(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に配置された第１電極と、
前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、
前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、
前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記第１電極に直流電圧を印加する可変直流電源と、
前記第１の高周波電力供給ユニット、前記第２の高周波電力供給ユニットおよび前記可変直流電源を制御する制御器と
を具備し、
前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後、所定期間後に前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始し、その後、所定期間後に前記パワー変調モードに切り換えるように制御し、
さらに、前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始する時点で前記可変直流電源による電圧印加を開始し、前記可変直流電源による電圧印加を、電圧を徐々に上昇させながら印加するように制御することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】
真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に配置された第１電極と、
前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、
前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、
前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記第１電極に直流電圧を印加する可変直流電源と、
前記第１の高周波電力供給ユニット、前記第２の高周波電力供給ユニットおよび前記可変直流電源を制御する制御器と
を具備し、
前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後、所定期間後に前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始し、前記第２の高周波電力供給ユニットによる同一パワーで連続的な高周波電力の供給開始時点では前記第２の高周波電力供給ユニットのパワーを所定のパワーよりも低いパワーで電力供給を行い、前記第１の高周波電力供給ユニットによる高周波電力の供給開始時点でも前記第２の高周波電力供給ユニットのパワーを所定のパワーよりも低いパワーで電力供給を行い、その後、所定時間後に前記第１および第２の高周波電力供給ユニットからのパワーを上昇させ、その後、所定期間後に前記第２の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードに切り換えるように制御し、
さらに、前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始する時点で前記可変直流電源による電圧印加を開始し、前記可変直流電源による電圧印加を、電圧を徐々に上昇させながら印加するように制御することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項３】
真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に配置された第１電極と、
前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、
前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、
前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記第２の高周波電力供給ユニットを制御する制御器と
を具備し、
前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後前記パワー変調モードに切り換えるように制御し、
さらに、前記パワー変調モードに切り換える際に、パワーを徐々に上昇させるように制御することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項４】
真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に配置された第１電極と、
前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、
前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、
前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記第１の高周波電力供給ユニットおよび前記第２の高周波電力供給ユニットを制御する制御器と
を具備し、
前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後前記パワー変調モードに切り換えるように制御し、
さらに、前記第２の高周波電力供給ユニットのパワー変調モードに同期させて、さらに前記第１の高周波電力供給ユニットを、第３のパワーと第４のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作するように制御することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項５】
前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後前記パワー変調モードに切り換える際に、パワーを徐々に上昇させるように制御することを特徴とする請求項４に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項６】
前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させた後、所定期間後に前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始し、その後、所定期間後に前記第２の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードに切り換えるように制御することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項７】
前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットによる同一パワーで連続的な高周波電力の供給開始時点では所定のパワーよりも低いパワーで電力供給を行い、前記第１の高周波電力供給ユニットによる高周波電力の供給開始時点でも所定のパワーよりも低いパワーで電力供給を行い、所定時間後に前記第１および第２の高周波電力供給ユニットからのパワーを上昇させ、その後、所定期間後に前記第２の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードに切り換えるように制御することを特徴とする請求項６に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項８】
前記プラズマエッチング装置は、前記第１電極に直流電圧を印加する可変直流電源をさらに具備し、前記制御器は、前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始する時点で前記可変直流電源による電圧印加を開始するように制御することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項９】
前記制御器は、前記可変直流電源による電圧印加を開始する際に、電圧を徐々に上昇させることを特徴とする請求項８に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１０】
真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に配置された第１電極と、
前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、
前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、
前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記第１電極に直流電圧を印加する可変直流電源と、
を具備するプラズマエッチング装置を用い、前記第１電極および前記第２電極の間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板の所定の膜をエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後、所定期間後に前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始し、その後、所定期間後に前記パワー変調モードに切り換え、
前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始する時点で前記可変直流電源による電圧印加を開始し、前記可変直流電源による電圧印加を、電圧を徐々に上昇させて印加することを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項１１】
真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に配置された第１電極と、
前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、
前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、
前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記第１電極に直流電圧を印加する可変直流電源と、
を具備するプラズマエッチング装置を用い、前記第１電極および前記第２電極の間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板の所定の膜をエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後、所定期間後に前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始し、前記第２の高周波電力供給ユニットによる同一パワーで連続的な高周波電力の供給開始時点では前記第２の高周波電力供給ユニットのパワーを所定のパワーよりも低いパワーで電力供給を行い、前記第１の高周波電力供給ユニットによる高周波電力の供給開始時点でも前記第２の高周波電力供給ユニットのパワーを所定のパワーよりも低いパワーで電力供給を行い、所定時間後に前記第１および第２の高周波電力供給ユニットからのパワーを上昇させ、その後、所定期間後に前記第２の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードに切り換え、
前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始する時点で前記可変直流電源による電圧印加を開始し、前記可変直流電源による電圧印加を、電圧を徐々に上昇させて印加することを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項１２】
真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に配置された第１電極と、
前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、
前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、
