JP4410117B2

JP4410117B2 - ガス設定方法，ガス設定装置，エッチング装置及び基板処理システム

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Publication number: JP4410117B2
Application number: JP2005010438A
Authority: JP
Inventors: 宏政持木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2025-01-18
Also published as: JP2006202833A

Description

本発明は，処理室に供給されるエッチングガスのガス設定方法，ガス設定装置，エッチング装置及び基板処理システムに関する。

例えば半導体装置や液晶表示装置等の電子デバイスの製造プロセスにおいては，例えば基板上に所定の回路パターンを形成するために，基板上の膜を所定の形状に蝕刻するエッチング処理が行われている。

上述のエッチング処理には，プラズマエッチング装置が広く用いられている。プラズマエッチング装置は，例えば処理室内に，基板を載置する下部電極と，当該下部電極上の基板に対して所定のガスを噴出する上部電極となるシャワーヘッドを有している。エッチング処理は，例えばシャワーヘッドから処理室内に所定の混合ガスを噴出した状態で，上下の両電極間に高周波を印加し，処理室内にプラズマを生成することによって，基板上の膜をエッチングしている。

しかしながら，上述したようにシャワーヘッドから処理室内に混合ガスを供給して，処理室内の基板をエッチング処理する場合，エッチング速度，エッチング選択比及びエッチング形状のエッチング特性が基板の中央部と外周部においてばらつくという問題があった。これは，処理室内の混合ガスのガス濃度，ガス成分が基板の中央部付近と外周部付近との間で不均一になるためであると考えられる。そこで，例えばシャワーヘッドとなる上部電極の内部を複数のガス室に仕切り，各ガス室毎にガス導入管を独立に接続し，基板の中央部と外周部にそれぞれ任意の混合比及び流量の混合ガスを供給することが提案されている（例えば，特許文献１参照。）。これにより，処理室内において基板の中央部側に供給される混合ガスと基板の外周部側に供給される混合ガスの混合比や流量を各々調整して，例えばエッチング速度の基板面内の均一性を向上することができる。

ところで，上述の基板の中央部側と外周部側に供給される各混合ガスの混合比と流量を設定する場合，エッチング速度，エッチング選択比及びエッチング形状の総てのエッチング特性を加味した上で，各エッチング特性が基板面内で均一になるように各混合ガスの設定を行うことが望まれる。しかしながら，それらの各エッチング特性と，基板の中央部と外周部に供給される各混合ガスの混合比や流量との関係が不明であったため，各混合ガスの設定を適正に行うことが難しかった。また，適正な各混合ガスの設定を見つけ出し，各混合ガスを設定するのに長時間を要していた。

特開平８-１５８０７２号公報

本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，処理室内の基板の中央部と外周部に供給される各混合ガスの設定を簡単かつ適正に短時間で行うことができるガス設定方法，ガス設定装置，エッチング装置及び基板処理システムを提供することをその目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，基板をプラズマエッチングする処理室内に供給される混合ガスの混合比と流量を設定するガス設定方法であって，基板の中央部に対して供給される第１の混合ガスの混合比と流量を設定する第１の工程と，その後，第１の混合ガスの設定を固定した状態で，基板の外周部に対して供給される第２の混合ガスの混合比を変更してエッチングを行い，そのエッチング結果から，エッチング選択比とエッチング形状の少なくとも一方が基板の中央部と外周部との間で均一になるように第２の混合ガスの混合比を設定する第２の工程と，その後，第１の混合ガスの設定と第２の混合ガスの混合比の設定を固定した状態で，第２の混合ガスの流量を変更してエッチングを行い，そのエッチング結果から，エッチング速度が基板の中央部と外周部との間で均一になるように第２の混合ガスの流量を設定する第３の工程と，を有することを特徴とする。

基板の中央部に供給される第１の混合ガスの混合比と流量の設定を固定した状態で，基板の外周部に供給される第２の混合ガスの混合比と流量を変更することによって，基板の外周部のエッチング特性を効率的に調整できることが発明者によって確認された。これは，基板の中心部に供給される第１の混合ガスは，基板の中心部側から外周部側に流れ，基板の中心部と外周部の両方のエッチング特性に同程度の影響を与えるが，基板の外周部に供給される第２の混合ガスは，基板の外周部から外方に流れ，基板の外周部のエッチング特性にのみ大きな影響を与えるからであると推測できる。また，発明者によって，第２の混合ガスの混合比が，基板の外周部のエッチング選択比，エッチング形状及びエッチング速度に影響を与えることが確認された。また，第２の混合ガスの流量が，基板の外周部のエッチング速度にのみ影響を与えることが確認された。したがって，本発明のように，第２の工程において，第２の混合ガスの混合比を変更して複数回エッチングを行い，そのエッチング結果からエッチング選択比とエッチング形状が基板の中心部と外周部で均一になる第２の混合ガスの混合比を設定できる。その後，第２の混合ガスの流量を変更して複数回エッチングを行い，そのエッチング結果からエッチング速度が基板の中心部と外周部で均一になる第２の混合ガスの流量を設定できる。こうすることによって，エッチング特性を基板面内で均一化するための混合ガスの設定を簡単かつ適正に短時間で行うことができる。

