(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上の第１膜上に形成された第２膜を、該第２膜上にパターニングされたレジストをマスクとして、エッチングする方法であって、
前記第１膜と同質の第１ダミー膜が形成された第１ダミー半導体基板を用い、反応室内で前記第１ダミー膜をエッチングするダミーエッチング工程と、
前記ダミーエッチング工程の後、それぞれ前記第２膜が形成された複数の前記半導体基板に対して１枚ずつ前記反応室内においてエッチングを施す工程と
を備え、
前記第１ダミー半導体基板として、前記第１ダミー膜上にレジストがパターニングされたものを用いる、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体基板上の第１膜上に形成された第２膜を、該第２膜上にパターニングされたレジストをマスクとして、エッチングする方法であって、
前記第１膜と同質の第１ダミー膜が形成された第１ダミー半導体基板を用い、反応室内で前記第１ダミー膜をエッチングするダミーエッチング工程と、
前記ダミーエッチング工程の後、それぞれ前記第２膜が形成された複数の前記半導体基板に対して１枚ずつ前記反応室内においてエッチングを施す工程と
を有し、
前記ダミーエッチング工程は、前記第２膜と同質の第２ダミー膜が形成された第２ダミー半導体基板を用い、前記反応室内で前記第２ダミー膜をエッチングする工程をさらに備えた、半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１ダミー半導体基板として、前記第１ダミー膜上にレジストがパターニングされたものを用いる、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１ダミー半導体基板上のレジストによる前記第１ダミー膜の開口率は、前記半導体基板上のレジストによる前記第２膜の開口率と略同一である、請求項１または３に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、プラズマエッチングプロセスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマエッチングプロセスを説明するにあたり、初めにプラズマエッチング装置について図を用いて説明する。図８は、従来および本発明に適用するプラズマエッチング装置の構成を示す概略図である。図８を参照して、反応室１内には、半導体ウエハ２を載置保持するステージ３が設置されている。反応室１の上部には、反応性ガスを反応室１内に導入するためのガス導入管４が設けられている。反応室１の外部にはマイクロ波を発生させるためのマイクロ波電源５が設けられている。このマイクロ波電源５で発生した所定の周波数のマイクロ波は、導波管６および石英窓７を介して反応室１内に導入される。石英窓７の外周には磁場を発生させるためのコイル８が設けられている。このコイル８によって、半導体ウエハ２の表面に対してほぼ垂直な方向に所定の磁束密度の磁場が印加される。反応室１の下方には排気口９が設けられ、この排気口９に接続された真空ポンプ等の排気手段（図示せず）によって、反応室１内が真空排気されるとともに、所定の真空度に維持される。
【０００３】
ところで、反応室１は強度的な要請あるいは加工のしやすさから、アルミニウムやステンレスなどの金属で構成されることが多い。このような金属が、半導体装置の製造工程において、たとえばトランジスタ部分を汚染すると、その電気的な特性が劣化したり、信頼性が劣化するという問題がある。また、このような金属はプラズマの衝撃により劣化したり腐食を起こしたりすることがある。この問題を回避するため、反応室１の内側には石英等の内壁１０が設けられている。この内壁１０は真空中に設置されていることから、その温度を制御することが困難である。すなわち、マイクロ波の放電時間とともに内壁１０の温度が上昇する。
【０００４】
