(57)【要約】  電気的負性ガスによりプラズマ処理を行う際に，プラズマ中のイオン密度を制御することによりプラズマ処理の面内均一性を従来以上に向上させる。  処理室（１０２）内に，電気的負性ガスである処理ガスを処理ガス源（１７０）から導入すると共に，この処理ガスよりも電子付着係数が大きい電気的負性ガスを添加ガス源（１８０）から添加ガスとして導入してプラズマを形成し，その際に処理ガスに対する添加ガスの流量を調整することでプラズマ中のイオン密度を制御する。（図１）
2009041214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に電気的負性ガスである処理ガスを導入してプラズマを形成して被処理基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって，
前記処理ガスと共に，この処理ガスよりも電子付着係数が大きい電気的負性ガスを添加ガスとして前記処理室内に導入してプラズマを形成し，その際に前記処理ガスに対する前記添加ガスの流量を調整することで前記プラズマ中のイオン密度を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記処理室内に供給する前記添加ガスの流量は，前記処理ガスの流量の１／１０以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記処理ガスはフルオロカーボン系ガスであることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記添加ガスはＮＦ３ガス，ＳＦ６ガス，Ｆ２ガスのいずれかであることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
処理室内に電気的負性ガスである処理ガスを導入してプラズマを形成して被処理基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，
前記処理室内に前記処理ガスを供給する処理ガス供給系と，
前記処理室内に前記処理ガスよりも電子付着係数が大きい電気的負性ガスを添加ガスとして供給する添加ガス供給系と，
前記処理室内に前記処理ガス供給系から処理ガスを供給すると共に，前記添加ガス供給系から前記添加ガスを供給してプラズマを形成し，その際に前記処理ガスに対する前記添加ガスの流量を調整することで前記プラズマ中のイオン密度を制御する制御部と，
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記処理室内に供給する前記添加ガスの流量は，前記処理ガスの流量の１／１０以下であることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，被処理基板に対して所定のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に半導体装置の製造工程では，半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」ともいう）やガラス基板等の被処理基板に対して成膜処理，エッチング処理，熱処理，改質処理，結晶化処理等の各種処理が繰り返し行われ，これによって所望する半導体集積回路が形成される。【０００３】
上記の各種処理のうち例えばエッチング処理工程においては，処理室の上部に設けられたシャワーヘッドから所定のエッチングガスを処理ガスとして処理室内に導入し，高周波電力等によってこのエッチングガスをプラズマ化し，このプラズマを被処理基板に作用させて，被処理基板の表面に形成されている膜をエッチングするプラズマエッチング処理方法が多用されている（例えば特許文献１参照）。【０００４】
具体的には例えばシリコン（Ｓｉ）ウエハ上に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などの酸化膜をプラズマエッチングする場合には，選択性に優れ微細な形状を得ることができるＣＦ４ガスなどフルオロカーボン系ガスがエッチングガスとして広く用いられている。このようなフルオロカーボン系ガスをプラズマ化すると，プラズマ中には複数のイオン（例えばＣＦ３＋）が発生し，これらのイオンによって被処理基板上の酸化シリコンが選択的にエッチングされる。【０００５】
ところで，近年の半導体デバイスの微細化及び高集積化に伴い，被処理基板の処理における面内均一性向上への要請も益々大きくなり，様々な試みが行われている。例えば上述したシャワーヘッドを中央領域と周辺領域に分割することにより，処理室の異なる部位から処理ガスを導入するものがある。これによれば，中央領域と周辺領域との間で処理ガスの流量や濃度を変えて処理室内に導入することができるので，プラズマ処理の面内均一性を向上できる。【０００６】
