プラズマ処理を行う方法、及び基板生産物を作製する方法
【課題】プラズマ処理の適切な終点を検知することが可能な、プラズマ処理を行う方法を提供する。
【解決手段】工程Ｓ１０８では、エッチング残さを除去するためのプラズマアッシングを開始する。プラズマアッシングの開始によりチャンバ内の圧力が上昇して、チャンバ内の圧力を調整するためにＣＶバルブの開度が調整される。工程Ｓ１０９では、エッチング装置では、ＣＶバルブの開度を示す信号の変化を検知するために、この信号の微分演算又は差分演算を行う。微分演算を行う場合には、工程Ｓ１１０では、エッチング装置では、プラズマ処理の終点を検知するために、この微分値の判定を行う。プラズマ処理の終点では、反応物の生成が減少するので、ＣＶバルブの開度を示す信号に変化が生じてアッシングが終点に近づくとチャンバ内の圧力が減少し、微分値は大きく変化する。
【解決手段】工程Ｓ１０８では、エッチング残さを除去するためのプラズマアッシングを開始する。プラズマアッシングの開始によりチャンバ内の圧力が上昇して、チャンバ内の圧力を調整するためにＣＶバルブの開度が調整される。工程Ｓ１０９では、エッチング装置では、ＣＶバルブの開度を示す信号の変化を検知するために、この信号の微分演算又は差分演算を行う。微分演算を行う場合には、工程Ｓ１１０では、エッチング装置では、プラズマ処理の終点を検知するために、この微分値の判定を行う。プラズマ処理の終点では、反応物の生成が減少するので、ＣＶバルブの開度を示す信号に変化が生じてアッシングが終点に近づくとチャンバ内の圧力が減少し、微分値は大きく変化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理を行う方法及び基板生産物を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１−３には、ＣＨ４／Ｈ２の混合ガスを用いたドライエッチングにより化合物半導体を加工して化合物半導体素子を作製している。非特許文献４−５には、ＣＨ４／Ｈ２の混合ガスを用いたドライエッチングでは、ハイドロカーボンの堆積が生じ、その堆積物の分析が示されている。非特許文献６には、ＣＨ４／Ｈ２の混合ガスを用いたドライエッチングとＯ２アッシングとを交互に繰り返すプロセスが示されている。非特許文献７には、交互繰り返しプロセスにおいてはＯ２アッシングにより損傷が生じることが記載されている。
【０００３】
特許文献１−３には、Ｏ２アッシングにおける終点検知の方法が記載されている。特許文献１では水素の発光スペクトル強度変化を利用しており、特許文献２では試料表面の反射光強度変化を利用しており、特許文献３ではガス分析を利用している。
【非特許文献１】J.Lightwave.Technol,Vol.15,No.3,Mar 1997
【非特許文献２】Photonics.Technol.Lett,Vol.10,No.8,Aug 1998
【非特許文献３】Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41 (2002) pp. 1072-1075 Part 1, No. 2B, February2002
【非特許文献４】J.Vac.Sci.Technol.B,Vol.7,No.5,Sep/Oct 1989
【非特許文献５】J.Vac.Sci.Technol.B,Vol.8,No.4,Jul/Aug 1990
【非特許文献６】Jpn. J. Appl. Phys., vol.38, no.11B, pp.L1323-L1326, Nov. 1999.
【非特許文献７】Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41 (2002) pp. 1072-1075Part 1, No. 2B, February 2002
【特許文献１】特開２０００−１７３９９２号公報
【特許文献２】特開２０００−１８３０４１号公報
【特許文献３】特開平０９−２１３６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１−３に示されるように、上記の混合ガスは、ＩｎＰ系半導体といったIII−Ｖ化合物半導体の加工（例えば、エッチング）に用いられる。この加工では、非特許文献４−６に示されるように、このエッチング中にハイドロカーボン（hydro-carbon）が堆積する。マスク上、マスク側面、および加工面側面に堆積したハイドロカーボンは、加工形状における変換差を大きくする要因となる。また、ハイドロカーボンはチャンバの内壁にも堆積する。このため、エッチングレート等がエッチング処理毎に変動する要因になる。
【０００５】
これを解決するために、非特許文献６に示されるように、混合ガスによるドライエッチングのステップとハイドロカーボンを酸素プラズマのアッシングにより除去するステップを交互に繰り返す。ところが、非特許文献７に示されるように、長時間のプラズマアッシングは、半導体結晶を損傷させて、素子の信頼性低下を引き起こす。このため、プラズマアッシングを必要以上に長時間実施したくない。また、長時間のプラズマアッシングは、タクトタイム増大による生産性低下となる。
【０００６】
したがって、プラズマアッシングといったプラズマ処理の適切な終点検出が望まれている。ハイドロカーボンのO２ガスによるプラズマアッシングの反応機構は、レジストのプラズマアッシングと基本的には同じである。プラズマアッシングの終点検知には、例えば、以下のような方法が知られている。
（１）アッシングに伴う反応生成物である炭化水素（ＣＯ）の発光スペクトル強度変化を利用する。
（２）特許文献１に示されるように、アッシングに伴う反応生成物である水素の発光スペクトル強度変化を利用する。
（３）特許文献２に示されるように、試料表面に照射した光の反射光強度変化を利用する。
（４）特許文献３に示されるように、アッシングに伴う反応生成物の量及び種の変化をガス分析でモニタする。
【０００７】
しかしながら、上記の方法を実現する設備をチャンバ内に追加することが必要であり、この追加により既存のプロセス条件へ影響を与え、最適なプロセス条件を変化させる可能性がある。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、プラズマ処理の適切な終点を判定することが可能な、プラズマ処理を行う方法を提供することを目的とし、またプラズマ処理を行って基板生産物を作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面は、半導体装置のためのプラズマ処理を行う方法である。この方法は、（ａ）チャンバ内の圧力のモニタによりコントロールゲートバルブの動作を制御して前記チャンバ内の圧力を調整可能であると共に前記チャンバに前記半導体装置のための基板を内包する処理装置に、プロセスガスを供給して、前記基板の被処理物へのプラズマ処理を開始する工程と、（ｂ）前記コントロールゲートバルブの動作の変化に基づいて、前記プラズマ処理の終点判定を行う工程とを備え、前記基板は前記半導体装置のための半導体層を有する。
【００１０】
この方法によれば、コントロールゲートバルブは、被処理物とプロセスガスとの反応の生成物により生じるチャンバの圧力変化に応答して調整される。故に、反応の終点では、反応の生成物の生成量が大きく変化して、この変化はコントロールゲートバルブの動作の変化に反映される。したがって、半導体層を有する基板にプラズマ処理を行う際に、コントロールゲートバルブの動作の変化に基づいてプラズマ処理の終点を検知できる。また、コントロールゲートバルブの動作をモニタすることにより終点検知を行うので、既存のプロセス条件への影響を低減できる。
