WO2020008928A1 - プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置 - Google Patents

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辻本　宏
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東京エレクトロン株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a plasma etching method and a plasma etching apparatus.
  • the edge ring is disposed at a peripheral portion of the wafer on the mounting table in the processing chamber of the plasma etching apparatus, and focuses the plasma toward the surface of the wafer W. During plasma processing, the edge ring is exposed to the plasma and depletes.
  • a step occurs in the sheath at the edge of the wafer, the ion irradiation angle becomes oblique, and tilting occurs in the etched shape. Further, the etching rate at the edge of the wafer fluctuates, and the etching rate in the plane of the wafer W becomes non-uniform. Therefore, when the edge ring is worn by a predetermined amount or more, it is exchanged for a new one. The replacement time that occurs at that time is one of the factors that reduce productivity.
  • Patent Literature 1 discloses a technique for controlling the in-plane distribution of the etching rate by applying a DC voltage from a DC power supply to an edge ring.
  • Patent Literature 2 discloses a technique of measuring the degree of wear of an edge ring from a temporal change in the temperature of the edge ring.
  • Patent Literature 3 discloses a technique of measuring the thickness of an edge ring and controlling a DC voltage of the edge ring according to the measurement result.
  • One aspect proposes to improve productivity in a plasma etching apparatus.
  • a plasma etching method for maintaining a constant pressure in a processing container having a consumable member and etching a target object with plasma, wherein a temperature of the consumable member is increased from a first temperature.
  • productivity in a plasma etching apparatus can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a plasma etching apparatus according to one embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining changes in an etching rate and tilting due to consumption of an edge ring.
  • 5 is a flowchart illustrating an example of a pre-process of a DC voltage control process according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of an etching process including a DC voltage control process according to one embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for describing application of a DC voltage by a DC voltage control process according to one embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a three-part edge ring according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a system according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a cross section of a plasma etching apparatus 1 according to one embodiment.
  • the plasma etching apparatus 1 according to the present embodiment is a RIE (Reactive Ion Etching) type plasma etching apparatus.
  • the plasma etching apparatus 1 has a cylindrical processing vessel 10 that can be evacuated.
  • the processing container 10 is made of metal, for example, aluminum or stainless steel, and has a processing chamber in which plasma processing such as plasma etching or plasma CVD is performed.
  • the processing container 10 is grounded.
  • a disk-shaped mounting table 11 is provided inside the processing container 10.
  • the mounting table 11 mounts the wafer W thereon.
  • the mounting table 11 is supported by a cylindrical support 13 extending vertically upward from the bottom of the processing container 10 via a disk-shaped holding member 12 made of alumina (Al 2 O 3 ).
  • the mounting table 11 has an electrostatic chuck 25 and a base 25c.
  • the base 25c is formed from aluminum.
  • the electrostatic chuck 25 is arranged on a base 25c.
  • An edge ring (focus ring) 30 is arranged on the outer peripheral side of the upper portion of the base 25c so as to cover the periphery of the wafer W.
  • the outer circumferences of the base 25c and the edge ring 30 are covered with an insulator ring 32.
  • the electrostatic chuck 25 has a configuration in which a suction electrode 25a made of a conductive film is sandwiched between dielectric layers 25b.
  • a DC power supply 26 is connected to the suction electrode 25a via a switch 26a.
  • the electrostatic chuck 25 generates an electrostatic force such as a Coulomb force by a DC voltage applied from the DC power supply 26 to the suction electrode 25a, and sucks and holds the wafer W by the electrostatic force.
  • the edge ring 30 is formed of silicon or quartz.
  • a heater 52 is embedded in the base 25c near the lower surface of the edge ring 30.
  • An AC power supply 58 is connected to the heater 52, and when power from the AC power supply 58 is applied to the heater 52, the heater 52 is heated, thereby setting the edge ring 30 to a predetermined temperature such as 90 ° C. You.
  • the temperature of the back surface of the edge ring 30 can be measured by the radiation thermometer 51.
  • the variable DC power supply 28 is connected to the electrode 29 via the switch 28a, and outputs a DC voltage applied from the electrode 29 to the edge ring 30 in contact with the electrode 29 (see FIG. 3).
  • the thickness of the sheath on the edge ring 30 is controlled in accordance with the consumption of the edge ring 30 by controlling the DC voltage applied from the variable DC power supply 28 to the edge ring 30 to an appropriate value. This suppresses the occurrence of tilting and controls the in-plane distribution of the etching rate.
  • the variable DC power supply 28 is an example of a DC power supply that supplies a DC voltage applied to the edge ring 30.
  • the first high frequency power supply 21 is connected to the mounting table 11 via the matching unit 21a.
  • the first high-frequency power supply 21 applies high-frequency power (HF power) having a frequency for plasma generation and RIE (for example, a frequency of 13 MHz) to the mounting table 11.
  • a second high frequency power supply 22 is connected to the mounting table 11 via a matching unit 22a.
  • the second high-frequency power supply 22 applies high-frequency power (LF power) having a frequency for bias application (for example, a frequency of 3 MHz) lower than the frequency for plasma generation and RIE to the mounting table 11. In this way, the mounting table 11 also functions as a lower electrode.
  • the HF power may be applied to the gas shower head 24.
  • an annular refrigerant chamber 31 extending in the circumferential direction is provided inside the base 25c.
  • a coolant of a predetermined temperature for example, cooling water is circulated and supplied from the chiller unit to the coolant chamber 31 via the pipes 33 and 34, and cools the electrostatic chuck 25.
  • the heat transfer gas supply unit 35 is connected to the electrostatic chuck 25 via a gas supply line 36.
  • the heat transfer gas supply unit 35 supplies the heat transfer gas to the space between the upper surface of the electrostatic chuck 25 and the lower surface of the wafer W via the gas supply line 36.
  • a gas having thermal conductivity for example, He gas or the like is suitably used.
  • An exhaust path 14 is formed between the inner surface of the processing container 10 and the outer peripheral surface of the cylindrical support 13.
  • An annular baffle plate 15 is provided in the exhaust path 14 and an exhaust port 16 is provided at the bottom.
  • An exhaust device 18 is connected to the exhaust port 16 via an exhaust pipe 17.
  • the exhaust device 18 has a vacuum pump, and reduces the pressure of the processing space in the processing container 10 to a predetermined degree of vacuum.
  • the exhaust pipe 17 has an automatic pressure control valve (automatic pressure control valve) (hereinafter, referred to as “APC”) which is a variable butterfly valve, and the APC automatically controls the pressure in the processing chamber 10.
  • APC automatic pressure control valve
  • a gate valve 20 for opening and closing the loading / unloading port 19 of the wafer W is attached to a side wall of the processing container 10.
  • a gas shower head 24 is provided on the ceiling of the processing vessel 10.
  • the gas shower head 24 has an electrode plate 37 and an electrode support 38 that detachably supports the electrode plate 37.
  • the electrode plate 37 has a number of gas vents 37a.
  • the gas shower head 24 also functions as an upper electrode facing the mounting table 11.
  • a buffer chamber 39 is provided inside the electrode support 38, and a processing gas supply unit 40 is connected to a gas inlet 38 a of the buffer chamber 39 via a gas supply pipe 41.
  • the processing gas supply unit 40 flows the gas into the buffer chamber 39, and supplies the processing gas to the processing space between the gas shower head 24 and the mounting table 11 from the many gas vents 37a.
  • An annular or concentrically extending magnet 42 is arranged around the processing vessel 10.
  • the processing gas supply unit 40 is an example of a gas supply unit that supplies gas.
  • Each component of the plasma etching apparatus 1 is connected to the control unit 43.
  • the control unit 43 controls each component of the plasma etching apparatus 1.
  • each component for example, the exhaust device 18, the matching devices 21a and 22a, the first high frequency power supply 21, the second high frequency power supply 22, the switches 26a and 28a, the DC power supply 26, the variable DC power supply 28, and the heat transfer gas supply unit 35 And a processing gas supply unit 40.
  • the control unit 43 is a computer including a CPU 43a and a memory 43b.
  • the CPU 43a controls the execution of the plasma etching process by the plasma etching apparatus 1 by reading and executing the control program and the processing recipe of the plasma etching apparatus 1 stored in the memory 43b.
  • the control unit 43 stores in the memory 43b various types of correlation information (for example, correlation tables: see FIGS. 5 and 6) calculated in a preliminary process of the DC voltage control process of the edge ring 30 described later.
  • the memory 43b is an example of a storage unit that stores the correlation information represented by a correlation table or a formula.
  • the plasma etching apparatus 1 performs plasma etching on the wafer W.
  • the gate valve 20 is opened, the wafer W is carried into the processing container 10, and is placed on the electrostatic chuck 25.
  • the DC voltage from the DC power supply 26 is applied to the chucking electrode 25 a to cause the electrostatic chuck 25 to chuck the wafer W.
  • the heat transfer gas is supplied between the upper surface of the electrostatic chuck 25 and the back surface of the wafer W. Then, the processing gas from the processing gas supply unit 40 is introduced into the processing container 10, and the inside of the processing container 10 is depressurized by the exhaust device 18 or the like. Further, the first high frequency power and the second high frequency power are supplied from the first high frequency power supply 21 and the second high frequency power supply 22 to the mounting table 11.
