(57)【要約】【課題】基板上に形成されるパターン、基板処理の質を向上させることができる基板処理システム、フォーカスリングの温度制御方法及び基板のエッチング方法を提供する。【解決手段】基板をエッチングした際の面内均一性を高めるように、フォーカスリングをヒータによる加熱と温調ガス供給部からの冷媒の供給による冷却とを制御することにより、前記フォーカスリングの温度を制御して、前記基板をエッチングする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器と、
該処理容器内で基板上をエッチングするためのプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
前記基板を載置する載置台と、
前記基板の周辺に配置するフォーカスリングと、
前記載置台に配置し、前記基板及びフォーカスリングを静電吸着する静電チャックと、
前記フォーカスリングを加熱するヒータと、
前記フォーカスリングを冷却するために熱伝導性ガスを供給する温調ガス供給部と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器内を所定の真空度に減圧する排気手段と、
前記基板をエッチングした際の面内均一性を高めるように、前記フォーカスリングを前記ヒータによる加熱と前記温調ガス供給部からの冷媒の供給による冷却とを制御することにより、前記フォーカスリングの温度を制御して、前記基板をエッチングする制御部と
を備える
ことを特徴とする基板処理システム。
【請求項２】
前記熱伝導性ガスは、前記フォーカスリングと前記静電チャックの接触境界に供給される構成からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の基板処理システム。
【請求項３】
処理容器と、
該処理容器内で基板上をエッチングするためのプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
前記基板を載置する載置台と、
前記基板の周辺に配置するフォーカスリングと、
前記載置台に配置し、前記基板及びフォーカスリングを静電吸着する静電チャックと、
前記フォーカスリングを加熱するヒータと、
前記フォーカスリングを冷却するために熱伝導性ガスを供給する温調ガス供給部と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器内を所定の真空度に減圧する排気手段と、
前記基板をエッチングした際の面内均一性を高めるように、前記載置台に前記フォーカスリングを静電吸着する工程と、前記フォーカスリングの温度を設定する工程と、前記フォーカスリングをヒータにより加熱する工程と、前記フォーカスリングの下面にＨｅガスを供給して冷却する工程とを行い前記フォーカスリングの温度を制御する制御部と
を備える
ことを特徴とする基板処理システム。
【請求項４】
前記熱伝導性ガスは、前記フォーカスリングと前記静電チャックの接触境界に供給される構成からなる
ことを特徴とする請求項３に記載の基板処理システム。
【請求項５】
載置台上に静電吸着された基板上の膜をエッチングした際に、面内均一性を高めるために該基板の周囲に配置されるフォーカスリングの温度制御方法において、
前記載置台に前記フォーカスリングを静電吸着する工程と、
前記フォーカスリングの温度を設定する工程と、
前記フォーカスリングをヒータにより加熱する工程と、
前記フォーカスリングの下面にＨｅガスを供給して冷却する工程と
を有し、
前記基板をエッチングした際の面内均一性を高めるように、前記ヒータによる加熱とＨｅガスの供給による冷却とを制御することにより、前記フォーカスリングの温度を制御する
ことを特徴とするフォーカスリングの温度制御方法。
【請求項６】
前記基板は、前記基板上に膜が形成され、前記エッチングによりパターンを形成される
ことを特徴とする請求項５に記載のフォーカスリングの温度制御方法。
【請求項７】
前記パターンの形状又は寸法を測定する工程を含み、
前記測定した前記パターンの形状又は寸法に基づいて、前記フォーカスリングの温度を制御する
ことを特徴とする請求項５又は６に記載のフォーカスリングの温度制御方法。
【請求項８】
前記パターンの形状又は寸法を測定する工程は、複数の位置における前記パターンの形状又は寸法を測定し、
前記複数の位置におけるパターンの形状又は寸法のデータのばらつきが所定の閾値より大きい場合、前記フォーカスリングの温度へフィードバックして前記フォーカスリングの温度を制御する
ことを特徴とする請求項７に記載のフォーカスリングの温度制御方法。
【請求項９】
載置台上に静電吸着された基板のエッチング方法において、
前記載置台に前記基板を静電吸着する工程と、
前記基板の周囲に配置されるフォーカスリングを前記載置台に静電吸着する工程と、
前記フォーカスリングの温度を設定する工程と、
前記フォーカスリングをヒータにより加熱する工程と、
前記フォーカスリングの下面にＨｅガスを供給して冷却する工程と、
前記基板上にプラズマを生成する工程と、
前記基板を前記プラズマによりエッチングする工程と
を有し、
前記基板をエッチングした際の面内均一性を高めるように、前記ヒータによる加熱とＨｅガスの供給による冷却とを制御することにより、前記フォーカスリングの温度を制御して、前記基板をエッチングする
ことを特徴とする基板のエッチング方法。
【請求項１０】
前記基板は、前記基板上に膜が形成され、前記エッチングによりパターンが形成される
ことを特徴とする請求項９に記載の基板のエッチング方法。
【請求項１１】
前記パターンの形状又は寸法を測定する工程を含み、
前記測定した前記パターンの形状又は寸法に基づいて、前記フォーカスリングの温度を制御する
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の基板のエッチング方法。
【請求項１２】
前記パターンの形状又は寸法を測定する工程は、複数の位置における前記パターンの形状又は寸法を測定し、
前記複数の位置におけるパターンの形状又は寸法のデータのばらつきが所定の閾値より大きい場合、前記フォーカスリングの温度へフィードバックして前記フォーカスリングの温度を制御する
ことを特徴とする請求項１１に記載の基板のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理システム、フォーカスリングの温度制御方法及び基板のエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上の膜をエッチングするプラズマ処理装置には、基板上に形成されるパターンの面内均一性（エッチングの均一性）を高めるために、基板を取り囲むフォーカスリングが設置されている（例えば、特許文献１、２）。フォーカスリングは使用時間経過に伴いプラズマによりエッチングされて消耗するため、基板上に形成されるパターンの面内均一性は低下する。そこで、フォーカスリングはその使用時間に応じて定期的に交換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−７８２０８号公報
