(57)【要約】【課題】高い均一性で等方性エッチングを実現する。【解決手段】一実施形態に係るエッチング方法は、シリコンを含む被エッチング層のプラズマエッチング方法であって、被エッチング層を有する被処理体を処理容器内に準備する工程と、酸素を含まず、フルオロカーボンガス又はフルオロハイドロカーボンガスを含む第１の処理ガスのプラズマを生成し、被エッチング層の表面の酸化膜を除去する工程と、酸素を含まない第２の処理ガスのプラズマを生成し、酸化膜を除去する工程において生成された炭素系の反応生成物を除去する工程と、フルオロカーボンガス又はフルオロハイドロカーボンガスを含む第３の処理ガスのプラズマをマイクロ波を用いて生成し、被処理体を載置する載置台を構成する下部電極に高周波バイアス電力を印加せずに被エッチング層をエッチングする工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンを含む被エッチング層のプラズマエッチング方法であって、
前記被エッチング層を有する被処理体を処理容器内に準備する工程と、
酸素を含まず、フルオロカーボンガス又はフルオロハイドロカーボンガスを含む第１の処理ガスのプラズマを生成し、前記被エッチング層の表面の酸化膜を除去する工程と、
酸素を含まない第２の処理ガスのプラズマを生成し、前記酸化膜を除去する工程において生成された炭素系の反応生成物を除去する工程と、
フルオロカーボンガス又はフルオロハイドロカーボンガスを含む第３の処理ガスのプラズマをマイクロ波を用いて生成し、前記被処理体を載置する載置台を構成する下部電極に高周波バイアス電力を印加せずに前記被エッチング層をエッチングする工程と、
を含む、プラズマエッチング方法。
【請求項２】
前記被処理体は、前記被エッチング層と該被エッチング層の上に設けられたダミーゲートとを有し、
前記被エッチング層をエッチングする工程においては、前記ダミーゲートの下方に位置する被エッチング層の一部を除去する、
請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
前記被エッチング層をエッチングする工程においては、１０００Ｗ〜１５００Ｗの範囲内のマイクロ波電力を供給する、
請求項１又は２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記被エッチング層をエッチングする工程においては、前記処理容器内を１００ｍＴｏｒｒ〜４００ｍＴｏｒｒの範囲内の圧力に設定する、
請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記第３の処理ガスは、Ｎ２を含まず、Ａｒを含む、
請求項１〜４の何れか一項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】
本発明の実施形態は、プラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等の電子デバイスの製造においては、被処理体の被エッチング層に対してエッチングが行われる。このエッチングには、プラズマエッチングが用いられることがある。プラズマエッチングとしては、全ての方向にエッチングが進む等方性エッチングと特定の方向にエッチングが進む異方性エッチングがあり、エッチング形状に応じて等方性エッチング又は異方性エッチングが選択される。等方性エッチングは、断面形状が円弧状となるようにエッチングが進むので、例えば被エッチング層のマスクパターンの下部に位置する部分を除去するように被エッチング層を加工することができる。
【０００３】
このような等方性エッチングを用いて被エッチング層を加工する方法が特許文献１に記載されている。特許文献１には、フィンの下方に位置する被エッチング層である埋込酸化膜の一部をドライエッチングプロセスにより除去して、横方向にアンダーカットすることによりリセス形状を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００６−５２２４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、シリコンを含む被エッチング層をエッチングする際には、その前処理として大気への曝露によりシリコン表面に生成された自然酸化膜を除去するブレークスルー工程が必要となる。このブレークスルー工程においては、一般的にＣＦ４等のフルオロカーボンを含有する処理ガスのプラズマを発生させてフッ素ラジカルを生成し、フッ素ラジカルによりシリコン表面の自然酸化膜を除去する。この際に、フルオロカーボン由来の炭素系の残渣が被処理体の表面に付着することを防止するために、処理ガスにＯ２ガスを添加することが一般的である。
【０００６】
しかし、ブレークスルー工程において処理ガスにＯ２ガスを添加した場合には、Ｏ２ガスにより被エッチング層が再酸化されることにより、被エッチング層の表面にＳｉＯ２由来の酸化物系の残渣が生成されてしまうことがある。これにより、ブレークスルー工程後のメインエッチング工程において、この酸化物系の残渣がマイクロマスクとして機能して、被エッチング層表面のエッチングの均一性が悪化しまう場合がある。特に、等方性エッチングにおいては、バイアス電圧を低く設定してプラズマ中のイオンの影響を小さくした状態でエッチングを行うので、エッチングの均一性は被処理体の表面状態に大きな影響を受ける。したがって、特許文献１に記載されるように被エッチング層に等方性エッチングをする場合には、ブレークスルー工程において生成された酸化物系の残渣の影響により、エッチングの均一性が悪化してしまうことがある。
【０００７】
なお、炭素系の残渣及び酸化物系の残渣の発生を防止するために、ブレークスルー工程におけるエッチャントとしてＣｌ２やＨＢｒを用いることが考えられるが、これらのエッチャントは、シリコンに対する選択比が低いのでシリコン自体をエッチングしてしまうことがある。その結果、リセス形状の制御が困難になるという欠点がある。
【０００８】
したがって、本技術分野においては、高い均一性で等方性エッチングを実現することが可能なエッチング方法が要請されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面に係るプラズマエッチング方法は、シリコンを含む被エッチング層のプラズマエッチング方法であって、被エッチング層を有する被処理体を処理容器内に準備する工程と、酸素を含まず、フルオロカーボンガス又はフルオロハイドロカーボンガスを含む第１の処理ガスのプラズマを生成し、被エッチング層の表面の酸化膜を除去する工程と、酸素を含まない第２の処理ガスのプラズマを生成し、酸化膜を除去する工程において生成された炭素系の反応生成物を除去する工程と、フルオロカーボンガス又はフルオロハイドロカーボンガスを含む第３の処理ガスのプラズマをマイクロ波を用いて生成し、被処理体を載置する載置台を構成する下部電極に高周波バイアス電力を印加せずに被エッチング層をエッチングする工程と、を含む。
【００１０】
本プラズマエッチング方法においては、酸素を含まず、フルオロカーボンガス又はフルオロハイドロカーボンガスを含む第１の処理ガスのプラズマによって被エッチング層の酸化膜が除去されるので、被エッチング層が再酸化されて酸化物系の残渣が生成されることが防止される。また、酸素を含まない第２の処理ガスのプラズマによって炭素系の反応生成物が除去される。そして、第３の処理ガスのプラズマによって被エッチング層がエッチングされる。このエッチングは、酸化物系の残渣及び炭素系の反応生成物がない状態で、下部電極に高周波バイアス電力を印加せずに行われるので、高い均一性で被エッチング層を等方性エッチングすることができる。また、第３の処理ガスのプラズマはマイクロ波を用いて生成されるので、高密度のラジカル主体のエッチングを実施することができ、その結果、等方性エッチングを促進することができる。
【００１１】
本発明の別の一側面に係るプラズマエッチング方法では、被処理体は、被エッチング層と該被エッチング層の上に設けられたダミーゲートとを有し、被エッチング層をエッチングする工程においては、ダミーゲートの下方の被エッチング層に位置する被エッチング層の一部を除去してもよい。
【００１２】
本プラズマエッチング方法によれば、ダミーゲートの下方にリセス領域を形成することができる。
【００１３】
本発明の別の一側面に係るプラズマエッチング方法では、被エッチング層をエッチングする工程においては、１０００Ｗ〜１５００Ｗの範囲内のマイクロ波電力を供給してもよい。
【００１４】
本プラズマエッチング方法によれば、１０００Ｗ〜１５００Ｗという比較的低いマイクロ波電力を供給することにより、被エッチング層をエッチングする際に、被エッチング層に酸化物系の残渣が発生することを抑制することができる。
【００１５】
本発明の別の一側面に係るプラズマエッチング方法では、被エッチング層をエッチングする工程においては、処理容器内を１００ｍＴｏｒｒ〜４００ｍＴｏｒｒの範囲内の圧力に設定してもよい。