一般に半導体装置の量産において、ウエハは、たとえば２４枚程度を１ロットとして各工程ごとに処理が行なわれる。このため、上述したように放電時間とともに内壁の温度が上昇すると、１ロットの処理中にたとえば１枚目と２４枚目とで、仕上がり形状やエッチングレートなどのエッチング特性が異なってしまうという問題が生じる。これは、エッチング中に被エッチング膜あるいはレジストと反応性ガスとの反応によって生じる反応生成物が内壁に付着する割合が、内壁の温度に依存することによる。その一例を図９に示す。この図は塩素プラズマによってポリシリコン膜をエッチングするときのそのエッチング速度の処理枚数依存性について示したものである。図９に示すように、１枚目から４枚目にかけて処理枚数が増えるにつれ、エッチング速度が低下している。５枚目以降からはエッチング速度がほぼ安定している。これは、内壁の温度が５枚目までは十分に上がりきらず、反応生成物としてのＳｉＣｌx が内壁１０に十分に付着せず、その分がウエハ上に再付着するためである。
【０００５】
この問題点を解決するため、ロット処理直前にシリコンウエハを用いて放電（ダミー放電）を行ない、内壁が恒温状態となった後に連続してロット処理を行なう方法がある。図１０は、ロット処理直前にシリコンウエハを用いてダミー放電を行なった場合のエッチング速度とＣＤシフト量の処理枚数依存性を示したものである。ロット処理の実ウエハとして、図１１に示すように、シリコン基板２上にシリコン酸化膜１１とポリシリコン膜１２とフォトレジストとを順次形成し、そのフォトレジスト１３をパターニングしたものを用いた。ポリシリコン膜のエッチング時間に対し、その時間と同じ時間のオーバーエッチングを行なった。エッチング速度はポリシリコン膜の膜厚とエッチング時間により換算した。反応性ガスとして塩素ガスを用いた。
【０００６】
なお、図１０中に示すように、ＣＤシフト量として、エッチング前のレジストマスクの線幅ｂをエッチング後のポリシリコン膜の線幅ａから差し引いた値を用いる。その値が正のときはＣＤゲインと呼ばれ、負のときはＣＤロスと呼ばれる。図１０に示すように、シリコンウェハを用いたダミー放電を行なった場合には、エッチング速度は処理枚数に依存せず、ほぼ一定になる。これは、ダミー放電に伴って反応室内壁の温度が恒温状態となるからである。
【０００７】
また、上記と同じ考え方で特開平６−８４８５１号公報には実ウエハの被エッチング膜と同質の膜を形成したダミーウエハを用いてダミー放電を行なう方法が開示されている。この方法においても、ダミーウエハの放電に伴って反応室内壁の温度が恒温状態となりエッチングレートが安定する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ダミーウエハとしてシリコンウエハそのものを用いたり、実ウエハの被エッチング膜と同質の膜を形成したものを用いた場合には、以下に示すようなＣＤシフト量の変動があった。
【０００９】
まず、ダミーウエハとしてシリコンウエハそのものを用いた場合、ダミー放電によって反応性ガスとシリコンとの反応によって反応生成物ＳｉＣｌx が発生する。また、たとえば実ウエハの被エッチング膜がポリシリコン膜である場合、ポリシリコン膜を形成したダミーウエハをダミー放電すると、反応生成物ＳｉＣｌx が発生する。発生した反応生成物の一部は内壁に付着する。そのため、ダミー放電後実ウエハ処理直前の内壁には多量の反応生成物が付着している。
【００１０】
次に、実ウエハの処理に入ると、ポリシリコン膜をエッチングするメインエッチング中に反応生成物が発生し、その一部が内壁に付着する。シリコン酸化膜をエッチングするオーバーエッチング中に、内壁に付着している反応生成物の一部が内壁から離脱し、実ウエハ上に再付着する。実ウエハに再付着した反応生成物は、ポリシリコン膜のパターンの側壁保護膜となる。そのため、オーバーエッチング中にパターンの側壁がエッチングされにくくなりＣＤゲインをもたらす。
【００１１】
ところで、実ウエハの処理前には内壁に多量の反応生成物が付着している。このような状態では、実ウエハのオーバーエッチング中に内壁から離脱する反応生成物の量は、実ウエハのメインエッチング中に発生した反応生成物が内壁に付着する量よりも多い。しかも、メインエッチング中に発生した反応生成物が内壁に付着する量は、エッチングする各実ウエハにおいてほぼ同じと考えられる。そのため、実ウエハの処理枚数が増えるにつれて、各実ウエハのエッチング直前の内壁に付着している反応生成物の量が減少する。したがって、各実ウエハのオーバーエッチング中に再付着する反応生成物の量が減少し、図１０に示すようにＣＤゲインが減少する。
【００１２】
さらに、実ウエハのエッチングを行なうと、実ウエハのメインエッチング中に内壁に付着する反応生成物の量とオーバーエッチング中に内壁から離脱してウエハに再付着する反応生成物の量とはほぼ等しくなり平衡状態に達する。このような平衡状態においては、図１０に示すように、ＣＤシフト量はほぼ０となる。