別の観点による本発明は，基板をプラズマエッチングする処理室内に供給される混合ガスの混合比と流量を設定するガス設定装置であって，基板の中央部に対して供給される第１の混合ガスの混合比及び流量の設定を固定した状態で，基板の外周部に対して供給される第２の混合ガスの混合比を変更してエッチングを行い，そのエッチング結果から，エッチング選択比とエッチング形状の少なくとも一方が基板の中央部と外周部との間で均一になるように第２の混合ガスの混合比を設定し，その後第１の混合ガスの設定と第２の混合ガスの混合比の設定を固定した状態で，第２の混合ガスの流量を変更してエッチングを行い，そのエッチング結果から，エッチング速度が基板の中央部と外周部との間で均一になるように第２の混合ガスの流量を設定する機能を有することを特徴とする。

本発明によれば，上記発明と同様に，エッチング特性を基板面内で均一化するための混合ガスの設定を簡単かつ適正に短時間で行うことができる。

別の観点による本発明は，基板をプラズマエッチングする処理室内に供給される混合ガスの混合比と流量を設定するガス設定装置であって，基板の中央部に対して供給される第１の混合ガスの混合比及び流量を固定し，基板の外周部に対して供給される第２の混合ガスの流量又は混合比の少なくとも一方を変更して行われたエッチング結果に基づいて，第１の混合ガスの設定と第２の混合ガスの設定とそのエッチング結果との相関関係を作成する機能と，既存のガス設定でエッチングを行い，そのエッチング結果と前記相関関係に基づいて，エッチング選択比とエッチング形状との少なくとも一方が基板の中央部と外周部との間で均一になるような，固定された第１の混合ガスの設定に対する第２の混合ガスの混合比を算出し，その後エッチング速度が基板の中央部と外周部との間で均一になるような，固定された第１の混合ガスの設定に対する第２の混合ガスの流量を算出する機能と，を有することを特徴とする。

本発明によれば，基板の中央部と外周部に供給される各混合ガスの設定変更を簡単かつ適正に短時間で行うことができる。

前記ガス設定装置は，既存のガス設定のエッチング結果が許容範囲を超えている場合に，前記第２の混合ガスの混合比及び流量の算出を行う機能を有していてもよい。

前記ガス設定装置は，前記第２の混合ガスの設定を前記算出された混合比と流量に設定する機能を有していてもよい。

別の観点による本発明によれば，請求項２〜５のいずれかに記載のガス設定装置を備えたエッチング装置が提供される。

別の観点による本発明によれば，請求項６に記載のエッチング装置と，エッチング結果を測定する測定装置とを有する基板処理システムが提供される。

本発明によれば，処理室内の基板の中央部と外周部に供給される各混合ガスの設定を簡単かつ適正に短時間で行うことができるので，エッチング処理の処理効率と，基板面内のエッチング特性の均一性を向上できる。

以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，本実施の形態にかかるエッチング装置が搭載された基板処理システム１の構成の概略を示す平面図である。

基板処理システム１は，例えば基板Ｗが収納された複数のカセットＣを載置するカセット載置部２と，基板Ｗの位置あわせを行うアライメント部３と，基板Ｗをエッチング処理するエッチング装置４と，基板Ｗのエッチング結果を測定する測定部５と，これらのカセット載置部２，アライメント部３，エッチング装置４及び測定部５との間の基板Ｗの搬送を行うための搬送部６とを一体に接続した構成を有している。

搬送部６は，例えばカセット載置部２，測定部５及びアライメント部３が接続された搬送室１０と，当該搬送室１０とエッチング装置４とを連結するロードロック室１１とを備えている。カセット載置部２は，例えば搬送室１０のＸ方向負方向（図１中の下方向）側に設けられている。アライメント部３と測定部５は，例えば搬送室１０を挟むように，搬送室１０のＹ方向（図１中の左右方向）の両側に設けられている。ロードロック室１１は，例えばカセット載置部２に対向するように，搬送室１０のＸ方向正方向（図１中の上方向）側に設けられている。

搬送室１０内には，例えば基板Ｗを搬送アームに保持して搬送する搬送機構２０が設けられている。搬送機構２０は，例えばカセット載置部２，アライメント部３，測定部５及びロードロック室１１に対して基板Ｗを搬送できる。ロードロック室１１内には，例えば基板Ｗを搬送アームに保持して搬送する搬送機構２１が設けられている。搬送機構２１は，例えばエッチング装置４及び搬送室１０に対して基板Ｗを搬送できる。

測定部５には，例えば測定装置としての膜厚測定装置２５と表面形状測定装置２６が設けられている。膜厚測定装置２５は，例えばエッチング処理後に残った基板Ｗ上のエッチングマスク，被エッチング膜及び下地膜の膜厚を測定することによって，エッチング処理時のエッチング速度とエッチング選択比を測定できる。また，表面形状測定装置２６は，例えばスキャテロメトリ技術を用いて基板Ｗ上にレーザ光を照射しその反射光を受光することによって，エッチング処理後の基板Ｗ表面のパターン形状（エッチング形状）を測定することができる。このように測定部５では，膜厚測定装置２５と表面形状測定装置２６により，基板Ｗのエッチング結果，つまりエッチング速度，エッチング選択比及びエッチング形状を測定できる。

