(57)【要約】【課題】ウエハの外周部の排気効率を調整することにより、ウエハ面内で均一なエッチング加工が実現できるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】真空容器３８と、該真空容器内にウエハを載置して保持する試料台４０と、前記真空容器内に処理ガスを供給するガス供給手段１０７と、前記真空容器内に高周波エネルギを供給してプラズマを生成するプラズマ生成手段３１と、前記真空容器内のガスを排気する排気手段４７とを備え、 前記ウエハにプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記試料台４０は、その上面にウエハを載置する円板状の試料載置部と、該試料載置部の外周に間隔を開けて設けられたリング状部材３９と、前記試料載置部の外周側で前記リング状部材内周側の領域を試料台の排気手段側に接続する排気通路および該排気通路の流量を制御する可変バルブ４１を備えた。【選択図】図２
2009124016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、
該真空容器内にウエハを載置して保持する試料台と、
前記真空容器内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記真空容器内に高周波エネルギを供給してプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
前記真空容器内のガスを排気する排気手段とを備え、
前記ウエハにプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記試料台は、
その上面にウエハを載置する円板状の試料載置部と、
該試料載置部の外周に間隔を開けて設けられたリング状部材と、
前記試料載置部の外周側で前記リング状部材内周側の領域を試料台の排気手段側に接続する排気通路および該排気通路の流量を制御する可変バルブを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
真空容器と、
該真空容器内にウエハを載置して保持する試料台と、
前記真空容器内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記真空容器内に高周波エネルギを供給してプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
前記真空容器内のガスを排気する排気手段とを備え、
前記ウエハにプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記試料台は、
その上面にウエハを載置する円板状の試料載置部と、
該試料載置部の外周に間隔を開けて設けられ、その上端が前記試料載置部に載置される試料の上面よりも高く設定されたリング状部材と、
前記試料載置部の外周側で前記リング状部材内周側の領域を試料台の排気手段側に接続する排気通路および該排気通路の流量を制御する可変バルブを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
ウエハ中心部におけるプラズマ発光強度およびウエハ外周部におけるプラズマ発光強度を検出するモニタを備え、外周部における発光が減少したときバルブの開度を減少させ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、
前記モニタは、プラズマ発光強度を全波長における平均値で検出することを特徴とプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項３記載のプラズマ処理装置において、
前記モニタは、プラズマ発光強度を特定の反応生成物を表す特定波長におけるスペクトルで検出することを特徴とプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に係り、特にウエハ等の試料をその面内において均一に加工することのできるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路をシリコンウエハ上に形成して半導体製品を製作する場合、ウエハ面内での加工精度の均一性が要求される。エッチング加工では、レジスト材料を焼き付けて形成した繰り返しのパターンをマスクとして、マスクされていない部分を除去することにより回路を形成している。
【０００３】