  • a horizontal magnetic field is generated in one direction by the magnet 42, and a vertical RF electric field is formed by the high-frequency power applied to the mounting table 11.
  • the processing gas introduced from the gas shower head 24 is turned into plasma, and a predetermined etching process is performed on the wafer W by radicals and ions in the plasma.
  • the heater 52 is an example of a heating unit that heats a consumable member such as the edge ring 30.
  • the heating unit is not limited to this, and may be, for example, a heat medium or the like.
  • the radiation thermometer 51 is an example of a measurement unit that measures the temperature of the consumable member.
  • the measuring unit is not limited to a specific thermometer, and may be, for example, an optical thermometer such as a luxtron, a thermocouple, or the like.
  • the etching shape of the hole or the like formed on the wafer W becomes vertical at both the center portion and the edge portion of the wafer W, and tilting in which the etching shape is oblique does not occur. Further, the etching rate is uniformly controlled in the plane of the wafer W.
  • the edge ring 30 is exposed to the plasma and is consumed. Then, as shown in FIG. 2B, the thickness of the edge ring 30 is reduced, and the upper surface of the edge ring 30 is lower than the upper surface of the wafer W. As a result, the height of the sheath on the edge ring 30 is lower than the height of the sheath on the wafer W.
  • the irradiation angle of ions at the edge of the wafer W becomes oblique, and tilting may occur in which the etching shape becomes oblique.
  • the etching rate at the edge portion of the wafer W may fluctuate, and the etching rate in the plane of the wafer W may be non-uniform.
  • the angle at which the etched shape deviates from the vertical due to the oblique irradiation of the ions is also referred to as a tilt angle.
  • the etching shape is controlled almost vertically, and the in-plane distribution of the etching rate is controlled. Uniformity can be achieved.
  • the edge ring 30 is exposed to the plasma during the plasma processing and gradually wears out. Therefore, the appropriate value of the DC voltage applied from the variable DC power supply 28 varies according to the amount of consumption of the edge ring 30. Further, as shown in FIG. 2B, the wear of the edge ring 30 includes not only the edge ring 30 being cut in the thickness direction, but also a decrease in the width and a deterioration of the material.
  • the amount of consumption of the edge ring 30 is estimated only from the measurement of the thickness of the edge ring 30 and the DC voltage applied to the edge ring 30 is calculated according to the estimated amount of consumption, the estimated value of the amount of consumption of the edge ring 30 is obtained. In some cases, an appropriate DC voltage cannot be applied to the edge ring 30 because the actual power consumption may deviate from the actual consumption.
  • the consumption amount of the edge ring 30 is calculated from the heat capacity, and the DC voltage applied to the edge ring 30 is optimized according to the calculated heat capacity.
  • the cooling time of the edge ring 30 is measured as the heat capacity
  • the consumption of the edge ring 30 is predicted based on the cooling time
  • an appropriate value of the DC voltage applied to the edge ring 30 is determined.
  • the heat capacity includes not only the heat capacity of the edge ring 30 but also the heat capacity of members around the edge ring 30. That is, the cooling time of the edge ring 30 corresponds to not only the heat capacity of the edge ring 30 but also the heat capacity including the heat capacity of the members around the edge ring 30.
  • the consumption amount of the edge ring 30 is calculated from the heat capacity by estimating the consumption amount of the edge ring 30 from the measured value of the temperature decrease time of the edge ring 30. Thereby, control can be performed so as to apply an appropriate DC voltage to the edge ring 30. Therefore, a peripheral structure of the edge ring 30 for measuring the temperature of the edge ring 30 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a cross section of the edge ring 30 and a peripheral structure according to the embodiment.
  • the edge ring 30 has a ring shape and is arranged on the upper surface on the outer peripheral side of the base 25c and around the wafer W.
  • An insulator 52a is placed on the upper surface of the base 25c so as to be in contact with the lower surface of the edge ring 30, and the heater 52 is embedded in the insulator 52a. When the electric power from the AC power supply 58 is applied to the heater 52, the heater 52 is heated, whereby the temperature of the edge ring 30 is increased.
  • the radiation thermometer 51 measures the temperature of the lower surface of the edge ring 30.
  • the tip of the radiation thermometer 51 is close to a glass 54 of a material such as Ge, which has been subjected to an anti-reflection treatment. Infrared rays or visible rays are emitted from the tip of the radiation thermometer 51. The emitted infrared light or visible light reaches the lower surface of the edge ring 30 through the cavity in the insulator 56 and is reflected. In the present embodiment, the temperature of the edge ring 30 is measured by measuring the intensity of reflected infrared light or visible light.
  • the O-ring 55 seals the vacuum space in the processing container 10 so as to close off the air space in the insulator 56.
  • the variable DC power supply 28 is connected to an electrode 29 provided in an insulator 29a. A DC voltage corresponding to the amount of consumption of the edge ring 30 is applied to the electrode 29 from the variable DC power supply 28.
  • the temperature of the edge ring 30 is set to 90 ° C. using the heater 52, the temperature is lowered to 20 ° C. At this time, for example, the temperature of the edge ring 30 is lowered from 90 ° C. to 20 ° C. while maintaining the inside of the processing container 10 at a pressure of 100 (mT) while supplying Ar gas of 60 (sccm) into the processing container 10. Measure the temperature drop time.
  • the purge gas supplied in this step is not limited to the Ar gas, but is preferably an inert gas.
  • the high-frequency power output from the first high-frequency power supply 21 and the second high-frequency power supply 22 is set to 0 (W).
  • the control unit 43 calculates the consumption of the edge ring 30 based on the measured cooling time, and calculates an appropriate value of the DC voltage according to the consumption of the edge ring 30.
  • the control unit 43 controls so as to apply the calculated appropriate value of the DC voltage to the electrode 29.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a pre-process of the DC voltage control process according to the embodiment. Is done.
  • control unit 43 maintains the inside of the processing container 10 at a constant pressure of 100 (mT) while supplying 60 (sccm) Ar gas into the processing container 10 (step S10).
  • control unit 43 uses the new edge ring 30 to input heat while keeping the power applied from the AC power supply 58 to the heater 52 constant.
  • the controller 43 sets the temperature of the lower surface of the edge ring 30 measured by the radiation thermometer 51 to be 90 ° C. (Step S11).
  • control unit 43 measures a temperature decrease time until the temperature of the back surface of the edge ring 30 becomes 90 ° C. to 20 ° C. due to heat removal by the Ar gas (Step S11).
  • control unit 43 measures the temperature decrease time during which the temperature of the lower surface of the edge ring 30 decreases from 90 ° C. to 20 ° C. every time the RF power is applied (for example, every 300 hours) (step S12).
  • the application time of the RF power is an example of the use time of the edge ring 30.
  • the control unit 43 determines the difference (variation value) between the cooling time of the new edge ring 30 and the cooling time for each RF application time (for example, 300 h) and the edge ring.
  • the information (correlation information) indicating the correlation with the consumption amount of No. 30 is calculated (step S13).
  • control unit 43 obtains an appropriate value of the DC voltage to the edge ring 30 to be the amount of consumption of the edge ring 30, stores each information obtained in the pre-processing in the memory 43b (step S14), and executes this processing. finish.
  • FIG. 5 shows an example of correlation information between the difference in the cooling time obtained as a result of executing step S13 and the amount of consumption of the edge ring 30.
  • the horizontal axis in FIG. 5 shows the difference in the cooling time with respect to the new edge ring 30, and the vertical axis shows the amount of consumption of the edge ring 30.
  • the temperature lowering time until the temperature of the lower surface of the new edge ring 30 changes from 90 ° C. to 20 ° C. is set as a reference.
  • the temperature lowering time until the temperature of the lower surface of the edge ring 30 became 90 ° C. to 20 ° C. was measured five times.
  • the difference between the average value of the cooling time and the average value of the cooling time of the lower surface of the new edge ring 30 was calculated using the average value of the five measurement values.
  • correlation information of the amount of consumption of the edge ring 30 at the time of 300 h and 600 h with respect to the difference between the respective cooling times (average values) was obtained, and a correlation table was created.
  • the edge ring 30 is new (0 h)
  • the RF application time is 300 hours after the elapse
  • the temperature decrease time and the consumption amount of the edge ring 30 after the elapse of 600 hours are proportional. It was shown to be relevant. From this result, as the usage time of the edge ring 30 increases (the RF application time increases), and the edge ring 30 is exposed to plasma and consumed more, the heat capacity of the edge ring 30 decreases and the temperature of the edge ring 30 decreases. It was found that the time required for the temperature to fall from 90 ° C. to 20 ° C. was shortened.
  • the difference in the cooling time is calculated.
  • a correlation table between the DC voltage and the appropriate value of the DC voltage is shown in FIG. Based on the correlation table shown in FIG. 6, an appropriate value of the DC voltage applied to the edge ring 30 can be calculated according to the difference between the measured temperature drop time and the temperature drop time of the new edge ring 30.
