(57)【要約】      （修正有）【課題】反応生成物の堆積量や分布などの堆積状態を調整することで、ライン幅の寸法やウェーハ面内均一性などの調整をすることができる半導体装置の製造方法と半導体製造装置を提供する。【解決手段】チャンバー９内で、ウェーハ上に設けられた薄膜を順次選択的にドライエッチングする半導体装置の製造方法において、前記ウェーハ上に設けられた第１の薄膜を選択的にエッチングし、前記エッチングにより前記ウェーハに対向する前記チャンバー内の部材に堆積した反応生成物の一部を除去することによりその堆積分布を均一な状態に近づけた後に、前記第２の薄膜を選択的にエッチングする。【選択図】図１
2008109071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内で、ウェーハ上に設けられた複数の薄膜を順次選択的にドライエッチングする半導体装置の製造方法であって、
前記ウェーハ上に設けられた第１の薄膜を選択的にエッチングし、
前記エッチングにより前記ウェーハに対向する前記チャンバー内に堆積した反応生成物の一部を除去することによりその堆積分布を均一な状態に近づけた後に、
前記第１の薄膜の下に設けられた第２の薄膜を選択的にエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
チャンバー内で、ウェーハ上に設けられた複数の薄膜を順次選択的にドライエッチングする半導体装置の製造方法であって、
チャンバー内に設置されたウェーハ上に設けられた第１の薄膜を選択的にエッチングする工程と、
前記エッチングにより前記チャンバー内に堆積した反応生成物の少なくとも一部を除去する工程と、
前記ウェーハの前記第１の薄膜の下に設けられた第２の薄膜を選択的にエッチングする工程と、
を備え、
前記第１の薄膜をエッチングする工程と、前記反応生成物を除去する工程と、前記第２の薄膜をエッチングする工程と、の少なくともいずれかにおいて、前記チャンバー内に堆積した前記反応生成物の量に関する情報を取得し、その次のウェーハについて、前記第１の薄膜をエッチングする工程と、前記反応生成物を除去する工程と、前記第２の薄膜をエッチングする工程と、の少なくともいずれかにフィードバックすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ウェーハの前記第２の薄膜の下に設けられた第３の薄膜を選択的にエッチングする工程をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
チャンバー内で、ウェーハ上に設けられた複数の薄膜を順次選択的にドライエッチングする半導体装置の製造方法であって、
チャンバー内に設置されたウェーハ上に設けられた第１の薄膜を選択的にエッチングする工程と、
前記エッチングにより前記チャンバー内に堆積した反応生成物の少なくとも一部を除去する工程と、
前記ウェーハの前記第１の薄膜の下に設けられた第２の薄膜を選択的にエッチングする工程と、
前記ウェーハの前記第２の薄膜の下に設けられた第３の薄膜を選択的にエッチングする工程と、
を備え、
前記第１の薄膜をエッチングする工程と、前記反応生成物を除去する工程と、前記第２の薄膜をエッチングする工程と、の少なくともいずれかにおいて、前記チャンバー内に堆積した前記反応生成物の量に関する情報を取得し、前記第３の薄膜をエッチングする工程にフィードフォワードすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第３の薄膜は、酸化シリコンからなることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１の薄膜は、酸化シリコンからなり、
前記第２の薄膜は、レジストからなることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記反応生成物の量に関する情報をプラズマの発光の測定により取得することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記反応生成物の除去にはＣＨ４ガスを含むガスを用い、前記ガスにおけるＣＨ４ガスの添加量を１重量％以上８．３重量％未満とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
チャンバー内で、ウェーハ上に設けられた薄膜を順次選択的にドライエッチングする半導体装置の製造方法であって、
前記ウェーハ上に設けられた第１の薄膜を選択的にエッチングしてパターンを形成し、
前記パターン上に残留するマスクを除去する際に、前記エッチングにより前記ウェーハに対向する前記チャンバー内の部材に堆積した反応生成物から生ずるラジカルを用いて前記パターンのサイズを調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記調整には、前記ウェーハにＲＦバイアスを印加することを含むことを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の薄膜は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
チャンバー内で、ウェーハ上に設けられた薄膜を選択的にドライエッチングする半導体装置の製造方法であって、
チャンバー内で、前記ウェーハ上に設けられた薄膜を選択的にエッチングし、
前記ウェーハを前記チャンバーから搬出した後に、前記チャンバー内に載置されていた前記ウェーハに対向する前記チャンバー内の部材に堆積した反応生成物の一部を除去することによりその堆積分布を均一な状態に近づけることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の製造方法を用いて製造したことを特徴とする半導体装置 。
【請求項１４】
ウェーハを収容可能としたチャンバーと、
前記チャンバーを排気する排気系と、
前記チャンバーにガスを供給するガス供給系と、
前記チャンバーに供給されたガスのプラズマを生成する高周波電源と、
前記チャンバーにウェーハを搬送するウェーハ搬送部と、
前記チャンバー内に堆積した生成物に関する情報を取得可能な測定部と、
前記排気系、ガス供給系、高周波電源、ウェーハ搬送系を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記ウェーハ搬送部によりウェーハを前記チャンバー内に搬送させ、
前記排気系、前記ガス供給系及び前記高周波電源を制御して前記チャンバー内に設置された前記ウェーハ上に設けられた第１の薄膜を選択的にエッチングし、
前記排気系、前記ガス供給系及び前記高周波電源を制御して前記エッチングにより前記チャンバー内に堆積した反応生成物の少なくとも一部を除去し、
前記排気系、前記ガス供給系及び前記高周波電源を制御して前記ウェーハの前記第１の薄膜の下に設けられた第２の薄膜を選択的にエッチングし、
前記第１の薄膜のエッチングと、前記反応生成物の除去と、前記第２の薄膜のエッチングと、の少なくともいずれかにおいて、前記チャンバー内に堆積した前記反応生成物の量に関する情報を前記測定部により取得し、その次のウェーハについて、前記第１の薄膜のエッチングと、前記反応生成物の除去と、前記第２の薄膜のエッチングと、の少なくともいずれかにフィードバックすることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１５】
前記フィードバックに用いるデータを格納するデータ格納部をさらに備えたことを特徴とする請求項１４記載の半導体製造装置。
【請求項１６】
ウェーハを収容可能としたチャンバーと、
前記チャンバーを排気する排気系と、
前記チャンバーにガスを供給するガス供給系と、
前記チャンバーに供給されたガスのプラズマを生成する高周波電源と、
前記チャンバーにウェーハを搬送するウェーハ搬送部と、
前記チャンバー内に堆積した生成物に関する情報を取得可能な測定部と、
前記排気系、ガス供給系、高周波電源、ウェーハ搬送系を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記排気系、前記ガス供給系及び前記高周波電源を制御して前記チャンバー内に設置されたウェーハ上に設けられた第１の薄膜を選択的にエッチングし、
前記排気系、前記ガス供給系及び前記高周波電源を制御して前記前記エッチングにより前記チャンバー内に堆積した反応生成物の少なくとも一部を除去し、
前記排気系、前記ガス供給系及び前記高周波電源を制御して前記前記ウェーハの前記第１の薄膜の下に設けられた第２の薄膜を選択的にエッチングし、
前記排気系、前記ガス供給系及び前記高周波電源を制御して前記前記ウェーハの前記第２の薄膜の下に設けられた第３の薄膜を選択的にエッチングし、
前記第１の薄膜のエッチングと、前記反応生成物の除去と、前記第２の薄膜のエッチングと、の少なくともいずれかにおいて、前記チャンバー内に堆積した前記反応生成物の量に関する情報を前記測定部により取得し、前記第３の薄膜エッチングにフィードフォワードすることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１７】
前記フィードフォワードに用いるデータを格納するデータ格納部をさらに備えたことを特徴とする請求項１６記載の半導体製造装置。
【請求項１８】
前記測定部は、前記チャンバーの中に生成されるプラズマの発光を検出する発光モニタであることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１つに記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、半導体製造装置及び半導体装置に関し、特に、微細なパターンを精度よく形成させるのに好適な半導体装置の製造方法、半導体製造装置及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細なパターンをドライエッチング加工で形成する場合に、寸法制御性に優れる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法がよく用いられる。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法では、プラズマによりエッチングガスを分解、活性化させてイオンや中性活性種を生成し、これらの作用により半導体ウェーハ（以下、「ウェーハ」とする）表面上に微細なパターンを形成する。そして、パターンの形成時に生じた揮発性の反応生成物は、排気手段を用いてチャンバー外に排出させる。
【０００３】
