(57)【要約】【課題】有機膜および無機膜を備えた積層膜の各膜に対して均一に一貫処理を施す。【解決手段】処理ガスを供給するガス供給管を備えた真空容器１と、該真空容器内に配置された基板電極３と、前記真空容器内で前記基板電極に対向して配置されたアンテナ電極７と、前記基板電極とアンテナ電極間の距離を処理雰囲気中で変更可能な電極間距離調整手段を備え、前記アンテナ電極に高周波エネルギを供給して供給された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成し、前記基板電極にイオン引き込み用高周波電圧を供給して、生成された前記プラズマ中のイオンを加速して前記基板電極上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、前記試料は有機膜と無機膜を積層した構造を備える絶縁膜構造を具備し、前記有機膜をエッチングするときは、前記無機膜をエッチングするときよりも前記電極間距離を大きく設定する。【選択図】図１
2010267670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理ガスを供給するガス供給管を備えた真空容器と、
該真空容器内に配置された基板電極と、
前記真空容器内で前記基板電極に対向して配置されたアンテナ電極と、
前記基板電極とアンテナ電極間の距離を処理雰囲気中で変更可能な電極間距離調整手段を備え、
前記アンテナ電極に高周波エネルギを供給して供給された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成し、前記基板電極にイオン引き込み用高周波電圧を供給して、生成された前記プラズマ中のイオンを加速して前記基板電極上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、
前記試料は有機膜と無機膜を積層した構造を備える絶縁膜構造を具備し、前記有機膜をエッチングするときは、前記無機膜をエッチングするときよりも前記電極間距離を大きく設定することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
処理ガスを供給するガス供給管を備えた真空容器と、
該真空容器内に配置された基板電極と、
前記真空容器内で前記基板電極に対向して配置されたアンテナ電極と、
前記基板電極とアンテナ電極間の距離を処理雰囲気中で変更可能な電極間距離調整手段を備え、
前記アンテナ電極に高周波エネルギを供給して供給された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成し、前記基板電極にイオン引き込み用高周波電圧を供給して、生成された前記プラズマ中のイオンを加速して前記基板電極上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において
前記試料はシリコン酸化膜上に有機膜レジストおよび無機膜中間層を積層した構造を備え、前記電極間距離を狭くした状態で前記無機膜中間層上に形成したＡｒＦレジストをマスクにして下層の有機膜レジストが露出するまで前記無機膜中間層をエッチングし、前記電極間距離を広くした状態で前記ＡｒＦレジストおよび無機膜中間層をマスクとして下層のシリコン酸化膜が露出するまで前記有機膜レジストをエッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理方法において、
電極間距離調整手段は前記基板電極を上下方向に駆動する駆動手段であることを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理方法にかかり、特に複数種の膜に対して均一に一貫処理を施すことのできるプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、半導体素子の高集積化に伴い、配線の微細化、薄膜化、多層化、あるいはウエハの大口径化が進み、デバイス構造はますます複雑化して、より高度な加工技術が必要とされてきた。
【０００３】
また、半導体装置の製造コストを抑制するためには、エッチング特性の異なる有機膜と無機膜とを含む積層膜を同一装置内で一貫して処理を施すことが望まれる。
【０００４】
