(57)【要約】      （修正有）【課題】レジストマスクを含むマスクがその上に設けられたハードマスク層をエッチングして側壁の垂直性を高めたハードマスクを形成する方法が提供される。【解決手段】この方法は、（ａ）前記マスク及びハードマスク層を有する被処理体が収容された処理容器内において、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、及び、ＣＦ３Ｉガスを含む処理ガスのプラズマに被処理体を晒す工程であり、ハードマスク層の下地層が露出するまで該ハードマスク層をエッチングする、該工程と、（ｂ）前記処理ガスのプラズマに被処理体を更に晒す工程を含む。【選択図】図１
2014192333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジストマスクを含むマスクがその上に設けられたハードマスク層をエッチングしてハードマスクを形成する方法であって、
前記マスク及び前記ハードマスク層を有する被処理体が収容された処理容器内において、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、及び、ＣＦ３Ｉガスを含む処理ガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程であり、前記ハードマスク層の下地層が露出するまで該ハードマスク層をエッチングする、該工程と、
前記処理ガスのプラズマに前記被処理体を更に晒す工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記マスクは、第１の領域において第２の領域よりも高い密度で形成されており、
前記処理ガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程では、前記第２の領域において前記ハードマスク層の側壁面が該ハードマスク層の膜厚方向に垂直な基準面に対してなす角度が、前記第１の領域において前記ハードマスク層の側壁面が前記基準面に対してなす角度よりも小さくなるように、前記ハードマスク層をエッチングする、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記処理ガスをマイクロ波によって励起させることによって、前記処理ガスのプラズマが生成される、請求項１又は２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ハードマスクを形成する方法に関するものである。
【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マスクのパターンを転写するために、エッチングが行われる。このエッチングには、一般的に、プラズマエッチングが用いられている。プラズマエッチング用のマスクとしては、ハードマスクが用いられることがある。そのため、被エッチング層のエッチングを行う前に、ハードマスクとなるハードマスク層をエッチングする必要がある。
【０００３】
ハードマスク層のエッチング用のマスクとしては、レジストマスクが一般的に用いられており、当該レジストマスクは、フォトリソグラフィによって作成される。フォトリソグラフィによって生成されるレジストマスクが画成する開口の幅の最小値には、限界がある。そこで、レジストマスクの表面に堆積物を付着させることによって、レジストマスクの開口幅を減少させる方法が従来から用いられることがある。このような方法は、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載された方法では、ハードマスク層のエッチングの前処理として、フルオロカーボン系ガス、即ち、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のプラズマを発生させることにより、ＣＦ系の堆積物をレジストマスクの表面に付着させている。これにより、複数の領域において異なる密度を有するレジストマスクの線幅を、これら複数の領域において均一化させている。特許文献１に記載された方法では、線幅が均一化されたレジストマスクを用い、反射防止膜をエッチングし、次いで、レジストマスク及び反射防止膜をマスクとして用いて、フルオロカーボン系ガスのプラズマによって、ハードマスク層をエッチングしている。
【０００５】
特許文献２に記載された方法では、レジストマスクの開口幅を減少させるために、ＣＨＦ３ガスのプラズマを発生させて、レジストマスクの表面にＣＦ系の堆積物を付着させている。次いで、この方法では、反射防止膜をエッチングし、レジストマスク及び反射防止膜をマスクとして用いて、フルオロカーボン系ガスのプラズマによりハードマスク層をエッチングしている。また、特許文献２には、ＣＨＦ３ガスと共にＣＦ３Ｉガスを用いることが記載されている。ＣＦ３Ｉガスを励起させることにより生成される活性種は、横方向よりも縦方向にエッチングを進行させるので、レジストマスクの側壁面に付着した堆積物を除去することなく、レジストマスクの開口の底面に付着する堆積物を除去することができる。さらに、この方法では、ＣＨＦ３ガスと共にＣＦ３Ｉガスを用いることにより、開口の底面を画成している下地層、即ちハードマスク層のエッチングを行うことも可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１２９８９３号公報