例えば、ポリシリコン膜のゲートを形成するエッチング加工工程においては、トランジスタ特性を左右するゲート長に直結する加工幅に対する寸法許容値は、回路の微細化が進むにつれて厳しくなっている。
【０００４】
プラズマを用いたドライエッチングでは、ラジカルあるいはイオン化されたガスにより、マスクされていない部分の膜をガス化して除去する。なお、ラジカルによる反応は方向性がなく、等方的にエッチングが進む。すなわち、被エッチング膜は、縦方向のみではなく、横方向にもエッチングされる。このため、マスク下部の膜もエッチングされて、マスク寸法より小さい寸法になる。
【０００５】
また、被エッチング膜はイオンによってもスパッタされ、そのエネルギーによりアシストされながら化学反応が進み、除去される。
【０００６】
図６はエッチング反応を説明する模式図であり、図において、７１は反応生成物、７２はイオン、７３はラジカル、７４は側壁に付着した反応生成物、７５はポリシリコン、７６は酸化膜、７７はシリコン基板、７８はマスクである。図６に示すように、イオン７２はウエハに対して垂直に入射するものばかりでなく、斜めに入射するものもあり、マスク７８下部の被エッチング膜（ポリシリコン７５）に衝突し除去する。
【０００７】
ドライエッチングでは、垂直加工を行なう場合に、反応生成物を被エッチング膜の側壁に適度に付着させて、マスク下の被エッチング膜を保護しながら加工する方法をとっている。側壁付着物としては、被エッチング膜の反応生成物のほか、レジストなどのマスクが消耗して発生した成分（広い意味での反応生成物）も含まれる。反応生成物の濃度が一定の場合、付着物の量は、側壁の温度が低いほど、ガス化した反応生成物が側壁衝突時に熱を奪われるため固体化し付着しやすい。付着物の量が多い場合、付着物がマスクとなりテーパ状の加工形状となる。また、付着物の量が少ないと前述のようにマスク下の膜もエッチングされてしまい、えぐれて逆テーパ状の加工形状となる。したがって、垂直加工を行なうためには、付着物の量を最適に制御する必要がある。
【０００８】
ウエハ上の反応生成物の量に着目する場合、エッチングの縦方向の加工速度は均一に保つ必要があるため、マスク面積と被エッチング面積との比が均一であるなら、反応生成物の量はウエハ面内で均一となっている。
【０００９】
反応生成物の排気除去はウエハの内側から外側に向かって行なわれるため、ウエハの内側より外側の方が、排気効率が良い。また、ウエハ面内で均一に発生した反応生成物は、ウエハに再度入射衝突しながら排気される。このため、反応生成物の再入射量は、ウエハ中心で最大となり、外側に向かって小さくなる。したがって、ウエハ面内で均一な加工をしようとする場合には、反応生成物の再入射量を補正するようなウエハ温度に保っておくことが必要である。
【００１０】
図７は、ウエハ面内の温度分布を説明する図である。試料台４０のウエハ接触の径は段差状でウエハ３７の径より小さく、ウエハにはオーバーハング部分３７ａが形成されている。試料台のヘリウムガスシール部分６３では、ヘリウムガスの圧力が小さくなり、ウエハと試料台の熱伝達効率がウエハ中心部と比較して低下する。ウエハがプラズマから受ける入熱がウエハ面内で平均的であるとすると、ヘリウムガスシール部分６３よりウエハ外周側は、入熱が相対的に大きくなり、ウエハ温度は上昇する。
【００１１】
すなわち、ウエハ面内の温度分布は、図７に示すようにウエハ最外周で試料台からの温度制御から外れて温度が大幅に上昇する。したがって、均一な加工を施すためには、反応生成物のウエハへの再入射量分布をウエハ外周部のみ高くしておくことが望ましい。つまり、ウエハの外周部のみ排気効率を低下させる構造が望ましい。
【００１２】
試料台の外側には、通常、サセプタと呼ぶスリーブ状の部品を設置している。サセプタは、ウエハの搬送時、あるいは静電チャックの開放のための除電時などにおいて、ウエハの位置が所望の中心位置からずれた場合においても、ウエハを問題なく搬送できるようにウエハを所定位置にガイドする役割を果たす。
【００１３】
このため、サセプタの高さはウエハより高く設定されている。なお、サセプタ高さを高くすると、ウエハの外周部で反応生成物の排気が抑制され、ウエハへの再入射量が多くなる。すなわち、ウエハの温度分布を補正することが可能であり、ウエハ面内における均一な加工が可能となる。
【００１４】
