WO2014189087A1 - エッチング方法及びエッチング装置 - Google Patents

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temperature
etching
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gas
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啓吾 豊田
優 砂金
辻本　宏
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東京エレクトロン株式会社
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    • H01L22/26—Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement

Definitions

  • the present invention relates to an etching method and an etching apparatus.
  • the focus ring is installed so as to surround the outer periphery of the wafer placed on the stage. In the plasma process, the focus ring is exposed to the process and is consumed. Thus, techniques for estimating the degree of wear of the focus ring have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). JP 2007-258417 A JP 2006-253541 A
  • the thickness of the focus ring changes over time. Along with this, a change occurs in the electric field distribution of the sheath near the edge of the wafer near the focus ring. Changes in the electric field distribution of the sheath affect the behavior of ions. As a result, the etching rate at the edge of the wafer changes with time, which affects the in-plane uniformity of the etching rate.
  • an object of one aspect is to increase the in-plane uniformity of the etching rate.
  • An etching method for plasma-etching an object to be processed with a supplied gas The temperature of the focus ring is adjusted by a first temperature control mechanism that can be controlled independently of the temperature control of the object to be processed, and the time variation until the temperature of the focus ring reaches the target value is measured, Based on the correlation between the preset time fluctuation and the consumption degree of the focus ring, the consumption degree of the focus ring is estimated from the measured time fluctuation, An etching method is provided that corrects a target value of the temperature of the focus ring based on the estimated degree of wear of the focus ring.
  • a first temperature control mechanism capable of controlling the temperature of the focus ring independently of the temperature control of the object to be processed, which is an etching apparatus for plasma-etching the object to be processed by a gas supplied into the chamber;
  • a control unit that controls the temperature of the focus ring to a target value by the first temperature control mechanism;
  • the controller is The temperature of the focus ring is adjusted by the first temperature control mechanism, and the time variation until the temperature of the focus ring reaches a target value is measured.
  • An etching apparatus that corrects a target value of the temperature of the focus ring based on the estimated degree of wear of the focus ring.
  • the in-plane uniformity of the etching rate can be improved.
  • the longitudinal section of the etching device concerning one embodiment.
  • the figure for demonstrating the change with time of the etching rate concerning one embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart for executing a temperature correction process of a focus ring according to an embodiment.
  • An example which showed the relationship between the thickness of the focus ring which concerns on one Embodiment, and temperature correction.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an etching apparatus according to an embodiment.
  • a lower two frequency capacitively coupled plasma etching apparatus will be described as an example.
  • the etching apparatus 1 according to the present embodiment is not limited to this, and may be, for example, an upper and lower two-frequency capacitively coupled plasma etching apparatus or other plasma etching apparatuses.
  • the etching apparatus 1 has a cylindrical chamber 10 made of aluminum whose surface is anodized (anodized), for example.
  • the chamber 10 is grounded.
  • an etching process is performed on the semiconductor wafer W (hereinafter referred to as the wafer W) by plasma.
  • the wafer W is an example of an object to be processed.
  • the diameter of the wafer W may be 300 mm or 450 mm.
  • a mounting table 12 on which the wafer W is mounted is provided.
  • the mounting table 12 is made of aluminum, for example, and is supported by the cylindrical support portion 16 via the insulating cylindrical holding portion 14.
  • a focus ring 18 made of, for example, silicon is disposed on the upper surface of the mounting table 12 and on the peripheral edge of the electrostatic chuck 40 in order to improve in-plane uniformity of etching.
  • An exhaust path 20 is formed between the side wall of the chamber 10 and the cylindrical support portion 16.
  • An annular baffle plate 22 is attached to the exhaust path 20.
  • An exhaust port 24 is provided at the bottom of the exhaust path 20 and is connected to an exhaust device 28 via an exhaust pipe 26.
  • the exhaust device 28 has a vacuum pump (not shown) and depressurizes the processing space in the chamber 10 to a predetermined degree of vacuum.
  • a transfer gate valve 30 that opens and closes the loading / unloading port for the wafer W is attached to the side wall of the chamber 10.
  • a first high frequency power supply 31 for ion attraction and a second high frequency power supply 32 for plasma generation are electrically connected to the mounting table 12 via a matching unit 33 and a matching unit 34.
  • the first high frequency power supply 31 applies a first high frequency power having a frequency of, for example, 0.8 MHz, which is suitable for drawing plasma ions into the wafer W on the mounting table 12, to the mounting table 12.
  • the second high frequency power supply 32 applies second high frequency power having a frequency of 60 MHz, for example, suitable for generating plasma in the chamber 10 to the mounting table 12.
  • the mounting table 12 also functions as a lower electrode.
  • a shower head 38 which will be described later, is provided on the ceiling of the chamber 10 as an upper electrode having a ground potential. Thereby, the high frequency power from the second high frequency power supply 32 is capacitively applied between the mounting table 12 and the shower head 38.
  • An electrostatic chuck 40 is provided on the upper surface of the mounting table 12.
  • the electrostatic chuck 40 is obtained by sandwiching an electrode 40a made of a conductive film between a pair of insulating layers 40b (see FIG. 2).
  • a DC voltage source 42 is electrically connected to the electrode 40 a through a switch 43.
  • the electrostatic chuck 40 attracts and holds the wafer W on the electrostatic chuck 40 with a Coulomb force by the voltage from the DC voltage source 42.
  • the heat transfer gas supply source 52 supplies a heat transfer gas such as He gas between the upper surface of the electrostatic chuck 40 and the back surface of the wafer W through the gas supply line 54.
  • the shower head 38 at the ceiling includes an electrode plate 56 having a large number of gas vent holes 56a, and an electrode support 58 that detachably supports the electrode plate 56.
  • the gas supply source 62 supplies gas into the shower head 38 from the gas inlet 60 a via the gas supply pipe 64. The gas is introduced into the chamber 10 through a number of gas vents 56a.
  • a refrigerant pipe 70 is provided inside the mounting table 12.
  • a refrigerant having a predetermined temperature is circulated and supplied to the refrigerant pipe 70 from the chiller unit 71 through the pipes 72 and 73.
  • a heater 75 is embedded in the electrostatic chuck 40.
  • a desired voltage is applied to the heater 75 from the AC power supply 44. According to such a configuration, the wafer W can be adjusted to a desired temperature by cooling by the chiller unit 71 and heating by the heater 75. These temperature controls are performed based on commands from the control unit 80.
  • the control unit 80 includes various units attached to the etching apparatus 1, such as an exhaust device 28, an AC power supply 44, a DC voltage source 42, an electrostatic chuck switch 43, first and second high frequency power supplies 31 and 32, and a matching unit 33. , 34, the heat transfer gas supply source 52, the gas supply source 62 and the chiller unit 71 are controlled.
  • the control unit 80 is also connected to a host computer (not shown).
  • the control unit 80 has a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory) (not shown).
  • the storage unit 81 can be realized by a RAM or a ROM using, for example, a semiconductor memory, a magnetic disk, or an optical disk.
  • the storage unit 81 stores an etching process recipe and other data (for example, a temperature control value of the focus ring 18).
  • the storage unit 81 stores a correlation between the temperature control time of the focus ring and the thickness of the focus ring.
  • the control unit 80 performs an etching process using the CPU.