【特許文献２】特開２０１０−４１０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来のハードマスク層のエッチング方法では、フッ素の活性種によるハードマスク層のエッチングの進行に伴いレジストマスクを含むマスクが削られる。その結果、レジストマスク及び反射防止膜を含むマスクによって画成される開口の幅が増大していく。そして、マスクの開口の幅が増大すると、ハードマスク層の側壁の上部も削られていく。したがって、従来の方法では、小さな幅の開口を画成するハードマスクを得るためには、当該開口の下側部分の幅が上側部分の幅よりも狭くなるように、ハードマスクの側壁面に勾配をもたせる必要がある。しかしながら、ハードマスクの側壁面に勾配をもたせると、ハードマスクの側壁の底部では、当該ハードマスクの実効的な膜厚が小さくなる。このようなハードマスクを用いて被エッチング層をエッチングすると、ハードマスクの側壁の底部が削られてしまう事態が発生する。
【０００８】
このような背景から、ハードマスクの側壁面の垂直性を高めることが必要となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一側面においては、レジストマスクを含むマスクがその上に設けられたハードマスク層をエッチングしてハードマスクを形成する方法が提供される。この方法は、（ａ）前記マスク及びハードマスク層を有する被処理体が収容された処理容器内において、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、及び、ＣＦ３Ｉガスを含む処理ガスのプラズマに被処理体を晒す工程であり、ハードマスク層の下地層が露出するまで該ハードマスク層をエッチングする、該工程（以下、「工程（ａ）」という）と、（ｂ）前記処理ガスのプラズマに被処理体を更に晒す工程（以下、「工程（ｂ）」という）を含む。
【００１０】
一般的に、プラズマ中では、電子が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（以下、双方のガスを総称して「フルオロカーボン系ガス」という）に衝突して、フッ素の活性種が発生する。また、フルオロカーボン系ガスの解離によって生成されるＣＦｘ（ｘは一以上の整数）に電子が衝突することによっても、フッ素の活性種が発生する。フッ素の活性種は、ハードマスク層のみならず、マスクもエッチングする。しかしながら、上記一側面に係る方法では、プラズマ中の電子が、ＣＦ３Ｉから解離したヨウ素のイオン化に消費される。これにより、フッ素の活性種の生成が抑制される。その結果、フッ素の活性種によるマスクのエッチングが抑制される。また、この方法では、ＣＦｘがハードマスク層の側壁面に付着して当該側壁面を保護しつつ、ハードマスク層のエッチングが進行する。よって、この方法では、マスクの削れが抑制され、且つ、ハードマスク層の側壁上部の削れが抑制されつつ、ハードマスク層のエッチングが行われる。なお、「ハードマスク層の側壁」とは、最終的にハードマスクの作成が終了するまでに、ハードマスク層がエッチングされることによって形成される当該ハードマスク層の側壁であり、開口を画成する側壁面を有する側壁である。
【００１１】
また、工程（ａ）（以下、工程（ａ）におけるエッチングを「メインエッチング」ということがある）において下地層が露出するまでハードマスク層がエッチングされた後では、ハードマスク層の側壁の形状は、当該ハードマスク層の側壁面が当該ハードマスク層に直交する基準面に対して鋭角をなす勾配をもった形状となる。この勾配を補正して垂直な側壁面を得るために、上記一側面に係る方法では、工程（ｂ）（以下、工程（ｂ）におけるエッチングを「オーバーエッチング」ということがある）において、ハードマスク層が更にエッチングされる。このオーバーエッチングでは、主にハードマスク層の側壁の底部が横方向にエッチングされる。その結果、この方法によれば、側壁面の垂直性が高められたハードマスクが得られる。
【００１２】
一形態においては、前記マスクは、第１の領域において第２の領域よりも高い密度で形成されている。この形態では、工程（ａ）、即ちメインエッチングを行う工程において、第２の領域においてハードマスク層の側壁面が当該ハードマスク層の膜厚方向に垂直な基準面に対してなす角度が、第１の領域においてハードマスク層の側壁面が前記基準面に対してとなす角度よりも小さくなるように、ハードマスク層をエッチングする。ここで、工程（ｂ）のオーバーエッチングによって側壁が横方向に削られる量は、形成しようとするパターンの密度によっても異なる。即ち、パターンの密度が高い第１の領域よりもパターンの密度が低い第２の領域では、オーバーエッチングによって側壁が横方向に削られる量が多くなる。この形態によれば、工程（ａ）のメインエッチング直後における第２の領域のハードマスク層の側壁面の上述した角度を、第１の領域のハードマスク層の側壁面の上述した角度より小さくすることで、工程（ｂ）のエッチング後においては、第１の領域の側壁面が上記基準面となす角度と第２の領域の側壁面が上記基準面となす角度との差異を低減することができる。なお、この形態の方法は、フルオロカーボン系ガスの流量とＣＦ３Ｉガスの流量との比を調整することで、実現され得る。
