半導体製造方法およびエッチングシステム
【課題】疎パターン領域と密パターン領域を有する半導体の製造方法において、再現性良く疎パターンと密パターン寸法の独立制御を可能とし、各パターンの露光完の寸法及びゲート電極寸法の長期変動を抑制する。
【解決手段】マスクパターンが疎に形成された領域と密に形成された領域とを有する半導体基板上に積層膜を成膜する成膜工程とマスクパターンを形成するリソグラフィ工程Ｓ１と装置内の堆積物を除去するクリーニング工程Ｓ１１Ｃとマスクパターンを細線化するトリミング工程Ｓ３とマスクパターンを積層膜に転写するドライエッチング工程Ｓ４、Ｓ５から成る半導体製造方法において、トリミング工程Ｓ３の前もしくは後に、シーズニング工程Ｓ１１Ｓに続いて堆積ステップ工程Ｓ２を導入する。
【解決手段】マスクパターンが疎に形成された領域と密に形成された領域とを有する半導体基板上に積層膜を成膜する成膜工程とマスクパターンを形成するリソグラフィ工程Ｓ１と装置内の堆積物を除去するクリーニング工程Ｓ１１Ｃとマスクパターンを細線化するトリミング工程Ｓ３とマスクパターンを積層膜に転写するドライエッチング工程Ｓ４、Ｓ５から成る半導体製造方法において、トリミング工程Ｓ３の前もしくは後に、シーズニング工程Ｓ１１Ｓに続いて堆積ステップ工程Ｓ２を導入する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子または正孔をキャリアとするＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタを含む半導体装置の製造方法に関わり、特に異なるパターン密度を有する微細寸法のゲート電極を、安定に形成するドライエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体集積回路の高集積化及び高速化に伴い、ゲート電極の更なる微細化が要求されている。しかし、わずかなゲート電極の寸法変動がソース−ドレイン電流やスタンバイ時のリーク電流値を大きく変動させるため、ゲート電極の寸法精度を高く保つことが非常に重要である。
【０００３】
一般的なこのゲート電極の形成する工程を説明する。シリコン（以下、Ｓｉと示す）基板の上に、酸化シリコン（以下、ＳｉＯ２と示す）ゲート絶縁膜、ゲート電極となるポリシリコン（以下、Ｐｏｌｙ‐Ｓｉと示す）膜、反射防止膜であるＢＡＲＬ（Ｂｏｔｔｏｍ ａｎｔｉ‐ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）膜、フォトレジスト（Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｉｓｔ）（以下、ＰＲとも言う）膜を積層させる成膜工程を経て積層膜を形成する。次に、ＡｒＦやＦ２光源等を用いた露光工程、ベーク処理工程、現像処理工程等からなるリソグラフィ工程を経て、マスクパターンが完成する。現状では、露光工程に用いる光の波長（１９３ｎｍ、１５７ｎｍ）より短いゲート電極寸法の加工が要求されるため、リソグラフィ工程の後に、エッチング装置を用いたＰＲ膜のトリミング工程を行い、マスク寸法を細線化することで、微細寸法のゲート電極形成に対応してきた。この後に、トリミングされたフォトレジストをマスクとして、ＢＡＲＬエッチング工程、ゲートエッチング工程であるドライエッチング工程を経て、ゲート電極が完成する。
【０００４】
これらマスクパターンのトリミング工程からゲートエッチング工程までは、エッチング装置内で処理される。エッチング装置は、例えば、真空処理室内にエッチングガスを導入し、減圧下でプラズマ放電を発生させ、このプラズマ中に発生するラジカル或いはイオンを、被処理物であるウェハ表面と反応させてエッチングする。このとき、エッチング処理はレシピと呼ばれる複数の設定条件に基づいて行われる。このレシピに規定される装置パラメータとしては、ガスの種類、ガス圧力、ガス流量、プラズマソースパワー、基板にイオンを引き込むためのＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）バイアス電力、ウェハステージの温度を決める電極温度、処理時間等がある。
【０００５】
さて、ゲート電極のエッチングには、ｐｎ差と疎密差の課題がある。ｐｎ差とは、ｐＭ
ＯＳとｎＭＯＳの部分で生じる完成寸法の差や形状の違いである。
【０００６】
一方、疎密差とは、マスクパターンが疎に設けられた領域のマスクパターン寸法（以下、疎パターン寸法という）とマスクパターンが密に設けられた領域のマスクパターン寸法（以下、密パターン寸法という）の差を示す。ゲート電極のエッチングでは、最終的に目的の疎密差となるゲート電極寸法に加工することが要求される。したがって、ゲートエッチング工程では、上記のようなｐｎ差や疎密差の課題を考慮しつつエッチングする必要がありながら、ＭＯＳ素子の性能の観点からゲート電極を垂直加工することが優先されるため、所望の疎ゲート電極寸法と密ゲート電極寸法を得る上で、マスクの疎パターン寸法と密パターン寸法の精度とその制御技術が重要となる。
【０００７】
ところが、半導体集積回路には、例えば、メモリ、ロジック部に代表される面積密度の大きい密パターン領域と、周辺回路部に代表される面積密度の小さい疎パターン領域が同一ウェハ上に存在する。そのため、マスク寸法制御も容易ではない現況にある。その一因を以下に述べる。
【０００８】
図１９（ａ）は、下層からＳｉ基板１１、ＳｉＯ２ゲート絶縁膜１２、ｐｏｌｙ−Ｓｉゲート電極膜１３、ＢＡＲＬ１４、ＰＲマスク１５の疎パターン１５１および密パターン１５２で構成される、一般的なゲート電極形成前のウェハの断面図である。このウェハをトリミング処理すると、ＰＲマスクの疎パターン１５１に対してＰＲマスクの密パターン１５２では、横方向の運動成分を持つラジカルがパターンの間に進入する確率が低くなるため、図１９（ｂ）のようにトリミング工程後の密パターン１５２Ａに比べてトリミング工程後の疎パターン１５１Ａのトリミング量が大きくなる。ここで、トリミング量とは、疎パターンを用いて説明すると、パターンの初期寸法Ｘｉと、トリミング工程後のパターン寸法Ｙｉの差（Ｘｉ−Ｙｉ）と定義する（密パターンのトリミング量はＸｄ−Ｙｄとなる）。疎密差とは、トリミング後の疎パターン寸法Ｙｉと密パターン寸法Ｙｄの差Ｙｉ−Ｙｄと定義される。
【０００９】
一般的に、ラジカル反応が支配的なトリミング工程では、露光完のマスクパターン寸法が疎パターンと密パターンで同じなら、トリミング工程後の疎パターン１５１Ａは、トリミング工程後の密パターン１５２Ａよりも寸法が小さくなる。このようなメカニズムは、疎パターンと密パターンでの寸法制御を難しくする。
【００１０】
しかし、疎パターンと密パターンでの寸法制御が難しいなか、細線化は進み、露光限界のマスク寸法から用途によってゲート電極の完成寸法を変えなければならない現況にある。表１に、各Ａ、Ｂ、Ｃに示される初期マスク寸法に対する、目標マスク寸法、トリミング量と疎密差を示した。簡便のため、トリミング工程後のＢＡＲＬエッチング工程、ゲートエッチング工程において垂直エッチングが可能で、トリミング後のマスク寸法＝ゲート電極寸法となる場合であるとする。
【００１１】
【表１】
【００１２】
表１Ｂの条件は、ＩＴＲＳロードマップによると２００６年に達成されるべきＬＳＴＰ（Ｌｏｗ Ｓｔａｎｄｂｙ Ｐｏｗｅｒ）４５ｎｍゲート電極で、Ｃの条件は次世代２００７年に達成されるべきＨＰ（Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）２５ｎｍゲート電極である。このＡ、Ｂ、Ｃの要求条件は、従来のトリミング技術では制御範囲が狭く、実現することができない。表１を参照しながら、従来技術の制御方法を以下に説明する。
【００１３】
図２０は、露光完の疎マスクと密マスクの寸法が共に１００ｎｍのときのトリミング工程実施による疎マスク寸法と密マスク寸法の関係を表すグラフである。グラフ中に、疎密差が０であることを示す点線Ｃ１をプロットした。また、表１において要求される条件Ａ、Ｂ、Ｃをグラフ中に示した。
【００１４】
疎密差が最も大きいトリミング条件における、疎マスク寸法と密マスク寸法の関係曲線Ｃ２と、反対に疎密差が最も小さいトリミング条件における、疎マスク寸法と密マスク寸法の関係曲線Ｃ３をグラフ中に示した。ガスの混合比を変えるなどした場合は、縦軸と関係曲線Ｃ２と関係曲線Ｃ３で囲まれる領域が、実際にトリミング可能な領域となる。表１の中の条件を満たすことができるのは要求条件Ａのみである。要求条件Ｂ及び要求条件Ｃは、トリミング可能な領域から外れる。
【００１５】
このようにトリミングできなかった要求条件Ｂを実現するためＯＰＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）と呼ばれる手法でマスク寸法を意図的にウェハ上に欲しいデバイスパターンの寸法から補正して作成することができる。このＯＰＣ技術を使って、露光完の疎マスク寸法を１００ｎｍ、密マスク寸法を９０ｎｍとした場合の従来のトリミングを図２１に示す。同じく縦軸と疎密差の大きい曲線Ｃ２１と小さい曲線Ｃ３１で囲まれる領域が、実際にトリミング可能な領域である。
【００１６】
疎密差が０のトリミングは、疎密差の大きい曲線Ｃ２１または疎密差の小さい曲線Ｃ３１と疎密差が０であることを示す点線Ｃ１の交点で実現可能である。
【００１７】
このことから表１の条件を満たすことができるのは、Ｂのみとなる。Ａ及びＣは、トリミング可能な領域から外れてしまう。
つまり上記技術では、表１で要求される各条件を満たすためには、要求条件毎に疎パターンの寸法と密パターンの寸法が異なるマスクを用意する必要があった。
【００１８】
また、疎パターンの寸法と密パターンの寸法を制御する方法として、エッチングを促進するガスと抑制するガスの混合ガスを用いたトリミングにより、目的とするパターン寸法を安定性よく実現する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、ＢＡＲＣ（Ｂｏｔｔｏｍ ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｏａｔｉｎｇ）のオーバーエッチング（ＯＥ）とメインエッチング（ＭＥ）の時間とＯ２分率もしくは、ＳＯ分率とＨｅ希釈率で制御する必要がある。
【００１９】
一方、量産工程において、疎パターンと密パターンのゲート電極の寸法が目標寸法から外れてしまうことがある。その主な変動要因には２種類あり、以下に挙げる。
【００２０】
一つは、リソグラフィ工程におけるマスクパターンの量産工程において、露光終了後から露光後ベーク（ＰＥＢ：Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）までの時間に依存して、雰囲気や酸触媒の失活が生じてマスク寸法の変動が起こることが知られている（例えば、特許文献２参照）。それに伴って下層の、ゲート電極の寸法変動が生じる。
【００２１】
もう一つは、エッチング装置内の環境が時間の経過に伴なって変わるために、被トリミング材料に対するトリミング特性や、被エッチング材料に対するエッチング特性も変わってゲート電極の寸法変動が起こる。
【００２２】
疎密差を制御する方法として、予めパターニングされたマスク層の側壁にプラズマ反応生成物を堆積させてマスク層のパターン幅を広げる工程と、広げられたパターン幅をトリミングしてパターン幅を小さくする工程とを用いることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００５−４５２１４号公報
【特許文献２】特開平１１−１９４５０６号公報
【特許文献３】特開２００５−１２９８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
上記従来の技術は、下記の問題を有している。
（１）従来の疎密制御方法では、時間制御性が悪く、再現性もよくないため、精度良く所望の疎密のパターン寸法を得られない問題があった。
（２）リソグラフィ工程におけるマスクパターンの量産工程において、経時的に変化する露光完の疎パターンと密パターンの寸法の変動によって、所望の疎パターンマスクと密パターンマスク寸法やゲート電極寸法を得るのが困難になるという問題があった。
（３）エッチング装置のリアクタ内のコンディションが徐々に変わることに伴ない、被トリミング材料や被エッチング材料の疎パターンと密パターンの寸法も変動を示し、長期的に所望のマスク寸法やゲート電極寸法を得られなくなる問題があった。
（４）堆積ステップ工程における疎／密マスク寸法の増加において、一度も堆積ステップ工程を実施したことのないマスク寸法やマスク密度を持つウェハに対しては、疎／密マスク寸法と堆積時間の関係がわからないという問題があった。
【００２４】
本発明の課題は、上記問題を解決し、露光完の疎パターンと密パターンの寸法及びゲート電極寸法の長期変動を抑制し、かつ、疎パターンと密パターンの寸法の独立制御を精度良く再現可能とする半導体製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記（１）の問題は、マスクパターンのトリミング工程前もしくは後の処理として、シーズニング工程とそれに続いて堆積ステップ工程を導入することによって解決することができる。プラズマ処理室内の堆積物や表面状態を含んだ壁面状態は、ゲート寸法に影響を与えることが知られている。すなわち、堆積ステップ工程後の壁面状態を一定にするため、堆積ステップ工程直前にはシーズニング工程を導入する必要がある。
【００２６】
また、堆積ステップ工程の堆積処理は、トリミング工程のトリミング処理とは反対に、原理的に疎マスクパターンの寸法シフト（以下、疎寸法シフトという）（ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ ＤｉｍｅｎＳｉｏｎ）Ｓｈｉｆｔとも呼ぶ）が密マスクパターンの寸法シフト（以下、密寸法シフトという）よりも大きくなる。疎寸法シフトと密寸法シフトの差の大きさは、ガスの種類、ガスの流量、ガスの圧力、電極温度、ＲＦバイアス電力、時間の組み合わせで制御が可能である。堆積ステップ工程とトリミングステップ工程の疎寸法シフトと密寸法シフトの差をお互い利用し、所望の疎マスク寸法と密マスク寸法並びに疎マスクと密マスクのゲート電極寸法を得るように制御することを特徴とする。
【００２７】
上記（２）の問題は、以下によって解決することができる。露光完の疎マスクと密マスクの寸法の変動に対して、ＳＥＭ等寸法計測装置により変動量をキャッチし、その変動量を抑制するように堆積ステップ工程とトリミングステップ工程を実施することで、目標とする疎パターン領域のマスク（以下、疎マスクという）寸法と密パターン領域のマスク（以下、密マスクという）寸法が得られるように制御することを特徴とする。これは、いわばフィードフォワード制御である。
【００２８】
上記（３）の問題は、以下によって解決することができる。ゲートエッチング完了後、疎マスクのゲート寸法と密マスクのゲートの電極寸法をＳＥＭ等で計測することによって、ゲート電極の寸法変動を検知する。この情報を基に、次ウェハまたはロットの堆積ステップ工程及びトリミング工程の条件を補正することで、疎マスクのゲートと密マスクのゲートの電極寸法の長期変動を抑制するように制御することを特徴とする。これは、いわばフィードバック制御である。
【００２９】
上記（４）の問題は、以下によって解決することができる。堆積ステップ工程における疎／密マスク寸法の増加には、２つの法則性があることがわかった。堆積後の疎／密マスク寸法から初期疎／密マスク寸法を引いた値であるＣＤ ｂｉａｓをマスク間距離であるスペース（ｎｍ）と時間の関数として表すことができることを発見した。もう一方は、疎／密マスク寸法は堆積時間に対して線形的に増加させることができることがわかった。この二つの法則性から疎／密マスク寸法を推定できることを利用して、どんな疎／密マスク寸法や密度をもつウェハに対しても、所望の疎／密マスク寸法を得られるようにすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００３１】
表１に示されるような各目標マスク寸法に対して、堆積ステップ工程とトリミングステップ工程を実施し、疎マスクの寸法シフトと密マスクの寸法シフトの差をお互い利用することで、所望の疎マスクと密マスクの寸法並びにゲート電極寸法を再現性よく得ることができる。
【００３２】
また、露光完の疎マスク寸法と密マスク寸法の変動に対して、ＳＥＭ等寸法計測装置によって変動量を検知し、その変動量を抑制するように堆積ステップ工程とトリミングステップ工程の少なくともガスの種類、ガスの流量、ガスの圧力、電極温度、ＲＦバイアス電力、時間を変えて実施することで、目標とする疎マスクと密マスクの寸法並びにゲート電極寸法を安定に得ることができる。
【００３３】
さらに、ゲートエッチング工程後の疎マスクと密マスクの電極寸法計測結果を元に、その変動量を検知し、この情報を基に、次ウェハまたはロットの堆積ステップ工程及びトリミングステップ工程の条件を決定または補正することで、疎ゲート電極寸法と密ゲート電極寸法の長期変動を抑制し、目標とする疎ゲート電極寸法と密ゲート電極寸法を安定に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる疎マスクと密マスクの寸法独立制御の工程を示すフローチャートである。この流れに沿って、適切な図を用いて説明する。先ず、リソグラフィ工程Ｓ１において疎と密のマスクパターンを含んで形成された場合に、クリーニング工程Ｓ１１Ｃの後、本発明のシーズニング工程Ｓ１１Ｓに続いて堆積ステップ工程Ｓ２を実施した結果を説明する。