【００１１】
本発明に係る方法は、前記コントロールゲートバルブの動作の変化を得るために、前記コントロールゲートバルブの開度の時間変化の微分演算又は差分演算を行う工程を更に備えることができる。
【００１２】
この方法によれば、プラズマ処理の終点検知は、コントロールゲートバルブ動作の変化の上記演算による変化率によって提供される。
【００１３】
本発明に係る方法は、前記終点判定が終点の検知であることに応答して、前記プラズマ処理を停止する工程を更に備えることができる。この発明によれば、終点検知に応答してプラズマ処理を停止することによって、プラズマ処理のダメージを低減できる。
【００１４】
本発明に係る方法では、前記コントロールゲートバルブのリミッティングコンダクタンスが、毎秒４０リットル以下であることができる。この方法によれば、リミッティングコンダクタンスが上記の値程度でも、終点検知が可能である。
【００１５】
本発明に係る方法では、前記被処理物は炭化水素化合物を含み、前記プラズマ処理は、酸素を含むガスによるプラズマアッシングであることができる。この方法によれば、炭化水素化合物の除去処理の終点検知が可能である。
【００１６】
本発明に係る方法は、前記プラズマ処理に先立って、前記基板にドライエッチングを行う工程を更に備えることができる。前記被処理物は前記ドライエッチングによるハイドロカーボンを含み、前記プラズマ処理は、酸素を含むガスによるプラズマアッシングである。この方法によれば、ドライエッチングにより生成された被処理物の量をプラズマアッシングにより低減できる。
【００１７】
本発明に係る方法では、前記基板はＩｎＰ系半導体層を含み、前記ドライエッチングは、炭化水素ガス及び水素を含むガスを用いて前記ＩｎＰ系半導体層に対して行われる。この方法では、ＩｎＰ系半導体層のエッチングが行われる。
【００１８】
本発明の別の側面は、基板を加工して半導体装置のための基板生産物を作製する方法である。この方法は、（ａ）チャンバ内の圧力のモニタによりコントロールゲートバルブの動作を制御して前記チャンバ内の圧力を調整する処理装置の前記チャンバ内に、支持基体と該支持基体上に設けられた被加工層及びマスク層とを含む基板を設置する第１の工程と、（ｂ）エッチングのためのガスを前記処理装置に供給して、前記ガスのプラズマによるドライエッチング処理を前記マスク層を用いて前記被加工層に行う第２の工程と、（ｃ）前記ドライエッチング処理の後に、プラズマアッシングのためのプロセスガスを前記チャンバに供給して、前記基板へのプラズマ処理を開始する第３の工程と、（ｄ）前記コントロールゲートバルブの動作の変化に基づいて、前記プラズマ処理の終点検知を行う第４の工程と、（ｅ）前記終点検知に応答して、前記プラズマ処理を停止する第５の工程と、（ｆ）前記ドライエッチング処理による加工により作製された基板生産物を前記処理装置から取り出す第６の工程とを備えることができる。前記基板は半導体層を有する。
【００１９】
この方法によれば、ドライエッチングにより生じた反応生成物をプラズマ処理により除去できる。
【００２０】
本発明に係る方法は、前記第６の工程に先立って、前記第２の工程から前記第５の工程を繰り返す工程を更に備えることができる。この方法によれば、加工のためのドライエッチングと、プラズマ処理による反応生成物の除去とを繰り返すので、反応生成物の残存による影響をドライエッチング処理において低減できる。
【００２１】
本発明に係る方法では、前記マスク層はシリコン系無機化合物絶縁物からなり、前記半導体層はＩｎＰ系半導体からなる。この方法によれば、マスク層はプラズマ処理により実質的に影響されることなく、ドライエッチングの反応生成物がプラズマ処理により除去される。
【００２２】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、プラズマ処理の適切な終点を検知することが可能な、プラズマ処理を行う方法が提供される。また、本発明によれば、プラズマ処理を行って基板生産物を作製する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のプラズマ処理を行う方法及び基板生産物を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理を行う方法及び基板生産物を作製する方法に用いるプラズマ処理装置を概略的に示す模式図である。プラズマ処理装置は、例えばドライエッチング装置である。引き続く実施例の説明では、このドライエッチング装置を用いて化合物半導体のエッチングを行う。このエッチングのプロセスでは、例えばＣＨ４／Ｈ２混合ガスによるドライエッチングとＯ２ガスによるプラズマアッシングとが交互に繰り返される。
【００２６】
まず、図１を参照しながら、ドライエッチング装置１０を説明する。ドライエッチング装置１０はチャンバ１１を含み、チャンバ１１内には基板Ｗを配置するためのステージ電極１３が設けられている。誘導結合コイル１４が、チャンバ１１の外周に設けられており、チャンバ１１に供給されたプロセスガスのプラズマ１２を生成する。ステージ電極１３には高周波電源１５が接続されており、誘導結合コイル１４には高周波電源１６が接続されている。ドライエッチング装置１０はチャンバ１１を減圧するための排気ポンプ（例えば、ターボ分子ポンプ）１７を含み、排気ポンプ１７の上流にはメインバルブ１９が設けられおり、排気ポンプ１７の下流にはフォアバルブ２０ａを介して別の排気ポンプ（例えば、ロータリーポンプ）１８が設けられている。排気ポンプ１８は、ラフバルブ２０ｂを介して直接にチャンバ１１に接続されている。チャンバ１１は、コントロールゲートバルブ（「ＣＶバルブ」と記す）２２を介してメインバルブ１９に接続されている。
【００２７】
ＣＶバルブ２２は、自動圧力制御コントローラ２３からライン２１を介して与えられる信号に応答して動作すると共に、ＣＶバルブ２２の開度（開きの程度）を示す信号を生成する。ＣＶバルブ２２の上流には、排気系の真空度をモニタする第１の真空計（例えば、ダイアフラム真空計）２４及び第２の真空計（例えば、電離真空計）２５が設けられており、より具体的には、真空計２４は、処理する基板の近くに接続されている。真空計２４は真空度を示す信号を生成して、この信号はライン３１を介して自動圧力制御コントローラ２３に提供される。自動圧力制御コントローラ２３は、制御回路（例えばプログラマブルロジックコントローラ：ＰＬＣ）２６にライン３２を介して接続されており、制御回路２６は、高周波電源１５、１６を制御するための信号を生成し、これらの信号は、ライン３３を介して高周波電源１５、１６に提供される。
【００２８】
チャンバ１１には、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２７、２８、２９を介していくつかのプロセスガスＧ（例えば、Ｈ２、ＣＨ４及び／又はＯ２）が供給され、またリークバルブ３０を介してＮ２ガスが供給される。
【００２９】
この例では、自動圧力制御コントローラ２３は、真空度の情報を含む信号Ｓ１をライン３１を介して真空計２４から受け取り、これに応答してＣＶバルブ２２の開度を調整する。ＣＶバルブ２２は、実際の開度の情報を含む信号Ｓ２を制御回路２６が提供する。制御回路２６は、開度情報を含む信号Ｓ２に基づき終点の判定を行う。この信号Ｓ２は、ＣＶバルブ２２から提供され、例えばライン２１、自動圧力制御コントローラ２３及びライン３２を介して制御回路２６に提供される。制御回路２６は信号Ｓ２に基づき終点の判定を行う。この判定が「終点未検出」であるとき、プロセスはそのまま継続される。また、この判定が「終点検出」であるとき、制御回路２６が高周波電源１５、１６に信号Ｓ３を送り、高周波電源１５、１６はプロセス終了のための動作（例えば、パワーオフ）を行う。通常のドライエッチング装置は、ドライエッチング装置１０のようなＣＶバルブ２２および自動圧力制御コントローラ２３等を備えられており、多くの場合、制御回路２６のためのＰＬＣを変更することにより、上記のような制御、つまり開度情報を含む信号に基づき終点の判定を行う制御が可能になる。
