(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を内部に設置しプラズマを発生させて前記被処理体にプラズマエッチング処理を行う処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記被処理体を保持する被処理体保持台と、
前記処理室に処理ガスを供給するためのガス供給源と、
前記処理ガスを前記被処理体の中央部に導入する第１ガス導入口と、
前記第１のガス導入口とは別に設けられ、前記処理ガスを前記被処理体の外周部に導入する第２ガス導入口と、
前記被処理体保持台の内部に設けられ、前記被処理体の中央部の温度を調節する第１温度制御手段と、
前記被処理体保持台の内部に設けられ、前記第１温度制御手段とは別に設けられた、前記被処理体の外周部の温度を調節する第２温度制御手段と、
前記第１ガス導入口及び第２ガス導入口から導入する前記処理ガスの組成あるいは流量と、前記第１温度制御手段及び第２温度制御手段による制御温度とをそれぞれ独立して制御する制御手段と、
前記処理室内に電磁波を供給する電磁波供給手段と
を有するプラズマエッチング処理装置を用いたプラズマエッチング方法において、
第１のエッチングステップと、この第１のエッチングステップとは被エッチング膜種が異なり、前記被処理体の中央部と外周部の設定温度が異なり、エッチングガスが異なる第２のエッチングステップと、前記第１のエッチングステップと第２のエッチングステップとの間の中間ステップの複数のステップを有し、
前記中間ステップは、前記第１のエッチングステップにおける前記被処理体の中央部及び外周部の設定温度から第２のエッチングステップにおける前記被処理体の中央部及び外周部の設定温度への移行時間であり、
前記中間ステップでのエッチングガス種は、前記第２のエッチングステップでのガス種と同一のガス種を使用し、前記中間ステップでの中央部に供給されるエッチングガス流量を前記被処理体の中央部の温度変化に応じて所定のガス流量から徐々に前記第２エッチングステップで使用するガス流量に変化させるとともに、前記中間ステップでの外周部に供給されるエッチングガス流量を前記被処理体の外周部の温度変化に応じて所定のガス流量から徐々に前記第２エッチングステップで使用するガス流量に変化させる
ことを特徴とした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、半導体ウェハなど半導体基板の処理を行うプラズマエッチング装置もしくはそれを用いたプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体デバイスの製造工程において、半導体ウェハなどの半導体基板を処理するために、反応性プラズマを利用したプラズマエッチング装置が使用されている。
【０００３】
ここで、図７を用いてプラズマエッチングの一例として、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタのポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）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記す）処理について説明する。図７（ａ）に示すようにエッチング処理前の被処理体１は、シリコン（Ｓｉ）基板２の表面から上方に向かって順に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜３、ポリシリコン膜４、反射防止膜（Ｂｏｔｔｏｍ  Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ：ＢＡＲＣと呼ばれることもある）５およびフォトレジストマスク６によって形成されている。ゲートエッチング処理とは被処理体１を反応性プラズマに曝すことによって、フォトレジストマスク６や反射防止膜５に覆われていない領域のポリシリコン膜４を除去する工程であり、ＢＡＲＣエッチング工程とポリシリコンエッチング工程とから成る。
【０００４】
ＢＡＲＣエッチング工程とは、被処理体１を反応性プラズマに曝すことによって、フォトレジストマスク６に覆われていない領域の反射防止膜５を除去する工程である。ＢＡＲＣエッチング工程の後には、図７（ｂ）に示すようにフォトレジストマスク６の下に反射防止膜５’が残る。ポリシリコンエッチング工程は、ＢＡＲＣエッチング工程と同様に、フォトレジストマスク６と反射防止膜５’とに覆われていない領域のポリシリコン膜４を除去する工程である。ポリシリコンエッチング工程の後には、図７（ｃ）に示すように、フォトレジストマスク６と反射防止膜５’の下の二酸化ケイ素膜３の上に、ゲート電極７が形成される。
【０００５】
ゲート電極７のゲート幅９は、電子デバイスの性能に強く影響するため、最重要寸法ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）として厳密に管理されている。また、エッチング処理後の膜の幅から、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となっており、エッチングにおいてはその目標値が予め設定されている。ＢＡＲＣエッチング工程では、反射防止膜５の幅８’からフォトレジストマスク幅８を引いた値がＢＡＲＣエッチング工程でのＣＤシフトとなる。同様にポリシリコンエッチング工程では、ゲート幅９から反射防止膜５の幅８’を引いた値がポリシリコンエッチング工程でのＣＤシフトとなる。また、ゲート幅９からフォトレジストマスク幅８を引いた値がゲートエッチング処理でのＣＤシフトとなる。
【０００６】
以上のようなゲートエッチングを行うプラズマエッチング装置の従来の例を、図８を用いて説明する。プラズマエッチング装置は、処理室壁２０の上に処理室蓋２２およびシャワーヘッドプレート２４を設置し、これにより構成される処理室２６内に被処理体保持台２８を設けている。被処理体保持台２８上に被処理体１を載置し、処理室壁２０の上部に設けた導入管３０から、処理ガス３６を処理室蓋２２とシャワーヘッドプレート２４との間の空間３２に導入し、シャワーヘッドプレート２４に形成された多数のガス導入孔３４から処理室２６内に処理ガス３６を導入し、プラズマ３８を生成する。このプラズマ３８に被処理体１を曝すことによってプラズマエッチング処理が行われる。処理ガス３６および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（ここでは図示しない）が接続されており、これによって処理室２６内の圧力を０．５〜１Ｐａ（パスカル）程度の減圧にしている。
【特許文献１】特開２００５−０５６９１４号公報
【特許文献２】特願２００５−０２８８０４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上説明したようなプラズマエッチング装置によってゲートエッチングが行われているが、昨今の被処理体１の大口径化に伴って、被処理体１の広い領域にわたるエッチレートの面内均一性や、前述したゲートエッチング処理でのＣＤシフトおよびゲート電極７の形状の面内均一性を確保することが難しくなってきている。また同時に、昨今の半導体デバイスの微細化に伴ってＣＤシフトの管理に対する要求が厳しくなってきている。
【０００８】
次に、ＣＤシフトに対する影響因子の１つであるゲート電極側壁への反応生成物の付着・堆積について説明する。以前より、ゲートエッチングにおいては塩素（Ｃｌ２）、臭化水素（ＨＢｒ）、酸素（Ｏ２）など複数のガスが処理に用いられている。エッチング中は、これらのガスがプラズマ状態になってエッチャントが生成し、ポリシリコン膜４に対してエッチングを行うが、その際に処理ガス３６に含まれる塩素、臭化水素、酸素が解離して生成したＣｌ（塩素）、Ｈ（水素）、Ｂｒ（臭素）、Ｏ（酸素）のイオンやラジカルと、ポリシリコン膜４に由来するシリコンとが反応し、反応生成物が生じる。イオンは被処理体１に印加された高周波によって被処理体１に引き込まれ、これにより異方性エッチングを行い、垂直性のよい所望のゲート形状が得られる。このようにして生成した反応生成物のうち、揮発性のものは排気口４０から排出されるが、不揮発性のものはポリシリコン膜４やフォトレジストマスク６に付着・堆積する。これらのうちゲート電極７の側壁に堆積する不揮発性の反応生成物は、エッチング処理中において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７の側壁に堆積する不揮発性の反応生成物の量が少ない場合には、ラジカルによってゲート電極７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幅９が小さくなる場合が多い。一方、ゲート電極７の側壁に堆積する不揮発性の反応生成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９が大きくなる場合が多い。