【００３６】
シーズニング工程では、堆積性ガスとしてＣＨＦ３を用い、圧力を０．２Ｐａ、流量を６０ｍｌ／ｍｉｎ、ＲＦバイアス電力を５Ｗとしたプロセス条件でＳｉウェハを用いて処理した。このシーズニング工程の導入により、堆積ステップ工程が始まる前に、装置壁面の状態が堆積ステップ工程とほぼ同様の状態になる。すなわち、壁面の状態がほぼ同じになるように、シーズニング工程と堆積ステップ工程のプロセス条件は同じである方が望ましい。しかし、壁面の状態がほぼ同じになるならば、両者のプロセス条件は異なってもよい。また、電極表面への堆積が、その後のウェハの吸着に問題を生じない範囲では、Ｓｉウェハを使用しなくても良い。すなわち、ウェハレス化が可能である。その他、Ｓｉウェハ以外のウェハを使用しても良い。
【００３７】
シーズニング工程の終点は、ＯＥＳ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて、２００ｎｍから９００ｎｍまでの波長範囲の発光強度を全て足した全体の発光強度が飽和する点とした。本実験では、時間に対して発光強度は徐々に増加していき、約１８０秒で飽和した。これは、プラズマ中のラジカルの変化が無くなり、ある一定状態に達したことを意味すると考えられる。ここで、特に、壁面にカーボンが堆積している様子がわかれば、この波長範囲の発光強度を特定して用いる必要はなく、Ｃ系の発光強度等を用いても良い。また、発光スペクトル中には、Ｃ系とは逆に、時間に対して減少するラジカルがあるため、増加したときを終点とするか、減少したときを終点とするかは用いる発光種によって当然異なる。このシーズニング工程の後、壁面の表面は堆積物に覆われて、一種の安定した壁面状態になると考えられる。
【００３８】
シーズニング工程の後、図１のフローチャートにおいて、堆積ステップ工程の堆積性ガスとしてＣＨＦ３を用い、圧力を０．２Ｐａ、流量を６０ｍｌ／ｍｉｎ、ＲＦバイアス電力を５Ｗとしたときの、初期マスク寸法を基準とした疎／密マスク寸法の増加（疎／密ＣＤ ｂｉａｓと呼ぶ）と堆積時間の関係を調べた結果のグラフを、図１６に示す。併せて、図１のフローでシーズニング工程を導入しない場合（クリーニング工程直後に堆積ステップ工程を実施）も示した。シーズニング工程ありの場合、疎／密ＣＤ
ｂｉａｓは塗りつぶされた菱形（◆）、三角（▲）のプロットで示した。一方で、シーズニング工程なしの場合は、疎／密ＣＤ ｂｉａｓは白抜きの菱形（◇）、三角（△）のプロットで示した。シーズニング工程の有無の両データを比較したところ、シーズニング工程をなしとした場合は、堆積時間に対して疎／密ＣＤ ｂｉａｓの線形性があまりよくなく、シーズニング工程を導入することで、疎／密ＣＤ ｂｉａｓの時間依存性がかなり良い線形となることがわかった。例えば、シーズニング工程なしの場合、堆積時間前半部分である０秒からの９０秒間では、疎パターンが２ｎｍの増加を示したのに対して、２１０秒からの９０秒間では、１５ｎｍも増加していると考えられる。一方で、シーズニング工程ありの場合、０秒からの９０秒間では、疎パターンが１６ｎｍの増加を示したのに対して、２１０秒からの９０秒間でも、１６ｎｍとなっている。つまり、シーズニング工程ありの場合は、堆積時間によらず、疎／密ＣＤ ｂｉａｓの勾配は、それぞれほぼ一定となった。
【００３９】
さらに、本発明の図１のフローで、堆積ステップ工程の時間を３９０秒間に固定し、連続して４枚のウェハを処理したときの疎／密ＣＤ ｂｉａｓの測定結果のグラフを図２に示す。シーズニング工程をあり（本発明）とした場合、疎／密ＣＤ ｂｉａｓは、処理枚数に対して殆ど変動しない。その変動幅は、０．５ｎｍ程度である。一方、シーズニング工程をなしとした場合、疎／密ＣＤ ｂｉａｓは、処理枚数とともに２〜３ｎｍも変動した。この変動量は、今日の微細化の要求に対しては大きすぎるため、堆積ステップ工程の前には必ずシーズニング工程を必要することがわかった。
【００４０】
シーズニング工程が必要な理由は、クリーニング工程後と堆積ステップ工程中のプラズマ処理室内の壁面状態の違いに深い関係があると考えられる。堆積ステップ工程において、ＣＦ系の堆積性ラジカルがウェハに堆積するとき、同時に処理室内の壁面にも堆積する。すなわち堆積ステップ工程の開始後、壁面は、クリーニング工程後の状態から堆積物の付着がある状態に徐々に変化する。一方で、壁面状態の変化は、処理室内のラジカルやイオンのバランスを変える、というメカニズムが提唱されている。例えば、プラズマ中のＣｌラジカルが壁面に進入する場合に、壁面の堆積物の有無でＣｌ２に再結合する確率が違うことがわかっている。したがって、この実験でも、そのようなことが起きていると推定できる。つまり、シーズニング工程がない場合、図１６の堆積時間の経過によってＣＤ ｂｉａｓに対する堆積時間の勾配が異なるのは、壁面状態におけるＣＦ系堆積物量の変化を通してラジカルやイオンの組成の変化も含んで変化するからであると考えられる。クリーニング工程後の壁面状態と堆積工程中の壁面状態がほぼ同じであれば、各堆積時間のＣＤ ｂｉａｓに対する堆積時間の勾配は同じになる。これが堆積ステップ工程の前にシーズニング工程を導入したときの効果である。
【００４１】
上記問題は、特に、少量多品種のウェハをエッチングする装置で起こる。ウェハ毎にエッチングして生成される反応生成物の組成や量が大きく異なる可能性があるため、壁面に付着する反応生成物を含んだ壁面状態が大きく変化するからである。
【００４２】
以上のように、本発明の図１のようにシーズニング工程に続いて堆積ステップ工程を実施することで、疎密ＣＤ ｂｉａｓの時間依存性が良い線形となり、時間に対して精度良く、加えて再現性よく所望の疎密マスク寸法を実現可能である。
【００４３】
今回は、堆積ステップ工程とシーズニング工程では、ＣＨＦ３ガスを用いて処理した。しかし、堆積性ガスとしてＣＨＦ３ガスに限ることではなく、Ｃ系のガスとしては、代わりにＣＨ２Ｆ２，Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８，Ｃ４Ｆ６，Ｃ６Ｆ６，ＣＯ，ＣＨ４，ＣＨ２Ｃｌ２，ＣＨ２Ｂｒ２などを用いても良い。Ｓｉ系の堆積性ガスとしては、ＳｉＦ４,ＳｉＣｌ４,ＳｉＨ４,ＴＥＯＳを用いても良い。
【００４４】
さらに、本実施例では、シーズニング工程において、堆積ステップ工程と同様のプロセス条件を用いた。しかし、シーズニング工程が終了するまでには長時間を要する場合がある。そこで、装置壁面へ堆積膜を効率良く付着させて短時間化する方法として、シーズニング工程のプロセス条件を堆積ステップ工程よりも、高圧力、高流量、高パワーにする方法、ＲＦバイアス電力を０Ｗにする方法や、壁面温度を低下させて吸着確率を上げる方法等がある。
【００４５】
次に、堆積ステップ工程とトリミング工程を用いて疎／密寸法を制御する方法について説明する。図３（ａ）は、リソグラフィ工程Ｓ１において、初期疎マスク寸法および密マスク寸法（疎密マスク寸法）が１００ｎｍである場合の、本発明のシーズニング工程Ｓ１１Ｓと堆積ステップ工程を実施した後、トリミング工程を実施して得られる疎マスクと密マスクの寸法の推移グラフである。また、表１において要求される条件Ａ、Ｂ、Ｃを図３（ａ）中に示した。
【００４６】
まず、リソグラフィステップ工程Ｓ１、クリーニング工程Ｓ１１Ｃ、シーズニングＳ１１Ｓ工程後、堆積ステップ工程Ｓ２の堆積性ガスとしてＣＨＦ３を用い、圧力０．２Ｐａ、流量６０ｍｌ／ｍｉｎ、ＲＦバイアス電力１０Ｗのときの、疎マスク寸法と密マスク寸法の時間変化を調べ、その結果を図３（ａ）に四角のプロットで示した。初期疎密マスク寸法が１００ｎｍである処理時間０ｓｅｃと、疎マスク寸法１７０ｎｍ、密マスク寸法１４４ｎｍである処理時間３６０ｓｅｃを結ぶ堆積曲線Ｃ４からも分かるように、堆積時間の増加と共に疎マスクと密マスクの寸法も増加していき、密パターンよりも疎パターンの寸法が太いという結果が得られた。
【００４７】
次に、表１要求条件Ｂの目標マスク寸法４５ｎｍ、疎密差０を実現できるのか、できるならば、堆積ステップ工程Ｓ２とトリミングステップ工程Ｓ３をどのタイミングで変えたら良いのかを調べた。その結果、堆積ステップで、疎マスク寸法が１３９ｎｍ、密マスク寸法が１２７ｎｍの時点Ａ４であるタイミングで堆積ステップ工程を終了させた後、トリミング工程Ｓ３を実施して要求条件Ｂの疎マスクと密マスクの寸法４５ｎｍを得た。このとき、疎密差が最も大きいトリミング関係曲線Ｃ２２と、反対に疎密差が最も小さいトリミング関係曲線Ｃ３２をグラフ中に示した。実際にトリミング可能な領域は、これらの曲線と縦軸によって囲まれる領域となる。
【００４８】
図４に、この時の疎マスクと密マスクのパターンの模式図を示した。図４（ａ）は、リソグラフィ工程前のウェハの断面図である。ウェハは、下層からＳｉ基板１１、ＳｉＯ２ゲート絶縁膜１２、ｐｏｌｙ−Ｓｉゲート電極膜１３、ＢＡＲＬ１４、ＰＲマスク１５を有している。図４（ｂ）は、リソグラフィ工程後を示しており、初期疎マスク１５１と初期密マスク１５２の寸法が同じであるウェハの断面図である。図４（ｃ）は、堆積ステップ工程後を示しており、疎マスク１５１Ｂが密マスク１５２Ｂの寸法よりも大きくなるウェハの断面図である。図４（ｄ）は、トリミング工程後を示しており、疎マスク１５１Ａと密マスク１５２Ａの寸法が同じであるウェハの断面図である。図４（ｅ）は、エッチング工程後を示しており、ゲート電極（以後ゲート電極のことをゲートと呼ぶ）が疎ゲート１３１と密ゲート１３２の寸法が同じであるウェハの断面図である。
本実施例は、図４の構造を用いて説明したが、たとえ構造が図４と違っていても（例えばメタルゲートや３Ｄゲート）本発明は同様に適用可能である。また、Ｌ／Ｓだけでなく、ホールのマスクシュリンク技術にも転用可能である。
【００４９】
同様にして、表１要求条件Ｃのマスク寸法２５ｎｍ、疎密差０を実現するには、図３（ｂ）に示すように、疎マスク寸法１７０ｎｍで密マスク寸法１４４ｎｍの時点Ａ６で堆積ステップ工程を終了させた後、トリミングステップ工程を実施して得ることができた。このとき、疎密差が最も大きいトリミング関係曲線Ｃ２３と、反対に疎密差が最も小さいトリミング関係曲線Ｃ３３をグラフ中に示した。実際にトリミング可能な領域は、これらの曲線と縦軸によって囲まれる領域となる。
【００５０】
このようにして堆積ステップ工程における疎密寸法シフト量（増加）とトリミング工程の疎マスクと密マスクの寸法シフト量（減少）を補償しあうようにお互いの時間を調整する方法で、広範囲で任意の疎マスクと密マスクの寸法を再現性良く得ることができる。
【００５１】
言い替えると、この技術を使うと、図３（ｃ）に示すように、疎密差が最も大きいトリミング関係曲線Ｃ２と、疎密差が最も小さいトリミング関係曲線Ｃ３と、縦軸で囲まれる従来のトリミング可能な領域に加えて、堆積ステップ工程実施後、疎密差が最も小さいトリミング関係曲線Ｃ３４と、堆積ステップ工程を実施しない疎密差が最も小さいトリミング関係曲線Ｃ３で囲まれる領域も加わり、自由に疎マスク寸法と密マスク寸法を独立して制御することができる。
【００５２】
さらには、本実施例である図１のフローを用いると、堆積ステップ工程においてマスクパターン側壁の凹凸を補完するように堆積していくため、ＬＥＲ（ＬＩＮＥ
ＥＤＧＥ ＲＯＵＧＨＮＥＳＳ）やＬＷＲ（ＬＩＮＥ ＷＩＤＴＨ ＲＯＵＧＨＮＥＳＳ）の低減にも効果がある。これは、マスクパターン側壁の凸部は入射イオンによって削ぎ落とされ、凹部へは堆積性ラジカルが堆積していくため、これら入射イオンと堆積性ラジカルのバランスでＬＥＲやＬＷＲの低減度合いが決まる。
【実施例２】
【００５３】
次に、図１に示す、本発明の堆積ステップ工程における疎パターン寸法と密パターン寸法の制御方法についての実施例を以下に示す。
【００５４】
実施例１で述べた疎マスク寸法と密マスク寸法の時間変化を示す堆積曲線Ｃ４の勾配は、圧力、流量、ガスの種類、ＲＦバイアス電力などの装置制御パラメータによって、制御することができる。ガスの種類は実施例１と同様ＣＨＦ３を用い、圧力２Ｐａ、流量１００ｍｌ／ｍｉｎ、ＲＦバイアス電力０Ｗに対する疎マスクと密マスクの寸法の時間変化を調べた。その実験結果を図３（ｄ）の三角のプロットで示し、実施例１と同様に実験点を結ぶ堆積曲線Ｃ４１を引いた。この曲線からもわかるように、密パターンよりも疎パターンの方が太いという結果は実施例１と同様である。だが、堆積曲線Ｃ４１の勾配は、実施例１の条件の堆積曲線Ｃ４の勾配とは異なり、疎密差を大きくとりにくい条件になっていることが分かる。
【００５５】
そこで、堆積曲線の勾配が各種パラメータにどのように依存するかを説明する。一般的に、圧力が高いと電子温度が低くなり、ガスの解離が抑制され、圧力が低いと電子温度が高くなり、ガスの解離が進む。同様に、流量を上げてもガスの解離が抑制される。この解離によって生成される化学種は、電子温度の高低によって異なる。そして、解離した化学種のダングリングボンドの数やエネルギー状態は、ウェハパターンへの吸着確率を変えるため、堆積曲線の勾配を変えることができる。
【００５６】
図５（ａ）は吸着確率が高い場合の堆積ステップ工程開始直後の図である。例えば、吸着確率が高い場合は、図５（ａ）のように微細パターン溝内部まで堆積性ラジカル１６が十分に供給されないため、図５（ｂ）に示す堆積ステップ工程実施後の疎パターン寸法１５１Ｄに比べて密パターン寸法１５２Ｄが小さくなる。従って、堆積曲線の勾配は小さくなる（疎密差は拡大）。
【００５７】
反対に、図６（ａ）は、吸着確率が低い場合の堆積ステップ工程開始直後の図である。吸着確率が低い場合は、図６（ａ）のように微細パターン溝内部まで堆積性ラジカル１６が供給されるため、図６（ｂ）に示す堆積ステップ工程実施後の疎パターン寸法１５１Ｄと密パターン寸法１５２Ｄがほぼ同じになる。したがって、堆積曲線の勾配は１に近づく。すなわち、疎密差は小さくなる。
【００５８】
また、吸着確率は、圧力の他に、用いるガスの化学種を変えて変更することができる。ＣＨＦ３の代わりにＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ６Ｆ６、ＣＯ、ＣＨ４、ＣＨ２Ｃｌ２、ＣＨ２Ｂｒ２などの堆積性ガスを用いて、堆積曲線の勾配を変えることが可能である。また、これらのガスを組み合わせて用いても良い。
【００５９】
同様に、ウェハステージの温度を決める電極温度を変えても吸着確率を変えることができる。電極温度を下げると堆積性ラジカルの吸着確率が高くなり、電極温度を上げると堆積性ラジカルの吸着確率が下がる。
【００６０】
上記吸着確率を変えるこれらの装置制御パラメータを組み合わせることで、堆積曲線の勾配を任意に変えることができる。
【００６１】
最後に、ＲＦバイアス電力を０Ｗの状態から徐々に出力を上げることで、イオンのパターン側壁への入射角を変えることができる。図７（ａ）にＲＦバイアス電力が０Ｗ近傍の場合のイオンの運動方向を示した。ウェハ面に対して、平行な方向を横、垂直方向を縦と定義する。疎パターンの横運動成分を持つイオン１７１は、矢印の方向に運動成分を持ち、パターン側壁へ容易に入射する。密パターンの横成分を持つイオン１７２は、マスクパターン上部に入射するイオンが多くなり、パターン側壁へ入射する確率が低くなる。したがって、イオンがデポ性物質の場合は密パターンよりも疎パターンの寸法が太りやすくなる。すなわち、堆積曲線の勾配が小さくなる。逆に図７（ｂ）に示すようにＲＦバイアス電力を上げていくと共に、横成分を持つイオンに比べて縦運動成分を持つイオン１７３の割合が増える。これは、側壁へ入射するイオンが少なくなっていき、寸法変化に寄与するイオンが減ることを表す。このことは、疎密差が縮まることを意味する。すなわち、堆積曲線の勾配は１に近づく。
【００６２】
ところで、堆積ステップ工程とトリミング工程を１回実施して疎マスクと密マスクの寸法を制御する方法を述べたが、目的の疎マスクと密マスクの寸法を得るために、堆積ステップ工程の寸法太り量を大きく取らないといけない場合が出てくる。例えば、密パターンにおいて隣り合うパターン同士の溝が堆積ステップ工程によって完全に塞がれてしまう場合である。この場合には、溝が塞がれない程度の堆積ステップ工程を実施して、堆積ステップ工程とトリミングステップ工程を交互に複数回繰り返して、徐々に目的の疎マスクと密マスクの寸法に近づける方法が有効である。
なお、本発明では、堆積ステップ工程またはトリミング工程の前にシ−ズニング工程を用いて説明したが、シーズニング工程を導入しなくても適当な積層条件を用いた堆積ステップ工程とトリミングステップ工程を交互に複数回繰り返すことにより、隣り合うパターン同士の溝を塞がない作用があるので、シ−ズニング工程の省略も可能である。
【００６３】
また、吸着確率が高い条件では、図８のように密マスクパターン上部側壁の堆積物の集中１５２Ｃによって、やがて隣り合うパターン同士の溝が塞がれてしまう場合がある。ＲＦバイアス電力の出力を上げると、イオンによるそぎ落とし効果、すなわち、パターンが埋まらないよう、側壁をそぎ落とす効果があるので、密部への開口度を維持することが期待される。