【００３０】
具体的には、ＣＶバルブ２２の開度によりＯ２プラズマアッシングの終点判定を行うことができる。制御回路２６がＣＶバルブ２２の開度情報を自動圧力制御コントローラ２３を経由して受け取ると共に終点判定を行なって、この判定に応じて高周波電源１５、１６にプロセス終了の信号を出して、Ｏ２プラズマアッシングが終了する。
【００３１】
図２は、上記のプロセスガスを用いたドライエッチングの後のプラズマアッシングにおける制御の一例を説明する図面である。ドライエッチングでは、ハイドロカーボン（ＣＸＨＹ）といったエッチング残渣が発生する。ハイドロカーボンは、酸素プラズマと反応して反応生成物（ＣＯ、Ｈ２、Ｈ２Ｏ等）に変換されて低減される。この反応に際して、反応生成物（ＣＯ、Ｈ２、Ｈ２Ｏ等）がチャンバに放出されて、放出物によりチャンバ内の圧力が変化する。図２（ｂ）に示されるように、時刻Ｓ０において、チャンバには、例えば酸素が供給されている。図２（ａ）に示されるように、時刻Ｓ１において、高周波電源がコイルにパワーを供給する。酸素プラズマが生成されると共に、ハイドロカーボンと酸素プラズマとの反応により反応生成物が生成される。反応生成物のため、図２（ｃ）に示されるように、チャンバ内の圧力が上昇する。図２（ｄ）に示されるように、この圧力上昇に応じて、ＣＶバルブの開度が調整される。ここでは、圧力の上昇が発生したので、ＣＶバルブはより大きく開かれる。図２（ｃ）に示されるように、時刻Ｓ２では、ハイドロカーボンの大部分は実質的に除去されてきており、反応生成物の量も除々に減少している。これに応答して、図２（ｄ）に示されるように、この圧力減少に応じてＣＶバルブの開度が調整される。ここでは、圧力の減少が発生したので、ＣＶバルブの開度は小さくなる。時刻Ｓ３において、ハイドロカーボンはほぼ完全に除去されており、反応生成物による圧力変化がない。
【００３２】
図３は、基板生産物を作製する方法の一例のための工程フローを示す図面である。工程プローを参照すると、工程Ｓ１０１では、複数のIII−Ｖ化合物半導体膜を支持基体上に成長して、エピタキシャル基板を作製する。この結晶成長は例えば有機金属気相成長法で行われる。エピタキシャル基板は、例えば、半導体ウエハ、ＩｎＰ系半導体光素子のための活性層（例えばＧａＩｎＡｓＰ）、ｎ型半導体層（例えばＳｉ添加ＩｎＰ）およびｐ型半導体層（例えばＺｎ添加ＩｎＰ）を含むことができる。例えば、活性層のためのＧａＩｎＡｓＰ、ｎ型クラッドのためのＳｉ添加ＩｎＰおよびｐ型クラッドのためＺｎ添加ＩｎＰ層が、ＩｎＰウエハといったIII−Ｖ化合物半導体ウエハ上に形成されている。
【００３３】
工程Ｓ１０２では、エピタキシャル基板上に絶縁膜マスクを形成する。例えば、導波路構造を作製するためには、絶縁膜マスクはストライプ形状を成す。絶縁膜マスクは、例えばシリコン酸化膜といった絶縁性シリコン無機化合物からなることができる。
【００３４】
絶縁膜マスクを形成した後に、工程Ｓ１０３では、エピタキシャル基板を処理装置にセットする。処理装置は、例えばドライエッチング装置１０を用いることができる。次いで、工程Ｓ１０４では、絶縁膜マスクを用いてエピタキシャル基板を処理装置において加工する。本実施例では、工程Ｓ１０５において、絶縁膜マスクを用いてエピタキシャル基板のドライエッチングを行って、複数のIII−Ｖ化合物半導体膜を加工する。この結果、光導波路のための半導体メサ構造が作製される。この加工のために、プロセスガス（例えばＨ２、ＣＨ４）を用いる。このドライエッチングでは、不可避的に反応生成物も生成され、これは、エッチングにより生成された半導体表面やチャンバ内壁等に堆積する。この堆積物は、エッチングに好ましくないものである。ドライエッチングの後に、工程Ｓ１０６において、加工されたエピタキシャル基板のプラズマアッシングを絶縁膜マスクを用いて行う。工程Ｓ１０７において、所望の処理が完了するまでドライエッチング及びプラズマアッシングを繰り返して、エピタキシャル基板の全加工を完了する。
【００３５】
工程Ｓ１０６をより詳細に説明する。工程Ｓ１０８では、エッチング残さを除去するためのプラズマアッシングを開始する。プラズマアッシングの開始により、図２に示されるように、チャンバ内の圧力が上昇して、チャンバ内の圧力を調整するためにＣＶバルブの開度が調整される。工程Ｓ１０９では、エッチング装置１０では、ＣＶバルブの開度を示す信号Ａの変化を検知するために、この信号の変化率を求める演算（例えば、微分演算又は差分演算）を行う。微分演算では、ＣＶバルブの開度を示す信号に変化が無ければ、微分値はゼロである。また、工程Ｓ１１０では、具体的には、図４（ａ）に示されるように、エッチング装置１０が、プラズマ処理の終点を検知するために、この微分演算の値の判定を行う。プラズマ処理の終点では、反応物の生成が減少するので、ＣＶバルブの開度を示す信号Ａに変化が生じて、微分値Ｄは大きく変化する。プラズマアッシングが終点ＥＰ１に近づくとチャンバ内の圧力が減少し、終点ＥＰ１に到達した後にはチャンバ内の圧力が変化しなくなるので、微分値Ｄは、上昇してピーク値に到達した後に、減少する。信号Ａの微分値を監視して、ある閾値ＴＨ１と比較する。この閾値ＴＨ１との比較（例えば、信号Ａの値が閾値ＴＨ１より小さいか否かという比較）により終点ＥＰ１を判定するので、終点ＥＰ１の判定は正確になる。例えば、閾値ＴＨ１の値は０．８％／ｓｅｃである。工程Ｓ１１１では、プラズマアッシング終点の判定に応じて、プラズマ処理を停止する。
【００３６】
ハイドロカーボンの酸素プラズマアッシングでは、酸素ラジカルや酸素イオンとの反応によって、ハイドロカーボンは一酸化炭素、水素および水に分解され揮発する。生成される一酸化炭素および水素等の揮発物の量は、被処理物（例えば、ハイドロカーボンやレジスト）の表面積が大きいほど多くなる。このため、完全に除去される間際になると生成量は急激に減少する。この減少に応答して、同じチャンバ圧力を維持するために動作しているＣＶバルブの開度は、上記の生成物の量の減少に伴って小さくなる。アッシングにより揮発物を生成する被処理物が完全に除去された後では、揮発物は生じないのでＣＶバルブ開度は一定になる。ＣＶバルブ開度の時間変化をアッシングの終点検知として利用できる。
【００３７】
上記の工程により、エピタキシャル基板を加工して基板生産物を作製することができる。所望のエッチングが完了した後に、工程Ｓ１１２において、基板生産物を処理装置から取り出す。
【００３８】
微分値及び差分値といった変化率を用いること無く、プラズマアッシング終点の判定を行うこともできる。図４（ｂ）に示されるように、ＣＶバルブの開度を示す信号Ａの値を監視して、ある閾値ＴＨ２と比較する。この閾値ＴＨ２との比較（例えば、信号Ａの値が閾値ＴＨ２より小さいか否かという比較）により終点ＥＰ２を判定するので、終点ＥＰ２の判定は正確になる。
【００３９】
図５は、エッチング及びアッシングの繰り返しを示す図面である。プロセスＰは、本実施の形態に係る方法によるフローを示しており、プロセスＣは、微分値を用いず閾値判定に係る方法によるフローを示す。
【００４０】
