(57)【要約】【課題】エッチングレートの面内均一性を向上させることのできるプラズマ処理技術を提供する。【解決手段】処理チャンバ２内に配置された試料台６およびプラズマ生成手段３を備え、生成されたプラズマを利用して前記試料台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記試料の外周部におけるプラズマ発光を導出し、導出したプラズマ発光を分光して発光スペクトルを取得する分光器１４と、取得した発光スペクトルを分析してエッチングの均一性を判定する均一性判定手段１６を備え、該判定手段は、取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルの発光強度が増加し、かつ試料保護物質を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、試料外周部のエッチングレートが内周部より高くなったと判定する。【選択図】図１
2008091388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバ内に配置された試料台およびプラズマ生成手段を備え、生成されたプラズマを利用して前記試料台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記試料の外周部におけるプラズマ発光を導出し、導出したプラズマ発光を分光して発光スペクトルを取得する分光器と、
取得した発光スペクトルを分析してエッチングの均一性を判定する均一性判定手段を備え、
該判定手段は、取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルの発光強度が増加し、かつ試料保護物質を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、試料外周部のエッチングレートが内周部より高くなったと判定することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記試料台を半径方向に複数に区分し、区分された各領域毎に、該領域の温度を前記判定手段の判定結果にしたがって調整する温度調整手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
処理チャンバ内に配置された試料台およびプラズマ生成手段を備え、生成されたプラズマを利用して前記試料台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記試料の外周部におけるプラズマ発光を導出し、導出したプラズマ発光を分光して発光スペクトルを取得する分光器と、
取得した発光スペクトルを分析してエッチングの均一性を判定する均一性判定手段を備え、
該判定手段は、取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルおよび反応種成分を表す発光スペクトルの発光強度が低下したとき、試料外周部のエッチングレートが内周部より低くなったと判定することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項３記載のプラズマ処理装置において、
前記試料台を半径方向に複数に区分し、区分された各領域毎に、該領域の温度を前記判定手段の判定結果にしたがって調整する温度調整手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
処理チャンバ内に配置され半径方向に複数の領域に区分された試料台、およびプラズマ生成手段を備え、生成されたプラズマを利用して前記試料台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、
前記試料の外周部におけるプラズマ発光を導出し、導出したプラズマ発光を分光して発光スペクトルを取得し、
取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルの発光強度が増加し、かつ試料保護物質を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、
前記複数の領域に区分された試料台のうち外周側の領域の温度を内周側領域より低温に設定することを特徴とするプラズマ処理方法。  
【請求項６】
処理チャンバ内に配置され半径方向に複数の領域に区分された試料台、およびプラズマ生成手段を備え、生成されたプラズマを利用して前記試料台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、
前記試料の外周部におけるプラズマ発光を導出し、導出したプラズマ発光を分光して発光スペクトルを取得し、
