(57)【要約】      （修正有）【課題】第１の酸化膜と第２の酸化膜の間に有機膜が設けられた多層膜をエッチングする方法を提供する。【解決手段】有機膜をエッチングする工程（Ｓ２）におけるプラズマ生成用の高周波電力は、第１の酸化膜をエッチングする工程（Ｓ１）及び第２の酸化膜をエッチングする工程（Ｓ３）における高周波電力よりも大きい。工程（Ｓ１）及び工程（Ｓ３）におけるイオン引き込み用の高周波バイアス電力は、工程（Ｓ２）における高周波バイアス電力よりも大きい。また、工程（Ｓ１）、工程（Ｓ２）、及び、工程（Ｓ３）では、被処理体の中心軸線に対して放射方向に沿う水平磁界成分が当該中心軸線から離れた位置でピークをもつ強度分布を有するよう磁界を形成し、工程（Ｓ２）における水平磁界成分のピークの位置が、工程（Ｓ１）及び工程（Ｓ３）における水平磁界成分のピークの位置よりも中心軸線に近くなるよう磁界を形成する。【選択図】図５
2014158005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の酸化膜、第２の酸化膜、及び、該第１の酸化膜と該第２の酸化膜の間に設けられた有機膜を有する多層膜をプラズマ処理装置においてエッチングする方法であって、
前記多層膜と前記第１の酸化膜上に設けられたレジストマスクとを含む被処理体が収容されたプラズマ処理装置の処理空間において第１の処理ガスのプラズマを生成して、前記第１の酸化膜をエッチングする工程と、
前記第１の酸化膜をエッチングした後に、前記処理空間において第２の処理ガスのプラズマを生成して、前記有機膜をエッチングする工程と、
前記有機膜をエッチングした後に、前記処理空間において第３の処理ガスのプラズマを生成して、前記第２の酸化膜をエッチングする工程と、
を含み、
前記第１の処理ガスのプラズマ、前記第２の処理ガスのプラズマ、及び前記第３の処理ガスのプラズマは、前記被処理体を載置する載置台を構成する下部電極と該下部電極の上方に設けられた上部電極とのうち一方に高周波電力を与えることによって生成され、
前記有機膜をエッチングする工程における前記高周波電力は、前記第１の酸化膜をエッチングする工程及び前記第２の酸化膜をエッチングする工程における前記高周波電力よりも大きく、
前記第１の酸化膜をエッチングする工程、前記有機膜をエッチングする工程、及び、前記第２の酸化膜をエッチングする工程では、前記下部電極に高周波バイアス電力が与えられ、
前記第１の酸化膜をエッチングする工程、及び前記第２の酸化膜をエッチングする工程における前記高周波バイアス電力は、前記有機膜をエッチングする工程における前記高周波バイアス電力よりも大きく、
前記第１の酸化膜をエッチングする工程、前記有機膜をエッチングする工程、及び、前記第２の酸化膜をエッチングする工程では、前記被処理体の中心軸線に対して放射方向に沿う水平磁界成分が前記中心軸線から離れた位置でピークをもつ強度分布を有するように、磁界が形成され、
前記有機膜をエッチングする工程における前記水平磁界成分のピークの位置は、前記第１の酸化膜をエッチングする工程及び前記第２の酸化膜をエッチングする工程における前記水平磁界成分のピークの位置よりも、前記中心軸線に近い、
方法。
【請求項２】
前記第２の酸化膜の厚みは、前記第１の酸化膜の厚みよりも大きく、
前記第２の酸化膜をエッチングする工程における前記高周波バイアス電力は、前記第１の酸化膜をエッチングする工程における前記高周波バイアス電力よりも大きく、
前記第２の酸化膜をエッチングする工程における前記水平磁界成分の強度は、前記第１の酸化膜をエッチングする工程における前記水平磁界成分の強度よりも大きい、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記有機膜をエッチングする工程において前記水平磁界成分が強度のピークを有する位置は、前記放射方向において前記被処理体の中心と該被処理体のエッジの間の中間位置である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の酸化膜をエッチングする工程及び前記第２の酸化膜をエッチングする工程において前記水平磁界成分が強度のピークを有する位置は、前記放射方向において前記被処理体のエッジよりも外側の位置である、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
第１の膜及び第２の膜を含む多層膜をエッチングする方法であって、
前記多層膜を有する被処理体が収容されたプラズマ処理装置の処理空間において処理ガスのプラズマを生成して、前記第１の膜をエッチングする工程と、
前記処理空間において処理ガスのプラズマを生成して、前記第２の膜をエッチングする工程と、
を含み、
前記第１の膜をエッチングする工程で生成される処理ガスのプラズマ及び前記第２の膜をエッチングする工程で生成される処理ガスのプラズマは、前記被処理体を載置する載置台を構成する下部電極と該下部電極の上方に設けられた上部電極とのうち一方に高周波電力を与えることによって生成され、
前記第２の膜をエッチングする工程における前記高周波電力は、前記第１の膜をエッチングする工程における前記高周波電力よりも大きく、
前記第１の膜をエッチングする工程、及び前記第２の膜をエッチングする工程では、前記下部電極に高周波バイアス電力が与えられ、
前記第１の膜をエッチングする工程における前記高周波バイアス電力は、前記第２の膜をエッチングする工程における前記高周波バイアス電力よりも大きく、
前記第１の酸化膜をエッチングする工程、前記第２の膜をエッチングする工程では、前記被処理体の中心軸線に対して放射方向に沿う水平磁界成分が前記中心軸線から離れた位置でピークをもつ強度分布を有するように、磁界が形成され、
前記第２の膜をエッチングする工程における前記水平磁界成分のピークの位置は、前記第１の膜をエッチングする工程における前記水平磁界成分のピークの位置よりも、前記中心軸線に近い、
方法。
【請求項６】
前記第２の膜をエッチングする工程において前記水平磁界成分が強度のピークを有する位置は、前記放射方向において前記被処理体の中心と該被処理体のエッジの間の中間位置である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の膜をエッチングする工程において前記水平磁界成分が強度のピークを有する位置は、前記放射方向において前記被処理体のエッジよりも外側の位置である、請求項５又は６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、多層膜をエッチングする方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被処理体のプラズマエッチングは、デバイスの製造における重要な技術である。プラズマエッチングでは、被処理体のエッチング速度の分布を制御するために、処理空間内でのプラズマの密度分布を制御することが必要である。プラズマの密度分布を制御する技術としては、電界が存在する処理空間内において磁界を発生させてプラズマの密度分布を制御するものが知られている。このような技術は、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、上部電極及び下部電極を有する平行平板型のプラズマ処理装置である。このプラズマ処理装置は、処理空間内において被処理体、即ちウエハの中心軸線に対して放射方向に沿った対称な磁界を発生させる。具体的には、特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、処理空間内に下部電極を構成する載置台が設けられており、当該載置台にウエハが載置される。処理空間を画成する処理容器の天井部は、上部電極を構成しており、当該天井部の上面には、複数の永久磁石が設けられている。複数の永久磁石は、ウエハの中心軸線を中心とする複数の同心円上に配列されており、且つ当該中心軸線に対して放射方向に配列されている。このプラズマ処理装置では、処理容器内において鉛直方向の電界が形成されており、また、複数の永久磁石の処理空間側の磁極の向きを設定することにより、放射状に分布する磁界を処理空間内で発生させている。これにより、プラズマ中の電子はローレンツ力を受けて、ウエハの中心軸線に対して旋回するようにドリフト運動を行う。ドリフト運動の速度はウエハの中心軸線に対して放射方向に沿う水平磁界成分の強度に反比例し、したがって、ドリフト運動の速度が小さい領域では電子の滞在時間が長くなる。電子の滞在時間が長い領域では処理ガスの解離が促進される。その結果、処理空間内でのプラズマの密度分布が調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４１０７５１８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、膜種や膜厚の異なる複数の膜から構成された多層膜をエッチングする際には、上部電極又は下部電極に与えるプラズマ生成用の高周波電力、及び／又は、下部電極に与えるイオン引き込み用の高周波バイアス電力が、膜種及び膜厚に応じて変更されることがある。高周波電力及び／又は高周波バイアス電力が変更されると、処理空間内でのプラズマの密度分布は変動する。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、複数の永久磁石の位置が固定されているため、水平磁界成分の強度分布を調整することができない。したがって、膜種や膜厚の異なる複数の膜から構成された多層膜の各膜のエッチングに応じて、プラズマの密度分布を調整することができない。その結果、中心からの径方向の位置によって各膜のエッチング速度にばらつきが生じ得る。