プロセスＣについて説明する。時刻ｔ０〜時刻ｔ１の期間ＴＥにおいて第１エッチングを行う。時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間ＴＶ１において、チャンバ内からエッチングガス及び生成物を排気する。時刻ｔ２〜時刻ｔ５の期間ＴＡ２において、第１プラズマアッシングを行う。時刻ｔ５〜時刻ｔ６の期間ＴＶ２において、チャンバ内からアッシングガス及び生成物を排気する。この後に、これらの工程の期間ＴＥ、ＴＶ１、ＴＡ２、ＴＶ２が繰り返されて、所望の基板生産物を作製する処理は時刻ｔＥ２に完了する。
【００４１】
プロセスＰについて説明する。時刻ｔ０〜時刻ｔ１の期間ＴＥにおいて第１エッチングを行う。時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間ＴＶ１において、チャンバ内からエッチングガス及び生成物を排気する。時刻ｔ２〜時刻ｔ３の期間ＴＡ１において、第１プラズマアッシングを行う。このプラズマアッシングは、適切な終点判定のために、オーバーアッシングの期間を短くできるので、期間ＴＡ１は期間ＴＡ２に比べて短い。時刻ｔ３〜時刻ｔ４の期間ＴＶ２において、チャンバ内からアッシングガス及び生成物を排気する。この後に、これらの工程の期間ＴＥ、ＴＶ１、ＴＡ１、ＴＶ２が繰り返されて、所望のプラズマ処理は時刻ｔＥ１に完了する。故に、プロセスＰの処理時間は、プロセスＣの処理時間より短い。
【００４２】
上記の終点検知によってアッシング時間を最小限に最適化可能なので、タクトタイムは図５に示すように大幅に低減する。また、アッシング時間が最小限となることは結晶へのダメージ低減にも寄与する。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態では、ドライエッチング中の反応性生物発生によってチャンバ内の圧力が変化し、この圧力変化をプロセス終端判定方法として用いている。実施例における処理装置及び処理条件では、リミッティングコンダクタンスが毎秒２０リットル程度であり、プロセスガス流量に対する反応生成物気体の発生量が相対的に大きい。このため、ＣＶバルブの開度の変化として現れる圧力の変化を容易に捉えることができる。通常はあまり注目することのない処理中のＣＶバルブの開度変化を利用することによって適切な終点判定の情報を得ることができる。なお、リミッティングコンダクタンスが毎秒４０リットル以下でも、反応の終了により圧力変化が、ＣＶ開度変化として現れることは確認している。本実施の形態は一例であり、本実施の形態では、ＣＶ開度変化に基づき圧力の小さい変化を検出している。リミッティングコンダクタンスが大きくなっても感度の良い圧力変動センサを用いることにより、ＣＶバルブの開度を用いず終点の判定可能であると考えられる。
【００４４】
本発明の実施例として、反応生成物量の変化を自動圧力制御機構のＣＶバルブの開度変化としてモニタすることによってプロセスの終点検知を行うドライエッチング及びプラズマアッシング方法を説明した。これによって、例えば、メタン／水素の混合ガスによるドライエッチング後に行う酸素ガスによるプラズマアッシングの処理時間を必要最小限にすることができ、最小限の損傷のエッチングを安定に、かつ最小限のタクトタイムで行うことが可能となる。また、レジストのプラズマアッシングや半導体のドライエッチング等の反応性生物がガスとして揮発するプラズマプロセスにおいても本実施の形態に係る方法を適用できる。
【００４５】
チャンバ内の圧力を一定に制御するためにドライエッチング装置には必ず備えられている自動圧力制御機構を終点検知センサとして用いれば、付加的な装置は必要無く、他のアッシング終点検知方法と異なり、生産コストへの影響は小さい。また、既存の処理設備に後から本件を適用する場合においても、シーケンサ等の制御プログラムの変更等により対応可能であるので、設置面積の制約を受けず、また最適エッチング条件やウエハ面内分布が変化してしまうことも無い。
【００４６】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理を行う方法及び基板生産物を作製する方法に用いるプラズマ処理装置を概略的に示す模式図である。
【図２】図２は、プラズマアッシングにおける制御例を説明する図面である。
【図３】図３は、基板生産物を作製する方法の一例のための工程フローを示す図面である。
【図４】図４は、ＣＶバルブの開度を利用して終点を判定する方法を例を示す図面である。
【図５】図５は、エッチング及びアッシングの繰り返しを示す図面である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…ドライエッチング装置、１１…チャンバ、Ｗ…基板、１２…プラズマ、１３…ステージ電極、１４…誘導結合コイル、１５、１６…高周波電源、１７、１８…排気ポンプ、１９…メインバルブ、２０ａ…フォアバルブ、２０ｂ…ラフバルブ、２２…コントロールゲートバルブ（ＣＶバルブ）、２３…自動圧力制御コントローラ、２４、２５…真空計、２６…制御回路、２７、２８、２９…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、３０…リークバルブ、２１、３１、３２、３３…ライン、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…時刻、Ｄ…微分値、ＥＰ１、ＥＰ２…終点、Ａ…ＣＶバルブの開度を示す信号、ＴＨ…閾値、ＴＥ…エッチングの期間、ＴＶ１、ＴＶ２…排気の期間、ＴＡ２…プラズマアッシングの期間、ＴＡ１…プラズマアッシングの期間、ｔＥ１…所望の基板生産物を作製する処理時刻、ｔＥ２…所望の基板生産物を作製する処理は時刻
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理を行う方法及び基板生産物を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１−３には、ＣＨ４／Ｈ２の混合ガスを用いたドライエッチングにより化合物半導体を加工して化合物半導体素子を作製している。非特許文献４−５には、ＣＨ４／Ｈ２の混合ガスを用いたドライエッチングでは、ハイドロカーボンの堆積が生じ、その堆積物の分析が示されている。非特許文献６には、ＣＨ４／Ｈ２の混合ガスを用いたドライエッチングとＯ２アッシングとを交互に繰り返すプロセスが示されている。非特許文献７には、交互繰り返しプロセスにおいてはＯ２アッシングにより損傷が生じることが記載されている。
【０００３】
特許文献１−３には、Ｏ２アッシングにおける終点検知の方法が記載されている。特許文献１では水素の発光スペクトル強度変化を利用しており、特許文献２では試料表面の反射光強度変化を利用しており、特許文献３ではガス分析を利用している。
【非特許文献１】J.Lightwave.Technol,Vol.15,No.3,Mar 1997
【非特許文献２】Photonics.Technol.Lett,Vol.10,No.8,Aug 1998
【非特許文献３】Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41 (2002) pp. 1072-1075 Part 1, No. 2B, February2002
【非特許文献４】J.Vac.Sci.Technol.B,Vol.7,No.5,Sep/Oct 1989
【非特許文献５】J.Vac.Sci.Technol.B,Vol.8,No.4,Jul/Aug 1990
【非特許文献６】Jpn. J. Appl. Phys., vol.38, no.11B, pp.L1323-L1326, Nov. 1999.
