(57)【要約】【課題】大口径の被処理体にゲート電極の形成を目的としてプラズマエッチングを行う際に、ゲート電極のＣＤシフトの面内均一性を確保するのが困難になってきている。【解決手段】処理室内のプラズマ中のラジカル密度分布を測定するとともに、処理室内に複数箇所から処理ガスを導入し、流量や組成の制御を行うか、または被処理体の係止台の面内温度分布の制御を行うか、または処理室内に複数箇所から処理ガスを導入し流量や組成の制御を行うと共に被処理体の係止台の面内温度分布の制御を行う。【選択図】図１
2008141147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体にプラズマ処理を行う真空処理室と、該真空処理室に処理ガスを供給するための少なくとも２つの供給源と、前記真空処理室内に処理ガスを導入する少なくとも２箇所のガス導入口と、前記真空処理室内に電磁波を供給する電磁波供給手段と、前記被処理体の表面近傍のプラズマ発光の分布を側面から測定するプラズマ発光分布測定システムと、該プラズマ発光分布測定システムによってプラズマ中のラジカル分布を算出する手段とを有するプラズマエッチング装置であって、
前記ラジカル分布算出手段であらかじめ算出されたラジカル分布とＣＤシフト分布との測定結果をもとに、前記２箇所のガス導入口から導入する処理ガスの組成または流量を制御する手段
を具備したことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】
被処理体にプラズマ処理を行う真空処理室と、該真空処理室に設けられ前記被処理体を係止し内部に少なくとも２箇所の温度を制御できる温度制御手段を有する試料台と、前記真空処理室内に電磁波を供給する電磁波供給手段と、前記被処理体の表面近傍のプラズマ発光を側面から測定するプラズマ発光分布測定システムと、該プラズマ発光分布測定システムによってプラズマ中のラジカル分布を算出する手段とを有するプラズマエッチング装置であって、
前記ラジカル分布算出手段であらかじめ算出されたラジカル分布とＣＤシフト分布との測定結果をもちに、前記被処理体の試料台の少なくとも２箇所の温度を制御する手段
を具備したことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項３】
被処理体にプラズマ処理を行う真空処理室と、該真空処理室に処理ガスを導入する少なくとも２箇所のガス導入口と、前記真空処理室内に設けられ前記被処理体を係止し内部に少なくとも２箇所の温度を制御できる温度制御手段を有する試料台と、前記真空処理室内に電磁波を供給する電磁波供給手段と、前記被処理体の表面近傍のプラズマ発光を側面から測定するプラズマ発光分布測定システムと、該プラズマ発光分布測定システムによってプラズマ中のラジカル分布を算出する手段とを有するプラズマエッチング装置であって、
前記ラジカル分布算出手段であらかじめ算出されたラジカル分布とＣＤシフト分布との測定結果をもとに、前記２箇所のガス導入口から導入する処理ガスの組成または流量と、前記被処理体の試料台の少なくとも２箇所の温度とを制御する手段
を具備したことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置において、
前記プラズマエッチングの処理中に、前記プラズマ中のラジカル分布を算出し、該算出されたラジカル分布をもとに２箇所のガス導入口から導入するそれぞれの処理ガスの組成または流量、もしくは、前記被処理体の試料台の温度分布のいずれかを制御する手段
を具備したことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項５】
被処理体にプラズマ処理を行う真空処理室と、該真空処理室に処理ガスを導入する少なくとも２箇所のガス導入口と、被処理体を係止し内部に少なくとも２箇所の温度を制御できる温度制御手段を有する試料台と、前記真空処理室内に電磁波を供給する電磁波供給手段と、被処理体の表面近傍のプラズマ発光の分布を側面から測定するプラズマ発光分布測定システムと、該プラズマ発光分布測定システムによってプラズマ中のラジカル分布を算出する手段とを具備したプラズマエッチング装置を用い被処理体をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、
前記処理ガスの流量を変えたエチング処理を事前に少なくとも２回行い、該エッチング処理中の少なくとも１種類のラジカル密度分布とＣＤシフト分布とを計測する工程と、
該エッチング処理の条件と該ラジカル密度分布と該ＣＤシフト分布とをデータベースに蓄積する工程と、
少なくとも１種類のラジカル密度分布とＣＤシフト分布との関係式を算出する工程と、
該関係式からＣＤシフトが均一になるように処理条件を算出する工程と、
ＣＤシフトが均一になるように算出された該処理条件を実現するためのエッチング処理の制御パラメータを算出する工程とを備え、
該算出されたパラメータを用いて被処理体のエッチング処理を行う
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項６】
請求項５に記載のプラズマエッチング方法において、
前記少なくとも１種類のラジカル分布をエッチング処理中に測定し、
前記ＣＤシフトが均一になるように算出された処理条件を実現するためのエッチング処理の制御パラメータを該エッチング処理中に算出する工程とを備え、
該算出された制御パラメータを用いて被処理体のエッチング処理を行う
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のプラズマエッチング方法において、
前記ＣＤシフトが均一になるように算出された処理条件を実現するためのエッチング処理の制御パラメータが、少なくとも２箇所から導入する処理ガスの組成または流量か、前記被処理体の温度分布を制御するために設けた少なくとも２箇所の温度調節手段の設定温度の少なくともいずれかである
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項８】
被処理体にプラズマ処理を行う真空処理室と、該真空処理室内に前記被処理体を保持するための保持面を有する被処理体保持台と、前記真空処理室に処理ガスを供給するためのガス導入口と、前記真空処理室内に電磁波を供給する電磁波供給手段と、前記被処理体の表面近傍のプラズマ発光を真空処理室の側面から受光するために、各々が受光する光路の長さが互いに異なるように配置された複数の受光部と、前記複数の受光部とは別に設けられたプラズマ発光分布測定システムと、該プラズマ発光分布測定システムと、前記複数の受光部の少なくとも一方によってプラズマ中のラジカル分布を算出するラジカル分布算出手段とを有するプラズマエッチング装置において、
あらかじめプラズマエッチング処理を行い、該処理中に前記ラジカル分布算出手段と前記複数の受光部でプラズマ中のラジカル分布を算出して、該プラズマエッチング処理においてプラズマ処理した前記被処理体のＣＤシフト分布の測定を行いその結果を蓄えるデータベースを有し、
前記あらかじめ行ったプラズマエッチング処理の後に行うプラズマエッチング処理中に、前記複数の受光部を用いてプラズマ中のラジカル分布を算出する手段と、前記データベースに蓄えられているデータをもとに該プラズマエッチング処理条件を制御する手段
を具備したことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項９】
前記プラズマエッチング処理中に処理条件を制御する対象が、複数設けられた前記ガス導入口から導入する処理ガスの組成および流量であるか、または、前記被処理体保持台の保持面の温度分布であるか、もしくは、それら両方である
ことを特徴とする請求項８に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１０】
被処理体にプラズマ処理を行う真空処理室と、該真空処理室内に前記被処理体を保持するための保持面を有する被処理体保持台と、前記真空処理室に処理ガスを供給するためのガス導入口と、前記真空処理室内に電磁波を供給する電磁波供給手段と、前記被処理体の表面近傍のプラズマ発光を真空処理室の側面から受光するために、各々が受光する光路の長さが互いに異なるように配置された複数の受光部と、前記複数の受光部とは別に設けられたプラズマ発光分布測定システムと、該プラズマ発光分布測定システムと、前記複数の受光部の少なくとも一方によってプラズマ中のラジカル分布を算出するラジカル分布算出手段とを有するプラズマエッチング装置であり、あらかじめプラズマエッチング処理を行い、該処理中に前記ラジカル分布算出手段と前記複数の受光部でプラズマ中のラジカル分布を算出して、該プラズマエッチング処理においてプラズマ処理した前記被処理体のＣＤシフト分布の測定を行いその結果を蓄えるデータベースを有し、前記あらかじめ行ったプラズマエッチング処理の後に行うプラズマエッチング処理中に、前記複数の受光部を用いてプラズマ中のラジカル分布を算出する手段と、前記データベースに蓄えられているデータをもとに該プラズマエッチング処理条件を制御する手段を具備したことを特徴とするプラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチング方法において、
前記あらかじめ行ったプラズマエッチング処理の後に行うプラズマエッチング処理中に、前記複数の受光部を用いてプラズマ中のラジカル分布を算出する課程と、