しかしながら、この反応生成物の一部が排出されずにチャンバー内の内壁、電極、誘電体窓などに堆積することがある。そして、この堆積した反応生成物がエッチングレートなどのエッチング特性に大きな影響を与え、パターンのライン幅寸法の精度やウェーハ面内における均一性を低下させる原因となる。また、このようなことは、製品としての半導体装置の信頼性を低下させることにもつながる。
【０００４】
そのため、堆積した反応生成物を除去するクリーニング技術（例えば、特許文献１）や、堆積した反応生成物を強固な膜に変えて影響を低減させる技術（例えば、特許文献２）などが提案されている。
しかし、堆積した反応生成物を除去するクリーニング技術では、クリーニング直前と直後におけるエッチングレートなどの再現性や、クリーニング時間を必要とすることに伴う生産性の低下に大きな問題がある。また、堆積した反応生成物を強固な膜に変える技術では、堆積した反応生成物を利用したライン幅寸法やウェーハ面内均一性などの調整をすることができない。
【特許文献１】特開平５−１２９２４６号公報
【特許文献２】特許第３７１２８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、反応生成物の堆積量や分布などの堆積状態を調整することで、ライン幅の寸法やウェーハ面内均一性などの調整をすることができる半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供する。また、本発明は、信頼性の高い半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、チャンバー内で、ウェーハ上に設けられた薄膜を順次選択的にドライエッチングする半導体装置の製造方法であって、前記ウェーハ上に設けられた第１の薄膜を選択的にエッチングし、前記エッチングにより前記ウェーハに対向する前記チャンバー内の部材に堆積した反応生成物の一部を除去することによりその堆積分布を均一な状態に近づけた後に、前記第２の薄膜を選択的にエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の一態様によれば、チャンバー内で、ウェーハ上に設けられた複数の薄膜を順次選択的にドライエッチングする半導体装置の製造方法であって、チャンバー内に設置されたウェーハ上に設けられた第１の薄膜を選択的にエッチングする工程と、前記エッチングにより前記チャンバー内に堆積した反応生成物の少なくとも一部を除去する工程と、前記ウェーハの前記第１の薄膜の下に設けられた第２の薄膜を選択的にエッチングする工程と、を備え、前記第１の薄膜をエッチングする工程と、前記反応生成物を除去する工程と、前記第２の薄膜をエッチングする工程と、の少なくともいずれかにおいて、前記チャンバー内に堆積した前記反応生成物の量に関する情報を取得し、その次のウェーハについて、前記第１の薄膜をエッチングする工程と、前記反応生成物を除去する工程と、前記第２の薄膜をエッチングする工程と、の少なくともいずれかにフィードバックすることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の他の一態様によれば、チャンバー内で、ウェーハ上に設けられた複数の薄膜を順次選択的にドライエッチングする半導体装置の製造方法であって、チャンバー内に設置されたウェーハ上に設けられた第１の薄膜を選択的にエッチングする工程と、前記エッチングにより前記チャンバー内に堆積した反応生成物の少なくとも一部を除去する工程と、前記ウェーハの前記第１の薄膜の下に設けられた第２の薄膜を選択的にエッチングする工程と、前記ウェーハの前記第２の薄膜の下に設けられた第３の薄膜を選択的にエッチングする工程と、を備え、前記第１の薄膜をエッチングする工程と、前記反応生成物を除去する工程と、前記第２の薄膜をエッチングする工程と、の少なくともいずれかにおいて、前記チャンバー内に堆積した前記反応生成物の量に関する情報を取得し、前記第３の薄膜をエッチングする工程にフィードフォワードすることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の他の一態様によれば、チャンバー内で、ウェーハ上に設けられた薄膜を順次選択的にドライエッチングする半導体装置の製造方法であって、前記ウェーハ上に設けられた第１の薄膜を選択的にエッチングしてパターンを形成し、前記パターン上に残留するマスクを除去する際に、前記エッチングにより前記ウェーハに対向する前記チャンバー内の部材に堆積した反応生成物から生ずるラジカルを用いて前記パターンのサイズを調整することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１０】
さらにまた、本発明の他の一態様によれば、チャンバー内で、ウェーハ上に設けられた薄膜を選択的にドライエッチングする半導体装置の製造方法であって、チャンバー内で、前記ウェーハ上に設けられた薄膜を選択的にエッチングし、前記ウェーハを前記チャンバーから搬出した後に、前記チャンバー内に載置されていた前記ウェーハに対向する前記チャンバー内の部材に堆積した反応生成物の一部を除去することによりその堆積分布を均一な状態に近づけることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１１】
さらにまた、本発明の他の一態様によれば、  ウェーハを収容可能としたチャンバーと、前記チャンバーを排気する排気系と、前記チャンバーにガスを供給するガス供給系と、前記チャンバーに供給されたガスのプラズマを生成する高周波電源と、前記チャンバーにウェーハを搬送するウェーハ搬送部と、前記チャンバー内に堆積した生成物に関する情報を取得可能な測定部と、前記排気系、ガス供給系、高周波電源、ウェーハ搬送系を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、グ前記ウェーハ搬送部によりウェーハを前記チャンバー内に搬送させ、前記排気系、前記ガス供給系及び前記高周波電源を制御して前記チャンバー内に設置された前記ウェーハ上に設けられた第１の薄膜を選択的にエッチングし、前記排気系、前記ガス供給系及び前記高周波電源を制御して前記エッチングにより前記チャンバー内に堆積した反応生成物の少なくとも一部を除去し、
前記排気系、前記ガス供給系及び前記高周波電源を制御して前記ウェーハの前記第１の薄膜の下に設けられた第２の薄膜を選択的にエッチングし、前記第１の薄膜のエッチングと、前記反応生成物の除去と、前記第２の薄膜のエッチングと、の少なくともいずれかにおいて、前記チャンバー内に堆積した前記反応生成物の量に関する情報を前記測定部により取得し、その次のウェーハについて、前記第１の薄膜のエッチングと、前記反応生成物の除去と、前記第２の薄膜のエッチングと、の少なくともいずれかにフィードバックすることを特徴とする半導体製造が提供される。
【００１２】
さらにまた、本発明の他の一態様によれば、ウェーハを収容可能としたチャンバーと、前記チャンバーを排気する排気系と、前記チャンバーにガスを供給するガス供給系と、前記チャンバーに供給されたガスのプラズマを生成する高周波電源と、前記チャンバーにウェーハを搬送するウェーハ搬送部と、前記チャンバー内に堆積した生成物に関する情報を取得可能な測定部と、前記排気系、ガス供給系、高周波電源、ウェーハ搬送系を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記排気系、前記ガス供給系及び前記高周波電源を制御して前記チャンバー内に設置されたウェーハ上に設けられた第１の薄膜を選択的にエッチングし、前記排気系、前記ガス供給系及び前記高周波電源を制御して前記前記エッチングにより前記チャンバー内に堆積した反応生成物の少なくとも一部を除去し、前記排気系、前記ガス供給系及び前記高周波電源を制御して前記前記ウェーハの前記第１の薄膜の下に設けられた第２の薄膜を選択的にエッチングし、前記排気系、前記ガス供給系及び前記高周波電源を制御して前記前記ウェーハの前記第２の薄膜の下に設けられた第３の薄膜を選択的にエッチングし、前記第１の薄膜のエッチングと、前記反応生成物の除去と、前記第２の薄膜のエッチングと、の少なくともいずれかにおいて、前記チャンバー内に堆積した前記反応生成物の量に関する情報を前記測定部により取得し、前記第３の薄膜エッチングにフィードフォワードすることを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、反応生成物の堆積量や分布などの堆積状態を調整することで、ライン幅の寸法やウェーハ面内均一性などの調整をすることができる半導体装置の製造方法及び半導体製造装置が提供される。また、本発明によれば、信頼性の高い半導体装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。  
図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式工程断面図である。
【００１５】
ここでは、一例として、積層マスク１を有するウェーハＷを反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置８でドライエッチング加工する場合を説明する。積層マスク１を用いたドライエッチング加工は同一チャンバー内で連続的に行われる。図１の各図における左側の図は、積層マスク１を有するウェーハＷの模式工程断面図、右側の図は各工程におけるチャンバー９内の様子を説明するための模式断面図である。
【００１６】
図１（ａ）の左図に示すように、積層マスク１は上層レジスト２、酸化膜３、下層レジスト４を備えている。上層レジスト２と下層レジスト４は有機系材料からなり、酸化膜３は無機系材料、例えば、ＳＯＧ（スピン・オン・グラス）等の酸化シリコン（ＳｉＯx ）系材料からなる。積層マスク１の下層にはＳｉＯ２などからなる酸化膜５が設けられている。この酸化膜５がドライエッチングされてパターンのラインとなる。酸化膜５の下層にはＳｉＮなどからなる窒化膜６、ポリシリコン膜７がそれぞれ設けられている。
【００１７】
図１（ａ）の右図に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置８は、チャンバー９を備えている、チャンバー９内の天井部分には上部電極１０が設けられている。チャンバー９内の下部には、半導体ウェーハ（以下、「ウェーハ」とする）Ｗを載置、保持するための載置台１１が設けられている。載置台１１には図示しない静電チャックが設けられている。また、載置台１１は、異なる周波数〔ＨＦ（High Frequency）；ソースパワー制御用、ＬＦ（Low Frequency）；バイアスパワー制御用〕を有する高周波電源１７，１８と接続されている。尚、図１に例示した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置８としては、公知の平行平板型ＲＩＥ（Reactive Ion Etching)装置などを用いることができるので、その詳細は省略する。