【非特許文献７】Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41 (2002) pp. 1072-1075Part 1, No. 2B, February 2002
【特許文献１】特開２０００−１７３９９２号公報
【特許文献２】特開２０００−１８３０４１号公報
【特許文献３】特開平０９−２１３６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１−３に示されるように、上記の混合ガスは、ＩｎＰ系半導体といったIII−Ｖ化合物半導体の加工（例えば、エッチング）に用いられる。この加工では、非特許文献４−６に示されるように、このエッチング中にハイドロカーボン（hydro-carbon）が堆積する。マスク上、マスク側面、および加工面側面に堆積したハイドロカーボンは、加工形状における変換差を大きくする要因となる。また、ハイドロカーボンはチャンバの内壁にも堆積する。このため、エッチングレート等がエッチング処理毎に変動する要因になる。
【０００５】
これを解決するために、非特許文献６に示されるように、混合ガスによるドライエッチングのステップとハイドロカーボンを酸素プラズマのアッシングにより除去するステップを交互に繰り返す。ところが、非特許文献７に示されるように、長時間のプラズマアッシングは、半導体結晶を損傷させて、素子の信頼性低下を引き起こす。このため、プラズマアッシングを必要以上に長時間実施したくない。また、長時間のプラズマアッシングは、タクトタイム増大による生産性低下となる。
【０００６】
したがって、プラズマアッシングといったプラズマ処理の適切な終点検出が望まれている。ハイドロカーボンのO２ガスによるプラズマアッシングの反応機構は、レジストのプラズマアッシングと基本的には同じである。プラズマアッシングの終点検知には、例えば、以下のような方法が知られている。
（１）アッシングに伴う反応生成物である炭化水素（ＣＯ）の発光スペクトル強度変化を利用する。
（２）特許文献１に示されるように、アッシングに伴う反応生成物である水素の発光スペクトル強度変化を利用する。
（３）特許文献２に示されるように、試料表面に照射した光の反射光強度変化を利用する。
（４）特許文献３に示されるように、アッシングに伴う反応生成物の量及び種の変化をガス分析でモニタする。
【０００７】
しかしながら、上記の方法を実現する設備をチャンバ内に追加することが必要であり、この追加により既存のプロセス条件へ影響を与え、最適なプロセス条件を変化させる可能性がある。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、プラズマ処理の適切な終点を判定することが可能な、プラズマ処理を行う方法を提供することを目的とし、またプラズマ処理を行って基板生産物を作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面は、半導体装置のためのプラズマ処理を行う方法である。この方法は、（ａ）チャンバ内の圧力のモニタによりコントロールゲートバルブの動作を制御して前記チャンバ内の圧力を調整可能であると共に前記チャンバに前記半導体装置のための基板を内包する処理装置に、プロセスガスを供給して、前記基板の被処理物へのプラズマ処理を開始する工程と、（ｂ）前記コントロールゲートバルブの動作の変化に基づいて、前記プラズマ処理の終点判定を行う工程とを備え、前記基板は前記半導体装置のための半導体層を有する。
【００１０】
この方法によれば、コントロールゲートバルブは、被処理物とプロセスガスとの反応の生成物により生じるチャンバの圧力変化に応答して調整される。故に、反応の終点では、反応の生成物の生成量が大きく変化して、この変化はコントロールゲートバルブの動作の変化に反映される。したがって、半導体層を有する基板にプラズマ処理を行う際に、コントロールゲートバルブの動作の変化に基づいてプラズマ処理の終点を検知できる。また、コントロールゲートバルブの動作をモニタすることにより終点検知を行うので、既存のプロセス条件への影響を低減できる。
【００１１】
本発明に係る方法は、前記コントロールゲートバルブの動作の変化を得るために、前記コントロールゲートバルブの開度の時間変化の微分演算又は差分演算を行う工程を更に備えることができる。
【００１２】
この方法によれば、プラズマ処理の終点検知は、コントロールゲートバルブ動作の変化の上記演算による変化率によって提供される。
【００１３】
本発明に係る方法は、前記終点判定が終点の検知であることに応答して、前記プラズマ処理を停止する工程を更に備えることができる。この発明によれば、終点検知に応答してプラズマ処理を停止することによって、プラズマ処理のダメージを低減できる。
【００１４】
本発明に係る方法では、前記コントロールゲートバルブのリミッティングコンダクタンスが、毎秒４０リットル以下であることができる。この方法によれば、リミッティングコンダクタンスが上記の値程度でも、終点検知が可能である。
【００１５】
本発明に係る方法では、前記被処理物は炭化水素化合物を含み、前記プラズマ処理は、酸素を含むガスによるプラズマアッシングであることができる。この方法によれば、炭化水素化合物の除去処理の終点検知が可能である。
【００１６】
本発明に係る方法は、前記プラズマ処理に先立って、前記基板にドライエッチングを行う工程を更に備えることができる。前記被処理物は前記ドライエッチングによるハイドロカーボンを含み、前記プラズマ処理は、酸素を含むガスによるプラズマアッシングである。この方法によれば、ドライエッチングにより生成された被処理物の量をプラズマアッシングにより低減できる。
【００１７】
本発明に係る方法では、前記基板はＩｎＰ系半導体層を含み、前記ドライエッチングは、炭化水素ガス及び水素を含むガスを用いて前記ＩｎＰ系半導体層に対して行われる。この方法では、ＩｎＰ系半導体層のエッチングが行われる。
【００１８】
本発明の別の側面は、基板を加工して半導体装置のための基板生産物を作製する方法である。この方法は、（ａ）チャンバ内の圧力のモニタによりコントロールゲートバルブの動作を制御して前記チャンバ内の圧力を調整する処理装置の前記チャンバ内に、支持基体と該支持基体上に設けられた被加工層及びマスク層とを含む基板を設置する第１の工程と、（ｂ）エッチングのためのガスを前記処理装置に供給して、前記ガスのプラズマによるドライエッチング処理を前記マスク層を用いて前記被加工層に行う第２の工程と、（ｃ）前記ドライエッチング処理の後に、プラズマアッシングのためのプロセスガスを前記チャンバに供給して、前記基板へのプラズマ処理を開始する第３の工程と、（ｄ）前記コントロールゲートバルブの動作の変化に基づいて、前記プラズマ処理の終点検知を行う第４の工程と、（ｅ）前記終点検知に応答して、前記プラズマ処理を停止する第５の工程と、（ｆ）前記ドライエッチング処理による加工により作製された基板生産物を前記処理装置から取り出す第６の工程とを備えることができる。前記基板は半導体層を有する。
【００１９】
この方法によれば、ドライエッチングにより生じた反応生成物をプラズマ処理により除去できる。
【００２０】
本発明に係る方法は、前記第６の工程に先立って、前記第２の工程から前記第５の工程を繰り返す工程を更に備えることができる。この方法によれば、加工のためのドライエッチングと、プラズマ処理による反応生成物の除去とを繰り返すので、反応生成物の残存による影響をドライエッチング処理において低減できる。
【００２１】
本発明に係る方法では、前記マスク層はシリコン系無機化合物絶縁物からなり、前記半導体層はＩｎＰ系半導体からなる。この方法によれば、マスク層はプラズマ処理により実質的に影響されることなく、ドライエッチングの反応生成物がプラズマ処理により除去される。
【００２２】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、プラズマ処理の適切な終点を検知することが可能な、プラズマ処理を行う方法が提供される。また、本発明によれば、プラズマ処理を行って基板生産物を作製する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のプラズマ処理を行う方法及び基板生産物を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理を行う方法及び基板生産物を作製する方法に用いるプラズマ処理装置を概略的に示す模式図である。プラズマ処理装置は、例えばドライエッチング装置である。引き続く実施例の説明では、このドライエッチング装置を用いて化合物半導体のエッチングを行う。このエッチングのプロセスでは、例えばＣＨ４／Ｈ２混合ガスによるドライエッチングとＯ２ガスによるプラズマアッシングとが交互に繰り返される。