【０００７】
かかる背景の下、本技術分野では、多層膜の各膜のエッチングにおいて位置によるエッチング速度のばらつきを抑制することが要請されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一側面においては、多層膜をエッチングする方法が提供される。この方法は、第１の酸化膜、第２の酸化膜、及び、該第１の酸化膜と該第２の酸化膜の間に設けられた有機膜を有する多層膜を、プラズマ処理装置においてエッチングする方法である。この方法では、多層膜と第１の酸化膜上に設けられたレジストマスクとを含む被処理体がプラズマ処理装置の処理空間に収容される。この方法は、（ａ）処理空間において第１の処理ガスのプラズマを生成して、第１の酸化膜をエッチングする工程と、（ｂ）第１の酸化膜をエッチングした後に、処理空間において第２の処理ガスのプラズマを生成して、有機膜をエッチングする工程と、（ｃ）有機膜をエッチングした後に、処理空間において第３の処理ガスのプラズマを生成して、第２の酸化膜をエッチングする工程と、を含む。第１の処理ガスのプラズマ、第２の処理ガスのプラズマ、及び第３の処理ガスのプラズマは、被処理体を載置する載置台を構成する下部電極と当該下部電極の上方に設けられた上部電極とのうち一方に高周波電力を与えることによって生成される。また、第１の酸化膜をエッチングする工程（ａ）、有機膜をエッチングする工程（ｂ）、及び、第２の酸化膜をエッチングする工程（ｃ）では、下部電極に高周波バイアス電力が与えられる。
【０００９】
有機膜はその下地として第２の酸化膜を有するので、当該有機膜のエッチングが第２の酸化膜に与えるダメージを低減させる必要がある。そのためには、高いエネルギーをもったイオンを主体とするエッチングではなく、即ち、被処理体へのイオンの引き込みを極力抑制しつつ、多量の活性種、例えばラジカルによって有機膜をエッチングすることが必要である。一方、第１の酸化膜及び第２の酸化膜のエッジング時には、イオンの引き込み効果により、当該第１の酸化膜及び第２の酸化膜のエッチングを促進することが好ましい。そこで、本方法では、有機膜をエッチングする工程（ｂ）における高周波電力を、第１の酸化膜をエッチングする工程（ａ）及び第２の酸化膜をエッチングする工程（ｃ）における高周波電力よりも大きく設定する。また、本方法では、第１の酸化膜をエッチングする工程（ａ）及び第２の酸化膜をエッチングする工程（ｃ）における高周波バイアス電力を、有機膜をエッチングする工程（ｂ）における高周波バイアス電力よりも大きく設定する。これにより、有機膜をエッチングする工程における高周波電力を大きくすることで多量のラジカルを発生させ、且つ、高周波バイアス電力を小さくすることにより、低いエネルギーで有機膜をエッチングすることができ、第２の酸化膜に対するダメージを抑制することができる。また、第１の酸化膜及び第２の酸化膜のエッジング時に、比較的大きい高周波バイアス電力を用いることにより、イオンの引き込み効果により、第１の酸化膜及び第２の酸化膜のエッチングを促進することができる。
【００１０】
ところで、上部電極と下部電極の間に高周波電界を発生させることにより生成されるプラズマ密度は、一般的に、被処理体の中心軸線に近い領域において高くなる傾向をもつ。即ち、中心軸線から離れるにつれて密度が低下する勾配をもったプラズマ密度の分布が形成される。この勾配は、高周波電力が大きくなるほど、急峻なものとなる。そこで、本方法では、第１の酸化膜をエッチングする工程（ａ）、有機膜をエッチングする工程（ｂ）、及び、第２の酸化膜をエッチングする工程（ｃ）では、被処理体の中心軸線に対して放射方向に沿う水平磁界成分が前記中心軸線から離れた位置でピークをもつ強度分布を有するように磁界を形成している。また、本方法では、有機膜をエッチングする工程（ｂ）における水平磁界成分のピークの位置が、第１の酸化膜をエッチングする工程（ａ）及び第２の酸化膜をエッチングする工程（ｃ）における水平磁界成分のピークの位置よりも前記中心軸線に近くなるように、磁界を形成する。このように、本方法では、工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、水平磁界成分が前記中心軸線から離れた位置でピークをもつ強度分布を有するように磁界が形成されるので、上述したプラズマ密度の分布の勾配を低減することが可能である。さらに、有機膜をエッチングする工程（ｂ）における水平磁界成分のピークの位置が第１の酸化膜をエッチングする工程（ａ）及び第２の酸化膜をエッチングする工程（ｃ）における水平磁界成分のピークの位置よりも前記中心軸線に近いので、かかる磁界を与えなければ有機膜をエッチングする工程（ｂ）において生成され得るより急峻なプラズマの密度分布の勾配を、低減することが可能である。したがって、本方法によれば、工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、プラズマの密度分布のばらつきを低減して、多層膜の各膜のエッチングにおいて位置によるエッチング速度のばらつきを抑制することが可能となる。
【００１１】
一形態においては、有機膜をエッチングする工程（ｂ）において水平磁界成分が強度のピークを有する位置は、放射方向において被処理体の中心と当該被処理体のエッジの間の中間位置であり得る。また、一形態においては、第１の酸化膜をエッチングする工程（あａ）及び第２の酸化膜をエッチングする工程（ｃ）において水平磁界成分が強度のピークを有する位置は、放射方向において被処理体のエッジよりも外側の位置であり得る。
【００１２】
また、一形態においては、第２の酸化膜の厚みは、第１の酸化膜の厚みよりも大きく、この場合に、第２の酸化膜をエッチングする工程（ｃ）における高周波バイアス電力を、第１の酸化膜をエッチングする工程（ａ）における高周波バイアス電力よりも大きくなるように設定してもよく、第２の酸化膜をエッチングする工程（ｃ）における水平磁界成分の強度を、第１の酸化膜をエッチングする工程（ａ）における水平磁界成分の強度よりも大きくなるように設定してもよい。この形態では、多層膜の各膜のエッチングにおいて位置によるエッチング速度のばらつきを抑制することが可能であると共に、より膜厚の大きい第２の酸化膜のエッチング速度を、イオンの引き込み効果により、高めることが可能となる。
【００１３】
また、別の一側面においても多層膜をエッチングする方法が提供される。別の一側面に係る方法では、多層膜は少なくとも第１の膜及び第２の膜を含んでいる。この方法は、（ｉ）多層膜を有する被処理体が収容されたプラズマ処理装置の処理空間において処理ガスのプラズマを生成して、第１の膜をエッチングする工程と、（ｉ）処理空間において処理ガスのプラズマを生成して、第２の膜をエッチングする工程と、を含む。第１の膜をエッチングする工程（ｉ）で生成される処理ガスのプラズマ及び第２の膜をエッチングする工程（ｉｉ）で生成される処理ガスのプラズマは、被処理体を載置する載置台を構成する下部電極と該下部電極の上方に設けられた上部電極とのうち一方に高周波電力を与えることによって生成される。この方法では、第２の膜をエッチングする工程（ｉｉ）における高周波電力を、第１の膜をエッチングする工程（ｉ）における高周波電力よりも大きく設定する。また、第１の膜をエッチングする工程（ｉ）、及び第２の膜をエッチングする工程（ｉｉ）では、下部電極に高周波バイアス電力が与えられる。この方法では、第１の膜をエッチングする工程における高周波バイアス電力（ｉ）を、第２の膜をエッチングする工程における高周波バイアス電力よりも大きく設定する。また、第１の酸化膜をエッチングする工程（ｉ）、及び第２の膜をエッチングする工程（ｉｉ）では、被処理体の中心軸線に対して放射方向に沿う水平磁界成分が当該中心軸線から離れた位置でピークをもつ強度分布を有するように、磁界が形成される。この方法では、第２の膜をエッチングする工程（ｉｉ）における水平磁界成分のピークの位置が第１の膜をエッチングする工程（ｉ）における水平磁界成分のピークの位置よりも前記中心軸線に近くなるように、磁界を形成する。