【特許文献２】特開２００３−２２９４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フォーカスリング等の部材は部材の消耗度を監視して交換されていない。そのため、部材には、使用可能な状態で交換される場合又は消耗が激しいにもかかわらず交換されない場合がある。これにより基板上に形成されるパターン、基板処理の質が低下する。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものである。その目的は、基板上に形成されるパターン、基板処理の質を向上させることができる基板処理システム、フォーカスリングの温度制御方法及び基板のエッチング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願に係る基板処理システムは、処理容器と、該処理容器内で基板上をエッチングするためのプラズマを生成するプラズマ生成手段と、前記基板を載置する載置台と、前記基板の周辺に配置するフォーカスリングと、前記載置台に配置し、前記基板及びフォーカスリングを静電吸着する静電チャックと、前記フォーカスリングを加熱するヒータと、前記フォーカスリングを冷却するために熱伝導性ガスを供給する温調ガス供給部と、前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理容器内を所定の真空度に減圧する排気手段と、前記基板をエッチングした際の面内均一性を高めるように、前記フォーカスリングを前記ヒータによる加熱と前記温調ガス供給部からの冷媒の供給による冷却とを制御することにより、前記フォーカスリングの温度を制御して、前記基板をエッチングする制御部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本願に係る基板処理システムは、前記熱伝導性ガスは、前記フォーカスリングと前記静電チャックの接触境界に供給される構成からなることを特徴とする。
【０００８】
本願に係る基板処理システムは、処理容器と、該処理容器内で基板上をエッチングするためのプラズマを生成するプラズマ生成手段と、前記基板を載置する載置台と、前記基板の周辺に配置するフォーカスリングと、前記載置台に配置し、前記基板及びフォーカスリングを静電吸着する静電チャックと、前記フォーカスリングを加熱するヒータと、前記フォーカスリングを冷却するために熱伝導性ガスを供給する温調ガス供給部と、前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理容器内を所定の真空度に減圧する排気手段と、前記基板をエッチングした際の面内均一性を高めるように、前記載置台に前記フォーカスリングを静電吸着する工程と、前記フォーカスリングの温度を設定する工程と、前記フォーカスリングをヒータにより加熱する工程と、前記フォーカスリングの下面にＨｅガスを供給して冷却する工程とを行い前記フォーカスリングの温度を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本願に係る基板処理システムは、前記熱伝導性ガスは、前記フォーカスリングと前記静電チャックの接触境界に供給される構成からなることを特徴とする。
【００１０】
本願に係るフォーカスリングの温度制御方法は、載置台上に静電吸着された基板上の膜をエッチングした際に、面内均一性を高めるために該基板の周囲に配置されるフォーカスリングの温度制御方法において、前記載置台に前記フォーカスリングを静電吸着する工程と、前記フォーカスリングの温度を設定する工程と、前記フォーカスリングをヒータにより加熱する工程と、前記フォーカスリングの下面にＨｅガスを供給して冷却する工程とを有し、前記基板をエッチングした際の面内均一性を高めるように、前記ヒータによる加熱とＨｅガスの供給による冷却とを制御することにより、前記フォーカスリングの温度を制御することを特徴とする。
【００１１】
本願に係るフォーカスリングの温度制御方法は、前記基板は、前記基板上に膜が形成され、前記エッチングによりパターンを形成されることを特徴とする。
【００１２】
本願に係るフォーカスリングの温度制御方法は、前記パターンの形状又は寸法を測定する工程を含み、前記測定した前記パターンの形状又は寸法に基づいて、前記フォーカスリングの温度を制御することを特徴とする。
【００１３】
本願に係るフォーカスリングの温度制御方法は、前記パターンの形状又は寸法を測定する工程は、複数の位置における前記パターンの形状又は寸法を測定し、前記複数の位置におけるパターンの形状又は寸法のデータのばらつきが所定の閾値より大きい場合、前記フォーカスリングの温度へフィードバックして前記フォーカスリングの温度を制御することを特徴とする。
【００１４】
本願に係る基板のエッチング方法は、載置台上に静電吸着された基板のエッチング方法において、前記載置台に前記基板を静電吸着する工程と、前記基板の周囲に配置されるフォーカスリングを前記載置台に静電吸着する工程と、前記フォーカスリングの温度を設定する工程と、前記フォーカスリングをヒータにより加熱する工程と、前記フォーカスリングの下面にＨｅガスを供給して冷却する工程と、前記基板上にプラズマを生成する工程と、前記基板を前記プラズマによりエッチングする工程とを有し、前記基板をエッチングした際の面内均一性を高めるように、前記ヒータによる加熱とＨｅガスの供給による冷却とを制御することにより、前記フォーカスリングの温度を制御して、前記基板をエッチングすることを特徴とする。
【００１５】
本願に係る基板のエッチング方法は、前記基板は、前記基板上に膜が形成され、前記エッチングによりパターンが形成されることを特徴とする。
【００１６】
本願に係る基板のエッチング方法は、前記パターンの形状又は寸法を測定する工程を含み、前記測定した前記パターンの形状又は寸法に基づいて、前記フォーカスリングの温度を制御することを特徴とする。
【００１７】
本願に係る基板のエッチング方法は、前記パターンの形状又は寸法を測定する工程は、複数の位置における前記パターンの形状又は寸法を測定し、前記複数の位置におけるパターンの形状又は寸法のデータのばらつきが所定の閾値より大きい場合、前記フォーカスリングの温度へフィードバックして前記フォーカスリングの温度を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本願に係る基板処理システム等によれば、基板上に形成されるパターン、基板処理の質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】分光エリプソメータの構成例を示すブロック図である。
【図２】ウエハ面内における測定箇所のレイアウトを示す説明図である。
【図３】モデルの計算に用いるパラメータの一部を示す説明図である。
【図４】パターンの線幅に関する測定結果の一例を示す説明図である。
【図５】パターンのＳＷＡに関する測定結果の一例を示す説明図である。
【図６】パターンのＨｅｉｇｈｔに関する測定結果の一例を示す説明図である。
【図７】フォーカスリングの交換を通知する処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】パターンの線幅に関する測定結果の一例を示す説明図である。
【図９】基板処理システムの構成例を示す説明図である。
【図１０】コンピュータの構成例を示すブロック図である。
【図１１】パターンの線幅に関する測定結果の一例を示す説明図である。
【図１２】パターンのＳＷＡに関する測定結果の一例を示す説明図である。
【図１３】パターンのＨｅｉｇｈｔに関する測定結果の一例を示す説明図である。
【図１４】フォーカスリングの温度を制御する処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について、その図面を参照して説明する。
本願に係る判定装置（測定装置）は、プラズマ処理装置がウエハ（基板）上の膜をエッチングすることにより形成したパターン（エッチングパターン）の面内均一性を測定する。ここでのパターンの面内均一性は、例えばパターンの寸法（ＣＤ：Critical Dimension）又は形状に関する面内均一性である。判定装置は、測定したパターンの面内均一性が所定の閾値を超えた場合、プラズマ処理装置が有するフォーカスリングの交換時期を判定する。
【００２１】