前記データベースに蓄えられているデータをもとに該プラズマエッチング処理条件を制御する過程とを有し、
処理における該プラズマエッチング処理条件を制御する過程とが、ロット毎または前記被処理体の処理毎もしくは複数のエッチングステップにおけるステップ毎のいずれかであるか、該プラズマ中のラジカル分布の算出結果をもとに直ちに該プラズマエッチング処理条件を制御する
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマエッチング技術に係り、特に被処理体のＣＤシフト分布の面内均一性に優れたエッチングを行うプラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラズマエッチング処理装置では、面内均一性を向上させるために処理装置の上方にプラズマ発光の受光手段を半径方向に複数設け、プラズマ中のラジカルの密度を計測し、その結果をもとに、半径方向に複数設けたガス導入口から異なる組成のガスを導入しプラズマ中のラジカル密度分布を制御する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、大口径の被処理体の全面でナノメートルレベルの加工精度が要求される最近のゲートエッチングにおいては真空処理室内の多点での測定を行うことが望ましく、そのために多数の受光部を設けることが必要となる。そのため広い設置スペースが必要となり、その技術の適用が難しいことが明らかになった。
【０００４】
上述の課題に対し、筆者らは真空処理室内のプラズマが存在する領域に受光部を挿入し、その受光部を回転させながらプラズマ発光を受光し、ラジカルの密度分布を求める技術を提案している（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、この技術においては、プラズマ受光で得られた密度分布の結果をエッチング処理に反映させる手段について記載されておらず、本課題を解決するには不十分であった。
【特許文献１】特開２００５−５６９１４号公報
【特許文献２】特開２００６−３１３８４７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、以上の課題を鑑みてなされたものであり、真空処理室内のプラズマ発光分布を正確に測定し、その結果をプラズマエッチング処理に反映させ、被処理体のＣＤシフトの面内分布を均一にすることができるプラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
被処理体にプラズマ処理を行う真空処理室と、真空処理室に処理ガスを導入する少なくとも２箇所のガス導入口と、被処理体を係止し内部に少なくとも２箇所の温度を制御できる温度制御手段を有する試料台と、真空処理室内に電磁波を供給する電磁波供給手段と、被処理体の表面近傍のプラズマ発光の分布を側面から測定するプラズマ発光分布測定システムと、プラズマ発光分布測定システムによってプラズマ中のラジカル分布を算出する手段とを具備し、ラジカル分布算出手段であらかじめ算出されたラジカル分布とＣＤシフト分布との測定結果をもとに、２箇所のガス導入口から導入する処理ガスの組成または流量と、被処理体の試料台の少なくとも２箇所の温度とを制御する手段のいずれかを具備するように構成することによって達成される。
【０００８】
また、プラズマエッチング装置において、プラズマエッチングの処理中に、プラズマ中のラジカル分布を算出し、算出されたラジカル分布をもとに２箇所のガス導入口から導入するそれぞれの処理ガスの組成または流量、または、前記被処理体の試料台の温度分布のいずれかを制御する手段を具備することによって達成される。
【０００９】
また、上述の装置を用い被処理体をプラズマエッチングする方法において、処理ガスの流量を変えたエッチング処理を事前に少なくとも２回行い、該エッチング処理中の少なくとも１種類のラジカル密度分布とＣＤシフト分布とを計測する工程と、該エッチング処理の条件と該ラジカル分密度布と該ＣＤシフト分布とをデータベースに蓄積する工程と、少なくとも１種類のラジカル密度分布とＣＤシフト分布との関係式を算出する工程と、該関係式からＣＤシフトが均一になるように処理条件を算出する工程と、ＣＤシフトが均一になるように算出された該処理条件を実現するためのエッチング処理の制御パラメータを算出する工程とを備え、該算出された制御パラメータを用いて被処理体のエッチング処理を行うことによって達成される。
【００１０】
また、プラズマエッチング方法において、少なくとも１種類のラジカル密度分布をエッチング処理中に測定し、ＣＤシフトが均一になるように算出された該処理条件を実現するためのエッチング処理の制御パラメータを該エッチング処理中に算出する工程とを備え、該算出された制御パラメータを用いて被処理体のエッチング処理を行うことによって達成される。
【００１１】
また、プラズマエッチング方法において、ＣＤシフトが均一になるように算出された該処理条件を実現するためのエッチング処理の該制御パラメータが、少なくとも２箇所から導入する処理ガスの組成か、前記被処理体の温度分布を制御するために設けた少なくとも２箇所の温度調節手段の設定温度の、少なくともいずれかであることによって達成される。
【００１２】
さらに、プラズマ処理装置において、被処理体にプラズマ処理を行う真空処理室と、該真空処理室内に前記被処理体を保持するための保持面を有する被処理体保持台と、前記真空処理室に処理ガスを供給するためのガス導入口と、前記真空処理室内に電磁波を供給する電磁波供給手段と、前記被処理体の表面近傍のプラズマ発光を真空処理室の側面から受光するために、各々が受光する光路の長さが互いに異なるように配置された複数の受光部と、前記複数の受光部とは別に設けられたプラズマ発光分布測定システムと、該プラズマ発光分布測定システムと、前記複数の受光部の少なくとも一方によってプラズマ中のラジカル分布を算出するラジカル分布算出手段とを有するプラズマエッチング装置において、あらかじめプラズマエッチング処理を行い、該処理中に前記ラジカル分布算出手段と前記複数の受光部でプラズマ中のラジカル分布を算出して、該プラズマエッチング処理においてプラズマ処理した前記被処理体のＣＤシフト分布の測定を行いその結果を蓄えるデータベースを有し、前記あらかじめ行ったプラズマエッチング処理の後に行うプラズマエッチング処理中に、前記複数の受光部を用いてプラズマ中のラジカル分布を算出する手段と、前記データベースに蓄えられているデータをもとに該プラズマエッチング処理条件を制御する手段を具備した。
【００１３】
また、上記プラズマエッチング装置において、前記プラズマエッチング処理中に処理条件を制御する対象が、複数設けられた前記ガス導入口から導入する処理ガスの組成および流量であるか、または、前記被処理体保持台の保持面の温度分布であるか、もしくは、それら両方とした。
【００１４】
本発明は、被処理体にプラズマ処理を行う真空処理室と、該真空処理室内に前記被処理体を保持するための保持面を有する被処理体保持台と、前記真空処理室に処理ガスを供給するためのガス導入口と、前記真空処理室内に電磁波を供給する電磁波供給手段と、前記被処理体の表面近傍のプラズマ発光を真空処理室の側面から受光するために、各々が受光する光路の長さが互いに異なるように配置された複数の受光部と、前記複数の受光部とは別に設けられたプラズマ発光分布測定システムと、該プラズマ発光分布測定システムと、前記複数の受光部の少なくとも一方によってプラズマ中のラジカル分布を算出するラジカル分布算出手段とを有するプラズマエッチング装置であり、あらかじめプラズマエッチング処理を行い、該処理中に前記ラジカル分布算出手段と前記複数の受光部でプラズマ中のラジカル分布を算出して、該プラズマエッチング処理においてプラズマ処理した前記被処理体のＣＤシフト分布の測定を行いその結果を蓄えるデータベースを有し、前記あらかじめ行ったプラズマエッチング処理の後に行うプラズマエッチング処理中に、前記複数の受光部を用いてプラズマ中のラジカル分布を算出する手段と、前記データベースに蓄えられているデータをもとに該プラズマエッチング処理条件を制御する手段を具備したことを特徴とするプラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチング方法において、前記あらかじめ行ったプラズマエッチング処理の後に行うプラズマエッチング処理中に、前記複数の受光部を用いてプラズマ中のラジカル分布を算出する課程と、前記データベースに蓄えられているデータをもとに該プラズマエッチング処理条件を制御する過程とを有し、処理における該プラズマエッチング処理条件を制御する過程とが、ロット毎または前記被処理体の処理毎もしくは複数のエッチングステップにおけるステップ毎のいずれかであるか、該プラズマ中のラジカル分布の算出結果をもとに直ちに該プラズマエッチング処理条件を制御する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、以上の構成を備えることによって、プラズマ中の様々なラジカルの密度分布を計測でき、その計測結果をもとに、２箇所のガス導入口から導入する処理ガスの組成または流量を制御、または試料台の温度分布を制御することによって、プラズマ中のラジカル分布を制御し、面内のＣＤシフト分布を均一にできるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法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】