次に，エッチング装置４の構成について説明する。図２は，エッチング装置４の構成の概略を示す縦断面の説明図である。

エッチング装置４は，平行平板型電極構造の容量結合型のプラズマエッチング装置である。エッチング装置４は，内部に処理室Ｓを形成する例えば略円筒形状の処理容器３０を有している。処理容器３０は，例えばアルミニウム合金により形成され，内壁面がアルミナ膜又はイットリウム酸化膜により被覆されている。処理容器３０は，接地されている。

処理容器３０内の中央の底部には，絶縁板３１を介在して円柱状のサセプタ支持台３２が設けられている。サセプタ支持台３２上には，基板Ｗを載置する載置部としてのサセプタ３３が支持されている。サセプタ３３は，平行平板型電極構造の下部電極を構成している。サセプタ３３は，例えばアルミニウム合金により形成されている。

サセプタ３３の上部には，基板Ｗを保持する静電チャック３４が設けられている。静電チャック３４は，内部に電極３５を有している。電極３５には，直流電源３６が電気的に接続されている。直流電源３６から電極３５に直流電圧を印加することによって，クーロン力を発生させ，サセプタ３３の上面に基板Ｗを吸着できる。

静電チャック３４の周囲のサセプタ３３の上面には，フォーカスリング３７が設けられている。サセプタ３３及びサセプタ支持台３２の外周面には，例えば石英からなる円筒状の内壁部材３８が貼り付けられている。

サセプタ支持台３２の内部には，リング状の冷媒室３９が形成されている。冷媒室３９は，配管４０ａ，４０ｂを通じて，処理容器３０の外部に設置されたチラーユニット（図示せず）に連通している。冷媒室３９には，配管４０ａ，４０ｂを通じて冷媒又は冷却水が循環供給され，この循環供給によりサセプタ３３上の基板Ｗの温度を制御できる。静電チャック３４の上面には，サセプタ３３及びサセプタ支持台３２内を通るガス供給ライン４１が通じており，基板Ｗと静電チャック３４との間にＨｅガスなどの伝熱ガスを供給できる。

サセプタ３３の上方には，サセプタ３３と平行に対向する上部電極５０が設けられている。サセプタ３３と上部電極５０との間には，プラズマ生成空間が形成される。

上部電極５０は，リング状の外側上部電極５１と，その内側の円板形状の内側上部電極５２を備えている。外側上部電極５１と内側上部電極５２との間には，リング状の誘電体５３が介在されている。外側上部電極５１と処理容器３０の内周壁との間には，例えばアルミナからなるリング状の絶縁性遮蔽部材５４が気密に介在されている。

外側上部電極５１には，整合器６０，上部給電棒６１，コネクタ６２及び給電筒６３を介して第１の高周波電源６４が電気的に接続されている。第１の高周波電源６４は，４０ＭＨｚ以上，例えば６０ＭＨｚの周波数の高周波電圧を出力できる。

給電筒６３は，例えば下面が開口した略円筒状に形成され，下端部が外側上部電極５１に接続されている。給電筒６３の上面の中央部には，コネクタ６２によって上部給電棒６１の下端部が電気的に接続されている。上部給電棒６１の上端部は，整合器６０の出力側に接続されている。整合器６０は，第１の高周波電源６４に接続されており，第１の高周波電源６４の内部インピーダンスと負荷インピーダンスを整合させることができる。給電筒６３の外方は，処理容器３０と同じ径の側壁を有する円筒状の接地導体３０ａにより覆われている。接地導体３０ａの下端部は，処理容器３０の側壁の上部に接続されている。接地導体３０ａの上面の中央部には，上述の上部給電棒６１が貫通しており，接地導体３０ａと上部給電棒６１の接触部には，絶縁部材６５が介在されている。

内側上部電極５２は，サセプタ３３に載置された基板Ｗ上に所定の混合ガスを噴出するシャワーヘッドを構成している。内側上部電極５２は，多数のガス噴出孔７０ａを有する円形状の電極板７０と，電極板７０の上面側を着脱自在に支持する電極支持体７２を備えている。電極支持体７２は，電極板７０と同じ径の円盤形状に形成され，内部に円形状のバッファ室７３が形成されている。バッファ室７３内には，例えば図３に示すようにＯリングからなる環状隔壁部材７４が設けられ，バッファ室７３を中心部側の第１のバッファ室７３ａと外周部側の第２のバッファ室７３ｂに分割している。第１のバッファ室７３ａは，サセプタ３３上の基板Ｗの中央部に対向し，第２のバッファ室７３ｂは，サセプタ３３上の基板Ｗの外周部に対向している。各バッファ室７３ａ，７３ｂの下面には，ガス噴出孔７０ａが連通しており，第１のバッファ室７３ａからは，基板Ｗの中央部に，第２のバッファ室７３ｂからは，基板Ｗの外周部に向けて所定の混合ガスを噴出できる。なお，各バッファ室７３に所定の混合ガスを供給するガスの供給系については後述する。