判定装置は、スキャトロメトリ（scatterometory）法によりパターンの寸法又は形状を測定する。光波散乱計測法であるスキャトロメトリ法には、例えば分光エリプソ法(Ellipsometry, Spectroscopic Ellipsometry)、反射率測定法(Reflectometry, Spectroscopic Reflectometry)、偏光反射率測定法(Polarized Spectroscopic Reflectometry)等がある
。以下では、スキャトロメトリ法の一例として、分光エリプソ法を利用した判定装置について説明する。
なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００２２】
実施の形態１
分光エリプソメータ（判定装置、測定装置）は、プラズマ処理装置内部又はプラズマ処理装置外部に設けられる。実施の形態１では、プラズマ処理装置の外部に分光エリプソメータを設ける例を説明する。分光エリプソメータには回転検光子型、回転補償子型、位相変調器型等があり、いずれの型の分光エリプソメータが利用されてもよい。以下では、位相変調器型を例に挙げる。
【００２３】
図１は、分光エリプソメータ１の構成例を示すブロック図である。
分光エリプソメータ１は、キセノンランプ１１、光照射器１２、ステージ１３、光取得器１４、分光器（測定手段）１５、データ取込機１６、モータ制御機１７及びコンピュータ１８を含む。分光エリプソメータ１は、ステージ１３上に載置されたウエハＷ上のパターンの寸法及び形状を計測する。パターンは、フォトレジストをマスクとして、ウエハＷ上に成膜された膜をエッチングすることにより形成されている。
なお、ウエハＷの直上には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）等が積層されていてもよい。さらに、当該シリコン酸化膜の上側にアモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜又はシリコン窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4 ）等が積層されていてもよい。
【００２４】
分光エリプソメータ１は、ウエハＷに偏光した光を照射するとともに、ウエハＷで反射した光を取得して反射光の偏光状態を測定し、測定結果とウエハＷ上のパターンに応じたモデルとに基づきウエハＷ上のパターンの寸法及び形状を解析する。なお、ウエハＷ以外に、化合物半導体基板、単層又は多層のエピ膜、絶縁体膜、サファイヤ基板又はガラス基板等を基板としてもよい。
【００２５】
分光エリプソメータ１は、一対の光照射器１２及び光取得器１４を備える測定器を含む測定解析系の部分と、駆動系の部分とに大別される。
分光エリプソメータ１は、測定解析系の部分として、キセノンランプ１１及び光照射器１２を、第１光ファイバケーブル１ａで接続する。分光エリプソメータ１は、ステージ１３上に載置したウエハＷへ偏光した状態の光を照射するとともに、ウエハＷで反射した光を光取得器１４で取り込む。光取得器１４は、第２光ファイバケーブル１ｂを介して分光器１５に接続されている。分光器１５は、波長毎に測定を行い、測定結果をアナログ信号としてデータ取込機１６へ伝送する。データ取込機１６は、アナログ信号を所要値に変換してコンピュータ１８へ伝送する。コンピュータ１８はパターンの解析を行う。
【００２６】
なお、分光エリプソメータ１の光照射器１２及び光取得器１４は、ウエハＷに対する光の入射角度φと反射角度φとが所定の同角度になるように固定されている。しかし、光照射器１２及び光取得器１４は、ウエハＷに対する光の入射角度φ及び反射角度φが同角度である状態を維持しながら、入射角度φ及び反射角度φを変化させるように移動してもよい。
【００２７】
分光エリプソメータ１は、駆動系部分として、ステージ１３及び分光器１５に第１モータＭ１〜第３モータＭ３を夫々設けている。分光エリプソメータ１は、第１モータＭ１〜第３モータＭ３の駆動をコンピュータ１８に接続したモータ制御機１７で制御することで、ステージ１３及び分光器１５を測定に応じた適切な位置、姿勢に変更する。モータ制御機１７は、コンピュータ１８から出力される指示に基づき、第１モータＭ１〜第３モータＭ３の駆動制御を行う。
【００２８】
キセノンランプ１１は光源であり、複数の波長成分を含む白色光を発生し、発生した白色光を光照射器１２へ第１光ファイバケーブル１ａを介して送る。光照射器１２は、内部に偏光子１２ａを有しており、白色光を偏光子１２ａで偏光し、偏光状態の光をウエハＷへ照射する。
【００２９】
ステージ１３は、移動レール部（図示せず）に摺動可能に配置されており、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の駆動により、図１中のｘ軸方向、ｙ軸方向（図１の紙面に直交する方向）へ夫々移動可能である。ステージ１３の移動により、ステージ１３上のウエハＷへ光を入射させる箇所を適宜変更し、ウエハＷの面分析を行う。ウエハＷを載置するステージ１３面は、光の反射を防止するため黒色に着色されている。
なお、本実施の形態においては、ステージ１３をｘ軸方向及びｙ軸方向に動かす例を挙げて説明するが、これに限るものではない。例えば、ステージ１３を固定し、光照射器１２及び光取得器１４を動かし、照射位置をｘ軸方向及びｙ軸方向に移動させるようにしてもよい。その他、ステージ１３と、光照射器１２及び光取得器１４との双方を、ｘ軸方向及びｙ軸方向に移動させるようにしてもよい。
【００３０】
光取得器１４は、ウエハＷで反射した光を取得し、取得した光の偏光状態を測定する。光取得器１４は、ＰＥＭ（Photo Elastic Modulator：光弾性変調器）１４ａ及び検光子
（Analyzer）１４ｂを内蔵し、ウエハＷで反射された光を、ＰＥＭ１４ａを介して検光子１４ｂへ導いている。なお、光取得器１４に内蔵されたＰＥＭ１４ａは、取り込んだ光を所要周波数（例えば５０ｋＨｚ）で位相変調することにより直線偏光から楕円偏光を得ている。また、検光子１４ｂは、ＰＥＭ１４ａで位相変調された各種偏光の中から選択的に偏光を取得して測定する。
【００３１】
分光器１５は、反射ミラー、回折格子、フォトマルチプライヤー（ＰＭＴ：光電子倍増管）及び制御ユニット等を内蔵し、光取得器１４から第２光ファイバケーブル１ｂを通じて送られた光を反射ミラーで反射して回折格子へ導いている。回折格子は第３モータＭ３により角度を変更し、出射する光の波長を可変する。分光器１５の内部へ進んだ光はＰＭＴで増幅され、光の量が少ない場合でも、測定された信号（光）を安定化させる。また、制御ユニットは、測定された波長に応じたアナログ信号を生成し、データ取込機１６へ送出する処理を行う。
【００３２】
データ取込機１６は、分光器１５からの信号に基づき反射光の偏光状態（ｐ偏光、ｓ偏光）を示す振幅比Ψ及び位相差Δを波長毎に算出し、算出した結果をコンピュータ１８へ送出する。なお、振幅比Ψ及び位相差Δには、ｐ偏光の振幅反射係数Ｒｐ及びｓ偏光の振幅反射係数Ｒｓに対し、以下の数式（１）の関係が成立する。
Ｒｐ／Ｒｓ＝ｔａｎΨ・ｅｘｐ（ｉ・Δ）・・・（１）
ただし、ｉは虚数単位である（以下同様）。また、Ｒｐ／Ｒｓは偏光変化量ρという。
【００３３】
コンピュータ１８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）（判定手段）１８１、ＲＡ
Ｍ（Random Access Memory）１８２、入力部１８３、表示部１８４、記憶部１８５、ディスクドライブ１８６及び通信部（付与手段）１８７を含む。ＣＰＵ１８１は、バスを介してコンピュータ１８のハードウェア各部と接続されている。ＣＰＵ１８１は、ハードウェア各部を制御するとともに、記憶部１８５に格納された各種プログラムに従って、種々のソフトウェア処理を実行する。
