JP7170422B2 - 処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は、部材の駆動方法及び処理装置に関する。
プラズマ処理装置には、ウェハの外周に沿ってエッジリングが設けられている（例えば、特許文献１を参照）。エッジリングは、ウェハの外周近傍におけるプラズマを制御し、ウェハの面内のエッチングレートの均一性を向上させる機能を有する。
ウェハの主にエッジ部のエッチングレートは、エッジリングの上のシースに依存して変化する。このため、エッジリングの消耗によりその高さが変動すると、エッジリングの上のシースの高さが変動し、ウェハのエッジ部のエッチングレート等、エッチング特性を制御することが困難になる。そこで、エッジリングを上下に駆動する駆動部を設け、エッジリングの上面の位置を制御し、ウェハのエッジ部の制御性を高めることが行われている。
特開２００８－２４４２７４号公報
本開示は、より正確に部材を駆動することが可能な部材の駆動方法を提供する。
処理容器と、前記処理容器内に設けられ、基板を載置する載置台と、環状のシリコンからなり、前記載置台に載置された基板を囲むように径方向に複数に分割されたエッジリングと、前記複数に分割されたエッジリングの少なくともいずれかを駆動する駆動部と、制御部と、を有し、前記制御部は、前記複数に分割されたエッジリングを透過する波長を有する測定光を前記複数に分割されたエッジリングの少なくともいずれかに照射する工程と、前記エッジリングの表面からの反射光と、前記エッジリングの裏面からの反射光とに基づき反射光の強度分布を検出する工程と、前記強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換して光路差を算出する工程と、前記光路差に基づいて前記複数に分割されたエッジリングの少なくともいずれかの駆動量を決定する工程と、決定した前記駆動量に基づいて前記複数に分割されたエッジリングの少なくともいずれかを駆動する工程と、を含む駆動方法を制御する、処理装置が提供される。
一の側面によれば、より正確に部材を駆動することが可能な部材の駆動方法を提供できる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面図。 図１を拡大した３分割されたエッジリングの一例を示す図。 一実施形態に係る計測システムの一例を示す図。 一実施形態に係る計測システムによる分析機能を説明する図。 一実施形態に係る反射光スペクトルの強度分布とフーリエ変換について説明する図。 一実施形態に係るエッジリングの駆動処理の一例を示すフローチャート。 一実施形態に係るウェハの配置にずれがないときのエッジ部のエッチング特性の一例を示す図。 一実施形態に係るウェハの配置にずれがあるときのエッジ部のエッチング特性の一例を示す図。 一実施形態に係るウェハの配置のずれとリフターピンの位置の一例を示す図。 一実施形態に係るリフターピン毎のエッジリングの駆動の一例を示す図。
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。
［プラズマ処理装置］
まず、一実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例について、図１を参照しながら説明する。一実施形態に係るプラズマ処理装置１は、容量結合型（Capacitively Coupled Plasma：CCP）の平行平板プラズマ処理装置であり、処理装置の一例である。
プラズマ処理装置１は、略円筒形の処理容器１０を有している。処理容器１０の内面には、アルマイト処理（陽極酸化処理）が施されている。処理容器１０の内部では、ウェハＷに対してプラズマによりエッチングや成膜等のプラズマ処理が行われる。
載置台２０は、基台２２と静電チャック２１とを有する。静電チャック２１の上面には、ウェハＷが載置される。基台２２は、たとえばＡｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）等から形成されている。
基台２２の上には、静電チャック２１が設けられている。静電チャック２１は、絶縁体２１ｂの間に電極膜２１ａを挟み込んだ構造になっている。電極膜２１ａにはスイッチ２３を介して直流電源２５が接続されている。スイッチ２３がオンのとき、直流電源２５から電極膜２１ａに直流電圧が印加されると、クーロン力によってウェハＷが静電チャック２１に静電吸着される。なお、載置台２０は、静電チャック２１を有しなくてもよい。
ウェハＷの周辺には、ウェハＷの周辺部を囲む環状のエッジリング８７が載置される。エッジリング８７は、プラズマをウェハＷの表面に向けて収束し、プラズマ処理の効率を向上させるように機能する。エッジリング８７は、例えば、３分割され、それぞれがＳｉ（シリコン）から形成されている。
載置台２０は、支持体１４により処理容器１０の底部に支持される。基台２２の内部には、冷媒を通す流路２４が形成されている。チラーユニットから出力された例えば冷却水やブライン等の冷媒は、冷媒入口配管２４ａ→流路２４→冷媒出口配管２４ｂ→チラーユニットの経路を循環する。このようにして循環する冷媒により載置台２０は抜熱され、冷却される。冷媒には、流体及び気体が含まれる。
伝熱ガス供給源から供給されるＨｅ（ヘリウム）ガス等の伝熱ガスは、ガス供給ライン２８を通り静電チャック２１の上面とウェハＷの裏面の間に供給される。かかる構成により、流路２４を循環する冷媒とウェハＷの裏面に供給する伝熱ガスとによってウェハＷが所定の温度に制御される。
高周波電源３２は、整合器３３を介して載置台２０に接続され、例えば４０ＭＨｚの周波数のプラズマ生成用の高周波ＨＦの電力を載置台２０に印加する。高周波電源３４は、整合器３５を介して載置台２０に接続され、高周波ＨＦの周波数よりも低い、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数のバイアス電圧発生用の高周波ＬＦの電力を載置台２０に印加する。かかる構成により載置台２０は下部電極としても機能する。
整合器３３は、高周波電源３２の出力インピーダンスとプラズマ側の負荷インピーダンスとを整合させる。整合器３５は、高周波電源３４の内部インピーダンスとプラズマ側の負荷インピーダンスとを整合させる。