【００６４】
また、堆積ステップ工程による堆積膜とＰＲマスクの組成はほぼ同じであるため、堆積ステップ工程とトリミング工程の実施順番は反対にしても良い。但し反対にした場合は、堆積ステップ工程実施後ＢＡＲＬ１４上に堆積層ができるので、これを除去する工程が必要となる。
【００６５】
以上を利用すれば、疎マスクと密マスクの寸法を自由に制御できるので、図１のＢＡＲＬエッチング工程Ｓ４、ゲートエッチング工程Ｓ５において垂直エッチングができない場合でも、所望の疎ゲート寸法と密ゲート寸法を得るのは簡単である。このような場合は、トリミング後の目標マスク寸法を補正することで、所望の疎ゲート寸法および密ゲート寸法を実現できる。例えば、ゲートエッチング工程後のゲート寸法が、トリミング工程後のマスク寸法より疎マスクで４ｎｍ、密マスクで３ｎｍ小さくシフトするなら、予めトリミング工程後の目標マスク寸法を疎マスクで４ｎｍ、密マスクで３ｎｍ大きく設定しておけばよい。
【００６６】
以上、これら本実施例２で述べた方法を利用すれば、従来技術に比べて疎マスクと密マスク寸法の制御範囲を更に広げることも可能である。
【実施例３】
【００６７】
以下に、図９を参照しながら、安定的に目標とする疎マスクと密マスクの寸法を得るための実施例を以下に示す。この実施例は課題（２）に対応する。図９は、本発明の第２形態におけるフローチャートである。図１のフローチャートに、疎マスクと密マスクの寸法の測定工程Ｓ１１と、堆積ステップ工程Ｓ２とトリミングステップ工程Ｓ３の実施時間を算出する工程Ｓ１２が加わる。
【００６８】
先ず、疎マスク寸法と密マスク寸法の測定工程Ｓ１１において、複数のウェハを処理することによって経時的に変化する露光完での疎マスクと密マスク寸法の変動をＯＣＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｒｉｔｉｃａｌ ＤｉｍｅｎＳｉｏｎ）またはＣＤ−ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ ＤｉｍｅｎＳｉｏｎ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）またはＣＤ−ＡＦＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ ＤｉｍｅｎＳｉｏｎ−Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）またはその組み合わせにより検知する。
【００６９】
次に、得られた疎マスク寸法と密マスク寸法から、堆積ステップ工程Ｓ２と、トリミングステップ工程Ｓ３の実施時間を算出する（Ｓ１２）。堆積ステップ工程Ｓ２において、マスク寸法は時間に対してほぼ線形的に増加し、トリミングステップ工程Ｓ３におけるマスク寸法は時間に対してほぼ線形的に減少する。そこで、時間算出方法はたとえば、以下のようになる。
【００７０】
堆積ステップ工程Ｓ２によるＣＤ ｓｈｉｆｔをＤｉｓｏ＞０、Ｄｄｅｎｓｅ＞０（ｎｍ）、単位時間当たりのＣＤ ｓｈｉｆｔの大きさをＲｉｓｏ、Ｒｄｅｎｓｅ（ｎｍ／ｓ）、堆積ステップ工程Ｓ２の時間をＴｄとすれば、この関係より下記（１）式を得る。
【数１】
【００７１】
また、トリミングステップ工程Ｓ３によるＣＤ ｓｈｉｆｔをＴｒｉｓｏ＜０、Ｔｒｄｅｎｓｅ（ｎｍ）＜０、単位時間当たりのＣＤ ｓｈｉｆｔの大きさＲ‘ｉｓｏ、Ｒ’ｄｅｎｓｅ（ｎｍ／ｓ）、堆積ステップ工程Ｓ３の時間をＴｔとすれば、この関係より下記（２）式を得る。
【数２】
【００７２】
測定して得た疎マスクと密マスクの寸法をそれぞれＣＤｉｓｏ、ＣＤｄｅｎｓｅ（ｎｍ）とし、堆積ステップ工程Ｓ２とトリミング工程Ｓ３実施後の目標疎マスク寸法Ｘ（ｎｍ）、密マスク寸法Ｘ＋ｇ（ｎｍ）とすれば、それぞれ（３）式および（４）式で表せる。
【数３】
【００７３】
上記（３）式および（４）式から、下記（５）式を得る。
【数４】
【００７４】
さらに、上記（５）式に（１）式および（２）式の関係を適用して、下記（６）式を得る。
【数５】
【００７５】
ここで、（３）式及び（６）式よりＴｄを消去して、下記（７）式を得る。
【数６】
【００７６】
（７）式をΔＣＤ＝ＣＤｉｓｏ−ＣＤｄｅｎｓｅ、
ΔＲ＝Ｒｉｓｏ−Ｒｄｅｎｓｅ、
ΔＲ’＝Ｒ’ｉｓｏ−Ｒ’ｄｅｎｓｅで置き換えると、下記（８）式となる。
【数７】
【００７７】
あらかじめ、Ｒｉｓｏ、Ｒｄｅｎｓｅ、Ｒ’ｉｓｏ、Ｒ’ｄｅｎｓｅ、ＣＤｉｓｏ、ＣＤｄｅｎｓｅを測定しておけば、目標の疎マスクと密マスクの寸法Ｘ、Ｘ＋ｇにするには、（７）式および（３）式からデポプロセスをＴｄ秒、トリミングプロセスをＴｔ秒実施すれば良いことが分かる。このように、堆積ステップ工程Ｓ２とトリミングステップ工程Ｓ３の時間を算出し、堆積ステップ工程、トリミングステップ工程を適切時間実施すれば、経時的に変化する露光完での疎マスク寸法と密マスク寸法の変動をキャンセルできる。したがって、目標疎マスク寸法と目標密マスク寸法を実現することができる。
【００７８】
また、上記ΔＲ＝Ｒｉｓｏ−Ｒｄｅｎｓｅ、ΔＲ’＝Ｒ’ｉｓｏ−Ｒ’ｄｅｎｓｅの値は、堆積ステップ工程及びトリミングステップ工程中のプラズマ中の発光予測による決定や、形状シミュレーション技術を用いた予測に基づいて決定してもよい。さらには、形状シミュレーション技術だけで、もしくは発光解析と組み合わせて、Ｔｔ、Ｔｄを算出してもよい。
【００７９】
ところで、（３）式の第２項と第３項を見るとΔＲ＝０、ΔＲ’＝０の時は、Ｔｄ、Ｔｔが求まらず、寸法を制御できない。堆積ステップ工程とトリミングステップ工程の単位時間辺りのＣＤ ｓｈｉｆｔが疎マスクと密マスクで同じ値になることは普通ないが、近い場合には、疎密差制御にかかる時間Ｔｄ、Ｔｔが増してしまう。したがって、実施例２のように堆積ステップ工程における各パラメータを調整して、堆積曲線の勾配を変える手段が有効である。
【実施例４】
【００８０】
以下に、図１０を参照しながら、経時的に起こる疎マスクと密マスクのゲートの寸法変動に対して、安定的に目標とする疎マスクと密マスクのゲート寸法を得るための実施例を以下に示す。この実施例は、課題（３）に対応する。図１０は、本発明の第３の実施形態におけるフローチャートである。この実施例では、図９に示した処理に、ゲートエッチング後の後処理（Ｓ５１）と、疎マスク領域のゲート寸法（以下、疎ゲート寸法と示す）と密マスク領域のゲート寸法（以下、蜜ゲート寸法と示す）の測定工程（Ｓ６）及び次のウェハの堆積ステップ工程とトリミングステップ工程の実施時間を算出する工程（Ｓ６１）が加わる。
【００８１】
先ず、ゲートエッチングＳ５およびアッシングなどの後処理（Ｓ５１）完了後、疎ゲート寸法と密ゲート寸法の測定工程において疎ゲート寸法と密ゲート寸法の変動をＯＣＤまたはＣＤ−ＳＥＭまたはＣＤ−ＡＦＭまたはその組み合わせにより検知する。
【００８２】
検知した疎ゲート寸法と密ゲート寸法の変動情報を基に、目標疎マスク寸法と目標密マスク寸法の補正値を求め、その新たな目標疎マスク寸法と密マスク寸法を見込む、堆積ステップ工程とトリミングステップ工程の実施時間を算出する（Ｓ６１）。次ウェハないし次ロットに反映して、疎ゲート寸法と密ゲート寸法の長期変動を抑制し、安定的に目標とする疎ゲート寸法と密ゲート寸法を得ることができる。
【００８３】
また、図１１は後述する実施例５と実施例４を組み合わせた第４の実施形態のフローチャートである。先ず、Ｓ１、Ｓ１１Ｃ、Ｓ１１Ｓ、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ５１、Ｓ６は図１０に示した実施例４と同じで、疎／密マスク寸法を測定する工程Ｓ１１と、堆積ステップ工程とトリミングステップ工程の時間を算出する（Ｓ１２’）方法が実施例４と異なる。疎マスク寸法と密マスク寸法の測定工程Ｓ１１における疎マスクと密マスクの寸法変動と疎ゲート寸法と密ゲート寸法の測定工程Ｓ６における疎マスクと密マスクの寸法変動を元に、目標疎マスク寸法と目標密マスク寸法を決定する。決定した目標疎マスク寸法と目標密マスク寸法を見込む、堆積ステップ工程とトリミングステップ工程の時間を算出（Ｓ１２’）して、露光マスク寸法と疎ゲート寸法と密ゲート寸法のそれぞれの変動に対して、目標の疎ゲート寸法と密ゲート寸法が得られるようにする。
【００８４】
ここまでの実施例では、堆積ステップ工程のエッチング条件や時間を変えて、疎マスク寸法と密マスクマスク寸法及び疎ゲート寸法と密ゲート寸法を制御する方法を説明したが、トリミング工程Ｓ３、ＢＡＲＬエッチング工程Ｓ４におけるエッチング条件や時間も、疎マスク寸法と密マスク寸法の制御に利用することができる。但し、スループット向上の観点から、堆積ステップ工程からゲートエッチング工程までの各工程で電極温度を素早く変えられる装置が望ましい。理由の一つは、各工程において、電極の温度により吸着確率を変化させて、疎マスク寸法と密マスク寸法の制御の範囲が広げられるからである。もう一つは、ゲートのエッチング工程では垂直形状を得るために最適な電極温度が決まるが、必ずしも堆積ステップ工程やトリミングステップ工程の電極温度とは一致しないためである。
【実施例５】
【００８５】
ここまでの実施例において、下層からＳｉ基板、ＳｉＯ２、Ｐｏｌｙ―Ｓｉ、ＢＡＲＬ、ＰＲマスクで構成されるゲートの疎マスク寸法と密マスク寸法の制御について説明してきた。このような構造、材質以外でも疎マスク寸法と密マスク寸法の制御が可能であることを以下の実施例で示す。
【００８６】
疎マスク寸法と密マスク寸法は本発明によって自由に制御可能なので、マスクより下層の材質は何であっても良い。言い替えれば、マスクより下層の材質のエッチングによって疎マスク寸法と密マスクの寸法が変化した分は、疎マスク寸法と密マスク寸法の補正によって、目標とする疎ゲート寸法と密ゲート寸法が得られる。つまり、ゲート、反射防止膜などの材料は何であっても対応できる。したがって、ゲートの材料としてはＭｏ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴａＣ、ＨｆＮ、ＨｆＳｉＮ、ＷＳｉなどのメタルゲートや、ＮｉＳｉ、ＰｔＳｉなどのフルシリサイドゲートにも対応可能である。マスクの材料としては、アモルファスカーボン、ＳｉＯＮ、Ｔｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣなどでも良い。これらのマスク材料は、主に多層マスク構造の一部として使われる。反射防止膜の材料としては、ＢＡＲＣなどの有機膜を使うこともできるが、ＢＡＲＣは、ＰＲマスクの組成とほぼ同一であることを考慮に入れなければならない。
【００８７】
図１２は、下層からゲート電極膜１３３、ＢＡＲＣ１４１、ＰＲマスク１５３で構成されたウェハの断面図である。このようにＰＲマスク下層の反射防止膜がＢＡＲＣの場合は、トリミング工程によって、マスク寸法が変わると共にＢＡＲＣも一緒に削れる。このトリミング工程時（ＢＡＲＣ ＭＥとも呼ぶ）の単位時間当たりの疎マスク寸法と密マスク寸法の差をΔＲＭＥ、ＢＡＲＣ ＯＥ（オーバーエッチング）時の単位時間当たりの疎マスク寸法と密マスク寸法の差をΔＲＯＥと定義すれば、ΔＲＯＥは反射防止膜がＢＡＲＬである場合のＰＲマスクのトリミング工程とほぼ同様の値になると考えてよい。すなわち、反射防止膜がＢＡＲＣである場合のトリミング工程は、ΔＲＭＥ、ΔＲＯＥの２段階をマスク寸法と密マスク寸法の制御に使える。但し、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）によるゲート電極の段差発生に伴うＢＡＲＣ１４１の厚み分布があって、ＯＥ時間はＢＡＲＣの最深部１４２まで削り取られるように決定されるため、この時間範囲内で制御する必要がある。
【００８８】
多層マスク構造を持つ場合は、それぞれのマスク層において多段的にマスク寸法と密マスク寸法を制御しても良い。またその構造としては、例えば、ＰＲマスク／ＢＡＲＣ／ＳｉＯＮ／Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−Ｃａｒｂｏｎがある。
【００８９】
また、マスク材料がＰＲマスクの代わりにＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＨｆＳｉＯ、ＨｆＳｉＯＣｌなどのハードマスクが使用される場合は、ＳｉＦ４またはＳｉＣｌ４またはＳｉＨ４またはＴＥＯＳまたはその組み合わせなどのＳｉ系ガスを使用した堆積ステップ工程を用いることで、ＰＲマスクの堆積ステップ工程と同様のことが実施可能である。
【実施例６】
【００９０】
以下に、疎マスク寸法と密マスク寸法の制御時に問題となるウェハのパターン面内分布を制御する指針である第６の実施例を示す。
【００９１】
一般的にエッチングは、プラズマ中で生成されたイオン及びラジカルが半導体基板に入射し、被加工物であるＳｉや有機材料との表面反応により加工される。
【００９２】
またエッチングした際に生じる反応生成物も、半導体基板に再入射しエッチング反応を阻害する。この表面反応およびラジカルや反応生成物への付着は、半導体基板温度に大きく依存する。そのため加工寸法および加工形状は、半導体基板に入射するイオン、ラジカル、反応生成物のフラックスだけでなく、半導体基板温度により異なる。通常、プラズマの分布を制御することにより、半導体基板に入射するイオンやラジカルのフラックスの面内分布は制御可能であるが、反応生成物は基本的に拡散分布であり、その分布を制御することは困難である。そのため、半導体基板の温度分布を制御することにより、加工寸法および加工形状を制御する方法は、加工精度の半導体基板面内均一性を向上する上で、非常に有効な手段である。
【００９３】
保護膜を堆積する堆積ステップ工程Ｓ２においては、主な表面反応としては、プラズマ中で均一に生成された炭素系反応物がＰＲマスクに付着する反応が重要であるため、面内の温度分布は均一な方が望ましい。
【００９４】
一方、ゲートのエッチング工程においては、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜に入射するイオン、ラジカルおよびＳｉ反応生成物とｐｏｌｙ−Ｓｉとの複雑な反応が支配的となるため、各入射粒子の半導体基板面内分布を考慮した温度分布制御をする必要がある。例えば、反応生成物の再付着はウェハ面内周から外周に向かって徐々に減少していく“中高分布”となるので、ウェハステージの温度分布を内周から外周に向かって下げることで、反応生成物の再付着がウェハ面内で均一になるようにすることができる。これにより、面内寸法をより均一にすることができる。
【００９５】
本発明が適用されるエッチング装置の例として、図１３に示すエッチング装置を用いることができる。エッチング装置は、処理容器内に処理ウェハ２１０を載置する電極と、ガス供給口と、電磁石２４１と、高周波電源２５０と、ＲＦおよびバイアス電源２６１と整合機２６２と、サーキュレータ２７０と、発光分光器２８０を有している。処理ウェハ２１０の下に内電極２２１と外電極２２２を装備する。ガス供給口は内側ガス供給口２３２と外側ガス供給口２３１からなる。
【００９６】
ウェハを配置するウェハステージの温度および温度分布を制御するには複数冷媒の使用、裏面Ｈｅ圧力の制御、ヒータの利用等がある。例えば図１３に示すエッチング装置は、処理ウェハ２１０の下に内電極２２１と外電極２２２を装備する。
【００９７】
面内を均一にする方法としてもう一つ考えられるのは、２系統以上持つ供給ガス口を使って、反応性ラジカルや堆積性ラジカルの分布を変える制御方法である。反応生成物の“中高分布“に対して、反応性ラジカルが中高、もしくは堆積性ラジカルが外高、もしくはその組み合わせで面内を均一に制御することができる。例えば図１３に示すエッチング装置は、内側ガス供給口２３２と外側ガス供給口２３１の２系統を装備する。
【００９８】
以上より、面内均一性を考慮しつつ、疎／密寸法制御することで、ウェハ全面において所望の疎／密マスク寸法やゲート寸法を得ることができる。
【実施例７】
【００９９】
本実施例では、少量多品種向けニーズに対して有効な方法を説明する。この実施例は前記問題（４）に対応する。図１４は、スペースの定義を説明するための図である。図１４に示されるように、隣り合うマスク１２０１とマスクの間の広さＸsをスペースと定義する。
【０１００】
【表２】
表２は、マスク高さが２００ｎｍである場合の各スペースの広さと各堆積時間に対して、そのスペースにあるマスクのＣＤ ｂｉａｓを示す表である。その結果、ＣＤ ｂｉａｓをスペースＸＳ（ｎｍ）と堆積時間Ｔｄの関数として、下記（９）式にて精度良くあらわすことができる法則性があることがわかった。
【数８】
【０１０１】
実験値からこの関係式を求めれば、全てのスペースにおけるＣＤ ｂｉａｓを推定することが可能になる。すなわち、堆積ステップ工程のプロセス条件毎にデータを蓄積しておけば、一度も堆積ステップ工程を実施したことのないスペースの広さであるマスク寸法やマスク密度を持つウェハに対しても、ＣＤ ｂｉａｓを推定して、推定通りに実現することができる。この疎密関係式の導出には、実験データが３点以上あれば良い。ただし、精度良く疎密関係式を得るためには、できるだけ多数点のスペースと堆積時間におけるＣＤ ｂｉａｓを取得することが望ましい。
【０１０２】