取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルおよび反応種成分を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、
前記複数の領域に区分された試料台のうち外周側の領域の温度を内周側領域より高温に設定することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
処理チャンバ内に配置され半径方向に複数の領域に区分された試料台、およびプラズマ生成手段を備え、生成されたプラズマを利用して前記試料台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、
前記試料の外周部におけるプラズマ発光を導出し、導出したプラズマ発光を分光して発光スペクトルを取得し、
取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルの発光強度が増加し、かつ試料保護物質を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、
エッチングの終点検出後に行うオーバエッチング時間を延長することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項８】
処理チャンバ内に配置され半径方向に複数の領域に区分された試料台、およびプラズマ生成手段を備え、生成されたプラズマを利用して前記試料台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、
前記試料の外周部におけるプラズマ発光を導出し、導出したプラズマ発光を分光して発光スペクトルを取得し、
取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルおよび反応種成分を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、
エッチングの終点検出後に行うオーバエッチング時間を短縮することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理技術に係り、特に、エッチングレートの面内均一性を向上させたプラズマ処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、ウエハに対してプラズマエッチング処理を施す場合、エッチング性能を評価する重要な指標の一つとして、エッチングレートのウエハ面内均一性が挙げられる。
【０００３】
通常、プラズマエッチング処理を施すにあたり、予めエッチングレートのウエハ面内均一性が最適となる処理条件を求めておき、該処理条件下で処理を行なう。
【０００４】
しかし、処理を重ねていくうちに、処理チャンバ内の状態変化等の要因により、エッチングレートのウエハ面内均一性が悪化し、ウエハ外周部から取得した半導体デバイスと中央部から取得した半導体デバイスではその性能に違いを生じることがある。
【０００５】
このような問題を解決するため、特許文献１では、複数のエンドポイント・ディテクタの出力信号に応じて、ウエハ載置台の温度を調節することにより、エッチングレートの均一性を制御する方法が示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、エッチングが終点に到達したときや変曲点に至ったときの発光分光データを用いてエッチングレートの均一性をモニタする方法が示されている。
【特許文献１】実開昭６３−６７２４０号公報
【特許文献２】特開平１０−７４６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１記載の方法では、エッチングレートの均一性を検出するために、処理チャンバ上部に複数のエンドポイントディテクタを設置しなければならない。しかしながら、多くのプラズマエッチング装置においては、処理チャンバ上部には、例えばプラズマ発生装置、ガス導入装置、温度調整装置などの機器が設置してあるため、複数のエンドポイントディテクタを設置することは困難である。
【０００８】
また、特許文献２記載の方法では、単一の終点検出装置を使用するため設置は容易である。しかし、この方法ではエッチングレートの均一性が悪いと判断された場合、ウエハ外周部のエッチングレートが内周部に比して高いのか低いのかは不明である。このため、このモニタリング方法では、エッチングレートの均一性を改善する方法を見つけることは困難である。
【０００９】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、エッチングレートの面内均一性を向上させることのできるプラズマ処理技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１１】
