(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】処理室内に被処理体と対抗する位置と、処理室の上隅部もしくは側面とから、それぞれ流量および組成の異なる処理ガスを導入する。【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処理を行うための略円筒形状の処理室と、前記被処理体を保持する前記被処理体保持台と、前記処理室に処理ガスを供給するための少なくとも２つのガス供給源と、前記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前記処理ガスを前記処理室に導入する第２のガス導入口と、前記処理室内を減圧にするための真空ポンプと、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において、
前記第１のガス導入口が前記被処理体と対向する位置に配置され、前記第２のガス導入口が前記処理室の上隅部または前記処理室の側面に周方向に均一な開口部を形成するように配置されて、前記処理室内に軸対称性の処理ガスの流れが形成されることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマエッチング装置において、
前記第２のガス導入口が、前記処理室の上隅部であり、且つ前記第１のガス導入口と前記被処理体との間の高さに配置されたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項３】
請求項１に記載のプラズマエッチング装置において、
前記第２のガス導入口が、前記処理室の側面であり、且つ前記第１のガス導入口と前記被処理体との間の高さに配置され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に記載のプラズマエッチング装置において、
前記第２のガス導入孔は、前記略円筒形状の前記処理室の側壁内に、前記処理ガスを周方向の全周に導くガス導入溝と、前記ガス導入溝に接続された複数の孔と、前記複数の孔に接続された周方向に均一な開口部から構成されることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項５】
請求項４に記載のプラズマエッチング装置において、
前記ガス導入溝の周方向流れのコンダクタンスを、前記複数の孔の流れのコンダクタンスよりも大きくしたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項６】
請求項５に記載のプラズマエッチング装置において、
前記複数の孔と前記周方向に均一な開口部との間に周方向に均一な隙間を形成し、前記隙間の流れのコンダクタンスを前記複数の孔の流れのコンダクタンスよりも大きくしたことを特徴とするエッチング装置。
【請求項７】
請求項１に記載のプラズマエッチング装置において、
前記処理室の上部に円形のアンテナまたは導波管を設置し、前記円形のアンテナまたは導波管の中心軸と、リング状の磁場形成コイルの中心軸と、前記略円筒形状の処理室の壁の中心軸とを一致させることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項８】
請求項１に記載のプラズマエッチング装置において、
前記第１のガス導入口および前記第２のガス導入口の両方から前記処理ガスを導入する制御部を備えていることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項９】
請求項６に記載のプラズマエッチング装置において、
前記制御部は、前記第１のガス導入口および前記第２のガス導入口から、それぞれ組成もしくは流量もしくはそれら両方を独立に制御して導入することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のプラズマエッチング装置において、
前記第２のガス導入口から、腐食性の無いガスを導入する制御部を備えていることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項１１】
被処理体にプラズマ処理を行うための略円筒形状の処理室と、前記被処理体を保持する前記被処理体保持台と、前記処理室に処理ガスを供給するための少なくとも２つのガス供給源と、前記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前記処理ガスを前記処理室に導入する第２のガス導入口と、前記処理室内を減圧にするための真空ポンプと、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を用いたプラズマエッチング方法において、
前記被処理体と対向する位置に配置された前記第１のガス導入口から前記ガスを導入し、前記処理室の上隅部または前記処理室の側面に周方向に均一な開口部を形成するように配置された前記第２のガス導入口から前記処理ガスを導入して、前記処理室内に軸対称性の処理ガスの流れを形成することを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプラズマエッチング方法において、
前記第１のガス導入口および前記第２のガス導入口の両方から前記処理ガスを導入することを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載のプラズマエッチング方法において、
前記第１のガス導入口および前記第２のガス導入口から、それぞれ組成もしくは流量もしくはそれら両方を独立に制御して導入することを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載のプラズマエッチング方法において、
前記第２のガス導入口から、腐食性の無いガスを導入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、半導体ウェハなど半導体基板の処理を行なうプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、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】
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、図９を用いて説明する。図９（ａ）に示すように、エッチング処理前の被処理体１のシリコン（Ｓｉ）基板２の表面上に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜３、ポリシリコン膜４及びフォトレジストマスク６が順次形成されている。ゲートエッチング処理は、ウェハ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ポリシリコン膜４を除去する工程であり、ゲートエッチング処理によって図９（ｂ）に示すようにゲート電極７が形成される。
【０００４】
ゲート電極７のゲート幅９は、半導体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、ゲート幅９から、処理前のフォトレジストマスク幅８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。
【０００５】
図１０は、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例を示している。
図１０（ａ）はプラズマエッチング装置の上面図を示し、図１０（ｂ）はプラズマエッチング装置の側断面図を示している。処理室壁２０の上に、処理室蓋２２及びシャワーヘッドプレート２４が設置されている。図１０（ａ）に示すように、理室壁２０、処理室蓋２２及びシャワーヘッドプレート２４により構成される処理室２６内に被処理体保持台２８が設置されている。処理室壁２０の上部に設けた導入管３０から、処理ガス３６が処理室蓋２２とシャワーヘッドプレート２４との間の空間３２に導入され、シャワーヘッドプレート２４に配置された複数の孔によって構成されたガス導入口３４から処理室２６内に処理ガス３６が導入される。
【０００６】