【特許文献１】特開平６−１９６４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら，上述したフルオロカーボン系ガスのような電気的負性ガスを処理ガスとして用いる場合には，処理室内のどの部位から導入しても，プラズマ中のイオン密度に部分的な偏りが生じる傾向があり，この傾向が面内均一性の更なる向上を目指す上での妨げの１つとなっていることがわかった。【０００８】
すなわち，電気的負性ガスを処理ガスとして用いる場合には，処理室の異なる部位から流量や濃度を変えて処理ガスを導入するだけでは，その処理ガスのプラズマ中のイオン密度までをも制御することはできず，更なる面内均一性の向上を図るには限界がある。【０００９】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，電気的負性ガスによりプラズマ処理を行う際に，プラズマ中のイオン密度を制御することができ，これによってプラズマ処理の面内均一性を従来以上に向上させることができるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは種々実験を重ねた結果，処理ガスが電気的負性ガスの場合には，それよりも電子付着係数が大きい電気的負性ガスを微量に添加することで，プラズマ中のイオン密度を制御できることを見出した。すなわち，本発明者らは，処理ガスが電気的負性ガスの場合にその処理ガスにエネルギーの低い電子が付着して多量に生じる負イオンが正イオンの面内分布とほぼ等しくなることに着目し，上記処理ガスよりも電子付着係数が大きい電気的負性ガスを添加して負イオンの量を増やし，その添加ガスの流量を調整することで負イオンの面内分布を制御でき，これによって正イオンの面内分布を制御できることを見出した。これによれば，添加する電気的負性ガスの流量を調整することにより，プラズマ中のイオン密度を制御できる。本発明はこの点に着目してなされたものである。【００１１】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，処理室内に電気的負性ガスである処理ガスを導入してプラズマを形成して被処理基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって，前記処理ガスと共に，この処理ガスよりも電子付着係数が大きい電気的負性ガスを添加ガスとして前記処理室内に導入してプラズマを形成し，その際に前記処理ガスに対する前記添加ガスの流量を調整することで前記プラズマ中のイオン密度を制御することを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。【００１２】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内に電気的負性ガスである処理ガスを導入してプラズマを形成して被処理基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，前記処理室内に前記処理ガスを供給する処理ガス供給系と，前記処理室内に前記処理ガスよりも電子付着係数が大きい電気的負性ガスを添加ガスとして供給する添加ガス供給系と，前記処理室内に前記処理ガス供給系から処理ガスを供給すると共に，前記添加ガス供給系から前記添加ガスを供給してプラズマを形成し，その際に前記処理ガスに対する前記添加ガスの流量を調整することで前記プラズマ中のイオン密度を制御する制御部とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。【００１３】
このような本発明にかかる方法又は装置によれば，電気的負性ガスである処理ガスと共に，この処理ガスよりも電子付着係数が大きい電気的負性ガスを添加ガスとして処理室内に導入してプラズマを形成することにより，プラズマ中の負イオンを増加させることができる。その際に処理ガスに対する添加ガスの流量を調整することで，プラズマ中の負イオンの面内分布を制御し，これに追随する正イオンの面内分布を制御できる。これにより，プラズマ中のイオン密度を制御できるので，被処理基板全体にわたりイオンを均等に作用させることができ，プラズマ処理の面内均一性を従来以上に向上させることができる。【００１４】
また，上記処理室内に供給する前記添加ガスの流量は，前記処理ガスの流量の１／１０以下であることが好ましい。処理ガスに対して添加ガスを微量に添加するだけで，プラズマ中のイオン密度を制御することができ，さらに処理ガスの流量の１／１０以下の範囲で添加ガスの流量を調整することで，プラズマ処理の面内均一性を従来以上に向上させることができる。【００１５】
また，上記処理ガスは例えばフルオロカーボン系ガスである。この場合，上記添加ガスは例えばＮＦ３ガス，ＳＦ６ガス，Ｆ２ガスのいずれかを添加することで，プラズマ中の負イオンの面内分布を制御することができる。【００１６】
