プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置
【課題】無機膜と有機膜とを含む積層マスク膜をエッチングしてライン部を形成する場合、又は、マスク膜をエッチングして隣接するライン部の間隔が異なる複数種類のライン部を形成する場合に、ウェハの面内におけるライン部の線幅及び高さの分布を独立して制御できるプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置を提供する。
【解決手段】基板Ｗに荷電粒子と中性粒子とを含むプラズマを照射することによって、基板Ｗにプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法において、支持部１０５に支持されている基板Ｗの面内における温度分布を調整することによって、基板Ｗの面内における、基板Ｗが中性粒子と反応する反応量の分布を制御し、支持部１０５に支持されている基板Ｗと、支持部１０５と対向するように設けられている電極１２０との間隔を調整することによって、基板Ｗの面内における荷電粒子の照射量の分布を制御する。
【解決手段】基板Ｗに荷電粒子と中性粒子とを含むプラズマを照射することによって、基板Ｗにプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法において、支持部１０５に支持されている基板Ｗの面内における温度分布を調整することによって、基板Ｗの面内における、基板Ｗが中性粒子と反応する反応量の分布を制御し、支持部１０５に支持されている基板Ｗと、支持部１０５と対向するように設けられている電極１２０との間隔を調整することによって、基板Ｗの面内における荷電粒子の照射量の分布を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、半導体ウェハ等の基板（以下「ウェハ」という。）を加工する装置として、プラズマをウェハに照射することによって、ウェハにエッチングを行うプラズマエッチング装置がある。
【０００３】
上記したプラズマエッチング装置で加工される前のウェハは、例えば、シリコン基板よりなるウェハであって、そのウェハ上に表面から上方に向かって順に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜、ポリシリコン膜よりなる被エッチング膜、１層又は複数層よりなるマスク膜、反射防止膜（Bottom Anti-Reflective Coating；ＢＡＲＣ）及びフォトレジスト膜（以下「レジスト膜」という。）が形成されているものである。レジスト膜は、予め露光、現像が行われ、ライン部よりなるパターンが形成されている。そして、反射防止膜、マスク膜、被エッチング膜を順次エッチングすることによって、被エッチング膜のライン部よりなるパターンが形成される。被エッチング膜がポリシリコン膜よりなる上記の例は、例えば被エッチング膜をゲート電極とするゲートエッチングの工程に相当する。
【０００４】
しかし、昨今では、半導体デバイスの製造工程において、ウェハが大口径化している。ウェハの大口径化に伴って、ウェハの面内における、形成されるライン部の線幅（Critical Dimension；ＣＤ）及び高さの面内均一性を確保することが難しくなってきている。
【０００５】
上記したようなエッチングでは、フッ素、塩素、酸素等を含むガスが処理ガスとして用いられている。ウェハがエッチングされる際には、これらの処理ガスに含まれるフッ素、塩素、酸素等がプラズマとなる。プラズマには、荷電粒子（以下「イオン」という。）と中性粒子（以下「ラジカル」という。）が含まれている。そして、ウェハの表面がイオンとラジカルとを含むプラズマと反応して反応生成物が生じ、生じた反応生成物が揮発することによってエッチングが進行する。
【０００６】
ウェハの表面がプラズマと反応して生じた反応生成物の種類によっては、形成されるライン部に再付着することもある。従って、エッチングを行うことによって形成されるライン部の線幅は、反応生成物が再付着する確率（以下「付着係数」という。）によって異なる。付着係数は、ウェハの温度に依存するため、形成されるライン部の線幅も、ウェハの温度に依存する。ウェハの面内における温度分布を制御可能とすることによって、形成されるライン部の線幅を面内均一性良くエッチングできるプラズマエッチング装置がある（例えば特許文献１参照。）。
【０００７】
更に、エッチングを行うことによって形成されるライン部の線幅は、上記した付着係数に加え、隣接するライン部の間隔（パターン間隔）によっても異なることがある。すなわち、ウェハに形成されるライン部の線幅は、ウェハの温度及びパターン間隔にも依存することがある。
【０００８】
このようなとき、ウェハの温度を調整することによっては、パターン間隔が大きい部分（以下「疎部」という。）とパターン間隔が小さい部分（以下「密部」という。）におけるライン部の線幅を独立に制御することは難しい。しかし、処理ガスの供給量又は組成比を調整することによって、疎部と密部とにおけるライン部の線幅を独立に制御できる場合がある。そして、ウェハの面内における、温度分布及び処理ガスの供給量又は組成比の分布を制御可能とすることによって、ライン部の線幅を疎部及び密部で独立して制御できるプラズマエッチング装置がある（例えば特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００８−５３２３２４号公報
【特許文献２】特開２００７−８１２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、上記のようなプラズマエッチング装置を用いてプラズマエッチングを行う場合、次のような問題がある。
【００１１】
特許文献１に開示された例では、例えば密部のみからなる一様なパターンを形成する際に、形成されるライン部の線幅を面内均一性良くエッチングできる。しかし、前述したように、疎部及び密部を含むパターンを形成するときは、形成されるライン部の線幅を面内均一性良くエッチングできない。
【００１２】
一方、特許文献２に開示された例では、疎部及び密部を含むパターンを形成するときも、形成されるライン部の線幅を面内均一性良くエッチングすることはできる。しかし、組成比を含めた処理ガスの供給量を調整すると、ラジカルの供給量のみならずイオンの供給量も連動して変化する。イオンは、直進性が大きく、エッチングレート（以下「エッチング速度」という。）を支配する条件である。従って、処理ガスの供給量又は組成比を制御することによっては、エッチング速度を所望の値に制御することができない。その結果、ウェハの面内で、線幅及び高さを均一に揃えることができず、断面形状がばらつく。
【００１３】
更に、マスク膜が有機膜を含むときは、有機膜をエッチングするための処理ガスとして、例えば酸素（Ｏ２）ガスのように、ラジカルがマスク膜と反応する反応速度又は付着係数が小さい処理ガスを用いるときがある。ラジカルの反応速度等が小さい処理ガスを用いるときは、通常の可変範囲でウェハの温度及び処理ガスの供給量又は組成比を調整しても、ラジカルの反応量をほとんど変化させることができず、ライン部の線幅を制御することができない。
【００１４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、無機膜と有機膜とを含む積層マスク膜をエッチングしてライン部を形成する場合、又は、マスク膜をエッチングして隣接するライン部の間隔が異なる複数種類のライン部を形成する場合に、ウェハの面内におけるライン部の線幅及び高さの分布を独立して制御でき、断面形状を面内均一性良くエッチングできるプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の一実施例によれば、基板に荷電粒子と中性粒子とを含むプラズマを照射することによって、前記基板にプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法において、支持部に支持されている前記基板の面内における温度分布を調整することによって、前記基板の面内における、前記基板が前記中性粒子と反応する反応量の分布を制御し、前記支持部に支持されている前記基板と、前記支持部と対向するように設けられている電極との間隔を調整することによって、前記基板の面内における前記荷電粒子の照射量の分布を制御する、プラズマエッチング方法が提供される。
【００１７】
本発明の一実施例によれば、基板に荷電粒子と中性粒子とを含むプラズマを照射することによって、前記基板にプラズマエッチングを行うプラズマエッチング装置において、前記基板を支持する支持部と、前記支持部と対向するように設けられている電極と、前記支持部に支持されている前記基板の面内における温度分布を調整する温度分布調整部と、前記支持部に支持されている前記基板と、前記電極との間隔を調整する間隔調整部と、前記温度分布調整部により前記温度分布を調整することによって、前記基板の面内における、前記基板が前記中性粒子と反応する反応量の分布を制御し、前記間隔調整部により前記間隔を調整することによって、前記基板の面内における前記荷電粒子の照射量の分布を制御する制御部とを有する、プラズマエッチング装置が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、無機膜と有機膜とを含む積層マスク膜をエッチングしてライン部を形成する場合、又は、マスク膜をエッチングして隣接するライン部の間隔が異なる複数種類のライン部を形成する場合に、ウェハの面内におけるライン部の線幅及び高さの分布を独立して制御でき、断面形状を面内均一性良くエッチングできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施の形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図であり、上部電極が退避時位置にある状態を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図であり、上部電極が処理時位置にある状態を示す図である。
【図３】上部電極駆動部を簡略化して示す作用説明図である。
【図４】上部電極の横断面図である。
【図５】ガス供給装置の概略の構成を説明する模式図である。
【図６】第１の実施の形態に係るプラズマエッチング方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図７】第１の実施の形態に係るプラズマエッチング方法の各工程におけるウェハの状態を模式的に示す断面図である。
【図８】ギャップＧを調整したときの、ウェハの面内における縦方向のエッチング速度ＥＲの分布を示すグラフである。
【図９】第２のマスク膜エッチング工程におけるライン部の線幅ＣＤの温度依存性及び縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を模式的に示すグラフである。
【図１０】第１のマスク膜エッチング工程におけるライン部の線幅ＣＤの温度依存性及び縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を模式的に示すグラフである。
【図１１】第２の実施の形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図であり、上部電極が退避時位置にある状態を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図であり、上部電極が処理時位置にある状態を示す図である。
【図１３】上部電極駆動部を簡略化して示す作用説明図である。
【図１４】上部電極の横断面図である。
【図１５】ガス供給装置の概略の構成を説明する模式図である。
【図１６】第２の実施の形態に係るプラズマエッチング方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１７】第２の実施の形態に係るプラズマエッチング方法の各工程におけるウェハの状態を模式的に示す断面図である。
【図１８】第２の実施の形態におけるライン部の線幅ＣＤの温度依存性及び縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（第１の実施の形態）
図１から図１０を参照し、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置について説明する。
【００２１】
始めに図１及び図２を参照し、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置について説明する。図１及び図２は、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図である。図１は上部電極が退避時位置にある状態を示し、図２は上部電極が処理時位置にある状態を示す。
【００２２】
本実施の形態に係るプラズマエッチング装置１００は、プラズマエッチング装置の一例として、平行平板型のプラズマエッチング装置として構成されている。
【００２３】
プラズマエッチング装置１００は、例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムから成る円筒形状に成形されたチャンバ（処理容器）１０２を有している。チャンバ１０２は接地されている。
【００２４】
チャンバ１０２内の底部には、セラミックなどの絶縁板１０３を介して略円柱状のサセプタ支持台１０４が設けられている。また、サセプタ支持台１０４の上には、下部電極を構成するサセプタ１０５が設けられている。サセプタ１０５には、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１０５ａが接続されている。
【００２５】
サセプタ１０５は、その上側中央部が凸状の円板状に成形され、その上にウェハＷと略同形の静電チャック１１１が設けられている。静電チャック１１１は、絶縁材の間に静電電極１１２が介在された構成となっている。静電チャック１１１は円板状のセラミックス部材で構成され、静電電極１１２には直流電源１１３が接続されている。静電電極１１２に正の直流電圧が印加されると、ウェハＷにおける静電チャック１１１側の面（以下、「裏面」という。）に負の電位が生じることによって、静電電極１１２及びウェハＷの裏面の間に電位差が生じる。そして、この電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウェハＷは静電チャック１１１に吸着保持される。例えば、静電チャック１１１は、静電電極１１２に接続された直流電源１１３から１．５ｋＶの直流電圧が印加される。これによって、ウェハＷが静電チャック１１１に静電吸着される。
【００２６】
なお、サセプタ支持台１０４及びサセプタ１０５は、本発明における支持部に相当する。
【００２７】
サセプタ１０５には、第１の高周波電源１１４が第１の整合器１１５を介して接続され、且つ第２の高周波電源１１６が第２の整合器１１７を介して接続されている。第１の高周波電源１１４は、比較的低い周波数、例えば、１３．６ＭＨｚの高周波電力であるバイアス電力をサセプタ１０５に印加する。第２の高周波電源１１６は、比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚの高周波電力であるプラズマ生成電力をサセプタ１０５に印加する。そして、サセプタ１０５は、チャンバ１０２の内部にプラズマ生成電力を印加する。
【００２８】
そして、絶縁板１０３、サセプタ支持台１０４、サセプタ１０５、及び静電チャック１１１には、被処理体であるウェハＷの裏面に伝熱媒体（例えばＨｅガスなどのバックサイドガス）を供給するためのガス通路１１８が形成されている。この伝熱媒体を介してサセプタ１０５とウェハＷとの間の熱伝達がなされ、ウェハＷが所定の温度に維持される。
【００２９】
サセプタ１０５の上端周縁部には、静電チャック１１１上に支持されたウェハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１１９が配置されている。フォーカスリング１１９は、セラミックスもしくは石英などの誘電材料、または導電体、例えば、ウェハＷを構成する材料と同じ単結晶シリコンなどの導電性材料によって構成されている。したがって、プラズマの分布域をウェハＷ上だけでなくフォーカスリング１１９上まで拡大し、ウェハＷの外周側の部分上におけるプラズマの密度をウェハＷの中心側の部分上におけるプラズマの密度と同程度に維持することができる。これにより、ウェハＷの面内におけるプラズマエッチングの均一性を向上することができる。
【００３０】
次に、サセプタ１０５に支持されたウェハＷの面内における温度分布を調節する温度分布調整部１０６について説明する。温度分布調整部１０６は、ヒータ１０６ａ、１０６ｂ、ヒータ用電源１０６ｃ、１０６ｄ、温度計１０６ｅ、１０６ｆ、冷媒流路１０７ａ、１０７ｂを有する。
【００３１】
サセプタ支持台１０４の内部には、中心側に中心側ヒータ１０６ａが、外周側に外周側ヒータ１０６ｂが設けられている。中心側ヒータ１０６ａには、中心側ヒータ用電源１０６ｃが接続され、外周側ヒータ１０６ｂには、外周側ヒータ用電源１０６ｄが接続されている。中心側ヒータ用電源１０６ｃ、外周側ヒータ用電源１０６ｄは、それぞれ中心側ヒータ１０６ａ、外周側ヒータ１０６ｂに投入する電力を独立に調節することによって、サセプタ支持台１０４及びサセプタ１０５に、半径方向に沿った温度分布を発生させることができる。これにより、ウェハＷに半径方向に沿った温度分布を発生させることができる。
【００３２】
また、サセプタ支持台１０４の内部には、中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆが設けられている。中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆは、サセプタ支持台１０４の中心側及び外周側の温度を計測し、これによりウェハＷの中心側及び外周側の温度を導出できる。中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆで計測された温度は、後述する装置制御部１９０に送られる。装置制御部１９０は、計測された温度から導出されたウェハＷの温度が目標温度となるように、中心側ヒータ用電源１０６ｃ及び外周側ヒータ用電源１０６ｄの出力を調整する。
【００３３】
更に、サセプタ支持台１０４の内部には、中心側に中心側冷媒流路１０７ａ、外周側に外周側冷媒流路１０７ｂを設けていてもよい。そして、それぞれに異なる温度の、例えば冷却水、フルオロカーボン系等の冷媒を循環させてもよい。この場合中心側冷媒流路１０７ａには、中心側導入管１０８ａを介して中心側冷媒流路１０７ａに冷媒が導入され、循環された後、中心側排出管１０９ａから排出される。外周側冷媒流路１０７ｂには、外周側導入管１０８ｂを介して外周側冷媒流路１０７ｂに冷媒が導入され、循環された後、外周側排出管１０９ｂから排出される。
【００３４】
サセプタ１０５は、ヒータ１０６ａ、１０６ｂによる加熱、及び冷媒からの冷却により、温度が調整される。従って、ウェハＷは、プラズマからの輻射やプラズマに含まれるイオンの照射などによる加熱分も含め、サセプタ１０５との熱量の授受により、所定の温度になるように調整される。また、本実施の形態では、サセプタ支持台１０４は、中心側に中心側ヒータ１０６ａ及び中心側冷媒流路１０７ａを有し、外周側に外周側ヒータ１０６ｂ及び外周側冷媒流路１０７ｂを有する。従って、ウェハＷは、中心側と外周側とで独立して温度を調整することができ、ウェハＷの面内における温度分布を調整することができる。
【００３５】
また、中心側ヒータ１０６ａと外周側ヒータ１０６ｂとの間、又は中心側冷媒流路１０７ａと外周側冷媒流路１０７ｂとの間、に図示しない空間を設け、断熱層としてもよい。断熱層により、中心側ヒータ１０６ａと外周側ヒータ１０６ｂとの間、又は中心側冷媒流路１０７ａと外周側冷媒流路１０７ｂとの間が熱的に遮断され、ウェハＷの中心側と外周側との間により大きな温度分布を生じさせることが容易となる。
【００３６】
サセプタ１０５の上方には、サセプタ１０５と平行に対向して上部電極１２０が設けられている。上部電極１２０は、上部電極駆動部２００によって一方向例えば上下方向に駆動可能に構成されている。上部電極１２０を上下方向に駆動可能に構成することにより、上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間の厚さ、すなわち上部電極１２０とサセプタ１０５との間の距離（以下、「ギャップ」という。）Ｇを調整可能とすることができる。ギャップＧを調整可能とすることにより、後述するように、チャンバ１０２の内部の上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間におけるプラズマを適切に分布させることができる。そして、サセプタ１０５に支持されているウェハＷの面内におけるプラズマの照射量の分布を調整することができる。
【００３７】
上部電極駆動部２００により駆動される上部電極１２０の上下方向に沿った移動量の最大値は、例えば、７０ｍｍとすることができる。このとき、ギャップＧを２０ｍｍ以上９０ｍｍ以下に調整することができる。
【００３８】
なお、プラズマエッチング装置は、図１及び図２に示す構成を９０°回転して横に倒した構成にしてもよく、上下反転した構成にしてもよい。また、上部電極１２０は、本発明における電極に相当する。また、上部電極駆動部２００は、本発明における間隔調整部に相当する。
【００３９】
上部電極１２０は、チャンバ１０２の上部内壁にベローズ１２２を介して支持されている。ベローズ１２２はチャンバ１０２の上部内壁に環状の上部フランジ１２２ａを介してボルトなどの固定手段により取付けられるとともに、上部電極１２０の上面に環状の上部フランジ１２２ｂを介してボルトなどの固定手段により取付けられる。
【００４０】
上部電極１２０には、直流電源１２３が接続されている。また、上部電極１２０には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４が接続されている。
【００４１】
チャンバ１０２の底部には排気管１３１が接続されており、排気管１３１には排気装置１３５が接続されている。排気装置１３５は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、チャンバ１０２内を所定の減圧雰囲気（例えば０．６７Ｐａ以下）に調整する。また、チャンバ１０２の側壁にはゲートバルブ１３２が設けられている。ゲートバルブ１３２が開くことによって、チャンバ１０２内へのウェハＷの搬入、及び、チャンバ１０２内からのウェハＷの搬出が可能となる。なお、ウェハＷの搬送には例えば搬送アームが用いられる。
【００４２】
次に、図３を参照し、上部電極駆動部２００の詳細な構成について説明する。図３は、上部電極駆動部を簡略化して示す作用説明図である。図３（ａ）は上部電極が退避時位置にある状態を示し、図３（ｂ）は上部電極が処理時位置にある状態を示す。
【００４３】
上部電極駆動部２００は、上部電極１２０を支持する略円筒状の支持部材２０４を有する。支持部材２０４は上部電極１２０の上部略中央にボルトなどで取付けられている。
【００４４】
支持部材２０４は、チャンバ１０２の上壁の略中央に形成された孔１０２ａを出入自在に配設される。具体的には支持部材２０４の外周面はスライド機構２１０を介してチャンバ１０２の孔１０２ａの内部に支持されている。
【００４５】
スライド機構２１０は例えばチャンバ１０２の上部に断面Ｌ字状の固定部材２１４を介して固定部材２１４の鉛直部に固定された案内部材２１６と、この案内部材２１６に摺動自在に支持され、支持部材２０４の外周面に一方向（本実施形態では上下方向）に形成されたレール部２１２とを有する。
【００４６】
スライド機構２１０の案内部材２１６を固定する固定部材２１４は、その水平部が環状の水平調整板２１８を介してチャンバ１０２の上部に固定される。この水平調整板２１８は、上部電極１２０の水平位置を調整するためのものである。水平調整板２１８は、例えば水平調整板２１８を周方向に等間隔で配置した複数のボルトなどによりチャンバ１０２に固定し、これらのボルトの突出量により水平調整板２１８の水平方向に対する傾き量を変えられるように構成するようにしてもよい。この水平調整板２１８が水平方向に対する傾きを調整することにより、上記スライド機構２１０の案内部材２１６が鉛直方向に対する傾きが調整されるので、案内部材２１６を介して支持される上部電極１２０の水平方向の傾きを調整することができる。これにより、上部電極１２０を簡単な操作で常に水平位置に保つことができる。
【００４７】
チャンバ１０２の上側には、上部電極１２０を駆動するための空気圧シリンダ２２０が筒体２０１を介して取付けられている。すなわち、筒体２０１の下端はチャンバ１０２の孔１０２ａを覆うようにボルトなどで気密に取付けられており、筒体２０１の上端は空気圧シリンダ２２０の下端に気密に取付けられている。
【００４８】
上記空気圧シリンダ２２０は一方向に駆動可能なロッド２０２を有している。ロッド２０２の下端は、支持部材２０４の上部略中央にボルトなどで連設されている。空気圧シリンダ２２０のロッド２０２が駆動されることにより、上部電極１２０は支持部材２０４によりスライド機構２１０に沿って一方向に駆動する。ロッド２０２は円筒状に構成され、ロッド２０２の内部空間が支持部材２０４の略中央に形成された中央孔と連通して大気開放されるようになっている。これにより、上部電極１２０をローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４を介して接地する配線、及び上部電極１２０に直流電源１２３から直流電圧を印加するための給電線は、ロッド２０２の内部空間から支持部材２０４の中央孔を介して上部電極１２０に接続するように配線することができる。
【００４９】
また、空気圧シリンダ２２０の側部には上部電極１２０の位置を検出する位置検出手段として例えばリニアエンコーダ２０５が設けられている。一方、空気圧シリンダ２２０のロッド２０２の上端にはロッド２０２から側方に延出する延出部２０７ａを有する上端部材２０７が設けられており、この上端部材２０７の延出部２０７ａにリニアエンコーダ２０５の検出部２０５ａが当接している。上端部材２０７は上部電極１２０の動きに連動するため、リニアエンコーダ２０５により上部電極１２０の位置を検出することができる。
【００５０】
空気圧シリンダ２２０は、筒状のシリンダ本体２２２を上部支持板２２４と下部支持板２２６とで挟んで構成されている。ロッド２０２の外周面には空気圧シリンダ２２０内を上部空間２３２と下部空間２３４に区画する環状の区画部材２０８が設けられている。
【００５１】
図３に示すように、空気圧シリンダ２２０の上部空間２３２には上部支持板２２４の上部ポート２３６から圧縮空気が導入されるようになっている。また空気圧シリンダ２２０の下部空間２３４には下部支持板２２６の下部ポート２３８から圧縮空気が導入されるようになっている。これら上部ポート２３６、下部ポート２３８から上部空間２３２、下部空間２３４へそれぞれ導入する空気量を制御することにより、ロッド２０２を一方向（ここでは上下方向）へ駆動制御することができる。この空気圧シリンダ２２０へ導入する空気量は空気圧シリンダ２２０の近傍に設けられた空気圧回路３００により制御される。
【００５２】
また、上部電極駆動部２００は、制御部２９０を有しており、制御部２９０は、装置制御部１９０と接続されている。装置制御部１９０からの制御信号は制御部２９０に伝えられ、制御部２９０により、上部電極駆動部２００の各部が駆動制御される。
【００５３】
次に、サセプタ１０５に支持されたウェハＷに供給されるプラズマガスの供給量の分布を調整する供給量分布調整部１３０について説明する。供給量分布調整部１３０は、上部電極１２０と一体で構成されているシャワーヘッド１４０と、ガス供給装置１５０とを有する。
【００５４】
始めに、図１、図２及び図４を参照し、シャワーヘッド１４０の構造について説明する。図４は、上部電極の横断面図である。
【００５５】