前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
を具備するプラズマエッチング装置を用い、前記第１電極および前記第２電極の間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板の所定の膜をエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後前記パワー変調モードに切り換え、
前記パワー変調モードに切り換える際に、パワーを徐々に上昇させることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項１３】
真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に配置された第１電極と、
前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、
前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、
前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
を具備するプラズマエッチング装置を用い、前記第１電極および前記第２電極の間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板の所定の膜をエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後前記パワー変調モードに切り換え、
前記第２の高周波電力供給ユニットのパワー変調モードに同期させて、さらに前記第１の高周波電力供給ユニットを、第３のパワーと第４のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項１４】
前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後前記パワー変調モードに切り換える際に、パワーを徐々に上昇させることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１５】
前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させた後、所定期間後に前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始し、その後、所定期間後に前記第２の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードに切り換えることを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１６】
前記第２の高周波電力供給ユニットによる同一パワーで連続的な高周波電力の供給開始時点では所定のパワーよりも低いパワーで電力供給を行い、前記第１の高周波電力供給ユニットによる高周波電力の供給開始時点でも所定のパワーよりも低いパワーで電力供給を行い、所定時間後に前記第１および第２の高周波電力供給ユニットからのパワーを上昇させ、その後、所定期間後に前記第２の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードに切り換えることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１７】
前記プラズマ処理装置は、前記第１電極に直流電圧を印加する可変直流電源をさらに具備し、前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始する時点で前記可変直流電源による電圧印加を開始することを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１８】
前記可変直流電源による電圧印加を開始する際に、電圧を徐々に上昇させることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等の被処理基板にプラズマエッチングを施すプラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハに形成された所定の層に所定のパターンを形成するために、レジストをマスクとしてプラズマによりエッチングするプラズマエッチング処理が多用されている。
【０００３】
このようなプラズマエッチングを行うためのプラズマエッチング装置としては、種々のものが用いられているが、その中でも容量結合型平行平板プラズマエッチング装置が主流である。
【０００４】
容量結合型平行平板プラズマエッチング装置は、チャンバ内に一対の平行平板電極（上部および下部電極）を配置し、処理ガスをチャンバ内に導入するとともに、電極の少なくとも一方に高周波電力を印加して電極間に高周波電界を形成し、この高周波電界により処理ガスのプラズマを形成して半導体ウエハの所定の層に対してプラズマエッチングを施す。
【０００５】
具体的には、上部電極にプラズマ形成用の高周波電力を印加してプラズマを形成し、下部電極にイオン引き込み用の高周波電力を印加することにより、適切なプラズマ状態を形成するプラズマエッチング装置が知られており、これにより、高選択比で再現性の高いエッチング処理が可能である（例えば特許文献１）。
【０００６】
ところで、  近時、半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化、高集積化の要求に対応して、配線寄生容量の低減を図る目的で低誘電率の層間絶縁膜の利用が進められている。このような低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）の中でも、従来のＳｉＯ２膜のＳｉ−Ｏ結合にメチル基（−ＣＨ３）を導入して、Ｓｉ−ＣＨ３結合を混合させたＳｉＯＣ系膜が注目を集めている。
【０００７】
ＳｉＯＣ系膜などの有機系のＬｏｗ−ｋ膜にプラズマエッチングを行なう場合、重要となるのが下地膜やマスク層との選択比を十分に確保することである。通常は、下地膜との選択性が比較的高い処理ガスとしてフルオロカーボンガス系の混合ガスが用いられるが、それだけで十分な選択比を得ることは難しい。そこで、ＳｉＯＣ系膜のエッチングにおいて、Ｃｕ配線のバリア層である窒化珪素膜を下地エッチストップ層としてＳｉＯＣ系層間絶縁膜をプラズマエッチングする際に、下地膜との選択比を向上させるため、処理ガスとしてＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２をＡｒの流量比が８０％以上となるように用い、窒化珪素膜との選択比を向上させるエッチング方法が提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００８】
また、上記特許文献２と同様に、窒化珪素膜を下地エッチストップ層としてＳｉＯＣ系層間絶縁膜をプラズマエッチングする際に、処理ガスとしてＣＨＦ３／Ａｒ／Ｎ２を用いる第１ステップのエッチングと、処理ガスとしてＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２を用いる第２ステップのエッチングとを行ない、マスクと窒化珪素膜との双方に対する選択比を向上させるエッチング方法も提案されている（例えば、特許文献３）。
【０００９】
しかしながら、上述したようにＣｕ配線のバリア層として用いられている窒化珪素はバリア性は良いものの比誘電率が７．０と高いため、ＳｉＯＣ系膜などのＬｏｗ−ｋ膜の低誘電率特性を十分に活用するためには、さらに比誘電率が低いバリア層が求められており、その一つとして比誘電率が３．５の炭化珪素（ＳｉＣ）がある。
【００１０】
このような低誘電率バリア層であるであるＳｉＣを下地エッチストップ層として使用して上層の被エッチング層であるＬｏｗ−ｋ膜をエッチングする際においても、十分なエッチング選択比を確保することが必要である。しかし、このようなＳｉＣ系の膜には通常１０％程度の酸素が含まれており、ＳｉＯＣ系のＬｏｗ−ｋ膜と組成が近接しているため、前記特許文献２および特許文献３に記載されたフルオロカーボン系の処理ガスを用いるプラズマエッチングを採用しても、Ｌｏｗ−ｋ膜とＳｉＣ層とのエッチング選択比を確保することができるマージンが狭く、ＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜を高選択比および高エッチングレートでエッチングすることが困難である。
【００１１】
一方、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置を用いてビアホールやコンタクトホール等のエッチングを行う場合には、ホールサイズの大小によってエッチングレートが異なる、いわゆるマイクロローディング効果が生じる問題があり、エッチング深さのコントロールが困難であるという問題がある。特に、ガードリング（ＧＲ）のような大きいエリアではエッチングが速いことが多く、ＣＦ系ラジカルが入りにくいスモールビアではエッチレートが遅いことが多い。
【００１２】
エッチストップ層がない場合には、このようなマイクロローディングの問題によりエッチングの深さがばらつくため、次の工程にもばらつきを持ち込む、電気特性にばらつきが生じる等の問題がある。エッチストップ層がある場合でも、オーバーエッチの時間を長く延ばして対応せざるを得ないため、さらに下地ロスが大きくなり、ばらつきも出るため、電気特性に影響を与える。
【００１３】
このような不都合を防止するために、従来は、エッチングの際のチャンバ内の圧力を低下させて低圧・低流量プロセスを行うこと等のスモールビアのエッチングを促進する手法で対応してきた。しかし、低圧・低流量のプロセスの方向は、マスク・下地選択比を取り難い方向であるため、プロセスに制限がでるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−１７３９９３号公報
【特許文献２】特開２００２−２７０５８６号公報
【特許文献３】特開２００４−８７８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、高選択比および高エッチングレートで被エッチング膜をエッチングすることができるプラズマエッチング装置、プラズマエッチング方法を提供することを目的とする。
また、マイクロローディング効果を抑制することができるプラズマエッチング装置、プラズマエッチング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記第１電極に直流電圧を印加する可変直流電源と、前記第１の高周波電力供給ユニット、前記第２の高周波電力供給ユニットおよび前記可変直流電源を制御する制御器とを具備し、前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後、所定期間後に前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始し、その後、所定期間後に前記パワー変調モードに切り換えるように制御し、さらに、前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始する時点で前記可変直流電源による電圧印加を開始し、前記可変直流電源による電圧印加を、電圧を徐々に上昇させながら印加するように制御することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
【００１７】