【０００９】
以上のように、反応生成物の濃度はゲート幅９に大きく影響する。被処理体１の表面近傍における反応生成物濃度が被処理体１の面内で不均一になると、その結果、ＣＤシフトが、被処理体１の面内で不均一になる場合がある。例えば、被処理体１の中心部では、その周りの領域にエッチングされるシリコンが存在するのに対し、被処理体１の外周部においては、その外周側にはエッチングされるシリコンが存在しない。そのため、エッチレートが被処理体１の面内で均一だったとしても、ポリシリコン膜４に由来するシリコンを含む反応生成物の濃度が中心部で高く、外周部で低くなる。これもＣＤシフトの面内不均一の原因となり得る。
【００１０】
また、被処理体表面近傍における塩素や臭素のラジカルやイオンなどエッチャントの面内均一性が悪い場合には、エッチレートの面内均一性が悪くなり、その結果、エッチャントの面内不均一性は、ＣＤシフトの面内不均一の原因となり得る。また、塩素や臭素を用いたエッチング処理において生成するシリコン系反応生成物は、酸素と化合することによって堆積性が増し、ゲート電極７の側壁に堆積する。そのため、酸素の濃度の面内均一性が悪い場合には、ＣＤシフトの面内不均一の原因となり得る。同様に、ＣＦ４（四フッ化炭素）など炭素を含む処理ガスを用いた場合には、堆積性が強い炭素系の反応生成物が生成し、ゲート電極７の側壁に堆積する。そのため、これら炭素系の反応生成物の濃度の面内均一性が悪い場合には、反応生成物の濃度の面内不均一性は、ＣＤシフトの面内不均一の原因となり得る。
【００１１】
以上説明したように、被処理体１の表面における反応生成物やエッチャントの濃度分布の不均一は、ＣＤシフトの面内均一性を悪化させる原因となり得る。これを改善するために、筆者らは、被処理体表面近傍での反応生成物の濃度分布および、処理ガスの組成を制御することの重要性に着目し、複数のガス導入口から異なる組成のガスを導入する技術を提案している（例えば、特許文献１参照）。ただし、この技術においては、複数の処理ステップから成るエッチング処理の、各ステップにおける制御には触れていなかった。また、ＣＤシフトの疎密差の面内均一性を向上させることも十分とはいい難い点があった。
【００１２】
また、ゲート幅９の寸法に対する影響の１つであるポリシリコン膜４の側壁（つまりエッチング処理中のゲート電極７の側壁）への反応生成物の堆積量は、前述したエッチング処理中の被処理体１の温度によっても異なる。それは、温度が低いほど反応生成物のゲート電極７の側壁への付着係数が高くなるためであり、そのため、被処理体１表面の面内温度分布はＣＤシフトの面内分布に影響を与える。そのため、被処理体１の保持台２８の表面温度分布を制御することによって被処理体１の面内温度分布を調節し、ゲート幅９の面内均一性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この技術を用いることによって、ゲート幅９の面内均一性を向上させることは可能である。しかし、更なるＣＤシフトの疎密差の面内均一性を向上させることが求められている。
【００１３】
ここで、疎密差について説明する。フォトレジストマスク６は、被処理体１の面内で均一に構成されているわけではない。例えば、あるフォトレジストマスク６と、その隣にある別のフォトレジストマスク６との間が近い領域、つまりフォトレジストマスク６が密に構成されている領域（以下、密部と記す）がある。一方、あるフォトレジストマスク６と、その隣にある別のフォトレジストマスク６との間が遠い領域、つまりフォトレジストマスク６が疎に構成されている領域（以下、疎部と記す）も存在する。密部では疎部に比べてポリシリコンがエッチングされる量が少ないため、ポリシリコン膜４に由来するシリコンを含む反応生成物の量が少なくなり、ゲート電極７の側壁への堆積量が少なくなる。そのため疎部と密部とでフォトレジストマスク幅８が同じであったとしても、疎部の方が密部よりもＣＤシフトが大きくなり、ゲート幅９が太くなることがある。また、密部において隣り合うフォトレジストマスク６の間隔が非常に狭い場合は、それらの間に入ってくるエッチャントのラジカルの量が疎部よりも少なくなるため、密部の方が疎部よりもＣＤシフトが大きくなることがある。また、逆にエッチングに用いる処理ガスの堆積性が強い場合は、密部において堆積性ガスに起因するゲート電極７側壁への堆積物の量が少なくなり、疎部よりもＣＤシフトが小さくなることがある。以上説明した疎密差もＣＤシフト面内均一性の悪化の要因となるため、低減することが求められている。
【００１４】
また一般的に、複数の膜種から成る被処理体をエッチングする際には、処理が複数ステップから成り、そのステップ間に一度プラズマ放電を止め処理ガスを排気するという休止ステップを入れ、次のステップに移っていた。これは、膜種毎にエッチング処理条件が大きく異なるため、プラズマ放電を持続したまま次のステップに移ると、ＣＤシフトの目標値を実現できなくなるためであった。しかし、休止ステップではエッチングが進行しないため、その存在はスループット低下の原因となる。
【００１５】
本発明の第１の目的は、ＣＤシフトの疎密差を含めた面内均一性に優れたエッチング処理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を提供することである。
【００１６】
本発明の第２の目的は、面内均一性に優れたエッチング処理を行い、かつスループットが高い、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ことである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記従来例の問題点の解決手段は、被処理体を内部に設置しプラズマを発生させて前記被処理体にプラズマエッチング処理を行う処理室と、前記処理室内に設けられ、前記被処理体を保持する被処理体保持台と、前記処理室に処理ガスを供給するためのガス供給源と、前記処理ガスを前記被処理体の中央部に導入する第１ガス導入口と、前記第１のガス導入口とは別に設けられ、前記処理ガスを前記被処理体の外周部に導入する第２ガス導入口と、前記被処理体保持台の内部に設けられ、前記被処理体の中央部の温度を調節する第１温度制御手段と、前記被処理体保持台の内部に設けられ、前記第１温度制御手段とは別に設けられた、前記被処理体の外周部の温度を調節する第２温度制御手段と、前記第１ガス導入口及び第２ガス導入口から導入する前記処理ガスの組成あるいは流量と、前記第１温度制御手段及び第２温度制御手段による制御温度とをそれぞれ独立して制御する制御手段と、前記処理室内に電磁波を供給する電磁波供給手段とを有するプラズマエッチング処理装置を用いたプラズマエッチング方法において、第１のエッチングステップと、この第１のエッチングステップとは被エッチング膜種が異なり、前記被処理体の中央部と外周部の設定温度が異なり、エッチングガスが異なる第２のエッチングステップと、前記第１のエッチングステップと第２のエッチングステップとの間の中間ステップの複数のステップを有し、前記中間ステップは、前記第１のエッチングステップにおける前記被処理体の中央部及び外周部の設定温度から第２のエッチングステップにおける前記被処理体の中央部及び外周部の設定温度への移行時間であり、前記中間ステップでのエッチングガス種は、前記第２のエッチングステップでのガス種と同一のガス種を使用し、前記中間ステップでの中央部に供給されるエッチングガス流量を前記被処理体の中央部の温度変化に応じて所定のガス流量から徐々に前記第２エッチングステップで使用するガス流量に変化させるとともに、前記中間ステップでの外周部に供給されるエッチングガス流量を前記被処理体の外周部の温度変化に応じて所定のガス流量から徐々に前記第２エッチングステップで使用するガス流量に変化させることによって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、被処理体にプラズマ処理を行う処理室と、前記被処理体を保持する被処理体保持台と、処理ガスを供給するためのガス供給源と、処理ガスを前記処理室に導入するガス導入口と、前記前記処理室内に電磁波を供給する電磁波供給手段とを有するプラズマエッチング装置であって、前記被処理体保持台は内部に少なくとも前記被処理体の２箇所の温度を制御できる温度制御手段を有し、前記ガス供給源は少なくとも２つ設けられ、前記ガス導入口は少なくとも２箇所設けられ、前記２箇所のガス導入口に供給される処理ガスの組成あるいは流量をそれぞれ独立して制御する制御手段を有している。