シャワーヘッド１４０は、サセプタ１０５に支持されたウェハＷ上に所定の混合ガスを噴出するものである。シャワーヘッド１４０は、多数のガス噴出孔１４１ａを有する円形状の電極板１４１（上部電極１２０）と、電極板１４１の上面側を着脱自在に支持する電極支持体１４２を備えている。電極支持体１４２は、電極板１４１と同じ径の円盤形状に形成され、内部に円形状のバッファ室１４３が形成されている。バッファ室１４３内には、例えば図４に示すようにＯリングからなる環状隔壁部材１４５が設けられ、バッファ室１４３を中心側の第１のバッファ室１４３ａと外周側の第２のバッファ室１４３ｂに分割している。第１のバッファ室１４３ａは、サセプタ１０５上のウェハＷの中心側の部分に対向し、第２のバッファ室１４３ｂは、サセプタ１０５上のウェハＷの外周側の部分に対向している。各バッファ室１４３ａ、１４３ｂの下面には、ガス噴出孔１４１ａが連通しており、第１のバッファ室１４３ａからは、ウェハＷの中心側の部分、第２のバッファ室１４３ｂからは、ウェハＷの外周側の部分に向けて所定の混合ガスを噴出できる。また、バッファ室１４３ａ、１４３ｂは、ガス供給装置１５０により、所定の混合ガスが供給される。
【００５６】
次に、図１、図２及び図５を参照し、ガス供給装置１５０について説明する。図５は、ガス供給装置の概略の構成を説明する模式図である。
【００５７】
ガス供給装置１５０は、図５に示すように複数、例えば３つのガス供給源１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃが収容された第１のガスボックス１６１と、複数、例えば２つの付加ガス供給源１６２ａ、１６２ｂが収容された第２のガスボックス１６３を備えている。本実施の形態においては、例えばガス供給源１６０ａには、処理ガスとしての例えばフロロカーボン系のフッ素化合物、例えばＣＦ４、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８などのＣＸＦＹガスが封入されている。ガス供給源１６０ｂには、例えばＣＦ系の反応生成物の付着を制御するガスとしての例えば酸素（Ｏ２）ガスが封入されている。ガス供給源１６０ｃには、キャリアガスとしての希ガス、例えばＡｒガスが封入されている。付加ガス供給源１６２ａには、例えばエッチングを促進可能なＣＸＦＹガスが封入されている。付加ガス供給源１６２ｂには、例えばＣＦ系の反応生成物の付着を制御可能な酸素（Ｏ２）ガスが封入されている。
【００５８】
第１のガスボックス１６１の各ガス供給源１６０ａ〜１６０ｃには、各ガス供給源１６０ａ〜１６０ｃからの各種ガスが合流され混合される混合配管１７０が接続されている。混合配管１７０には、各ガス供給源１６０ａ〜１６０ｃからのガスの流量を調整するマスフローコントローラ１７１がガス供給源毎に設けられている。混合配管１７０には、混合配管１７０で混合された混合ガスを分流する第１の分岐配管１７２と第２の分岐配管１７３が接続されている。第１の分岐配管１７２は、シャワーヘッド１４０の第１のバッファ室１４３ａに接続されている。第２の分岐配管１７３は、シャワーヘッド１４０の第２のバッファ室１４３ｂに接続されている。
【００５９】
第１の分岐配管１７２には、圧力調整部１７４が設けられている。同様に第２の分岐配管１７３には、圧力調整部１７５が設けられている。圧力調整部１７４は、圧力計１７４ａとバルブ１７４ｂを備えている。同様に圧力調整部１７５は、圧力計１７５ａとバルブ１７５ｂを備えている。圧力調整部１７４の圧力計１７４ａによる計測結果と、圧力調整部１７５の圧力計１７５ａによる計測結果は、圧力制御装置１７６に出力できる。圧力制御装置１７６は、圧力計１７４ａ、１７５ａの計測結果に基づいて、各バルブ１７４ｂ、１７５ｂの開閉度を調整し、第１の分岐配管１７２と第２の分岐配管１７３に分流される混合ガスの圧力比、つまり流量比を制御できる。また、圧力制御装置１７６は、供給ガスの設定時において、後述する第２のガスボックス１６３から第２の分岐配管１７３に付加ガスが供給されていない状態で、第１の分岐配管１７２と第２の分岐配管１７３を流れる混合ガスの圧力比を所定の目標圧力比に調整し、その状態でバルブ１７４ｂ、１７５ｂの開閉度を固定することができる。
【００６０】
第２のガスボックス１６３の各付加ガス供給源１６２ａ、１６２ｂには、例えば第２の分岐配管１７３に連通する付加ガス供給配管１８０が接続されている。例えば付加ガス供給配管１８０は、各付加ガス供給源１６２ａ、１６２ｂに接続され、途中で集合して第２の分岐配管１７３に接続されている。付加ガス供給配管１８０は、圧力調整部１７５の下流側に接続されている。付加ガス供給配管１８０には、各付加ガス供給源１６２ａ、１６２ｂからの付加ガスの流量を調整するマスフローコントローラ１８１が付加ガス供給源毎に設けられている。かかる構成により、第２のガスボックス１６３の付加ガスを選択して或いは混合させて第２の分岐配管１７３に供給することができる。
【００６１】
第１のガスボックス１６１におけるマスフローコントローラ１７１と、第２のガスボックス１６３におけるマスフローコントローラ１８１の動作は、例えばプラズマエッチング装置１００の後述する装置制御部１９０により制御されている。したがって、装置制御部１９０により、第１のガスボックス１６１及び第２のガスボックス１６３からの各種ガスの供給の開始と停止、各種ガスの供給量を制御できる。
【００６２】
なお、ガス供給装置１５０は、第２のガスボックス１６３、付加ガス供給配管１８０を省略したものであってもよい。
【００６３】
また、プラズマエッチング装置１００は、装置制御部１９０を有する。装置制御部１９０は、例えばＣＰＵよりなる図示しない演算処理装置と、例えばハードディスクよりなる図示しない記録媒体を備えている。装置制御部１９０は、前述した、第１の高周波電源１１４、第２の高周波電源１１６、温度分布調整部１０６、上部電極駆動部２００、供給量分布調整部１３０の各部の動作を制御する。そして、装置制御部１９０は、上記各部を動作させる際は、例えば装置制御部１９０のＣＰＵが、例えば装置制御部１９０のハードディスクに記録されている、それぞれのエッチング処理に対応するプログラムに応じて、各部を制御する。
【００６４】
なお、装置制御部１９０は、本発明における制御部に相当する。
【００６５】
次に、図６及び図７を参照し、プラズマエッチング装置１００を用いたプラズマエッチング方法について説明する。図６は、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。図７は、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法の各工程におけるウェハの状態を模式的に示す断面図である。
【００６６】
本実施の形態に係るプラズマエッチング方法は、図６に示すように、レジストパターン形成工程（ステップＳ１１）、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１２）、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）、被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ１５）を有する。
【００６７】
なお、本発明における第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）と第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）は、本発明におけるエッチング工程に含まれる。
【００６８】
最初に、レジストパターン形成工程（ステップＳ１１）を行う。レジストパターン形成工程（ステップＳ１１）では、表面に第１のマスク膜１３を介して第２のマスク膜１４が形成されたウェハ１０上に、レジスト膜１６よりなるライン部１６ａ、１６ｂを含むレジストパターンを形成する。図７（ａ）は、レジストパターン形成工程（ステップＳ１１）におけるウェハの状態を示す。
【００６９】
なお、ライン部とは、平面視において、ある方向に沿って延びるように設けられ、その延びている方向と直交する方向に沿って、隣接するライン部と互いに離隔して設けられているような構造を有するものをいう。
【００７０】
予め、例えば、シリコン基板よりなるウェハ１０の表面から上方に向かって順に、絶縁膜１１、被エッチング膜１２、第１のマスク膜１３、第２のマスク膜１４、反射防止膜１５が形成された基板を準備する。
【００７１】
被エッチング膜１２は、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法において、最終的にエッチング加工したい膜である。絶縁膜１１を例えばゲート絶縁膜として機能する例えばＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Tetraethoxysilane）よりなる酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜とし、被エッチング膜１２を例えばエッチング加工後にゲート電極として機能するポリシリコン膜とすることができる。
【００７２】
第１のマスク膜１３は、上層の膜である第２のマスク膜１４から形状を転写され、下層の膜である被エッチング膜１２をエッチングする際のハードマスクとして機能する膜である。第１のマスク膜１３は、被エッチング膜１２をエッチング加工する際に、被エッチング膜１２に対して高い選択比を有することが好ましい。すなわち、第１のマスク膜１３のエッチング速度に対する被エッチング膜１２のエッチング速度の比が大きいことが好ましい。第１のマスク膜１３として、例えばＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜等の無機膜を用いることができる。また、第１のマスク膜１３の厚さを、例えば２００ｎｍとすることができる。
【００７３】
第２のマスク膜１４は、上層の膜であるレジスト膜１６よりなるレジストパターンから形状を転写され、下層の膜である第１のマスク膜１３をエッチングする際のマスクとして機能する膜である。第２のマスク膜１４は、第１のマスク膜１３をエッチング加工する際に、第１のマスク膜１３に対して高い選択比を有することが好ましい。すなわち、第２のマスク膜１４のエッチング速度に対する第１のマスク膜１３のエッチング速度の比が大きいことが好ましい。第２のマスク膜１４として、例えば化学気相法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）により成膜されたアモルファスカーボン、スピンオンにより成膜されたポリフェノールやｉ線レジスト等のフォトレジストを含む広範な有機系の材料よりなる有機膜を用いることができる。また、第２のマスク膜１４の厚さを、例えば２８０ｎｍとすることができる。
【００７４】
反射防止膜１５は、その上に形成されるレジスト膜１６のフォトリソグラフィを行う際の反射防止膜として機能する膜である。反射防止膜１５として、例えば有機ＢＡＲＣと呼ばれるＣｘＨｙＯｚからなる膜等を用いることができる。また、反射防止膜１５の厚さを、例えば８０ｎｍとすることができる。
【００７５】
次に、上記した絶縁膜１１から反射防止膜１５が積層されたウェハ１０上に、レジスト膜１６を形成し、形成されたレジスト膜１６をパターン露光し、現像することによって、レジスト膜１６よりなるライン部１６ａ、１６ｂを有するレジストパターンを形成する。図７（ａ）に示すように、レジスト膜１６よりなり、線幅ＣＤ及び高さＨを有するライン部が、配列してなるレジストパターンを形成する。図７（ａ）の左側には、比較的小さい間隔Ｄ１でライン部１６ａが配列している領域（以下「密部」という。）Ａ１が設けられており、図７（ａ）の右側には、比較的大きい（間隔Ｄ１より大きい）間隔Ｄ２でライン部１６ｂが配列している領域（以下「疎部」という。）Ａ２が設けられている。ライン部１６ａ、１６ｂは、反射防止膜１５及び第２のマスク膜１４をエッチングする際に、マスクとして機能する。レジスト膜１６として、例えばＡｒＦレジストを用いることができる。また、レジスト膜１６の厚さを、例えば１７０ｎｍとすることができる。
【００７６】
なお、線幅ＣＤとは、ライン部の延びている方向と直交する方向に沿った幅寸法を意味する。
【００７７】
なお、密部Ａ１におけるライン部は、本発明における第１のライン部に相当する。また、疎部Ａ２におけるライン部は、本発明における第２のライン部に相当する。
【００７８】
また、レジストパターン形成工程（ステップＳ１１）の後、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１２）の前に、スリミング処理又はトリミング処理等を行って、レジスト膜１６のライン部１６ａ、１６ｂの線幅ＣＤを例えば減少させる等の線幅調整工程を行ってもよい。また、線幅調整工程が行われる場合には、線幅ＣＤとは、線幅調整工程が終わった後の幅寸法を意味する。
【００７９】
次に、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１２）を行う。反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１２）では、ウェハ１０にプラズマを照射し、照射したプラズマにより、反射防止膜１５を、レジスト膜１６よりなるライン部１６ａ、１６ｂをマスクとしてエッチングする。図７（ｂ）は、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１２）におけるウェハの状態を示す。
【００８０】
装置制御部１９０からの制御信号により、上部電極駆動部２００を上下方向に駆動させ、サセプタ１０５と上部電極１２０との間の距離を所定のギャップＧに設定する。次に、装置制御部１９０からの制御信号により、ガス供給装置１５０から第１の分岐配管１７２、シャワーヘッド１４０の第１のバッファ室１４３ａを介し、チャンバ１０２内であってサセプタ１０５に支持されているウェハＷの中心側に所定の供給量ＦＬＩで処理ガスを供給する。また、装置制御部１９０からの制御信号により、ガス供給装置１５０から第２の分岐配管１７３、シャワーヘッド１４０の第２のバッファ室１４３ｂを介し、チャンバ１０２内であってサセプタ１０５に支持されているウェハＷの外周側に所定の供給量ＦＬＯで処理ガスを供給する。次に、装置制御部１９０からの制御信号により、第１の高周波電源１１４により第１の高周波電力を印加し、第２の高周波電源１１６により第２の高周波電力を印加する。そして、チャンバ１０２内に流入した処理ガスは、サセプタ１０５に接続された第１の高周波電源１１４及び第２の高周波電源１１６によりチャンバ１０２内に印加された高周波電力によって励起されてプラズマとなる。
【００８１】
励起されたプラズマには、イオン、電子、ラジカルが含まれている。イオンは、上部電極１２０とサセプタ１０５との間に発生するバイアス電圧によってサセプタ１０５に支持されたウェハ１０に向けて引き込まれ、ウェハ１０の表面と反応することによって、ウェハ１０にエッチング処理を施す。また、ラジカルは、バイアス電位によっては引き込まれないが、ウェハ１０の表面まで拡散し、ウェハ１０の表面と反応することによって、ウェハ１０にエッチング処理を施す。これにより、レジスト膜１６よりなるライン部１６ａ、１６ｂをマスクとして、反射防止膜１５がエッチングされる。
【００８２】
なお、イオンは、本発明における荷電粒子に相当し、ラジカルは、本発明における中性粒子に相当する。
【００８３】
反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１２）では、処理ガスとして、例えば、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２等のＣＦ系ガスと、Ａｒガス等の混合ガス、またはこの混合ガスに必要に応じて酸素を添加したガス等を用いることができる。
【００８４】
次に、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）を行う。第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）では、ウェハ１０に照射したプラズマにより、第２のマスク膜１４を、レジスト膜１６及び反射防止膜１５よりなるライン部１５ａ、１５ｂをマスクとしてエッチングすることによって、第２のマスク膜１４を含むライン部１４ａ、１４ｂを形成する。図７（ｃ）は、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）におけるウェハの状態を示す。
【００８５】
第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）では、サセプタ１０５に支持されているウェハ１０の面内における温度分布を調整するとともに、ウェハ１０の面内におけるウェハ１０に供給される処理ガスの供給量の分布を調整する。これらの調整によって、ウェハ１０の面内におけるプラズマに含まれるラジカルとウェハ１０の表面とが反応する反応量の分布を制御する。そして、反応量の分布を制御することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１４ａ、１４ｂの線幅ＣＤの分布を制御する。
【００８６】
装置制御部１９０から温度分布調整部１０６への制御信号により、中心側温度計１０６ｅ、１０６ｆの温度がそれぞれ所定の温度ＴＩ、ＴＯとなるように温度調整する。そして、装置制御部１９０から温度分布調整部１０６への制御信号により、中心側ヒータ１０６ａ及び外周側ヒータ１０６ｂを独立して制御する。これにより、ウェハ１０の中心側の温度ＴＩと外周側の温度ＴＯを異なる温度に調整することができ、ウェハ１０の面内における温度分布を調整することができる。
【００８７】
また、装置制御部１９０から供給量分布調整部１３０への制御信号により、第１のガスボックス１６１からのガスが第１の分岐配管１７２と第２の分岐配管１７３に分流してシャワーヘッド１４０の第１のバッファ室１４３ａと第２のバッファ室１４３ｂに供給される。第１の分岐配管１７２と第２の分岐配管１７３の流量を圧力調整部１７４、１７５により調整することにより、ウェハ１０の中心側に供給される処理ガスの流量ＦＬＩと、ウェハ１０の外周側に供給される処理ガスの流量ＦＬＯを互いに異なる流量に設定することができる。これにより、ウェハ１０の面内における処理ガスの供給量の分布を調整することができる。
【００８８】
このようにして、ウェハ１０の面内における温度の分布及び処理ガスの供給量の分布を調整することにより、ウェハ１０の面内における、第２のマスク膜１４よりなるライン部１４ａ、１４ｂの線幅ＣＤの分布を制御する。
【００８９】
また、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）では、装置制御部１９０から上部電極駆動部２００への制御信号により、サセプタ１０５に支持されているウェハ１０と、ウェハ１０と対向するように設けられている上部電極１２０との間隔であるギャップＧを調整する。ギャップＧを調整することによって、ウェハ１０の面内におけるイオンの照射量の分布を制御し、縦方向（深さ方向）のエッチング速度ＥＲの分布を制御する。そして、縦方向（深さ方向）のエッチング速度ＥＲの分布を制御することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１４ａ、１４ｂの高さＨの分布を制御する。
【００９０】
第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）では、処理ガスとして、酸素（Ｏ２）ガスを用いることができる。
【００９１】
次に、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）を行う。第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）では、ウェハ１０に照射したプラズマにより、第１のマスク膜１３を、第２のマスク膜１４よりなるライン部１４ａ、１４ｂをマスクとしてエッチングすることによって、第１のマスク膜１３を含むライン部１３ａ、１３ｂを形成する。図７（ｄ）は、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）におけるウェハの状態を示す。
【００９２】
第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）でも、サセプタ１０５に支持されているウェハ１０の面内における温度分布を調整するとともに、ウェハ１０の面内におけるウェハ１０に供給される処理ガスの供給量の分布を調整する。これらの調整によって、ウェハ１０の面内におけるプラズマに含まれるラジカルとウェハ１０の表面とが反応する反応量の分布を制御する。そして、反応量の分布を制御することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１３ａ、１３ｂの線幅ＣＤの分布を制御する。
【００９３】
また、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）でも、装置制御部１９０から上部電極駆動部２００への制御信号により、サセプタ１０５に支持されているウェハ１０と、ウェハ１０と対向するように設けられている上部電極１２０との間隔であるギャップＧを調整する。ギャップＧを調整することによって、ウェハ１０の面内におけるイオンの照射量の分布を制御し、縦方向（深さ方向）のエッチング速度ＥＲの分布を制御する。そして、縦方向（深さ方向）のエッチング速度ＥＲの分布を制御することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１３ａ、１３ｂの高さＨの分布を制御する。
【００９４】
第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）では、処理ガスとして、例えば、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２等のＣＦ系ガスと、Ａｒガス等の混合ガス、またはこの混合ガスに必要に応じて酸素（Ｏ２）を添加したガス等を用いることができる。
【００９５】
なお、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）及び第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）の間では、次のような関係があってもよい。すなわち、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）においてラジカルと第１のマスク膜１３の表面とが反応する反応量の温度依存性は、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）においてラジカルと第２のマスク膜１４の表面とが反応する反応量の温度依存性よりも大きくてもよい。後述するように、このような関係を満たすときに、従来の方法では、ウェハ１０の面内におけるライン部の線幅ＣＤ及び高さＨの分布を独立して制御することができないからである。
【００９６】
次に、被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ１５）を行う。被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ１５）では、ウェハ１０に照射したプラズマにより、被エッチング膜１２を、第１のマスク膜１３よりなるライン部１３ａ、１３ｂをマスクとしてエッチングすることによって、被エッチング膜１２を含むライン部１２ａ、１２ｂを形成する。図７（ｅ）は、被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ１５）におけるウェハの状態を示す。
【００９７】
被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ１５）でも、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）と同様な制御を行うことができる。すなわち、ウェハ１０の面内における温度分布及び処理ガスの供給量の分布を調整することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１２ａ、１２ｂの線幅ＣＤの分布を制御し、上部電極１２０とウェハ１０との間隔であるギャップＧを調整することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１２ａ、１２ｂの高さＨの分布を制御する。
【００９８】
被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ１５）でも、処理ガスとして、例えば、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２等のＣＦ系ガスと、Ａｒガス等の混合ガス、またはこの混合ガスに必要に応じて酸素（Ｏ２）を添加したガス等を用いることができる。
【００９９】
次に、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法を用いてウェハにエッチング処理を行うときに、ウェハの面内におけるライン部の線幅ＣＤ及び高さＨの分布を独立して制御でき、断面形状を面内均一性良くエッチングできることについて説明する。
【０１００】
前述したように、処理ガスがプラズマ化されたプラズマには、イオンとラジカルとが含まれている。イオンは、上部電極１２０とサセプタ１０５との間に発生するバイアス電圧により加速されてウェハに照射されるため、ウェハに対して主として異方性エッチングを行う。すなわち、形成されるライン部の主として縦方向（深さ方向）にエッチングを行う。一方、ラジカルは、バイアス電圧によっては加速されないため、ウェハに対して主として等方性エッチングを行う。すなわち、形成されるライン部の主として幅方向にエッチングを行う。また、ウェハの表面がプラズマと反応して生じた反応生成物が形成されるライン部に再付着することもある。すなわち、形成されるライン部の線幅ＣＤは、反応生成物が再付着する確率である付着係数によって異なる。付着係数は、ウェハの温度に依存するため、形成されるライン部の線幅ＣＤも、ウェハの温度に依存する。
【０１０１】
このように、プラズマエッチングでは、ウェハの表面に垂直な方向（縦方向）に沿ったエッチング速度ＥＲを支配するエッチング条件（パラメータ）と、形成されるライン部の線幅ＣＤを支配するエッチング条件（パラメータ）は異なる。
【０１０２】
縦方向に沿ったエッチング速度ＥＲを支配するパラメータは、ウェハにプラズマが照射されるときは、ウェハの表面に略垂直に入射されるイオンの単位時間当たりの入射量（イオンフラックス）、イオンのエネルギー、及びウェハの表面にラジカルが吸着する吸着量を含む。そして、ラジカルが十分に供給されているときは、縦方向に沿ったエッチング速度ＥＲを最も強く支配するパラメータは、イオンフラックスである。一方、エッチング加工により形成されるライン部の線幅ＣＤのウェハの面内における分布を自在に制御するには、イオンフラックスの分布とラジカルの反応量の分布を独立に制御できることが好ましい。
【０１０３】
ここで、ウェハの面内におけるイオンフラックスの分布を制御する方法には、永久磁石や電磁石を用いて磁界の分布を調整する方法、電極の分割、インピーダンスの調整によって、電界の分布を調整する方法、上部電極の形状に凹凸を設けたり、上部電極と下部電極との距離（ギャップ）を調整する方法、の３つの方法が考えられる。
【０１０４】
イオンフラックスの分布を制御するための上記した３つの方法のうち、磁界の分布を調整する方法によると、イオンフラックスの分布を安定して制御することができず、特にウェハ付近に磁界が存在することによりアーキングを起こしやすい。また、電極の分割、インピーダンスの調整を行う方法では、イオンフラックスの分布を略均一にすることができない。
【０１０５】
