(57)【要約】      （修正有）【課題】処理特性を維持しつつ、選択比を向上する。【解決手段】プラズマ処理装置の処理容器は、ラジカルを透過し、かつ、イオンを捕捉するイオン捕捉部材により、被処理体載置台が配置される処理空間と非処理空間とに仕切られる。非処理空間に第１の処理ガスが供給され、処理空間に第２の処理ガスが供給される。第１の処理ガスをプラズマ化する高周波電力を供給することによって、非処理空間においてラジカル及びイオンを生成する第１の高周波電源と、第２の処理ガスをプラズマ化する高周波電力を載置台に供給することによって、イオン捕捉部材により処理空間へ透過されるラジカルとは別に、処理空間においてラジカル及びイオンを生成する第２の高周波電源と、第２の高周波電源から供給される高周波電力よりも周波数が低い高周波電力を載置台に供給することによって、処理空間において生成されるイオンを被処理体へ引き込む第３の高周波電源とを備えた。【選択図】図１
2015173182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器と、
被処理体をプラズマ処理するための処理空間と、非処理空間とに前記処理容器内を仕切る部材であって、ラジカルを透過し、かつ、イオンを捕捉するイオン捕捉部材と、
前記処理空間に配置され、前記被処理体を載置する載置台と、
前記非処理空間に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記処理空間に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給部と、
前記第１の処理ガスをプラズマ化する高周波電力を供給することによって、前記非処理空間においてラジカル及びイオンを生成する第１の高周波電源と、
前記第２の処理ガスをプラズマ化する高周波電力を前記載置台に供給することによって、前記イオン捕捉部材により前記処理空間へ透過される前記ラジカルとは別に、前記処理空間においてラジカル及びイオンを生成する第２の高周波電源と、
前記第２の高周波電源から供給される高周波電力よりも周波数が低い高周波電力を前記載置台に供給することによって、前記処理空間において生成される前記イオンを前記被処理体へ引き込む第３の高周波電源と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記第２の高周波電源から前記載置台に供給される高周波電力を減少させることによって、前記処理空間において生成される前記イオンの量を予め定められた範囲内まで減少させ、前記第３の高周波電源から前記載置台に供給される高周波電力を増加させることによって、前記被処理体へ引き込まれる前記イオンのエネルギーを予め定められた範囲内まで増加させる制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記第１のガス供給部は、前記第１の処理ガスとしてエッチングガスを前記非処理空間に供給し、
前記第２のガス供給部は、前記第２の処理ガスとして堆積ガスを前記処理空間に供給する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記被処理体は、エッチングマスクと、シリコン酸化膜とを含み、
前記エッチングマスクを介して前記シリコン酸化膜がエッチングされることによって、前記シリコン酸化膜に凹部が形成され、
前記凹部のアスペクト比は、４０以上である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記エッチングガスは、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ８、Ｃ３Ｆ８及びＣＨ３Ｆの少なくともいずれか一つを含む
ことを特徴とする請求項３又は４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記堆積ガスは、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８及びＣ６Ｆ６の少なくともいずれか一つを含む
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記イオン捕捉部材は、
前記処理容器内に取り付けられ、前記処理空間と前記非処理空間とに前記処理容器内を仕切る仕切り板と、
前記仕切り板から前記処理空間へ延びるように設けられ、前記ラジカルを透過し、かつ、前記イオンを捕捉する管状の部材と、
前記管状の部材を前記処理空間へ貫通させた状態で前記仕切り板と所定の空間を空けて重合するように前記処理容器内に取り付けられ、前記管状の部材とは独立した貫通孔を有する電極板と
を有し、
前記第２のガス供給部は、重合された前記仕切り板と前記電極板との間に形成される前記空間、及び前記電極板の前記貫通孔を介して、前記処理空間に前記第２の処理ガスを供給する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記電極板の面のうち前記仕切り板とは反対側の面であって、前記処理空間に対向する面には、シリコン含有膜が形成される
ことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
処理容器と、
被処理体をプラズマ処理するための処理空間と、非処理空間とに前記処理容器内を仕切る部材であって、ラジカルを透過し、かつ、イオンを捕捉するイオン捕捉部材と、
前記処理空間に配置され、前記被処理体を載置する載置台と、
前記非処理空間に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記処理空間に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給部と、
前記第１の処理ガスをプラズマ化する高周波電力を供給することによって、前記非処理空間においてラジカル及びイオンを生成する第１の高周波電源と、
前記第２の処理ガスをプラズマ化する高周波電力を前記載置台に供給することによって、前記イオン捕捉部材により前記処理空間へ透過される前記ラジカルとは別に、前記処理空間においてラジカル及びイオンを生成する第２の高周波電源と、
前記第２の高周波電源から供給される高周波電力よりも周波数が低い高周波電力を前記載置台に供給することによって、前記処理空間において生成される前記イオンを前記被処理体へ引き込む第３の高周波電源と