ここで、初期マスク寸法が４０ｎｍであるウェハを用いて、スペース＝２８０、４４０、３０００ｎｍにおけるＣＤ ｂｉａｓの堆積時間依存性を実験によって取得した。図１５は、スペース＝２８０、４４０、３０００ｎｍにおけるＣＤ ｂｉａｓの堆積時間依存性（９０、２１０、３９０秒）の実験値と、疎密勾配式からの推定値を示したグラフである。このグラフのことを疎密寸法グラフと呼ぶことにする。
【０１０３】
推定したＣＤ ｂｉａｓを×印のプロットで示した。その結果、推定ＣＤ ｂｉａｓは、堆積時間に対して線形的になった。そこで、推定ＣＤ ｂｉａｓの時間依存性を線形近似したものを点線で示した。近似精度を良くするためには、疎密関係式を堆積時間毎に多数作成する方法がある。また、フィッティングをおこなって多項式を作成してもよい。さらに、グラフ中には、スペース＝２８０、４４０、３０００ｎｍのＣＤ ｂｉａｓの実験値をそれぞれ菱形（◆）、四角（■）、三角（▲）のプロットで示した。推定される近似曲線値と実験値のＣＤ ｂｉａｓを比較した結果、誤差は、±２．０ｎｍ以内とＣＤ−ＳＥＭの誤差と同等レベルであることがわかった。これは、ＣＤ−ＳＥＭを用いてウェハ面内のマスク寸法を多点測定して平均化すること及び、測定ラインを長く（２μ程度）することで、より誤差が小さくなるものと考えられる。
【０１０４】
以上のように、ある堆積時間においてスペースの異なる３点以上のＣＤ ｂｉａｓを測定し、フィッティングを用いることで、疎密関係式を得ることができる。この疎密関係式を用いれば、全てのスペースにおける堆積時間におけるＣＤ ｂｉａｓを精度よく推定できることを利用して、どんな疎／密マスク寸法や密度をもつウェハに対しても、所望の疎／密マスク寸法を実現することができる。さらに、堆積時間をかえた疎密関係式を予め得ておくことによって、全てのスペースにおけるＣＤ ｂｉａｓの時間依存性がわかる。
【０１０５】
本実施例では、マスク高さが２００ｎｍである場合のスペースの広さと、そのスペースにあるマスクのＣＤ ｂｉａｓの関係から、疎密関係式を求めた。この疎密関係式は、マスク高さに関わらず疎密関係式を用いて表すことができる。また、今回の実験では、Ｌ＆Ｓの多いシンプルなＤＲＡＭ、フラッシュメモリをターゲットとしたため、疎密関係式をスペースの関数とした。一方で、ロジックやＳＲＡＭ等では、疎密関係式をスペースの代わりにマスクの面積密度の関数として用いることができる。さらには、スペースの代わりに、マスク高さとスペースの比（アスペクト比）を使うこともできる。
【０１０６】
また、前実施例の疎／密に関する堆積曲線の勾配をガスの種類、ガスの流量、ガスの圧力、電極温度、ＲＦバイアス電力等の条件を用いて変えられると説明したように、疎密関係式であらわされるスペースとＣＤ ｂｉａｓの関係もこれらの条件で制御できることは容易にわかる。さらに、本発明はトリミング工程においても堆積ステップ工程と同様に、疎密関係式を作ることができる。従って、堆積ステップ工程だけでなく、トリミング工程でも疎密関係式を用いることで、任意のＬ／Ｓに対してＣＤ制御が可能で少量多品種処理を再現性よく疎／密マスク寸法を実現することができる。
【実施例８】
【０１０７】
実施例１では、シーズニング工程を導入して、堆積ステップ工程の終点を時間で制御する方法を示した。堆積ステップ工程の前にシーズニング工程を用いない場合には、図１６のように、疎／密マスク寸法は堆積時間依存性に対して線形性が悪くなることを説明した。このことは、例えば、図１５を用いて説明すると（本実施例では、スペース３０００ｎｍの間隔のマスクを疎、スペース２８０ｎｍの間隔のマスクを密と定義する。）、疎寸法３６．１ｎｍ、密寸法１４．３ｎｍを目標として堆積時間を２１０秒実施したが、１８０秒分（疎寸法２９．０ｎｍ、密寸法１２．０ｎｍ）の疎／密マスク寸法の増加程度になってしまうような問題を生じる。もちろん、その逆に増加し過ぎることもある。
【０１０８】
本実施例では、シーズニング工程を用いなくても、堆積ステップ工程の終点を膜厚干渉計にて測定される膜厚を用いて制御すること及び、疎密関係式を用いることで、精度良く所望の疎／密マスク寸法に増加させることを可能にする実施例を示す。
【０１０９】
図１７は、堆積ステップ工程中のある時刻における疎マスクパターンを示す模式図である。堆積ステップ工程中には、疎マスクパターン側壁２３０１はもちろんオープンスペース２３０２にも堆積膜が付着する。本実験では、オープンスペースの膜厚の測定には、プラズマ発光のウェハからの反射干渉光を用いた。もちろん、ウェハに照射する入射光源を用いて、ウェハからの反射光干渉光を検出する膜厚モニタの方法を用いても良い。さらに、膜厚モニタが、ウェハ以外、例えばリアクタ壁、サセプタ上の堆積物を検知しても良い。
【０１１０】
堆積したオープンスペースの膜厚２３０３と疎マスクパターンのＣＤ ｂｉａｓの関係を調べた結果、非常に良い相関があることわかった。実験の結果、疎ＣＤ ｂｉａｓは、オープンスペース部分に堆積した膜厚に対して線形に増加することがわかった。すなわち、疎ＣＤ ｂａｉａｓと密ＣＤ ｂａｉａｓとの関係は下記（１０）式で表現できる
【数９】
【０１１１】
ここでは、ａを変換係数と定義する。本実施例のプロセス条件では、ａの値は０．５３３１であることがわかった。このａはプロセス条件毎に決定される。
【０１１２】
予めプロセス条件毎にａの値を求めておけば、堆積ステップ工程中リアルタイムで膜厚をモニタすることで、疎ＣＤ ｂｉａｓを推定可能である。この推定される疎ＣＤ ｂｉａｓをもとに終点をとることで、所望の疎ＣＤ ｂｉａｓを精度良く得ることができる。
【０１１３】
ところで、疎ＣＤ ｂｉａｓがわかれば、前実施例にて説明した疎密関係式から算出可能なＣＤ ｂｉａｓの堆積時間依存性（図１５）を用いることで、全てのスペースにおけるＣＤ ｂｉａｓを推定可能となる。この方法を用いれば、任意のスペースにおけるＣＤ ｂｉａｓが所望の寸法に達したときに終点取ることが可能になる。
【０１１４】
図１８は、任意のスペースで終点をとる方法を説明するための図の一例である。例えば、スペース４４０ｎｍにおいて所望のＣＤ ｂｉａｓが１０ｎｍであれば、疎のＣＤ ｂｉａｓが２０ｎｍとなったときを終点とすれば良い。もう一例を上げると、例えば、スペース２８０ｎｍにおいて所望のＣＤ ｂｉａｓが２２ｎｍであれば、疎のＣＤ ｂｉａｓが６９ｎｍとなったときを終点とすれば良い。
【０１１５】
このように、疎密関係式から推定可能な疎密寸法グラフと、オープンスペース部分の膜厚から換算された疎寸法をリアルタイムに監視する方法を用いて、終点をとることで、所望とするスペースにおけるマスク寸法を精度良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる半導体製造方法のフローチャート。
【図２】堆積ステップ工程の時間を３９０秒間に固定し、連続して４枚のウェハを処理したときの疎／密ＣＤ ｂｉａｓの測定結果のグラフ。
【図３（ａ）】ＣＨＦ３を用い、圧力０．２Ｐａ、流量６０ｍｌ／ｍｉｎ、ＲＦバイアス電力１０Ｗで堆積ステップを実施した後トリミング工程を実施したときの堆積曲線の推移とトリミング後の疎マスクと密マスクの寸法の推移を説明するグラフ。
【図３（ｂ）】表１に示す要求条件Ｃのマスク寸法２５ｎｍ、疎密差０を実現する堆積ステップ工程とトリミング工程における疎マスクと密マスクの寸法の推移を説明するグラフ。
【図３（ｃ）】本発明により疎密差の制御範囲が広がったことを示すグラフ。
【図３（ｄ）】ＣＨＦ３を用い、圧力２Ｐａ、流量１００ｍｌ／ｍｉｎ、ＲＦバイアス電力０Ｗで堆積ステップを実施した後トリミング工程を実施したときの堆積曲線の推移とトリミング後の疎マスクと密マスクの寸法の推移を説明するグラフ。
【図４】本発明による疎マスクと密マスクの寸法を独立して制御する方法を説明する模式図。
【図５】吸着確率が高い場合の堆積ステップ工程前後のマスクパターンの推移を説明する断面図。
【図６】吸着確率が低い場合の堆積ステップ工程前後のマスクパターンの推移を説明する断面図。
【図７】ＲＦバイアスにより疎パターンと密パターンへの堆積量を制御することを説明する模式図。
【図８】吸着確率が高い条件で堆積ステップ工程を実施後のウェハ断面図。
【図９】本発明の第２の実施形態にかかる半導体製造方法のフローチャート。
【図１０】本発明の第３の実施形態にかかる半導体製造方法のフローチャート。
【図１１】本発明の第４の実施形態にかかる半導体製造方法のフローチャート。
【図１２】下層からゲート電極膜、ＢＡＲＣ、ＰＲマスクで構成するウェハの構造を説明する断面図の例。
【図１３】本発明が実施されるエッチング装置の断面図の一例。
【図１４】スペースの定義を説明するための図。
【図１５】スペース＝２８０、４４０、３０００ｎｍにおけるＣＤ ｂｉａｓの堆積時間依存性（９０、２１０、３９０秒）の実験値と、疎密勾配式からの推定値を示したグラフ。
【図１６】シーズニング工程後、図１のフローチャートにおいて、堆積ステップ工程の堆積性ガスとしてＣＨＦ３を用い、圧力０．２Ｐａ、流量６０ｍｌ／ｍｉｎ、ＲＦ ５Ｗのときの、初期マスク寸法を基準とした疎／密マスク寸法の増加（疎／密ＣＤ ｂｉａｓと呼ぶ）と堆積時間の関係を調べた結果のグラフ。
【図１７】堆積ステップ工程中のある時刻における疎マスクパターンを示す模式図。
【図１８】任意のスペースで終点をとる方法を説明するための図の一例。
【図１９】トリミング工程実施前後のウェハの構造を説明する断面図。
【図２０】初期寸法が疎密共に１００ｎｍである場合の従来のトリミンググラフ。
【図２１】初期寸法が疎１００ｎｍ、密９０ｎｍである場合の従来のトリミンググラフ。
【符号の説明】
【０１１７】
１１：Ｓｉ基板
１２：ＳｉＯ２ゲート絶縁膜
１２０１：マスク
１３：ｐｏｌｙ−Ｓｉゲート電極膜
１３３：ゲート電極膜
１４：ＢＡＲＬ
１４１：ＢＡＲＣ
１３１：疎パターンゲート
１３２：密パターンゲート
１５：露光前のＰＲマスク
１５１：露光後のＰＲマスクの疎パターン
１５１Ａ：トリミング工程後のＰＲマスクの疎パターン
１５１Ｂ：堆積ステップ工程後のＰＲマスクの疎パターン
１５１Ｄ：堆積ステップ工程後の疎パターン寸法
１５２：露光後のＰＲマスクの密パターン
１５２Ａ：トリミング工程後のＰＲマスクの密パターン
１５２Ｂ：堆積ステップ工程後のＰＲマスクの密パターン
１５２Ｃ：堆積ステップ工程後の密マスクパターン上部側壁の堆積物の集中
１５２Ｄ：堆積ステップ工程後の密パターン寸法
１５３：ＰＲマスク
１６：堆積性ラジカル
１７１：疎の横運動成分を持つイオン
１７２：密の横成分を持つイオン
１７３：縦運動成分を持つイオン
２２１：内電極
２２２：外電極
２１０：処理ウェハ
２３１：外側ガス供給口
２３２：内側ガス供給口
２４０：シャワープレート
２４１：電磁石
２５０：高周波電源
２６１：ＲＦバイアス電源
２６２：ＲＦ整合機
２７０：サーキュレータ
２８０：発光分光器
２３０１：疎マスクパターン側壁
２３０２：オープンスペース部
２３０３：堆積したオープンスペースの膜厚
Ａ４：疎寸法１３９ｎｍ、密寸法１２７ｎｍ
Ａ６：疎寸法１７０ｎｍ、密寸法１４４ｎｍ
Ｃ１：疎密差が０であることを示す点線
Ｃ２：疎密差が最も大きいトリミング条件における疎マスク寸法と密マスク寸法の関係曲線
Ｃ２１：疎密差の大きい曲線
Ｃ２２：疎密差が最も大きいトリミング関係曲線
Ｃ２３：疎密差が最も大きいトリミング関係曲線
Ｃ３：疎密差が最も小さいトリミング条件における疎マスク寸法と密マスク寸法の関係曲線
Ｃ３１：疎密差の小さい曲線
Ｃ３２：疎密差が最も小さいトリミング関係曲線
Ｃ３３：疎密差が最も小さいトリミング関係曲線
Ｃ４：堆積曲線
Ｃ４１：堆積曲線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子または正孔をキャリアとするＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタを含む半導体装置の製造方法に関わり、特に異なるパターン密度を有する微細寸法のゲート電極を、安定に形成するドライエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体集積回路の高集積化及び高速化に伴い、ゲート電極の更なる微細化が要求されている。しかし、わずかなゲート電極の寸法変動がソース−ドレイン電流やスタンバイ時のリーク電流値を大きく変動させるため、ゲート電極の寸法精度を高く保つことが非常に重要である。
【０００３】
一般的なこのゲート電極の形成する工程を説明する。シリコン（以下、Ｓｉと示す）基板の上に、酸化シリコン（以下、ＳｉＯ２と示す）ゲート絶縁膜、ゲート電極となるポリシリコン（以下、Ｐｏｌｙ‐Ｓｉと示す）膜、反射防止膜であるＢＡＲＬ（Ｂｏｔｔｏｍ ａｎｔｉ‐ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）膜、フォトレジスト（Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｉｓｔ）（以下、ＰＲとも言う）膜を積層させる成膜工程を経て積層膜を形成する。次に、ＡｒＦやＦ２光源等を用いた露光工程、ベーク処理工程、現像処理工程等からなるリソグラフィ工程を経て、マスクパターンが完成する。現状では、露光工程に用いる光の波長（１９３ｎｍ、１５７ｎｍ）より短いゲート電極寸法の加工が要求されるため、リソグラフィ工程の後に、エッチング装置を用いたＰＲ膜のトリミング工程を行い、マスク寸法を細線化することで、微細寸法のゲート電極形成に対応してきた。この後に、トリミングされたフォトレジストをマスクとして、ＢＡＲＬエッチング工程、ゲートエッチング工程であるドライエッチング工程を経て、ゲート電極が完成する。
【０００４】
これらマスクパターンのトリミング工程からゲートエッチング工程までは、エッチング装置内で処理される。エッチング装置は、例えば、真空処理室内にエッチングガスを導入し、減圧下でプラズマ放電を発生させ、このプラズマ中に発生するラジカル或いはイオンを、被処理物であるウェハ表面と反応させてエッチングする。このとき、エッチング処理はレシピと呼ばれる複数の設定条件に基づいて行われる。このレシピに規定される装置パラメータとしては、ガスの種類、ガス圧力、ガス流量、プラズマソースパワー、基板にイオンを引き込むためのＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）バイアス電力、ウェハステージの温度を決める電極温度、処理時間等がある。
【０００５】
さて、ゲート電極のエッチングには、ｐｎ差と疎密差の課題がある。ｐｎ差とは、ｐＭ
ＯＳとｎＭＯＳの部分で生じる完成寸法の差や形状の違いである。
【０００６】
一方、疎密差とは、マスクパターンが疎に設けられた領域のマスクパターン寸法（以下、疎パターン寸法という）とマスクパターンが密に設けられた領域のマスクパターン寸法（以下、密パターン寸法という）の差を示す。ゲート電極のエッチングでは、最終的に目的の疎密差となるゲート電極寸法に加工することが要求される。したがって、ゲートエッチング工程では、上記のようなｐｎ差や疎密差の課題を考慮しつつエッチングする必要がありながら、ＭＯＳ素子の性能の観点からゲート電極を垂直加工することが優先されるため、所望の疎ゲート電極寸法と密ゲート電極寸法を得る上で、マスクの疎パターン寸法と密パターン寸法の精度とその制御技術が重要となる。
【０００７】
ところが、半導体集積回路には、例えば、メモリ、ロジック部に代表される面積密度の大きい密パターン領域と、周辺回路部に代表される面積密度の小さい疎パターン領域が同一ウェハ上に存在する。そのため、マスク寸法制御も容易ではない現況にある。その一因を以下に述べる。
【０００８】
図１９（ａ）は、下層からＳｉ基板１１、ＳｉＯ２ゲート絶縁膜１２、ｐｏｌｙ−Ｓｉゲート電極膜１３、ＢＡＲＬ１４、ＰＲマスク１５の疎パターン１５１および密パターン１５２で構成される、一般的なゲート電極形成前のウェハの断面図である。このウェハをトリミング処理すると、ＰＲマスクの疎パターン１５１に対してＰＲマスクの密パターン１５２では、横方向の運動成分を持つラジカルがパターンの間に進入する確率が低くなるため、図１９（ｂ）のようにトリミング工程後の密パターン１５２Ａに比べてトリミング工程後の疎パターン１５１Ａのトリミング量が大きくなる。ここで、トリミング量とは、疎パターンを用いて説明すると、パターンの初期寸法Ｘｉと、トリミング工程後のパターン寸法Ｙｉの差（Ｘｉ−Ｙｉ）と定義する（密パターンのトリミング量はＸｄ−Ｙｄとなる）。疎密差とは、トリミング後の疎パターン寸法Ｙｉと密パターン寸法Ｙｄの差Ｙｉ−Ｙｄと定義される。
【０００９】
一般的に、ラジカル反応が支配的なトリミング工程では、露光完のマスクパターン寸法が疎パターンと密パターンで同じなら、トリミング工程後の疎パターン１５１Ａは、トリミング工程後の密パターン１５２Ａよりも寸法が小さくなる。このようなメカニズムは、疎パターンと密パターンでの寸法制御を難しくする。
【００１０】
しかし、疎パターンと密パターンでの寸法制御が難しいなか、細線化は進み、露光限界のマスク寸法から用途によってゲート電極の完成寸法を変えなければならない現況にある。表１に、各Ａ、Ｂ、Ｃに示される初期マスク寸法に対する、目標マスク寸法、トリミング量と疎密差を示した。簡便のため、トリミング工程後のＢＡＲＬエッチング工程、ゲートエッチング工程において垂直エッチングが可能で、トリミング後のマスク寸法＝ゲート電極寸法となる場合であるとする。