一方、ギャップＧを調整する方法によれば、イオンフラックスを調整できる調整範囲が大きい。そして、イオンフラックスを調整することによって、面内における縦方向のエッチング速度ＥＲの分布を制御することができる。
【０１０６】
ここで、図８を参照し、縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性について説明する。図８は、ギャップＧを調整したときの、ウェハの面内における縦方向のエッチング速度ＥＲの分布を示すグラフである。図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、ギャップＧが３０ｍｍ、５０ｍｍ、９０ｍｍのそれぞれに対応する。また、図８（ａ）から図８（ｃ）のそれぞれにおいて、横軸は半径方向に沿った中心からの距離Ｘを示し、縦軸は縦方向のエッチング速度ＥＲを示す。なお、ウェハとして３００ｍｍφのものを用いた。
【０１０７】
図８（ａ）に示すように、ギャップＧ＝３０ｍｍのとき、縦方向のエッチング速度ＥＲは、ウェハの中心付近で最大となり、外周側に向かって一様に減少し、極小を迎えた後、外周付近で若干増大するような分布を示しており、ウェハの面内において均一ではない。このとき、縦方向のエッチング速度ＥＲの平均値は１７８．４ｎｍ／ｍｉｎであり、ばらつきは１４．９％であった。
【０１０８】
一方、図８（ｂ）に示すように、ギャップＧ＝５０ｍｍのとき、縦方向のエッチング速度ＥＲは、ウェハの外周付近で中心側より増大するものの、ウェハの面内においてより均一になる。このとき、縦方向のエッチング速度ＥＲの平均値は２０８．３ｎｍ／ｍｉｎであり、ばらつきは１２．６％であった。
【０１０９】
更に、図８（ｃ）に示すように、ギャップＧ＝９０ｍｍのとき、縦方向のエッチング速度ＥＲは、ウェハの面内において更に均一になる。このとき、縦方向のエッチング速度ＥＲの平均値は１６４．５ｎｍ／ｍｉｎであり、ばらつきは７．３％であった。
【０１１０】
このように、ギャップＧを調整することによって、イオンフラックスの分布を制御することができる。
【０１１１】
一方、ウェハにプラズマが照射されるときは、プラズマに含まれるイオンは、ウェハの表面に略垂直な方向に入射し、ライン部の側壁にほとんど照射しない。従って、形成されるライン部の線幅ＣＤを支配するパラメータは、ライン部の側壁にラジカルが付着することによって側壁の表面にポリマー膜が成膜される反応の反応量、及びライン部の側壁とラジカルが反応することによって側壁の表面がエッチングされる反応の反応量を含む。
【０１１２】
そして、ウェハの面内におけるラジカルの反応量を制御する方法には、ラジカルを発生するために供給する処理ガスの供給量の分布を調整する方法、混合ガスとして供給される処理ガスの組成比の分布を調整する方法、反応速度を調整するためにウェハの面内における温度分布を調整する方法、の３つの方法が考えられる。
【０１１３】
また、ラジカルの反応量の分布を制御するための上記した３つの方法のうち、処理ガスの供給量の分布を調整する方法、処理ガスの組成比の分布を調整する方法によると、ウェハの面内における処理ガスの供給量、組成比を局所的に調整することができない。そのため、ラジカルの反応量の分布を局所的に調整することができない。
【０１１４】
一方、ウェハの温度分布を調整する方法によれば、各種の処理ガス、各種のラジカルを用いるときも、ラジカルの反応量の分布を局所的に調整することができる。従って、面内におけるライン部の線幅ＣＤの分布を局所的に制御することができる。
【０１１５】
具体的に表１を参照し、ギャップＧを調整する方法と、ウェハの温度分布を調整する方法を組み合わせ、イオンフラックスの分布とラジカルの反応量の分布を独立に制御できることを説明する。ここでは、下記（Ａ）及び（Ｂ）の条件で、ギャップＧとウェハの温度分布を調整し、ウェハの面内における線幅ＣＤのばらつきを求めた。
（Ａ）第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）
第２のマスク膜の材質：ナフタレン（又はポリスチレン）
第２のマスク膜の膜厚：２８０ｎｍ
成膜装置内圧力 ：２０ｍＴｏｒｒ
高周波電源パワー（４０ＭＨｚ／１３ＭＨｚ）：５００／０Ｗ
上部電極の電位 ：０Ｖ
処理ガスの流量 ：Ｏ２＝７５０ｓｃｃｍ
処理時間 ：６０秒
（Ｂ）第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）
第１のマスク膜の材質：窒化珪素（ＳｉＮ）
第１のマスク膜の膜厚：２８０ｎｍ
成膜装置内圧力 ：７５ｍＴｏｒｒ
高周波電源パワー（４０ＭＨｚ／１３ＭＨｚ）：５００／０Ｗ
上部電極の電位 ：３００Ｖ
処理ガスの流量 ：ＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒ／Ｏ２＝１２５／２２５／６００／６０ｓｃｃｍ（ただし、外周側には、ＣＨ２Ｆ２＝２０ｓｃｃｍを添加してもよい）
処理時間 ：６０秒
なお、（Ａ）及び（Ｂ）では、処理ガスの供給量として処理ガスの流量を調整する例を示すが、流量を変えず、バルブを開閉して供給時間を変えることによって、供給量を調整してもよい。
【０１１６】
表１は、ギャップＧ及びウェハの中心側の温度ＴＩ、外周側の温度ＴＯを調整したときの、密部Ａ１における線幅のばらつきＣＤ１σを示す。また、表１では、処理ガスの中心側の流量ＦＬＩと外周側の流量ＦＬＯとの比を、予め５０対５０で最適化している例を示す。
【０１１７】
【表１】
表１に示すように、ギャップＧ＝３０ｍｍ、中心側温度ＴＩ＝４０℃、外周側温度Ｔ０＝４０℃の条件では、ＣＤ１σ＝７．５ｎｍとなり、ばらつきが大きい。そして、中心側温度ＴＩ＝４０℃、外周側温度Ｔ０＝４０℃の条件を変えずに、ギャップＧを５０ｍｍ、９０ｍｍと調整したところ、それぞれＣＤ１σ＝３．８ｎｍ、ＣＤ１σ＝１．９ｎｍとなり、ばらつきを低減させることができた。
【０１１８】
また、ギャップＧのみならず、中心側温度ＴＩ、外周側温度ＴＯの調整を行ったところ、ギャップＧ＝５０ｍｍ、中心側温度ＴＩ＝５０℃、外周側温度ＴＯ＝４０℃の条件で、ＣＤ１σ＝１．５ｎｍまでばらつきを低減させることができた。
【０１１９】
すなわち、発明者らは、イオンフラックスの分布とラジカルの反応量の分布を、低コストでかつ効果的に独立して制御する方法として、ギャップＧを調整する方法と、ウェハの温度分布を調整する方法との組み合わせが最も好ましいことを、見出したものである。
【０１２０】
更に、エッチングを行うことによって形成されるライン部の線幅ＣＤは、上記した付着係数に加え、隣接するライン部の間隔（パターン間隔）によっても異なる。従って、ウェハに形成されるライン部の線幅ＣＤは、ウェハの温度及びパターン間隔に依存する。
【０１２１】
ここで、前述したように、ウェハの面内においてパターン間隔が異なる領域があるときは、ウェハの温度を調整することによっては、密部Ａ１におけるライン部の線幅ＣＤと、疎部Ａ２におけるライン部の線幅ＣＤとを独立に制御することは難しい。これについては、組成比を含めた処理ガスの供給量を調整することによって、密部Ａ１と疎部Ａ２とにおけるライン部の線幅ＣＤを独立に制御できる。
【０１２２】
また、表１は疎部Ａ２における線幅のばらつきＣＤ２σも示す。前述したように、予め、処理ガスの中心側の流量ＦＬＩと外周側の流量ＦＬＯを５０対５０で最適化してある。そのため、ギャップＧ、中心側温度ＴＩ、外周側温度ＴＯの調整を行ったところ、ギャップＧ＝５０ｍｍ、中心側温度ＴＩ＝５０℃、外周側温度ＴＯ＝４０℃の条件で、疎部Ａ２においても、ＣＤ２σ＝２．９ｎｍまでばらつきを低減させることができた。
【０１２３】
次に、図９及び図１０を参照し、ウェハの面内におけるライン部の線幅ＣＤ及び高さＨの分布を独立して制御できる具体例について説明する。
【０１２４】
図９は、第２のマスク膜エッチング工程におけるライン部の線幅ＣＤの温度依存性及び縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を模式的に示すグラフである。図９（ａ）から図９（ｄ）のそれぞれは、左側から右側に向かって、密部Ａ１及び疎部Ａ２における線幅ＣＤの温度依存性並びに縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を示す。
【０１２５】
一方、図１０は、第１のマスク膜エッチング工程におけるライン部の線幅ＣＤの温度依存性及び縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を模式的に示すグラフである。図１０（ａ）から図１０（ｄ）のそれぞれは、左側から右側に向かって、密部Ａ１及び疎部Ａ２における線幅ＣＤの温度依存性並びに縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を示す。
【０１２６】
始めに、図１０に示す第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）において、ウェハの面内におけるライン部の線幅ＣＤ及び高さＨの分布を独立して制御でき、断面形状を面内均一性良くエッチングできることについて説明する。
【０１２７】
図１０（ａ）は、温度分布、供給量分布、ギャップＧを調整する前の各依存性を示す。図１０（ａ）では、中心側流量ＦＬＩをＦＬＩ０とし、外周側流量ＦＬＯをＦＬＯ０としている。図１０（ａ）では、密部Ａ１における線幅ＣＤは、ウェハの中心側及び外周側において、それぞれ異なる温度依存性を有し、疎部Ａ２における線幅ＣＤも、ウェハの中心側及び外周側において、それぞれ異なる温度依存性を有する例を示す。また、図１０（ａ）に示す例では、線幅ＣＤの温度依存性は、密部Ａ１及び疎部Ａ２において、温度依存性の符号が逆になっている。また、図１０（ａ）に示す例では、縦方向のエッチング速度ＥＲは、ウェハの中心側及び外周側において、異なるギャップ依存性を示している。また、ギャップＧは、現時点で中心側と外周側とで縦方向のエッチング速度ＥＲの差が小さいＧ０になっている。
【０１２８】
図１０（ａ）に示す例では、ウェハの中心側の温度ＴＩ及び外周側の温度ＴＯを等しい温度Ｔ０とした場合、中心側の密部Ａ１における線幅ＣＤＩ１と外周側の密部Ａ１における線幅ＣＤＯ１とを等しくすることはできない。また、中心側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＩ２と外周側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＯ２とを等しくすることはできない。
【０１２９】
図１０（ｂ）は、次に、温度分布を調整した後の各依存性を示す。図１０（ｂ）に示すように、中心側の温度ＴＩをＴ０よりも小さいＴ１とし、外周側の温度ＴＯをＴ０よりも大きいＴ２とする。このように面内における温度分布を調整することによって、中心側の密部Ａ１における線幅ＣＤＩ１と外周側の密部Ａ１における線幅ＣＤＯ１との差をより小さくすることができる。しかし、密部Ａ１及び疎部Ａ２において、線幅ＣＤの温度依存性の符号が逆であるために、中心側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＩ２と外周側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＯ２との差を小さくすることができない。
【０１３０】
図１０（ｃ）は、次に、供給量分布を調整した後の各依存性を示す。図１０（ｃ）に示すように、中心側の流量をＦＬＩ０よりも小さいＦＬＩ１とし、外周側の流量をＦＬＯ０よりも大きいＦＬＯ１とする。このように、面内におけるガス供給量の分布を調整することによって、密部Ａ１及び疎部Ａ２において、中心側ではラジカルの反応量が少なくなるため、線幅ＣＤの温度依存性を示す直線が下方側に移動する。また、外周側ではラジカルの反応量が多くなるため、線幅ＣＤの温度依存性を示す直線が上方側に移動する。
【０１３１】
また、疎部Ａ２におけるライン部１３ｂは、密部Ａ１におけるライン部１３ａよりもラジカルと接触して反応しやすい。そのため、ガスの供給量を変化させたときに、疎部Ａ２におけるライン部１３ｂの線幅ＣＤの方が密部Ａ１におけるライン部１３ａの線幅ＣＤよりも大きく変化するときがある。すなわち、密部Ａ１のライン部１３ａがラジカルと反応する反応量のガス供給量依存性は、疎部Ａ２のライン部１３ｂがラジカルと反応する反応量のガス供給量依存性よりも小さいときがある。
【０１３２】
従って、供給量分布を調整することによって、密部Ａ１よりも疎部Ａ２において、線幅ＣＤを大きく変化させることができる。そして、図１０（ｃ）に示すように、中心側の密部Ａ１における線幅ＣＤＩ１と外周側の密部Ａ１における線幅ＣＤＯ１とを略等しくするとともに、中心側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＩ２と外周側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＯ２とを略等しくすることができる。
【０１３３】
ところが、ガス供給量を変化させると、イオンフラックスも変化するため、図１０（ｃ）に示すように、縦方向のエッチング速度ＥＲも変化する。中心側ではイオンフラックスが減少し、外周側ではイオンフラックスが増加するため、ギャップがＧ０のときは、面内における温度分布及びガス供給量を調整する前に比べ、中心側における縦方向のエッチング速度ＥＲＩと外周側における縦方向のエッチング速度ＥＲＯとの差が大きくなる。
【０１３４】
第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）では、更に、ギャップＧを調整することにより、上記した中心側における縦方向のエッチング速度ＥＲＩと外周側における縦方向のエッチング速度ＥＲＯとの差を小さくすることができる。
【０１３５】
図１０（ｄ）は、次に、ギャップＧを調整した後の各依存性を示す。図１０（ｄ）に示す例では、ギャップをＧ０よりも小さいＧ１とする。これにより、中心側における縦方向のエッチング速度ＥＲＩと外周側における縦方向のエッチング速度ＥＲＯとの差を小さくすることができる。従って、面内におけるラジカルの反応量の分布を調整した上で、面内における縦方向のエッチング速度ＥＲの分布を調整することができる。
【０１３６】
このように、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）では、温度分布及び処理ガスの供給量又は組成比の制御に加え、ギャップＧを調整することによって、ライン部の線幅ＣＤの分布と縦方向のエッチング速度ＥＲの分布とを独立して制御することができる。これにより、ウェハの面内で、線幅ＣＤ及び高さＨを均一に揃え、断面形状を均一に揃えることができる。
【０１３７】
次に、図９に示す第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）において、ウェハの面内におけるライン部の線幅ＣＤ及び高さＨの分布を独立して制御でき、断面形状を面内均一性良くエッチングできることについて説明する。
【０１３８】
図９（ａ）は、温度分布、供給量分布、ギャップＧを調整する前の各依存性を示す。図９（ａ）では、中心側流量ＦＬＩをＦＬＩ０とし、外周側流量ＦＬＯをＦＬＯ０としている。図９（ａ）では、密部Ａ１における線幅ＣＤは、ウェハの中心側及び外周側のそれぞれにおいて、ほとんど温度依存性を有しておらず、疎部Ａ２における線幅ＣＤも、ウェハの中心側及び外周側のそれぞれにおいて、ほとんど温度依存性を有していない例を示す。また、図９（ａ）に示す例では、縦方向のエッチング速度ＥＲは、ウェハの中心側及び外周側において、異なるギャップ依存性を示している。また、ギャップＧは、現時点で中心側と外周側とで縦方向のエッチング速度ＥＲの差が小さいＧ０になっている。
【０１３９】
すなわち、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）においてラジカルと第２のマスク膜１４の表面とが反応する反応量の温度依存性は、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）においてラジカルと第１のマスク膜１３の表面とが反応する反応量の温度依存性よりも小さいときがある。なお、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）におけるラジカルは、本発明における第１の中性粒子に相当する。また、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）におけるラジカルは、本発明における第２の中性粒子に相当する。
【０１４０】
そして、図９（ａ）に示す例では、ウェハの中心側の温度ＴＩ及び外周側の温度ＴＯを等しい温度Ｔ０とした場合、中心側の密部Ａ１における線幅ＣＤＩ１と外周側の密部Ａ１における線幅ＣＤＯ１とを等しくすることはできない。また、中心側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＩ２と外周側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＯ２とを等しくすることはできない。
【０１４１】
このように、線幅ＣＤがほとんど温度依存性を示さないのは、処理ガスが、ラジカルがライン部の側壁と反応する反応速度が小さい処理ガスであるか、ラジカルがライン部の側壁に付着する付着係数がもともと低い処理ガスであるときである。前述したように、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）では、処理ガスとして酸素（Ｏ２）を用いるが、プラズマに含まれる酸素ラジカル（Ｏ＊）については、反応係数及び付着係数が小さいものと考えられる。
【０１４２】
図９（ｂ）は、次に、温度分布を変更した後の各依存性を示す。図９（ｂ）に示すように、密部Ａ１及び疎部Ａ２においては、もともと線幅ＣＤに温度依存性がほとんどない。従って、中心側の温度ＴＩをＴ０よりも小さいＴ１とし、外周側の温度ＴＯをＴ０よりも大きいＴ２としても、密部Ａ１においては、中心側の密部Ａ１における線幅ＣＤＩ１と外周側の密部Ａ１における線幅ＣＤＯ１との差を小さくすることができない。また、疎部Ａ２においても、中心側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＩ２と外周側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＯ２との差を小さくすることができない。
【０１４３】
図９（ｃ）は、次に、供給量分布を調整した後の各依存性を示す。図９（ｃ）に示すように、中心側の流量をＦＬＩ０よりも小さいＦＬＩ１とし、外周側の流量をＦＬＯ０よりも大きいＦＬＯ１とする。このように、面内におけるガス供給量の分布を調整することによって、密部Ａ１及び疎部Ａ２において、中心側ではラジカルの反応量が少なくなるため、線幅ＣＤの温度依存性を示す直線が下方側に移動する。また、外周側ではラジカルの反応量が多くなるため、線幅ＣＤの温度依存性を示す直線が上方側に移動する。
【０１４４】
第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）と同様に、例えば、疎部Ａ２におけるライン部１４ｂは、密部Ａ１におけるライン部１４ａよりもラジカルと接触して反応しやすい。そのため、ガスの供給量を変化させたときに、疎部Ａ２におけるライン部１４ｂの線幅ＣＤの方が密部Ａ１におけるライン部１４ａの線幅ＣＤよりも大きく変化するときがある。すなわち、密部Ａ１のライン部１４ａがラジカルと反応する反応量のガス供給量依存性は、疎部Ａ２のライン部１４ｂがラジカルと反応する反応量のガス供給量依存性よりも小さいときがある。
【０１４５】
従って、供給量分布を調整することによって、密部Ａ１よりも疎部Ａ２において、線幅ＣＤを大きく変化させることができる。そして、図９（ｃ）に示すように、中心側の密部Ａ１における線幅ＣＤＩ１と外周側の密部Ａ１における線幅ＣＤＯ１とを互いに略等しくし、中心側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＩ２と外周側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＯ２とを互いに略等しくすることができる。
【０１４６】
ところが、図１０に示した例と同様に、ガス供給量を変化させると、ラジカルの供給量のみならずイオンフラックスも変化するため、図９（ｃ）に示すように、縦方向のエッチング速度ＥＲも変化する。中心側ではイオンフラックスが減少し、外周側ではイオンフラックスが増加するため、ギャップがＧ０のときは、面内における温度分布及びガス供給量を調整する前に比べ、中心側における縦方向のエッチング速度ＥＲＩと外周側における縦方向のエッチング速度ＥＲＯとの差が大きくなる。
【０１４７】
第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）では、更に、ギャップＧを調整することにより、上記した中心側における縦方向のエッチング速度ＥＲＩと外周側における縦方向のエッチング速度ＥＲＯとの差を小さくすることができる。
【０１４８】
図９（ｄ）は、次に、ギャップＧを調整した後の各依存性を示す。図９（ｄ）に示す例では、ギャップをＧ０よりも小さいＧ１とする。これにより、中心側における縦方向のエッチング速度ＥＲＩと外周側における縦方向のエッチング速度ＥＲＯとの差を小さくすることができる。従って、面内におけるラジカルの反応量の分布を調整した上で、面内における縦方向のエッチング速度ＥＲの分布を調整することができる。
【０１４９】
このように、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）では、ラジカルの反応速度又は付着係数が小さい処理ガスを用いるため、通常の可変範囲でウェハの温度及び処理ガスの供給量又は組成比を調整しても、ライン部の線幅ＣＤを制御することができない。しかし、温度分布及び処理ガスの供給量又は組成比を調整するのに加え、ギャップＧを調整することによって、ライン部の線幅ＣＤの分布と縦方向のエッチング速度ＥＲの分布とを独立して制御することができる。これにより、ウェハの面内で、線幅ＣＤ及び高さＨを均一に揃え、断面形状を均一に揃えることができる。
【０１５０】
以上、図９及び図１０を用いて説明した例では、説明を分かり易くするために、面内における温度分布を調整し、次に、面内におけるガス供給量の分布を調整し、次に、ギャップＧを調整する手順を説明した。しかし、温度分布の調整、ガス供給量の分布の調整、ギャップＧの調整を行う順番は、限定されるものではなく、任意の順番に調整を行うことができる。
【０１５１】
また、中心側及び外周側における温度ＴＩ、ＴＯ及び流量ＦＬＩ、ＦＬＯ並びにギャップＧの各条件の組み合わせに対応して得られる密部Ａ１及び疎部Ａ２における線幅ＣＤ並びに縦方向のエッチング速度ＥＲのデータを予め準備しておいてもよい。その場合、予め準備したデータに基づいて、面内における線幅及びエッチング速度ＥＲの分布が均一になるように、各条件を最適化することができる。そのような各条件の最適化は、装置制御部１９０によって行うことができる。
【０１５２】
また、マスク膜の選択及びそのマスク膜をエッチングするための処理ガスの選択に際しては、その膜をエッチングする際の上層の膜及び下層の膜とのエッチング速度の選択比を確保しながら、面内におけるライン部の形状の分布を制御できることが好ましい。したがって、本実施の形態によれば、適切な処理ガスが異なり、それぞれの処理ガスに対してエッチング速度の選択比を大きくすることができる無機膜及び有機膜を積層したマスク膜を用いることができる。これにより、レジストパターンの形状を精度良く被エッチング膜に転写することができ、かつ、面内における被エッチング膜よりなるライン部の形状の分布を均一にするように制御することができる。
【０１５３】
なお、本実施の形態では、有機膜を含む上層のマスク膜と無機膜を含む下層のマスク膜とよりなるマスク膜の例について説明した。しかし、いずれか一方のマスク膜よりなる例にも適用でき、その場合にも、面内における被エッチング膜よりなるライン部の形状の分布を均一にするように制御することができる。
（第１の実施の形態の変形例）
次に、本発明の第１の実施の形態の変形例に係るプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置について説明する。
【０１５４】
本変形例は、第２のマスク膜エッチング工程において、有機膜をエッチングする際に、ラジカルの反応速度が大きく、付着係数が大きい処理ガスを用いる点で、第１の実施の形態と相違する。
【０１５５】
本変形例でも、第１の実施の形態と同様に、図１から図５を用いて説明したプラズマエッチング装置を用いることができる。また、本変形例に係るプラズマエッチング方法も、第１の実施の形態と同様に、図６を用いて説明したレジストパターン形成工程（ステップＳ１１）、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１２）、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）、被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ１５）を有する。また、各工程におけるウェハの状態も図７に示す通りである。
【０１５６】
一方、本変形例では、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）において、処理ガスとして、酸素（Ｏ２）ガスに代え、窒素（Ｎ２）ガス／水素（Ｈ２）ガスよりなる混合ガスを用いることができる。第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）において、温度分布、供給量分布、ギャップＧの調整を行う際の、他の条件の一例を示す。
（Ｃ）第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）
第２のマスク膜の材質：ナフタレン（又はポリスチレン）
第２のマスク膜の膜厚：２８０ｎｍ
成膜装置内圧力 ：１００ｍＴｏｒｒ
高周波電源パワー（４０ＭＨｚ／１３ＭＨｚ）：７００／０Ｗ
上部電極の電位 ：０Ｖ
処理ガスの流量 ：Ｎ２／Ｈ２＝１６０／４８０ｓｃｃｍ
処理時間 ：６０秒
窒素（Ｎ２）ガス／水素（Ｈ２）ガスよりなる混合ガスを用いて第２のマスク膜１４をエッチングするときは、第１の実施の形態で説明した図１０と同様の、線幅ＣＤの温度依存性及びガス供給量依存性並びに縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を示すことがある。従って、第１の実施の形態における第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）と同様にして、温度分布、供給量分布、ギャップＧを調整することができる。
【０１５７】
すなわち、図１０（ａ）に示したように、ウェハの中心側及び外周側において、線幅ＣＤはそれぞれ異なる温度依存性を有する。そのため、図１０（ｂ）に示したように、面内における温度分布を調整するだけでは、中心側の密部Ａ１における線幅ＣＤＩ１と外周側の密部Ａ１における線幅ＣＤＯ１との差を小さくすることはできるものの、中心側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＩ２と外周側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＯ２との差を小さくすることができない。そして、図１０（ｃ）に示したように、中心側及び外周側における処理ガスの流量ＦＬＩ、ＦＬＯを調整することによって、中心側の密部Ａ１における線幅ＣＤＩ１と外周側の密部Ａ１における線幅ＣＤＯ１とを略等しくし、中心側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＩ２と外周側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＯ２とを略等しくすることができる。ただし、同時にイオンフラックスが変動してしまうため、図１０（ｄ）に示したように、更に、ギャップＧを調整することによって、中心側における縦方向のエッチング速度ＥＲＩと外周側における縦方向のエッチング速度ＥＲＯとの差を小さくすることができる。