【００１６】
[実施例１]
以下、本発明をゲート電極形成のためのエッチング（以下、ゲートエッチングという）に適用した第１の実施例について図１〜図４を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施例を適用したＵＨＦ−ＥＣＲ（Ultra  High  Frequency  -  Electron  Cyclotron  Resonance）方式のプラズマエッチング装置の構成を示す断面図である。図１において、略円筒形状の処理室壁２０の上に処理室蓋２２を設置し、これにより構成される真空処理室２６内に試料台２８を設け、この上に被処理体１を係止する。真空処理室２６には中央側ガス系７０−１と外周側ガス系７０−２とから成る２系統の処理ガスが導入される。各々のガス系はガスシリンダなどガス供給手段（図示略）と、各々のガスの流量を調節するための流量調節手段（図示略）と、各々のガスを流したり止めたりするためのバルブ（図示略）などから構成されており、所望のガスを所望の流量で流したり止めたりすることができる。
【００１７】
中央側ガス系７０−１によって第１のガス導入管３０−１に導かれた第1処理ガス３６−１は、処理室蓋２２とシャワーヘッドプレート２４との間の中央側空間３２−１に導入される。被処理体１と対向する位置に設置されたシャワーヘッドプレート２４の中央付近には、複数の孔で構成された中央側ガス導入領域３４−１が形成されており、ここから真空処理室２６に第1処理ガス３６−１が導入される。同様に、第２のガス導入管３０−２に導かれた第２処理ガス３６−２は、処理室蓋２２とシャワーヘッドプレート２４との間の外周側空間３２−２に導入される。中央側ガス導入領域３４−１の外側には、複数の孔で構成された外周側ガス導入領域３４−２がシャワーヘッドプレート２４に形成されており、ここから真空処理室２６に第２処理ガス３６−２が導入される。
【００１８】
また、処理室蓋２２の下面には円周状に突起２２−１が形成されており、それがシャワーヘッドプレート２４の上面に密着し、中央側空間３２−１と外周側空間３２−２とを隔離し、第１処理ガス３６−１と第２処理ガス３６−２とが真空処理室２６内に導入される前には第１処理ガス３６−１と第２処理ガス３６−２とが混ざり合わないようになっている。
【００１９】
以上の構成により、中央側ガス導入領域３４−１および外周側ガス導入領域３４−２から、組成（複数種類のガスの混合ガスならば、それぞれのガスの流量比）や流量が異なる第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２がそれぞれ真空処理室２６内に導入される。真空処理室２６内には試料台２８が設置されており、その上に被処理体１が静電吸着力で係止される。試料台２８内には半径位置が異なる複数列の流体流路６２が設けられており、その中を循環させる流体の温度をサーキュレータ６４で制御することによって被処理体１の温度が制御される。
【００２０】
第1処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の一部、そしてプラズマエッチング処理における反応で生成した揮発性物質は、排気口４０から排出される。排気口４０の先には真空ポンプ（図示しない）が接続されており、これによって処理室２６内の圧力を1Ｐａ（パスカル）程度に減圧している。
処理室蓋２２の上には、アンテナ５２が設置されており、これによりＵＨＦ電源５４から電磁波を絶縁体で構成された処理室蓋２２およびシャワーヘッドプレート２４を通して真空処理室２６内に導入することによってプラズマ３８を生成させる。
【００２１】
また、本第１実施例に示すプラズマエッチング装置には、プラズマ発光分布測定システムが設置されている。プラズマ発光分布測定システムは、モータ１４０、回転伝達軸１４２、受光部１４４、回転フィードスルー１４６、光ファイバ１４８、分光器１５０およびコンピュータ１５４から構成されている。以下そのプラズマ発光分布測定システムについて説明する。プラズマ発光分布測定システムの駆動機構はモータ１４０、回転伝達軸１４２とから成り、回転伝達軸１４２には受光部１４４が接続されている。このモータ１４０を駆動することにより、回転伝達軸１４２および受光部１４４が回転する。さらにモータ１４０の回転軸に角度センサを設けることで受光方向を正確に求めることができる。
【００２２】
また、図１に示すように回転伝達軸１４２は回転フィードスルー１４６を介して真空処理室２６内に挿入されており、真空処理室２６内を減圧に保ったままプラズマ発光分布測定システムを設置および駆動させられる。また、受光部１４４には光ファイバ１４８が接続されており、受光部１４４で受光したプラズマ３８の発光を分光器１５０へと導く。分光器１５０へと導かれたプラズマ３８の発光は、分光器１５０において波長ごとの強度を発光スペクトルデータへと変換され出力される。出力された発光スペクトルデータ１５２はコンピュータ１５４へと伝達される。発光スペクトルデータ１５２はコンピュータ１５４に伝達された後に蓄積される。また、コンピュータ１５４からはモータ１４０へ駆動信号１５６が送られ、これによりモータ１４０の回転が制御される。
【００２３】
なお、コンピュータ１５４での発光スペクトルデータ１５２の蓄積の際にはモータ１４０の回転位置と関連付けられることによって、受光部１４４が受光する方向と発光スペクトルデータ１５２とが関連付けられ、これにより真空処理室２６内のプラズマ発光の分布が得られる。さらに、コンピュータ１５４によりプラズマ発光スペクトルの所定の波長域にある光のみを抽出することにより所望のラジカルの発光強度を知ることができる。
ここで得られた発光強度分布は受光部から観測される視野線（Line  of  sight）内のプラズマ発光の積分値であるから、これをコンピュータで発光強度の空間分布に変換する。プロセス装置ではプラズマはほぼ軸対称状態にあるので、この変換にはAbel（アーベル）変換を用いるとよい。プロセス装置の対称性が得られない場合には、受光部を複数個所に設けて、これらの複数の受光部から得られる発光データを用いてコンピュータートモグラフィ計算を実施するとよい。
【００２４】
この変換により得られるラジカル発光の空間分布は、そのままではプラズマ中の電子密度分布や電子温度分布の影響を受けているためラジカル密度分布とはならない。これらの電子密度や電子温度分布を含んだままプロセス制御を行うこともできるが、より正確なプロセス制御を行うためには、電子密度や電子温度分布の影響を極力低減した方がよい。このためには、各空間位置毎に所望のラジカル発光をＡｒ,Ｈｅ,Ｎｅ,Ｋｒ,Ｘｅ等の不活性ガスの発光で規格化するアクチノメトリを実施する。
【００２５】
さらにコンピュータ１５４は、得られた各ラジカルの密度分布を基に、プラズマエッチング装置の制御コンピュータ１６０に制御データ１５８を送る。その後、制御コンピュータ１６０から制御信号１６２が中央側ガス系７０−１および外周側ガス系７０−２に送られ、それぞれを構成する流量調節手段やバルブの制御を行い、第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の組成や流量を制御できる。
【００２６】
以上の構成を用いて、互いに組成が異なる第１処理ガス３６−１と第２処理ガス３６−２を真空処理室２６に導入させられる。例えば、塩素（Ｃｌ２）、臭化水素（ＨＢｒ）、酸素（Ｏ２）の混合ガスを用いるとき、中央側ガス導入領域３４−１から導入する第１処理ガス３６−１中の酸素の流量を、外周側ガス導入領域３４−２から導入する第２処理ガス３６−２中の酸素の流量よりも少なくすれば、被処理体１の表面の中央部よりも外周部の方の酸素ラジカルの密度を高くできる。逆に、第１処理ガス３６−１中の酸素の流量を、第２処理ガス３６−２中の酸素の流量よりも多くすれば、被処理体１の表面の中央部よりも外周部の方の酸素ラジカルの密度を低くできる。
同様に、第１処理ガス３６−１や第２処理ガス３６−２中の塩素の流量を調節することにより塩素ラジカルの密度分布を調節でき、またＣＦ４（四フッ化炭素）などの処理ガスを用いる時には、第１処理ガス３６−１や第２処理ガス３６−２中の流量を同様に調節し、フロロカーボン系ラジカルの密度分布を調節できる。
【００２７】
ゲートエッチング中は、処理ガスが解離して生成したＣｌ（塩素）、Ｂｒ（臭素）、Ｏ（酸素）のラジカルと、ポリシリコン膜とが反応し、シリコン系の反応生成物が生じる。これらの反応生成物のうち、揮発性のものは排気口４０から排出されるが、不揮発性のものの一部はポリシリコン膜やフォトレジストマスクに付着・堆積し、塩素などエッチャントのラジカルによるエッチングに対する側壁の保護膜として働く。そのためゲート電極の側壁への堆積物の量が少ない場合には、エッチャントラジカルによってゲート電極の側壁への等方性エッチングが進み、エッチング処理後のゲート電極の幅（ゲート幅）が小さくなる場合が多い。一方、ゲート電極の側壁への堆積物の量が多い場合には、それがエッチングに対するマスクとなり、エッチング処理後のゲート幅が大きくなる場合が多い。なお、エッチング処理後のゲート電極の幅（ＣＤ（Critical  Dimension）とも呼ばれる）から、処理前のマスク寸法を引いた値はＣＤシフトと呼ばれ、エッチング処理の良否を表す重要な指標であり、その目標値が予め設定されている。
【００２８】