なお，本明細書中１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ，１Ｔｏｒｒは（１０１３２５／７６０）Ｐａ，１ｓｃｃｍは（１０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば，プラズマ中における負イオンの密度分布を均一化させて，被処理基板の面内におけるエッチングレートの均一性を従来以上に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例を示す縦断面図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置によって処理ガスだけでプラズマを形成してウエハ上の酸化シリコン膜をエッチングしたときのエッチングレートのウエハ面内分布をグラフで示した図である。
【図３】処理ガスによるプラズマ中の負イオンの分布を説明するための図である。
【図４】ＣＦ４ガスに添加するＮＦ３ガスの流量を変えてプラズマを形成した場合の酸化シリコン膜に対するエッチングレートのウエハ面内分布をグラフで示した図である。
【図５】ＣＦ４ガスに添加するＮＦ３ガスの流量を変えてプラズマを形成した場合のレジスト膜に対するエッチングレートのウエハ面内分布をグラフで示した図である。
【図６】ＣＦ４ガスに添加するＳＦ６ガスの流量を変えてプラズマを形成した場合の酸化シリコン膜に対するエッチングレートのウエハ面内分布をグラフで示した図である。
【図７】ＣＦ４ガスに加えるＳＦ６ガスの流量を変えてプラズマを形成した場合のレジスト膜に対するエッチングレートのウエハ面内分布をグラフで示した図である。
【符号の説明】
【００１９】
１００      プラズマ処理装置
１０２      処理室
１０４      下部電極
１０８      フォーカスリング
１１０      高圧直流電源
１１２      静電チャック
１１４      電極
１１６      温度調整機構
１１８      熱伝達媒体通路
１２０      絶縁板
１２２      シールドリング
１２４      ゲートバルブ
１２６      シール部材
１３０      排気装置
１３２      排気口
１４０      制御部
１５０      第１高周波電源
１５２      整合器
１５４      ハイパスフィルタ
１６０      第２高周波電源
１６２      整合器
１６４      ローパスフィルタ
１７０      処理ガス源
１７２      処理ガス供給管
１７４      バルブ
１７６      マスフローコントローラ
１８０      添加ガス源
１８２      添加ガス供給管
１８４      バルブ
１８６      マスフローコントローラ
１９０      上部電極
１９２      ガス導入口
１９４      拡散室
１９６      ガス供給孔
Ｗ        ウエハ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。【００２１】
（プラズマ処理装置の構成例）
まず，本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例について説明する。ここでは処理室内に上部電極と下部電極（サセプタ）を対向配置して上部電極から処理ガスを処理室内に供給する平行平板型のプラズマ処理装置を例に挙げて説明する。図１は，本実施形態にかかるプラズマ処理装置１００の概略構成を示す断面図である。【００２２】
プラズマ処理装置１００は，例えばアルミニウム等の導電性材料からなる処理室１０２と，この処理室１０２内の底面に配設され，被処理基板としてのウエハＷを載置する載置台を兼ねる下部電極（サセプタ）１０４と，この下部電極１０４と対向して平行に配設された上部電極１９０とを備えている。【００２３】
下部電極１０４には第１高周波電源１５０が整合器１５２を介して接続されており，上部電極１９０には第１高周波電源１５０より周波数の高い電力を出力する第２高周波電源１６０が整合器１６２を介して接続されている。また，下部電極１０４には，ハイパスフィルタ１５４が接続されており，上部電極１９０には，ローパスフィルタ１６４が接続されている。【００２４】
下部電極１０４の上面外周縁部にはウエハＷの外周を囲むフォーカスリング１０８が配設され，フォーカスリング１０８を介してウエハＷ上にプラズマを集めるようにしている。下部電極１０４の上面には静電チャック１１２が備えられており，この静電チャック１１２内には高圧直流電源１１０に接続された電極１１４が配設されている。電極１１４に高圧直流電源１１０から高圧直流電圧が印加されると，静電チャック１１２には静電吸着力が生じ，これによってウエハＷを静電チャック１１２上に保持することができる。【００２５】
また下部電極１０４には温度を調整するための温度調整機構１１６が内蔵されており，この温度調整機構１１６によってウエハＷを所定の温度に調整することができる。温度調整機構１１６は例えば下部電極１０４内に形成された冷媒室内に冷媒を循環させて下部電極１０４の温度を調整するように構成されている。【００２６】