電極支持体７２の上面には，図２に示すように上部給電棒６１に接続された下部給電筒８０が電気的に接続されている。下部給電筒８０には，可変コンデンサ８１が設けられている。可変コンデンサ８１は，第１の高周波電源６４による高周波電圧により外側上部電極５１の直下に形成される電界強度と，内側上部電極５２の直下に形成される電界強度との相対的な比率を調整できる。

処理容器３０の底部には，排気口９０が形成されている。排気口９０は，排気管９１を通じて，真空ポンプなどを備えた排気装置９２に接続されている。排気装置９２により，処理容器３０内の所望の真空度に減圧できる。

サセプタ３３には，整合器１００を介して第２の高周波電源１０１が電気的に接続されている。第２の高周波電源１０１は，例えば２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲，例えば２０ＭＨｚの周波数の高周波電圧を出力できる。

内側上部電極５２には，第１の高周波電源６４からの高周波を遮断し，第２の高周波電源１０１からの高周波をグランドに通すためのローパスフィルタ１０２が電気的に接続されている。サセプタ３３には，第１の高周波電源６４からの高周波をグランドに通すためのハイパスフィルタ１０３が電気的に接続されている。

エッチング装置４には，直流電源３６，第１の高周波電源６４及び第２の高周波電源１０１などのエッチング処理を実行するための各種諸元の動作を制御する装置制御部１１０が設けられている。

次に，内側上部電極５２に対する混合ガスの供給系について説明する。例えば図４に示すように内側上部電極５２は，処理容器１０の外側に設定された２つのガスボックス１２０，１２１に接続されている。例えば内側上部電極５２の中央部側の第１のバッファ室７３ａは，第１のガス供給管１２２によって，第１のガスボックス１２０に接続されている。第１のガスボックス１２０には，例えば３つのガス供給源１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃが収容されている。第１のガス供給管１２２は，第１のバッファ室７３ａから第１のガスボックス１２０に向かって延伸し，途中で分岐して第１のガスボックス１２０の各ガス供給源１２３ａ〜１２３ｃに連通している。第１のガス供給管１２２の各分岐管には，それぞれマスフローコントローラ１２４が設けられている。このマスフローコントローラ１２４により，各ガス供給源１２３ａ〜１２３ｃのガスを所定の混合比で混合して第１のバッファ室７３ａに供給できる。第１のガス供給管１２２には，流量調節弁１２５が設けられており，第１のバッファ室７３ａには，所定の流量の混合ガスを供給できる。

本実施の形態においては，例えばガス供給源１２３ａには，例えばフロロカーボン系のフッ素化合物，例えばＣＦ_４，Ｃ_４Ｆ_６，Ｃ_４Ｆ_８，Ｃ_５Ｆ_８などのＣ_ＸＦ_Ｙガスが封入され，ガス供給源１２３ｂには，例えばＣＦ系の反応生成物のデポをコントロールするガスとしての例えばＯ_２ガスが封入されている。ガス供給源１２３ｃには，例えばキャリアガスとしての希ガス，例えばＡｒガスが封入されている。

同様に内側上部電極５２の外周部側の第２のバッファ室７３ｂは，第２のガス供給管１３０によって，第２のガスボックス１２１に接続されている。第２のガスボックス１２１には，例えば３つのガス供給源１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃが収容されている。第２のガス供給管１２２は，第２のバッファ室７３ｂから第２のガスボックス１２１に向かって延伸し，途中で分岐して第２のガスボックス１２１の各ガス供給源１３１ａ〜１３１ｃに連通している。第２のガス供給管１３０の各分岐管には，それぞれマスフローコントローラ１３２が設けられている。このマスフローコントローラ１３２により，各ガス供給源１３１ａ〜１３１ｃのガスを所定の混合比で混合して第２のバッファ室７３ｂに供給できる。第２のガス供給管１３０には，流量調節弁１３３が設けられており，第２のバッファ室７３ｂには，所定の流量の混合ガスを供給できる。

本実施の形態においては，例えば第１のガスボックス１２０のガス供給源１２３ａ〜１２３ｃと同様に，ガス供給源１３１ａには，例えばメインエッチングガスとしてのＣ_ＸＦ_Ｙガスが封入され，ガス供給源１３１ｂには，例えばＣＦ系の反応生成物のデポの除去ガスとしてのＯ_２ガスが封入されている。ガス供給源１３１ｃには，例えば希釈ガスとしてのＡｒガスが封入されている。

第１のガス供給管１２２側のマスフローコントローラ１２４，流量調節弁１２５と，第２のガス供給管１３０側のマスフローコントローラ１３２，流量調節弁１３３の動作は，例えばエッチング装置４の装置制御部１１０により制御されている。装置制御部１１０には，第１のバッファ室７３ａに供給される混合ガスの混合比及び流量と，第２のバッファ室７３ｂに供給される混合ガスの混合比及び流量が設定されており，装置制御部１１０は，当該混合ガスの各種設定に従って各マスフローコントローラ１２４，１３２や流量調節弁１２５，１３３の動作を制御できる。