また、シリコン系の反応生成物と酸素ラジカルとが結合した場合には、反応生成物の堆積性が強くなることが知られている。そのため、ある領域において酸素ラジカルの密度を高くすれば、密度が低い領域に比べて、ゲート電極の側壁への堆積物の量が多くなり、その結果ゲート幅を大きく、すなわちＣＤシフトを大きくできる。また、ＣＦ４（四フッ化炭素）などフロロカーボンガスを処理ガスに用いる場合には、堆積性が強い炭素系のラジカルが生成し、ゲート電極の側壁に堆積するため、同様にある領域において炭素系ラジカルの密度を高くすれば、密度が低い領域に比べてＣＤシフトを大きくすることができる。また、ある領域において塩素ラジカルの密度を高くすれば、密度が低い領域に比べて、ゲート電極の側壁への等方性エッチング量が多くなり、ＣＤシフトを小さくできる。従って、第１処理ガス３６−１と、第２処理ガス３６−２とに含まれる酸素やフロロカーボンガスや塩素の量を制御することにより、被処理体１の表面におけるＣＤシフトの面内分布を制御することができる。
【００２９】
また、前述したプラズマ発光分布測定システムを用いて所望の方向にある所望のラジカルの発光強度を観測できる。この各ラジカルの発光強度と受光部１４４が受光した方向とのデータを、アーベル変換で処理することにより、ラジカル発光強度の半径方向分布を計算することができ、これにより各ラジカルの密度の分布が得られる。
なお、少なくとも被処理体１の直径を含む範囲のラジカル密度分布を得られるように、受光部１４４の回転の範囲が広いことが重要である。また、被処理体１の表面近傍のラジカル密度分布が密接に関係しているため、受光部１４４が受光する高さは被処理体1よりも上で、且つなるべく被処理体1の表面近くであることが望ましい。
【００３０】
本一実施例における、プラズマエッチング条件を決定する具体的な処理について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。まずあらかじめ、第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の組成や流量を変えて被処理体１のゲートエッチング処理をＮ回行い、そのときのプラズマ３８中のラジカルの密度分布を、前述のプラズマ発光分布測定システムで計測する。さらに、それぞれの処理でのＣＤシフト分布を測定し、そのデータを得ておく（ステップ１７０）。例えばＨＢｒ，Ｃｌ２，Ｏ２，Ａｒを、それぞれ５０ｓｃｃｍ，５０ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍ，１０ｓｃｃｍで混合した第１処理ガス３６−１と、それぞれ同流量で混合した第２処理ガス３６−２とを用いた条件（以下、条件Ａという）において処理し、ラジカル種の密度分布およびＣＤシフト分布を得ておき、事前のＮ回（少なくとも２回）のエッチングでのデータのうちの１つとする。なお、プラズマ発光分布測定システムで計測においては複数のラジカル種の密度分布を計測しておくことが望ましい。例えば、処理ガスの解離で生成するＨ,Ｂｒ,Ｃｌ,Ｏや、Ｐｏｌｙ−Ｓｉのエッチング処理で生成するＳｉＢｒ,Ｓｉ,ＳｉＣｌ,ＳｉＣｌ２や、処理ガスに含まれるＡｒなどのラジカル種の密度分布をそれぞれ求めておくことが望ましい。前記のアクチノメトリを実施するために、エッチング反応での要不用に関わらず、処理ガスにＡｒ等の不活性ガスを添加して処理することが望ましい。
【００３１】
なお、ステップ１７０で、第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の組成や流量と、ＣＤシフト分布との関係を明らかにするために、第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の組成や流量以外の処理条件、例えば被処理体１の温度分布、処理圧力、アンテナ５２に印加するＵＨＦパワーなどは、Ｎ回のゲートエッチング処理において同一な条件とすることが望ましい。
【００３２】
このＮ回の事前のゲートエッチング処理の結果得られたＣＤシフト分布と、それぞれの処理における処理条件（第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の組成や流量、被処理体１の温度分布、処理圧力、アンテナ５２に印加するＵＨＦパワーなど）と、ラジカルの密度分布のデータは制御コンピュータ１６０中のデータベースに蓄積される（ステップ１７２）。
次に、制御コンピュータ１６０は各ラジカルの密度分布とＣＤシフト分布との関係式を求める（ステップ１７４）。
【００３３】
次に、制御コンピュータ１６０は、ステップ１７４で求められた各ラジカルの密度分布とＣＤシフト分布との関係式から、ＣＤシフト分布を被処理体１の面内で均一にするための各ラジカルの密度分布を算出する（ステップ１７６）。
【００３４】
次に、ステップ１７６で求められた各ラジカルの密度分布を実現するための第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の組成や流量を算出する（ステップ１７８）。
【００３５】
次に、ステップ１７８で求められた第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の組成や流量を用いてエッチング処理を行う（ステップ１８０）。なお、このときの第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の組成や流量以外の処理条件はステップ１７０でのＮ回のエッチングにおける条件と同一のものを用いてエッチング処理を行う。なお、このステップ１８０でのエッチングはＣＤシフト分布が面内で均一になるように最適化された条件で行われるため、エッチング処理中にプラズマ発光分布測定システムを用いてラジカル密度分布を測定する必要はない。
【００３６】
ただし、長期間に渡るエッチング装置の使用においては、経時変化によって真空処理室２６中のラジカル分布が変化する場合がある。そのときは、エッチング処理中のプラズマ発光をプラズマ発光分布測定システムで測定すると共にリアルタイムに処理条件を制御し、エッチング処理を行うことが有効となる。その場合には、まずエッチング処理中の各ラジカルの密度分布をプラズマ発光分布測定システムで測定し、その各ラジカルの密度分布データを制御コンピュータ１６０に送る（ステップ１８２）。次にそれを、１７６で求められた被処理体１のＣＤシフト分布が均一となる各ラジカルの密度分布の算出結果と比較し（ステップ１８４）、その結果、最適な各ラジカルの密度分布実現のためのパラメータをコンピュータ１５４で算出し（ステップ１７８）、プラズマエッチング処理条件に反映させて処理すれば良い（ステップ１８０）。このエッチング処理中にステップ１８２とステップ１８４とステップ１７８とステップ１８０とを、例えば2秒間に1回行えば、エッチング中のラジカル密度分布をリアルタイムに制御できることになる。
【００３７】
次に、本一実施例の効果を説明する。図３（ａ）に、前述した条件Ａにおいてエッチングした場合の被処理体１表面におけるＯラジカルの面内分布１９０と、ステップ１７６においてＣＤシフトが均一になるように、求められたＯラジカルの面内分布１９２を示す。なお、それぞれの面内分布は直径３００ｍｍの被処理体１表面で１００点の位置でのデータから成る。条件Ａでは、Ｏラジカルの面内分布１９０に示すように、面内分布１９２と比較して外周部での密度が低かった。これを補正するために、条件Ａに比べて第２処理ガス３６−２中の酸素流量を３ｓｃｃｍ増やし、８ｓｃｃｍとした。第２処理ガス３６−２が導入される外周側ガス導入領域３２−２は、中央側ガス導入領域３２−１よりも外周側にあるため、被処理体１表面近傍の外周部でのＯラジカルの密度は第２処理ガス３６−２の影響により高くなる。なお、このように第２処理ガス３６−２中の酸素流量を増加させると、被処理体１の中央部に対して外周部での密度が上がるが、第２処理ガス３６−２の影響で中央部での密度も上がってしまい面内分布１９１に示されるような分布になってしまう。本一実施例においては、これを補正するために、条件Ａに比べて第１処理ガス３６−１の酸素流量を２ｓｃｃｍ減らし３ｓｃｃｍとすることによって、中央部でのＯラジカル密度が条件Ａの場合と等しく、且つ外周部での密度が高い面内分布１９２が得られた。
【００３８】
また、図３（ａ）において、平坦な分布に近いＯラジカル面内分布１９０よりも、外周領域での密度が高いＯラジカル面内分布１９２の場合の方が、面内のＣＤシフトが均一だったのは、前述したように被処理体１から生成する反応生成物の密度が被処理体１の外周部で低くなるために、被処理体１の中央部よりも外周部でＣＤシフトが小さくなる傾向を、外周でのＯラジカル密度を上げることによって反応生成物の堆積性を増しＣＤシフトを大きくすることで相殺し補正できたためである。
【００３９】
さらに、図３（ｂ）に被処理体１表面におけるＳｉＣｌｘ(ｘ＝２,３)ラジカルの面内分布を示す。条件Ａでエッチングした場合の分布を面内分布１９０’に、本発明を適用し酸素流量を制御した場合の分布を面内分布１９２’にそれぞれ示す。面内分布１９２’では、条件Ａに比べて被処理体１の外周部におけるＳｉＣｌｘラジカルの密度がわずかに低下している。これは本発明の適用により外周部におけるＯラジカルの密度が上がり、エッチングに対する保護膜を形成する反応生成物の堆積量が増えたためと考えられる。