なお、本実施形態では、高周波ＨＦの電力を載置台２０に印加するが、高周波ＨＦの電力を上部電極４０に印加してもよい。上部電極４０は、その外縁に設けられた円筒状のシールドリング４２を介して天井部を閉塞するように処理容器１０の天井部に取り付けられる。上部電極４０は、天板４４及び支持体４３を有している。天板４４は、導電性を有し、例えば、シリコン又は石英から形成されている。支持体４３は、天板４４を着脱自在に支持する。支持体４３は、例えば、シリコン又は石英から形成されている。つまり、天板４４及び支持体４３は、シリコン又は石英等の測定光の波長が透過する材質から形成される。支持体４３には、拡散室４６が形成されている。
上部電極４０は、載置台２０（下部電極）に対向する電極であり、ガスシャワーヘッドとしても機能する。上部電極４０の周辺部には、シールドリング４２の下面にて、石英（ＳｉＯ２）等から形成されたトップシールドリング４１が配置されている。
載置台２０の側面及びエッジリング８７の周辺には、円環状のカバーリング８９及びインシュレータリング８６が配置されている。カバーリング８９及びインシュレータリング８６は、石英により形成されてもよい。
上部電極４０には、ガス導入口４５が形成されている。ガス供給源１５から出力されたガスは、ガス導入口４５を介して拡散室４６に供給され、拡散されて多数のガス供給孔４７から処理容器１０内のプラズマ処理空間Ｕに供給される。
処理容器１０の底面には排気口５５が形成されている。排気口５５に接続された排気装置５０によって処理容器１０内が排気及び減圧される。これにより、処理容器１０内を所定の真空度に維持することができる。処理容器１０の側壁にはゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧは、処理容器１０へのウェハＷの搬入及び搬出の際に開閉する。
排気口５５の上方に形成された排気路４９の上部には円環状のバッフル板８１が取り付けられ、プラズマ処理空間Ｕと排気空間とを仕切るとともに、ガスを整流する。
プラズマ処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御部６０が設けられている。制御部６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６２、ＲＯＭ（Read Only Memory）６４及びＲＡＭ（Random Access Memory）６６を有している。ＣＰＵ６２は、ＲＡＭ６６等の記憶領域に格納されたレシピに従って、エッチング等のプラズマ処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力、高周波電力、各種ガス流量、処理容器内温度（ウェハＷ温度等）、冷媒の温度などが設定されている。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
また、制御部６０は、計測システム２と接続されている。計測システム２は、上部電極側からエッジリング８７の厚さを計測し、エッジリング８７の駆動量を決定する。制御部６０は、決定したエッジリング８７の駆動量に基づいてエッジリング８７を上又は下に駆動する。計測システム２については、図３を参照して後述する。制御部６０は、コンピュータであり得る。
かかる構成のプラズマ処理装置１において、プラズマ処理が実行される際には、ゲートバルブＧの開閉が制御され、ウェハＷが処理容器１０の内部に搬入され、載置台２０を貫通し、ウェハＷの下面に当接するリフターピン（図示せず）の昇降により載置台２０に載置される。直流電源２５から電極膜２１ａに直流電圧が印加され、ウェハＷが静電チャック２１に静電吸着され、保持される。
ガス供給源１５は、処理ガスを出力し、処理容器１０内に供給する。高周波電源３２は高周波ＨＦの電力を載置台２０に印加する。高周波電源３４は、高周波ＬＦの電力を載置台２０に印加する。これにより、プラズマ処理空間Ｕにプラズマが生成され、生成されたプラズマの作用によりウェハＷにプラズマエッチング等のプラズマ処理が施される。
プラズマ処理後、直流電源２５から電極膜２１ａにウェハＷの吸着時とは正負が逆の直流電圧が印加され、ウェハＷの電荷が除電される。ウェハＷの下面に当接するリフターピンの昇降により、処理済のウェハＷは静電チャック２１から剥がされ、ゲートバルブＧが開かれると処理容器１０の外部に搬出される。
ウェハＷのエッジ部のエッチングレートは、エッジリング８７の高さに依存して変化する。このため、エッジリング８７の消耗によりその高さが変動すると、ウェハＷのエッジ部のエッチングレートが変動し、ウェハＷのエッジ部の制御が困難になる。
そこで、一実施形態に係るエッジリング８７は、支持体１４の内側のハウジング１００に設けられた部移動機構２００により、リフターピン１０２を介して上下に移動可能になっている。以下、エッジリング８７の構成の一例を詳述する。
［エッジリングの構成］
（３分割されたエッジリング）
一実施形態に係る３分割されたエッジリング８７の構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、一実施形態に係る３分割されたエッジリング８７の一例を示す図である。本実施形態に係るエッジリング８７は、内側エッジリング８７ｉ、中央エッジリング８７ｍ及び外側エッジリング８７ｏを有する。内側エッジリング８７ｉは、ウェハＷの周辺部の最近傍にウェハＷを囲むように配置され、エッジリング８７の最も内側の部材である。中央エッジリング８７ｍは、ウェハＷ及び内側エッジリング８７ｉの外側にてこれらを囲むように設けられ、エッジリング８７の中央の部材である。外側エッジリング８７ｏは、中央エッジリング８７ｍの外側に設けられた部材であって、エッジリング８７の最も外側の部材である。一実施形態では、中央エッジリング８７ｍは、移動機構２００により上又は下に移動が可能であり、内側エッジリング８７ｉ及び外側エッジリング８７ｏは、静電チャック２１の上面に固定されている。