【００１４】
別の側面に係る方法では、第２の膜をエッチングする工程において比較的大きい高周波電力を用いてプラズマを生成して、多量の活性種、例えばラジカルによって当該第２の膜をエッチングする。一方、第１の膜をエッチングする工程においては比較的小さい高周波電力を用いてプラズマを生成し、比較的大きな高周波バイアス電力を用いてイオンを被処理体に引き込むことにより、当該第１の膜のエッチングを促進させている。第１の膜をエッチングする工程及び第２の膜をエッチングする工程において生成されるプラズマの密度分布は、中心軸線から離れるにつれて密度が低下する勾配をもつが、第２の膜をエッチングする工程における高周波電力が比較的大きいので、第２の膜をエッチングする工程におけるプラズマの密度分布の勾配は、第１の膜をエッチングする工程においてプラズマの密度分布の勾配よりも急峻なものとなる。このため、別の側面に係る方法では、第２の膜をエッチングする工程における水平磁界成分のピークの位置が、第１の膜をエッチングする工程における水平磁界成分のピークの位置よりも前記中心軸線に近くなるように、磁界を形成している。これにより、上述したプラズマの密度分布の勾配を低減させることが可能である。その結果、多層膜の各膜のエッチングにおいて位置によるエッチング速度のばらつきを抑制することが可能となる。
【００１５】
一形態においては、第２の膜をエッチングする工程において水平磁界成分が強度のピークを有する位置は、放射方向において被処理体の中心と当該被処理体のエッジの間の中間位置であり得る。また、一形態においては、第１の膜をエッチングする工程において水平磁界成分が強度のピークを有する位置は、放射方向において被処理体のエッジよりも外側の位置であり得る。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の上述した側面及び形態によれば、多層膜の各膜のエッチングにおいて位置によるエッチング速度のばらつきを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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２】一実施形態に係るプラズマ処理装置のガス供給系を示す図である。
【図３】図１に示すプラズマ処理装置を上方から視た状態を示す平面図である。
【図４】図１に示すプラズマ処理装置において発生する電界及び磁界に起因する電子のドリフト運動を説明するための図である。
【図５】一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法を示す流れ図である。
【図６】多層膜を有するウエハの一例を示す断面図である。
【図７】多層膜のそれぞれの膜のエッチング時の高周波電力及び高周波バイアス電力を示す図である。
【図８】高周波電力とプラズマの密度分布との関係を示す図である。
【図９】図５に示す方法の各工程後のウエハＷの状態を示す断面図である。
【図１０】工程Ｓ１及び工程Ｓ３において形成される磁界を示す図である。
【図１１】工程Ｓ２において形成される磁界を示す図である。
【図１２】別の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１３】処理空間Ｓ側から視た電磁石３０Ａの平面図である。
【図１４】電磁石３０Ａによって形成される磁界を例示する図面である。
【図１５】実験例１及び比較実験例１の結果を示す図である。
【図１６】実験例２及び比較実験例２の結果を示す図である。
【図１７】実験例３及び比較実験例３の結果を示す図である。
【図１８】処理空間内の電界強度分布を示す図である。
【図１９】更に別の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２０】更に別の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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
まず、一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法の実施に用い得るプラズマ処理装置について説明する。図１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。図１に示すプラズマ処理装置１０は、処理容器１２、載置台１４、上部電極１６、第１の高周波電源１８、及び第２の高周波電源２０を備えている。
【００２０】
処理容器１２は、略円筒状の容器であり、その内部に処理空間Ｓを画成している。この処理空間Ｓは、排気装置によって減圧可能となっている。処理空間Ｓ内には、載置台１４が設けられている。載置台１４は、基台１４ａ及び静電チャック１４ｂを含んでいる。基台１４ａは、アルミニウムといった導電性の部材から構成されており、略円盤形状を有している。
【００２１】
基台１４ａの上面の周縁領域には、ウエハＷのエッジを囲むように、フォーカスリング２６が設けられている。また、基台１４ａの上面の中央領域には、静電チャック１４ｂが設けられている。静電チャック１４ｂは、例えば、絶縁膜の内層として設けられた電極膜を有し、略円盤形状を有している。静電チャック１４ｂには、直流電源からスイッチを介して電極膜に供給される直流電圧により静電力を発生して、被処理体Ｗ（以下、「ウエハＷ」という）を吸着する。静電チャック１４ｂ上にウエハＷが載置された状態では、ウエハＷの中心を上下方向に通過する中心軸線Ｚは、基台１４ａ及び静電チャック１４ｂの中心軸線に略一致する。なお、ウエハＷは、例えば、３００ｍｍといった直径を有し得る。
【００２２】
基台１４ａは、下部電極を構成している。この基台１４ａには、プラズマ生成用の高周波電力を発生する高周波電源１８が、第１の整合器２２を介して接続されている。高周波電源１８は、例えば、周波数１００ＭＨｚの高周波電力を発生する。また、第１の整合器２２は、当該第１の整合器２２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、高周波電源１８は、上部電極１６に接続されていてもよい。また、基台１４ａには、イオン引き込み用の高周波バイアス電力を発生する高周波電源２０が、第２の整合器２４を介して接続されている。高周波電源２０は、例えば、周波数３．２ＭＨｚの高周波電力を発生する。また、第２の整合器２４は、当該第２の整合器２４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
【００２３】
基台１４ａ、即ち、下部電極の上方には、処理空間Ｓを介して当該下部電極と対面するように、上部電極１６が設けられている。上部電極１６は、処理空間Ｓをその上方から画成しており、略円盤形状を有している。上部電極１６は、その中心軸線が、載置台１４の中心軸線と略一致するように設けられている。この上部電極１６は、シャワーヘッドの機能を兼ねている。一実施形態においては、上部電極１６には、バッファ室１６ａ、ガスライン１６ｂ、及び、複数のガス孔１６ｃが形成されている。バッファ室１６ａには、ガスライン１６ｂの一端が接続している。また、バッファ室１６ａには複数のガス孔１６ｃが接続しており、これらガス孔１６ｃは下方に延びて、処理空間Ｓに向けて開口している。
【００２４】
図２は、一実施形態に係るプラズマ処理装置のガス供給系を示す図である。プラズマ処理装置１０は、図２に示すガス供給系ＧＳを更に備え得る。ガス供給系ＧＳは、複数のガスソースＧＳ１，ＧＳ２，ＧＳ３，ＧＳ４，ＧＳ５，ＧＳ６を有している。ガスソースＧＳ１はＣＨＦ３ガスのソースであり、ガスソースＧＳ２はＯ２ガスのソースであり、ガスソースＧＳ３はＣＨ４ガスのソースであり、ガスソースＧＳ４はＮ２ガスのソースであり、ガスソースＧＳ５はＣ４Ｆ８ガスのソースであり、ガスソースＧＳ６はＡｒガスのソースである。
【００２５】