【００１１】
【表１】
【００１２】
表１Ｂの条件は、ＩＴＲＳロードマップによると２００６年に達成されるべきＬＳＴＰ（Ｌｏｗ Ｓｔａｎｄｂｙ Ｐｏｗｅｒ）４５ｎｍゲート電極で、Ｃの条件は次世代２００７年に達成されるべきＨＰ（Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）２５ｎｍゲート電極である。このＡ、Ｂ、Ｃの要求条件は、従来のトリミング技術では制御範囲が狭く、実現することができない。表１を参照しながら、従来技術の制御方法を以下に説明する。
【００１３】
図２０は、露光完の疎マスクと密マスクの寸法が共に１００ｎｍのときのトリミング工程実施による疎マスク寸法と密マスク寸法の関係を表すグラフである。グラフ中に、疎密差が０であることを示す点線Ｃ１をプロットした。また、表１において要求される条件Ａ、Ｂ、Ｃをグラフ中に示した。
【００１４】
疎密差が最も大きいトリミング条件における、疎マスク寸法と密マスク寸法の関係曲線Ｃ２と、反対に疎密差が最も小さいトリミング条件における、疎マスク寸法と密マスク寸法の関係曲線Ｃ３をグラフ中に示した。ガスの混合比を変えるなどした場合は、縦軸と関係曲線Ｃ２と関係曲線Ｃ３で囲まれる領域が、実際にトリミング可能な領域となる。表１の中の条件を満たすことができるのは要求条件Ａのみである。要求条件Ｂ及び要求条件Ｃは、トリミング可能な領域から外れる。
【００１５】
このようにトリミングできなかった要求条件Ｂを実現するためＯＰＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）と呼ばれる手法でマスク寸法を意図的にウェハ上に欲しいデバイスパターンの寸法から補正して作成することができる。このＯＰＣ技術を使って、露光完の疎マスク寸法を１００ｎｍ、密マスク寸法を９０ｎｍとした場合の従来のトリミングを図２１に示す。同じく縦軸と疎密差の大きい曲線Ｃ２１と小さい曲線Ｃ３１で囲まれる領域が、実際にトリミング可能な領域である。
【００１６】
疎密差が０のトリミングは、疎密差の大きい曲線Ｃ２１または疎密差の小さい曲線Ｃ３１と疎密差が０であることを示す点線Ｃ１の交点で実現可能である。
【００１７】
このことから表１の条件を満たすことができるのは、Ｂのみとなる。Ａ及びＣは、トリミング可能な領域から外れてしまう。
つまり上記技術では、表１で要求される各条件を満たすためには、要求条件毎に疎パターンの寸法と密パターンの寸法が異なるマスクを用意する必要があった。
【００１８】
また、疎パターンの寸法と密パターンの寸法を制御する方法として、エッチングを促進するガスと抑制するガスの混合ガスを用いたトリミングにより、目的とするパターン寸法を安定性よく実現する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、ＢＡＲＣ（Ｂｏｔｔｏｍ ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｏａｔｉｎｇ）のオーバーエッチング（ＯＥ）とメインエッチング（ＭＥ）の時間とＯ２分率もしくは、ＳＯ分率とＨｅ希釈率で制御する必要がある。
【００１９】
一方、量産工程において、疎パターンと密パターンのゲート電極の寸法が目標寸法から外れてしまうことがある。その主な変動要因には２種類あり、以下に挙げる。
【００２０】
一つは、リソグラフィ工程におけるマスクパターンの量産工程において、露光終了後から露光後ベーク（ＰＥＢ：Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）までの時間に依存して、雰囲気や酸触媒の失活が生じてマスク寸法の変動が起こることが知られている（例えば、特許文献２参照）。それに伴って下層の、ゲート電極の寸法変動が生じる。
【００２１】
もう一つは、エッチング装置内の環境が時間の経過に伴なって変わるために、被トリミング材料に対するトリミング特性や、被エッチング材料に対するエッチング特性も変わってゲート電極の寸法変動が起こる。
【００２２】
疎密差を制御する方法として、予めパターニングされたマスク層の側壁にプラズマ反応生成物を堆積させてマスク層のパターン幅を広げる工程と、広げられたパターン幅をトリミングしてパターン幅を小さくする工程とを用いることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００５−４５２１４号公報
【特許文献２】特開平１１−１９４５０６号公報
【特許文献３】特開２００５−１２９８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
上記従来の技術は、下記の問題を有している。
（１）従来の疎密制御方法では、時間制御性が悪く、再現性もよくないため、精度良く所望の疎密のパターン寸法を得られない問題があった。
（２）リソグラフィ工程におけるマスクパターンの量産工程において、経時的に変化する露光完の疎パターンと密パターンの寸法の変動によって、所望の疎パターンマスクと密パターンマスク寸法やゲート電極寸法を得るのが困難になるという問題があった。
（３）エッチング装置のリアクタ内のコンディションが徐々に変わることに伴ない、被トリミング材料や被エッチング材料の疎パターンと密パターンの寸法も変動を示し、長期的に所望のマスク寸法やゲート電極寸法を得られなくなる問題があった。
（４）堆積ステップ工程における疎／密マスク寸法の増加において、一度も堆積ステップ工程を実施したことのないマスク寸法やマスク密度を持つウェハに対しては、疎／密マスク寸法と堆積時間の関係がわからないという問題があった。
【００２４】
本発明の課題は、上記問題を解決し、露光完の疎パターンと密パターンの寸法及びゲート電極寸法の長期変動を抑制し、かつ、疎パターンと密パターンの寸法の独立制御を精度良く再現可能とする半導体製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記（１）の問題は、マスクパターンのトリミング工程前もしくは後の処理として、シーズニング工程とそれに続いて堆積ステップ工程を導入することによって解決することができる。プラズマ処理室内の堆積物や表面状態を含んだ壁面状態は、ゲート寸法に影響を与えることが知られている。すなわち、堆積ステップ工程後の壁面状態を一定にするため、堆積ステップ工程直前にはシーズニング工程を導入する必要がある。
【００２６】
また、堆積ステップ工程の堆積処理は、トリミング工程のトリミング処理とは反対に、原理的に疎マスクパターンの寸法シフト（以下、疎寸法シフトという）（ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ ＤｉｍｅｎＳｉｏｎ）Ｓｈｉｆｔとも呼ぶ）が密マスクパターンの寸法シフト（以下、密寸法シフトという）よりも大きくなる。疎寸法シフトと密寸法シフトの差の大きさは、ガスの種類、ガスの流量、ガスの圧力、電極温度、ＲＦバイアス電力、時間の組み合わせで制御が可能である。堆積ステップ工程とトリミングステップ工程の疎寸法シフトと密寸法シフトの差をお互い利用し、所望の疎マスク寸法と密マスク寸法並びに疎マスクと密マスクのゲート電極寸法を得るように制御することを特徴とする。
【００２７】
上記（２）の問題は、以下によって解決することができる。露光完の疎マスクと密マスクの寸法の変動に対して、ＳＥＭ等寸法計測装置により変動量をキャッチし、その変動量を抑制するように堆積ステップ工程とトリミングステップ工程を実施することで、目標とする疎パターン領域のマスク（以下、疎マスクという）寸法と密パターン領域のマスク（以下、密マスクという）寸法が得られるように制御することを特徴とする。これは、いわばフィードフォワード制御である。
【００２８】
上記（３）の問題は、以下によって解決することができる。ゲートエッチング完了後、疎マスクのゲート寸法と密マスクのゲートの電極寸法をＳＥＭ等で計測することによって、ゲート電極の寸法変動を検知する。この情報を基に、次ウェハまたはロットの堆積ステップ工程及びトリミング工程の条件を補正することで、疎マスクのゲートと密マスクのゲートの電極寸法の長期変動を抑制するように制御することを特徴とする。これは、いわばフィードバック制御である。
【００２９】
上記（４）の問題は、以下によって解決することができる。堆積ステップ工程における疎／密マスク寸法の増加には、２つの法則性があることがわかった。堆積後の疎／密マスク寸法から初期疎／密マスク寸法を引いた値であるＣＤ ｂｉａｓをマスク間距離であるスペース（ｎｍ）と時間の関数として表すことができることを発見した。もう一方は、疎／密マスク寸法は堆積時間に対して線形的に増加させることができることがわかった。この二つの法則性から疎／密マスク寸法を推定できることを利用して、どんな疎／密マスク寸法や密度をもつウェハに対しても、所望の疎／密マスク寸法を得られるようにすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００３１】
表１に示されるような各目標マスク寸法に対して、堆積ステップ工程とトリミングステップ工程を実施し、疎マスクの寸法シフトと密マスクの寸法シフトの差をお互い利用することで、所望の疎マスクと密マスクの寸法並びにゲート電極寸法を再現性よく得ることができる。
【００３２】
また、露光完の疎マスク寸法と密マスク寸法の変動に対して、ＳＥＭ等寸法計測装置によって変動量を検知し、その変動量を抑制するように堆積ステップ工程とトリミングステップ工程の少なくともガスの種類、ガスの流量、ガスの圧力、電極温度、ＲＦバイアス電力、時間を変えて実施することで、目標とする疎マスクと密マスクの寸法並びにゲート電極寸法を安定に得ることができる。
【００３３】
さらに、ゲートエッチング工程後の疎マスクと密マスクの電極寸法計測結果を元に、その変動量を検知し、この情報を基に、次ウェハまたはロットの堆積ステップ工程及びトリミングステップ工程の条件を決定または補正することで、疎ゲート電極寸法と密ゲート電極寸法の長期変動を抑制し、目標とする疎ゲート電極寸法と密ゲート電極寸法を安定に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる疎マスクと密マスクの寸法独立制御の工程を示すフローチャートである。この流れに沿って、適切な図を用いて説明する。先ず、リソグラフィ工程Ｓ１において疎と密のマスクパターンを含んで形成された場合に、クリーニング工程Ｓ１１Ｃの後、本発明のシーズニング工程Ｓ１１Ｓに続いて堆積ステップ工程Ｓ２を実施した結果を説明する。
【００３６】
シーズニング工程では、堆積性ガスとしてＣＨＦ３を用い、圧力を０．２Ｐａ、流量を６０ｍｌ／ｍｉｎ、ＲＦバイアス電力を５Ｗとしたプロセス条件でＳｉウェハを用いて処理した。このシーズニング工程の導入により、堆積ステップ工程が始まる前に、装置壁面の状態が堆積ステップ工程とほぼ同様の状態になる。すなわち、壁面の状態がほぼ同じになるように、シーズニング工程と堆積ステップ工程のプロセス条件は同じである方が望ましい。しかし、壁面の状態がほぼ同じになるならば、両者のプロセス条件は異なってもよい。また、電極表面への堆積が、その後のウェハの吸着に問題を生じない範囲では、Ｓｉウェハを使用しなくても良い。すなわち、ウェハレス化が可能である。その他、Ｓｉウェハ以外のウェハを使用しても良い。
【００３７】
シーズニング工程の終点は、ＯＥＳ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて、２００ｎｍから９００ｎｍまでの波長範囲の発光強度を全て足した全体の発光強度が飽和する点とした。本実験では、時間に対して発光強度は徐々に増加していき、約１８０秒で飽和した。これは、プラズマ中のラジカルの変化が無くなり、ある一定状態に達したことを意味すると考えられる。ここで、特に、壁面にカーボンが堆積している様子がわかれば、この波長範囲の発光強度を特定して用いる必要はなく、Ｃ系の発光強度等を用いても良い。また、発光スペクトル中には、Ｃ系とは逆に、時間に対して減少するラジカルがあるため、増加したときを終点とするか、減少したときを終点とするかは用いる発光種によって当然異なる。このシーズニング工程の後、壁面の表面は堆積物に覆われて、一種の安定した壁面状態になると考えられる。
【００３８】
シーズニング工程の後、図１のフローチャートにおいて、堆積ステップ工程の堆積性ガスとしてＣＨＦ３を用い、圧力を０．２Ｐａ、流量を６０ｍｌ／ｍｉｎ、ＲＦバイアス電力を５Ｗとしたときの、初期マスク寸法を基準とした疎／密マスク寸法の増加（疎／密ＣＤ ｂｉａｓと呼ぶ）と堆積時間の関係を調べた結果のグラフを、図１６に示す。併せて、図１のフローでシーズニング工程を導入しない場合（クリーニング工程直後に堆積ステップ工程を実施）も示した。シーズニング工程ありの場合、疎／密ＣＤ
ｂｉａｓは塗りつぶされた菱形（◆）、三角（▲）のプロットで示した。一方で、シーズニング工程なしの場合は、疎／密ＣＤ ｂｉａｓは白抜きの菱形（◇）、三角（△）のプロットで示した。シーズニング工程の有無の両データを比較したところ、シーズニング工程をなしとした場合は、堆積時間に対して疎／密ＣＤ ｂｉａｓの線形性があまりよくなく、シーズニング工程を導入することで、疎／密ＣＤ ｂｉａｓの時間依存性がかなり良い線形となることがわかった。例えば、シーズニング工程なしの場合、堆積時間前半部分である０秒からの９０秒間では、疎パターンが２ｎｍの増加を示したのに対して、２１０秒からの９０秒間では、１５ｎｍも増加していると考えられる。一方で、シーズニング工程ありの場合、０秒からの９０秒間では、疎パターンが１６ｎｍの増加を示したのに対して、２１０秒からの９０秒間でも、１６ｎｍとなっている。つまり、シーズニング工程ありの場合は、堆積時間によらず、疎／密ＣＤ ｂｉａｓの勾配は、それぞれほぼ一定となった。
【００３９】
さらに、本発明の図１のフローで、堆積ステップ工程の時間を３９０秒間に固定し、連続して４枚のウェハを処理したときの疎／密ＣＤ ｂｉａｓの測定結果のグラフを図２に示す。シーズニング工程をあり（本発明）とした場合、疎／密ＣＤ ｂｉａｓは、処理枚数に対して殆ど変動しない。その変動幅は、０．５ｎｍ程度である。一方、シーズニング工程をなしとした場合、疎／密ＣＤ ｂｉａｓは、処理枚数とともに２〜３ｎｍも変動した。この変動量は、今日の微細化の要求に対しては大きすぎるため、堆積ステップ工程の前には必ずシーズニング工程を必要することがわかった。
【００４０】
シーズニング工程が必要な理由は、クリーニング工程後と堆積ステップ工程中のプラズマ処理室内の壁面状態の違いに深い関係があると考えられる。堆積ステップ工程において、ＣＦ系の堆積性ラジカルがウェハに堆積するとき、同時に処理室内の壁面にも堆積する。すなわち堆積ステップ工程の開始後、壁面は、クリーニング工程後の状態から堆積物の付着がある状態に徐々に変化する。一方で、壁面状態の変化は、処理室内のラジカルやイオンのバランスを変える、というメカニズムが提唱されている。例えば、プラズマ中のＣｌラジカルが壁面に進入する場合に、壁面の堆積物の有無でＣｌ２に再結合する確率が違うことがわかっている。したがって、この実験でも、そのようなことが起きていると推定できる。つまり、シーズニング工程がない場合、図１６の堆積時間の経過によってＣＤ ｂｉａｓに対する堆積時間の勾配が異なるのは、壁面状態におけるＣＦ系堆積物量の変化を通してラジカルやイオンの組成の変化も含んで変化するからであると考えられる。クリーニング工程後の壁面状態と堆積工程中の壁面状態がほぼ同じであれば、各堆積時間のＣＤ ｂｉａｓに対する堆積時間の勾配は同じになる。これが堆積ステップ工程の前にシーズニング工程を導入したときの効果である。
【００４１】
上記問題は、特に、少量多品種のウェハをエッチングする装置で起こる。ウェハ毎にエッチングして生成される反応生成物の組成や量が大きく異なる可能性があるため、壁面に付着する反応生成物を含んだ壁面状態が大きく変化するからである。
【００４２】
以上のように、本発明の図１のようにシーズニング工程に続いて堆積ステップ工程を実施することで、疎密ＣＤ ｂｉａｓの時間依存性が良い線形となり、時間に対して精度良く、加えて再現性よく所望の疎密マスク寸法を実現可能である。
【００４３】
今回は、堆積ステップ工程とシーズニング工程では、ＣＨＦ３ガスを用いて処理した。しかし、堆積性ガスとしてＣＨＦ３ガスに限ることではなく、Ｃ系のガスとしては、代わりにＣＨ２Ｆ２，Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８，Ｃ４Ｆ６，Ｃ６Ｆ６，ＣＯ，ＣＨ４，ＣＨ２Ｃｌ２，ＣＨ２Ｂｒ２などを用いても良い。Ｓｉ系の堆積性ガスとしては、ＳｉＦ４,ＳｉＣｌ４,ＳｉＨ４,ＴＥＯＳを用いても良い。
【００４４】
さらに、本実施例では、シーズニング工程において、堆積ステップ工程と同様のプロセス条件を用いた。しかし、シーズニング工程が終了するまでには長時間を要する場合がある。そこで、装置壁面へ堆積膜を効率良く付着させて短時間化する方法として、シーズニング工程のプロセス条件を堆積ステップ工程よりも、高圧力、高流量、高パワーにする方法、ＲＦバイアス電力を０Ｗにする方法や、壁面温度を低下させて吸着確率を上げる方法等がある。