処理チャンバ内に配置された試料台およびプラズマ生成手段を備え、生成されたプラズマを利用して前記試料台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記試料の外周部におけるプラズマ発光を導出し、導出したプラズマ発光を分光して発光スペクトルを取得する分光器と、取得した発光スペクトルを分析してエッチングの均一性を判定する均一性判定手段を備え、該判定手段は、取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルの発光強度が増加し、かつ試料保護物質を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、試料外周部のエッチングレートが内周部より高くなったと判定する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以上の構成を備えるため、エッチングレートの面内均一性を向上させ、均一な特性を有する半導体デバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるプラズマエッチング装置を説明する図である。プラズマエッチング装置１は、処理室（処理チャンバ）２、処理室２内に処理ガスを供給するガス供給手段８、処理ガスを排気するガス排気手段１０、処理室内の圧力を設定値に制御する排気バルブ９を備える。さらに処理室２内には処理対象である試料（ウエハ）５を載置する試料台６および処理室２内にプラズマ４を生成するためのプラズマ生成手段３を備える。
【００１４】
また、プラズマエッチング装置１は、プラズマ光を受光し、受光したプラズマ光を分光して発光スペクトルデータを生成する分光器１４、発光スペクトルデータを収集する発光データ収集手段１５、収集した発光スペクトルデータよりエッチングレート均一性を算出するエッチングレート均一性算出手段１６、算出したエッチングレート均一性より試料台温度を算出する試料台温度算出手段１８を備える。
【００１５】
また、発光データ収集手段１５で収集した発光スペクトルデータを用いてエッチング終点検出を行なうエッチング終点検出手段１７を備える。なお、処理室２内のプラズマ光は、プラズマ測定用窓１１を介して取り出し、集光レンズ１２、光ファイバー１３を介して分光器１４に伝送する。また、集光レンズ１２を用いることにより、特定の範囲内のプラズマ光のみを取り出す構成となっている。
【００１６】
前記試料台６は半径方向に複数に区分され、区分された各領域毎に温度制御手段７ａ，７ｂを備え、該温度制御手段７ａ，７ｂによる設定温度は試料台温度算出手段１８により決定される。
【００１７】
これにより、半径方向に複数に区分された前記試料台は、区分された各領域毎その温度を温度調整手段により独立して調整することができる。
【００１８】
また、試料台６には、図示しない高周波電源から高周波電圧を印加し、これによりプラズマ４中のイオン等を試料５側に誘引することができる。
【００１９】
図２は、図１に示すプラズマエッチング装置１を上面から見た図であり、プラズマ測定用窓１１、集光レンズ１２、光ファイバー１３、分光器１４の取り付け位置を説明する図である。
【００２０】
通常、プラズマ光を測定する際には、図に破線で示すように、試料５の中心部を測定するようにプラズマ測定用窓１１ｂ、集光レンズ１２ｂ、光ファイバー１３ｂ、分光器１４ｂを設置する場合が多い。このような設置方法を採用した場合には、試料５の中心部から外周部にわたる全てのプラズマ光の総和を測定することになり、プラズマ光全体を測定するには向いているが、局所的なプラズマ光を測定するには不向きである。
【００２１】
本実施形態では、図に実線で示すようにプラズマ測定用窓１１ａ、集光レンズ１２ａ、光ファイバー１３ａ、分光器１４ａを設置することにより、すなわち、集光レンズの光軸を試料の外周部に合わせることにより、試料５の外周部のみのプラズマ光を測定する。
【００２２】
ところで、エッチングレートの均一性が経時的に変動する要因として、(１)処理室２の内壁の状態変化、(２)試料台６の外周部の状態変化が挙げられる。これらの要因はいずれの場合も、試料５の外周部に近い部品の経時的変化に基づくものであることから、エッチングレートの経時変化は、試料５の外周部において大きく変動する。
【００２３】
このように、多くの場合において、エッチングレート均一性の経時的変動は、試料５の外周部におけるエッチングレートの経時的変動として現れる。このため、エッチングレート均一性を測定するにあたり、試料５外周部の状態を測定することは非常に重要である。このため、本実施形態では、試料５の外周部のプラズマ光を測定する構成としている。
【００２４】