特許文献１には、ウエハ面内における均一な加工のため、スリーブ状の構造物、および該スリーブ状構造物の下に隙間を設ける構造が示されている。また、特許文献２には、物理的可変可能な隙間を有するリング状の構造物を設け、該構造物により、プラズマあるいは反応生成物を閉じ込めることにより、複数のエッチングプロセスに対応させる手法が提案されている。      
【特許文献１】特表２００３−５０３８４０号公報
【特許文献２】特表２００５−５２１２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ウエハにエッチング処理を施すに際しては、ウエハ載置面の温度分布を制御することが可能であるとともに載置されたウエハを吸着保持するための静電チャックを備えた試料台上にウエハを載置し、この状態でウエハにエッチング処理を施す。ウエハ温度を試料台との熱伝達により制御するため、試料台にはウエハが載置されたときに隙間ができるように、凹部が設けられている。
【００１６】
試料台の静電チャック機構によりウエハを静電吸着させたのち、前記隙間に熱伝達効率の良いヘリウムガスを充填する。ヘリウムガスの圧力が高いほどウエハと試料台とのヘリウムガス分子の衝突回数が増えて熱伝達効率が向上するが、数ｋＰａで飽和する。
【００１７】
ウエハの外周部に着目すると、試料台のウエハが接する部分は、ウエハ径より小さくなっており、このためウエハは試料台からオーバーハングしている。すなわち、ウエハを載置した際に、試料台表面がプラズマに対して露出しないように設定されている。これにより、エッチング処理中、試料台温度がウエハ温度より低いことにより多量の反応生成物が試料台に付着してしまうのを避けることができる。また、試料台表面の静電チャック膜のエッチングによる損傷を防止することができる。
【００１８】
また、前記充填したヘリウムガスの圧力を保持するために、試料台の外周には、平滑な面を有するシール領域を設けてある。シール領域では、ヘリウムガス圧力がエッチング中の圧力である、数Ｐａ以下に徐々に低下し、熱伝達効率も低下する。
【００１９】
エッチング中のプラズマからの入熱は、ウエハ外周部では、オーバーハングの部分への入熱に対して、オーバハング部における試料台に対する熱伝達効率が低下するため、ウエハ外周部の温度が上昇し、所望の温度に制御することが難しくなる。
【００２０】
ウエハ面内で均一な加工をしようとする場合、反応生成物の再入射量を補正する温度分布、すなわち、ウエハ内側から外側へなめらかに低下させるような分布をウエハ上に実現させる必要がある。ところが、前述のようにウエハの最外周では冷却効果が小さく、ウエハの温度が上昇してしまう。このため、反応生成物の側壁付着量が少なくなる。これにより加工形状は、マスクに対してえぐれた逆テーパ状となり、ウエハ面内で均一な加工を施すことができない。
【００２１】
特許文献１には、前述のように、ウエハ面内における均一な加工のため、スリーブ状の構造物および該スリーブ状構造物の下に隙間を設ける構造が示されている。しかし、被エッチング面積の異なるウエハを加工する場合、あるいは被エッチング膜の加工プロセス条件が異なる場合には、適正な排気の抑制量が変化するため、特許文献１に示されるような固定した構造物では対応できない。
【００２２】
また、特許文献２には、物理的可変可能な隙間を有するリング状の構造物を設け、該構造物により、プラズマあるいは反応生成物を閉じ込めることにより、複数のエッチングプロセスに対応させる手法が提案されている。しかし、ウエハ上方に機械的に動作をする構造物を設置することは、ウエハに対する異物付着による加工不良の原因になり、好ましくない。
【００２３】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、ウエハの外周部の排気効率をウエハ下方で調整することが可能でありウエハ面内で均一なエッチング加工が実現できるプラズマ処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
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。
【００２５】
真空容器と、該真空容器内にウエハを載置して保持する試料台と、前記真空容器内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記真空容器内に高周波エネルギを供給してプラズマを生成するプラズマ生成手段と、前記真空容器内のガスを排気する排気手段とを備え、