【００２０】
また、本発明のプラズマエッチング装置は、前記少なくとも２箇所のガス導入口は、前記ガス導入口が略同一平面上に構成され、組成あるいは流量がガス導入口ごとに異なる処理ガスを前記ガス導入口から導入するものであり、前記少なくとも２箇所のガス導入口から導入する処理ガスの組成あるいは流量と、前記被処理体保持台の内部に設けられた少なくとも２つの温度制御手段による制御温度とを、それぞれ独立して制御できる制御手段を有している。
【００２１】
本発明は、被処理体にプラズマ処理を行う処理室と、前記被処理体を保持し内部に少なくとも前記被処理体の２箇所の温度を制御できる温度制御手段を有する被処理体保持台と、処理ガスを供給するための少なくとも２つのガス供給源と、処理ガスを前記処理室に導入する少なくとも２箇所のガス導入口と、前記少なくとも２箇所のガス導入口から導入する処理ガスの組成あるいは流量と前記被処理体保持台の内部に設けられた少なくとも２つの温度制御手段による制御温度とをそれぞれ独立して制御する制御手段と、前記処理室内に電磁波を供給する電磁波供給手段とを有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であって、少なくとも２箇所のガス導入口から導入する処理ガスの組成あるいは流量と、前記被処理体保持台の内部に設けられた少なくとも２つの温度制御手段による制御温度とを、それぞれ独立して制御する。
【００２２】
また、本発明のプラズマエッチング方法は、複数のエッチングステップから成るプラズマエッチング処理を行うプラズマエッチング方法であり、少なくとも２箇所のガス導入口から導入する処理ガスの組成あるいは流量と前記被処理体保持台の内部に設けられた少なくとも２つの温度制御手段による制御温度とをそれぞれ独立して制御し、且つ、複数のエッチングステップの間にプラズマ放電を持続させて次のエッチングステップへ移行する。
【００２３】
以下、本発明の実施例１について図１〜図４を用いて詳しく説明する。
【００２４】
［実施例１］図１は、本発明の実施例１を適用したＵＨＦ−ＥＣＲプラズマエッチング装置のガス系およびプラズマエッチング装置の構成を示す図である。ガス系は共通ガス系１００と添加ガス系１１０とから成る。図１に示すように、共通ガス系１００は、ガス供給源としてガス供給手段１０１−１およびガス供給手段１０１−２と、各ガスの流量を調節する流量調節器１０２−１および流量調節器１０２−２と、各ガスを流したり止めたりするためのバルブ１０３−１およびバルブ１０３−２と、共通ガス系１００の各ガスが合流する合流部１０４とから構成されている。本実施例においては共通ガスとして、ガス供給手段１０１−１に臭化水素（ＨＢｒ）、ガス供給手段１０１−２に塩素（Ｃｌ２）がそれぞれ充填されている。
【００２５】
合流部１０４において合流した共通ガスは、その下流に設けられたガス分流器１２０に導入される。ガス分流器１２０は、ガス分流入口１２１に入ってきた任意のガスを、任意の流量比において複数（本実施例では２つ）の分流出口１２２−１および分流出口１２２−２に、分流させる機能を有する機器である。
【００２６】
添加ガス系１１０は、ガス供給手段１１１と、ガスを複数（ここでは２つ）に分岐するための分岐１１２と、分岐されたガスのそれぞれの流量を調節する流量調節器１１３−１および流量調節器１１３−２と、ガスを流したり止めたりするためのバルブ１１４−１およびバルブ１１４−２とから構成されている。本実施例では添加ガスとして酸素（Ｏ２）がガス供給手段１１１に充填されている。
【００２７】
分流出口１２２−１から出た共通ガス（ここでは臭化水素と塩素との混合ガス）は、バルブ１１４−１を経由した添加ガス（ここでは酸素）と合流部１２３−１において合流し、共通ガスと添加ガスとの混合ガス（以下、第１の処理ガス３６−１と記す）が第１のガス導入管３０−１に導かれる。
【００２８】
同様に分流出口１２２−２から出た共通ガス（ここでは臭化水素と塩素との混合ガス）は、バルブ１１４−２を経由した添加ガス（ここでは酸素）と合流部１２３−２において合流し、共通ガスと添加ガスとの混合ガス（以下、第２の処理ガス３６−２と記す）が第２のガス導入管３０−２に導かれる。
【００２９】
以上説明したガス系の構成を用いることにより、異なる組成および流量の処理ガスを処理室２６内に導入することができる。
【００３０】
次に、図２を用いて処理室２６の構造について詳細に説明する。処理室壁２０の上に絶縁体（本実施例では石英ガラスとする）によって構成された処理室蓋２２を設置し、これにより構成される処理室２６内に被処理体保持台２８を設け、この上に被処理体１を保持する。図１に示したガス系によって第１のガス導入管３０−１に導かれた第１の処理ガス３６−１は、処理室蓋２２と石英製の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、複数のガス導入孔が形成された中央側ガス導入領域４２−１が構成されており、ここから処理室２６に第１の処理ガス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の処理ガス３６−２は、処理室蓋２２とシャワーヘッドプレート２４との間の空間３２−２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には、中央側ガス導入領域４２−１の外側に外周側ガス導入領域４２−２が形成されており、そこに形成された複数のガス導入孔を通して処理室２６内に第２の処理ガス３６−２が導入される。
【００３１】
処理室２６内には、被処理体保持台２８が設置されており、その上に被処理体１が保持されている。被処理体保持台２８の内部には吸着用電極（図示しない）が埋設され、それに直流電圧を印加することによって被処理体１との間に静電気力を発生させ、被処理体１を被処理体保持台２８に対して吸着させる。
【００３２】
処理室蓋２２の上には、アンテナ５２が設置され、高周波電源５４、高周波印加のオン・オフを行うスイッチ５６、高周波印加の際に整合を行う整合器５８によって、アンテナ５２に高周波（本実施例ではＵＨＦ）が印加され、その結果、電磁波６０が処理室２６内に導かれる。また、処理室壁２０の周りにはコイル（図示しない）が設置されており、これにより磁場が形成され、電磁波６０と磁場とのＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）作用によって高密度なプラズマ３８を生成させる。
【００３３】
被処理体１をプラズマ３８にさらすことによってプラズマエッチング処理を行うが、被処理体保持台２８の内部には高周波電圧を印加するための高周波印加電極（図示しない）が埋設されており、そこに高周波を印加することによってバイアス電位を生じさせプラズマ３８中に生成したイオンを被処理体１に引き込み、異方性エッチングを行う。
【００３４】
処理ガス３６および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）程度の減圧にしている。さらに排気口４０と真空ポンプとの間には圧力調節バルブ５０が設置されており、その圧力調節バルブ５０の開度を調節することによって処理室２６内の圧力を調節している。
【００３５】
被処理体１は、プラズマ３８からの輻射やプラズマ３８で生成したイオンなどによって加熱されるが、その熱は被処理体保持台２８の内部を循環する冷媒によって除去される。本実施例では被処理体１の半径方向に温度分布を持たせる目的で内周側冷媒流路６２−１と、その外周に設けられた外周側冷媒流路６２−２とを、被処理体保持台２８の内部に設け、それぞれに異なる温度の冷媒を循環させている。なお、冷媒としては本実施例では−３０℃から１１０℃までの温度範囲で使用できる液状高分子フッ化炭素を用いた。これを所望の温度に設定し、各冷媒流路に循環させることにより、それぞれの流路近傍を−３０℃から１１０℃まで温調することができる。そのために、内周側冷媒流路６２−１には内周側サーキュレータ６４−１が、外周側冷媒流路６２−２には外周側サーキュレータ６４−２がそれぞれ独立に接続されており、これらサーキュレータの設定温度を変えることにより被処理体保持台２８の半径方向温度分布を持たせることができる。その結果、被処理体１に半径方向温度分布を持たせることができる。