本発明の第２の観点は、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記第１電極に直流電圧を印加する可変直流電源と、前記第１の高周波電力供給ユニット、前記第２の高周波電力供給ユニットおよび前記可変直流電源を制御する制御器とを具備し、前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後、所定期間後に前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始し、前記第２の高周波電力供給ユニットによる同一パワーで連続的な高周波電力の供給開始時点では前記第２の高周波電力供給ユニットのパワーを所定のパワーよりも低いパワーで電力供給を行い、前記第１の高周波電力供給ユニットによる高周波電力の供給開始時点でも前記第２の高周波電力供給ユニットのパワーを所定のパワーよりも低いパワーで電力供給を行い、その後、所定時間後に前記第１および第２の高周波電力供給ユニットからのパワーを上昇させ、その後、所定期間後に前記第２の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードに切り換えるように制御し、さらに、前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始する時点で前記可変直流電源による電圧印加を開始し、前記可変直流電源による電圧印加を、電圧を徐々に上昇させながら印加するように制御することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
【００１８】
本発明の第３の観点は、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記第２の高周波電力供給ユニットを制御する制御器とを具備し、前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後前記パワー変調モードに切り換えるように制御し、さらに、前記パワー変調モードに切り換える際に、パワーを徐々に上昇させるように制御することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
【００１９】
本発明の第４の観点は、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記第１の高周波電力供給ユニットおよび前記第２の高周波電力供給ユニットを制御する制御器とを具備し、前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後前記パワー変調モードに切り換えるように制御し、さらに、前記第２の高周波電力供給ユニットのパワー変調モードに同期させて、さらに前記第１の高周波電力供給ユニットを、第３のパワーと第４のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作するように制御することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
この場合に、前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後前記パワー変調モードに切り換える際に、パワーを徐々に上昇させるように制御することができる。
【００２０】
上記第３および第４の観点において、前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させた後、所定期間後に前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始し、その後、所定期間後に前記第２の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードに切り換えるように制御するようにすることができる。このような構成において、前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットによる同一パワーで連続的な高周波電力の供給開始時点では所定のパワーよりも低いパワーで電力供給を行い、前記第１の高周波電力供給ユニットによる高周波電力の供給開始時点でも所定のパワーよりも低いパワーで電力供給を行い、所定時間後に前記第１および第２の高周波電力供給ユニットからのパワーを上昇させ、その後、所定期間後に前記第２の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードに切り換えるように制御することができる。
【００２１】
また、上記第３および第４の観点において、前記第１電極に直流電圧を印加する可変直流電源をさらに具備し、前記制御器は、前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始する時点で前記可変直流電源による電圧印加を開始するように制御することができる。この場合に、前記制御器は、前記可変直流電源による電圧印加を開始する際に、電圧を徐々に上昇させるようにすることができる。
【００２２】
本発明の第５の観点は、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記第１電極に直流電圧を印加する可変直流電源と、を具備するプラズマエッチング装置を用い、前記第１電極および前記第２電極の間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板の所定の膜をエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後、所定期間後に前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始し、その後、所定期間後に前記パワー変調モードに切り換え、前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始する時点で前記可変直流電源による電圧印加を開始し、前記可変直流電源による電圧印加を、電圧を徐々に上昇させて印加することを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００２３】
本発明の第６の観点は、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記第１電極に直流電圧を印加する可変直流電源と、を具備するプラズマエッチング装置を用い、前記第１電極および前記第２電極の間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板の所定の膜をエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後、所定期間後に前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始し、前記第２の高周波電力供給ユニットによる同一パワーで連続的な高周波電力の供給開始時点では前記第２の高周波電力供給ユニットのパワーを所定のパワーよりも低いパワーで電力供給を行い、前記第１の高周波電力供給ユニットによる高周波電力の供給開始時点でも前記第２の高周波電力供給ユニットのパワーを所定のパワーよりも低いパワーで電力供給を行い、所定時間後に前記第１および第２の高周波電力供給ユニットからのパワーを上昇させ、その後、所定期間後に前記第２の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードに切り換え、前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始する時点で前記可変直流電源による電圧印加を開始し、前記可変直流電源による電圧印加を、電圧を徐々に上昇させて印加することを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００２４】
本発明の第７の観点は、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、を具備するプラズマエッチング装置を用い、前記第１電極および前記第２電極の間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板の所定の膜をエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後前記パワー変調モードに切り換え、前記パワー変調モードに切り換える際に、パワーを徐々に上昇させることを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００２５】
本発明の第８の観点は、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、を具備するプラズマエッチング装置を用い、前記第１電極および前記第２電極の間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板の所定の膜をエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後前記パワー変調モードに切り換え、前記第２の高周波電力供給ユニットのパワー変調モードに同期させて、さらに前記第１の高周波電力供給ユニットを、第３のパワーと第４のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させることを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００２６】
上記第８の観点において、前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後前記パワー変調モードに切り換える際に、パワーを徐々に上昇させることができる。
【００２７】
上記第７および第８の観点において、前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させた後、所定期間後に前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始し、その後、所定期間後に前記第２の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードに切り換えるようにすることができる。この場合に、前記第２の高周波電力供給ユニットによる同一パワーで連続的な高周波電力の供給開始時点では所定のパワーよりも低いパワーで電力供給を行い、前記第１の高周波電力供給ユニットによる高周波電力の供給開始時点でも所定のパワーよりも低いパワーで電力供給を行い、所定時間後に前記第１および第２の高周波電力供給ユニットからのパワーを上昇させ、その後、所定期間後に前記第２の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードに切り換えるようにしてもよい。
【００２８】
また、上記第７および第８の観点において、前記プラズマエッチング装置は、前記第１電極に直流電圧を印加する可変直流電源をさらに具備し、前記第１の高周波電力供給ユニットによる電力供給を開始する時点で前記可変直流電源による電圧印加を開始するようにすることもできる。この場合に、前記可変直流電源による電圧印加を開始する際に、電圧を徐々に上昇させることができる。
【００２９】
プラズマエッチング装置としては、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記第２の高周波電力供給ユニットを制御する制御器とを具備し、前記第２の高周波電力供給ユニットは、第２の高周波電源と第２の整合器を有し、前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させ、その際に、前記第２の整合器における整合動作を前記パワー変調に同期させて切り換えるように制御することを特徴とするものであってもよい。
【００３０】
このようなプラズマエッチング装置において、前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードで動作させているときに、第１のパワーの際には前記第２の整合器の動作を行わないように制御し、第２のパワーの際には前記第２の整合器が前記第２の高周波電源の内部インピーダンスと前記処理容器のプラズマを含めた負荷インピーダンスとが一致するような動作を行うように制御することができる。また、前記制御器は、前記第２の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードで動作させているときに、第１のパワーの際には、前記第２の高周波電源が出力するパワー値と、前記処理容器のプラズマを含めた負荷インピーダンスによって反射されるパワー値との差分である、前記第２電極に供給されるパワー値が常に一定になるように、前記第２の高周波電源を制御することができる。さらに、前記第１電極に直流電圧を印加する可変直流電源をさらに具備してもよい。