  • the CPU executes the etching process according to the etching procedure defined in the recipe stored in the storage unit 81.
  • the CPU performs the focus ring temperature correction and temperature control by executing the focus ring temperature correction processing program and the temperature control processing program stored in the storage unit 81.
  • the focus ring temperature correction process and the focus ring temperature control process will be described later.
  • the gate valve 30 is first opened and the wafer W held on the transfer arm (not shown) is loaded into the chamber 10.
  • the wafer W is held by pusher pins (not shown), and is placed on the electrostatic chuck 40 when the pusher pins are lowered.
  • the gate valve 30 is closed, an etching gas is introduced into the chamber 10 from the gas supply source 62 at a predetermined flow rate and flow rate ratio, and the pressure in the chamber 10 is reduced to a set value by the exhaust device 28. .
  • high frequency power of a predetermined power is supplied from the first high frequency power supply 31 and the second high frequency power supply 32 to the mounting table 12.
  • the wafer W is fixed on the electrostatic chuck 40 by applying a voltage from the DC voltage source 42 to the electrode 40 a of the electrostatic chuck 40.
  • a heat transfer gas is supplied between the upper surface of the electrostatic chuck 40 and the rear surface of the wafer W.
  • the etching gas is introduced in a shower form from the shower head 38, and is ionized and dissociated by the high frequency power from the second high frequency power supply 32.
  • plasma is generated in the plasma generation space between the upper electrode (shower head 38) and the lower electrode (mounting table 12), and the main surface of the wafer W is etched by radicals and ions in the plasma. Further, ions can be drawn toward the wafer W by the high frequency power from the first high frequency power supply 31.
  • the wafer W is lifted by the pusher pin and is carried out from the opened gate valve 30 while being held on the carrying arm, and the next wafer W is carried into the chamber 10 by the carrying arm. By repeating this process, the wafer W is continuously processed.
  • the overall configuration of the etching apparatus according to this embodiment has been described above.
  • the heater 75 of the present embodiment is divided into an inner peripheral side center heater A, a central middle heater B, and an outer peripheral side edge heater C.
  • the edge heater C is an example of a first temperature adjustment mechanism that can control the temperature of the focus ring 18 independently of the temperature control of the wafer W.
  • the edge heater C may be divided into one or two or more heaters.
  • the temperature of the focus ring 18 is adjusted to the target value of the temperature of the focus ring 18 by the edge heater C. As will be described later, the target value is corrected according to the degree of wear of the focus ring 18.
  • the center heater A and the middle heater B are an example of a second temperature control mechanism that can control the temperature of the wafer W independently of the temperature control of the focus ring 18.
  • the center heater A and the middle heater B may be integrated into one or divided into a plurality.
  • a heater built-in electrostatic chuck mechanism that adjusts the temperature of the wafer W and the focus ring 18 at a high speed by incorporating a heater in the electrostatic chuck is used.
  • a member having a high volume resistivity of 1 ⁇ 10 14 ⁇ cm or more is employed for the electrostatic chuck 40.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the variation of the etching rate according to the embodiment.
  • ions in the plasma are represented by CFx + and radicals are represented by CFx *.
  • the focus ring 18 is exposed to plasma and consumed. Assuming that the focus ring 18 shown in FIG. 3A is new, when the focus ring 18 is consumed, the thickness of the focus ring changes over time and becomes thin as shown in FIG. 3B. .
  • Changes in the electric field distribution of the sheath affect the behavior of the ions CFx + . That is, as shown in FIG. 3B, in a state where the electric field is bent by the sheath, ions are bent toward the edge side of the wafer W and travel. As a result, the ion bombardment increases near the edge R2 of the wafer W, and the etching rate increases near the edge R2. In this way, the etching rate at the edge of the wafer W changes with time in accordance with the degree of wear of the focus ring 18, so that the in-plane uniformity of the etching rate is deteriorated.
  • ⁇ Process conditions> Pressure 80mT (10.666Pa) First high frequency power (LF) / second high frequency power (HF) 200 W / 400 W Gas type and gas flow rate C 4 F 8 / Ar / N 2 / O 2 30/1200/70/23 sccm Temperature Since the edge heater C can control the temperature of the focus ring 18 independently of the temperature control of the wafer W, the temperature of the focus ring 18 is 10 ° C. by the edge heater C as shown in FIG. , 30 ° C and 70 ° C. The center and middle temperatures of the wafer W were controlled at 30 ° C. by the center heater A and the middle heater B, respectively.
  • FIG. 4A is an SEM image showing the etching shape of the film to be etched formed at each position (center, middle, edge) of the wafer W as a result of executing the etching process under the above temperature control.
  • FIG. 4B shows the etching depth D of the etching target film shown in the SEM image of FIG.
  • the etching depth D shown on the vertical axis hardly changes.
  • the etching depth D decreases as the focus ring 18 increases in temperature. That is, it has been found that the etching depth D of the wafer W can be controlled independently by controlling the temperature of the focus ring 18 independently of the temperature control of the wafer W. From this result, it can be seen that the etching rate of the edge of the wafer W can be controlled independently by controlling the temperature of the focus ring 18 independently of the temperature control of the wafer W. That is, the temperature control of the focus ring 18 can suppress an increase in the etching rate of the edge of the wafer W due to consumption of the focus ring.
  • the temperature of the focus ring 18 is controlled to 10 ° C., 30 ° C., and 70 ° C. by the above temperature control, and the temperature of the center and edge of the wafer W is controlled to 30 ° C.
  • FIG. 4 (c) shows the result when etching is performed using a film to be etched.
  • the position of the wafer is shown on the horizontal axis, and the etching rate is shown on the vertical axis. This result also shows that the etching rate decreases as the temperature of the focus ring 18 increases at the edge of the wafer W.
  • the temperature control of the focus ring 18 is performed independently of the temperature control of the wafer W, as in the case of the multilayer film. It was found that the etching rate of the W edge can be controlled independently.
  • FIG. 5 shows a case where an etching mode gas is supplied into the chamber
  • FIG. 6 shows a case where a deposition mode gas is supplied into the chamber.
  • the gas in the etching mode refers to a gas having an etching characteristic that contributes to etching rather than generation of a deposit (reaction product).
  • the gas in the deposition mode refers to a gas having an etching characteristic that contributes to generation of a reaction product rather than etching.
  • Any mode of gas is a gas that generates radicals when turned into plasma.
  • the etching mode gases are CF 4 , C 2 F 6 , C 4 F 8 , Cl 2 , CCl 4 , NF 3 , SF 6 , HBr, BBr 3 , C 2 F 2 , O 2 ,
  • the gas may include at least one of H 2 , CH 4 , COS, and SO 2 .
  • the deposition mode gas may include at least one of CHF 3 , CH 2 F 2 , CH 3 F, and SiCl 4 .
  • These gases may be a mixed gas in which Ar, He, N 2 or the like that functions as a carrier gas is combined as necessary.
  • the plasma contains more gas components that contribute to etching than gas components that contribute to the generation of reaction products.
  • the etching is performed prior to the generation of the reaction product during the etching process.
  • the etching mode gas is indicated by CFx
  • the radical is indicated by CFx *.
  • it is radical CFx * that is controlled by temperature.