【００１３】
平衡状態になるまでの実ウエハ処理枚数は、実ウエハの処理前の内壁に付着している反応生成物の量に依存する。付着している量が多ければ平衡状態になるまでより多くの実ウエハの処理を必要とする。つまり、ロット処理において、ロット内の実ウエハのパターン仕上がり形状にばらつきが生じるという問題があった。
【００１４】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、ＣＤシフト量のばらつきを抑える半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上の第１膜上に形成された第２膜を、第２膜上にパターニングされたレジストをマスクとしてエッチングする方法であって、以下の工程を備えている。ダミーエッチング工程として、第１膜と同質の第１ダミー膜が形成された第１ダミー半導体基板を用い、反応室内で第１ダミー膜をエッチングする。ダミーエッチング工程の後、それぞれ第２膜が形成された複数の半導体基板に対して１枚ずつ反応室内でエッチングを施す。その第１ダミー半導体基板として、第１ダミー膜上にレジストがパターニングされたものを用いる。
【００１６】
この方法によれば、ダミーエッチング工程において反応性ガスと第１ダミー膜とが反応して生じる反応生成物のうち、反応室内壁に付着する量は、内壁に付着している反応生成物が離脱する量よりはるかに小さい。そのため、反応室内壁に付着する反応生成物の量がダミーエッチングする時間とともに減少する。これにより、それぞれ第２膜が形成された複数の半導体基板のうち、最初の半導体基板上の第２膜をエッチングする直前（以下これを「初期状態」という）の反応室内壁に付着している反応生成物はほとんどなくなる。
【００１７】
その後、それぞれ第２膜が形成された複数の半導体基板に対して１枚ずつ反応室内でエッチングを施す工程において、第２膜をエッチングする際に発生した反応生成物の一部が反応室内壁に付着し、またその一部が内壁から離脱して半導体基板上の第２膜に再付着する。このようにして内壁に付着する反応生成物の量が増加する。順次エッチングを進めていくと、内壁に付着する反応生成物の量と、内壁から離脱して半導体基板上に再付着する量とがほぼ等しくなる平衡状態に達する。このとき、初期状態の内壁に付着している反応生成物をほとんどなくすことにより、平衡状態に達するまでの時間を短縮することができる。つまり、最初の半導体基板を処理してから平衡状態に達するまでに処理する半導体基板の枚数を減少することができて、複数の半導体基板のそれぞれの上に形成された第２膜のＣＤシフト量のばらつきを抑えることができる。
【００１８】
しかも、第１ダミー半導体基板として、第１ダミー膜上にレジストがパターニングされたものを用いることで、ダミーエッチング工程において、反応性ガスとレジストとが反応して生じる反応生成物の一部が反応室内壁に付着する一方、内壁に付着した反応生成物の一部が内壁から離脱する。このようにして、初期状態の反応室内壁にはある一定量の反応生成物が付着するため、それぞれ第２膜が形成された複数の半導体基板に対して１枚ずつ反応室内でエッチングを施す工程において、平衡状態に達するまでに処理する半導体基板の枚数をさらに減らすことができて、第２膜のＣＤシフト量のばらつきをさらに抑制することができる。
【００１９】
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、半導体基板上の第１膜上に形成された第２膜を、第２膜上にパターニングされたレジストをマスクとしてエッチングする方法であって、以下の工程を備えている。ダミーエッチング工程として、第１膜と同質の第１ダミー膜が形成された第１ダミー半導体基板を用い、反応室内で第１ダミー膜をエッチングする。ダミーエッチング工程の後、それぞれ第２膜が形成された複数の半導体基板に対して１枚ずつ反応室内でエッチングを施す。そのダミーエッチング工程は、第２膜と同質のダミー膜が形成された第２ダミー半導体基板を用い、反応室内で第２ダミー膜をエッチングする工程をさらに備えている。
【００２０】