【００３４】
ＲＡＭ１８２は、半導体素子等であり、ＣＰＵ１８１の指示に従い必要な情報の書き込み及び読み出しを行う。入力部１８３は、キーボード及びマウス、又はタッチパネル等の入力デバイスである。表示部１８４は、例えば液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等である。
【００３５】
記憶部１８５は、例えばハードディスク又は大容量メモリであり、解析用のプログラム及びステージ１３の移動制御用のプログラム等の各種プログラムを予め記憶する。
記憶部１８５は、その他、ライブラリ１Ｌ、閾値及びプログラム１Ｐを記憶する。ライブラリ１Ｌは、パターンの寸法及び形状等のパラメータに基づいて予め算出された各波長における振幅比Ψ及び位相差Δを記憶したファイルである。コンピュータ１８は、データ取込機１６で得られた偏光状態の振幅比Ψ及び位相差Δと、ライブラリ１Ｌに記憶されたモデルの振幅比Ψ及び位相差Δとをフィッティングし、モデルの振幅比Ψ及び位相差Δに対応するパターンの寸法及び形状を特定する。
【００３６】
閾値は、フォーカスリングの交換を判定するための数値である。プログラム１Ｐは、測定されたパターンの寸法及び形状に関する数値のばらつきが閾値より大きい場合、表示部１８４にフォーカスリングの交換に関する通知を表示する。閾値は、成果物であるデバイスに対して要求される精度に関係し、デバイスの種類、世代等によって変更されてよい。
【００３７】
ディスクドライブ１８６は、外部の記録媒体であるＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＢＤ（Blu-ray Disc、登録商標）等の光ディスク１ｄから情報を読み込み、光ディスク１ｄに情報を記録する。
【００３８】
通信部１８７は、外部のコンピュータと通信をするインタフェースである。通信部１８７は、ＬＡＮ（Local Area Network）、インターネット、電話回線等に接続されていてもよい。
【００３９】
次に、分光エリプソメータ１の動作について説明する。
プラズマ装置によりエッチングされたウエハＷを分光エリプソメータ１のステージ１３に載置する。ウエハＷの直径は、例えば３００ｍｍである。パターンを構成する膜は、例えば有機膜である。有機膜は、多層であってもよく、一部の層は例えばＳｉを含んでいてもよい。
【００４０】
キセノンランプ１１は、白色光を放射する。光照射器１２は、キセノンランプ１１が照射した白色光を直線偏光に変換し、変換した直線偏光をウエハＷに照射する。光取得器１４は、ウエハＷで反射した光を取得し、取得した光の偏光状態を測定する。分光器１５は、光取得器１４により測定された波長に応じたアナログ信号を生成してデータ取込機１６へ送出する。データ取込機１６は、分光器１５からの信号に基づき、ｐ偏光、ｓ偏光の振幅比Ψ及び位相差Δを波長毎に算出し、算出した結果をコンピュータ１８へ送出する。コンピュータ１８は、測定値を記憶部１８５に記憶する。
なお、測定に係る波長の範囲は、例えば２５０ｎｍ〜７５０ｎｍである。
【００４１】
図２は、ウエハＷ面内における測定箇所のレイアウトを示す説明図である。ウエハＷの表面を約１００個の正方形領域に分割し、１つの正方形領域の略中央が１つの測定箇所になる。
ある正方形領域での測定が終了した場合、分光エリプソメータ１はモータ制御機１７の制御により、ステージ１３をｘ軸方向又はｙ軸方向に移動し、直線偏光が照射される測定箇所を隣の正方形領域に変更する。図２における矢印のように、測定箇所は例えばｘ軸方向に変更される。測定箇所がウエハＷの縁又はウエハＷの外部まで達した場合、ステージ１３をｙ軸方向に１正方形分だけ移動した後、測定箇所は再びウエハＷの一端から他端までｘ軸方向に１正方形単位で変更される。
なお、測定箇所である正方形領域の略中央部がウエハＷの外部（図２の×）に変更された場合、測定は行われない。また、測定箇所がウエハＷの縁近傍になる場合（例えば、ウエハＷの縁から中心方向へ向かって１〜２ｍｍまでの領域）、測定は行われないか又は当該測定値は採用されない。
【００４２】
ウエハＷ上の全ての測定が終了し、測定データがコンピュータ１８の記憶部１８５に記憶された場合、ＣＰＵ１８１は測定された振幅比Ψ及び位相差Δと、ライブラリ１Ｌに記憶された振幅比Ψ及び位相差Δとのフィッティングをする。そして、ライブラリ１Ｌに記憶された振幅比Ψ及び位相差Δに対応するパターンの寸法及び形状を、全測定箇所について特定し、記憶部１８５に記憶する。
【００４３】
図３は、モデルの計算に用いるパラメータの一部を示す説明図である。図３は、ウエハＷ及びパターンの断面を示している。パターンモデルの計算に用いるパラメータは、ＴＣＤ（Top CD）、ＢＣＤ（Bottom CD）、Ｈｅｉｇｈｔ、複素屈折率Ｎ、膜厚ｄである。
ただし、複素屈折率Ｎは、予め測定した値が用いられる。複素屈折率Ｎを予め測定する手段は、分光エリプソメータ１でもよいし、分光エリプソメータ１以外の装置でもよい。
【００４４】
ＴＣＤ及びＢＣＤは、パターンを構成する線幅である。ＴＣＤは線の上辺寸法であり、ＢＣＤは線の底辺寸法である。なお、ＭＣＤは、ＴＣＤとＢＣＤとの平均である。Ｈｅｉｇｈｔは、エッチングにより形成された線の高さ又はパターンを構成する溝の深さである。
ＴＣＤ、ＢＣＤ及びＨｅｉｇｈｔから線の側壁角であるＳＷＡ（side wall angle）が算出される。ＳＷＡの値をθとした場合、θは次の数式（２）で示される。
【００４５】
【数１】
2016026401.tif 000003
【００４６】
膜厚ｄは、ウエハＷ上の膜の厚さである。図３の例では、膜厚ｄはＨｅｉｇｈｔと同じである。しかし、多層膜がウエハＷに成膜され、エッチングがウエハＷ表面まで及ばない場合、膜厚ｄはＨｅｉｇｈｔより大きな値となる。
【００４７】
ライブラリ１Ｌには、モデルの振幅比Ψ及び位相差Δと、モデルを構築する元となったＴＣＤ、ＢＣＤ及びＨｅｉｇｈｔとが対応付けて記憶されている。ＭＣＤ又はＳＷＡは、測定から決定されたＴＣＤ、ＢＣＤ及びＨｅｉｇｈｔから算出されてもよいし、予め計算してライブラリ１Ｌに記憶されていてもよい。以下では、ライブラリ１Ｌには、モデルの振幅比Ψ及び位相差Δと、ＴＣＤ、ＢＣＤ及びＨｅｉｇｈｔ並びに予め算出されたＭＣＤ又はＳＷＡとが、対応付けられて記憶されているものとする。
【００４８】
ＣＰＵ１８１は、測定された振幅比Ψ及び位相差Δと、ライブラリ１Ｌに記憶された振幅比Ψ及び位相差Δとの差である誤差関数の値が最小になるモデルを検索する。そして、ＣＰＵ１８１は、誤差関数の値が最小になるモデルに対応するＴＣＤ、ＢＣＤ、Ｈｅｉｇｈｔ、ＭＣＤ及びＳＷＡを取得する。ＣＰＵ１８１は、取得したＴＣＤ、ＢＣＤ、Ｈｅｉｇｈｔ、ＭＣＤ及びＳＷＡを記憶部１８５に記憶する。
【００４９】
なお、測定されるパターンの形状は、裾引き、トップ丸みを含んでよい。また、測定されるパターンの寸法及び形状は、上記に限らず、膜、穴、突起、溝等の寸法及び形状であってもよい。例えば、穴の場合の寸法及び形状は、穴径、穴深さ、穴ピッチ、穴の内壁の傾斜角度、穴の内壁の曲率等である。例えば、溝の場合の寸法及び形状は、溝幅、溝深さ、側壁角度、溝ピッチ、溝の側壁の曲率等である。これらの寸法及び形状を測定するためには、膜、穴、突起、溝等の構造を有するモデルを作成し、ライブラリ１Ｌに記憶しておく。
【００５０】
次に、使用時間が異なる２つのフォーカスリングを用いてエッチングされたパターンに関して、測定結果の一例を説明する。
図４は、パターンの線幅に関する測定結果の一例を示す説明図である。図４Ａは、使用時間が１０時間未満であるフォーカスリングを用いてエッチングされたパターンの線幅に関する測定結果を示している。図４Ｂは、使用時間が５５０時間であるフォーカスリングを用いてエッチングされたパターンの線幅に関する測定結果を示している。フォーカスリングの高さは、図４Ａの場合、４．０ｍｍであり、図４Ｂの場合、３．１ｍｍであった。