中央エッジリング８７ｍは、ウェハＷの周辺部を囲む環状部８７ｍ１と、３つの爪部８７ｍ２とを有する。爪部８７ｍ２は、環状部８７ｍ１の外周側に等間隔に配置され、環状部８７ｍ１から外側に突出した矩形状の部材である。環状部８７ｍ１の縦断面はＬ字状である。環状部８７ｍ１のＬ字状の段差部は、縦断面がＬ字状の内側エッジリング８７ｉの段差部に接触した状態から、中央エッジリング８７ｍが上に持ち上げられると、離れた状態になる。
（移動機構及び駆動部）
中央エッジリング８７ｍの爪部８７ｍ２は、連結部１０３に接続されている。連結部１０３は、筒状支持部１６に設けられた空間１６ａを上下に移動する。ハウジング１００は、アルミナなどの絶縁体から形成されている。ハウジング１００の内部の凹部１００ａには移動機構２００が設けられている。
エッジリング８７は、移動機構２００を介してピエゾアクチュエータ１０１に接続されている。移動機構２００は、中央エッジリング８７ｍを上下に移動させるための機構であり、リフターピン１０２と軸受部１０５を含む。移動機構２００は、載置台２０の下面の外周に配置されたハウジング１００に取り付けられ、ピエゾアクチュエータ１０１の動力により上下に移動するようになっている。リフターピン１０２は、サファイアから形成されてもよい。
リフターピン１０２は、ハウジング１００及び載置台２０を貫通し、連結部１０３の下面に接触している。軸受部１０５は、ハウジング１００の内部に設けられた部材１０４ａに嵌合している。リフターピン１０２のピン孔には、真空空間と大気空間とを遮断するためのＯリング１０６が設けられている。
軸受部１０５の先端の凹部１０５ａには、リフターピン１０２の下端が上から嵌め込まれている。ピエゾアクチュエータ１０１による位置決めによって部材１０４ａを介して軸受部１０５が上下に移動すると、リフターピン１０２が上下に移動し、連結部１０３の下面を押し上げたり、押し下げたりする。これにより、連結部１０３が空間１６ａ内にて上下に移動し、これに応じて中央エッジリング８７ｍが上下に移動する。
ピエゾアクチュエータ１０１は、ピエゾ圧電効果を応用した位置決め素子で、０．００６ｍｍ（６μｍ）の分解能で位置決めを行うことができる。ピエゾアクチュエータ１０１の上下方向の変位量に応じてリフターピン１０２が上下へ移動する。これにより、中央エッジリング８７ｍが、０．００６ｍｍを最小単位として所定の高さだけ移動する。
リフターピン１０２は、中央エッジリング８７ｍの円周方向に等間隔に３箇所設けられた爪部８７ｍ２に対応して等間隔に３本、設けられている。ピエゾアクチュエータ１０１は、リフターピン１０２と一対一に設けられている。部材１０４ａ、１０４ｂは環状部材であり、３つのピエゾアクチュエータ１０１は、ネジにより上下でネジ止めされた部材１０４ａ、１０４ｂの間に配置され、ハウジング１００に固定されている。かかる構成により、リフターピン１０２は、環状の連結部１０３を介して３箇所から中央エッジリング８７ｍを押し上げ、所定の高さに持ち上げるようになっている。なお、本実施形態に係るピエゾアクチュエータ１０１は、駆動部の一例である。
外側エッジリング８７ｏの下面には、爪部８７ｍ２に対応する位置に凹部が形成されている。リフターピン１０２の押し上げにより、中央エッジリング８７ｍが上に移動すると、爪部８７ｍ２が、凹部の内部に納まる。これにより、外側エッジリング８７ｏを固定させたまま、中央エッジリング８７ｍを上へ持ち上げることができる。
以上に説明したように、かかる構成では、ハウジング１００によって載置台２０及び静電チャック２１が支持され、ハウジング１００に移動機構２００及び駆動部が取り付けられる。これにより、静電チャック２１の設計変更を必要とせず、既存の静電チャック２１を使用して中央エッジリング８７ｍを上下に移動させることができる。
また、図２に示すように、本実施形態では、静電チャック２１の上面と中央エッジリング８７ｍの下面の間には所定の空間が設けられ、中央エッジリング８７ｍを上方向だけでなく、下方向へも移動可能な構造となっている。これにより、中央エッジリング８７ｍは、上方向だけでなく、所定の空間内を下方向に所定の高さだけ移動することができる。中央エッジリング８７ｍを上方向だけでなく下方向へも移動させることで、シースの制御範囲を広げることができる。
ただし、駆動部は、ピエゾアクチュエータ１０１に限定されず、０．００６ｍｍの分解能で位置決めの制御が可能なモータを使用してもよい。また、駆動部は、１つ又は複数であり得る。更に、駆動部は、ウェハＷを持ち上げるリフターピンを上下に移動させるモータを共用してもよい。この場合、ギア及び動力切替部を用いてモータの動力を、ウェハＷ用のリフターピンと中央エッジリング８７ｍ用のリフターピン１０２とで切り替えて伝達する機構と、０．００６ｍｍの分解能でリフターピン１０２の上下動を制御する機構が必要になる。ただし、３００ｍｍのウェハＷの外周に配置される中央エッジリング８７ｍの直径は３１０ｍｍ程度と大きいため、本実施形態のようにリフターピン１０２毎に別々の駆動部を設けることが好ましい。
制御部６０は、ピエゾアクチュエータ１０１の上下方向の変位量が、中央エッジリング８７ｍの消耗量に応じた量になるように、ピエゾアクチュエータ１０１の位置決めを制御してもよい。ただし、制御部６０は、ピエゾアクチュエータ１０１の上下方向の変位量を、中央エッジリング８７ｍの消耗量と関係せず、所望のエッチングレートが得られる高さに中央エッジリング８７ｍを上又は下に移動させるように制御してもよい。
ウェハＷとエッジリング８７の上面の高さが同じであると、エッチング処理中のウェハＷ上のシースとエッジリング８７上のシースの高さを同一にできる。このようにシースの高さを同一にすることによりウェハＷの面内全体のエッチングレートの均一性を向上させ、ウェハＷのエッジ部のエッチング特性の制御性を高めることができる。
［計測システム］
次に、一実施形態に係るエッジリング８７の厚さを計測する計測システム２の一例について、図３及び図４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８７の厚さを計測する計測システム２の一例を示す図である。図４は、一実施形態に係る計測システム２による分析機能を説明する図である。