を備えたプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記第２の高周波電源から前記載置台に供給される高周波電力を減少させることによって、前記処理空間において生成される前記イオンの量を予め定められた範囲内まで減少させ、
前記第３の高周波電源から前記載置台に供給される高周波電力を増加させることによって、前記被処理体へ引き込まれる前記イオンのエネルギーを予め定められた範囲内まで増加させる
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被処理体をプラズマ処理するための処理容器内に、多数の貫通孔が形成されたグリッド電極を設け、グリッド電極により処理容器内を２つの空間に仕切るプラズマ処理装置が知られている。
【０００３】
このプラズマ処理装置は、グリッド電極よりも下方の空間であるプラズマ処理空間に配置された載置台上に被処理体を載置する。そして、プラズマ処理装置は、グリッド電極よりも上方の空間である非処理空間に第１の処理ガスを供給するとともに、プラズマ処理空間に第２の処理ガスを供給する。そして、プラズマ処理装置は、第１の処理ガスをプラズマ化する高周波電力を供給することによって、非処理空間においてラジカルを生成し、生成したラジカルをグリッド電極を介してプラズマ処理空間へ透過させる。そして、プラズマ処理装置は、第２の処理ガスをプラズマ化する高周波電力を載置台に供給することによって、グリッド電極により透過されるラジカルとは別に、プラズマ処理空間においてラジカル及びイオンを生成し、生成したイオンを被処理体へ引き込む。第２の処理ガスをプラズマ化する高周波電力は、バイアス電力とも呼ばれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６７７３７号公報
【特許文献２】特表平７−５００４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の技術では、被処理体の所望の処理特性を維持しつつ、選択比を向上することが困難であるという問題がある。
【０００６】
すなわち、上述した従来の技術では、被処理体の所望の処理特性を維持するために、バイアス電力を増大させることが考えられる。この場合、バイアス電力の増大に伴って、プラズマ処理空間において生成されるラジカルの量及びイオンの量が共に増大する。このため、従来の技術では、イオンの量の増大に伴って、被処理体に含まれるエッチングマスクのエッチングが促進され、結果として、エッチングマスクに対する被処理膜の選択比が低下する恐れがある。
【０００７】
一方で、上述した従来の技術では、選択比を向上するために、バイアス電力を減少させることが考えられる。この場合、バイアス電力の減少に伴って、プラズマ処理空間において生成されるラジカルの量及びイオンの量が共に減少し、かつ、被処理体に引き込まれるイオンのエネルギーが減少する。このため、従来の技術では、エッチングレート等の被処理体の処理特性が低下する恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施態様において、処理容器と、被処理体をプラズマ処理するための処理空間と、非処理空間とに前記処理容器内を仕切る部材であって、ラジカルを透過し、かつ、イオンを捕捉するイオン捕捉部材と、前記処理空間に配置され、前記被処理体を載置する載置台と、前記非処理空間に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給部と、前記処理空間に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給部と、前記第１の処理ガスをプラズマ化する高周波電力を供給することによって、前記非処理空間においてラジカル及びイオンを生成する第１の高周波電源と、前記第２の処理ガスをプラズマ化する高周波電力を前記載置台に供給することによって、前記イオン捕捉部材により前記処理空間へ透過される前記ラジカルとは別に、前記処理空間においてラジカル及びイオンを生成する第２の高周波電源と、前記第２の高周波電源から供給される高周波電力よりも周波数が低い高周波電力を前記載置台に供給することによって、前記処理空間において生成される前記イオンを前記被処理体へ引き込む第３の高周波電源とを備えた。
【発明の効果】
【０００９】
開示するプラズマ処理装置の１つの態様によれば、被処理体の所望の処理特性を維持しつつ、選択比を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略的な断面図である。
【図２】図２は、図１に示したエッチング装置のグリッド電極を表した概略的な斜視図である。
【図３】図３は、第１の実施形態における被処理体の構造例を示す断面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法によって作成される被処理体の構造例を示す断面図である。
【図６】図６は、容量結合型プラズマ処理装置を用いた場合のアスペクト比とフルオロカーボン系ガスのプラズマのイオン及びラジカルのフラックスの関係を示すグラフである。
【図７】図７は、ホール内におけるラジカルとイオンの挙動を示す図である。
【図８】図８は、プラズマ生成用の高周波バイアス電力、即ち、ＨＦ  Ｐｏｗｅｒに応じたプラズマの特性の変化を示すグラフである。
【図９】図９は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法の一例を説明するための図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、開示するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【００１２】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、処理容器と、被処理体をプラズマ処理するための処理空間と、非処理空間とに処理容器内を仕切る部材であって、ラジカルを透過し、かつ、イオンを捕捉するイオン捕捉部材と、処理空間に配置され、被処理体を載置する載置台と、非処理空間に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給部と、処理空間に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給部と、第１の処理ガスをプラズマ化する高周波電力を供給することによって、非処理空間においてラジカル及びイオンを生成する第１の高周波電源と、第２の処理ガスをプラズマ化する高周波電力を載置台に供給することによって、イオン捕捉部材により処理空間へ透過されるラジカルとは別に、処理空間においてラジカル及びイオンを生成する第２の高周波電源と、第２の高周波電源から供給される高周波電力よりも周波数が低い高周波電力を載置台に供給することによって、処理空間において生成されるイオンを被処理体へ引き込む第３の高周波電源とを備えた。