  • ions are controlled by electric field. Therefore, in FIGS. 5A to 5C, only the radical CFx * in the plasma is shown in order to show the relationship between the temperature control and the transport of the radical CFx *.
  • radical CFx * in the plasma is easily transported to the high temperature side.
  • the reason is that the reaction proceeds as the temperature increases, and the radical CFx * is consumed. That is, the radical CFx * is easily transported to the high temperature side where it is easily consumed.
  • the transport of the radical CFx * is controlled by controlling the magnitude relationship between the temperature of the wafer W and the temperature of the focus ring 18. Specifically, as shown in FIG. 5A, when the temperature of the focus ring 18 is controlled to be higher than the temperature of the wafer W, the radical CFx * is transported to the focus ring 18 side. As a result, the density of radical CFx * on the low temperature side locally decreases, and the edge of the wafer W on the low temperature side becomes difficult to be etched. In this way, by controlling the temperature of the focus ring 18 higher than the temperature of the wafer W, the etching rate of the edge of the wafer W can be controlled lower than the normal etching rate.
  • the normal etching rate is, for example, the etching rate of the edge of the wafer W when the temperature of the wafer W and the temperature of the focus ring 18 are substantially equal as shown in FIG. 5B.
  • the plasma contains more gas components that contribute to the generation of reaction products than gas components that contribute to etching.
  • the generation and deposition of the reaction product are performed in preference to the etching during the etching process.
  • the deposition mode gas is indicated by CxF
  • the deposition mode radical is indicated by CxF *.
  • the radical CxF * in the plasma is easily transported to the low temperature side.
  • the reason is that reaction products are generated and deposited at lower temperatures. That is, the radical CxF * is easily transported to the low temperature side where it is easy to deposit.
  • the temperature of the edge of the wafer W is controlled to be lower than the temperature of the focus ring 18.
  • radical CxF * is transported to the edge side of wafer W, and the density of radical CxF * on the low temperature side locally increases.
  • reaction products are generated and deposited on the edge side of the wafer W.
  • the normal etching rate is, for example, the etching rate of the edge of the wafer W when the temperature of the wafer W and the temperature of the focus ring 18 are substantially equal as shown in FIG. 6B.
  • the inventors thought that the etching rate of the edge of the wafer W can be controlled by controlling the transport of radicals by adjusting the temperature of the focus ring according to the degree of wear of the focus ring. Then, next, the inventors devised a method of measuring the thickness of the focus ring as one method for estimating the degree of wear of the focus ring.
  • FIG. 7A shows the cumulative value of the application time of the high-frequency power (RF) on the horizontal axis and the focus ring temperature when the temperature of the focus ring on the vertical axis is controlled to be lowered from 70 ° C. to 20 ° C. It is the figure which showed correlation with the time (here, the temperature stabilization time of step A-> step B) required for (3).
  • the process conditions of the etching process consisting of two steps from step A to step B are as follows.
  • the temperature decrease control time of the focus ring monotonously decreases with respect to the cumulative value of the application time of the high frequency power.
  • the correlation coefficient R 2 is 0.9485, which is close to 1, and this also shows the cumulative value of the application time of the high frequency power shown in FIG. 7A and the focus ring. It can be seen that the line indicating the correlation with the temperature drop control time of the above has linearity (decreases in a linear function).
  • FIG. 7B is a diagram showing a correlation between the temperature decrease control time of the focus ring on the horizontal axis and the thickness of the focus ring on the vertical axis.
  • the initial value of the thickness of the focus ring was 2.2 (mm)
  • the thickness of the focus ring after the cumulative value of the application time of the high frequency power was 453 hours was 1.5 (mm).
  • the correlation (almost linear function) between the fluctuation of the temperature control time of the focus ring and the thickness of the focus ring shown in FIG.
  • the correlation between the temperature control time of the focus ring and the thickness of the focus ring is stored in the storage unit 81 and used for correcting the focus ring temperature as an estimated value of the degree of wear of the focus ring.
  • FIG. 8 is a flowchart for executing the temperature correction process of the focus ring according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is an example showing the relationship between the thickness of the focus ring and the temperature correction according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart for executing the temperature control process of the focus ring according to the present embodiment.
  • the focus ring temperature correction process and the focus ring temperature control process are performed by the control unit 80 executing the focus ring temperature correction process program and the temperature control process program.
  • the control unit 80 controls the temperature fluctuation of the focus ring (step S10).
  • the control unit 80 changes the temperature of the focus ring from 70 ° C. to 20 ° C.
  • the control unit 80 may vary the temperature.
  • control unit 80 measures the time until the temperature of the focus ring is stabilized, that is, the temperature control time of the focus ring (step S12).
  • the control unit 80 estimates the thickness of the focus ring from the temperature control time of the focus ring (step S14).
  • the control unit 80 performs measurement based on a correlation table between the focus ring temperature control time and the focus ring thickness preset in the storage unit 81 (an example is shown in FIG. 7B).
  • An estimated value of the thickness of the focus ring corresponding to the temperature control time of the focus ring is calculated.
  • the correlation table between the temperature control time of the focus ring and the thickness of the focus ring is an example of a numerical value group indicating the correlation between the time variation and the degree of wear of the focus ring.
  • the control unit 80 determines whether to perform focus ring replacement or focus ring target value correction based on the estimated focus ring thickness (step S16). Specifically, the control unit 80 determines to replace the focus ring when the thickness of the focus ring is smaller than a predetermined threshold value, and determines to correct the target value of the focus ring temperature when the thickness is equal to or greater than the threshold value. .
  • step S16 If it is determined in step S16 that the target value of the focus ring temperature is corrected, the control unit 80 sets the target so that the focus ring temperature with respect to the wafer W increases as the focus ring thickness decreases. The value is corrected (step S18), and this process is terminated.
  • control unit 80 corrects the target value so that the temperature of the focus ring becomes high, and radicals generated from the supplied gas are transported to the high temperature side focus ring side. To be.
  • control unit 80 corrects the target value so that the temperature of the focus ring becomes high so that the temperature on the edge side of the wafer W becomes relatively low, and is supplied thereby. Radicals generated from the gas to be transported to the edge side of the wafer W on the low temperature side.
  • the storage unit 81 stores in advance a table indicating the correlation between the thickness of the focus ring and the target value of the temperature of the focus ring.
  • the control unit 80 calculates a target value of the focus ring temperature corresponding to the thickness of the focus ring using the table of the storage unit 81.
  • the corrected target value of the focus ring temperature is stored in the storage unit 81.
  • step S16 If it is determined in step S16 that the focus ring is to be replaced, the control unit 80 prompts replacement of the focus ring (step S20), and ends the present process.
  • the control unit 80 may display on the operator's PC or emit a warning sound so as to replace the focus ring.
  • Step S30 the control unit 80 acquires the target value of the focus ring temperature stored in the storage unit 81 (step S30).
  • step S32 the control unit 80 adjusts the temperature of the focus ring to the acquired target value (step S32), and ends this process.
  • the etching process is performed using the etching apparatus 1 according to the present embodiment.
  • radical transport is controlled by adjusting the temperature of the focus ring according to the degree of consumption of the focus ring.
