(57)【要約】【課題】大口径の被処理体に対して、面内で均一性のよい処理を行うことができるプラズマエッチング装置を提供する。【解決手段】被処理体１にプラズマ処理を行う処理室１３と、第１の処理ガス供給源４０と、第２の処理ガス供給源５０と、処理ガスを処理室に導入する第１のガス導入口６５−１と、処理ガスを処理室に導入する第２のガス導入口６５−２と、処理ガスの流量を調節する流量調節器４２、５３と、第１の処理ガスを複数に分割するガス分流器６０とを有するプラズマエッチング装置であって、分流器６０により分岐した少なくとも２本のガス配管にそれぞれ第１のガス導入口６５−１または第２のガス導入口６５−２を設け、分流器６０と第１のガス導入口６５−１との間および分流器６０と第２のガス導入口６５−１との間に、それぞれ第２の処理ガスを合流させる合流部６３−１，６３−２を設けた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体にプラズマエッチング処理を行う処理室と、処理ガスを供給するための第１のガス供給源と、前記第１の処理ガスとは別に設けられた第２のガス供給源と、処理ガスを前記処理室に導入する第１のガス導入口と、
前記第１のガス導入口とは別に設けられた第２のガス導入口と、処理ガスの流量を調節する流量調節機器と、処理ガスを複数に分割するガス分流器とを有するプラズマエッチング装置であって、
前記ガス分流器と、前記第１または第２の少なくとも１つのガス導入口との間に、前記第２のガスを供給することを特徴としたプラズマエッチング装置。
【請求項２】
前記第１のガス導入口と、前記第２のガス導入口とから、流量もしくは組成の異なるガスを導入することを特徴とした請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
エッチング前もしくはエッチング後の被処理体の測定を行う測定器と、
前記測定の結果を蓄えるデータベースと、
前記データベースに蓄えられたデータをもとに分析を行い制御命令を生成する分析部と、
前記制御命令をもとに制御信号を生成する制御部とをさらに有する請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項４】
エッチング処理中のプラズマ発光を受光する少なくとも１つの受光部と、
前記プラズマの発光を複数の波長成分に分解する分光部と、
前記分光の結果を蓄えるデータベースと、
前記データベースに蓄えられたデータをもとに分析を行い制御命令を生成する分析部と、
前記制御命令をもとに制御信号を生成する制御部とをさらに有する請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項５】
概ね円筒形状の前記処理室の中心部の受光を行う受光部と、
概ね円筒形状の前記処理室の前記受光部とは別の場所に設置された受光部と、
前記プラズマの発光を複数の波長成分に分解する分光部と、
前記分光の結果を蓄えるデータベースと、
前記データベースに蓄えられたデータをもとに分析を行い制御命令を生成する分析部と、
前記制御命令をもとに制御信号を生成する制御部とをさらに有する請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項６】
被処理体にプラズマエッチング処理を行う処理室と、第１の処理ガス供給源と、第２の処理ガス供給源と、処理ガスを処理室に導入する第１のガス導入口と、処理ガスを処理室に導入する第２のガス導入口と、処理ガスの流量を調節する流量調節機器と、第１の処理ガスを複数に分割するガス分流器とを有するプラズマエッチング装置であって、
ガス分流器により分岐した少なくとも２本のガス配管にそれぞれ第１のガス導入口および第２のガス導入口を設け、
ガス分流器と第１のガス導入口との間およびガス分流器と第２のガス導入口との間に、それぞれ第２の処理ガスを合流させる合流部を設けたプラズマエッチング装置。
【請求項７】
第１のガス導入口に供給される処理ガスと、第２のガス導入口に供給される処理ガスとの、流量または組成を異ならせた請求項６に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項８】
エッチング前もしくはエッチング後の被処理体を測定した結果を蓄えるデータベースと、
データベースに蓄えられたデータをもとに分析を行い制御命令を生成する分析部と、
制御命令をもとに第１のガス導入口および第２のガス導入口に供給する処理ガスの流量または組成を変化させる制御信号を生成する制御部と、を設けた請求項６または請求項７に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項９】
エッチング処理中のプラズマ発光を受光する少なくとも１つの受光部と、
前記プラズマの発光を複数の波長成分に分解する分光部と、
前記分光の結果を蓄えるデータベースと、
前記データベースに蓄えられたデータをもとに分析を行い制御命令を生成する分析部と、
前記制御命令をもとに第１のガス導入口および第２のガス導入口に供給する処理ガスの流量または組成を変化させる制御信号を生成する制御部と、を設けた請求項６または請求項７に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１０】
概ね円筒形状の前記処理室の中心部の受光を行う受光部と、
概ね円筒形状の前記処理室の前記受光部とは別の場所に設置された受光部と、
前記プラズマの発光を複数の波長成分に分解する分光部と、
前記分光の結果を蓄えるデータベースと、
前記データベースに蓄えられたデータをもとに分析を行い制御命令を生成する分析部と、
前記制御命令をもとに第１のガス導入口および第２のガス導入口に供給する処理ガスの流量または組成を変化させる制御信号を生成する制御部とを設けた請求項６または請求項７に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１１】
概ね円筒形状の前記処理室の中心部の受光を行う受光部と、
概ね円筒形状の前記処理室の前記受光部とは別の場所に設置された受光部と、
前記プラズマの発光を複数の波長成分に分解する分光部と、
前記分光の結果を蓄えるデータベースと、
前記データベースに蓄えられたデータをもとに分析を行い制御命令を生成する分析部と、
前記制御命令をもとに第１のガス導入口および第２のガス導入口に供給する処理ガスの流量または組成を変化させる制御信号を生成する制御部とを設けた請求項６または請求項７に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１２】
被処理体にプラズマエッチング処理を行う処理室と、第１の処理ガス供給源と、第２の処理ガス供給源と、処理ガスを処理室に導入する第１のガス導入口と、処理ガスを処理室に導入する第２のガス導入口と、処理ガスの流量を調節する流量調節機器と、第１の処理ガスを複数に分割するガス分流器とを有するプラズマエッチング装置におけるプラズマエッチング方法であって、ガス分流器と第１のガス導入口との間およびガス分流器と第２のガス導入口との間の少なくとも１つに、それぞれ第２の処理ガスを合流させることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項１３】