一実施形態に係る計測システム２は、測定対象物の一例であるエッジリング８７の厚さを計測する。計測システム２は、光干渉を利用してエッジリング８７の厚さを計測する。計測システム２は、光源１１０、光サーキュレータ１１１、フォーカサー１１３、分光器１１４及び分析装置１１５を有する。なお、光源１１０、光サーキュレータ１１１、フォーカサー１１３及び分光器１１４のそれぞれの接続は、光ファイバーケーブル１１２を用いて行われる。
光源１１０は、測定対象物の一例であるエッジリング８７を透過する波長を有する測定光を発生させる。光源１１０として、例えばＳＬＤ（Super Luminescent Diode）が用いられる。エッジリング８７は、表面８７ａ及び裏面８７ｂを有している。測定対象物としての部材の材質は、例えばＳｉ（シリコン）の他にＳｉＯ２（石英）又はＡｌ２Ｏ３（サファイア）等であってもよい。Ｓｉの屈折率は、波長４μｍにおいて３．４である。ＳｉＯ２の屈折率は、波長１μｍにおいて１．５である。Ａｌ２Ｏ３の屈折率は、波長１μｍにおいて１．８である。
光サーキュレータ１１１は、光ファイバーケーブル１１２を介して光源１１０、フォーカサー１１３及び分光器１１４に接続されている。光サーキュレータ１１１は、光源１１０で発生した測定光を光ファイバーケーブル１１２を介してフォーカサー１１３へ出射する。
フォーカサー１１３は、測定光を上部電極４０に設けられた窓部４０ａから処理容器１０内へ入射し、エッジリング８７の表面８７ａへ出射する。その際、フォーカサー１１３は、平行光線として調整された測定光をエッジリング８７へ出射し、エッジリング８７からの反射光を入射する。反射光には、表面８７ａの反射光Ｒａと裏面８７ｂの反射光Ｒｂとが含まれる。フォーカサー１１３及び窓部４０ａを含み、測定波Ｄ及び反射光Ｒａ，Ｒｂを出力及び入力する系を、以下、測定系２ａともいう。窓部４０ａは、例えば、直径が５ｍｍの筒状の石英から形成されてもよい。
フォーカサー１１３は、反射光Ｒａ，Ｒｂを光サーキュレータ１１１へ出射する。光サーキュレータ１１１は、反射光を分光器１１４へ出射する。分光器１１４は、光サーキュレータ１１１から得られた反射光のスペクトル（干渉強度分布）を測定する。反射光スペクトルは、反射光の波長又は周波数に依存した強度分布を示す。
図４は、分光器１１４及び分析装置１１５の機能ブロック図である。分光器１１４は、例えば、光分散素子１１６及び受光部１１７を有する。光分散素子１１６は、例えば、回折格子等であり、光を波長ごとに所定の分散角で分散させる素子である。受光部１１７は、光分散素子１１６によって分散された光を取得する。受光部１１７としては、複数の受光素子が格子状に配列されたＣＣＤ（Charge Coupled Device）が用いられる。受光素子の数がサンプリング数となる。また、光分散素子１１６の分散角及び光分散素子１１６と受光素子との距離に基づいて、波長スパンが規定される。これにより、反射光は波長又は周波数ごとに分散され、波長又は周波数ごとに強度が取得される。分光器１１４は、反射光スペクトルを分析装置１１５へ出力する。
分析装置１１５は、光路長算出部１１８、駆動量決定部７１及び駆動量校正テーブル７２を有する。光路長算出部１１８は、反射光スペクトルに基づいてエッジリング８７の厚さをｄとしたときのエッジリング８７の表裏面間の光路長ｎｄを算出する。駆動量決定部７１は、光路長とエッジリング８７の駆動量との相関情報を記憶した駆動量校正テーブル７２に基づいてエッジリング８７の駆動量を決定する。
分析装置１１５は、コンピュータであり得る。分析装置１１５は、制御部６０と同一装置であってもよいし、別の装置であってもよい。すなわち、エッジリング８７の駆動量を決定する装置は、分析装置１１５であってもよいし、制御部６０であってもよい。また、決定した駆動量に基づきエッジリング８７の上下動を制御する装置は、分析装置１１５であってもよいし、制御部６０であってもよい。
光路長算出部１１８は、フーリエ変換部６７、データ補間部６８、重心計算部６９及び光路長決定部７０を備えている。フーリエ変換部６７は、反射光スペクトルを高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）によりフーリエ変換する。例えば、時間領域におけるフーリエ変換であれば、周波数（単位時間あたりの振動数）に依存した強度分布を示す反射光スペクトルを、時間に依存した強度分布を示す反射光スペクトルへ変換する。また、例えば、空間領域におけるフーリエ変換であれば、空間周波数（単位長さあたりの振動数）に依存した強度分布を示す反射光スペクトルを、位置に依存した強度分布を示す反射光スペクトルへ変換する。データ補間部６８は、フーリエ変換後の反射光スペクトルの所定のピーク値を含む範囲において、データ点を補間する。重心計算部６９は、フーリエ変換後の反射光スペクトルの所定のピーク値の重心位置を計算する。光路長決定部７０は、重心位置に基づいて光路長を算出する。
駆動量決定部７１は、光路長に基づいて、測定対象物であるエッジリング８７の厚さｄを算出する。駆動量決定部７１は、駆動量校正テーブル７２を参照してエッジリング８７の厚さｄからエッジリング８７の駆動量を決定する。駆動量校正テーブル７２は、予め測定されたデータであり、エッジリング８７の光路長と駆動量との相関情報を記憶したテーブルである。
かかる構成の計測システムによって、エッジリング８７の表面８７ａと裏面８７ｂとの光干渉を利用して温度を測定する（ＦＦＴ周波数領域法）。以下、光干渉の原理について説明する。図３の測定系２ａに示すように、光源１１０からの測定光を入射光とする。入射光スペクトルの強度Ｓ（ｋ）は、空間周波数１／λ（単位長さあたりの振動数）に依存する。光源１１０の波長をλとすると波数ｋは２π／λである。測定対象物（エッジリング）の厚さをｄ、屈折率をｎ、反射率をＲとする。反射光Ｒは、複数の反射成分を重ねたものになる。例えば、反射光Ｒａは、表面８７ａにおける反射成分である。反射光Ｒｂは、裏面８７ｂにおける反射成分である。反射光Ｒには、表面８７ａで一回、裏面８７ｂで２回反射された反射成分等も含まれる。なお、その他の反射成分は省略している。複数の成分が重なり、反射光スペクトルの強度Ｉ（ｋ）が得られる。反射光スペクトルの強度Ｉ（ｋ）は、入射光スペクトルの強度Ｓ（ｋ）と以下の数式で示す関係がある。