ガス供給系ＧＳでは、ガスソースＧＳ１は、バルブＶ１１、流量制御器ＦＣ１、バルブＶ１２を介してガスラインＣＬに接続されており、ガスソースＧＳ２は、バルブＶ２１、流量制御器ＦＣ２、バルブＶ２２を介してガスラインＣＬに接続されており、ガスソースＧＳ３は、バルブＶ３１、流量制御器ＦＣ３、バルブＶ３２を介してガスラインＣＬに接続されており、ガスソースＧＳ４は、バルブＶ４１、流量制御器ＦＣ４、バルブＶ４２を介してガスラインＣＬに接続されており、ガスソースＧＳ５は、バルブＶ５１、流量制御器ＦＣ５、バルブＶ５２を介してガスラインＣＬに接続されており、ガスソースＧＳ６は、バルブＶ６１、流量制御器ＦＣ６、バルブＶ６２を介してガスラインＣＬに接続されている。ガスラインＣＬは、図１に示すガスライン１６ｂの他端に接続されている。
【００２６】
プラズマ処理装置１０では、ガス供給系ＧＳからの処理ガスを、シャワーヘッドを構成する上部電極１６から処理空間Ｓに供給し、高周波電源１８からの高周波電力を下部電極に与えて上部電極１６と当該下部電極との間に高周波電界を発生させる。これにより、処理空間Ｓにおいて処理ガスのプラズマが生成される。そして、プラズマ中で解離した処理ガスを構成する分子又は原子の活性種により、ウエハＷを処理することができる。また、高周波電源２０から下部電極に与える高周波バイアス電力を調整することにより、イオンの引き込みの程度を調整することが可能である。
【００２７】
また、プラズマ処理装置１０は、複数の電磁石３０を有している。複数の電磁石３０は、上部電極１６、即ち、処理容器１２の天井部の上に設けられている。複数の電磁石３０の各々は、棒状の磁性材料から構成されたヨーク３０ａとコイル３０ｂを含んでいる。コイル３０ｂは、ヨーク３０ａの外周面に沿って巻き回されている。コイル３０ｂの両端には電流源が接続されており、コイル３０ｂに供給する電流値及び電流の向きを制御可能となっている。
【００２８】
図３は、図１に示すプラズマ処理装置を上方から視た状態を示す平面図である。図３に示すように、複数の電磁石３０は、ウエハＷの中心を通過して上下方向に延びる中心軸線Ｚに対して放射方向に配列されている。また、複数の電磁石３０は、中心軸線Ｚを中心とする複数の同心円上に配列されている。
【００２９】
一実施形態においては、図３に示すように、複数の電磁石３０は、第１の群３１、第２の群３２、第３の群３３、第４の群３４、第５の群３５に分けられており、各群は幾つかの電磁石３０を含んでいる。第１の群３１は、中心軸線Ｚ上及びその近傍に設けられた一以上の電磁石３０を含むことができる。図３に示す例では、第１の群３１は、一つの電磁石３０を含んでおり、当該電磁石３０のヨーク３０ａが中心軸線Ｚに沿うように設けられている。
【００３０】
また、図３に示す例では、第２の群３２、第３の群３３、第４の群３４、第５の群３５の各々は、２４個の電磁石３０を含んでいる。図３においては、参照符号３０に続く括弧の中に示された符号が群の参照符号を表わしている。第２の群３２の電磁石３０は、ヨーク３０ａが中心軸線Ｚと略平行に延在するように、半径Ｌ２の円Ｃ２上に配列されている。この半径Ｌ２は、直径３００ｍｍのウエハＷを処理するプラズマ処理装置においては、７５ｍｍである。第３の群３３の電磁石３０は、ヨーク３０ａが中心軸線Ｚと略平行に延在するように半径Ｌ３の円Ｃ３上に配列されている。この半径Ｌ３は、半径Ｌ２よりも大きく、直径３００ｍｍのウエハＷを処理するプラズマ処理装置においては、１２５ｍｍである。第４の群３４の電磁石３０は、ヨーク３０ａが中心軸線Ｚと略平行に延在するように半径Ｌ４の円Ｃ４上に配列されている。この半径Ｌ４は、半径Ｌ３よりも大きく、直径３００ｍｍのウエハＷを処理するプラズマ処理装置においては、１７５ｍｍである。また、第５の群３５の電磁石３０は、ヨーク３０ａが中心軸線Ｚと略平行に延在するように半径Ｌ５の円Ｃ５上に配列されている。この半径Ｌ５は、半径Ｌ４よりも大きく、直径３００ｍｍのウエハＷを処理するプラズマ処理装置においては、２２５ｍｍである。
【００３１】
また、図１に示すように、プラズマ処理装置１０は、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であることができる。第１の高周波電源１８が発生する高周波電力の大きさ、第２の高周波電源２０が発生する高周波電力の大きさ、排気装置の排気量、ガス供給系ＧＳから供給するガス及び当該ガスの流量、並びに、第１の群３１、第２の群３２、第３の群３３、第４の群３４、及び第５の群３５の各々の電磁石３０のコイル３０ｂに与える電流の値及び電流の方向を設定する。そのために、制御部Ｃｎｔは、そのメモリに格納されるか、又は、入力装置によって入力されるレシピに従って、第１の高周波電源１８、第２の高周波電源２０、排気装置、ガス供給系ＧＳの各構成要素、電磁石３０に接続された電流源に対して制御信号を送出することができる。
【００３２】
かかるプラズマ処理装置１０では、第１の群３１、第２の群３２、第３の群３３、第４の群３４、及び第５の群３５のそれぞれの電磁石３０のコイル３０ｂに与える電流の方向を設定することで、第１の群３１、第２の群３２、第３の群３３、第４の群３４、及び第５の群３５のそれぞれの電磁石３０の処理空間Ｓ側の磁極を、Ｎ極又はＳ極に設定することができる。これにより、処理空間Ｓ内において中心軸線Ｚに対して放射方向に沿った水平磁界成分を有する磁界を生成することができる。
【００３３】
図４は、図１に示すプラズマ処理装置において発生する電界及び磁界に起因する電子のドリフト運動を説明するための図である。図４の領域（ａ）には、プラズマ処理装置１０の断面図が示されており、図４の領域（ｂ）には、プラズマ処理装置１０を上方から視た状態の平面図が示されている。図４に示すように、プラズマ生成中の処理空間Ｓ内においては、上部電極１６から下部電極（基台１４ａ）に向かう電界Ｅが発生する。また、図４に示すように、例えば、第１の群３１の電磁石３０のコイル３０ｂに供給する電流の向きを調整して、当該第１の群３１の電磁石３０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、第５の群３５の電磁石３０のコイル３０ｂに供給する電流の向きを調整して、当該第５の群３１の電磁石３０の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定すると、第１の群３１の電磁石３０の処理空間Ｓ側の磁極から第５の群３５の電磁石３０の処理空間Ｓ側の磁極に向かう磁界Ｂが形成される。磁界Ｂは、図４の領域（ｂ）に示すように、軸線Ｚに対して放射方向に沿った水平磁界成分ＢＨを含んでいる。
【００３４】
このように、処理空間Ｓ中では電界Ｅ、及び水平磁界成分ＢＨを含む磁界Ｂが発生しており、処理空間Ｓ中の電子は電界及び水平磁界成分ＢＨに起因するローレンツ力を受けてドリフト運動を行う。具体的には、電子はフレミングの左手の法則に従い、中心軸線Ｚを中心とする円周の接線方向に加速度を受けて中心軸線Ｚを中心とする円状の電子軌跡Ｄに沿って旋回する。
【００３５】
ところで、電界Ｅ及び水平磁界成分ＢＨによる電子のドリフト運動の速度ｖｇＥ  は下記式（１）で示される。
ｖｇＥ  ＝  Ｅ／ＢＨ  …  （１）
上記式（１）によれば、電界Ｅの強さが一定であるとすると、水平磁界成分ＢＨの強度（磁界強度）が大きいほど電子のドリフト運動の速度は低下する。電子のドリフト運動の速度が低下すると、電子が或る箇所に滞在する時間が長くなるため、当該箇所において電子密度が上昇する。その結果、電子と処理ガスの分子や原子との衝突機会が増加するので、当該箇所においてプラズマの密度が上昇する。即ち、電磁石３０によって、ある箇所の水平磁界成分ＢＨの強度を大きくすると、当該箇所のプラズマの密度を高くすることができる。
【００３６】
上述したようにプラズマ処理装置１０は、複数の電磁石３０のコイル３０ｂに与える電流の向き、及び電流の値を、第１の群３１、第２の群３２、第３の群３３、第４の群３４、及び第５の群３５の群ごとに、設定することができる。したがって、プラズマ処理装置１０では、第１の群３１、第２の群３２、第３の群３３、第４の群３４、及び第５の群３５の各々の電磁石３０のコイル３０ｂに与える電流の向きを調整することで、水平磁界成分ＢＨの軸線Ｚに対する放射方向の強度の分布を調整することができる。また、第１の群３１、第２の群３２、第３の群３３、第４の群３４、及び第５の群３５の各々の電磁石３０のコイル３０ｂに与える電流の大きさ（値）を調整することで、水平磁界成分ＢＨの軸線Ｚに対する放射方向の強度を調整することができる。
【００３７】
以下、プラズマ処理装置１０を用いて実施し得る多層膜をエッチングする方法の一実施形態について説明する。図５は、一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法を示す流れ図である。図５に示す方法は、図６に示すウエハＷの多層膜ＭＬをエッチングするために用いることができる。なお。図６においてはウエハＷの一部を拡大した断面が示されている。