以上のように、図３（ａ）に示されるＯラジカルの面内分布だけでなく、SｉＣｌｘラジカルの面内分布を把握することによって、プラズマ３８の状態を詳細に把握できる。これは被処理体１のＣＤシフトの面内分布の制御を精度向上につながる。
【００４０】
次に、図４に条件ＡでのＣＤシフト分布１９４と、本発明を適用し制御した場合のＣＤシフト分布１９６を示す。ＣＤシフト分布１９６では、条件ＡのＣＤシフト１９４に比べて、半径位置が１００ｍｍ以内の領域においてＣＤシフトが大きくなり、面内で均一な分布となった。
【００４１】
また、第１の実施例においては、ＯラジカルおよびＳｉＣｌｘラジカルの密度分布を求め、第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２中の酸素の流量を制御したが、本発明はこれらに限るものではなく、他のラジカルの密度分布をもとめ、各処理ガスの流量や組成を制御しても良い。例えば、エッチャントラジカルであるＣｌラジカルの密度分布をもとめ、第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２中の塩素の流量を制御しても良い。
また、第１の実施例においては中央側ガス導入領域３４−１および外周側ガス導入領域３４−２の２つのガス導入領域から処理ガスをそれぞれ導入したが、ガス導入領域は２つに限るものではなく、３つ以上でも良い。
【００４２】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例について図５及び図６を用いて説明する。第２の実施例においては、プラズマ発光分布測定システムによって求めたラジカルの密度分布をもとに、被処理体１の温度分布を制御し、被処理体１のＣＤシフトの面内分布を制御し均一化するものであり、以下第1の実施例との差違について説明する。
図５のプラズマエッチング装置において、処理ガスをただ１つのガス導入領域４２から導入する。また試料台２８の内部の半径が異なる位置に、複数系統の温度調節手段を設け、それらの温度を制御することによって、被処理体１の半径方向温度分布を制御するものである。本一実施例においては、温度調節手段として内周側流体流路６２−１および外周側流体流路６２−２を設け、それぞれに内周側サーキュレータ６４−１および外周側サーキュレータ６４−２を接続し、それらによって内周側流体流路６２−１および外周側流体流路６２−２内を循環する流体の設定温度をそれぞれ制御することで被処理体１の半径方向の温度分布を制御できる。
【００４３】
また、第２の実施例においては制御コンピュータ１６０から制御信号１６２が内周側サーキュレータ６４−１および外周側サーキュレータ６４−２に送られ、それぞれの設定温度が制御される。なお、内周側サーキュレータ６４−１および外周側サーキュレータ６４−２の設定温度と、被処理体１の半径方向の面内温度分布との関係は、事前に実験もしくは数値解析で求められている。
【００４４】
前述したように、ゲート電極の側壁への反応生成物の堆積がＣＤシフトに影響を与えるが、一般的に温度が低いほど反応生成物は堆積し易くなる。従って、被処理体１の温度分布を制御することによって、ＣＤシフト分布を制御できる。本一実施例における、プラズマエッチング条件を決定する具体的な処理について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。図６において、第1の実施例と同様に、あらかじめ、処理ガスの組成や流量を変えて、被処理体１のゲートエッチング処理をＮ回行い、そのときのプラズマ３８中のラジカルの密度分布およびそれぞれの処理でのＣＤシフト分布を測定し、データを得ておく（ステップ１７０’）。例えば処理ガスとしてＨＢｒ，Ｃｌ２，Ｏ２，Ａｒを、それぞれ５０ｓｃｃｍ，５０ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍ，１０ｓｃｃｍで混合したものを用い、内周側サーキュレータ６４−１および外周側サーキュレータ６４−２の設定温度をそれぞれ４０℃、２５℃とした条件（以下、条件Ｂと記す）におけるプラズマ３８中のラジカルの密度分布とＣＤシフト分布のデータを得ておき、事前のＮ回のエッチングでのデータのうちの１つとする。このとき、各ラジカルの密度分布とＣＤシフト分布との関係を明らかにするために、処理ガスの組成や流量を変える場合には、その他の処理条件はＮ回のエッチング処理において同一な条件とすることが望ましい。
【００４５】
このＮ回の事前のゲートエッチング処理の結果得られたＣＤシフト分布と、それぞれの処理条件と、ラジカルの密度分布のデータを制御コンピュータ１６０中のデータベースに蓄積する（ステップ１７２’）。
【００４６】
次に、制御コンピュータ１６０は各ラジカルの密度分布と内周側サーキュレータ６４−１および外周側サーキュレータ６４−２の設定温度と、ＣＤシフト分布との関係式を求める（ステップ１７４’）。例えば、ＣＤシフト分布が被処理体１の面内均一な場合のＯラジカル分布と比べて、被処理体１の外周部でＯラジカルの密度が低くなる場合は、外周部でのＣＤシフトが中央部よりも小さくなりやすい。それを防ぐために、外周側サーキュレータ６４−２の設定温度を下げることで反応生成物がゲート電極の側壁に付着しやすくし、外周部でのＣＤシフトを大きくしＣＤシフト分布を均一にする方向に制御できる。
【００４７】
また、ＣＤシフト分布の制御のためには、あるラジカルの密度分布がＣＤシフト分布に与える影響と、内周側サーキュレータ６４−１および外周側サーキュレータ６４−２の設定温度がＣＤシフト分布に与える影響とを表す関係式をあらかじめ求め、定量化しておくことが必要である。このステップ１７４’では、ステップ１７０’での処理条件と、プラズマ発光分布測定システムで計測した各ラジカルの密度分布と、ＣＤシフト測定結果とをもとに、ステップ１７２’で制御コンピュータ１６０中のデータベースに蓄積した各データから、各ラジカルの密度分布と内周側サーキュレータ６４−１および外周側サーキュレータ６４−２の設定温度、およびそれらサーキュレータ設定温度から求められる被処理体１の半径方向の面内温度分布とＣＤシフト分布との関係式を求める。
【００４８】
次に、制御コンピュータ１６０は、ステップ１７４’で得られた各ラジカルの密度分布と各サーキュレータの設定温度とＣＤシフト分布との関係式から、被処理体１の面内でＣＤシフト分布を均一にするための各サーキュレータの設定温度を算出する（ステップ１７６’）。例えば、本実施例において、ＣＤシフトが面内で均一になる場合よりも、Ｏラジカルの密度分布が被処理体１の外周部で２０％低く、その結果、外周部でのＣＤシフトが中心部よりも３ｎｍ細くなるとステップ１７４’で判断された場合は、ＣＤシフト分布を均一にするために、外周部でのＣＤシフトを３ｎｍ太くする必要がある。そのために必要な内周側サーキュレータ６４−１および外周側サーキュレータ６４−２の設定温度が解析される。例えば、本一実施例では外周側サーキュレータ６４−２の設定温度を、条件Ｂの２５℃から５℃低くし２０℃とし、また、外周側サーキュレータ６４−２の設定温度を５℃下げると、試料台２８内の熱伝導のために被処理体１の係止面の内周側の温度も低くなるために、これを補正するために、内周側サーキュレータ６４−１の設定温度を、条件Ｂにおける４０℃から２℃上げ４２℃とすることで、ＣＤシフトの面内分布が均一になるという結果を算出する。
【００４９】
次に、ステップ１７６’で求められたＣＤシフト分布が均一となる内周側サーキュレータ６４−１および外周側サーキュレータ６４−２の設定温度を用いてプラズマエッチング処理を行う（ステップ１８０’）。なお、このステップ１８０’でのエッチングはＣＤシフト分布が面内で均一になるように最適化された条件で行われるため、処理中にプラズマ発光分布測定システムを用いてラジカル密度分布を測定する必要はない。
【００５０】
ただし、長期間に渡るエッチング装置の使用においては、経時変化によって処理室２６中のラジカル分布が変化する場合がある。そのときは、処理中のプラズマ発光をプラズマ発光分布測定システムで測定しながらリアルタイムに処理条件を制御することが有効である。その場合には、まずエッチング処理中の各ラジカルの密度分布をプラズマ発光分布測定システムで測定し、それにより求められた各ラジカルの密度分布データを制御コンピュータ１６０に蓄える（ステップ１８２’）。次に各ラジカルの密度分布データを、ステップ１７４’で得られた各ラジカルの密度分布と各サーキュレータの設定温度とＣＤシフト分布との関係式に代入する（ステップ１８４’）。そして、ＣＤシフト分布を被処理体１の面内で均一にするための各サーキュレータの設定温度を算出し（ステップ１７６’）、エッチング処理条件に反映させれば良い。このエッチング処理中、ステップ１８２’とステップ１８４’とステップ１７６’とを、例えば2秒間に1回行えば、エッチング中に被処理体１の温度分布をリアルタイムに制御し、ＣＤシフト分布を均一にできる。
【００５１】
以上説明した第２の実施例を適用することによって、プラズマ発光分布測定システムによってプラズマ中のラジカル密度分布の測定を行い、ＣＤシフト分布を予測し、その予測値をもとに被処理体の温度の制御を行い、ＣＤシフト分布を均一化することができる。