【００４５】
次に、堆積ステップ工程とトリミング工程を用いて疎／密寸法を制御する方法について説明する。図３（ａ）は、リソグラフィ工程Ｓ１において、初期疎マスク寸法および密マスク寸法（疎密マスク寸法）が１００ｎｍである場合の、本発明のシーズニング工程Ｓ１１Ｓと堆積ステップ工程を実施した後、トリミング工程を実施して得られる疎マスクと密マスクの寸法の推移グラフである。また、表１において要求される条件Ａ、Ｂ、Ｃを図３（ａ）中に示した。
【００４６】
まず、リソグラフィステップ工程Ｓ１、クリーニング工程Ｓ１１Ｃ、シーズニングＳ１１Ｓ工程後、堆積ステップ工程Ｓ２の堆積性ガスとしてＣＨＦ３を用い、圧力０．２Ｐａ、流量６０ｍｌ／ｍｉｎ、ＲＦバイアス電力１０Ｗのときの、疎マスク寸法と密マスク寸法の時間変化を調べ、その結果を図３（ａ）に四角のプロットで示した。初期疎密マスク寸法が１００ｎｍである処理時間０ｓｅｃと、疎マスク寸法１７０ｎｍ、密マスク寸法１４４ｎｍである処理時間３６０ｓｅｃを結ぶ堆積曲線Ｃ４からも分かるように、堆積時間の増加と共に疎マスクと密マスクの寸法も増加していき、密パターンよりも疎パターンの寸法が太いという結果が得られた。
【００４７】
次に、表１要求条件Ｂの目標マスク寸法４５ｎｍ、疎密差０を実現できるのか、できるならば、堆積ステップ工程Ｓ２とトリミングステップ工程Ｓ３をどのタイミングで変えたら良いのかを調べた。その結果、堆積ステップで、疎マスク寸法が１３９ｎｍ、密マスク寸法が１２７ｎｍの時点Ａ４であるタイミングで堆積ステップ工程を終了させた後、トリミング工程Ｓ３を実施して要求条件Ｂの疎マスクと密マスクの寸法４５ｎｍを得た。このとき、疎密差が最も大きいトリミング関係曲線Ｃ２２と、反対に疎密差が最も小さいトリミング関係曲線Ｃ３２をグラフ中に示した。実際にトリミング可能な領域は、これらの曲線と縦軸によって囲まれる領域となる。
【００４８】
図４に、この時の疎マスクと密マスクのパターンの模式図を示した。図４（ａ）は、リソグラフィ工程前のウェハの断面図である。ウェハは、下層からＳｉ基板１１、ＳｉＯ２ゲート絶縁膜１２、ｐｏｌｙ−Ｓｉゲート電極膜１３、ＢＡＲＬ１４、ＰＲマスク１５を有している。図４（ｂ）は、リソグラフィ工程後を示しており、初期疎マスク１５１と初期密マスク１５２の寸法が同じであるウェハの断面図である。図４（ｃ）は、堆積ステップ工程後を示しており、疎マスク１５１Ｂが密マスク１５２Ｂの寸法よりも大きくなるウェハの断面図である。図４（ｄ）は、トリミング工程後を示しており、疎マスク１５１Ａと密マスク１５２Ａの寸法が同じであるウェハの断面図である。図４（ｅ）は、エッチング工程後を示しており、ゲート電極（以後ゲート電極のことをゲートと呼ぶ）が疎ゲート１３１と密ゲート１３２の寸法が同じであるウェハの断面図である。
本実施例は、図４の構造を用いて説明したが、たとえ構造が図４と違っていても（例えばメタルゲートや３Ｄゲート）本発明は同様に適用可能である。また、Ｌ／Ｓだけでなく、ホールのマスクシュリンク技術にも転用可能である。
【００４９】
同様にして、表１要求条件Ｃのマスク寸法２５ｎｍ、疎密差０を実現するには、図３（ｂ）に示すように、疎マスク寸法１７０ｎｍで密マスク寸法１４４ｎｍの時点Ａ６で堆積ステップ工程を終了させた後、トリミングステップ工程を実施して得ることができた。このとき、疎密差が最も大きいトリミング関係曲線Ｃ２３と、反対に疎密差が最も小さいトリミング関係曲線Ｃ３３をグラフ中に示した。実際にトリミング可能な領域は、これらの曲線と縦軸によって囲まれる領域となる。
【００５０】
このようにして堆積ステップ工程における疎密寸法シフト量（増加）とトリミング工程の疎マスクと密マスクの寸法シフト量（減少）を補償しあうようにお互いの時間を調整する方法で、広範囲で任意の疎マスクと密マスクの寸法を再現性良く得ることができる。
【００５１】
言い替えると、この技術を使うと、図３（ｃ）に示すように、疎密差が最も大きいトリミング関係曲線Ｃ２と、疎密差が最も小さいトリミング関係曲線Ｃ３と、縦軸で囲まれる従来のトリミング可能な領域に加えて、堆積ステップ工程実施後、疎密差が最も小さいトリミング関係曲線Ｃ３４と、堆積ステップ工程を実施しない疎密差が最も小さいトリミング関係曲線Ｃ３で囲まれる領域も加わり、自由に疎マスク寸法と密マスク寸法を独立して制御することができる。
【００５２】
さらには、本実施例である図１のフローを用いると、堆積ステップ工程においてマスクパターン側壁の凹凸を補完するように堆積していくため、ＬＥＲ（ＬＩＮＥ
ＥＤＧＥ ＲＯＵＧＨＮＥＳＳ）やＬＷＲ（ＬＩＮＥ ＷＩＤＴＨ ＲＯＵＧＨＮＥＳＳ）の低減にも効果がある。これは、マスクパターン側壁の凸部は入射イオンによって削ぎ落とされ、凹部へは堆積性ラジカルが堆積していくため、これら入射イオンと堆積性ラジカルのバランスでＬＥＲやＬＷＲの低減度合いが決まる。
【実施例２】
【００５３】
次に、図１に示す、本発明の堆積ステップ工程における疎パターン寸法と密パターン寸法の制御方法についての実施例を以下に示す。
【００５４】
実施例１で述べた疎マスク寸法と密マスク寸法の時間変化を示す堆積曲線Ｃ４の勾配は、圧力、流量、ガスの種類、ＲＦバイアス電力などの装置制御パラメータによって、制御することができる。ガスの種類は実施例１と同様ＣＨＦ３を用い、圧力２Ｐａ、流量１００ｍｌ／ｍｉｎ、ＲＦバイアス電力０Ｗに対する疎マスクと密マスクの寸法の時間変化を調べた。その実験結果を図３（ｄ）の三角のプロットで示し、実施例１と同様に実験点を結ぶ堆積曲線Ｃ４１を引いた。この曲線からもわかるように、密パターンよりも疎パターンの方が太いという結果は実施例１と同様である。だが、堆積曲線Ｃ４１の勾配は、実施例１の条件の堆積曲線Ｃ４の勾配とは異なり、疎密差を大きくとりにくい条件になっていることが分かる。
【００５５】
そこで、堆積曲線の勾配が各種パラメータにどのように依存するかを説明する。一般的に、圧力が高いと電子温度が低くなり、ガスの解離が抑制され、圧力が低いと電子温度が高くなり、ガスの解離が進む。同様に、流量を上げてもガスの解離が抑制される。この解離によって生成される化学種は、電子温度の高低によって異なる。そして、解離した化学種のダングリングボンドの数やエネルギー状態は、ウェハパターンへの吸着確率を変えるため、堆積曲線の勾配を変えることができる。
【００５６】
図５（ａ）は吸着確率が高い場合の堆積ステップ工程開始直後の図である。例えば、吸着確率が高い場合は、図５（ａ）のように微細パターン溝内部まで堆積性ラジカル１６が十分に供給されないため、図５（ｂ）に示す堆積ステップ工程実施後の疎パターン寸法１５１Ｄに比べて密パターン寸法１５２Ｄが小さくなる。従って、堆積曲線の勾配は小さくなる（疎密差は拡大）。
【００５７】
反対に、図６（ａ）は、吸着確率が低い場合の堆積ステップ工程開始直後の図である。吸着確率が低い場合は、図６（ａ）のように微細パターン溝内部まで堆積性ラジカル１６が供給されるため、図６（ｂ）に示す堆積ステップ工程実施後の疎パターン寸法１５１Ｄと密パターン寸法１５２Ｄがほぼ同じになる。したがって、堆積曲線の勾配は１に近づく。すなわち、疎密差は小さくなる。
【００５８】
また、吸着確率は、圧力の他に、用いるガスの化学種を変えて変更することができる。ＣＨＦ３の代わりにＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ６Ｆ６、ＣＯ、ＣＨ４、ＣＨ２Ｃｌ２、ＣＨ２Ｂｒ２などの堆積性ガスを用いて、堆積曲線の勾配を変えることが可能である。また、これらのガスを組み合わせて用いても良い。
【００５９】
同様に、ウェハステージの温度を決める電極温度を変えても吸着確率を変えることができる。電極温度を下げると堆積性ラジカルの吸着確率が高くなり、電極温度を上げると堆積性ラジカルの吸着確率が下がる。
【００６０】
上記吸着確率を変えるこれらの装置制御パラメータを組み合わせることで、堆積曲線の勾配を任意に変えることができる。
【００６１】
最後に、ＲＦバイアス電力を０Ｗの状態から徐々に出力を上げることで、イオンのパターン側壁への入射角を変えることができる。図７（ａ）にＲＦバイアス電力が０Ｗ近傍の場合のイオンの運動方向を示した。ウェハ面に対して、平行な方向を横、垂直方向を縦と定義する。疎パターンの横運動成分を持つイオン１７１は、矢印の方向に運動成分を持ち、パターン側壁へ容易に入射する。密パターンの横成分を持つイオン１７２は、マスクパターン上部に入射するイオンが多くなり、パターン側壁へ入射する確率が低くなる。したがって、イオンがデポ性物質の場合は密パターンよりも疎パターンの寸法が太りやすくなる。すなわち、堆積曲線の勾配が小さくなる。逆に図７（ｂ）に示すようにＲＦバイアス電力を上げていくと共に、横成分を持つイオンに比べて縦運動成分を持つイオン１７３の割合が増える。これは、側壁へ入射するイオンが少なくなっていき、寸法変化に寄与するイオンが減ることを表す。このことは、疎密差が縮まることを意味する。すなわち、堆積曲線の勾配は１に近づく。
【００６２】
ところで、堆積ステップ工程とトリミング工程を１回実施して疎マスクと密マスクの寸法を制御する方法を述べたが、目的の疎マスクと密マスクの寸法を得るために、堆積ステップ工程の寸法太り量を大きく取らないといけない場合が出てくる。例えば、密パターンにおいて隣り合うパターン同士の溝が堆積ステップ工程によって完全に塞がれてしまう場合である。この場合には、溝が塞がれない程度の堆積ステップ工程を実施して、堆積ステップ工程とトリミングステップ工程を交互に複数回繰り返して、徐々に目的の疎マスクと密マスクの寸法に近づける方法が有効である。
なお、本発明では、堆積ステップ工程またはトリミング工程の前にシ−ズニング工程を用いて説明したが、シーズニング工程を導入しなくても適当な積層条件を用いた堆積ステップ工程とトリミングステップ工程を交互に複数回繰り返すことにより、隣り合うパターン同士の溝を塞がない作用があるので、シ−ズニング工程の省略も可能である。
【００６３】
また、吸着確率が高い条件では、図８のように密マスクパターン上部側壁の堆積物の集中１５２Ｃによって、やがて隣り合うパターン同士の溝が塞がれてしまう場合がある。ＲＦバイアス電力の出力を上げると、イオンによるそぎ落とし効果、すなわち、パターンが埋まらないよう、側壁をそぎ落とす効果があるので、密部への開口度を維持することが期待される。
【００６４】
また、堆積ステップ工程による堆積膜とＰＲマスクの組成はほぼ同じであるため、堆積ステップ工程とトリミング工程の実施順番は反対にしても良い。但し反対にした場合は、堆積ステップ工程実施後ＢＡＲＬ１４上に堆積層ができるので、これを除去する工程が必要となる。
【００６５】
以上を利用すれば、疎マスクと密マスクの寸法を自由に制御できるので、図１のＢＡＲＬエッチング工程Ｓ４、ゲートエッチング工程Ｓ５において垂直エッチングができない場合でも、所望の疎ゲート寸法と密ゲート寸法を得るのは簡単である。このような場合は、トリミング後の目標マスク寸法を補正することで、所望の疎ゲート寸法および密ゲート寸法を実現できる。例えば、ゲートエッチング工程後のゲート寸法が、トリミング工程後のマスク寸法より疎マスクで４ｎｍ、密マスクで３ｎｍ小さくシフトするなら、予めトリミング工程後の目標マスク寸法を疎マスクで４ｎｍ、密マスクで３ｎｍ大きく設定しておけばよい。
【００６６】
以上、これら本実施例２で述べた方法を利用すれば、従来技術に比べて疎マスクと密マスク寸法の制御範囲を更に広げることも可能である。
【実施例３】
【００６７】
以下に、図９を参照しながら、安定的に目標とする疎マスクと密マスクの寸法を得るための実施例を以下に示す。この実施例は課題（２）に対応する。図９は、本発明の第２形態におけるフローチャートである。図１のフローチャートに、疎マスクと密マスクの寸法の測定工程Ｓ１１と、堆積ステップ工程Ｓ２とトリミングステップ工程Ｓ３の実施時間を算出する工程Ｓ１２が加わる。
【００６８】
先ず、疎マスク寸法と密マスク寸法の測定工程Ｓ１１において、複数のウェハを処理することによって経時的に変化する露光完での疎マスクと密マスク寸法の変動をＯＣＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｒｉｔｉｃａｌ ＤｉｍｅｎＳｉｏｎ）またはＣＤ−ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ ＤｉｍｅｎＳｉｏｎ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）またはＣＤ−ＡＦＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ ＤｉｍｅｎＳｉｏｎ−Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）またはその組み合わせにより検知する。
【００６９】
次に、得られた疎マスク寸法と密マスク寸法から、堆積ステップ工程Ｓ２と、トリミングステップ工程Ｓ３の実施時間を算出する（Ｓ１２）。堆積ステップ工程Ｓ２において、マスク寸法は時間に対してほぼ線形的に増加し、トリミングステップ工程Ｓ３におけるマスク寸法は時間に対してほぼ線形的に減少する。そこで、時間算出方法はたとえば、以下のようになる。
【００７０】
堆積ステップ工程Ｓ２によるＣＤ ｓｈｉｆｔをＤｉｓｏ＞０、Ｄｄｅｎｓｅ＞０（ｎｍ）、単位時間当たりのＣＤ ｓｈｉｆｔの大きさをＲｉｓｏ、Ｒｄｅｎｓｅ（ｎｍ／ｓ）、堆積ステップ工程Ｓ２の時間をＴｄとすれば、この関係より下記（１）式を得る。
【数１】
【００７１】
また、トリミングステップ工程Ｓ３によるＣＤ ｓｈｉｆｔをＴｒｉｓｏ＜０、Ｔｒｄｅｎｓｅ（ｎｍ）＜０、単位時間当たりのＣＤ ｓｈｉｆｔの大きさＲ‘ｉｓｏ、Ｒ’ｄｅｎｓｅ（ｎｍ／ｓ）、堆積ステップ工程Ｓ３の時間をＴｔとすれば、この関係より下記（２）式を得る。
【数２】
【００７２】
測定して得た疎マスクと密マスクの寸法をそれぞれＣＤｉｓｏ、ＣＤｄｅｎｓｅ（ｎｍ）とし、堆積ステップ工程Ｓ２とトリミング工程Ｓ３実施後の目標疎マスク寸法Ｘ（ｎｍ）、密マスク寸法Ｘ＋ｇ（ｎｍ）とすれば、それぞれ（３）式および（４）式で表せる。
【数３】
【００７３】
上記（３）式および（４）式から、下記（５）式を得る。
【数４】
【００７４】
さらに、上記（５）式に（１）式および（２）式の関係を適用して、下記（６）式を得る。
【数５】
【００７５】
ここで、（３）式及び（６）式よりＴｄを消去して、下記（７）式を得る。
【数６】
【００７６】
（７）式をΔＣＤ＝ＣＤｉｓｏ−ＣＤｄｅｎｓｅ、
ΔＲ＝Ｒｉｓｏ−Ｒｄｅｎｓｅ、
ΔＲ’＝Ｒ’ｉｓｏ−Ｒ’ｄｅｎｓｅで置き換えると、下記（８）式となる。
【数７】
【００７７】
あらかじめ、Ｒｉｓｏ、Ｒｄｅｎｓｅ、Ｒ’ｉｓｏ、Ｒ’ｄｅｎｓｅ、ＣＤｉｓｏ、ＣＤｄｅｎｓｅを測定しておけば、目標の疎マスクと密マスクの寸法Ｘ、Ｘ＋ｇにするには、（７）式および（３）式からデポプロセスをＴｄ秒、トリミングプロセスをＴｔ秒実施すれば良いことが分かる。このように、堆積ステップ工程Ｓ２とトリミングステップ工程Ｓ３の時間を算出し、堆積ステップ工程、トリミングステップ工程を適切時間実施すれば、経時的に変化する露光完での疎マスク寸法と密マスク寸法の変動をキャンセルできる。したがって、目標疎マスク寸法と目標密マスク寸法を実現することができる。
【００７８】
また、上記ΔＲ＝Ｒｉｓｏ−Ｒｄｅｎｓｅ、ΔＲ’＝Ｒ’ｉｓｏ−Ｒ’ｄｅｎｓｅの値は、堆積ステップ工程及びトリミングステップ工程中のプラズマ中の発光予測による決定や、形状シミュレーション技術を用いた予測に基づいて決定してもよい。さらには、形状シミュレーション技術だけで、もしくは発光解析と組み合わせて、Ｔｔ、Ｔｄを算出してもよい。
【００７９】
ところで、（３）式の第２項と第３項を見るとΔＲ＝０、ΔＲ’＝０の時は、Ｔｄ、Ｔｔが求まらず、寸法を制御できない。堆積ステップ工程とトリミングステップ工程の単位時間辺りのＣＤ ｓｈｉｆｔが疎マスクと密マスクで同じ値になることは普通ないが、近い場合には、疎密差制御にかかる時間Ｔｄ、Ｔｔが増してしまう。したがって、実施例２のように堆積ステップ工程における各パラメータを調整して、堆積曲線の勾配を変える手段が有効である。
【実施例４】
【００８０】
以下に、図１０を参照しながら、経時的に起こる疎マスクと密マスクのゲートの寸法変動に対して、安定的に目標とする疎マスクと密マスクのゲート寸法を得るための実施例を以下に示す。この実施例は、課題（３）に対応する。図１０は、本発明の第３の実施形態におけるフローチャートである。この実施例では、図９に示した処理に、ゲートエッチング後の後処理（Ｓ５１）と、疎マスク領域のゲート寸法（以下、疎ゲート寸法と示す）と密マスク領域のゲート寸法（以下、蜜ゲート寸法と示す）の測定工程（Ｓ６）及び次のウェハの堆積ステップ工程とトリミングステップ工程の実施時間を算出する工程（Ｓ６１）が加わる。
【００８１】
先ず、ゲートエッチングＳ５およびアッシングなどの後処理（Ｓ５１）完了後、疎ゲート寸法と密ゲート寸法の測定工程において疎ゲート寸法と密ゲート寸法の変動をＯＣＤまたはＣＤ−ＳＥＭまたはＣＤ−ＡＦＭまたはその組み合わせにより検知する。
【００８２】