  • capacitively coupled plasma (CCP) generating means inductively coupled plasma (ICP) generating means, helicon wave excitation type Plasma (HWP: Helicon Wave Plasma) generating means, microwave excited surface wave plasma generating means including microwave plasma and SPA (Slot Plane Antenna) plasma generated from a radial line slot antenna, electron cyclotron resonance plasma (ECR: Electron Cyclotron Resonance) Plasma) generating means can be used.
  • CCP capacitively coupled plasma
  • ICP inductively coupled plasma
  • HWP Helicon wave excitation type Plasma
  • ECR Electron Cyclotron Resonance
  • the object to be processed in the embodiment of the present invention is not limited to the wafer used in the description in the above embodiment, and for example, a large substrate for a flat panel display, an EL element, or a solar cell It may be a substrate for use.

Abstract

　供給されるガスにより被処理体をプラズマエッチングするエッチング方法であって、被処理体の温度制御とは独立して制御可能な第１の温調機構によりフォーカスリングの温度を調整し、前記フォーカスリングの温度が目標値に達するまでの時間変動を計測し、予め設定された時間変動とフォーカスリングの消耗度合いとの相関関係に基づき、前記計測された時間変動から前記フォーカスリングの消耗度合いを推定し、前記推定されたフォーカスリングの消耗度合いに基づき、前記フォーカスリングの温度の目標値を補正する、エッチング方法が提供される。

Description

エッチング方法及びエッチング装置
　エッチング方法及びエッチング装置に関する。
　フォーカスリングは、ステージに載置されたウエハの外周を囲むように設置されている。プラズマプロセスにおいてフォーカスリングはプロセスに暴露され、消耗する。そこで、フォーカスリングの消耗度合いを推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２を参照）。
特開２００７－２５８４１７号公報 特開２００６－２５３５４１号公報
　フォーカスリングが消耗することで、フォーカスリングの厚さは経時的に変化する。これに伴い、フォーカスリング近傍のウエハのエッジ付近のシースの電界分布に変化が生じる。シースの電界分布の変化は、イオンの挙動に影響を与える。これにより、ウエハのエッジにおけるエッチングレートが経時的に変化し、エッチングレートの面内均一性に影響を与える。
　上記課題に対して、一側面では、エッチングレートの面内均一性を高めることを目的とする。
　上記課題を解決するために、一の態様によれば、
　供給されるガスにより被処理体をプラズマエッチングするエッチング方法であって、
　被処理体の温度制御とは独立して制御可能な第１の温調機構によりフォーカスリングの温度を調整し、前記フォーカスリングの温度が目標値に達するまでの時間変動を計測し、
　予め設定された時間変動とフォーカスリングの消耗度合いとの相関関係に基づき、前記計測された時間変動から前記フォーカスリングの消耗度合いを推定し、
　前記推定されたフォーカスリングの消耗度合いに基づき、前記フォーカスリングの温度の目標値を補正する、エッチング方法が提供される。
　また、上記課題を解決するために、他の態様によれば、
　チャンバ内に供給されるガスにより被処理体をプラズマエッチングするエッチング装置であって、フォーカスリングの温度を被処理体の温度制御とは独立して制御可能な第１の温調機構と、
　前記第１の温調機構により前記フォーカスリングの温度を目標値に制御する制御部とを有し、
　前記制御部は、
　前記第１の温調機構によりフォーカスリングの温度を調整し、前記フォーカスリングの温度が目標値に達するまでの時間変動を計測し、
　予め設定された時間変動とフォーカスリングの消耗度合いとの相関関係に基づき、前記計測された時間変動から前記フォーカスリングの消耗度合いを推定し、
　前記推定されたフォーカスリングの消耗度合いに基づき、前記フォーカスリングの温度の目標値を補正する、エッチング装置が提供される。
　一の態様によれば、エッチングレートの面内均一性を高めることができる。
一実施形態に係るエッチング装置の縦断面図。 一実施形態に係る載置台及び静電チャックの縦断面図。 一実施形態に係るエッチングレートの経時的な変化を説明するための図。 一実施形態に係るフォーカスリングの温度調整による効果を示した図。 一実施形態に係るフォーカスリングの温度とラジカルの挙動の一例を示した図。 一実施形態に係るフォーカスリングの温度とラジカルの挙動の他例を示した図。 一実施形態に係るフォーカスリングの温度制御時間の変動とフォーカスリングの消耗度合いとの相関関係を示した図。 一実施形態に係るフォーカスリングの温度補正処理を実行するためのフローチャート。 一実施形態に係るフォーカスリングの厚さと温度補正との関係を示した一例。 一実施形態に係るフォーカスリングの温度制御処理を実行するためのフローチャート。
１　　エッチング装置
１０　　チャンバ
１８　　フォーカスリング
３１　　第１高周波電源（イオン引き込み用）
３２　　第２高周波電源（プラズマ生成用）
４０　　静電チャック
６２　　ガス供給源
７５　　ヒータ
８０　　制御部
８１　　記憶部
　以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
　［エッチング装置の全体構成］
　まず、本発明の一実施形態に係るエッチング装置の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係るエッチング装置の縦断面図である。
　本実施形態では、下部２周波の容量結合型プラズマエッチング装置を例に挙げて説明する。ただし、本実施形態に係るエッチング装置１は、これに限られず、例えば上部及び下部２周波の容量結合型プラズマエッチング装置やその他のプラズマエッチング装置であってもよい。
　エッチング装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ１０を有している。チャンバ１０は、接地されている。チャンバ１０では、プラズマにより半導体ウエハＷ(以下、ウエハＷと称呼する)にエッチング処理が施される。ウエハＷは、被処理体の一例である。ウエハＷの直径は３００ｍｍであっても４５０ｍｍであってもよい。
　チャンバ１０内には、ウエハＷを載置する載置台１２が設けられている。載置台１２は、たとえばアルミニウムからなり、絶縁性の筒状保持部１４を介して筒状支持部１６に支持されている。載置台１２の上面であって静電チャック４０の周縁部には、エッチングの面内均一性を高めるために、例えばシリコンから構成されたフォーカスリング１８が配置されている。