【００３６】
また、被処理体保持台２８の内部の内周部には内周側ヒータ６６−１が、その外周には外周側ヒータ６６−２が設けられており、それぞれのヒータには電源（図示しない）が独立に接続され、それぞれのヒータに投入する電力を独立に調節することによって被処理体保持台２８の半径方向温度分布を持たせることができ、その結果、被処理体１に半径方向温度分布を持たせることができる。また、内周側冷媒流路６２−１と外周側冷媒流路６２−２との間には空間（図示しない）を設け、断熱層としている。この断熱層により、内周側冷媒流路６２−１と外周側冷媒流路６２−２との間および、内周側ヒータ６６−１と外周側ヒータ６６−２との間が熱的に遮断され、被処理体１の内周部と外周部との間に温度分布を持たせることが容易となる。また、この断熱層が無い場合は、内周側ヒータ６６−１および外周側ヒータ６６−２の出力が実用上６００〜７００Ｗ（ワット）必要であるが、この断熱層がある場合は２００〜３００Ｗと小さくでき、それぞれのヒータを小型化できる。また、被処理体保持台２８の内部に設けられた伝熱ガス導入管（図示しない）を経由して、被処理体１と被処理体保持台２８の保持面との間にヘリウムガス（Ｈｅ）が導入されている。このヘリウムガスによって被処理体１と被処理体保持台２８との間の伝熱が良好に行われるようになっている。
【００３７】
またさらに、被処理体保持台２８の内部には内周側温度計６８−１および外周側温度計６８−２が設けられており、被処理体保持台２８の内周側および外周側の温度を計測し、これにより被処理体１の内周側および外周側の温度を導出できる。被処理体１の中央側および外周側の温度を直接計測する方が精度を高くできるが、予め、被処理体１の中央側および外周側の温度と内周側温度計６８−１および外周側温度計６８−２との相関を明らかにしておくことにより、この方法でも実用の上では問題無く被処理体１の内周側および外周側の温度を導出できる。
【００３８】
以上の構成において、本発明のプラズマエッチング装置は、図示を省略した、前記２箇所のガス導入口に供給される処理ガスの組成あるいは流量をそれぞれ独立して制御する手段を有している。
【００３９】
また、本発明のプラズマエッチング装置は、前記少なくとも２箇所のガス導入口から導入する処理ガスの組成あるいは流量と、前記被処理体保持台の内部に設けられた少なくとも２つの温度制御手段による制御温度とを、それぞれ独立して制御できる制御手段を有している。この制御手段は、流量調節器１０２−１，１０２−２、１１３−１，１１３−２、バルブ１０３−１，１０３−２、１１４−１，１１４−２をそれぞれ独立して制御する。またこの制御手段は、内周温度計６８−１、外周温度計６８−２の検出温度に基づいて、内側サーキュレータ６４−１、外側サーキュレータ６４−２、内周側ヒータ６６−１、外周側ヒータ６６−２をそれぞれ独立して制御する。
【００４０】
以上説明した構成を用いてプラズマエッチングを行う処理方法を、ゲートエッチングを例に取り、図３および図４を用いて具体的に説明する。前述したように、ＣＤシフトはゲート電極７の側壁への反応生成物の堆積量の影響を受け、反応生成物の堆積量は被処理体１の温度および反応生成物の濃度やエッチャントや酸素の濃度の影響を受ける。しかし、その影響の度合いは疎部と密部とで異なっている。発明者らが臭化水素と塩素と酸素を用いて実験を行ったエッチング処理条件では、図３（ａ）に示すように、疎・密部の両方において被処理体１の温度が高くなるほどＣＤシフトが小さくなる。これは温度が高いほどゲート電極７の側壁への反応生成物の付着係数が低くなり、堆積量が減ったためであるが、ＣＤシフトに対する温度の影響は疎部と密部とでほとんど変わらないことが実験により確認された。それに対し、ＣＤシフトに対する酸素添加量の影響は、図３（ｂ）に示すように密部に対してよりも疎部に対して顕著であることが実験により確認された。これは密部よりも疎部の方がエッチングされるシリコンの量が多いため、酸素ラジカルと化合して堆積性が増す反応生成物の量が多いためという理由と、密部においては隣り合うゲート電極７の間隔が狭いために、ゲート電極７の間に到達する酸素ラジカルの量が減ったためという理由の２つが考えられる。これら疎・密部に対する影響の大きさの違いを利用して疎密差を小さくする方法を以下説明する。
【００４１】
図４（ａ）に示すように、疎部のＣＤシフトが目標通りの値なのに対し、密部でＣＤシフトが目標よりも大きな値の場合には、温度を上げるのと同時に、酸素の添加量を増やす方向に調節すれば良い。例えば、温度を４℃上げるのと同時に、酸素の添加量を例えば２ｓｃｃｍ増やせば良い。なお、２ｓｃｃｍとは標準状態での流量が１分間あたり２ｃｃであることを示す。この場合には、疎部では温度が上がることによって反応生成物の付着係数が小さくなる効果と、酸素の添加量が増えたことによって反応生成物の堆積量が増える効果が相殺して、ＣＤシフトはほとんど変わらない。一方、密部では温度が上がることによって反応生成物の付着係数が小さくなる効果は疎部と同様に顕著であるが、酸素の添加量が増えたことによって反応生成物の堆積量が増える効果は疎部における効果よりも弱く、その結果、密部のＣＤシフトが小さくなるように調節でき、ＣＤシフトの疎密差を調節前よりも小さくできる。以上より、図４（ｅ）に示すように疎部と密部の両方におけるＣＤシフトを目標通りの値に近づけることができる。
【００４２】
図４（ｂ）に示すように、密部のＣＤシフトが目標通りの値なのに対し、疎部のＣＤシフトが目標よりも大きな値の場合には、温度を変えずに、酸素の添加量を減らす方向に調節すれば良い。例えば酸素の添加量を例えば２ｓｃｃｍ減らせば良い。この場合には、疎部では、温度が変わらないため反応生成物の付着係数は変化しないが、酸素の添加量が減ったことによって反応生成物の堆積量が減り、ＣＤシフトは小さくなる。一方、密部では、温度が変わらないため疎部と同様に反応生成物の付着係数は変化せず、また、酸素の添加量を減らしたことにより反応生成物の堆積量が減る効果は疎部における効果よりも弱く、その結果ＣＤシフトは調節前とほとんど変わらず目標通りの値となる。なお、酸素の添加量を減らしたことにより反応生成物の堆積量が減る効果が、密部に若干の影響を与える場合には、温度をわずかに下げるのと同時に酸素の添加量を減らせばよい。例えば温度を１℃下げるのと同時に酸素の添加量を３ｓｃｃｍ減らせばよい。この場合は、疎部では、温度がわずかに下がるために反応生成物の付着係数はわずかに上がるが、酸素の添加量が減ったことによって反応生成物の堆積量が減る効果の方が温度の効果よりも大きく、ＣＤシフトは小さくなる。一方、密部では、温度がわずかに下がるために反応生成物の付着係数がわずかに上がる効果と、酸素の添加量を減らしたことにより反応生成物の堆積量が減る弱い効果とが相殺し、その結果ＣＤシフトは調節前とほとんど変わらず目標通りの値となる。以上より、図４（ｅ）に示すように疎部と密部におけるＣＤシフトを目標通りの値に近づけることができる。
【００４３】
図４（ｃ）に示すように、疎部のＣＤシフトが目標通りの値なのに対し、密部でＣＤシフトが目標よりも小さな値の場合には、温度を下げるのと同時に、酸素の添加量を減らす方向に調節すれば良い。例えば温度を４℃下げるのと同時に、酸素の添加量を例えば２ｓｃｃｍ減らせば良い。この場合には、疎部では温度が下がることによって反応生成物の付着係数が大きくなる効果と、酸素の添加量が減ることによって反応生成物の堆積量が減る効果が相殺して、ＣＤシフトはほとんど変わらない。一方、密部では温度が下がることによって反応生成物の付着係数が大きくなる効果は疎部と同様に顕著であるが、酸素の添加量が減ったことによって反応生成物の堆積量が減る効果は疎部における効果よりも弱く、その結果ＣＤシフトの疎密差を調節前よりも小さくできる。以上より、図４（ｅ）に示すように疎部と密部の両パターンにおけるＣＤシフトを目標通りの値に近づけることができる。
【００４４】