このような要望に対して、特許文献１には、ＵＨＦ(Ultra High Frequency）を用いた平行平板ＥＣＲ(Electron Cyclotron Resonance)プラズマ装置を用い、磁場分布を調整して電子サイクロトロン共鳴の発生箇所を制御してプラズマ分布をプロセス条件に合わせて任意にコントロールすることにより最適なプラズマを生成する技術が示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、被処理基板の対抗面にあるガス噴出し板に形成した複数のガス噴出口を備え、互いに異なる流量比の混合ガスを、互いに異なるガス噴出口から噴出させることにより、活性種濃度や副生成ガス濃度の不均一分布を改善し、被処理基板へのプラズマ処理を均一化する技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１１０７８３号公報
【特許文献２】特開２００８−１６６８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、半導体製造工程における加工寸法の微細化や材料の多様化は進む一方であり、例えば、被エッチング材として、エッチング特性の異なる有機膜と無機膜を含む積層膜に対しては、最適な均一性コントロールが求められている。
【０００８】
プラズマ処理装置において、被処理基板に均一なプラズマ処理を施すためには、プラズマ処理に関わるイオンやラジカルなどの活性種を被処理基板の処理面全体に均一な濃度で分布させることが重要である。
【０００９】
プラズマ処理装置の場合、活性種の１つであるイオンの分布は、プラズマ密度分布と関係しており、このプラズマ密度分布を均一にする手法として、前述の電子サイクロトロン共鳴における磁場分布制御等の手法が用いられてきた。
【００１０】
もう一つの活性種であるラジカルについては、プラズマ密度分布を均一にしたとしても、エッチングガスのガス噴出し口から被処理基板に達するまでの間に起きる解離の度合いによって、不均一になることがある。
【００１１】
すなわち、ガスがプラズマ中に滞在する時間が長ければ長いほど解離が進むためラジカルの量は多くなり、逆にプラズマ中に滞在する時間が短いと解離の進みが低いためラジカルの量が少なくなる。これにより、ラジカルの分布に不均一性が発生する。
【００１２】
例えば、有機膜のエッチングの場合、有機膜とラジカルによる反応速度は速いため、ラジカル分布が支配的なエッチングである。しかし、プラズマ処理装置のように狭い空間に複数形成されたガス噴出し穴のうち中心部付近から供給されたガスは被処理基板外周部に達するにつれてプラズマの解離が進む。このため、中心部から外周部にかけてのラジカル分布に差が生じ、半径方向でエッチング特性が相違することになる。
【００１３】
この問題を改善するために、ガスの噴出し範囲をハード的に調整したり、前記のように混合比の異なるガスを異なるガス噴出口から噴出させてラジカル分布を調整することが考えられる。しかし、これらの案はそのための構造が複雑化し、また、ガス流量や処理室内圧力等の条件により最適なハード構成が異なることになる。このため、膜種の異なる積層膜の処理に際して各膜に対して最適化することは困難である。
【００１４】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、膜種の異なる複数の積層膜に対して均一に一貫処理を施すことのできるプラズマ処理方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１６】
処理ガスを供給するガス供給管を備えた真空容器と、該真空容器内に配置された基板電極と、前記真空容器内で前記基板電極に対向して配置されたアンテナ電極  電極と、
前記基板電極とアンテナ電極  電極間の距離を処理雰囲気中で変更可能な電極間距離調整手段を備え、前記アンテナ電極  電極に高周波エネルギを供給して供給された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成し、前記基板電極にイオン引き込み用高周波電圧を供給して、生成された前記プラズマ中のイオンを加速して前記基板電極上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、前記試料は有機膜と無機膜を積層した構造を備える絶縁膜構造を具備し、前記有機膜をエッチングするときは、前記無機膜をエッチングするときよりも前記電極間距離を大きく設定する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、以上の構成を備えるため、膜種の異なる複数の積層膜に対して均一に一貫処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】平行平板型ＥＣＲプラズマエッチング装置を説明する図である。
【図２】被処理基板を説明する図である。
【図３】電極間隔とエッチングレートの面内均一性との関係を示す図である。
【図４】被処理基板を説明する図である。