第１のガス導入口に供給される処理ガスと、第２のガス導入口に供給される処理ガスの、流量または組成を異ならせたことを特徴とする請求項１２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１４】
エッチング前もしくはエッチング後の被処理体を測定し、測定結果をデータベースに蓄え、
データベースに蓄えられたデータをもとに分析を行い制御命令を生成し、
制御命令をもとに第１のガス導入口および第２のガス導入口に供給する処理ガスの流量または組成を変化させることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１５】
エッチング処理中のプラズマ発光を受光し、
前記プラズマの発光を複数の波長成分に分解し、
前記分光の結果をデータベースに蓄え、
前記データベースに蓄えられたデータをもとに分析を行い制御命令を生成し、
前記制御命令をもとに第１のガス導入口および第２のガス導入口に供給する処理ガスの流量または組成を変化させることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のプラズマエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハなど被処理体の処理を行な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。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体チップの製造工程において、半導体ウェハなどの被処理体を処理するために、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１３に示した被処理体の断面図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）について説明する。図１３（ａ）に示すように、エッチング前の被処理体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、およびフォトレジストマスク５によって形成されている。なお、このフォトレジストマスク５は、フォトリソグラフィ工程においてレジストを塗布した後に、レティクルと呼ばれるマスクを用いて縮小投影露光装置によって１チップあるいは複数チップごとに同じパターンを露光し、現像した後に形成される。このフォトレジストマスク５の寸法、つまりフォトレジストマスク幅７は、後に説明するゲート電極の幅に大きく関わるため、厳しく管理されている。
【０００４】
ゲートエッチングとは、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、これによって図１３（ｂ）に示すようにゲート電極６が形成される。ゲート電極６の底辺のゲート幅８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  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）として厳密に管理されている。そのためゲート幅８には予め目標完成寸法が設定されている。
【０００５】
また、エッチング前のフォトレジストマスク幅７からエッチング後のゲート幅８を引いた値は、ＣＤシフトと呼ばれ、ゲートエッチングの良否を表す重要な指標となっている。
【０００６】
以上のようなゲートエッチングを行なうプラズマエッチング装置の従来の例を、図１４を用いて説明する。略円筒形状の処理室側壁１１の上に処理室蓋１２を設置し、これにより構成される処理室１３内に基板保持台１４を設けている。
【０００７】
処理室蓋１２の中心部に設置された導入口６５から処理ガス２１を処理室１３内に導入し、プラズマ２５を生成する。このプラズマ２５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２１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３０から排出される。
排気口３０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１３内の圧力を１Ｐａ（パスカル）程度の減圧にしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
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なわれているが、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ングレートの面内均一性や、前記のゲート幅８の面内均一性を確保することが難しくなってきている。また同様に、昨今の半導体デバイスの微細化に伴ってゲート幅８の寸法管理に対する要求が厳しくなってきている。
【０００９】
次に、ゲート幅８の寸法に対する影響の１つであるゲート電極側面への反応生成物の付着および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ポリシリコン膜４に対してエッチングを行なうが、その際に処理ガス２１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。これらの反応生成物のうち、揮発性のものは排気口３０から排出されるが、不揮発性のものは処理室側壁１１や処理室蓋１２の内側（真空側）やポリシリコン膜４やフォトレジストマスク５の側面に付着・堆積する。これらのうちポリシリコン膜４やフォトレジストマスク５の側面に反応生成物が堆積すると、それがエッチングに対するマスクとなり、ゲート幅８が大きくなる場合が多い。
【００１０】
特にシリコンと臭素との化合物ＳｉＢｒｘ（ｘ＝１，２，３）もしくはシリコンと塩素との化合物ＳｉＣｌｘ（ｘ＝１，２，３）と酸素（Ｏ）が化合すると、不揮発性で堆積性が強いＳｉｘＢｒｙＯｚ（ｘ，ｙ，ｚ：自然数）もしくはＳｉｘＣｌｙＯｚ（ｘ，ｙ，ｚ：自然数）になり、これらがポリシリコン膜４やフォトレジスト膜５に付着・堆積するとゲート幅８が大きくなる原因となる。
【００１１】
このゲート幅８の増大は、被処理体１の面内で不均一に起こる場合がある。つまり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、エッチングレートが速い領域では、遅い領域よりもポリシリコン膜４に由来するシリコンを含む反応生成物の濃度が高くなり、ＣＤシフトの面内不均一の原因となり得る。
【００１２】
また、被処理体１の中心部においては、その周囲が全て被エッチング領域であるのに対し、ウェハの最外周部においては、その外周側には被エッチング領域が無い。そのため、エッチングレートが被処理体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。
【００１３】
また、前述したようにプラズマエッチング処理によって反応生成物が処理室側壁１１や処理室蓋１２の内側（真空側）に堆積するが、プラズマエッチング中に塩素、水素、臭素、酸素やこれらの化合物のラジカルやイオンがこの堆積物から解離し、プラズマ２５中に放出される場合がある。この場合は、反応生成物から放出されるラジカルやイオンの濃度が、被処理体１の外周部で高くなりやすい。