図３は、ウエハ(試料５)面内におけるエッチングレートの分布を説明する図である。
【００２５】
プラズマエッチング装置では、図１に示すように、ガス排気手段１０を試料台６の直下に配置する等の改良に伴い、プラズマ分布が改善され、エッチングレートの面内均一性の分布は、多くの場合、同心円状の分布を示す。例えば、ウエハ(試料５)の中心部ではエッチングレートが低く、周辺部ではエッチングレートが高い。そこで、本実施形態においてはエッチングレートの均一性を図３に示すように３パターンに分類することとする。
【００２６】
（１）均一性が良好なパターン３１
（２）ウエハ外周部のエッチングレートが高いパターン３２
（３）ウエハ外周部のエッチングレートが低いパターン３３
図４は、プラズマエッチングのメカニズムの概要を説明する図である。プラズマエッチングを支配する物質には、大きく分けて反応種２１、反応生成物２２、試料保護物質２３の３種類が存在する。プラズマ中に存在する反応種２１と試料５が反応し、反応生成物２２を生成してエッチングが進行していく。また、サイドエッチングの防止あるいはエッチングしたくない部位を保護するため試料保護物質２３を用いる。
【００２７】
このように、プラズマエッチングの性能は大きく分けて前記３種類の物質のバランスによって決定される。本実施形態では、前記３種類の物質からのプラズマ光の強度変化を測定することにより、エッチングレートの均一性を測定することができる。
【００２８】
図５は、図３に示す３パターン（均一性良好なパターン３１、ウエハ外周部のエッチングレートが高いパターン３２、ウエハ外周部のエッチングレートが低いパターン３３）のそれぞれにおけるプラズマ分布を説明する図である。
【００２９】
プラズマを構成している物質として、反応種２１、反応生成物２２、試料保護物質２３を模式的に図示している。なお図において、ａはそれぞれの発光強度を示している。ここで、均一性良好なパターン３１における反応種２１、反応生成物２２、試料保護物質２３のバランスを最適値とする。
【００３０】
まず、ウエハ（試料５）外周部のエッチングレートが高いパターン３２においては、処理室２内壁や試料台６外周部に試料保護物質２３が付着しやすい状態となっている。この状態では、試料外周部あるいは処理チャンバ内周部に試料保護物質２３が付着することにより、ウエハ外周部におけるプラズマ中の試料保護物質２３の絶対量が減少する。このため、ウエハ外周部に付着する試料保護物質２３も減少する。
【００３１】
したがって、反応種２１がウエハと反応する際には、試料保護物質２３の付着量が少ないウエハ外周部と多く反応することとなり、ウエハ外周部のエッチングレートが高くなる。
【００３２】
次に、ウエハ（試料５）外周部のエッチングレートが低いパターン３３においては、処理室２内壁あるいは試料台６外周部において、処理室２内壁あるいは試料台６外周部と反応種２１が反応している。この状態においては、反応種２１が処理室２内壁あるいは試料台６外周部で消費される。このため、ウエハ外周部におけるプラズマ中の反応種２１の絶対量が減少する。
【００３３】
したがって、ウエハ外周部と反応する反応種２１が減少し、ウエハ外周部のエッチングレートが低くなる。
【００３４】
図６は、図５に示す各パターンにおける発光スペクトルおよびラジカル分布を示す図である。均一性良好なパターンにおけるラジカルのバランスを正常（基準）とすると、ウエハ外周部のエッチングレートが高いパターンでは、反応生成物の発光強度が強くモニタされ、試料保護物質の発光強度が弱くモニタされる。また、ウエハ外周部のエッチングレートが低いパターンでは、反応生成物および反応種の発光強度が弱くモニタされる。
【００３５】
すなわち、反応生成物、反応種および試料保護物質の発光強度をそれぞれモニタすることにより、エッチングレートの均一性あるいはその変動を推定することができる。
【００３６】
エッチングレートの変動を推定することが可能であると、この推定結果ををもとに試料台６に備えられた温度制御手段７ａ、７ｂを用いて試料の温度分布を変更することにより、エッチングレートの均一性を良好な状態とすることができる。
【００３７】
一般に、試料台の温度が低い場合、試料保護物質が付着しやすくなるため、エッチングレートは低くなる。逆に試料台温度が高い場合、エッチングレートは高くなる。
【００３８】
このため、例えばウエハ外周部のエッチングレートが高いパターンであるとモニタされた場合には、温度制御手段７ｂの温度を低く設定して試料台６の外周部温度を低くすればよい。
【００３９】
なお、エッチングレートがウエハの全面で均一に変化する場合には、図１に示したエッチング終点検出手段１７により終点を検出してエッチングを停止することにより、エッチング時間を変更して試料５の被エッチング量を一定に保つことができる。