【００１６】
本プラズマエッチング方法によれば、処理容器内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ〜４００ｍＴｏｒｒとしてエッチングすることにより、被エッチング層の水平方向に進むエッチングを促進することができ、その結果、等方性の高いエッチングを行うことができる。
【００１７】
本発明の別の一側面に係るプラズマエッチング方法では、第３の処理ガスは、Ｎ２を含まず、Ａｒを含んでいてもよい。
【００１８】
本プラズマエッチング方法によれば、キャリアガスとしてＮ２に変えてＡｒを用いることにより、被エッチング層をエッチングする際に、被エッチング層に酸化物系の残渣が発生することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、高い均一性で等方性エッチングを実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施形態に係るプラズマエッチング方法の流れ図である。
【図２】一実施形態に係るプラズマエッチング方法の各工程を説明する図である。
【図３】一実施形態に係るプラズマエッチング方法の各工程を説明する図である。
【図４】一実施形態に係るプラズマエッチング方法の各工程を説明する図である。
【図５】一実施形態に係るプラズマエッチング方法の各工程を説明する図である。
【図６】一実施形態に係るプラズマエッチング方法の各工程を説明する図である。
【図７】一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。
【図８】スロット板の一例を示す平面図である。
【図９】誘電体窓の一例を示す平面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿ってとった断面図である。
【図１１】図９に示す誘電体窓上に図８に示すスロット板を設けた状態を示す平面図である。
【図１２】第１の流量制御ユニット群、第１のガスソース群、第２の流量制御ユニット群、及び、第２のガスソース群を含むガス供給系を示す図である。
【図１３】実験例１及び比較実験例１、２により得られた被処理体のＸＰＳによる測定結果を表すグラフである。
【図１４】実験例２及び比較実験例３により得られた被処理体のＸＰＳによる測定結果を表すグラフである。
【図１５】実験例２及び比較実験例３により得られた被処理体のＸＰＳによる測定結果を表すグラフである。
【図１６】実験例３〜６により得られた被処理体のＸＰＳによる測定結果を表すグラフである。
【図１７】実験例４〜６により得られた被処理体の中心部及び周縁部におけるＬＶ比を表すグラフである。
【図１８】実験例７〜９により得られた被処理体のＸＰＳによる測定結果を表すグラフである。
【図１９】実験例１０〜１３により得られた被処理体のＸＰＳによる測定結果を表すグラフである。
【図２０】実験例１４〜１６により得られた被処理体のリセス領域の形状を示す図である。
【図２１】圧力と横方向のエッチングレート及びＬＶ比との関係を示すグラフである。
【図２２】実験例１７、１８により得られた被処理体におけるＬＶ比及びマスクロスを示すグラフである。
【図２３】実験例１９により得られた被処理体のリセス領域の形状を示す図である。
【図２４】実験例２０、２１により得られた被処理体の中心部におけるリセス領域の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００２２】
図１は、一実施形態に係るプラズマエッチング方法の流れ図である。図１に示す方法は、被処理体の被エッチング層をエッチングすることにより、ダミーゲートの下方に位置する被エッチング層の一部を除去してリセス領域を形成するものである。一実施形態に係るプラズマエッチング方法においては、まず工程ＳＴ１において被処理体Ｗが準備される。図２は、図１に示すプラズマエッチング方法が適用され得る被処理体Ｗの一例を示す断面図である。
【００２３】
図２に示す被処理体Ｗは、一般的なプレーナ型又はフィン型の電界効果トランジスタの製造の中間段階で製造される製造物である。被処理体Ｗは、結晶シリコン層である被エッチング層ＥＬを有している。被エッチング層ＥＬは、例えば化学気相成長法（ＣＶＤ）を用いて形成される。この被エッチング層ＥＬ上には複数のダミーゲートＤＧが設けられている。
【００２４】
ダミーゲートＤＧは、結晶シリコン層上にマスクＭを設け、当該マスクＭのパターンを転写するよう結晶シリコン層をエッチングすることにより形成される。マスクＭは、例えば、ＳｉＮにより構成されている。また、ダミーゲートＤＧは、スペーサＳＰを有している。スペーサＳＰは、ダミーゲートＤＧの一対の側面に沿って設けられている。スペーサＳＰは、例えば、ＳｉＮから構成されている。
【００２５】
被エッチング層ＥＬ表面の複数のダミーゲートＤＧの間の位置には、自然酸化膜ＮＯＬが形成されている。この自然酸化膜ＮＯＬは、被処理体Ｗの製造工程において被エッチング層ＥＬが大気に晒されることにより結晶シリコン層の表面に発生する酸化膜である。
【００２６】
図１に戻り、一実施形態に係るプラズマエッチング方法においては、続く工程ＳＴ２において被処理体Ｗから自然酸化膜ＮＯＬが除去される。自然酸化膜ＮＯＬの除去は、処理容器内において、第１の処理ガスのプラズマを生成し、当該プラズマに図２に示した被処理体Ｗを晒すことにより実施される。第１の処理ガスとしては、フルオロカーボンガス又はフルオロハイドロカーボンガスを含み、かつ酸素を含まないガスが用いられる。例えば第１のガスは、ＣＦ４又はＣＨＦ３を含み得る。なお、第１の処理ガスは、自然酸化膜ＮＯＬを選択的にエッチングすることが可能であれば、任意のガスを含むことができる。例えば第１の処理ガスは、Ｎ２（窒素）ガスやＡｒ（アルゴン）ガスといった不活性ガスをキャリアガスとして更に含んでいてもよい。一実施形態においては、マイクロ波を用いて第１の処理ガスを励起することにより、第１の処理ガスのプラズマを生成してもよい。なお、以下の説明では、フルオロカーボンガス又はフルオロハイドロカーボンガスを総称して「フルオロカーボン系ガス」ということがある。
【００２７】
この工程ＳＴ２においては、自然酸化膜ＮＯＬをエッチングするための最小限の高周波バイアス電力を被処理体Ｗを載置する載置台を構成する下部電極に印加し得る。この工程ＳＴ２により自然酸化膜ＮＯＬがフルオロカーボン系ガスと反応し、被エッチング層ＥＬの表面から自然酸化膜ＮＯＬが除去される。また、第１の処理ガスに酸素が含まれないので、工程ＳＴ２において被エッチング層ＥＬが再酸化されることが防止される。その一方、工程ＳＴ２においては、フルオロカーボン系ガスの解離種であるＣＦｘ（ｘは一以上の整数）が反応生成物Ｒとして生成される。図３に示すように、この反応生成物Ｒは、被処理体Ｗの表面に付着する。つまり、この反応生成物Ｒは、炭素系の反応生成物であり、被エッチング層ＥＬのエッチングの進行を阻害する物質である。なお、以下では、工程ＳＴ２における自然酸化膜ＮＯＬの除去工程を「ブレークスルー工程」と称することがある。
【００２８】
続く工程ＳＴ３においては、被処理体Ｗから反応生成物Ｒが除去される。反応生成物Ｒの除去は、処理容器内において第２の処理ガスのプラズマを生成し、当該プラズマに図３に示した被処理体Ｗを晒すことにより実施される。第２の処理ガスとしては、反応生成物Ｒと反応して反応生成物Ｒをガスとして除去することができ、かつ酸素を含まないガスが用いられる。具体的には、第２の処理ガスとして、Ａｒ（アルゴン）及びＣｌ２（塩素）を含有するガスを用いることができる。第２のガスとして、このようなガスを用いることにより、マスクＭ及びスペーサＳＰに対して高い選択比で反応生成物Ｒを除去することができる。一実施形態においては、マイクロ波を用いて第２の処理ガスを励起することにより、第２の処理ガスのプラズマを生成してもよい。
【００２９】
この工程ＳＴ３においては、反応生成物Ｒを除去するために最小限の高周波バイアス電力を被処理体Ｗを載置する載置台を構成する下部電極に印加してもよい。この工程ＳＴ３により、反応生成物Ｒが第２の処理ガスと反応して被処理体Ｗの表面から反応生成物Ｒが除去される。そして、この反応生成物Ｒは、ガスとして処理容器の外部に排出される。図４に示すように、工程ＳＴ３において被処理体Ｗから反応生成物Ｒが除去されることにより、被エッチング層ＥＬの結晶シリコン層が表面に露出された状態になる。
【００３０】