【図５】各ステップにおけるエッチング条件を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のプラズマエッチング方法を実施するためのＵＨＦを用いた平行平板型ＥＣＲプラズマエッチング装置の一例を示す縦断面図である。
【００２０】
図１に示すように、真空容器１内には被処理基板２が載置される基板電極（下部電極）３と、基板電極３に対向して配置されるアンテナ電極（上部電極）７が設けられる。基板電極３には被処理基板２を吸着保持する静電チャック４が設けられており、該静電チャック４には、被処理基板２にプラズマ処理を施す際に、高周波バイアスを印加するための高周波電源５が整合器６を介して接続されている。
【００２１】
また、基板電極３は、図示を省略した駆動手段により上下方向に移動可能に構成され、アンテナ電極７との間隔が調整可能となっている。アンテナ電極７の基板電極３側の面には図示しない処理ガス供給管１４につながる導電性のガス供給板８が設けられている。    アンテナ電極７にはプラズマ生成用の高周波電源９およびバイアス印加用の高周波電源１１がそれぞれ整合器１０および整合器１２を介して接続される。真空容器１の外周部分には、真空容器１内に磁場を形成するためのコイル１３が設けられている。処理ガスはガス導入口１５a、１５bに導入され、アンテナ電極７およびガス供給板８に形成されたガス導入路を通り、さらにガス供給板８に設けられた多数のガス噴出し口１６からエッチング室へ噴出される。多数のガス噴出し口からは、複数のマスフローコントローラにより流量および流量比が調整された混合ガスが流出する。
【００２２】
このように構成されたエッチング装置は、処理に際しては、真空容器１内に処理ガスを供給するとともに図示を省略した排気装置により内部を所定の圧力に減圧排気する。また、アンテナ電極７に高周波電源９から高周波電力を供給し、コイル１３に磁場形成用の電流を供給することにより真空容器１内にプラズマを生成する。また、基板電極３およびアンテナ電極７にそれぞれ高周波電源５および高周波電源１１から高周波バイアスを印加することにより、基板電極３上の被処理基板２をエッチング処理する。
【００２３】
図２は、エッチング処理される被処理基板を説明する図であり、多層レジスト構造の積層絶縁膜である。この図の例では、ビア(Via)形成工程について説明する。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、被処理基板は、第１の膜であるＡｒＦレジスト２０１、第２の膜である無機膜中間層２０２、第３の膜である有機膜下層レジスト２０３、第４の膜であるシリコン酸化膜２０４、第５の膜である無機膜２０５、および第６の膜であるＳｉ基板２０６を備える。
【００２５】
まず、第１のステップでは、図２（ｂ）に示すように無機膜中間層２０２上のパターン化されたＡｒＦレジスト２０１をマスクにして、無機膜中間層２０２を有機膜下層レジスト２０３が露出するまでエッチングする。
【００２６】
第２のステップでは、図２（ｃ）に示すように、ＡｒＦレジスト２０１と無機膜中間層２０２とをマスクにして、有機膜下層レジスト２０３をシリコン酸化膜２０４が露出するまでエッチングする。
【００２７】
第３のステップでは、図２（ｄ）に示すように  有機膜下層レジスト２０３をマスクにして、Ｓｉ酸化膜２０４と無機膜２０５をＳｉ基板２０６が露出するまでエッチングする。
【００２８】
第４のステップでは、図２（ｅ）に示すように残留している有機膜下層レジスト２０３を処理室から被処理基板を搬出することなくアッシングする。
【００２９】
図５は、これらのステップにおけるステップのエッチング条件を説明する図である。
【００３０】
図３は、アンテナ電極７と基板電極３間の距離、詳しくは、導電体であるガス供給板８と被処理基板２間の距離（電極間隔）と、被処理基板におけるエッチングレートの面内均一性との関係を示す図である。
【００３１】
図を参照すると、第１ステップの無機膜中間層２０２のエッチングでは、図３（ａ）に示すように電極間隔を短縮するにしたがって面内均一性が改善されることが分かる。
【００３２】
すなわち、磁場により最適化されたプラズマが存在する条件で、アンテナ電極７と基板電極３との間隔を短縮しプラズマ拡散範囲を狭くすることにより、プラズマ密度分布が均一化され、その結果、被処理基板２上に、広範囲にわたってイオンが均一に入射して面内均一性が改善したものと考えられる。
【００３３】
第２ステップの有機膜下層レジスト２０３のエッチングでは、図３（ｂ）に示すように電極間隔を広げるにしたがって面内均一性が改善されることが分かる。
【００３４】