【００１８】
まず、図１（ｂ）の左図に示すように、プラズマＰにＣＦ系ガスを含むガスを導入し、これを分解、活性化させて酸化膜３をドライエッチング加工する。この時、上層レジスト２がマスクとなる。
【００１９】
酸化膜３がドライエッチング加工される時、図１（ｂ）の右図に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置８の上部電極１０にＣＦ系ガスの成分を含む反応生成物１２が山型に堆積する。  
次に、図１（ｃ）の左図に示すように、下層レジスト４のドライエッチング加工前に、下層レジスト４がエッチングされるのを抑制しつつ、上部電極１０に堆積した反応生成物１２の堆積状態を調整する。
【００２０】
反応生成物１２の堆積状態の調整は、酸素イオンや酸素ラジカル、または水素イオンや水素ラジカルを用いて反応生成物１２の一部を除去し、堆積量や分布状態を調整することにより行う。この調整の終了は、発光モニターや時間管理により知ることができる。堆積状態の調整についての詳細は後述する。
【００２１】
図１（ｃ）の右図に示すように、堆積量や分布状態を調整した後の反応生成物１３は、ほぼ平らで均等な分布となっている。尚、反応生成物１２を全て除去することもできるが、全てを除去するくらいのプラズマ処理を行った場合は、下層レジスト４のパターン消失が起こり得るので好ましくない。
【００２２】
次に、図１（ｄ）の左図に示すように、プラズマＰにＯ２（酸素ガス）、Ｎ２（窒素ガス）、ＣＯ（一酸化炭素ガス）、ＮＨ３（アンモニアガス）、Ｈ２（水素ガス）のいずれかを含むガスを導入し、これを分解、活性化させて下層レジスト４をドライエッチング加工する。この時、図１（ｂ）で加工した酸化膜３がマスク（酸化物マスク）となる。
【００２３】
ここで、このドライエッチング加工前に、上部電極に堆積した反応生成物１３の堆積状態が調整されているので、寸法精度や面内均一性に優れた加工をすることができる。尚、厚さの薄い上層レジスト２は完全に除去される。寸法精度や面内均一性に優れた加工をすることができることの詳細は後述する。  
また、図１（ｄ）の右図に示すように、このドライエッチング加工により反応生成物１３もほぼ完全に除去される。
【００２４】
次に、図１（ｅ）の左図に示すように、プラズマＰにＣＦ系ガスを含むガスを導入し、これを分解、活性化させて酸化膜５をドライエッチング加工する。この時、下層レジスト４がマスクとなる。前述したように、下層レジスト４が寸法精度よくドライエッチング加工されているので、これをマスクとする酸化膜５も寸法精度よく加工することができる。
この時、図１（ｅ）の右図に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置８の上部電極１０にＣＦ系ガスの成分を含む反応生成物１４が山型に堆積する。
【００２５】
次に、図１（ｆ）の左図に示すように、プラズマＰにＯ２を含むガスを導入し、これを分解、活性化させてマスクである下層レジスト４を除去（アッシング）する。  
この際、図１（ｆ）の右図に示すように、上部電極１０に堆積している反応生成物１４をも除去しつつ、この反応生成物１４の除去に伴い発生するＦラジカル（フッ素ラジカル）を利用して酸化膜５のライン幅寸法や面内均一性を調整する。発生するＦラジカル（フッ素ラジカル）を利用して酸化膜５のライン幅寸法や面内均一性を調整することについての説明は後述する。
【００２６】
最後に、図１（ｇ）に示すように、ウェーハＷをチャンバー９外に搬出した後、プラズマＰにＯ２を含むガスを導入し、これを分解、活性化させて、上部電極１０に残留（堆積）した反応生成物１５の堆積状態を調整する。  
反応生成物１５の堆積状態を調整すれば、次に加工するウェーハＷの酸化膜５のライン幅寸法精度や面内均一性を向上させることができる。
【００２７】
ここで、まず、上部電極１０に堆積した反応生成物１２の影響について説明する。  
図２は、上部電極１０に反応生成物１２が山型に堆積した場合の影響を説明するためのグラフ図である。横軸はウェーハ面内位置、縦軸は酸化膜５のライン幅寸法を表している。
【００２８】
また、図３は、酸化膜５をマスクとして窒化膜６をもドライエッチング加工した場合の窒化膜６のライン幅寸法のウェーハ面内分布を示したグラフ図である。尚、図２の酸化膜５のドライエッチング加工は、図１（ｃ）で説明をした反応生成物１２の堆積状態の調整をせずにそのまま酸化膜５までの加工を行った場合である。また、図３の窒化膜６のドライエッチング加工は、図２の酸化膜５をそのままマスクとして用いてドライエッチング加工した場合である。
【００２９】
図２、図３から分かるように、ウェーハの中心部とエッジ部とでは、ライン幅の寸法差が、図２の場合で１６．９ｎｍ、図３の場合で１９．９ｎｍとなっている。近年の高集積化が進む半導体装置においては、このような大きな寸法差は許されず大きな問題となる。
【００３０】
本発明者は、検討の結果、このような大きな寸法差を引き起こす原因についての知見を得た。  
まず、第一の原因には、図１（ｂ）で説明をした酸化膜３のドライエッチング加工により、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置８の上部電極１０に堆積した反応生成物１２の影響がある。この上部電極１０に堆積した反応生成物１２が、下層レジスト４のドライエッチング加工中に分解、解離されることによりＦラジカル（フッ素ラジカル）やイオンが発生し、この発生したＦラジカル（フッ素ラジカル）が、マスクである酸化膜３をサイドエッチングしてしまうことが判明した。その結果、下層レジスト４の寸法も細くなってしまっていた。そして、この反応生成物はチャンバー９の内壁にも堆積するが、ウェーハＷ直上に位置する上部電極１０に堆積した反応生成物１２の影響が、最も大きいことも判明した。
【００３１】
図４は、図１（ｂ）で説明した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置８の上部電極１０に堆積した反応生成物１２の影響を説明するための模式断面図である。なお、図４以降の各図については、既出の図に関して説明したものと同様の要素、ステップには同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
図４（ａ）は、酸化膜３のドライエッチング加工後のチャンバー９内を表した模式断面図である。
【００３２】
前述したように、ＣＦ系ガスを含むガスを用いて酸化膜３をドライエッチング加工すれば、上部電極１０には、その成分であるＦ（フッ素原子）を含む反応生成物１２が堆積する。この時、堆積量はウェーハＷ中心の直上が最も多く、図に示したように山型に堆積する。これは、反応生成物１２は、ＣＦ系ガスが解離して上部電極に付着したものであり、このＣＦ系ガスによるプラズマ密度が、ウェーハＷの中心の直上で最も高くなるからであると考えられる。
【００３３】
図４（ｂ）は、下層レジスト４のドライエッチング加工中にマスクである酸化膜３がサイドエッチングされることを説明するための模式図である。前述したように、下層レジスト４のドライエッチング加工ではＯ２（酸素ガス）、Ｎ２（窒素ガス）、ＣＯ（一酸化炭素ガス）、ＮＨ３（アンモニアガス）、Ｈ２（水素ガス）のいずれかを含むガスを用いる。
【００３４】
本来、これらのガスでは、有機材料からなる下層レジスト４のドライエッチング加工はできても、酸化物からなる酸化膜３がサイドエッチングされることはない。しかしながら、上部電極１０に堆積したＦ（フッ素原子）を含む反応生成物１２が、下層レジスト４のドライエッチング加工中に分解・解離されることによりＦラジカル（フッ素ラジカル）やイオンが発生し、この発生したＦラジカル（フッ素ラジカル）が酸化膜３をサイドエッチングして、酸化膜３の幅寸法を減少させてしまう。そして、このマスクである酸化膜３の幅寸法減少により、ドライエッチング加工中の下層レジスト４の幅寸法が減少してしまうことになっていた。
【００３５】
そして、この下層レジスト４の幅寸法の減少が、次にドライエッチング加工される酸化膜５の加工寸法精度や面内均一性に大きな影響を与えることになっていた。
【００３６】
表１は、上部電極１０に堆積した反応生成物１２の成分の測定値である。測定は、上部電極１０の中心部とエッジ部（エッジから１０ｍｍ程度の位置）にＳｉ（シリコン）チップを貼り付け、酸化膜３のドライエッチング加工終了までに、そのＳｉ（シリコン）チップに付着した反応生成物１２の組成を、ＸＰＳ(Ｘ線光電子分光法)で分析することにより行った。
【００３７】
【表１】
2008109071.tif 000003
【００３８】
表１に示すように、上部電極１０に堆積した反応生成物１２は、Ｃ（炭素原子）、Ｆ（フッ素原子）、Ｏ（酸素原子）のみからなることが分かり、前述のサイドエッチングの主原因となるＦ（フッ素原子）が含まれていることも分かる。また、Ｆ（フッ素原子）／Ｃ（炭素原子）比は、エッジ部よりも中心部で高いことも分かる。ここで、Ｆ（フッ素原子）はサイドエッチングの促進効果、Ｃ（炭素原子）はサイドエッチングの抑制効果があるため、Ｆ（フッ素原子）／Ｃ（炭素原子）比が高いほどサイドエッチングの促進効果が高いことになる。
【００３９】
さらには、ＣＦ系反応生成物の厚みを測定したところ、中心部で６６ｎｍ、エッジ部で６２ｎｍとなり前述したように山型に堆積していることが測定値からも明かとなった。これらのことは、上部電極１０の中心部ではサイドエッチングの主原因となるＦ（フッ素原子）の総量が多く、そのためその直下にあるウェーハＷの中心部においても、エッジ部よりサイドエッチング量が大きくなることを意味している。
【００４０】
図２、図３においてウェーハＷ中心部のライン幅がエッジ部のライン幅よりも狭くなるのは、このことが原因である。
【００４１】
第二の原因としては、図１（ｅ）で説明をした酸化膜５のドライエッチング加工後に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置８の上部電極１０に堆積した反応生成物１４の影響がある。  
図５は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置８の上部電極１０に堆積した反応生成物１４の影響を説明するための模式図である。