【００１３】
一形態においては、上記のプラズマは処理ガスをマイクロ波によって励起されることによって生成され得る。マイクロ波を励起源として用いることにより、フッ素の活性種の生成を更に抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明の一側面及び種々の形態によれば、ハードマスクの側壁面の垂直性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係るハードマスクを形成する方法ＭＴ１の流れ図である。
【図２】図１に示す方法が適用され得る被処理体の一例を示す断面図である。
【図３】一実施形態に係るハードマスクを形成する方法の各工程を説明するための図である。
【図４】一実施形態に係るハードマスクを形成する方法の各工程を説明するための図である。
【図５】一実施形態に係るハードマスクを形成する方法の各工程を説明するための図である。
【図６】一実施形態に係るハードマスクを形成する方法の各工程を説明するための図である。
【図７】一実施形態に係るハードマスクを形成する方法の各工程を説明するための図である。
【図８】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９】スロット板の一例を示す平面図である。
【図１０】誘電体窓の一例を示す平面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿ってとった断面図である。
【図１２】図１０に示す誘電体窓上に図１１に示すスロット板を設けた状態を示す平面図である。
【図１３】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１４】実験例における各種評価値の定義を説明するための図である。
【図１５】実験例１の結果を示す図である。
【図１６】実験例２の結果を示す図である。
【図１７】実験例２の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１は、一実施形態に係るハードマスクを形成する方法ＭＴ１の流れ図である。図１に示す方法は、被処理体のハードマスク層をエッチングしてハードマスクを形成するものである。図２は、図１に示す方法ＭＴ１が適用され得る被処理体の一例を示す断面図である。図２に示す被処理体（以下、「ウエハ」という）Ｗは、下地層ＵＬ、ハードマスク層ＨＭＬ、反射防止膜ＢＬ、及び、レジストマスクＰＲＭを備えている。
【００１８】
下地層ＵＬは、ハードマスク層ＨＭＬから形成されるハードマスクを用い、方法ＭＴ１によってエッチングされる被エッチング層である。下地層ＵＬは、ハードマスクに対するエッチング選択比が高い材料、即ち、下地層ＵＬのエッチングに用いられる処理ガスのプラズマに対して当該下地層ＵＬのエッチングレートは高いが、ハードマスクのエッチングレートは低くなる材料から構成され得る。また、下地層ＵＬは、ハードマスク層ＨＭＬのエッチングに用いられる処理ガスのプラズマに対して当該下地層ＵＬのエッチングレートが低くなる材料から構成され得る。このような下地層ＵＬは、例えば、炭素を含有する層である。この下地層ＵＬ上には、ハードマスク層ＨＭＬが設けられている。
【００１９】
ハードマスク層ＨＭＬは、方法ＭＴ１のエッチング対象の層である。ハードマスク層ＨＭＬは、例えば、ＳｉＯＮから構成される。或いは、ハードマスク層ＨＭＬは、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＴｉＮ、Ｓｉといった種々の材料から構成され得る。このハードマスク層ＨＭＬ上には、反射防止膜ＢＬが設けられている。反射防止膜ＢＬは、例えば、Ｓｉから構成され得る。この反射防止膜ＢＬ上には、レジストマスクＰＲＭが設けられている。
【００２０】
レジストマスクＰＲＭは、ハードマスク層ＨＭＬに転写するパターンを有するマスクである。レジストマスクＰＲＭは、例えば、ＡｒＦレーザといった光に対する感光性を有するレジスト材料から作成されるものであり、フォトリソグラフィによって作成される。
【００２１】
図２に示すように、ウエハＷは、一実施形態においては、第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２を含んでいる。第１の領域Ｒ１のレジストマスクＰＲＭのパターンは、第２の領域Ｒ２のレジストマスクＰＲＭのパターンよりも密に形成されている。即ち、第１の領域Ｒ１においては、レジストマスクＰＲＭによって画成される開口ＯＰ１の幅が狭く、第２の領域Ｒ２においては、レジストマスクＰＲＭによって画成される開口ＯＰ２の幅が広くなっている。
【００２２】
このウエハＷを処理対象として例にとり、再び図１を参照して、一実施形態に係るハードマスクを形成する方法について説明する。なお、以下の説明においては、図１と共に、図３〜図７も参照する。図３〜図７は、一実施形態に係るハードマスクを形成する方法の各工程を説明するための図であり、被処理体の断面を示している。