なぜなら、図１４に示したように処理室蓋１２は被処理体１と平行に位置するため、そこに堆積していた反応生成物から放出されるラジカルやイオンは被処理体１の全体に拡散しやすいのに対し、処理室側壁１１は被処理体１の外側に位置しているため、そこに堆積していた反応生成物から放出されるラジカルやイオンは被処理体１の外周部での濃度上昇を招きやすいからである。以上説明したような反応生成物から放出されるラジカルやイオンは、被処理体１の表面におけるＣＤシフトの面内均一性を悪化させる原因となり得る。
【００１４】
以上説明したように、被処理体１面内の場所によって反応生成物の濃度に不均一が生じるが、この不均一は処理室１３内の状態によって時々刻々と変化する。
すなわちプラズマエッチングを行なう場合の処理ガス２１の総流量や組成、処理室１３内の圧力などプロセス入力条件が同じであっても、ＣＤシフトが変動する。これは前述したような処理室蓋１２および処理室側壁１１に堆積した反応生成物の付着状態がプラズマエッチング処理の進行によって時々刻々と変化するからである。
【００１５】
以上のようなプラズマエッチング処理の進行の他に、クリーニングと呼ばれる処理によっても処理室内の状態は変化する。前述したようにプラズマエッチング処理を行なうごとに、処理室側壁１１や処理室蓋１２の内側（真空側）に堆積する反応生成物の量は増大する。この堆積物が剥離し被処理体１の表面に付着すると、半導体デバイス量産の歩留まりの低下を引き起こす。それを防ぐために反応性プラズマを用いたプラズマクリーニングを定期的に行なって、前述の堆積物の除去を行なっている。さらに、プラズマクリーニングで除去しきれない堆積物は、処理室１３を大気開放して作業者が手作業で行なうウェットクリーニングまたはマニュアルクリーニングと呼ばれる作業によって除去している。これら２種類のクリーニングによって処理室蓋１２および処理室側壁１１に付着している堆積物の量は減少する。以上の様に処理室１３内の状態は時々刻々と変化するため、被処理体１表面のラジカルやイオンの分布もそれに応じて変化する。
【００１６】
図１４に示した従来例のプラズマエッチング装置では、被処理体１の中心部の上方に設けられた導入口６５からのみ処理ガスを導入しているため、処理ガスに含まれているガス成分のラジカルや、解離して生成したイオンの濃度が、被処理体１の中心部で高く、外周部で低くなることが多い。
【００１７】
このようなプラズマ中のイオンやラジカルの面内均一性の改善を目的とした技術として、処理室の複数箇所から処理ガスを導入する技術がある。この技術は、複数の導入孔から処理ガスを処理室へ導入し、その処理ガスの流量を各導入孔ごとに独立に制御できる流量制御器を有した反応性イオンエッチング装置に関するものである（例えば、特許文献１参照）。これによってエッチングレートの面内均一性は変えられるものの、各導入孔から導入する処理ガスの組成は同一のものであり、イオンやラジカルの面内均一性を調節するには不十分である。
【００１８】
次に被処理体１表面における反応生成物の濃度分布の改善を目的として、処理室内に反応生成ガスを導入する技術がある。この技術は、ガスの導入箇所を２つ設け、被処理体におけるエッチング速度を均一化するために、１つの導入箇所からは反応ガスを、他方の導入箇所からはエッチング反応により生成される反応生成ガスを、反応抑制ガスとして導入するドライエッチング方法に関するものである（例えば、特許文献２参照）。この技術を用いることによってイオンやラジカルの面内均一性を調節し、エッチングレートの面内均一性を向上させることは可能である。
【００１９】
しかし、この構成では、反応抑制ガスとして反応生成ガスを導入する位置が１つの導入個所に固定されているため、エッチング速度の面内均一性の改善には制約がある。例えば、被処理体の中心部におけるエッチング速度が、外周部におけるエッチング速度よりも速いならば、中心部に反応抑制ガスとして反応生成ガスを導入することによってエッチング速度の面内均一性を向上させられる。しかし、逆に被処理体の外周部におけるエッチング速度が、中心部におけるエッチング速度よりも速くなった場合には、同構成においてはガスの配管をそれぞれ入れ替えなけれならず、迅速な対応が出来ないという欠点がある。さらに、通常エッチングに使用されるガスの他に反応生成ガスの供給源および配管系を付加する必要があるという欠点がある。
【００２０】
上記問題に鑑み、本発明は、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処理方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【特許文献１】
特開昭６２−２９０８８５号公報
【特許文献２】
特開平５−１９０５０６号公報
【特許文献３】
米国特許第６４１８９５４号明細書
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するために、処理室１３へ処理ガス２１を導入する導入口６５を複数設け、それぞれの導入口６５によって処理ガス２１の流量または組成を調節するものである。そのとき共通ガス系からの処理ガス（第１の処理ガス）を複数に分配し、分配した後のそれぞれの配管系に添加ガス系からのガス（第２の処理ガス）を混合させ、処理室１３に設けられた複数の導入口から導入する処理ガスの組成および／または流量を調節するものである。
【００２３】
さらに、本発明は、フォトリソグラフィ工程で形成されたフォトレジストマスク幅７の寸法測定をプラズマエッチング前に行ない、その測定結果を用いて分析を行ない、複数の導入口から導入する処理ガス２１の組成および／または流量を調節するものである。
【００２４】
さらに、本発明は、ゲート幅８の測定をエッチング後に行い、その測定結果を用いて分析を行い、複数の導入口から導入する処理ガス２１の組成および／または流量を調節するものである。
【００２５】
さらに、本発明は、プラズマ発光の受光結果から処理室１３内の堆積物の量を算出し、その算出結果をもとに堆積物からのイオンやラジカルの生成量を推算し、複数の導入口から導入する処理ガス２１の組成および／または流量を調節するものである。
【００２６】
さらに、本発明は、プラズマ発光の受光部を被処理体１の上方に複数設置し、プラズマ受光結果からイオンやラジカルの分布を算出し、その結果を用いて複数の導入口から導入する処理ガス２１の組成および／または流量を調節するものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
以下、本発明の第１の実施例について図１〜図６を用いて詳しく説明する。図１は、本発明の第１の実施例を適用したプラズマエッチング装置のガス配管系を示す図である。
【００２８】
また、本実施例における処理室蓋１２を上方から見た図を図２に示す。図２に示すように処理室蓋１２の中心部に第１のガス導入口６５−１を、そしてその外周に円形状に８つの第２のガス導入口６５−２をそれぞれ設置している。
【００２９】
図１に示すように、このプラズマエッチング装置は、処理室蓋１２を有する処理室１３と、処理室内に設けた基板保持台１４と、処理室蓋１２に設けた第１のガス導入口６５−１および第２のガス導入口６５−２と、第１の処理ガス供給源である共通ガス系４０と、第２の処理ガス供給源である添加ガス系５０と、共通ガス系４０からの第１の処理ガスを複数に分流する分流器６０と、分流器６０の第１の分流出口６２−１と第１のガス導入口６５−１との間の配管に設けた第２の処理ガスを合流させる合流部６３−１と、分流器６０の第２の分流出口６２−２と第２のガス導入口６５−２との間の配管に設けた第２の処理ガスを合流させる合流部６３−２とを有して構成される。