処理室蓋２２の上には高周波印加コイル１５０が設置されている。図１０（ａ）に示すように、この高周波印加コイル１５０の一端に形成された高周波導入部１５２に接続された高周波電源１５４によって、高周波印加コイル１５０に、例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波が印加され、その誘導結合作用によって、図１０（ｂ）に示すように、プラズマ３８が生成される。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、真空ポンプによって処理室２６内の圧力が０．５〜１Ｐａ（パスカル）程度に減圧される。
【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面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なうが、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。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、不揮発性のものは堆積性成分となりポリシリコン膜４やフォトレジストマスク６に付着・堆積する。
【０００９】
これらのうちゲート電極７の側壁に堆積する堆積性成分は、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等方性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の側壁に堆積する堆積性成分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が小さくなり、ＣＤシフトが小さくなる場合が多い。一方、ゲート電極７の側壁に堆積する堆積性成分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が大きくなり、ＣＤシフトが大きくなる場合が多い。
【００１０】
以上のように反応生成物の密度はゲート幅９に大きく影響するが、被処理体１の表面近傍における反応生成物密度が、被処理体１の面内で不均一になり、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密度が中心部で高く、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。
【００１１】
また、被処理体１の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およびＣＤシフトの面内不均一の原因となり得る。同様に、四フッ化炭素（ＣＦ４）など炭素を含むフロロカーボン系の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、これが堆積性成分となりゲート電極７の側壁に堆積し、ＣＤシフトを増大させる原因となり得る。そのため、これら炭素系の堆積性成分の密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。また、エッチング処理において生成する反応生成物は、酸素と化合することによって堆積性が増し、堆積性成分となりゲート電極７の側壁に堆積する。そのため、酸素の密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。
【００１２】
さらに、図１０に示したようなプラズマエッチング装置においては、高周波印加コイル１５０の両端に、必ず高周波を印加するための高周波印加部１５２および１５２’が必要となる。そのため、高周波印加コイル１５０の形状は軸対称とならず、高周波印加コイル１５０によって生成されるプラズマ３８の密度分布は、軸対称とならず、プラズマ３８中で生成するエッチャントや堆積性成分の密度分布は偏りを持つことになる。
【００１３】
その結果、被処理体１に施すエッチング処理に偏りが生じ、図１１に示すようにＣＤシフト分布に偏りが生じる。この場合ではＣＤシフト分布が軸対称とならず偏りが存在するため、Ｘ軸でのＣＤシフト分布１７０とＹ軸でのＣＤシフト分布１７１とが重ならず、また左右で非対称となっている。これを防ぐためには、軸対称なプラズマを生成できるプラズマ源が不可欠となる。またさらに、被処理体１の表面近傍における堆積性成分やエッチャントの面内均一性が悪く、ＣＤシフトの面内差（最大値と最小値との差）が８ｎｍとなっている。なお、前述したＸ軸とは、被処理体１の位置合わせのためのノッチと被処理体１の中心とを通る軸を指し、また、Ｙ軸とは被処理体１の中心を通り、且つＸ軸と直交する軸を指すものとする。
【００１４】
以上説明したように、被処理体１の表面における堆積性成分やエッチャントの密度分布の不均一は、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、被処理体であるウェハと対向する位置に設置されたシャワープレートと、ウェハのすぐ外周側に設置されたフォーカスリングとから、それぞれ異なる組成のガスを導入するドライエッチング装置が開示されている（特許文献１）。
【００１５】
また、被処理体であるウェハと対向する位置に設置されたシャワープレートと、処理室内に設置されたリング型形状のガス導入系とから、それぞれ異なる組成のガスを導入するドライエッチング装置が開示されている（特許文献２）。これにより、ウェハ近傍のエッチャントの密度分布を調節することができる。
【特許文献１】特開２００２−２１７１７１号公報
【特許文献２】特開平９−１１５８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献１の装置によりウェハ近傍のエッチャントの濃度分布を調節することができるが弊害も存在する。この特許文献１に記載の装置においては、フォーカスリングに形成された複数のガス噴出孔から処理ガスを導入するが、ウェハ外周部の領域のうち、ガス噴出孔の近傍とガス噴出孔が無い領域の近傍とでドライエッチング処理結果（例えばＣＤシフト）に差が生じるという問題が起こりえる。ガス噴出孔の個数を増やすことにより、この問題は軽減されるが、ウェハとガス噴出孔との間の距離が非常に短いため、根本的な解決は難しい。
【００１７】
また、特許文献２に記載の装置においては、リング型形状のガス導入系を処理室内のプラズマの密度が高い領域に設置することになる。そのため、エッチング処理の間に生じた堆積物の付着量が処理室壁よりも多くなり、その堆積物がパーティクルとなりウェハ上に落下、付着した場合には半導体デバイスの量産歩留まりを悪化させる原因となりえる。堆積物の付着領域となることを防ぐためにはなるべく凹凸の少ない構造とすることが望ましい。
【００１８】
また、ドライエッチング装置においては、エッチング処理で壁面に堆積した堆積物を除去するために除去効果の高い六フッ化硫黄（ＳＦ６）などのガスを用いてプラズマを発生させる、いわゆるクリーニング処理を定期的に行っている。本従来例のようにリング型形状のガス導入系をプラズマの密度が高い領域に設置した場合には、そこに堆積した堆積物を除去するためにクリーニング処理の頻度を増やさなければならなくなる可能性もある。その場合には半導体デバイスの量産スループット（単位時間当たりに処理できる被処理体１の枚数）の低下を招くため望ましくない。
【００１９】
また、さらに従来例では、リング型形状のガス導入系を処理室内に設置するため既存のドライエッチング装置に対して、プラズマ密度分布が大きく変わる可能性がある。そのため、既存のエッチング装置からの置き換えを行った場合、プラズマエッチングの処理条件（例えば処理圧力や印加する高周波のパワーなど）を従来のものから大きく変える必要があり、エッチング装置の量産への適用の障害となる恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記問題点の解決は、複数のガス供給手段と複数のガスの流量を調節する流量調節手段とを用いて組成（各処理ガスの流量比）および流量が異なる複数の処理ガスを、それぞれ異なるガス導入口から略円筒形状の処理室に導入する手段を有するプラズマエッチング装置において、第１のガス導入口が前記被処理体と対向する位置に配置され、第２のガス導入口が前記処理室の上隅部または前記処理室の側面に周方向に均一な開口部を形成するように配置され、前記処理室内に軸対称性の良い処理ガスの流れが形成されることによって達成される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、処理室内に軸対称なプラズマを生成し、かつ被処理体の表面近傍のラジカルの密度分布の制御を行えるので、被処理体の面内で均一性の良い処理が可能になり、且つ被処理体表面にパーティクルの付着が少な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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２３】