Figure 0007170422000001
上記の式１において、第２項は表面８７ａで一回、裏面８７ｂで１回反射された表裏面干渉の項である。第３項は表裏面多重干渉の項である。図５（ａ）のグラフは、横軸の反射波の波長に対する、式１の反射光スペクトルの強度Ｉ（ｋ）の一例を示す。
式１をフーリエ変換（ＦＦＴ）すると、位置に依存した反射光スペクトルを得ることができる。空間領域フーリエ変換により、空間周波数１／λを位置ｘに変換する。位置ｘに変換された反射光スペクトルの強度Ｉ（ｘ）は、式１をフーリエ変換することにより、以下の通りとなる。
Figure 0007170422000002
上記の式２に示すように、２ｎｄ毎にピーク値が出現する。図５（ｂ）に一例を示す２ｎｄはエッジリング８７の表面８７ａと裏面８７ｂの光路差である。すなわちｎｄは、表裏面間の光路長である。予め計測された駆動量校正テーブル７２が示す光路長ｎｄと駆動量との相関情報から、光路長ｎｄを特定することでエッジリング８７の駆動量を算出することができる。なお、上記説明では空間領域フーリエ変換を用いたが、時間領域フーリエ変換を用いてもよい。
［エッジリングの駆動処理］
次に、一実施形態に係るエッジリング８７の駆動処理の一例について、図６を参照しながら説明する。図６は、一実施形態に係るエッジリング８７の駆動処理の一例を示すフローチャートである。
本処理が開始されると、光源１１０からエッジリング８７を透過する波長を有する測定光が出力され、光サーキュレータ１１１、フォーカサー１１３を介して測定光がエッジリング８７に照射される（ステップＳ１０）。次に、フォーカサー１１３は、エッジリング８７の表面８７ａと裏面８７ｂからの反射光Ｒａ、Ｒｂを含む反射光を入射する。フォーカサー１１３は、光サーキュレータ１１１を介して分光器１１４に反射光Ｒａ、Ｒｂを含む反射光を送り、分光器１１４は、反射光スペクトルの強度Ｉ（ｋ）を検出し、検出した反射光スペクトルの強度Ｉ（ｋ）を分析装置１１５に出力する（ステップＳ１２）。
次に、分析装置１１５は、反射光スペクトルの強度Ｉ（ｋ）をフーリエ変換し、エッジリング８７の表面８７ａと裏面８７ｂの光路差２ｎｄを算出する（ステップＳ１４）。次に、分析装置１１５は、光路差２ｎｄに基づきエッジリング８７の駆動量を決定する（ステップＳ１６）。
次に、制御部６０は、分析装置１１５が決定したエッジリング８７の駆動量を受信し、該エッジリング８７の駆動量に応じてエッジリング８７を上又は下に移動させるように移動機構２００のピエゾアクチュエータ１０１を制御し（ステップＳ１８）、本処理を終了する。
ウェハＷの主にエッジ部のエッチングレートは、エッジリング８７の上のシースに依存して変化する。このため、エッジリング８７の消耗量によりその高さが変動すると、エッジリング８７の上のシースの高さが変動し、ウェハＷのエッジ部のエッチングレート等のエッチング特性を制御することが困難になる。
これに対して、本実施形態に係るエッジリング８７の駆動処理によれば、計測システム２を使用してエッジリング８７の駆動量を正確に決定し、エッジリング８７を駆動することができる。これにより、ウェハＷのエッジ部におけるエッチング特性の制御性を高めることができる。例えば、ウェハＷのエッジ部のチルティングの発生を抑制し、ウェハＷのエッジ部のエッチングレートの制御性を高めることができる。
［変形例］
以上では、計測システム２は、エッジリング８７の中央エッジリング８７ｍの厚さを直接測定した。そして、分析装置１１５は、測定した厚さとエッジリング８７の新品時の厚さの初期値とから算出されるエッジリング８７の消耗量に応じてエッジリング８７の駆動量を決定した。しかしながら、エッジリング８７の駆動量の決定手法は、これに限られない。例えば、計測システム２の測定対象は、分割されていないエッジリング８７であってもよい。この場合にも同様に、計測システム２は、分割されていないエッジリング８７の厚さを測定し、分析装置１１５は、測定した厚さに基づきエッジリング８７の駆動量を決定してもよい。
例えば、計測システム２の測定対象は、２分割されたエッジリング８７であってもよい。この場合、計測システム２は、２分割されたエッジリング８７の内側又は外側のエッジリングの厚さを測定してもよい。分析装置１１５は、測定した内側又は外側のエッジリングの厚さに基づきの内側又は外側のエッジリングの少なくともいずれかの駆動量を決定してもよい。
また、計測システム２は、３分割された中央エッジリング８７ｍ、外側エッジリング８７ｏ及び内側エッジリング８７ｉの少なくともいずれかの厚さを測定してもよい。この場合、分析装置１１５は、測定した中央エッジリング８７ｍ、外側エッジリング８７ｏ及び内側エッジリング８７ｉの少なくともいずれかの厚さに基づき中央エッジリング８７ｍ、外側エッジリング８７ｏ及び内側エッジリング８７ｉの少なくともいずれかの駆動量を決定してもよい。例えば、計測システム２は、外側エッジリング８７ｏの厚さを測定し、分析装置１１５は、測定した外側エッジリング８７ｏの厚さに基づき中央エッジリング８７ｍの駆動量を決定してもよい。
以上、一実施形態に係るエッジリング８７の駆動処理について説明したが、これは一例であり、一実施形態に係る部品の駆動処理に使用することが可能である。一実施形態に係る部品の一例としては、エッジリング８７の他、インシュレータリング８６、カバーリング８９、トップシールドリング４１等、使用する測定光の波長が透過する部材であればよい。また、測定光は、赤外光に限られない。
また、一実施形態に係る部材の駆動処理は、エッジリング８７の消耗量に応じてエッジリング８７を上又は下に移動させることに限られない。つまり、一実施形態に係る部材の駆動処理は、エッジリング８７の消耗量に応じた制御に限られず、例えばプロセス条件にあわせて意図的にエッジリング８７の高さを調整する目的で使用することが可能である。
計測システム２が部材の厚さを測定するタイミングは、例えば、所定のプロセス条件におけるウェハＷの搬入前であってもよいし、所定枚数（１枚以上）のウェハ処理後の次のウェハＷの搬入前であってもよいし、その他の任意のときであってもよい。測定タイミングは、例えば、部材を駆動する直前が好ましい。