この方法によれば、特に、ダミーエッチング工程における第２ダミー膜のエッチングによって、反応性ガスと第２ダミー膜とが反応して生じる反応生成物の一部が反応室内壁に付着する。一方、第１ダミー膜のエッチングによって反応室内壁に付着している反応生成物が内壁から離脱する。これにより、初期状態の反応室内壁には、ある量の反応生成物が付着している。しかも、この反応生成物の量は、第１ダミー膜と第２ダミー膜とをエッチングすることにより、平衡状態において半導体基板上の第２膜をエッチングする直前の内壁に付着している反応生成物の量に近づく。このため、それぞれ第２膜が形成された複数の半導体基板に対して１枚ずつ反応室内でエッチングを施す工程において、平衡状態に達するまでに処理する半導体基板の枚数をさらに減らすことができる。したがって、第２膜のＣＤシフト量のばらつきをさらに抑制することができる。
【００２１】
好ましくは、第１ダミー半導体基板として、第１ダミー膜上にレジストがパターニングされたものを用いる。これにより、ダミーエッチング工程において、反応性ガスとレジストとが反応して生じる反応生成物の一部が反応室内壁に付着する一方、内壁に付着した反応生成物の一部が内壁から離脱する。このようにして、初期状態の反応室内壁にはある一定量の反応生成物が付着するため、それぞれ第２膜が形成された複数の半導体基板に対して１枚ずつ反応室内でエッチングを施す工程において、平衡状態に達するまでに処理する半導体基板の枚数をさらに減らすことができて、第２膜のＣＤシフト量のばらつきをさらに抑制することができる。
【００２２】
さらに好ましくは、第１ダミー半導体基板上のレジストによる第１ダミー膜の開口率は、半導体基板上のレジストによる第２膜の開口率と略同一である。
【００２３】
その場合、ダミーエッチング工程における第１ダミー膜のエッチングによって、反応性ガスとレジストとが反応して生じる反応生成物の一部が反応室内壁に付着する。しかも、この内壁に付着する量は、半導体基板上の第２膜をエッチングする工程においてレジストと反応性ガスとが反応して生じる反応生成物が内壁に付着する量とほぼ等しい。これにより、初期状態において反応室内壁に付着している反応生成物の量が、平衡状態において半導体基板上の第２膜のエッチングをする直前の内壁に付着している反応生成物の量にほぼ等しくなる。このため、半導体基板上の第２膜を順次エッチングする工程において、平衡状態に達するまでに処理する半導体基板の枚数をさらに減らすことができる。したがって、第２膜のＣＤシフト量のばらつきをさらに抑制することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係るプラズマエッチングプロセスを図を用いて説明する。図１は、プラズマエッチングプロセスのフローを示す一例である。図１を参照して、プラズマエッチングプロセスにおいては、まず、ダミーウェハをダミー放電するダミーエッチングを２０分間行なう（Ｓ１）。その後、実ウェハを２４枚連続してそれぞれ２分間放電する（Ｓ２）。実ウェハとして、図３に示すシリコン基板上にシリコン酸化膜とポリシリコン膜とパターニングされたフォトレジストを有する膜構造のものを用いた。ダミーウェハとして、実ウェハの下地膜と同じシリコン酸化膜をシリコン基板上に堆積したウェハを用いた。エッチングガスとして、塩素ガスを用いた。ダミー放電の時間としては、図８に示すエッチング装置の反応室内壁１０等が恒温になる時間を目安とした。本実施の形態においてはそれを２０分とした。また、実ウェハのエッチングにおいて、オーバーエッチングの時間はメインエッチング時間の１００％とした。
【００２５】
次に、処理結果について説明する。図２は実ウエハのエッチング速度とＣＤシフト量の処理枚数の依存性を示す。ダミーエッチングに用いたダミーウエハにはシリコン酸化膜が形成されている。そのため、ダミーエッチングは実ウエハのシリコン酸化膜をエッチングするオーバーエッチングに相当する。オーバーエッチング中には、反応室内壁１０に付着した反応生成物の一部が主に内壁１０から離脱してウエハに再付着する。したがって、ダミーエッチング後の反応室内壁１０に付着している反応生成物はほとんどない。その状態を初期状態として、先に実ウエハが順次エッチングされる。
【００２６】
最初の実ウエハのメインエッチング中に、反応生成物の一部が内壁１０に付着する。その実ウエハのオーバーエッチング中に内壁１０から反応生成物が離脱し実ウエハ上に再付着する。実ウエハに再付着した反応生成物は、ポリシリコン膜のパターン側壁に側壁保護膜として作用する。ところが、再付着する反応生成物の量が比較的少ないため、反応生成物が側壁保護膜として十分に作用しない。そのため、オーバーエッチング中にポリシリコン膜の側壁がエッチングされる。エッチングされたポリシリコン膜の幅は、エッチング前のレジストの幅より短くなる。すなわち、図２に示すように、ＣＤシフト量がＣＤロスとなる。最初の実ウエハのエッチング後にはオーバーエッチングにて離脱せずに残った反応生成物が内壁１０に付着している。