【００１３】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、第２の高周波電源から載置台に供給される高周波電力を減少させることによって、処理空間において生成されるイオンの量を予め定められた範囲内まで減少させ、第３の高周波電源から載置台に供給される高周波電力を増加させることによって、被処理体へ引き込まれるイオンのエネルギーを予め定められた範囲内まで増加させる制御部をさらに備えた。
【００１４】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、第１のガス供給部は、第１の処理ガスとしてエッチングガスを非処理空間に供給し、第２のガス供給部は、第２の処理ガスとして堆積ガスを処理空間に供給する。
【００１５】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、被処理体は、エッチングマスクと、シリコン酸化膜とを含み、エッチングマスクを介してシリコン酸化膜がエッチングされることによって、シリコン酸化膜に凹部が形成され、凹部のアスペクト比は、４０以上である。
【００１６】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、エッチングガスは、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ８、Ｃ３Ｆ８及びＣＨ３Ｆの少なくともいずれか一つを含む。
【００１７】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、堆積ガスは、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８及びＣ６Ｆ６の少なくともいずれか一つを含む。
【００１８】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、イオン捕捉部材は、処理容器内に取り付けられ、前記処理空間と前記非処理空間とに前記処理容器内を仕切る仕切り板と、前記仕切り板から前記処理空間へ延びるように設けられ、前記ラジカルを透過し、かつ、前記イオンを捕捉する管状の部材と、前記管状の部材を前記処理空間へ貫通させた状態で前記仕切り板と所定の空間を空けて重合するように前記処理容器内に取り付けられ、前記管状の部材とは独立した貫通孔を有する電極板とを有し、前記第２のガス供給部は、重合された前記仕切り板と前記電極板との間に形成される前記空間、及び前記電極板の前記貫通孔を介して、前記処理空間に前記第２の処理ガスを供給する。
【００１９】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、電極板の面のうち仕切り板とは反対側の面であって、処理空間に対向する面には、シリコン含有膜が形成される。
【００２０】
開示するプラズマ処理方法は、１つの実施形態において、処理容器と、被処理体をプラズマ処理するための処理空間と、非処理空間とに処理容器内を仕切る部材であって、ラジカルを透過し、かつ、イオンを捕捉するイオン捕捉部材と、処理空間に配置され、被処理体を載置する載置台と、非処理空間に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給部と、処理空間に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給部と、第１の処理ガスをプラズマ化する高周波電力を供給することによって、非処理空間においてラジカル及びイオンを生成する第１の高周波電源と、第２の処理ガスをプラズマ化する高周波電力を載置台に供給することによって、イオン捕捉部材により処理空間へ透過されるラジカルとは別に、処理空間においてラジカル及びイオンを生成する第２の高周波電源と、第２の高周波電源から供給される高周波電力よりも周波数が低い高周波電力を載置台に供給することによって、処理空間において生成されるイオンを被処理体へ引き込む第３の高周波電源とを備えたプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、第２の高周波電源から載置台に供給される高周波電力を減少させることによって、処理空間において生成されるイオンの量を予め定められた範囲内まで減少させ、第３の高周波電源から載置台に供給される高周波電力を増加させることによって、被処理体へ引き込まれるイオンのエネルギーを予め定められた範囲内まで増加させる。
【００２１】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１００について、図１を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略的な断面図である。図１に示すように、プラズマ処理装置１００の処理室１０２は、導電性材料から成る気密な略円筒形状の処理容器１０４内に形成されており、この処理容器１０４自体は、接地線１０６により接地されている。
【００２２】
処理室１０２の天井部には、誘電性材料から成る誘電体壁１０８が設けられている。誘電体壁１０８には、略環状の高周波アンテナ１１０が配置されている。
【００２３】
また、処理室１０２の下方には、導電性材料から成り下部電極を形成するサセプタ１１６が配置されており、このサセプタ１１６上の載置面に被処理体としてのウェハＷを載置する構成となっている。サセプタ１１６は、処理空間１３４に配置され、被処理体を載置する載置台の一例である。また、サセプタ１１６には、そのサセプタ１１６の底面部に設けられた絶縁部材１１８を介して昇降軸１２０が取り付けられており、この昇降軸１２０には、不図示の昇降機構が接続されている。従って、サセプタ１１６は、その昇降機構の作動により昇降軸１２０を介して、上下方向（同図中の往復矢印Ａ方向。）に移動自在に構成されている。さらに、昇降軸１２０の周囲の絶縁部材１１８と処理室１０２の底面部には、気密部材から成るベローズ１２２が取り付けられており、サセプタ１１６の上下動によっても処理室１０２内の気密性が損なわれないように構成されている。