また、プロセス条件が異なる複数のステップ間において部材を駆動させてもよい。つまり、処理室内にて行われる異なるプラズマ処理工程の間にプロセス条件に合致するように部材を駆動させることが可能である。例えば、第１のプロセス条件にて第１のプラズマエッチング工程が実行され、第２のプロセス条件にて第２のプラズマエッチング工程が実行される場合、ウェハＷの搬入前に第１のプロセス条件に応じてエッジリング８７の高さを調整してもよい。また、ウェハＷに対して第１のプラズマエッチング工程が実行された後、第２のプロセス条件に応じてエッジリング８７の高さを調整してもよい。これにより、異なるプラズマ処理工程においてプロセス条件に合致したエッチング特性に制御することができる。
更に、計測システム２が測定した部材の厚さと予め定められた閾値とを比較することで、部材の交換時期を判定したり、部材の位置の異常を検知することができる。例えば、測定した部材の厚さが閾値を下回るとき、分析装置１１５は部材を交換する必要があると判定し、制御部６０に通知してもよい。また、例えば、測定した部材の厚さが異常範囲内にあるとき、分析装置１１５は部材の位置が異常であると判定し、制御部６０に通知してもよい。このとき、制御部６０は、オペレータに部材の交換を指示してもよい。
また、分析装置１１５は、光路長とウェハＷの温度（又は載置台２０の温度）との相関情報を記憶した温度構成テーブルを記憶し、図６のステップＳ１６において、分析装置１１５は、駆動量校正テーブル７２に基づき、測定した光路差に応じたエッジリング８７の駆動量を算出するとともに、温度構成テーブルに基づき、測定した光路差に応じたエッジリング８７の温度を算出してもよい。これにより、部材の厚み及び部材の温度を把握することができる。この結果、部材の厚み及び部材の温度の測定結果を用いて、部材の上下動だけでなく、他の要因も含めた更なるウェハＷのエッジ部に対するエッチング特性の制御を行うことができる。
上記実施形態に係る部材の駆動処理では、図３に示すように、フォーカサー１１３は処理容器１０の上部側に設けられ、測定系２ａは、測定光を上部電極４０側からエッジリング８７に入射させた。しかしながら、これに限られず、フォーカサー１１３は処理容器１０の下部側に設けられてもよい。すなわち、載置台２０の下側にフォーカサー１１３と窓部４０ａを設け、フォーカサー１１３は、入射した測定光を窓部４０ａからエッジリング８７に照射し、反射光を入射する。反射光には、表面８７ａの反射光と裏面８７ｂの反射光とが含まれる。この場合においても、反射光を検出し、表裏面間の光路差ｎｄを求め、光路差ｎｄからエッジリング８７の駆動量を決定することができる。
なお、上記実施形態に係る部材の駆動処理、変形例及び下記に説明する変形例２では、エッチング特性の制御を中心に記載したが、これに限られず、成膜特性等も含めたウェハＷのエッジ部に対する特性制御を行うことができる。
（複数の測定系）
測定系２ａは、複数設けられてもよい。例えば、エッジリング８７等の部材の円周上に、複数の測定系２ａを均等な間隔で配置してもよい。この場合、測定光を部材に照射する工程は、部材の複数個所に測定光を照射してもよい。反射光の強度Ｉ（ｘ）を検出する工程は、前記部材の各箇所の表面からの反射光と前記部材の各箇所の裏面からの反射光とに基づき反射光の各箇所の強度分布を検出してもよい。前記光路差を算出する工程は、検出した各箇所の前記強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換して各箇所の光路差を求めてもよい。前記部材の駆動量を決定する工程は、各箇所の前記光路差に基づいて各箇所に応じた前記部材の駆動量を決定してもよい。
また、前記部材を駆動する工程は、決定した各箇所に応じた前記部材の駆動量に基づいて各箇所に応じた前記複数のリフターピン１０２の少なくともいずれかを独立して駆動してもよい。
これによれば、複数の測定系２ａを用いて部材の厚さを測定することで、何れかの測定系２ａにおいて測定結果が得られなくても、他の測定系２ａの測定値を用いて一実施形態に係る部材の駆動処理を行うことができる。
また、例えば、リング状のエッジリング８７の高さに偏りがあるときに、複数の測定系２ａの測定結果から、エッジリング８７の消耗量の多い測定位置を他の測定位置よりも高く駆動するように駆動量を決定することで、エッジリング８７の高さを均一にできる。これにより、ウェハＷのエッジ部の特性制御をより精度良く行うことができる。
［変形例２］
図２に示したリフターピン１０２は複数本設けられ、その上下動は、移動機構２００を使用してそれぞれ独立して制御することができる。そこで、上記実施形態の変形例２に係るエッジリングの駆動処理として、エッジリング８７のリフターピン１０２を各箇所で独立して駆動させ、各箇所のエッジリング８７の高さを個別調整することでウェハＷの配置のずれを補正する例について説明する。
図７は、一実施形態に係るウェハＷの配置にずれがないときのウェハＷのエッジ部のエッチング特性の一例を示す図である。図８は、一実施形態に係るウェハＷの配置にずれがあるときのウェハＷのエッジ部のエッチング特性の一例を示す図である。図９は、一実施形態に係るウェハＷの配置のずれとリフターピン１０２の位置の一例を示す図である。図１０は、一実施形態に係るリフターピン１０２毎に独立してエッジリング８７の駆動を制御する場合の一例を示す図である。
図７に示すように、一実施形態に係るウェハＷの配置にずれがないとき、すなわち、ウェハＷが静電チャック２１の載置面の中心軸Ｏに対して概ね同心円状に載置されているとき、ウェハＷのエッジ部のエッチング特性は、ウェハＷの左右（及び上下）でばらつきがない。例えば、図７に示すように、ウェハＷの左右のエッジ部においてエッチングレートＥＲやエッチング形状にばらつきがない。ウェハＷの上下のエッジ部においても同様である。
ところが、図８に示すように、一実施形態に係るウェハＷの配置にずれが生じたとき、ウェハＷのエッジ部のエッチング特性に前記ずれに応じてばらつきが生じる。例えば、図８に示すように、ウェハＷが中心軸Ｏに対して左側にずれているとき、ウェハＷの左右のエッジ部においてエッチングレートＥＲにばらつきが生じる。また、図８の例ではウェハＷが中心軸Ｏに対して左側にずれているため、ウェハＷの右側の端部の近傍にてシースに凹みが生じ、チルティングの発生要因となって被エッチング対象膜３００のエッチング形状に傾きが生じ、エッチング形状を垂直に維持できない。さらに、エッジリング８７の消耗量もエッジリング８７の位置によって異なることになる。