続く工程ＳＴ４においては、被エッチング層ＥＬに等方性のエッチングを実施する。なお、以下では、工程ＳＴ４におけるエッチングを「メインエッチング」と称することがある。この工程ＳＴ４におけるエッチングは、処理容器内において第３の処理ガスのプラズマを生成し、当該プラズマに図４に示した被処理体Ｗを晒すことにより実施される。このプラズマは、マイクロ波を用いて第３の処理ガスを励起することにより生成される。第３の処理ガスとしては、フルオロカーボン系ガスが用いられる。例えば、第３のガスは、ＣＦ４又はＣＨＦ３を含み得る。なお、第３の処理ガスは、被エッチング層ＥＬを選択的にエッチングすることが可能であれば、任意のガスを含むことができる。例えば第３の処理ガスは、Ｎ２ガスやＡｒガスといった不活性ガスをキャリアガスとして更に含んでいてもよい。また、第３の処理ガスは、キャリアガスとして、Ｎ２を含まず、Ａｒガスを含むものであってもよい。
【００３１】
この工程ＳＴ４においては、下部電極に高周波バイアス電力を印加せずにエッチングを実施する。これにより、フルオロカーボン系ガスの解離により生成されるＦ（フッ素）の活性種が被エッチング層ＥＬの表面の近傍に拡散し、Ｓｉ（シリコン）と反応する。Ｆの活性種と反応したＳｉは、例えばＳｉＦ４ガスとして処理容器外に排出される。このように、工程ＳＴ４においては高周波バイアス電力を印加していないので、図５に示すように、被エッチング層ＥＬの縦方向（垂直方向）及び横方向（水平方向）にエッチングが進み、等方性エッチングが実施されることになる。以下では、工程ＳＴ４においてエッチングされた領域をエッチング領域ＥＲと称する。
【００３２】
このような工程ＳＴ４により、ダミーゲートＤＧの下方に位置する被エッチング層ＥＬの一部が除去されたリセス領域ＲＥＣが形成される。このリセス領域ＲＥＣは、半導体デバイスの要求に応じた形状を有することが望ましく、例えばリセス領域ＲＥＣの幅Ｌを１２ｎｍとし、リセス領域の深さＶに対する幅Ｌの比であるＬＶ比を１より大きい値となるように形成され得る。
【００３３】
リセス領域ＲＥＣの形状は、工程ＳＴ４における処理容器内の圧力を調整することにより制御しうる。なお、工程ＳＴ４のメインエッチング工程においては、処理容器内を１００ｍＴｏｒｒ以上の圧力に設定すると、被エッチング層ＥＬの横方向にエッチングが進む傾向がある。また、処理容器内を１００ｍＴｏｒｒ〜４００ｍＴｏｒｒの圧力に設定するとＬＶ比が向上する傾向がある。このため、一実施形態のおいては、メインエッチング工程において処理容器内を１００ｍＴｏｒｒ〜４００ｍＴｏｒｒの範囲内の圧力に設定することができる。
【００３４】
一実施形態では、工程ＳＴ２〜工程ＳＴ４は同一のプラズマ処理装置内で実施され得る。なお、工程ＳＴ４においては、後述するマイクロ発生器から１０００Ｗ〜１５００Ｗの範囲内のマイクロ波電力を供給することにより第３の処理ガスのプラズマを生成してもよい。このような比較的低い電力で処理ガスを解離することにより、被エッチング層ＥＬに酸化物系の残渣が発生することを抑制することができる。
【００３５】
一実施形態においては、被処理体Ｗ上に半導体層Ｅが形成され得る。半導体層Ｅは、例えば化学気相成長法（ＣＶＤ）を用いてＳｉＧｅ又はＳｉＣを被エッチング層ＥＬ上にエピタキシャル成長させることにより形成される。半導体層Ｅは、図６に示すように、メインエッチング工程において形成されたエッチング領域ＥＲを充填するように、エッチング領域ＥＲの底部からダミーゲートＤＧの高さ方向の途中位置の高さまで形成される。これにより、リセス領域ＲＥＣに半導体層Ｅが埋め込まれることになる。
【００３６】
以下、一実施形態に係るプラズマエッチング方法の実施に用いることが可能なプラズマ処理装置の一例として、マイクロ波をプラズマ源として用いるプラズマ処理装置ついて説明する。図７は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。
【００３７】
図７に示すプラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、被処理体Ｗを収容するための処理空間Ｓを画成している。処理容器１２は、側壁１２ａ、底部１２ｂ、及び、天部１２ｃを含み得る。
【００３８】
側壁１２ａは、軸線Ｚが延びる方向（以下、「軸線Ｚ方向」という）に延在する略円筒形状を有している。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。側壁１２ａの上端部は開口している。側壁１２ａの上端部開口は、誘電体窓１８によって閉じられている。誘電体窓１８は、側壁１２ａの上端部と天部１２ｃとの間に狭持されている。この誘電体窓１８と側壁１２ａの上端部との間には封止部材ＳＬ１が介在していてもよい。封止部材ＳＬ１は、例えばＯリングであり、処理容器１２の密閉に寄与する。
【００３９】
プラズマ処理装置１０は、載置台２０を更に備えている。載置台２０は、処理容器１２内且つ誘電体窓１８の下方に設けられている。この載置台２０は、プレート２２、及び、静電チャック２４を含んでいる。
【００４０】
プレート２２は、略円盤状の金属製の部材であり、例えば、アルミニウムから構成されている。プレート２２は、筒状の支持部ＳＰ１によって支持されている。支持部ＳＰ１は、底部１２ｂから垂直上方に延びている。プレート２２は、高周波電極を兼ねている。プレート２２は、マッチングユニットＭＵ及び給電棒ＰＦＲを介して、高周波バイアス電力を発生する高周波電源ＲＦＧに電気的に接続されている。高周波電源ＲＦＧは、被処理体Ｗに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．６５ＭＨｚの高周波バイアス電力を出力する。マッチングユニットＭＵは、高周波電源ＲＦＧ側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
【００４１】
プレート２２の上面には、静電チャック２４が設けられている。静電チャック２４は、ベースプレート２４ａ及びチャック部２４ｂを含んでいる。ベースプレート２４ａは、略円盤状の金属製の部材であり、例えば、アルミニウムから構成されている。ベースプレート２４ａは、プレート２２上に設けられている。ベースプレート２４ａの上面にはチャック部２４ｂが設けられている。チャック部２４ｂの上面は、被処理体Ｗを載置するための載置領域ＭＲとなる。チャック部２４ｂは、被処理体Ｗを静電吸着力で保持する。チャック部２４ｂは、誘電体膜の間に挟まれた電極膜を含んでいる。チャック部２４ｂの電極膜には、直流電源ＤＣＳがスイッチＳＷＴ及び被覆線ＣＬを介して電気的に接続されている。チャック部２４ｂは、直流電源ＤＣＳから印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、その上面に被処理体Ｗを吸着保持することができる。このチャック部２４ｂの径方向外側には、被処理体Ｗのエッジを環状に囲むフォーカスリングＦＲが設けられている。
【００４２】
ベースプレート２４ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室２４ｇが設けられている。この冷媒室２４ｇには、チラーユニットから配管ＰＰ１，ＰＰ３を介して所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。チャック部２４ｂ上の被処理体Ｗの処理温度は、冷媒の温度によって制御され得る。さらに、伝熱ガス供給部からの伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスが供給管ＰＰ２を介してチャック部２４ｂの上面と被処理体Ｗの裏面との間に供給される。
【００４３】
載置台２０の周囲には、環状の排気路ＶＬが設けられている。排気路ＶＬの軸線Ｚ方向における中間位置には、複数の貫通孔が形成された環状のバッフル板２６が設けられている。排気路ＶＬは、排気口２８ｈを提供する排気管２８に接続している。排気管２８は、処理容器１２の底部１２ｂに取り付けられている。排気管２８には、排気装置３０が接続されている。排気装置３０は、圧力調整器、及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。この排気装置３０により、処理容器１２内の処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。また、排気装置３０を動作させることにより、載置台２０の外周から排気路ＶＬを介してガスを排気することができる。
【００４４】
また、プラズマ処理装置１０は、温度制御機構として、ヒータＨＴ、ＨＳ、ＨＣ、及び、ＨＥを更に備え得る。ヒータＨＴは、天部１２ｃ内に設けられており、アンテナ１４を囲むように、環状に延在している。また、ヒータＨＳは、側壁１２ａ内に設けられており、環状に延在している。ヒータＨＣは、ベースプレート２４ａ内に設けられている。ヒータＨＣは、ベースプレート２４ａ内において、上述した載置領域ＭＲの中央部分の下方、即ち軸線Ｚに交差する領域に設けられている。また、ヒータＨＥは、ベースプレート２４ａ内に設けられており、ヒータＨＣを囲むように環状に延在している。ヒータＨＥは、上述した載置領域ＭＲの外縁部分の下方に設けられている。
【００４５】