図５（ａ）に示すように、酸化膜５のドライエッチング加工後にも上部電極１０にＦ（フッ素原子）を含む反応生成物１４が堆積する。この場合も、上部電極１０の中心部にエッジ部よりもＦ（フッ素原子）が多く存在するような反応生成物１４の堆積が起こる。
【００４２】
そのため、ＲＦ（Radio Frequency）バイアスを使わない通常の方法による下層レジスト４の除去（アッシング）を行えば、図５（ｂ）に示すように、反応生成物１４が分解、解離されて発生したＦラジカル（フッ素ラジカル）により酸化膜５がサイドエッチングされてしまい、ライン幅寸法に狂いが生じる。また、このサイドエッチングの量は制御することもできない。尚、この場合も、中心部の方がＦラジカル（フッ素ラジカル）の発生量が多いので、ウェーハＷのエッジ部よりも中心部の方がサイドエッチングの量が多くなる。
【００４３】
また、図１（ｆ）で説明したように、下層レジスト４の除去（アッシング）の際にはチャンバー９内に堆積している反応生成物の除去、排出も行う。この時、上部電極１０のエッジ部の反応生成物１４は、中心部のものに比べて除去され易いために、エッジ部における反応生成物１４が中心部のものよりも先に減り、ウェーハエッジ部側で発生するＦラジカル（フッ素ラジカル）の量がますます少なくなる。その結果、ウェーハの中心部とエッジとにおける酸化膜５のサイドエッチング量の差がますます大きくなることになる。
【００４４】
次に、上部電極１０のエッジ部の反応生成物１４が中心部のものに比べて除去され易いことについて説明をする。  
図６は、下層レジスト４除去（アッシング）の条件下におけるレジスト膜のエッチングレートを説明するためのグラフ図である。  
また、図７は、下層レジスト４除去（アッシング）の条件下におけるＳｉＯ２膜のエッチングレートを説明するためのグラフ図である。
【００４５】
図６、図７における下層レジスト４除去（アッシング）の条件は、処理圧力を８Ｐａ程度、ソースパワーを２４００Ｗ（１００ＭＨｚ）、ＲＦバイアスパワーを０Ｗ（ＲＦバイアスの印加なし）、酸素ガスを１１４０ｓｃｃｍ、ＣＨ４を６０ｓｃｃｍとした。レジスト膜はウェーハＷの表面全体を覆うように付けられ（いわゆるレジストベタ膜）、ＳｉＯ２膜もウェーハＷの表面全体を覆うように付けられている（いわゆるＳｉＯ２ベタ膜）。また、上部電極１０には反応生成物１２が堆積している。
【００４６】
図６に示すように、ウェーハＷのエッジ部におけるレジスト膜のエッチングレートは中心部のものよりも高く、その分除去がされやすいことが分かる。ここで、上部電極１０に堆積している反応生成物１４もレジスト膜と同じ有機成分から構成されているため、上部電極１０のエッジ部における反応生成物１４も中心部のものに比べて除去され易いといえる。
【００４７】
図７は、図６のレジスト膜の代わりにＳｉＯ２膜をドライエッチング加工した場合を表す。図７に示すように、ウェーハＷのエッジ部におけるＳｉＯ２膜のエッチングレートは中心部のものよりも低く、その分ドライエッチング加工がされにくいことが分かる。これは、前述したように上部電極１０のエッジ部側に堆積している反応生成物１４が除去され易く量的に少ないため、発生するＦラジカル（フッ素ラジカル）の量も少なくなるからであると考えられる。
図８は、下層レジスト４の除去（アッシング）作業の前後におけるライン幅の寸法差を説明するためのグラフ図である。ここで、横軸の数値はサンプル番号を示している。例えば、中心部の「１」とエッジ部の「１」とが同じサンプルということになる。前述したように下層レジスト４の除去中に反応生成物１４から発生するＦラジカル（フッ素ラジカル）量には分布が生じる。そのため、エッジ部の方がサイドエッチングされにくく、図８に示すように中心部に比べてエッジ部の方がライン幅が約３ｎｍ太くなっている。
【００４８】
第三の原因としては、図１（ｆ）で説明をした下層レジスト４の除去後に残留（堆積）してしまう反応生成物の影響がある。  
図９は、下層レジスト４の除去後に残留（堆積）してしまう反応生成物１５の影響を説明するための模式図である。
【００４９】
図９（ａ）に示すように、酸化膜５のドライエッチング加工後に、同一チャンバー内で処理圧力４０Ｐａ、ＲＦバイアス印加有りの条件で下層レジスト４をアッシングし、同時にチャンバー内に堆積した反応生成物１４を除去しようとしても、一部の反応生成物１５が残留（堆積）してしまう。
【００５０】
表２は、上部電極１０に残留（堆積）した反応生成物１５の成分の測定値である。測定は、上部電極１０の中心部とエッジ部（エッジから１０ｍｍ程度の位置）にＳｉ（シリコン）チップを貼り付け、下層レジスト４の除去終了後に、そのＳｉ（シリコン）チップに付着している反応生成物１５の組成を、ＸＰＳ(Ｘ線光電子分光装置)で分析することにより行った。
【００５１】
【表２】
2008109071.tif 000004
【００５２】
表２に示すように、上部電極１０の中心部により多くのＣＦ系反応生成物１５が残留（堆積）していることが分かる。そのため、図９（ｂ）に示すように、次にドライエッチング加工するウェーハの酸化膜３のドライエッチング加工後に、より一層、上部電極１０に反応生成物１６が蓄積されることになる。
【００５３】
そして、図９（ｃ）に示すように、下層レジスト４のドライエッチング加工中に発生するＦラジカル（フッ素ラジカル）の量も多くなり、酸化膜３のサイドエッチング量も大きくなる。
【００５４】
その結果、前回ドライエッチング加工したウェーハＷのものよりも大きなライン幅の寸法差やウェーハ面内分布を生じてしまうことになる。
【００５５】
図１０は、残留（堆積）する反応生成物１５があった場合に、次回ドライエッチング加工するウェーハにおけるライン幅寸法のウェーハ面内分布を示したグラフ図である。図１０に示すように、図２の場合よりも細いライン幅寸法を加工した場合であっても、Ｆラジカル（フッ素ラジカル）の発生量が多いウェーハＷ中心部のライン幅寸法がエッジ部に比べて３ｎｍ以上細くなってしまうのが分かる。
【００５６】
以上説明したように、ライン幅の寸法精度やウェーハ面内均一性は、上部電極１０に堆積した反応生成物の堆積量や分布などの堆積状態の影響を強く受ける。特に、積層マスク１を有するウェーハを同一チャンバーで連続してドライエッチング加工する場合には、工程が複雑になるため反応生成物が堆積する機会も多く、上部電極１０に堆積する反応生成物の堆積状態が非常に重要となる。
【００５７】
尚、図１に例示したプロセスでは、酸化膜３のドライエッチングにＣＦ系ガスを含むガスを用いているので、Ｆ（フッ素原子）が入った反応生成物が堆積する。そのため、反応生成物の分解、解離によりＦラジカル（フッ素ラジカル）が発生し、酸化膜３をサイドエッチングしたが、プロセスによってはガスの成分が異なり、より多くのカーボンが入った反応生成物が堆積することもある。その場合は、反応生成物の分解、解離により酸化膜の除去が抑制されるようになる。すなわち、反応生成物の成分によってはサイドエッチングが抑制されることを考慮して、ライン幅の寸法精度やウェーハ面内均一性の向上をさせる必要がある。
【００５８】
ここで、上部電極１０に堆積した反応生成物の影響を完全に排除するために、各ドライエッチング加工後に チャンバー９内をクリーニングすることも考えられる。しかし、一般的に、チャンバー９内のクリーニングはウェーハＷのない状態でしか行えず、別途クリーニング工程が必要となるので、生産効率が著しく低下することになる。また、生産効率の低下を抑制するためにクリーニングの回数を制限すれば、クリーニング直前と直後とでは、上部電極１０に堆積している反応生成物の量が異なるため、生産ロット内で品質がばらつくという問題を生じることになる。
【００５９】
まず、第一の原因として説明をした、酸化膜３のドライエッチング加工後に上部電極１０に堆積する反応生成物１２の影響の除去について説明をする。  
本発明者は、検討の結果、上部電極１０に堆積した反応生成物の堆積量や分布などの堆積状態を調整すれば、ライン幅の寸法精度やウェーハ面内均一性の向上をさせることができ、かつ、ドライエッチング加工を連続的に同一チャンバーで行うことができるとの知見を得た。
【００６０】
図１１は、酸化膜３のドライエッチング加工後に上部電極１０に堆積する反応生成物１２の影響を除去することを説明するための模式断面図である。
図１１（ａ）に示すように、酸化膜３のドライエッチング加工後に上部電極１０にＣＦ系ガスの成分を含む反応生成物１２が山型に堆積する。概要として前述の図１（ｂ）で説明したものである。  
次に、図１１（ｂ）に示すように、下層レジスト４のドライエッチング加工前に、下層レジスト４がエッチングされるのを抑制しつつ上部電極１０に堆積した反応生成物１２の堆積状態を調整する。概要として前述の図１（ｃ）で説明したものである。堆積量や分布状態を調整した後の反応生成物１３は、ほぼ平らで均等な分布となっている。
【００６１】
表３は、下層レジスト４のドライエッチング加工前に、下層レジスト４がエッチングされるのを抑制しつつ上部電極１０に堆積した反応生成物１２の堆積状態を調整した後の反応生成物１２の成分の測定値である。この時の処理時間は１５秒である。測定は、上部電極１０の中心部とエッジ部（エッジから１０ｍｍ程度の位置）にＳｉ（シリコン）チップを貼り付け、酸化膜３のドライエッチング加工後に、下層レジスト４がエッチングされるのを抑制しつつ上部電極１０に堆積した反応生成物１２の堆積状態を１５秒間調整した後に、そのＳｉ（シリコン）チップに残留した反応生成物１２の組成をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）で分析することにより行った。
【００６２】
【表３】
2008109071.tif 000005
【００６３】
表３に示すように、上部電極１０に残留した反応生成物１２は、Ｃ（炭素原子）、Ｆ（フッ素原子）、Ｏ（酸素原子）のみからなることが分かり、前述のサイドエッチングの主原因となるＦ（フッ素原子）をＣ（炭素原子）で割ったＦ／Ｃ比は、酸化膜３の加工直後の値である表１の値に比べて、70〜80％減少していることが分かる。また、表３において、エッジ部と中心部の差は無くなっていることも分かる。
【００６４】
堆積状態の調整の具体例を例示すると、第一には、ＣＦ系の反応生成物１２と、酸素イオン・ラジカルまたは水素イオン・ラジカルとを反応させてフロロカーボン成分を除去する処理を行うことで、下層レジスト４のエッチングを抑制しつつ上部電極１０に堆積した反応生成物１２の堆積状態を調整することができる。
【００６５】