【００２６】
まず、図１を参照しながら、ドライエッチング装置１０を説明する。ドライエッチング装置１０はチャンバ１１を含み、チャンバ１１内には基板Ｗを配置するためのステージ電極１３が設けられている。誘導結合コイル１４が、チャンバ１１の外周に設けられており、チャンバ１１に供給されたプロセスガスのプラズマ１２を生成する。ステージ電極１３には高周波電源１５が接続されており、誘導結合コイル１４には高周波電源１６が接続されている。ドライエッチング装置１０はチャンバ１１を減圧するための排気ポンプ（例えば、ターボ分子ポンプ）１７を含み、排気ポンプ１７の上流にはメインバルブ１９が設けられおり、排気ポンプ１７の下流にはフォアバルブ２０ａを介して別の排気ポンプ（例えば、ロータリーポンプ）１８が設けられている。排気ポンプ１８は、ラフバルブ２０ｂを介して直接にチャンバ１１に接続されている。チャンバ１１は、コントロールゲートバルブ（「ＣＶバルブ」と記す）２２を介してメインバルブ１９に接続されている。
【００２７】
ＣＶバルブ２２は、自動圧力制御コントローラ２３からライン２１を介して与えられる信号に応答して動作すると共に、ＣＶバルブ２２の開度（開きの程度）を示す信号を生成する。ＣＶバルブ２２の上流には、排気系の真空度をモニタする第１の真空計（例えば、ダイアフラム真空計）２４及び第２の真空計（例えば、電離真空計）２５が設けられており、より具体的には、真空計２４は、処理する基板の近くに接続されている。真空計２４は真空度を示す信号を生成して、この信号はライン３１を介して自動圧力制御コントローラ２３に提供される。自動圧力制御コントローラ２３は、制御回路（例えばプログラマブルロジックコントローラ：ＰＬＣ）２６にライン３２を介して接続されており、制御回路２６は、高周波電源１５、１６を制御するための信号を生成し、これらの信号は、ライン３３を介して高周波電源１５、１６に提供される。
【００２８】
チャンバ１１には、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２７、２８、２９を介していくつかのプロセスガスＧ（例えば、Ｈ２、ＣＨ４及び／又はＯ２）が供給され、またリークバルブ３０を介してＮ２ガスが供給される。
【００２９】
この例では、自動圧力制御コントローラ２３は、真空度の情報を含む信号Ｓ１をライン３１を介して真空計２４から受け取り、これに応答してＣＶバルブ２２の開度を調整する。ＣＶバルブ２２は、実際の開度の情報を含む信号Ｓ２を制御回路２６が提供する。制御回路２６は、開度情報を含む信号Ｓ２に基づき終点の判定を行う。この信号Ｓ２は、ＣＶバルブ２２から提供され、例えばライン２１、自動圧力制御コントローラ２３及びライン３２を介して制御回路２６に提供される。制御回路２６は信号Ｓ２に基づき終点の判定を行う。この判定が「終点未検出」であるとき、プロセスはそのまま継続される。また、この判定が「終点検出」であるとき、制御回路２６が高周波電源１５、１６に信号Ｓ３を送り、高周波電源１５、１６はプロセス終了のための動作（例えば、パワーオフ）を行う。通常のドライエッチング装置は、ドライエッチング装置１０のようなＣＶバルブ２２および自動圧力制御コントローラ２３等を備えられており、多くの場合、制御回路２６のためのＰＬＣを変更することにより、上記のような制御、つまり開度情報を含む信号に基づき終点の判定を行う制御が可能になる。
【００３０】
具体的には、ＣＶバルブ２２の開度によりＯ２プラズマアッシングの終点判定を行うことができる。制御回路２６がＣＶバルブ２２の開度情報を自動圧力制御コントローラ２３を経由して受け取ると共に終点判定を行なって、この判定に応じて高周波電源１５、１６にプロセス終了の信号を出して、Ｏ２プラズマアッシングが終了する。
【００３１】
図２は、上記のプロセスガスを用いたドライエッチングの後のプラズマアッシングにおける制御の一例を説明する図面である。ドライエッチングでは、ハイドロカーボン（ＣＸＨＹ）といったエッチング残渣が発生する。ハイドロカーボンは、酸素プラズマと反応して反応生成物（ＣＯ、Ｈ２、Ｈ２Ｏ等）に変換されて低減される。この反応に際して、反応生成物（ＣＯ、Ｈ２、Ｈ２Ｏ等）がチャンバに放出されて、放出物によりチャンバ内の圧力が変化する。図２（ｂ）に示されるように、時刻Ｓ０において、チャンバには、例えば酸素が供給されている。図２（ａ）に示されるように、時刻Ｓ１において、高周波電源がコイルにパワーを供給する。酸素プラズマが生成されると共に、ハイドロカーボンと酸素プラズマとの反応により反応生成物が生成される。反応生成物のため、図２（ｃ）に示されるように、チャンバ内の圧力が上昇する。図２（ｄ）に示されるように、この圧力上昇に応じて、ＣＶバルブの開度が調整される。ここでは、圧力の上昇が発生したので、ＣＶバルブはより大きく開かれる。図２（ｃ）に示されるように、時刻Ｓ２では、ハイドロカーボンの大部分は実質的に除去されてきており、反応生成物の量も除々に減少している。これに応答して、図２（ｄ）に示されるように、この圧力減少に応じてＣＶバルブの開度が調整される。ここでは、圧力の減少が発生したので、ＣＶバルブの開度は小さくなる。時刻Ｓ３において、ハイドロカーボンはほぼ完全に除去されており、反応生成物による圧力変化がない。
【００３２】
図３は、基板生産物を作製する方法の一例のための工程フローを示す図面である。工程プローを参照すると、工程Ｓ１０１では、複数のIII−Ｖ化合物半導体膜を支持基体上に成長して、エピタキシャル基板を作製する。この結晶成長は例えば有機金属気相成長法で行われる。エピタキシャル基板は、例えば、半導体ウエハ、ＩｎＰ系半導体光素子のための活性層（例えばＧａＩｎＡｓＰ）、ｎ型半導体層（例えばＳｉ添加ＩｎＰ）およびｐ型半導体層（例えばＺｎ添加ＩｎＰ）を含むことができる。例えば、活性層のためのＧａＩｎＡｓＰ、ｎ型クラッドのためのＳｉ添加ＩｎＰおよびｐ型クラッドのためＺｎ添加ＩｎＰ層が、ＩｎＰウエハといったIII−Ｖ化合物半導体ウエハ上に形成されている。
【００３３】
工程Ｓ１０２では、エピタキシャル基板上に絶縁膜マスクを形成する。例えば、導波路構造を作製するためには、絶縁膜マスクはストライプ形状を成す。絶縁膜マスクは、例えばシリコン酸化膜といった絶縁性シリコン無機化合物からなることができる。
【００３４】
絶縁膜マスクを形成した後に、工程Ｓ１０３では、エピタキシャル基板を処理装置にセットする。処理装置は、例えばドライエッチング装置１０を用いることができる。次いで、工程Ｓ１０４では、絶縁膜マスクを用いてエピタキシャル基板を処理装置において加工する。本実施例では、工程Ｓ１０５において、絶縁膜マスクを用いてエピタキシャル基板のドライエッチングを行って、複数のIII−Ｖ化合物半導体膜を加工する。この結果、光導波路のための半導体メサ構造が作製される。この加工のために、プロセスガス（例えばＨ２、ＣＨ４）を用いる。このドライエッチングでは、不可避的に反応生成物も生成され、これは、エッチングにより生成された半導体表面やチャンバ内壁等に堆積する。この堆積物は、エッチングに好ましくないものである。ドライエッチングの後に、工程Ｓ１０６において、加工されたエピタキシャル基板のプラズマアッシングを絶縁膜マスクを用いて行う。工程Ｓ１０７において、所望の処理が完了するまでドライエッチング及びプラズマアッシングを繰り返して、エピタキシャル基板の全加工を完了する。
【００３５】