【００４０】
図７は、エッチング処理の前に行うデータベース作成処理を説明する図である。まず、ステップＳ５１において、波長抽出用データベースを作成する。図８は波長抽出用データベースの例を示す図である。
【００４１】
図８では、塩素系のガスとフッ素系のガスを用いて、試料上のポリシリコン材料をエッチングする例を示す。図８において「原子・分子名称」欄は、反応種（Ｆ，Ｃｌ）、反応生成物（ＳｉＦ，ＳｉＣｌ）、試料保護物質（Ｃ２）を示している。これらはプラズマ光の中でモニタリングすべき原子あるいは分子である。「波長」欄は、前記原子・分子名に対応した波長を示している。「発光１」ないし「発光３」欄には、０から１の数値が記載されており、例えば、「発光１  反応生成物」欄に記載された「１」は、該当する原子・分子（ＳｉＦ，ＳｉＣｌ）が反応生成物であることを示している。
【００４２】
すなわち、図８の例では、反応生成物としてＳｉＦ（４４０．１ｎｍ），  ＳｉＣｌ（２８１．０ｎｍ）、反応種としてＦ（６８５．６ｎｍ），Ｃｌ（７５４．７ｎｍ）、試料保護物質としてＣ２（５１２．９ｎｍ）が選択されており、例えばＦ（６８５．６ｎｍ）の強度とＣｌ（７５４．７ｎｍ）の強度の和を反応種の値として算出することができる。
【００４３】
なお、プラズマ光の測定は、エッチングレート均一性が良好な状態、ウエハ外周部のエッチングレートが高い状態、およびウエハ外周部のエッチングレートが低い状態において、実施する。その際、反応生成物、反応種、および試料保護物質として、それぞれどの波長を選択を選択して発光強度を測定すればよいかを決定し、図８に示す波長抽出用データベースを作成する。
【００４４】
次に、ステップＳ５２において、エッチングレート均一性算出データベースを作成する。データベースの作成に際しては、まず、エッチング中のプラズマ光を測定し、測定した際のエッチングレート均一性（均一性の分布）を膜厚測定器等で測定する。次いで、測定したエッチングレート均一性と、プラズマ光における反応生成物・反応種・試料保護物質の発光強度の関係を、エッチングレート均一性算出データベースに格納する。
【００４５】
図９は、エッチングレート均一性算出データベースの例を示す図である。図９において、「エッチングレート均一性」欄は、その値が負の値を示すほど、ウエハ外周部のエッチングレートが低いことを表わし、逆に正の値を示すほど、ウエハ外周部のエッチングレートが高いことを表わしている。
【００４６】
また、「発光１」ないし「発光３」欄は、それぞれのエッチングレート均一性を示す際の反応生成物・反応種・試料保護物質の発光強度の関係を示す。この例ではそれぞれの発光強度を標準化しており、エッチングレート均一性が０％、つまり良好な状態におけるそれぞれの発光強度を１００としている。これにより、例えば反応生成物の発光強度が６０、反応種の発光強度が５０、試料保護物質の発光強度が１００を示したときには、ウエハ外周部のエッチングレートは中央部よりも低く、そのエッチングレート均一性は−２０％であると算出される。
【００４７】
次に、ステップＳ５３において、試料台温度算出データベースを作成する。このステップにおいては、まず、エッチングレート均一性が良好な状態において、故意に、例えば試料台外周部の温度を変更し、この際に測定されるエッチングレート均一性と試料台温度（内周部および外周部温度）の関係を試料台温度算出データベースとして記録する。
【００４８】
図１０は、試料台温度算出データベースの例を示す図である。一般に、試料台温度が低いと試料保護物質が付着しやすくなるため、エッチングレートは低くなり、逆に試料台温度が高いと、エッチングレートは高くなる。本実施形態においては、前述のように、同心円状のエッチングレート分布を想定しているため、試料台温度の変更方法としては、試料に対して同心円状となるよう、試料台温度を変更させるのが良い。この例では、試料台温度１（内周部の温度）を固定し、試料台温度２（外周部温度）のみを変更させた際のデータベースを示している。例えば、試料台温度２をレシピ値より−５℃変化させた場合には、ウエハ外周部のエッチングレートが内周部よりも低くなり、そのエッチングレートの均一性は−１０％となることが示されている。
【００４９】
次に、ステップＳ５４において、エッチング処理を開始する。
【００５０】
図１１は、エッチング処理（ロット処理）の例を示す図である。まず、エッチング処理を開始し、エッチング処理中に分光器１４によってウエハ外周部のプラズマ光データを測定する（ステップＳ６１，Ｓ６２）。次に発光データ収集手段１５によって、前記測定されたプラズマ光データを収集し（ステップＳ６３）、図８に示す波長抽出用データベースを参照して必要な波長の発光データを抽出する。続いて、エッチレート均一性算出手段１６によって、前記抽出されたデータと、図９に示すエッチングレート均一性算出データベースを用いて、エッチングレート均一性を算出する（ステップＳ６４）。