前記ウエハにプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記試料台は、その上面にウエハを載置する円板状の試料載置部と、該試料載置部の外周に間隔を開けて設けられたリング状部材と、前記試料載置部の外周側で前記リング状部材内周側の領域を試料台の排気手段側に接続する排気通路および該排気通路の流量を制御する可変バルブを備えた。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、以上の構成を備えるため、ウエハの外周部の排気効率をウエハ下方で調整することが可能であり、ウエハ面内で均一なエッチング加工が実現できるプラズマ処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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、本実施形態にかかるエッチング装置の全体構成を説明する図である。図１は装置を上方から見た平面図である。エッチング装置は、大気処理ブロック１０１および真空処理ブロック１０２の２つに分けられる。エッチング処理は、大気圧から減圧された雰囲気で行なわれるため、この領域を真空処理ブロックと呼び、真空処理ブロック１０２とウエハを受け渡す領域を大気処理ブロック１０１と呼ぶ。
【００２８】
真空処理ブロック１０２では、ウエハ搬送用ロボットを内蔵する真空側搬送ユニット１０５を備え、該ユニット１０５には、エッチング処理ユニット１０３、アッシング処理ユニット１０４、ロック室１１３が接続されている。
【００２９】
エッチング処理ユニット１０３には、エッチングに用いるガスを供給するためのガス供給ユニット１０７が設置されている。ガス供給ユニット１０７は、装置外部から供給されたガスを受け取った後、マスフローコントローラ等の流量制御機器により流量を制御し、エッチング処理ユニット１０３に送る。
【００３０】
図１では、エッチングユニット１０３とそのガス供給ユニット１０７、アッシングユニット１０４、ロック室１１３に対して対照的に、エッチングユニット１０３’とそのガス供給ユニット１０７’、アッシングユニット１０４’、ロック室１１３’を設置している。エッチング処理ユニットとアッシング処理ユニットは真空側搬送ユニットの４辺のどの位置にでも取付け、取り外しが可能で、各ユニットの数も必要に応じて変更できる。
【００３１】
大気処理ブロック１０１では、ウエハ搬送用ロボットを内蔵する筐体１０８、エッチング処理用のウエハを入れるためのウエハカセット１０９、クリーニングあるいはメンテナンス用のダミーウエハを入れるためのダミーカセット１１０、ウエハの平面方向の位置合わせを行なうための位置合わせ部１１１が設置されている。位置合わせ部では、各処理ユニットでの中心位置とウエハの角度基準であるノッチの回転方向位置を合わせる。
【００３２】
エッチング処理の一連の流れを説明する。処理を行なうためのウエハを一枚ずつウエハカセットから取り出し、位置合わせ部にて、平面位置を決める。ウエハはロック室に運ばれ、減圧される。真空側搬送ユニットの搬送ロボットが、ロック室のウエハを受け取り、エッチング処理ユニットに運ぶ。エッチング処理を行なった後、搬送ロボットは、ウエハをアッシング処理ユニットに運び、アッシング処理を行なう。その後、搬送ロボットは、アッシング処理ユニットから、ロック室にウエハを運び、ロック室では、減圧状態から大気圧に戻される。筐体内の搬送ロボットにより、ロック室のウエハを取り出し、元に入っていたウエハカセットに戻す。
【００３３】
図２は、エッチング処理ユニット１０３およびガス供給ユニット１０７の詳細を説明する図である。
【００３４】
まず、ガス供給ユニット１０７の構成を説明する。エッチング装置外のハウスラインに設置されているプロセスガス１ないしプロセスガス３の各ガス供給源２１から、各ガス毎の配管を介してそれぞれのガスを受け取る。各ガス毎の配管には、減圧弁２２を設置しており、減圧弁２２の下流に流量制御機器であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３が接続されている。さらに、ＭＦＣ２３の下流にはにメインバルブ２４が接続され、ガス毎の配管はメインバルブ２４の下流で集合されてエッチング処理ユニットに接続される。各ＭＦＣおよび、バルブの開閉は、制御機器２５により予め設定したフローに従って制御されている。
【００３５】