従来、ウェハＷの位置ずれの対策としては、ウェハＷをセンタリングし直し、ウェハＷを再配置する方法や、エッジリング８７を横方向に移動する構造を有している場合には、ウェハＷの載置位置に応じてエッジリング８７を横方向に移動させていた。しかしながら、いずれの手法も、位置決めに時間がかかり、生産性を低下させる要因となっていた。
そこで、本変形例２では、エッジリング８７の各箇所の消耗量を測定し、測定結果から各箇所のエッジリングの駆動量を決定する。これにより、ウェハＷの位置ずれによるエッチングレートＥＲやエッチング形状のばらつきを補正する。
例えば、図９に示すように、３本のリフターピン１０２がエッジリング８７の下面に等間隔で当接するように構成されている場合について説明する。ただし、リフターピン１０２の本数は３本に限られず、複数本であればよい。
制御部６０は、ウェハＷの位置の測定結果に応じてエッジリング８７を高さ方向に上又は下に駆動させるように、複数のリフターピン１０２をそれぞれ独立に制御する。例えば、図９（ａ）の例では、ウェハＷが紙面の左側に偏って載置されている。この場合、制御部６０は、図９（ａ）の左斜め下のリフターピン１０２を下に移動させ、図９（ａ）の右斜め下のリフターピン１０２を上に移動させる。図９（ａ）の中央上のリフターピン１０２は移動させない。
これにより、図１０に示すように、エッジリング８７の右側が左側よりも高くなり、シースの高さを調整することができる。これにより、エッチングレートＥＲの左右のばらつきをなくし、被エッチング対象膜３００のエッチング形状を垂直に維持することができる。
また、例えば、図９（ｂ）の例では、ウェハＷが紙面の上側に偏って載置されている。この場合、制御部６０は、図９（ｂ）の中央上のリフターピン１０２を下方向に移動させる。また、制御部６０は、図９（ｂ）の左斜め下と右斜め下のリフターピン１０２を中央上のリフターピン１０２の移動量よりも絶対値が小さい移動量に制御して上方向に移動させる。これにより、エッジリング８７の下側が上側よりも高くなり、シースの高さを調整することができる。これにより、エッチングレートＥＲの上下のばらつきをなくし、被エッチング対象膜３００のエッチング形状を垂直に維持することができる。
以上では、エッジリング８７を例に挙げて駆動方法について説明したが、駆動する対象は、エッジリング８７に限られず、インシュレータリング８６、カバーリング８９、トップシールドリング４１等であってもよい。
本変形例２によれば、処理室内に設けられる部材を駆動する駆動方法であって、載置台２０に載置されるウェハＷの位置を測定する工程と、ウェハＷの位置のずれに応じて部材の駆動量を決定する工程と、決定した前記駆動量に基づいて前記部材を上又は下に移動させる複数のリフターピン１０２の少なくともいずれかを独立して駆動する工程とを有する部材の駆動方法が提供される。
かかる制御により、エッジリング８７を縦方向に調整することで、エッジリング８７の上のシースの高さを円周方向で調整することができる。これにより、エッジリング８７の内周とウェハＷの外周の間隔が均一でない場合においても、ウェハＷのエッジ部におけるシースの高さを均一にしたり、調整したりすることができる。これにより、ウェハＷのエッジ部のエッチングレート等のエッチング特性やエッチング形状を制御することができる。
以上に説明したように、本実施形態及び変形例にかかる部材の駆動方法によれば、部材の駆動量を正確に決定し、部材を駆動することができる。また、変形例２にかかる部材の駆動方法によれば、ウェハＷが載置台の中心からずれて配置された場合、部材の複数の駆動位置を独立に高さ方向に制御することで、ウェハＷの配置ずれによるエッチングレート等のエッチング特性のばらつきを補正することが可能となる。
今回開示された一実施形態に係る部材の駆動方法及び処理装置は、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。
本開示の処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna、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、基板の一例としてウェハＷを挙げて説明した。しかし、基板は、これに限らず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＦＰＤ（Flat Panel Display）に用いられる各種基板、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
１ プラズマ処理装置
２ 計測システム
２ａ 測定系
１０ 処理容器
２０ 載置台
２１ 静電チャック
２２ 基台
４０ 上部電極
４０ａ 窓部
４１ トップシールドリング
６０ 制御部
７０ 光路長決定部
７１ 駆動量決定部
７２ 駆動量校正テーブル
８６ インシュレータリング
８７ エッジリング
８７ａ エッジリングの表面
８７ｂ エッジリングの裏面
８９ カバーリング
１００ ハウジング
１０１ ピエゾアクチュエータ
１０２ リフターピン
１１０ 光源
１１１ 光サーキュレータ
１１３ フォーカサー
１１４ 分光器
１１５ 分析装置
１１８ 光路長算出部
２００ 移動機構
Ｒａ，Ｒｂ 反射光

Claims (13)

  1. 処理容器と、
    前記処理容器内に設けられ、基板を載置する載置台と、
    環状のシリコンからなり、前記載置台に載置された基板を囲むように径方向に複数に分割されたエッジリングと、
    前記複数に分割されたエッジリングの少なくともいずれかを駆動する駆動部と、
    制御部と、を有し、
    前記制御部は、
    前記複数に分割されたエッジリングを透過する波長を有する測定光を前記複数に分割されたエッジリングの少なくともいずれかに照射する工程と、
    前記エッジリングの表面からの反射光と、前記エッジリングの裏面からの反射光とに基づき反射光の強度分布を検出する工程と、