図４（ｄ）に示すように、密部のＣＤシフトが目標通りの値なのに対し、疎部のＣＤシフトが目標よりも小さな値の場合には、温度を変えずに、酸素の添加量を増やす方向に調節すれば良い。例えば酸素の添加量を例えば２ｓｃｃｍ増やせば良い。この場合には、疎部では、温度が変わらないため反応生成物の付着係数は変化しないが、酸素の添加量が増えたことによって反応生成物の堆積量が増え、ＣＤシフトは大きくなる。一方、密部では、温度が変わらないため疎部と同様に反応生成物の付着係数は変化せず、また、酸素の添加量が増えたことにより反応生成物の堆積量が増える効果は疎部における効果よりも弱く、その結果ＣＤシフトは調節前とほとんど変わらず目標通りの値となる。なお、酸素の添加量を増やしたことにより反応生成物の堆積量が増える効果が、密部に若干の影響を与える場合には、温度をわずかに上げるのと同時に酸素の添加量を増やせばよい。例えば温度を１℃上げるのと同時に酸素の添加量を３ｓｃｃｍ増やせばよい。この場合は、疎部では、温度がわずかに上がるために反応生成物の付着係数はわずかに下がるが、酸素の添加量が増えたことによって反応生成物の堆積量が増える効果の方が温度の効果よりも大きく、ＣＤシフトは大きくなる。一方、密部では、温度がわずかに上がるために反応生成物の付着係数がわずかに下がる効果と、酸素の添加量を増やしたことにより反応生成物の堆積量が増える弱い効果とが相殺し、その結果ＣＤシフトは調節前とほとんど変わらず目標通りの値となる。以上より、図４（ｅ）に示すように疎部と密部におけるＣＤシフトを目標通りの値に近づけることができる。
【００４５】
以上の説明では、反応生成物の堆積量を増やすために酸素の添加量を増やした。これはエッチング処理によって生成するシリコン系の反応生成物が、酸素と化合することによってゲート電極７の側壁への堆積量が増すためであるが、ゲート電極７の側壁への堆積量を増やす手段はこれに限るものではなく、例えばＣＦ４（四フッ化炭素）など炭素を含む処理ガスを用いて、堆積性が強い炭素系の反応生成物を生成させ、ゲート電極７の側壁に堆積させても良い。この場合は炭素を含む処理ガスの導入量を増やすことによって、ゲート電極７の側壁への堆積量をより増やすことができる。
【００４６】
さらに、以上説明した被処理体１の温度調節と処理ガスの流量調節を用いた制御方法を、被処理体１の内周部と外周部とに独立に適用することによって、疎部と密部とにおけるＣＤシフト差の面内均一性を制御し、ＣＤシフトの面内均一性を向上させることができる。
【００４７】
例えば、被処理体１の内周部で、疎部のＣＤシフトが目標通りの値なのに対し、密部でＣＤシフトが目標値よりも大きく、一方、被処理体１の外周部で疎・密部のＣＤシフトが目標通りの値の場合は、被処理体１の内周部の温度を上げるのと同時に、酸素の濃度を上げ、被処理体１の外周部の温度および酸素の濃度を変えないように調節すれば良い。この場合は、図２に示したサーキュレータ６４−１の設定温度を上げるか、内周側ヒータ６６−１を用いた加熱量を上げ、第１の処理ガス３６−１中の酸素の量を増やし、サーキュレータ６４−２の設定温度もしくは外周側ヒータ６６−２を用いた加熱量と、第２の処理ガス３６−２中の酸素の量を変えなければ良い。また、必要ならば図４（ａ）を用いた説明で示したような微調整を被処理体１の内周部に行うことにより、被処理体１の内周部における疎部と密部でのＣＤシフトの高精度な制御を行うことができる。
【００４８】
なお、被処理体１がシリコンの場合は、熱伝導率が１４８Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高いため、被処理体１の内周部の温度を上げた場合には、その影響で外周部の温度まで上がってしまう可能性がある。その場合は、それを相殺するように被処理体１の外周部の温度を調節前と同程度に下げるためにサーキュレータ６４−２の設定温度を下げるか、外周側ヒータ６６−２を用いた加熱量を下げれば良い。同様に、第１の処理ガス３６−１中の酸素の量を増やした場合には、処理ガスの流れや拡散によって被処理体１の外周部における酸素の濃度まで高くなってしまう可能性がある。その場合は、それを相殺するように被処理体１の外周部の酸素濃度を調節前と同程度に下げるために、第２の処理ガス３６−２中の酸素の量を減らせば良い。この調節によって被処理体１の外周部での疎部と密部におけるＣＤシフトおよび内周部での疎部のＣＤシフトを目標値通りに保ったまま、被処理体１の内周部での密部におけるＣＤシフトを、目標値に近づけることができ、疎密差を低減することができる。
【００４９】
逆に被処理体１の内周部で、疎・密部のＣＤシフトが目標値通りであり、一方、被処理体１の外周部における疎部のＣＤシフトが目標通りの値なのに対し、密部でＣＤシフトが目標よりも大きな値の場合は、被処理体１の内周部の温度および酸素の濃度を変えず、外周部の温度を上げるのと同時に、酸素の濃度を上げるように調節すれば良い。この場合は、図２に示した内周側サーキュレータ６４−１の設定温度もしくは内周側ヒータ６６−１を用いた加熱量および第１の処理ガス３６−１中の酸素の量を変えずに、外周側サーキュレータ６４−２の設定温度もしくは外周側ヒータ６６−２を用いた加熱量を上げ、第２の処理ガス３６−２中の酸素の量を増やせば良い。また、必要ならば図４（ａ）を用いた説明で示したような微調整を被処理体１の外周部に行うことにより、被処理体１の外周部における疎部と密部でのＣＤシフトの高精度な制御を行うことができる。ただし、被処理体１の外周部の温度を上げた結果、内周部の温度まで上がってしまう可能性がある。その場合は、それを相殺するように被処理体１の内周部の温度を調節前と同程度に下げるためにサーキュレータ６４−１の設定温度を下げるか、内周側ヒータ６６−１を用いた加熱量を下げれば良い。同様に、第２の処理ガス３６−２中の酸素の量を増やした結果、内周部における酸素の濃度まで高くなってしまう場合は、それを相殺するように被処理体１の内周部の酸素濃度を調節前と同程度に下げるために第１の処理ガス３６−１中の酸素の量を減らせば良い。この調節によって被処理体１の内周部での疎部と密部におけるＣＤシフトおよび外周部での疎部のＣＤシフトを目標値通りに保ったまま、被処理体１の外周部での密部におけるＣＤシフトを目標値に近づけることができ、疎密差を低減することができる。
【００５０】
また、例えば、被処理体１の内周部で、疎部のＣＤシフトが目標値よりも大きな値なのに対し、密部でＣＤシフトが目標値通りであり、一方、被処理体１の外周部で疎・密部のＣＤシフトが目標通りの値の場合は、被処理体１の内周部の温度を変えずに、酸素の濃度を下げ、被処理体１の外周部の温度および酸素の濃度を変えないように調節すれば良い。この場合は、図２に示した内周側のサーキュレータ６４−１の設定温度もしくは内周側ヒータ６６−１を用いた加熱量を変えずに、第１の処理ガス３６−１中の酸素の量を減らし、外周側のサーキュレータ６４−２の設定温度もしくは外周側ヒータ６６−２を用いた加熱量と、第２の処理ガス３６−２中の酸素の量を変えなければ良い。また、必要ならば図４（ｂ）を用いた説明で示したような微調整を被処理体１の内周部に行うことにより、被処理体１の内周部における疎部と密部でのＣＤシフトの高精度な制御を行うことができる。ただし、第１の処理ガス３６−１中の酸素の量を減らした場合には、その影響で被処理体１の外周部における酸素の濃度が低くなってしまう可能性がある。その場合は、それを相殺するように被処理体１の外周部の酸素濃度を調節前と同程度に上げるために第２の処理ガス３６−２中の酸素の量を増やせば良い。この調節によって被処理体１の外周部での疎部と密部におけるＣＤシフトおよび内周部での密部のＣＤシフトを目標値通りに保ったまま、被処理体１の内周部での疎部におけるＣＤシフトを目標値に近づけることができ、疎密差を低減することができる。
【００５１】
逆に、被処理体１の内周部で、疎部および密部のＣＤシフトが目標値通りであり、一方、被処理体１の外周部で疎部のＣＤシフトが大きく、密部のＣＤシフトが目標通りの値の場合は、被処理体１の内周部の温度および酸素の濃度を変えずに、また、被処理体１の外周部での温度を変えずに酸素の濃度を下げるように調節すれば良い。この場合は、図２に示した内周側サーキュレータ６４−１の設定温度もしくは内周側ヒータ６６−１を用いた加熱量をおよび第１の処理ガス３６−１中の酸素の量を変えずに、また、外周側のサーキュレータ６４−２の設定温度もしくは外周側ヒータ６６−２を用いた加熱量を変えずに、第２の処理ガス３６−２中の酸素の量を減らせば良い。また、必要ならば図４（ｂ）を用いた説明で示したような微調整を被処理体１の外周部に行うことにより、被処理体１の外周部における疎部と密部でのＣＤシフトの高精度な制御を行うことができる。ただし、第２の処理ガス３６−２から中の酸素の量を減らした結果、その影響で被処理体１の内周部における酸素の濃度まで低くなってしまう可能性がある。その場合は、それを相殺するように被処理体１の内周部の酸素濃度を調節前と同程度に上げるために第１の処理ガス３６−１中の酸素の量を増やせば良い。この調節によって被処理体１の内周部での疎部と密部におけるＣＤシフトおよび外周部での密部のＣＤシフトを目標値通りに保ったまま、被処理体１の外周部での疎部におけるＣＤシフトを目標値に近づけることができ、疎密差を低減することができる。