【００２４】
また、処理室１０２内のサセプタ１１６と誘電体壁１０８との間には、本実施の形態にかかる略円盤状のグリッド電極１２８が配置されている。グリッド電極１２８は、ウェハＷをプラズマ処理するための処理空間１３４と、非処理空間であるプラズマ生成空間１３２とに処理容器１０４内を仕切る部材である。このグリッド電極１２８は、図２に示したように、多数の略円形状の貫通孔１２８ａ’が形成された導電性の板状部材から成る電極部１２８ａと、この電極部１２８ａの周囲を囲むようにして取り付けられる絶縁部１２８ｂから構成されている。また、電極部１２８ａは、接地線１３０により接地されている。グリッド電極１２８は、貫通孔１２８ａ’を用いて、ラジカルを透過し、かつ、イオンを捕捉する。グリッド電極１２８は、イオン捕捉部材の一例である。
【００２５】
そして、このグリッド電極１２８は、不図示の取り付け手段によってその絶縁部１２８ｂが処理室１０２側壁部の所定の位置に気密に取り付けられることにより支持される構成となっている。なお、このグリッド電極１２８の取り付け位置は、処理室１０２内に励起されるプラズマの状態や、ウェハＷの処理条件などにより設定される。また、グリッド電極１２８とサセプタ１１６上に載置されたウェハＷの距離は、サセプタ１１６の上下動により適宜調整可能なように構成されている。
【００２６】
従って、処理室１０２内は、グリッド電極１２８により誘電体壁１０８側にプラズマ生成空間１３２が形成され、またサセプタ１１６側に処理空間１３４が形成される構成となっている。また、それらプラズマ生成空間１３２と処理空間１３４とは、グリッド電極１２８の貫通孔１２８ａ’のみにより、それぞれ連通する構成となっている。
【００２７】
また、プラズマ生成空間１３２の側壁部には、本実施の形態にかかる処理ガス供給系の一部を成す第１ガス供給管１３６が連通するようにして接続されており、この第１ガス供給管１３６には、第１開閉バルブ１３８および第１ガス流量調整バルブ１４０を介して、第１ガス供給源１４２が接続されている。
【００２８】
第１ガス供給源１４２は、第１ガス供給管１３６を介してプラズマ生成空間１３２に第１の処理ガスを供給する。例えば、第１ガス供給源１４２は、ウェハＷに含まれるシリコン酸化膜がエッチングされる場合には、第１の処理ガスとしてエッチングガスをプラズマ生成空間１３２に供給する。第１ガス供給源１４２からプラズマ生成空間１３２に供給されるエッチングガスの詳細は、後述される。第１ガス供給源１４２は、第１のガス供給部の一例である。
【００２９】
さらに、処理空間１３４の側壁部にも、本実施の形態にかかる処理ガス供給系の一部を成す第２ガス供給管１４４が連通するようにして接続されており、この第２ガス供給管１４４には、第２開閉バルブ１４６および第２ガス流量調整バルブ１４８を介して、第２ガス供給源１５０が接続されている。
【００３０】
第２ガス供給源１５０は、第２ガス供給管１４４を介して処理空間１３４に第２の処理ガスを供給する。例えば、第２ガス供給源１５０は、ウェハＷに含まれるシリコン酸化膜がエッチングされる場合には、第２の処理ガスとして堆積ガスを処理空間１３４に供給する。堆積ガスは、エッチングガスよりも解離度が低い処理ガスである。第２ガス供給源１５０から処理空間１３４に供給される堆積ガスの詳細は、後述される。第２ガス供給源１５０は、第２のガス供給部の一例である。
【００３１】
また、プラズマ処理装置１００は、第１の高周波電源１１４と、第２の高周波電源１２６と、第３の高周波電源１２７とをさらに有する。第１の高周波電源１１４は、第１整合器１１２を介して高周波アンテナ１１０に接続されている。第１の高周波電源１１４は、第１ガス供給源１４２からプラズマ生成空間１３２に供給されるエッチングガスをプラズマ化する高周波電力を高周波アンテナ１１０に供給することによって、プラズマ生成空間１３２においてラジカル及びイオンを生成する。エッチングガスをプラズマ化する高周波電力を、以下では「第１プラズマ生成電力」と呼ぶ。第１の高周波電源１１４は、例えば、１３．５６ＭＨｚの第１プラズマ生成電力を第１整合器１１２を介して高周波アンテナ１１０に供給することによって、プラズマ生成空間１３２においてラジカル及びイオンを生成する。プラズマ生成空間１３２において生成されたラジカル及びイオンのうちラジカルは、グリッド電極１２８により処理空間１３４へ透過され、イオンは、グリッド電極１２８により捕捉される。
【００３２】
第２の高周波電源１２６は、整合器１２４を介してサセプタ１１６に接続されている。第２の高周波電源１２６は、第２ガス供給源１５０から処理空間１３４に供給される堆積ガスをプラズマ化する高周波電力をサセプタ１１６に供給することによって、グリッド電極１２８により処理空間１３４へ透過されるラジカルとは別に、処理空間１３４においてラジカル及びイオンを生成する。堆積ガスをプラズマ化する高周波電力を、以下では「第２プラズマ生成電力」と呼ぶ。第２の高周波電源１２６は、例えば、４０ＭＨｚ以上の第２プラズマ生成電力を、整合器１２４を介してサセプタ１１６に供給することによって、処理空間１３４においてラジカル及びイオンを生成する。これにより、処理空間１３４において生成されたラジカルに対して、グリッド電極１２８により処理空間１３４へ透過されるラジカルが追加され、処理空間１３４においてラジカル／イオン比（Γｒ／Γｉ）が増加する。
【００３３】
第３の高周波電源１２７は、整合器１２５を介してサセプタ１１６に接続されている。第３の高周波電源１２７は、第２の高周波電源１２６から供給される第２プラズマ生成電力よりも周波数が低い高周波電力をサセプタ１１６に供給することによって、処理空間１３４において生成されるイオンをウェハＷへ引き込む。第２プラズマ生成電力よりも周波数が低い高周波電力を、以下では「バイアス電力」と呼ぶ。第３の高周波電源１２７は、例えば、３ＭＨｚ以下のバイアス電力を、整合器１２５を介してサセプタ１１６に供給することによって、処理空間１３４において生成されるイオンをウェハＷへ引き込む。これにより、ウェハＷへ引き込まれるイオンのエネルギー（Ｅｉ）が増加する。