【００３８】
図６に示すウエハＷは、レジストマスクＰＲＭ、第１の酸化膜ＯＸＦ１、有機膜ＯＲ、第２の酸化膜ＯＸＦ２、及び被エッチング層ＥＬを有している。被エッチング層ＥＬは、第２の酸化膜ＯＸＦ２がエッチングされることによって形成されるマスクを用いてエッチングされる層であり、例えば、シリコン層である。被エッチング層ＥＬ上には第２の酸化膜ＯＸＦ２が設けられている。第２の酸化膜ＯＸＦ２は、シリコン酸化層であり、膜厚の大きい被エッチング層ＥＬのエッチングに耐え得るよう、比較的大きな膜厚を有している。第２の酸化膜ＯＸＦ２の膜厚は、例えば、２０００ｎｍである。
【００３９】
第２の酸化膜ＯＸＦ２上には、有機膜ＯＲが設けられている。この有機膜ＯＲは、第２の酸化膜ＯＸＦ２をエッチングする際に用いるマスクとなる。この有機膜ＯＲの膜厚は、例えば、３００ｎｍである。
【００４０】
有機膜ＯＲ上には、第１の酸化膜ＯＸＦ１が設けられている。第１の酸化膜ＯＸＦ１は、有機膜ＯＲをエッチングする際に用いるマスクとなる。第１の酸化膜ＯＸＦ１は、例えば、シリコン酸化層である。この第１の酸化膜ＯＸＦ１は、第２の酸化膜ＯＸＦ２の膜厚よりも小さい膜厚を有している。第１の酸化膜ＯＸＦ１の膜厚は例えば、４５ｎｍである。
【００４１】
第１の酸化膜ＯＸＦ１上には、レジストマスクＰＲＭが設けられている。レジストマスクＰＲＭは、第１の酸化膜ＯＸＦ１上にレジスト材料を塗布し、当該レジスト材料を露光・現像することによって、作成することができる。
【００４２】
このように、ウエハＷは、異なる膜種及び／又は膜厚を有する複数の膜が積層された構造を有する多層膜ＭＬを備えている。かかる多層膜ＭＬ中のそれぞれの膜のエッチング時のプラズマの生成条件には、膜種及び／又は膜厚に応じて異なる条件が採用される。図７は、多層膜のそれぞれの膜のエッチング時の高周波電力及び高周波バイアス電力を示す図である。図７において、横軸は、イオン引き込み用の高周波バイアス電力ＬＦを示しており、縦軸は、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦを示している。
【００４３】
ウエハＷでは、有機膜ＯＲの下地として第２の酸化膜ＯＸＦ２が設けられている。第２の酸化膜ＯＸＦ２は被エッチング層ＥＬのエッチングのためのマスクとなる膜である。したがって、有機膜ＯＲのエッチングの際には、第２の酸化膜ＯＸＦ２に対するダメージを低減することが要求される。そこで、有機膜ＯＲのエッチングの際には、比較的大きな高周波電力ＨＦ（例えば、２４００Ｗ）を用い、処理ガス中の分子及び／又は原子が解離することによって発生する多量の活性種、例えば、ラジカルにより、有機膜ＯＲをエッチングする。また、有機膜ＯＲのエッチングの際には、比較的小さい高周波バイアス電力ＬＦ（例えば、２００Ｗ）を用いることにより、低いエネルギーで、有機膜ＯＲをエッチングする。これにより、第２の酸化膜ＯＸＦ２に対するダメージを低減することができる。以下、有機膜ＯＲのエッチングにおける高周波電力の値及び高周波バイアス電力の値をそれぞれ、ＨＦ３、ＬＦ３とする。
【００４４】
一方、第１の酸化膜ＯＸＦ１及び第２の酸化膜ＯＸＦ２のエッチングの際には、処理ガス中の分子及び／又は原子が解離することによって発生する多量の活性種、例えば、イオンをウエハＷに引き込むことにより、これら酸化膜をエッチングする。そのため、第１の酸化膜ＯＸＦ１及び第２の酸化膜ＯＸＦ２のエッチングの際には、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦを低い値（例えば、１０００Ｗ）に設定し、また、イオン引き込み用の高周波バイアス電力ＬＦを高い値に設定する。ここで、第１の酸化膜ＯＸＦ１のエッチング時の高周波電力ＨＦの値をＨＦ１とし、第２の酸化膜ＯＸＦ２のエッチング時の高周波電力ＨＦの値をＨＦ２とし、第１の酸化膜ＯＸＦ１のエッチング時の高周波バイアス電力ＬＦの値をＬＦ１とし、第２の酸化膜ＯＸＦ２のエッチング時の高周波バイアス電力ＬＦの値をＬＦ２とする。この場合には、ＨＦ３＞ＨＦ１、ＨＦ３＞ＨＦ２、ＬＦ１＞ＬＦ３、ＬＦ２＞ＬＦ３となる。
【００４５】
また、一実施形態において、第２の酸化膜ＯＸＦ２の膜厚は、第１の酸化膜ＯＸＦ１の膜厚よりも大きい。したがって、第２の酸化膜ＯＸＦ２のエッチングの際には、より高いエネルギーをもったイオンをウエハＷに引き込むことにより、当該第２の酸化膜ＯＸＦ２のエッチング速度を高めることが好ましい。したがって、一実施形態では、ＬＦ２＞ＬＦ１となる。
【００４６】
上述したプラズマ処理装置１０において、電磁石３０によって磁界を形成せずに、上述した第１の酸化膜ＯＸＦ１、第２の酸化膜ＯＸＦ２、及び有機膜ＯＲのそれぞれのエッチング用の高周波電力の設定の下で、プラズマを生成すると、処理空間Ｓ内でのプラズマの密度分布は、軸線Ｚに対して放射方向において不均一なものとなる。図８は、高周波電力とプラズマの密度分布との関係を示す図である。図８において、横軸は、中心軸線Ｚから放射方向の位置を示しており、中心軸線Ｚの位置を０ｍｍとしている。また、図８において、縦軸は、電子密度Ｎｅを電子密度の最大値ＮｅＭａｘで規格化した値を示しており、プラズマの密度を反映する値を示している。また、図８においては、点線で示すプラズマの密度分布が、第１の酸化膜ＯＸＦ１のエッチング用の値ＨＦ１の高周波電力又は第２の酸化膜ＯＸＦ２のエッチング用の値ＨＦ２の高周波電力によって発生するプラズマの密度分布を示しており、実線で示すプラズマの密度分布が、有機膜ＯＲのエッチング用の値ＨＦ３の高周波電力によって発生するプラズマ密度分布を示している。
【００４７】
図８に示すように、第１の酸化膜ＯＸＦ１、第２の酸化膜ＯＸＦ２、及び有機膜ＯＲのエッチングの何れのための高周波電力を用いても、プラズマの密度は、中心軸線Ｚの近傍で高く、中心軸線Ｚから離れるにつれて低くなる勾配を有する。また、有機膜ＯＲのエッチング用の値ＨＦ３の高周波電力の下では、上述した勾配が顕著になる傾向を有する。即ち、有機膜ＯＲのエッチング用のプラズマの生成においては大きな値ＨＦ３の高周波電力が用いられるので、有機膜ＯＲのエッチングの際のプラズマの密度分布は、より低い値ＨＦ１の高周波電力を用いる場合のプラズマの密度分布、及び、より低い値ＨＦ２の高周波電力用いる場合のプラズマ密度分布よりも、中心軸線Ｚからより近い位置においてプラズマの密度が大きく低下する勾配を有する。
【００４８】
図５に示す方法では、上述したプラズマの密度分布の不均一性を、電磁石を用いることによって解決することができる。以下、図５を参照する。また、図５と共に、図９を参照する。図９は、図５に示す方法の各工程後のウエハＷの状態を示す断面図である。図５に示す方法では、工程Ｓ１に先だって図６に示したウエハＷが、処理空間Ｓに収容され載置台１４の静電チャック１４ｂ上に載置される。そして、工程Ｓ１において、第１の酸化膜ＯＸＦ１がエッチングされる。工程Ｓ１では、第１の処理ガスとして、フルオロカーボンガス及び／又はフルオロハイドロカーボンガスを含む処理ガスが処理空間Ｓに供給される。例えば、工程Ｓ１では、ガスソースＧＳ１のＣＨＦ３ガス、及びガスソースＧＳ２のＯ２ガスを含む処理ガスが処理空間Ｓに供給される。また、工程Ｓ１では、上述した値ＨＦ１の高周波電力及び値ＬＦ１の高周波バイアス電力が、下部電極に与えられる。なお、高周波電力は上部電極１６に与えられてもよい。
【００４９】
上述したように、電磁石によって磁界が形成されていない場合に値ＨＦ１の高周波電力が電極に与えられることによって生成されるプラズマの密度分布は、図８において点線で示した密度分布となる。そこで、一実施形態では、工程Ｓ１において、後述する工程Ｓ２における水平磁界成分ＢＨの強度のピークの位置よりも中心軸線Ｚから離れた位置おいて水平磁界成分ＢＨが強度のピークを有するように磁界Ｂが形成される。
【００５０】
図１０は、工程Ｓ１及び工程Ｓ３において形成される磁界を示す図である。図１０の領域（ａ）には、プラズマ処理装置１０の断面図が示されており、図１０の領域（ｂ）には、水平磁界成分ＢＨの強度分布（磁束密度の分布）が示されている。図１０の領域（ａ）に示すように、一実施形態においては、工程Ｓ１において、第１の群３１〜第４の群３４の電磁石３０の処理空間Ｓ側の磁極がＮ極に設定され、第５の群３５の電磁石３０の処理空間Ｓ側の磁極がＳ極に設定される。これにより、処理空間Ｓでは、図１０の領域（ａ）に示す磁界Ｂが形成される。この磁界Ｂの水平磁界成分ＢＨは、直径３００ｍｍのウエハＷが処理される場合には、図１０の（ｂ）に示すように、放射方向においてウエハＷのエッジよりも外側の位置（例えば、中心軸線Ｚから２２５ｍｍの位置）で、強度のピークを有するものとなる。かかる水平磁界成分ＢＨを有する磁界Ｂを形成することにより、ウエハＷのエッジの外側上方の領域でプラズマの密度が上昇する。その結果、比較的緩やかな勾配をもつプラズマの密度分布の不均一性が低減される。よって、工程Ｓ１では、中心軸線Ｚに対して放射方向のプラズマの密度分布の不均一性が低減される。