    前記強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換して光路差を算出する工程と、
    前記光路差に基づいて前記複数に分割されたエッジリングの少なくともいずれかの駆動量を決定する工程と、
    決定した前記駆動量に基づいて前記複数に分割されたエッジリングの少なくともいずれかを駆動する工程と、
    を含む駆動方法を制御する、処理装置。
  2. 前記制御部は、
    前記照射する工程において、前記処理容器内に設けられる前記複数に分割されたエッジリングの少なくともいずれかの複数個所に前記測定光を照射し、
    前記強度分布を検出する工程において、前記エッジリングの各箇所の表面からの反射光と、前記エッジリングの各箇所の裏面からの反射光とに基づき反射光の各箇所の強度分布を検出し、
    前記光路差を算出する工程において、検出した各箇所の前記強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換して各箇所の光路差を求め、
    前記駆動量を決定する工程において、各箇所の前記光路差に基づいて各箇所に応じた前記複数に分割されたエッジリングの少なくともいずれかの駆動量を決定する、
    請求項１に記載の処理装置。
  3. 前記複数に分割されたエッジリングに当接する複数のリフターピンを有し、
    前記制御部は、
    前記駆動量を決定する工程において、前記各箇所の光路差に基づいて各箇所に応じた前記複数に分割されたエッジリングの少なくともいずれかの駆動量を決定し、
    前記駆動する工程において、決定した各箇所に応じた前記駆動量に基づいて各箇所に応じた前記複数のリフターピンの少なくともいずれかを独立して上下動し、前記複数に分割されたエッジリングの少なくともいずれかを駆動する、
    請求項２に記載の処理装置。
  4. 前記制御部は、
    前記照射する工程において、前記複数に分割されたエッジリングの少なくともいずれかの上部又は下部から測定光を照射する、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の処理装置。
  5. 前記制御部は、
    前記駆動方法を、前記処理容器内にて行われる異なるプラズマ処理工程の間に行う、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の処理装置。
  6. 前記制御部は、
    前記処理容器内で基板をプラズマ処理する工程と、
    前記基板を前記処理容器に搬入する前に、前記駆動方法を実行する工程と、
    を制御する、
    請求項１～５のいずれか一項に記載の処理装置。
  7. 処理容器内に設けられる部材と、
    前記部材を駆動する駆動部と、
    制御部と、を有する処理装置であって、
    前記制御部は、
    前記部材を透過する波長を有する測定光を前記部材に照射する工程と、
    前記部材の表面からの反射光と前記部材の裏面からの反射光とに基づき反射光の強度分布を検出する工程と、
    前記強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換して光路差を算出する工程と、
    前記光路差に基づいて前記部材の駆動量を決定する工程と、
    決定した前記駆動量に基づいて前記部材を駆動する工程と、
    を有する駆動方法を制御し、
    前記部材に照射する工程において、前記処理容器の前記部材とは異なる他の部材へ前記測定光を照射し、
    前記部材を駆動する工程において、決定した前記他の部材の駆動量に基づいて前記部材を駆動するように制御する、処理装置。
  8. 処理容器と、
    前記処理容器内に設けられ、基板を載置する載置台と、
    前記処理容器内に配置される測定対象と、
    前記測定対象を上下方向に移動させるように構成されたアクチュエータと、
    測定光を前記測定対象に照射するように構成された照射部と、
    前記測定対象の表面からの反射光と前記測定対象の裏面からの反射光とに基づき反射光の強度分布を検出するように構成された検出部と、
    前記測定対象の表面からの反射光と前記測定対象の裏面からの反射光との光路差に基づいて前記測定対象の駆動量を決定するように構成された分析装置と、
    決定した前記駆動量に基づいて前記アクチュエータを制御するように構成された制御部と、
    を有し、
    前記測定対象は、環状のシリコンからなり、前記載置台に載置された基板を囲むように径方向に複数に分割されたエッジリングであり、
    前記アクチュエータは、決定した前記駆動量に基づいて前記複数に分割されたエッジリングの少なくともいずれかを駆動する、
    処理装置。
  9. 前記分析装置は、前記強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換することにより前記光路差を算出する、
    請求項８に記載の処理装置。
  10. 前記複数に分割されたエッジリングは、前記載置台の上に配置される、
    請求項８又は請求項９に記載の処理装置。
  11. 前記複数に分割されたエッジリングは、
    前記基板を囲むように配置された内側エッジリング、前記内側エッジリングを囲むように配置された中央エッジリング、及び前記中央エッジリングを囲むように配置された外側エッジリングである、
    請求項１～６、８～１０のいずれか一項に記載の処理装置。
  12. 決定した前記駆動量に基づいて前記中央エッジリングを駆動する、
    請求項１１に記載の処理装置。
  13. 前記複数に分割されたエッジリングは、第１のエッジリングと第２のエッジリングとを含み、
    前記照射する工程において、前記第１のエッジリングに前記測定光を照射し、
    前記駆動量を決定する工程において、前記第２のエッジリングの駆動量を決定する、
    請求項１～６のいずれか一項に記載の処理装置。
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