以下、本発明の実施例１について図１〜図５を用いて詳しく説明する。
図１は、本発明の実施例１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。
【００２４】
アルミニウム合金やステンレス鋼などの金属で構成された略円筒形状の処理室壁２０の上に絶縁体（実施例１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。被処理体保持台２８は、周方向に複数形成されたアーム７２によって処理室壁２０に固定されている。処理室壁２０は複数の部品で構成されており、詳細については後述する。
【００２５】
処理室２６には中心側ガス系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。それぞれのガス系はガスシリンダなどガス供給手段（図示しない）と、それぞれのガスの流量を調節するための流量調節手段（図示しない）と、それぞれのガスを流したり止めたりするためのバルブ（図示しない）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できる。
【００２６】
中心側ガス系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、絶縁体（実施例１では石英ガラスとする）によって構成されたシャワーヘッドプレート２４との間の空間に導入される。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心側ガス導入口３４−１が形成されており、ここから処理室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２６の上隅部から処理室２６に導入されるが、詳細は後述する。
【００２７】
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。また、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（図示しない）によって除去される。また、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なう。
【００２８】
第１処理ガス３６−１、第２処理ガス３６−２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、周方向に複数形成されたアーム７２間を経由し、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。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。
【００２９】
なお、被処理体１のエッチング処理の際には、エッチレート分布やＣＤシフト分布が被処理体１の面内で均一であることが望ましいのは言うまでも無いが、実際にはある程度の分布を持つことが多い。その場合にはエッチレート分布やＣＤシフト分布は、円形の被処理体１の中心を基準とした軸対称分布であることが望ましく、処理ガス３６の流れを軸対称に近づけるために、アーム７２は周方向に等間隔に配置され、排気口４０は処理室２６の中央軸付近に設置されている。図１でのＣ−Ｃ断面を図２に示す。被処理体保持台２８は、角度にして９０度おきに配置された４本のアーム７２で処理室壁２０に固定されている。これにより、軸対称性の良い処理ガスの流れを得ることができる。
【００３０】
処理室蓋２２の上には、円形のアンテナ８０が設置されており、このアンテナ８０に接続したＵＨＦ電源８２によって生成されたＵＨＦをアンテナ８０によって上方から導入し、絶縁体（実施例１では石英ガラス）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を通して処理室２６内に導入する。また処理室壁２０の周りには、リング状の複数の磁場形成コイル８４が設置されており、これにより磁場が形成され、電磁波（ここではＵＨＦ波）と磁場とのＥＣＲ作用によってプラズマ３８を生成させる。ここで、円形のアンテナ８０の中心軸と、リング状の磁場形成コイル８４と、略円筒形状の処理室壁２０とのそれぞれの中心軸を一致させることにより、軸対称性の良いプラズマ３８を生成させることができる。
【００３１】
以上説明したように、実施例１においては、軸対称性の良い処理ガスの排気と、軸対称性の良いプラズマ３８を生成させられる構成を実現している。これにより、エッチレートやＣＤシフト分布の面内均一性の良いプラズマエッチング処理を行うために有利な構成となっている。ここで、さらにこの構成に、第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の軸対称性の良い導入を行なうことによって、エッチレートやＣＤシフト分布の面内均一性の良いプラズマエッチング処理を行うことができる。以下、第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２の軸対称性の良い導入を実現するための構成について、処理室壁２０の側断面を拡大して示した図３および水平断面を示した図４を用いて詳細に説明する。
【００３２】
処理室壁２０は処理室蓋２２とシャワーヘッドプレート２４とが設置されるリング１３０と、プラズマ３８の密度が高い領域に接するアースリング１３２と、そのアースリング１３２とリング１３０の下に位置する処理室ベース１３６とから成る。これらの部品間の接触部には周方向に溝が形成されており、そこにＯリング１３８−１〜６が設置されることにより、気密を保ち、処理室２６を減圧に保持できるようになっている。
【００３３】
図３のＡを通る水平面での断面図を図４（ａ）に示す。略円筒形状のリング１３０とシャワーヘッドプレート２４の中心軸を一致させ、また、シャワーヘッドプレート２４の中央部に中心側ガス導入口３４−１が形成されている。これにより、中心側ガス導入口３４−１から導入した第１処理ガス３６−１の処理室２６内の流れは軸対称となり、被処理体１のエッチング結果（エッチレートやＣＤシフト）の分布が軸対称となる。
【００３４】
第２のガス導入管３０−２に導かれた第２処理ガス３６−２は、断面形状が矩形であるガス導入溝７４に導かれる。このガス導入溝７４はリング１３０の周方向に全周に形成された形成された溝と、シャワーヘッドプレート２４とによって囲まれた領域によって形成される。さらにそのガス導入溝７４には、下方に貫通した孔１３５が周方向に複数形成されている。リング１３０とアースリング１３２との間には、高さがある寸法に保たれた隙間１４０が形成されており、外周側ガス導入口３４−２を経由した第２処理ガス３６−２は、この隙間１４０を通り、その後、シャワーヘッドプレート２４とアースリング１３２との間の隙間によって形成された外周側ガス導入口３４−２から、処理室２６内に導入される。
【００３５】
被処理体１のエッチング処理におけるＣＤシフトをなるべく均一にするためには、各々の孔１３５に導入される第２処理ガス３６−２の導入量の周方向の偏りを少なくすることが望ましく、そのためには各々の孔１３５上流での圧力の差が小さいことが必要である。そのためには、ガス導入溝７４の寸法と、孔１３５の寸法と、隙間１４０の寸法と、外周側ガス導入口３４−２の寸法には、細かな配慮が必要である。まず各々の孔１３５に入る処理ガスの導入量の周方向の偏りを少なくするためには、ガス導入溝７４内をガスが周方向に流れるためのコンダクタンス（この値をＣｇとする）を、孔１３５のコンダクタンス（この値をＣｈとする）に比べて、ずっと大きくすることが必要である。