検知した疎ゲート寸法と密ゲート寸法の変動情報を基に、目標疎マスク寸法と目標密マスク寸法の補正値を求め、その新たな目標疎マスク寸法と密マスク寸法を見込む、堆積ステップ工程とトリミングステップ工程の実施時間を算出する（Ｓ６１）。次ウェハないし次ロットに反映して、疎ゲート寸法と密ゲート寸法の長期変動を抑制し、安定的に目標とする疎ゲート寸法と密ゲート寸法を得ることができる。
【００８３】
また、図１１は後述する実施例５と実施例４を組み合わせた第４の実施形態のフローチャートである。先ず、Ｓ１、Ｓ１１Ｃ、Ｓ１１Ｓ、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ５１、Ｓ６は図１０に示した実施例４と同じで、疎／密マスク寸法を測定する工程Ｓ１１と、堆積ステップ工程とトリミングステップ工程の時間を算出する（Ｓ１２’）方法が実施例４と異なる。疎マスク寸法と密マスク寸法の測定工程Ｓ１１における疎マスクと密マスクの寸法変動と疎ゲート寸法と密ゲート寸法の測定工程Ｓ６における疎マスクと密マスクの寸法変動を元に、目標疎マスク寸法と目標密マスク寸法を決定する。決定した目標疎マスク寸法と目標密マスク寸法を見込む、堆積ステップ工程とトリミングステップ工程の時間を算出（Ｓ１２’）して、露光マスク寸法と疎ゲート寸法と密ゲート寸法のそれぞれの変動に対して、目標の疎ゲート寸法と密ゲート寸法が得られるようにする。
【００８４】
ここまでの実施例では、堆積ステップ工程のエッチング条件や時間を変えて、疎マスク寸法と密マスクマスク寸法及び疎ゲート寸法と密ゲート寸法を制御する方法を説明したが、トリミング工程Ｓ３、ＢＡＲＬエッチング工程Ｓ４におけるエッチング条件や時間も、疎マスク寸法と密マスク寸法の制御に利用することができる。但し、スループット向上の観点から、堆積ステップ工程からゲートエッチング工程までの各工程で電極温度を素早く変えられる装置が望ましい。理由の一つは、各工程において、電極の温度により吸着確率を変化させて、疎マスク寸法と密マスク寸法の制御の範囲が広げられるからである。もう一つは、ゲートのエッチング工程では垂直形状を得るために最適な電極温度が決まるが、必ずしも堆積ステップ工程やトリミングステップ工程の電極温度とは一致しないためである。
【実施例５】
【００８５】
ここまでの実施例において、下層からＳｉ基板、ＳｉＯ２、Ｐｏｌｙ―Ｓｉ、ＢＡＲＬ、ＰＲマスクで構成されるゲートの疎マスク寸法と密マスク寸法の制御について説明してきた。このような構造、材質以外でも疎マスク寸法と密マスク寸法の制御が可能であることを以下の実施例で示す。
【００８６】
疎マスク寸法と密マスク寸法は本発明によって自由に制御可能なので、マスクより下層の材質は何であっても良い。言い替えれば、マスクより下層の材質のエッチングによって疎マスク寸法と密マスクの寸法が変化した分は、疎マスク寸法と密マスク寸法の補正によって、目標とする疎ゲート寸法と密ゲート寸法が得られる。つまり、ゲート、反射防止膜などの材料は何であっても対応できる。したがって、ゲートの材料としてはＭｏ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴａＣ、ＨｆＮ、ＨｆＳｉＮ、ＷＳｉなどのメタルゲートや、ＮｉＳｉ、ＰｔＳｉなどのフルシリサイドゲートにも対応可能である。マスクの材料としては、アモルファスカーボン、ＳｉＯＮ、Ｔｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣなどでも良い。これらのマスク材料は、主に多層マスク構造の一部として使われる。反射防止膜の材料としては、ＢＡＲＣなどの有機膜を使うこともできるが、ＢＡＲＣは、ＰＲマスクの組成とほぼ同一であることを考慮に入れなければならない。
【００８７】
図１２は、下層からゲート電極膜１３３、ＢＡＲＣ１４１、ＰＲマスク１５３で構成されたウェハの断面図である。このようにＰＲマスク下層の反射防止膜がＢＡＲＣの場合は、トリミング工程によって、マスク寸法が変わると共にＢＡＲＣも一緒に削れる。このトリミング工程時（ＢＡＲＣ ＭＥとも呼ぶ）の単位時間当たりの疎マスク寸法と密マスク寸法の差をΔＲＭＥ、ＢＡＲＣ ＯＥ（オーバーエッチング）時の単位時間当たりの疎マスク寸法と密マスク寸法の差をΔＲＯＥと定義すれば、ΔＲＯＥは反射防止膜がＢＡＲＬである場合のＰＲマスクのトリミング工程とほぼ同様の値になると考えてよい。すなわち、反射防止膜がＢＡＲＣである場合のトリミング工程は、ΔＲＭＥ、ΔＲＯＥの２段階をマスク寸法と密マスク寸法の制御に使える。但し、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）によるゲート電極の段差発生に伴うＢＡＲＣ１４１の厚み分布があって、ＯＥ時間はＢＡＲＣの最深部１４２まで削り取られるように決定されるため、この時間範囲内で制御する必要がある。
【００８８】
多層マスク構造を持つ場合は、それぞれのマスク層において多段的にマスク寸法と密マスク寸法を制御しても良い。またその構造としては、例えば、ＰＲマスク／ＢＡＲＣ／ＳｉＯＮ／Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−Ｃａｒｂｏｎがある。
【００８９】
また、マスク材料がＰＲマスクの代わりにＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＨｆＳｉＯ、ＨｆＳｉＯＣｌなどのハードマスクが使用される場合は、ＳｉＦ４またはＳｉＣｌ４またはＳｉＨ４またはＴＥＯＳまたはその組み合わせなどのＳｉ系ガスを使用した堆積ステップ工程を用いることで、ＰＲマスクの堆積ステップ工程と同様のことが実施可能である。
【実施例６】
【００９０】
以下に、疎マスク寸法と密マスク寸法の制御時に問題となるウェハのパターン面内分布を制御する指針である第６の実施例を示す。
【００９１】
一般的にエッチングは、プラズマ中で生成されたイオン及びラジカルが半導体基板に入射し、被加工物であるＳｉや有機材料との表面反応により加工される。
【００９２】
またエッチングした際に生じる反応生成物も、半導体基板に再入射しエッチング反応を阻害する。この表面反応およびラジカルや反応生成物への付着は、半導体基板温度に大きく依存する。そのため加工寸法および加工形状は、半導体基板に入射するイオン、ラジカル、反応生成物のフラックスだけでなく、半導体基板温度により異なる。通常、プラズマの分布を制御することにより、半導体基板に入射するイオンやラジカルのフラックスの面内分布は制御可能であるが、反応生成物は基本的に拡散分布であり、その分布を制御することは困難である。そのため、半導体基板の温度分布を制御することにより、加工寸法および加工形状を制御する方法は、加工精度の半導体基板面内均一性を向上する上で、非常に有効な手段である。
【００９３】
保護膜を堆積する堆積ステップ工程Ｓ２においては、主な表面反応としては、プラズマ中で均一に生成された炭素系反応物がＰＲマスクに付着する反応が重要であるため、面内の温度分布は均一な方が望ましい。
【００９４】
一方、ゲートのエッチング工程においては、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜に入射するイオン、ラジカルおよびＳｉ反応生成物とｐｏｌｙ−Ｓｉとの複雑な反応が支配的となるため、各入射粒子の半導体基板面内分布を考慮した温度分布制御をする必要がある。例えば、反応生成物の再付着はウェハ面内周から外周に向かって徐々に減少していく“中高分布”となるので、ウェハステージの温度分布を内周から外周に向かって下げることで、反応生成物の再付着がウェハ面内で均一になるようにすることができる。これにより、面内寸法をより均一にすることができる。
【００９５】
本発明が適用されるエッチング装置の例として、図１３に示すエッチング装置を用いることができる。エッチング装置は、処理容器内に処理ウェハ２１０を載置する電極と、ガス供給口と、電磁石２４１と、高周波電源２５０と、ＲＦおよびバイアス電源２６１と整合機２６２と、サーキュレータ２７０と、発光分光器２８０を有している。処理ウェハ２１０の下に内電極２２１と外電極２２２を装備する。ガス供給口は内側ガス供給口２３２と外側ガス供給口２３１からなる。
【００９６】
ウェハを配置するウェハステージの温度および温度分布を制御するには複数冷媒の使用、裏面Ｈｅ圧力の制御、ヒータの利用等がある。例えば図１３に示すエッチング装置は、処理ウェハ２１０の下に内電極２２１と外電極２２２を装備する。
【００９７】
面内を均一にする方法としてもう一つ考えられるのは、２系統以上持つ供給ガス口を使って、反応性ラジカルや堆積性ラジカルの分布を変える制御方法である。反応生成物の“中高分布“に対して、反応性ラジカルが中高、もしくは堆積性ラジカルが外高、もしくはその組み合わせで面内を均一に制御することができる。例えば図１３に示すエッチング装置は、内側ガス供給口２３２と外側ガス供給口２３１の２系統を装備する。
【００９８】
以上より、面内均一性を考慮しつつ、疎／密寸法制御することで、ウェハ全面において所望の疎／密マスク寸法やゲート寸法を得ることができる。
【実施例７】
【００９９】
本実施例では、少量多品種向けニーズに対して有効な方法を説明する。この実施例は前記問題（４）に対応する。図１４は、スペースの定義を説明するための図である。図１４に示されるように、隣り合うマスク１２０１とマスクの間の広さＸsをスペースと定義する。
【０１００】
【表２】
表２は、マスク高さが２００ｎｍである場合の各スペースの広さと各堆積時間に対して、そのスペースにあるマスクのＣＤ ｂｉａｓを示す表である。その結果、ＣＤ ｂｉａｓをスペースＸＳ（ｎｍ）と堆積時間Ｔｄの関数として、下記（９）式にて精度良くあらわすことができる法則性があることがわかった。
【数８】
【０１０１】
実験値からこの関係式を求めれば、全てのスペースにおけるＣＤ ｂｉａｓを推定することが可能になる。すなわち、堆積ステップ工程のプロセス条件毎にデータを蓄積しておけば、一度も堆積ステップ工程を実施したことのないスペースの広さであるマスク寸法やマスク密度を持つウェハに対しても、ＣＤ ｂｉａｓを推定して、推定通りに実現することができる。この疎密関係式の導出には、実験データが３点以上あれば良い。ただし、精度良く疎密関係式を得るためには、できるだけ多数点のスペースと堆積時間におけるＣＤ ｂｉａｓを取得することが望ましい。
【０１０２】
ここで、初期マスク寸法が４０ｎｍであるウェハを用いて、スペース＝２８０、４４０、３０００ｎｍにおけるＣＤ ｂｉａｓの堆積時間依存性を実験によって取得した。図１５は、スペース＝２８０、４４０、３０００ｎｍにおけるＣＤ ｂｉａｓの堆積時間依存性（９０、２１０、３９０秒）の実験値と、疎密勾配式からの推定値を示したグラフである。このグラフのことを疎密寸法グラフと呼ぶことにする。
【０１０３】
推定したＣＤ ｂｉａｓを×印のプロットで示した。その結果、推定ＣＤ ｂｉａｓは、堆積時間に対して線形的になった。そこで、推定ＣＤ ｂｉａｓの時間依存性を線形近似したものを点線で示した。近似精度を良くするためには、疎密関係式を堆積時間毎に多数作成する方法がある。また、フィッティングをおこなって多項式を作成してもよい。さらに、グラフ中には、スペース＝２８０、４４０、３０００ｎｍのＣＤ ｂｉａｓの実験値をそれぞれ菱形（◆）、四角（■）、三角（▲）のプロットで示した。推定される近似曲線値と実験値のＣＤ ｂｉａｓを比較した結果、誤差は、±２．０ｎｍ以内とＣＤ−ＳＥＭの誤差と同等レベルであることがわかった。これは、ＣＤ−ＳＥＭを用いてウェハ面内のマスク寸法を多点測定して平均化すること及び、測定ラインを長く（２μ程度）することで、より誤差が小さくなるものと考えられる。
【０１０４】
以上のように、ある堆積時間においてスペースの異なる３点以上のＣＤ ｂｉａｓを測定し、フィッティングを用いることで、疎密関係式を得ることができる。この疎密関係式を用いれば、全てのスペースにおける堆積時間におけるＣＤ ｂｉａｓを精度よく推定できることを利用して、どんな疎／密マスク寸法や密度をもつウェハに対しても、所望の疎／密マスク寸法を実現することができる。さらに、堆積時間をかえた疎密関係式を予め得ておくことによって、全てのスペースにおけるＣＤ ｂｉａｓの時間依存性がわかる。
【０１０５】
本実施例では、マスク高さが２００ｎｍである場合のスペースの広さと、そのスペースにあるマスクのＣＤ ｂｉａｓの関係から、疎密関係式を求めた。この疎密関係式は、マスク高さに関わらず疎密関係式を用いて表すことができる。また、今回の実験では、Ｌ＆Ｓの多いシンプルなＤＲＡＭ、フラッシュメモリをターゲットとしたため、疎密関係式をスペースの関数とした。一方で、ロジックやＳＲＡＭ等では、疎密関係式をスペースの代わりにマスクの面積密度の関数として用いることができる。さらには、スペースの代わりに、マスク高さとスペースの比（アスペクト比）を使うこともできる。
【０１０６】
また、前実施例の疎／密に関する堆積曲線の勾配をガスの種類、ガスの流量、ガスの圧力、電極温度、ＲＦバイアス電力等の条件を用いて変えられると説明したように、疎密関係式であらわされるスペースとＣＤ ｂｉａｓの関係もこれらの条件で制御できることは容易にわかる。さらに、本発明はトリミング工程においても堆積ステップ工程と同様に、疎密関係式を作ることができる。従って、堆積ステップ工程だけでなく、トリミング工程でも疎密関係式を用いることで、任意のＬ／Ｓに対してＣＤ制御が可能で少量多品種処理を再現性よく疎／密マスク寸法を実現することができる。
【実施例８】
【０１０７】
実施例１では、シーズニング工程を導入して、堆積ステップ工程の終点を時間で制御する方法を示した。堆積ステップ工程の前にシーズニング工程を用いない場合には、図１６のように、疎／密マスク寸法は堆積時間依存性に対して線形性が悪くなることを説明した。このことは、例えば、図１５を用いて説明すると（本実施例では、スペース３０００ｎｍの間隔のマスクを疎、スペース２８０ｎｍの間隔のマスクを密と定義する。）、疎寸法３６．１ｎｍ、密寸法１４．３ｎｍを目標として堆積時間を２１０秒実施したが、１８０秒分（疎寸法２９．０ｎｍ、密寸法１２．０ｎｍ）の疎／密マスク寸法の増加程度になってしまうような問題を生じる。もちろん、その逆に増加し過ぎることもある。
【０１０８】
本実施例では、シーズニング工程を用いなくても、堆積ステップ工程の終点を膜厚干渉計にて測定される膜厚を用いて制御すること及び、疎密関係式を用いることで、精度良く所望の疎／密マスク寸法に増加させることを可能にする実施例を示す。
【０１０９】
図１７は、堆積ステップ工程中のある時刻における疎マスクパターンを示す模式図である。堆積ステップ工程中には、疎マスクパターン側壁２３０１はもちろんオープンスペース２３０２にも堆積膜が付着する。本実験では、オープンスペースの膜厚の測定には、プラズマ発光のウェハからの反射干渉光を用いた。もちろん、ウェハに照射する入射光源を用いて、ウェハからの反射光干渉光を検出する膜厚モニタの方法を用いても良い。さらに、膜厚モニタが、ウェハ以外、例えばリアクタ壁、サセプタ上の堆積物を検知しても良い。
【０１１０】
堆積したオープンスペースの膜厚２３０３と疎マスクパターンのＣＤ ｂｉａｓの関係を調べた結果、非常に良い相関があることわかった。実験の結果、疎ＣＤ ｂｉａｓは、オープンスペース部分に堆積した膜厚に対して線形に増加することがわかった。すなわち、疎ＣＤ ｂａｉａｓと密ＣＤ ｂａｉａｓとの関係は下記（１０）式で表現できる
【数９】
【０１１１】
ここでは、ａを変換係数と定義する。本実施例のプロセス条件では、ａの値は０．５３３１であることがわかった。このａはプロセス条件毎に決定される。
【０１１２】
予めプロセス条件毎にａの値を求めておけば、堆積ステップ工程中リアルタイムで膜厚をモニタすることで、疎ＣＤ ｂｉａｓを推定可能である。この推定される疎ＣＤ ｂｉａｓをもとに終点をとることで、所望の疎ＣＤ ｂｉａｓを精度良く得ることができる。
【０１１３】
ところで、疎ＣＤ ｂｉａｓがわかれば、前実施例にて説明した疎密関係式から算出可能なＣＤ ｂｉａｓの堆積時間依存性（図１５）を用いることで、全てのスペースにおけるＣＤ ｂｉａｓを推定可能となる。この方法を用いれば、任意のスペースにおけるＣＤ ｂｉａｓが所望の寸法に達したときに終点取ることが可能になる。
【０１１４】
図１８は、任意のスペースで終点をとる方法を説明するための図の一例である。例えば、スペース４４０ｎｍにおいて所望のＣＤ ｂｉａｓが１０ｎｍであれば、疎のＣＤ ｂｉａｓが２０ｎｍとなったときを終点とすれば良い。もう一例を上げると、例えば、スペース２８０ｎｍにおいて所望のＣＤ ｂｉａｓが２２ｎｍであれば、疎のＣＤ ｂｉａｓが６９ｎｍとなったときを終点とすれば良い。
【０１１５】
このように、疎密関係式から推定可能な疎密寸法グラフと、オープンスペース部分の膜厚から換算された疎寸法をリアルタイムに監視する方法を用いて、終点をとることで、所望とするスペースにおけるマスク寸法を精度良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる半導体製造方法のフローチャート。
【図２】堆積ステップ工程の時間を３９０秒間に固定し、連続して４枚のウェハを処理したときの疎／密ＣＤ ｂｉａｓの測定結果のグラフ。
【図３（ａ）】ＣＨＦ３を用い、圧力０．２Ｐａ、流量６０ｍｌ／ｍｉｎ、ＲＦバイアス電力１０Ｗで堆積ステップを実施した後トリミング工程を実施したときの堆積曲線の推移とトリミング後の疎マスクと密マスクの寸法の推移を説明するグラフ。