また、プラズマ処理装置１０は、アンテナ１４、同軸導波管１６、誘電体窓１８、マイクロ波発生器３２、チューナ３４、導波管３６、及び、モード変換器３８を更に備え得る。マイクロ波発生器３２は、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生する。マイクロ波発生器３２は、チューナ３４、導波管３６、及びモード変換器３８を介して、同軸導波管１６の上部に接続されている。同軸導波管１６は、その中心軸線である軸線Ｚに沿って延在している。一実施形態においては、載置台２０の載置領域ＭＲの中心は、軸線Ｚ上に位置している。
【００４６】
同軸導波管１６は、外側導体１６ａ及び内側導体１６ｂを含んでいる。外側導体１６ａは、軸線Ｚ中心に延在する円筒形状を有している。外側導体１６ａの下端は、導電性の表面を有する冷却ジャケット４０の上部に電気的に接続され得る。内側導体１６ｂは、外側導体１６ａの内側において、当該外側導体１６ａと同軸に設けられている。内側導体１６ｂは、軸線Ｚ中心に延在する円筒形状を有している。内側導体１６ｂの下端は、アンテナ１４のスロット板４４に接続している。
【００４７】
一実施形態においては、アンテナ１４は、ラジアルラインスロットアンテナである。このアンテナ１４は、天部１２ｃに形成された開口内に配置されており、誘電体窓１８の上面の上に設けられている。アンテナ１４は、誘電体板４２及びスロット板４４を含んでいる。誘電体板４２は、マイクロ波の波長を短縮させるものであり、略円盤形状を有している。誘電体板４２は、例えば、石英又はアルミナから構成される。誘電体板４２は、スロット板４４と冷却ジャケット４０の下面の間に狭持されている。アンテナ１４は、したがって、誘電体板４２、スロット板４４、及び、冷却ジャケット４０の下面によって構成され得る。
【００４８】
図８は、スロット板の一例を示す平面図である。スロット板４４は、薄板状であって、円盤状である。スロット板４４の板厚方向の両面は、それぞれ平らである。円形のスロット板４４の中心ＣＳは、軸線Ｚ上に位置している。スロット板４４には、複数のスロット対４４ｐが設けられている。複数のスロット対４４ｐの各々は、板厚方向に貫通する二つのスロット孔４４ａ，４４ｂを含んでいる。スロット孔４４ａ，４４ｂそれぞれの平面形状は、長孔形状である。各スロット対４４ｐにおいて、スロット孔４４ａの長軸が延びる方向と、スロット孔４４ｂの長軸が延びる方向は、互いに交差又は直交している。
【００４９】
図８に示す例では、複数のスロット対４４ｐは、軸線Ｚを中心とする仮想円ＶＣの内側に設けられた内側スロット対群ＩＳＰと仮想円ＶＣの外側に設けられた外側スロット対群ＯＳＰとに大別されている。内側スロット対群ＩＳＰは、複数のスロット対４４ｐを含んでいる。図８に示す例では、内側スロット対群ＩＳＰは、七つのスロット対４４ｐを含んでいる。内側スロット対群ＩＳＰの複数のスロット対４４ｐは、中心ＣＳに対して周方向に等間隔に配列されている。内側スロット対群ＩＳＰに含まれる複数のスロット孔４４ａは、当該スロット孔４４ａの重心がスロット板４４の中心ＣＳから半径ｒ１の円上に位置するよう、等間隔に配列されている。また、内側スロット対群ＩＳＰに含まれる複数のスロット孔４４ｂは、当該スロット孔４４ｂの重心がスロット板４４の中心ＣＳから半径ｒ２の円上に位置するよう、等間隔に配列されている。ここで、半径ｒ２は、半径ｒ１より大きい。
【００５０】
外側スロット対群ＯＳＰは、複数のスロット対４４ｐを含んでいる。図８に示す例では、外側スロット対群ＯＳＰは、２８個のスロット対４４ｐを含んでいる。外側スロット対群ＯＳＰの複数のスロット対４４ｐは、中心ＣＳに対して周方向に等間隔に配列されている。外側スロット対群ＯＳＰに含まれる複数のスロット孔４４ａは、当該スロット孔４４ａの重心がスロット板４４の中心ＣＳから半径ｒ３の円上に位置するよう、等間隔に配列されている。また、外側スロット対群ＯＳＰに含まれる複数のスロット孔４４ｂは、当該スロット孔４４ｂの重心がスロット板４４の中心ＣＳから半径ｒ４の円上に位置するよう、等間隔に配列されている。ここで、半径ｒ３は、半径ｒ２よりも大きく、半径ｒ４は、半径Ｒｒよりも大きい。
【００５１】
また、内側スロット対群ＩＳＰ及び外側スロット対群ＯＳＰのスロット孔４４ａの各々は、中心ＣＳとその重心とを結ぶ線分に対して、その長軸が同一の角度を有するように、形成されている。また、内側スロット対群ＩＳＰ及び外側スロット対群ＯＳＰのスロット孔４４ｂの各々は、中心ＣＳとその重心とを結ぶ線分に対して、その長軸が同一の角度を有するように、形成されている。
【００５２】
図９は、誘電体窓の一例を示す平面図であり、当該誘電体窓を処理空間Ｓ側から見た状態を示している。図１０は、図９のＸ−Ｘ線に沿ってとった断面図である。誘電体窓１８は、略円盤形状を有し、石英又はアルミナといった誘電体から構成されている。誘電体窓１８の上面１８ｕ上には、スロット板４４が設けられている。
【００５３】
誘電体窓１８の中央には、貫通孔１８ｈが形成されている。貫通孔１８ｈの上側部分は、後述する中央導入部５０のインジェクタ５０ｂが収容される空間１８ｓとなり、下側部分は、後述する中央導入部５０の中央導入口１８ｉとなる。なお、誘電体窓１８の中心軸線は、軸線Ｚと一致している。
【００５４】
誘電体窓の上面１８ｕと反対側の面、即ち下面１８ｂは、処理空間Ｓに接しており、プラズマを生成する側の面となる。この下面１８ｂは、種々の形状を画成している。具体的に、下面１８ｂは、中央導入口１８ｉを囲む中央領域において、平坦面１８０を有している。この平坦面１８０は、軸線Ｚに直交する平坦な面である。下面１８ｂは、平坦面１８０の径方向外側領域において、環状に連なり誘電体窓１８の板厚方向内方側に向かってテーパー状に凹む環状の第１凹部１８１を画成している。
【００５５】
第１凹部１８１は、内側テーパー面１８１ａ、底面１８１ｂ、及び、外側テーパー面１８１ｃによって画成されている。底面１８１ｂは、平坦面１８０よりも上面１８ｕ側に設けられており、平坦面１８０と平行に環状に延在している。内側テーパー面１８１ａは、平坦面１８０と底面１８１ｂとの間において環状に延在しており、平坦面１８０に対して傾斜している。外側テーパー面１８１ｃは、底面１８１ｂと下面１８ｂの周縁部との間において環状に延在しており、底面１８１ｂに対して傾斜している。なお、下面１８ｂの周縁領域は、側壁１２ａに接する面となる。
【００５６】
また、下面１８ｂは、平坦面１８０から板厚方向内方側に向かって凹む複数の第２凹部１８２を画成している。複数の第２凹部１８２の個数は、図９及び図１０に示す例では、７個である。これら複数の第２凹部１８２は、周方向に沿って等間隔に形成されている。また、複数の第２凹部１８２は、軸線Ｚに直交する面において円形の平面形状を有している。具体的には、第２凹部１８２を画成する内側面１８２ａは、軸線Ｚ方向に延在する円筒面である。また、第２凹部１８２を画成する底面１８２ｂは、平坦面１８０よりも上面１８ｕ側に設けられており、平坦面１８０と平行な円形の面である。
【００５７】
図１１は、図９に示す誘電体窓上に図８に示すスロット板を設けた状態を示す平面図であり、誘電体窓１８を下側から見た状態を示している。図１１に示すように、平面視において、即ち、軸線Ｚ方向に見ると、外側スロット対群ＯＳＰの複数のスロット孔４４ａ及び複数のスロット孔４４ｂ、並びに内側スロット対群ＩＳＰの複数のスロット孔４４ｂは、第１凹部１８１に重なっている。具体的には、平面視において、外側スロット対群ＯＳＰの複数のスロット孔４４ｂは、一部において外側テーパー面１８１ｃに重なっており、一部において底面１８１ｂに重なっている。また、平面視において、外側スロット対群ＯＳＰの複数のスロット孔４４ａは、底面１８１ｂに重なっている。また、平面視において、内側スロット対群ＩＳＰの複数のスロット孔４４ｂは、一部において内側テーパー面１８１ａに重なっており、一部において底面１８１ｂに重なっている。
【００５８】
また、平面視において、即ち、軸線Ｚ方向に見ると、内側スロット対群ＩＳＰの複数のスロット孔４４ａは、第２凹部１８２に重なっている。具体的には、平面視において、複数の第２凹部１８２の底面の重心（中心）それぞれが、内側スロット対群ＩＳＰの複数のスロット孔４４ａ内に位置するように、構成されている。
【００５９】
図７を再び参照する。プラズマ処理装置１０では、マイクロ波発生器３２により発生されたマイクロ波が、同軸導波管１６を通って、誘電体板４２に伝播され、スロット板４４のスロット孔４４ａ及び４４ｂから誘電体窓１８に与えられる。
【００６０】