【００２３】
図１に示すように、方法ＭＴ１では、工程ＳＴ１において、レジストマスクＰＲＭが作成され、そして、反射防止膜ＢＬがエッチングされる。これにより、マスクＭＫが作成される。レジストマスクＰＲＭは、上述したようにフォトリソグラフィ技術によって作成される。また、反射防止膜ＢＬのエッチングは、処理容器内において、処理ガスのプラズマを励起させ、当該プラズマに図２に示したウエハＷを晒すことによって、実施される。この処理ガスとしては、ＨＢｒガス、Ｏ２ガス、及びＡｒガスを含む処理ガスが用いられ得る。なお、反射防止膜ＢＬのエッチング用の処理ガスは、当該反射防止膜ＢＬを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、処理ガスは、ＨＢｒに代えてハロゲン元素を含有するガスを含むことができ、Ａｒガスに代えて他の希ガスを含むことができる。この工程ＳＴ１により、レジストマスクＰＲＭのパターンが反射防止膜ＢＬに転写される。この工程ＳＴ１により、レジストマスクＰＲＭ及び反射防止膜ＢＬを含むマスクＭＫが作成される（図３参照）。
【００２４】
次いで、図１に示すように、方法ＭＴ１では、工程ＳＴ２が実施される。工程ＳＴ２では、処理容器内において処理ガスのプラズマにウエハＷが晒される。この工程ＳＴ２では、処理ガスとして、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、及び、ＣＦ３Ｉガスを含む処理ガスが用いられる。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。一実施形態では、フルオロカーボン系ガスとして、ＣＨＦ３ガスが用いられ得る。また、工程ＳＴ２で用いられる処理ガスは、Ａｒガスといった希ガスを更に含んでいてもよい。
【００２５】
工程ＳＴ２では、ＣＨＦ３及びＣＦ３Ｉの解離が、下記の式（１）及び（２）に示すように生じる。
ＣＨＦ３＋ｅ  →  ＣＦ２＋Ｆ＋Ｈ＋ｅ      …（１）
ＣＦ３Ｉ  →  ＣＦ３＋Ｉ      …（２）
ここで、上記（１）及び（２）式において、ｅは電子である。（１）式に示すように、ＣＨＦ３に電子が衝突するとＣＨＦ３は、ＣＦ２、Ｆ（フッ素）、及びＨ（水素）に解離する。また、ＣＦ３Ｉの分子構造では、Ｉの結合力が弱く、プラズマ源から与えられるエネルギーによって、（２）式に示すように、ＣＦ３ＩはＣＦ３とＩ（ヨウ素）に解離する。
【００２６】
図３に示すように、発生する解離種のうちＦは、レジストマスクＰＲＭ、反射防止膜ＢＬ、及び、ハードマスク層ＨＭＬをエッチングし得る。また、発生する解離種のうちＣＦｘ（ｘは１以上の整数）は、ハードマスク層ＨＭＬに形成された側壁面ＳＷＳに付着して保護膜ＤＰを形成する。また、ＣＦｘは、ハードマスク層ＨＭＬをエッチングし得る。なお、図３において、Ｆは円で囲まれた「Ｆ」で表わされており、ＣＦｘは円で囲まれた「ＣＦｘ」で表わされており、円で囲まれた「ＣＦ３」は（２）式の解離によって発生するＣＦ３を表わしている。
【００２７】
また、工程ＳＴ２では、下記（３）に示すように、ＣＦ３Ｉから解離したＩのイオン化に電子が消費される。
Ｉ＋ｅ  →  Ｉ−      …（３）
工程ＳＴ２では、処理ガスにＣＦ３Ｉが添加されていることにより、ＣＨＦ３の解離やＣＦｘ（ｘは１以上の整数）の解離が抑制されて、Ｆの活性種の発生が抑制される。これにより、工程ＳＴ２では、Ｆの活性種によるマスクＭＫのエッチングが抑制される。また、工程ＳＴ２では、ＣＦｘがハードマスク層ＨＭＬの側壁面ＳＷＳに付着して当該側壁面ＳＷＳを保護しつつ、ハードマスク層ＨＭＬをエッチングする。その結果、工程ＳＴ２では、マスクＭＫの削れが抑制され、且つ、ハードマスク層ＨＭＬの側壁ＳＷの上部の削れが抑制されつつ、当該ハードマスク層ＨＭＬのエッチングが進行する。
【００２８】
この工程ＳＴ２では、ハードマスク層ＨＭＬの下地層ＵＬが露出するまで、ハードマスク層ＨＭＬのエッチングが行われる。なお、以下の説明では、工程ＳＴ２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。このメインエッチング後のウエハＷでは、ハードマスク層ＨＭＬによって画成される側壁ＳＷは、ハードマスク層ＨＭＬの側壁面ＳＷＳが当該ハードマスク層ＨＭＬに直交する基準面ＲＳに対して鋭角（図４において「θ」で示す）をなす勾配をもった形状となる。
【００２９】
続く工程ＳＴ３では、処理容器内において処理ガスのプラズマにウエハＷが更に晒される。この工程ＳＴ３では、処理ガスとして、フルオロカーボン系ガス、及びＣＦ３Ｉガスを含む処理ガスが用いられる。一実施形態では、フルオロカーボン系ガスとして、ＣＨＦ３ガスが用いられ得る。また、工程ＳＴ３で用いられる処理ガスは、Ａｒガスといった希ガスを更に含んでいてもよい。
【００３０】
上述したように、工程ＳＴ２において、ハードマスク層ＨＭＬは下地層ＵＬの表面が露出するまでエッチングされている。また、ハードマスク層ＨＭＬは、工程Ｓ３でのエッチングにおいて下地層ＵＬに対する選択性を有する。即ち、下地層ＵＬは、工程ＳＴ３で用いられる処理ガスのプラズマに対して腐食され難い。したがって、工程ＳＴ３では、図４に示すように、ハードマスク層ＨＭＬが横方向にエッチングされる。以下、この工程ＳＴ３のエッチングを「オーバーエッチング」と称することがある。