さらに下部電極１０４内にはその上面の複数箇所で開口する熱伝達媒体通路１１８が形成されている。そして，静電チャック１１２には熱伝達媒体通路１１８の開口に対応する孔が形成されており，熱伝達媒体としてバックサイドガス例えばＨｅガスをウエハＷと静電チャック１１２間の細隙に供給することができる。これによって下部電極１０４とウエハＷとの間の熱伝達が促進される。【００２７】
下部電極１０４の下面と処理室１０２の底面との間には絶縁板１２０が設けられ，下部電極１０４と処理室１０２とは絶縁されている。なお，絶縁板１２０と処理室１０２の底面との間に，例えばアルミニウム製ベローズを介在させて，昇降機構（図示せず）を用いて下部電極１０４が昇降可能に構成してもよい。この機構により，プラズマ処理の種類に応じて上部電極１９０と下部電極１０４との隙間を適宜調節することができる。【００２８】
処理室１０２の底面には排気口１３２が形成されており，排気口１３２に接続された排気装置１３０によって排気することによって，処理室１０２内を所定の真空度に維持することができる。【００２９】
上部電極１９０には，処理ガス源１７０，処理ガス供給管１７２，バルブ１７４及びマスフローコントローラ１７６からなる処理ガス供給系と，添加ガス源１８０，添加ガス供給管１８２，バルブ１８４及びマスフローコントローラ１８６からなる添加ガス供給系とが並列的に接続されている。【００３０】
具体的には，上部電極１９０には，処理ガス源１７０が処理ガス供給管１７２を介して接続されると共に，添加ガス源１８０が添加ガス供給管１８２を介して接続されている。また，処理ガス供給管１７２には，バルブ１７４及びマスフローコントローラ１７６が備えられており，添加ガス供給管１８２には，バルブ１８４及びマスフローコントローラ１８６が備えられている。これらは制御部１４０によって制御されて処理室１０２内に導入される処理ガス及び添加ガスの流量が調節される。【００３１】
処理ガス源１７０からは所定の処理ガスが送出され，添加ガス源１８０からは，所定の添加ガスが送出される。本実施形態で用いる処理ガスと添加ガスは，その構成分子が電子を捕獲して負イオンを生じさせ易い電気的負性ガスである。換言すれば，処理ガスは分子と電子の付着のし易さを示す電子付着係数が比較的大きいガスである。ここでの添加ガスは処理ガスよりも大きい電子付着係数を有するもの，すなわち処理ガスよりもさらに負イオンを生じさせ易い電気的負性ガスを用いる点に特徴がある。【００３２】
このような処理ガスとしては，例えばフルオロカーボン系ガス（ＣｘＦｙ，ＣｘＨｙＦＺなど），Ｏ２ガス，Ａｒガス，Ｎ２ガスなどが挙げられる。これらのガスは単一で処理ガスとして用いてもよく，またこれらのガスを任意に組合せたものを処理ガスとして用いてもよい。フルオロカーボン系ガスとしては，少なくともＦ原子を含むガス，例えばＣＦ４ガス，Ｃ４Ｆ６ガス，Ｃ５Ｆ８ガス，Ｃ４Ｆ８ガス，ＣＨＦ３ガス，ＣＨ２Ｆ２ガスなどが挙げられる。また添加ガスとしては，例えばＮＦ３ガス，ＳＦ６ガス，Ｆ２ガスが挙げられる。ここでは，処理ガスとしてＣＦ４ガスを用い，添加ガスとしてＮＦ３ガスを用いる場合を例に挙げる。なお，このような処理ガスに添加ガスを加えることによる作用効果については後述する。【００３３】
本実施形態にかかる上部電極１９０は，処理ガスと添加ガスを予め混合して処理室１０２内に供給するいわゆるプリミックスタイプであるが，この上部電極１９０に代えて，各ガスを独立して処理室１０２内に供給するポストミックスタイプの上部電極を備えるようにしてもよい。【００３４】
なお，図１に示す処理ガス供給系は，例えばエッチング用の処理ガスとしてＣＦ４ガスのみを供給する場合のように１種類のガスを単体で供給する場合には１系統で形成してもよく，エッチング用の処理ガスとしてＣＦ４ガスとＡｒガスとの混合ガスを供給する場合のように２種類以上の混合ガスを供給する場合には複数系統で形成してもよい。さらにエッチングとは別の処理例えば処理室内のクリーニングに用いる処理ガスとして酸素系ガス（例えば単体のＯ２ガス）をエッチング用の処理ガスとは独立して供給する場合は，別系統をさらに追加して設けてもよい。【００３５】
上部電極１９０は，その周縁部を被覆するシールドリング１２２を介して処理室１０２の天井部に取り付けられている。なお天井部は蓋部として開口可能に構成されており，蓋部と側壁との間には気密を保持するための例えばＯリングなどのシール部材１２６が設けられている。【００３６】
上部電極１９０には，処理ガス供給管１７２及び添加ガス供給管１８２から処理ガス及び添加ガスを導入するためのガス導入口１９２が形成されている。また，上部電極１９０の内部にはガス導入口１９２から導入された処理ガス及び添加ガスを拡散する拡散室１９４が設けられている。【００３７】
さらに上部電極１９０には，拡散室１９４からの処理ガス及び添加ガスを処理室１０２内に供給する多数のガス供給孔１９６が形成されている。各ガス供給孔１９６は，下部電極１０４に載置されているウエハＷと上部電極１９０との間の空間全域に処理ガス及び添加ガスを供給できるように配置されている。【００３８】