  • the consumption amount of the edge ring 30 for each RF application time may be obtained by actually measuring the consumption amount of the edge ring 30 (the consumed thickness of the edge ring 30) for each RF application time. Further, the consumption amount of the edge ring 30 may be estimated from the RF application time. Further, the consumption of the edge ring 30 may be calculated from the tilt angle of the etching shape formed at the edge of the wafer W for each RF application time. Further, the pressure, temperature, and RF application time shown in FIG. 4 are merely examples, and are not limited thereto.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of an etching process including a DC voltage control process according to an embodiment.
  • the control unit 43 sets 1 to a variable n (Step S19), and performs plasma etching on the wafer (Step S20).
  • the control unit 43 measures the temperature decrease time required for the temperature of the edge ring 30 to change from 90 ° C. to 20 ° C. (Step S22). Note that the unit of the elapsed time in step S21 is not limited to 100 ⁇ n.
  • the control unit 43 calculates the difference between the temperature drop times for the new edge ring 30 and estimates the consumption of the edge ring 30 (step S23). For example, with reference to the correlation graph shown in FIG. 5 as an example, the amount of consumption of the edge ring 30 can be estimated from the difference between the temperature drop times for the new edge ring 30.
  • the cooling time may be a value measured once or an average value of values measured a plurality of times.
  • Step S24 the control unit 43 determines whether or not the difference between the cooling times is equal to or greater than a predetermined threshold Th1 (Step S24).
  • a predetermined threshold Th1 As shown in an example in FIG. 8A, the difference in the cooling time increases as the RF application time increases.
  • the threshold value Th1 when the difference in the cooling time with respect to the new edge ring 30 becomes equal to or greater than the threshold value Th1, the consumption of the edge ring 30 becomes unacceptable. Therefore, in Step S24 of FIG. 7, when the control unit 43 determines that the difference in the cooling time is equal to or more than the threshold Th1, the control unit 43 applies the appropriate value of the DC voltage calculated for the calculated difference in the cooling temperature to the edge ring 30. Then (step S25), the process proceeds to step S26.
  • the appropriateness of the DC voltage according to the difference in the cooling temperature is determined.
  • a value is calculated. For example, in the case of the correlation table of FIG. 6, when the difference in the cooling time from the new edge ring 30 becomes equal to the threshold Th1, the DC voltage Va is calculated as an appropriate value of the DC voltage applied to the edge ring 30.
  • the height of the sheath on the edge ring 30 becomes substantially the same as the height of the sheath on the wafer W.
  • the ion irradiation angle becomes substantially vertical.
  • the tilt angle at the edge of the wafer W is corrected, and the tilt angle approaches 90 ° C.
  • the tilt angle is controlled even in the edge portion of the wafer W within the range of Th2 to Th3 indicating the allowable range of the tilt angle. Can be.
  • step S24 if it is determined in step S24 that the difference between the cooling times is smaller than the threshold Th1, the control unit 43 corrects the tilt angle by applying or changing the DC voltage to the edge ring 30. It is determined that it is unnecessary, and the process immediately proceeds to step S26.
  • step S26 the control unit 43 determines whether or not to end the measurement. If it is determined to end the measurement, the control unit 43 ends this processing. If it is determined that the measurement is not to be ended, 1 is added to the variable n (step S27), the process returns to step S20, and the processes after step S20 are repeated.
  • the DC voltage to the edge ring 30 is controlled while the plasma etching process is performed on the wafer W.
  • the temperature decrease time of the edge ring 30 is measured, and an appropriate value of the DC voltage according to the measured temperature decrease time is calculated, thereby corresponding to the consumption amount of the edge ring 30. Calculate DC voltage. Then, by applying an appropriate value of the calculated DC voltage to the edge ring 30, the sheath on the edge ring 30 and the sheath on the wafer W can be adjusted to the same height. Accordingly, it is possible to suppress at least one of the occurrence of tilting and the fluctuation of the etching rate.
  • the edge ring 30 when the calculated appropriate value of the DC voltage is 100 V, by applying a DC voltage of 100 V to the edge ring 30, even if the edge ring 30 is worn, the edge ring 30 is tilted and etched when it is new. You can return to the rate.
  • the replacement time of the edge ring 30 can be delayed by controlling the DC voltage.
  • the time required for replacing the edge ring 30 includes, for example, the time for opening the processing container 10 and the time for replacing the edge ring 30, the processing container 10 being closed after the replacement to clean the processing container, and the processing container 10 being seasoned. Includes time to adjust the atmosphere inside. Therefore, the productivity can be improved by delaying the replacement time of the edge ring 30.
  • the measurement timing of the temperature drop time is determined based on the RF application time, but is not limited to this. For example, when it is determined that a specific number of wafers W have been processed, the temperature lowering time may be measured.
  • the specific number of wafers W may be one wafer W, one lot (for example, 25) wafers W, or any other number.
  • the temperature decrease time required for the temperature of the lower surface of the edge ring 30 to change from 90 ° C. to 20 ° C. is measured, but the measured temperature is not limited to this.
  • 90 ° C. is an example of a first temperature
  • 20 ° C. is an example of a second temperature lower than the first temperature.
  • the first temperature and the second temperature are not limited to 90 ° C. and 20 ° C., and two temperatures satisfying a condition that the second temperature is lower than the first temperature can be appropriately set.
  • the temperature decrease time required for the temperature of the lower surface of the edge ring 30 to change from 90 ° C. to 20 ° C. is measured, but the temperature decrease rate may be measured.
  • the temperature of the back surface of the edge ring 30 is measured by the radiation thermometer 51.
  • the present invention is not limited to this, and any surface of the edge ring 30 may be measured.
  • the temperature of the edge ring 30 is reduced to 20 ° C. by supplying a constant flow of Ar gas and removing heat from the surface of the edge ring 30 by the Ar gas.
  • the present invention is not limited thereto, and the coolant chamber 31 may be provided below the edge ring 30 and the temperature of the edge ring 30 may be lowered by circulating the brine.
  • the adjustment may be performed by supplying a constant flow rate of Ar gas into the processing chamber 10 or using an automatic pressure control device (APC) or the like.
  • the adjustment may be made by controlling the exhaust side, or by both means.
  • the consumption of the edge ring 30 was estimated as an example of the degree of consumption of the edge ring.
  • a DC voltage may be calculated using the correlation table of FIG. 6 and the DC voltage may be controlled so as to be applied to the edge ring 30. Thereby, the appropriate value of the DC voltage can be obtained without estimating the consumption amount of the edge ring 30.
  • the edge ring 30 is an example of a consumable member.
  • Another example of the consumable member is the gas shower head 24 (upper electrode).
  • the gas shower head 24 it is necessary to provide the gas shower head 24 with a measuring unit for measuring the temperature of the gas shower head 24, a variable DC power supply for applying a DC voltage, and a heating unit.
  • the DC voltage applied to the edge ring 30 was controlled based on the measured cooling time or cooling rate.
  • the driving amount of the edge ring 30 is controlled instead of or in addition to applying a DC voltage to the edge ring 30.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a cross section of a three-part edge ring and a peripheral structure thereof according to a modification of the embodiment.
  • the radiation thermometer 51 is arranged to measure the temperature at the center of the lower surface of the edge ring 30.
  • the heater 52 embedded in the insulator 52a and the heater 62 embedded in the insulator 62a are arranged on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the back surface of the edge ring 30, respectively.
  • the position of the temperature measurement by the radiation thermometer 51 according to the present modified example is closer to the heaters 52 and 62 than the position of the temperature measurement by the radiation thermometer 51 according to the present embodiment. Will measure the temperature at the center.
  • the positional relationship between the heaters 52 and 62 and the radiation thermometer 51 may be near or far.
  • the position of the radiation thermometer 51 is not limited to the outer peripheral side or the center, but may be arranged on the inner peripheral side of the lower surface of the edge ring 30 to measure the temperature on the inner peripheral side of the lower surface of the edge ring 30.
  • correlation information indicating the correlation between the DC voltage and the cooling time or cooling rate of the edge ring 30 is calculated in the pre-processing and stored in the memory 43b.
  • an appropriate DC voltage corresponding to the measured cooling time is calculated based on the correlation information between the cooling temperature and the DC voltage stored in the memory 43b, It can be applied to the ring 30.
  • the edge ring 30 is divided into an inner peripheral edge ring 30a, a central edge ring 30b, and an outer peripheral edge ring 30c in this order from the inner peripheral side, and each is arranged in a ring shape. At least one of the inner peripheral edge ring 30a, the central edge ring 30b, and the outer peripheral edge ring 30c is connected to the drive mechanism 53.
  • the control unit 43 controls the drive amount of the drive mechanism 53 according to the consumption amount of the edge ring 30 estimated in the above embodiment or the present modification.
  • the edge ring 30 is not limited to being divided into three, but may be divided into a plurality of divided edge rings and at least one of the plurality of divided edge rings can be driven.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a system according to an embodiment.
  • control units 1a to 1c for controlling the plasma etching apparatus A (hereinafter, also referred to as “apparatus A") and the control unit 2a for controlling the plasma etching apparatus B (hereinafter, also referred to as “apparatus B”). 1 to 2c are connected to the server 2 via a network.
  • the plasma etching apparatuses 1A, 1B, and 1C are exemplified, but the invention is not limited to this.