【００５１】
図４Ａ及び図４Ｂの縦軸は、シフトＣＤであり、単位はｎｍである。ここでのシフトＣＤは、エッチング後のＭＣＤとエッチング前のＭＣＤとの差分である。エッチング後の線幅から線幅のばらつきを評価する場合、エッチング前の線幅の影響が入ってくる。そこで、図４ではエッチング前の線幅の影響を排除するために、エッチング後のＭＣＤからエッチング前のＭＣＤを引いたシフトＣＤを縦軸にしている。シフトＣＤは、フォーカスリングの消耗度の違いによるパターンの寸法及び形状の違いを比較する上で、有益である。
図４Ａ及び図４Ｂの横軸は、ウエハＷ上の測定位置を示し、単位はｍｍである。図４Ａ及び図４Ｂの横軸の０ｍｍは、ウエハＷの中心である。ウエハＷの半径に依存して中心からウエハＷの縁までの各位置が数値で示されている。ここでのウエハＷの半径は１５０ｍｍである。
【００５２】
図４Ａ及び図４Ｂを比較した場合、パターンの面内均一性は、フォーカスリングの使用時間に相関している。フォーカスリングの使用時間が１０時間未満である場合、シフトＣＤはウエハＷの位置に関係なく、ほぼ一定である。他方、フォーカスリングの使用時間が５５０時間である場合、シフトＣＤはウエハＷの中心から縁へ向かって小さくなり、縁付近ではシフトＣＤが若干大きくなっている。ウエハＷの縁から中心に向かって３０ｍｍまでの領域では、シフトＣＤに２ｎｍの差異が認められる。
【００５３】
図５は、パターンのＳＷＡに関する測定結果の一例を示す説明図である。図５Ａ及び図５Ｂにおけるフォーカスリングの条件は、夫々図４Ａ及び図４Ｂにおけるフォーカスリングの条件と同じである。図５Ａ及び図５Ｂの縦軸は、ＳＷＡであり、単位は度である。図５Ａ及び図５Ｂの横軸は、図４Ａ及び図４Ｂの横軸と同じである。
図５Ａ及び図５Ｂを比較した場合、フォーカスリングの使用時間が１０時間未満であるとき、ＳＷＡはウエハＷの位置に関係なく、ほぼ一定である。他方、フォーカスリングの使用時間が５５０時間である場合、ＳＷＡの面内均一性は低くなっている。ウエハＷの縁から中心へ向かって１０ｍｍ〜３０ｍｍまでの領域では、縁側へ向かってＳＷＡは小さくなり、準テーパの方向に変化する。しかし、最外周の縁部では、ＳＷＡは内側より大きくなり、逆テーパの方向へ変化する。
【００５４】
図６は、パターンのＨｅｉｇｈｔに関する測定結果の一例を示す説明図である。図６Ａ及び図６Ｂにおけるフォーカスリングの条件は、夫々図４Ａ及び図４Ｂにおけるフォーカスリングの条件と同じである。図６Ａ及び図６Ｂの縦軸は、Ｈｅｉｇｈｔであり、単位はｎｍである。図６Ａ及び図６Ｂの横軸は、図４Ａ及び図４Ｂの横軸と同じである。
図６Ａ及び図６Ｂを比較した場合、フォーカスリングの使用時間が１０時間未満であるとき、ＨｅｉｇｈｔはウエハＷの位置によって多少ばらついているが、面内均一性が低いとまでいえない。他方、フォーカスリングの使用時間が５５０時間である場合、Ｈｅｉｇｈｔの面内均一性は低くなっている。ウエハＷの中心から縁へ向かってＨｅｉｇｈｔは小さくなる傾向がある。また、縁から中心へ向かって３０ｍｍまでの領域では、Ｈｅｉｇｈｔのばらつきが他の領域に比べて大きい。
【００５５】
以上の測定結果から、使用時間が５５０時間であるフォーカスリングを用いてエッチングが行われたパターンの寸法及び形状に関する測定値は、ウエハＷの縁から中心へ向かって概ね５０ｍｍまでの領域においてばらつきが大きくなることがわかる。そこで、フォーカスリングの交換条件として、ウエハＷの縁から中心へ向かって約５０ｍｍまでの領域におけるシフトＣＤのばらつきが例えば１ｎｍより大きくなった場合が挙げられる。
また、フォーカスリングの交換条件として、ウエハＷの縁から中心へ向かって約５０ｍｍまでの領域におけるＳＷＡのばらつきが例えば０．１５度より大きくなった場合が挙げられる。さらに、フォーカスリングの交換条件として、ウエハＷの縁から中心へ向かって約５０ｍｍまでの領域におけるＨｅｉｇｈｔのばらつきが例えば６ｎｍより大きくなった場合が挙げられる。
フォーカスリングの交換を判定するためのパターンの測定領域は、より好ましくは、ウエハＷの縁から中心へ向かって約1０ｍｍ〜３０ｍｍの領域である。
【００５６】
なお、上記のばらつきは、測定値の最大値と最小値との差、すなわちデータの範囲である。しかし、ばらつきとして、分散、標準偏差、不偏分散、平均偏差等が用いられてもよいことは勿論である。また、ばらつきを求める対象の寸法に、ＴＣＤ又はＢＣＤが含まれてもよい。
【００５７】
ＣＰＵ１８１は、記憶部１８５に記憶したＴＣＤ、ＢＣＤ、Ｈｅｉｇｈｔ、ＭＣＤ及びＳＷＡについて、全測定値のばらつき及びウエハＷの縁から中心へ向かって５０ｍｍまでの領域における測定値のばらつき、ウエハＷの縁から中心へ向かって５０ｍｍ〜１００ｍｍの領域における測定値のばらつき等を算出する。ＣＰＵ１８１は、算出した測定値のばらつきを記憶部１８５に記憶する。
ＣＰＵ１８１は、算出したばらつきを予め記憶部１８５に記憶された閾値と比較する。ＣＰＵ１８１は、算出したばらつきが閾値より大きい場合、フォーカスリングを交換すべきである旨のメッセージを表示部１８４に表示する。
【００５８】
図７は、フォーカスリングの交換を通知する処理の手順を示すフローチャートである。なお、各測定箇所における測定済みのＴＣＤ、ＢＣＤ、Ｈｅｉｇｈｔ、ＭＣＤ及びＳＷＡが、記憶部１８５に記憶されているものとする。
ＣＰＵ１８１は、記憶部１８５からＴＣＤ、ＢＣＤ、Ｈｅｉｇｈｔ、ＭＣＤ及びＳＷＡを読み出す（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１において、エッチング前後のＴＣＤ、ＢＣＤが記憶部１８５に記憶されている場合、ＣＰＵ１８１はＴＣＤ、ＢＣＤに関するシフトＣＤを求めてもよい。あるいは、ＣＰＵ１８はＭＣＤに関するシフトＣＤを求めてもよい。
【００５９】
ＣＰＵ１８１は、ＴＣＤ、ＢＣＤ、Ｈｅｉｇｈｔ、ＭＣＤ及びＳＷＡのばらつきを算出し、記憶部１８５に記憶する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２において、ＣＰＵ１８１が算出するばらつきは、ウエハＷの全領域における測定値を対象としてもよいし、特定の領域における測定値を対象としてもよい。また、ＣＰＵ１８１が算出するばらつきは、複数の特定の領域における測定値を対象としてもよい。
【００６０】
ＣＰＵ１８１は、算出したばらつきが閾値より大きいか否か判定する（ステップＳ１０３）。ＣＰＵ１８１は、算出したばらつきが閾値より大きくないと判定した場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、処理を終了する。ＣＰＵ１８１は、算出したばらつきが閾値より大きいと判定した場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、フォーカスリングの交換時期に関する情報を生成する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４においてＣＰＵ１８１が生成する情報は、例えばフォーカスリングの交換を促すメッセージである。なお、ステップＳ１０４において、ＣＰＵ１８１はフォーカスリングの交換を促す音声データを生成してもよい。ＣＰＵ１８１は、生成した情報を表示部１８４に表示し（ステップＳ１０５）、処理を終了する。
【００６１】
フォーカスリングは、累積エッチング時間が基準時間に達した場合、交換されている。しかし、フォーカスリングの消耗をモニタしてフォーカスリングを交換してはいない。そのため、フォーカスリングがまだ使用可能であっても、フォーカスリングを交換してしまう場合、無駄なコストが生じる。