　チャンバ１０の側壁と筒状支持部１６との間には排気路２０が形成されている。排気路２０には環状のバッフル板２２が取り付けられている。排気路２０の底部には排気口２４が設けられ、排気管２６を介して排気装置２８に接続されている。排気装置２８は図示しない真空ポンプを有しており、チャンバ１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧する。チャンバ１０の側壁には、ウエハＷの搬入出口を開閉する搬送用のゲートバルブ３０が取り付けられている。
　載置台１２には、イオン引き込み用の第１高周波電源３１及びプラズマ生成用の第２高周波電源３２が整合器３３及び整合器３４を介して電気的に接続されている。第１高周波電源３１は、載置台１２上のウエハＷにプラズマのイオンを引き込むのに適した、例えば０．８ＭＨｚの周波数の第１高周波電力を載置台１２に印加する。第２高周波電源３２は、チャンバ１０内にてプラズマを生成するために適した、例えば６０ＭＨｚの周波数の第２高周波電力を載置台１２に印加する。このようにして載置台１２は下部電極としても機能する。チャンバ１０の天井部には、後述するシャワーヘッド３８が接地電位の上部電極として設けられている。これにより、第２高周波電源３２からの高周波電力は、載置台１２とシャワーヘッド３８との間に容量的に印加される。
　載置台１２の上面には静電チャック４０が設けられている。静電チャック４０は導電膜からなる電極４０ａを一対の絶縁層４０ｂ（図２を参照）の間に挟み込んだものである。電極４０ａには、スイッチ４３を介して直流電圧源４２が電気的に接続されている。静電チャック４０は、直流電圧源４２からの電圧により、クーロン力でウエハＷを静電チャック４０上に吸着保持する。
　伝熱ガス供給源５２は、Ｈｅガス等の伝熱ガスをガス供給ライン５４に通して静電チャック４０の上面とウエハＷの裏面との間に供給する。
　天井部のシャワーヘッド３８は、多数のガス通気孔５６ａを有する電極板５６と、電極板５６を着脱可能に支持する電極支持体５８とを有する。ガス供給源６２は、ガス供給配管６４を介してガス導入口６０ａからシャワーヘッド３８内にガスを供給する。ガスは、多数のガス通気孔５６ａからチャンバ１０内に導入される。
　載置台１２の内部には冷媒管７０が設けられている。冷媒管７０には、チラーユニット７１から配管７２，７３を介して所定温度の冷媒が循環供給される。また、静電チャック４０にはヒータ７５が埋設されている。ヒータ７５には交流電源４４から所望の電圧が印加される。かかる構成によれば、チラーユニット７１による冷却とヒータ７５による加熱とによってウエハＷを所望の温度に調整することができる。また、これらの温度制御は、制御部８０からの指令に基づき行われる。
　制御部８０は、エッチング装置１に取り付けられた各部、たとえば排気装置２８、交流電源４４、直流電圧源４２、静電チャック用のスイッチ４３、第１及び第２高周波電源３１，３２、整合器３３，３４、伝熱ガス供給源５２、ガス供給源６２及びチラーユニット７１を制御する。なお、制御部８０は、図示しないホストコンピュータとも接続されている。
　制御部８０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit），ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。記憶部８１は、例えば半導体メモリ、磁気ディスク、または光学ディスクなどを用いたＲＡＭまたはＲＯＭにより実現され得る。記憶部８１は、エッチング処理用のレシピやその他のデータ（例えば、フォーカスリング１８の温度制御値）を記憶している。また、記憶部８１は、フォーカスリングの温度制御時間とフォーカスリングの厚さとの相関関係を記憶している。
　制御部８０は、ＣＰＵを用いてエッチング処理を実行する。ＣＰＵは、記憶部８１に記憶されたレシピに定義されたエッチング手順でエッチング処理を実行する。ＣＰＵは、記憶部８１に記憶されたフォーカスリングの温度補正処理プログラム及び温度制御処理プログラムを実行することで、フォーカスリングの温度補正及び温度制御を行う。フォーカスリングの温度補正処理及びフォーカスリングの温度制御処理については後述する。
　かかる構成のエッチング装置１において、エッチングを行うには、先ずゲートバルブ３０を開口して図示しない搬送アーム上に保持されたウエハＷをチャンバ１０内に搬入する。ウエハＷは、図示しないプッシャーピンにより保持され、プッシャーピンが降下することにより静電チャック４０上に載置される。ウエハＷを搬入後、ゲートバルブ３０は閉じられ、ガス供給源６２からエッチングガスを所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置２８によりチャンバ１０内の圧力を設定値に減圧する。さらに、第１高周波電源３１及び第２高周波電源３２から所定のパワーの高周波電力を載置台１２に供給する。また、直流電圧源４２からの電圧を静電チャック４０の電極４０ａに印加することで、ウエハＷが静電チャック４０上に固定される。また、伝熱ガスが、静電チャック４０の上面とウエハＷの裏面との間に供給される。エッチングガスは、シャワーヘッド３８からシャワー状に導入され、第２高周波電源３２からの高周波電力により電離及び解離する。これにより、上部電極（シャワーヘッド３８）と下部電極（載置台１２）との間のプラズマ生成空間にてプラズマが生成され、プラズマ中のラジカルやイオンによってウエハＷの主面がエッチングされる。また、第１高周波電源３１からの高周波電力によりウエハＷに向かってイオンを引き込むことができる。
　プラズマエッチング終了後、ウエハＷはプッシャーピンにより持ち上げられ、搬送アーム上に保持された状態で、開口されたゲートバルブ３０から搬出され、次のウエハＷが搬送アームによりチャンバ１０内へ搬入される。この処理を繰り返すことで連続してウエハＷが処理される。以上、本実施形態に係るエッチング装置の全体構成について説明した。
　［ヒータ］
　次に、ヒータ７５の内部構造について、図２を参照しながら説明する。本実施形態のヒータ７５は、内周側のセンターヒータＡ、中央のミドルヒータＢ及び外周側のエッジヒータＣに分かれている。エッジヒータＣは、フォーカスリング１８の温度をウエハＷの温度制御とは独立して制御可能な第１の温調機構の一例である。エッジヒータＣは、１又は２以上のヒータに分割されてもよい。フォーカスリング１８の温度は、エッジヒータＣによってフォーカスリング１８の温度の目標値に調整される。後程で述べるように、目標値は、フォーカスリング１８の消耗度合いに応じて補正される。
　センターヒータＡ及びミドルヒータＢは、ウエハＷの温度をフォーカスリング１８の温度制御とは独立して制御可能な第２の温調機構の一例である。センターヒータＡ及びミドルヒータＢは、一つに一体化されてもよいし、複数に分割されてもよい。
　本実施形態に係る静電チャック４０では、静電チャック内にヒータを内蔵することで、ウエハＷやフォーカスリング１８を高速に温度調整するヒータ内蔵静電チャック機構が利用されている。ヒータ内蔵静電チャック機構では、例えば体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ以上の体積抵抗率が高い部材が静電チャック４０に採用されている。
　[エッチングレートの変動]
　次に、ウエハＷのエッジ部におけるエッチングレートの変動について、図３を参照しながら説明する。図３は、一実施形態に係るエッチングレートの変動を説明するための図である。図３では、プラズマ中のイオンをＣＦｘ＋で示し、ラジカルをＣＦｘ*で示す。
　エッチング装置１において、プラズマプロセス中、フォーカスリング１８はプラズマに暴露され、消耗する。図３（ａ）に示したフォーカスリング１８が新品であると仮定した場合、フォーカスリング１８が消耗するとフォーカスリングの厚さは経時的に変化し、図３（ｂ）に示したように薄くなる。