  • the plasma etching apparatuses 1A, 1B, and 1C are controlled by control units 1a, 1b, and 1c, respectively.
  • the plasma etching apparatuses 2A, 2B, and 2C are given as an example, but the invention is not limited thereto.
  • the plasma etching apparatuses 2A, 2B, and 2C are controlled by control units 2a, 2b, and 2c, respectively.
  • the control units 1a to 1c and the control units 2a to 2c transmit to the server 2 correlation information indicating the relative relationship between the difference in the cooling down time stored in each memory (storage unit) and the DC voltage.
  • the server 2 receives information 3a, 3b, and 3c indicating the relative relationship between the difference in the cooling time and the DC voltage from the control units 1a, 1b, and 1c that control the apparatus A (the plasma etching apparatuses 1A, 1B, and 1C). Further, the server 2 receives information 4a, 4b, and 4c indicating the relative relationship between the difference in the cooling time and the DC voltage from the control units 2a, 2b, and 2c that control the apparatus B (the plasma etching apparatuses 2A, 2B, and 2C). .
  • the correlation information indicating the relative relationship between the difference in the cooling time and the DC voltage is schematically illustrated in the form of a graph.
  • the server 2 includes information 3a, 3b, 3c,... Indicating the relative relationship between the difference in the cooling time with respect to the device A and the DC voltage, and information 4a, 4b, indicating the relative relationship between the difference in the cooling temperature with the device B and the DC voltage. 4c are classified into different categories.
  • the server 2 calculates an appropriate value of the DC voltage with respect to the difference in the cooling time of the device A based on the information 3a, 3b, 3c,. For example, based on the information 3a, 3b, 3c,..., The average value of the DC voltage with respect to the difference in the cooling time of the device A may be set as the appropriate value, or the median value of the DC voltage with respect to the difference in the cooling temperature of the device A may be adjusted as appropriate. It may be a value. Further, for example, based on the information 3a, 3b, 3c,..., The minimum value or the maximum value of the DC voltage with respect to the difference in the cooling time of the device A may be set as the appropriate value. In addition, the server 2 can calculate a specific value of the DC voltage based on the information 3a, 3b, 3c,... As an appropriate value of the DC voltage with respect to the difference in the cooling time of the device A.
  • the appropriate value of the DC voltage with respect to the difference in the cooling time of the device B is calculated. For example, based on the information 4a, 4b, 4c,..., The average value, the median value, the minimum value, or the maximum value of the DC voltage with respect to the difference in the cooling time of the device A may be set as the appropriate value.
  • the server 2 can calculate a specific value of the DC voltage based on the information 4a, 4b, 4c,... As an appropriate value of the DC voltage with respect to the difference in the cooling time of the device B.
  • the server 2 calculates an appropriate value of the DC voltage with respect to the difference of the cooling time collected for each different etching apparatus, and feeds back information on the appropriate value of the DC voltage with respect to the calculated difference of the cooling time to the control units 1a to 2c. .
  • the control units 1a to 2c control the DC voltage applied to the edge ring 30 using the appropriate value of the DC voltage according to the amount of consumption of the edge ring 30 obtained including the information of other etching apparatuses. can do.
  • the server 2 can collect information on the DC voltage with respect to the difference in the temperature drop time measured using more plasma etching apparatuses included in the same category. For this reason, the appropriate value of the DC voltage with respect to the difference in the cooling time can be calculated without variation based on the collected information on the DC voltage with respect to the difference in the cooling time. As a result, the control of applying the appropriate value of the DC voltage to the edge ring 30 according to the amount of consumption of the edge ring 30 can be performed more accurately and without variation.
  • the server 2 may be realized by a cloud computer.
  • the consumption of the edge ring 30 based on the measurement result of the temperature decrease time or the temperature decrease rate when the temperature of the edge ring 30 is decreased from the first temperature to the second temperature.
  • the amount can be estimated.
  • the replacement time due to the consumption of the edge ring 30 can be delayed. Thereby, productivity in the plasma etching apparatus can be improved.