誘電体窓１８では、上述したように第１凹部１８１を画成する部分の板厚、及び、第２凹部１８２を画成する部分の板厚は、他の部分よりも薄くなっている。したがって、誘電体窓１８では、第１凹部１８１を画成する部分、及び、第２凹部１８２を画成する部分において、マイクロ波の透過性が高められている。また、軸線Ｚ方向に見た場合に、外側スロット対群ＯＳＰのスロット孔４４ａ及び４４ｂ、並びに、内側スロット対群ＩＳＰのスロット孔４４ｂは、第１凹部１８１に重なっており、内側スロット対群ＩＳＰのスロット孔４４ａは、第２凹部１８２に重なっている。したがって、第１凹部１８１及び第２凹部１８２にマイクロ波の電界が集中して、当該第１凹部１８１及び第２凹部１８２にマイクロ波のエネルギーが集中する。その結果、第１凹部１８１及び第２凹部１８２において、プラズマを安定して発生させることが可能となり、誘電体窓１８の直下において径方向及び周方向に分布したプラズマを安定して発生させることが可能となる。
【００６１】
また、プラズマ処理装置１０は、中央導入部５０及び周辺導入部５２を備えている。中央導入部５０は、導管５０ａ、インジェクタ５０ｂ、及び中央導入口１８ｉを含んでいる。導管５０ａは、同軸導波管１６の内側導体１６ｂの内孔に通されている。また、導管５０ａの端部は、誘電体窓１８が軸線Ｚに沿って画成する空間１８ｓ（図１０参照）内まで延在している。この空間１８ｓ内且つ導管５０ａの端部の下方には、インジェクタ５０ｂが収容されている。インジェクタ５０ｂには、軸線Ｚ方向に延びる複数の貫通孔が設けられている。また、誘電体窓１８は、中央導入口１８ｉを画成している。中央導入口１８ｉは、空間１８ｓの下方に連続し、且つ軸線Ｚに沿って延びている。かかる構成の中央導入部５０は、導管５０ａを介してインジェクタ５０ｂにガスを供給し、インジェクタ５０ｂから中央導入口１８ｉを介してガスを噴射する。このように、中央導入部５０は、軸線Ｚに沿って誘電体窓１８の直下にガスを噴射する。即ち、中央導入部５０は、電子温度が高いプラズマ生成領域にガスを導入する。
【００６２】
周辺導入部５２は、複数の周辺導入口５２ｉを含んでいる。複数の周辺導入口５２ｉは、主として被処理体Ｗのエッジ領域にガスを供給する。複数の周辺導入口５２ｉは、被処理体Ｗのエッジ領域、又は、載置領域ＭＲの縁部に向けて開口している。複数の周辺導入口５２ｉは、中央導入口１８ｉよりも下方、且つ、載置台２０の上方において周方向に沿って配列されている。即ち、複数の周辺導入口５２ｉは、誘電体窓の直下よりも電子温度の低い領域（プラズマ拡散領域）において軸線Ｚを中心として環状に配列されている。この周辺導入部５２は、電子温度の低い領域から被処理体Ｗに向けてガスを供給する。したがって、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入されるガスの解離度は、中央導入部５０から処理空間Ｓに供給されるガスの解離度よりも抑制される。
【００６３】
中央導入部５０には、第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１を介して第１のガスソース群ＧＳＧ１が接続されている。また、周辺導入部５２には、第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２を介して第２のガスソース群ＧＳＧ２が接続されている。図１２は、第１の流量制御ユニット群、第１のガスソース群、第２の流量制御ユニット群、及び、第２のガスソース群を含むガス供給系を示す図である。図１２に示すように、第１のガスソース群ＧＳＧ１は、複数の第１のガスソースＧＳ１１〜ＧＳ１４を含んでいる。第１のガスソースＧＳ１１〜ＧＳ１４はそれぞれ、ＣＦ４ガスのソース、Ｃｌ２ガスのソース、Ａｒガスのソース、Ｎ２ガスのソースである。第１のガスソース群ＧＳＧ１は、これらガスとは異なるガスのソースを更に含んでいてもよい。
【００６４】
第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１は、複数の第１の流量制御ユニットＦＣ１１〜ＦＣ１４を含んでいる。複数の第１の流量制御ユニットＦＣ１１〜ＦＣ１４の各々は、例えば、二つのバルブと、当該二つのバルブ間に設けられた流量制御器を含んでいる。流量制御器は、例えば、マスフローコントローラである。複数の第１のガスソースＧＳ１１〜ＧＳ１４はそれぞれ、複数の第１の流量制御ユニットＦＣ１１〜ＦＣ１４を介して、共通ガスラインＧＬ１に接続されている。この共通ガスラインＧＬ１は、中央導入部５０に接続されている。
【００６５】
第２のガスソース群ＧＳＧ２は、複数の第１のガスソースＧＳ２１〜ＧＳ２４を含んでいる。第２のガスソースＧＳ２１〜ＧＳ２４はそれぞれ、ＣＦ４ガスのソース、Ｃｌ２ガスのソース、Ａｒガスのソース、Ｎ２ガスのソースである。第２のガスソース群ＧＳＧ２は、これらガスとは異なるガスのソースを更に含んでいてもよい。
【００６６】
第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２は、複数の第２の流量制御ユニットＦＣ２１〜ＦＣ２４を含んでいる。複数の第２の流量制御ユニットＦＣ２１〜ＦＣ２４の各々は、例えば、二つのバルブと、当該二つのバルブ間に設けられた流量制御器を含んでいる。流量制御器は、例えば、マスフローコントローラである。複数の第２のガスソースＧＳ２１〜ＧＳ２４はそれぞれ、複数の第２の流量制御ユニットＦＣ２１〜ＦＣ２４を介して、共通ガスラインＧＬ２に接続されている。この共通ガスラインＧＬ２は、周辺導入部５２に接続されている。
【００６７】
このように、プラズマ処理装置１０では、複数の第１のガスソース及び複数の第１の流量制御ユニットが中央導入部５０専用に設けられており、これら複数の第１のガスソース及び複数の第１の流量制御ユニットとは独立した複数の第２のガスソース及び複数の第２の流量制御ユニットが周辺導入部５２専用に設けられている。したがって、中央導入部５０から処理空間Ｓに導入されるガスの種類、中央導入部５０から処理空間Ｓに導入される一以上のガスの流量を独立して制御することができ、また、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入されるガスの種類、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入される一以上のガスの流量を独立して制御することができる。
【００６８】
例えば、プラズマ処理装置１０では、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入するガスにおける希ガスの流量に対する反応性ガスの流量の比を、中央導入部５０から処理空間Ｓに導入されるガスにおける希ガスの流量に対する反応性ガスの流量の比よりも、大きくすることができる。ここで反応性ガスとは、ＣＦ４ガスのソース、Ｃｌ２ガスのソースであり得る。また、中央導入部５０から処理空間Ｓに導入される反応性ガスの流量よりも、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入される反応性ガスの流量を多くすることができる。例えば、中央導入部５０から希ガスを処理空間Ｓに導入し、反応性ガスを周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入することが可能である。具体的には、一実施形態に係るプラズマエッチング方法の工程ＳＴ４において、周辺導入部５２からＣＦ４ガスを処理空間Ｓに導入し、中央導入部５０からＡｒガスを導入してもよい。したがって、プラズマ処理装置１０では、より多くの反応性ガスの活性種を、失活させることなく被処理体Ｗのエッジ領域に供給することが可能である。また、プラズマ処理装置１０では、反応性ガスの過剰な解離、特に、フッ素の活性種を発生させ得る解離を抑制することが可能となる。
【００６９】
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、図７に示すように、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。制御部Ｃｎｔは、プログラム可能なコンピュータ装置といった制御器であり得る。制御部Ｃｎｔは、レシピに基づくプログラムに従ってプラズマ処理装置１０の各部を制御し得る。例えば、制御部Ｃｎｔは、複数の第１の流量制御ユニットＦＣ１１〜ＦＣ１４に制御信号を送出して、中央導入部５０に供給するガス種及びガスの流量を調整することができる。また、制御部Ｃｎｔは、複数の第２の流量制御ユニットＦＣ２１〜ＦＣ２４に制御信号を送出して、周辺導入部５２に供給するガス種及びガスの流量を調整することができる。また、制御部Ｃｎｔは、マイクロ波のパワー、ＲＦバイアスのパワー及びＯＮ／ＯＦＦ、並びに、処理容器１２内の圧力を制御するよう、マイクロ波発生器３２、高周波電源ＲＦＧ、排気装置３０に制御信号を供給し得る。さらに、制御部Ｃｎｔは、ヒータＨＴ、ＨＳ、ＨＣ、及びＨＥの温度を調整するために、これらヒータに接続されたヒータ電源に制御信号を送出し得る。
【００７０】