なお、本一実施例において、被処理体1の温度分布を調節するために、２系統のサーキュレータの設定温度を制御していたが、温度制御の系統数は２系統に限るものではなく、もっと多くの系統数でも構わない。系統数が多いほど被処理体１の半径方向に、より細かく温度分布をつけることができる。また、さらに本一実施例において、被処理体１の温度分布を制御するための手段として、サーキュレータを用いていたが、本発明はこれらに限るものではなく、例えば、試料台２８内部にヒータを内周側と外周側の２系統設け、それぞれの加熱量を制御することによって被処理体１の温度分布を制御しても構わない。また、ヒータを用いた方がサーキュレータを用いた場合よりも、被処理体１の温度制御の応答性という点で有利である。また、温度制御手段としてヒータを用いる場合も、系統数が多いほど被処理体１の半径方向に、より細かく温度分布をつけることができることは言うまでもない。
【００５２】
［実施例３］
次に、本発明の第３の実施例について図７及び図８を用いて説明する。この第３の実施例においては、プラズマ発光分布測定システムによって求めたラジカルの密度分布をもとに、２つ以上の異なるガス導入領域から導入する処理ガスの流量および組成を調節する手段と、試料台２８の内部に構成された複数系統の温度調節手段との両方を用いて、ＣＤシフトの面内分布を制御するものであり、以下第1及び第２実施例との差違について説明する。
図７のプラズマエッチング装置において、第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の組成もしくは流量と、試料台２８の内部に形成された内周側流体流路６２−１および外周側流体流路６２−２内を循環する流体の温度とを調節することによって、被処理体１のＣＤシフトの面内分布を制御する。
【００５３】
本第３実施例における、ゲートエッチング条件を決定する具体的な処理について、図８に示すフローチャートを用いて説明する。図８において、第１実施例での説明と同様に、あらかじめ、第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の組成や流量を変えて、被処理体１のゲートエッチング処理をＮ回行い、そのときのプラズマ３８中のラジカルの密度分布を、前述のプラズマ発光分布測定システムで計測し、さらにそれぞれの処理でのＣＤシフト分布を測定し、データを得ておく（ステップ１７０’’）。例えばＨＢｒ，Ｃｌ２，Ｏ２，Ａｒを、それぞれ５０ｓｃｃｍ，５０ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍ，１０ｓｃｃｍで混合した第１処理ガス３６−１と、それぞれ５０ｓｃｃｍ，５０ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍ，１０ｓｃｃｍで混合した第２処理ガス３６−２とを用い、内周側サーキュレータ６４−１および外周側サーキュレータ６４−２の設定温度をそれぞれ４０℃、２５℃とした条件（以下、条件Ｃと記す）において処理し、ラジカル種の密度分布およびＣＤシフト分布を得ておき、事前のＮ回のエッチングでのデータのうちの１つとする。このとき、第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の組成や流量と、内周側サーキュレータ６４−１および外周側サーキュレータ６４−２の設定温度と、ＣＤシフト分布との関係を明らかにするために、第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の組成や流量を変える場合には、その他の処理条件はＮ回のゲートエッチング処理において同一な条件とすることが望ましい。
【００５４】
このＮ回のゲートエッチング処理の結果得られたＣＤシフト分布と、それぞれの処理条件と、ラジカルの密度分布のデータを制御コンピュータ１６０中のデータベースに蓄積する（ステップ１７２’’）。
【００５５】
次に、制御コンピュータ１６０は各ラジカルの密度分布と内周側サーキュレータ６４−１および外周側サーキュレータ６４−２の設定温度と、ＣＤシフト分布との関係式を求める（ステップ１７４’’）。例えば、ＣＤシフト分布が被処理体１の面内で均一な場合のＯラジカル分布と比べて、被処理体１の外周部でＯラジカルの密度が低くなる場合は、外周部でのＣＤシフトが中央部よりも小さくなりやすい。それを防ぐために、外周側サーキュレータ６４−２の設定温度を下げ、反応生成物をゲート電極の側壁へ堆積しやすくすると共に第２処理ガス３６−２中の酸素の流量を増やすことで外周部でのＣＤシフトを大きくする方向に制御する。なお、ＣＤシフト分布の制御のためには、あるラジカルの密度分布がＣＤシフト分布に与える影響と、内周側サーキュレータ６４−１および外周側サーキュレータ６４−２の設定温度がＣＤシフト分布に与える影響とを表す関係式をあらかじめ求め、定量化しておくことが必要である。このステップ１７４’’では、ステップ１７０’’での処理条件と、プラズマ発光分布測定システムで計測した各ラジカルの密度分布と、ＣＤシフト測定結果とをもとに、ステップ１７２’’で制御コンピュータ１６０中のデータベースに蓄積した各データから、第１処理ガス３６−１と第２処理ガス３６−２の組成および流量と、各ラジカルの密度分布と、内周側サーキュレータ６４−１および外周側サーキュレータ６４−２の設定温度およびそれらサーキュレータ設定温度から求められる被処理体１の半径方向の面内温度分布とＣＤシフト分布との関係式を求める。
【００５６】
次に、制御コンピュータ１６０は、ステップ１７４’’で得られた各ラジカルの密度分布と各サーキュレータの設定温度とＣＤシフト分布との関係式から、ＣＤシフト分布を被処理体１の面内で均一にするための各処理ガスの流量と組成および各サーキュレータの設定温度を算出する（ステップ１７６’’）。例えば、本一実施例において、ＣＤシフトが面内で均一になる場合よりも、Ｏラジカルの密度分布が被処理体１の外周部で２０％低く、その結果、外周部でのＣＤシフトが中心部よりも３ｎｍ細くなるとステップ１７４’’で判断された場合は、そのＣＤシフト分布を均一にするために、外周部でのＣＤシフトを３ｎｍ太くする必要があり、そのために必要な内周側サーキュレータ６４−１と外周側サーキュレータ６４−２の設定温度と、第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の組成や流量とが解析される。例えば、条件Ｃに比べて第１処理ガス３６−１中の酸素流量を１ｓｃｃｍ減らし４ｓｃｃｍとし、第２処理ガス３６−２中の酸素流量を１．５ｓｃｃｍ増やし６．５ｓｃｃｍとし、内周側サーキュレータ６４−１の設定温度を１℃高くし４１℃とし、外周側サーキュレータ６４−２の設定温度を２．５℃低く２２．５℃に設定することでＣＤシフトの面内分布が均一になるという結果を算出する。
【００５７】
次に、ステップ１７６’’で求められた第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の組成と流量や内周側サーキュレータ６４−１および外周側サーキュレータ６４−２の設定温度を用いてプラズマエッチング処理を行う（ステップ１８０’’）。なお、このステップ１８０’’でのエッチングはＣＤシフト分布が面内で均一になるように最適化された条件で行われるため、処理中にプラズマ発光分布測定システムを用いてラジカル密度分布を測定する必要は無い。
【００５８】
ただし、長期間に渡るエッチング装置の使用においては、経時変化によって処理室２６中のラジカル分布が変化する場合がある。そのときは、処理中のプラズマ発光をプラズマ発光分布測定システムで測定しながらリアルタイムで処理条件を制御し、エッチング処理を行うことが有効である。その場合には、まずエッチング処理中の各ラジカルの密度分布をプラズマ発光分布測定システムで測定し、それにより求められた各ラジカルの密度分布データを制御コンピュータ１６０に蓄える（ステップ１８２’’）。次に各ラジカルの密度分布データを、ステップ１７４’’で得られた各ラジカルの密度分布と各サーキュレータの設定温度とＣＤシフト分布との関係式に代入する（ステップ１８４’’）。次にそれを、ステップ１７６’’で求められた被処理体１のＣＤシフト分布が均一となる第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の組成と流量および各サーキュレータの設定温度を求め、プラズマエッチング処理条件に反映させて処理すれば良い（ステップ１８０’’）。このエッチング処理中、ステップ１８２’’とステップ１８４’’とステップ１８０’’とを、例えば2秒間に1回行えば、エッチング中に処理条件をリアルタイムに制御し、ＣＤシフト分布を均一にできる。
【００５９】
以上により、プラズマ発光分布測定システムによってプラズマ中のラジカル密度分布の測定を行い、ＣＤシフト分布を予測し、その予測値をもとに各処理ガスの流量と組成や被処理体１の温度分布の制御を行い、ＣＤシフト分布を均一化することができる。本一実施例で示したように第１および第２実施例で用いた制御手段を併用することにより、それぞれの制御手段を単独で用いる場合よりも得られるＣＤシフトの制御量が大きくなり、幅広いエッチング処理条件に対応できる。また同時に、それぞれ単独に調節する場合よりも、ＣＤシフト分布の制御を応答性良く行うことができる。
【００６０】
［実施例４］
次に、本発明の第４の実施例について図９を用いて説明する。第１乃至第３の実施例においては、プラズマ発光分布測定システムの受光部１４４および回転伝達軸１４２は直接プラズマ３８にさらされていた。これらの部分にはポリイミドなどの材料を適用することにより、プラズマ３８に対する耐腐食性を持たせることが出来るが、さらに長期間の使用のためにカバー等で保護することが有効となる。図９では、第1乃至第３の実施例で示したプラズマ発光分布測定システムの受光部１４４および回転伝達軸１４２に石英製のカバー１７０を被せるように構成した。また、その内部で受光部１４４および回転伝達軸１４２を回転できるように構成することにより、受光部１４４の方向を変ながらプラズマ３８の発光を受光でき、プラズマ３８中の各種ラジカルの密度分布を測定することが出来る。以上により、長期にわたるプラズマ３８中のラジカル密度分布の測定が可能となる。