また、フォーカスリングの消耗が激しいにも関わらず、交換の基準時間に達していない場合、フォーカスリングは交換されない。かかる場合、エッチング処理後の面内均一性は担保されず、結果として最終製品である半導体デバイスに求められる目標特性は得られなくなる。多くの場合、プラズマ処理装置に設定されるエッチングのレシピは１種類ではなく、複数種類であるため、フォーカスリングの消耗速度は一定ではない。そのため、基準時間によるフォーカスリングの交換には、おのずと限界がある。
【００６２】
分光エリプソメータ１によれば、製品であるウエハＷ上のパターンの寸法及び形状を短時間で正確に測定することができる。フォーカスリングの消耗による影響はパターンの面内均一性の低下として現れるため、分光エリプソメータ１はパターンの面内均一性をモニタすることにより、フォーカスリングの交換時期を正確に判定することができる。
【００６３】
面内均一性のパラメータの一つである線幅がＣＤ−ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を用いて測定されることがある。
しかしながら、ＣＤ−ＳＥＭでは、ウエハＷの法線方向から線幅を測定するため、パターンの断面形状を測定することはできない。また、ＣＤ−ＳＥＭによる測定精度及び測定時間は、求められるパターンの品質要求及び製造コストに対して十分とはいえない。さらに、ＣＤ−ＳＥＭによってパターンに照射される電子ビームは、パターンを損傷させてしまう。
【００６４】
図８は、パターンの線幅に関する測定結果の一例を示す説明図である。図８は、図４と同じ試料について、ＣＤ−ＳＥＭにより測定されたシフトＣＤの分布を示している。図８Ａ及び図８Ｂにおけるフォーカスリングの条件は、夫々図４Ａ及び図４Ｂにおけるフォーカスリングの条件と同じである。図８Ａ及び図８Ｂの縦軸及び横軸は、夫々図４Ａ及び図４Ｂの縦軸及び横軸と同じである。
図４Ａ及び図４Ｂと図８Ａ及び図８Ｂとを比較した場合、分光エリプソメータ１の方がＣＤ−ＳＥＭよりもシフトＣＤの測定精度が格段に高いことがわかる。図８では、パターンのシフトＣＤのばらつきよりも測定値のばらつきが余りにも大きく、面内のシフトＣＤの変化が分からない。
図４及び図８より、分光エリプソメータ１がいかにフォーカスリングの交換を判定する能力に優れているかが分かる。また、分光エリプソメータ１はパターンの形状を非破壊で測定することができる。
【００６５】
フォーカスリングの交換時期の判定は、パターンの寸法又は形状に関する数値のばらつきの他に、測定されたパターンの寸法又は形状に関する数値の値そのものに基づいてもよい。例えば、ウエハＷの縁領域におけるＢＣＤ又はＳＷＡが所定の閾値より大きい場合に、ＣＰＵ１８１はフォーカスリングの交換時期であると判定してもよい。
【００６６】
実施の形態２
実施の形態２は、分光エリプソメータ１が測定したパターンの寸法又は形状に基づいて、プラズマ処理装置に備えられたフォーカスリングの温度をフィードバック制御する形態に関する。
【００６７】
図９は、基板処理システム２の構成例を示す説明図である。基板処理システム（パターン形成システム）２は、基板処理装置及び分光エリプソメータ１を含む。基板処理装置は、例えばプラズマ処理装置（パターン形成装置）２０である。プラズマ処理装置２０は、ウエハＷ上の膜に対してエッチング処理を施し、パターンを形成する。プラズマ処理装置２０と分光エリプソメータ１とは、ウエハＷが通過可能なシャッタ（図示せず）を介して接合されている。エッチング処理後のウエハＷは、図示しない搬送機構によりプラズマ処理装置２０から分光エリプソメータ１に搬送される。分光エリプソメータ１は、プラズマ処理装置２０により形成されたパターンの寸法及び形状を測定する。
【００６８】
プラズマ処理装置２０は、処理容器（チャンバ）２１、サセプタ２２、支持台２３、フォーカスリング２４、静電チャック２５、調温ガス供給部２６、排気装置２７、シャワーヘッド２８、処理ガス供給部２９及びコンピュータ３０を含む。
処理容器２１は、円筒型をなし、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属から構成されている。処理容器２１は保安接地されている。
【００６９】
サセプタ２２は、ウエハＷを載置する円盤状の載置台であり、処理容器２１内部に配置されている。サセプタ２２には高周波電源２２ａが接続されており、サセプタ２２は下部電極として作用する。サセプタ２２内部には、サセプタ２２底面中央からサセプタ２２周縁の上面まで伸びるガス通路２２ｂが設けられている。
支持台２３は、処理容器２１の底面からサセプタ２２を支持する円筒形部材である。
【００７０】
フォーカスリング２４は、ウエハＷの直径よりも大きな内径を有するリング状部材である。フォーカスリング２４は、サセプタ２２の上面の周縁部に配置される。フォーカスリング２４は、ウエハＷ上の異なる位置のパターンに対してエッチングレートに差が生じないようにする部材であり、パターンの面内均一性を高めるための部材である。フォーカスリング２４の材質は、例えばＳｉ、ＳｉＣ、Ｃ（ガラス状炭素）、ＳｉＯ2 、Ａｌ2Ｏ3 等である。
【００７１】
フォーカスリング２４には、温度センサ２４ａ及びヒータ２４ｂが埋め込まれている。温度センサ２４ａは、フォーカスリング２４の測定温度に関する信号をコンピュータ３０に送信する。また、ヒータ２４ｂは図示しない電源から電力供給を受け、フォーカスリング２４を加熱する。
【００７２】
静電チャック２５は、ウエハＷが載置されるサセプタ２２上面及びフォーカスリング２４の底面と接するサセプタ２２上面に設けられている。静電チャック２５は、ウエハＷ及びフォーカスリング２４をサセプタ２２に吸着させる。なお、フォーカスリング２４と接する静電チャック２５には、下から上に伸びるガス通路２２ｂと重なる部分に開口が設けられている。
【００７３】
支持台２３内部には、処理容器２１底面を貫通し、サセプタ２２内部のガス通路２２ｂに達するガス導入管２３ａが設けられている。
調温ガス供給部２６は、フォーカスリング２４を冷却する調温ガスを蓄積する。ここでの調温ガスは、例えばＨｅ（ヘリウム）ガス等の熱伝導性ガスである。調温ガス供給部２６には、ガス導入管２３ａが接続されている。
【００７４】
調温ガス供給部２６からガス導入管２３ａに流出される調温ガスは、ガス通路２２ｂを経て、静電チャック２５とフォーカスリング２４との接触境界に供給される。そして、調温ガスはフォーカスリング２４を冷却する。
【００７５】
排気装置２７は、処理容器２１底部に設けられた排気口２１ａと、排気管２７ａを介して接続されている。排気装置２７は、溜め込み式のクライオポンプ、ターボ分子ポンプ等の高真空ポンプを有し、処理容器２１内部を所望の真空度まで減圧する。
【００７６】
シャワーヘッド２８は、処理容器２１の天井に設けられており、処理ガス供給部２９から処理ガスを処理容器２１に導入する。シャワーヘッド２８は、接地電位である上部電極でもある。シャワーヘッド２８とサセプタ２２との間の空間において、処理ガスはプラズマ化され、プラズマ化された処理ガスはウエハＷ上の膜に対してエッチングを行う。なお、処理ガスは一般には複数種類のガスが混合したガスである。
【００７７】
図１０は、コンピュータ３０の構成例を示すブロック図である。コンピュータは、ＣＰＵ（制御手段）３１、ＲＡＭ３２、入力部３３、表示部３４、記憶部３５、ディスクドライブ３６及び通信部（受付手段）３７を含む。
【００７８】
ＣＰＵ３１は、バスを介してコンピュータ３０のハードウェア各部と接続されている。ＣＰＵ３１は、ハードウェア各部を制御するとともに、記憶部３５に格納された各種プログラムに従って、種々のソフトウェア処理を実行する。
ＣＰＵ３１は、ヒータ２４ｂによるフォーカスリング２４の加熱を制御する。また、ＣＰＵ３１は、ガス導入管２３ａに設けられた図示しないバルブを制御することにより、フォーカスリング２４の冷却を制御する。