一実施形態においては、周辺導入部５２は、環状の管５２ｐを更に含む。この管５２ｐには、複数の周辺導入口５２ｉが形成されている。環状の管５２ｐは、例えば、石英から構成され得る。図７に示すように、環状の管５２ｐは、一実施形態においては、側壁１２ａの内壁面に沿って設けられている。換言すると、環状の管５２ｐは、誘電体窓１８の下面と載置領域ＭＲ、即ち被処理体Ｗとを結ぶ経路上には配置されていない。したがって、環状の管５２ｐは、プラズマの拡散を阻害しない。また、環状の管５２ｐが側壁１２ａの内壁面に沿って設けられているので、当該環状の管５２ｐのプラズマによる消耗が抑制され、当該環状の管５２ｐの交換頻度を減少させることが可能となる。さらに、環状の管５２ｐは、ヒータによる温度制御が可能な側壁１２ａに沿って設けられているので、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入されるガスの温度の安定性を向上させることが可能となる。
【００７１】
また、一実施形態においては、複数の周辺導入口５２ｉは、被処理体Ｗのエッジ領域に向けて開口している。即ち、複数の周辺導入口５２ｉは、被処理体Ｗのエッジ領域に向けてガスを噴射するよう、軸線Ｚに直交する平面に対して傾斜している。このように周辺導入口５２ｉが、被処理体Ｗのエッジ領域に向けて傾斜するように開口しているので、当該周辺導入口５２ｉから噴射された反応性ガスの活性種は、被処理体Ｗのエッジ領域に直接的に向かう。これにより、反応性ガスの活性種を被処理体Ｗのエッジに失活させずに供給することが可能となる。その結果、被処理体Ｗの径方向における各領域の処理速度のばらつきを低減することが可能となる。
【００７２】
以上説明した一実施形態に係るプラズマエッチング方法においては、酸素を含まず、フルオロカーボンガス又はフルオロハイドロカーボンガスを含む第１の処理ガスのプラズマによって被エッチング層ＥＬの自然酸化膜ＮＯＬが除去されるので、被エッチング層ＥＬが再酸化されて酸化物系の残渣が生成されることが防止される。また、酸素を含まない第２の処理ガスのプラズマによって炭素系の反応生成物Ｒが除去される。そして、第３の処理ガスのプラズマによって被エッチング層ＥＬがエッチングされる。このエッチングは、酸化物系の残渣及び炭素系の反応生成物Ｒがない状態で、載置台２０に高周波バイアス電力を印加せずに行われるので、高い均一性で被エッチング層ＥＬが等方性エッチングされる。また、第３の処理ガスのプラズマはマイクロ波を用いて生成されるので、高密度のラジカル主体のエッチングを実施することができ、その結果、等方性エッチングを促進することができる。
【００７３】
以下、一実施形態に係るプラズマエッチング方法の評価のために、プラズマ処理装置１０を用いて行った種々の実験例について説明する。
【００７４】
（実験例１及び比較実験例１、２）
実験例１では、プラズマ処理装置１０を用いて図１に示すプラズマエッチング方法の工程ＳＴ２を実施し、工程ＳＴ２の効果を評価した。具体的には、実験例１では、プラズマ処理装置１０の中央導入部５０及び周辺導入部５２から第１の処理ガスとして、Ａｒガス、ＣＦ４ガスをそれぞれ６００ｓｃｃｍ、１２ｓｃｃｍの流量で処理容器１２内に供給して被処理体Ｗをプラズマエッチングすることにより被処理体Ｗの自然酸化膜を除去した。そして、実験例１により得られた被処理体Ｗの表面をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により解析した。また、上述の第１の処理ガスにＯ２ガスを５ｓｃｃｍ、９ｓｃｃｍずつ添加して同様の被処理体Ｗをプラズマエッチングしたものをそれぞれ比較実験例１、２とした。そして、実験例１により得られた被処理体Ｗと比較実験例１、２により得られた被処理体Ｗ及び工程ＳＴ１において準備された初期状態の被処理体Ｗとを比較した。実験例１及び比較実験例２、３において、その他の処理条件は以下の通りとした。
【００７５】
（実験例１及び比較実験例１、２における工程ＳＴ２の処理条件）
処理容器１２内の圧力：２０ｍＴ（２．６６６Ｐａ）
マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、１０００Ｗ
高周波バイアス電力：１３．６５ＭＨｚ、５０Ｗ
処理時間：２０秒
【００７６】
実験例１及び比較実験例１、２により得られた被処理体ＷのＸＰＳによる測定結果を図１３に示す。図１３（ａ）は被処理体Ｗの表面におけるＣの１ｓ軌道のＸＰＳスペクトルを表しており、図１３（ｂ）は被処理体Ｗの表面におけるＯの１ｓ軌道のＸＰＳスペクトルを表している。図１３（ａ）に示すように、実験例１により得られた被処理体Ｗには、初期状態の被処理体Ｗ及び比較実験例１、２により得られた被処理体Ｗと比較して炭化物が多く存在することが確認された。これは、処理ガスにＯ２が添加されていない実験例１では、工程ＳＴ２のブレークスルー工程において炭素系の反応生成物が多く発生し、被処理体Ｗの表面に付着したためであると推測される。一方、図１３（ｂ）に示すように、実験例１により得られた被処理体Ｗには、初期状態の被処理体Ｗ及び比較実験例１、２により得られた被処理体Ｗと比較して酸化物が減少していることが確認された。この結果から、実験例１では被処理体Ｗの表面から自然酸化物が適切に除去され、且つ、酸化物が被処理体Ｗの表面に生成され難いことが確認された。
【００７７】
（実験例２及び比較実験例３）
実験例２では、プラズマ処理装置１０を用いて一実施形態に係るプラズマエッチング方法の工程ＳＴ２のブレークスルー工程後に工程ＳＴ３を実施し、工程ＳＴ３の効果を評価した。具体的には、実験例２では、プラズマ処理装置１０の中央導入部５０及び周辺導入部５２から第２の処理ガスとして、Ａｒガス及びＣｌ２ガスを処理容器１２内に供給して被処理体Ｗをプラズマエッチングすることにより被処理体Ｗ表面に付着した炭素系の反応生成物を除去した。その後に、工程ＳＴ４のメインエッチングを実施して得られた被処理体Ｗの表面をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により解析した。また、比較実験例３においてブレークスルー工程後に工程ＳＴ３を実施せずに工程ＳＴ４のメインエッチングを実施した。そして、実験例２により得られた被処理体Ｗと比較実験例３により得られた被処理体Ｗ及び工程ＳＴ１において準備された初期状態の被処理体Ｗとを比較した。実験例２及び比較実験例３において、その他の処理条件は以下の通りとした。
【００７８】
（実験例２及び比較実験例３における工程ＳＴ２の処理条件）
処理容器１２内の圧力：２０ｍＴ（２．６６６Ｐａ）
マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、２０００Ｗ
高周波バイアス電力：１３．６５ＭＨｚ、７５Ｗ
Ａｒガスの流量：６００ｓｃｃｍ
ＣＦ４ガスの流量：１２ｓｃｃｍ
処理時間：２０秒
【００７９】
（実験例２における工程ＳＴ３の処理条件）
処理容器１２内の圧力：２０ｍＴ（２．６６６Ｐａ）
マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、２０００Ｗ
高周波バイアス電力：１３．６５ＭＨｚ、７５Ｗ
Ａｒガスの流量：６００ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガスの流量：３２ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
【００８０】
（実験例２及び比較実験例３における工程ＳＴ４の処理条件）
処理容器１２内の圧力：２００ｍＴ（２６．６６Ｐａ）
マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、３０００Ｗ
高周波バイアス電力：１３．６５ＭＨｚ、０Ｗ
Ｎ２ガスの流量：５００ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガスの流量：１２０ｓｃｃｍ
ＣＦ４ガスの流量：１２ｓｃｃｍ
処理時間：２０秒
【００８１】
実験例２及び比較実験例３により得られた被処理体ＷのＸＰＳによる測定結果を図１４及び図１５に示す。図１４（ａ）は被処理体Ｗの表面におけるＣの１ｓ軌道のＸＰＳスペクトルを表しており、図１４（ｂ）は被処理体Ｗの表面におけるＯの１ｓ軌道のＸＰＳスペクトルを表している。図１５は被処理体Ｗの表面におけるＳｉの２ｐ軌道のＸＰＳスペクトルを表している。図１４（ａ）に示すように、実験例２により得られた被処理体Ｗには、比較実験例３により得られた被処理体Ｗと比較して炭化物が大きく減少しており、初期状態の被処理体Ｗと同程度の炭化物の存在が確認された。この結果から、工程ＳＴ３により工程ＳＴ２において発生した炭素系の反応生成物の大部分を除去できたことが確認された。また、図１４（ｂ）に示すように、実験例２により得られた被処理体Ｗは、初期状態の被処理体Ｗと比較して酸化物が大きく減少しており、比較実験例３により得られた被処理体Ｗと同程度の酸化物の存在が確認された。この結果から、工程ＳＴ３により被処理体Ｗが酸化されることがないことが確認された。更に、図１５に示すように、実験例２により得られた被処理体Ｗは、初期状態の被処理体Ｗと比較してＳｉＯ２が減少しており、Ｓｉの存在量は維持されていることが確認された。この結果から、工程ＳＴ３を含む一実施形態に係るプラズマエッチング方法では、被処理体Ｗから自然酸化膜ＮＯＬを選択的に除去できていることが確認された。