【００３１】
工程ＳＴ３では、工程ＳＴ２と同様に、処理ガスにＣＦ３Ｉが添加されていることにより、ＣＨＦ３の解離やＣＦｘの解離が抑制されて、Ｆの活性種の発生が抑制される。したがって、工程ＳＴ３では、マスクＭＫの削れが抑制され、且つ、ハードマスク層ＨＭＬの側壁ＳＷの上部の削れが抑制されつつ、ハードマスク層ＨＭＬの側壁ＳＷが横方向にエッチングされる。なお、図４においては、矢印の基端に描かれた円が、ハードマスク層ＨＭＬをエッチングする活性種を示している。
【００３２】
図４に示すように、工程ＳＴ２においてハードマスク層ＨＭＬの側壁面ＳＷＳに形成される保護膜ＤＰは、ハードマスク層ＨＭＬの膜厚方向において上側から下側に向かうについて薄くなる。したがって、工程ＳＴ３においてハードマスク層ＨＭＬの側壁ＳＷが横方向に削られる量は、当該側壁ＳＷの上部よりも底部において多くなる。かかる工程ＳＴ３の結果、図５に示すように、ハードマスク層ＨＭＬから形成されたハードマスクＨＭの側壁面ＳＷＳの垂直性が高められる。
【００３３】
一実施形態の工程ＳＴ２では、図６に示すように、第２の領域Ｒ２においてハードマスク層ＨＭＬの側壁面ＳＷＳが当該ハードマスク層ＨＭＬの膜厚方向に垂直な基準面ＲＳに対してなす角度θ２（図６の（ｂ）参照）が、第１の領域Ｒ１においてハードマスク層ＨＭＬの側壁面ＳＷＳが基準面ＲＳに対してなす角度θ１よりも小さくなるように、ハードマスク層ＨＭＬをエッチングする。かかる工程ＳＴ２のメインエッチングは、例えば、処理ガスにＣＨＦ３ガスの流量の３０％以上の流量でＣＦ３Ｉガスを含めることにより達成され得る。
【００３４】
ここで、工程ＳＴ３のオーバーエッチングによって側壁ＳＷが横方向に削られる量は、形成しようとするパターンの密度によっても異なる。即ち、パターンの密度が高い第１の領域Ｒ１よりもパターンの密度が低い第２の領域Ｒ２では、オーバーエッチングによって側壁ＳＷが横方向に削られる量が多くなる。これは、第２の領域Ｒ２では、ハードマスク層ＨＭＬが画成する開口の幅が大きく、したがって、ハードマスク層ＨＭＬを横方向にエッチングするための活性種が当該開口に多く進入するからであるものと推測される。
【００３５】
そこで、工程ＳＴ２において、第２の領域Ｒ２のハードマスク層ＨＭＬの側壁面ＳＷＳの角度θ２が、第１の領域Ｒ１のハードマスク層ＨＭＬの側壁面ＳＷＳの角度θ１よりも小さくなるようにハードマスク層ＨＭＬをエッチングすることにより、工程ＳＴ３のエッチング後においては、図７に示すように、ハードマスクＨＭの第１の領域Ｒ１の側壁面ＳＷＳが基準面ＲＳとなす角度θ１１（図７の（ａ）参照）と第２の領域の側壁面ＳＷＳが基準面ＲＳとなす角度θ１２（図７の（ｂ）参照）との差異を低減することができる。
【００３６】
また、一実施形態の工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３では、マイクロ波によって処理ガスが励起されてもよい。マイクロ波を励起源として用いることにより、フッ素の活性種を生成する上述した解離の発生を抑制することができ、その結果、フッ素の活性種の生成を更に抑制することが可能となる。
【００３７】
以下、方法ＭＴ１の工程ＳＴ２及びＳＴ３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８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。
【００３８】
図８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、ウエハ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。
【００３９】
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。側壁１２ａの内径は、例えば、５４０ｍｍである。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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、ウエハ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。
【００４２】
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、ウエハＷを載置するための載置領域ＭＲとなる。チャック部２４ｂは、ウエハ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、その上面にウエハ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、ウエハ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。
【００４３】