【００３６】
もしそれが満たされない場合は、図４（ｂ）に示すように、第２のガス導入管３０−２から導入された第２処理ガス３６−２が、第２処理ガスの流れを示す矢印  のようにガス導入溝７４の中を通る間に、第２のガス導入管３０−２に近い孔１３５や孔１３５’から多く流れ出てしまい、第２のガス導入管３０−２から最も遠い孔１３５’’から導入される第２処理ガス３６−２の量が少なくなってしまう。その結果、被処理体１のエッチング処理結果（エッチレートやＣＤシフト）に周方向の偏りが生じることになる。
【００３７】
これを防止するためには前述したように各々の孔１３５上流での圧力の差が小さいことが必要であるが、ここで各々の孔１３５の上流での圧力を求める方法について説明する。第２処理ガス３６−２の流量を１０ｓｃｃｍ（standard  cc/min）、処理室内の圧力を１Ｐａ程度とすると、ガス導入溝７４内は５００〜１０００Ｐａ程度となり、ｍｍ（ミリメートル）オーダーの長さを持つガス導入溝７４内のクヌッセン数（第２処理ガス３６−２の分子の平均自由行程と、代表寸法との比）は０．１未満となり、ガス流れは粘性流となる。この場合、ガス導入溝７４の高さをｈ（単位はｍ（メートル））、幅をｗ（単位はｍ（メートル））、ｈとｗとで決まる係数をＹ、隣り合う外周側ガス導入口３４−２の間の間隔をＬ（単位はｍ（メートル））、隣り合う外周側ガス導入口３４−２の間のガス導入溝７４内の平均圧力をＰ（単位はＰａ（パスカル））、第２処理ガス３６−２の粘性係数をμ（単位はＰａ×ｓ（パスカルと秒との積））とすると、Ｃｇ（単位はｍ３／ｓ（立方メートル／秒））は式１で与えられる。
【数１】
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【００３８】
一方、孔１３５内のガス流れは、粘性流もしくは粘性流と分子流との間の中間の流れとなる。粘性流と分子流との間の中間流れの場合は、孔１３５の長さおよび内直径をそれぞれＬＬおよびＤ（単位はｍ（メートル））、第２処理ガス３６−２の温度および分子量および粘性係数をそれぞれＴ（単位はＫ（ケルビン））およびＭ（単位はｋｇ／ｍｏｌ（キログラム／モル））およびμ（単位はＰａ×ｓ（パスカルと秒との積））、外周側ガス導入口３４−２内の第２処理ガス３６−２の圧力をＰＰ、円周率をπ、一般気体定数をＲ（単位はＪ／（ｍｏｌ×Ｋ）（ジュール／（モル×ケルビン）））とすると、Ｃｈ（単位はｍ３／ｓ（立方メートル／秒））は式２で与えられる。
【数２】
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【００３９】
これらコンダクタンスＣｇおよびＣｈと、導入する第２処理ガス３６−２の量と、処理室２６の圧力とを用いることによって、各々の孔１３５の上流での圧力を求められる。ただし、式１と式２との中には、圧力が変数として入っているため、この圧力は反復計算を施し、値を収束させることによって求められる。これらの計算の結果、前述した各寸法の値が適切か否かを判断できる。
【００４０】
実施例１においては、ガス導入溝７４の高さｈを０．００５ｍ、幅ｗを０．００４ｍ、隣り合う孔１３５の間の間隔Ｌを０．０５ｍ、第２処理ガス３６−２の粘性係数μを１．５×１０−５Ｐａ×ｓ、孔１３５の長さＬＬを０．０１ｍ、内直径Ｄを０．００１ｍ、温度Ｔを３００Ｋ、第２処理ガス３６−２の分子量Ｍを７４ｇ／ｍｏｌとすることによって、各々の孔１３５の上流での圧力の差を、圧力の絶対値の１％以内に抑えることができ、周方向の偏りを小さくすることができる。
【００４１】
さらに、各々の孔１３５の出口から出た第２処理ガス３６−２は、リング１３０とアースリング１３２との間の隙間１４０を通り、外周側ガス導入口３４−２から処理室２６内に導入されるが、その隙間１４０の間隔や外周側ガス導入口３４−２の高さ方向の間隔が広いほど外周側ガス導入口３４−２から出る第２処理ガス３６−２の導入量の周方向偏りは小さくなる。しかし一方、隙間１４０の間隔や外周側ガス導入口３４−２の高さ方向の間隔が広すぎる場合は、プラズマ３８で発生したイオンなどの荷電粒子が外周側ガス導入口３４−２に入り込み、異常放電が起きる恐れがある。また、プラズマエッチング処理で発生した反応生成物が、外周側ガス導入口３４−２から上流側へ入り込み、そこに堆積することによって、パーティクルの発生原因となる恐れもある。従って、隙間１４０および外周側ガス導入口３４−２の高さ方向の間隔を適切な広さにしなければならない。実施例１においては、これらを０．００１ｍとした。これにより外周側ガス導入口３４−２から導入される第２処理ガス３６−２の導入量の周方向の偏りを導入量の絶対値の０．１％以内にでき、また同時に異常放電や反応生成物の堆積を防止することができる。このように実施例１では、コンダクタンスが大きなガス導入溝７４の下流に、ガス導入溝７４のコンダクタンスよりも非常に小さいコンダクタンスを持つ孔１３５を設け、さらにその下流に孔１３５のコンダクタンスよりも非常に大きいコンダクタンスを持つ隙間１４０を設けることにより、軸対称性の良い第２処理ガス３６−２の導入を実現した。
【００４２】
なお処理室壁２０を構成する金属部品のうち、腐食性ガスと接する領域は、腐食性ガスによって腐食されやすくなる。また処理室壁２０を構成する各部品のうち、プラズマ３８に直接接触する領域は、プラズマ３８で生成した塩素や臭素など腐食性のイオンやラジカルによって化学的なアタックを受ける。このとき、プラズマ３８に直接接触する領域はプラズマ３８によって直接加熱されるため温度が高くなるし、直接接触していない領域でも、熱伝導によって加熱され温度が高くなり、腐食性ガスやプラズマによる腐食性は増すことになる。そのため、処理室壁２０を構成する各部品の腐食対策の必要性はさらに高くなり、その結果、構成する材料および表面処理に関して細かな配慮が必要である。実施例１においては、リング１３０および処理室ベース１３６を、耐腐食性が高いステンレス鋼によって構成することにより腐食を防止でき、その結果、被処理体１の重金属汚染を防止できる。
【００４３】
一方、アースリング１３２はプラズマ３８の密度が高い領域と接するため、リング１３０および処理室ベース１３６よりも耐腐食性を強くする必要があり、また腐食されたとしても、被処理体１に重金属汚染を引き起こさない材料であることが必要である。そのため実施例１では、アースリング１３２を工業用アルミニウム合金で構成し、表面にアルマイト処理（陽極酸化処理）を施す。これにより耐プラズマ性が高く、かつステンレス鋼のように重金属成分を放出しないプラズマ処理装置を実現できる。
【００４４】
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、具体的に説明する。エッチング処理に臭化水素と塩素と酸素との混合ガスを用いる場合、第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２として、臭化水素と塩素と酸素をそれぞれ５０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ導入した場合に、被処理体１の中央部および外周部でのＣＤシフトがそれぞれ１０ｎｍおよび２ｎｍだったとする。この場合には、中央部でのＣＤシフトを小さくするか、外周部でのＣＤシフトを大きくすることによって、被処理体１の面内ＣＤシフト分布を均一に近づけることができる。
【００４５】
中央部でのＣＤシフトを小さくしたい場合には、中心側ガス導入口３４−１から導入する第１処理ガス３６−１中の塩素を増やす（例えば６０ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の中央部での塩素ラジカルの量を増やし、ゲート電極７の側壁に対する等方性エッチングを促進することによって中心部でのＣＤシフトを小さくできる。また、中心側ガス導入口３４−１から導入する第１処理ガス３６−１中の酸素を減らす（例えば３ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の中央部での酸素ラジカルの量を減らし、ゲート電極７の側壁に堆積する保護膜の堆積量を減らすことによっても、中心部でのＣＤシフトを小さくできる。
