(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコン酸化膜をハードマスクを介してエッチングすることにより、被処理体に５０以上のアスペクト比を有する空間を形成するエッチング方法の提供。【解決手段】（ａ）下部電極を構成する載置台と上部電極とを有する容量結合型のプラズマ処理装置の処理容器内において、被処理体をフルオロカーボン系のガスのプラズマに晒す第１工程と、（ｂ）下部電極を構成する載置台と上部電極とを有する容量結合型のプラズマ処理装置の処理容器内において、フルオロカーボン系のガスのプラズマに被処理体を更に晒す第２工程と、を含む。この方法では、第２工程における載置台と上部電極との間の距離は、第１工程における載置台と上部電極との間の距離の５／３倍以上に設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン酸化膜をハードマスクを介してエッチングすることにより、該シリコン酸化膜及び該ハードマスクを有する被処理体に５０以上のアスペクト比を有する空間を形成するエッチング方法であって、
下部電極を構成する載置台と上部電極とを有する容量結合型のプラズマ処理装置の処理容器内において、前記被処理体をフルオロカーボン系のガスのプラズマに晒す第１工程と、
下部電極を構成する載置台と上部電極とを有する容量結合型のプラズマ処理装置の処理容器内において、フルオロカーボン系のガスのプラズマに前記被処理体を更に晒す第２工程と、
を含み、
前記第２工程における前記載置台と前記上部電極との間の距離は、前記第１工程における前記載置台と前記上部電極との間の距離の５／３倍以上である、
エッチング方法。
【請求項２】
前記第２工程における前記載置台と前記上部電極との間の距離は、５０ｍｍ以上である、請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記第１工程は、前記シリコン酸化膜に４０以下のアスペクト比の空間が形成されるまで行われる、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記第１工程及び前記第２工程にわたる期間において前記処理容器内に供給されるガスのガス種が変更されない、請求項１〜３の何れか一項に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記第１工程及び前記第２工程にわたる期間においてシリコン含有ガスが前記処理容器内に供給されない、請求項１〜３の何れか一項に記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、エッチング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、プラズマエッチングによって、シリコン酸化膜に深いホールが形成されることがある。このような半導体デバイスの一例としては、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリがある。
【０００３】
また、半導体デバイスの高集積化に伴い、シリコン酸化膜に形成されるホールのアスペクト比は益々高くなっている。このような高アスペクト比を達成する方法としては、米国特許第７９７７３９０号明細書に記載された方法が知られている。この方法では、マスク及びシリコン酸化膜の側壁にシリコンを含む保護膜を堆積させる工程と、シリコン酸化膜をエッチングする工程とが、交互に繰り返される。この方法は、保護膜を堆積させることでマスクを保護することにより、深いホールを形成することを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７９７７３９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、シリコン酸化膜のエッチングによって被処理体に形成されるホールのアスペクト比は、５０以上の領域に達しつつある。しかしながら、かかる領域のアスペクト比をもつホールの形成に上述した従来の方法を用いると、保護膜がマスクの開口を塞いでしまうことがある。更には、活性種がホールの深部まで到達しなくなり、エッチングが進行しなくなるといった事態が生じる。
【０００６】
したがって、シリコン酸化膜をエッチングすることにより、５０以上のアスペクト比の空間を被処理体に形成するエッチング方法が必要となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一側面においては、シリコン酸化膜をハードマスクを介してエッチングすることにより、該シリコン酸化膜及び該ハードマスクを有する被処理体に５０以上のアスペクト比を有する空間を形成するエッチング方法が提供される。即ち、ハードマスクの表面からシリコン酸化膜まで続く５０以上のアスペクト比の空間を形成するために、シリコン酸化膜をエッチングする方法が提供される。この方法は、（ａ）下部電極を構成する載置台と上部電極とを有する容量結合型のプラズマ処理装置の処理容器内において、前記被処理体をフルオロカーボン系のガスのプラズマに晒す第１工程と、（ｂ）下部電極を構成する載置台と上部電極とを有する容量結合型のプラズマ処理装置の処理容器内において、フルオロカーボン系のガスのプラズマに前記被処理体を更に晒す第２工程と、を含む。この方法では、第２工程における載置台と上部電極との間の距離は、第１工程における載置台と上部電極との間の距離の５／３倍以上に設定される。一形態においては、第２工程における載置台と上部電極との間の距離は、５０ｍｍ以上である。