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上のウエハ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の上面とウエハＷの裏面との間に供給される。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
図９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。
【００５０】
図９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９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。
【００５１】
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９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。
【００５２】
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。
【００５３】
図１０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１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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１０及び図１１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。
【００５８】
図１２は、図１０に示す誘電体窓上に図１１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１２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。
【００５９】
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。
【００６０】
図８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。
【００６１】
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。
【００６２】
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１１参照）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。
【００６３】
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、主としてウエハ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、ウエハ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ウエハＷに向けてガスを供給するする。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。
【００６４】
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１３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１３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〜ＧＳ１５を含んでいる。第１のガスソースＧＳ１１〜ＧＳ１５はそれぞれ、ＣＨＦ３ガスのソース、ＣＦ３Ｉガスのソース、Ａｒガスのソース、ＨＢｒガスのソース、Ｏ２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。
【００６５】
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〜ＦＣ１５を含んでいる。複数の第１の流量制御ユニットＦＣ１１〜ＦＣ１５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〜ＧＳ１５はそれぞれ、複数の第１の流量制御ユニットＦＣ１１〜ＦＣ１５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。
【００６６】
第２のガスソース群ＧＳＧ２は、複数の第１のガスソースＧＳ２１〜ＧＳ２５を含んでいる。第２のガスソースＧＳ２１〜ＧＳ２５はそれぞれ、ＣＨＦ３ガスのソース、ＣＦ３Ｉガスのソース、Ａｒガスのソース、ＨＢｒガスのソース、Ｏ２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。
【００６７】
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〜ＦＣ２５を含んでいる。複数の第２の流量制御ユニットＦＣ２１〜ＦＣ２５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〜ＧＳ２５はそれぞれ、複数の第２の流量制御ユニットＦＣ２１〜ＦＣ２５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。