　これに伴い、ウエハＷのエッジ（最外周）付近のシース（Ｓｈｅａｔｈ）の電界分布に変化が生じる。具体的には、図３（ａ）では、ウエハＷのエッジ付近Ｒ１でシースによる電界の曲げは生じていない。一方、図３（ｂ）では、フォーカスリング１８の消耗によりフォーカスリング１８の厚さが薄くなったためにウエハＷのエッジ付近Ｒ２でシースによる電界の曲げが生じている。
　シースの電界分布の変化は、イオンＣＦｘ＋の挙動に影響を与える。つまり、図３（ｂ）に示したように、シースによる電界の曲げが生じている状態では、イオンは、ウエハＷのエッジ側に曲げられて進行する。その結果、ウエハＷのエッジ付近Ｒ２におけるイオンの叩き込みが増加し、エッジ付近Ｒ２でエッチングレートが高くなる。このようにして、ウエハＷのエッジにおけるエッチングレートがフォーカスリング１８の消耗度合いに応じて経時的に変化することで、エッチングレートの面内均一性が悪くなる。
　[フォーカスリングの温度調整]
　これに対して、発明者らは、フォーカスリング１８を温度調整することで、ウエハＷのエッジにおいてエッチングレートを制御できるか否かの実験を行った。この実験では、図４に示したように、ウエハＷ上にＬｏｗ－ｋ膜、ＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル：Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ　ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）膜、ＴｉＮ（窒化チタン）膜が積層された多層膜を被エッチング対象膜としてエッチング処理が行われた。そのときのプロセス条件は以下の通りである。
＜プロセス条件＞
　圧力　８０ｍＴ（１０．６６６Ｐａ）
　第１高周波電力（ＬＦ）／第２高周波電力（ＨＦ）　２００Ｗ／４００Ｗ
　ガス種及びガス流量　Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝３０／１２００／７０／２３ｓｃｃｍ
　温度
　エッジヒータＣは、フォーカスリング１８の温度をウエハＷの温度制御とは独立して制御できるため、図４（ａ）に示したように、フォーカスリング１８の温度は、エッジヒータＣにより１０℃、３０℃、７０℃に制御された。ウエハＷのセンター及びミドルの温度は、センターヒータＡ及びミドルヒータＢにより、いずれも３０℃に制御された。
　図４（ａ）は、上記温度制御の下でエッチング処理を実行した結果、ウエハＷの各位置（センター、ミドル、エッジ）で形成された被エッチング膜のエッチング形状を示したＳＥＭ画像である。
　図４（ｂ）は、図４（ａ）のＳＥＭ画像で示した被エッチング膜のエッチング深さＤを示す。横軸に示したウエハＷのセンター、ミドルでは、縦軸に示したエッチング深さＤはほとんど変化していない。一方、ウエハＷのエッジではフォーカスリング１８を高温にする程エッチング深さＤは低下した。つまり、フォーカスリング１８の温度制御をウエハＷの温度制御とは独立して行うことにより、ウエハＷのエッチング深さＤを独立して制御できることがわかった。この結果から、フォーカスリング１８の温度制御をウエハＷの温度制御とは独立して行うことにより、ウエハＷのエッジのエッチングレートを独立制御できることがわかる。すなわち、フォーカスリング１８の温度制御によって、フォーカスリングの消耗によりウエハＷのエッジのエッチングレートが高くなることを抑制できる。
　なお、上記の温度制御によりフォーカスリング１８の温度を１０℃、３０℃、７０℃に制御し、かつウエハＷのセンター及びエッジの温度を３０℃に制御して、Ｌｏｗ－ｋ膜（単層膜）を被エッチング膜としてエッチングした場合の結果を図４（ｃ）に示す。図４（ｃ）では、ウエハの位置を横軸に示し、エッチングレートを縦軸に示す。この結果によっても、ウエハＷのエッジにおいてフォーカスリング１８の温度が高くなる程エッチングレートが低くなることがわかった。つまり、Ｌｏｗ－ｋの単層膜を被エッチング膜としてエッチングした場合にも上記多層膜の場合と同様に、フォーカスリング１８の温度制御をウエハＷの温度制御とは独立して行うことで、ウエハＷのエッジのエッチングレートを独立制御できることがわかった。
　[フォーカスリングの温度制御]
　次に、フォーカスリング１８の温度制御が、ウエハＷのエッジのエッチングレートに及ぼす作用及び効果について図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、エッチングモードのガスをチャンバ内に供給した場合を示し、図６は、デポジションモードのガスをチャンバ内に供給した場合を示す。
　ここで、エッチングモードのガスとは、堆積物（反応生成物）の生成よりもエッチングに寄与するエッチング特性を有するガスをいう。一方、デポジションモードのガスとは、エッチングよりも反応生成物の生成に寄与するエッチング特性を有するガスをいう。いずれのモードのガスもプラズマ化したときにラジカルを発生させるガスである。
　より具体的には、エッチングモードのガスは、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＮＦ３、ＳＦ６、ＨＢｒ、ＢＢｒ３、Ｃ２Ｆ２、Ｏ２、Ｈ２、ＣＨ４、ＣＯＳ及びＳＯ２の少なくともいずれかのガスを含んでもよい。デポジションモードのガスは、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ及びＳｉＣｌ４の少なくともいずれかのガスを含んでもよい。これらのガスは、キャリアガスとして機能するＡｒ、Ｈe、Ｎ２などを必要に応じて組み合わせた混合ガスであってもよい。
　（エッチングモードのガスの場合）
　エッチングモードのガスの場合、プラズマ中には反応生成物の生成に寄与するガス成分よりもエッチングに寄与するガス成分が多く含まれる。これにより、エッチングモードのガスの場合、エッチング処理中、反応生成物の生成よりもエッチングが優先して行われる。図５（ａ）～図５（ｃ）では、エッチングモードのガスをＣＦｘで示し、ラジカルをＣＦｘ*で示す。プラズマ中、温度により制御されるのはラジカルＣＦｘ*であり、例えばイオンは電界により制御される。よって、図５（ａ）～図５（ｃ）では、温度制御とラジカルＣＦｘ*の輸送の関係を示すために、プラズマ中のラジカルＣＦｘ*だけを図示する。
　エッチングモードのガスの場合、プラズマ中のラジカルＣＦｘ*は、高温側に輸送され易い。その理由は、高温になるほど反応が進み、ラジカルＣＦｘ*が消費されるためである。つまり、ラジカルＣＦｘ*は、消費され易い高温側へ輸送され易い。
　よって、本実施形態では、ウエハＷの温度とフォーカスリング１８の温度との大小関係を制御することで、ラジカルＣＦｘ*の輸送を制御する。具体的には、図５（ａ）に示したように、フォーカスリング１８の温度をウエハＷの温度よりも高く制御すると、ラジカルＣＦｘ*はフォーカスリング１８側に輸送される。この結果、局所的に低温側のラジカルＣＦｘ*の密度が減少し、低温側のウエハＷのエッジがエッチングされ難くなる。このようにして、フォーカスリング１８の温度をウエハＷの温度よりも高く制御することで、ウエハＷのエッジのエッチングレートを通常のエッチングレートよりも低く制御することができる。なお、通常のエッチングレートとは、例えば、図５（ｂ）に示したように、ウエハＷの温度とフォーカスリング１８の温度とがほぼ等しい場合のウエハＷのエッジのエッチングレートである。
　一方、図５（ｃ）に示したように、ウエハＷの温度をフォーカスリング１８の温度よりも高く制御すると、ラジカルＣＦｘ*はウエハＷのエッジ側に輸送される。この結果、ウエハＷのエッジがエッチングされ易くなる。このようにして、ウエハＷの温度をフォーカスリング１８の温度よりも高く制御することで、ウエハＷのエッジのエッチングレートを通常のエッチングレートよりも高く制御することができる。