【００２７】
その次の実ウエハのエッチングにおいては、そのオーバーエッチング中に内壁１０から反応生成物が離脱し実ウエハ上に再付着する。再付着する量は、その実ウエハのエッチング前に既に反応生成物が内壁１０に付着しているため、前の実ウエハ上に再付着した反応生成物の量よりも多くなる。これにより、パターンの側壁保護膜として作用する反応生成物の量が増加する。そのためパターンの仕上がり形状がＣＤロスからＣＤゲインの方向へシフトする。
【００２８】
順次実ウエハのエッチングを行なうと、各実ウエハにおいて内壁に付着する反応生成物の量と、内壁から離脱して実ウエハ上に再付着する量とがほぼ等しくなる平衡状態に達する。平衡状態においては、図２に示すように、ＣＤシフト量の変化はほとんどみられず０となっている。このＣＤシフト量は、最初の実ウエハ数枚についてその変化が認められるが従来の技術の項において説明した結果と比べると、その変化量は小さい。従来の技術の項で説明した場合では、初期状態では内壁に多量の反応生成物が付着していた。一方、本実施の形態の場合、初期状態では内壁にはほとんど反応生成物が付着していない。つまり、初期状態において内壁に付着している反応生成物をほとんどなくすことにより、実ウエハを３、４枚処理した後に平衡状態に達することができる。
【００２９】
ところで、エッチング速度については、図２に示すように、処理枚数に依存せずほぼ一定のエッチング速度を示した。これは、ダミーエッチングの間に反応室内壁１０の温度が恒温状態となるためである。
【００３０】
また、このエッチングプロセスにおけるシリコン酸化膜のエッチング速度は５０Å／ｍｉｎである。そのため、ダミーウエハのシリコン酸化膜を数μｍにすることにより、ダミーウエハを数十回程度ダミー放電に繰返し使用することができる。したがって、半導体装置の製造コストも低減することができる。
【００３１】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係るプラズマエッチングプロセスについて図を用いて説明する。図３は、本実施の形態に用いるダミー放電用のダミーウエハの膜構造を示している。図３を参照して、ダミーウエハには実ウエハの下地膜と同質の膜１１上にフォトレジスト１３がパターニングされている。レジストのパターンは実ウエハと異なっていてもよく、微細なパターンである必要はない。ただし、ウエハ面積に対する下地膜１１の露出面積の比率である開口率は、実ウエハと同等であることが望ましい。本実施の形態における処理フローは、図１に示す処理フローと同様である。
【００３２】
次に、処理結果について図を用いて説明する。図４は実ウエハのエッチング速度とＣＤシフト量の処理枚数依存性について示したものである。ダミーウエハのシリコン酸化膜上にはレジストがパターニングされている。そのため、ダミーエッチングにおいて、反応性ガスとレジストとが反応して生じる反応生成物の一部が反応室内壁に付着する。また一方、内壁に付着した反応生成物の一部は内壁から離脱する。したがって、実施の形態１の場合と比較すると、ダミーエッチング後の反応室内壁には、ある一定量の反応生成物が付着している。その状態を初期状態として、次に実ウエハが順次エッチングされる。
【００３３】
最初の実ウエハのメインエッチング中に、反応生成物の一部が内壁１０に付着する。その実ウエハのオーバーエッチング中に内壁１０から反応生成物が離脱し実ウエハ上に再付着する。しかも、実施の形態１の場合と比較すると、初期状態において既にある一定量の反応生成物が付着しているため、より多くの量が再付着する。そのため、実ウエハのポリシリコン膜のパターン側壁に反応生成物が側壁保護膜としてより十分に作用する。これにより、オーバーエッチング中にポリシリコン膜の側壁がエッチングされるのが抑制される。したがって、実施の形態１の場合と比較すると、図４に示すようにＣＤロスの値が小さくなる。
【００３４】
その後、順次実ウエハのエッチングを行なうと、実施の形態１において説明したように平衡状態に達し、ＣＤシフト量の変化は、図４に示すようにほとんど０となる。
【００３５】
本実施の形態の場合、初期状態において反応室内壁１０にある一定量の反応生成物が付着している。この反応生成物がパターンの側壁保護膜として作用する。これにより、実ウエハのエッチングが実施の形態１の場合よりも速く平衡状態に達し、実ウエハを２、３枚処理した後に平衡状態となる。