【００５１】
かかる工程Ｓ１では、図９の領域（ａ）に示すように、第１の酸化膜ＯＸＦ１がエッチングされて、レジストマスクＰＲＭのパターンが第１の酸化膜ＯＸＦ１に転写される。また、中心軸線Ｚに対して放射方向のプラズマの密度分布の不均一性が低減されているので、第１の酸化膜ＯＸＦ１の径方向の位置によるエッチング速度のばらつきが低減される。なお、径方向とは上述した放射方向と平行な方向である。
【００５２】
次いで、図５に示す方法では、工程Ｓ２において、有機膜ＯＲがエッチングされる。工程Ｓ２では、第２の処理ガスとして酸素を含む処理ガスが処理空間Ｓに供給される。例えば、工程Ｓ１では、ガスソースＧＳ２のＯ２ガス、ガスソースＧＳ３のＣＨ４ガス、及びガスソースＧＳ４のＮ２ガスを含む処理ガスが処理空間Ｓに供給される。また、工程Ｓ２では、上述した値ＨＦ３の高周波電力及び値ＬＦ３の高周波バイアス電力が、下部電極に与えられる。なお、高周波電力は上部電極１６に与えられてもよい。
【００５３】
上述したように、電磁石によって磁界が形成されていない場合に、値ＨＦ３の高周波電力が電極に与えられることによって生成されるプラズマの密度分布は、図８において実線で示した密度分布となる。そこで、一実施形態では、工程Ｓ２において、工程Ｓ１及び工程Ｓ２における水平磁界成分ＢＨの強度のピークの位置よりも中心軸線Ｚに近い位置において水平磁界成分ＢＨが強度のピークを有するように磁界Ｂが形成される。
【００５４】
図１１は、工程Ｓ２において形成される磁界を示す図である。図１１の領域（ａ）には、プラズマ処理装置１０の断面図が示されており、図１１の領域（ｂ）には、水平磁界成分ＢＨの強度分布（磁束密度の分布）が示されている。図１１の領域（ａ）に示すように、一実施形態においては、工程Ｓ２において、第１の群３１〜第２の群３２の電磁石３０の処理空間Ｓ側の磁極がＮ極に設定され、第３の群３３〜第５の群３５の電磁石３０の処理空間Ｓ側の磁極がＳ極に設定される。これにより、処理空間Ｓでは、図１１の領域（ａ）に示す磁界Ｂが形成される。この磁界Ｂの水平磁界成分ＢＨは、直径３００ｍｍのウエハＷが処理される場合には、図１１の領域（ｂ）に示すように、放射方向においてウエハＷのエッジと中心の中間の位置（例えば、中心軸線Ｚから１００ｍｍの位置）で、強度のピークを有するものとなる。かかる水平磁界成分ＢＨを有する磁界Ｂを形成することにより、ウエハＷのエッジと中心の中間位置の上方の領域でプラズマの密度が上昇する。その結果、中心軸線Ｚにより近い位置においてプラズマの密度が低下する急峻な勾配をもつプラズマの密度分布の不均一性が低減される。よって、工程Ｓ２では、中心軸線Ｚに対して放射方向のプラズマの密度分布の不均一性が低減される。
【００５５】
かかる工程Ｓ２では、図９の領域（ｂ）に示すように、有機膜ＯＲがエッチングされて、第１の酸化膜ＯＸＦ１のパターンが有機膜ＯＲに転写される。また、工程Ｓ２では、酸素系のガスが用いられているので、有機膜ＯＲと同様に有機材料から構成されているレジストマスクＰＲＭは除去される。また、上述したように、中心軸線Ｚに対して放射方向のプラズマの密度分布の不均一性が低減されているので、工程Ｓ２では、有機膜ＯＲの径方向の位置によるエッチング速度のばらつきが低減される。
【００５６】
次いで、図５に示す方法では、工程Ｓ３において、第２の酸化膜ＯＸＦ２がエッチングされる。工程Ｓ３では、第３の処理ガスとして、フルオロカーボンガス及び／又はフルオロハイドロカーボンガスを含む処理ガスが処理空間Ｓに供給される。例えば、工程Ｓ３では、ガスソースＧＳ５のＣ４Ｆ８ガス、ガスソースＧＳ２のＯ２ガス、及びガスソースＧＳ６のＡｒガスを含む処理ガスが処理空間Ｓに供給される。また、工程Ｓ３では、上述した値ＨＦ２の高周波電力及び値ＬＦ２の高周波バイアス電力が、下部電極に与えられる。なお、高周波電力は上部電極１６に与えられてもよい。
【００５７】
上述したように、電磁石によって磁界が形成されていない場合に、値ＨＦ２の高周波電力が電極に与えられることによって生成されるプラズマの密度分布は、図８において点線で示した密度分布となる。即ち、工程Ｓ３用の値ＨＦ２の高周波電力及び値ＬＦ２の高周波バイアス電力の下で生成されるプラズマの密度分布は、工程Ｓ１用の値ＨＦ１の高周波電力及び値ＬＦ１の高周波バイアス電力の下で生成されるプラズマの密度分布に類似した勾配を有する。そこで、一実施形態では、工程Ｓ３において、工程Ｓ２における水平磁界成分ＢＨの強度のピークの位置よりも中心軸線Ｚから離れた位置おいて水平磁界成分ＢＨが強度のピークを有するように磁界Ｂが形成される。即ち、工程Ｓ３においても、図１０に示したように、工程Ｓ１と同様の水平磁界成分ＢＨの強度分布を有する磁界が形成される。但し、工程Ｓ３において形成される磁界は、水平磁界成分ＢＨの強度値が、工程Ｓ１の水平磁界成分ＢＨの強度値よりも大きくなるように、形成される。なお、水平磁界成分ＢＨの強度値は、第１〜第５の群３１〜３５の電磁石３０のコイルに与える電流の値を調整することで、調整することが可能である。このように、工程Ｓ３においても、中心軸線Ｚに対して放射方向のプラズマの密度分布の不均一性が低減される。
【００５８】
かかる工程Ｓ３では、図９の領域（ｃ）に示すように、第２の酸化膜ＯＸＦ２がエッチングされて、有機膜ＯＲのパターンが第２の酸化膜ＯＸＦ２に転写される。なお、第２の酸化膜と類似した材料から構成される第１の酸化膜ＯＸＦ１は、工程Ｓ３において除去される。また、工程Ｓ３においても、中心軸線Ｚに対して放射方向のプラズマの密度分布の不均一性が低減されているので、第２の酸化膜ＯＸＦ２の径方向の位置によるエッチング速度のばらつきが低減される。
【００５９】
以下、図５に示す方法の実施に用いることができる別のプラズマ処理装置について説明する。図１２は、別の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１２に示すプラズマ処理装置１０Ａは、複数の電磁石３０に代る電磁石３０Ａを備える点において、プラズマ処理装置１０とは異なっている。以下、図１２と共に図１３を参照して、電磁石３０Ａについて説明する。図１３は、処理空間Ｓ側から視た電磁石３０Ａの平面図である。
【００６０】
図１２及び図１３に示すように、電磁石３０Ａは、コア部材５０、及び、コイル６１〜６４を備えている。コア部材５０は、柱状部５１、複数の円筒部５２〜５５、及びベース部５６が一体形成された構造を有しており、磁性材料から構成されている。ベース部５６は、略円盤形状を有しており、その中心軸線は中心軸線Ｚに沿うように設けられている。ベース部５６の下面からは、柱状部５１、複数の円筒部５２〜５５が下方に延びだしている。柱状部５１は、略円柱形状を有しており、その中心軸線が中心軸線Ｚに沿うように設けられている。この柱状部５１の半径Ｌ１は、例えば、３０ｍｍである。
【００６１】
円筒部５２〜５５の各々は、軸線Ｚ方向に延びる円筒形状を有している。円筒部５２〜５５はそれぞれ、中心軸線Ｚを中心とする複数の同心円Ｃ２〜Ｃ５に沿って設けられている。具体的には、円筒部５２は、半径Ｌ１よりも大きい半径Ｌ２の同心円Ｃ２に沿って延在しており、円筒部５３は、半径Ｌ２よりも大きい半径Ｌ３の同心円Ｃ３に沿って延在しており、円筒部５４は、半径Ｌ３よりも大きい半径Ｌ４の同心円Ｃ４に沿って延在しており、円筒部５５は、半径Ｌ４よりも大きい半径Ｌ５の同心円Ｃ５に沿って延在している。一例においては、半径Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５はそれぞれ、７６ｍｍ、１２７ｍｍ、１７８ｍｍ、２２９ｍｍである。
【００６２】
柱状部５１と円筒部５２の間には、溝が画成されている。この溝には、柱状部５１の外周面に沿って巻き回されたコイル６１が収容されている。円筒部５２と円筒部５３の間にも溝が画成されており、当該溝には、円筒部５２の外周面に沿って巻き回されたコイル６２が収容されている。また、円筒部５３と円筒部５４の間にも溝が画成されており、当該溝には、円筒部５３の外周面に沿って巻き回されたコイル６３が収容されている。さらに、円筒部５４と円筒部５５の間にも溝が画成されており、当該溝には、円筒部５４の外周面に沿って巻き回されたコイル６４が収容されている。これらコイル６１〜６４の各々の両端は、電流源に接続されている。コイル６１〜６４のそれぞれに対する電流の供給及び供給停止、並びに、電流の値は、制御部Ｃｎｔからの制御信号によって制御され得る。