【００５２】
また、例えば、被処理体１の内周部で、疎部のＣＤシフトが目標通りの値なのに対し、密部でＣＤシフトが目標値よりも小さく、一方、被処理体１の外周部で疎・密部のＣＤシフトが目標通りの値の場合は、被処理体１の内周部の温度を下げるのと同時に、酸素の濃度を下げ、被処理体１の外周部の温度および酸素の濃度を変えないように調節すれば良い。この場合は、図２に示したサーキュレータ６４−１の設定温度を下げるか、内周側ヒータ６６−１を用いた加熱量を下げ、第１の処理ガス３６−１中の酸素の量を減らし、サーキュレータ６４−２の設定温度もしくは外周側ヒータ６６−２を用いた加熱量と、第２の処理ガス３６−２中の酸素の量を変えなければ良い。また、必要ならば図４（ｃ）を用いた説明で示したような微調整を被処理体１の内周部に行うことにより、被処理体１の内周部における疎部と密部でのＣＤシフトの高精度な制御を行うことができる。なお、被処理体１の内周部の温度を下げた結果、外周部の温度まで下がってしまう可能性がある。その場合は、それを相殺するように被処理体１の外周部の温度を調節前と同程度に上げるためにサーキュレータ６４−２の設定温度を上げるか、外周側ヒータ６６−２を用いた加熱量を上げれば良い。同様に、第１の処理ガス３６−１中の酸素の量を減らした場合には、被処理体１の外周部における酸素の濃度が低くなってしまう可能性がある。その場合は、それを相殺するように被処理体１の外周部の酸素濃度を調節前と同程度に上げるために第２の処理ガス３６−２中の酸素の量を増やせば良い。この調節によって被処理体１の外周部での疎部と密部におけるＣＤシフトおよび内周部での疎部のＣＤシフトを目標値通りに保ったまま、被処理体１の内周部での密部におけるＣＤシフトを目標値に近づけることができ、疎密差を低減することができる。
【００５３】
逆に、被処理体１の内周部で、疎・密部のＣＤシフトが目標値通りであり、一方、被処理体１の外周部における疎部のＣＤシフトが目標通りの値なのに対し、密部でＣＤシフトが目標値よりも小さな場合は、被処理体１の内周部の温度および酸素の濃度を変えず、外周部の温度を下げ、酸素の濃度を下げるように調節すれば良い。この場合は図２に示した内周側サーキュレータ６４−１の設定温度もしくは内周側ヒータ６６−１を用いた加熱量および第１の処理ガス３６−１中の酸素の量を変えずに、外周側サーキュレータ６４−２の設定温度もしくは外周側ヒータ６６−２を用いた加熱量を下げ、第２の処理ガス３６−２中の酸素の量を減らせば良い。また、必要ならば図４（ｃ）を用いた説明で示したような微調整を被処理体１の外周部に行うことにより、被処理体１の外周部における疎部と密部でのＣＤシフトの高精度な制御を行うことができる。ただし、被処理体１の外周部の温度を下げた場合に内周部の温度が下がってしまう場合は、それを相殺するように被処理体１の内周部の温度を調節前と同程度に上げるためにサーキュレータ６４−１の設定温度を上げるか、内周側ヒータ６６−１を用いた加熱量を上げれば良い。同様に、第２の処理ガス３６−２中の酸素の量を減らした結果、内周部における酸素の濃度が低くなってしまう場合は、それを相殺するように被処理体１の内周部の酸素濃度を調節前と同程度に上げるために第１の処理ガス３６−１中の酸素の量を増やせば良い。この調節によって被処理体１の内周部での疎部と密部におけるＣＤシフトおよび外周部での密部のＣＤシフトを目標値通りに保ったまま、被処理体１の外周部での密部におけるＣＤシフトを目標値に近づけることができ、疎密差を低減することができる。
【００５４】
また、例えば、被処理体１の内周部で、疎部のＣＤシフトが目標値よりも小さな値なのに対し、密部でＣＤシフトが目標値通りであり、一方、被処理体１の外周部で疎・密部のＣＤシフトが目標通りの値の場合は、被処理体１の内周部の温度を変えずに、酸素の濃度を上げ、被処理体１の外周部の温度および酸素の濃度を変えないように調節すれば良い。この場合は、図２に示した内周側サーキュレータ６４−１の設定温度もしくは内周側ヒータ６６−１を用いた加熱量を変えずに、第１の処理ガス３６−１中の酸素の量を増やし、外周側のサーキュレータ６４−２の設定温度もしくは外周側ヒータ６６−２を用いた加熱量と、第２の処理ガス３６−２中の酸素の量を変えなければ良い。また、必要ならば図４（ｄ）を用いた説明で示したような微調整を被処理体１の内周部に行うことにより、被処理体１の内周部における疎部と密部でのＣＤシフトの高精度な制御を行うことができる。ただし、第１の処理ガス３６−１中の酸素の量を増やした場合には、その影響で被処理体１の外周部における酸素の濃度が高くなってしまう可能性がある。その場合は、それを相殺するように被処理体１の外周部の酸素濃度を調節前と同程度に下げるために第２の処理ガス３６−２中の酸素の量を減らせば良い。この調節によって被処理体１の外周部での疎部と密部におけるＣＤシフトおよび内周部での密部のＣＤシフトを目標値通りに保ったまま、被処理体１の内周部での疎部におけるＣＤシフトを目標値に近づけることができ、疎密差を低減することができる。
【００５５】
逆に、被処理体１の内周部で、疎部および密部のＣＤシフトが目標値通りであり、一方、被処理体１の外周部で疎部のＣＤシフトが小さく、密部のＣＤシフトが目標通りの値の場合は、被処理体１の内周部の温度および酸素の濃度を変えずに、また、被処理体１の外周部での温度を変えずに酸素の濃度を上げるように調節すれば良い。この場合は図２に示した内周側サーキュレータ６４−１の設定温度もしくは内周側ヒータ６６−１を用いた加熱量をおよび第１の処理ガス３６−１中の酸素の量を変えずに、また、外周側サーキュレータ６４−２の設定温度もしくは外周側ヒータ６６−２を用いた加熱量を変えずに、第２の処理ガス３６−２中の酸素の量を増やせば良い。また、必要ならば図４（ｄ）を用いた説明で示したような微調整を被処理体１の外周部に行うことにより、被処理体１の外周部における疎部と密部でのＣＤシフトの高精度な制御を行うことができる。ただし、第２の処理ガス３６−２中の酸素の量を増やした場合には、その影響で被処理体１の内周部における酸素の濃度まで高くなってしまう可能性がある。その場合は、それを相殺するように被処理体１の内周部の酸素濃度を調節前と同程度に下げるために第１の処理ガス３６−１中の酸素の量を減らせば良い。この調節によって被処理体１の内周部での疎部と密部におけるＣＤシフトおよび外周部での密部のＣＤシフトを目標値通りに保ったまま、被処理体１の外周部での疎部におけるＣＤシフトを目標値に近づけることができ、疎密差を低減することができる。
【００５６】
以上説明したように、被処理体１の温度調節と処理ガスの流量調節を用いた制御方法を、被処理体１の内周部と外周部とにそれぞれ独立して適用することによって、疎部と密部とにおけるＣＤシフト差の面内均一性を制御し、ＣＤシフトの面内均一性を向上させることができる。
【００５７】
以上説明した本発明の実施例１では、複数の処理条件から構成される、つまり複数ステップから成るエッチング処理については触れていなかった。複数の膜を、複数ステップから成るエッチングによってエッチングする場合、その膜ごとに使用する処理ガスの種類や処理圧力などが異なる場合が多く、そのためエッチングに寄与するラジカルやイオンの種類やエッチングのメカニズムや、エッチングの結果生成する反応生成物の種類や量や処理室２６内の濃度分布が異なる場合がある。その場合は、各エッチングステップでのＣＤシフトの目標値を実現するために最適な被処理体１の面内温度分布やプラズマ中のラジカルやイオンの濃度分布が、エッチングステップごとに異なる場合が多い。ここで、実施例１で説明した構成および制御方法を、複数ステップから成るゲートエッチング処理に適用した本発明の実施例２について図５を用いて説明する。
【００５８】