【００６１】
［実施例５］
次に、本発明の第５の実施例について図１０を用いて説明する。これは第４の実施例と同様に、プラズマ発光分布測定システムの長期間の使用を考慮したものであり、処理室壁２０に石英製の窓１７２を埋め込み、その窓１７２の外側（大気側）にプラズマ発光分布測定システムの受光部１４４を設置したものである。さらに、受光部１４４を回転できるように構成することにより、受光部１４４の方向を変ながらプラズマ３８の発光を受光でき、プラズマ３８中の各種ラジカルの密度分布を測定することが出来る。以上より、長期にわたるプラズマ３８中のラジカル密度分布の測定が可能となる。
【００６２】
［実施例６］
次に、本発明の第６の実施例について図１１〜図１２を用いて説明する。本実施例は、処理室内のラジカルの密度分布を取り出すために適するような観測方向に複数の受光部を配置し、それらにより求められた複数の観測データを、事前に用意したデータベースに照らし合わせてチャンバ内のラジカルやプラズマの分布を、エッチング処理中にリアルタイムで計算するものである。これは、プラズマ発光分布測定システムの長期間運用に考慮するのに加え、分布測定手段の構造の簡略化を図るものである。図１１に示すように被処理体１の表面近傍の中央から外周までの領域を、被処理体１の表面に平行な方向に観測できるように、複数（この図では４つ）の窓２０１−１〜２０１−４を処理室壁に等間隔に設置し、そこに受光部２００−１〜２００−４を設置し、真空処理室２６内で生成するプラズマの観測を行う。このような構成において、各受光部２００−１〜２００−４は、プラズマ中のラジカルの密度分布を取り出すために適するような観測方向に配置する必要がある。本実施例では、各受光部がプラズマを横切って観測する経路（以下、光路と記す）の長さが、互いに異なり、かつ互いに平行になるように各受光部を配置する。なお、各受光部で受光したプラズマ発光は、図１１に点線矢印で示したように処理室２６内を横切る光路に存在するプラズマ発光の積算値となる。また、各受光部２００−１〜２００−４を用いて受光する際には、各光路をさえぎらないようにプラズマ発光分布測定システムの受光部１４４を配置することが重要である。以下、それらの使用方法を具体的に説明する。
【００６３】
まず、第１〜第３実施例で示したようなプラズマ発光分布測定システムを用いて、あらかじめＮ回エッチング処理を行いラジカルの密度分布とＣＤシフト分布との相関のデータを取る際に、図１１で示した複数の受光部２００−１〜２００−４でも処理室内のプラズマ（図示しない）の発光を受光する。各受光部２００−１〜２００−４には、それぞれ光ファイバ１４８−１〜１４８−４が接続されており、受光されたプラズマの発光は分光器１５０へと導かれる。分光器１５０へと導かれたプラズマの発光は、分光器１５０において波長ごとの強度を発光スペクトルデータへと変換され、コンピュータ１５４へと伝達される。また、コンピュータ１５４によってラジカル種の同定と各ラジカル種が示す発光ピーク強度が算出される。また、受光部２００−１〜２００−４の設置位置から半径位置が求められ、各ラジカルの発光ピーク強度と組み合わされる。この場合、各受光部が受光する光路と垂直に交わり且つ処理質２６の中心を通る径を軸とし、その軸上の座標が半径位置となる。またこのとき、プラズマ発光分布測定システムの受光部１４４を回転させることにより、第１〜第３で示した方法を用いてラジカルの密度分布が得られる。また、このエッチング処理でのＣＤシフトが測定される。以上の処理により、第１〜第３実施例と同様に、実際のエッチング処理の前にあらかじめ行う複数回（Ｎ回）の処理時において、複数の半径位置で各ラジカルピーク強度と、各ラジカルの密度分布と、ＣＤシフト分布とが得られ、これらのデータが互いに関連付けられ、制御コンピュータ１６０中のデータベースに蓄積される。
【００６４】
これらのデータの蓄積後は、プラズマ発光分布測定システムの受光部１４４を取り外したとしても、受光部２００−１〜２００−４を用いることにより、実際のエッチング中でのラジカルの密度分布１９０をリアルタイムに算出することが出来る。ここで、前述したあらかじめ行う複数回（Ｎ回）の処理において受光部１４４を用いて計測したＯラジカル密度分布の例を図１２（ａ）に、受光部２００−１〜２００−４を用いて計測したＯラジカルの発光ピーク強度分布の例を図１２（ｂ）にそれぞれ示す。Ｏラジカル密度分布２０２ａは、面内でほぼ均一な分布を示している。また、その処理の際に受光部２００−１〜２００−４を用いて計測したＯラジカルの発光ピーク強度分布は２０４−１ａ〜２０４−４ａとなる。Ｏラジカル密度分布２０２ａがほぼ均一なのに対し。発光ピーク強度分布２０４−１ａ〜２０４−４ａにおいて半径位置が外側であるほど強度が下がるのは、外側であるほど光路長が短くなるためＯラジカルの発光の積算値が小さくなるためである。また、別の処理条件で処理した場合のＯラジカル密度分布は２０２ｂとなり、また、その処理の際に受光部２００−１〜２００−４を用いて計測したＯラジカルの発光ピーク強度分布は２０４−１ｂ〜２０４−４ｂとなる。前述したように、これらラジカルの密度分布と、複数の半径位置でのラジカルピーク強度とが互いに関連付けられデータベースに蓄積されているため、処理室２６内に設けていたプラズマ発光分布測定システムの受光部１４４を、あらかじめ行うＮ回のエッチング処理後に取り外したとしても、受光部２００−１〜２００−４を用いて得たラジカルの発光ピーク強度をもとにデータベースを参照し、詳細なラジカルの密度分布を得ることができる。さらに、この手法は、あらかじめ行うＮ回のエッチング処理の終了後は、受光部１４４を処理室２６内に設置する必要が無いため、長期にわたるエッチング装置の稼動の安定性が増す。また、受光部１４４を機械的に回転させずに詳細なラジカルの密度分布を得ることができ、さらにアーベル変換のように数学的に高度な演算処理を行う必要が無いため、高速にラジカルの密度分布を得ることができる。このことは、ラジカルの密度分布の測定結果をもとに処理条件の制御を行う場合に有利となる。
【００６５】
例えば、事前のＮ回のエッチング処理の後のエッチング処理において複数の受光部２００−１〜２００−４を用いて計測したＯラジカルの発光ピーク強度分布がエッチング装置の経時変化などの影響で図１２（ｂ）の２０４−１ｂ〜２０４−４ｂのような分布になった場合は、制御コンピュータ内のデータベースを参照することによって、Ｏラジカル密度分布が図１２（ａ）の２０２ｂのようになることがわかる。もし事前のＮ回のエッチング処理において、Ｏラジカル密度分布が２０２ａになったときにＣＤシフトの面内分布が均一になった場合は、Ｏラジカルの発光ピーク強度分布が２０４−１ｂ〜２０４−４ｂのようになる処理条件では、被処理体１の外周部においてＣＤシフトが小さくなってしまう。それを防ぐために、例えば、実施例１で示したように外周側ガス導入領域３４−２から導入する処理ガスの酸素流量を増加させ（例えば2sccm増加させ）、Ｏラジカルの発光ピーク強度分布が２０４−１ａ〜２０４−４ａとなるように制御する。そのように制御した場合にはデータベースを参照することによって、Ｏラジカル密度分布がＯラジカル密度分布２０２ａのようになることがわかり、ＣＤシフトが面内で均一になることがわかる。このように受光部２００−１〜２００−４で得られるラジカルの発光ピーク強度をもとに、処理条件を制御することでＣＤシフトの面内均一性を向上させられる。
【００６６】
この処理条件の制御を行うタイミングは、本発明の適用者が自由に選択できる。例えば、現在の半導体製造ではロットと呼ばれる単位（例えば１ロットで２５枚の被処理体）で被処理体を処理するが、あるロットのエッチング処理において受光部２００−１〜２００−４で得られたラジカルの発光ピーク強度をもとに、次のロットの処理条件を制御することでＣＤシフトの面内均一性を向上させられる。また例えば、ある被処理体の処理中に受光部２００−１〜２００−４で得られたラジカルの発光ピーク強度をもとに、次の被処理体の処理条件を制御することでＣＤシフトの面内均一性を向上させられる。また例えば、エッチング処理が複数のステップからなる場合には、あるステップ中に受光部２００−１〜２００−４で得られたラジカルの発光ピーク強度を測定し、データベースを参照することでＣＤシフトの面内均一性が悪化することが検知されれば、次のステップで処理条件を制御し、ＣＤシフトが均一になるように処理を行うことができる。なお、このようにステップごとに処理条件を制御する場合には、事前のＮ回のエッチングにおいて、複数のステップにおいて処理条件を調節し、そのときのラジカルの密度分布と複数の受光部で計測するラジカルの発光ピーク強度とエッチング処理後のＣＤシフト分布とをデータベースに蓄積しておく必要がある。また例えば、エッチング処理中にラジカルの発光ピーク強度をもとに、直ちに処理条件を制御することによってリアルタイムに処理条件を制御し、ＣＤシフトの面内均一性を向上させられる。
【００６７】