また上部電極１９０には，冷却機構（図示せず）が設けられている。具体的には例えば拡散室１９４の外側位置に，チラー流路（図示せず）を形成し，チラー流路に温調された冷媒を循環させることによって，上部電極１９０の温度を調節（冷却）することができる。【００３９】
このような上部電極１９０に対して処理ガス源１７０から処理ガスが送出され，添加ガス源１８０から添加ガスが送出されると，処理ガス及び添加ガスはガス導入口１９２を介して拡散室１９４に供給され，ここで拡散して各ガス供給孔１９６に分配され，ガス供給孔１９６から処理室１０２内の下部電極１０４に向けて吐出される。【００４０】
処理室１０２の側壁にはウエハＷの搬出入口を開閉するゲートバルブ１２４が設けられている。このゲートバルブ１２４を開くことによって，処理室１０２内へのウエハＷの搬入及び処理室１０２内からのウエハＷの搬出が可能となる。【００４１】
そしてプラズマ処理装置１００には，装置全体の動作を制御する制御部１４０が設けられている。この制御部１４０は，所定の設定情報に基づいて所定のプログラムを実行して，上記のバルブ１７４，１８４，マスフローコントローラ１７６，１８６の動作を制御すると共に，その他の装置各部の動作を制御する。これによって，ウエハＷ上の所定の膜に対するエッチング処理が行われ，さらに処理室１０２内の状態調整，クリーニングなどが行われる。【００４２】
（プラズマ処理装置の動作例）
以上のような構成を有するプラズマ処理装置１００において，例えばウエハＷ上に形成されている酸化シリコン膜，窒化シリコン膜，又はポリシリコン膜などをエッチングする場合には，ゲートバルブ１２４を開放してウエハＷを処理室１０２内に搬入して下部電極１０４上に載置する。【００４３】
ウエハＷを処理室１０２内に搬入した後，ゲートバルブ１２４を閉じると共に排気装置１３０を作動させて処理室１０２内を所定の真空度に維持する。この際，熱伝達媒体通路１１８を介してバックサイドガス例えばＨｅガスを静電チャック１１２に供給し，静電チャック１１２とウエハＷとの間の熱伝導性を高めて効率よくウエハＷを冷却する。また，上部電極１９０，下部電極１０４及び処理室１０２の側壁を所定の温度に調整する。【００４４】
さらに処理室１０２内に，処理ガス源１７０から処理ガスを，添加ガス源１８０から添加ガスを，それぞれ所定の流量で導入する。そして，上部電極１９０と下部電極１０４それぞれに対して所定の高周波電力を供給する。これによって，上部電極１９０とウエハＷとの間の空間に処理ガス及び添加ガスによるプラズマが形成され，このプラズマから生成されたイオン（例えば主としてＣＦ３＋）がウエハＷ上の所定の膜をエッチングする。エッチング終了後には搬入時とは逆の動作で処理済みウエハＷを処理室１０２内から搬出する。後続の所定枚数の未処理のウエハＷに対して同様の処理を繰り返す。【００４５】
（エッチング処理結果）
次にプラズマ処理装置１００によるウエハＷに対するエッチング処理の結果について説明する。ここでは，添加ガスの効果を検証するために，先ずは処理ガスだけ，すなわち添加ガスなしでプラズマを生成してエッチングを行った場合の結果を図面を参照しながら説明する。図２は，ウエハＷ上に形成された酸化シリコン膜をエッチングしたときのエッチングレートのウエハ面内分布を確認した実験結果をグラフで示した図である。【００４６】
この実験でのエッチング処理のプロセス条件は次の通りである。処理室１０２内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ，上部電極１９０の温度を６０℃，下部電極１０４の温度を０℃，側壁の温度を５０℃に設定した。また，バックサイドガスとして供給するＨｅガスのセンタ圧力を１０Ｔｏｒｒとし，エッジ圧力を３５Ｔｏｒｒとした。なお，上部電極１９０とウエハＷとの間のギャップを２５ｍｍに調整した。処理室１０２内には処理ガスとしてＣＦ４ガスを１００ｓｃｃｍの流量で供給した。そして，上部電極１９０には６０ＭＨｚの高周波電力を１５００Ｗで印加し，下部電極１０４には２ＭＨｚの高周波電力を１００Ｗで印加してＣＦ４ガスのプラズマを形成し，エッチング処理を行った。【００４７】
図２は，ウエハＷの中心を原点として，径方向の複数のポイントにおける所定時間内のエッチング量を測定し，各ポイントにおけるエッチングレートを算出してグラフ化したものである。【００４８】
図２に示すように，処理室１０２内に添加ガスを導入せずに，処理ガスとしてのＣＦ４ガスを導入してプラズマを形成した場合，ウエハＷ面内においてエッチングレートが相対的に高い領域と低い領域が生じ，部分的に偏る傾向にあることがわかる。具体的には，ウエハＷの中心（ウエハ面内位置０ｍｍ）を囲む中心領域Ｒ１と，周縁（ウエハ面内位置±１００ｍｍ）を含む周縁領域Ｒ３においてエッチングレートが高く，この中心領域Ｒ１と周縁領域Ｒ３に挟まれた中間領域Ｒ２においてエッチングレートが低くなっている。この傾向は，例えば処理ガスを処理室の異なる部分（例えば中央領域と周辺領域など）から別々に導入しても同様に現れる。【００４９】