【００３０】
共通ガス系４０は、ガス供給源としてガスボンベ４１−１および４１−２と、各ガスの流量を調節する流量調節器４２−１および４２−２と、各ガスを流したり止めたりするためのバルブ４３−１および４３−２と、共通ガス系４０の各ガスが合流する合流部４４とから構成されている。
【００３１】
本実施例においては、共通ガスとして、ガスボンベ４１−１に臭化水素（ＨＢｒ）、ガスボンベ４１−２に塩素（Ｃｌ２）がそれぞれ充填されている。
【００３２】
合流部４４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６０に導入される。ガス分流器６０は、ガス分流入口６１に入ってきた任意のガスを、任意の流量比において複数の分流出口に分流させる機能を有する機器である。このガス分流器６０は、処理ガスを２つの分流出口に分流させるものであり、１つの分流出口には処理ガスの流量を測定するフローメータと、処理ガスの流動を制限あるいは調節するレストリクターとを有し、他方の分流出口には設定された流量の処理ガスを流すことができるマスフローコントローラを有する構成になっている。このフローメータからは、マスフローコントローラへ流量設定値が送られ、これにより入口に入ってきた処理ガスを任意の流量比で２つの分流出口に分流させることができる（例えば、特許文献３参照）。
【００３３】
本実施例では、臭化水素と塩素との混合ガスを、このガス分流器６０によって分流出口６２−１および分流出口６２−２の２箇所に、８：２の流量比で分流させる。
【００３４】
添加ガス系５０はガス供給源としてガスボンベ５１と、ガスを複数（ここでは２つ）に分岐するための分岐５２と、ガスのそれぞれの流量を調節する流量調節器５３−１および５３−２と、ガスを流したり止めたりするためのバルブ５４−１および５４−２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）がガスボンベ５１に充填されている。
【００３５】
分流出口６２−１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５４−１を経由した添加ガス（ここでは酸素）と合流部６３−１において合流し、共通ガスと添加ガスとの混合ガスが処理室蓋１２の中心に設けられた第１のガス導入口６５−１に導かれる。
【００３６】
同様に分流出口６２−２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５４−２を経由した添加ガス（ここでは酸素）と合流部６３−２において合流し、共通ガスと添加ガスとの混合ガスが処理室蓋１２の外周部に設けられた第２のガス導入口６５−２に導かれる。
【００３７】
以上説明した構成を用い、流量調節器４２−１、４２−２、５３−１、５３−２の設定流量および分流器６０の分流出口６２−１と分流出口６２−２の流量比を調節することにより、第１のガス導入口６５−１と第２のガス導入口６５−２からは、それぞれ流量および組成が異なる処理ガスが導入される。
【００３８】
次に本実施例におけるプラズマエッチング装置について、図３を用いて説明する。処理室側壁１１の上に処理室蓋１２を設置し、これにより構成される処理室１３内に基板保持台１４を設けている。処理室側壁１１の上端面には円形状に溝が形成されており、この溝にＯリング１５が埋設されている。このＯリング１５によって処理室１３内の気密が保持されている。
【００３９】
基板保持台１４の内部には吸着用電極１６が埋設され、それに接続された直流電源１７によって吸着用電極１６と被処理体１との間に静電気力を発生させ、被処理体１を基板保持台１４に対して吸着させる。また、吸着用電極１６と直流電源１７との間にはスイッチ１８が設けられ、直流電圧の印加のオン・オフを行なう。
【００４０】
合流部６３−１を経由した処理ガス２１−１は第１の導入口６５−１から、合流部６３−２を経由した処理ガス２１−２は第２の導入口６５−２から、それぞれ処理室１３内に導入される。これら第１の導入口６５−１および第２の導入口６５−２は、処理室蓋１２を貫通するパイプによってそれぞれ形成されている。
処理室蓋１２の上には高周波コイル２３が設置されており、高周波電源２４によって高周波コイル２３に高周波を印加することによって、処理ガス２１をプラズマ２５にする。高周波コイル２３と高周波電源２４との間にはスイッチ２６が設けられ、高周波電圧の印加のオン・オフを行なう。
【００４１】
被処理体１をプラズマ２５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、基板保持台１４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２７が埋設されており、そこに接続された高周波電源２８によって高周波電圧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２５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なう。高周波印加電極２７と高周波電源２８との間にはスイッチ２９が設けられ、高周波電圧の印加のオン・オフを行なう。
【００４２】
処理ガス２１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３０から排出される。排気口３０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１３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３０と真空ポンプとの間には圧力調節バルブ３１が設置されており、その圧力調節バルブ３１の開度を調節することによって処理室１３内の圧力を調節している。
【００４３】
ここで従来例および本実施例において使用する各処理ガスの設定流量および流量を調節する流量調節器の番号を図４（ａ）に、ガス分流器６０の設定流量比および第１の導入口６５−１および第２の導入口６５−２から導入される処理ガスの流量を図４（ｂ）にそれぞれ示す。なお、図４（ｂ）においてガス分流器６０の分流比、つまり分流出口６２−１からの流量と分流出口６２−２からの流量との比が１００：０で、流量調節器５３−２の設定流量が０ｓｃｃｍの場合は、処理室蓋１２の中心に設置されているガス導入口６５−１からのみ処理ガスが導入されることになり、従来例での処理に相当するため従来例と記した。
【００４４】
図４に示した条件の場合、従来例および本実施例における第１の導入口６５−１から導入される処理ガスの臭化水素と塩素と酸素の流量比が２０：１０：１であるのに対し、本実施例における第２の導入口６５−２から導入される処理ガスの臭化水素と塩素と酸素の流量比は２０：１０：２となる。つまり、本実施例においては、第１の導入口６５−１よりも第２の導入口６５−２からの方が、酸素の濃度がより高い処理ガスが導入される。
【００４５】