なお、前述したようにあるステップで得られたラジカルの発光ピーク強度の分布をもとに、次のステップでの処理条件の制御を行う場合や、リアルタイムに処理条件の制御を行う場合に、制御対象が被処理体１の温度分布の場合は、制御の応答性すなわち制御目標温度への調節が速いことが望ましい。その場合は、試料台２８内部にヒータを内周側と外周側の２系統設け、それぞれの加熱量を制御することによって被処理体１の温度分布を応答性良く制御できる。
【００６８】
なお、本実施例を適用せずに、あらかじめ詳細なラジカル密度分布を把握すること無く４箇所の受光部だけを用いてプラズマの発光を測定した場合には、４点でのラジカルの発光ピーク強度２０４−１ａ〜２０４−４ａだけしか得られず、各測定点の間の位置での密度分布は得られない。例えば、各測定点の間のラジカルの密度分布は、多項式近似やスプライン補間などで推算することは出来るが、実際のラジカル密度分布がそのような推算で得られた分布と一致するという保証は無い。前述したように昨今の半導体量産においては、ナノメートルレベルのＣＤシフトの面内ばらつきが問題となるために、被処理体１の半径をカバーする領域で高精細なラジカル密度分布を得ることが重要であり、数箇所だけのラジカルの密度分布を得るだけでは不十分である。
【００６９】
なお、処理室内のラジカルの密度分布を取り出すために適するような観測方向に複数の受光部を配置することが重要であり、本実施例では被処理体１の表面近傍の中央から外周までの領域を測定できるように、４つの受光部２００−１〜２００−４を処理室壁に等間隔に設置したが、設置場所はそれに限るものではない。例えば処理室２６上部に、半径位置が異なるように複数の受光部を被処理体１と対向するように配置しても良い。ただし、プラズマ３８の高さ方向の距離すなわち中央側ガス導入領域３４−１と被処理体１との間の距離が長い場合には、被処理体１の表面近傍以外の領域のラジカル発光の影響が強くなる。エッチング処理には被処理体１表面のラジカルが強く影響するため、この場合はＳＮ比が下がってしまう恐れがある。また、本実施例では各受光部で受光するプラズマの光路長が互いに異なるように配置した。これは処理室３８が略円筒形状をしているためプラズマ中のラジカルの密度分布が軸対称になっているためである。もし、各受光部で受光するプラズマの光路長が全て等しくなるように配置した場合は、各受光部で得られるラジカルの発光ピーク強度が等しくなってしまい面内の分布が得られなくなる。そのため、本実施例のように各受光部で受光するプラズマの光路長が互いに異なるように配置するのが望ましい。また、本実施例では各受光部で受光するプラズマの光路が互いに平行になるように配置したが、プラズマの光路長が互いに異なるように配置すれば、各光路が平行でなくても本実施例と同様の効果を得ることができる。なお、本実施例において処理室壁に設置する受光部は４箇所としたが、それに限るものではない。多くするほど処理室２６内のプラズマの発光分布の空間的分解能を上げられるが、多すぎる場合は広い設置スペースが必要となることや、構造が複雑になることによるデメリットも多くなる。我々の検証では３〜１０箇所ほどが適切という結果が得られており、実施例では４箇所とした。
【００７０】
なお、本実施例においては被処理体１の中心から外周にかけて等間隔に４つの受光部２００−１〜２００−４を設置したが、それに限るものではなく不等間隔でも良い。例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductive Coupling Plasma）を用いるエッチング装置では、誘導結合コイルの近傍でプラズマの密度が高くなりやすい。それに対応するために、誘導結合コイルの近傍で密度が高くなるピークの半径位置に受光部を設置することでラジカルの発光ピーク強度を測定し、その他受光部での発光ピーク強度のデータと組み合わせ、データベースを参照することにより詳細なラジカルの密度分布が得られる。
【００７１】
また、本実施例では処理室壁に設置した窓を通して受光できるように受光部２００−１〜２００−４を設置しているが、長期運用時にはその窓の内側（真空側）に付着物が堆積したり、プラズマによって窓が削られ曇ることにより受光強度が弱くなるという悪影響が生じる場合がある。その場合は、あるラジカル（例えばアルゴンなど）の発光ピーク強度を基準とし、求めたいラジカル（例えばＯ）の発光ピーク強度との比を用いることによって、その悪影響を弱くすることができる。また、その発光ピークの基準としては、他のラジカルと反応しないためにラジカル密度分布に対する影響を受けにくい不活性ガスのラジカルを用いることが望ましい。
【００７２】
また、本実施例では処理条件の制御方法として第１実施例と同様に、第３実施例と同様に２つ以上の異なるガス導入領域から導入する処理ガスの流量および組成を制御したが、それに限るものではなく、第２実施例と同様に試料台２８の内部に構成された複数系統の温度調節手段の温度を制御しても良いし、第３実施例と同様に２つ以上の異なるガス導入領域から導入する処理ガスの流量および組成を調節する手段と、試料台２８の内部に構成された複数系統の温度調節手段との両方を制御しても良い。
【００７３】
以上のように得られた各ラジカルの密度分布をもとに、第１〜第３実施例で示した方法と制御を用いることにより、複数箇所の受光部２００−１〜２００−４によって、エッチング処理中の各種ラジカルの密度分布を高速に求めることができ、ＣＤシフトの面内分布が均一になるように制御してプラズマエッチングを行うことができる。これらの方法を用いることによって、半導体デバイスの量産においては、長期運用に優れ、且つＣＤシフトの面内分布を均一にできるプラズマエッチングを行うことが出来る。
【００７４】
なお、本発明の第１乃至第６の実施例においては、プラズマ中のラジカルの密度分布を測定したが、それに限るものではなく、プラズマの密度分布を測定することもできる。
【００７５】
なお、本発明の第１乃至第６の実施例においては、Poly-Siゲートを作成するためのゲートエッチングを対象に説明したが、本発明はそれに限るものではなく、他の材料のエッチングにも適用できる。またプラズマＣＶＤにおいても、ラジカルの密度分布や被処理体１の温度分布が成膜レートの面内均一性や膜質の面内均一性に影響を与えるため、本発明の適用によって優れたプラズマＣＶＤ処理の実現が可能となる。
また、本発明の第１乃至第６の実施例ではＵＨＦ−ＥＣＲ装置を例にとり説明したが、プラズマ源はＵＨＦ−ＥＣＲに限るものではなく、ＩＣＰ（Inductively  Coupled  Plasma：誘導結合プラズマ）やＣＣＰ（Capacitive  Coupled  Plasma：容量結合プラズマ）をプラズマ源とした他の処理装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１実施例に用いられるプラズマエッチング装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例での処理の流れを示すフローチャート図である。
【図３】本発明の第１実施例を適用し最適化された場合とされなかった場合でのＯラジカルおよびＳｉＣｌｘラジカルの密度分布図である。
【図４】本発明の第１実施例を適用し最適化された場合とされなかった場合でのＣＤシフト分布図である。
【図５】本発明の第２実施例に用いられるプラズマエッチング装置の構成図である。
【図６】本発明の第２実施例での処理の流れを示すフローチャート図である。
【図７】本発明の第３実施例に用いられるプラズマエッチング装置の構成図である。
【図８】本発明の第３実施例での処理の流れを示すフローチャート図である。
【図９】本発明の第４実施例に用いられるプラズマ発光分布測定システムの受光部近傍の拡大図である。
【図１０】本発明の第５実施例に用いられるプラズマ発光分布測定システムの受光部近傍の拡大図である。
【図１１】本発明の第６実施例に用いられるプラズマエッチング装置の上面図である。
【図１２】本発明の第６実施例を適用し得られたＯラジカルの密度分布図および発光ピーク強度分布である。
【符号の説明】
【００７７】
１…被処理体、２０…処理室側壁、２２…処理室蓋、２４…シャワーヘッドプレート、２６…真空処理室、２８…試料台、３０−１…第１のガス導入管、３０−２…第２のガス導入管、３４−１…中央側ガス導入領域、３４−２…外周側ガス導入領域、３６−１…第１処理ガス、３６−２…第２処理ガス、３８…プラズマ、４０…排気口、４２−１…中央側ガス導入領域、４２−２…外周側ガス導入領域、５０…圧力調節バルブ、５２…アンテナ、５４…ＵＨＦ電源、６２−１…内周側流体流路、６２−２…外周側流体流路、６４−１…内周側サーキュレータ、６４−２…外周側サーキュレータ、７０−１…中央側ガス系、７０−２…外周側ガス系、１４０…モータ、１４２…回転伝達軸、１４４…受光部、１４６…回転フィードスルー、１４８…光ファイバ、１５０…分光器、１５２…発光スペクトルデータ、１５４…コンピュータ、１５６…駆動信号、１６０…制御コンピュータ、１７０…カバー、１７２…窓、２００−１〜２００−４…受光部、２０１−１〜２０１−４…窓、２０２ａ…Ｏラジカルの密度分布、２０２ｂ…Ｏラジカルの密度分布、２０４−１ａ〜２０４−４ａ…Ｏラジカルの発光ピーク強度分布、２０４−１ｂ〜２０４−４ｂ…Ｏラジカルの発光ピーク強度分布
【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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