また、第二には、酸素ガスを導入して、酸素と反応生成物１２中のカーボン、あるいは酸素と反応生成物１２中のカーボン、Ｆ（フッ素原子）とを反応させて、ＣＯあるいはＣＯＦとして、フロロカーボン成分を除去する処理を行うことで、下層レジスト４のエッチングを抑制しつつ上部電極１０に堆積した反応生成物１２の堆積状態を調整することができる。酸素単ガスの場合、プラズマが不安定となり、下層レジスト４の面内分布が悪化する場合もあるが、プラズマが安定するような条件（例えば、低圧化、高ソースパワー化等）を選べば、酸素単ガスの場合でも、処理時間を短時間とすることなどにより処理出来うる。
【００６６】
また、第三には、前述の酸素ガスにＣＨ系ガスあるいはＣＯ系ガスを添加することにより、下層レジスト４のエッチングをより抑制することがなお好ましい。
【００６７】
また、第四には、プラズマソースパワーを５００Ｗ以下と低くすることにより電子密度（Ｎｅ）を下げ、あるいは、圧力を１３Ｐａ以上にすることによりセルフバイアス電圧（Ｖｄｃ）を上げることにより、プラズマシース厚さを広げ、下層レジスト４のエッチングをより抑制することがなお好ましい。
【００６８】
さらに具体的条件をも例示すると、前述の第三の場合において、ソースパワー４００Ｗ〜１０００Ｗ、圧力６６〜１０７Ｐａ、処理時間１０秒〜２０秒程度、酸素ガス（１６５０ｓｃｃｍ〜１７８０ｓｃｃｍ）に1〜８．5重量％程度のＣＨ４ガス（２０ｓｃｃｍ〜１５０ｓｃｃｍ）を添加することができる。
図１１（ｂ）で説明をした反応生成物１２の堆積状態の調整後、下層レジスト４のドライエッチング加工を行う。  
図１１（ｃ）は、下層レジスト４のドライエッチング加工中に、マスクである酸化膜３がサイドエッチングされないことを説明するための模式図である。
【００６９】
前述したように、下層レジスト４のドライエッチング加工ではＯ２（酸素ガス）、Ｎ２（窒素ガス）、ＣＯ（一酸化炭素ガス）、ＮＨ３（アンモニアガス）、Ｈ２（水素ガス）のいずれかを含むガスを用いる。そのため、これらのガスでは、有機材料からなる下層レジスト４のドライエッチング加工はできても、酸化物からなる酸化膜３がサイドエッチングされることはない。また、上部電極１０に堆積したＦ（フッ素原子）を含む反応生成物１２も堆積状態が調整してあるので、Ｆラジカル（フッ素ラジカル）やイオンの発生が非常に少ない。そのため、酸化膜３はＦラジカル（フッ素ラジカル）によりサイドエッチングされず、下層レジスト４のドライエッチング加工を精度よく行うことができる。その結果、次にドライエッチング加工される酸化膜５の加工寸法の精度も向上させることができることになる。
次に、反応生成物１２の堆積状態を調整する効果について説明をする。  
図１２は、反応生成物１２の堆積状態を調整する効果について説明をするためのグラフ図である。横軸はウェーハ面内位置、縦軸は酸化膜５のライン幅寸法を表している。
【００７０】
また、図１３は、酸化膜５をマスクとして窒化膜６をもドライエッチング加工した場合の窒化膜６のライン幅寸法のウェーハ面内分布を示したグラフ図である。尚、図１２の酸化膜５のドライエッチング加工は、前述の下層レジスト４のドライエッチング加工に続いて酸化膜５をドライエッチング加工したものである。また、図１３の窒化膜６のドライエッチング加工は、図１２の酸化膜５をそのままマスクとして用いてドライエッチング加工した場合である。
【００７１】
図１２から分かるように、ウェーハＷの中心部とエッジ部におけるライン幅の寸法差は１２．６ｎｍであった。また、図１３から分かるように、ウェーハＷの中心部とエッジ部におけるライン幅の寸法差は６．７ｎｍであった。
【００７２】
これらの値を、反応生成物１２の堆積状態を調整していない図２の場合（１６．９ｎｍ→１２．６ｎｍ）、図３の場合（１９．９ｎｍ→６．７ｎｍ）と比べると面内プロファイルが凹→凸となり、センターが細い傾向が、顕著に改善することが分かる。
【００７３】
図１４は、堆積状態の調整をすることでＦラジカル（フッ素ラジカル）の発生が抑えられる効果を説明するためのグラフ図である。横軸は下層レジスト４のドライエッチング加工時間、縦軸はＣＦ発光ピーク（波長：２６２ｎｍ）の強度を表している。
【００７４】
図１４から分かるように、堆積状態の調整をしない場合に比べて、堆積状態の調整をした場合の方がＣＦ発光ピーク（波長：２６２ｎｍ）の強度が低い。これは、Ｆラジカル（フッ素ラジカル）の発生が抑えられることを意味している。また、前述の堆積状態の調整時に酸素ガスに添加するＣＨ４ガスの量が少ないほど、ＣＦ発光ピーク（波長：２６２ｎｍ）の強度をより低減できる（Ｆラジカル（フッ素ラジカル）の発生がより抑えられる）ことも分かる。
【００７５】
図１５は、堆積状態の調整をすることで酸化膜３のサイドエッチングが防止される効果を説明するためのグラフ図である。横軸はウェーハ面内位置、縦軸は酸化膜３のエッチングレートを表している。ここで、ドライエッチング加工の条件は、下層レジスト４をドライエッチングする場合と同様とし、その際のマスクとしての酸化膜３のエッチングレートのウェーハ面内分布を評価した。
【００７６】
図１５から分かるように、堆積状態の調整をしない場合に比べて、堆積状態の調整をした場合の方がエッチングレートは半分程度まで低減できている。また、前述の堆積状態の調整時に酸素ガスに添加するＣＨ４ガスの量が少ないほど、酸化膜３のエッチングレートが低減できることが分かる。これは、堆積状態の調整をした場合の方が酸化膜３のサイドエッチングがされにくいことを意味している。
【００７７】
図１６は、堆積状態の調整をした場合における下層レジスト４の加工特性を説明するためのグラフ図である。横軸はウェーハ面内位置、縦軸は下層レジスト４のエッチングレートを表している。
【００７８】
図１６から分かるように、堆積状態の調整をする場合においてＣＨ４ガスの添加をしないもの（酸素ガスのみ）は、ウェーハエッジ部分で下層レジスト４のエッチングレートが急増し、また、面内分布も左右非対称となってしまう。そのため、ライン幅寸法の面内均一性を悪化させるおそれがあるので、酸素ガスのみで堆積状態を調整することは不適当である。
【００７９】
本発明者は、検討の結果、ＣＨ４ガスの添加量を１重量％以上８．３重量％未満とすることが望ましいとの知見を得た。ＣＨ４ガスの添加量が１重量％未満となれば、前述した下層レジスト４のエッチング特性に問題が生じ、８．３重量％以上とすると反応生成物１２の堆積状態の調整に時間がかかり生産効率が落ちるからである。
【００８０】
次に、第二の原因として説明をした、酸化膜５のドライエッチング加工後に上部電極１０に堆積する反応生成物１４を逆に利用することについて説明をする。  
本発明者は、検討の結果、上部電極１０に堆積している反応生成物１４を除去しつつ、反応生成物１４の除去に伴い発生するＦラジカル（フッ素ラジカル）を利用すれば、酸化膜５の寸法精度や面内均一性を調整することができるとの知見を得た。
【００８１】
前述の堆積量の調整を行ってもライン幅寸法の面内均一性に若干のバラツキが見られることがある。例えば、図１２から分かるように、ウェーハＷの中心部とエッジ部におけるライン幅の寸法差は１２．６ｎｍ程度ある。この程度の寸法差は許容できるともいえるが、最近の高集積化が進む半導体装置においてはさらなる改善が望まれることがある。
【００８２】
この場合、面内均一性を改善させるためのサイドエッチング工程を別途設けることも考えられるが、それでは工程数が増え生産効率やコストの面から新たな問題が生じる。そのため、エッチング加工の最終段階であるアッシングをする際に、例えば、図１２の場合において、マスクの除去とともにウェーハＷの中心部のライン幅をサイドエッチングして若干細め、面内均一性を改善できれば便利である。
【００８３】
しかし、通常のバイアスを印加しない条件でアッシングを行えば、反応生成物１４が分解することで発生するＦラジカル（フッ素ラジカル）が、アッシング初期の段階で除去されることにより、酸化膜５のサイドエッチングが進行せずに面内均一性を改善することができない。
【００８４】
本発明者は、検討の結果、ドライエッチング加工の最終段階であるアッシングをする際に、マスクの除去とともにライン幅寸法やその面内均一性を改善できる方法に関する知見を得た。
【００８５】
まず、使用するガスは酸素ガスが望ましい。酸素ガスを用いれば、マスクである下層レジスト４を除去（アッシング）できる上、反応生成物１４の成分であるフロロカーボンをＣＯあるいはＣＯＦとして除去、排出できるからである。そして、このとき発生するＦラジカル（フッ素ラジカル）を利用して酸化膜５のサイドエッチングを行うことができるようになるからである。
【００８６】
また、酸素ガスにはＣＨ系のガスを添加することがより望ましい。反応生成物１４の成分であるフロロカーボンをＨ＋Ｆ→ＨＦの形で効率良く除去することができるからである。
【００８７】
次に、ＲＦバイアスを印加し、その印加量を制御することにより、酸化膜５のサイドエッチング量を制御するようにすることがより望ましい。
【００８８】
通常のアッシングにおいてはＲＦバイアスを印加することはないが、酸化膜５のサイドエッチング量を制御するためには有用である。
【００８９】
次に、ＲＦバイアス印加の効果について説明をする。  
図１７は、下層レジスト４のアッシング条件下におけるレジスト膜のエッチングレートを説明するためのグラフ図である。  
また、図１８は、下層レジスト４のアッシング条件下におけるＳｉＯ２膜のエッチングレートを説明するためのグラフ図である。
【００９０】
図１７、図１８におけるアッシング条件は、処理圧力を４０Ｐａ程度、ソースパワーを５００Ｗ（１００ＭＨｚ）、ＲＦバイアスパワーを３００Ｗ（３．２ＭＨｚ）、酸素ガスを４００ｓｃｃｍ程度とした。レジスト膜はウェーハＷの表面全体を覆うように付けられ（いわゆるレジストベタ膜）、ＳｉＯ２膜もウェーハＷの表面全体を覆うように付けられている（いわゆるＳｉＯ２ベタ膜）。また、上部電極１０には反応生成物１４が堆積している。
【００９１】
図１７に示すように、ＲＦバイアスを印加した場合はウェーハ面内でほぼ均一にレジスト膜のアッシングが行われることが分かる。一方、図１８に示すように、ＲＦバイアスを印加した場合はウェーハのエッジ部でＳｉＯ２膜のエッチングレートが極端に高くなっていることが分かる。
【００９２】
これに比べ、ガスの条件などが異なるものの、図７に示すようにＲＦバイアスを印加しない場合においては、ウェーハのエッジ部でＳｉＯ２膜のエッチングレートが逆に下がるようになっている。また、図６に示すようにＲＦバイアスを印加しない場合においては、ウェーハのエッジ部でレジスト膜のエッチングレートが上がっている。
【００９３】