【００６３】
かかる電磁石３０Ａによれば、コイル６１〜６４のうち一つ以上のコイルに電流を供給することにより、中心軸線Ｚに対して放射方向に沿った水平磁界成分ＢＨを有する磁界Ｂを処理空間Ｓにおいて形成することができる。図１４は、電磁石３０Ａによって形成される磁界を例示する図面である。図１４の領域（ａ）には、中心軸線Ｚに対して半平面内における電磁石３０Ａの断面及びコイル６２に電流が供給されたときの磁界Ｂが示されおり、図１４の領域（ｂ）には、コイル６２に電流が供給されたときの水平磁界成分ＢＨの強度分布が示されている。また、図１４の領域（ｃ）には、中心軸線Ｚに対して半平面内における電磁石３０Ａの断面及びコイル６４に電流が供給されたときの磁界Ｂが示されおり、図１４の領域（ｄ）には、コイル６４に電流が供給されたときの水平磁界成分ＢＨの強度分布が示されている。図１４の領域（ｂ）及び（ｄ）に示すグラフにおいては、横軸は中心軸線Ｚの位置を０ｍｍとしたときの放射方向の位置を示しており、縦軸は水平磁界成分ＢＨの強度（磁束密度）を示している。
【００６４】
電磁石３０Ａのコイル６２に電流を供給すると、図１４の領域（ａ）に示すような磁界Ｂが形成される。即ち、柱状部５１及び円筒部５２の処理空間Ｓ側の端部から円筒部５３〜５５の処理空間Ｓ側の端部に向かう磁界Ｂが形成される。このような磁界Ｂの水平磁界成分ＢＨの放射方向の強度分布は、図１４の領域（ｂ）に示すように、コイル６２の中心の下方においてピークを有する強度分布となる。一例においては、コイル６２の中心の位置は、軸線Ｚから約１００ｍｍの位置であり、直径３００ｍｍのウエハＷが処理される場合には、放射方向においてウエハＷの中心とエッジの中間位置である。したがって、コイル６２に電流を流すことによって形成される磁界Ｂは、工程Ｓ２において利用することが可能である。
【００６５】
また、電磁石３０Ａのコイル６４に電流を供給すると、図１４の領域（ｃ）に示すような磁界Ｂが形成される。即ち、柱状部５１及び円筒部５２〜５４の処理空間Ｓ側の端部から円筒部５５の処理空間Ｓ側の端部に向かう磁界Ｂが形成される。このような磁界Ｂの水平磁界成分ＢＨの放射方向の強度分布は、図１４の領域（ｄ）に示すように、コイル６４の中心の下方においてピークを有する強度分布となる。一例においては、コイル６４の中心の位置は、軸線Ｚから約２００ｍｍの位置であり、直径３００ｍｍのウエハＷが処理される場合には、放射方向においてウエハＷのエッジの外側の位置である。したがって、コイル６４に電流を流すことによって形成される磁界Ｂは、工程Ｓ１及びＳ３において利用することが可能である。
【００６６】
（実験例１〜３、及び、比較実験例１〜３）
【００６７】
以下、プラズマ処理装置１０Ａを用いて行った実験例１〜３、及び、比較実験例１〜３について説明する。実験例１では、工程Ｓ１を想定して、プラズマ処理装置１０Ａを用いて直径３００ｍｍの基板上に一様に形成された酸化膜のエッチングを行った。実験例１の条件は下記の通りである。
【００６８】
（実験例１の条件）
高周波電力：１００ＭＨｚ、１０００Ｗ
高周波バイアス電力：３．２ＭＨｚ、３００Ｗ
処理空間の圧力：１５ｍＴｏｒｒ（２Ｐａ）
処理ガス：ＣＨＦ３（５００ｓｃｃｍ）、Ｏ２（１０ｓｃｃｍ）
電流を供給したコイル：コイル６４
【００６９】
また、比較のため、電磁石３０Ａによって磁界を形成しなかった点において実験例１とは異なる比較実験例１を実施した。
【００７０】
また、実験例２では、工程Ｓ２を想定して、プラズマ処理装置１０Ａを用いて直径３００ｍｍの基板上に一様に形成された有機膜のエッチングを行った。実験例２の条件は下記の通りである。
【００７１】
（実験例２の条件）
高周波電力：１００ＭＨｚ、２４００Ｗ
高周波バイアス電力：３．２ＭＨｚ、２００Ｗ
処理空間の圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４Ｐａ）
処理ガス：Ｎ２（４５ｓｃｃｍ）、Ｏ２（２２ｓｃｃｍ）、ＣＨ４（１８０ｓｃｃｍ）
電流を供給したコイル：コイル６２
【００７２】
また、比較のため、電磁石３０Ａによって磁界を形成しなかった点において実験例２とは異なる比較実験例２を実施した。
【００７３】
また、実験例３では、工程Ｓ３を想定して、プラズマ処理装置１０Ａを用いて直径３００ｍｍの基板上に一様に形成された酸化膜のエッチングを行った。実験例３の条件は下記の通りである。なお、実験例３でコイル６４に供給した電流の値は、実験例１でコイル６４に供給した電流の値よりも大きくした。
【００７４】
（実験例３の条件）
高周波電力：１００ＭＨｚ、１０００Ｗ
高周波バイアス電力：３．２ＭＨｚ、５８００Ｗ
処理空間の圧力：１５ｍＴｏｒｒ（２Ｐａ）
処理ガス：Ｃ４Ｆ８（１３０ｓｃｃｍ）、Ａｒ（１００ｓｃｃｍ）、Ｏ２（４０ｓｃｃｍ）
電流を供給したコイル：コイル６４
【００７５】
また、比較のため、電磁石３０Ａによって磁界を形成しなかった点において実験例３とは異なる比較実験例３を実施した。
【００７６】
実験例１及び比較実験例１では、処理前後の酸化膜の膜厚を、基板の半径上の複数の位置で測定して、当該複数の位置におけるエッチング速度（エッチングレート）を求めた。また、実験例２及び比較実験例２では、処理前後の有機膜の膜厚を、基板の半径上の複数の位置で測定して、当該複数の位置におけるエッチング速度を求めた。また、実験例３及び比較実験例３では、処理前後の酸化膜の膜厚を、基板の半径上の複数の位置で測定して、当該複数の位置におけるエッチング速度を求めた。実験例１及び比較実験例１において求めたエッチング速度の分布を図１５に、実験例２及び比較実験例２において求めたエッチング速度の分布を図１６に、実験例３及び比較実験例３において求めたエッチング速度の分布を図１７に、それぞれ示す。なお、図１５〜図１７においては、横軸は、基板の中心位置を０ｍｍとしたときの当該基板の半径上の位置を示しており、左側の縦軸はエッチング速度を示している。また、図１５〜図１７の右側の縦軸は、水平磁界成分ＢＨの強度（磁束密度）を示しており、これら図には、実験例１〜３をシミュレーションして求めた水平磁界成分ＢＨの強度分布も示してある。
【００７７】
図１５に示すように、比較実験例１では、電磁石３０Ａによって磁界を発生させなかったので、プラズマの密度分布の影響を受けて、酸化膜のエッチング速度が基板のエッジに近い程低くなる傾向を有することが観察された。即ち、比較実験例１では、酸化膜のエッチング速度の径方向分布のばらつきが観察された。一方、実験例１、即ち、コイル６４に電流を流して、放射方向において基板のエッジの外側で強度のピークを有する水平磁界成分をもつ磁界を形成した場合には、酸化膜のエッチング速度の径方向分布のばらつきが低減されていることが確認された。
【００７８】
また、図１６に示すように、比較実験例２では、電磁石３０Ａによって磁界を発生させなかったので、プラズマの密度分布の影響を受けて、有機膜のエッチング速度が基板のエッジに近い程低くなる傾向を有することが観察された。即ち、比較実験例２では、有機膜のエッチング速度の径方向分布のばらつきが観察された。一方、実験例２、即ち、コイル６２に電流を流して、放射方向において基板の中心とエッジの中間位置で強度のピークを有する水平磁界成分をもつ磁界を形成した場合には、有機膜のエッチング速度の径方向分布のばらつきが低減されていることが確認された。
【００７９】
また、図１７に示すように、比較実験例３では、電磁石３０Ａによって磁界を発生させなかったので、プラズマの密度分布の影響を受けて、酸化膜のエッチング速度が基板のエッジに近い程低くなる傾向を有することが観察された。即ち、比較実験例３では、有機膜のエッチング速度の径方向分布のばらつきが観察された。一方、実験例３では、即ち、実験例１の電流よりも大きい電流をコイル６４に電流を流して、放射方向において基板のエッジの外側で強度のピークを有する水平磁界成分をもつ磁界を形成した場合には、酸化膜のエッチング速度の径方向分布のばらつきが低減されていることが確認された。
【００８０】