【０１５８】
本変形例でも、適切な処理ガスが異なり、それぞれの処理ガスに対してエッチング速度の選択比を大きくすることができる無機膜及び有機膜を積層したマスク膜を用いることができる。これにより、レジストパターンの形状を精度良く被エッチング膜に転写することができ、かつ、面内における被エッチング膜よりなるライン部の形状の分布を均一にするように制御することができる。
【０１５９】
また、本変形例でも、有機膜を含むマスク膜及び無機膜を含むマスク膜のいずれか一方のマスク膜よりなる例にも適用でき、その場合にも、面内における被エッチング膜よりなるライン部の形状の分布を均一にするように制御することができる。
（第２の実施の形態）
次に、図１１から図１５を参照し、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置を説明する。
【０１６０】
本実施の形態は、面内におけるガス供給量の分布を調整しない点において、第１の実施の形態と相違する。また、形成されるパターンが疎部を有しておらず、密部のみを有している点において、第１の実施の形態と相違する。
【０１６１】
図１１から図１５を参照し、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置について説明する。図１１及び図１２は、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図である。図１１は上部電極が退避時位置にある状態を示し、図１２は上部電極が処理時位置にある状態を示す。図１３は、上部電極駆動部を簡略化して示す作用説明図である。図１３（ａ）は上部電極が退避時位置にある状態を示し、図１３（ｂ）は上部電極が処理時位置にある状態を示す。
【０１６２】
図１１から図１３に示すように、プラズマエッチング装置１００ａは、シャワーヘッド１４０ａ（上部電極１２０ａ）及びガス供給装置１５０ａ以外の各部分については、図１から図３を用いて説明したプラズマエッチング装置１００と同様であり、プラズマエッチング装置１００の各部分と同じ符号を付して説明を省略する。
【０１６３】
シャワーヘッド１４０ａは、サセプタ１０５に支持されたウェハＷ上に所定の混合ガスを噴出するものである。シャワーヘッド１４０ａは、多数のガス噴出孔１４１ａを有する円形状の電極板１４１（上部電極１２０ａ）と、電極板１４１の上面側を着脱自在に支持する電極支持体１４２を備えていることは、第１の実施の形態と同様である。また、電極支持体１４２、バッファ室１４３ｃが形成されていることは、第１の実施の形態と同様である。
【０１６４】
一方、本実施の形態では、バッファ室１４３ｃ内には、Ｏリングからなる環状隔壁部材が設けられておらず、複数のバッファ室には分割されていない。バッファ室１４３ｃの下面には、ガス噴出孔１４１ａが連通しており、ウェハＷに向けて所定の混合ガスを噴出できる。また、バッファ室１４３ｃは、ガス供給装置１５０ａにより、所定の混合ガスが供給される。
【０１６５】
図１３に示すように、上部電極駆動部２００の詳細な構成も、第１の実施の形態と同様である。ただし、本実施の形態では、後述するように、上部電極１２０ａのバッファ室１４３ｃにガスを供給する混合配管１７０が分岐せず、１系統である。そのため、ベローズ１２２の径が第１の実施の形態に比べ小さくなっていてもよい。
【０１６６】
次に、図１１、図１２、図１４及び図１５を参照し、ガス供給装置１５０ａについて説明する。図１４は、上部電極の横断面図である。図１５は、ガス供給装置の概略の構成を説明する模式図である。
【０１６７】
ガス供給装置１５０ａは、複数、例えば３つのガス供給源１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃが収容されたガスボックス１６１を備えている。また、ガス供給源１６０ａには、例えばＣＦ４、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８などのＣＸＦＹガスが封入され、ガス供給源１６０ｂには、例えば酸素（Ｏ２）ガスが封入され、ガス供給源１６０ｃには、例えばＡｒガスが封入されている。
【０１６８】
各ガス供給源１６０ａ〜１６０ｃには、混合配管１７０がマスフローコントローラ１７１を介して接続されている。また、混合配管１７０は分岐せずに、シャワーヘッド１４０ａのバッファ室１４３ｃに接続されている。
【０１６９】
混合配管１７０には、圧力調整部１７４が設けられており、圧力調整部１７４は、圧力計１７４ａとバルブ１７４ｂを備えている。圧力調整部１７４の圧力計１７４ａによる計測結果が、圧力制御装置１７６に出力でき、圧力制御装置１７６は、圧力計１７４ａの計測結果に基づいて、バルブ１７４ｂの開閉度を調整し、混合配管１７０に通流される処理ガスの流量を制御できる。
【０１７０】
ガスボックス１６１におけるマスフローコントローラ１７１の動作は、例えばプラズマエッチング装置１００ａの装置制御部１９０により制御されている。したがって、装置制御部１９０により、ガスボックス１６１からの各種ガスの供給の開始と停止、各種ガスのガス供給量を制御できる。
【０１７１】
次に、図１６及び図１７を参照し、プラズマエッチング装置１００ａを用いたプラズマエッチング方法について説明する。図１６は、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。図１７は、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法の各工程におけるウェハの状態を模式的に示す断面図である。
【０１７２】
本実施の形態に係るプラズマエッチング方法は、図１６に示すように、レジストパターン形成工程（ステップＳ２１）、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ２２）、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）、被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ２５）を有する。
【０１７３】
最初に、レジストパターン形成工程（ステップＳ２１）を行う。レジストパターン形成工程（ステップＳ２１）は、第１の実施の形態におけるレジストパターン形成工程（ステップＳ１１）と同様にすることができる。図１７（ａ）は、レジストパターン形成工程（ステップＳ２１）におけるウェハの状態を示す。ただし、図１７（ａ）に示すように、本実施の形態では、間隔Ｄ１でライン部１６ａが配列している領域（密部）Ａ１のみが形成されており、疎部は形成されていない。
【０１７４】
次に、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ２２）を行う。反射防止膜エッチング工程（ステップＳ２２）は、第１の実施の形態における反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１２）と同様にすることができる。図１７（ｂ）は、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ２２）におけるウェハの状態を示す。
【０１７５】
次に、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）を行う。第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）では、ウェハ１０に照射したプラズマにより、第２のマスク膜１４を、レジスト膜１６及び反射防止膜１５よりなるライン部１５ａをマスクとしてエッチングすることによって、第２のマスク膜１４を含むライン部１４ａを形成する。図１７（ｃ）は、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）におけるウェハの状態を示す。
【０１７６】
第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）では、サセプタ１０５に支持されているウェハ１０の面内における温度分布を調整する。この調整によって、ウェハ１０の面内におけるプラズマに含まれるラジカルとウェハ１０の表面とが反応する反応量の分布を制御する。そして、反応量の分布を制御することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１４ａの線幅ＣＤの分布を制御する。
【０１７７】
装置制御部１９０から温度分布調整部１０６への制御信号により、中心側温度計１０６ｅ、１０６ｆの温度がそれぞれ所定の温度ＴＩ、ＴＯとなるように温度調整する。そして、装置制御部１９０から温度分布調整部１０６への制御信号により、中心側ヒータ１０６ａ及び外周側ヒータ１０６ｂを独立して制御する。これにより、ウェハ１０の中心側の温度ＴＩと外周側の温度ＴＯを異なる温度に調整することができ、ウェハ１０の面内における温度分布を調整することができる。
【０１７８】
このようにして、ウェハ１０の面内における温度の分布を調整することにより、ウェハ１０の面内における、第２のマスク膜１４よりなるライン部１４ａの線幅ＣＤの分布を制御する。
【０１７９】
また、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）では、装置制御部１９０から上部電極駆動部２００への制御信号により、サセプタ１０５に支持されているウェハ１０と、ウェハ１０と対向するように設けられている上部電極１２０ａとの間隔であるギャップＧを調整する。ギャップＧを調整することによって、ウェハ１０の面内におけるイオンの照射量の分布を制御し、縦方向（深さ方向）のエッチング速度ＥＲの分布を制御する。そして、縦方向（深さ方向）のエッチング速度ＥＲの分布を制御することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１４ａの高さＨの分布を制御する。
【０１８０】
第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）では、処理ガスとして、酸素（Ｏ２）ガスを用いることができる。
【０１８１】
次に、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）を行う。第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）では、ウェハ１０に照射したプラズマにより、第１のマスク膜１３を、第２のマスク膜１４よりなるライン部１４ａをマスクとしてエッチングすることによって、第１のマスク膜１３を含むライン部１３ａを形成する。図１７（ｄ）は、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）におけるウェハの状態を示す。
【０１８２】
第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）でも、サセプタ１０５に支持されているウェハ１０の面内における温度分布を調整する。この調整によって、ウェハ１０の面内におけるプラズマに含まれるラジカルとウェハ１０の表面とが反応する反応量の分布を制御する。そして、反応量の分布を制御することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１３ａの線幅ＣＤの分布を制御する。
【０１８３】
また、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）でも、装置制御部１９０から上部電極駆動部２００への制御信号により、サセプタ１０５に支持されているウェハ１０と、ウェハ１０と対向するように設けられている上部電極１２０ａとの間隔であるギャップＧを調整する。ギャップＧを調整することによって、ウェハ１０の面内におけるイオンの照射量の分布を制御し、縦方向（深さ方向）のエッチング速度ＥＲの分布を制御する。そして、縦方向（深さ方向）のエッチング速度ＥＲの分布を制御することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１３ａの高さＨの分布を制御する。
【０１８４】
第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）では、処理ガスとして、例えば、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２等のＣＦ系ガスと、Ａｒガス等の混合ガス、またはこの混合ガスに必要に応じて酸素（Ｏ２）を添加したガス等を用いることができる。
【０１８５】
その後、被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ２５）は、第１の実施の形態における被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ１５）と同様にすることができる。図１７（ｅ）は、被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ２５）におけるウェハの状態を示す。
【０１８６】
次に、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法を用いてウェハにエッチング処理を行うときに、ウェハの面内におけるライン部の線幅ＣＤ及び高さＨの分布を独立して制御でき、断面形状を面内均一性良くエッチングできることについて説明する。
【０１８７】
本実施の形態でも、ギャップＧの調整によりイオンフラックスの分布を制御する方法と、ウェハの温度分布の調整によりラジカルの反応量の分布を制御する方法とを組み合わせることによって、イオンフラックスの分布とラジカルの反応量の分布を独立に制御することができる。
【０１８８】
ここで、図１８を参照し、ウェハの面内におけるライン部の線幅ＣＤ及び高さＨの分布を独立して制御できる具体例について説明する。
【０１８９】
図１８は、本実施の形態におけるライン部の線幅ＣＤの温度依存性及び縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を模式的に示すグラフである。図１８（ａ）から図１８（ｃ）のそれぞれは、左側から右側に向かって、線幅ＣＤの温度依存性及び縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を示す。
【０１９０】
また、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）及び第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）において、温度分布、供給量分布、ギャップＧの調整を行う際の、他の条件の一例を示す。
（Ｄ）第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）
第２のマスク膜の材質：ナフタレン（又はポリスチレン）
第２のマスク膜の膜厚：２８０ｎｍ
成膜装置内圧力 ：１００ｍＴｏｒｒ
高周波電源パワー（４０ＭＨｚ／１３ＭＨｚ）：７００／０Ｗ
上部電極の電位 ：０Ｖ
処理ガスの流量 ：Ｎ２／Ｈ２＝１６０／４８０ｓｃｃｍ
処理時間 ：６０秒
（Ｅ）第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）
第１のマスク膜の材質：ＴＥＯＳ−ＳｉＯ２
第１のマスク膜の膜厚：２８０ｎｍ
成膜装置内圧力 ：７５ｍＴｏｒｒ
高周波電源パワー（４０ＭＨｚ／１３ＭＨｚ）：５００／０Ｗ
上部電極の電位 ：３００Ｖ
処理ガスの流量 ：ＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒ／Ｏ２＝１２５／２２５／６００／６０ｓｃｃｍ（ただし、外周側には、ＣＨ２Ｆ２＝２０ｓｃｃｍを添加してもよい）
処理時間 ：６０秒
本実施の形態では、第１の実施の形態の変形例と同様に、有機膜をエッチングする際にラジカルの反応速度が大きく、付着係数が大きい処理ガスを用いるため、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）及び第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）は、ともに図１８を用いて説明できる。
【０１９１】
図１８（ａ）は、温度分布、ギャップＧを調整する前の各依存性を示す。図１８（ａ）では、線幅ＣＤがウェハの中心側及び外周側において、それぞれ異なる温度依存性を有する例を示す。また、図１８（ａ）に示す例では、縦方向のエッチング速度ＥＲは、ウェハの中心側及び外周側において、異なるギャップ依存性を示している。
【０１９２】
図１８（ｂ）は、次に、温度分布を調整した後の各依存性を示す。図１８（ｂ）に示すように、中心側の温度ＴＩをＴ０よりも小さいＴ１とし、外周側の温度ＴＯをＴ０よりも大きいＴ２とする。このように面内における温度分布を調整することによって、中心側の線幅ＣＤＩと外周側の線幅ＣＤＯとの差をより小さくすることができる。
【０１９３】
図１８（ｃ）は、次に、ギャップＧを調整した後の各依存性を示す。図１８（ｃ）に示す例では、ギャップをＧ０よりも大きいＧ１とする。これにより、中心側における縦方向のエッチング速度ＥＲＩと外周側における縦方向のエッチング速度ＥＲＯとの差を小さくすることができる。従って、面内におけるラジカルの反応量の分布を調整した上で、面内における縦方向のエッチング速度ＥＲの分布を調整することができる。
【０１９４】
本実施の形態でも、適切な処理ガスが異なり、それぞれの処理ガスに対してエッチング速度の選択比を大きくすることができる無機膜及び有機膜を積層したマスク膜を用いることができる。これにより、レジストパターンの形状を精度良く被エッチング膜に転写することができ、かつ、面内における被エッチング膜よりなるライン部の形状の分布を均一にするように制御することができる。
【０１９５】
また、本実施の形態でも、有機膜を含むマスク膜及び無機膜を含むマスク膜のいずれか一方のマスク膜よりなる例にも適用でき、その場合にも、面内における被エッチング膜よりなるライン部の形状の分布を均一にするように制御することができる。
【０１９６】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【０１９７】
１０、Ｗ ウェハ
１３ 第１のマスク膜
１４ 第２のマスク膜
１０５ サセプタ（支持部）
１０６ 温度分布調整部
１２０ 上部電極（電極）
１３０ 供給量分布調整部
１４０ シャワーヘッド
１９０ 装置制御部
２００ 上部電極駆動部（間隔調整部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、半導体ウェハ等の基板（以下「ウェハ」という。）を加工する装置として、プラズマをウェハに照射することによって、ウェハにエッチングを行うプラズマエッチング装置がある。
【０００３】
上記したプラズマエッチング装置で加工される前のウェハは、例えば、シリコン基板よりなるウェハであって、そのウェハ上に表面から上方に向かって順に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜、ポリシリコン膜よりなる被エッチング膜、１層又は複数層よりなるマスク膜、反射防止膜（Bottom Anti-Reflective Coating；ＢＡＲＣ）及びフォトレジスト膜（以下「レジスト膜」という。）が形成されているものである。レジスト膜は、予め露光、現像が行われ、ライン部よりなるパターンが形成されている。そして、反射防止膜、マスク膜、被エッチング膜を順次エッチングすることによって、被エッチング膜のライン部よりなるパターンが形成される。被エッチング膜がポリシリコン膜よりなる上記の例は、例えば被エッチング膜をゲート電極とするゲートエッチングの工程に相当する。
【０００４】
しかし、昨今では、半導体デバイスの製造工程において、ウェハが大口径化している。ウェハの大口径化に伴って、ウェハの面内における、形成されるライン部の線幅（Critical Dimension；ＣＤ）及び高さの面内均一性を確保することが難しくなってきている。
【０００５】
上記したようなエッチングでは、フッ素、塩素、酸素等を含むガスが処理ガスとして用いられている。ウェハがエッチングされる際には、これらの処理ガスに含まれるフッ素、塩素、酸素等がプラズマとなる。プラズマには、荷電粒子（以下「イオン」という。）と中性粒子（以下「ラジカル」という。）が含まれている。そして、ウェハの表面がイオンとラジカルとを含むプラズマと反応して反応生成物が生じ、生じた反応生成物が揮発することによってエッチングが進行する。
【０００６】
ウェハの表面がプラズマと反応して生じた反応生成物の種類によっては、形成されるライン部に再付着することもある。従って、エッチングを行うことによって形成されるライン部の線幅は、反応生成物が再付着する確率（以下「付着係数」という。）によって異なる。付着係数は、ウェハの温度に依存するため、形成されるライン部の線幅も、ウェハの温度に依存する。ウェハの面内における温度分布を制御可能とすることによって、形成されるライン部の線幅を面内均一性良くエッチングできるプラズマエッチング装置がある（例えば特許文献１参照。）。
【０００７】
更に、エッチングを行うことによって形成されるライン部の線幅は、上記した付着係数に加え、隣接するライン部の間隔（パターン間隔）によっても異なることがある。すなわち、ウェハに形成されるライン部の線幅は、ウェハの温度及びパターン間隔にも依存することがある。
【０００８】
このようなとき、ウェハの温度を調整することによっては、パターン間隔が大きい部分（以下「疎部」という。）とパターン間隔が小さい部分（以下「密部」という。）におけるライン部の線幅を独立に制御することは難しい。しかし、処理ガスの供給量又は組成比を調整することによって、疎部と密部とにおけるライン部の線幅を独立に制御できる場合がある。そして、ウェハの面内における、温度分布及び処理ガスの供給量又は組成比の分布を制御可能とすることによって、ライン部の線幅を疎部及び密部で独立して制御できるプラズマエッチング装置がある（例えば特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００８−５３２３２４号公報
【特許文献２】特開２００７−８１２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、上記のようなプラズマエッチング装置を用いてプラズマエッチングを行う場合、次のような問題がある。
【００１１】
特許文献１に開示された例では、例えば密部のみからなる一様なパターンを形成する際に、形成されるライン部の線幅を面内均一性良くエッチングできる。しかし、前述したように、疎部及び密部を含むパターンを形成するときは、形成されるライン部の線幅を面内均一性良くエッチングできない。
【００１２】
一方、特許文献２に開示された例では、疎部及び密部を含むパターンを形成するときも、形成されるライン部の線幅を面内均一性良くエッチングすることはできる。しかし、組成比を含めた処理ガスの供給量を調整すると、ラジカルの供給量のみならずイオンの供給量も連動して変化する。イオンは、直進性が大きく、エッチングレート（以下「エッチング速度」という。）を支配する条件である。従って、処理ガスの供給量又は組成比を制御することによっては、エッチング速度を所望の値に制御することができない。その結果、ウェハの面内で、線幅及び高さを均一に揃えることができず、断面形状がばらつく。
【００１３】
更に、マスク膜が有機膜を含むときは、有機膜をエッチングするための処理ガスとして、例えば酸素（Ｏ２）ガスのように、ラジカルがマスク膜と反応する反応速度又は付着係数が小さい処理ガスを用いるときがある。ラジカルの反応速度等が小さい処理ガスを用いるときは、通常の可変範囲でウェハの温度及び処理ガスの供給量又は組成比を調整しても、ラジカルの反応量をほとんど変化させることができず、ライン部の線幅を制御することができない。
【００１４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、無機膜と有機膜とを含む積層マスク膜をエッチングしてライン部を形成する場合、又は、マスク膜をエッチングして隣接するライン部の間隔が異なる複数種類のライン部を形成する場合に、ウェハの面内におけるライン部の線幅及び高さの分布を独立して制御でき、断面形状を面内均一性良くエッチングできるプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の一実施例によれば、基板に荷電粒子と中性粒子とを含むプラズマを照射することによって、前記基板にプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法において、支持部に支持されている前記基板の面内における温度分布を調整することによって、前記基板の面内における、前記基板が前記中性粒子と反応する反応量の分布を制御し、前記支持部に支持されている前記基板と、前記支持部と対向するように設けられている電極との間隔を調整することによって、前記基板の面内における前記荷電粒子の照射量の分布を制御する、プラズマエッチング方法が提供される。
【００１７】
本発明の一実施例によれば、基板に荷電粒子と中性粒子とを含むプラズマを照射することによって、前記基板にプラズマエッチングを行うプラズマエッチング装置において、前記基板を支持する支持部と、前記支持部と対向するように設けられている電極と、前記支持部に支持されている前記基板の面内における温度分布を調整する温度分布調整部と、前記支持部に支持されている前記基板と、前記電極との間隔を調整する間隔調整部と、前記温度分布調整部により前記温度分布を調整することによって、前記基板の面内における、前記基板が前記中性粒子と反応する反応量の分布を制御し、前記間隔調整部により前記間隔を調整することによって、前記基板の面内における前記荷電粒子の照射量の分布を制御する制御部とを有する、プラズマエッチング装置が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、無機膜と有機膜とを含む積層マスク膜をエッチングしてライン部を形成する場合、又は、マスク膜をエッチングして隣接するライン部の間隔が異なる複数種類のライン部を形成する場合に、ウェハの面内におけるライン部の線幅及び高さの分布を独立して制御でき、断面形状を面内均一性良くエッチングできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施の形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図であり、上部電極が退避時位置にある状態を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図であり、上部電極が処理時位置にある状態を示す図である。
【図３】上部電極駆動部を簡略化して示す作用説明図である。
【図４】上部電極の横断面図である。
【図５】ガス供給装置の概略の構成を説明する模式図である。
【図６】第１の実施の形態に係るプラズマエッチング方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図７】第１の実施の形態に係るプラズマエッチング方法の各工程におけるウェハの状態を模式的に示す断面図である。
【図８】ギャップＧを調整したときの、ウェハの面内における縦方向のエッチング速度ＥＲの分布を示すグラフである。
【図９】第２のマスク膜エッチング工程におけるライン部の線幅ＣＤの温度依存性及び縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を模式的に示すグラフである。
【図１０】第１のマスク膜エッチング工程におけるライン部の線幅ＣＤの温度依存性及び縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を模式的に示すグラフである。