エッチング装置４には，第１のバッファ室７４ａ，第２のバッファ室７４ｂに供給される各混合ガスの設定を行うためのガス設定装置１４０が設けられている。ガス設定装置１４０は，例えば汎用コンピュータにより構成されている。ガス設定装置１４０は，例えば装置制御部１１０に対して通信可能であり，装置制御部１１０に対して設定情報を出力し，装置制御部１１０の混合ガスに関する各種設定を行うことができる。また，ガス設定装置１４０は，図１に示すように基板処理システム１の測定部５の膜厚測定装置２５と表面形状測定装置２６や，基板処理システム１の図示しないメインコントローラに対しても通信可能である。

以上のように構成されたエッチング装置４におけるエッチング処理は，例えば先ずサセプタ３３上に基板Ｗが載置される。次に排気管９０からの排気により，処理室Ｓが所定の圧力に調整される。内側上部電極５２からは，例えばＣ_ＸＦ_Ｙガス，Ｏ_２ガス及びＡｒガスからなるエッチングガスとしての混合ガスが処理室Ｓ内に供給される。このとき，基板Ｗの中心部側に対しては，第１のバッファ室７３ａから混合ガス（以下，「第１の混合ガス」とする。）が供給され，基板Ｗの外周部側に対しては，第２のバッファ室７３ｂから混合ガス（以下，「第２の混合ガス」とする。）が供給される。高周波電源１０１により，サセプタ３３に高周波が印加され，処理室Ｓ内のガスがプラズマ化される。このプラズマの作用により，基板Ｗ上の膜が所定の形状にエッチングされる。

次に，上記エッチング装置４における混合ガスの設定プロセスについて説明する。図５は，かかる設定プロセスのフローである。

先ず，第１のバッファ室７３ａに供給される第１の混合ガスの混合比と流量が設定される（図５の工程Ｈ１）。この第１の混合ガスの設定は，例えば予め定められているエッチング処理のプロセス条件に応じて行われる。これにより，基板Ｗの中央部に供給されるガスが設定される。以降，この第１の混合ガスの設定は，固定され変更されない。次に，第１の混合ガスの設定を固定し，第２のバッファ室７３ｂに供給される第２の混合ガスの混合比を毎回変えながら複数回エッチング処理が行われる（図５の工程Ｈ２）。この混合比の変更は，ガス供給系の各マスフローコントローラ１３２の設定流量を制御し，各ガス供給源１３１ａ〜１３１ｃからのＣ_ＸＦ_Ｙガス，Ｏ_２ガス及びＡｒガスの流量比を変えることにより行われる。このときの混合比の変更は，一つのガス供給源から供給されるガスの流量のみを変え，他のガス供給源からのガスの流量を固定した条件で行う処理を，総てのガスについて順次行うようにしてもよい。この場合，各々ガスのエッチング処理に対する影響が確認しやすい。また，実験計画法などにより各ガスの流量を適当に設定して混合比を変更してもよい。この場合，少ない処理回数で各ガスの影響を把握することができる。

エッチング処理が終了した各基板Ｗは，測定装置５に搬送され，例えば膜厚測定装置２５により，例えばエッチングマスクと被エッチング膜とのエッチング選択比が測定される。また，表面形状測定装置２６により，エッチング形状が測定される。エッチング形状の測定として，例えばエッチング処理によって形成される被エッチング膜の溝の上端部の線幅寸法（トップＣＤ）が測定される。

その後，複数回のエッチング結果から，例えばエッチング選択比とエッチング形状が基板Ｗの中央部と外周部との間において最も均一になる混合比が特定され，第２の混合ガスの混合比として設定される（図５の工程Ｈ３）。

次に，第２の混合ガスの混合比の設定を固定した状態で，第２の混合ガスの流量を毎回変えながら複数回のエッチング処理が行われる（図５中の工程Ｈ４）。この流量の変更は，ガス供給系の流量調節弁１３３の設定流量を制御することにより行われる。エッチング処理が終了した各基板Ｗは，測定部５の膜厚測定装置２５に搬送され，エッチング速度が測定される。これらのエッチング結果から，エッチング速度が基板Ｗの中央部と外周部との間において最も均一になる流量が特定され，第２の混合ガスの流量として設定される（図５中の工程Ｈ５）。こうして，エッチング装置４において第１のバッファ室７３ａに供給される第１の混合ガスの混合比及び流量の設定と，第２のバッファ室７３ｂに供給される第２の混合ガスの混合比及び流量の設定が行われる。

以下，上記設定プロセスによる効果について検証する。図６は，基板Ｗの外周部に供給される第２の混合ガスの混合比を変動した場合の基板Ｗの外周部と中央部のエッチング選択比の実験データを示すグラフである。図７は，基板Ｗの外周部に供給される第２の混合ガスの混合比を変動した場合の基板Ｗの外周部と中央部のトップＣＤの実験データを示すグラフである。図６と図７の実験は，混合ガス：Ｃ_５Ｆ_８/Ａｒ/Ｏ_２，処理圧力：１．９９Ｐａ（１５ｍＴ），高周波パワー：１８００Ｗ，第１の混合ガスの流量：Ｃ_５Ｆ_８/Ａｒ/Ｏ_２＝８/１９０/１０ｃｍ^３/ｍｉｎ，第２の混合ガスの流量：Ｃ_５Ｆ_８/Ａｒ/Ｏ_２＝４，８，１２/１９０/１０ｃｍ^３/ｍｉｎ，基板温度：５０℃の条件の下で行われたものである。