【図３（ｂ）】表１に示す要求条件Ｃのマスク寸法２５ｎｍ、疎密差０を実現する堆積ステップ工程とトリミング工程における疎マスクと密マスクの寸法の推移を説明するグラフ。
【図３（ｃ）】本発明により疎密差の制御範囲が広がったことを示すグラフ。
【図３（ｄ）】ＣＨＦ３を用い、圧力２Ｐａ、流量１００ｍｌ／ｍｉｎ、ＲＦバイアス電力０Ｗで堆積ステップを実施した後トリミング工程を実施したときの堆積曲線の推移とトリミング後の疎マスクと密マスクの寸法の推移を説明するグラフ。
【図４】本発明による疎マスクと密マスクの寸法を独立して制御する方法を説明する模式図。
【図５】吸着確率が高い場合の堆積ステップ工程前後のマスクパターンの推移を説明する断面図。
【図６】吸着確率が低い場合の堆積ステップ工程前後のマスクパターンの推移を説明する断面図。
【図７】ＲＦバイアスにより疎パターンと密パターンへの堆積量を制御することを説明する模式図。
【図８】吸着確率が高い条件で堆積ステップ工程を実施後のウェハ断面図。
【図９】本発明の第２の実施形態にかかる半導体製造方法のフローチャート。
【図１０】本発明の第３の実施形態にかかる半導体製造方法のフローチャート。
【図１１】本発明の第４の実施形態にかかる半導体製造方法のフローチャート。
【図１２】下層からゲート電極膜、ＢＡＲＣ、ＰＲマスクで構成するウェハの構造を説明する断面図の例。
【図１３】本発明が実施されるエッチング装置の断面図の一例。
【図１４】スペースの定義を説明するための図。
【図１５】スペース＝２８０、４４０、３０００ｎｍにおけるＣＤ ｂｉａｓの堆積時間依存性（９０、２１０、３９０秒）の実験値と、疎密勾配式からの推定値を示したグラフ。
【図１６】シーズニング工程後、図１のフローチャートにおいて、堆積ステップ工程の堆積性ガスとしてＣＨＦ３を用い、圧力０．２Ｐａ、流量６０ｍｌ／ｍｉｎ、ＲＦ ５Ｗのときの、初期マスク寸法を基準とした疎／密マスク寸法の増加（疎／密ＣＤ ｂｉａｓと呼ぶ）と堆積時間の関係を調べた結果のグラフ。
【図１７】堆積ステップ工程中のある時刻における疎マスクパターンを示す模式図。
【図１８】任意のスペースで終点をとる方法を説明するための図の一例。
【図１９】トリミング工程実施前後のウェハの構造を説明する断面図。
【図２０】初期寸法が疎密共に１００ｎｍである場合の従来のトリミンググラフ。
【図２１】初期寸法が疎１００ｎｍ、密９０ｎｍである場合の従来のトリミンググラフ。
【符号の説明】
【０１１７】
１１：Ｓｉ基板
１２：ＳｉＯ２ゲート絶縁膜
１２０１：マスク
１３：ｐｏｌｙ−Ｓｉゲート電極膜
１３３：ゲート電極膜
１４：ＢＡＲＬ
１４１：ＢＡＲＣ
１３１：疎パターンゲート
１３２：密パターンゲート
１５：露光前のＰＲマスク
１５１：露光後のＰＲマスクの疎パターン
１５１Ａ：トリミング工程後のＰＲマスクの疎パターン
１５１Ｂ：堆積ステップ工程後のＰＲマスクの疎パターン
１５１Ｄ：堆積ステップ工程後の疎パターン寸法
１５２：露光後のＰＲマスクの密パターン
１５２Ａ：トリミング工程後のＰＲマスクの密パターン
１５２Ｂ：堆積ステップ工程後のＰＲマスクの密パターン
１５２Ｃ：堆積ステップ工程後の密マスクパターン上部側壁の堆積物の集中
１５２Ｄ：堆積ステップ工程後の密パターン寸法
１５３：ＰＲマスク
１６：堆積性ラジカル
１７１：疎の横運動成分を持つイオン
１７２：密の横成分を持つイオン
１７３：縦運動成分を持つイオン
２２１：内電極
２２２：外電極
２１０：処理ウェハ
２３１：外側ガス供給口
２３２：内側ガス供給口
２４０：シャワープレート
２４１：電磁石
２５０：高周波電源
２６１：ＲＦバイアス電源
２６２：ＲＦ整合機
２７０：サーキュレータ
２８０：発光分光器
２３０１：疎マスクパターン側壁
２３０２：オープンスペース部
２３０３：堆積したオープンスペースの膜厚
Ａ４：疎寸法１３９ｎｍ、密寸法１２７ｎｍ
Ａ６：疎寸法１７０ｎｍ、密寸法１４４ｎｍ
Ｃ１：疎密差が０であることを示す点線
Ｃ２：疎密差が最も大きいトリミング条件における疎マスク寸法と密マスク寸法の関係曲線
Ｃ２１：疎密差の大きい曲線
Ｃ２２：疎密差が最も大きいトリミング関係曲線
Ｃ２３：疎密差が最も大きいトリミング関係曲線
Ｃ３：疎密差が最も小さいトリミング条件における疎マスク寸法と密マスク寸法の関係曲線
Ｃ３１：疎密差の小さい曲線
Ｃ３２：疎密差が最も小さいトリミング関係曲線
Ｃ３３：疎密差が最も小さいトリミング関係曲線
Ｃ４：堆積曲線
Ｃ４１：堆積曲線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライエッチングにより試料を処理する半導体製造方法において、
ドライエッチングの処理前に、シーズニング工程とそれに続く堆積性ガスを用いた堆積ステップ工程とトリミング工程、または、シーズニング工程とそれに続くトリミング工程と堆積性ガスを用いた堆積ステップ工程を導入する
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体製造方法において、
シーズニング工程の後に、堆積ステップ工程とトリミング工程を交互に繰り返す
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項３】
前記請求項１記載の半導体製造方法において、
前記堆積ステップ工程の堆積性ガスとして、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ６Ｆ６、ＣＯ、ＣＨ４、ＣＨ２Ｃｌ２、ＣＨ２Ｂｒ２、ＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ４、ＴＥＯＳのうち少なくとも一つを含む
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体製造方法において、
前記堆積ステップ工程の条件を制御する装置パラメータのうち、時間またはガスの種類またはガス圧力またはガス流量またはＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）バイアス電力または電極温度のうち少なくとも１つを変化させる
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の半導体製造方法において、
リソグラフィ工程後の疎マスクパターンと密マスクパターンの寸法形成結果を計測するマスクパターン寸法計測工程を設け、
前記マスクパターン寸法計測結果を元に、その後の半導体製造におけるシーズニング工程に続く堆積ステップ工程および前記トリミング工程の条件を決定する
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体製造方法において、
ゲート電極形成後のゲート電極の疎パターンと密パターンの寸法を測定するゲート電極寸法測定工程を設け、
前記ゲート電極寸法計測結果を元に、その後の半導体製造におけるシーズニング工程に続く堆積ステップ工程およびトリミング工程のエッチング条件を決定する
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の半導体製造方法において、
リソグラフィ工程後の疎マスクパターンと密マスクパターンの寸法形成結果を計測するマスクパターン寸法計測工程と、ゲート電極形成後のゲート電極の疎パターンと密パターンの寸法を測定するゲート電極寸法測定工程を設け、
前記マスクパターン寸法計測結果と、前記ゲート電極寸法計測結果を元に、その後の半導体製造におけるシーズニング工程に続く堆積ステップ工程およびトリミング工程のエッチング条件を決定する
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項８】
請求項１記載の半導体製造方法において、
電極温度分布を制御する工程とガス分布を制御する工程を設け、
その後の半導体製造におけるシーズニング工程に続く、前記堆積ステップ工程または前記トリミング工程または前記ドライエッチング工程の条件を制御する装置パラメータのうち、ウェハ面内の温度分布とガス分布のうち少なくとも一つを変化させる
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項９】
ドライエッチングにより試料を処理する半導体製造方法において、
ドライエッチングの処理前に、堆積性ガスを用いた堆積ステップ工程とトリミング工程、または、トリミング工程と堆積性ガスを用いた堆積ステップ工程を導入する
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の半導体製造方法において、
リソグラフィ工程の後に、堆積ステップ工程とトリミング工程を交互に繰り返す
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項１１】
マスクパターンの疎パターンと密パターンの寸法を測定する装置と、
シーズニング工程の後にマスクパターンに対してトリミングを行う前もしくは後に堆積性ガスによる堆積を行い、その後マスクパターン下方の加工対象層に対してエッチングすることのできるエッチング装置と、
目標とするマスクパターンの疎マスクと密マスクの寸法に対して該堆積性ガスを用いた堆積ステップ工程及びその後のトリミング工程の条件を算出する式と演算結果を導出することのできる制御装置と、
前記疎パターンと密パターンの寸法を測定する装置が疎マスクと密マスクの寸法を測定、又はゲート電極形成後のゲート電極の疎パターンと密パターンの寸法を測定し、この内少なくとも一つの測定結果を前記制御装置に伝達するフィードフォワード・フィードバック系を有する、
ことを特徴とする前記エッチング装置を制御するエッチングシステム。
【請求項１２】
請求項１１記載のエッチングシステムにおいて、
前記堆積ステップ工程の堆積性ガスとして、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ６Ｆ６、ＣＯ、ＣＨ４、ＣＨ２Ｃｌ２、ＣＨ２Ｂｒ２、ＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ４、ＴＥＯＳのうち少なくとも一つを含む
ことを特徴とするエッチングシステム。
【請求項１】
ドライエッチングにより試料を処理する半導体製造方法において、
ドライエッチングの処理前に、シーズニング工程とそれに続く堆積性ガスを用いた堆積ステップ工程とトリミング工程、または、シーズニング工程とそれに続くトリミング工程と堆積性ガスを用いた堆積ステップ工程を導入する
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体製造方法において、
シーズニング工程の後に、堆積ステップ工程とトリミング工程を交互に繰り返す
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項３】
前記請求項１記載の半導体製造方法において、
前記堆積ステップ工程の堆積性ガスとして、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ６Ｆ６、ＣＯ、ＣＨ４、ＣＨ２Ｃｌ２、ＣＨ２Ｂｒ２、ＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ４、ＴＥＯＳのうち少なくとも一つを含む
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体製造方法において、
前記堆積ステップ工程の条件を制御する装置パラメータのうち、時間またはガスの種類またはガス圧力またはガス流量またはＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）バイアス電力または電極温度のうち少なくとも１つを変化させる
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の半導体製造方法において、
リソグラフィ工程後の疎マスクパターンと密マスクパターンの寸法形成結果を計測するマスクパターン寸法計測工程を設け、
前記マスクパターン寸法計測結果を元に、その後の半導体製造におけるシーズニング工程に続く堆積ステップ工程および前記トリミング工程の条件を決定する
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体製造方法において、
ゲート電極形成後のゲート電極の疎パターンと密パターンの寸法を測定するゲート電極寸法測定工程を設け、
前記ゲート電極寸法計測結果を元に、その後の半導体製造におけるシーズニング工程に続く堆積ステップ工程およびトリミング工程のエッチング条件を決定する
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の半導体製造方法において、
リソグラフィ工程後の疎マスクパターンと密マスクパターンの寸法形成結果を計測するマスクパターン寸法計測工程と、ゲート電極形成後のゲート電極の疎パターンと密パターンの寸法を測定するゲート電極寸法測定工程を設け、
前記マスクパターン寸法計測結果と、前記ゲート電極寸法計測結果を元に、その後の半導体製造におけるシーズニング工程に続く堆積ステップ工程およびトリミング工程のエッチング条件を決定する
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項８】
請求項１記載の半導体製造方法において、
電極温度分布を制御する工程とガス分布を制御する工程を設け、
その後の半導体製造におけるシーズニング工程に続く、前記堆積ステップ工程または前記トリミング工程または前記ドライエッチング工程の条件を制御する装置パラメータのうち、ウェハ面内の温度分布とガス分布のうち少なくとも一つを変化させる
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項９】
ドライエッチングにより試料を処理する半導体製造方法において、
ドライエッチングの処理前に、堆積性ガスを用いた堆積ステップ工程とトリミング工程、または、トリミング工程と堆積性ガスを用いた堆積ステップ工程を導入する
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の半導体製造方法において、
リソグラフィ工程の後に、堆積ステップ工程とトリミング工程を交互に繰り返す
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項１１】
マスクパターンの疎パターンと密パターンの寸法を測定する装置と、
シーズニング工程の後にマスクパターンに対してトリミングを行う前もしくは後に堆積性ガスによる堆積を行い、その後マスクパターン下方の加工対象層に対してエッチングすることのできるエッチング装置と、
目標とするマスクパターンの疎マスクと密マスクの寸法に対して該堆積性ガスを用いた堆積ステップ工程及びその後のトリミング工程の条件を算出する式と演算結果を導出することのできる制御装置と、
前記疎パターンと密パターンの寸法を測定する装置が疎マスクと密マスクの寸法を測定、又はゲート電極形成後のゲート電極の疎パターンと密パターンの寸法を測定し、この内少なくとも一つの測定結果を前記制御装置に伝達するフィードフォワード・フィードバック系を有する、
ことを特徴とする前記エッチング装置を制御するエッチングシステム。
【請求項１２】
請求項１１記載のエッチングシステムにおいて、
前記堆積ステップ工程の堆積性ガスとして、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ６Ｆ６、ＣＯ、ＣＨ４、ＣＨ２Ｃｌ２、ＣＨ２Ｂｒ２、ＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ４、ＴＥＯＳのうち少なくとも一つを含む
ことを特徴とするエッチングシステム。
【図１】
【図２】
【図３（ａ）】
【図３（ｂ）】
【図３（ｃ）】
【図３（ｄ）】
【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１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３（ａ）】
【図３（ｂ）】
【図３（ｃ）】
【図３（ｄ）】
【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１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００７−２９４９０５（Ｐ２００７−２９４９０５Ａ）
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７１１２２（Ｐ２００７−７１１２２）
【出願日】平成１９年３月１９日（２００７．３．１９）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１９日（２００７．３．１９）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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