［実施例２］エッチングステップ１は、反射防止膜５をエッチングする所謂ＢＡＲＣエッチング工程となるが、被処理体１の内周部と外周部それぞれの温度を、このＢＡＲＣエッチング工程でのＣＤシフトの目標値を実現するために所望の温度に制御すればよい。例えば、本実施例の場合は中央で１６℃、外周部で１０℃である。なお、被処理体１はエッチング処理中にプラズマ３８によって加熱される。このとき被処理体１の温度制御のために、前述したように被処理体１と被処理体保持台２８との間に導入するヘリウムガスを介して、被処理体１から被処理体保持台２８に熱量を伝えている。この場合は、被処理体保持台２８の内部に導入される冷媒の温度は、被処理体１の温度よりも低くしなければならない。これらの被処理体１の中央と外周部での温度を実現するために、ＢＡＲＣエッチング工程中は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１２℃および６℃、また、内周側ヒータ６６−１および外周側ヒータ６６−２の加熱量を０Ｗ（ワット）とした。図５（ａ）は被処理体１の温度を示す図であり、中央温度８０を実線で、外周温度８２を破線でそれぞれ示す。
【００５９】
一方、処理ガスについては、ＢＡＲＣエッチング工程でのＣＤシフトの目標値を実現するために、第１の処理ガス３６−１および第２の処理ガス３６−２をそれぞれ所望の流量および組成に制御すればよい。本実施例では、第１の処理ガス３６−１として臭化水素（ＨＢｒ）を２０ｓｃｃｍ、酸素を３０ｓｃｃｍとし、第２の処理ガス３６−２として臭化水素を１５ｓｃｃｍ、酸素を４０ｓｃｃｍとした。これらのうち特にＣＤシフトに強い影響を与える酸素の流量について図５（ｂ）に示す。第１の処理ガス３６−１中の酸素流量８４を実線で、第２の処理ガス３６−２中の酸素流量８６を破線でそれぞれ示す。
【００６０】
この第１エッチングステップのＢＡＲＣエッチング工程が終わった後は、休止ステップに移る。休止ステップではエッチング処理は行わず、第１の処理ガス３６−１および第２の処理ガス３６−２の処理室２６への導入を止め、プラズマ３８を消失させ、処理室内の処理ガスの排気を行う。また第２エッチングステップでの被処理体１の温度が第１エッチングステップでの温度よりも高い場合は、内周側ヒータ６６−１および外周側ヒータ６６−２によって加熱し、被処理体１を第２エッチングステップで用いる所望の温度まで加熱する。この場合、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の設定温度を上げることによって加熱してもよいが、内周側ヒータ６６−１および外周側ヒータ６６−２を用いた方が応答性の面から有利である。これらによりポリシリコンエッチング工程でのＣＤシフトの目標値を実現するために、被処理体１の温度を、内周部と外周部でそれぞれ所望の温度に制御する。例えば、本実施例の場合は中央で３０℃、外周部で１８℃である。これを実現するために、ポリシリコンエッチング工程中は、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の設定温度は第１エッチングステップと変えず、それぞれ１２℃および６℃、また、内周側ヒータ６６−１および外周側ヒータ６６−２の加熱量をそれぞれ２００Ｗおよび１６０Ｗとした。これらの制御を休止ステップにおいて行い、所望の温度まで加熱した後、第２エッチングステップであるポリシリコンエッチング工程に移る。本実施例においては、休止ステップは３０秒間であった。第２エッチングステップであるポリシリコンエッチング工程では、ＣＤシフトの目標値を実現するために、第１の処理ガス３６−１および第２の処理ガス３６−２をそれぞれ所望の流量および組成に制御する。本実施例では、第１の処理ガス３６−１として塩素を１００ｓｃｃｍ、臭化水素を２０ｓｃｃｍ、酸素を３ｓｃｃｍとし、第２の処理ガス３６−２として塩素を１００ｓｃｃｍ、臭化水素を１５ｓｃｃｍ、酸素を５ｓｃｃｍとした。
【００６１】
以上示したように、複数のステップから成るエッチング処理において、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、内周側ヒータ６６−１および外周側ヒータ６６−２による加熱量と、第１の処理ガス３６−１および第２の処理ガス３６−２の流量および組成を、エッチングステップごとにそれぞれ独立に制御を行った。前述したように複数ステップから成るエッチング処理においては、各エッチングステップでのＣＤシフトの目標値を実現するために最適な被処理体１の面内温度分布やプラズマ中のラジカルやイオンの濃度分布が、エッチングステップごとに異なる場合が多いため、各ステップでの被処理体１の中央と外周での温度および被処理体１の表面におけるラジカルやイオンの濃度を、エッチングステップごとにそれぞれ独立に制御する手法が極めて有効である。その結果、被処理体１のＣＤシフトの、面内均一性を向上させることができる。
【００６２】
以上説明した本発明の実施例２では、エッチングステップ間に、被処理体１に対して実効的にエッチング処理を行わない休止ステップを挟み、そのステップで被処理体１の温度分布を、第２エッチングステップで用いる所望の温度分布に制御し、第２エッチングステップに移っていた。休止ステップではエッチングが進行しないため、その存在はスループット低下の原因となり望ましくない。しかし、第１エッチングステップおよび第２エッチングステップにおけるＣＤシフトの目標値を実現するための被処理体１の温度分布はそれぞれ異なるため、休止ステップ無しで第１エッチングステップから第２エッチングステップに連続的に移った場合は、第２エッチングステップにおけるＣＤシフトの目標値が実現できなくなり、ＣＤシフトの面内均一性の悪化を招く原因となる。
【００６３】
［実施例３］ここで、本発明の実施例３について図６を用いて説明する。本実施例は、第１および実施例２で説明した構成および制御方法を、ＢＡＲＣエッチング工程とポリシリコンエッチング工程の複数ステップから成るゲートエッチング処理を休止ステップ無しに行う処理に適用したものである。
【００６４】
図６（ａ）は被処理体１の中央および外周での温度であり、中央温度８０を実線で、外周温度８２を破線でそれぞれ示す。図６（ｂ）は第１の処理ガス３６−１および第２の処理ガス３６−２中の酸素流量であり、第１の処理ガス３６−１中の酸素流量８４を実線で、第２の処理ガス３６−２中の酸素流量８６を破線でそれぞれ示す。図６（ｃ）は中央または外周側ガス導入領域から導入する塩素流量であり、第１の処理ガス３６−１中の塩素流量８８を実線で、第２の処理ガス３６−２中の塩素導入量９０を破線でそれぞれ示す。
【００６５】
第１エッチングステップは、反射防止膜５をエッチングする所謂ＢＡＲＣエッチング工程となるが、このステップでのＣＤシフトの目標値を実現するために被処理体１の温度を、内周部および外周部でそれぞれ所望の温度に制御すればよい。例えば、本実施例の場合は中央で１６℃、外周部で１０℃である。これらの温度を実現するために、このステップでは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の設定温度はそれぞれ１２℃および６℃、また、内周側ヒータ６６−１および外周側ヒータ６６−２の加熱量は０Ｗとした。一方、処理ガスについては、このステップでのＣＤシフトの目標値を実現するために、第１の処理ガス３６−１および第２の処理ガス３６−２をそれぞれ所望の流量および組成に制御すればよい。本実施例では、第１の処理ガス３６−１を臭化水素が２０ｓｃｃｍ、酸素が３０ｓｃｃｍとし、第２の処理ガス３６−２を、臭化水素が１５ｓｃｃｍ、酸素が４０ｓｃｃｍとした。また、第１の処理ガス３６−１および第２の処理ガス３６−２中の塩素の流量はどちらとも０ｓｃｃｍとした。
【００６６】
この第１エッチングステップのＢＡＲＣエッチング工程が終わった後は、中間エッチングステップに移る。中間エッチングステップでは、第１エッチングステップ後に行われるエッチング処理ステップであり、このステップの前の第１エッチングステップから、後のステップである第２エッチングステップに移るまでプラズマ３８の放電は継続される。第２エッチングステップでの被処理体１の温度が第１エッチングステップでの温度よりも高い場合は、中間エッチングステップ中に内周側ヒータ６６−１および外周側ヒータ６６−２によって加熱し、被処理体を第２エッチングステップで用いる所望の温度まで加熱する。例えば本実施例の場合は中央で３０℃、外周部で１５℃であり、これを実現するために、ポリシリコンエッチング工程中は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の設定温度は第１エッチングステップと変えず、それぞれ１２℃および６℃、また、内周側ヒータ６６−１および外周側ヒータ６６−２の加熱量をそれぞれ１５０Ｗおよび１２０Ｗとした。なお、これらの加熱量が実施例２の休止ステップにおける加熱量よりも少ないのは、中間エッチングステップにおいても放電が継続され、被処理体１がプラズマ３８から加熱されているためである。