図８は，基板Ｗの外周部に供給される第２の混合ガスの流量を変動した場合の基板Ｗの外周部と中央部のエッチング速度の実験データを示すグラフである。図８の実験は，上記実験条件の下，第１の混合ガスの流量に対する第２の混合ガスの流量を１：０．５，１：１，１：１．５に変更して行われたものである。

図６より，第２の混合ガスの混合比を変えることによって，基板Ｗの外周部におけるエッチング選択比が基板Ｗの中央部に比べて大きく変動していることが確認できる。図７より，第２の混合ガスの混合比を変えることによって，基板Ｗの外周部におけるトップＣＤが基板Ｗの中央部に比べて大きく変動していることが確認できる。図８より，第２の混合ガスの流量を変えることによって，基板Ｗの外周部におけるエッチング速度が基板Ｗの中央部に比べて大きく変動していることが確認できる。これらの結果から，基板Ｗの外周部に供給される第２の混合ガスの混合比又は流量を変えることによって，基板Ｗの外周部におけるエッチング特性を効率的に調整できることが確認できる。また，第２の混合ガスの混合比を変えることによって，基板Ｗの外周部のエッチング選択比とトップＣＤを基板Ｗの中央部に対して相対的に調整できることが確認できる。したがって，第２の混合ガスの混合比を調整することによって，エッチング選択比とトップＣＤを基板面内において均一に揃えることができる。

図８は，基板Ｗの外周部に供給される第２の混合ガスの流量を変動した場合の基板Ｗの外周部と中央部のエッチング選択比の実験データも示している。図９は，基板Ｗの外周部に供給される第２の混合ガスの流量を変動した場合の基板Ｗの外周部と中央部のトップＣＤの実験データを示すグラフである。図８及び図９より，基板Ｗの外周部に供給される第２の混合ガスの流量を変動しても，基板Ｗの外周部におけるエッチング選択比とトップＣＤはほとんど変動しないことが確認できる。この結果，第２の混合ガスの流量を変動することによって，基板Ｗの外周部におけるエッチング速度のみを調整できる。したがって，第２の混合ガスの流量を調整して，基板Ｗの外周部と中心部との間のエッチング速度を均一にすることができる。

上記実施の形態に記載した設定プロセスによれば，基板Ｗの中央部に供給される第１の混合ガスの混合比と流量の設定を固定した状態で，基板Ｗの外周部に供給される第２の混合ガスの混合比や流量を調整したので，基板Ｗの外周部のエッチング特性を効率的に調整することができる。これにより，基板面内のエッチング特性の均一性を適正かつ短時間で調整できる。また，初めにエッチング選択比とエッチング形状に大きな影響を与える第２の混合ガスの混合比を調整し，次にエッチング速度のみに影響を与える第２の混合ガスの流量を調整したので，基板面内のエッチング特性をさらに効率的に調整して均一化できる。

以上の実施の形態で記載した混合ガスの設定プロセスは，例えばガス設定装置１４０が自動で行ってもよい。かかる場合，ガス設定装置１４０は，例えば図１０に示すように所定のプログラムを格納するメモリなどのプログラム格納部１５０，所定のデータを格納するメモリなどのデータ格納部１５１，各プログラムを実行するＣＰＵなどの演算部１５２及び通信部１５３などを備えている。

プログラム格納部１５０には，例えばエッチング装置４において第１の混合ガスの混合比と流量の設定を固定した状態で，第２の混合ガスの混合比を変更しながら複数枚の基板Ｗをエッチング処理させ，その各基板Ｗのエッチング選択比とエッチング形状を測定部５において測定させるプログラムＰ１と，プログラムＰ１による測定結果から，基板Ｗの外周部と中央部との間でエッチング選択比とエッチング形状が均一になるように第２の混合ガスの混合比を特定し設定するプログラムＰ２と，第２の混合ガスの混合比を固定し，第２の混合ガスの流量を変更しながら複数枚の基板Ｗをエッチング処理させ，その各基板Ｗのエッチング速度を測定部５において測定させるプログラムＰ３と，プログラムＰ３による測定結果から，基板Ｗの外周部と中央部との間でエッチング速度が均一になるように第２のガスの流量を特定し設定するプログラムＰ４などが格納されている。

データ格納部１５１は，測定部５からの測定データを記憶できる。通信部１５３は，測定部５や装置制御部１１０との間で通信できる。

そして，混合ガスの設定の際には，先ずプログラムＰ１が実行され，エッチング装置４において第１の混合ガスの混合比と流量の設定を固定した状態で，第２の混合ガスの混合比を毎回変更して複数の基板Ｗのエッチング処理が行われ，測定部５において各基板Ｗのエッチング選択比とエッチング形状が測定される。それらの測定結果は，通信部１５３により測定部５からガス設定装置１４０に入力され，例えばデータ格納部１５１に格納される。続いて，プログラムＰ２が実行され，前記測定結果から，基板Ｗの外周部と中央部との間でエッチング選択比とエッチング形状が最も均一になる混合比が特定され設定される。