次に、図５（ａ）に、直径３００ｍｍの被処理体１の表面における酸素濃度分布の従来例と本実施例との比較を示す。従来例では被処理体の中央部よりも外周部での酸素濃度が低くなっているのに対し、本実施例では外周部での酸素濃度低下が抑えられ、面内均一性が向上していることがわかる。また、次に図５（ｂ）に、被処理体１のゲート幅８の測定結果を示す。この図に示すように従来例では中心部と外周部とでゲート幅８の差が大きかったが、本実施例においてはその差が小さくなっている。これは、中心部よりも外周部に酸素濃度が高い処理ガスを導入することにより、不揮発性の反応生成物ＳｉｘＢｒｙＯｚ（ｘ，ｙ，ｚ：自然数）もしくはＳｉｘＣｌｙＯｚ（ｘ，ｙ，ｚ：自然数）を、外周部におけるポリシリコン膜４やフォトレジスト膜５の側面に中心部と比較してより多く堆積させ、従来例よりもゲート幅８を大きくしたことによるものである。そのため複数のガス導入口６５から混合比が異なる処理ガスを導入することによって、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、ゲート幅８が面内でより均一となるゲートエッチングを実現できたことがわかる。
【００４６】
さらに本実施例において、図１に示すように複数のガス導入口６５に処理ガスを導入する際に、複数のガス導入口６５に共通して導入する共通ガス（本実施例では臭化水素および塩素）をガス分流器６０によって任意の流量比に分流し、そのそれぞれの分流出口６２−１および６２−２の下流において、それぞれ流量が異なる添加ガス（本実施例では酸素）を導入した。これによって、単純な構造で複数のガス導入口６５から、流量および組成が異なる処理ガスを導入することが可能になる。
【００４７】
なお、本実施例においては、共通ガスとして臭化水素および塩素を使用したが、それに限るものではなく、他のガスを用いることもできる。
【００４８】
また、本実施例においては、添加ガスとして酸素を使用した。しかし、添加ガスは酸素に限るものではなく、堆積性反応生成物を生成させるための他のガスを添加ガスとして用いても構わない。また、逆に堆積性反応生成物の生成を阻害するためのガスを添加ガスとして用い、その濃度分布を被処理体１面内で調節することによって、ゲート幅８の面内均一性を向上させてもよい。
【００４９】
また、本実施例においては、共通ガスとして臭化水素および塩素の２種類のガスを用いたがそれに限るものではない。１種類あるいは３種類以上のガスを共通ガスとして用いることもできる。
【００５０】
また、本実施例においては、添加ガスとして酸素のみを用いたが、添加ガスは１種類に限るものではなく、複数のガスを用いることもできる。複数の添加ガスを用いる場合の例を図６に示す。この場合は、第１の添加ガスが充填されているガスボンベ５１−１と、分岐５２−１と、流量調節器５３−１および５３−２と、バルブ５４−１と５４−２とからなる第１の添加ガス系５０−１と、第２の添加ガスが充填されているガスボンベ５１−２と、分岐５２−２と、流量調節器５３−３および５３−４と、バルブ５４−３と５４−４とからなる第２の添加ガス系５０−２とを設け、ガス分流出口６２−１および６２−２から流出した共通ガスと第１の添加ガスと第２の添加ガスとをそれぞれ混合部６３−１および６３−２において混合させ、ガス導入口６５−１と６５−２とにそれぞれ流量および組成が異なる処理ガスを導入すればよい。
【００５１】
また、本実施例においては、処理室蓋１２の外周部に設置されたガス導入部６５−２から導入する処理ガス２１−２の総流量を、中心部に設置されたガス導入部６５−１から導入する処理ガス２１−１の総流量よりも少なくしたがそれに限るものではない。本発明の実施者は、最適なプラズマエッチングを行なうために各導入口から導入する処理ガスの流量を自由に決定できる。そのため、ガス導入部６５−２から導入する処理ガス２１−２の総流量を、ガス導入部６５−１から導入する処理ガス２１−１の総流量よりも多くする方が、より良好なエッチング結果を得られるならば、そのようにしても構わない。
【００５２】
また、本実施例においては、ガス導入部６５−２から導入する処理ガス２１−２の総流量に対する酸素流量の割合を、ガス導入部６５−１から導入する処理ガス２１−１の総流量に対する酸素流量の割合よりも多くしたが、それに限るものではない。例えば、外周部でのゲート幅８が目標完成寸法よりも大きく、中心部でのゲート幅８が目標完成寸法よりも小さくなる場合には、ガス導入部６５−２から導入する処理ガス２１−２の総流量に対する酸素流量の割合を減らし、ガス導入部６５−１から導入する処理ガス２１−１の総流量に対する酸素流量の割合を増やすことによって、それぞれの位置におけるゲート幅８を目標完成寸法に近づけることができる。
【００５３】
また、本実施例においては、ガス分流器６０として特許文献３に記載のものを用いたが、それに限るものではない。他の構成により処理ガスを複数に分流させる機器を用いても構わない。さらに、本実施例においては、共通ガス系４０からの第１の処理ガスを複数に分流する分流器６０の第１の分流出口６２−１と第１のガス導入口６５−１との間の配管に設けた第２の処理ガスを合流させる合流部６３−１と、分流器６０の第２の分流出口６２−２と第２のガス導入口６５−２との間の配管に設けた第２の処理ガスを合流させる合流部６３−２とをもうけたが、第２の処理ガスを合流させる合流部６３−１，６３−２は、少なくともいずれか１つ有する構成として良い。
【００５４】
［第２実施例］
次に、図７および図８を用いて、本発明の第２の実施例を説明する。第１実施例においては処理室蓋１２に複数の穴を貫通させ第２のガス導入口６５−２を設置したのに対し、本実施例においては図７に示すように、穴が複数形成されているシャワープレートと呼ばれるプレートを処理室蓋１２の下に設置し、そのシャワープレート１９を貫通する穴によって第２のガス導入口６５−２を形成するものである。また、処理室１３に処理ガスを導入するためのガス配管系については第１実施例で説明したものと同様なものを使用する。
【００５５】
合流部６３−１を経由した処理ガス２１−１は、処理室蓋１２およびシャワープレート１９を貫通するパイプによって形成された第１のガス導入口６５−１を通して処理室１３内に導入される。また、合流部６３−２を経由した処理ガス２１−２は、ガス導入パイプ２２を通して処理室蓋１２とシャワープレート１９との間に導入され、その後シャワープレートに形成された第２の導入口６５−２を通して処理室１３内に導入される。また、第１の導入口６５−１を通して導入される処理ガス２１−１とガス導入パイプ２２を通して導入される処理ガス２１−２とは、処理室蓋１２とシャワープレート１９との間の空間においては混合しないようになっている。また、シャワープレート１９の下に設置されたＯリング１５’によって気密が保たれている。
【００５６】
図８にシャワープレート１９を上方から見た図を示す。シャワープレート１９の中心に第１の導入口６５−１を形成するパイプを通す穴が形成されており、その外周に円形状に第２のガス導入口６５−２を形成している。
【００５７】
処理室蓋１２とシャワープレート１９との間におけるコンダクタンスは、第２のガス導入口６５−２のそれぞれのコンダクタンスに比べて充分大きくなっており、ガス導入パイプ２２を通して導入された処理ガス２１−２は、それぞれの第２のガス導入口６５−２から等しい流量で処理室１３内に導入される。
【００５８】
本実施例により、図２および図３に示した第１実施例よりも簡便な構造によって第２のガス導入口６５−２を形成できる。さらに第１実施例で説明した構成を用いることにより、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