【００３６】
ところで、エッチング速度についは、図４に示すように処理枚数に依存せずほぼ一定のエッチング速度を示した。これは、実施の形態１において説明した理由と同じ理由による。
【００３７】
また、このプラズマエッチングプロセスにおけるフォトレジストのエッチング速度は、４００Å／ｍｉｎである。ダミーエッチングに用いるダミーウエハのパターンは微細である必要がないため、フォトレジストは厚く形成することができる。たとえば、その厚さを１０μｍ程度とすることにより、１枚のダミーウエハを１０回程度使用することができる。フォトレジストをパターニングする分実施の形態１の場合と比べてコストがかかるが、繰返して使用することができる点で製造コストを低減することができる。
【００３８】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係るプラズマエッチングプロセスについて図を用いて説明する。図５はそのフローを示す図である。図５を参照して、本フローは実ウエハ処理（Ｓ２）の前に、ダミーエッチングとしてのダミー放電１（Ｓ３）とダミー放電２（Ｓ４）を備えている。ダミー放電１においては、実ウエハのメインエッチング中に露出する膜と同質の膜であるポリシリコン膜を形成したダミーウエハを用いた。ダミー放電２においては、実ウエハの下地膜と同質の膜であるシリコン酸化膜を形成したダミーウエハを用いた。
【００３９】
次に、その処理結果について説明する。図６は実ウエハのエッチング速度とＣＤシフト量の処理枚数依存性を示す。ダミー放電１（Ｓ３）においては、反応性ガスとポリシリコン膜とが反応することによって発生する反応生成物の一部が反応室内壁に付着する。ダミー放電２（Ｓ４）においては、反応室内壁に付着した反応生成物の一部が内壁から離脱する。これにより、ダミーエッチング後の反応室内壁にはある量の反応生成物が付着している。その状態を初期状態として次に実ウエハが順次エッチングされる。
【００４０】
最初の実ウエハのメインエッチング中に、反応生成物の一部が内壁１０に付着する。その実ウエハのオーバーエッチング中に内壁１０から反応生成物が離脱し実ウエハ上に再付着する。しかも、この量はダミー放電１およびダミー２を行なうことにより、実ウエハのエッチングが平衡状態において各実ウエハをエッチングする直前の内壁に付着している反応生成物の量に近い。この反応生成物が側壁保護膜としさらに十分に作用する。これにより、オーバーエッチング中にポリシリコン膜の側壁がエッチングされるのが抑制される。したがって、実施の形態２の場合と比較すると、図６に示すように、ＣＤロスの値がさらに小さくなる。
【００４１】
その後、順次実ウエハのエッチングを行なうと平衡状態に達し、ＣＤシフトの変化量は、図６に示すようにほとんど０となる。
【００４２】
上述したように、本実施の形態の場合、初期状態において反応室内壁にある一定量の反応生成物が付着している。しかも、この量は実ウエハのエッチングが平衡状態において各実ウエハをエッチングする直前の内壁に付着している反応生成物の量に近い。この反応生成物が側壁保護膜として作用することにより、実ウエハのエッチングが実施の形態２の場合よりも速く平衡状態に到達し、実ウエハを１、２枚処理した後に平衡状態となる。
【００４３】
ところで、エッチング速度については、図６に示すように処理枚数に依存せずほぼ一定のエッチング速度を示した。これも、実施の形態１で説明した理由と同じ理由による。
【００４４】
また、ダミーエッチングに用いるダミーウエハのシリコン酸化膜とポリシリコン膜の膜厚を数μｍにすることにより、ダミーウエハを数回程度ダミー放電に使用することができる。ダミーウエハが１枚余分に必要という点から実施の形態１に示す場合よりコストはかかるが、レジストをパターニングする必要がない分実施の形態２に示す場合よりコストは低い。しかしながら、ダミーウエハを２枚用いることで、その搬送時間が１枚の場合よりも余分にかかるため、スループットが若干落ちるという欠点もある。
【００４５】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４に係るプラズマエッチングプロセスについて図を用いて説明する。まず、プラズマエッチングプロセスは図５に示すプロセスフローと同様である。ダミー放電２におけるダミーウエハとして、図３に示すフォトレジストマスク付きのシリコン酸化膜が形成されたウエハを用いた。その他の条件については実施の形態３において説明した条件と同様にした。