  • the plasma etching apparatus of the present disclosure can be applied to any type of Capacitively Coupled Plasma (CCP), Inductively Coupled Plasma (ICP), Radial Line Slot Slot Antenna (RLSA), Electron Cyclotron Resonance Plasma (ECR), Helicon Wave Plasma (HWP). It is.
  • CCP Capacitively Coupled Plasma
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • RLSA Radial Line Slot Slot Antenna
  • ECR Electron Cyclotron Resonance Plasma
  • HWP Helicon Wave Plasma
  • the wafer W is described as an example of the object to be processed.
  • the object to be processed is not limited to this, and may be various types of substrates used for FPD (Flat Panel Display), printed circuit boards, and the like.
  • Plasma etching apparatus 10 processing vessel 11: mounting table 18: exhaust device 21: first high-frequency power supply 22: second high-frequency power supply 24: gas shower head 25: electrostatic chuck 25a: adsorption electrode 25b: dielectric layer 25c: base Table 28: Variable DC power supply 29: Electrode 30: Edge ring 31: Refrigerant chamber 35: Heat transfer gas supply unit 40: Processing gas supply unit 43: Control unit 51: Radiation thermometer 52, 62: Heaters 29a, 52a, 56, 62a: insulator

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Abstract

消耗部材を有する処理容器内を一定の圧力に維持し、被処理体をプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記消耗部材の温度が第１温度から該第１温度よりも低い第２温度に達するまでの降温時間又は降温速度の変動値を計測する工程と、前記消耗部材の消耗度合いと前記変動値との相関を示す情報に応じて、計測した前記変動値に基づき前記消耗部材の消耗度合いを推定する工程と、を有するプラズマエッチング方法が提供される。

Description

プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置
　本開示は、プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置に関する。
　エッジリングは、プラズマエッチング装置の処理室内において載置台上のウエハの周辺部に配置され、プラズマをウエハＷの表面に向けて収束させる。プラズマ処理中、エッジリングはプラズマに曝露され、消耗する。
　その結果、ウエハのエッジ部においてシースに段差が生じ、イオンの照射角度が斜めになり、エッチング形状にチルティング（tilting）が生じる。また、ウエハのエッジ部のエッチングレートが変動し、ウエハＷの面内におけるエッチングレートが不均一になる。そこで、エッジリングが所定以上消耗したときには新品のものに交換することが行われている。その際に発生する交換時間が生産性を低下させる要因の一つになっている。
　これに対して、例えば、特許文献１には、直流電源より直流電圧をエッジリングに印加することで、エッチングレートの面内分布を制御する技術が開示されている。特許文献２には、エッジリングの温度の時間変動からエッジリングの消耗度合いを計測する技術が開示されている。特許文献３には、エッジリングの厚さを測定して測定結果に応じてエッジリングの直流電圧を制御する技術が開示されている。
特許第５２８１３０９号公報 特許第６０２７４９２号公報 特開２００５－２０３４８９号公報
　一側面では、プラズマエッチング装置における生産性を向上させることを提案する。
　本開示の一の態様によれば、消耗部材を有する処理容器内を一定の圧力に維持し、被処理体をプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記消耗部材の温度が第１温度から該第１温度よりも低い第２温度に達するまでの降温時間又は降温速度の変動値を計測する工程と、前記消耗部材の消耗度合いと前記変動値との相関を示す情報に応じて、計測した前記変動値に基づき前記消耗部材の消耗度合いを推定する工程と、を有するプラズマエッチング方法が提供される。
　一の側面によれば、プラズマエッチング装置における生産性を向上させることができる。
一実施形態に係るプラズマエッチング装置の一例を示す図。 エッジリングの消耗によるエッチングレート及びチルティングの変動を説明するための図。 一実施形態に係るエッジリング及び周辺構造の断面の一例を示す図。 一実施形態に係る直流電圧制御処理の事前処理の一例を示すフローチャート。 一実施形態に係る降温時間の差分とエッジリングの消耗量との相関テーブルの一例を示す図。 一実施形態に係る降温時間の差分と直流電圧の適正値との相関テーブルの一例を示す図。 一実施形態に係る直流電圧制御処理を含むエッチング処理の一例を示すフローチャート。 一実施形態に係る直流電圧制御処理による直流電圧の印加を説明するための図。 一実施形態に係る３分割のエッジリングの一例を示す図。 一実施形態に係るシステムの一例を示す図。
　以下、本開示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。
　［プラズマエッチング装置］
　まず、本開示の一実施形態に係るプラズマエッチング装置１の一例について、図１を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマエッチング装置１の断面の一例を示す図である。本実施形態に係るプラズマエッチング装置１は、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）型のプラズマエッチング装置である。
　プラズマエッチング装置１は、真空排気可能な円筒型の処理容器１０を有する。処理容器１０は、金属製、例えば、アルミニウム又はステンレス鋼製等により形成され、その内部は、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ等のプラズマ処理が行われる処理室となっている。処理容器１０は接地されている。
　処理容器１０の内部には、円板状の載置台１１が配設されている。載置台１１は、ウエハＷを載置する。載置台１１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から形成された円盤状保持部材１２を介して処理容器１０の底から垂直上方に延びる筒状支持部１３に支持されている。
　載置台１１は、静電チャック２５及び基台２５ｃを有する。基台２５ｃは、アルミニウムから形成される。静電チャック２５は、基台２５ｃ上に配置される。また、基台２５ｃの上部外周側には、エッジリング（フォーカスリング）３０がウエハＷの周辺-を覆うように配置される。基台２５ｃ及びエッジリング３０の外周は、インシュレータリング３２により覆われている。
　静電チャック２５は、導電膜からなる吸着電極２５ａを誘電層２５ｂに挟み込んだ構成を有する。吸着電極２５ａには、スイッチ２６ａを介して直流電源２６が接続されている。静電チャック２５は、直流電源２６から吸着電極２５ａに印加された直流電圧によりクーロン力等の静電力を発生させ、その静電力によりウエハＷを吸着保持する。
　エッジリング３０は、シリコン又は石英により形成されている。基台２５ｃにはエッジリング３０の下面近傍にてヒータ５２が埋設されている。ヒータ５２には、交流電源５８が接続され、交流電源５８からの電力がヒータ５２に印加されると、ヒータ５２は加熱され、これにより、エッジリング３０が９０℃等の所定の温度に設定される。エッジリング３０の裏面の温度は、放射温度計５１により測定可能となっている。
　可変直流電源２８は、スイッチ２８ａを介して電極２９に接続され、電極２９から該電極２９に接するエッジリング３０に印加する直流電圧を出力する（図３参照）。本実施形態では、可変直流電源２８からエッジリング３０に印加する直流電圧を適正値に制御することで、エッジリング３０の消耗量に応じてエッジリング３０上のシースの厚さを制御する。これにより、チルティングの発生を抑制し、エッチングレートの面内分布を制御する。可変直流電源２８は、エッジリング３０に印加する直流電圧を供給する直流電源の一例である。
　載置台１１には、第１高周波電源２１が整合器２１ａを介して接続されている。第１高周波電源２１は、プラズマ生成およびＲＩＥ用の周波数（例えば、１３ＭＨｚの周波数）の高周波電力（ＨＦ電力）を載置台１１に印加する。また、載置台１１には、第２高周波電源２２が整合器２２ａを介して接続されている。第２高周波電源２２は、プラズマ生成およびＲＩＥ用の周波数よりも低いバイアス印加用の周波数（例えば、３ＭＨｚの周波数）の高周波電力（ＬＦ電力）を載置台１１に印加する。このようにして載置台１１は下部電極としても機能する。なお、ＨＦ電力は、ガスシャワーヘッド２４に印加してもよい。
　基台２５ｃの内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室３１が設けられている。冷媒室３１には、チラーユニットから配管３３、３４を介して所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給され、静電チャック２５を冷却する。
　また、静電チャック２５には、ガス供給ライン３６を介して伝熱ガス供給部３５が接続されている。伝熱ガス供給部３５は、伝熱ガスをガス供給ライン３６を介して静電チャック２５の上面とウエハＷの下面の間の空間に供給する。伝熱ガスとしては、熱伝導性を有するガス、例えば、Ｈｅガス等が好適に用いられる。