【００８２】
（実験例３〜６）
実験例３〜６では、処理容器１２内に供給されるマイクロ波電力をパラメータとして種々に変更して、一実施形態に係るプラズマエッチング方法の工程ＳＴ４を実施した。そして、実験例３〜６により得られた被処理体Ｗの表面をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により解析した。なお、実験例３〜６において前工程である工程ＳＴ２、工程ＳＴ３の処理条件は同一とし、工程ＳＴ４におけるその他の条件は以下に示す通りとした。
【００８３】
（実験例３における工程ＳＴ４の処理条件）
処理容器１２内の圧力：２００ｍＴ（２６．６６Ｐａ）
マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、３０００Ｗ
高周波バイアス電力：１３．６５ＭＨｚ、０Ｗ
Ｎ２ガスの流量：５００ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガスの流量：１２０ｓｃｃｍ
ＣＦ４ガスの流量：１２ｓｃｃｍ
処理時間：２０秒
【００８４】
（実験例４における工程ＳＴ４の処理条件）
処理容器１２内の圧力：２００ｍＴ（２６．６６Ｐａ）
マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、２０００Ｗ
高周波バイアス電力：１３．６５ＭＨｚ、０Ｗ
Ａｒガスの流量：２００ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガスの流量：１２０ｓｃｃｍ
ＣＦ４ガスの流量：１２ｓｃｃｍ
処理時間：３０秒
【００８５】
（実験例５における工程ＳＴ４の処理条件）
処理容器１２内の圧力：２００ｍＴ（２６．６６Ｐａ）
マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、１５００Ｗ
高周波バイアス電力：１３．６５ＭＨｚ、０Ｗ
Ａｒガスの流量：２００ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガスの流量：１２０ｓｃｃｍ
ＣＦ４ガスの流量：１２ｓｃｃｍ
処理時間：４０秒
【００８６】
（実験例６における工程ＳＴ４の処理条件）
処理容器１２内の圧力：２００ｍＴ（２６．６６Ｐａ）
マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、１０００Ｗ
高周波バイアス電力：１３．６５ＭＨｚ、０Ｗ
Ａｒガスの流量：２００ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガスの流量：１２０ｓｃｃｍ
ＣＦ４ガスの流量：１２ｓｃｃｍ
処理時間：６０秒
【００８７】
実験例３〜６により得られた被処理体ＷのＸＰＳによる測定結果を図１６に示す。図１６は被処理体Ｗの表面におけるＯの１ｓ軌道のＸＰＳスペクトルを表している。図１６に示すように、マイクロ波電力を低下させるほど、被処理体Ｗの表面に存在する酸化物が減少することが確認された。この酸化物は、工程ＳＴ４のメインエッチングにおいて発生するＳｉＯ２に由来する酸化物系の残渣であると推定される。
【００８８】
また、図１７は実験例４〜６により得られた被処理体Ｗの中心部及び周縁部におけるＬＶ比を表すグラフである。図１７に示すように、マイクロ波発生器３２から供給されるマイクロ波電力を低下させることにより、被処理体の中心部及び周縁部の何れにおいてもＬＶ比が向上することが確認された。図１６及び図１７に示す結果から、マイクロ波発生器３２から供給されるマイクロ波電力を１０００Ｗ〜１５００Ｗの範囲内に設定することにより被処理体Ｗに発生する酸化物系の残渣を抑制できると共に、ＬＶ比を向上することができることが確認された。なお、マイクロ波電力を１５００Ｗより大きく設定すると酸化物系の残渣の影響によりデバイスの性能が低下することがあり、またマイクロ波電力を１０００Ｗより小さくするとプラズマの生成が困難となることが考えられる。
【００８９】
（実験例７〜９）
実験例７〜９では、一実施形態に係るプラズマエッチング方法の工程ＳＴ４において処理ガスに添加されるＮ２ガスの流量をパラメータとして種々に変更して、被処理体Ｗに発生する酸化物系の残渣の量を評価した。具体的には、実験例７〜９では、処理ガスに添加されるＮ２ガスの流量をそれぞれ、５００ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、０ｓｃｃｍにした。そして、実験例７〜９により得られた被処理体Ｗの表面をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により解析した。なお、実験例７〜９において前工程である工程ＳＴ２、工程ＳＴ３の処理条件は同一とし、工程ＳＴ４におけるその他の条件は以下に示す通りとした。
【００９０】
（実験例７〜９における工程ＳＴ４の処理条件）
処理容器１２内の圧力：２００ｍＴ（２６．６６Ｐａ）
マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、３０００Ｗ
高周波バイアス電力：１３．６５ＭＨｚ、０Ｗ
Ｃｌ２ガスの流量：１２０ｓｃｃｍ
ＣＦ４ガスの流量：１２ｓｃｃｍ
処理時間：２０秒
【００９１】
実験例７〜９により得られた被処理体ＷのＸＰＳによる測定結果を図１８に示す。図１８は被処理体Ｗの表面におけるＯの１ｓ軌道のＸＰＳスペクトルを表している。図１８に示すように、工程ＳＴ４において処理ガスに添加されるＮ２ガスの流量が小さいほど、工程ＳＴ４において被処理体Ｗに発生する酸化物系の残渣の量が減少することが確認された。
【００９２】
（実験例１０〜１３）
実験例１０〜１３では、一実施形態に係るプラズマエッチング方法の工程ＳＴ４において処理ガスに添加されるキャリアガスの種類及び流量を種々に変更して、被処理体Ｗに発生する酸素系の残渣の量を評価した。具体的には、実験例１０では、工程ＳＴ４において処理ガスにＮ２ガスを５００ｓｃｃｍの流量で添加した。実験例１１、１２では、工程ＳＴ４において処理ガスにＮ２ガスを添加せず、その代わりにＡｒガスを４４０ｓｃｃｍの流量で添加した。実験例１３では、工程ＳＴ４において処理ガスにＮ２ガスを添加せず、その代わりにＡｒガスを２００ｓｃｃｍの流量で添加した。また、実験例１０、１１ではマイクロ波発生器３２から３０００Ｗのマイクロ波電力を供給し、実験例１２、１３ではマイクロ波発生器３２から２０００Ｗのマイクロ波電力を供給した。そして、実験例１０〜１３により得られた被処理体Ｗの表面をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により解析した。なお、実験例１０〜１３において前工程である工程ＳＴ２、工程ＳＴ３の処理条件は同一とし、工程ＳＴ４おけるその他の条件は以下に示す通りとした。
【００９３】
（実験例１０〜１３における工程ＳＴ４の処理条件）
処理容器１２内の圧力：２００ｍＴ（２６．６６Ｐａ）
マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、３０００Ｗ
高周波バイアス電力：１３．６５ＭＨｚ、０Ｗ
Ｃｌ２ガスの流量：１２０ｓｃｃｍ
ＣＦ４ガスの流量：１２ｓｃｃｍ
処理時間：２０秒（実験例１０、１１）、３０秒（実験例１２、１３）
【００９４】
実験例１０〜１３により得られた被処理体ＷのＸＰＳによる測定結果を図１９に示す。図１９は被処理体Ｗの表面におけるＯの１ｓ軌道のＸＰＳスペクトルを表している。図１９に示すように、工程ＳＴ４において処理ガスにＮ２ガスを添加せずに、Ａｒガスをキャリアガスとして添加すると、工程ＳＴ４において被処理体Ｗに発生する酸化物系の残渣の量が減少することが確認された。また、工程ＳＴ４において被処理体Ｗに発生する酸化物系の残渣の量は処理ガスに添加されるＡｒガスの流量にも依存し、Ａｒガスの流量が小さいほど酸化物系の残渣の量が減少することが確認された。
【００９５】
（実験例１４〜１６）
実験例１４〜１６では、一実施形態に係るプラズマエッチング方法の工程ＳＴ４において処理容器１２内の圧力をパラメータとして種々に変更して、形成されたリセス領域ＲＥＣの形状を評価した。具体的には、実験例１４〜１６では、処理容器１２内の圧力をそれぞれ２０ｍＴ（２．６６Ｐａ）、１００ｍＴ（１３．３３Ｐａ）、２００ｍＴ（２６．６６Ｐａ）にして工程ＳＴ４のメインエッチングを実施した。また、実験例１４〜１６では、処理時間をそれぞれ４５秒、１０秒、２０秒にした。なお、実験例１４〜１６において前工程である工程ＳＴ２、工程ＳＴ３の処理条件は同一とし、工程ＳＴ４におけるその他の条件は以下に示す通りとした。