【００４６】
また、外周部でのＣＤシフトを大きくしたい場合には、外周側ガス導入口３４−２から導入する第２処理ガス３６−２の酸素を増やす（例えば７ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の外周部での酸素ラジカルの量を増やし、ゲート電極７の側壁に堆積する保護膜の堆積量を増やすことによって、外周部でのＣＤシフトを大きくできる。また、外周側ガス導入口３４−２から導入する第２処理ガス３６−２の塩素を減らす（例えば４０ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の外周部での塩素ラジカルの量を減らし、ゲート電極７の側壁に対する等方性エッチングを弱めることによっても外周部でのＣＤシフトを大きくできる。
【００４７】
また、第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２として、臭化水素と塩素と酸素をそれぞれ５０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ導入した場合に、被処理体１の中央部および外周部でのＣＤシフトがそれぞれ２ｎｍおよび１０ｎｍだったとする。この場合には、中央部でのＣＤシフトを大きくするか、外周部でのＣＤシフトを小さくすることによって、被処理体１の面内ＣＤシフト分布を均一に近づけることができる。
【００４８】
中央部でのＣＤシフトを大きくしたい場合には、中心側ガス導入口３４−１から導入する第１処理ガス３６−１中の塩素を減らす（例えば４０ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の中央部での塩素ラジカルの量を減らし、ゲート電極７の側壁に対する等方性エッチングを弱めることによって中心部でのＣＤシフトを大きくできる。また、中心側ガス導入口３４−１から導入する第１処理ガス３６−１中の酸素を増やす（例えば７ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の中央部での酸素ラジカルの量を増やし、ゲート電極７の側壁に堆積する保護膜の堆積量を増やすことによっても、中心部でのＣＤシフトを大きくできる。
【００４９】
また、外周部でのＣＤシフトを小さくしたい場合には、外周側ガス導入口３４−２から導入する第２処理ガス３６−２の酸素を減らす（例えば３ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の外周部での酸素ラジカルの量を減らし、ゲート電極７の側壁に堆積する保護膜の堆積量を減らすことによって、外周部でのＣＤシフトを小さくできる。また、外周側ガス導入口３４−２から導入する第２処理ガス３６−２の塩素を増やす（例えば６０ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の外周部での塩素ラジカルの量を増やし、ゲート電極７の側壁に対する等方性エッチングを促進することによっても外周部でのＣＤシフトを小さくできる。
【００５０】
以上のように、被処理体１と対向する位置に設けられた中心側ガス導入口３４−１および処理室２６の上隅部に形成された外周側ガス導入口３４−２から、異なる組成の第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２をそれぞれ導入することによって、被処理体１の表面近傍での堆積成分やエッチャントの密度分布を調節することが可能となる。その結果、被処理体１のＣＤシフトの面内分布を制御でき、その面内均一性を向上させることができる。実施例１においては、図５に示すように、ＣＤシフトの面内差（最大値と最小値との差）を４ｎｍに抑えることができた。また、被処理体１表面のＸ軸でのＣＤシフト分布１７０’とＹ軸でのＣＤシフト分布１７１’とがほとんど重なり、また左右対称であるため、軸対称のＣＤシフト分布が得られたことがわかる。
【００５１】
また、実施例１においては、第１処理ガス３６−１を導入するための中心側ガス導入口３４−１の中心軸と、第２処理ガス３６−２を導入するための外周側ガス導入口３４−２の中心軸と、高周波を印加するためのアンテナ８０の中心軸と、略円筒形状の処理室壁２０の中心軸と、磁場形成コイル８４の中心軸と、排気口４０の中心軸とを一致させることにより、処理ガスの導入と排気とプラズマ３８の発生源とを同軸に構成でき、その結果、軸対称のＣＤシフト分布を得られた。
【００５２】
また、外周側ガス導入口３４−２を処理室２６の上隅部に配置したことにより、凹凸の少ないガス導入口を実現でき、パーティクルの発生を防止できる。また、シャワーヘッドプレート２４の下面つまりプラズマ３８と接する領域では、エッチング処理中に生成した付着物が堆積する可能性があるが、外周側ガス導入口３４−２を処理室２６の上隅部に配置したことによりクリーニング処理に用いるガスがまんべんなくシャワーヘッドプレート２４の下面に行き渡るため、クリーニング効果が高くなり、被処理体１表面への堆積物の落下・付着の防止やクリーニング時間の短縮が見込める。その結果、半導体量産の歩留まりの向上やスループットの向上が見込める。
【００５３】
また、実施例１に示した構造により、図１０に示した従来の装置におけるプラズマ３８と接する領域の形状を維持したまま、中心側導入口３４−１と外周側ガス導入口３４−２とから異なる組成の処理ガスを導入し、被処理体１の近傍での堆積成分やエッチャントの密度分布を調節することが可能となる。そのため、従来のプラズマエッチング装置におけるプラズマ３８の密度分布と同等のものが得られるため、従来のプラズマエッチング装置からの置き換えを行った場合でも、プラズマエッチングの処理における処理ガス３６の流量以外のパラメータを従来のものから大きく変える必要が無く、量産への適用が容易となる。
【００５４】
なお、実施例１においてはＵＨＦ−ＥＣＲ方式のプラズマエッチング装置を例にとり説明したが、プラズマ３８の生成方式はこれに限るものではない。例えばマイクロ波ＥＣＲ方式など他の方式でも構わない。
【実施例２】
【００５５】
本発明の実施例１においては、外周側ガス導入口３４−２を処理室２６の上隅部に形成していた。しかし、シャワーヘッドプレート２４と被処理体１との間の距離が長い場合には、中央側および外周側のガス導入口からの処理ガスから生成したラジカルが、被処理体１に到達するまでに互いに混ざり合う可能性がある。そのため被処理体１近傍のエッチャントや堆積性成分の密度分布を制御する効果が弱まる恐れがあった。
【００５６】
本発明の実施例２は、この問題を鑑みて考案されたものであり、外周側ガス導入口３４−２を処理室壁２０の側面で、かつ中心側ガス導入口３４−１と被処理体１との間の高さに配置する。これにより、シャワーヘッドプレート２４と被処理体１との間の距離が長い場合においても、被処理体１近傍のエッチャントや堆積性成分の密度分布を有効に調節できる。
【００５７】
以下、本発明の実施例２について図６〜図８を用いて説明する。図６は本発明の実施例２を示すマイクロ波ＥＣＲ方式のプラズマエッチング装置の構成を示した図であり、図７は外周側ガス導入口３４−２の近傍を拡大して示した図である。実施例２を適用したプラズマエッチング装置の基本的な構造は、実施例１と同様であるが、プラズマ発生源を変更している。また、外周側ガス導入口３４−２の位置も変えたため、処理室壁２０を構成する機構を変更している。図８は、本発明の実施例２のプラズマエッチング装置の水平断面図であり、図７のＤを通る水平断面図および図７のＥを通る水平断面図である。
【００５８】
まず実施例２におけるプラズマ発生源について説明する。実施例２では電磁波６０（実施例２ではマイクロ波）を処理室蓋２２の上方に設置された導波管８２を通して導入する。電磁波６０は絶縁体（石英ガラスとする）で構成された処理室蓋２２とシャワーヘッドプレート２４を通して処理室２６内に導入する。また処理室壁２０の周りには、円周状の複数の磁場形成コイル８４が設置されており、これにより磁場が形成され、電磁波６０（ここではマイクロ波）と磁場とのＥＣＲ作用によってプラズマ３８を生成させる。ここで、導波管８２の中心軸と、円周状の磁場形成コイル８４と、略円筒形状の処理室壁２０とのそれぞれの中心軸を一致させることにより、軸対称性の良いプラズマ３８を生成させることができる。