次に、エッチング処理ユニット１０３の構成を説明する。図２の例では、ＵＨＦ波を用いたＥＣＲエッチング装置の縦断面構造を示している。エッチングに用いるガスは、前述のようにガス供給ユニット１０７から、メインガス配管を介して送られ、メインガス処理室導入バルブ５５を経由した後、石英板３４とシャワープレート３５に囲まれた隙間に導入される。シャワープレート３５は、石英製で真空処理室に均一にガスが導入されるように、多数の微少な穴が設けられている。
【００３６】
また、真空処理室３８の上方には、高周波電源３１、高周波の導波路３２、高周波電力整合器３３からなる高周波電力供給系を備え、前記導波路３２を介して高周波電力を真空処理室３８に供給する。また、前記真空処理室３８内に磁場を形成する磁気コイル４２、エッチング加工用のウエハ３７を設置する試料台４０、真空処理室内の圧力を測定する圧力計４３を備える。
【００３７】
真空処理室３８の下方には、排気開口断面を連続して変更可能な真空処理室排気用可変バルブ４６、およびターボ分子ポンプ４７が設置され、エッチング処理ユニット１０３の外部には排気配管５４、および補助ポンプ４８が設置されている。
【００３８】
試料台４０には、ウエハ３７にバイアス用の高周波電力を供給するバイアス用高周波電源４５およびバイアス高周波電力整合器４４が接続されている。試料台４０の外周にはサセプタ３９が設置されており、サセプタ３９の内周側に、後述するガス排気口が円周方向に複数個設けられている。ガス排気口は、試料台に内蔵されているウエハ外周部排気用可変バルブ４１に接続されて、さらに、真空処理室の下方につながる排気用の配管に続いている。
【００３９】
真空処理室３８の側壁には石英窓の開口（採光窓）５１が設けられ、真空処理室内のプラズマの発光を採光し、光ファイバ５２を介して分光器およびＣＣＤ等の光電変換機器５３に導く。プラズマの発光強度を光電変換機器５３により電気信号強度に変換することができる。同様に、真空処理室３８の上方の、真空処理室中心付近とウエハの外周付近との２箇所に設けた採光窓４９，５０から、シャワープレート、石英板を通して得られたプラズマの発光を、光ファイバ５２を介して、前記分光器およびＣＣＤ等の光電変換機器５３に導き、プラズマの発光強度に応じた電気信号を得ることができる。
【００４０】
前記真空処理室の側壁からの発光強度は、プラズマ全体の平均的なスペクトル情報として収集することができ、真空処理室上方の２箇所からの発光強度は、プラズマの局所的なスペクトル情報、およびウエハ上の被エッチング膜あるいはそのほかの薄膜での光干渉による強度変化の情報として収集することができる。例えば、被エッチング膜の膜厚がエッチングとともに変化する場合、発光強度が周期的に変化することから、エッチングの進行状況を常にモニタリングすることが可能となる。
【００４１】
この機構は、プラズマエッチング装置のエッチング終点検出器として用いることができる。例えば、ポリシリコン膜を塩素ガスでエッチングする場合の反応生成物であるＳｉＣｌのガスのプラズマ発光は波長３９１ｎｍ付近にピークを持つ。３９１ｎｍの発光を選択的にモニタすると、塩素ガスによるポリシリコンのエッチング中、ある強度の信号が得られるが、ポリシリコン膜が無くなり、ＳｉＣｌが生成されなくなると信号強度が小さくなる。この差を用いて、終点判定を行なうことができる。また、上方からの発光強度を利用して、光干渉から逆算した被エッチング膜の残膜量をモニタすることができ、所望の残膜量となったところをトリガとして、終点判定に利用することができる。
【００４２】
図３（ａ）は、試料台４０の詳細を説明する図である。試料台４０は、静電吸着によりウエハ３７を吸着する機構が内蔵されており（図示省略）、また、図２で示した、ウエハバイアス用高周波電力を供給する給電電極を内蔵している（図示省略）。試料台４０には、中心付近と外周付近にそれぞれ流路５９，５８が円周方向に設けられており、これらの流路には、温度調整された冷媒が所望の流量で循環し、熱交換を行なっている。中心付近と外周付近との流路は独立しており、各々別の温度調整が可能となっている。試料台の温度を中心付近と外側で勾配をもたせる設定も可能である。また、両冷媒流路の間に、独立した円周状の空洞６０が設けられ、試料台基材中の半径方向の熱伝導を抑制し、中心側と外周側の温度勾配を急峻に設定できるようにしてある。
【００４３】
ウエハと試料台との熱伝達を良好に保つことでウエハの温度制御を可能とするために、試料台４０の上面（試料載置部）には冷却用のガスとしてヘリウムガスを充填し、適切な圧力に保つ必要がある。冷却ガス導入口から試料台全面に、ヘリウムガスを充填するため、試料台の上面に溝５６を設けている。また、ヘリウムガスを圧力数ｋＰａで充填させるため、エッチング中の処理圧力との差圧分をシールするために、試料台上面のウエハとの接触する部分の最外周は平滑なリング状として、冷却ガスのシール部６３を形成している。