このことは、ＲＦバイアスを印加したアッシングを行えばウェーハ面内でほぼ均一なレジスト膜の除去とウェーハエッジ部での選択的なサイドエッチングが行え、かつ、ＲＦバイアスの印加量を調整すればウェーハエッジ部でのサイドエッチング量が調整できることを意味している。
【００９４】
図１９は、下層レジスト４の除去（アッシング）作業の前後におけるライン幅の寸法差を説明するためのグラフ図である。ここで、横軸の数値はサンプル番号を示している。例えば、中心部の「１」とエッジ部の「１」とが同じサンプルということになる。
【００９５】
図１９に示すように、ＲＦバイアスを印加すれば、ＲＦバイアスを印加しない図８の場合と比べて、ウェーハ中心部とエッジ部のライン幅の寸法差が大幅に改善（約３ｎｍ→約1ｎｍ）できることが分かる。
【００９６】
尚、説明の便宜上、発生するラジカルがＦラジカル（フッ素ラジカル）の場合を説明したが、本実施の形態はこれに限定されるわけではない。前述したように堆積する反応生成物の成分により発生するラジカルの種類や割合は変わってくる。例えば、より多くのカーボンが入った反応生成物が堆積した場合は、反応生成物の分解、解離により酸化膜の除去が抑制されるようになる。本発明は、このような場合においても、ＲＦバイアスの印加量を調整することによりサイドエッチング量の調整をすることができる。
【００９７】
次に、第三の原因として説明をした下層レジスト４の除去（アッシング）作業後に残留（堆積）してしまう反応生成物１５の影響の除去について説明をする。  
本発明者は、検討の結果、ウェーハＷをチャンバー９外に搬出した後、上部電極１０に残留（堆積）した反応生成物１５の堆積量や分布などの堆積状態を調整すれば、次に加工するウェーハＷのライン幅の寸法精度やウェーハ面内均一性を向上させることができるとの知見を得た。
【００９８】
ここで、使用するガスは酸素ガス、ＣＨ系ガス、ＣＯ系ガスなどを用いることが望ましい。これらのガスを用いれば、残留（堆積）した反応生成物１５の成分であるフロロカーボンをＣＯあるいはＣＯＦとして除去、排出できるからである。
【００９９】
図２０は、堆積状態の調整時間と反応生成物１５の残留（堆積）量との関係を説明するためのグラフ図である。横軸は、堆積状態の調整時間、縦軸は残留（堆積）する反応生成物１５の組成を表している。  
測定は、上部電極１０の中心部とエッジ部（エッジから１０ｍｍ程度の位置）にＳｉ（シリコン）チップを貼り付け、堆積状態の調整終了後までに、そのＳｉ（シリコン）チップに付着していた残留（堆積）する反応生成物１５の組成を、ＸＰＳ(Ｘ線光電子分光装置)で分析することにより行った。表４に調整時間30秒後の反応生成物１５の組成を示す。
【０１００】
【表４】
2008109071.tif 000006
【０１０１】
図２０に示すように、調整時間が長くなるほど上部電極１０の中心部とエッジ部に残留（堆積）するＦ（フッ素原子）の量が近づいて来るのが分かる。これは、上部電極１０に残留（堆積）する反応生成物の分布が均一化されることを意味する。
ここでの具体的な処理条件を例示すれば、酸素ガス流量＝１８００ｓｃｃｍ、ＨＦ／ＬＦ＝２０００Ｗ／０Ｗ、処理圧力＝１６６Ｐａ(800mTorr)、処理時間＝１０秒〜３０秒である。
【０１０２】
図２１は、堆積状態の調整がライン幅寸法の面内均一性に与える影響を説明するためのグラフ図である。横軸はウェーハ面内位置、縦軸は酸化膜５のライン幅を表している。グラフ図中、「堆積状態の調整無し」としたものは前述の調整を行わず次のウェーハをドライエッチング加工した場合であり、「堆積状態の調整有り」としたものは前述の調整を行った後、次のウェーハをドライエッチング加工した場合である。また、調整時間は３０秒としている。
【０１０３】
図２１から分かるように、「堆積状態の調整無し」の場合はウェーハ中心部とエッジ部とではライン幅の寸法差が３．４ｎｍあるが、「堆積状態の調整有り」の場合はライン幅の寸法差を０．７ｎｍまで低減することができる。これは、ライン幅寸法の寸法精度とともにウェーハ面内均一性をも向上させることができることを意味する。
【０１０４】
図２２は、堆積状態の調整がウェーハ間におけるライン幅寸法のバラツキに与える影響を説明するためのグラフ図である。横軸は堆積状態の調整時間、縦軸はウェーハ３枚における平均ライン幅寸法のバラツキを表している。  
図２２に示すように、堆積状態の調整時間が長くなるほどバラツキが少なくなり、ウェーハ間における酸化膜５のライン幅が均一化されるようになることが分かる。これは、生産ロット間における品質を向上させることができることを意味する。
【０１０５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、酸化膜マスク加工中に上部電極１０に堆積した反応生成物１２の堆積量や分布などの堆積状態を調整することで、酸化膜のライン幅の寸法精度や面内均一性を向上させることができる。  
また、酸化膜加工中に上部電極１０に堆積した反応生成物１４を利用することで、アッシング中に酸化膜のライン幅の寸法調整ができるようになり、寸法精度や面内均一性を向上させることができる。
【０１０６】
また、ウェーハ搬出後に上部電極１０に残留（堆積）した反応生成物１５の堆積量や分布などの堆積状態を調整することで、次にドライエッチング加工するウェーハの酸化膜のライン幅の寸法精度や面内均一性を向上させることができる。  
また、本実施の形態によれば、従来のリソグラフィ工程を変更することなくこれを付加することができる。そのため、従来のリソグラフィ工程によるライン幅寸法の制御に加え、新たなライン幅寸法の制御手段を付加することができるので、ライン幅寸法の精度や面内均一性の著しい向上を図ることができる。
【０１０７】
また、本実施の形態は、酸化膜と有機材料（レジスト）を含む複数の積層膜を、一括して同じチャンバー内で連続加工するような場合に特に効果的であり、ライン幅寸法の精度や面内均一性の著しい向上を図ることができる。
【０１０８】
尚、説明の便宜上、第一の原因に係る酸化膜マスク加工後に行う堆積状態の調整、第二の原因に係る酸化膜加工により堆積した反応生成物を利用したアッシング、第三の原因に係るウェーハ搬出後に行う堆積状態の調整をすべて行う場合を例示したが、これに限定されるわけではなく、これらを単独で、または組み合わせて堆積状態の調整をすることもできる。そして、その場合でも、それぞれの堆積状態の調整が有する効果を享受することができる。ただし、組み合わせ数が多いほどその効果も大きなものとなる。
【０１０９】
また、本実施の形態では、以上のようにライン幅寸法やウェーハ面内における均一性等を調整することで、信頼性の高い半導体装置を提供することも可能となる。
【０１１０】
次に、本発明のもうひとつの実施の形態として、チャンバー内に堆積した反応生成物による影響を、積層膜のいずれかをエッチングする際にモニタし、その結果に基づいてフィードバックまたはフィードフォワード制御をする実施の形態について説明する。
【０１１１】
図１〜図２２に関して前述したように、エッチングによりウェーハ上に形成するパターンの寸法や形状に与える影響の大きな要因のひとつとして、エッチングを行うチャンバー内壁の堆積物（エッチングに伴う反応生成物）の量を挙げることができる。このような堆積物としては、例えば、上部電極１０（図１参照）やウェーハ表面などに付着する反応生成物があり、これは上部電極１０やウェーハの表面状態（表面温度、表面粗さ、組成など）などに大きく依存する。従来のように、積層膜を構成する各膜の境界を検出するために、被加工膜あるいはその下地膜の構成元素の一部を含むプラズマ発光線の強度を観測するだけでは、チャンバー内の堆積物の情報が多く含まれないために、寸法や形状に関する加工装置の機差やロット内ばらつき、経時変化などが生じてしまう。
【０１１２】
一例として、図１に表したような上層レジスト２、酸化膜３、下層レジスト４からなる積層マスク構造にて酸化膜３の加工後に下層レジスト４を加工する場合について説明する。この場合、前述したように、酸化膜３加工後にはチャンバー内にＣＦｘ系の堆積物が残留する。堆積したＣＦｘは、下層レジスト４の加工時に解離し、Ｆ（フッ素）ラジカルが酸化膜３をサイドエッチしてしまい、寸法細りが生じてしまう。この残留Ｆラジカル量は、上部電極１０などのチャンバー内壁の状態により変化し、寸法細りの程度もこれに応じて変化してしまう。この残留フッ素量は、チャンバー内の経時変化や装置差に影響されるため、従来のように、各膜やチャンバークリーニングの終点検出を行うだけでは、デバイス特性に与える寸法変化の影響を制御し難くなりつつある。
【０１１３】
これに対して、本実施形態においては、積層膜を構成するいずれかの膜のエッチング時、あるいはチャンバー内の堆積物のクリーニング時に、チャンバー内堆積物を構成する元素の残留量に関する情報（プラズマの発光強度など）を取得する。そして、その結果に基づき、他のステップのエッチングやクリーニングをフィードバック／フィードフォワード制御する。その結果として、寸法や形状に関するウェーハ間差や装置機差、さらには、累積放電時間依存性や製品間差（被覆率差）などを低減することができる。
【０１１４】
図２３は、図１に例示した積層マスク１を有するウェーハＷをドライエッチングにより加工するプロセスの流れを例示する模式図である。  
まず、上層レジスト２をマスクとして酸化膜３をＲＩＥによりエッチングする（ステップＳ１１０）。次に、図１（ｃ）に関して前述したように、チャンバー内に堆積した反応生成物の堆積状態を調整するためのクリーニング（以下、単に「クリーニング」と呼ぶ）を実施する（ステップＳ１１２）。クリーニングは、前述したように、酸素イオン、酸素ラジカル、水素イオン、水素ラジカル、酸素ガスなどの少なくともいずれかを用いて実施することができる。またさらに、これらに、前述したようにＣＨ系ガスや、ＣＯ系ガスなどを添加してもよい。こうすることにより、酸化膜３の加工後にチャンバー内に堆積したＣＦｘ系などの堆積物の量を調整することができる。
【０１１５】
その後、下層レジスト４をＲＩＥでエッチングする（ステップＳ１１４）。このようにして形成された積層マスクを用いて酸化膜５をエッチングし、所定のパターンを形成する（ステップＳ１１６）。しかる後に、アッシングにより下層レジスト４を除去する（ステップＳ１１８）。
【０１１６】
このようなプロセスに際して、本実施形態においては、フィードバックまたはフィードフォワード制御を実行する。  
図２４は、フィードバック制御を実行する場合のプロセスの流れを例示する模式図である。  