【００９６】
（実験例１４〜１６における工程ＳＴ４の処理条件）
マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、３０００Ｗ
高周波バイアス電力：１３．６５ＭＨｚ、０Ｗ
Ｎ２ガスの流量：４００ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガスの流量：２４０ｓｃｃｍ
ＣＦ４ガスの流量：１２ｓｃｃｍ
【００９７】
図２０は、実験例１４〜１６により得られた被処理体Ｗのリセス領域の形状を示す図である。図２０においては、実験例１４〜１６により得られた被処理体Ｗのリセス領域ＲＥＣの模式図とそのリセス領域ＲＥＣの寸法を図示している。図２０に示すように、工程ＳＴ４において処理容器内の圧力を変化させてメインエッチングをすることにより、リセス領域ＲＥＣの形状を制御できることが確認された。具体的には、実験例１４により得られた被処理体Ｗにおいては略円形の断面形状を有するリセス領域ＲＥＣが形成された。これに対し、実験例１５により得られた被処理体Ｗにおいてはリセス領域ＲＥＣの側面がその底面に対して略垂直に立設するような形状をなすリセス領域ＲＥＣが形成された。実験例１６により得られた被処理体Ｗにおいてはリセス領域ＲＥＣの側面がその底面に対して傾斜するような形状をなすリセス領域ＲＥＣが形成された。また、図２０に示す結果から工程Ｓ４において処理容器内の圧力が大きいと、リセス領域ＲＥＣのＬＶ比が向上する傾向があることが確認された。また、図２１は、圧力と横方向のエッチングレート及びＬＶ比との関係を示すグラフである。図２１に示すように、１００ｍＴより小さな圧力では横方向にエッチングが進行しにくいことが確認された。
【００９８】
（実験例１７、１８）
実験例１７、１８では、一実施形態に係るプラズマエッチング方法の工程ＳＴ４において処理容器内の圧力をパラメータとして種々に変更して、形成されたリセス領域の形状及びマスクに対する選択比を評価した。具体的には、実験例１７、１８では、処理容器内の圧力をそれぞれ２００ｍＴ（２６．６６Ｐａ）、４００ｍＴ（５３．３２Ｐａ）にして工程ＳＴ４のメインエッチングを実施した。なお、実験例１７、１８において前工程である工程ＳＴ２、工程ＳＴ３の処理条件は同一とし、工程ＳＴ４におけるその他の条件は以下に示す通りとした。
【００９９】
（実験例１７、１８における工程ＳＴ４の処理条件）
マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、１０００Ｗ
高周波バイアス電力：１３．６５ＭＨｚ、０Ｗ
Ａｒガスの流量：８８０ｓｃｃｍ
ＣＦ４ガスの流量：５３ｓｃｃｍ
処理時間：４０秒
【０１００】
そして、実験例１７、１８により得られた被処理体Ｗにおけるリセス領域ＲＥＣの形状及びマスクに対する選択比を計測した。図２２は、工程ＳＴ４における処理容器内の圧力とリセス領域ＲＥＣのＬＶ比及びマスクロスとの関係を表すグラフである。ここで、マスクロスは、工程ＳＴ４のエッチングにより除去されたマスクＭの厚みを示している。図２２（ａ）は被処理体Ｗの中心部におけるＬＶ比及びマスクロスを表すグラフであり、図２２（ｂ）は被処理体Ｗの周縁部におけるＬＶ比及びマスクロスを表すグラフである。図２２に示すように、圧力を２００ｍＴから４００ｍＴに上げることによりＬＶ比が向上すると共に、マスクＭに対する選択比が向上してマスクロスが減少することが確認された。図２０〜図２２に示す結果から、工程ＳＴ４において処理容器内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ〜４００ｍＴｏｒｒの範囲内に設定することにより、マスクに対して高い選択比で被エッチング層をエッチングすることができると共に、ＬＶ比を向上することができることが確認された。
【０１０１】
（実験例１９）
実験例１９では、一実施形態に係るプラズマエッチング方法の工程ＳＴ４において反応性ガスを変更した場合に形成されたリセス領域ＲＥＣの形状を評価した。具体的には、実験例１９では、処理ガスにＣＦ４ガスを添加せず、Ｃｌ２ガスを反応性ガスとして添加して工程ＳＴ４のメインエッチングを実施した。実験例１９における処理条件は、以下の通りとした。
【０１０２】
（実験例１９における処理条件）
処理容器１２内の圧力：２００ｍＴ（２６．６６Ｐａ）
マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、３０００Ｗ
高周波バイアス電力：１３．６５ＭＨｚ、０Ｗ
Ｎ２ガスの流量：４００ｃｃｍ
Ｃｌ２ガスの流量：２４０ｓｃｃｍ
処理時間：２０秒
【０１０３】
図２３は、実験例１９により得られた被処理体Ｗのリセス領域ＲＥＣの形状を示す図である。図２３においては、実験例１９により得られた被処理体Ｗのリセス領域ＲＥＣの模式図とそのリセス領域ＲＥＣのＬＶ比を図示している。図２３に示すように、反応性ガスとしてＣＦ４ガスに代えてＣｌ２ガスを用いてメインエッチングを実施した場合には、被エッチング層の横方向にエッチングが進まないことが確認された。
【０１０４】
（実験例２０、２１）
実験例２０、２１では、一実施形態に係るプラズマエッチング方法の工程ＳＴ４において処理ガスの流量比を変更した場合のエッチング領域の形状について評価した。具体的には、実験例２０では、処理ガスとしてＡｒガスとＣＦ４ガスとを８８０：５３の流量比で処理容器内に供給した。一方、実験例２１では、処理ガスとしてＡｒガスとＣＦ４ガスとを８８０：２２の流量比で処理容器内に供給した。なお、実験例２１、２２において前工程である工程ＳＴ２、工程ＳＴ３の処理条件は同一とし、工程ＳＴ４におけるその他の条件は以下に示す通りとした。
【０１０５】
（実験例２０、２１における工程ＳＴ４の処理条件）
処理容器１２内の圧力：２００ｍＴ（２６．６６Ｐａ）
マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、１０００Ｗ
高周波バイアス電力：１３．６５ＭＨｚ、０Ｗ
処理時間：３０秒
【０１０６】
図２４（ａ）は、実験例２０により得られた被処理体Ｗの中心部におけるリセス領域ＲＥＣの形状を示す模式図である。２４（ｂ）は、実験例２１により得られた被処理体Ｗの中心部におけるリセス領域ＲＥＣの形状を示す模式図である。図２４（ａ），（ｂ）に示すように、実験例２１により得られた被処理体Ｗは、実験例２０により得られた被処理体Ｗと比較してエッチングの均一性が悪化することが確認された。この結果から、工程ＳＴ４においては、ＡｒガスとＣＦ４ガスとの流量比を８８０：５３に設定することにより、高い均一性で被エッチング層をエッチングできることが確認された。なお、実験例の説明は省略するが、ＡｒガスとＣＦ４ガスとの流量比を維持した状態で、処理ガス全体の流量を増加させることにより、メインエッチングの面内均一性の制御性を向上できることが確認された。
【０１０７】
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…アンテナ、１６…同軸導波管、１８…誘電体窓、２０…載置台、２２…プレート、２４…静電チャック、２６…バッフル板、２８…排気管、３０…排気装置、３２…マイクロ波発生器、３４…チューナ、３６…導波管、３８…モード変換器、４０…冷却ジャケット、４２…誘電体板、４４…スロット板、５０…中央導入部、５２…周辺導入部、１８０…平坦面、１８１…凹部、Ｃｎｔ…制御部、ＤＧ…ダミーゲート、Ｅ…半導体層、ＥＬ…被エッチング層、ＥＲ…エッチング領域、Ｍ…マスク、ＮＯＬ…自然酸化膜、Ｒ…反応生成物、ＲＥＣ…リセス領域、ＲＦＧ…高周波電源、ＳＰ…スペーサ、Ｗ…被処理体、Ｚ…軸線。
【図１】
2014220387.tif 000003
【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】
2014220387.tif 000009
【図８】
2014220387.tif 000010
【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】
2014220387.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2014220387.tif 000019
【図１８】
2014220387.tif 000020
【図１９】
2014220387.tif 000021
【図２０】
2014220387.tif 000022
【図２１】
2014220387.tif 000023
【図２２】
2014220387.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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