【００５９】
次に外周側ガス導入口３４−２を導入するための機構について説明する。処理室壁２０は処理室蓋２２とシャワーヘッドプレート２４とが設置されるリング１３０と、プラズマ３８の密度が高い領域に接するアースリング１３２と、アースリング１３２とリング１３０の下に接するリング１３４と、その下に位置する処理室ベース１３６とから成る。これらの部品間の接触部には周方向に溝が形成されており、そこにＯリング１３８−１〜７が設置されることにより、気密を保ち、処理室２６を減圧に保持できるようになっている。
【００６０】
第２のガス導入管３０−２に導かれた第２処理ガス３６−２は、断面形状が矩形であるガス導入溝７４に導かれる。このガス導入溝７４はリング１３４の周方向に全周に形成された溝と、処理室ベース１３６とによって囲まれた領域によって形成される。さらにそのガス導入溝７４には、径方向に貫通した孔１３５が、周方向に複数形成されている。処理室ベース１３６とアースリング１３２との間には、径方向にある寸法に保たれた隙間１４０’が形成されており、孔１３５を経由した第２処理ガス３６−２は、この隙間１４０’を通り、その出口である外周側ガス導入孔３４−２から処理室２６内に導入される。
【００６１】
被処理体１のエッチング処理におけるＣＤシフトをなるべく均一にするためには、各々の孔１３５に導入される第２処理ガス３６−２の導入量の周方向の偏りを少なくすることが望ましく、そのためには各々の孔１３５の上流での圧力の差が小さいことが必要である。そのためには、ガス導入溝７４の寸法と、孔１３５の寸法と、隙間１４０’の寸法とには、細かな配慮が必要である。
【００６２】
まず各々の孔１３５に入る処理ガスの導入量の周方向の偏りを少なくするためには、ガス導入溝７４内をガスが周方向に流れるためのコンダクタンス（この値をＣｇとする）を、孔１３５のコンダクタンス（この値をＣｈとする）に比べて、ずっと大きくすることが必要である。もしそれが満たされない場合は、各々の孔１３５の上流での圧力に差が生じ、その結果、上流での圧力が高い孔１３５において他の孔１３５よりも多い量の第２処理ガス３６−２が導入されることになり、その結果、被処理体１のエッチング処理結果（例えばＣＤシフト）に周方向の偏りが生じることになる。
【００６３】
実施例１で説明したようにＣｇとＣｈは、それぞれ式１と式２とで示される。実施例２においては、ガス導入溝７４の高さｈを０．００５メートル、幅ｗを０．００４メートル、隣り合う孔１３５の間の間隔Ｌを０．０５メートル、第２処理ガス３６−２の粘性係数μを１．５×１０−５  Ｐａ×ｓ、孔１３５の長さＬＬを０．０１メートル、内直径Ｄを０．００１メートル、温度Ｔを３００ケルビン、第２処理ガス３６−２の分子量Ｍを７４グラム／モルとすることによって、各々の孔１３５の上流での圧力の差を、圧力の絶対値の１％以内に抑えることができる。
【００６４】
また、各々の孔１３５の出口から出た第２処理ガス３６−２は処理室ベース１３６とアースリング１３２との間の隙間１４０’を通り、外周側ガス導入孔３４−２から処理室２６内に導入されるが、その隙間１４０’の間隔が広いほど隙間１４０’出口から出る第２処理ガス３６−２の周方向偏りは小さくなる。しかし、隙間１４０’の間隔が広すぎる場合は、プラズマ３８で発生したイオンなどの荷電粒子が外周側ガス導入口３４−２に入り込み、異常放電が起きる恐れがある。また、プラズマエッチング処理で生成した反応生成物が、外周側ガス導入口３４−２から上流側へ入り込み、そこに堆積することによって、パーティクルの発生原因となる恐れもある。
【００６５】
従って、隙間１４０’の径方向の間隔を適切な広さにしなければならない。実施例２においては隙間１４０’の間隔を０．００１メートルとした。これにより外周側ガス導入口３４−２から導入される第２処理ガス３６−２の導入量の周方向の偏りを導入量の絶対値の０．１％以内にでき、また同時に異常放電や反応生成物の堆積を防止することができる。
【００６６】
このように実施例２では、コンダクタンスが大きなガス導入溝７４の下流に、ガス導入溝７４のコンダクタンスよりも非常に小さいコンダクタンスを持つ孔１３５を設け、さらにその下流に孔１３５のコンダクタンスよりも非常に大きいコンダクタンスを持つ隙間１４０’を設けることにより、軸対称性の良い第２処理ガス３６−２の導入を実現した。
【００６７】
以上説明した構成を用いてプラズマエッチングを行う場合の処理方法は実施例１で説明したものと同様である。これにより、中心側ガス導入口３４−１および外周側ガス導入口３４−２から、それぞれ異なる組成の第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２を導入することによって、被処理体１近傍のエッチャントや堆積成分の密度分布を調節でき、その結果、被処理体１のＣＤシフトの面内分布を制御できる。このとき、外周側ガス導入口３４−２を処理室壁２０の側面で、かつ中心側ガス導入口３４−１と被処理体１との間の高さに配置することにより、シャワーヘッドプレート２４と被処理体１との間の距離が長い場合においても、被処理体１のＣＤシフトの面内分布を有効に制御できる。また外周側ガス導入口３４−２を、処理室ベース１３６とアースリング１３２との間に配置したことにより、凹凸の少ないガス導入口を実現でき、パーティクルの発生を防止できる。
【００６８】
また、実施例２においては、第１処理ガス３６−１を導入するための中心側ガス導入口３４−１の中心軸と、第２処理ガス３６−２を導入するための外周側ガス導入口３４−２の中心軸と、電磁波を印加するための導波管８２の中心軸と、略円筒形状の処理室壁２０の中心軸と、磁場形成コイル８４の中心軸と、排気口４０の中心軸とを一致させることにより、処理ガスの導入と排気とプラズマ３８の発生源とを同軸に構成でき、その結果、軸対称のＣＤシフト分布を得られる。
【００６９】
また、外周側ガス導入口３４−２を処理室ベース１３６とアースリング１３２との間に形成したことにより、凹凸の少ないガス導入口を実現でき、パーティクルの発生を防止できる。また、実施例２に示した構造により、図１０に示した従来例の装置におけるプラズマ３８と接する領域の形状を維持したまま、中心側導入口３４−１と外周側ガス導入口３４−２とから異なる組成の処理ガスを導入し、被処理体１の近傍での堆積成分やエッチャントの密度分布を調節することが可能となる。そのため、従来のプラズマエッチング装置におけるプラズマ３８の密度分布と同等のものが得られるため、従来のプラズマエッチング装置からの置き換えを行った場合でも、プラズマエッチングの処理における処理ガス３６の流量以外のパラメータを従来のものから大きく変える必要が無く、量産への適用が容易となる。
【００７０】
なお、実施例２においてはマイクロ波ＥＣＲ方式のプラズマエッチング装置を例にとり説明したが、プラズマ３８の生成方式はこれに限るものではない。例えばＵＨＦ−ＥＣＲ方式など他の方式でも構わない。
【実施例３】
【００７１】
本発明の実施例１および実施例で２、プラズマエッチング装置の構造およびプラズマエッチング装置を用いた処理方法を示した。これらの実施例においては、第２処理ガス３６−２として塩素や臭化水素などハロゲンを含む処理ガスを使用していた。それに対し、ここでは、本発明の実施例３として、第２処理ガス３６−２として腐食性の無い処理ガス（例えば酸素など）のみを導入することによって、ガス導入溝７４および外周側ガス導入口３４−２における腐食を回避し、プラズマエッチング装置の長期的な運用を考慮した処理方法について説明する。なお、実施例３におけるプラズマエッチング方法に用いる装置は、実施例１と実施例２で説明した構成のどちらでも構わないが、実施例１に示したプラズマエッチング装置を例に取り、以下説明する。
【００７２】