【００４４】
試料台のウエハ接触径は段差状でウエハ径より小さく、ウエハはオーバーハングしている。段差部にはまりこむ形でサセプタ３９を設置している。サセプタ３９はウエハ高さより高い位置まで、テーパー状のガイド壁部が設けられている。サセプタの段差の下部には、複数のガス排気口が設けられており、それに続く管（排気通路）は、可変バルブを経由し、さらに処理室下方に続いた配管に接続されている。
【００４５】
図３（ｂ）は、試料台４１に形成した可変バルブ４１の詳細を説明する図である。可変バルブ４１は、複数の円形の穴６５が均等に設けられたリング状の固定プレート６４と、複数の紡錘形の穴が設けられたリング状の可動プレート６６を重ね合わせ、可動プレート６６を円周方向（矢印方法）に駆動することにより穴の重なり面積６８（バルブの開度）を可変にする構造としている。なお、可動プレート６６及び固定プレート６４は試料台４０内あるいは試料台４０の側面に組み込むことができる。
【００４６】
図４は、エッチング用試料である半導体ウエハの縦断面構造を説明する図である。左側はエッチング処理前の、右側がエッチング処理後の構造を示す。エッチング用試料は、シリコン基板上に、酸化膜、ポリシリコン膜、反射防止膜（ＢＡＲＣ）、およびホトレジストマスクを有する。エッチング処理後には、ホトレジストマスクのかかっていない領域がポリシリコン膜まで除去される。
【００４７】
図５は、エッチング処理のタイムチャートを示す図である。図において、時刻ｔ２から時刻ｔ４までが、エッチングステップ１であり、プロセスガス１を用いて、反射防止膜（ＢＡＲＣ）をエッチングしている。時刻ｔ５から時刻ｔ８までが、エッチングステップ２であり、プロセスガス２を用いて、ポリシリコンのメインエッチングをしている。時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までが、エッチングステップ３であり、プロセスガス３を用いて、ポリシリコンをオーバーエッチングをしている。
【００４８】
エッチング処理について説明する。時刻ｔ１でメインガス処理室導入バルブ５５を開き、プロセスガス１用のＭＦＣを必要流量に設定し、プロセスガス１用のバルブ２４を開き、真空処理室３８にガスを導入する。また、ウエハ外周部排気用可変バルブ４１を全開状態からあらかじめ決めた値に設定する。真空処理室３８内のガス圧力がエッチングに必要な値になった時刻ｔ２において、プラズマを生成する電力である高周波電源３１の出力をＯＮし、あらかじめ決めておいた出力値に設定する。
【００４９】
ＥＣＲエッチング装置では、高周波電源３１より出力される電力は、導波路、高周波電力整合器、導波路を通り真空処理室３８内に導入され、磁気コイル４２によりＥＣＲ条件（高周波電力の周波数４５０ＭＨｚに対しては、１６０ガウス）を満たすような磁場を形成し、真空処理室内に供給される高周波電力と磁場との相互作用によって、真空処理室内に供給されたガスをプラズマ化する。また、試料台４０に前記ウエハバイアス用高周波電力を印加し、プラズマ化したイオンをウエハに引き込み、ウエハ上の膜を効率よくエッチングする。
【００５０】
このように、時刻ｔ２において、プラズマを生成させるとともに、ウエハバイアス用高周波電力をあらかじめ決められた値に設定し、エッチングを開始する。また、ウエハ外周の排気効率をあらかじめ目標とした値に調整するために、ウエハ外周部排気用可変バルブの開度を調整する。
【００５１】
まず、真空処理室３８上方に設けた採光窓の２箇所から得られた発光スペクトル情報をモニタしながら、目標とした排気効率となっているかを確認する。例えば、時刻ｔ３では、ウエハ外周側の発光強度がウエハ中心側に比して小さい。この場合には、外周部における反応生成物の濃度を増加させる目的で、ウエハ外周部排気用可変バルブの開度を閉じる調整をする。すなわち、ウエハ外周部における反応生成物の濃度が低い場合は可変バルブを閉じる方向に、ウエハ外周部における反応生成物濃度が高い場合は可変バルブを開く方向に調整する。プラズマの発光強度は、分光器により波長分解したスペクトルをＣＣＤで電気変換しており、ステップ１では、全波長の範囲の発光強度の平均値で調整した。
【００５２】