　（デポジションモードのガスの場合）
　デポジションモードのガスの場合、プラズマ中にはエッチングに寄与するガス成分よりも反応生成物の生成に寄与するガス成分が多く含まれる。これにより、デポジションモードのガスの場合、エッチング処理中、エッチングよりも反応生成物の生成及び堆積が優先して行われる。図６（ａ）～図６（ｃ）では、デポジションモードのガスをＣｘＦで示し、デポジションモードのラジカルをＣｘＦ*で示す。
　デポジションモードのガスの場合、プラズマ中のラジカルＣｘＦ*は、低温側に輸送され易い。その理由は、低温になるほど反応生成物が生成及び堆積されるためである。つまり、ラジカルＣｘＦ*は、堆積し易い低温側へ輸送され易い。
　よって、本実施形態では、図６（ａ）に示したように、ウエハＷのエッジの温度をフォーカスリング１８の温度よりも低く制御する。これにより、ウエハＷのエッジ側にラジカルＣｘＦ*が輸送され、局所的に低温側のラジカルＣｘＦ*の密度が増加する。この結果、ウエハＷのエッジ側で反応生成物が生成及び堆積される。つまり、ウエハＷの温度をフォーカスリング１８の温度よりも低く制御することで、ウエハＷのエッジのエッチングレートを通常のエッチングレートよりも低く制御することができる。なお、通常のエッチングレートとは、例えば、図６（ｂ）に示したように、ウエハＷの温度とフォーカスリング１８の温度とがほぼ等しい場合のウエハＷのエッジのエッチングレートである。
　一方、図６（ｃ）に示したように、フォーカスリング１８の温度をウエハＷの温度よりも低く制御することで、フォーカスリング１８側にラジカルＣｘＦ*が輸送される。この結果、低温側のフォーカスリング１８において反応生成物が生成及び堆積され、フォーカスリング１８側にラジカルＣｘＦ*が輸送される。このようにフォーカスリング１８の温度をウエハＷの温度よりも低く制御することで、ウエハＷのエッジのエッチングレートを通常のエッチングレートよりも高く制御することができる。
　以上から、発明者らは、フォーカスリングの消耗度合いに応じて、フォーカスリングの温度を調整することでラジカルの輸送を制御することにより、ウエハＷのエッジのエッチングレートが制御できると考えた。そこで、次に、発明者らは、フォーカスリングの消耗度合いを推定する一手法としてフォーカスリングの厚みを計測する方法を考案した。
　[フォーカスリングの温度制御時間の変動と厚み]
　以下に、フォーカスリングの温度制御時間の変動とフォーカスリングの厚みとの相関関係について説明する。図７（ａ）は、横軸の高周波電力（ＲＦ）の印加時間の累積値と、縦軸のフォーカスリングの温度を７０℃から２０℃に降温制御したときにフォーカスリングの温度が安定するまでに要する時間（ここでは、ステップＡ→ステップＢの温度安定時間）との相関関係を示した図である。ステップＡ→ステップＢの２ステップからなるエッチング処理のプロセス条件は以下の通りである。
＜プロセス条件＞
（ステップＡ前）
　圧力　１００ｍＴ（１３．３３Ｐａ）
　第１高周波電力（ＬＦ）／第２高周波電力（ＨＦ）　０Ｗ／２００Ｗ
　ガス種及びガス流量　Ａｒ＝６００ｓｃｃｍ
　処理時間　４秒
（ステップＡ）
　圧力　１００ｍＴ（１３．３３Ｐａ）
　第１高周波電力（ＬＦ）／第２高周波電力（ＨＦ）　０Ｗ／０Ｗ
　ガス種及びガス流量　Ａｒ＝６００ｓｃｃｍ
　温度　ウエハのセンター／ウエハのエッジ／フォーカスリング　すべて７０℃
　処理時間　１５秒
（ステップＢ）
　圧力　１００ｍＴ（１３．３３Ｐａ）
　第１高周波電力（ＬＦ）／第２高周波電力（ＨＦ）　０Ｗ／０Ｗ
　ガス種及びガス流量　Ａｒ＝６００ｓｃｃｍ
　温度　ウエハのセンター／ウエハのエッジ／フォーカスリング　すべて２０℃
　処理時間　１５秒
　図７（ａ）の結果から、高周波電力の印加時間の累積値に対してフォーカスリングの降温制御時間が単調減少することがわかる。図７（ａ）に示したように、相関係数Ｒ２は０．９４８５であり１に近似し、これによっても、図７（ａ）に示した高周波電力の印加時間の累積値とフォーカスリングの降温制御時間との相関を示す線が直線性を有する（一次関数的に減少する）ことがわかる。
　このように、図７（ａ）に示した相関を示す線が一次関数的に減少する理由は、フォーカスリングが消耗することでフォーカスリングの熱容量が低下したため、フォーカスリングが７０℃から２０℃まで降温制御して安定するまでに要する時間が短縮したと考えられる。
　以上の結果に基づき、発明者らは、フォーカスリングの温度制御時間の変動とフォーカスリングの厚さとの関係を計測した。その結果を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）は、横軸のフォーカスリングの降温制御時間と、縦軸のフォーカスリングの厚さとの相関関係を示した図である。フォーカスリングの厚さの初期値は２．２（ｍｍ）であり、高周波電力の印加時間の累積値が４５３時間後のフォーカスリングの厚さは１．５（ｍｍ）であった。以上の計測値を用いると、図７（ｂ）に示したフォーカスリングの温度制御時間の変動とフォーカスリングの厚さとの相関関係（ほぼ一次関数）が求められる。このフォーカスリングの温度制御時間とフォーカスリングの厚さとの相関関係は、記憶部８１に記憶され、フォーカスリングの消耗度合いの推測値としてフォーカスリングの温度の補正に利用される。
　[フォーカスリングの温度制御]
　次に、フォーカスリングの消耗度合いに応じてフォーカスリングの温度の目標値を補正し、フォーカスリングを温度制御する方法について、図８～図１０を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係るフォーカスリングの温度補正処理を実行するためのフローチャートである。図９は、本実施形態に係るフォーカスリングの厚さと温度補正との関係を示した一例である。図１０は、本実施形態に係るフォーカスリングの温度制御処理を実行するためのフローチャートである。なお、フォーカスリングの温度補正処理及びフォーカスリングの温度制御処理は、制御部８０が、フォーカスリングの温度補正処理プログラム及び温度制御処理プログラムを実行することにより行われる。
　（フォーカスリングの温度補正処理）
　フォーカスリングの温度補正処理が開始されると、制御部８０は、フォーカスリングの温度変動を制御する（ステップＳ１０）。例えば、制御部８０は、フォーカスリングの温度を７０℃から２０℃に変動させる。制御部８０は、他の温度に変動させてもよい。
　次に、制御部８０は、フォーカスリングの温度が安定するまでの時間、すなわち、フォーカスリングの温度制御時間を計測する（ステップＳ１２）。
　次に、制御部８０は、フォーカスリングの温度制御時間からフォーカスリングの厚さを推測する（ステップＳ１４）。制御部８０は、記憶部８１に予め設定されたフォーカスリングの温度制御時間とフォーカスリングの厚さとの相関関係のテーブル（一例が図７（ｂ）に示されている。）に基づき、測定したフォーカスリングの温度制御時間に応じたフォーカスリングの厚さの推測値を算出する。なお、フォーカスリングの温度制御時間とフォーカスリングの厚さとの相関関係のテーブルは、時間変動とフォーカスリングの消耗度合いとの相関関係を示す数値群の一例である。
　制御部８０は、推定されたフォーカスリングの厚さに基づき、フォーカスリングの交換又はフォーカスリングの目標値の補正のいずれを実行するかを判定する（ステップＳ１６）。具体的には、制御部８０は、フォーカスリングの厚さが予め定められた閾値より小さいとき、フォーカスリングを交換すると判定し、閾値以上のとき、フォーカスリングの温度の目標値を補正すると判定する。
　ステップＳ１６にて、フォーカスリングの温度の目標値を補正すると判定された場合、制御部８０は、フォーカスリングの厚さが薄くなる程、ウエハＷの温度に対するフォーカスリングの温度が高くなるように目標値を補正し（ステップＳ１８）、本処理を終了する。