　処理容器１０の内面と筒状支持部１３の外周面の間には排気路１４が形成されている。排気路１４には環状のバッフル板１５が配設されるとともに、底部に排気口１６が設けられている。排気口１６には、排気管１７を介して排気装置１８が接続されている。排気装置１８は、真空ポンプを有し、処理容器１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧する。また、排気管１７は可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁（automatic pressure control valve）（以下、「ＡＰＣ」という）を有し、ＡＰＣは自動的に処理容器１０内の圧力制御を行う。さらに、処理容器１０の側壁には、ウエハＷの搬入出口１９を開閉するゲートバルブ２０が取り付けられている。
　処理容器１０の天井部にはガスシャワーヘッド２４が配設されている。ガスシャワーヘッド２４は、電極板３７と、該電極板３７を着脱可能に支持する電極支持体３８とを有する。電極板３７は、多数のガス通気孔３７ａを有する。ガスシャワーヘッド２４は、載置台１１に対向して上部電極としても機能する。
　電極支持体３８の内部にはバッファ室３９が設けられ、このバッファ室３９のガス導入口３８ａには、ガス供給配管４１を介して処理ガス供給部４０が接続されている。処理ガス供給部４０は、バッファ室３９にガスを流し、多数のガス通気孔３７ａからガスシャワーヘッド２４と載置台１１の間の処理空間に処理ガスを供給する。処理容器１０の周囲には、環状又は同心状に延びる磁石４２が配置されている。処理ガス供給部４０は、ガスを供給するガス供給部の一例である。
　プラズマエッチング装置１の各構成要素は、制御部４３に接続されている。制御部４３は、プラズマエッチング装置１の各構成要素を制御する。各構成要素としては、例えば、排気装置１８、整合器２１ａ，２２ａ、第１高周波電源２１、第２高周波電源２２、スイッチ２６ａ、２８ａ、直流電源２６、可変直流電源２８、伝熱ガス供給部３５および処理ガス供給部４０等が挙げられる。
　制御部４３は、ＣＰＵ４３ａ及びメモリ４３ｂを備えるコンピュータである。ＣＰＵ４３ａは、メモリ４３ｂに記憶されたプラズマエッチング装置１の制御プログラム及び処理レシピを読み出して実行することで、プラズマエッチング装置１によるプラズマエッチング処理の実行を制御する。
　また、制御部４３は、後述するエッジリング３０の直流電圧制御処理の事前処理において算出した各種の相関情報（例えば相関テーブル：図５、図６参照）をメモリ４３ｂに記憶する。メモリ４３ｂは、相関テーブルや式にて示される前記相関情報を記憶する記憶部の一例である。
　プラズマエッチング装置１は、ウエハＷにプラズマエッチングを施す。プラズマエッチングを実行する場合、先ずゲートバルブ２０を開き、ウエハＷを処理容器１０内に搬入し、静電チャック２５上に載置する。直流電源２６からの直流電圧を吸着電極２５ａに印加し、ウエハＷを静電チャック２５に吸着させる。
　また、伝熱ガスを静電チャック２５の上面とウエハＷの裏面の間に供給する。そして、処理ガス供給部４０からの処理ガスを処理容器１０内に導入し、排気装置１８等により処理容器１０内を減圧する。さらに、第１高周波電源２１及び第２高周波電源２２から第１高周波電力及び第２高周波電力を載置台１１に供給する。
　プラズマエッチング装置１の処理容器１０内では、磁石４２によって一方向に向かう水平磁界が形成され、載置台１１に印加された高周波電力によって鉛直方向のＲＦ電界が形成される。これにより、ガスシャワーヘッド２４から導入された処理ガスがプラズマ化し、プラズマ中のラジカルやイオンによってウエハＷに所定のエッチング処理が行われる。
　ヒータ５２は、エッジリング３０等の消耗部材を加熱する加熱部の一例である。加熱部はこれに限られず、例えば熱媒体等であってもよい。また、放射温度計５１は、消耗部材の温度を計測する計測部の一例である。なお、計測部は特定の温度計に限られず、例えば、ラクストロン等の光学式温度計や熱電対等であってもよい。
　［エッジリングの消耗］
　次に、図２を参照して、エッジリング３０の消耗によって生じるシースの変化と、エッチングレートの変動及びチルティングの発生について説明する。図２（ａ）に示すように、エッジリング３０が新品の場合にウエハＷの上面とエッジリング３０の上面とが同じ高さになるようにエッジリング３０の厚さが設計されている。このとき、プラズマ処理中のウエハＷ上のシースとエッジリング３０上のシースとは同じ高さになる。この状態では、ウエハＷ上及びエッジリング３０上へのプラズマからのイオンの照射角度は概ね垂直になる。この結果、ウエハＷ上に形成されるホール等のエッチング形状は、ウエハＷの中央部及びエッジ部のいずれにおいても垂直になり、エッチング形状が斜めになるチルティング（tilting）は生じない。また、ウエハＷの面内においてエッチングレートが均一に制御される。
　ところが、プラズマ処理中、エッジリング３０はプラズマに曝露され、消耗する。そうすると、図２（ｂ）に示すように、エッジリング３０の厚さが薄くなって、エッジリング３０の上面はウエハＷの上面よりも低くなる。この結果、エッジリング３０上のシースの高さはウエハＷ上のシースの高さよりも低くなる。
　このようにシースの高さに段差が生じている場合、ウエハＷのエッジ部においてイオンの照射角度が斜めになり、エッチング形状が斜めになるチルティング（tilting）が生じることがある。または、ウエハＷのエッジ部のエッチングレートが変動し、ウエハＷの面内におけるエッチングレートに不均一が生じることがある。以下、イオンが斜めに照射することでエッチング形状が垂直からずれる角度をチルト角度ともいう。
　これに対して、可変直流電源２８から、エッジリング３０の消耗量に応じた適正な直流電圧をエッジリング３０に印加することで、エッチング形状を概ね垂直に制御し、エッチングレートの面内分布の均一性を図ることができる。しかしながら、エッジリング３０はプラズマ処理中にプラズマに曝露され、徐々に消耗する。よって、可変直流電源２８から印加する直流電圧の適正値は、エッジリング３０の消耗量に応じて変動する。また、図２の（ｂ）に示すように、エッジリング３０の消耗は、エッジリング３０の厚み方向の削れるだけでなく、幅の減少や材質の劣化等も含む。よって、エッジリング３０の厚みの測定だけからエッジリング３０の消耗量を推定し、推定した消耗量に応じてエッジリング３０に印加する直流電圧を算出した場合、エッジリング３０の消耗量の推定値が現実の消耗量からずれることがあるために適正な直流電圧をエッジリング３０に印加できない場合がある。
　そこで、本実施形態では、エッジリング３０の消耗量を熱容量から算出し、算出した熱容量に応じてエッジリング３０へ印加する直流電圧を適正化する。具体的には、本実施形態では、熱容量としてエッジリング３０の降温時間を測り、降温時間によってエッジリング３０の消耗量を予測し、エッジリング３０へ印加する直流電圧の適正値を求め、エッジリング３０へ印加する。なお、上記熱容量にはエッジリング３０だけでなく、エッジリング３０の周辺の部材の熱容量が含まれる。すなわちエッジリング３０の降温時間は、エッジリング３０の熱容量だけでなくエッジリング３０の周辺の部材の熱容量も含んだ熱容量に対応するものである。
　［エッジリング及びその周辺構造］
　本実施形態では、エッジリング３０の消耗量をエッジリング３０の降温時間の測定値から推定することで、エッジリング３０の消耗量を熱容量から算出する。これにより、エッジリング３０へ適正な直流電圧を印加するように制御できる。そこで、エッジリング３０の温度を測定するためのエッジリング３０の周辺構造について、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ジリング３０及びその周辺構造の断面の一例を示す図である。
　エッジリング３０は、リング状であり、基台２５ｃの外周側の上面であってウエハＷの周囲に配置されている。基台２５ｃの上面には、エッジリング３０の下面に接するようにインシュレータ５２ａが置かれ、インシュレータ５２ａ内にヒータ５２が埋設されている。交流電源５８からの電力がヒータ５２に印加されると、ヒータ５２は加熱され、これにより、エッジリング３０は昇温される。
　放射温度計５１は、エッジリング３０の下面の温度を測定する。放射温度計５１の先端は、Ｇｅ等の材質の、反射防止処理が施されたガラス５４に近接する。放射温度計５１の先端からは赤外線又は可視光線が出射される。出射された赤外線又は可視光線は、インシュレータ５６内の空洞を通ってエッジリング３０の下面に到達し、反射する。本実施形態では、反射した赤外線又は可視光線の強度を測定することによりエッジリング３０の温度を測定する。Ｏリング５５は、処理容器１０内の真空空間をインシュレータ５６内の大気空間から閉塞するようにシールする。可変直流電源２８は、インシュレータ２９ａ内に設けられた電極２９に接続されている。電極２９には、可変直流電源２８からエッジリング３０の消耗量に応じた直流電圧が印加される。
　本実施形態では、ヒータ５２を用いてエッジリング３０の温度を９０℃に設定した後、２０℃まで降温させる。その際、例えば、６０（ｓｃｃｍ）のＡｒガスを処理容器１０内に供給しながら、処理容器１０内を１００（ｍＴ）の圧力に維持しながら、エッジリング３０を９０℃から２０℃まで降温させるときの降温時間を計測する。この工程において供給されるパージガスは、Ａｒガスに限られないが、不活性ガスであることが好ましい。また、第１高周波電源２１及び第２高周波電源２２から出力される高周波電力は０（Ｗ）に設定される。
　制御部４３は、測定した降温時間に基づき、エッジリング３０の消耗量を算出し、エッジリング３０の消耗量に応じた直流電圧の適正値を算出する。制御部４３は、算出した直流電圧の適正値を電極２９に印加するように制御する。
　［直流電圧制御処理の事前処理］
　次に、測定した降温時間に基づきエッジリング３０の消耗量を算出するために、降温時間とのエッジリングの消耗量との相関を示す情報を収集する事前処理について、図４を参照しながら説明する。図４は、一実施形態に係る直流電圧制御処理の事前処理の一例を示すフローチャートであり、エッジリング３０に直流電圧の適正値を印加する直流電圧制御処理（図７参照）の事前処理として実行される。
　本処理が開始されると、制御部４３は、６０（ｓｃｃｍ）のＡｒガスを処理容器１０内に供給しながら、処理容器１０内を１００（ｍＴ）の一定圧力に維持する（ステップＳ１０）。
　次に、制御部４３は、新品のエッジリング３０を使用して、交流電源５８からヒータ５２へ印加される電力を一定にして入熱を行う。制御部４３は、放射温度計５１により測定したエッジリング３０の下面の温度が９０℃になるように設定する（ステップＳ１１）。次に、制御部４３は、Ａｒガスによる抜熱によりエッジリング３０の裏面の温度が９０℃から２０℃になるまでの降温時間を測定する（ステップＳ１１）。
　次に、制御部４３は、ＲＦ電力の印加時間毎（例えば３００ｈ経過毎）にエッジリング３０の下面の温度が９０℃から２０℃になるまでの降温時間を測定する（ステップＳ１２）。ＲＦ電力の印加時間は、エッジリング３０の使用時間の一例である。