［第３実施例］
次に、図９を用いて本発明の第３の実施例を説明する。本実施例は第１実施例で説明した複数のガス導入口６５に異なる流量および組成の処理ガスの導入を可能にする構成に、測定器７０とデータベース７２と分析部７４と制御部７６とを加えたものである。
【００６０】
測定器７０は、エッチング前あるいはエッチング後の被処理体１の測定を行なうものであり、例として測長ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）あるいはＣＤ−ＳＥＭと呼ばれる測定器が挙げられる。これは被処理体１の表面に電子ビームを照射し、照射された場所より放出される２次電子を用いて被処理体１の表面の凹凸に関する情報を得るものであり、これによりエッチング前のフォトレジストマスク幅７やエッチング後のゲート幅８を測定することができる。また、この他に測定器７０として、被処理体１の表面に光線を照射し、その反射光により被処理体１の表面の凹凸に関する情報を得るＯＣＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ−ＣＤ）測定器と呼ばれるものも挙げられる。さらに、これらの他に測定器７０として、カンチレバーと呼ばれる先端に小さなプローブが付いたレバーを用いて被処理体１の表面を走査し、被処理体１の表面の凹凸の情報を得るＡＦＭ（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：原子間力顕微鏡）と呼ばれるものも挙げられる。このＯＣＤ測定器やＡＦＭによってもエッチング前のフォトレジストマスク幅７やエッチング後のゲート幅８を測定することができる。
【００６１】
これら測定器７０によって得られた、被処理体１の複数の位置における測定データ７１は、データベース７２に送られ、そこに蓄えられる。
【００６２】
データベース７２に蓄えられたデータ７３は分析部７４に送られる。分析部７４においてはデータ７３をもとに分析が行われ、制御部７６に制御命令７５が送られる。制御部７６からは制御命令７５をもとに流量調節器４２−１、４２−２、５３−１、５３−２およびバルブ４３−１、４３−２、５４−１、５４−２およびガス分流器６０および圧力調節バルブ３１に制御信号７７が送られる。これらの機器類は受信した制御信号７７をもとに制御を行う。
【００６３】
以上のように、本実施例においては、第１実施例に測定機器７０とデータベース７２と分析部７４と制御部７６とを加えることによって、被処理体１の中心部および外周部におけるフォトレジストマスク幅７の違いに対応することができる。さらに、エッチング処理ごとに変化するエッチング結果の変動に対応することができる。以下、この構成を用いた処理方法の例を具体的に説明する。
【００６４】
まず、エッチング処理前に被処理体１のフォトレジストマスク幅７の測定を行う場合について説明する。まず、ＣＤ−ＳＥＭもしくはＯＣＤ測定器もしくはＡＦＭなどの測定器７０によって、被処理体１表面のフォトレジストマスク幅７の測定を行い、データベース７２に測定データ７１が送られる。この測定データ７１には、被処理体１内の測定した場所を示すデータと、エッチング前のフォトレジストマスク幅７のデータが含まれている。また、量産において複数の被処理体が連続的に処理される場合には、複数の被処理体のうち、どの被処理体のデータを示すのかを区別するデータも測定データ７１には含まれている。
【００６５】
なお、被処理体１の面内で複数箇所のフォトレジストマスク幅７の測定を行い、その面内分布を求める際には、被処理体１表面に形成される複数のチップの中の同じ位置において測定を行うことが重要である。なぜならチップ内には複雑なパターンが形成されており、そのチップ内の全てのパターンでフォトレジストマスク幅７が同一とは限らないからである。また、被処理体１に形成されるチップ間の性能のばらつきを抑えるためには、チップ内の同じ位置におけるフォトレジストマスク幅７のばらつきをチップ間で抑えることが重要となる。
【００６６】
データベース７２に蓄えられていたデータ７３は、適時分析部７４に送信される。分析部７４ではデータ７３をもとに被処理体１の表面のフォトレジストマスク幅７の面内分布が分析される。例えば、図１０に示すように、被処理体１の中心部のチップでフォトレジストマスク幅７−１が大きく、外周部のチップでフォトレジストマスク幅７−２が小さければ、外周部よりも中心部でＣＤシフトが大きくなるようにガス条件を調節することによって、中心部のチップにおけるゲート幅８−１と外周部のチップにおけるゲート幅８−２とを近づけることができる。この場合は処理室蓋１２の中心に設置された第１のガス導入口６５−１よりも、外周部に設置された第２のガス導入口６５−２から、より酸素の濃度が高い処理ガスを導入すれば良いことになる。これを実現するために必要な第１および第２のガス導入口６５から導入されるそれぞれの処理ガスの流量比や流量および処理圧力が分析部７４で算出される。つまり流量調節機４２−１、４２−２、５３−１、５３−２の流量設定値、ガス分流器６０の分流比の設定値、設定された処理圧力を実現するための圧力調節バルブ３１の開度の設定値が算出される。
【００６７】
以上のような分析を分析部７４で行い、分析結果を反映した制御命令７５が制御部７６に送られ、制御部７６からはガス配管系を構成する機器類に制御信号７７が送られる。すなわち、それぞれの流量調節機４２−１、４２−２、５３−１、５３−２には流量設定値を含む制御信号７７が、それぞれのバルブ４３−１、４３−２、５４−１、５４−２にはバルブ開閉の制御信号７７が、ガス分流器６０には分流比の設定値を含む制御信号７７が、圧力調節バルブ３１には設定された処理圧力を実現するためのバルブ開度の設定値を含む制御信号７７がそれぞれ送られる。
【００６８】
以上により、測定器７０によって得られたフォトレジストマスク幅７の測定結果をもとに、被処理体１の中心部のチップにおけるゲート幅８−１と外周部のチップにおけるゲート幅８−２とを近づけることが可能となる。
【００６９】
次に、エッチング処理後に被処理体１のゲート幅８の測定を行う場合について説明する。まず、ＣＤ−ＳＥＭもしくはＯＣＤ測定器もしくはＡＦＭなどの測定器７０によって、被処理体１表面の複数箇所におけるゲート幅８の測定を行い、データベース７２に測定データ７１が送られる。この測定データ７１には、被処理体１内の測定した場所を示すデータと、エッチング後のゲート幅８のデータが含まれている。また、量産において複数の被処理体が連続的に処理される場合には、複数の被処理体のうち、どの被処理体のデータを示すのかを区別するデータも測定データ７１には含まれている。なおフォトレジストマスク幅７の測定と同様に、被処理体１表面に形成される複数のチップの中の同じ位置においてゲート幅８は測定され、ゲート幅８の被処理体１の面内分布が求められる。
【００７０】