次に，プログラムＰ３により，第２の混合ガスの混合比を固定し，第２の混合ガスの流量を毎回変更して複数の基板Ｗのエッチング処理が行われ，測定部５において各基板Ｗのエッチング速度が測定される。それらの測定結果は，例えばデータ格納部１５１に格納される。プログラムＰ４が実行され，前記測定結果から，基板Ｗの外周部と中央部との間でエッチング速度が最も均一になる流量が特定され設定される。この例によれば，混合ガスの設定プロセスを短時間で行うことができる。また，プログラムにより自動で行われるので，人による作業のように熟練度に左右されず，ガス設定の質が一定に保たれる。

以上の実施の形態に記載したガス設定装置１４０において，第１の混合ガスの設定と第２の混合ガスの設定とそのエッチング結果との相関関係を予め作成しておき，ガス設定時には，その相関関係に基づいて最適な設定値を導出してもよい。かかる場合，ガス設定装置１４０は，例えば図１１に示すようにプログラム格納部１６０，データ格納部１６１，演算部１６２及び通信部１６３などを備えている。

例えばプログラム格納部１６０には，第１の混合ガスの混合比と流量を固定した状態で，第２の混合ガスの流量又は混合比を変更して行われた複数回のエッチング処理結果に基づいて，第１の混合ガスの設定と第２の混合ガスの設定とそのエッチング結果との相関関係としての例えば関係式を作成するプログラムＱ１と，エッチング装置４において第１の混合ガスと第２の混合ガスの既存の設定で基板Ｗをエッチング処理し，その基板Ｗのエッチング選択比，エッチング形状及びエッチング速度を測定部５において測定するプログラムＱ２と，そのプログラムＱ２による測定結果に基づいて基板Ｗの外周部と中央部との間のエッチング特性の均一性の適否を判定するプログラムＱ３と，その判定が否定的な場合に，プログラムＱ２による測定結果とプログラムＱ１による相関式から，エッチング選択比とエッチング形状が基板Ｗの中央部と外周部との間で均一になるような第２の混合ガスの混合比を算出し，その後エッチング速度が基板Ｗの中央部と外周部との間で均一になるような第２の混合ガスの流量を算出するプログラムＱ４と，第２の混合ガスの設定を，プログラムＱ４により算出された第２の混合ガスの混合比と流量に設定変更するプログラムＱ５などが格納されている。

かかる場合，例えばプログラムＱ１が実行され，第１の混合ガスの混合比と流量を固定した状態で，第２の混合ガスの流量又は混合比を変更して行われた複数回のエッチング結果に基づいて，図１２に示すような第１の混合ガスの設定と第２の混合ガスの設定とそのエッチング結果との相関データＤが取得され，当該相関データに基づいて，第１の混合ガスの設定と第２の混合ガスの設定とエッチング特性との間の関係式Ｍが作成される。相関データＤのデータ元となるエッチング結果は，例えば予め行われた実験などにより取得され，例えばデータ格納部１６１に格納されている。関係式Ｍは，例えば多変量解析により作成され，例えば第２の混合ガスの混合比の変動量とエッチング速度の変動量との関係式，第２の混合ガスの流量の変動量とエッチング選択比及びエッチング形状の変動量との関係式として作成される。関係式Ｍは，例えば作成後データ格納部１６１に格納される。

そして，例えばエッチング装置４のメンテナンスが行われた場合など，エッチング装置４のエッチング状態が変化する可能性のある場合には，例えばプログラムＱ２が実行され，エッチング装置４において一枚の基板Ｗが既存のガス設定でエッチング処理され，その基板Ｗのエッチング選択比，エッチング形状及びエッチング速度が測定部５において測定される。続いて，プログラムＱ３が実行され，例えば測定結果から，基板Ｗの外周部と中央部との間のエッチング特性の均一性の適否が判定される。この判定は，例えば各エッチング特性毎に，測定されたエッチング特性の数値の基板外周部と中央部との間の差と，予め定められているその差の閾値とを比較することによって行われる。

前記エッチング特性の均一性の判定が否定的な場合には，プログラムＱ４が実行され，前記プログラムＱ２による測定結果と関係式Ｍから，エッチング選択比とエッチング形状が基板Ｗの中央部と外周部との間で均一になるような第２の混合ガスの混合比が算出され，その後エッチング速度が基板Ｗの中央部と外周部との間で均一になるような第２の混合ガスの流量が算出される。

その後，例えばプログラムＱ５が実行され，装置制御部１１０における第２の混合ガスの設定が，上記算出された第２の混合ガスの混合比と流量に設定変更される。

この例によれば，メンテナンスなどによりエッチングの処理状態が僅かに変動するような場合であっても，混合ガスの設定プロセスを簡単かつ短時間で行うことができる。

上記例において，ガス設定装置１４０が図１３に示すように表示部１６４を備え，相関データＤ及び関係式Ｍに基づいて求められた第２の混合ガスの混合比と流量の算出結果を表示部１６４に表示するようにしてもよい。かかる場合，表示部１６４の表示に基づいて，例えば作業員が設定変更を行うか否かを判断できる。

以上の実施の形態では，エッチング選択比とエッチング形状の両方が基板Ｗ面内で均一になるように第２の混合ガスの混合比を設定していたが，必要に応じてエッチング選択比とエッチング形状のいずれか一方が基板Ｗ面内で均一になるように第２の混合ガスの混合比を設定してもよい。