【００３４】
また、処理空間１３４の側壁部には、排気系の一部を成す排気管１５４が連通するようにして接続されており、この排気管１５４には、第３開閉バルブ１５６および第３圧力調整バルブ１５８を介して、処理室１０２の雰囲気を排気可能な排気機構Ｐ１６０が接続されている。
【００３５】
また、プラズマ処理装置１００は、制御部１５２をさらに有する。制御部１５２は、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１００の各部を制御する。この制御部１５２では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部１５２の記憶部には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１００の各部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。
【００３６】
例えば、制御部１５２は、後述するプラズマ処理方法を行うようにプラズマ処理装置１００の各部を制御する。詳細な一例を挙げると、制御部１５２は、第２の高周波電源１２６からサセプタ１１６に供給される高周波電力を減少させることによって、処理空間１３４において生成されるイオンの量を予め定められた範囲内まで減少させる。また、制御部１５２は、第３の高周波電源１２７からサセプタ１１６に供給される高周波電力を増加させることによって、被処理体へ引き込まれるイオンのエネルギーを予め定められた範囲内まで増加させる。ここで、被処理体とは、例えば、ウェハＷである。
【００３７】
図３は、第１の実施形態における被処理体の構造例を示す断面図である。図３に示すように、被処理体としてのウェハＷは、下地層ＵＬ、シリコン酸化膜ＯＸ及びハードマスクＨＭが順に積層されることで形成される。ハードマスクＨＭには、所定の直径を有する開口が形成されている。ハードマスクＨＭは、エッチングマスクの一例である。
【００３８】
次に、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１００を用いたプラズマ処理方法の流れの一例を説明する。図４は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図５は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法によって作成される被処理体の構造例を示す断面図である。ここでは、プラズマ処理装置１００が図３に示したウェハＷに含まれるシリコン酸化膜ＯＸをプラズマエッチングする例について説明する。
【００３９】
図４に示すように、プラズマ処理装置１００は、プラズマ生成空間１３２にエッチングガスを供給する（ステップＳ１０１）。エッチングガスは、例えば、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ８、Ｃ３Ｆ８及びＣＨ３Ｆの少なくともいずれか一つを含む。
【００４０】
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置１００の制御部１５２は、第１開閉バルブ１３８及び第１ガス流量調整バルブ１４０を開放することによって、第１ガス供給源１４２から第１ガス供給管１３６を介してプラズマ生成空間１３２へエッチングガスを供給する。
【００４１】
続いて、プラズマ処理装置１００は、処理空間１３４に堆積ガスを供給する（ステップＳ１０２）。堆積ガスは、例えば、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８及びＣ６Ｆ６の少なくともいずれか一つを含む。
【００４２】
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置１００の制御部１５２は、第２開閉バルブ１４６及び第２ガス流量調整バルブ１４８を開放することによって、第２ガス供給源１５０から第２ガス供給管１４４を介して処理空間１３４へ堆積ガスを供給する。
【００４３】
続いて、プラズマ処理装置１００は、プラズマ生成空間１３２へ供給されるエッチングガスをプラズマ化する第１プラズマ生成電力を高周波アンテナ１１０へ供給する（ステップＳ１０３）。プラズマ処理装置１００は、例えば、１３．５６ＭＨｚの第１プラズマ生成電力を第１整合器１１２を介して高周波アンテナ１１０に供給する。
【００４４】
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置１００の制御部１５２は、第１の高周波電源１１４から高周波アンテナ１１０に第１プラズマ生成電力を供給することによって、プラズマ生成空間１３２においてエッチングガスのラジカル及びイオンを生成する。プラズマ生成空間１３２において生成されたラジカル及びイオンのうちラジカルは、グリッド電極１２８により処理空間１３４へ透過され、イオンは、グリッド電極１２８により捕捉される。
【００４５】
続いて、プラズマ処理装置１００は、処理空間１３４へ供給される堆積ガスをプラズマ化する第２のプラズマ生成電力をサセプタ１１６へ供給する（ステップＳ１０４）。プラズマ処理装置１００は、例えば、４０ＭＨｚ以上の第２プラズマ生成電力を、整合器１２４を介してサセプタ１１６に供給する。
【００４６】
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置１００の制御部１５２は、第２の高周波電源１２６からサセプタ１１６に第２プラズマ生成電力を供給することによって、グリッド電極１２８により処理空間１３４へ透過されるラジカルとは別に、処理空間１３４においてラジカル及びイオンを生成する。これにより、処理空間１３４において生成されたラジカルに対して、グリッド電極１２８により処理空間１３４へ透過されるラジカルが追加され、処理空間１３４においてラジカル／イオン比（Γｒ／Γｉ）が増加する。
【００４７】
続いて、プラズマ処理装置１００は、第２プラズマ生成電力を減少させる（ステップＳ１０５）。プラズマ処理装置１００は、例えば、ウェハＷに含まれるハードマスクＨＭに対するシリコン酸化膜ＯＸの選択比が向上する電力の範囲まで、第２プラズマ生成電力を減少させる。
【００４８】