【図１１】第２の実施の形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図であり、上部電極が退避時位置にある状態を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図であり、上部電極が処理時位置にある状態を示す図である。
【図１３】上部電極駆動部を簡略化して示す作用説明図である。
【図１４】上部電極の横断面図である。
【図１５】ガス供給装置の概略の構成を説明する模式図である。
【図１６】第２の実施の形態に係るプラズマエッチング方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１７】第２の実施の形態に係るプラズマエッチング方法の各工程におけるウェハの状態を模式的に示す断面図である。
【図１８】第２の実施の形態におけるライン部の線幅ＣＤの温度依存性及び縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（第１の実施の形態）
図１から図１０を参照し、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置について説明する。
【００２１】
始めに図１及び図２を参照し、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置について説明する。図１及び図２は、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図である。図１は上部電極が退避時位置にある状態を示し、図２は上部電極が処理時位置にある状態を示す。
【００２２】
本実施の形態に係るプラズマエッチング装置１００は、プラズマエッチング装置の一例として、平行平板型のプラズマエッチング装置として構成されている。
【００２３】
プラズマエッチング装置１００は、例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムから成る円筒形状に成形されたチャンバ（処理容器）１０２を有している。チャンバ１０２は接地されている。
【００２４】
チャンバ１０２内の底部には、セラミックなどの絶縁板１０３を介して略円柱状のサセプタ支持台１０４が設けられている。また、サセプタ支持台１０４の上には、下部電極を構成するサセプタ１０５が設けられている。サセプタ１０５には、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１０５ａが接続されている。
【００２５】
サセプタ１０５は、その上側中央部が凸状の円板状に成形され、その上にウェハＷと略同形の静電チャック１１１が設けられている。静電チャック１１１は、絶縁材の間に静電電極１１２が介在された構成となっている。静電チャック１１１は円板状のセラミックス部材で構成され、静電電極１１２には直流電源１１３が接続されている。静電電極１１２に正の直流電圧が印加されると、ウェハＷにおける静電チャック１１１側の面（以下、「裏面」という。）に負の電位が生じることによって、静電電極１１２及びウェハＷの裏面の間に電位差が生じる。そして、この電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウェハＷは静電チャック１１１に吸着保持される。例えば、静電チャック１１１は、静電電極１１２に接続された直流電源１１３から１．５ｋＶの直流電圧が印加される。これによって、ウェハＷが静電チャック１１１に静電吸着される。
【００２６】
なお、サセプタ支持台１０４及びサセプタ１０５は、本発明における支持部に相当する。
【００２７】
サセプタ１０５には、第１の高周波電源１１４が第１の整合器１１５を介して接続され、且つ第２の高周波電源１１６が第２の整合器１１７を介して接続されている。第１の高周波電源１１４は、比較的低い周波数、例えば、１３．６ＭＨｚの高周波電力であるバイアス電力をサセプタ１０５に印加する。第２の高周波電源１１６は、比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚの高周波電力であるプラズマ生成電力をサセプタ１０５に印加する。そして、サセプタ１０５は、チャンバ１０２の内部にプラズマ生成電力を印加する。
【００２８】
そして、絶縁板１０３、サセプタ支持台１０４、サセプタ１０５、及び静電チャック１１１には、被処理体であるウェハＷの裏面に伝熱媒体（例えばＨｅガスなどのバックサイドガス）を供給するためのガス通路１１８が形成されている。この伝熱媒体を介してサセプタ１０５とウェハＷとの間の熱伝達がなされ、ウェハＷが所定の温度に維持される。
【００２９】
サセプタ１０５の上端周縁部には、静電チャック１１１上に支持されたウェハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１１９が配置されている。フォーカスリング１１９は、セラミックスもしくは石英などの誘電材料、または導電体、例えば、ウェハＷを構成する材料と同じ単結晶シリコンなどの導電性材料によって構成されている。したがって、プラズマの分布域をウェハＷ上だけでなくフォーカスリング１１９上まで拡大し、ウェハＷの外周側の部分上におけるプラズマの密度をウェハＷの中心側の部分上におけるプラズマの密度と同程度に維持することができる。これにより、ウェハＷの面内におけるプラズマエッチングの均一性を向上することができる。
【００３０】
次に、サセプタ１０５に支持されたウェハＷの面内における温度分布を調節する温度分布調整部１０６について説明する。温度分布調整部１０６は、ヒータ１０６ａ、１０６ｂ、ヒータ用電源１０６ｃ、１０６ｄ、温度計１０６ｅ、１０６ｆ、冷媒流路１０７ａ、１０７ｂを有する。
【００３１】
サセプタ支持台１０４の内部には、中心側に中心側ヒータ１０６ａが、外周側に外周側ヒータ１０６ｂが設けられている。中心側ヒータ１０６ａには、中心側ヒータ用電源１０６ｃが接続され、外周側ヒータ１０６ｂには、外周側ヒータ用電源１０６ｄが接続されている。中心側ヒータ用電源１０６ｃ、外周側ヒータ用電源１０６ｄは、それぞれ中心側ヒータ１０６ａ、外周側ヒータ１０６ｂに投入する電力を独立に調節することによって、サセプタ支持台１０４及びサセプタ１０５に、半径方向に沿った温度分布を発生させることができる。これにより、ウェハＷに半径方向に沿った温度分布を発生させることができる。
【００３２】
また、サセプタ支持台１０４の内部には、中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆが設けられている。中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆは、サセプタ支持台１０４の中心側及び外周側の温度を計測し、これによりウェハＷの中心側及び外周側の温度を導出できる。中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆで計測された温度は、後述する装置制御部１９０に送られる。装置制御部１９０は、計測された温度から導出されたウェハＷの温度が目標温度となるように、中心側ヒータ用電源１０６ｃ及び外周側ヒータ用電源１０６ｄの出力を調整する。
【００３３】
更に、サセプタ支持台１０４の内部には、中心側に中心側冷媒流路１０７ａ、外周側に外周側冷媒流路１０７ｂを設けていてもよい。そして、それぞれに異なる温度の、例えば冷却水、フルオロカーボン系等の冷媒を循環させてもよい。この場合中心側冷媒流路１０７ａには、中心側導入管１０８ａを介して中心側冷媒流路１０７ａに冷媒が導入され、循環された後、中心側排出管１０９ａから排出される。外周側冷媒流路１０７ｂには、外周側導入管１０８ｂを介して外周側冷媒流路１０７ｂに冷媒が導入され、循環された後、外周側排出管１０９ｂから排出される。
【００３４】
サセプタ１０５は、ヒータ１０６ａ、１０６ｂによる加熱、及び冷媒からの冷却により、温度が調整される。従って、ウェハＷは、プラズマからの輻射やプラズマに含まれるイオンの照射などによる加熱分も含め、サセプタ１０５との熱量の授受により、所定の温度になるように調整される。また、本実施の形態では、サセプタ支持台１０４は、中心側に中心側ヒータ１０６ａ及び中心側冷媒流路１０７ａを有し、外周側に外周側ヒータ１０６ｂ及び外周側冷媒流路１０７ｂを有する。従って、ウェハＷは、中心側と外周側とで独立して温度を調整することができ、ウェハＷの面内における温度分布を調整することができる。
【００３５】
また、中心側ヒータ１０６ａと外周側ヒータ１０６ｂとの間、又は中心側冷媒流路１０７ａと外周側冷媒流路１０７ｂとの間、に図示しない空間を設け、断熱層としてもよい。断熱層により、中心側ヒータ１０６ａと外周側ヒータ１０６ｂとの間、又は中心側冷媒流路１０７ａと外周側冷媒流路１０７ｂとの間が熱的に遮断され、ウェハＷの中心側と外周側との間により大きな温度分布を生じさせることが容易となる。
【００３６】
サセプタ１０５の上方には、サセプタ１０５と平行に対向して上部電極１２０が設けられている。上部電極１２０は、上部電極駆動部２００によって一方向例えば上下方向に駆動可能に構成されている。上部電極１２０を上下方向に駆動可能に構成することにより、上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間の厚さ、すなわち上部電極１２０とサセプタ１０５との間の距離（以下、「ギャップ」という。）Ｇを調整可能とすることができる。ギャップＧを調整可能とすることにより、後述するように、チャンバ１０２の内部の上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間におけるプラズマを適切に分布させることができる。そして、サセプタ１０５に支持されているウェハＷの面内におけるプラズマの照射量の分布を調整することができる。
【００３７】
上部電極駆動部２００により駆動される上部電極１２０の上下方向に沿った移動量の最大値は、例えば、７０ｍｍとすることができる。このとき、ギャップＧを２０ｍｍ以上９０ｍｍ以下に調整することができる。
【００３８】
なお、プラズマエッチング装置は、図１及び図２に示す構成を９０°回転して横に倒した構成にしてもよく、上下反転した構成にしてもよい。また、上部電極１２０は、本発明における電極に相当する。また、上部電極駆動部２００は、本発明における間隔調整部に相当する。
【００３９】
上部電極１２０は、チャンバ１０２の上部内壁にベローズ１２２を介して支持されている。ベローズ１２２はチャンバ１０２の上部内壁に環状の上部フランジ１２２ａを介してボルトなどの固定手段により取付けられるとともに、上部電極１２０の上面に環状の上部フランジ１２２ｂを介してボルトなどの固定手段により取付けられる。
【００４０】
上部電極１２０には、直流電源１２３が接続されている。また、上部電極１２０には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４が接続されている。
【００４１】
チャンバ１０２の底部には排気管１３１が接続されており、排気管１３１には排気装置１３５が接続されている。排気装置１３５は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、チャンバ１０２内を所定の減圧雰囲気（例えば０．６７Ｐａ以下）に調整する。また、チャンバ１０２の側壁にはゲートバルブ１３２が設けられている。ゲートバルブ１３２が開くことによって、チャンバ１０２内へのウェハＷの搬入、及び、チャンバ１０２内からのウェハＷの搬出が可能となる。なお、ウェハＷの搬送には例えば搬送アームが用いられる。
【００４２】
次に、図３を参照し、上部電極駆動部２００の詳細な構成について説明する。図３は、上部電極駆動部を簡略化して示す作用説明図である。図３（ａ）は上部電極が退避時位置にある状態を示し、図３（ｂ）は上部電極が処理時位置にある状態を示す。
【００４３】
上部電極駆動部２００は、上部電極１２０を支持する略円筒状の支持部材２０４を有する。支持部材２０４は上部電極１２０の上部略中央にボルトなどで取付けられている。
【００４４】
支持部材２０４は、チャンバ１０２の上壁の略中央に形成された孔１０２ａを出入自在に配設される。具体的には支持部材２０４の外周面はスライド機構２１０を介してチャンバ１０２の孔１０２ａの内部に支持されている。
【００４５】
スライド機構２１０は例えばチャンバ１０２の上部に断面Ｌ字状の固定部材２１４を介して固定部材２１４の鉛直部に固定された案内部材２１６と、この案内部材２１６に摺動自在に支持され、支持部材２０４の外周面に一方向（本実施形態では上下方向）に形成されたレール部２１２とを有する。
【００４６】
スライド機構２１０の案内部材２１６を固定する固定部材２１４は、その水平部が環状の水平調整板２１８を介してチャンバ１０２の上部に固定される。この水平調整板２１８は、上部電極１２０の水平位置を調整するためのものである。水平調整板２１８は、例えば水平調整板２１８を周方向に等間隔で配置した複数のボルトなどによりチャンバ１０２に固定し、これらのボルトの突出量により水平調整板２１８の水平方向に対する傾き量を変えられるように構成するようにしてもよい。この水平調整板２１８が水平方向に対する傾きを調整することにより、上記スライド機構２１０の案内部材２１６が鉛直方向に対する傾きが調整されるので、案内部材２１６を介して支持される上部電極１２０の水平方向の傾きを調整することができる。これにより、上部電極１２０を簡単な操作で常に水平位置に保つことができる。
【００４７】
チャンバ１０２の上側には、上部電極１２０を駆動するための空気圧シリンダ２２０が筒体２０１を介して取付けられている。すなわち、筒体２０１の下端はチャンバ１０２の孔１０２ａを覆うようにボルトなどで気密に取付けられており、筒体２０１の上端は空気圧シリンダ２２０の下端に気密に取付けられている。
【００４８】
上記空気圧シリンダ２２０は一方向に駆動可能なロッド２０２を有している。ロッド２０２の下端は、支持部材２０４の上部略中央にボルトなどで連設されている。空気圧シリンダ２２０のロッド２０２が駆動されることにより、上部電極１２０は支持部材２０４によりスライド機構２１０に沿って一方向に駆動する。ロッド２０２は円筒状に構成され、ロッド２０２の内部空間が支持部材２０４の略中央に形成された中央孔と連通して大気開放されるようになっている。これにより、上部電極１２０をローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４を介して接地する配線、及び上部電極１２０に直流電源１２３から直流電圧を印加するための給電線は、ロッド２０２の内部空間から支持部材２０４の中央孔を介して上部電極１２０に接続するように配線することができる。
【００４９】
また、空気圧シリンダ２２０の側部には上部電極１２０の位置を検出する位置検出手段として例えばリニアエンコーダ２０５が設けられている。一方、空気圧シリンダ２２０のロッド２０２の上端にはロッド２０２から側方に延出する延出部２０７ａを有する上端部材２０７が設けられており、この上端部材２０７の延出部２０７ａにリニアエンコーダ２０５の検出部２０５ａが当接している。上端部材２０７は上部電極１２０の動きに連動するため、リニアエンコーダ２０５により上部電極１２０の位置を検出することができる。
【００５０】
空気圧シリンダ２２０は、筒状のシリンダ本体２２２を上部支持板２２４と下部支持板２２６とで挟んで構成されている。ロッド２０２の外周面には空気圧シリンダ２２０内を上部空間２３２と下部空間２３４に区画する環状の区画部材２０８が設けられている。
【００５１】
図３に示すように、空気圧シリンダ２２０の上部空間２３２には上部支持板２２４の上部ポート２３６から圧縮空気が導入されるようになっている。また空気圧シリンダ２２０の下部空間２３４には下部支持板２２６の下部ポート２３８から圧縮空気が導入されるようになっている。これら上部ポート２３６、下部ポート２３８から上部空間２３２、下部空間２３４へそれぞれ導入する空気量を制御することにより、ロッド２０２を一方向（ここでは上下方向）へ駆動制御することができる。この空気圧シリンダ２２０へ導入する空気量は空気圧シリンダ２２０の近傍に設けられた空気圧回路３００により制御される。
【００５２】
また、上部電極駆動部２００は、制御部２９０を有しており、制御部２９０は、装置制御部１９０と接続されている。装置制御部１９０からの制御信号は制御部２９０に伝えられ、制御部２９０により、上部電極駆動部２００の各部が駆動制御される。
【００５３】
次に、サセプタ１０５に支持されたウェハＷに供給されるプラズマガスの供給量の分布を調整する供給量分布調整部１３０について説明する。供給量分布調整部１３０は、上部電極１２０と一体で構成されているシャワーヘッド１４０と、ガス供給装置１５０とを有する。
【００５４】
始めに、図１、図２及び図４を参照し、シャワーヘッド１４０の構造について説明する。図４は、上部電極の横断面図である。
【００５５】
シャワーヘッド１４０は、サセプタ１０５に支持されたウェハＷ上に所定の混合ガスを噴出するものである。シャワーヘッド１４０は、多数のガス噴出孔１４１ａを有する円形状の電極板１４１（上部電極１２０）と、電極板１４１の上面側を着脱自在に支持する電極支持体１４２を備えている。電極支持体１４２は、電極板１４１と同じ径の円盤形状に形成され、内部に円形状のバッファ室１４３が形成されている。バッファ室１４３内には、例えば図４に示すようにＯリングからなる環状隔壁部材１４５が設けられ、バッファ室１４３を中心側の第１のバッファ室１４３ａと外周側の第２のバッファ室１４３ｂに分割している。第１のバッファ室１４３ａは、サセプタ１０５上のウェハＷの中心側の部分に対向し、第２のバッファ室１４３ｂは、サセプタ１０５上のウェハＷの外周側の部分に対向している。各バッファ室１４３ａ、１４３ｂの下面には、ガス噴出孔１４１ａが連通しており、第１のバッファ室１４３ａからは、ウェハＷの中心側の部分、第２のバッファ室１４３ｂからは、ウェハＷの外周側の部分に向けて所定の混合ガスを噴出できる。また、バッファ室１４３ａ、１４３ｂは、ガス供給装置１５０により、所定の混合ガスが供給される。
【００５６】
次に、図１、図２及び図５を参照し、ガス供給装置１５０について説明する。図５は、ガス供給装置の概略の構成を説明する模式図である。
【００５７】
ガス供給装置１５０は、図５に示すように複数、例えば３つのガス供給源１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃが収容された第１のガスボックス１６１と、複数、例えば２つの付加ガス供給源１６２ａ、１６２ｂが収容された第２のガスボックス１６３を備えている。本実施の形態においては、例えばガス供給源１６０ａには、処理ガスとしての例えばフロロカーボン系のフッ素化合物、例えばＣＦ４、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８などのＣＸＦＹガスが封入されている。ガス供給源１６０ｂには、例えばＣＦ系の反応生成物の付着を制御するガスとしての例えば酸素（Ｏ２）ガスが封入されている。ガス供給源１６０ｃには、キャリアガスとしての希ガス、例えばＡｒガスが封入されている。付加ガス供給源１６２ａには、例えばエッチングを促進可能なＣＸＦＹガスが封入されている。付加ガス供給源１６２ｂには、例えばＣＦ系の反応生成物の付着を制御可能な酸素（Ｏ２）ガスが封入されている。
【００５８】
第１のガスボックス１６１の各ガス供給源１６０ａ〜１６０ｃには、各ガス供給源１６０ａ〜１６０ｃからの各種ガスが合流され混合される混合配管１７０が接続されている。混合配管１７０には、各ガス供給源１６０ａ〜１６０ｃからのガスの流量を調整するマスフローコントローラ１７１がガス供給源毎に設けられている。混合配管１７０には、混合配管１７０で混合された混合ガスを分流する第１の分岐配管１７２と第２の分岐配管１７３が接続されている。第１の分岐配管１７２は、シャワーヘッド１４０の第１のバッファ室１４３ａに接続されている。第２の分岐配管１７３は、シャワーヘッド１４０の第２のバッファ室１４３ｂに接続されている。
【００５９】
第１の分岐配管１７２には、圧力調整部１７４が設けられている。同様に第２の分岐配管１７３には、圧力調整部１７５が設けられている。圧力調整部１７４は、圧力計１７４ａとバルブ１７４ｂを備えている。同様に圧力調整部１７５は、圧力計１７５ａとバルブ１７５ｂを備えている。圧力調整部１７４の圧力計１７４ａによる計測結果と、圧力調整部１７５の圧力計１７５ａによる計測結果は、圧力制御装置１７６に出力できる。圧力制御装置１７６は、圧力計１７４ａ、１７５ａの計測結果に基づいて、各バルブ１７４ｂ、１７５ｂの開閉度を調整し、第１の分岐配管１７２と第２の分岐配管１７３に分流される混合ガスの圧力比、つまり流量比を制御できる。また、圧力制御装置１７６は、供給ガスの設定時において、後述する第２のガスボックス１６３から第２の分岐配管１７３に付加ガスが供給されていない状態で、第１の分岐配管１７２と第２の分岐配管１７３を流れる混合ガスの圧力比を所定の目標圧力比に調整し、その状態でバルブ１７４ｂ、１７５ｂの開閉度を固定することができる。
【００６０】
第２のガスボックス１６３の各付加ガス供給源１６２ａ、１６２ｂには、例えば第２の分岐配管１７３に連通する付加ガス供給配管１８０が接続されている。例えば付加ガス供給配管１８０は、各付加ガス供給源１６２ａ、１６２ｂに接続され、途中で集合して第２の分岐配管１７３に接続されている。付加ガス供給配管１８０は、圧力調整部１７５の下流側に接続されている。付加ガス供給配管１８０には、各付加ガス供給源１６２ａ、１６２ｂからの付加ガスの流量を調整するマスフローコントローラ１８１が付加ガス供給源毎に設けられている。かかる構成により、第２のガスボックス１６３の付加ガスを選択して或いは混合させて第２の分岐配管１７３に供給することができる。
【００６１】
第１のガスボックス１６１におけるマスフローコントローラ１７１と、第２のガスボックス１６３におけるマスフローコントローラ１８１の動作は、例えばプラズマエッチング装置１００の後述する装置制御部１９０により制御されている。したがって、装置制御部１９０により、第１のガスボックス１６１及び第２のガスボックス１６３からの各種ガスの供給の開始と停止、各種ガスの供給量を制御できる。
【００６２】
なお、ガス供給装置１５０は、第２のガスボックス１６３、付加ガス供給配管１８０を省略したものであってもよい。
【００６３】
また、プラズマエッチング装置１００は、装置制御部１９０を有する。装置制御部１９０は、例えばＣＰＵよりなる図示しない演算処理装置と、例えばハードディスクよりなる図示しない記録媒体を備えている。装置制御部１９０は、前述した、第１の高周波電源１１４、第２の高周波電源１１６、温度分布調整部１０６、上部電極駆動部２００、供給量分布調整部１３０の各部の動作を制御する。そして、装置制御部１９０は、上記各部を動作させる際は、例えば装置制御部１９０のＣＰＵが、例えば装置制御部１９０のハードディスクに記録されている、それぞれのエッチング処理に対応するプログラムに応じて、各部を制御する。
【００６４】
なお、装置制御部１９０は、本発明における制御部に相当する。
【００６５】
次に、図６及び図７を参照し、プラズマエッチング装置１００を用いたプラズマエッチング方法について説明する。図６は、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。図７は、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法の各工程におけるウェハの状態を模式的に示す断面図である。
【００６６】
本実施の形態に係るプラズマエッチング方法は、図６に示すように、レジストパターン形成工程（ステップＳ１１）、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１２）、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）、被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ１５）を有する。
【００６７】
なお、本発明における第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）と第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）は、本発明におけるエッチング工程に含まれる。
【００６８】
最初に、レジストパターン形成工程（ステップＳ１１）を行う。レジストパターン形成工程（ステップＳ１１）では、表面に第１のマスク膜１３を介して第２のマスク膜１４が形成されたウェハ１０上に、レジスト膜１６よりなるライン部１６ａ、１６ｂを含むレジストパターンを形成する。図７（ａ）は、レジストパターン形成工程（ステップＳ１１）におけるウェハの状態を示す。
【００６９】
なお、ライン部とは、平面視において、ある方向に沿って延びるように設けられ、その延びている方向と直交する方向に沿って、隣接するライン部と互いに離隔して設けられているような構造を有するものをいう。
【００７０】
予め、例えば、シリコン基板よりなるウェハ１０の表面から上方に向かって順に、絶縁膜１１、被エッチング膜１２、第１のマスク膜１３、第２のマスク膜１４、反射防止膜１５が形成された基板を準備する。
【００７１】
被エッチング膜１２は、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法において、最終的にエッチング加工したい膜である。絶縁膜１１を例えばゲート絶縁膜として機能する例えばＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Tetraethoxysilane）よりなる酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜とし、被エッチング膜１２を例えばエッチング加工後にゲート電極として機能するポリシリコン膜とすることができる。
【００７２】
第１のマスク膜１３は、上層の膜である第２のマスク膜１４から形状を転写され、下層の膜である被エッチング膜１２をエッチングする際のハードマスクとして機能する膜である。第１のマスク膜１３は、被エッチング膜１２をエッチング加工する際に、被エッチング膜１２に対して高い選択比を有することが好ましい。すなわち、第１のマスク膜１３のエッチング速度に対する被エッチング膜１２のエッチング速度の比が大きいことが好ましい。第１のマスク膜１３として、例えばＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜等の無機膜を用いることができる。また、第１のマスク膜１３の厚さを、例えば２００ｎｍとすることができる。
【００７３】
第２のマスク膜１４は、上層の膜であるレジスト膜１６よりなるレジストパターンから形状を転写され、下層の膜である第１のマスク膜１３をエッチングする際のマスクとして機能する膜である。第２のマスク膜１４は、第１のマスク膜１３をエッチング加工する際に、第１のマスク膜１３に対して高い選択比を有することが好ましい。すなわち、第２のマスク膜１４のエッチング速度に対する第１のマスク膜１３のエッチング速度の比が大きいことが好ましい。第２のマスク膜１４として、例えば化学気相法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）により成膜されたアモルファスカーボン、スピンオンにより成膜されたポリフェノールやｉ線レジスト等のフォトレジストを含む広範な有機系の材料よりなる有機膜を用いることができる。また、第２のマスク膜１４の厚さを、例えば２８０ｎｍとすることができる。
【００７４】
反射防止膜１５は、その上に形成されるレジスト膜１６のフォトリソグラフィを行う際の反射防止膜として機能する膜である。反射防止膜１５として、例えば有機ＢＡＲＣと呼ばれるＣｘＨｙＯｚからなる膜等を用いることができる。また、反射防止膜１５の厚さを、例えば８０ｎｍとすることができる。