前述したように、処理室壁２０を構成する部品の材質にステンレス鋼を用いることによって、第２処理ガス３６−２に含まれるハロゲン系ガスによる腐食を防止することは可能である。しかしながら処理によっては処理室壁２０をヒータなどで加熱することがあり、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高いアルミニウム合金を使わざるを得ない場合がある。この場合でも、短期的にはアルマイト処理などで部品の腐食を防止できるが、ヒータやプラズマによる加熱の影響でハロゲン系ガスの腐食性が強まり、長期的な使用において腐食を完全に防止できない恐れがある。その場合は、半導体デバイスの量産歩留まりの低下を引き起こす恐れがある。
【００７３】
なお、第１処理ガス３６−１と接する理室蓋２２とシャワーヘッドプレート２４は石英ガラスによって構成されているため、金属汚染の原因となる恐れは無い。さらに、プラズマエッチング装置にガスを供給するための第１のガス導入管３０−１および第２のガス導入管３０−２よりも上流側においてはプラズマ３８からの加熱の影響が無いため腐食される恐れは無く、従って腐食の問題が生じる恐れがある領域は、第２処理ガス３６−２と接するガス導入溝７４や孔１３５と、それらの近傍である。
【００７４】
この問題は、第２処理ガス３６−２として、腐食性の無い処理ガスのみを導入することによって回避できる。以下、本発明の第１の実施例で示したものと同じ構成のプラズマエッチング装置を用いた処理方法を、ゲートエッチングを例に取り、具体的に説明する。第１処理ガス３６−１として臭化水素と塩素と酸素をそれぞれ１００ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、第２処理ガス３６−２として酸素を５ｓｃｃｍ導入した場合に、被処理体１の中央部および外周部でのＣＤシフトがそれぞれ５ｎｍおよび２ｎｍだったとする。この場合には、中央部でのＣＤシフトを小さくするか、外周部でのＣＤシフトを大きくすることによって、被処理体１の面内ＣＤシフト分布を均一に近づけることができる。
【００７５】
中央部でのＣＤシフトを小さくしたい場合には、中心側ガス導入口３４−１から導入する第１処理ガス３６−１中の塩素を増やす（例えば１１０ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の中央部での塩素ラジカルの量を増やし、ゲート電極７の側壁に対する等方性エッチングを促進することによって中心部でのＣＤシフトを小さくできる。また、中心側ガス導入口３４−１から導入する第１処理ガス３６−１中の酸素を減らす（例えば３ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の中央部での酸素ラジカルの量を減らし、ゲート電極７の側壁に堆積する保護膜の堆積量を減らすことによっても、中心部でのＣＤシフトを小さくできる。
【００７６】
また、外周部でのＣＤシフトを大きくしたい場合には、外周側ガス導入口３４−２から導入する第２処理ガス３６−２の酸素を増やす（例えば７ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の外周部での酸素ラジカルの量を増やし、ゲート電極７の側壁に堆積する保護膜の堆積量を増やすことによって、外周部でのＣＤシフトを大きくできる。
【００７７】
また、第１処理ガス３６−１として臭化水素と塩素と酸素をそれぞれ１００ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、第２処理ガス３６−２として酸素を５ｓｃｃｍ導入した場合に、被処理体１の中央部および外周部でのＣＤシフトがそれぞれ２ｎｍおよび５ｎｍだったとする。この場合には、中央部でのＣＤシフトを大きくするか、外周部でのＣＤシフトを小さくすることによって、被処理体１の面内ＣＤシフト分布を均一に近づけることができる。
【００７８】
中央部でのＣＤシフトを大きくしたい場合には、中心側ガス導入口３４−１から導入する第１処理ガス３６−１中の塩素を減らす（例えば９０ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の中央部での塩素ラジカルの量を減らし、ゲート電極７の側壁に対する等方性エッチングを弱めることによって中心部でのＣＤシフトを大きくできる。また、中心側ガス導入口３４−１から導入する第１処理ガス３６−１中の酸素を増やす（例えば７ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の中央部での酸素ラジカルの量を増やし、ゲート電極７の側壁に堆積する保護膜の堆積量を増やすことによっても、中心部でのＣＤシフトを大きくできる。
【００７９】
また、外周部でのＣＤシフトを小さくしたい場合には、外周側ガス導入口３４−２から導入する第２処理ガス３６−２の酸素を減らす（例えば３ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の外周部での酸素ラジカルの量を減らし、ゲート電極７の側壁に堆積する保護膜の堆積量を減らすことによって、外周部でのＣＤシフトを小さくできる。
【００８０】
以上のように、被処理体１と対向する位置に設けられた中心側ガス導入口３４−１および処理室壁２０の側面に形成された外周側ガス導入口３４−２から、異なる組成の第１処理ガス３６−１および第２処理ガス３６−２を導入することによって、被処理体１のＣＤシフトの面内分布を制御でき、その面内均一性を向上させることができる。また、第２のガス導入管３０−２に、腐食性の無い処理ガス（実施例３では酸素）のみを導入することによって、ガス導入溝７４および外周側ガス導入口３４−２における腐食を回避でき、半導体デバイスの量産歩留まり低下を防止できる。
【００８１】
なお実施例３においては、第２のガス導入管３０−２に導入するための腐食性の無い処理ガスとして酸素を使用したが、それに限るものではなく、例えば四フッ化炭素など炭素を含むフロロカーボン系の処理ガスを用いてもよい。例えば解離していない時の四フッ化炭素は非常に安定であり、金属部品などを腐食させる恐れは無い。一方、プラズマ３８中では解離し、金属に対する腐食性を持つフッ素（Ｆ）ラジカルを発生させるが、ガス導入溝７４および外周側ガス導入口３４−２ではプラズマ３８は発生しないため解離せず、その結果金属に対する腐食性は無い。このように腐食性の無い処理ガスとして、四フッ化炭素など炭素を含むフロロカーボン系の処理ガスを用いた場合には、前述したように堆積性が強い炭素系の反応生成物が生成し堆積性成分となり、ゲート電極７の側壁に堆積する。その結果ゲート電極７の側壁の保護膜となり、ゲートエッチングのＣＤシフトを大きくすることができる。
【００８２】
以下、具体的な処理方法を、ゲートエッチングを例に取り説明する。第１処理ガス３６−１として臭化水素と塩素と酸素をそれぞれ１００ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、第２処理ガス３６−２として四フッ化炭素を５０ｓｃｃｍ導入した場合に、被処理体１の中央部および外周部でのＣＤシフトがそれぞれ５ｎｍおよび２ｎｍだったとする。この場合には、中央部でのＣＤシフトを小さくするか、外周部でのＣＤシフトを大きくすることによって、被処理体１の面内ＣＤシフト分布を均一に近づけることができる。
【００８３】
中央部でのＣＤシフトを小さくしたい場合には、中心側ガス導入口３４−１から導入する第１処理ガス３６−１中の塩素を増やす（例えば１１０ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の中央部での塩素ラジカルの量を増やし、ゲート電極７の側壁に対する等方性エッチングを促進することによって中央部でのＣＤシフトを小さくできる。また、中心側ガス導入口３４−１から導入する第１処理ガス３６−１中の酸素を減らす（例えば３ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の中央部での酸素ラジカルの量を減らし、ゲート電極７の側壁に堆積する保護膜の堆積量を減らすことによっても、中央部でのＣＤシフトを小さくできる。
【００８４】
また、外周部でのＣＤシフトを大きくしたい場合には、外周側ガス導入口３４−２から導入する第２処理ガス３６−２の四フッ化炭素を増やす（例えば６０ｓｃｃｍにする）ことによって、被処理体１の外周部での堆積性の炭素系反応生成物の量を増やし、ゲート電極７の側壁に堆積する保護膜の堆積量を増やすことによって、外周部でのＣＤシフトを大きくできる。