【００３１】
プラズマエッチング方法は、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第２電極と、前記第１電極または第２電極にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電力供給ユニットと、前記第２電極にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給する第２の高周波電力供給ユニットと、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、を具備し、前記第２の高周波電力供給ユニットは、第２の高周波電源と第２の整合器を有するプラズマエッチング装置を用い、前記第１電極および前記第２電極の間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板の所定の膜をエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記第２の高周波電力供給ユニットを第１のパワーと第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、前記第２の整合器における整合動作を前記パワー変調に同期させて切り換えるようにすることを特徴とするものであってもよい。
【００３２】
このようなプラズマエッチング方法において、前記第２の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードで動作させているときに、第１のパワーの際には前記第２の整合器の動作を行わないようにし、第２のパワーの際には前記第２の整合器が前記第２の高周波電源の内部インピーダンスと前記処理容器のプラズマを含めた負荷インピーダンスとが一致するような動作を行うようにすることができる。また、前記第２の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードで動作させているときに、第１のパワーの際には、前記第２の高周波電源が出力するパワー値と、前記処理容器のプラズマを含めた負荷インピーダンスによって反射されるパワー値との差分である、前記第２電極に供給されるパワー値が常に一定になるようにすることができる。さらに、前記プラズマエッチング装置は、前記第１電極に直流電圧を印加する可変直流電源をさらに具備するものであってもよい。
【００３３】
コンピュータ読取可能な記憶媒体として、このようなエッチング方法が行われるように、コンピュータに前記プラズマエッチング装置を制御させるものであってもよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、イオン引き込み用の第２の高周波電力供給ユニットを、被処理基板の所定の膜にポリマーが堆積される第１のパワーと被処理基板の所定の膜のエッチングが進行する第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させることにより、所定の膜に適度なポリマー層が堆積された状態とすることができ、エッチングの進行を抑制することができるので、高選択比および高エッチングレートでエッチングを行うことができる。例えば、下地膜の上に被エッチング膜が形成された構造の被処理基板において、被エッチング膜をエッチングした後、オーバーエッチングする際、あるいは被処理基板として被エッチング膜上にマスク層が形成された構造のものを用い、そのマスク層をマスクとして被エッチング膜をエッチングする際に、このパワー変調モードを採用することにより、高選択比および高エッチングレートで被エッチング膜をエッチングすることができる。また、プラズマ着火時に、最初に前記第２の高周波電力供給ユニットを同一パワーで連続的に高周波電力を供給するモードで動作させ、その後パワー変調モードに切り換えるように制御することにより、パワー変調モードにおける第１のパワーのような低いパワーを供給する場合であっても、確実にプラズマを維持することができる。
【００３５】
また、上記パワー変調モードを用いることにより、エッチングレートが大きいガードリング（ＧＲ）のような大きいエリアのエッチレートを抑制することができ、プロセス条件を変更することなくマイクロローディング効果を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図。
【図２】図１のプラズマエッチング装置において第１の高周波電源に接続された整合器の構造を示す図。
【図３】第２の高周波電源のパワー変調モードの典型例およびその際の設定電圧を示す図。
【図４】第２の高周波電源のパワー変調モードの際における出力電圧波形を示す図。
【図５】図１のプラズマエッチング装置において第２の高周波電源に接続された整合器の構造を示す図。
【図６】通常モードでバイアス印加した場合の被エッチング膜であるＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜とエッチングストップ膜であるＳｉＣ膜のエッチング特性を示すグラフ。
【図７】エッチングストップ膜であるＳｉＣ膜の上に被エッチング膜であるＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜を形成した構造においてＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜をエッチングした後にオーバーエッチングする際のエッチング状態を連続モードでバイアスを印加した場合とパワー変調モードでバイアスを印加した場合とで比較して示す図。
【図８】横軸にバイアスパワーをとり縦軸にポリマー層厚さをとって、ポリマー層厚さとイオン侵入深さとの関係を連続モードでバイアスを印加した場合とパワー変調モードでバイアスを印加した場合とを比較して示すグラフ。
【図９】パワー変調モードでバイアス印加した場合の被エッチング膜であるＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜とエッチングストップ膜であるＳｉＣ膜のエッチング特性を示すグラフ。
【図１０】ポリマー膜厚とイオン（Ａｒイオン）の吸収エネルギーとの関係をシミュレーションした結果をイオンの照射エネルギー毎に示したグラフ。
【図１１】本実施形態の効果を確認した実験の結果を示すグラフ。
【図１２】被エッチング膜のマスクに対する選択比を高めるために下部電極の高周波バイアスにパワー変調モードを利用した例に適用するための半導体ウエハの構造を示す断面図。
【図１３】マイクロローディング効果を緩和するために下部電極の高周波バイアスにパワー変調モードを利用した例に適用するための半導体ウエハの構造を示す断面図。
【図１４】マイクロローディング効果を緩和する効果を確認するためのエッチングに用いたホール形状およびサイズを示す図。
【図１５】マイクロローディング効果を緩和するために下部電極の高周波バイアスにパワー変調モードを利用した場合および連続モードを利用した場合における図１４のホール形状のエッチングレートを規格化したものを示すグラフ。
【図１６】高周波電力および直流電圧の好ましい印加タイミングおよび印加手法の例について示す図。
【図１７】高周波電力および直流電圧の好ましい印加タイミングおよび印加手法の他の例について示す図。
【図１８】高周波電力および直流電圧の好ましい印加タイミングおよび印加手法のさらに他の例について示す図。
【図１９】第２の高周波電源とともに第１の高周波電源もパワー変調モードにした例を示す図。
【図２０】本発明の第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。
【００３８】
このプラズマエッチング装置は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる略円筒状のチャンバ（処理容器）１０を有している。このチャンバ１０は保安接地されている。
【００３９】
チャンバ１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状のサセプタ支持台１４が配置され、このサセプタ支持台１４の上に例えばアルミニウムからなるサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は下部電極を構成し、その上に被処理基板である半導体ウエハＷが載置される。
【００４０】
サセプタ１６の上面には、半導体ウエハＷを静電力で吸着保持する静電チャック１８が設けられている。この静電チャック１８は、導電膜からなる電極２０を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んだ構造を有するものであり、電極２０には直流電源２２が電気的に接続されている。そして、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により半導体ウエハＷが静電チャック１８に吸着保持される。
【００４１】
静電チャック１８（半導体ウエハＷ）の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のフォーカスリング（補正リング）２４が配置されている。サセプタ１６およびサセプタ支持台１４の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材２６が設けられている。
【００４２】
サセプタ支持台１４の内部には、例えば円周上に冷媒室２８が設けられている。この冷媒室には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより配管３０ａ，３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によってサセプタ上の半導体ウエハＷの処理温度を制御することができる。
【００４３】
さらに、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン３２を介して静電チャック１８の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。
【００４４】
下部電極であるサセプタ１６の上方には、サセプタ１６と対向するように平行に上部電極３４が設けられている。そして、上部および下部電極３４，１６間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極３４は、下部電極であるサセプタ１６上の半導体ウエハＷと対向してプラズマ生成空間と接する面、つまり対向面を形成する。
【００４５】
この上部電極３４は、絶縁性遮蔽部材４２を介して、チャンバ１０の上部に支持されており、サセプタ１６との対向面を構成しかつ多数の吐出孔３７を有する電極板３６と、この電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる水冷構造の電極支持体３８とによって構成されている。電極板３６は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体が好ましく、また、後述するようにレジストを強化する観点からはシリコン含有物質が好ましい。このような観点から、電極板３６はシリコンやＳｉＣで構成されるのが好ましい。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、このガス拡散室４０からはガス吐出孔３７に連通する多数のガス通流孔４１が下方に延びている。
【００４６】
電極支持体３８にはガス拡散室４０へ処理ガスを導くガス導入口６２が形成されており、このガス導入口６２にはガス供給管６４が接続され、ガス供給管６４には処理ガス供給源６６が接続されている。ガス供給管６４には、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８および開閉バルブ７０が設けられている（ＭＦＣの代わりにＦＣＮでもよい）。そして、処理ガス供給源６６から、エッチングのための処理ガスとして、例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）がガス供給管６４からガス拡散室４０に至り、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してシャワー状にプラズマ生成空間に吐出される。すなわち、上部電極３４は処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。