工程Ｓ１０６をより詳細に説明する。工程Ｓ１０８では、エッチング残さを除去するためのプラズマアッシングを開始する。プラズマアッシングの開始により、図２に示されるように、チャンバ内の圧力が上昇して、チャンバ内の圧力を調整するためにＣＶバルブの開度が調整される。工程Ｓ１０９では、エッチング装置１０では、ＣＶバルブの開度を示す信号Ａの変化を検知するために、この信号の変化率を求める演算（例えば、微分演算又は差分演算）を行う。微分演算では、ＣＶバルブの開度を示す信号に変化が無ければ、微分値はゼロである。また、工程Ｓ１１０では、具体的には、図４（ａ）に示されるように、エッチング装置１０が、プラズマ処理の終点を検知するために、この微分演算の値の判定を行う。プラズマ処理の終点では、反応物の生成が減少するので、ＣＶバルブの開度を示す信号Ａに変化が生じて、微分値Ｄは大きく変化する。プラズマアッシングが終点ＥＰ１に近づくとチャンバ内の圧力が減少し、終点ＥＰ１に到達した後にはチャンバ内の圧力が変化しなくなるので、微分値Ｄは、上昇してピーク値に到達した後に、減少する。信号Ａの微分値を監視して、ある閾値ＴＨ１と比較する。この閾値ＴＨ１との比較（例えば、信号Ａの値が閾値ＴＨ１より小さいか否かという比較）により終点ＥＰ１を判定するので、終点ＥＰ１の判定は正確になる。例えば、閾値ＴＨ１の値は０．８％／ｓｅｃである。工程Ｓ１１１では、プラズマアッシング終点の判定に応じて、プラズマ処理を停止する。
【００３６】
ハイドロカーボンの酸素プラズマアッシングでは、酸素ラジカルや酸素イオンとの反応によって、ハイドロカーボンは一酸化炭素、水素および水に分解され揮発する。生成される一酸化炭素および水素等の揮発物の量は、被処理物（例えば、ハイドロカーボンやレジスト）の表面積が大きいほど多くなる。このため、完全に除去される間際になると生成量は急激に減少する。この減少に応答して、同じチャンバ圧力を維持するために動作しているＣＶバルブの開度は、上記の生成物の量の減少に伴って小さくなる。アッシングにより揮発物を生成する被処理物が完全に除去された後では、揮発物は生じないのでＣＶバルブ開度は一定になる。ＣＶバルブ開度の時間変化をアッシングの終点検知として利用できる。
【００３７】
上記の工程により、エピタキシャル基板を加工して基板生産物を作製することができる。所望のエッチングが完了した後に、工程Ｓ１１２において、基板生産物を処理装置から取り出す。
【００３８】
微分値及び差分値といった変化率を用いること無く、プラズマアッシング終点の判定を行うこともできる。図４（ｂ）に示されるように、ＣＶバルブの開度を示す信号Ａの値を監視して、ある閾値ＴＨ２と比較する。この閾値ＴＨ２との比較（例えば、信号Ａの値が閾値ＴＨ２より小さいか否かという比較）により終点ＥＰ２を判定するので、終点ＥＰ２の判定は正確になる。
【００３９】
図５は、エッチング及びアッシングの繰り返しを示す図面である。プロセスＰは、本実施の形態に係る方法によるフローを示しており、プロセスＣは、微分値を用いず閾値判定に係る方法によるフローを示す。
【００４０】
プロセスＣについて説明する。時刻ｔ０〜時刻ｔ１の期間ＴＥにおいて第１エッチングを行う。時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間ＴＶ１において、チャンバ内からエッチングガス及び生成物を排気する。時刻ｔ２〜時刻ｔ５の期間ＴＡ２において、第１プラズマアッシングを行う。時刻ｔ５〜時刻ｔ６の期間ＴＶ２において、チャンバ内からアッシングガス及び生成物を排気する。この後に、これらの工程の期間ＴＥ、ＴＶ１、ＴＡ２、ＴＶ２が繰り返されて、所望の基板生産物を作製する処理は時刻ｔＥ２に完了する。
【００４１】
プロセスＰについて説明する。時刻ｔ０〜時刻ｔ１の期間ＴＥにおいて第１エッチングを行う。時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間ＴＶ１において、チャンバ内からエッチングガス及び生成物を排気する。時刻ｔ２〜時刻ｔ３の期間ＴＡ１において、第１プラズマアッシングを行う。このプラズマアッシングは、適切な終点判定のために、オーバーアッシングの期間を短くできるので、期間ＴＡ１は期間ＴＡ２に比べて短い。時刻ｔ３〜時刻ｔ４の期間ＴＶ２において、チャンバ内からアッシングガス及び生成物を排気する。この後に、これらの工程の期間ＴＥ、ＴＶ１、ＴＡ１、ＴＶ２が繰り返されて、所望のプラズマ処理は時刻ｔＥ１に完了する。故に、プロセスＰの処理時間は、プロセスＣの処理時間より短い。
【００４２】
上記の終点検知によってアッシング時間を最小限に最適化可能なので、タクトタイムは図５に示すように大幅に低減する。また、アッシング時間が最小限となることは結晶へのダメージ低減にも寄与する。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態では、ドライエッチング中の反応性生物発生によってチャンバ内の圧力が変化し、この圧力変化をプロセス終端判定方法として用いている。実施例における処理装置及び処理条件では、リミッティングコンダクタンスが毎秒２０リットル程度であり、プロセスガス流量に対する反応生成物気体の発生量が相対的に大きい。このため、ＣＶバルブの開度の変化として現れる圧力の変化を容易に捉えることができる。通常はあまり注目することのない処理中のＣＶバルブの開度変化を利用することによって適切な終点判定の情報を得ることができる。なお、リミッティングコンダクタンスが毎秒４０リットル以下でも、反応の終了により圧力変化が、ＣＶ開度変化として現れることは確認している。本実施の形態は一例であり、本実施の形態では、ＣＶ開度変化に基づき圧力の小さい変化を検出している。リミッティングコンダクタンスが大きくなっても感度の良い圧力変動センサを用いることにより、ＣＶバルブの開度を用いず終点の判定可能であると考えられる。
【００４４】
本発明の実施例として、反応生成物量の変化を自動圧力制御機構のＣＶバルブの開度変化としてモニタすることによってプロセスの終点検知を行うドライエッチング及びプラズマアッシング方法を説明した。これによって、例えば、メタン／水素の混合ガスによるドライエッチング後に行う酸素ガスによるプラズマアッシングの処理時間を必要最小限にすることができ、最小限の損傷のエッチングを安定に、かつ最小限のタクトタイムで行うことが可能となる。また、レジストのプラズマアッシングや半導体のドライエッチング等の反応性生物がガスとして揮発するプラズマプロセスにおいても本実施の形態に係る方法を適用できる。
【００４５】
チャンバ内の圧力を一定に制御するためにドライエッチング装置には必ず備えられている自動圧力制御機構を終点検知センサとして用いれば、付加的な装置は必要無く、他のアッシング終点検知方法と異なり、生産コストへの影響は小さい。また、既存の処理設備に後から本件を適用する場合においても、シーケンサ等の制御プログラムの変更等により対応可能であるので、設置面積の制約を受けず、また最適エッチング条件やウエハ面内分布が変化してしまうことも無い。
【００４６】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理を行う方法及び基板生産物を作製する方法に用いるプラズマ処理装置を概略的に示す模式図である。
【図２】図２は、プラズマアッシングにおける制御例を説明する図面である。
【図３】図３は、基板生産物を作製する方法の一例のための工程フローを示す図面である。
【図４】図４は、ＣＶバルブの開度を利用して終点を判定する方法を例を示す図面である。
【図５】図５は、エッチング及びアッシングの繰り返しを示す図面である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…ドライエッチング装置、１１…チャンバ、Ｗ…基板、１２…プラズマ、１３…ステージ電極、１４…誘導結合コイル、１５、１６…高周波電源、１７、１８…排気ポンプ、１９…メインバルブ、２０ａ…フォアバルブ、２０ｂ…ラフバルブ、２２…コントロールゲートバルブ（ＣＶバルブ）、２３…自動圧力制御コントローラ、２４、２５…真空計、２６…制御回路、２７、２８、２９…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、３０…リークバルブ、２１、３１、３２、３３…ライン、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…時刻、Ｄ…微分値、ＥＰ１、ＥＰ２…終点、Ａ…ＣＶバルブの開度を示す信号、ＴＨ…閾値、ＴＥ…エッチングの期間、ＴＶ１、ＴＶ２…排気の期間、ＴＡ２…プラズマアッシングの期間、ＴＡ１…プラズマアッシングの期間、ｔＥ１…所望の基板生産物を作製する処理時刻、ｔＥ２…所望の基板生産物を作製する処理は時刻