データベース７２に蓄えられていたデータ７３は、適時分析部７４に送信される。分析部７４ではデータ７３をもとに被処理体１の表面のゲート幅８の面内分布が分析される。例えば、被処理体１の中心部のチップでゲート幅８−１が目標完成寸法よりも大きく、外周部のチップでゲート幅８−２が目標完成寸法よりも小さければ、中心部のチップでゲート幅８−１が小さくなるように、また外周部のチップでゲート幅８−２が大きくなるようにガス条件を調節することによって、中心部のチップにおけるゲート幅８−１と外周部のチップにおけるゲート幅８−２とをそれぞれゲート幅８の目標完成寸法に近づけることができる。この場合は、処理室蓋１２の中心に設置された第１のガス導入口６５−１から導入する処理ガス２１−１の酸素濃度を下げ、外周部に設置された第２のガス導入口６５−２から導入する処理ガス２１−２の酸素濃度を上げれば良いことになる。これを実現するために必要な第１および第２のガス導入口６５から導入されるそれぞれの処理ガスの流量比や流量および処理圧力が分析部７４で算出される。つまり流量調節機４２−１、４２−２、５３−１、５３−２の流量設定値、ガス分流器６０の分流比の設定値、設定された処理圧力を実現するための圧力調節バルブ３１の開度の設定値が算出される。
【００７１】
以上のような分析を分析部７４で行い、分析結果を反映した制御命令７５が制御部７６に送られ、制御部７６からはガス配管系を構成する機器類に制御信号７７が送られる。すなわち、それぞれの流量調節機４２−１、４２−２、５３−１、５３−２には流量設定値を含む制御信号７７が、それぞれのバルブ４３−１、４３−２、５４−１、５４−２にはバルブ開閉の制御信号７７が、ガス分流器６０には分流比の設定値を含む制御信号７７が、圧力調節バルブ３１には設定された処理圧力を実現するためのバルブ開度の設定値を含む制御信号７７が、それぞれ送られる。
【００７２】
以上により、測定器７０によって得られたゲート幅８の測定結果をもとにエッチング処理条件をフィードバック制御することによって、被処理体１の中心部のチップにおけるゲート幅８−１と外周部のチップにおけるゲート幅８−２とを目標完成寸法に近づけることが可能となる。
【００７３】
なお、ゲート幅８の測定結果をもとにエッチング処理条件にフィードバック制御を行う対象は、被処理体の測定の直後に行う別の被処理体の処理であって良いし、２枚以上後に行う被処理体の処理であっても良い。また、量産においてはロットと呼ばれる単位で、ひとまとまりの被処理体を扱っているが、前述したフィードバック制御を行う対象は、測定した被処理体の処理の１ロット以上後に行う処理であっても良い。測定器７０による測定には長時間を要する場合があるため、測定した被処理体の処理の１ロット以上後に行う処理に対して、測定結果をもとにフィードバック制御を行っても構わない。また、多品種の電子デバイス製造のための処理を同一のプラズマエッチング装置で行う場合は、品種によって異なる処理条件が用いられることが多い。そのため、フィードバック制御を行う対象は、同じ品種の電子デバイスの処理であることが望ましい。
【００７４】
また、本実施例では、第１実施例に示されるように処理室蓋１２に形成されたガス導入口６５を用いた処理室１３を使用したが、それに限るものではない。第２実施例に示されるように、シャワープレート１９を用いた処理室１３を使用しても構わない。
【００７５】
［第４実施例］
次に、図１１を用いて本発明の第４の実施例を説明する。本実施例は、第１実施例で説明した複数のガス導入口６５に異なる流量および組成の処理ガスの導入を可能にする構成に、受光窓８０と光ファイバ８１と分光部８２とデータベース７２と分析部７４と制御部７６とを加えたものである。
【００７６】
処理室壁１１には、プラズマ２５の発光を受光できるように受光窓８０が設置されており、受光窓８０で採光されたプラズマ発光は、光ファイバ８１を介して分光部８２に導かれる。分光部８２でプラズマ光は分光され、さらに分光部８２に内蔵されたＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）によって、あるサンプリング間隔（例えば１秒）で定期的にある波長ごとの多チャンネルの信号（例えば、本実施例では２００ｎｍから８００ｎｍの波長域で１０２４チャンネルの信号）に変換される。多チャンネルの信号からなるプラズマ発光データ８３は、データベース７２に送られる。データベース７２に蓄えられたデータ７３は、適時分析部７４に送られ、分析部７４においてデータ７３からプラズマ２５の分析が行われる。
【００７７】
前述したように、エッチング処理を行うと処理室側壁１１や処理室蓋１２の内側に反応生成物が堆積する。この堆積物は、受光窓８０の内側にも堆積し、光ファイバ８１によるプラズマ２５の受光量の低下を引き起こす。受光窓８０の内側の堆積物の組成や膜質が同じならば、堆積物の厚さが厚いほど受光量の低下量は大きくなる。また、各波長における受光量の低下量は、波長によって異なる。一方、前述したように、処理室側壁１１や処理室蓋１２の内側に堆積した反応生成物は、プラズマ２５によって解離し、シリコン、臭素などのイオンが生成され、被処理体１のエッチング処理に影響を与え、ゲート幅８の変動を引き起こす原因となる。そのため、各波長におけるプラズマ２５の受光量とゲート幅８の変動とは相関がある。
【００７８】
本実施例は、プラズマ発光を表わすデータ７３とゲート幅８との関係を示す多項式を予め求めておき、これを用いて分析部７４で分析を行うものである。ここで被処理体１の中心部のチップにおけるゲート幅８をＧｃ、分光部８２で得られた多チャンネルの信号のうち、ｉチャンネル目のものをＩｉとすると、Ｇｃと各チャンネルの信号Ｉとは下記（１）式で表される。ここでは、ｆ１はＧｃがＩの関数であることを表わしている。
【００７９】
【数１】
2005056914.tif 000003
【００８０】
同様に、被処理体１の外周部のチップにおけるゲート幅８をＧｅ、分光部８２で得られた多チャンネルの信号のうち、ｉチャンネル目のものをＩｉとすると、Ｇｅと各チャンネルに信号Ｉとは、下記（２）式で表される。ここでｆ２は、ＧｅがＩの関数であることを表わしている。
【００８１】
【数２】
2005056914.tif 000004
【００８２】
これらの多項式によって、被処理体１の中心部と外周部のチップにおけるゲート幅８を算出し、その面内分布が分析される。例えば、被処理体１の中心部のチップでゲート幅８が目標完成寸法よりも大きく、外周部のチップでゲート幅８が目標完成寸法よりも小さいと分析されれば、中心部のチップにおけるゲート幅８が小さく、外周部のチップにおけるゲート幅８が大きくなるようにガス条件を調節することによって、中心部および外周部のチップにおけるゲート幅８をそれぞれ目標完成寸法に近づけることができる。この場合は、処理室蓋１２の中心に設置された第１のガス導入口６５−１から導入する処理ガス２１−１の酸素濃度を下げ、外周部に設置された第２のガス導入口６５−２から導入する処理ガス２１−２の酸素濃度を上げれば良いことになる。これらの分析結果を用いて、第３実施例と同様な制御を行うことで、被処理体１のゲート幅８の面内分布を向上させ、目標完成寸法に近づけることができる。
【００８３】
以上により、分光部８２によって得られたプラズマ２５の発光測定結果をもとに、エッチング処理条件をリアルタイム制御することによって、被処理体１の中心部におけるゲート幅８−１と外周部のチップにおけるゲート幅８−２とをそれぞれ目標完成寸法に近づけることが可能となる。
【００８４】
なお、ゲート幅８を算出するために使用するｆ１もしくはｆ２の関数を構成する変数として、分光部８２で得られた多チャンネルの信号を用いるが、そのチャンネル数は特に限定しない。本実施例では、１０２４チャンネル全ての信号Ｉを用いたが、得られた多チャンネル信号のうち数チャンネルあるいは１チャンネルの信号Ｉを用いても構わない。