　次に、制御部４３は、ＲＦ印加時間毎の降温時間の測定結果から、新品のエッジリング３０の降温時間に対するＲＦ印加時間毎（例えば３００ｈ毎）の降温時間の差分（変動値）とエッジリング３０の消耗量との相関を示す情報（相関情報）を算出する（ステップＳ１３）。
　次に、制御部４３は、エッジリング３０の消耗量にするエッジリング３０への直流電圧の適正値を求め、事前処理で得た各情報をメモリ４３ｂに記憶し（ステップＳ１４）、本処理を終了する。
　ステップＳ１３を実行した結果得られた降温時間の差分とエッジリング３０の消耗量との相関情報の一例を図５に示す。図５の横軸は新品のエッジリング３０に対する降温時間の差分を示し、縦軸はエッジリング３０の消耗量を示す。
　図５の例では、新品のエッジリング３０の下面の温度が９０℃から２０℃になるまでの降温時間を基準とした。ＲＦ印加時間が０ｈ（新品のエッジリング）、３００ｈ、６００ｈのそれぞれにおいてエッジリング３０の下面の温度が９０℃から２０℃になるまでの降温時間を５回ずつ測定した。そして、それぞれの５回の測定値の平均値を使用して新品のエッジリング３０の下面の降温時間の平均値に対する降温時間の平均値の差分を算出した。そして、各降温時間（平均値）の差分に対する３００ｈ、６００ｈのときのエッジリング３０の消耗量の相関情報を求め、相関テーブルを作成した。
　その結果の一例を示す図５では、エッジリング３０が、新品（０ｈ）、ＲＦ印加時間が３００ｈ経過後、６００ｈ経過後のそれぞれの場合の降温時間とエッジリング３０の消耗量の間には比例関係があることが示された。この結果からエッジリング３０の使用時間が増え（ＲＦ印加時間が増え）、エッジリング３０がプラズマに曝露されて消耗量が多くなる程、エッジリング３０の熱容量が小さくり、エッジリング３０の温度を９０℃から２０℃になるまでにかかる降温時間が短くなることがわかった。
　かかる降温時間とエッジリング３０の消耗量との比例関係と、予め求められたエッジリング３０の消耗量とエッジリング３０に印加する直流電圧の適正値の相関を示す情報とから、降温時間の差分と直流電圧の適正値との相関テーブルを作成できる。その一例を図６に示す。図６に示す相関テーブルに基づき、測定した降温時間と新品のエッジリング３０の降温時間との差分に応じて、エッジリング３０に印加する直流電圧の適正値を算出することができる。
　以上から、図６の相関テーブルを用いて、測定した降温時間に応じた直流電圧の適正値を算出することで、エッジリング３０の消耗量に応じた直流電圧を計算することができる。これにより、エッジリング３０の消耗量に応じた直流電圧の適正値をエッジリング３０に印加する制御が可能になる（直流電圧制御処理）。
　なお、ＲＦ印加時間毎のエッジリング３０の消耗量は、ＲＦ印加時間毎に実際にエッジリング３０の消耗量（エッジリング３０の消耗した厚さ）を計測してもよい。また、ＲＦ印加時間からエッジリング３０の消耗量を推定してもよい。また、ＲＦ印加時間毎にウエハＷのエッジ部に形成されたエッチング形状のチルト角度からエッジリング３０の消耗量を算出してもよい。また、図４に示した圧力、温度、ＲＦ印加時間は一例であり、これに限られない。
　［直流電圧制御処理を含むエッチング処理］
　以下に、一実施形態に係る直流電圧制御処理を含むエッチング処理について、図７を参照しながら説明する。図７は、一実施形態に係る直流電圧制御処理を含むエッチング処理の一例を示すフローチャートである。
　本処理では、まず、制御部４３は、変数ｎに１を設定し（ステップＳ１９）、ウエハに対してプラズマエッチングを実行する（ステップＳ２０）。次に、ＲＦ印加時間が１００×ｎ時間経過したかを判定する（ステップＳ２１）。ＲＦ印加時間が１００×ｎ時間経過した時点で、制御部４３は、エッジリング３０の温度が９０℃から２０℃になるまでにかかる降温時間を測定する（ステップＳ２２）。なお、ステップＳ２１の経過時間の単位は、１００×ｎに限られない。
　次に、制御部４３は、新品のエッジリング３０に対する降温時間の差分を算出し、エッジリング３０の消耗量を推定する（ステップＳ２３）。例えば図５に一例を示す相関グラフを参照して、新品のエッジリング３０に対する降温時間の差分から、エッジリング３０の消耗量を推定できる。なお、降温時間は、１回測定した値であってもよいし、複数回測定した値の平均値であってもよい。
　次に、制御部４３は、降温時間の差分が予め定められた閾値Ｔｈ１以上であるかを判定する（ステップＳ２４）。図８（ａ）に一例を示すように、ＲＦ印加時間が長くなる程、降温時間の差分が大きくなる。閾値Ｔｈ１は、新品のエッジリング３０に対する降温時間の差分が、閾値Ｔｈ１以上になると、エッジリング３０の消耗量が許容できなくなる。よって、図７のステップＳ２４において、制御部４３は、降温時間の差分が閾値Ｔｈ１以上であると判定すると、算出した降温時間の差分に対して算出した直流電圧の適正値をエッジリング３０に印加し（ステップＳ２５）、ステップＳ２６に進む。このとき、直流電圧制御処理の事前処理において算出した降温時間の差分と直流電圧の相関を示す情報を記憶したメモリ４３ｂ上の相関情報を参照して、降温温度の差分に応じた直流電圧の適正値が算出される。例えば、図６の相関テーブルの場合、新品のエッジリング３０に対する降温時間の差分が閾値Ｔｈ１に等しくなった場合、エッジリング３０に印加する直流電圧の適正値として直流電圧Ｖａが算出される。
　以上のようにして算出された直流電圧をエッジリング３０に印加することで、エッジリング３０上のシースの高さがウエハＷ上のシースと同程度の高さになるため、ウエハＷのエッジ部においてイオンの照射角度が略垂直になる。この結果、例えば図８（ｂ）の降温時間の差分が３（ｓｅｃ）のときに、ウエハＷのエッジ部におけるチルト角度が補正され、チルト角度が９０℃に近づく。これにより、消耗量に応じた直流電圧の適正値をエッジリング３０に印加することでウエハＷのエッジ部においてもチルト角度を、チルト角度の許容範囲を示すＴｈ２～Ｔｈ３の範囲内に制御することができる。
　図７に戻り、一方、ステップＳ２４において降温時間の差分が閾値Ｔｈ１よりも小さいと判定されると、制御部４３は、エッジリング３０に直流電圧を印加する又は変更することによるチルト角度の補正は不要であると判断し、直ちにステップＳ２６に進む。
　ステップＳ２６において、制御部４３は、測定を終了するか否かを判定し、測定を終了すると判定した場合には本処理を終了する。測定を終了しないと判定された場合には、変数ｎに１を加算し（ステップＳ２７）、ステップＳ２０に戻り、ステップＳ２０以降の処理を繰り返す。
　ステップＳ２１～Ｓ２６の直流電圧制御方法を含むプラズマエッチング方法では、ウエハＷへのプラズマエッチング処理が実行される間にエッジリング３０への直流電圧の制御が行われる。
　本実施形態に係る直流電圧制御処理によれば、エッジリング３０の降温時間を測定し、測定した降温時間に応じた直流電圧の適正値を算出することで、エッジリング３０の消耗量に応じた直流電圧を計算する。そして、算出した直流電圧の適正値をエッジリング３０に印加することで、エッジリング３０上のシースとウエハＷ上のシースとを同一の高さに揃えることができる。これにより、チルティングの発生又はエッチングレートの変動の少なくともいずれかを抑制することができる。例えば、算出された直流電圧の適正値が１００Ｖである場合、１００Ｖの直流電圧をエッジリング３０に印加することで、エッジリング３０が消耗していてもエッジリング３０が新品時のチルティング及びエッチングレートに戻すことができる。
　これにより、エッジリング３０が消耗しても、直流電圧の制御によりエッジリング３０の交換時間を遅らせることができる。エッジリング３０の交換に必要な時間には、例えば、処理容器１０を開け、エッジリング３０を交換する時間、交換後に処理容器１０を閉じて処理容器内をクリーニングしたり、シーズニングして処理容器１０内の雰囲気を整える時間が含まれる。よって、エッジリング３０の交換時間を遅らせることにより、生産性の向上を図ることができる。
　なお、ステップＳ２１では、ＲＦ印加時間に基づき降温時間の測定タイミングを判定したが、これに限られない。例えば、特定の枚数のウエハＷを処理したと判定した場合に降温時間を測定するようにしてもよい。特定の枚数のウエハＷは、１枚のウエハＷでもよいし、１ロット（例えば２５枚）のウエハＷでもよいし、それ以外の枚数でもよい。
　以上の説明では、エッジリング３０の下面の温度が９０℃から２０℃になるまでにかかる降温時間を測定したが、測定温度はこれに限らない。９０℃は、第１の温度の一例であり、２０℃は第１の温度よりも低い第２の温度の一例である。第１の温度及び第２の温度は、９０℃及び２０℃に限られず、第２の温度が第１の温度よりも低い条件を満たす２つの温度を適宜設定することができる。
　また、上記実施形態では、事前処理及び直流電圧制御処理において、エッジリング３０の下面の温度が９０℃から２０℃になるまでにかかる降温時間を測定したが、降温速度を測定してもよい。また、本実施形態では、エッジリング３０の裏面の温度を放射温度計５１により測定したが、これに限られず、エッジリング３０のいずれかの面を測定してもよい。
　また、上記実施形態では、一定の流量のＡｒガスを供給し、Ａｒガスによりエッジリング３０の表面から抜熱することで、エッジリング３０の温度を２０℃まで下げるようにした。しかしこれに限られず、冷媒室３１をエッジリング３０の下方にも設け、ブラインを循環させることでエッジリング３０を降温させるようにしてもよい。
　また、処理容器１０内を一定の圧力に調整する方法としては、一定の流量のＡｒガスを処理容器１０内に供給することで調整してもよいし、自動圧力制御機器（ＡＰＣ）等を用いた排気側の制御により調整してもよいし、その両方の手段により調整してもよい。
　また、上記実施形態では、エッジリングの消耗度合いの一例として、エッジリング３０の消耗量を推定した。しかし、測定した降温時間又は降温速度に基づき、図６の相関テーブルを用いて直流電圧を算出し、該直流電圧をエッジリング３０に印加するように制御してもよい。これにより、エッジリング３０の消耗量を推定することなく、直流電圧の適正値を求めることができる。
　本実施形態に係るエッジリング３０は、消耗部材の一例である。消耗部材の他の例としては、ガスシャワーヘッド２４（上部電極）が挙げられる。この場合、ガスシャワーヘッド２４にガスシャワーヘッド２４の温度を測定する計測部と、直流電圧を印加する可変直流電源と、加熱部とを設ける必要がある。
　［変形例］
　上記実施形態では、測定した降温時間又は降温速度に基づき、エッジリング３０に印加する直流電圧を制御した。これに対して、変形例では、エッジリング３０に直流電圧を印加する替わりに又は直流電圧を印加することに加えて、エッジリング３０の駆動量を制御する。
　一実施形態の変形例にかかるエッジリング３０及びその周辺構造について、図９を参照しながら説明する。図９は、一実施形態の変形例に係る３分割のエッジリング及びその周辺構造の断面の一例を示す図である。
　図９に示す変形例では、放射温度計５１は、エッジリング３０の下面の中央の温度を測定するように配置される。また、本変形例では、インシュレータ５２ａに埋設されたヒータ５２及びインシュレータ６２ａに埋設されたヒータ６２がエッジリング３０の裏面の内周側及び外周側にそれぞれ配置される。