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置のためのプラズマ処理を行う方法であって、
チャンバ内の圧力のモニタによりコントロールゲートバルブの動作を制御して前記チャンバ内の圧力を調整可能であると共に前記チャンバに前記半導体装置のための基板を内包する処理装置に、プロセスガスを供給して、前記基板の被処理物へのプラズマ処理を開始する工程と、
前記コントロールゲートバルブの動作の変化に基づいて、前記プラズマ処理の終点判定を行う工程と
を備え、
前記基板は、前記半導体装置のための半導体層を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記コントロールゲートバルブの動作の変化を検知するために、前記コントロールゲートバルブの開度の時間変化おける微分演算又は差分演算を行う工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記終点判定が終点の検出であることに応答して、前記プラズマ処理を停止する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記コントロールゲートバルブのリミッティングコンダクタンスが、毎秒４０リットル以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項５】
前記被処理物は、炭化水素化合物からなり、
前記プラズマ処理は、酸素を含むガスによるプラズマアッシングである、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】
前記プラズマ処理に先立って、前記基板にドライエッチングを行う工程を更に備え、
前記被処理物は前記ドライエッチングによるハイドロカーボンを含み、
前記プラズマ処理は、酸素を含むガスによるプラズマアッシングである、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】
前記基板はＩｎＰ系半導体層を含み、
前記ドライエッチングは、炭化水素ガス及び水素を含むガスを用いて前記ＩｎＰ系半導体層に対して行われる、ことを特徴とする請求項６に記載された方法。
【請求項８】
基板を加工して半導体装置のための基板生産物を作製する方法であって、
チャンバ内の圧力のモニタによりコントロールゲートバルブの動作を制御して前記チャンバ内の圧力を調整する処理装置の前記チャンバ内に、支持基体と該支持基体上に設けられた被加工層及びマスク層とを有する基板を設置する第１の工程と、
前記ドライエッチング処理の後に、エッチングのためのガスを前記処理装置に供給して、前記ガスのプラズマによるドライエッチング処理を前記マスク層を用いて前記被加工層に行う第２の工程と、
プラズマアッシングのためのプロセスガスを前記チャンバに供給して、前記基板へのプラズマ処理を開始する第３の工程と、
前記コントロールゲートバルブの動作の変化に基づいて、前記プラズマ処理の終点検知を行う第４の工程と、
前記終点検知に応答して、前記プラズマ処理を停止する第５の工程と、
前記ドライエッチング処理による加工により作製された基板生産物を前記処理装置から取り出す第６の工程と
を備え、
前記基板の前記被加工層は前記半導体装置のための半導体層を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記第６の工程の工程に先立って、前記第２の工程から前記第５の工程を繰り返す工程を更に備える、ことを特徴とする請求項８に記載された方法。
【請求項１０】
前記マスク層はシリコン系無機化合物絶縁物からなり、
前記半導体層はＩｎＰ系半導体からなる、ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載された方法。
【請求項１】
半導体装置のためのプラズマ処理を行う方法であって、
チャンバ内の圧力のモニタによりコントロールゲートバルブの動作を制御して前記チャンバ内の圧力を調整可能であると共に前記チャンバに前記半導体装置のための基板を内包する処理装置に、プロセスガスを供給して、前記基板の被処理物へのプラズマ処理を開始する工程と、
前記コントロールゲートバルブの動作の変化に基づいて、前記プラズマ処理の終点判定を行う工程と
を備え、
前記基板は、前記半導体装置のための半導体層を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記コントロールゲートバルブの動作の変化を検知するために、前記コントロールゲートバルブの開度の時間変化おける微分演算又は差分演算を行う工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記終点判定が終点の検出であることに応答して、前記プラズマ処理を停止する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記コントロールゲートバルブのリミッティングコンダクタンスが、毎秒４０リットル以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項５】
前記被処理物は、炭化水素化合物からなり、
前記プラズマ処理は、酸素を含むガスによるプラズマアッシングである、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】
前記プラズマ処理に先立って、前記基板にドライエッチングを行う工程を更に備え、
前記被処理物は前記ドライエッチングによるハイドロカーボンを含み、
前記プラズマ処理は、酸素を含むガスによるプラズマアッシングである、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】
前記基板はＩｎＰ系半導体層を含み、
前記ドライエッチングは、炭化水素ガス及び水素を含むガスを用いて前記ＩｎＰ系半導体層に対して行われる、ことを特徴とする請求項６に記載された方法。
【請求項８】
基板を加工して半導体装置のための基板生産物を作製する方法であって、
チャンバ内の圧力のモニタによりコントロールゲートバルブの動作を制御して前記チャンバ内の圧力を調整する処理装置の前記チャンバ内に、支持基体と該支持基体上に設けられた被加工層及びマスク層とを有する基板を設置する第１の工程と、
前記ドライエッチング処理の後に、エッチングのためのガスを前記処理装置に供給して、前記ガスのプラズマによるドライエッチング処理を前記マスク層を用いて前記被加工層に行う第２の工程と、
プラズマアッシングのためのプロセスガスを前記チャンバに供給して、前記基板へのプラズマ処理を開始する第３の工程と、
前記コントロールゲートバルブの動作の変化に基づいて、前記プラズマ処理の終点検知を行う第４の工程と、
前記終点検知に応答して、前記プラズマ処理を停止する第５の工程と、
前記ドライエッチング処理による加工により作製された基板生産物を前記処理装置から取り出す第６の工程と
を備え、
前記基板の前記被加工層は前記半導体装置のための半導体層を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記第６の工程の工程に先立って、前記第２の工程から前記第５の工程を繰り返す工程を更に備える、ことを特徴とする請求項８に記載された方法。
【請求項１０】
前記マスク層はシリコン系無機化合物絶縁物からなり、
前記半導体層はＩｎＰ系半導体からなる、ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載された方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−４０７１６（Ｐ２０１０−４０７１６Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０１０２３（Ｐ２００８−２０１０２３）
【出願日】平成２０年８月４日（２００８．８．４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月４日（２００８．８．４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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