　具体的には、エッチングモードのガスの場合、制御部８０は、フォーカスリングの温度が高くなるように目標値を補正し、供給されるガスから生成されるラジカルが高温側のフォーカスリング側に輸送されるようにする。
　デポジションモードのガスの場合、制御部８０は、フォーカスリングの温度が高くなるように目標値を補正することでウエハＷのエッジ側の温度が相対的に低くなるようにし、これにより、供給されるガスから生成されるラジカルが低温側のウエハＷのエッジ側に輸送されるようにする。
　例えば、図９に示したように、記憶部８１には、フォーカスリングの厚さとフォーカスリングの温度の目標値との相関関係を示したテーブルが予め記憶されている。制御部８０は、記憶部８１のテーブルを用いてフォーカスリングの厚さに対応するフォーカスリングの温度の目標値を算出する。補正されたフォーカスリングの温度の目標値は、記憶部８１に記憶される。
　ステップＳ１６にて、フォーカスリングを交換すると判定された場合、制御部８０は、フォーカスリングの交換を促し（ステップＳ２０）、本処理を終了する。例えば、制御部８０は、フォーカスリングを交換するように、オペレータのＰＣに表示したり、警告音を発したりしてもよい。
　（フォーカスリングの温度制御処理）
　フォーカスリングの温度制御処理が開始されると、制御部８０は、記憶部８１に記憶されたフォーカスリングの温度の目標値を取得する（ステップＳ３０）。次に、制御部８０は、取得された目標値にフォーカスリングの温度を調整し（ステップＳ３２）、本処理を終了する。
　以上のようにフォーカスリングの温度が目標値に調整された後、本実施形態に係るエッチング装置１を用いてエッチング処理が実行される。これによれば、フォーカスリングの消耗度合いに応じて、フォーカスリングの温度を調整することでラジカルの輸送を制御する。これにより、フォーカスリングの消耗によりウエハＷのエッジのエッチングレートが高くなることを抑制し、エッチングレートの面内均一性を高めることができる。
　なお、エッチング処理の内容によっては、フォーカスリングの温度が変動しないプロセス条件が続く場合も考えられる。その場合には、フォーカスリングの温度を変動させる処理をエッチング処理の間に挿入して実行し、強制的に目標値の補正が実行されるようにしてもよい。
　以上、エッチング方法及びエッチング装置を実施例により説明したが、本発明に係るエッチング方法及びエッチング装置は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。また、上記実施例及び変形例を矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
　例えば、本発明に係るエッチング装置にてプラズマを発生させる手段としては、容量結合型プラズマ(ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)発生手段、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)発生手段、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）発生手段、ラジアルラインスロットアンテナから生成したマイクロ波プラズマやＳＰＡ（Slot Plane Antenna）プラズマを含むマイクロ波励起表面波プラズマ発生手段、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance Plasma）発生手段等を用いることができる。
　本発明の実施形態において処理を施される被処理体は、上記実施形態にて説明に使用したウエハに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
　本国際出願は、２０１３年５月２２日に出願された日本国特許出願２０１３－１０７８７８号に基づく優先権を主張するものであり、２０１３－１０７８７８号の全内容をここに本国際出願に援用する。

Claims (9)

  1. 　供給されるガスにより被処理体をプラズマエッチングするエッチング方法であって、
    　被処理体の温度制御とは独立して制御可能な第１の温調機構によりフォーカスリングの温度を調整し、前記フォーカスリングの温度が目標値に達するまでの時間変動を計測し、
    　予め設定された時間変動とフォーカスリングの消耗度合いとの相関関係に基づき、前記計測された時間変動から前記フォーカスリングの消耗度合いを推定し、
    　前記推定されたフォーカスリングの消耗度合いに基づき、前記フォーカスリングの温度の目標値を補正する、エッチング方法。
  2. 　前記フォーカスリングの温度の目標値を補正するステップは、前記推定されたフォーカスリングの消耗度合いが高くなる程、被処理体の温度に対するフォーカスリングの温度が高くなるように前記目標値を補正する、請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 　前記供給されるガスが、反応生成物の生成よりもエッチングに寄与するエッチング特性を有する場合、前記フォーカスリングの温度の目標値を補正するステップは、前記供給されるガスから生成されるラジカルがフォーカスリング側に輸送されるように前記目標値を補正する、請求項１に記載のエッチング方法。
  4. 　前記反応生成物の生成よりもエッチングに寄与するエッチング特性を有するガスは、
    　ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＮＦ３、ＳＦ６、ＨＢｒ、ＢＢｒ３、Ｃ２Ｆ２、Ｏ２、Ｈ２、ＣＨ４、ＣＯＳ及びＳＯ２の少なくともいずれかのガスを含む、請求項３に記載のエッチング方法。
  5. 　前記供給されるガスが、エッチングよりも反応生成物の生成に寄与するエッチング特性を有する場合、前記補正ステップは、前記供給されるガスから生成されるラジカルがウエハのエッジ側に輸送されるように前記目標値を補正する、請求項１に記載のエッチング方法。
  6. 　前記エッチングよりも反応生成物の生成に寄与するエッチング特性を有するガスは、
    　ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ及びＳｉＣｌ４の少なくともいずれかのガスを含む、請求項５に記載のエッチング方法。
  7. 　前記フォーカスリングの温度の目標値を補正するステップは、前記推定されたフォーカスリングの消耗度合いに基づき、前記フォーカスリングの交換又は前記フォーカスリングの目標値の補正のいずれを実行するかを判定するステップを含む、請求項１に記載のエッチング方法。
  8. 　前記補正された目標値に前記フォーカスリングの温度を制御するステップを更に有する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
  9. 　チャンバ内に供給されるガスにより被処理体をプラズマエッチングするエッチング装置であって、
    　フォーカスリングの温度を被処理体の温度制御とは独立して制御可能な第１の温調機構と、
    　前記第１の温調機構により前記フォーカスリングの温度を目標値に制御する制御部とを有し、
    　前記制御部は、
    　前記第１の温調機構によりフォーカスリングの温度を調整し、前記フォーカスリングの温度が目標値に達するまでの時間変動を計測し、
    　予め設定された時間変動とフォーカスリングの消耗度合いとの相関関係に基づき、前記計測された時間変動から前記フォーカスリングの消耗度合いを推定し、
    　前記推定されたフォーカスリングの消耗度合いに基づき、前記フォーカスリングの温度の目標値を補正する、エッチング装置。
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