（プラズマ中のイオン分布とエッチングレートの均一性）
ここで，図２に示す実験結果を用いて，プラズマ中のイオン分布に着目してエッチングレートの均一性との関係についてさらに考察する。この実験で用いたＣＦ４のような電気的負性ガスを処理ガスとしてプラズマ化すると，処理ガスを構成する分子はプラズマ中においてエネルギーの低い電子と付着して，多くの負イオン（例えばＣＦ４−など）を生成する。このためプラズマ中には，負の電荷を有する成分として，負イオンと電子が存在する。さらに，プラズマは電気的に中性（準中性）であることから，プラズマ中では負イオンと電子の分布に追随するように正イオン（ＣＦ３＋など）が分布する。【００５０】
これらプラズマ中の正イオン，負イオン，電子のうち，プラズマ生成時にエネルギーを得た電子は，速度の低いイオンよりも先にウエハＷ表面に到達する。その負の電位によって正イオンが加速され，酸化シリコン膜に対して異方性の高いエッチングが施される。このように，主として正イオンが酸化シリコン膜のエッチングに寄与していると一般的には考えられている。したがって，もしプラズマ全体に渡って正イオンの分布が均一であれば，酸化シリコン膜に対するエッチグレートもウエハＷの面内において均一になっているはずである。【００５１】
ところが，図２に示すグラフから明らかなように，上記実験ではエッチングレートの面内均一性には部分的な偏りが生じているので，正イオンの分布に部分的な偏りが生じていることがわかる。しかも，この実験のように処理ガスとして電気的負性ガスを用いる場合には，負イオンの方が電子よりも多く生成されるので，負の電荷を有する成分としては負イオンが支配的であると考えられる。このような場合には，プラズマ中の正イオンの分布は負イオンの分布に影響を受けるので，負イオンの分布はそのまま正イオンの分布になる。従って，図２に示すグラフでエッチングレートの面内均一性に偏りが生じているのは，図３に示すように負イオンの分布に偏りが生じているからであると推定できる。【００５２】
そこで，発明者らは，プラズマ中の負イオンの数を増加させてその分布を制御することで，正イオンの分布を制御することにより全体のイオン密度を制御して面内均一性を向上させることを考え出した。具体的には，処理ガスにそれよりも電気的付着係数の大きい電気的負性ガス（処理ガスよりも電子とより付着し易く多くの負イオンを生成する分子からなるガス）を添加ガスとして添加してその流量を調整することで，処理ガスと添加ガスによるプラズマ中の負イオンを増加させて負イオン分布を制御できることを見出した。処理ガスがＣＦ４ガスなどのフルオロカーボン系ガスの場合，それよりも電子付着係数が大きいガスとしては，例えばＮＦ３ガス，ＳＦ６ガス，Ｆ２ガスが挙げられる。従って，これらのガスを添加ガスとして用いることが好ましい。【００５３】
特に負イオンの総電荷量と電子の総電荷量がほぼ同等の場合や，プラズマ中における負イオンの総電荷量の絶対値が電子の総電荷量の絶対値よりも大きく中央領域に蓄積される場合などには，処理ガスよりも電気的付着係数の大きい電気的負性ガスを添加ガスとして添加することで，正イオンの分布は負イオンの分布に左右され易くなる。すなわち，この場合には特に添加ガスを添加して負イオンを増やすことで電子分布をほとんど無視できるので，正イオン分布を負イオン分布にほぼ等しくすることができる。しかも添加ガスの流量を調整することで負イオン分布が均一になるように制御することができるので，従来以上にエッチングレートの面内均一性を向上させることができる。【００５４】
このように，処理ガスよりも電子付着係数が大きい電気的負性ガスを添加して負イオンの量を増やし，その添加ガスの流量を調整することで負イオンの面内分布を制御でき，これによって正イオンの面内分布を制御できる。これによれば，電気的負性ガスを添加する流量を調整することにより，プラズマ中のイオン密度を制御できるので，エッチングレートの面内均一性を従来以上に向上させることができる。【００５５】
なお，添加ガスは処理ガスと共に処理室１０２内に導入される構成であれば，処理室１０２の同一部分から混合ガスとして導入されるようにしてもよく，また処理室１０２の異なる部分から別々に導入されるようにしてもよい。【００５６】
（添加ガスによる効果を確認した実験結果）
次に，処理ガスにこれよりも電子付着係数が大きい電気的負性ガスを添加ガスとして処理室１０２内に導入してプラズマを形成してエッチングを行った場合の実験結果について図面を参照しながら説明する。【００５７】