【００４７】
上部電極３４には、第１の整合器４６および給電棒４４を介して、第１の高周波電源４８が電気的に接続されている。第１の高周波電源４８は、２７〜１００ＭＨｚの周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を出力する。第１の整合器４６は、第１の高周波電源４８の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第１の高周波電源４８の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。第１の整合器４６の出力端子は給電棒４４の上端に接続されている。
【００４８】
一方、上記上部電極３４には、第１の高周波電源４８の他、可変直流電源５０が電気的に接続されている。可変直流電源５０はバイポーラ電源であってもよい。具体的には、この可変直流電源５０は、上記第１の整合器４６および給電棒４４を介して上部電極３４に接続されており、オン・オフスイッチ５２により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５０の極性および電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５２のオン・オフはコントローラ５１により制御されるようになっている。
【００４９】
第１の整合器４６は、図２に示すように、第１の高周波電源４８の給電ライン４９から分岐して設けられた第１の可変コンデンサ５４と、給電ライン４９のその分岐点の下流側に設けられた第２の可変コンデンサ５６を有しており、これらにより上記機能を発揮する。また、第１の整合器４６には、直流電圧電流（以下、単に直流電圧という）が上部電極３４に有効に供給可能なように、第１の高周波電源４８からの高周波電力（例えば６０ＭＨｚ）および後述する第２の高周波電源からの高周波電力（例えば２ＭＨｚ）をトラップするフィルタ５８が設けられている。すなわち、可変直流電源５０からの直流電流がフィルタ５８を介して給電ライン４９に接続される。このフィルタ５８はコイル５９とコンデンサ６０とで構成されており、これらにより第１の高周波電源４８からの高周波電力および後述する第２の高周波電源からの高周波電力がトラップされる。
【００５０】
チャンバ１０の側壁から上部電極３４の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１０ａが設けられており、この円筒状接地導体１０ａの天壁部分は筒状の絶縁部材４４ａにより上部給電棒４４から電気的に絶縁されている。
【００５１】
下部電極であるサセプタ１６には、第２の整合器８８を介して第２の高周波電源９０が電気的に接続されている。この第２の高周波電源９０から下部電極サセプタ１６に高周波電力が供給されることにより、半導体ウエハＷにバイアスが印加され半導体ウエハＷにイオンが引き込まれる。第２の高周波電源９０は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電力を出力する。この第２の高周波電源９０には、第２の高周波電源９０を制御するＲＦ制御器９５が接続されている。このＲＦ制御器９５は、第２の高周波電源９０からの高周波電力が、半導体ウエハＷの被エッチング膜にデポが堆積する第１のパワーと半導体ウエハＷの被エッチング膜のエッチングが進行する第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するようにパワー制御を行うことが可能となっており、通常の連続モードとパワー制御モードとの間で切り換え可能となっている。パワー変調の典型例としては、図３に示すようなパルス状を挙げることができるが、これに限るものではない。なお、この例ではパルスのデューティー比が５０％である。また、この際の出力電圧波形は、図４のようになる。一周期中の最大電圧値と最小電圧値との差がＶＰＰとなる。なお、図４中のＰｓｅｔは設定電圧を示す。
【００５２】
なお、このＲＦ制御器９５は、第２の整合器８８にも接続されており、第２の整合器８８も制御する。また、ＲＦ制御器９５は、第１の高周波電源４８および第１の整合器４６にも接続されており、これらも制御可能となっている。
【００５３】
第２の整合器８８は第２の高周波電源９０の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第２の高周波電源９０の内部インピーダンスとチャンバ１０内のプラズマを含めた負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。この第２の整合器８８は、図５に示すように、第２の高周波電源９０の給電ライン９６から分岐して設けられた第１の可変コンデンサ９７と、給電ライン９６のその分岐点の第２の高周波電源９０側に設けられた第２の可変コンデンサ９８と、分岐点の反対側に設けられたコイル９９とを有している。本実施形態の場合、通常のプラズマエッチングと異なり、第２の高周波電源９０は、高周波電力が所定周期でパワー変調されるパワー変調モードで動作するため、このパワー変調モードの際に、ＲＦ制御器９５が、第２の整合器８８における整合動作を前記パワー変調に同期させて切り換えるように制御する。この場合に、ＲＦ制御器９５は、第２の高周波電力供給ユニット９０をパワー変調モードで動作させているときに、第１のパワーの際には第２の整合器８８の動作を行わないように制御し、第２のパワーの際には第２の整合器８８が第２の高周波電源９０の内部インピーダンスとチャンバ１０内のプラズマを含めた負荷インピーダンスとが一致するような動作を行うように制御する。具体的には、相対的にパワーが大きい第２のパワーのときのみ第１の可変コンデンサ９７の容量Ｃ１と第２の可変コンデンサ９８の容量Ｃ２とを独立に制御し、第１のパワーのときは容量Ｃ１、容量Ｃ２をそれぞれ固定とする。この場合に、通常の整合器のように順方向のパワーＰｆのみの制御ではハンチングが生じるため、第２の整合器８８として反射パワーＰｒも加味したロードパワーＰＬ（＝Ｐｆ−Ｐｒ）制御付きのものを用いる。具体的には、第１のパワーの際には、第２の高周波電源９０が出力するパワー値Ｐｆと、チャンバ１０内のプラズマを含めた負荷インピーダンスによって反射されるパワー値Ｐｒとの差分である、下部電極であるサセプタ１６に供給されるパワー値ＰＬが常に一定になるように、第２の高周波電源９０を制御する。第１の高周波電源４６についても、第２の高周波電源からの高周波電力がパワー変調されている影響を受けるため、同様にロードパワー制御付きのものとして同様の制御を行うことが好ましい。
【００５４】
上部電極３４には、第１の高周波電源４８からの高周波電力（６０ＭＨｚ）は通さずに第２の高周波電源９０からの高周波電力（２ＭＨｚ）をグランドへ通すためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２が電気的に接続されている。このローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２は、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成されるが、１本の導線だけでも第１の高周波電源４８からの高周波電力（６０ＭＨｚ）に対しては十分大きなリアクタンスを与えることができるので、それで済ますこともできる。一方、下部電極であるサセプタ１６には、第１の高周波電源４８からの高周波電力（６０ＭＨｚ）をグランドに通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）９４が電気的に接続されている。
【００５５】
チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられ、この排気口８０に排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能となっている。また、チャンバ１０の内壁に沿ってチャンバ１０にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するためのデポシールド１１が着脱自在に設けられている。すなわち、デポシールド１１がチャンバ壁を構成している。また、デポシールド１１は、内壁部材２６の外周にも設けられている。チャンバ１０の底部のチャンバ壁側のデポシールド１１と内壁部材２６側のデポシールド１１との間には排気プレート８３が設けられている。デポシールド１１および排気プレート８３としては、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆したものを好適に用いることができる。
【００５６】
デポシールド１１のチャンバ内壁を構成する部分のウエハＷとほぼ同じ高さの部分には、グランドにＤＣ的に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）９１が設けられており、これにより後述するような異常放電防止効果を発揮する。なお、この導電性部材９１は、プラズマ生成領域に設けられていれば、その位置は図１の位置に限られず、例えばサセプタ１６の周囲に設ける等、サセプタ１６側に設けてもよく、また上部電極３４の外側にリング状に設ける等、上部電極近傍に設けてもよい。
【００５７】
プラズマ処理装置の各構成部、例えば電源系やガス供給系、駆動系、さらにはＲＦ制御器９５等は、制御部（全体制御装置）１００に接続されて制御される構成となっている。また、制御部１００には、工程管理者がプラズマ処理装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１０１が接続されている。
【００５８】
さらに、制御部１００には、プラズマ処理装置で実行される各種処理を制御部１００の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部１０２が接続されている。レシピは記憶部１０２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
【００５９】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１０１からの指示等にて任意のレシピを記憶部１０２から呼び出して制御部１００に実行させることで、制御部１００の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。なお、本発明の実施の形態で述べるプラズマ処理装置（プラズマエッチング装置）は、この制御部１００を含むものとする。
【００６０】
このように構成されるプラズマ処理装置においてエッチング処理を行う際には、まず、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介してエッチング対象である半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置する。そして、処理ガス供給源６６からエッチングのための処理ガスを所定の流量でガス拡散室４０へ供給し、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してチャンバ１０内へ供給しつつ、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気し、その中の圧力を例えば０．１〜１５０Ｐａの範囲内の設定値とする。ここで、処理ガスとしては、従来用いられている種々のものを採用することができ、例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）に代表されるハロゲン元素を含有するガスを好適に用いることができる。さらに、ＡｒガスやＯ２ガス等の他のガスが含まれていてもよい。
【００６１】