【００８５】
［実施例５］
次に、図１２を用いて本発明の第５の実施例を説明する。本実施例は第４実施例で説明した構成に、受光窓８０と光ファイバ８１とをさらにもう１組追加した構成からなる。また２つの受光窓８０を処理室蓋１２の中心部と外周部とに設置し、処理室１３内の中心部と外周部におけるラジカルやイオンの濃度をそれぞれ分析することによって、複数箇所から導入する処理ガス２１の流量や組成を調節するものである。以下その具体的な実施の方法について説明する。
【００８６】
プラズマ２５の発光を受光できるように処理室蓋１２の中心部に第１の受光窓８０−１が、外周部には、第２の受光窓８０−２が設置されており、それぞれの受光窓８０で採光されたプラズマ２５の発光は光ファイバ８１−１および光ファイバ８１−２を介して分光部８２に導かれる。分光部８２でそれぞれのプラズマ発光は分光され、さらに分光部８２に内蔵されたＣＣＤによって、あるサンプリング間隔（例えば１秒）で定期的にある波長ごとの多チャンネルの信号（例えば、本実施例では２００ｎｍから８００ｎｍの波長で１０２４チャンネルの信号）に変換される。多チャンネルの信号からなるプラズマ発光データ８３は、データベース７２に送られる。データベース７２に蓄えられたデータ７３は、適時分析部７４に送られ、分析部７４においてデータ７３をもとにプラズマ２５の分析が行われる。
【００８７】
なお、プラズマ２５中のイオンやラジカルは成分ごとに固有の波長の光を放出する。たとえばＳｉなら２８８ｎｍなど、Ｂｒなら８２７ｎｍなど、Ｏなら６１７ｎｍなど、ＳｉＢｒなら５０３．５ｎｍなどである。そのため処理室蓋１２の中心部に設置された第１の受光窓８０−１および外周部に設置された第２の受光窓８０−２から得られたプラズマ発光データ８３を分析することによって、被処理体１の中心部および外周部におけるイオンやラジカルの濃度を比較することができる。
【００８８】
そのため、例えばＳｉＢｒの濃度が中心部と外周部とで比較的近く、Ｏの濃度が中心部よりも外周部で低いという分析結果が得られれば、処理室蓋１２の中心部に設置した第１のガス導入口６５−１から導入する処理ガス２１−１よりも外周部に設置した第２のガス導入部６５−２から、より酸素濃度が高い処理ガス２１−２を導入すれば良い。その結果、処理室１３内における酸素の濃度分布を均一に制御でき、被処理体１の中心部のチップにおけるゲート幅８と外周部におけるチップにおけるゲート幅８とを近づけることができる。これを実現するために必要な第１および第２のガス導入口６５から導入されるそれぞれの処理ガスの流量比や流量および処理圧力が分析部７４で算出される。つまり、流量調節器４２−１、４２−２、５３−１、５３−２の流量設定値、ガス分流器６０の分流比の設定値、設定された処理圧力を実現するための圧力調節バルブ３１の開度の設定値が算出される。
【００８９】
以上のような分析を分析部７４で行い、分析結果を反映した制御命令７５が制御部７６に送られ、制御部７６からはガス配管系を構成する機器類に制御信号７７が送られる。すなわち、それぞれの流量調節機４２−１、４２−２、５３−１、５３−２には流量設定値を含む制御信号７７が、それぞれのバルブ４３−１，４３−２，５４−１，５４−２にはバルブ開閉の制御信号７７が、ガス分流器６０には分流比の設定値を含む制御信号７７が、圧力調節バルブ３１には設定された処理圧力を実現するためのバルブ開度の設定値を含む制御信号７７がそれぞれ送られる。
【００９０】
以上により処理室蓋１２の中心部に設置された第１の受光窓８０−１および外周部に設置された第２の受光窓８０−２から採光されたそれぞれのプラズマ２５の発光をもとに、エッチング処理条件をリアルタイムに制御することによって、被処理体１の中心部のチップにおけるゲート幅８と外周部のチップにおけるゲート幅８とを近づけ、ゲート幅８の面内均一性を向上させることが可能となる。
【００９１】
以上ゲートエッチングを例に本発明の実施例について説明したが、本発明の適用はゲートエッチングに限るものではない。アルミニウム（Ａｌ）などのメタルや、二酸化珪素（ＳｉＯ２）や、強誘電材料などを対象とした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適用が可能なのは言うまでもない。
【００９２】
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、面内で均一性のよ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】
【図１】本発明の第１実施例のガス配管系を表す図。
【図２】本発明の第１実施例に用いられる処理室蓋を上方から見た図。
【図３】本発明の第１実施例に用いられる処理室の側断面図。
【図４】本発明の第１実施例に用いられる処理ガスの設定流量やそれぞれのガスの流量を示す図表。
【図５】酸素濃度分布を示すグラフおよびゲート幅を示す表であり、本発明の第１実施例によって得られた結果と従来例による結果との比較を表わすものである。
【図６】本発明の第１実施例のガス系を表わすものであり、図１とは別構成のものを表わす図。
【図７】本発明の第２実施例に用いられる処理室の側断面図。
【図８】本発明の第２実施例に用いられるシャワープレートを上方から見た図。
【図９】本発明の第３実施例のガス配管系および制御系を表わす図。
【図１０】本発明の第３実施例のエッチング前後における被処理体の側断面図。
【図１１】本発明の第４実施例のガス配管系および制御系を表わす図。
【図１２】本発明の第５実施例のガス配管系および制御系を表わす図。
【図１３】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１４】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】
１…被処理体、２…シリコン基板、３…二酸化ケイ素膜、５…フォトレジストマスク、６…ゲート電極、７…フォトレジストマスク幅、８…ゲート幅、１１…処理室側壁、１２…処理室蓋、１３…処理室、１４…基盤保持台、１５…Ｏリング、１７…直流電源、１８…スイッチ、１９…シャワープレート、２０…ガス導入口、２１…処理ガス、２２…ガス導入パイプ、２３…高周波コイル、２４…高周波電源、２５…プラズマ、２６…スイッチ、２７…高周波印加電源、２８…高周波電源、２９…スイッチ、３０…排気口、３１…圧力調節バルブ、４０…共通ガス系、４１…ガスボンベ、４２…流量調節器、４３…バルブ、４４…合流部、５０…添加ガス系、５２…分岐、５３…流量調節器、６０…ガス分流器、６１…ガス分流入口、６２…分流出口、６５…ガス導入口、７０…測定器、７１…測定データ、７２…データベース、７３…データ、７４…分析部、７５…制御命令、７６…制御部、７７…制御信号、８０…受光窓、８１…光ファイバ、８２…分光部、８３…プラズマ発光データ
【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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【図１３】
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【図１４】
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