【００７５】
次に、上記した絶縁膜１１から反射防止膜１５が積層されたウェハ１０上に、レジスト膜１６を形成し、形成されたレジスト膜１６をパターン露光し、現像することによって、レジスト膜１６よりなるライン部１６ａ、１６ｂを有するレジストパターンを形成する。図７（ａ）に示すように、レジスト膜１６よりなり、線幅ＣＤ及び高さＨを有するライン部が、配列してなるレジストパターンを形成する。図７（ａ）の左側には、比較的小さい間隔Ｄ１でライン部１６ａが配列している領域（以下「密部」という。）Ａ１が設けられており、図７（ａ）の右側には、比較的大きい（間隔Ｄ１より大きい）間隔Ｄ２でライン部１６ｂが配列している領域（以下「疎部」という。）Ａ２が設けられている。ライン部１６ａ、１６ｂは、反射防止膜１５及び第２のマスク膜１４をエッチングする際に、マスクとして機能する。レジスト膜１６として、例えばＡｒＦレジストを用いることができる。また、レジスト膜１６の厚さを、例えば１７０ｎｍとすることができる。
【００７６】
なお、線幅ＣＤとは、ライン部の延びている方向と直交する方向に沿った幅寸法を意味する。
【００７７】
なお、密部Ａ１におけるライン部は、本発明における第１のライン部に相当する。また、疎部Ａ２におけるライン部は、本発明における第２のライン部に相当する。
【００７８】
また、レジストパターン形成工程（ステップＳ１１）の後、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１２）の前に、スリミング処理又はトリミング処理等を行って、レジスト膜１６のライン部１６ａ、１６ｂの線幅ＣＤを例えば減少させる等の線幅調整工程を行ってもよい。また、線幅調整工程が行われる場合には、線幅ＣＤとは、線幅調整工程が終わった後の幅寸法を意味する。
【００７９】
次に、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１２）を行う。反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１２）では、ウェハ１０にプラズマを照射し、照射したプラズマにより、反射防止膜１５を、レジスト膜１６よりなるライン部１６ａ、１６ｂをマスクとしてエッチングする。図７（ｂ）は、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１２）におけるウェハの状態を示す。
【００８０】
装置制御部１９０からの制御信号により、上部電極駆動部２００を上下方向に駆動させ、サセプタ１０５と上部電極１２０との間の距離を所定のギャップＧに設定する。次に、装置制御部１９０からの制御信号により、ガス供給装置１５０から第１の分岐配管１７２、シャワーヘッド１４０の第１のバッファ室１４３ａを介し、チャンバ１０２内であってサセプタ１０５に支持されているウェハＷの中心側に所定の供給量ＦＬＩで処理ガスを供給する。また、装置制御部１９０からの制御信号により、ガス供給装置１５０から第２の分岐配管１７３、シャワーヘッド１４０の第２のバッファ室１４３ｂを介し、チャンバ１０２内であってサセプタ１０５に支持されているウェハＷの外周側に所定の供給量ＦＬＯで処理ガスを供給する。次に、装置制御部１９０からの制御信号により、第１の高周波電源１１４により第１の高周波電力を印加し、第２の高周波電源１１６により第２の高周波電力を印加する。そして、チャンバ１０２内に流入した処理ガスは、サセプタ１０５に接続された第１の高周波電源１１４及び第２の高周波電源１１６によりチャンバ１０２内に印加された高周波電力によって励起されてプラズマとなる。
【００８１】
励起されたプラズマには、イオン、電子、ラジカルが含まれている。イオンは、上部電極１２０とサセプタ１０５との間に発生するバイアス電圧によってサセプタ１０５に支持されたウェハ１０に向けて引き込まれ、ウェハ１０の表面と反応することによって、ウェハ１０にエッチング処理を施す。また、ラジカルは、バイアス電位によっては引き込まれないが、ウェハ１０の表面まで拡散し、ウェハ１０の表面と反応することによって、ウェハ１０にエッチング処理を施す。これにより、レジスト膜１６よりなるライン部１６ａ、１６ｂをマスクとして、反射防止膜１５がエッチングされる。
【００８２】
なお、イオンは、本発明における荷電粒子に相当し、ラジカルは、本発明における中性粒子に相当する。
【００８３】
反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１２）では、処理ガスとして、例えば、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２等のＣＦ系ガスと、Ａｒガス等の混合ガス、またはこの混合ガスに必要に応じて酸素を添加したガス等を用いることができる。
【００８４】
次に、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）を行う。第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）では、ウェハ１０に照射したプラズマにより、第２のマスク膜１４を、レジスト膜１６及び反射防止膜１５よりなるライン部１５ａ、１５ｂをマスクとしてエッチングすることによって、第２のマスク膜１４を含むライン部１４ａ、１４ｂを形成する。図７（ｃ）は、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）におけるウェハの状態を示す。
【００８５】
第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）では、サセプタ１０５に支持されているウェハ１０の面内における温度分布を調整するとともに、ウェハ１０の面内におけるウェハ１０に供給される処理ガスの供給量の分布を調整する。これらの調整によって、ウェハ１０の面内におけるプラズマに含まれるラジカルとウェハ１０の表面とが反応する反応量の分布を制御する。そして、反応量の分布を制御することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１４ａ、１４ｂの線幅ＣＤの分布を制御する。
【００８６】
装置制御部１９０から温度分布調整部１０６への制御信号により、中心側温度計１０６ｅ、１０６ｆの温度がそれぞれ所定の温度ＴＩ、ＴＯとなるように温度調整する。そして、装置制御部１９０から温度分布調整部１０６への制御信号により、中心側ヒータ１０６ａ及び外周側ヒータ１０６ｂを独立して制御する。これにより、ウェハ１０の中心側の温度ＴＩと外周側の温度ＴＯを異なる温度に調整することができ、ウェハ１０の面内における温度分布を調整することができる。
【００８７】
また、装置制御部１９０から供給量分布調整部１３０への制御信号により、第１のガスボックス１６１からのガスが第１の分岐配管１７２と第２の分岐配管１７３に分流してシャワーヘッド１４０の第１のバッファ室１４３ａと第２のバッファ室１４３ｂに供給される。第１の分岐配管１７２と第２の分岐配管１７３の流量を圧力調整部１７４、１７５により調整することにより、ウェハ１０の中心側に供給される処理ガスの流量ＦＬＩと、ウェハ１０の外周側に供給される処理ガスの流量ＦＬＯを互いに異なる流量に設定することができる。これにより、ウェハ１０の面内における処理ガスの供給量の分布を調整することができる。
【００８８】
このようにして、ウェハ１０の面内における温度の分布及び処理ガスの供給量の分布を調整することにより、ウェハ１０の面内における、第２のマスク膜１４よりなるライン部１４ａ、１４ｂの線幅ＣＤの分布を制御する。
【００８９】
また、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）では、装置制御部１９０から上部電極駆動部２００への制御信号により、サセプタ１０５に支持されているウェハ１０と、ウェハ１０と対向するように設けられている上部電極１２０との間隔であるギャップＧを調整する。ギャップＧを調整することによって、ウェハ１０の面内におけるイオンの照射量の分布を制御し、縦方向（深さ方向）のエッチング速度ＥＲの分布を制御する。そして、縦方向（深さ方向）のエッチング速度ＥＲの分布を制御することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１４ａ、１４ｂの高さＨの分布を制御する。
【００９０】
第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）では、処理ガスとして、酸素（Ｏ２）ガスを用いることができる。
【００９１】
次に、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）を行う。第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）では、ウェハ１０に照射したプラズマにより、第１のマスク膜１３を、第２のマスク膜１４よりなるライン部１４ａ、１４ｂをマスクとしてエッチングすることによって、第１のマスク膜１３を含むライン部１３ａ、１３ｂを形成する。図７（ｄ）は、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）におけるウェハの状態を示す。
【００９２】
第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）でも、サセプタ１０５に支持されているウェハ１０の面内における温度分布を調整するとともに、ウェハ１０の面内におけるウェハ１０に供給される処理ガスの供給量の分布を調整する。これらの調整によって、ウェハ１０の面内におけるプラズマに含まれるラジカルとウェハ１０の表面とが反応する反応量の分布を制御する。そして、反応量の分布を制御することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１３ａ、１３ｂの線幅ＣＤの分布を制御する。
【００９３】
また、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）でも、装置制御部１９０から上部電極駆動部２００への制御信号により、サセプタ１０５に支持されているウェハ１０と、ウェハ１０と対向するように設けられている上部電極１２０との間隔であるギャップＧを調整する。ギャップＧを調整することによって、ウェハ１０の面内におけるイオンの照射量の分布を制御し、縦方向（深さ方向）のエッチング速度ＥＲの分布を制御する。そして、縦方向（深さ方向）のエッチング速度ＥＲの分布を制御することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１３ａ、１３ｂの高さＨの分布を制御する。
【００９４】
第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）では、処理ガスとして、例えば、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２等のＣＦ系ガスと、Ａｒガス等の混合ガス、またはこの混合ガスに必要に応じて酸素（Ｏ２）を添加したガス等を用いることができる。
【００９５】
なお、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）及び第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）の間では、次のような関係があってもよい。すなわち、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）においてラジカルと第１のマスク膜１３の表面とが反応する反応量の温度依存性は、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）においてラジカルと第２のマスク膜１４の表面とが反応する反応量の温度依存性よりも大きくてもよい。後述するように、このような関係を満たすときに、従来の方法では、ウェハ１０の面内におけるライン部の線幅ＣＤ及び高さＨの分布を独立して制御することができないからである。
【００９６】
次に、被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ１５）を行う。被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ１５）では、ウェハ１０に照射したプラズマにより、被エッチング膜１２を、第１のマスク膜１３よりなるライン部１３ａ、１３ｂをマスクとしてエッチングすることによって、被エッチング膜１２を含むライン部１２ａ、１２ｂを形成する。図７（ｅ）は、被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ１５）におけるウェハの状態を示す。
【００９７】
被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ１５）でも、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）と同様な制御を行うことができる。すなわち、ウェハ１０の面内における温度分布及び処理ガスの供給量の分布を調整することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１２ａ、１２ｂの線幅ＣＤの分布を制御し、上部電極１２０とウェハ１０との間隔であるギャップＧを調整することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１２ａ、１２ｂの高さＨの分布を制御する。
【００９８】
被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ１５）でも、処理ガスとして、例えば、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２等のＣＦ系ガスと、Ａｒガス等の混合ガス、またはこの混合ガスに必要に応じて酸素（Ｏ２）を添加したガス等を用いることができる。
【００９９】
次に、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法を用いてウェハにエッチング処理を行うときに、ウェハの面内におけるライン部の線幅ＣＤ及び高さＨの分布を独立して制御でき、断面形状を面内均一性良くエッチングできることについて説明する。
【０１００】
前述したように、処理ガスがプラズマ化されたプラズマには、イオンとラジカルとが含まれている。イオンは、上部電極１２０とサセプタ１０５との間に発生するバイアス電圧により加速されてウェハに照射されるため、ウェハに対して主として異方性エッチングを行う。すなわち、形成されるライン部の主として縦方向（深さ方向）にエッチングを行う。一方、ラジカルは、バイアス電圧によっては加速されないため、ウェハに対して主として等方性エッチングを行う。すなわち、形成されるライン部の主として幅方向にエッチングを行う。また、ウェハの表面がプラズマと反応して生じた反応生成物が形成されるライン部に再付着することもある。すなわち、形成されるライン部の線幅ＣＤは、反応生成物が再付着する確率である付着係数によって異なる。付着係数は、ウェハの温度に依存するため、形成されるライン部の線幅ＣＤも、ウェハの温度に依存する。
【０１０１】
このように、プラズマエッチングでは、ウェハの表面に垂直な方向（縦方向）に沿ったエッチング速度ＥＲを支配するエッチング条件（パラメータ）と、形成されるライン部の線幅ＣＤを支配するエッチング条件（パラメータ）は異なる。
【０１０２】
縦方向に沿ったエッチング速度ＥＲを支配するパラメータは、ウェハにプラズマが照射されるときは、ウェハの表面に略垂直に入射されるイオンの単位時間当たりの入射量（イオンフラックス）、イオンのエネルギー、及びウェハの表面にラジカルが吸着する吸着量を含む。そして、ラジカルが十分に供給されているときは、縦方向に沿ったエッチング速度ＥＲを最も強く支配するパラメータは、イオンフラックスである。一方、エッチング加工により形成されるライン部の線幅ＣＤのウェハの面内における分布を自在に制御するには、イオンフラックスの分布とラジカルの反応量の分布を独立に制御できることが好ましい。
【０１０３】
ここで、ウェハの面内におけるイオンフラックスの分布を制御する方法には、永久磁石や電磁石を用いて磁界の分布を調整する方法、電極の分割、インピーダンスの調整によって、電界の分布を調整する方法、上部電極の形状に凹凸を設けたり、上部電極と下部電極との距離（ギャップ）を調整する方法、の３つの方法が考えられる。
【０１０４】
イオンフラックスの分布を制御するための上記した３つの方法のうち、磁界の分布を調整する方法によると、イオンフラックスの分布を安定して制御することができず、特にウェハ付近に磁界が存在することによりアーキングを起こしやすい。また、電極の分割、インピーダンスの調整を行う方法では、イオンフラックスの分布を略均一にすることができない。
【０１０５】
一方、ギャップＧを調整する方法によれば、イオンフラックスを調整できる調整範囲が大きい。そして、イオンフラックスを調整することによって、面内における縦方向のエッチング速度ＥＲの分布を制御することができる。
【０１０６】
ここで、図８を参照し、縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性について説明する。図８は、ギャップＧを調整したときの、ウェハの面内における縦方向のエッチング速度ＥＲの分布を示すグラフである。図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、ギャップＧが３０ｍｍ、５０ｍｍ、９０ｍｍのそれぞれに対応する。また、図８（ａ）から図８（ｃ）のそれぞれにおいて、横軸は半径方向に沿った中心からの距離Ｘを示し、縦軸は縦方向のエッチング速度ＥＲを示す。なお、ウェハとして３００ｍｍφのものを用いた。
【０１０７】
図８（ａ）に示すように、ギャップＧ＝３０ｍｍのとき、縦方向のエッチング速度ＥＲは、ウェハの中心付近で最大となり、外周側に向かって一様に減少し、極小を迎えた後、外周付近で若干増大するような分布を示しており、ウェハの面内において均一ではない。このとき、縦方向のエッチング速度ＥＲの平均値は１７８．４ｎｍ／ｍｉｎであり、ばらつきは１４．９％であった。
【０１０８】
一方、図８（ｂ）に示すように、ギャップＧ＝５０ｍｍのとき、縦方向のエッチング速度ＥＲは、ウェハの外周付近で中心側より増大するものの、ウェハの面内においてより均一になる。このとき、縦方向のエッチング速度ＥＲの平均値は２０８．３ｎｍ／ｍｉｎであり、ばらつきは１２．６％であった。
【０１０９】
更に、図８（ｃ）に示すように、ギャップＧ＝９０ｍｍのとき、縦方向のエッチング速度ＥＲは、ウェハの面内において更に均一になる。このとき、縦方向のエッチング速度ＥＲの平均値は１６４．５ｎｍ／ｍｉｎであり、ばらつきは７．３％であった。
【０１１０】
このように、ギャップＧを調整することによって、イオンフラックスの分布を制御することができる。
【０１１１】
一方、ウェハにプラズマが照射されるときは、プラズマに含まれるイオンは、ウェハの表面に略垂直な方向に入射し、ライン部の側壁にほとんど照射しない。従って、形成されるライン部の線幅ＣＤを支配するパラメータは、ライン部の側壁にラジカルが付着することによって側壁の表面にポリマー膜が成膜される反応の反応量、及びライン部の側壁とラジカルが反応することによって側壁の表面がエッチングされる反応の反応量を含む。
【０１１２】
そして、ウェハの面内におけるラジカルの反応量を制御する方法には、ラジカルを発生するために供給する処理ガスの供給量の分布を調整する方法、混合ガスとして供給される処理ガスの組成比の分布を調整する方法、反応速度を調整するためにウェハの面内における温度分布を調整する方法、の３つの方法が考えられる。
【０１１３】
また、ラジカルの反応量の分布を制御するための上記した３つの方法のうち、処理ガスの供給量の分布を調整する方法、処理ガスの組成比の分布を調整する方法によると、ウェハの面内における処理ガスの供給量、組成比を局所的に調整することができない。そのため、ラジカルの反応量の分布を局所的に調整することができない。
【０１１４】
一方、ウェハの温度分布を調整する方法によれば、各種の処理ガス、各種のラジカルを用いるときも、ラジカルの反応量の分布を局所的に調整することができる。従って、面内におけるライン部の線幅ＣＤの分布を局所的に制御することができる。
【０１１５】
具体的に表１を参照し、ギャップＧを調整する方法と、ウェハの温度分布を調整する方法を組み合わせ、イオンフラックスの分布とラジカルの反応量の分布を独立に制御できることを説明する。ここでは、下記（Ａ）及び（Ｂ）の条件で、ギャップＧとウェハの温度分布を調整し、ウェハの面内における線幅ＣＤのばらつきを求めた。
（Ａ）第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）
第２のマスク膜の材質：ナフタレン（又はポリスチレン）
第２のマスク膜の膜厚：２８０ｎｍ
成膜装置内圧力 ：２０ｍＴｏｒｒ
高周波電源パワー（４０ＭＨｚ／１３ＭＨｚ）：５００／０Ｗ
上部電極の電位 ：０Ｖ
処理ガスの流量 ：Ｏ２＝７５０ｓｃｃｍ
処理時間 ：６０秒
（Ｂ）第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）
第１のマスク膜の材質：窒化珪素（ＳｉＮ）
第１のマスク膜の膜厚：２８０ｎｍ
成膜装置内圧力 ：７５ｍＴｏｒｒ
高周波電源パワー（４０ＭＨｚ／１３ＭＨｚ）：５００／０Ｗ
上部電極の電位 ：３００Ｖ
処理ガスの流量 ：ＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒ／Ｏ２＝１２５／２２５／６００／６０ｓｃｃｍ（ただし、外周側には、ＣＨ２Ｆ２＝２０ｓｃｃｍを添加してもよい）
処理時間 ：６０秒
なお、（Ａ）及び（Ｂ）では、処理ガスの供給量として処理ガスの流量を調整する例を示すが、流量を変えず、バルブを開閉して供給時間を変えることによって、供給量を調整してもよい。
【０１１６】
表１は、ギャップＧ及びウェハの中心側の温度ＴＩ、外周側の温度ＴＯを調整したときの、密部Ａ１における線幅のばらつきＣＤ１σを示す。また、表１では、処理ガスの中心側の流量ＦＬＩと外周側の流量ＦＬＯとの比を、予め５０対５０で最適化している例を示す。
【０１１７】
【表１】
表１に示すように、ギャップＧ＝３０ｍｍ、中心側温度ＴＩ＝４０℃、外周側温度Ｔ０＝４０℃の条件では、ＣＤ１σ＝７．５ｎｍとなり、ばらつきが大きい。そして、中心側温度ＴＩ＝４０℃、外周側温度Ｔ０＝４０℃の条件を変えずに、ギャップＧを５０ｍｍ、９０ｍｍと調整したところ、それぞれＣＤ１σ＝３．８ｎｍ、ＣＤ１σ＝１．９ｎｍとなり、ばらつきを低減させることができた。
【０１１８】
また、ギャップＧのみならず、中心側温度ＴＩ、外周側温度ＴＯの調整を行ったところ、ギャップＧ＝５０ｍｍ、中心側温度ＴＩ＝５０℃、外周側温度ＴＯ＝４０℃の条件で、ＣＤ１σ＝１．５ｎｍまでばらつきを低減させることができた。
【０１１９】
すなわち、発明者らは、イオンフラックスの分布とラジカルの反応量の分布を、低コストでかつ効果的に独立して制御する方法として、ギャップＧを調整する方法と、ウェハの温度分布を調整する方法との組み合わせが最も好ましいことを、見出したものである。
【０１２０】
更に、エッチングを行うことによって形成されるライン部の線幅ＣＤは、上記した付着係数に加え、隣接するライン部の間隔（パターン間隔）によっても異なる。従って、ウェハに形成されるライン部の線幅ＣＤは、ウェハの温度及びパターン間隔に依存する。
【０１２１】
ここで、前述したように、ウェハの面内においてパターン間隔が異なる領域があるときは、ウェハの温度を調整することによっては、密部Ａ１におけるライン部の線幅ＣＤと、疎部Ａ２におけるライン部の線幅ＣＤとを独立に制御することは難しい。これについては、組成比を含めた処理ガスの供給量を調整することによって、密部Ａ１と疎部Ａ２とにおけるライン部の線幅ＣＤを独立に制御できる。
【０１２２】
また、表１は疎部Ａ２における線幅のばらつきＣＤ２σも示す。前述したように、予め、処理ガスの中心側の流量ＦＬＩと外周側の流量ＦＬＯを５０対５０で最適化してある。そのため、ギャップＧ、中心側温度ＴＩ、外周側温度ＴＯの調整を行ったところ、ギャップＧ＝５０ｍｍ、中心側温度ＴＩ＝５０℃、外周側温度ＴＯ＝４０℃の条件で、疎部Ａ２においても、ＣＤ２σ＝２．９ｎｍまでばらつきを低減させることができた。
【０１２３】
次に、図９及び図１０を参照し、ウェハの面内におけるライン部の線幅ＣＤ及び高さＨの分布を独立して制御できる具体例について説明する。
【０１２４】
図９は、第２のマスク膜エッチング工程におけるライン部の線幅ＣＤの温度依存性及び縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を模式的に示すグラフである。図９（ａ）から図９（ｄ）のそれぞれは、左側から右側に向かって、密部Ａ１及び疎部Ａ２における線幅ＣＤの温度依存性並びに縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を示す。
【０１２５】
一方、図１０は、第１のマスク膜エッチング工程におけるライン部の線幅ＣＤの温度依存性及び縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を模式的に示すグラフである。図１０（ａ）から図１０（ｄ）のそれぞれは、左側から右側に向かって、密部Ａ１及び疎部Ａ２における線幅ＣＤの温度依存性並びに縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を示す。
【０１２６】
始めに、図１０に示す第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）において、ウェハの面内におけるライン部の線幅ＣＤ及び高さＨの分布を独立して制御でき、断面形状を面内均一性良くエッチングできることについて説明する。
【０１２７】
図１０（ａ）は、温度分布、供給量分布、ギャップＧを調整する前の各依存性を示す。図１０（ａ）では、中心側流量ＦＬＩをＦＬＩ０とし、外周側流量ＦＬＯをＦＬＯ０としている。図１０（ａ）では、密部Ａ１における線幅ＣＤは、ウェハの中心側及び外周側において、それぞれ異なる温度依存性を有し、疎部Ａ２における線幅ＣＤも、ウェハの中心側及び外周側において、それぞれ異なる温度依存性を有する例を示す。また、図１０（ａ）に示す例では、線幅ＣＤの温度依存性は、密部Ａ１及び疎部Ａ２において、温度依存性の符号が逆になっている。また、図１０（ａ）に示す例では、縦方向のエッチング速度ＥＲは、ウェハの中心側及び外周側において、異なるギャップ依存性を示している。また、ギャップＧは、現時点で中心側と外周側とで縦方向のエッチング速度ＥＲの差が小さいＧ０になっている。
【０１２８】
図１０（ａ）に示す例では、ウェハの中心側の温度ＴＩ及び外周側の温度ＴＯを等しい温度Ｔ０とした場合、中心側の密部Ａ１における線幅ＣＤＩ１と外周側の密部Ａ１における線幅ＣＤＯ１とを等しくすることはできない。また、中心側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＩ２と外周側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＯ２とを等しくすることはできない。
【０１２９】
図１０（ｂ）は、次に、温度分布を調整した後の各依存性を示す。図１０（ｂ）に示すように、中心側の温度ＴＩをＴ０よりも小さいＴ１とし、外周側の温度ＴＯをＴ０よりも大きいＴ２とする。このように面内における温度分布を調整することによって、中心側の密部Ａ１における線幅ＣＤＩ１と外周側の密部Ａ１における線幅ＣＤＯ１との差をより小さくすることができる。しかし、密部Ａ１及び疎部Ａ２において、線幅ＣＤの温度依存性の符号が逆であるために、中心側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＩ２と外周側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＯ２との差を小さくすることができない。