このようにチャンバ１０内にエッチングガスを導入した状態で、第１の高周波電源４８からプラズマ生成用の高周波電力を上部電極３４に印加するとともに、第２の高周波電源９０よりイオン引き込み用の高周波電力を下部電極であるサセプタ１６に印加する。そして、可変直流電源５０から所定の直流電圧を上部電極３４に印加する。さらに、静電チャック１８のための直流電源２２から直流電圧を静電チャック１８の電極２０に印加して、半導体ウエハＷを静電チャック１８に固定する。
【００６２】
上部電極３４の電極板３６に形成されたガス吐出孔３７から吐出された処理ガスは、高周波電力により生じた上部電極３４と下部電極であるサセプタ１６間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの被処理面がエッチングされる。また、このように上部電極３４にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給し、下部電極であるサセプタ１６にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給するので、プラズマの制御マージンを広くすることができる。
【００６３】
本実施形態では、このようにしてプラズマが形成される際に、上部電極３４に２７ＭＨｚ以上の高い周波数領域の高周波電力を供給しているので、プラズマを好ましい状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。
【００６４】
また、このようにプラズマが形成される際に、コントローラ５１により可変直流電源５０から上部電極３４に印加される直流電圧の極性および大きさを制御することにより、印加電極である上部電極３４の表面つまり電極板３６の表面に対する所定の（適度な）スパッタ効果が得られる程度にその表面の自己バイアス電圧Ｖｄｃが深くなるように、つまり上部電極３４表面でのＶｄｃの絶対値が大きくなるようにすることができる。第１の高周波電源４８から印加される高周波電力のパワーが低い場合に、上部電極３４にポリマーが付着するが、可変直流電源５０から適切な直流電圧を印加することにより、上部電極３４に付着したポリマーをスパッタして上部電極３４の表面を清浄化することができ、かつ、半導体ウエハＷ上に最適な量のポリマーを供給することができる。これにより、フォトレジスト膜の表面荒れを解消することができ、かつ下地膜との間のエッチング選択比を高くすることができる。
【００６５】
なお、上部電極３４に直流電圧を印加することにより、上部電極３４自体をスパッタしてフォトレジスト膜表面にカーバイドを形成してフォトレジスト膜を強化することや、自己バイアス電圧Ｖｄｃが深くなることにより、上部電極３４側に形成されるプラズマシースの厚さが厚くなってプラズマが縮小化されることによる、半導体ウエハＷ上の実効レジデンスタイムの増加およびプラズマがウエハＷ上に集中することによる解離空間の減少によって、フロロカーボン系の処理ガスの解離抑制にともなうフォトレジスト膜の耐エッチング性を向上するといった効果を得ることもできる。また、上部電極３４に直流電圧を印加することにより、上部電極３４近傍に生成された電子が処理空間の鉛直方向へ加速され、シェーディング効果を抑制してボーイングのない良好な加工形状を得ることができるといった効果も得ることができる。なお、可変直流電源５０からの印加電圧を制御する代わりに、印加電流または印加電力を制御するようにしてもよい。
【００６６】
このように上部電極３４に直流電極を印加することにより、種々の効果が得られ、特に被処理基板である半導体ウエハＷに適切にポリマーを供給する効果によって、被エッチング膜と下地のエッチングストップ膜との選択比を大きくすることが可能となるが、低誘電率バリア膜であるＳｉＣ膜を下地エッチングストップ膜として使用して上層の被エッチング膜であるＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜をエッチングする場合には、両者の組成が極めて近接しているため、このように直流電圧を印加しても十分なエッチング選択比を確保することができる条件のマージンが極めて狭い。
【００６７】
このことを具体的に説明する。
図６は、横軸に第２の高周波電源９０から印加されるバイアス用高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）の自己バイアス電圧Ｖｄｃをとり、縦軸にエッチングレートをとった、ＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜とＳｉＣ膜のエッチング特性を示すグラフである。このとき、処理ガスとしてはＣ４Ｆ８、Ａｒ、Ｎ２を用い、これらの流量をそれぞれ１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とし、圧力を６Ｐａとし、第１の高周波電源４８として周波数が６０ＭＨｚのものを用いてパワーを１０００Ｗとし、第２の高周波電源９０として周波数が１３．５６ＭＨｚのものを用いてパワーを２０００Ｗとした。チャンバ内にプラズマを生成すると、上部電極から半導体ウエハにポリマーが供給されバイアスが印加されていないとデポが生じるが、自己バイアス電圧Ｖｄｃの絶対値を上げて行くとエッチングが進行するようになる。このとき、ＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜を高精度でエッチングするためには、ＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜がエッチングされ、下地のＳｉＣ膜はエッチングされないようなＶｄｃが求められる。しかし、ＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜とＳｉＣ膜とは組成が近接しているため、図に示すようにエッチング挙動が似ており、通常のエッチングでは高選択比をとるためのエッチングを行うことができるマージンは極めて狭く、エッチングレートを上げることができない。
【００６８】
エッチングはエッチング対象膜にバイアスを印加してイオンを引き込むことにより進行するが、上述したようにエッチング対象膜にはポリマーが供給されて堆積されるため、エッチングを進行させるためにはポリマーの厚さよりもイオン侵入深さのほうが大きくなるようにＶｄｃ（ウエハに入射するイオンエネルギー）を選択することが必要である。一方、エッチング対象膜がエッチングされた後は、下地膜に堆積されるポリマーの厚さがイオン侵入深さよりも厚ければ、下地膜のエッチングがストップし、選択性の高いエッチングが実現する。しかし、図６のようにエッチング挙動が被エッチング膜と下地膜とで近接している場合には、高いエッチングレートで被エッチング膜をエッチングした後、連続的にオーバーエッチングを行うと、被エッチング膜が抜けた時点で下地膜上のポリマー厚さがイオン侵入深さよりも薄くなっており、下地膜がエッチングされてしまう。
【００６９】
そこで、本実施形態では、被エッチング膜が抜ける時点、すなわち被エッチング膜がエッチングされてオーバーエッチングに移行する時点におけるポリマー厚さがイオン侵入深さよりも厚くなるように、被エッチング膜にポリマーが堆積される第１のパワーと被処理基板の被エッチング膜がエッチングされる第２のパワーとの間で所定周期でパワー変調するようにする。この際には、制御部１００の指令によりＲＦ制御器９５が第２の高周波電源９０を通常モードからパワー変調モードに切り換える。これにより、第１のパワーでポリマーを堆積させ、第２のパワーでエッチングを進行させて、オーバーエッチング開始時にイオン侵入深さよりも厚いポリマー層が形成されるようにして、エッチングストップ膜を大きく浸食させることなくエッチングを停止させることができる。
【００７０】
以上のことを図面を参照して詳細に説明する。
ここでは、Ｃｕ配線層２０１の上にエッチングストップ膜であるＳｉＣ膜２０２が形成され、その上に被エッチング膜であるＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜２０３が形成され、フォトレジスト膜２０４をマスクとしてＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜２０３をエッチングする場合について説明する。
【００７１】
まず、従来の連続モードの場合には、図７の（ａ）に示すメインエッチング末期の状態から図７の（ｂ）に示すようなＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜２０３が抜けた瞬間（オーバーエッチングを始める瞬間）は、ホール底の下地のＳｉＣ膜２０２上に形成されているポリマー層２０５の厚さが薄く、ＳｉＣ膜２０２がエッチングされ浸食されてしまう。そして、図７の（ｃ）に示すようにＳｉＣ膜２０２膜がかなり浸食された時点でオーバーエッチングが飽和される（オーバーエッチング２５％）。
【００７２】
これに対して、図７の（ａ）に示すメインエッチング末期の状態でパワー変調モードに切り換えることにより、図７の（ｄ）に示すオーバーエッチングの瞬間の第１のパワーの時には、ホール底のＳｉＣ膜２０２の上のポリマー層２０５の厚さが厚くなり、図７の（ｅ）に示すように、その後第２のパワーのエッチングモードになってもイオン侵入深さがポリマー層２０５の厚さよりも小さくなるため、図７の（ｆ）に示すようにエッチングストップ膜であるＳｉＣ膜２０２はほとんど浸食されない。
【００７３】
図８は、横軸にバイアスパワーをとり縦軸にポリマー層厚さをとって、上記現象を模式的にまとめたグラフである。また、図８中に、ポリマー層２０５またはＳｉＣ膜２０２へのイオンの侵入深さも描いている（スケールはポリマー深さと同じ）。この図に示すように、連続モードの場合には、ＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜２０３とＳｉＣ膜２０２のエッチング特性が類似している関係上、上述したように、イオンの侵入深さがＳｉＣ膜２０２上のポリマー層２０５の厚さより小さい、ＳｉＣ膜２０２が浸食されない領域は極めて狭く、しかもバイアスパワーを小さくしてＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜２０３のエッチングレートを小さくせざるを得ないが、オーバーエッチング直前にバイアスパワーをパワー変調する場合には、ＳｉＣ膜２０２が浸食されない領域を広くすることができ、しかもバイアスパワーを大きくしてＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜２０３のエッチングレートを高くすることができる。
【００７４】
このようなバイアスのパワー変調を用いた場合のプロセスマージンを図６の連続モードの場合と比較して図９に示す。この図に示すように、オーバーエッチング直前にパワー変調を用いることにより、プロセスマージンが広がり、Ｖｄｃが−８００Ｖ付近の高エッチングレートのエッチングでも、下地のＳｉＣ膜をほとんどエッチングすることなくエッチング対象膜であるＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜をエッチング可能となることがわかる。すなわち、下地膜に対する選択比が高くかつ高エッチングレートでエッチング対象膜であるＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜をエッチングすることができる。
【００７５】
図１０は、ポリマー膜厚とイオン（Ａｒイオン）の吸収エネルギーとの関係をシミュレーションした結果をイオンの照射エネルギー毎に示したグラフである。通常のエッチングの場合、イオン照射エネルギー分布は５００ｅＶ〜１ｋｅＶまでの範囲が大部分であることが知られており、図１０からポリマー厚さが１ｋｅＶにおけるイオンエネルギー吸収範囲は５ｎｍ程度までであるから、ポリマー厚さが数ｎｍ以上、好ましくは５ｎｍ以上であればイオンの侵入深さをポリマー層の厚さよりも小さくすることができることが理解される。
【００７６】
本実施形態において、第２の高周波電源９０からの高周波電力をパワー変調する際の波形の典型例としては上述したようにパルス状を挙げることができる。ただし、これに限るものではなく第１のパワーと第２のパワーとで変調していれば、サインカーブ等の他の波形であってもよい。