【００５１】
次に、エッチング終点検出手段１７によってエッチングの終点が検出されるとエッチングが終了する（ステップＳ６５，Ｓ６６）。なお、全てのロット処理が終了した場合には処理を終了する（ステップＳ６７）。
【００５２】
次に、試料台温度算出手段１８によって、前記算出されたエッチングレート均一性と、図１０に示す試料台温度算出データベースを用いて試料台温度を算出し、試料台の温度をこの算出温度に設定する（ステップＳ６８）。
【００５３】
試料台の温度が所望の温度に設定されたのを確認した後（ステップＳ６９）、次に処理をするウエハを試料台に配置し、エッチング処理を実施する（ステップＳ７０）。
【００５４】
なお、図１１の例では、試料を一枚処理する毎に試料台温度を設定するようになっているが、複数枚処理する毎に設定し、あるいはロット処理毎に設定するようにしてもよい。
【００５５】
図１２は、エッチング処理（ロット処理）の他の例を示す図である。通常プラズマエッチング処理は、ウエハ２５枚を１ロットとしたロット単位で処理される。その際、前のロット処理から次のロット処理までに時間が空いたり、前のロットと次のロットにおける製品およびプロセスが異なる場合には、ロット処理前に、エージングと呼ばれるダミーウエハを用いた処理が処理チャンバの雰囲気作りのために実施される。
【００５６】
図１２において、まず、エッチング処理を開始し、エッチング処理中に分光器１４によってウエハ外周部のプラズマ光データを測定する（ステップＳ８１，Ｓ８２）。次に発光データ収集手段１５によって、前記測定されたプラズマ光データを収集し（ステップＳ８３）、図８に示す波長抽出用データベースを参照して必要な波長の発光データを抽出する。次に、エージング処理を終了し（ステップＳ８４）、エッチレート均一性算出手段１６によって、前記抽出されたデータと、図９に示すエッチングレート均一性算出データベースを用いて、エッチングレート均一性を算出する（ステップＳ８５）。
【００５７】
次に、試料台温度算出手段１８によって、前記算出されたエッチングレート均一性と、図１０に示す試料台温度算出データベースを用いて試料台温度を算出し、試料台の温度をこの算出温度に設定する（ステップＳ８６）。試料台の温度が所望の温度に設定されたのを確認した後、ウエハを試料台に配置し、エッチング処理を実施する（ステップＳ８７）、次にロット処理が終了したか否かを判定し（ステップＳ８８）、終了していない場合は次のウエハを試料台に配置し、エッチング処理を実施する（ステップＳ８９）
図１２の例では、前記エージング処理時のプラズマ光をもとにエッチングレートの均一性を算出し、次のウエハを処理する際の試料台温度を設定しているが、エージング処理時のプラズマ光に代えてエッチング処理時のプラズマ光をもとにエッチングレートの均一性を算出し、次のウエハを処理する際の試料台温度を設定するようにしてもよい。
【００５８】
図１３は、図８のステップＳ６５（エッチング終点検出処理）の詳細を示す図である。通常、終点検出を伴うプラズマエッチング処理は、メインエッチング処理とオーバーエッチング処理から成る。まず、被エッチング材料に対するエッチングレートが高いメインエッチング処理を実施し、終点検出後は被エッチング材料に対するエッチングレートは低いが、被エッチング材料とその下地材料とのエッチング選択性の高いオーバーエッチング処理を実施することにより、下地材料のエッチングを防止する。
【００５９】
本実施形態では、ウエハ外周部のプラズマ光のみを測定しているため、終点判定はウエハ外周部での条件をもとに判定していることになる。すなわち、ウエハ中心部の状態は終点判定の条件として反映されていない。このため、図１３に示すように、エッチングレートの均一性の程度（ウエハ外周部のエッチングレートが高い、均一性良好、ウエハ外周部のエッチングレートが低い）にしたがってオーバーエッチング時間を変化させる。
【００６０】
図１３において、まず、エッチング処理中にエッチングレートの均一性を算出し（ステップＳ１０１）、その後、終点検出を実施する（ステップＳ１０２）。ウエハ外周部のエッチングレートが高い場合は（ステップＳ１０３）、ウエハ外周部のエッチングが終了していても、ウエハ中央部のエッチングは終了していない可能性が高いため、その後のオーバーエッチング時間を、均一性良好な場合（ステップＳ１０５，Ｓ１０６）よりも長くする（ステップＳ１０４）。逆にウエハ外周部のエッチングレートが低い場合は（ステップＳ１０７）、ウエハ外周部のエッチングが終了するときには、すでにウエハ中央部のエッチングは終了している可能性が高いため、その後のオーバーエッチング時間を、均一性良好な場合よりも短くする（ステップＳ１０８）。これにより、ウエハ全面で良好なエッチング性能を得ることができる。