【００６８】
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。
【００６９】
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、ＣＨＦ３ガスのソース、ＣＦ３Ｉガスのソース、ＨＢｒ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。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ウエハ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。
【００７０】
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、図８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〜ＦＣ１５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〜ＦＣ２５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。
【００７１】
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８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、即ちウエハ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。
【００７２】
また、一実施形態においては、複数の周辺導入口５２ｉは、ウエハ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、ウエハ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、ウエハ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、ウエハ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ウエハ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、ウエハ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。
【００７３】
以下、方法ＭＴ１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）
【００７５】
実験例１では、ＣＦ３Ｉガスの流量をパラメータとして種々に変更して、方法ＭＴ１の工程ＳＴ２を行った。具体的には、実験例１に用いたウエハＷは、厚み２５ｎｍのＳｉＯＮ製のハードマスク層ＨＭＬ、厚み２０ｎｍの反射防止膜ＢＬ、及び厚さ７０ｎｍのレジストマスクＰＲＭを有するものであった。また、ウエハＷのマスクＭＫは、ライン・アンド・スペースパターンを有し、工程ＳＴ２の実施前には、第１の領域Ｒ１において、３８ｎｍの線幅を有し、５０ｎｍの開口を画成しており、第２の領域Ｒ２において、５０ｎｍの線幅を有しており、１３０ｎｍの開口を画成していた。そして、実験例１では、ＣＦ３Ｉガスの流量を０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ、４０ｓｃｃｍの３通りに変更して、ウエハＷを処理した。なお、実験例１におけるその他の条件は、以下に示す通りである。
【００７６】
（実験例１の処理条件）
処理容器１２内の圧力：２０ｍＴ（２．６６６Ｐａ）
マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、２５００Ｗ
高周波バイアス電力：１３．６５ＭＨｚ、１５０Ｗ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
ＣＨＦ３ガス流量：１２０ｓｃｃｍ
ウエハ温度：３０℃
【００７７】
そして、工程ＳＴ２を行った後のウエハＷのＳＥＭ写真を取得し、ハードマスク層ＨＭＬの側壁面ＳＷＳが基準面ＲＳとなす勾配角度θを、領域Ｒ１及びＲ２の双方において求めた。ここで、勾配角度θは、図１４の（ｂ）に示すように、ハードマスク層ＨＭＬの膜厚方向に直交する基準面ＲＳに対して側壁面ＳＷＳがなす角度である。実験例１において求めた勾配角度θを図１５に示す。図１５に示すグラフにおいて、横軸は、工程ＳＴ２における処理ガス中のＣＦ３Ｉガスの流量をＣＨＦ３ガスの流量に対する割合（％）で示しており、縦軸は勾配角度θを示している。図１５のグラフから明らかなように、実験例１の結果、ＣＨＦ３ガスの流量の３０％以上の流量でＣＦ３Ｉガスを工程ＳＴ２の処理ガスに含めることで、第２の領域Ｒ２においてハードマスク層ＨＭＬの側壁面ＳＷＳが基準面ＲＳに対してなす勾配角度θが、第１の領域Ｒ１においてハードマスク層ＨＭＬの側壁面ＳＷＳが基準面ＲＳに対してなす勾配角度θよりも小さくなることが確認された。