【００７９】
ＲＡＭ３２は、半導体素子等であり、ＣＰＵ３１の指示に従い必要な情報の書き込み及び読み出しを行う。入力部３３は、キーボード及びマウス、又はタッチパネル等の入力デバイスである。表示部３４は、例えば液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイ等である。
【００８０】
記憶部３５は、例えばハードディスク又は大容量メモリであり、レシピ１Ｒ及びプログラム２Ｐを予め記憶する。レシピ１Ｒは、プラズマ処理装置２０において所定の処理を施す際の処理の手順を規定するデータである。レシピ１Ｒには、１又は複数の処理ステップが含まれ、各処理ステップ毎にプロセス条件が予め夫々のパラメータとして設定されている。例えば、当該パラメータは、フォーカスリング２４の温度、プロセス温度、プロセス圧力、ガス流量、処理時間等を含む。
【００８１】
ＣＰＵ３１は、プログラム２Ｐを実行することにより、レシピ１Ｒに従ってプラズマ処理装置２０による処理を制御する。プログラム２Ｐは、分光エリプソメータ１からの信号に基づいて、フォーカスリング２４の温度を制御する処理を含む。
【００８２】
ディスクドライブ３６は、外部の記録媒体であるＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等の光ディスク１ｄから情報を読み込み、光ディスク１ｄに情報を記録する。
【００８３】
通信部３７は、分光エリプソメータ１のコンピュータ１８と通信をするインタフェースである。通信部３７は、ＬＡＮ、インターネット、電話回線等に接続されていてもよい。
【００８４】
次に、基板処理システム２の動作について説明する。
フォトレジストが塗布された有機膜を有するウエハＷを、図示しない搬送機構によりサセプタ２２の上に載置する。ウエハＷは、フォーカスリング２４に接触、又は乗り上げないように静電チャック２５を介してサセプタ２２上に載置される。静電チャック２５により、ウエハＷ及びフォーカスリング２４は、サセプタ２２に吸着される。
【００８５】
処理ガス供給部２９から混合ガスである処理ガスを処理容器２１に所定の流量及び流量比で導入する。排気装置２７により処理容器２１内部の圧力を設定値にする。また、ＣＰＵ３１により、フォーカスリング２４の温度がレシピ１Ｒに従って設定される。なお、分光エリプソメータ１によるパターン測定前は、フォーカスリング２４の温度は制御されなくてもよい。
高周波電源２２ａから電圧をサセプタ２２に印加した場合、処理ガスは解離し、プラズマとなる。このプラズマによりウエハＷ上の有機膜はエッチングされ、パターンが形成される。
【００８６】
プラズマ処理装置２０と分光エリプソメータ１との間のシャッタを開ける。エッチングが終了したウエハＷは、図示しない搬送機構によりプラズマ処理装置２０から分光エリプソメータ１に搬送される。分光エリプソメータ１は、プラズマ処理装置２０により形成されたパターンの寸法及び形状を測定する。
【００８７】
コンピュータ１８のＣＰＵ１８１は、測定した寸法又は形状に関する数値のばらつきが閾値より大きいか否か判定する。
ここでの閾値は、プラズマ処理装置２０のフォーカスリング２４の温度制御を行うか否かを判定する基準となる閾値である。この閾値は、実施の形態１における閾値と同じでもよいし、異なっていてもよい。この閾値が実施の形態１と同じ閾値である場合、フォーカスリング２４は交換されず、温度に関してフィードバック制御を受けながら使用され続ける。これにより、フォーカスリング２４の寿命が伸ばされる。例えば、この閾値が実施の形態１における閾値より小さい場合、フォーカスリング２４を交換する必要はなく、低下したパターンの面内均一性を高めるべく、フォーカスリング２４の温度がフィードバック制御される。
【００８８】
上記の閾値と比較されるばらつきは、ウエハＷの全領域におけるばらつきでもよいし、特定領域のばらつきでもよい。例えば、ウエハＷの縁領域のばらつきを閾値と比較してもよい。
なお、ばらつきは、データの範囲、分散、標準偏差、不偏分散、平均偏差等、何でもよい。当該閾値を、予め記憶部１８５に記憶しておく。
【００８９】
ＣＰＵ１８１は、算出したばらつきが所定の閾値より大きい場合、パターンのばらつきを示す情報をプラズマ処理装置２０のコンピュータ３０に与える。コンピュータ３０のＣＰＵ３１は、コンピュータ１８からの情報を受け付けた場合、受け付けたばらつきの情報に基づいて、レシピ１Ｒから新たなエッチング条件を検索する。ＣＰＵ３１は、プラズマ処理装置２０に検索した新たなエッチング条件を設定する。これにより、フォーカスリング２４の温度は、新たなエッチング条件に従い、それまでの温度とは異なる温度又は同じ温度に調整される。
上記のために、記憶部３５のレシピ１Ｒに、フォーカスリング２４の温度を含むエッチング条件とパターンのばらつきとを対応付けて記憶しておく。例えば、あるばらつきと、そのばらつきを低減させるエッチング条件とを対応付けてレシピ１Ｒに記憶しておく。
なお、ＣＰＵ１８１はパターンのばらつきを表示部１８４に表示し、ユーザがマニュアル操作でフォーカスリング２４の温度を含むエッチング条件をプラズマ処理装置２０に設定してもよい。
【００９０】
ＣＰＵ３１は、温度センサ２４ａが示すフォーカスリング２４の温度をモニタしながら、ヒータ２４ｂによる加熱と調温ガスによる冷却とを実行し、フォーカスリング２４の温度を制御する。ＣＰＵ３１は、新たなエッチング条件に従い、フォーカスリング２４の温度以外の条件（例えば、プロセス温度、プロセス圧力、ガス流量、処理時間等）も調整する。
なお、ＣＰＵ３１が実行するフォーカスリング２４の温度制御は、エッチング処理の開始から終了までの間、一定温度に保つものであってもよいし、温度を変化させるものであってもよい。
【００９１】
図１１は、パターンの線幅に関する測定結果の一例を示す説明図である。図１１Ａ及び１１Ｂは、使用時間が１０時間未満であるフォーカスリング２４を用いてエッチングされたパターンの線幅に関する測定結果を示している。フォーカスリング２４の温度は、図１１Ａの場合、３７．２℃であり、図１１Ｂの場合、６６．２℃である。
【００９２】
図１１Ａ及び図１１Ｂの縦軸は、シフトＣＤであり、単位はｎｍである。ここでのシフトＣＤは、図４Ａ及び図４ＢのシフトＣＤと同じである。図１１Ａ及び図１１Ｂの横軸は、ウエハＷ上の測定位置を示し、単位はｍｍである。すなわち、図１１Ａ及び図１１Ｂの横軸は、図４Ａ及び図４Ｂの横軸と同じである。
【００９３】
図１１Ａ及び図１１Ｂを比較した場合、シフトＣＤの面内均一性は、フォーカスリング２４の温度がより高い方が若干高い。例えば、フォーカスリング２４の温度がより低い図１１Ａの場合、ウエハＷの縁から中心へ向かって１０ｍｍまでの領域において、シフトＣＤの値は他の領域よりも約２ｎｍ小さい。
【００９４】
図１２は、パターンのＳＷＡに関する測定結果の一例を示す説明図である。図１２Ａ及び図１２Ｂにおけるフォーカスリングの温度条件は、夫々図１１Ａ及び図１１Ｂにおけるフォーカスリングの温度条件と同じである。図１２Ａ及び図１２Ｂの縦軸は、ＳＷＡであり、単位は度である。すなわち、図１２Ａ及び図１２Ｂの縦軸及び横軸は、夫々図５Ａ及び図５Ｂの縦軸及び横軸と同じである。
図１２Ａ及び図１２Ｂを比較した場合、フォーカスリング２４の温度が低い方がＳＷＡに関する面内均一性は高い。フォーカスリング２４の温度がより高い図１２Ｂの場合、ウエハＷの縁から中心へ向かって５０ｍｍまでの領域において、ＳＷＡが他の領域に比べて約０．３度小さくなる。他方、フォーカスリング２４の温度がより低い図１２Ａの場合、ＳＷＡの面内均一性が高く、ウエハＷの縁から中心へ向かって５０ｍｍまでの領域においても、線の側壁は垂直に近い。
【００９５】