【００７７】
パワー変調の際には、パワーが低いほうの第１のパワーは０よりも大きいことが好ましい。パワーを０にするよりもある程度のパワーを保持していたほうがポリマーのデポを有効に供給することができる。第１のパワーおよび第２のパワーは、他のエッチング条件や膜の条件等によって適宜設定されるが、第１のパワーは１０〜５００Ｗの範囲が好ましく、第２のパワーは１００〜５０００Ｗの範囲が好ましい。さらには、第２のパワーは１００〜１０００Ｗの範囲がより好ましい。
【００７８】
また、パワー変調の周波数は、０．２５〜１００Ｈｚが好ましい。この範囲でポリマー層の生成が適度な範囲となる。すなわち、パワー変調（パルス）のデューティー比が５０％の場合に、周波数が１００Ｈｚを超えるとポリマーのデポが生じる第１のパワーの時間が１周期で１０ｍＳ未満となり、十分なデポが形成され難くなるおそれがあり、周波数が０．２５Ｈｚ未満であると１周期あたりの第１のパワーの時間が２Ｓを超えてポリマー層が厚くなりすぎるおそれがある。
【００７９】
パワー変調（パルス）のデューティー比（第２のパワーの時間／１周期の全体の時間）は典型例として５０％を挙げることができるが、エッチングの条件や被エッチング膜および下地膜の条件等に応じて１〜９９％の間で適切に調整することができる。
【００８０】
エッチングに際しては、まず、バイアスパワーを変調しない通常のモードで高エッチングレートにて被エッチング膜をエッチングし、被エッチング膜のエッチング終了前にバイアスパワーを上述のようなパワー変調モードへ切り換えるが、この切り換えは、被エッチング膜がエッチングされて下地膜が見えた際に適切な量のポリマー層が形成されているようなタイミングで行うことが必要である。オーバーエッチングに入る直前にパワー変調モードへ切り換えたのではオーバーエッチング時にポリマー層の厚さが不十分になり、逆に、早く切り換え過ぎた場合には、エッチングレートが低下してしまう。したがって、下地膜が見えた際に適切な量のポリマー層が形成することができる時間が確保できるように、オーバーエッチングに入る時点にできるだけ近いタイミングで切り換えを行うことが好ましく、エッチング条件等にもよるが、被エッチング膜の残膜が２０〜３０ｎｍの時点で切り換えることが好ましい。
【００８１】
このようなパワー変調モードでエッチングする際には、上部電極３４に可変直流電源５０から直流電圧を印加することにより、上述したようなポリマー供給の効果が得られるため、ポリマー層を確保する観点から有利である。また、直流電圧を印加していない時には、バイアスパワーが変調することにより上部電極３４に第１の高周波電源から印加されるプラズマ生成用の高周波電力の反射波が増大してプラズマが不安定になるおそれがある。そこで、可変直流電源５０から上部電極３４に直流電圧を印加することで、上部電極３４側に形成されるプラズマシースの厚さが固定されるので、上部電極３４に印加されるプラズマ生成用の高周波電力の反射波が減少し、プラズマを安定させることができる。よって、プロセスの安定性や第１の高周波電源４８の寿命を向上させることができ、その点からも直流電圧を印加することが有利である。
【００８２】
上部電極３４に印加される直流電圧は、エッチング条件に応じて適宜設定されるが、通常の連続モードの場合もパワー変調モードの場合も、−３００〜−２ｋＶの範囲が好ましい。
【００８３】
なお、第１の高周波電源４８から上部電極３４に印加される高周波電力の周波数、および第２の高周波電源９０からサセプタ１６に印加される高周波電力の周波数の好ましい範囲は、通常の連続モードの場合およびパワー変調モードの場合によらず、上述したように前者が２７〜１００ＭＨｚの範囲、後者が４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲が好ましい。また、第１の高周波電源４８から供給される高周波電力のパワーは、通常の連続モードの場合もパワー変調モードの場合も５００〜５０００Ｗの範囲が好ましい。さらに、通常の連続モードの場合の第２の高周波電源９０からのバイアス用高周波電力のパワーは、５００〜５０００Ｗの範囲が好ましい。
【００８４】
次に、本実施形態の効果を確認した実験について説明する。
ここでは、下地膜であるＳｉＣ膜を３０ｎｍ形成した後、その上にエッチング対象膜であるＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜を３００ｎｍ形成し、その上にＢＡＲＣおよびパターン化されたＡｒＦレジスト膜を形成したサンプルを用い、まずＡｒＦレジスト膜をマスクとしてＢＡＲＣをエッチングした後、ＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜をエッチングしてビアを形成した。
【００８５】
エッチングの際の条件は、以下のとおりとした。なお、オーバーエッチングについては、本実施形態に従ってパワー変調モードで印加した場合（実施例）と、従来のようにバイアスを連続モードで印加した場合（比較例）とについて行った。
（１）メインエッチング（連続モード）
チャンバ内圧力：６．６５Ｐａ（５０ｍＴ）
上部印加高周波パワー（６０ＭＨｚ）：４００Ｗ
下部印加高周波パワー（４００ｋＨｚ）：５００Ｗ
処理ガスおよび流量：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２＝４／１０００／５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
上部直流電圧：−９００Ｖ
時間：６０ｓｅｃ
（２）オーバーエッチング
（ａ）実施例
チャンバ内圧力：６．６５Ｐａ（５０ｍＴ）
上部印加高周波パワー（６０ＭＨｚ）：４００Ｗ
下部印加高周波パワー（４００ｋＨｚ）：１００Ｗ／８００Ｗで変調
パワー変調の際のパルスパラメータ
周波数：１５．０Ｈｚ
デューティー比：５０％
Ｖｐｐ：１．４Ｖ
処理ガスおよび流量：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２＝８／１０００／８０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
上部直流電圧：−９００Ｖ
（ｂ）比較例
チャンバ内圧力：６．６５Ｐａ（５０ｍＴ）
上部印加高周波パワー（６０ＭＨｚ）：４００Ｗ
下部印加高周波パワー（４００ｋＨｚ）：８００Ｗ
処理ガスおよび流量：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２＝４／１０００／５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
上部直流電圧：−９００Ｖ
（３）共通条件
温度：上部電極／ウエハ／下部電極＝６０／６０／０℃
【００８６】
これらの条件でエッチングを行った後、サンプルを１％ＨＦ水溶液に３０秒浸漬させて、ＳｉＣの浸食の浸食量を把握した。なお、実施例におけるバイアスパワー印加の通常モードからパワー変調モードへの切り換えは、オーバーエッチング開始時点から３０ｓｅｃ前とした。
【００８７】
結果を図１１に示す。図１１は、横軸にオーバーエッチングの時間をとり、縦軸にＳｉＣ膜の浸食量（ｎｍ）をとって、実施例と比較例を対比した図である。この図に示すように、比較例の場合には、オーバーエッチング開始直後に９ｎｍ程度まで大きく浸食したのに対し、実施例の場合には、初期に３ｎｍ程度浸食された後、オーバーエッチング４０％までほぼ一定で飽和していることが確認された。このことから、本実施形態のバイアスのパワー変調モードの効果が確認された。
【００８８】
なお、本実施形態では、被エッチング膜としてＳｉＯＣ系（有機系）のＬｏｗ−ｋ膜を例示したが、無機系のＬｏｗ−ｋ膜であっても当然よい。また、下地膜としてＳｉＣ膜を例示したが、例えば窒化シリコン膜（ＳｉＮ）であってもよい。さらに、本実施形態では被エッチング膜としてＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜、下地膜としてＳｉＣ膜の組み合わせを例示したが、被エッチング膜が下地膜に対して選択比を取り難い場合の全般に適用可能である。また、上記実施形態では、バイアスを連続モードからパワー変調モードに切り換える場合について示したが、十分なエッチングレートを得ることができれば、パワー変調モードのみを採用することもできる。
【００８９】
次に、本実施形態における他の適用例について説明する。
ここでは、被エッチング膜のマスクに対する選択比を高めるために、上述したパワー変調モードを利用した例について説明する。
【００９０】
図１２はこの例に適用するための半導体ウエハの構造を示す断面図である。符号３０１はＬｏｗ−ｋ膜であり、その上にハードマスク層としてのＴｉＮ膜３０２が形成され、その上に無機犠牲膜３０３およびフォトレジスト膜３０４が形成されている。ハードマスク層としてはＴｉＮの代わりにＴｉ膜を用いてもよい。このような構造において、ＴｉＮ膜３０２をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜３０１をエッチングしてホール３０５を形成する場合には、ＴｉＮ膜３０２に対して大きな選択比でエッチングすることが望まれる。そのためには、Ｌｏｗ−ｋ膜３０１に対してはエッチングが進行し、ＴｉＮ膜３０２に対してはポリマーの堆積が多くエッチングが進行し難くなるような条件のパワー変調モードとなるように第２の高周波電源９０を制御しながらエッチングを行うことが有効である。
【００９１】
次に、本実施形態のさらに他の適用例について説明する。
ここでは、マイクロローディング効果を緩和するために、上述したパワー変調モードを利用した例について説明する。
【００９２】
図１３に示すように、下地膜４０１の上にエッチングストップ膜であるＳｉＣ膜４０２が形成され、その上に被エッチング膜であるＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜４０３が形成され、フォトレジスト膜４０４をマスクとしてＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜４０３に小さいサイズのビア４０５と例えばガードリング（ＧＲ）等の大きいエリアのトレンチ４０６をエッチングする場合、マイクロローディング効果により、サイズの小さいビア４０５にはＣＦ系ラジカルが入りにくく、そのエッチレートが遅くなり、逆にサイズの大きいトレンチ４０６ではエッチング速度が速くなる傾向にある。
【００９３】
このようなマイクロローディング効果を抑制するために、上述のようなパワー変調モードでバイアスを印加しながらエッチングを行うことが有効である。このようなパワー変調モードでバイアスを印加することにより、大きいエリアのトレンチ４０６のエッチングレートのみを抑制してマイクロローディング効果を緩和することができる。具体的には、上述したように、パワー変調モードにおける高パワーである第２のパワーでエッチングが進行し、低パワーである第１のパワーではＣＦ系プリカーサーが堆積してエッチングが抑制されるが、そのようなエッチングの抑制効果はエッチングエリアの大きいトレンチ４０６でより大きく発揮されるため、ビア４０５とトレンチ４０６のエッチングレートの差が小さくなり、マイクロローディング効果が緩和される。
【００９４】
次に、本適用例を実際に適用した結果について説明する。
ここでは、エッチング対象膜としてＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜を用い、図１４に示すようなサイズの（ａ）楕円形ビア、（ｂ）円形のスモールビア、（ｃ）トレンチ（ＧＲ）をエッチングした。ここでは、下部印加高周波電力パワー変調モードにした場合と連続モードにした場合とについて比較した。その際の条件は以下の通りとした。
（１）共通条件
チャンバ内圧力：６．６５Ｐａ（５０ｍＴ）
上部印加高周波パワー（６０ＭＨｚ）：４００Ｗ
上部直流電圧：−９００Ｖ
温度：上部電極／ウエハ／下部電極＝６０／６０／０℃
処理ガスおよび流量：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２＝１０／１０００／１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