【００６７】
前述したように、この中間エッチングステップでもエッチング処理が行われるが、本実施例においては、第２エッチングステップでのＣＤシフトの目標値を実現するためには第１エッチングステップでの温度よりも高い温度が必要であり、もし処理室２６に導入する処理ガスの制御を行わずにエッチングを行うと、ＣＤシフトが目標値よりも大きくなってしまう。それは、温度が低いほど反応生成物の付着係数が大きいためであるが、反応生成物の堆積性を減らすことによって、これを相殺できる。本実施例においては、温度が低い中間エッチングステップ開始時においては反応生成物の付着量を減らすために、酸素の流量を減らし反応生成物の堆積性を弱めた。さらに、エッチング中のゲート電極７の側壁に付着した保護膜に対する等方性エッチングを促進するために中間エッチングステップ開始時において、中間エッチングステップ終了時よりも多くの塩素を導入した。本実施例では第１の処理ガス３６−１中の酸素流量を０．５ｓｃｃｍ、塩素の流量を９０ｓｃｃｍに、第２の処理ガス３６−２中の酸素の流量を２ｓｃｃｍ、塩素の流量を１００ｓｃｃｍとした。前述したように中間エッチングステップにおいては第２エッチングステップでの被処理体１の設定温度に達するまで温度制御を行いながらエッチングするため、その温度は時々刻々と変化する。本実施例の場合はその温度は上がり続けるため、反応生成物の付着係数は時々刻々と低下し続ける。本実施例においては、第１の処理ガス３６−１および第２の処理ガス３６−２に含まれる酸素流量を時々刻々と増やすことにより、反応生成物の堆積性を徐々に増やして、温度上昇による反応生成物の付着係数の低下を相殺した。また、同時に第１の処理ガス３６−１および第２の処理ガス３６−２に含まれる塩素流量を時々刻々と減らすことにより、等方性エッチングを徐々に弱めていった。これにより、中間エッチングステップにおいても垂直性の良いエッチング形状が得られる。
【００６８】
なお、中間エッチングステップ開始時および終了時（つまり第２エッチングステップ開始時）の温度は、被処理体１の内周部と外周部とでそれぞれ違うため、被処理体１の内周部と外周部での温度変化（本実施例では温度上昇）のさせ方も異なっている。そのため第１の処理ガス３６−１および第２の処理ガス３６−２の組成および流量を、それぞれ独立に制御することが重要である。本実施例の場合は温度上昇に合わせて、第１の処理ガス３６−１中の酸素の流量を０．５ｓｃｃｍから３ｓｃｃｍへ、塩素の流量を９０ｓｃｃｍから７０ｓｃｃｍへと変化させた。同様に、第２の処理ガス３６−２中の酸素の流量を２ｓｃｃｍから４ｓｃｃｍへ、塩素の流量を１００ｓｃｃｍから８５ｓｃｃｍへと変化させた。
【００６９】
なお、これらの第１の処理ガス３６−１および第２の処理ガス３６−２の流量および組成の制御のさせ方については、被処理体１の温度変化を予め求めておき、それを用いて制御のさせ方を予め決めておき、それらを用いてエッチングを行っても良い。また、被処理体保持台２８中に設置した内周側温度計６８−１および外周側温度計６８−２を用いてエッチング処理中に被処理体保持台２８の内周部と外周部の温度を測定し、それにより被処理体１の温度を導出し、それを基に制御を行っても良い。ただし、後者の方が高精度なエッチング処理が行えるため望ましい。
【００７０】
また中間エッチングステップ終了時には、第１の処理ガス３６−１および第２の処理ガス３６−２の流量と組成、および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、および内周側ヒータ６６−１および外周側ヒータ６６−２の加熱量は、それぞれエッチング処理の第２エッチングステップ開始時での設定値に達しているため、そのまま継続して第２エッチングステップのエッチング処理に進むことができる。
【００７１】
以上の結果、被処理体１の内周部および外周部においてＣＤシフトを目標値通りになるようにエッチングできるため面内均一性に優れ、且つ、複数のエッチングステップ間に休止ステップを設けない連続した処理を行うことができるため、スループットを向上させることができる。
【００７２】
これまで述べたように、エッチングにおいては良好なエッチング結果を得るために、被処理体１の温度と、エッチングを行うためのエッチャントや反応生成物の濃度とをコントロールすることが必要である。その実現のために本実施例では、内周側サーキュレータ６４−１もしくは外周側サーキュレータ６４−２の設定温度や、内周側ヒータ６６−１もしくは外周側ヒータ６６−２による加熱量や、第１の処理ガス３６−１もしくは第２の処理ガス３６−２の組成（複数の処理ガスの流量比）や総流量を制御した。また、これらを中心部と外周部とで独立に制御することで、大口径の被処理体１において、エッチレートやＣＤの面内均一性に優れたエッチングを行うことができる。
【００７３】
なお、本発明においては、ＵＨＦ−ＥＣＲ方式のエッチング装置を例にとり実施例を説明したが、プラズマ源はそれに限るものではなく、例えば、容量結合型のプラズマ源を用いたエッチング装置においても適用できる。
【００７４】
なお、実施例２および実施例３において、被処理体１の中央側温度および外周側温度が第１エッチングステップよりも第２エッチングステップで高くなる場合で説明したが、それに限るものではなく、第１エッチングステップよりも第２エッチングステップで低くなる場合でも、本発明と同様の制御を行うことにより、ＣＤシフトの面内均一性に優れたエッチング処理を行うことができる。
【００７５】
以上説明したように、本発明によれば、大口径の被処理体に対して、面内で均一性の良い処理を行うプラズマエッチング処理装置およびプラズマエッチング処理方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施例１〜実施例３に用いられるエッチング装置のガス系の構成およびエッチング装置を表す図。
【図２】本発明の実施例１〜実施例３に用いられるエッチング装置の処理室の構造を説明する側断面図。
【図３】被処理体温度とＣＤシフトとの関係および酸素流量とＣＤシフトとの関係を示したグラフ。
【図４】エッチング疎密差を示す図であり、本発明の実施例１を適用していない場合と適用した場合の比較を示す図。
【図５】本発明の実施例２を適用した場合の被処理体温度と酸素流量とを示す図。
【図６】本発明の実施例３を適用した場合の被処理体温度と酸素流量と塩素流量とを示す図。
【図７】ゲートエッチングの処理前後における被処理体の側断面図。
【図８】プラズマエッチング装置の従来例を示す処理室の側断面図。
【符号の説明】
【００７７】
１…被処理体、２…シリコン基板、３…二酸化ケイ素膜、４…ポリシリコン膜、５…反射防止膜、６…フォトレジストマスク、７…ゲート電極、９…ゲート幅、２０…処理室側壁、２２…処理室蓋、２４…シャワーヘッドプレート、２６…処理室、２８…被処理体保持台、３０−１…第１のガス導入管、３０−２…第２のガス導入管、３６−１…第１の処理ガス、３６−２…第２の処理ガス、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…高周波電源、５６…スイッチ、５８…整合器、６０…電磁波、６２−１…内周側冷媒流路、６２−２…外周側冷媒流路、６４−１…内周側サーキュレータ、６４−２…外周側サーキュレータ、６６−１…内周側ヒータ、６６−２…外周側ヒータ、６８−１…内周側温度計、６８−２…外周側温度計、８０…中央温度、８２…外周温度、８４…中央側酸素導入量、８６…外周側酸素導入量、８８…中央側塩素導入量、９０…外周側塩素導入量、１００…共通ガス系、１０１−１、２…ガス供給手段、１０２…流量調節器、１０３…バルブ、１０４…合流部、１１０…添加ガス系、１１４−１、２…バルブ、１２２…分流出口、１２３…合流部
【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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