【００６１】
ここまでは、エッチングレートの均一性を制御する手段として、試料台６の温度分布を制御する例について説明した。しかしながら、エッチングレートの均一性は、試料台６に印加する高周波電圧の分布を制御することにより制御することができる。
【００６２】
前述したように、試料台６は、高周波電源からの高周波電圧を印加することにより、プラズマ４中のイオンやラジカル等を試料５側に誘引することができる。そこで、試料台６に対して、同心円状に外側と内側それぞれに独立して高周波電圧を印加する構成とする。これにより、試料５の中央部、外周部それぞれに誘引するイオンやラジカルの量を変化させることが可能となり、エッチングレートの均一性を制御することができる。例えば、試料５外周部のエッチングレートが高い場合には、試料台６外側の高周波電圧を低くすることにより、試料５外周部に印加されるイオンやラジカルの量を減少させ、試料５外周部のエッチングレートを低下させる。これによりエッチングレートの均一性を改善することができる。
【００６３】
また、エッチングレートの均一性は、ガス供給手段８を、処理室２の外側、内側それぞれに設ける構成とし、それぞれのガス供給手段８から供給するガスの組成を変化させることにより制御することができる。例えば、試料５外周部のエッチングレートが高い場合には、処理室２外側に設置したガス供給手段８から供給するガスの組成を（１）エッチャントが少ない組成、あるいは（２）試料保護物質が多い組成とすることにより、処理室２内のプラズマ分布を変化させてエッチングレートの均一性を改善することができる。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態によれば、試料外周部から取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルの発光強度が増加し、かつ試料保護物質を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、試料外周部のエッチングレートが内周部より高くなったと判定し、例えば前記複数の領域に区分された試料台のうち外周側の領域の温度を内周側領域より低温に設定し、また、外周部から取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルおよび反応種成分を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、試料外周部のエッチングレートが内周部より低くなったと判定し、例えば前記複数の領域に区分された試料台のうち外周側領域の温度を内周側領域より高温に設定するので、試料の全面において均質で安定したエッチングレートでエッチング処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施形態にかかるプラズマエッチング装置を説明する図である。
【図２】図１に示すプラズマエッチング装置１の上面図である。
【図３】ウエハ(試料５)面内におけるエッチングレートの分布を説明する図である。
【図４】プラズマエッチングのメカニズムの概要を説明する図である。
【図５】図３に示す３パターンのそれぞれにおけるプラズマ分布を説明する図である。
【図６】図５に示す各パターンにおける発光スペクトルおよびラジカル分布を示す図である。
【図７】エッチング処理の前に行うデータベース作成処理を説明する図である。
【図８】波長抽出用データベースの例を示す図である。
【図９】エッチングレート均一性算出データベースの例を示す図である。
【図１０】試料台温度算出データベースの例を示す図である。
【図１１】エッチング処理（ロット処理）の例を示す図である。
【図１２】エッチング処理（ロット処理）の他の例を示す図である。
【図１３】図８のステップＳ６５（エッチング終点検出処理）の詳細を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  プラズマエッチング装置
２  処理室
３  プラズマ生成手段
４  プラズマ
５  試料
６  試料台
７ａ，７ｂ  温度制御手段
８  ガス供給手段
９  排気バルブ
１０  ガス排気手段
１１  プラズマ測定用窓
１２  集光レンズ
１３  光ファイバ
１４  分光器
１５  発光データ収集手段
１６  エッチングレート均一性算出手段
１７  エッチング終点検出手段
１８  試料台温度算出手段
２１  反応種
２２  反応生成物
２３  試料保護物質
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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