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置１００の制御部１５２は、第２の高周波電源１２６からサセプタ１１６に供給される第２プラズマ生成電力を減少させることによって、処理空間１３４において生成されるイオンの量を予め定められた範囲内まで減少させる。これにより、ウェハＷに含まれるハードマスクＨＭに対するシリコン酸化膜ＯＸの選択比が向上する。ここで、第２プラズマ生成電力が減少すると、処理空間１３４において生成されるラジカルの量も減少する。処理空間１３４において生成されるラジカルの量が過度に減少すると、処理空間１３４においてラジカル／イオン比（Γｒ／Γｉ）が低下する恐れがある。しかしながら、処理空間１３４において生成されたラジカルに対して、グリッド電極１２８により処理空間１３４へ透過されるラジカルが追加されるので、処理空間１３４においてラジカル／イオン比（Γｒ／Γｉ）が比較的に高い値に維持される。
【００４９】
続いて、プラズマ処理装置１００は、第２プラズマ生成電力よりも周波数が低いバイアス電力をサセプタ１１６へ供給する（ステップＳ１０６）。第３の高周波電源１２７は、例えば、３ＭＨｚ以下のバイアス電力を、整合器１２５を介してサセプタ１１６に供給する。
【００５０】
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置１００の制御部１５２は、第３の高周波電源１２７からサセプタ１１６にバイアス電力を供給することによって、処理空間１３４において生成されるイオンをウェハＷへ引き込む。これにより、ウェハＷへ引き込まれるイオンのエネルギー（Ｅｉ）が増加する。
【００５１】
続いて、プラズマ処理装置１００は、バイアス電力を増加させる（ステップＳ１０７）。プラズマ処理装置１００は、例えば、ウェハＷに含まれるシリコン酸化膜ＯＸに対してイオンを引き込む電力の範囲まで、バイアス電力を増加させる。
【００５２】
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置１００の制御部１５２は、第３の高周波電源１２７からサセプタ１１６に供給されるバイアス電力を増加させることによって、ウェハＷへ引き込まれるイオンのエネルギー（Ｅｉ）を予め定められた範囲内まで増加させる。これにより、エッチングレート等のウェハＷの処理特性が向上する。
【００５３】
以上説明されたプラズマ処理方法によって、図５に示すように、ハードマスクＨＭを介してシリコン酸化膜ＯＸがエッチングされる。これにより、シリコン酸化膜ＯＸにホールＨＬが形成される。ホールＨＬは、凹部の一例である。ホールＨＬのアスペクト比は、４０以上である。なお、ホールＨＬの幅をＤＭとし、ホールＨＬの深さ（すなわち、ハードマスクＨＭの表面からホールＨＬの底までの距離）をＤＰとすると、アスペクト比は、ＤＰ／ＤＭで表される。
【００５４】
次に、第１の実施形態のプラズマ処理装置１００を用いたプラズマ処理方法に関して、更に詳細に説明する。第１の実施形態のプラズマ処理装置１００を用いたプラズマ処理方法の説明の前に、その前提となる容量結合型プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法について説明する。ここでは、容量結合型プラズマ処理装置は、単一の高周波電源を用いてプラズマ生成用の高周波バイアス電力を供給するものとする。図６は、容量結合型プラズマ処理装置を用いた場合のアスペクト比とフルオロカーボン系ガスのプラズマのイオン及びラジカルのフラックスの関係を示すグラフである。図７は、ホール内におけるラジカルとイオンの挙動を示す図である。図６に示すグラフは、計算シミュレーションにより取得されたデータから作成されたものである。図６のグラフの横軸は、ホールのアスペクト比を示しており、縦軸は、ホールの底におけるイオン又はラジカルのフラックスを、ハードマスクの表面におけるイオン又はラジカルのフラックスで除した値を示している。
【００５５】
図６に示すように、容量結合型のプラズマ処理装置においては、ホールのアスペクト比が低くても、ラジカルは、ホールの深部に到達しなくなる。また、ホールを画成する側壁面に対する吸着確率が小さい低次のラジカルは、高次のラジカルに比べて、ホールの深部まで到達することができる。即ち、図７の（ａ）に示すように、高次のラジカル（図中、円で囲まれた「ａ」で示している）は、ホールＨＬを画成するハードマスクＨＭの側壁面又はシリコン酸化膜ＯＸの側壁面の上部に吸着し、ホールＨＬの深部に到達しない。一方、低次のラジカル（図中、円で囲まれた「ｂ」で示している）は、比較的深くまでホールＨＬの内部に進入し得る。
【００５６】
一方、図６に示すように、イオンは、アスペクト比が４０以下のホールであれば、その深部まで到達する。しかしながら、アスペクト比が４０を超えると、ホールの深部まで到達するイオンの量が減少する。また、高周波バイアス電力の電圧、即ち、ＬＦ  Ｖｐｐが大きいほど、ホールの深部まで到達するイオンの量が多くなる。これは、ＬＦ  Ｖｐｐが大きいほど、イオンのエネルギーが大きくなり、鉛直方向に対するイオンの入射角度（図７の（ｂ）に示す角度θ）の分布が小さくなるからである。
【００５７】
したがって、イオンのエネルギーを増加させ、且つ、イオンのフラックスを増加させることで、４０以上の高いアスペクト比のホールをウェハＷに形成することが可能であるものと考えられる。しかしながら、ハードマスクＨＭのエッチングレートは、イオンのエネルギーとイオンのフラックスに応じて増加する。したがって、イオンのエネルギーとイオンのフラックスの双方を増加させると、ハードマスクＨＭのエッチングレートが高くなる。即ち、ハードマスクＨＭのエッチングに対するシリコン酸化膜ＯＸのエッチングの選択比が低下する。一方、シリコン酸化膜ＯＸのエッチングレートは、主としてイオンエネルギーに応じて増加する。したがって、ハードマスクＨＭのエッチングを抑制しつつ、４０以上の高いアスペクト比のホールをウェハＷに形成するためには、イオンのエネルギーを高め、且つ、イオンフラックスを減少させる必要がある。
【００５８】
イオンのエネルギーを高め、且つ、イオンフラックスを減少させる方法としては、プラズマ生成用の高周波バイアス電力を小さくする方法が考えられる。図８は、プラズマ生成用の高周波バイアス電力、即ち、ＨＦ  Ｐｏｗｅｒに応じたプラズマの特性の変化を示すグラフを示している。
【００５９】