【００８５】
また、第１処理ガス３６−１として臭化水素と塩素と酸素をそれぞれ１００ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、第２処理ガス３６−２として四フッ化炭素を５０ｓｃｃｍ導入した場合に、被処理体１の中央部および外周部でのＣＤシフトがそれぞれ２ｎｍおよび５ｎｍだったとする。この場合には、中央部でのＣＤシフトを大きくするか、外周部でのＣＤシフトを小さくすることによって、被処理体１の面内ＣＤシフト分布を均一に近づけることができる。
【００８６】
中央部でのＣＤシフトを大きくしたい場合には、中心側ガス導入口３４−１から導入する第１処理ガス３６−１中の塩素を減らす（例えば９０ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の中央部での塩素ラジカルの量を減らし、ゲート電極７の側壁に対する等方性エッチングを弱めることによって中央部でのＣＤシフトを大きくできる。また、中心側ガス導入口３４−１から導入する第１処理ガス３６−１中の酸素を増やす（例えば７ｓｃｃｍにする）ことによって被処理体１の中央部での酸素ラジカルの量を増やし、ゲート電極７の側壁に堆積する保護膜の堆積量を増やすことによっても、中央部でのＣＤシフトを大きくできる。
【００８７】
また、外周部でのＣＤシフトを小さくしたい場合には、外周側ガス導入口３４−２から導入する第２処理ガス３６−２の四フッ化炭素を減らす（例えば４０ｓｃｃｍにする）ことによって堆積性の炭素系反応生成物の量を減らし、ゲート電極７の側壁に堆積する保護膜の堆積量を減らすことによって、被処理体１の外周部でのＣＤシフトを小さくできる。
【００８８】
なお本発明の実施例１〜３においては、エッチング処理中に中心側ガス導入口３４−１および外周側ガス導入口３４−２から処理ガス３６を導入させていた。これは前述したように被処理体１のＣＤシフト分布を制御する目的のためであるが、パーティクルの発生を防止する効果もある。例えば、中心側ガス導入口３４−１と外周側ガス導入口３４−２のうち、片方（例えば外周側ガス導入口３４−２）から処理ガスを導入しなかった場合には、エッチング処理中に生成した反応生成物が拡散により外周側ガス導入口３４−２よりも上流側に輸送され、アースリング１３２のリング１３６側や、リング１３６のアースリング１３２側の表面に堆積物が付着する恐れがあり、被処理体１表面へのパーティクル付着の原因となり得る。これは、外周側ガス導入口３４−２から外周側ガス導入口３４−２を導入することによって、その上流への反応生成物の拡散を防ぐことができ、被処理体１表面へのパーティクル付着を防止できる。
【００８９】
従って、エッチング処理中には必ずそれぞれのガス導入口から処理ガスを導入することが望ましい。もし、片方のガス導入口（例えば外周側ガス導入口３４−２）から処理ガスを導入しない場合に、被処理体１の均一なＣＤシフト分布が得られる場合は、そのガス導入口（この場合は外周側ガス導入口３４−２）から、ＣＤシフトに影響を与えにくい処理ガス（例えばアルゴンなど希ガス）を少量導入することによって、被処理体１のＣＤシフト分布を均一に保ちながら被処理体１表面へのパーティクル付着を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施例１のプラズマエッチング装置の断面図である。
【図２】図１のＣ−Ｃ断面を示した図であり、本発明の実施例１のプラズマエッチング装置の水平断面図である。
【図３】本発明の実施例１のプラズマエッチング装置の側断面図であり、外周側ガス導入口の近傍の拡大図である。
【図４】本発明の実施例１のプラズマエッチング装置の水平断面図であり、図３のＡを通る水平断面図および図３のＢを通る水平断面図である。
【図５】本発明の実施例１のプラズマエッチング装置を用いて処理した被処理体表面のＣＤシフト分布を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例２のプラズマエッチング装置の断面図である。
【図７】本発明の実施例２のプラズマエッチング装置の側断面図であり、外周側ガス導入口の近傍の拡大図である。
【図８】本発明の実施例２のプラズマエッチング装置の水平断面図であり、図７のＤを通る水平断面図および図７のＥを通る水平断面図である。
【図９】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である。
【図１０】従来例のプラズマエッチング装置を示す上面図および側断面図である。
【図１１】従来例のプラズマエッチング装置を用いて処理した被処理体表面のＣＤシフト分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９１】
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処理ガス
３６−２    第２処理ガス   
３８    プラズマ
４０    排気口
５０    圧力調節バルブ
６０    電磁波
７０−１    中央側ガス系
７０−２    外周側ガス系
７２    アーム
７４    ガス導入溝
１３０    リング
１３２    アースリング
１３４    リング
１３５    孔
１３６    処理室ベース
１３８    Ｏリング
１４０    隙間
１５０    高周波印加コイル
１５２    高周波導入部
１５４    高周波電源
１７０    Ｘ軸でのＣＤシフト分布
１７１    Ｙ軸でのＣＤシフト分布
【図１】
2007242777.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007242777.tif 000009
【図６】
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【図７】
2007242777.tif 000011
【図８】
2007242777.tif 000012
【図９】
2007242777.tif 000013
【図１０】
2007242777.tif 000014
【図１１】
2007242777.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月28日(2006.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
第２のガス導入管３０−２に導かれた第２処理ガス３６−２は、断面形状が矩形であるガス導入溝７４に導かれる。このガス導入溝７４はリング１３０の周方向に全周に形成された形成された溝と、シャワーヘッドプレート２４とによって囲まれた領域によって形成される。さらにそのガス導入溝７４には、下方に貫通した孔１３５が周方向に複数形成されている。リング１３０とアースリング１３２との間には、高さがある寸法に保たれた隙間１４０が形成されており、第２のガス導入管３０−２を経由した第２処理ガス３６−２は、この隙間１４０を通り、その後、シャワーヘッドプレート２４とアースリング１３２との間の隙間によって形成された外周側ガス導入口３４−２から、処理室２６内に導入される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
なお本発明の実施例１〜３においては、エッチング処理中に中心側ガス導入口３４−１および外周側ガス導入口３４−２から処理ガス３６を導入させていた。これは前述したように被処理体１のＣＤシフト分布を制御する目的のためであるが、パーティクルの発生を防止する効果もある。例えば、中心側ガス導入口３４−１と外周側ガス導入口３４−２のうち、片方（例えば外周側ガス導入口３４−２）から処理ガスを導入しなかった場合には、エッチング処理中に生成した反応生成物が拡散により外周側ガス導入口３４−２よりも上流側に輸送され、アースリング１３２のリング１３６側や、リング１３６のアースリング１３２側の表面に堆積物が付着する恐れがあり、被処理体１表面へのパーティクル付着の原因となり得る。これは、外周側ガス導入口３４−２からガスを導入することによって、その上流への反応生成物の拡散を防ぐことができ、被処理体１表面へのパーティクル付着を防止できる。