【０１３０】
図１０（ｃ）は、次に、供給量分布を調整した後の各依存性を示す。図１０（ｃ）に示すように、中心側の流量をＦＬＩ０よりも小さいＦＬＩ１とし、外周側の流量をＦＬＯ０よりも大きいＦＬＯ１とする。このように、面内におけるガス供給量の分布を調整することによって、密部Ａ１及び疎部Ａ２において、中心側ではラジカルの反応量が少なくなるため、線幅ＣＤの温度依存性を示す直線が下方側に移動する。また、外周側ではラジカルの反応量が多くなるため、線幅ＣＤの温度依存性を示す直線が上方側に移動する。
【０１３１】
また、疎部Ａ２におけるライン部１３ｂは、密部Ａ１におけるライン部１３ａよりもラジカルと接触して反応しやすい。そのため、ガスの供給量を変化させたときに、疎部Ａ２におけるライン部１３ｂの線幅ＣＤの方が密部Ａ１におけるライン部１３ａの線幅ＣＤよりも大きく変化するときがある。すなわち、密部Ａ１のライン部１３ａがラジカルと反応する反応量のガス供給量依存性は、疎部Ａ２のライン部１３ｂがラジカルと反応する反応量のガス供給量依存性よりも小さいときがある。
【０１３２】
従って、供給量分布を調整することによって、密部Ａ１よりも疎部Ａ２において、線幅ＣＤを大きく変化させることができる。そして、図１０（ｃ）に示すように、中心側の密部Ａ１における線幅ＣＤＩ１と外周側の密部Ａ１における線幅ＣＤＯ１とを略等しくするとともに、中心側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＩ２と外周側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＯ２とを略等しくすることができる。
【０１３３】
ところが、ガス供給量を変化させると、イオンフラックスも変化するため、図１０（ｃ）に示すように、縦方向のエッチング速度ＥＲも変化する。中心側ではイオンフラックスが減少し、外周側ではイオンフラックスが増加するため、ギャップがＧ０のときは、面内における温度分布及びガス供給量を調整する前に比べ、中心側における縦方向のエッチング速度ＥＲＩと外周側における縦方向のエッチング速度ＥＲＯとの差が大きくなる。
【０１３４】
第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）では、更に、ギャップＧを調整することにより、上記した中心側における縦方向のエッチング速度ＥＲＩと外周側における縦方向のエッチング速度ＥＲＯとの差を小さくすることができる。
【０１３５】
図１０（ｄ）は、次に、ギャップＧを調整した後の各依存性を示す。図１０（ｄ）に示す例では、ギャップをＧ０よりも小さいＧ１とする。これにより、中心側における縦方向のエッチング速度ＥＲＩと外周側における縦方向のエッチング速度ＥＲＯとの差を小さくすることができる。従って、面内におけるラジカルの反応量の分布を調整した上で、面内における縦方向のエッチング速度ＥＲの分布を調整することができる。
【０１３６】
このように、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）では、温度分布及び処理ガスの供給量又は組成比の制御に加え、ギャップＧを調整することによって、ライン部の線幅ＣＤの分布と縦方向のエッチング速度ＥＲの分布とを独立して制御することができる。これにより、ウェハの面内で、線幅ＣＤ及び高さＨを均一に揃え、断面形状を均一に揃えることができる。
【０１３７】
次に、図９に示す第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）において、ウェハの面内におけるライン部の線幅ＣＤ及び高さＨの分布を独立して制御でき、断面形状を面内均一性良くエッチングできることについて説明する。
【０１３８】
図９（ａ）は、温度分布、供給量分布、ギャップＧを調整する前の各依存性を示す。図９（ａ）では、中心側流量ＦＬＩをＦＬＩ０とし、外周側流量ＦＬＯをＦＬＯ０としている。図９（ａ）では、密部Ａ１における線幅ＣＤは、ウェハの中心側及び外周側のそれぞれにおいて、ほとんど温度依存性を有しておらず、疎部Ａ２における線幅ＣＤも、ウェハの中心側及び外周側のそれぞれにおいて、ほとんど温度依存性を有していない例を示す。また、図９（ａ）に示す例では、縦方向のエッチング速度ＥＲは、ウェハの中心側及び外周側において、異なるギャップ依存性を示している。また、ギャップＧは、現時点で中心側と外周側とで縦方向のエッチング速度ＥＲの差が小さいＧ０になっている。
【０１３９】
すなわち、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）においてラジカルと第２のマスク膜１４の表面とが反応する反応量の温度依存性は、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）においてラジカルと第１のマスク膜１３の表面とが反応する反応量の温度依存性よりも小さいときがある。なお、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）におけるラジカルは、本発明における第１の中性粒子に相当する。また、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）におけるラジカルは、本発明における第２の中性粒子に相当する。
【０１４０】
そして、図９（ａ）に示す例では、ウェハの中心側の温度ＴＩ及び外周側の温度ＴＯを等しい温度Ｔ０とした場合、中心側の密部Ａ１における線幅ＣＤＩ１と外周側の密部Ａ１における線幅ＣＤＯ１とを等しくすることはできない。また、中心側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＩ２と外周側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＯ２とを等しくすることはできない。
【０１４１】
このように、線幅ＣＤがほとんど温度依存性を示さないのは、処理ガスが、ラジカルがライン部の側壁と反応する反応速度が小さい処理ガスであるか、ラジカルがライン部の側壁に付着する付着係数がもともと低い処理ガスであるときである。前述したように、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）では、処理ガスとして酸素（Ｏ２）を用いるが、プラズマに含まれる酸素ラジカル（Ｏ＊）については、反応係数及び付着係数が小さいものと考えられる。
【０１４２】
図９（ｂ）は、次に、温度分布を変更した後の各依存性を示す。図９（ｂ）に示すように、密部Ａ１及び疎部Ａ２においては、もともと線幅ＣＤに温度依存性がほとんどない。従って、中心側の温度ＴＩをＴ０よりも小さいＴ１とし、外周側の温度ＴＯをＴ０よりも大きいＴ２としても、密部Ａ１においては、中心側の密部Ａ１における線幅ＣＤＩ１と外周側の密部Ａ１における線幅ＣＤＯ１との差を小さくすることができない。また、疎部Ａ２においても、中心側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＩ２と外周側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＯ２との差を小さくすることができない。
【０１４３】
図９（ｃ）は、次に、供給量分布を調整した後の各依存性を示す。図９（ｃ）に示すように、中心側の流量をＦＬＩ０よりも小さいＦＬＩ１とし、外周側の流量をＦＬＯ０よりも大きいＦＬＯ１とする。このように、面内におけるガス供給量の分布を調整することによって、密部Ａ１及び疎部Ａ２において、中心側ではラジカルの反応量が少なくなるため、線幅ＣＤの温度依存性を示す直線が下方側に移動する。また、外周側ではラジカルの反応量が多くなるため、線幅ＣＤの温度依存性を示す直線が上方側に移動する。
【０１４４】
第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）と同様に、例えば、疎部Ａ２におけるライン部１４ｂは、密部Ａ１におけるライン部１４ａよりもラジカルと接触して反応しやすい。そのため、ガスの供給量を変化させたときに、疎部Ａ２におけるライン部１４ｂの線幅ＣＤの方が密部Ａ１におけるライン部１４ａの線幅ＣＤよりも大きく変化するときがある。すなわち、密部Ａ１のライン部１４ａがラジカルと反応する反応量のガス供給量依存性は、疎部Ａ２のライン部１４ｂがラジカルと反応する反応量のガス供給量依存性よりも小さいときがある。
【０１４５】
従って、供給量分布を調整することによって、密部Ａ１よりも疎部Ａ２において、線幅ＣＤを大きく変化させることができる。そして、図９（ｃ）に示すように、中心側の密部Ａ１における線幅ＣＤＩ１と外周側の密部Ａ１における線幅ＣＤＯ１とを互いに略等しくし、中心側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＩ２と外周側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＯ２とを互いに略等しくすることができる。
【０１４６】
ところが、図１０に示した例と同様に、ガス供給量を変化させると、ラジカルの供給量のみならずイオンフラックスも変化するため、図９（ｃ）に示すように、縦方向のエッチング速度ＥＲも変化する。中心側ではイオンフラックスが減少し、外周側ではイオンフラックスが増加するため、ギャップがＧ０のときは、面内における温度分布及びガス供給量を調整する前に比べ、中心側における縦方向のエッチング速度ＥＲＩと外周側における縦方向のエッチング速度ＥＲＯとの差が大きくなる。
【０１４７】
第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）では、更に、ギャップＧを調整することにより、上記した中心側における縦方向のエッチング速度ＥＲＩと外周側における縦方向のエッチング速度ＥＲＯとの差を小さくすることができる。
【０１４８】
図９（ｄ）は、次に、ギャップＧを調整した後の各依存性を示す。図９（ｄ）に示す例では、ギャップをＧ０よりも小さいＧ１とする。これにより、中心側における縦方向のエッチング速度ＥＲＩと外周側における縦方向のエッチング速度ＥＲＯとの差を小さくすることができる。従って、面内におけるラジカルの反応量の分布を調整した上で、面内における縦方向のエッチング速度ＥＲの分布を調整することができる。
【０１４９】
このように、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）では、ラジカルの反応速度又は付着係数が小さい処理ガスを用いるため、通常の可変範囲でウェハの温度及び処理ガスの供給量又は組成比を調整しても、ライン部の線幅ＣＤを制御することができない。しかし、温度分布及び処理ガスの供給量又は組成比を調整するのに加え、ギャップＧを調整することによって、ライン部の線幅ＣＤの分布と縦方向のエッチング速度ＥＲの分布とを独立して制御することができる。これにより、ウェハの面内で、線幅ＣＤ及び高さＨを均一に揃え、断面形状を均一に揃えることができる。
【０１５０】
以上、図９及び図１０を用いて説明した例では、説明を分かり易くするために、面内における温度分布を調整し、次に、面内におけるガス供給量の分布を調整し、次に、ギャップＧを調整する手順を説明した。しかし、温度分布の調整、ガス供給量の分布の調整、ギャップＧの調整を行う順番は、限定されるものではなく、任意の順番に調整を行うことができる。
【０１５１】
また、中心側及び外周側における温度ＴＩ、ＴＯ及び流量ＦＬＩ、ＦＬＯ並びにギャップＧの各条件の組み合わせに対応して得られる密部Ａ１及び疎部Ａ２における線幅ＣＤ並びに縦方向のエッチング速度ＥＲのデータを予め準備しておいてもよい。その場合、予め準備したデータに基づいて、面内における線幅及びエッチング速度ＥＲの分布が均一になるように、各条件を最適化することができる。そのような各条件の最適化は、装置制御部１９０によって行うことができる。
【０１５２】
また、マスク膜の選択及びそのマスク膜をエッチングするための処理ガスの選択に際しては、その膜をエッチングする際の上層の膜及び下層の膜とのエッチング速度の選択比を確保しながら、面内におけるライン部の形状の分布を制御できることが好ましい。したがって、本実施の形態によれば、適切な処理ガスが異なり、それぞれの処理ガスに対してエッチング速度の選択比を大きくすることができる無機膜及び有機膜を積層したマスク膜を用いることができる。これにより、レジストパターンの形状を精度良く被エッチング膜に転写することができ、かつ、面内における被エッチング膜よりなるライン部の形状の分布を均一にするように制御することができる。
【０１５３】
なお、本実施の形態では、有機膜を含む上層のマスク膜と無機膜を含む下層のマスク膜とよりなるマスク膜の例について説明した。しかし、いずれか一方のマスク膜よりなる例にも適用でき、その場合にも、面内における被エッチング膜よりなるライン部の形状の分布を均一にするように制御することができる。
（第１の実施の形態の変形例）
次に、本発明の第１の実施の形態の変形例に係るプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置について説明する。
【０１５４】
本変形例は、第２のマスク膜エッチング工程において、有機膜をエッチングする際に、ラジカルの反応速度が大きく、付着係数が大きい処理ガスを用いる点で、第１の実施の形態と相違する。
【０１５５】
本変形例でも、第１の実施の形態と同様に、図１から図５を用いて説明したプラズマエッチング装置を用いることができる。また、本変形例に係るプラズマエッチング方法も、第１の実施の形態と同様に、図６を用いて説明したレジストパターン形成工程（ステップＳ１１）、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１２）、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）、被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ１５）を有する。また、各工程におけるウェハの状態も図７に示す通りである。
【０１５６】
一方、本変形例では、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）において、処理ガスとして、酸素（Ｏ２）ガスに代え、窒素（Ｎ２）ガス／水素（Ｈ２）ガスよりなる混合ガスを用いることができる。第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）において、温度分布、供給量分布、ギャップＧの調整を行う際の、他の条件の一例を示す。
（Ｃ）第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１３）
第２のマスク膜の材質：ナフタレン（又はポリスチレン）
第２のマスク膜の膜厚：２８０ｎｍ
成膜装置内圧力 ：１００ｍＴｏｒｒ
高周波電源パワー（４０ＭＨｚ／１３ＭＨｚ）：７００／０Ｗ
上部電極の電位 ：０Ｖ
処理ガスの流量 ：Ｎ２／Ｈ２＝１６０／４８０ｓｃｃｍ
処理時間 ：６０秒
窒素（Ｎ２）ガス／水素（Ｈ２）ガスよりなる混合ガスを用いて第２のマスク膜１４をエッチングするときは、第１の実施の形態で説明した図１０と同様の、線幅ＣＤの温度依存性及びガス供給量依存性並びに縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を示すことがある。従って、第１の実施の形態における第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ１４）と同様にして、温度分布、供給量分布、ギャップＧを調整することができる。
【０１５７】
すなわち、図１０（ａ）に示したように、ウェハの中心側及び外周側において、線幅ＣＤはそれぞれ異なる温度依存性を有する。そのため、図１０（ｂ）に示したように、面内における温度分布を調整するだけでは、中心側の密部Ａ１における線幅ＣＤＩ１と外周側の密部Ａ１における線幅ＣＤＯ１との差を小さくすることはできるものの、中心側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＩ２と外周側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＯ２との差を小さくすることができない。そして、図１０（ｃ）に示したように、中心側及び外周側における処理ガスの流量ＦＬＩ、ＦＬＯを調整することによって、中心側の密部Ａ１における線幅ＣＤＩ１と外周側の密部Ａ１における線幅ＣＤＯ１とを略等しくし、中心側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＩ２と外周側の疎部Ａ２における線幅ＣＤＯ２とを略等しくすることができる。ただし、同時にイオンフラックスが変動してしまうため、図１０（ｄ）に示したように、更に、ギャップＧを調整することによって、中心側における縦方向のエッチング速度ＥＲＩと外周側における縦方向のエッチング速度ＥＲＯとの差を小さくすることができる。
【０１５８】
本変形例でも、適切な処理ガスが異なり、それぞれの処理ガスに対してエッチング速度の選択比を大きくすることができる無機膜及び有機膜を積層したマスク膜を用いることができる。これにより、レジストパターンの形状を精度良く被エッチング膜に転写することができ、かつ、面内における被エッチング膜よりなるライン部の形状の分布を均一にするように制御することができる。
【０１５９】
また、本変形例でも、有機膜を含むマスク膜及び無機膜を含むマスク膜のいずれか一方のマスク膜よりなる例にも適用でき、その場合にも、面内における被エッチング膜よりなるライン部の形状の分布を均一にするように制御することができる。
（第２の実施の形態）
次に、図１１から図１５を参照し、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置を説明する。
【０１６０】
本実施の形態は、面内におけるガス供給量の分布を調整しない点において、第１の実施の形態と相違する。また、形成されるパターンが疎部を有しておらず、密部のみを有している点において、第１の実施の形態と相違する。
【０１６１】
図１１から図１５を参照し、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置について説明する。図１１及び図１２は、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図である。図１１は上部電極が退避時位置にある状態を示し、図１２は上部電極が処理時位置にある状態を示す。図１３は、上部電極駆動部を簡略化して示す作用説明図である。図１３（ａ）は上部電極が退避時位置にある状態を示し、図１３（ｂ）は上部電極が処理時位置にある状態を示す。
【０１６２】
図１１から図１３に示すように、プラズマエッチング装置１００ａは、シャワーヘッド１４０ａ（上部電極１２０ａ）及びガス供給装置１５０ａ以外の各部分については、図１から図３を用いて説明したプラズマエッチング装置１００と同様であり、プラズマエッチング装置１００の各部分と同じ符号を付して説明を省略する。
【０１６３】
シャワーヘッド１４０ａは、サセプタ１０５に支持されたウェハＷ上に所定の混合ガスを噴出するものである。シャワーヘッド１４０ａは、多数のガス噴出孔１４１ａを有する円形状の電極板１４１（上部電極１２０ａ）と、電極板１４１の上面側を着脱自在に支持する電極支持体１４２を備えていることは、第１の実施の形態と同様である。また、電極支持体１４２、バッファ室１４３ｃが形成されていることは、第１の実施の形態と同様である。
【０１６４】
一方、本実施の形態では、バッファ室１４３ｃ内には、Ｏリングからなる環状隔壁部材が設けられておらず、複数のバッファ室には分割されていない。バッファ室１４３ｃの下面には、ガス噴出孔１４１ａが連通しており、ウェハＷに向けて所定の混合ガスを噴出できる。また、バッファ室１４３ｃは、ガス供給装置１５０ａにより、所定の混合ガスが供給される。
【０１６５】
図１３に示すように、上部電極駆動部２００の詳細な構成も、第１の実施の形態と同様である。ただし、本実施の形態では、後述するように、上部電極１２０ａのバッファ室１４３ｃにガスを供給する混合配管１７０が分岐せず、１系統である。そのため、ベローズ１２２の径が第１の実施の形態に比べ小さくなっていてもよい。
【０１６６】
次に、図１１、図１２、図１４及び図１５を参照し、ガス供給装置１５０ａについて説明する。図１４は、上部電極の横断面図である。図１５は、ガス供給装置の概略の構成を説明する模式図である。
【０１６７】
ガス供給装置１５０ａは、複数、例えば３つのガス供給源１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃが収容されたガスボックス１６１を備えている。また、ガス供給源１６０ａには、例えばＣＦ４、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８などのＣＸＦＹガスが封入され、ガス供給源１６０ｂには、例えば酸素（Ｏ２）ガスが封入され、ガス供給源１６０ｃには、例えばＡｒガスが封入されている。
【０１６８】
各ガス供給源１６０ａ〜１６０ｃには、混合配管１７０がマスフローコントローラ１７１を介して接続されている。また、混合配管１７０は分岐せずに、シャワーヘッド１４０ａのバッファ室１４３ｃに接続されている。
【０１６９】
混合配管１７０には、圧力調整部１７４が設けられており、圧力調整部１７４は、圧力計１７４ａとバルブ１７４ｂを備えている。圧力調整部１７４の圧力計１７４ａによる計測結果が、圧力制御装置１７６に出力でき、圧力制御装置１７６は、圧力計１７４ａの計測結果に基づいて、バルブ１７４ｂの開閉度を調整し、混合配管１７０に通流される処理ガスの流量を制御できる。
【０１７０】
ガスボックス１６１におけるマスフローコントローラ１７１の動作は、例えばプラズマエッチング装置１００ａの装置制御部１９０により制御されている。したがって、装置制御部１９０により、ガスボックス１６１からの各種ガスの供給の開始と停止、各種ガスのガス供給量を制御できる。
【０１７１】
次に、図１６及び図１７を参照し、プラズマエッチング装置１００ａを用いたプラズマエッチング方法について説明する。図１６は、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。図１７は、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法の各工程におけるウェハの状態を模式的に示す断面図である。
【０１７２】
本実施の形態に係るプラズマエッチング方法は、図１６に示すように、レジストパターン形成工程（ステップＳ２１）、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ２２）、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）、被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ２５）を有する。
【０１７３】
最初に、レジストパターン形成工程（ステップＳ２１）を行う。レジストパターン形成工程（ステップＳ２１）は、第１の実施の形態におけるレジストパターン形成工程（ステップＳ１１）と同様にすることができる。図１７（ａ）は、レジストパターン形成工程（ステップＳ２１）におけるウェハの状態を示す。ただし、図１７（ａ）に示すように、本実施の形態では、間隔Ｄ１でライン部１６ａが配列している領域（密部）Ａ１のみが形成されており、疎部は形成されていない。
【０１７４】
次に、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ２２）を行う。反射防止膜エッチング工程（ステップＳ２２）は、第１の実施の形態における反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１２）と同様にすることができる。図１７（ｂ）は、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ２２）におけるウェハの状態を示す。
【０１７５】
次に、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）を行う。第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）では、ウェハ１０に照射したプラズマにより、第２のマスク膜１４を、レジスト膜１６及び反射防止膜１５よりなるライン部１５ａをマスクとしてエッチングすることによって、第２のマスク膜１４を含むライン部１４ａを形成する。図１７（ｃ）は、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）におけるウェハの状態を示す。
【０１７６】
第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）では、サセプタ１０５に支持されているウェハ１０の面内における温度分布を調整する。この調整によって、ウェハ１０の面内におけるプラズマに含まれるラジカルとウェハ１０の表面とが反応する反応量の分布を制御する。そして、反応量の分布を制御することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１４ａの線幅ＣＤの分布を制御する。
【０１７７】
装置制御部１９０から温度分布調整部１０６への制御信号により、中心側温度計１０６ｅ、１０６ｆの温度がそれぞれ所定の温度ＴＩ、ＴＯとなるように温度調整する。そして、装置制御部１９０から温度分布調整部１０６への制御信号により、中心側ヒータ１０６ａ及び外周側ヒータ１０６ｂを独立して制御する。これにより、ウェハ１０の中心側の温度ＴＩと外周側の温度ＴＯを異なる温度に調整することができ、ウェハ１０の面内における温度分布を調整することができる。
【０１７８】
このようにして、ウェハ１０の面内における温度の分布を調整することにより、ウェハ１０の面内における、第２のマスク膜１４よりなるライン部１４ａの線幅ＣＤの分布を制御する。
【０１７９】
また、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）では、装置制御部１９０から上部電極駆動部２００への制御信号により、サセプタ１０５に支持されているウェハ１０と、ウェハ１０と対向するように設けられている上部電極１２０ａとの間隔であるギャップＧを調整する。ギャップＧを調整することによって、ウェハ１０の面内におけるイオンの照射量の分布を制御し、縦方向（深さ方向）のエッチング速度ＥＲの分布を制御する。そして、縦方向（深さ方向）のエッチング速度ＥＲの分布を制御することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１４ａの高さＨの分布を制御する。
【０１８０】
第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）では、処理ガスとして、酸素（Ｏ２）ガスを用いることができる。
【０１８１】
次に、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）を行う。第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）では、ウェハ１０に照射したプラズマにより、第１のマスク膜１３を、第２のマスク膜１４よりなるライン部１４ａをマスクとしてエッチングすることによって、第１のマスク膜１３を含むライン部１３ａを形成する。図１７（ｄ）は、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）におけるウェハの状態を示す。
【０１８２】
