、コイルを構成する配線の配置の一例を示す図である。図７Ｃの例では、各ターンの配線９ａを基台８の周方向内側ほど間隔を狭くして、密度が高くなるように配置した例を示している。プラズマ処理装置１０は、周方向の内側ほどフォーカスリング５の消耗が大きく、プラズマシースが薄くなり易い。そこで、図７Ｂ及び図７Ｃに示すようにコイル９の配線９ａを配置することにより、薄くなり易い周方向の内側のプラズマシースを多く増加させることができる。

【0062】

また、本実施形態では、コイル９の一端を第３の整合器１１ｃを介して第３のＲＦ電源１０ｃが接続し、コイル９の他端をバリアブルコンデンサ１３に接続する場合を説明した。図８は、コイルの接続状態の一例を示す図である。図８の（Ａ）には、コイルの接続状態が示されている。図８の（Ｂ）には、第２の載置台の要部構成が示されている。図８の（Ａ）、（Ｂ）の例では、コイル９の配線９ａの一端９ｂが第３の整合器１１ｃを介して第３のＲＦ電源１０ｃに接続され、コイル９の他端９ｃがバリアブルコンデンサ１３に接続されている。しかし、これに限定されるものではない。例えば、コイル９の一端を第３の整合器１１ｃを介して第３のＲＦ電源１０ｃが接続し、コイル９の途中の高周波の振幅の節となる位置を接地させもよい。図９は、コイルの接続状態の他の一例を示す図である。図９の（Ａ）には、コイルの接続状態が示されている。図９の（Ｂ）には、第２の載置台の要部構成が示されている。図９の（Ａ）、（Ｂ）の例では、コイル９の配線９ａの一端９ｂが第３の整合器１１ｃを介して第３のＲＦ電源１０ｃに接続され、コイル９の途中の高周波の振幅の節となる位置９ｄが設置されている。また、例えば、コイル９の一端を第３の整合器１１ｃを介して第３のＲＦ電源１０ｃが接続し、コイル９の他端を解放端としてもよい。図１０は、コイルの接続状態の他の一例を示す図である。図１０の（Ａ）には、コイルの接続状態が示されている。図１０の（Ｂ）には、第２の載置台の要部構成が示されている。図１０の（Ａ）、（Ｂ）の例では、コイル９の配線９ａの一端９ｂが第３の整合器１１ｃを介して第３のＲＦ電源１０ｃに接続され、コイル９の他端９ｃが解放端とされている。

【0063】

また、コイル９の配線９ａは、外周の周面全体に導電性の導電膜が形成されていなくてもよい。例えば、コイル９の配線９ａは、載置面７ａ側となる平坦面のみに導電性の導電膜が形成されていてもよい。

【0064】

また、コイル９の発熱が少なく、冷却の必要がない場合、配線９ａは、内部を中空形状としなくてもよい。図１１Ａは、コイルを構成する配線の配置の一例を示す図である。図１１Ａの例では、コイル９を構成する配線９ａを中空形状とせずに、配線９ａ全体を導電性部材で形成した例を示している。このコイル９についても、各ターンの配線９ａの位置や基台８の周方向に対する配線９ａの間隔を変えて配置してもよい。図１１Ａの例では、各ターンの配線９ａを同じ高さで基台８の周方向に均等に配置した例を示している。図１１Ｂは、コイルを構成する配線の配置の一例を示す図である。図１１Ｂの例では、各ターンの配線９ａを基台８の周方向内側ほど高く配置した例を示している。図１１Ｃは、コイルを構成する配線の配置の一例を示す図である。図１１Ｃの例では、各ターンの配線９ａを基台８の周方向内側ほど間隔を狭くして、密度が高くなるように配置した例を示している。

【0065】

また、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５の厚さを計測する計測部により、フォーカスリングの厚さを計測することで、フォーカスリング５の消耗度合いを計測してもよい。例えば、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５の上方、または、第２の載置台７の内部に、レーザ光の干渉により距離を計測する光干渉計などを設けて、フォーカスリング５の厚さを計測してよい。そして、プラズマ処理装置１０は、電源制御部１０１ｂが、計測されるフォーカスリング５が薄くなるほど、コイル９に印加される高周波電圧のパワーが増加されるよう第３のＲＦ電源１０ｃを制御してもよい。これにより、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５の消耗による処理特性の変動を抑制できる。

【0066】

また、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５の電圧（Ｖｄｃ）を計測する計測部により、フォーカスリングの電圧を計測することで、フォーカスリング５の消耗度合いを計測してもよい。プラズマ処理装置１０では、フォーカスリング５が消耗すると、シース厚が薄くなるとともにフォーカスリング５の電圧の値も小さくなる。そこで、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリングの電圧を計測し、計測された電圧が低いほど、コイル９に印加される高周波電圧のパワーが増加されるよう第３のＲＦ電源１０ｃを制御してもよい。例えば、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリングの電圧が消耗前の元の値に戻るようコイル９に印加される高周波電圧のパワーが増加させて、シース厚に戻す。これにより、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５の消耗による処理特性の変動を抑制できる。

【0067】

また、プラズマ処理装置１０は、第２の載置台７に、コイル９に加えて、フォーカスリング５の温度調整用のヒータが内部に設けられていてもよい。図１２は、温度調整用のヒータを設けた場合の配置の一例を示す図である。第２の載置台７には、コイル９に加えて、ヒータとして、誘導加熱用のコイル９０を設けた場合を示している。図１２（Ａ）には、コイル９と、コイル９０の配置を示した上面図が示されている。図１２（Ｂ）には、第２の載置台７の断面図が示されている。図１２の例では、コイル９の配線９ａとコイル９０の配線９０ａが交互に載置面７ａと平行に配置されている。すなわち、コイル９の配線の間に、コイル９０の配線が配置されている。コイル９０は、配線９１を介して誘導加熱用のＲＦ電源９２が接続されており、ＲＦ電源９２から例えば、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの比較的高周波の電力が供給される。コイル９は、第３のＲＦ電源１０ｃから例えば、数百kHz〜数MHzの比較的低周波の電力が供給される。これにより、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５の温度調整と、プラズマシースの高さの調整とを同時に行うことができる。

【0068】

なお、コイル９とコイル９０は、目的に応じて、第２の載置台７の内部に分けて配置してもよい。図１３は、温度調整用のヒータを設けた場合の配置の一例を示す図である。図１３の下部には、第２の載置台７の断面図が示されている。図１３の上部には、コイル９と、コイル９０の配置を示した上面図が示されている。図１３の例では、消耗の早いフォーカスリング５の内側のプラズマシースのコントロールを優先するため、コイル９を載置面７ａの内側に載置面７ａと平行に配置し、コイル９０を載置面７ａの外側に載置面７ａと平行に配置している。これにより、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５の内側のプラズマシースを調整できる。

【符号の説明】

【0069】

５ フォーカスリング
７ 第２の載置台
７ａ 載置面
９ コイル
９ａ 配線
１０ プラズマ処理装置
１０ｃ 第３のＲＦ電源
９０ コイル
１００ 制御部
１０１ プロセスコントローラ
１０１ａ 計測部
１０１ｂ 電源制御部
１０３ 記憶部
１０３ａ 消耗情報
１０３ｂ 電力量情報
Ｗ ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12】

【図13】