具体的に、図８の（ａ）には、ＨＦ  Ｐｏｗｅｒ（横軸）と、イオンフラックス（縦軸）との関係が示されている。また、図８の（ｂ）には、ＨＦ  Ｐｏｗｅｒ（横軸）と、ＣＦラジカル（ＣＦ＊）の発光強度、及びフッ素ラジカル（Ｆ＊）の発光強度の各々との関係が示されている。図８の（ｂ）の各ラジカルの発光強度は、発光分光計測（ＯＥＳ）によって取得されたものである。図８の（ｂ）の縦軸の発光強度は、ＨＦ  Ｐｏｗｅｒが２０００Ｗのときに計測された発光強度で規格化した発光強度である。
【００６０】
図８の（ａ）に示すように、高周波電力ＨＦ  Ｐｏｗｅｒを減少させると、イオンフラックスが少なくなることが確認される。しかしながら、図８の（ｂ）に示すように、高周波電力ＨＦ  Ｐｏｗｅｒを減少させると、ＣＦラジカルおよびフッ素ラジカルといった低次のラジカルが減少する。すなわち、プラズマ生成用の高周波バイアス電力が減少すると、ラジカルの量及びイオンの量が共に減少し、かつ、被処理体に引き込まれるイオンのエネルギーが減少する。このため、単一の高周波電源を用いてプラズマ生成用の高周波バイアス電力を供給する容量結合型プラズマ処理装置では、イオンのエネルギーを高め、且つ、イオンフラックスを減少させることが困難である。
【００６１】
これに対して、第１の実施形態のプラズマ処理装置１００は、２つの高周波電源を用いて、プラズマ生成用の高周波電力と、バイアス用の高周波電力とを独立に供給することによって、イオンのエネルギー及びイオンの量を調整する。すなわち、第１の実施形態のプラズマ処理装置１００は、第２の高周波電源１２６からサセプタ１１６に供給されるプラズマ生成電力を減少させることによって、処理空間１３４において生成されるイオンの量を予め定められた範囲内で調整する。また、プラズマ処理装置１００は、第３の高周波電源１２７からサセプタ１１６に供給されるバイアス電力を増加させることによって、ウェハＷへ引き込まれるイオンのエネルギーを予め定められた範囲内で調整する。
【００６２】
図９は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法の一例を説明するための図である。図９において、横軸は、ウェハＷへ引き込まれるイオンのエネルギー（Ｅｉ）を示し、縦軸は、ホールの底におけるイオンのフラックス（Γｉ）を示している。図９に示す範囲Ａは、アスペクト比が４０以上であるホールＨＬを形成するために予め定められた、イオンのエネルギー（Ｅｉ）及びイオンのフラックス（Γｉ）の範囲であるものとする。すなわち、範囲Ａは、イオンのエネルギー（Ｅｉ）が比較的に高く、かつ、イオンのフラックス（Γｉ）が比較的に少ない範囲である。プラズマ処理装置１００は、第２の高周波電源１２６からサセプタ１１６に供給されるプラズマ生成電力を減少させることによって、処理空間１３４において生成されるイオンの量を予め定められた範囲内で調整する。これにより、ホールＨＬの底におけるイオンのフラックス（Γｉ）は、図９に示すように、範囲Ａまで減少する。また、プラズマ処理装置１００は、第３の高周波電源１２７からサセプタ１１６に供給されるバイアス電力を増加させることによって、ウェハＷへ引き込まれるイオンのエネルギーを予め定められた範囲内で調整する。これにより、ウェハＷへ引き込まれるイオンのエネルギー（Ｅｉ）は、図９に示すように、範囲Ａまで増加する。したがって、単一の高周波電源を用いてプラズマ生成用の高周波バイアス電力を供給する容量結合型プラズマ処理装置と比較して、プラズマ処理装置１００は、イオンのエネルギーを容易に高め、且つ、イオンのフラックスを容易に減少させることが可能である。結果として、ウェハＷに含まれるシリコン酸化膜ＯＸには、アスペクト比が４０以上であるホールＨＬが形成される。
【００６３】
以上、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１００において、グリッド電極１２８は、ウェハＷをプラズマ処理するための処理空間１３４と、非処理空間であるプラズマ生成空間１３２とに処理容器１０４内を仕切る。そして、グリッド電極１２８は、プラズマ生成空間１３２から処理空間１３４へ向かうラジカル及びイオンのうちラジカルを透過し、かつイオンを捕捉する。そして、第２の高周波電源１２６は、第２ガス供給源１５０から処理空間１３４に供給される堆積ガスをプラズマ化する高周波電力をサセプタ１１６に供給することによって、グリッド電極１２８により処理空間１３４へ透過されるラジカルとは別に、処理空間１３４においてラジカル及びイオンを生成する。そして、第３の高周波電源１２７は、第２の高周波電源１２６から供給される第２プラズマ生成電力よりも周波数が低い高周波電力をサセプタ１１６に供給することによって、処理空間１３４において生成されるイオンをウェハＷへ引き込む。このため、第１の実施形態によれば、イオンのエネルギーを高め、且つ、イオンのフラックスを減少させることが可能である。換言すれば、第１の実施形態によれば、イオンのフラックスを減少させてウェハＷに含まれるハードマスクＨＭのエッチングを抑制し、かつ、イオンのエネルギーを高めてウェハＷに含まれるシリコン酸化膜ＯＸのエッチングレートを増加させることが可能である。その結果、第１の実施形態によれば、被処理体の所望の処理特性を維持しつつ、選択比を向上することが可能である。
【００６４】
また、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、第２の高周波電源１２６からサセプタ１１６に供給される高周波電力を減少させることによって、処理空間１３４において生成されるイオンの量を予め定められた範囲内まで減少させる。そして、プラズマ処理装置１００は、第３の高周波電源１２７からサセプタ１１６に供給される高周波電力を増加させることによって、被処理体へ引き込まれるイオンのエネルギーを予め定められた範囲内まで増加させる。その結果、第１の実施形態によれば、単一の高周波電源を用いてプラズマ生成用の高周波バイアス電力を供給する容量結合型プラズマ処理装置と比較して、イオンのエネルギーを容易に高め、且つ、イオンのフラックスを容易に減少させることが可能である。
【００６５】
また、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、エッチングガスをプラズマ生成空間１３２に供給し、堆積ガスを処理空間１３４に供給する。このため、第１の実施形態によれば、ウェハＷに含まれるハードマスクＨＭに保護膜としての堆積物を堆積させることができる。その結果、第１の実施形態によれば、ハードマスクＨＭに対するシリコン酸化膜ＯＸの選択比をさらに向上することができる。