先ず，処理ガスとしてＣＦ４ガスを用いるとともに添加ガスとしてＮＦ３ガスを用いてプラズマエッチングを行った場合の実験結果を図４に示す。ここでは，ウエハＷ上に形成された酸化シリコン膜をエッチングしたときのエッチングレートのウエハ面内分布を確認した。図４は，ＣＦ４ガスの流量を１００ｓｃｃｍに固定し，ＮＦ３ガスの流量を０ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍ，１０ｓｃｃｍ，２５ｓｃｃｍ，５０ｓｃｃｍに変えてプラズマを形成してエッチングを行ってそれぞれのエッチングレートのウエハ面内分布を測定してグラフにしたものである。なお，その他のプロセス条件は，図２に示す実験と同様であるため，ここではその詳細な説明を省略する。【００５８】
図４に示す実験結果によれば，１００ｓｃｃｍのＣＦ４ガスに僅か５ｓｃｃｍのＮＦ３ガスを添加しただけで，ＮＦ３ガスを添加しない場合（破線のグラフ）に比して，その混合ガスによってプラズマを形成するとエッチングレートの面内均一性が改善されることがわかる。さらに，ＮＦ３ガスの流量を増加させて１０ｓｃｃｍとしてプラズマを形成すると，ウエハＷ全面にわたりほぼ均一なエッチングレートが得られる。【００５９】
これは，例えばＣＦ４ガスよりも電気的付着係数の大きいＮＦ３ガスを添加ガスとして添加してプラズマを生成した場合には，図３に示す中心領域Ｒ１と周縁領域Ｒ３に蓄積された負イオンの量がある程度に達すると，その負イオンは中間領域Ｒ２に拡散していき，やがて中間領域Ｒ２における負イオンの密度が，中心領域Ｒ１と周縁領域Ｒ３における負イオンの密度に均衡したものと推察できる。【００６０】
これによれば，電気的負性ガスである処理ガス（ここではＣＦ４ガス）と共に，この処理ガスよりも電子付着係数が大きい電気的負性ガス（ここではＮＦ３ガス）を添加ガスとして処理室１０２内に導入してプラズマを形成すれば，プラズマ中の負イオンが増加すると共にその分布を均一化することができ，これに追随して正イオンの分布も均一化されるので，結果としてエッチングレートの面内均一性を向上できることがわかる。【００６１】
ところが，図４の実験結果によれば，ＮＦ３ガスの流量を２５ｓｃｃｍ，５０ｓｃｃｍと増加させていくと，エッチングレートの面内均一性が悪化してしまう傾向にあることがわかった。したがって，エッチングレートの面内均一性を良好にするためには，処理ガスに対する添加ガスの流量比を１／１０以下程度とすることが好ましい。その中でも，本実験のエッチング条件においては，１００ｓｃｃｍのＣＦ４ガスに対して，１０ｓｃｃｍ前後のＮＦ３ガスを添加することがより好ましく，最も均一性の高いエッチングレートを得ることができる。【００６２】
次に，図４の実験と同じ処理ガス（ＣＦ４ガス）と添加ガス（ＮＦ３ガス）を用い，被エッチング膜の種類を変えて図４と同様の実験を行った場合の実験結果を図５に示す。ここでは，ウエハＷ上に形成されたレジスト膜をエッチングしたときのエッチングレートのウエハ面内分布を確認した。【００６３】
図５に示す実験結果によれば，被エッチング膜がレジスト膜であっても，酸化シリコン膜の場合と同様にエッチングレートが改善することがわかった。すなわち，１００ｓｃｃｍのＣＦ４ガスに僅か５ｓｃｃｍのＮＦ３ガスを添加してプラズマを形成すると，ＮＦ３ガスを添加しない場合（破線のグラフ）に比して，そのエッチングレートの面内均一性が改善されていることがわかる。【００６４】
ところが，図５に示す実験結果においても，ＮＦ３ガスが多いほどエッチングレートの面内均一性が悪化する傾向があることがわかる。したがって，エッチングレートの面内均一性を良好にするためには，処理ガスに対する添加ガスの流量比を１／１０以下程度とすることが好ましい。その中でも，本実験のエッチング条件においては，１００ｓｃｃｍのＣＦ４ガスに対して，５ｓｃｃｍ前後のＮＦ３ガスを添加することがより好ましく，最も均一性の高いエッチングレートを得ることができる。【００６５】
このように，処理ガスとしてのＣＦ４ガスと共にＮＦ３ガスを添加ガスとして処理室１０２内に導入してプラズマを形成すれば，被エッチング膜の種類に拘わらず，エッチングレートの面内均一性を向上させることができる。【００６６】
但し，被エッチング膜が酸化シリコン膜である場合，最も均一性の高いエッチングレートを得るためのＮＦ３ガスの流量は１０ｓｃｃｍであるのに対して，被エッチング膜がレジスト膜である場合，その流量は５ｓｃｃｍである。このように，添加ガスの最適な流量には被エッチング膜の種類に応じて多少のばらつきがあるものの，処理ガスに対する添加ガスの流量比を１／１０以下程度とすればエッチングレートが良好になることがわかった。なお，添加ガスの流量比は，被エッチング膜の種類に応じて調整するようにしてもよく，また被エッチング膜の種類に拘わらず一定とし，その他のプロセス条件を調整するようにしてもよい。【００６７】