【００７８】
（実験例２）
【００７９】
実験例２では、方法ＭＴ１の工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を実施し、工程ＳＴ３の処理時間をパラメータとして種々に変更した。具体的には、実験例１と同じウエハＷを用い、工程ＳＴ３の処理時間を工程ＳＴ２の処理時間の０％、１０％、２０％、３０％に設定した。工程ＳＴ２及びＳＴ３のその他の条件を以下に示す。
【００８０】
（工程ＳＴ２及び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、２５００Ｗ
高周波バイアス電力：１３．６５ＭＨｚ、１５０Ｗ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
ＣＨＦ３ガス流量：１２０ｓｃｃｍ
ＣＦ３Ｉガスの流量を：４０ｓｃｃｍ
ウエハ温度：３０℃
【００８１】
そして、工程ＳＴ３後のウエハＷのＳＥＭ写真を取得し、領域Ｒ１及びＲ２の双方において、ハードマスク層ＨＭＬの側壁ＳＷによって画成される開口の上側部分の縮小量及び下側部分の縮小量を求め、また、領域Ｒ１及びＲ２の双方において、ハードマスク層ＨＭＬの側壁面ＳＷＳの勾配角度θ（図１４の（ｂ）を参照）を求めた。ここで、ハードマスク層ＨＭＬの側壁ＳＷによって画成される開口の上側部分の縮小量とは、工程ＳＴ２の実施前のマスクＭＫによって画成される開口の幅ＩＷ（図１４の（ａ）参照）と工程ＳＴ３実施後のハードマスク層ＨＭＬによって画成される開口の上側部分の幅ＩＴ（図１４の（ｂ）参照）との差、即ち、ＩＷ−ＩＴである。また、ハードマスク層ＨＭＬの側壁ＳＷによって画成される開口の下側部分の縮小量とは、工程ＳＴ２の実施前のマスクＭＫによって画成される開口の幅ＩＷ（図１４の（ａ）参照）と工程ＳＴ３の実施後のハードマスク層ＨＭＬによって画成される開口の下側部分の幅ＩＢ（図１４の（ｂ）参照）との差、即ち、ＩＷ−ＩＢである。
【００８２】
図１６に、実験例２によって求めた縮小量ＩＷ−ＩＴ及び縮小量ＩＷ−ＩＢを示し、図１７に実験例２によって求めた勾配角度θを示す。図１６及び図１７のグラフにおいて、横軸は、工程ＳＴ３の処理時間を工程ＳＴ２の処理時間に対する割合（％）として示している。また、図１６のグラフの縦軸は、縮小量ＩＷ−ＩＴ又はＩＷ−ＩＢを示している。また、図１７の縦軸は、勾配角度θを示している。
【００８３】
図１６に示すように、実験例２の結果、工程ＳＴ３、即ちオーバーエッチングの処理時間を延ばしていくと、ハードマスク層ＨＭＬの側壁ＳＷによって画成される開口の上側部分の縮小量ＩＷ−ＩＴは、領域Ｒ１及び領域Ｒ２の双方において大きく変化しないが、ハードマスク層ＨＭＬの側壁ＳＷによって画成される開口の下側部分の縮小量ＩＷ−ＩＢは、領域Ｒ１及び領域Ｒ２の双方において、大きく減少していた。このことから、工程ＳＴ３によってハードマスク層ＨＭＬの側壁ＳＷの下側部分が削られて、ハードマスク層ＨＭＬによって画成される開口の上側部分の幅に、当該開口の下側部分の幅が近づくことが確認された。即ち、方法ＭＴ１によって作成されるハードマスクＨＭの側壁面ＳＷＳの垂直性が高められることが確認された。このことは、図１７に示す工程ＳＴ３の処理時間と勾配角度θの関係からも確認される。
【００８４】
また、工程ＳＴ３の実施前には、領域Ｒ１に対して領域Ｒ２では縮小量ＩＷ−ＩＴと縮小量ＩＷ−ＩＢとの間の差が大きかったが、工程ＳＴ３の処理時間の増加と共に領域Ｒ１の縮小量ＩＷ−ＩＢよりも領域Ｒ２の縮小量ＩＷ−ＩＢが大きく減少していき、最終的には、縮小量ＩＷ−ＩＴ及び縮小量ＩＷ−ＩＢとの間の差は、領域Ｒ１と領域Ｒ２の双方において略等しいものとなった。このことから、方法ＭＴ１によれば、形成しようとするパターンの密度が高い領域と低い領域が混在していても、双方の領域において略等しくハードマスクＨＭの側壁面ＳＷＳの垂直性を高めることが確認された。このことは、図１７に示す工程ＳＴ３の処理時間と勾配角度θの関係からも確認された。
【符号の説明】
【００８５】
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…アンテナ、１８…誘電体窓、２０…載置台、３０…排気装置、３２…マイクロ波発生器、４２…誘電体板、４４…スロット板、５０…中央導入部、５２…周辺導入部、Ｗ…被処理体（ウエハ）、ＨＭ…ハードマスク、ＨＭＬ…ハードマスク層、ＭＫ…マスク、ＢＬ…反射防止膜、Ｒ１…第１の領域、Ｒ２…第２の領域、ＭＴ１…方法、ＳＴ２…第２の工程（メインエッチング）、ＳＴ３…第３の工程（オーバーエッチング）
【図１】
2014192333.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】
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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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