【００４６】
次に、処理結果について図を用いて説明する。図７は、実ウエハのエッチング速度とＣＤシフト量の処理枚数依存性を示したものである。ダミー放電１（Ｓ３）においては、反応性ガスとポリシリコン膜とが反応することによって発生する反応生成物の一部が反応室内壁に付着する。ダミー放電２（Ｓ４）においては、反応室内壁に付着した反応生成物の一部が内壁から離脱する。また、反応性ガスとレジストとが反応することによって発生する反応生成物の一部が反応室内壁に付着する。これにより、ダミーエッチング後の反応室内壁にはある量の反応生成物が付着している。その状態を初期状態として次に実ウエハが順次エッチングされる。
【００４７】
最初の実ウエハのメインエッチング中に、反応生成物の一部が内壁１０に付着する。その実ウエハのオーバーエッチング中に内壁１０から反応生成物が離脱し実ウエハ上に再付着する。しかも、この量はダミー放電１およびダミー放電２を行なうことにより、実ウエハのエッチングが平衡状態において各実ウエハをエッチングする直前の内壁に付着している反応生成物の量にほとんど近い。この反応生成物が側壁保護膜としてさらに十分に作用する。これにより、オーバーエッチング中にポリシリコン膜の側壁がエッチングされるのが抑制される。したがって、実施の形態３の場合と比較すると、図７に示すようにＣＤシフト量がほとんど０となる。
【００４８】
その後の実ウエハのエッチングにおいては、図７に示すように、ＣＤシフトの変化量はほとんど０である。
【００４９】
上述したように、本実施の形態の場合、初期状態において反応室内壁にある一定量の反応生成物が付着している。しかも、この量は実ウエハのエッチングが平衡状態において各実ウエハをエッチングする直前の内壁に付着している反応生成物の量にほとんど近い。この反応生成物が側壁保護膜として作用することにより、実ウエハのエッチングが実施の形態３の場合よりも速く平衡状態に到達し、図７に示すように、１枚目の実ウエハの処理からほぼ平衡状態が達成されている。
【００５０】
ところで、エッチング速度については、図７に示すように処理枚数に依存せずほぼ一定のエッチング速度を示した。これも、実施の形態１で説明した理由と同じ理由による。
【００５１】
また、ダミーエッチングに用いるダミーウエハのシリコン酸化膜とポリシリコン膜の膜厚を数μｍにすることにより、ダミーウエハを数回程度ダミー放電に使用することができる。ダミーウエハが１枚余分に必要であり、しかもレジストをパターニングする分実施の形態１〜３に示す場合よりコストがやや高くなる。
【００５２】
なお、実施の形態３、４においては、ダミー放電１に用いるウエハとしてシリコン基板上にポリシリコン膜が形成されたものを用いた。この他に、このウエハとしては単にシリコンウエハであってもよい。また、そのシリコンウエハの上にフォトレジストがパターニングされたウエハであってもよい。いずれの場合も実施の形態３または実施の形態４で説明した効果を得ることができる。
【００５３】
また、実施の形態１〜４においては実ウエハとしてシリコン酸化膜上のポリシリコン膜をエッチングする場合について説明したが、他の膜構造についても同様に適用することができる。たとえば、シリコン酸化膜上に形成されたアルミ膜をパターニングする場合、シリコン酸化膜上のタングステン膜をパターニングする場合において、それぞれの膜質に対応したダミーウエハを用意し、ダミー放電を行なうことによりエッチング特性を安定化することができる。
【００５４】
なお、今回開示された実施の形態は、単なる一例にすぎず、特許請求の範囲に記載された発明の均等の範囲内において、種々の実施の態様が取り得ることが意図される。
【００５５】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、ダミーエッチングを行なって反応室内壁に付着している反応生成物を内壁から離脱することにより、初期状態の反応室内壁に付着している反応生成物はほとんどなくなる。これにより、それぞれ第２膜が形成された複数の半導体基板に対して１枚ずつ反応室内でエッチングを施す際に、第２膜のエッチングがより少ない枚数で平衡状態に達して、各第２膜のＣＤシフト量のばらつきを抑えることができる。
【００５６】