エッチングステップ２、すなわち反射防止膜の加工後に行うポリシリコンの加工においても、同様に調整する。この図の例では、塩素ガスを用いたポリシリコンエッチングの反応生成物であるＳｉＣｌを主とした３９１ｎｍの特定波長を抽出してモニタする。時刻ｔ６において、ウエハ中心側とウエハ外周側の発光強度があらかじめ決めた一定の割合になるように、ウエハ外周部排気用可変バルブ４１を調整する。ポリシリコンのエッチング中、ウエハ中心部及び外周部の発光強度、およびその強度比は変化するが、ウエハ外周部における発光強度が低い場合には可変バルブ閉じるように調整する。また、ウエハ外周部における発光強度が高い場合は可変バルブを開くよう調整する。時刻ｔ７において、発光強度が急激に低下し始めると、被エッチング膜のエッチング終了と判断し、時刻ｔ８にてステップ２を終了する。
【００５３】
ステップ３において、オーバーエッチングを実施する。このときウエハ外周側排気用可変バルブ４１は、あらかじめ決めた一定開度に保持する。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態によれば、サセプタにガス排気口を設ける。ガス排気口は複数個形成し、或いはスリット状に形成して、サセプタの周に沿って均一に排気可能とする。また、ガス排気口は可変バルブを介して排気装置側に接続する構造を有する。これにより、可変バルブを調整することで、排気効率を調整することができる。
【００５５】
サセプタの高さは、ウエハより高く設置し、ガス排気口を閉じた状態で、ウエハ外周部での排気効率が低めとなるような高さとする。エッチング加工中に、ガス排気口の可変バルブを閉じた状態では排気効率が低下した状態である、可変バルブを開けることにより排気効率を向上させることができる。すなわち、可変バルブを調整することで、連続的にかつ、高速に排気効率を増加減することが可能となる。
【００５６】
このように、ウエハの外周部の排気効率を連続的に、かつ高速に調整することにより、ウエハ外周部における反応生成物の再入射量の調整が可能となる。また、再入射量を調整することにより、ウエハ外周部の温度の上昇を補正することができ、ウエハ面内で均一な反応生成物の被エッチング膜への側壁付着制御が可能となる。結果、ウエハ面内で均一なエッチング加工が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施形態にかかるエッチング装置の全体構成を説明する図である。
【図２】エッチング処理ユニットおよびガス供給ユニットの詳細を説明する図である。
【図３】試料台の詳細を説明する図である。
【図４】エッチング用試料である半導体ウエハの縦断面構造を説明する図である。
【図５】エッチング処理のタイムチャートを示す図である。
【図６】エッチング反応を説明する模式図である。
【図７】ウエハ面内の温度分布を説明する図である。
【符号の説明】
【００５８】
２１  プロセスガス供給源
２２  減圧弁
２３  マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
２４  バルブ
３１  高周波電源
３２  導波路
３３  高周波電力整合器
３４  石英板
３５  シャワープレート
３６  プラズマ
３７  試料（ウエハ）
３８  真空処理室
３９  サセプタ
４０  試料台
４１  ウエハ外周排気用可変バルブ
４２  磁気コイル
４３  圧力計
４４  ウエハバイアス用高周波電力整合器
４５  ウエハバイアス用高周波電源
４６  真空処理室排気用可変バルブ
４７  ターボ分子ポンプ
４８  補助ポンプ
４９  採光窓（ウエハ中心側）
５０  採光窓（ウエハ外周側）
５１  採光窓（側壁側）
５２  光ファイバ
５３  光電変換機器
５４  排気配管
５５  メインガス処理室導入バルブ
５８  外周側冷媒流路
５９  中心側冷媒流路
６０  空洞
６１  外周側冷媒温度制御装置
６２  中心側冷媒温度制御装置
６３  冷却ガスシール部
６４  固定リングプレート
６５  穴（円形）
６６  可動リングプレート
６９  穴（紡錘形）
１０１  大気処理ブロック
１０２  真空処理ブロック
１０３  エッチング処理ユニット
１０４  アッシング処理ユニット
１０５  真空側搬送ユニット
１０７  ガス供給ユニット
１０８  筐体
１０９  ウエハカセット
１１０  ダミーカセット
１１１  位置合わせ部
１１３  ロック室
【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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