以上、種々の実施形態及びその実験例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。例えば、上述した実施形態に係る方法は、第１の酸化膜、有機膜、及び第２の酸化膜を有する多層膜をエッチングする方法であったが、本発明の思想は、少なくとも第１の膜及び第２の膜を有する多層膜をエッチングする方法に適用可能である。第１の膜及び第２の膜は互いに連続して積層された膜であってもよく、互いに異なる膜種の膜であってもよい。また、第１の膜と第２の膜は何れの膜が上層であってもよい。即ち、第１の膜と第２の膜の何れが先にエッチングされてもよい。本発明の思想によれば、第１の膜をエッチングする工程においては比較的小さい値の高周波電力を用いてプラズマを生成し、第２の膜をエッチングする工程においては比較的大きな高周波電力を用いてプラズマを生成し、第１の膜をエッチングする工程及び第２の膜をエッチングする工程において中心軸線Ｚに対して放射方向に沿う水平磁界成分が中心軸線Ｚから離れた位置でピークをもつ強度分布を有するように、磁界を形成し、更に、第２の膜をエッチングする工程においては水平磁界成分のピークの位置が第１の膜をエッチングする工程における水平磁界成分のピークの位置よりも中心軸線Ｚに近くなるように、磁界を形成することができる。例えば、第２の膜をエッチングする工程においては、前記放射方向においてウエハＷの中心とエッジとの中間の位置において水平磁界成分の強度のピークを有する磁界を形成し、第１の膜をエッチングする工程においては、前記放射方向においてウエハＷのエッジよりも外側の位置において水平磁界成分の強度のピークを有する磁界を形成することができる。これにより、第１の膜をエッチングする工程におけるプラズマ密度分布の勾配を低減し、且つ、第２の膜をエッチングする工程におけるプラズマ密度分布の勾配を低減することができ、各膜のエッチングにおいて位置によるエッチング速度のばらつきを抑制することが可能となる。
【００８１】
また、上記説明では、高周波電源１８が発生するプラズマ生成用の高周波電力の周波数の一例として、１００ＭＨｚの周波数を例示したが、プラズマ生成用の高周波電力の周波数は任意の適切な値に設定され得る。例えば、４０ＭＨｚ以上の周波数がプラズマ生成用の高周波電力の周波数に設定され得る。
【００８２】
ここで、電磁石３０又は３０Ａによる磁界を発生させず、円盤型の上部電極と下部電極の何れか一方に高周波電力を与えた場合の処理空間Ｓ内の電界強度分布は、０次のベッセル関数（式（３））を用いた下記の式（２）で表わされ、式（２）に示す電界強度分布は、プラズマ密度分布を反映している。
【数１】
2014158005.tif 000003
【数２】
2014158005.tif 000004
ここで、Ｅは電界強度分布であり、ｒは中心軸線Ｚからの放射方向の距離、ｃは光速であり、ωは高周波電力の角周波数であり、Ｅ０は任意の電界強度の値である。
【００８３】
式（２）で表わされる処理空間Ｓ内の電界強度分布を図１８に示す。図１８には、プラズマ生成用の高周波電力の周波数が３ＭＨｚ、１０ＭＨｚ、３０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、３００ＭＨｚのそれぞれの場合の電界強度分布が、中心軸線Ｚからの放射方向における距離の関数として示されている。図１８において、横軸は、中心軸線Ｚの位置を０ｍｍとしたときの距離を示しており、縦軸は、電界強度を示している。また、図１８の領域（ａ）には、中心軸線Ｚから１５０ｃｍの範囲内の電界強度分布が示されており、図１８の領域（ｂ）には、中心軸線Ｚから１．５ｍの範囲内の電界強度分布が示されている。
【００８４】
図１８に示すように、処理空間Ｓ内における中心軸線Ｚからの放射方向における電界強度分布は、プラズマ生成用の高周波電力の周波数に応じた程度の差はあるものの、プラズマ生成用の高周波電力の周波数が如何なる周波数であっても、電界強度が中心軸線Ｚにおいて大きく中心軸線Ｚから離れるにつれて低くなるような勾配をもつ。したがって、処理空間Ｓ内において水平磁界成分を有する磁界を発生させることによってプラズマの密度分布のばらつきを低減させるという上述した実施形態の効果は、プラズマ生成用の高周波電力の周波数によらず、発揮される。換言すると、上述した実施形態において用いられるプラズマ生成用の高周波電力の周波数は、限定されるものではない。
【００８５】
また、上記説明では、ウエハＷの直径として３００ｍｍの直径を例示したが、ウエハＷのサイズは、３００ｍｍより小さくても、大きくてもよい。例えば、４５０ｍｍの直径を有するウエハＷに対しても上述した実施形態は適用可能である。
【００８６】
ここで、図１８に示した電界強度分布から明らかなように、３０ＭＨｚといった低い周波数のプラズマ生成用の高周波電界が用いられる場合であっても、ウエハＷが４５０ｍｍといったより大きな直径を有する場合には、プラズマ密度分布のばらつきは無視できないものとなる。即ち、ウエハＷの直径が大きくなると、低い周波数のプラズマ生成用の高周波電力を用いても、ウエハＷの中心直上のプラズマ密度と当該ウエハＷのエッジ直上のプラズマ密度の差異は無視できないものとなる。したがって、処理空間内において水平磁界成分を有する磁界を発生させることによってプラズマの密度分布のばらつきを低減させるという上述した実施形態の効果は、ウエハＷのサイズにもよらず、発揮される。換言すると、上述した実施形態を適用可能なウエハＷのサイズは、限定されるものではない。
【００８７】
また、上述した実施形態では、磁界の生成のために電磁石が用いられているが、電磁石に代えて永久磁石が用いられてもよい。さらに、上述した実施形態では、上部電極１６上に電磁石が設けられているが、処理空間Ｓ内において上述した水平磁界成分を有する磁界を形成できる限り、電磁石は如何なる位置に配置されていてもよい。
【００８８】
例えば、図１２の実施形態では、電磁石３０Ａが上部電極１６上に設けられているが、図１９に示すように、電磁石３０Ａと同様の電磁石３０Ｂが、基台１４ａ内に設けられていてもよい。なお、図１９に示すプラズマ処理装置１０Ｂでは、電磁石３０Ｂの筒状部５１及び円筒部５２〜５５がベース部５６の上に位置するよう、電磁石３０Ｂの向きは電磁石３０Ａの向きから上下反転される。
【００８９】
また、例えば、図２０に示すように、電磁石３０Ａと同様の電磁石が複数設けられていてもよい。図２０に示すプラズマ処理装置１０Ｃでは、電磁石３０Ａが上部電極１６上に設けられ、電磁石３０Ｂが基台１４ａ内に設けられている。このように、電磁石の設置位置、電磁石の個数は任意に変更可能である。なお、上部電極１６や基台１４ａは共にアルミニウムから構成され得るものである。かかる上部電極１６や基台１４ａは、電磁石によって生成される磁場に影響を略与えない。
【符号の説明】
【００９０】
１０，１０Ａ…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…載置台、１４ａ…基台（下部電極）１４ｂ…静電チャック、１６…上部電極、１６ａ…バッファ室、１６ｂ…ガスライン、１６ｃ…ガス孔、１８…第１の高周波電源、２０…第２の高周波電源、２２…第１の整合器、２４…第２の整合器、３０…電磁石、３０ａ…ヨーク、３０ｂ…コイル、３１〜３５…第１群〜第５群、３０Ａ…電磁石、５０…コア部材、５１…柱状部、５２〜５５〜円筒部、５６…ベース部、６１〜６４…コイル、ＧＳ…ガス供給系、ＧＳ１〜ＧＳ６…ガスソース、ＣＬ…ガスライン、Ｃｎｔ…制御部、Ｅ…電界、Ｂ…磁界、ＢＨ…水平磁界成分、Ｄ…電子軌跡、Ｗ…ウエハ（被処理体）、ＰＲＭ…レジストマスク、ＭＬ…多層膜、ＯＸＦ１…酸化膜、ＯＲ…有機膜、ＯＸＦ２…酸化膜、ＥＬ…被エッチング層、Ｚ…中心軸線。
【図１】
2014158005.tif 000005
【図２】
2014158005.tif 000006
【図３】
2014158005.tif 000007
【図４】
2014158005.tif 000008
【図５】
2014158005.tif 000009
【図６】
2014158005.tif 000010
【図７】
2014158005.tif 000011
【図８】
2014158005.tif 000012
【図９】
2014158005.tif 000013
【図１０】
2014158005.tif 000014
【図１１】
2014158005.tif 000015
【図１２】
2014158005.tif 000016
【図１３】
2014158005.tif 000017
【図１４】
2014158005.tif 000018
【図１５】
2014158005.tif 000019
【図１６】
2014158005.tif 000020
【図１７】
2014158005.tif 000021
【図１８】
2014158005.tif 000022
【図１９】
2014158005.tif 000023
【図２０】
2014158005.tif 000024