まず、Ｎ番目のスロットについて、酸化膜３のエッチング（ステップＳ１１０）、クリーニング（ステップＳ１１２）、下層レジスト４のエッチング（ステップＳ１１４）、酸化膜５のエッチング（ステップＳ１１６）、アッシング（ステップＳ１１８）を実行する。この際に、前述したように、下層レジスト４のエッチングのステップ（ステップＳ１１４）において、チャンバー内に残留しているＣＦ系堆積物の量は、できあがりの寸法に大きく影響を与える。そこで、下層レジスト４のエッチング中に、通常は観測しないＣＦｘの発光強度を観測する。このＣＦ発光強度とできあがりの寸法との相関が分かっていれば、このＣＦ強度が一定になるように、次の（Ｎ＋１）番目のスロットのクリーニング（ステップＳ１１２）の条件にフィードバックする。具体的には、例えば、クリーニングの時間をフィードバック制御する。こうすることにより、寸法や形状に関するウェーハ間差や装置機差、さらには、累積放電時間依存性や製品間差（被覆率差）などを低減できる。
【０１１７】
ここで、単純にクリーニング（ステップＳ１１２）の際にＣＦｘの発光の終点検出を行うことにより、その次の下層レジスト４のエッチング（ステップＳ１１４）でのＣＦｘ残留物量を所定の範囲内に制御することも可能である。しかし、クリーニング（ステップＳ１１２）に際しては、高圧、低パワーなど、ウェーハにダメージを与えない条件が必要であったり、処理時間を短くする必要がある。その結果として、終点検出を行うために十分なプラズマ発光強度や時間が得られない場合がある。
【０１１８】
これに対して、本実施形態によれば、下層レジスト４のエッチング（ステップＳ１１４）に際してＣＦｘの発光に基づいてチャンバー内に堆積した反応生成物の影響を調べることができ、その結果により次回以降のクリーニング（ステップＳ１１２）の条件をフィードバック制御する。例えば、下層レジスト４のエッチング（ステップＳ１１４）に際してＣＦｘの発光が大きい場合には、次回以降のクリーニング（ステップＳ１１２）の時間を長くする。一方、下層レジスト４のエッチング（ステップＳ１１４）に際してＣＦｘの発光が小さい場合には、次回以降のクリーニング（ステップＳ１１２）の時間を短くする。こうすることにより、下層レジスト４のエッチングに際して、チャンバー内の堆積物による影響を常に所定の範囲内に維持することができ、ウェーハ間の寸法や形状のばらつきを抑えることができる。
【０１１９】
一方、本実施形態においては、フィードフォワード制御も可能である。  
図２５は、フィードフォワード制御を実行する場合のプロセスの流れを例示する模式図である。  
すなわち、下層レジスト４のエッチング（ステップＳ１１４）において、チャンバー内に堆積した反応生成物の残留量に関する情報を取得する。そして、その結果に基づいて、その次に実行する酸化膜５のエッチング（ステップＳ１１６）の条件をフィードフォワード制御する。
【０１２０】
例えば、下層レジスト４のエッチング（ステップＳ１１４）の際に観察されるＣＦｘの発光強度と、酸化膜５のエッチング後のできあがり寸法と、の相関が分かっていれば、酸化膜５のエッチング（ステップＳ１１６）の際に、エッチング時間を調整することによりできあがり寸法を補正することが可能である。また、酸化膜５のエッチングの時間を調整する代わりに、エッチングガスの流量や組成を調整してもよい。
【０１２１】
以下、本実施形態におけるフィードバック制御及びフィードフォワード制御について、具体例を参照しつつさらに詳細に説明する。  
ここでは、図１に表した積層膜を有するウェーハを、図２３に表したプロセスによりパターニングする場合について説明する。この場合、酸化膜３、５のエッチング（ステップＳ１１０、Ｓ１１６）は、ＣＦｘを含むガス系を用い、クリーニング（ステップＳ１１２）は、Ｏ２、ＣＯ、Ｎ２など適宜を含むガス系により実施し、下層レジスト４の加工（ステップＳ１１４）は、Ｏ２、Ｎ２、ＣＯなどを含むガス系により実施することができる。
【０１２２】
図２６は、下層レジスト４の加工時のＣＦｘに関するプラズマ発光強度の時間依存性を表すグラフ図である。ここで、横軸は、下層レジスト４の加工（ステップＳ１１４）を開始した時点からの経過時間を表す。また、ＣＦｘのプラズマ発光としては、波長２６２ｎｍ付近の発光を測定した。
【０１２３】
また、図２６には、下層レジスト４の加工（ステップＳ１１４）の前に実行したクリーニング（ステップＳ１１２）の時間が異なる４つの場合を表した。すなわち、クリーニングの時間がゼロ（クリーニング無し）、５秒、１０秒、１５秒の場合をそれぞれ表した。クリーニングの時間が長くなるほど、下層レジスト４の加工（ステップＳ１１４）の際のＣＦプラズマ発光のピーク強度が小さくなることが分かる。つまり、クリーニングの時間が長くなるほど、チャンバー内（ウェーハの表面も含む）に残留しているＣＦｘ系の堆積物が除去されていることが分かる。
【０１２４】
図２７は、図２６に表したＣＦのプラズマ発光の最大／最小ピーク強度比と、加工後のパターン寸法のクリーニング時間依存性を表すグラフ図である。  
ＣＦのプラズマ発光の最大ピーク強度は、図２６から分かるように、下層レジスト４のエッチングの開始後の１〜２秒において現れている。一方、最小ピーク強度は、図２６に表したそれぞれの曲線において、下層レジスト４のエッチング終了時のピーク強度と定義した。また、加工後のパターン寸法は、酸化膜５のパターンの寸法を測定することにより得られた。
【０１２５】
図２７から分かるように、クリーニング時間が５秒以下の場合には、ＣＦ発光の最大／最小ピーク強度比は大きく、できあがりのパターン寸法は小さい。一方、クリーニング時間を５秒よりも大きくすると、ＣＦ発光の最大／最小ピーク強度比は低下し、パターン寸法は増加して安定化する傾向がある。クリーニング時間が短いとＣＦｘ系の残留物を十分に除去できず、一方、クリーニング時間が長すぎるとクリーニング中に下層レジスト４がサイドエッチングされ、寸法細りやパターンの分断などが生ずるおそれがある。
【０１２６】
この具体例の場合、例えば、プロセスマージンが広く確保でき、かつパターン寸法が最大となる条件として、クリーニング時間が１５秒の場合をセンター条件とすることができる。この場合、クリーニング時間が１５秒の時の最大／最小ピーク強度比である１．８５を、ピーク強度比のセンター値とする。
【０１２７】
図２７から得られるクリーニング時間と下層レジストＲＩＥ時のＣＦ発光ピークの最大／最小強度比との相関を利用して、寸法補正を行うことができる。  
図２８は、図２７から読み取った最大／最小ピーク強度のセンター値（最適値＝１．８５０）からのズレを補正するために必要なクリーニング時間の補正量を表すグラフ図である。  
クリーニング時間１５秒でプロセスを運用した場合に、例えば、下層レジスト４の加工中のＣＦｘプラズマ発光の最大／最小ピーク強度比が１．８５であれば、その次に実行するクリーニング時間は補正せず、そのままの設定時間でクリーニングを実行する。  
一方、例えば、下層レジスト４の加工中のＣＦプラズマ発光の最大／最小ピーク強度比が１．９５に増したとする。つまり、センター値である１．８５からプラス０．１だけずれたとする。この場合は、プラス０．１のズレを補正するためにクリーニング時間をプラス３秒だけ増加させる。つまり、その次に実行するクリーニング（ステップＳ１１２）において、クリーニング時間を１８秒とする。これは、下層レジスト４の加工中に観察されるＣＦｘプラズマ発光強度が増加したので、クリーニング時間を増やして残留ＣＦｘを低減することを意味する。
【０１２８】
このように、下層レジスト４の加工中に観察されるＣＦｘプラズマ発光強度の情報に基づいて、チャンバー内に残留するＣＦｘの量を推定し、次回のクリーニングにフィードバックする。その結果として、チャンバー内に残留するＣＦｘの量を常に所定の範囲内にコントロールでき、パターンのできあがり寸法も常に所定の範囲内に維持することができる。
【０１２９】
図２９は、本実施形態に基づいてフィードバック制御した結果を例示するグラフ図である。すなわち、図２９の横軸は処理スロットの番号を表し、縦軸はそれぞれのウェーハにおける酸化膜５のできあがりのパターン寸法を表す。  
フィードバック制御を実施しない比較例の場合、処理スロットが進行するに従い、パターン寸法が増加する傾向が見えられる。これは、処理スロットが進行するに従い、クリーニングが過剰にかかり、チャンバー内壁及びウェーハ上に残留するＣＦｘの量が減少したためと考えられる。これに対して、本実施形態に基づいてフィードバック制御を実施した実施形態の場合、処理スロットが進行してもできあがりのパターン寸法は一定であり、安定している。つまり、残留ＣＦｘなどによる影響が補正され、寸法が制御されていることが分かる。
【０１３０】
図３０は、本実施形態に係るエッチング装置のブロック図である。  
このエッチング装置は、被加工体としてのウェーハを内部に載置可能なチャンバー９を有する。チャンバー９の内部空間は排気系２０により減圧雰囲気が維持可能とされている。そして、ガス供給系３０から所定のガスを導入し、所定の圧力にて所定のガス雰囲気が形成可能とされている。高周波電源１７、１８から高周波を導入することにより、チャンバー９の内部においてプラズマが形成可能とされている。また、ウェーハ搬送部４０によりチャンバー９の中にウェーハを搬入し、取り出すことができる。そして、チャンバー９には発光モニタ５０が付設され、プラズマの発光を測定可能とされている。
【０１３１】
制御部６０は、各要素の動作を制御するとともに、発光モニタ５０により観察された結果に基づいてプロセスを制御する。また、データ格納部７０には、フィードバック制御またはフィードフォワード制御のためのデータベースが格納されている。データ格納部７０に格納されているデータベースとしては、例えば、図２８に例示した発光ピーク強度比のずれとクリーニング補正時間との相関関係のデータを挙げることができる。制御部６０は、データ格納部７０に格納されたデータベースに基づいてフィードバック制御またはフィードフォワード制御を適宜実行する。
【０１３２】
なお、データ格納部７０は、必ずしもエッチング装置８と一体的に設けられている必要はない。例えば、半導体製造工場のラインを管理する上位のコンピュータがあり、このコンピュータにより管理されるデータベースの一部としてデータ格納部７０が設けられていてもよい。この場合には、データ格納部７０はエッチング装置８から離間した場所に設けられ、有線、無線、あるいは記録媒体を介して制御部６０に所定のデータを供給することができる。  
図３１は、本実施形態のエッチング装置において実行されるフィードバック制御を例示するフローチャートである。  
ウェーハ搬送部４０によりチャンバー９の中にウェーハが搬送されると、排気系２０によりチャンバー９が排気され、ガス供給系３０から所定のガスが導入されて高周波電源１７、１８から高周波を印加することにより、所定のプラズマが生成される。