第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）でも、サセプタ１０５に支持されているウェハ１０の面内における温度分布を調整する。この調整によって、ウェハ１０の面内におけるプラズマに含まれるラジカルとウェハ１０の表面とが反応する反応量の分布を制御する。そして、反応量の分布を制御することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１３ａの線幅ＣＤの分布を制御する。
【０１８３】
また、第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）でも、装置制御部１９０から上部電極駆動部２００への制御信号により、サセプタ１０５に支持されているウェハ１０と、ウェハ１０と対向するように設けられている上部電極１２０ａとの間隔であるギャップＧを調整する。ギャップＧを調整することによって、ウェハ１０の面内におけるイオンの照射量の分布を制御し、縦方向（深さ方向）のエッチング速度ＥＲの分布を制御する。そして、縦方向（深さ方向）のエッチング速度ＥＲの分布を制御することによって、ウェハ１０の面内におけるライン部１３ａの高さＨの分布を制御する。
【０１８４】
第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）では、処理ガスとして、例えば、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２等のＣＦ系ガスと、Ａｒガス等の混合ガス、またはこの混合ガスに必要に応じて酸素（Ｏ２）を添加したガス等を用いることができる。
【０１８５】
その後、被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ２５）は、第１の実施の形態における被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ１５）と同様にすることができる。図１７（ｅ）は、被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ２５）におけるウェハの状態を示す。
【０１８６】
次に、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法を用いてウェハにエッチング処理を行うときに、ウェハの面内におけるライン部の線幅ＣＤ及び高さＨの分布を独立して制御でき、断面形状を面内均一性良くエッチングできることについて説明する。
【０１８７】
本実施の形態でも、ギャップＧの調整によりイオンフラックスの分布を制御する方法と、ウェハの温度分布の調整によりラジカルの反応量の分布を制御する方法とを組み合わせることによって、イオンフラックスの分布とラジカルの反応量の分布を独立に制御することができる。
【０１８８】
ここで、図１８を参照し、ウェハの面内におけるライン部の線幅ＣＤ及び高さＨの分布を独立して制御できる具体例について説明する。
【０１８９】
図１８は、本実施の形態におけるライン部の線幅ＣＤの温度依存性及び縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を模式的に示すグラフである。図１８（ａ）から図１８（ｃ）のそれぞれは、左側から右側に向かって、線幅ＣＤの温度依存性及び縦方向のエッチング速度ＥＲのギャップ依存性を示す。
【０１９０】
また、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）及び第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）において、温度分布、供給量分布、ギャップＧの調整を行う際の、他の条件の一例を示す。
（Ｄ）第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）
第２のマスク膜の材質：ナフタレン（又はポリスチレン）
第２のマスク膜の膜厚：２８０ｎｍ
成膜装置内圧力 ：１００ｍＴｏｒｒ
高周波電源パワー（４０ＭＨｚ／１３ＭＨｚ）：７００／０Ｗ
上部電極の電位 ：０Ｖ
処理ガスの流量 ：Ｎ２／Ｈ２＝１６０／４８０ｓｃｃｍ
処理時間 ：６０秒
（Ｅ）第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）
第１のマスク膜の材質：ＴＥＯＳ−ＳｉＯ２
第１のマスク膜の膜厚：２８０ｎｍ
成膜装置内圧力 ：７５ｍＴｏｒｒ
高周波電源パワー（４０ＭＨｚ／１３ＭＨｚ）：５００／０Ｗ
上部電極の電位 ：３００Ｖ
処理ガスの流量 ：ＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒ／Ｏ２＝１２５／２２５／６００／６０ｓｃｃｍ（ただし、外周側には、ＣＨ２Ｆ２＝２０ｓｃｃｍを添加してもよい）
処理時間 ：６０秒
本実施の形態では、第１の実施の形態の変形例と同様に、有機膜をエッチングする際にラジカルの反応速度が大きく、付着係数が大きい処理ガスを用いるため、第２のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２３）及び第１のマスク膜エッチング工程（ステップＳ２４）は、ともに図１８を用いて説明できる。
【０１９１】
図１８（ａ）は、温度分布、ギャップＧを調整する前の各依存性を示す。図１８（ａ）では、線幅ＣＤがウェハの中心側及び外周側において、それぞれ異なる温度依存性を有する例を示す。また、図１８（ａ）に示す例では、縦方向のエッチング速度ＥＲは、ウェハの中心側及び外周側において、異なるギャップ依存性を示している。
【０１９２】
図１８（ｂ）は、次に、温度分布を調整した後の各依存性を示す。図１８（ｂ）に示すように、中心側の温度ＴＩをＴ０よりも小さいＴ１とし、外周側の温度ＴＯをＴ０よりも大きいＴ２とする。このように面内における温度分布を調整することによって、中心側の線幅ＣＤＩと外周側の線幅ＣＤＯとの差をより小さくすることができる。
【０１９３】
図１８（ｃ）は、次に、ギャップＧを調整した後の各依存性を示す。図１８（ｃ）に示す例では、ギャップをＧ０よりも大きいＧ１とする。これにより、中心側における縦方向のエッチング速度ＥＲＩと外周側における縦方向のエッチング速度ＥＲＯとの差を小さくすることができる。従って、面内におけるラジカルの反応量の分布を調整した上で、面内における縦方向のエッチング速度ＥＲの分布を調整することができる。
【０１９４】
本実施の形態でも、適切な処理ガスが異なり、それぞれの処理ガスに対してエッチング速度の選択比を大きくすることができる無機膜及び有機膜を積層したマスク膜を用いることができる。これにより、レジストパターンの形状を精度良く被エッチング膜に転写することができ、かつ、面内における被エッチング膜よりなるライン部の形状の分布を均一にするように制御することができる。
【０１９５】
また、本実施の形態でも、有機膜を含むマスク膜及び無機膜を含むマスク膜のいずれか一方のマスク膜よりなる例にも適用でき、その場合にも、面内における被エッチング膜よりなるライン部の形状の分布を均一にするように制御することができる。
【０１９６】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【０１９７】
１０、Ｗ ウェハ
１３ 第１のマスク膜
１４ 第２のマスク膜
１０５ サセプタ（支持部）
１０６ 温度分布調整部
１２０ 上部電極（電極）
１３０ 供給量分布調整部
１４０ シャワーヘッド
１９０ 装置制御部
２００ 上部電極駆動部（間隔調整部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に荷電粒子と中性粒子とを含むプラズマを照射することによって、前記基板にプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法において、
支持部に支持されている前記基板の面内における温度分布を調整することによって、前記基板の面内における、前記基板が前記中性粒子と反応する反応量の分布を制御し、
前記支持部に支持されている前記基板と、前記支持部と対向するように設けられている電極との間隔を調整することによって、前記基板の面内における前記荷電粒子の照射量の分布を制御する、プラズマエッチング方法。
【請求項２】
照射した前記プラズマにより、前記基板上に形成されたマスク膜をエッチングすることによって、前記マスク膜を含むライン部を形成するエッチング工程を有し、
前記エッチング工程は、前記反応量の分布を制御することによって、前記基板の面内における前記ライン部の線幅の分布を制御し、前記照射量の分布を制御することによって、前記基板の面内における前記ライン部の高さの分布を制御するものである、請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
前記エッチング工程は、
前記基板に第１の荷電粒子と第１の中性粒子とを含む第１のプラズマを照射し、照射した前記第１のプラズマにより、前記基板上に第１のマスク膜を介して形成された第２のマスク膜をエッチングすることによって、前記第２のマスク膜を含む前記ライン部を形成する第２のマスク膜エッチング工程と、
前記第２のマスク膜を含む前記ライン部が形成された前記基板に第２の荷電粒子と第２の中性粒子とを含む第２のプラズマを照射し、照射した前記第２のプラズマにより、前記第１のマスク膜をエッチングすることによって、前記第１のマスク膜を含む前記ライン部を形成する第１のマスク膜エッチング工程と
を有し、
前記第２のマスク膜が前記第１の中性粒子と反応する反応量の温度依存性は、前記第１のマスク膜が前記第２の中性粒子と反応する反応量の温度依存性よりも小さい、請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記温度分布を調整するとともに、前記基板の面内における、前記基板に供給される処理ガスの供給量又は組成の分布を調整することによって、前記反応量の分布を制御する、請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
照射した前記プラズマにより、前記基板上に形成されたマスク膜をエッチングすることによって、前記マスク膜を含み第１の間隔で配列する第１のライン部と、前記マスク膜を含み前記第１の間隔よりも大きい第２の間隔で配列する第２のライン部とを形成するエッチング工程を有し、
前記エッチング工程は、前記反応量の分布を制御することによって、前記基板の面内における、前記第１のライン部及び前記第２のライン部のそれぞれの線幅の分布を制御し、前記照射量の分布を制御することによって、前記基板の面内における、前記第１のライン部及び前記第２のライン部のそれぞれの高さの分布を制御するものであり、
前記第１のライン部が前記中性粒子と反応する第１の反応量の温度依存性は、前記第２のライン部が前記中性粒子と反応する第２の反応量の温度依存性よりも小さい、請求項４に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項６】
前記エッチング工程は、
前記基板に第１の荷電粒子と第１の中性粒子とを含む第１のプラズマを照射し、照射した前記第１のプラズマにより、前記基板上に第１のマスク膜を介して形成された第２のマスク膜をエッチングすることによって、それぞれ前記第２のマスク膜を含む前記第１のライン部と前記第２のライン部とを形成する第２のマスク膜エッチング工程と、
それぞれ前記第２のマスク膜を含む前記第１のライン部と前記第２のライン部とが形成された前記基板に第２の荷電粒子と第２の中性粒子とを含む第２のプラズマを照射し、照射した前記第２のプラズマにより、前記第１のマスク膜をエッチングすることによって、それぞれ前記第１のマスク膜を含む前記第１のライン部と前記第２のライン部とを形成する第１のマスク膜エッチング工程と
を有し、
前記第２のマスク膜が前記第１の中性粒子と反応する反応量の温度依存性は、前記第１のマスク膜が前記第２の中性粒子と反応する反応量の温度依存性よりも小さい、請求項５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項７】
前記第１のマスク膜は、無機膜を含み、
前記第２のマスク膜は、有機膜を含み、
前記第１の中性粒子は、酸素ラジカルを含み、
前記第２の中性粒子は、フッ素ラジカルを含む、請求項３又は請求項６に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項８】
基板に荷電粒子と中性粒子とを含むプラズマを照射することによって、前記基板にプラズマエッチングを行うプラズマエッチング装置において、
前記基板を支持する支持部と、
前記支持部と対向するように設けられている電極と、
前記支持部に支持されている前記基板の面内における温度分布を調整する温度分布調整部と、
前記支持部に支持されている前記基板と、前記電極との間隔を調整する間隔調整部と、
前記温度分布調整部により前記温度分布を調整することによって、前記基板の面内における、前記基板が前記中性粒子と反応する反応量の分布を制御し、前記間隔調整部により前記間隔を調整することによって、前記基板の面内における前記荷電粒子の照射量の分布を制御する制御部と
を有する、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装置は、照射した前記プラズマにより、前記基板上に形成されたマスク膜をエッチングすることによって、前記マスク膜を含むライン部を形成するものであり、
前記制御部は、前記ライン部を形成する際に、前記反応量の分布を制御することによって、前記基板の面内における前記ライン部の線幅の分布を制御し、前記照射量の分布を制御することによって、前記基板の面内における前記ライン部の高さの分布を制御するものである、請求項８に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１０】
前記プラズマエッチング装置は、前記基板に第１の荷電粒子と第１の中性粒子とを含む第１のプラズマを照射し、照射した前記第１のプラズマにより、前記基板上に第１のマスク膜を介して形成された第２のマスク膜をエッチングすることによって、前記第２のマスク膜を含む前記ライン部を形成し、前記第２のマスク膜を含む前記ライン部が形成された前記基板に第２の荷電粒子と第２の中性粒子とを含む第２のプラズマを照射し、照射した前記第２のプラズマにより、前記第１のマスク膜をエッチングすることによって、前記第１のマスク膜を含む前記ライン部を形成するものであり、
前記第２のマスク膜が前記第１の中性粒子と反応する反応量の温度依存性は、前記第１のマスク膜が前記第２の中性粒子と反応する反応量の温度依存性よりも小さい、請求項９に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１１】
前記基板の面内における、前記基板に供給される処理ガスの供給量又は組成の分布を調整する供給量分布調整部を有し、
前記制御部は、前記温度分布調整部により前記温度分布を調整するとともに、前記供給量分布調整部により、前記基板の面内における、前記供給量又は前記組成の分布を調整することによって、前記反応量の分布を制御するものである、請求項８に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１２】
前記プラズマエッチング装置は、照射した前記プラズマにより、前記基板上に形成されたマスク膜をエッチングすることによって、前記マスク膜を含み第１の間隔で配列する第１のライン部と、前記マスク膜を含み前記第１の間隔よりも大きい第２の間隔で配列する第２のライン部とを形成するものであり、
前記制御部は、前記第１のライン部と前記第２のライン部とを形成する際に、前記反応量の分布を制御することによって、前記基板の面内における、前記第１のライン部及び前記第２のライン部のそれぞれの線幅の分布を制御し、前記照射量の分布を制御することによって、前記基板の面内における、前記第１のライン部及び前記第２のライン部のそれぞれの高さの分布を制御するものであり、
前記第１のライン部が前記中性粒子と反応する第１の反応量の温度依存性は、前記第２のライン部が前記中性粒子と反応する第２の反応量の温度依存性よりも小さい、請求項１１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１３】
前記プラズマエッチング装置は、前記基板に第１の荷電粒子と第１の中性粒子とを含む第１のプラズマを照射し、照射した前記第１のプラズマにより、前記基板上に第１のマスク膜を介して形成された第２のマスク膜をエッチングすることによって、それぞれ前記第２のマスク膜を含む前記第１のライン部と前記第２のライン部とを形成し、それぞれ前記第２のマスク膜を含む前記第１のライン部と前記第２のライン部とが形成された前記基板に第２の荷電粒子と第２の中性粒子とを含む第２のプラズマを照射し、照射した前記第２のプラズマにより、前記第１のマスク膜をエッチングすることによって、それぞれ前記第１のマスク膜を含む前記第１のライン部と前記第２のライン部とを形成するものであり、
前記第２のマスク膜が前記第１の中性粒子と反応する反応量の温度依存性は、前記第１のマスク膜が前記第２の中性粒子と反応する反応量の温度依存性よりも小さい、請求項１２に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１４】
前記第１のマスク膜は、無機膜を含み、
前記第２のマスク膜は、有機膜を含み、
前記第１の中性粒子は、酸素ラジカルを含み、
前記第２の中性粒子は、フッ素ラジカルを含む、請求項１０又は請求項１３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１】
基板に荷電粒子と中性粒子とを含むプラズマを照射することによって、前記基板にプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法において、
支持部に支持されている前記基板の面内における温度分布を調整することによって、前記基板の面内における、前記基板が前記中性粒子と反応する反応量の分布を制御し、
前記支持部に支持されている前記基板と、前記支持部と対向するように設けられている電極との間隔を調整することによって、前記基板の面内における前記荷電粒子の照射量の分布を制御する、プラズマエッチング方法。
【請求項２】
照射した前記プラズマにより、前記基板上に形成されたマスク膜をエッチングすることによって、前記マスク膜を含むライン部を形成するエッチング工程を有し、
前記エッチング工程は、前記反応量の分布を制御することによって、前記基板の面内における前記ライン部の線幅の分布を制御し、前記照射量の分布を制御することによって、前記基板の面内における前記ライン部の高さの分布を制御するものである、請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
前記エッチング工程は、
前記基板に第１の荷電粒子と第１の中性粒子とを含む第１のプラズマを照射し、照射した前記第１のプラズマにより、前記基板上に第１のマスク膜を介して形成された第２のマスク膜をエッチングすることによって、前記第２のマスク膜を含む前記ライン部を形成する第２のマスク膜エッチング工程と、
前記第２のマスク膜を含む前記ライン部が形成された前記基板に第２の荷電粒子と第２の中性粒子とを含む第２のプラズマを照射し、照射した前記第２のプラズマにより、前記第１のマスク膜をエッチングすることによって、前記第１のマスク膜を含む前記ライン部を形成する第１のマスク膜エッチング工程と
を有し、
前記第２のマスク膜が前記第１の中性粒子と反応する反応量の温度依存性は、前記第１のマスク膜が前記第２の中性粒子と反応する反応量の温度依存性よりも小さい、請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記温度分布を調整するとともに、前記基板の面内における、前記基板に供給される処理ガスの供給量又は組成の分布を調整することによって、前記反応量の分布を制御する、請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
照射した前記プラズマにより、前記基板上に形成されたマスク膜をエッチングすることによって、前記マスク膜を含み第１の間隔で配列する第１のライン部と、前記マスク膜を含み前記第１の間隔よりも大きい第２の間隔で配列する第２のライン部とを形成するエッチング工程を有し、
前記エッチング工程は、前記反応量の分布を制御することによって、前記基板の面内における、前記第１のライン部及び前記第２のライン部のそれぞれの線幅の分布を制御し、前記照射量の分布を制御することによって、前記基板の面内における、前記第１のライン部及び前記第２のライン部のそれぞれの高さの分布を制御するものであり、
前記第１のライン部が前記中性粒子と反応する第１の反応量の温度依存性は、前記第２のライン部が前記中性粒子と反応する第２の反応量の温度依存性よりも小さい、請求項４に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項６】
前記エッチング工程は、
前記基板に第１の荷電粒子と第１の中性粒子とを含む第１のプラズマを照射し、照射した前記第１のプラズマにより、前記基板上に第１のマスク膜を介して形成された第２のマスク膜をエッチングすることによって、それぞれ前記第２のマスク膜を含む前記第１のライン部と前記第２のライン部とを形成する第２のマスク膜エッチング工程と、
それぞれ前記第２のマスク膜を含む前記第１のライン部と前記第２のライン部とが形成された前記基板に第２の荷電粒子と第２の中性粒子とを含む第２のプラズマを照射し、照射した前記第２のプラズマにより、前記第１のマスク膜をエッチングすることによって、それぞれ前記第１のマスク膜を含む前記第１のライン部と前記第２のライン部とを形成する第１のマスク膜エッチング工程と
を有し、
前記第２のマスク膜が前記第１の中性粒子と反応する反応量の温度依存性は、前記第１のマスク膜が前記第２の中性粒子と反応する反応量の温度依存性よりも小さい、請求項５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項７】
前記第１のマスク膜は、無機膜を含み、
前記第２のマスク膜は、有機膜を含み、
前記第１の中性粒子は、酸素ラジカルを含み、
前記第２の中性粒子は、フッ素ラジカルを含む、請求項３又は請求項６に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項８】
基板に荷電粒子と中性粒子とを含むプラズマを照射することによって、前記基板にプラズマエッチングを行うプラズマエッチング装置において、
前記基板を支持する支持部と、
前記支持部と対向するように設けられている電極と、
前記支持部に支持されている前記基板の面内における温度分布を調整する温度分布調整部と、
前記支持部に支持されている前記基板と、前記電極との間隔を調整する間隔調整部と、
前記温度分布調整部により前記温度分布を調整することによって、前記基板の面内における、前記基板が前記中性粒子と反応する反応量の分布を制御し、前記間隔調整部により前記間隔を調整することによって、前記基板の面内における前記荷電粒子の照射量の分布を制御する制御部と
を有する、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装置は、照射した前記プラズマにより、前記基板上に形成されたマスク膜をエッチングすることによって、前記マスク膜を含むライン部を形成するものであり、
前記制御部は、前記ライン部を形成する際に、前記反応量の分布を制御することによって、前記基板の面内における前記ライン部の線幅の分布を制御し、前記照射量の分布を制御することによって、前記基板の面内における前記ライン部の高さの分布を制御するものである、請求項８に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１０】
前記プラズマエッチング装置は、前記基板に第１の荷電粒子と第１の中性粒子とを含む第１のプラズマを照射し、照射した前記第１のプラズマにより、前記基板上に第１のマスク膜を介して形成された第２のマスク膜をエッチングすることによって、前記第２のマスク膜を含む前記ライン部を形成し、前記第２のマスク膜を含む前記ライン部が形成された前記基板に第２の荷電粒子と第２の中性粒子とを含む第２のプラズマを照射し、照射した前記第２のプラズマにより、前記第１のマスク膜をエッチングすることによって、前記第１のマスク膜を含む前記ライン部を形成するものであり、
前記第２のマスク膜が前記第１の中性粒子と反応する反応量の温度依存性は、前記第１のマスク膜が前記第２の中性粒子と反応する反応量の温度依存性よりも小さい、請求項９に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１１】
前記基板の面内における、前記基板に供給される処理ガスの供給量又は組成の分布を調整する供給量分布調整部を有し、
前記制御部は、前記温度分布調整部により前記温度分布を調整するとともに、前記供給量分布調整部により、前記基板の面内における、前記供給量又は前記組成の分布を調整することによって、前記反応量の分布を制御するものである、請求項８に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１２】
前記プラズマエッチング装置は、照射した前記プラズマにより、前記基板上に形成されたマスク膜をエッチングすることによって、前記マスク膜を含み第１の間隔で配列する第１のライン部と、前記マスク膜を含み前記第１の間隔よりも大きい第２の間隔で配列する第２のライン部とを形成するものであり、
前記制御部は、前記第１のライン部と前記第２のライン部とを形成する際に、前記反応量の分布を制御することによって、前記基板の面内における、前記第１のライン部及び前記第２のライン部のそれぞれの線幅の分布を制御し、前記照射量の分布を制御することによって、前記基板の面内における、前記第１のライン部及び前記第２のライン部のそれぞれの高さの分布を制御するものであり、
前記第１のライン部が前記中性粒子と反応する第１の反応量の温度依存性は、前記第２のライン部が前記中性粒子と反応する第２の反応量の温度依存性よりも小さい、請求項１１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１３】
前記プラズマエッチング装置は、前記基板に第１の荷電粒子と第１の中性粒子とを含む第１のプラズマを照射し、照射した前記第１のプラズマにより、前記基板上に第１のマスク膜を介して形成された第２のマスク膜をエッチングすることによって、それぞれ前記第２のマスク膜を含む前記第１のライン部と前記第２のライン部とを形成し、それぞれ前記第２のマスク膜を含む前記第１のライン部と前記第２のライン部とが形成された前記基板に第２の荷電粒子と第２の中性粒子とを含む第２のプラズマを照射し、照射した前記第２のプラズマにより、前記第１のマスク膜をエッチングすることによって、それぞれ前記第１のマスク膜を含む前記第１のライン部と前記第２のライン部とを形成するものであり、
前記第２のマスク膜が前記第１の中性粒子と反応する反応量の温度依存性は、前記第１のマスク膜が前記第２の中性粒子と反応する反応量の温度依存性よりも小さい、請求項１２に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１４】
前記第１のマスク膜は、無機膜を含み、
前記第２のマスク膜は、有機膜を含み、
前記第１の中性粒子は、酸素ラジカルを含み、
前記第２の中性粒子は、フッ素ラジカルを含む、請求項１０又は請求項１３に記載のプラズマエッチング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−１９２６６４（Ｐ２０１１−１９２６６４Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５４８２８（Ｐ２０１０−５４８２８）
【出願日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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