　構成上、本変形例に係る放射温度計５１による温度測定の位置は、本実施形態に係る放射温度計５１による温度測定の位置よりもヒータ５２、６２に近くなり、また、エッジリング３０の裏面の中央の温度を測定するようになる。ただし、ヒータ５２、６２と放射温度計５１との位置関係は近くても遠くてもいずれであってもよい。例えば、放射温度計５１の位置は、外周側又は中央に限られず、エッジリング３０の下面の内周側に配置され、エッジリング３０の下面の内周側の温度を測定してもよい。いずれの配置においても、事前処理においてエッジリング３０の降温時間又は降温速度と直流電圧との相関を示す相関情報が算出され、メモリ４３ｂに記憶されている。よって、図７のフローチャートに示されるプラズマエッチング方法を実行する際、メモリ４３ｂに記憶した降温時間と直流電圧との相関情報に基づき、測定した降温時間に応じた適正な直流電圧を算出し、エッジリング３０に印加することができる。
　本変形例では、エッジリング３０は、内周側から順に内周エッジリング３０ａ、中央エッジリング３０ｂ及び外周エッジリング３０ｃに分割され、それぞれリング状に配置されている。内周エッジリング３０ａ、中央エッジリング３０ｂ及び外周エッジリング３０ｃの少なくともいずれかは駆動機構５３に接続されている。制御部４３は、上記実施形態又は本変形例において推定されたエッジリング３０の消耗量に応じて駆動機構５３の駆動量を制御する。これにより、内周エッジリング３０ａ、中央エッジリング３０ｂ及び外周エッジリング３０ｃの少なくともいずれかを上昇させることで、エッジリング３０上のシースとウエハＷ上のシースとの高さを揃える等の制御を行うことができる。これにより、エッジリング３０に印加する直流電圧の制御と駆動機構５３の駆動量の制御とにより、チルティングの発生又はエッチングレートの変動の少なくともいずれかを抑制することができる。なお、エッジリング３０は３分割することに限られず、複数の分割エッジリングに分割し、複数の分割エッジリングの少なくともいずれかを駆動可能に構成してもよい。
　最後に、制御部４３がメモリ４３ｂに記憶した降温時間の差分と直流電圧との相対関係を示す情報を用いたシステムにおけるサーバ２の制御の一例について、図１０を参照して説明する。図１０は、一実施形態に係るシステムの一例を示す図である。
　本システムでは、プラズマエッチング装置Ａ（以下、「装置Ａ」ともいう。）を制御する制御部１ａ～１ｃと、プラズマエッチング装置Ｂ（以下、「装置Ｂ」ともいう。）を制御する制御部２ａ～２ｃとがネットワークを介してサーバ２に接続されている例を示す。
　例えば、装置Ａとしては、プラズマエッチング装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃを一例として挙げるが、これに限らない。プラズマエッチング装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、制御部１ａ、１ｂ、１ｃによりそれぞれ制御される。
　例えば、装置Ｂとしては、プラズマエッチング装置２Ａ、２Ｂ、２Ｃを一例として挙げるが、これに限らない。プラズマエッチング装置２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、制御部２ａ、２ｂ、２ｃによりそれぞれ制御される。
　制御部１ａ～１ｃ及び制御部２ａ～２ｃは、それぞれのメモリ（記憶部）に記憶した降温時間の差分と直流電圧との相対関係を示す相関情報をサーバ２に送信する。サーバ２は、装置Ａ（プラズマエッチング装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）を制御する制御部１ａ、１ｂ、１ｃから降温時間の差分と直流電圧の相対関係を示す情報３ａ、３ｂ、３ｃを受信する。また、サーバ２は、装置Ｂ（プラズマエッチング装置２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）を制御する制御部２ａ、２ｂ、２ｃから降温時間の差分と直流電圧の相対関係を示す情報４ａ、４ｂ、４ｃを受信する。図１０では、便宜上、降温時間の差分と直流電圧の相対関係を示す相関情報をグラフの形式で模式的に示す。
　サーバ２は、装置Ａに関する降温時間の差分と直流電圧の相対関係を示す情報３ａ、３ｂ、３ｃ・・・と、装置Ｂに関する降温時間の差分と直流電圧の相対関係を示す情報４ａ、４ｂ、４ｃ・・・とを別々のカテゴリに分類する。
　サーバ２は、装置Ａに関するカテゴリに分類された情報３ａ、３ｂ、３ｃ・・・に基づき、装置Ａの降温時間の差分に対する直流電圧の適正値を算出する。例えば、情報３ａ、３ｂ、３ｃ・・・に基づき、装置Ａの降温時間の差分に対する直流電圧の平均値を適正値としてもよいし、装置Ａの降温時間の差分に対する直流電圧の中央値を適正値としてもよい。また、例えば、情報３ａ、３ｂ、３ｃ・・・に基づき、装置Ａの降温時間の差分に対する直流電圧の最小値又は最大値を適正値としてもよい。その他、サーバ２は、装置Ａの降温時間の差分に対する直流電圧の適正値として情報３ａ、３ｂ、３ｃ・・・に基づき直流電圧の特定の値を算出することができる。
　同様にして、装置Ｂに関するカテゴリに分類された情報４ａ、４ｂ、４ｃ・・・に基づき、装置Ｂの降温時間の差分に対する直流電圧の適正値を算出する。例えば、情報４ａ、４ｂ、４ｃ・・・に基づき、装置Ａの降温時間の差分に対する直流電圧の平均値、中央値、最小値又は最大値を適正値としてもよい。その他、サーバ２は、装置Ｂの降温時間の差分に対する直流電圧の適正値として情報４ａ、４ｂ、４ｃ・・・に基づき直流電圧の特定の値を算出することができる。
　サーバ２は、異なるエッチング装置毎に収集された降温時間の差分に対する直流電圧の適正値を算出し、算出した降温時間の差分に対する直流電圧の適正値の情報を、制御部１ａ～２ｃにフィードバックする。これにより、制御部１ａ～２ｃは、他のエッチング装置の情報を含めて得られたエッジリング３０の消耗量に応じた直流電圧の適正値を用いて、エッジリング３０に印加する直流電圧を制御することができる。
　これによれば、サーバ２により、同一のカテゴリに含まれるより多くのプラズマエッチング装置を使用して測定された降温時間の差分に対する直流電圧の情報を収集することができる。このため、収集した降温時間の差分に対する直流電圧の情報に基づき、降温時間の差分に対する直流電圧の適正値をよりバラツキなく算出することができる。これにより、エッジリング３０の消耗量に応じた直流電圧の適正値をエッジリング３０に印加する制御をよりバラツキなく精度良く行うことができる。なお、サーバ２は、クラウドコンピュータにより実現されてもよい。
　以上に説明したように、本実施形態によれば、エッジリング３０を第１の温度から第２の温度に降温するときの降温時間又は降温速度の変動値の測定結果に基づきエッジリング３０の消耗量を推定することができる。また、前記測定結果又は推定したエッジリング３０の消耗度合いに応じて、適正な直流電圧をエッジリング３０に印加することにより、チルティングの発生又はエッチングレートの変動の少なくともいずれかを抑制することができる。これにより、エッジリング３０の消耗量による交換時期を遅らすことができる。これにより、プラズマエッチング装置における生産性を向上させることができる。
　今回開示された一実施形態に係るプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
　本開示のプラズマエッチング装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプでも適用可能である。
　本明細書では、被処理体の一例としてウエハＷを挙げて説明した。しかし、被処理体は、これに限らず、FPD(Flat Panel Display)に用いられる各種基板、プリント基板等であっても良い。
　本国際出願は、２０１８年７月４日に出願された日本国特許出願２０１８－１２７８１１号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を本国際出願に援用する。
　１　　：プラズマエッチング装置
　１０　：処理容器
　１１　：載置台
　１８　：排気装置
　２１　：第１高周波電源
　２２　：第２高周波電源
　２４　：ガスシャワーヘッド
　２５　：静電チャック
　２５ａ：吸着電極
　２５ｂ：誘電層
　２５ｃ：基台
　２８　：可変直流電源
　２９　：電極
　３０　：エッジリング
　３１　：冷媒室
　３５　：伝熱ガス供給部
　４０　：処理ガス供給部
　４３　：制御部
　５１　：放射温度計
　５２、６２：ヒータ
　２９ａ、５２ａ、５６、６２ａ：インシュレータ

Claims (7)

  1. 　消耗部材を有する処理容器内を一定の圧力に維持し、被処理体をプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法であって、
    　前記消耗部材の温度が第１温度から該第１温度よりも低い第２温度に達するまでの降温時間又は降温速度の変動値を計測する工程と、
    　前記消耗部材の消耗度合いと前記変動値との相関を示す情報に応じて、計測した前記変動値に基づき前記消耗部材の消耗度合いを推定する工程と、
    　を有するプラズマエッチング方法。
  2. 　推定した前記消耗部材の消耗度合いに基づき、前記消耗部材に印加する直流電圧を制御する工程を有する、
    　請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
  3. 　推定した前記消耗部材の消耗度合いに基づき、前記消耗部材の駆動量を制御する、
    　請求項１又は２に記載のプラズマエッチング方法。
  4. 　前記消耗部材は、エッジリング又は上部電極の少なくともいずれかである、
    　請求項１～３のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
  5. 　前記エッジリングは、内周エッジリング、中央エッジリング及び外周エッジリングに分割され、
    　前記内周エッジリング、中央エッジリング及び外周エッジリングの少なくともいずれかの駆動量を調整する、
    　請求項４に記載のプラズマエッチング方法。
  6. 　前記処理容器内に一定の流量のガスを供給しながら前記処理容器内を一定の圧力に維持する、
    　請求項１～５のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
  7. 　消耗部材を有する処理容器と、
    　ガスを供給するガス供給部と、
    　前記消耗部材の温度を計測する計測部と、
    　前記消耗部材を加熱する加熱部と、
    　制御部と、を有し、
    　前記制御部は、
    　前記処理容器内にガスを供給させながら前記処理容器内を一定の圧力に維持し、
    　前記消耗部材の温度が第１温度から該第１温度よりも低い第２温度に達するまでの降温時間又は降温速度の変動値を計測し、
    　前記消耗部材の消耗度合いと前記変動値との相関を示す情報に応じて、計測した前記変動値に基づき前記消耗部材の消耗度合いを推定する、
    　プラズマエッチング装置。
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