以上，本発明の実施の形態の一例について説明したが，本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。例えば以上の実施の形態で記載したガス設定装置１４０は，装置制御部１１０に接続可能な外部コンピュータであってもいいし，エッチング装置４や基板処理システム１に内蔵されたコンピュータであってもよい。また，以上の実施の形態で記載したエッチング装置４は，平行平板型電極構造のエッチング装置であったが，本発明は，マイクロ波エッチング装置，ＥＣＲエッチング装置などの他のエッチング装置にも適用できる。さらに，エッチング装置４が搭載された基板処理システム１の構成は，上記実施の形態に限られない。さらに本発明は，半導体ウェハ，ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ），フォトマスク用のマスクレチクルなどの基板のエッチング装置に対して適用できる。

本発明は，エッチング装置に供給される混合ガスの設定を簡単かつ適正に短時間で行う際に適用できる。

基板処理システムの構成の概略を示す平面図である。プラズマエッチング装置の構成の概略を説明する縦断面図である。内側上部電極の横断面図である。ガス供給系の構成の概略を説明する模式図である。ガス設定プロセスのフロー図である。第２の混合ガスの混合比を変動した場合の基板の外周部と中央部のエッチング選択比の実験データを示すグラフである。第２の混合ガスの混合比を変動した場合の基板Ｗの外周部と中央部のトップＣＤの実験データを示すグラフである。第２の混合ガスの流量を変動した場合の基板Ｗの外周部と中央部のエッチング選択比の実験データも示している。第２の混合ガスの流量を変動した場合の基板Ｗの外周部と中央部のトップＣＤの実験データを示すグラフである。ガス設定装置の構成を示すブロック図である。ガス設定装置の他の構成例を示すブロック図である。相関データを示す説明図である。ガス設定装置の他の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１基板処理システム
４エッチング装置
５２内側上部電極
７３バッファ室
１１０装置制御部
１４０ガス設定装置
Ｗ基板

Claims

基板をプラズマエッチングする処理室内に供給される混合ガスの混合比と流量を設定するガス設定方法であって，
基板の中央部に対して供給される第１の混合ガスの混合比と流量を設定する第１の工程と，
その後，第１の混合ガスの設定を固定した状態で，基板の外周部に対して供給される第２の混合ガスの混合比を変更してエッチングを行い，そのエッチング結果から，エッチング選択比とエッチング形状の少なくとも一方が基板の中央部と外周部との間で均一になるように第２の混合ガスの混合比を設定する第２の工程と，
その後，第１の混合ガスの設定と第２の混合ガスの混合比の設定を固定した状態で，第２の混合ガスの流量を変更してエッチングを行い，そのエッチング結果から，エッチング速度が基板の中央部と外周部との間で均一になるように第２の混合ガスの流量を設定する第３の工程と，を有することを特徴とする，ガス設定方法。
基板をプラズマエッチングする処理室内に供給される混合ガスの混合比と流量を設定するガス設定装置であって，
基板の中央部に対して供給される第１の混合ガスの混合比及び流量の設定を固定した状態で，基板の外周部に対して供給される第２の混合ガスの混合ガスの混合比を変更してエッチングを行い，そのエッチング結果から，エッチング選択比とエッチング形状の少なくとも一方が基板の中央部と外周部との間で均一になるように第２の混合ガスの混合比を設定し，その後第１の混合ガスの設定と第２の混合ガスの混合比の設定を固定した状態で，第２の混合ガスの流量を変更してエッチングを行い，そのエッチング結果から，エッチング速度が基板の中央部と外周部との間で均一になるように第２の混合ガスの流量を設定する機能を有することを特徴とする，ガス設定装置。
基板をプラズマエッチングする処理室内に供給される混合ガスの混合比と流量を設定するガス設定装置であって，
基板の中央部に対して供給される第１の混合ガスの混合比及び流量を固定し，基板の外周部に対して供給される第２の混合ガスの流量又は混合比の少なくとも一方を変更して行われたエッチング結果に基づいて，第１の混合ガスの設定と第２の混合ガスの設定とそのエッチング結果との相関関係を作成する機能と，
既存のガス設定でエッチングを行い，そのエッチング結果と前記相関関係に基づいて，エッチング選択比とエッチング形状との少なくとも一方が基板の中央部と外周部との間で均一になるような，固定された第１の混合ガスの設定に対する第２の混合ガスの混合比を算出し，その後エッチング速度が基板の中央部と外周部との間で均一になるような，固定された第１の混合ガスの設定に対する第２の混合ガスの流量を算出する機能と，を有することを特徴とする，ガス設定装置。
既存のガス設定のエッチング結果が許容範囲を超えている場合に，前記第２の混合ガスの混合比及び流量の算出を行う機能を有することを特徴とする，請求項３に記載のガス設定装置。
前記第２の混合ガスの設定を前記算出された混合比と流量に設定する機能を有することを特徴とする，請求項３又は４のいずれかに記載のガス設定装置。
請求項２〜５のいずれかに記載のガス設定装置を備えたエッチング装置。
請求項６に記載のエッチング装置と，エッチング結果を測定する測定装置とを有する基板処理システム。