しかも、第１ダミー半導体基板として、第１ダミー膜上にレジストがパターニングされたものを用いることで、ダミーエッチング工程において、反応性ガスとレジストとが反応して生じる反応生成物の一部が反応室内壁に付着する一方、内壁に付着した反応生成物の一部が内壁から離脱する。このようにして、初期状態の反応室内壁にはある一定量の反応生成物が付着するため、それぞれ第２膜が形成された複数の半導体基板に対して１枚ずつ反応室内でエッチングを施す工程において、平衡状態に達するまでに処理する半導体基板の枚数をさらに減らすことができて、第２膜のＣＤシフト量のばらつきをさらに抑制することができる。
【００５７】
本発明に係る他の半導体装置の製造方法によれば、特に、ダミーエッチング工程における第２ダミー膜のエッチングによって、反応性ガスと第２ダミー膜とが反応して生じる反応生成物の一部が反応室内壁に付着する。一方、第１ダミー膜のエッチングによって反応室内壁に付着している反応生成物が内壁から離脱する。これにより、初期状態の反応室内壁には、ある量の反応生成物が付着している。しかも、この反応生成物の量は、第１ダミー膜と第２ダミー膜とをエッチングすることにより、平衡状態において半導体基板上の第２膜をエッチングする直前の内壁に付着している反応生成物の量に近づく。このため、それぞれ第２膜が形成された複数の半導体基板に対して１枚ずつ反応室内でエッチングを施す工程において、平衡状態に達するまでに処理する半導体基板の枚数をさらに減らすことができる。したがって、第２膜のＣＤシフト量のばらつきをさらに抑制することができる。
【００５８】
好ましくは、第１ダミー半導体基板として、第１ダミー膜上にレジストがパターニングされたものを用いることにより、ダミーエッチング工程において、反応性ガスとレジストとが反応して生じる反応生成物の一部が反応室内壁に付着する一方、内壁に付着した反応生成物の一部が内壁から離脱する。このようにして、初期状態の反応室内壁にはある一定量の反応生成物が付着するため、それぞれ第２膜が形成された複数の半導体基板に対して１枚ずつ反応室内でエッチングを施す工程において、平衡状態に達するまでに処理する半導体基板の枚数をさらに減らすことができて、第２膜のＣＤシフト量のばらつきをさらに抑制することができる。
【００５９】
さらに好ましくは、第１ダミー半導体基板上のレジストによる第１ダミー膜の開口率は、半導体基板上のレジストによる第２膜の開口率と略同一である。
【００６０】
その場合、ダミーエッチングによって初期状態の内壁に付着している反応生成物の量は、平衡状態において半導体基板上の第２膜をエッチングする直前の内壁に付着している反応生成物の量とほぼ等しくなる。これにより、複数の半導体基板のそれぞれの上に形成された第２膜のエッチングが１枚目からほぼ平衡状態となる。したがって、各第２膜のＣＤシフト量のばらつきをほとんど抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１におけるプロセスフローの一例を示す図である。
【図２】  同実施の形態２におけるエッチング速度とＣＤシフト量の処理枚数依存性を示すグラフである。
【図３】  本発明の実施の形態２におけるダミーウエハの膜構造を示す図である。
【図４】  同実施の形態２におけるエッチング速度とＣＤシフト量の処理枚数依存性を示すグラフである。
【図５】  本発明の実施の形態３におけるプロセスフローの一例を示す図である。
【図６】  同実施の形態３におけるエッチング速度とＣＤシフト量の処理枚数依存性を示すグラフである。
【図７】  本発明の実施の形態４におけるエッチング速度とＣＤシフト量の処理枚数依存性を示すグラフである。
【図８】  プラズマエッチング装置の構造の一例を示す断面図である。
【図９】  従来の技術におけるエッチング速度の処理枚数依存性を示すグラフである。
【図１０】  従来の技術におけるエッチング速度とＣＤシフト量の処理枚数依存性を示すグラフである。
【図１１】  従来の技術および本実施の形態１〜４における実ウエハ膜構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１  反応室、２  半導体ウエハ、１０  内壁、１１  シリコン酸化膜、１２ポリシリコン膜、１３  フォトレジスト。
【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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