図１３は、パターンのＨｅｉｇｈｔに関する測定結果の一例を示す説明図である。図１３Ａ及び図１３Ｂにおけるフォーカスリングの温度条件は、夫々図１１Ａ及び図１１Ｂにおけるフォーカスリングの温度条件と同じである。図１３Ａ及び図１３Ｂの縦軸及び横軸は、Ｈｅｉｇｈｔであり、単位はｎｍである。すなわち、図１３Ａ及び図１３Ｂの縦軸及び横軸は、図６Ａ及び図６Ｂの横軸と同じである。
図１３Ａ及び図１３Ｂを比較した場合、フォーカスリング２４の温度の違いによるＨｅｉｇｈｔの面内均一性の差はほとんど認められない。
【００９６】
以上の測定結果から、フォーカスリング２４の温度がパターンの面内均一性に関係することは明らかである。ただし、パターンの面内均一性を高めるためには、単純にフォーカスリング２４の温度を上げればよいとか、下げればよいとはいえず、パターンの寸法又は形状に関するパラメータによって温度は高い方がよかったり、低い方がよかったりする。例えば、図１１、図１２及び図１３のパターンの面内均一性を総合的に高めるために、フォーカスリング２４の温度を３７．２℃と６６．２℃との間に変更することが考えられる。
図１１、図１２及び図１３は一実験例である。エッチング条件には様々な多様性がある。パターンの寸法及び形状のばらつきと、当該ばらつきを小さくするフォーカスリング２４の温度及び他のパラメータを含むエッチング条件とを対応付けて、レシピ１Ｒに記憶しておく。
【００９７】
図１４は、フォーカスリング２４の温度を制御する処理の手順を示すフローチャートである。なお、パターンのＴＣＤ、ＢＣＤ、ＭＣＤ、Ｈｅｉｇｈｔ及びＳＷＡは、記憶部１８５に記憶されているものとする。
分光エリプソメータ１のＣＰＵ１８１は、ＴＣＤ、ＢＣＤ、ＭＣＤ、Ｈｅｉｇｈｔ及びＳＷＡを記憶部１８５から読み出す（ステップＳ２０１）。ＣＰＵ１８１は、ＴＣＤ、ＢＣＤ、Ｈｅｉｇｈｔ、ＭＣＤ及びＳＷＡのばらつきを算出し、記憶部１８５に記憶する（ステップＳ２０２）。
【００９８】
ＣＰＵ１８１は、算出したばらつきが閾値より大きいか否か判定する（ステップＳ２０３）。ＣＰＵ１８１は、算出したばらつきが閾値より大きくないと判定した場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）、処理を終了する。ＣＰＵ１８１は、算出したばらつきが閾値より大きいと判定した場合（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、ばらつきに関する情報をプラズマ処理装置２０に与える（ステップＳ２０４）。
【００９９】
プラズマ処理装置のＣＰＵ３１は、ばらつきに関する情報を受け付け、受け付けたばらつきに基づいて、レシピ１Ｒを検索する（ステップＳ２０５）。ＣＰＵ３１は、ヒットしたフォーカスリング２４の新たな温度を取得する（ステップＳ２０６）。ＣＰＵ３１は、取得した新たな温度に基づいて、フォーカスリング２４の温度をフィードバック制御し（ステップＳ２０７）、処理を終了する。
【０１００】
基板処理システム２によれば、ウエハＷ上のパターンの寸法又は形状に関する数値のばらつきに基づいて、フォーカスリング２４の温度をフィードバック制御する。フォーカスリング２４の温度をフィードバック制御することにより、パターンの面内均一性を高めることができ、フォーカスリング２４の寿命を更に伸ばすことができる。
【０１０１】
パターンの寸法又は形状に関する数値のばらつきは、分光エリプソメータ１のコンピュータ１８が算出する。しかし、分光エリプソメータ１からプラズマ処理装置２０へパターンの寸法又は形状に関する数値を送信し、プラズマ処理装置２０のコンピュータ３０がパターンの寸法又は形状に関する数値のばらつきを算出してもよい。
【０１０２】
分光エリプソメータ１はコンピュータ１８により制御され、プラズマ処理装置２０はコンピュータ３０により制御される。しかし、分光エリプソメータ１とプラズマ処理装置２０とを１台のコンピュータで制御してもよい。かかる場合、１台のコンピュータの記憶部にプログラム１Ｐ、２Ｐ、ライブラリ１Ｌ、レシピ１Ｒを記憶させておく。
【０１０３】
測定した寸法又は形状に関する数値のばらつきではなく、測定した寸法又は形状に関する数値そのものに基づいて、フォーカスリング２４の温度をフィードバック制御してもよい。
例えば、ウエハＷの縁領域のＢＣＤが、ウエハＷの中心でのＢＣＤに比べて閾値を超えて変化した場合、フォーカスリング２４の温度をフィードバック制御してもよい。あるいは、ウエハＷの縁領域のＳＷＡが、ウエハＷの中心でのＳＷＡに比べて閾値を超えて変化した場合、フォーカスリング２４の温度をフィードバック制御してもよい。
【０１０４】
本実施の形態では、パターンの寸法又は形状に関する数値のばらつきに基づいて、フォーカスリング２４の温度をフィードバック制御した。しかし、制御される対象はウエハＷであってもよい。サセプタ２２上部に複数の温度センサ、ヒータ等を埋設するとともに、調温ガスが流通するガス通路２２ｂの出口をウエハＷが接するサセプタ２２の上面に複数設ける。ガス通路２２ｂの出口が重なる静電チャック２５の部分に開口を設ける。これにより、調温ガスは静電チャック２５とウエハＷとの接触境界に供給される。そして、ＣＰＵ３１は、温度センサからの測定温度に基づいて、ウエハＷに対してヒータによる加熱と調温ガスによる冷却を制御する。その際に、ＣＰＵ１１は、パターンの寸法又は形状に関する数値のばらつきを参照して、ウエハＷの温度分布を制御する。
エッチングレートは被エッチング対象物の温度に依存するため、ウエハＷの温度分布を制御することにより、パターンの面内均一性を高めることができる。なお、フォーカスリング２４及びウエハＷの温度を同時に制御してもよい。
【０１０５】
分光エリプソメータ１を動作させるためのプログラム１Ｐは、ディスクドライブ１８６に光ディスク１ｄを読み取らせて記憶部１８５に記録してもよい。また、プログラム１Ｐは、通信部１８７を介して接続される外部の情報処理装置又は記録装置（図示せず）からダウンロードすることも可能である。あるいは、また、プログラム１Ｐを記録したフラッシュメモリ等の半導体メモリ１ｃが分光エリプソメータ１内に実装されてもよい。
【０１０６】
プラズマ処理装置２０を動作させるためのプログラム２Ｐは、ディスクドライブ３６に光ディスク１ｄを読み取らせて記憶部３５に記録してもよい。また、プログラム２Ｐは、通信部３７を介して接続される外部の情報処理装置又は記録装置（図示せず）からダウンロードすることも可能である。あるいは、また、プログラム２Ｐを記録したフラッシュメモリ等の半導体メモリ１ｃがプラズマ処理装置２０内に実装されてもよい。
【０１０７】
実施の形態２は以上の如きであり、その他は実施の形態１と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【符号の説明】
【０１０８】
１      分光エリプソメータ（判定装置、測定装置）
１２    光照射器
１４    光取得器
１５    分光器（測定手段）
１８    コンピュータ
１８１  ＣＰＵ（判定手段）
１８４  表示部
１８５  記憶部
１８７  通信部（付与手段）
２      基板処理システム（パターン形成システムシステム）
２０    プラズマ処理装置（パターン形成装置）
３１    ＣＰＵ（制御手段）
３７    通知部（受付手段）
２４    フォーカスリング
Ｗ      ウエハ
１Ｌ    ライブラリ
１Ｒ    レシピ
【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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【図１４】
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