時間：３０ｓｅｃ
（２）パワー変調モード
下部印加高周波パワー（１３．５６ＭＨｚ）：１００Ｗ／７００Ｗで変調
パワー変調の際のパルスパラメータ
周波数：１５．０Ｈｚ
デューティー比：５０％
（３）連続モード
下部印加高周波パワー（１３．５６ＭＨｚ）：７００Ｗを連続印加
【００９５】
これらエッチングを行った際のセンターおよびエッジのエッチングレートを表１にまとめて示す。また、図１４（ａ）の楕円形ビアのエッチングレートを１．０として規格化した結果を表２に示す。さらに表２をグラフ化したものを図１５に示す。
【００９６】
【表１】
0005491648.tif 000002
【００９７】
【表２】
0005491648.tif 000003
【００９８】
これらに示すように、下部電極に連続モードで高周波バイアスを印加した場合には、大きいエリアのトレンチ（ＧＲ）のエッチングレートが楕円形ビアおよびスモールビアに比べて大きくなり、マイクロローディング効果が生じていたが、高周波バイアスをパワー変調モードにすることにより、トレンチ（ＧＲ）のエッチングレートが他に比べて大きく低下し、マイクロローディング効果が緩和することが確認された。
【００９９】
ところで、本実施形態において第２の高周波電源９０をパワー変調モードにしたプラズマを形成する場合、より確実にプラズマを維持するために、第２の高周波電源９０をプラズマ着火の際には同一パワーの連続モードで動作させ、その後パワー変調モードで動作させることが好ましい。この場合に、高周波電力および直流電圧の印加タイミングおよび印加手法も問題となる。以下、高周波電力および直流電圧の好ましい印加タイミングおよび印加手法について図１６〜１８を参照して説明する。
【０１００】
図１６の例では、第２の高周波電源９０から高パワーの第２のパワーよりも低いパワーで高周波電力を連続モードで下部電極であるサセプタ１６に供給開始し、所定時間経過後の時刻Ｔ１に、第１の高周波電源４８から高周波電力を上部電極３４に印加する。それと同時に可変直流電源５０から上部電極３４に直流電圧を印加する。この状態でプラズマが着火し、プラズマが安定した時点の時刻Ｔ２において第２の高周波電源９０をパワー変調モードにする。これにより、プラズマが安定した後にパワー変調モードにすることになるので、パワー変調モードにおける第１のパワーのような低いパワーを供給する場合であっても、確実にプラズマを維持することができる。なお、これらの制御はＲＦ制御器９５により行われる。以下の図１７および図１８の例でも同様である。
【０１０１】
図１７の例では、第２の高周波電源９０のパワーを高パワーの第２のパワーの値までスローアップし、その後パワー変調モードにしている。また、可変直流電源５０の直流電圧をスローアップしている。このようにスローアップすることにより、ウエハや電源へのダメージを軽減することができる。なお、これらいずれかをスローアップするようにしてもよい。
【０１０２】
図１８の例では、まず、第２の高周波電源９０から高パワーの第２のパワーよりも低いパワーで高周波電力を連続モードで下部電極であるサセプタ１６に供給開始し、所定時間経過後の時刻Ｔ１′に、第１の高周波電源４８から設定値よりも低い高周波電力を上部電極３４に印加する。それと同時に可変直流電源５０から上部電極３４に直流電圧を印加する。この状態でプラズマが着火し、プラズマが安定した時点の時刻Ｔ２′において第１の高周波電源４８を設定値まで上昇させ、第２の高周波電源９０のパワーを所定値（例えば第２のパワーの値）まで上昇させる。この場合に、第２の高周波電源９０のパワーは図示するようにスローアップとすることが好ましい。そして、時刻Ｔ２′以降の所定のタイミングで第２の高周波電源９０をパワー変調モードにする。これによっても、プラズマが安定した後にパワー変調モードにすることになるので、パワー変調モードにおける第１のパワーのような低いパワーを供給する場合であっても、確実にプラズマを維持することができる。なお、この例においても可変直流電源５０の直流電圧をスローアップしてもよい。
【０１０３】
次に、第２の高周波電源９０とともに第１の高周波電源４８もパワー変調モードにした例について説明する。
プラズマの安定性等の観点から、第２の高周波電源９０をパワー変調モードとした時に、それに対応して第１の高周波電源４８をもパワー変調モードにすることが好ましい場合も考えられる。この際には、ＲＦ制御器９５により第２の高周波電源９０のみならず第１の高周波電源４８をもパワー変調するように制御する。具体的には、第１の高周波電源４８を第２の高周波電源９０のパワー変調モードに同期させて、第３のパワーと第４のパワーとの間でパワー変調するように制御する。この場合に、例えば図１９の（ａ）に示すように、第１の高周波電源４８と第２の高周波電源９０とで、高パワーと低パワーとを同じタイミングとなるようにしてもよいし、図１９の（ｂ）に示すように、第１の高周波電源４８と第２の高周波電源９０とで、高パワーと低パワーとを逆のタイミングにしてもよい。
【０１０４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図２０は、本発明の第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。
【０１０５】
このプラズマエッチング装置は、プラズマ生成用の高周波電力が下部電極であるサセプタに印加されるようになっている点が上記第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置とは異なっているが、他の構成については基本的に第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置と同様であるから、図２０において、図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
【０１０６】
本実施形態においては、下部電極であるサセプタ１６にプラズマを生成するための第１の高周波電源４８′およびバイアスを印加してイオンを引き込むための第２の高周波電源９０の両方が接続されている。第１の高周波電源４８′は第１の整合器８９を介してサセプタ１６に接続されており、第１の整合器８９は第２の整合器８８と同様の構成を有し、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第１の高周波電源４８′の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。第１の高周波電源４８′は、第１の実施形態の第１の高周波電源４８と同様の機能を有しており、その周波数は２７〜１００ＭＨｚの範囲が好ましい。
【０１０７】
一方、上部電極３４に高周波電源が接続されておらず、可変直流電源５０は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６ａを介して上部電極３４に接続されている。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６ａは第１および第２の高周波電源からの高周波をトラップするものであり、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成される。
【０１０８】
本実施形態では、下部電極にプラズマ形成用の第１の高周波（ＲＦ）電力およびイオン引き込み用の第２の高周波（ＲＦ）電力を印加する下部ＲＦ二周波印加型のプラズマエッチング装置を示しているが、その他の容量結合型プラズマエッチング装置に対する優位点として、以下の点を挙げることができる。
【０１０９】
まず、本実施形態のように下部電極にプラズマ形成用の高周波電力を印加することで、ウエハにより近いところでプラズマを形成することができ、またプラズマが広い領域に拡散せず処理ガスの解離を抑えることができるので、処理容器内の圧力が高くプラズマ密度が低いような条件であっても、ウエハに対するエッチングレートを上昇させることができる。また、プラズマ形成用の高周波電力の周波数が高い場合でも、比較的大きなイオンエネルギーを確保することができるので高効率である。これに対して、第１の実施形態のように上部電極にプラズマ形成用の高周波電力を印加する場合には、上部電極近傍にプラズマが生成されるので、処理容器内の圧力が高くプラズマ密度が低いような条件では、ウエハに対するエッチングレートを上昇させることが比較的困難である。
【０１１０】
また、本実施形態のように下部電極にプラズマ形成用の高周波電力とイオン引き込み用の高周波電力を別々に印加することで、下部電極に一周波の高周波電力を印加するタイプの装置とは異なり、プラズマエッチングに必要なプラズマ形成の機能とイオン引き込みの機能とを独立に制御することが可能となる。したがって、高い微細加工性が要求されるエッチングの条件を満たすことが可能となる。
【０１１１】
本実施形態では、このような機能を有する二周波印加型のプラズマエッチング装置を基本とし、上部電極へ直流電圧を印加することによって、上述したような機能を発揮するので、近年のエッチング微細加工に適合したより高性能のエッチングが可能となるとともに、第１の実施形態と同様にバイアス用の高周波のパワー変調を行うことにより、例えばＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜とＳｉＣ膜との組み合わせのように被エッチング膜と下地膜とで組成が近接している場合であっても、被エッチング膜を高選択比および高エッチングレートでエッチングすることができる。
【０１１２】
なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様、ＳｉＣ膜を下地膜としてＳｉＯＣ膜をエッチングする場合等、被エッチング膜と下地膜との選択比を高めたい場合や、ＴｉＮ膜をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜をエッチングする場合等、マスクに対して選択性の高いエッチングを行いたい場合に適用可能であるし、マイクロローディング効果を緩和したい場合にも適用可能である。また、図１６で示したようなプラズマ着火シーケンスも適用可能であるし、第１の高周波電源４８′をパワー変調モードで動作させることも可能である。なお、本実施形態では、被エッチング膜としてＳｉＯＣ系（有機系）のＬｏｗ−ｋ膜を例示したが、無機系のＬｏｗ−ｋ膜であっても当然よい。また、下地膜としてＳｉＣ膜を例示したが、例えば窒化シリコン膜（ＳｉＮ）であってもよい。さらに、本実施形態では被エッチング膜としてＳｉＯＣ系Ｌｏｗ−ｋ膜、下地膜としてＳｉＣ膜の組み合わせを例示したが、被エッチング膜が下地膜に対して選択比を取り難い場合の全般に適用可能である。
【０１１３】
なお、上記いずれの実施形態においても、上記第１の高周波電力および第２の高周波電力の採り得る周波数を例示すると、第１の高周波電力としては、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、１００ＭＨｚを挙げることができ、第２の高周波電力としては、４００ｋＨｚ、８００ｋＨｚ、１ＭＨｚ、２ＭＨｚ、３．２ＭＨｚ、１２．８８ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚを挙げることができ、プロセスに応じて適宜の組み合わせで用いることができる。
【０１１４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、上部電極に直流電圧を印加する例について示したが、直流電圧の印加は必須ではない。
【符号の説明】
【０１１５】
１０…チャンバ（処理容器）
１６…サセプタ（下部電極）
３４…上部電極
４４…給電棒
４６、８９…第１の整合器
４８…第１の高周波電源
５０…可変直流電源
６６…処理ガス供給源
８４…排気装置
８８…第２の整合器
９０…第２の高周波電源
９５…ＲＦ制御器
１００…制御部
１０２…記憶部
Ｗ…半導体ウエハ（被処理基板）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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