【００６６】
また、第１の実施形態において、シリコン酸化膜ＯＸに形成されるホールＨＬのアスペクト比は、４０以上である。その結果、第１の実施形態によれば、いわゆるＨＡＲＣ（High  Aspect  Ratio  Contact）プロセスにも対応可能である。
【００６７】
また、第１の実施形態において、エッチングガスは、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ８、Ｃ３Ｆ８及びＣＨ３Ｆの少なくともいずれか一つを含む。その結果、第１の実施形態によれば、比較的に付着係数が低いエッチングガスを用いて、ウェハＷに含まれるシリコン酸化膜ＯＸを効率的にエッチングすることができる。
【００６８】
また、第１の実施形態において、堆積ガスは、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８及びＣ６Ｆ６の少なくともいずれか一つを含む。その結果、第１の実施形態によれば、ハードマスクＨＭに対するシリコン酸化膜ＯＸの選択比をさらに向上することができる。
【００６９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置２００について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略的な断面図である。第２の実施形態に係るプラズマ処理装置は、グリッド電極１２８の構造、処理空間１３４への第２の処理ガスの供給態様等が図１に示したプラズマ処理装置１００と異なるだけであり、その他の構成は図１と同様である。したがって、図１に示したプラズマ処理装置１００と同様の構成については、説明を省略する。
【００７０】
図１０に示すように、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置２００において、グリッド電極１２８は、仕切り板１２８ｃと、管状の部材１２８ｄと、電極板１２８ｅとを有する。
【００７１】
仕切り板１２８ｃは、処理容器１０４内に取り付けられ、処理空間１３４と、非処理空間であるプラズマ生成空間１３２とに処理容器１０４を仕切る板である。
【００７２】
管状の部材１２８ｄは、仕切り板１２８ｃから処理空間１３４へ延びる。管状の部材１２８ｄは、内部の孔を用いて、ラジカルを透過し、かつ、イオンを捕捉する。
【００７３】
電極板１２８ｅは、管状の部材１２８ｄを処理空間１３４へ貫通させた状態で、仕切り板１２８ｃと所定の空間１２８ｅ−０を空けて重合するように処理容器１０４内に取り付けられる。電極板１２８ｅは、管状の部材１２８ｄとは独立した貫通孔１２８ｅ−１を有する。貫通孔１２８ｅ−１は、重合された仕切り板１２８ｃと電極板１２８ｅとの間に形成される空間１２８ｅ−０と、処理空間１３４とを連通させる。
【００７４】
電極板１２８ｅの面のうち仕切り板１２８ｃとは反対側の面であって、処理空間１３４に対向する面には、シリコン含有膜１２８ｅ−２が形成されている。
【００７５】
また、重合された仕切り板１２８ｃと電極板１２８ｅとの間に形成される空間１２８ｅ−０には、第２ガス供給管１４４が連通されている。第２ガス供給管１４４には、第２開閉バルブ１４６および第２ガス流量調整バルブ１４８を介して、第２ガス供給源１５０が接続されている。
【００７６】
第２ガス供給源１５０は、第２ガス供給管１４４、空間１２８ｅ−０及び電極板１２８ｅの貫通孔１２８ｅ−１を介して処理空間１３４に第２の処理ガスを供給する。例えば、第２ガス供給源１５０は、ウェハＷに含まれるシリコン酸化膜がエッチングされる場合には、第２の処理ガスとして堆積ガスを処理空間１３４に供給する。
【００７７】
以上、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置２００において、第２ガス供給源１５０は、重合された仕切り板１２８ｃと電極板１２８ｅとの間に形成される空間１２８ｅ−０及び電極板１２８ｅの貫通孔１２８ｅ−０を介して、処理空間１３４に堆積ガスを供給する。堆積ガスは、空間１２８ｅ−０において均一に拡散された状態で、電極板１２８ｅの貫通孔１２８ｅ−１を介して処理空間１３４に導入される。このため、第２の実施形態によれば、ウェハＷに含まれるハードマスクＨＭに保護膜としての堆積物を均一に堆積させることができる。その結果、第２の実施形態によれば、ハードマスクＨＭに対するシリコン酸化膜ＯＸの選択比をさらに向上することができる。
【００７８】
また、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置２００において、電極板１２８ｅの面のうち仕切り板１２８ｃとは反対側の面であって、処理空間１３４に対向する面には、シリコン含有膜１２８ｅ−２が形成されている。その結果、第２の実施形態によれば、ハードマスクＨＭに対するシリコン酸化膜ＯＸの選択比を低下させる要因となるフッ素ラジカルをシリコン含有膜１２８ｅ−２によりＳｉＦ４として捕捉することが可能となる。なお、上述した実施形態において、プラズマ生成空間１３２のプラズマが、高周波アンテナによる誘導結合プラズマであったが、これに限定されない。プラズマ生成空間１３２のプラズマは、容量結合プラズマやマイクロ波プラズマであってもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１００、２００  プラズマ処理装置
１０２  処理室
１０４  処理容器
１０８  誘電体壁
１１０  高周波アンテナ
１１４  第１の高周波電源
１１６  サセプタ（下部電極）
１２６  第２の高周波電源
１２７  第３の高周波電源
１２８  グリッド電極
１３２  プラズマ生成空間
１３４  処理空間
１３６  第１ガス供給管
１４０  第１ガス流量調整バルブ
１４２  第１ガス供給源
１４４  第２ガス供給管
１４８  第２ガス流量調整バルブ
１５０  第２ガス供給源
１５２  制御部
１５４  排気管
１６０  排気機構
Ｗ  ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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