すなわち、アンテナ電極７と基板電極３との間隔を広げて、被処理基板２をプラズマ生成領域から遠ざける。この場合には、被処理基板表面に達するまでにプラズマの解離が両電極間の間隔が狭い状態と比してより進む。このため、ガス噴出し穴から供給されるエッチャント（ラジカル）は面内に均等に拡散され、被処理基板２上におけるラジカル分布の均一性が向上したものと考えられる。
【００３５】
第３ステップのシリコン酸化膜２０４および無機膜２０５のエッチングでは、図３（ｃ）に示すように電極間隔を短縮するにしたがって面内均一性が改善されることが分かる。
【００３６】
すなわち、第１ステップと同様にアンテナ電極７と基板電極３との間隔を短縮することで、プラズマ拡散範囲が狭くなり、プラズマ密度分布が均一に近づいたことで、面内均一性が改善したものと考える。
【００３７】
したがって、無機膜と有機膜とが積層された構造の被処理基板をエッチングするに際しては、エッチング装置の電極間隔を、無機膜をエッチングするときには狭め、有機膜をエッチングときには広げることにより、それぞれの積層膜の処理時におけるエッチングレートの面内均一性を向上することができる。これにより、積層された複数の膜の総合的な面内均一性を向上させることができる。
【００３８】
また、これらの積層膜はそれぞれのエッチング条件を変えるだけで同一の真空容器内でエッチング処理をすることができる。このため、多層レジスト積層絶縁膜構造の被エッチング材を一貫して均一に処理することができる。
【００３９】
なお、以上の例では、図２に示すように、被エッチング材にビアを作成する工程について説明したが、トレンチ(Trench)を作成する工程についても同様に実施できる。
【００４０】
図４は、エッチング処理される被処理基板を説明する図であり、多層レジスト構造の積層絶縁膜である。この図の例では、トレンチ形成工程について説明する。
【００４１】
図４に示すように、被処理基板は、第１の膜であるＡｒＦレジスト４０１、第２の膜である無機膜中間層４０２、第３の膜である有機膜下層レジスト４０３、第４の膜であるシリコン酸化膜４０４、第５の膜である無機膜４０５、および第６の膜であるＳｉ基板４０６を備える。
【００４２】
第１のステップでは、図４（ｂ）に示すように無機膜中間層４０２上にパターン化されたＡｒＦレジスト４０１をマスクにして、無機膜中間層４０２を有機膜下層レジスト４０３が露出するまでエッチングする。
【００４３】
第２のステップでは、図４（ｃ）に示すようにＡｒＦレジスト４０１と無機膜中間層４０２とをマスクとして、有機膜下層レジスト４０３をシリコン酸化膜４０４が露出するまでエッチングする。
【００４４】
第３のステップでは、図４（ｄ）に示すように有機膜下層レジスト４０３をマスクにして、Ｓｉ酸化膜４０４と無機膜４０５をＳｉ基板４０６が露出するまでエッチングする。
【００４５】
第４のステップでは、図４（ｅ）に示すように残留している有機膜下層レジスト４０３を処理室から被処理基板を搬出することなくアッシングする。
【００４６】
このようなトレンチ構造を有する基板においても、無機膜と有機膜とが積層された構造を備えるため、前述の例と同様に電極間隔を変えてエッチング処理することにより、面内均一性を向上して一貫処理することができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態によれば、上部電極と下部電極との間隔を膜種ごとに調整することにより、被処理基板に供給されるイオンやラジカルなどの活性種を膜種の性質に合わせて均一にコントロールするので、同一被処理基板内に有機膜および無機膜を備える積層膜に対しても、それぞれ面内均一性の高い処理を一貫処理で実施することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  真空容器
２  被処理基板
３  基板電極
４  静電チャック
５  高周波電源
６  整合器
７  アンテナ電極  
８  ガス供給板
９  高周波電源
１０  整合器
１１  高周波電源
１２  整合器
１３  コイル
１４  ガス供給管
１５ａ、１５ｂ  ガス導入口
１６  ガス噴出し口
２０１  ＡｒＦレジスト
２０２  無機膜中間層
２０３  有機膜下層レジスト
２０４  シリコン酸化膜
２０５  無機膜
２０６  Ｓｉ基板
４０１  ＡｒＦレジスト
４０２  無機膜中間層
４０３  有機膜下層レジスト
４０４  シリコン酸化膜
４０５  無機膜
４０６  Ｓｉ基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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