【０１３３】
そしてまず、上層レジスト２（図１参照）をマスクとして酸化膜３をエッチングする（ステップＳ１１０）。次に、ガス供給系３０によりチャンバー９に導入するガスを切り替えて、チャンバー内に堆積した反応生成物の堆積状態を調整するためのクリーニングを実施する（ステップＳ１１２）。その後、ガス供給系３０によりチャンバー９に導入するガスを再度切り替えて、下層レジスト４をエッチングする（ステップＳ１１４）。
【０１３４】
このステップにおいて、図２６に関して前述したように、発光モニタ５０によりＣＦｘプラズマの発光強度を測定する。そして、最大／最小強度ピーク比がセンター値から上昇した場合（ステップＳ２０２：ｙｅｓ）には、図２６〜図２９に関して前述したように次のクリーニングの時間を増加する（ステップＳ２１２）。この際に、制御部６０はデータ格納部７０に格納されたデータを適宜参照する。一方、最大／最小強度ピーク比がセンター値から低下した場合（ステップＳ２０４：ｙｅｓ）には、図２６〜図２９に関して前述したように次のクリーニングの時間を減少させる（ステップＳ２１４）。この際にも、制御部６０はデータ格納部７０に格納されたデータを適宜参照する。
【０１３５】
その後、酸化膜５を加工し、所定のパターンを形成する（ステップＳ１１６）。しかる後に、アッシングにより下層レジスト４を除去し（ステップＳ１１８）、ウェーハ搬送部４０によって加工済みのウェーハをチャンバー９から取り出し、次のスロットのウェーハをチャンバー９内に導入する（ステップＳ１２０）。
【０１３６】
そして、この新しいウェーハについて、酸化膜３のエッチング（ステップＳ１１０）の後にクリーニング（ステップＳ１１２）を実施する。この際に、前のスロットでクリーニング時間を増加（ステップＳ２１２）または減少（ステップＳ２１４）させた場合には、制御部６０は、その補正を反映させてクリーニングを実行する。このようにすれば、チャンバー９内に残留するＣＦｘの量に応じてクリーニング時間をフィードバック制御することができ、酸化膜５のできあがり寸法を常に一定の範囲内にすることができる。
【０１３７】
図３２は、本実施形態のエッチング装置において実行されるフィードフォワード制御を例示するフローチャートである。  
本具体例においては、下層レジスト４のエッチング（ステップＳ１１４）の際に、ＣＦｘプラズマ発光の最大／最初強度ピーク比がセンター値から上昇した場合（ステップＳ２０２：ｙｅｓ）には、制御部６０は、その次に実行する酸化膜５のエッチング時間を減少させる（ステップＳ２２２）。一方、下層レジスト４のエッチング（ステップＳ１１４）の際に、ＣＦｘプラズマ発光の最大／最初強度ピーク比がセンター値から低下した場合（ステップＳ２０４：ｙｅｓ）には、制御部６０は、その次に実行する酸化膜５のエッチング時間を増加させる（ステップＳ２２４）。
【０１３８】
この場合、例えば、下層レジスト４のエッチング（ステップＳ１１４）の際のＣＦｘプラズマ発光の最大／最初強度ピーク比と、酸化膜５のできあがり寸法が目標値となるための最適エッチング時間と、との相関のデータベースがデータ格納部７０に格納されている。このようなデータベースは、図２８に関して前述したものと同様に、予め実験や試作などを行い、その結果に基づいて作成できる。または、ウェーハの処理を実行するたびに、このデータベースを更新するようにしてもよい。
【０１３９】
このようにすれば、チャンバー９（ウェーハの表面も含む）に残留するＣＦｘの量に応じて、酸化膜５のエッチング時間をフィードフォワード制御でき、その結果として、できあがり寸法を所定の範囲内に維持できる。
【０１４０】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をした。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。  
前述の具体例に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【０１４１】
例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置８として、平行平板型ＲＩＥ装置を例示しているが、これに限定されるものではない。例えば、マグネトロン型ＲＩＥ装置、トライオード型ＲＩＥ装置、表面波プラズマエッチング装置、ヘリコン波プラズマエッチング装置、誘電結合プラズマエッチング装置などであってもよい。この場合、上部電極１０に該当するものとして、ウェーハに対向するようにして設けられた誘電体窓などの部材を例示することができる。また、プラズマの発生としては、高周波電力の他にマイクロ波を用いたものであってもよい。
【０１４２】
また、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置８として例示した、チャンバー９、上部電極１０、高周波電源１７、載置台１１、高周波電源１８などの形状、配置、サイズ、材質などは図示したものに限定されるわけではなく適宜変更が可能である。
また、積層マスク１として３層のものを例示したが、層数はこれに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
また、酸化膜としてＳｉＯ２膜を例示したが、これに限定されるわけではなく、適宜、ＴＥＯＳ（Tetraethylorthosilicate）膜、ＢＳＧ(Boron-Silicate Glass)膜、ＢＰＳＧ（Boro-Phospho-Silicate Glass）膜や塗布型酸化膜なども選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式工程断面図である。
【図２】上部電極に反応生成物が山型に堆積した場合の影響を説明するためのグラフ図である。
【図３】酸化膜をマスクとして窒化膜をもドライエッチング加工した場合の窒化膜のライン幅寸法のウェーハ面内分布を示したグラフ図である。
【図４】反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置の上部電極に堆積した反応生成物の影響を説明するための模式断面図である。
【図５】反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置の上部電極に堆積した反応生成物の影響を説明するための模式図である。
【図６】下層レジスト除去（アッシング）の条件下におけるレジスト膜のエッチングレートを説明するためのグラフ図である。
【図７】下層レジスト除去（アッシング）の条件下におけるＳｉＯ２膜のエッチングレートを説明するためのグラフ図である。
【図８】下層レジストの除去（アッシング）作業の前後におけるライン幅の寸法差を説明するためのグラフ図である。
【図９】下層レジストの除去後に残留（堆積）してしまう反応生成物の影響を説明するための模式図である。
【図１０】残留（堆積）する反応生成物があった場合に、次回ドライエッチング加工するウェーハにおけるライン幅寸法のウェーハ面内分布を示したグラフ図である。
【図１１】酸化膜のドライエッチング加工後に上部電極に堆積する反応生成物の影響を除去することを説明するための模式断面図である。
【図１２】反応生成物の堆積状態を調整する効果について説明をするためのグラフ図である。
【図１３】酸化膜をマスクとして窒化膜をもドライエッチング加工した場合の窒化膜のライン幅寸法のウェーハ面内分布を示したグラフ図である。
【図１４】堆積状態の調整をすることでＦラジカル（フッ素ラジカル）の発生が抑えられる効果を説明するためのグラフ図である。
【図１５】堆積状態の調整をすることで酸化膜のサイドエッチングが防止される効果を説明するためのグラフ図である。
【図１６】堆積状態の調整をした場合における下層レジストの加工特性を説明するためのグラフ図である。
【図１７】下層レジストのアッシング条件下におけるレジスト膜のエッチングレートを説明するためのグラフ図である。
【図１８】下層レジストのアッシング条件下におけるＳｉＯ２膜のエッチングレートを説明するためのグラフ図である。
【図１９】下層レジストの除去（アッシング）作業の前後におけるライン幅の寸法差を説明するためのグラフ図である。
【図２０】堆積状態の調整時間と反応生成物の残留（堆積）量との関係を説明するためのグラフ図である。
【図２１】堆積状態の調整がライン幅寸法の面内均一性に与える影響を説明するためのグラフ図である。
【図２２】堆積状態の調整がウェーハ間におけるライン幅寸法のバラツキに与える影響を説明するためのグラフ図である。
【図２３】図１に例示した積層マスク１を有するウェーハＷをドライエッチングにより加工するプロセスの流れを例示する模式図である。
【図２４】フィードバック制御を実行する場合のプロセスの流れを例示する模式図である。
【図２５】フィードフォワード制御を実行する場合のプロセスの流れを例示する模式図である。
【図２６】下層レジスト４の加工時のＣＦｘに関するプラズマ発光強度の時間依存性を表すグラフ図である。
【図２７】図２６に表したＣＦのプラズマ発光の最大／最小ピーク強度比と、加工後のパターン寸法のクリーニング時間依存性を表すグラフ図である。
【図２８】図２７から読み取った最大／最小ピーク強度のセンター値（最適値＝１．８５０）からのズレを補正するために必要なクリーニング時間の補正量を表すグラフ図である。
【図２９】本実施形態に基づいてフィードバック制御した結果を例示するグラフ図である。
【図３０】本実施形態に係るエッチング装置のブロック図である。
【図３１】本実施形態のエッチング装置において実行されるフィードバック制御を例示するフローチャートである。
【図３２】本実施形態のエッチング装置において実行されるフィードフォワード制御を例示するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１４４】
１ 積層マスク、  ２ 上層レジスト、  ３ 酸化膜、  ４ 下層レジスト、  ５ 酸化膜、  ６ 窒化膜、  ７ ポリシリコン膜、  ８ エッチング装置、  ９ チャンバー、 １０ 上部電極、 １１ 載置台、 １２ 反応生成物、 １３ 反応生成物、 １４ 反応生成物、 １５ 反応生成物、 １６ 反応生成物、 １７、１８ 高周波電源、 ２０ 排気系、 ３０ ガス供給系、 ４０ ウェーハ搬送部、 ５０ 発光モニタ、 ６０ 制御部、  ７０  データ格納部
【図１】
2008109071.tif 000007
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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