次に，添加ガスを替えてプラズマエッチングを行った場合の実験結果を図６，図７に示す。図６は，添加ガスをＳＦ６に替えて図４と同様にウエハＷ上の酸化シリコン膜をエッチングしたときのエッチングレートのウエハ面内分布を示すグラフである。具体的には，ＣＦ４ガスの流量を２００ｓｃｃｍに固定し，ＳＦ６ガスの流量を０ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍ，１０ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍ，３０ｓｃｃｍに変えてプラズマを形成してエッチングを行ってそれぞれのエッチングレートのウエハ面内分布を測定してグラフにした。【００６８】
図７は，添加ガスをＳＦ６に替えて図５と同様にウエハＷ上のレジスト膜をエッチングしたときのエッチングレートのウエハ面内分布を示すグラフである。具体的には，ＣＦ４ガスの流量を２００ｓｃｃｍに固定し，ＳＦ６ガスの流量を０ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍ，１０ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍに変えてプラズマを形成してエッチングを行ったものである。なお，図６，図７の実験では，上部電極１９０には６０ＭＨｚの高周波電力を５００Ｗで印加した。その他のプロセス条件は，図２の実験の場合と同様であるため，ここではその詳細な説明を省略する。【００６９】
図６，図７に示す実験結果によれば，被エッチング膜が酸化シリコン膜であっても，レジスト膜であっても，２００ｓｃｃｍのＣＦ４ガスに僅か５ｓｃｃｍのＳＦ６ガスを添加しただけで，添加ガスとしてＮＦ３ガスを用いた図４，図５の場合と同様にエッチングレートが改善することがわかった。すなわち，２００ｓｃｃｍのＣＦ４ガスに僅か５ｓｃｃｍのＳＦ６ガスを添加してプラズマを形成すると，ＳＦ６ガスを添加しない場合（破線のグラフ）に比して，そのエッチングレートの面内均一性が改善されていることがわかる。【００７０】
ところが，図６，図７に示す実験結果においても，ＳＦ６ガスが多いほどエッチングレートの面内均一性が悪化する傾向があることがわかる。したがって，エッチングレートの面内均一性を良好にするためには，処理ガスに対する添加ガスの流量比を１／１０以下程度とすることが好ましい。その中でも，本実験のエッチング条件においては，被エッチング膜の種類に拘わらず，２００ｓｃｃｍのＣＦ４ガスに対して，５ｓｃｃｍ前後のＳＦ６ガスを添加することがより好ましく，最も均一性の高いエッチングレートを得ることができる。【００７１】
このように，処理ガスとしてのＣＦ４ガスと共にＳＦ６ガスを添加ガスとして処理室１０２内に導入してプラズマを形成すれば，被エッチング膜の種類に拘わらず，エッチングレートの面内均一性を向上させることができる。【００７２】
また，上述した各実験では，処理室１０２内の圧力を１００ｍＴｏｒｒと比較的高く調整している。このような圧力環境下ではプラズマ中において電子のエネルギーが小さくなるため，添加ガスを構成する分子は電子を獲得しやすくなり，多くの負イオンが生成されることになる。これに対して，処理室１０２内の圧力を低下させるとプラズマ中の電子のエネルギーが大きくなるため，プラズマ中の負イオンの量が少なくなる可能性が高い。このような場合には，添加ガスの種類を替えたり流量を増やしたりするなど，プロセス条件を調整して，プラズマ中の負イオンの量を増加させることが好ましい。【００７３】
以上のように本実施形態によれば，電気的負性ガスである処理ガス例えばＣＦ４ガスと共に，この処理ガスよりも電子付着係数が大きい電気的負性ガス例えばＮＦ３ガスを添加ガスとして処理室１０２内に導入してプラズマを形成するため，プラズマ中の負イオン及び正イオンの分布を均一にできる。この結果，エッチングレートの面内均一性を向上させることができる。【００７４】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。【００７５】
例えば，本発明はエッチング処理のみならず，アッシング処理や成膜処理など，処理室内に処理ガスを導入してプラズマを形成し，このプラズマによって被処理基板に所定の処理を施す各種プラズマ処理にも適用可能である。また，本発明を適用可能なプラズマ処理装置についても，図１に示すプラズマエッチング装置に限られるものではなく，プラズマＣＶＤ装置，プラズマアッシング装置など，電気的負性ガスである処理ガスによるプラズマによって被処理基板を処理する装置であれば，様々な種類のプラズマ処理装置に適用可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は，被処理基板に対して所定のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に適用可能である。
【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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【国際調査報告】
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