【０００８】
第１工程では、ある一定の深さの空間が被処理体に形成されるまで、例えば、被処理体に形成される空間が４０以下のアスペクト比の一定の深さに達するまで、シリコン酸化膜がエッチングされる。続く第２工程においては、第１工程における載置台と上部電極との間の距離よりも大きい載置台と上部電極との間の距離の下で、シリコン酸化膜が更にエッチングされる。載置台と上部電極との間の距離を大きくすると、生成される活性種の種別の変動を抑制しつつ、即ち、低次の活性種の生成を維持しつつ、イオンエネルギーを大きくし、且つ、イオンフラックスを少なくすることが可能である。ここで、ハードマスク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。また、高いアスペクト比の空間の深部における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、本方法によれば、ハードマスクのエッチングを抑制しつつ、５０以上の高いアスペクト比の空間をシリコン酸化膜に形成することができる。また、高次の活性種は、ホールの深部まで到達することができず、横方向、即ち、空間の深さ方向に直交する方向においてシリコン酸化膜の上部をエッチングするが、低次の活性種は、当該空間の深部まで到達し得る。したがって、本方法によれば、シリコン酸化膜に形成される空間が、深さ方向の一部において横方向に広くなる現象、即ち、ボーイングを抑制することができる。
【０００９】
一形態においては、第１工程及び第２工程にわたる期間において処理容器内に供給されるガスのガス種が変更されない。また、一形態においては、第１工程及び第２工程にわたる期間においてシリコン含有ガスが処理容器内に供給されない。即ち、シリコンを含有する保護膜形成用のガスのプラズマを生成せずに、第１工程及び第２工程のエッチングが行われてもよい。これにより、ハードマスクの開口の閉塞を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、シリコン酸化膜をエッチングすることにより、５０以上のアスペクト比の空間を被処理体に形成するエッチング方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。
【図２】被処理体の一例を示す断面図である。
【図３】一実施形態の各工程により作成される被処理体の断面を例示する図である。
【図４】一実施形態の処理システムを示す図である。
【図５】プラズマ処理装置を概略的に示す図である。
【図６】図５に示すバルブ群、流量制御器群、及びガスソース群を詳細に示す図である。
【図７】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８】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９】第１の高周波電源の高周波電力、即ち、ＨＦ  Ｐｏｗｅｒに応じたプラズマの特性の変化、及び、載置台と上部電極の間の距離に応じたプラズマの特性の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は、一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴは、被処理体（以下、「ウエハ」という）のシリコン酸化膜をエッチングする方法である。図２は、被処理体の一例を示す断面図である。図２には、エッチング前の状態のウエハＷが示されている。図２に示すように、ウエハＷは、下地層ＵＬ、シリコン酸化膜ＯＸ、及び、ハードマスクＨＭを有している。シリコン酸化膜ＯＸは、下地層ＵＬ上に設けられている。シリコン酸化膜は、例えば、１５００ｎｍの厚みを有する。ハードマスクＨＭは、シリコン酸化膜ＯＸ上に設けられている。ハードマスクＨＭは、一例においては、多結晶シリコンから構成されている。ハードマスクＨＭは、例えば、７００ｎｍの厚みを有する。また、ハードマスクＨＭには、約３８ｎｍの直径の開口が形成されている。
【００１４】
図１に示す方法ＭＴでは、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とにより、ウエハＷに、アスペクト比が５０以上の空間が形成される。以下、ウエハＷに形成される空間が、ホールであるものとして、説明を続ける。
【００１５】
図１と共に図３を参照する。図３は、一実施形態の各工程により作成される被処理体の断面を例示する図である。方法ＭＴは、工程ＳＴ１（第１工程）及び工程ＳＴ２（第２工程）を含んでいる。工程ＳＴ１では、容量結合型のプラズマ処理装置の処理容器内において、フルオロカーボン系ガスのプラズマにウエハＷが晒されることにより、シリコン酸化膜ＯＸがエッチングされる。図３の（ａ）に示すように、工程ＳＴ１により、ウエハＷには、膜厚方向においてシリコン酸化膜ＯＸの途中まで達するホールＨＬが形成される。具体的には、工程ＳＴ１は、ホールＨＬが、４０以下のアスペクト比となるまで、即ち、ある深さになるまで行われる。ここで、ホールＨＬの幅をＤＭとし、ホールＨＬの深さ、即ち、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で定義される。
【００１６】
続く工程ＳＴ２では、容量結合型のプラズマ処理装置の処理容器内において、フルオロカーボン系ガスのプラズマにウエハＷが更に晒される。工程ＳＴ２においては、プラズマ処理装置の載置台と上部電極との間の距離Ｌ２が、工程ＳＴ１の載置台と上部電極との間の距離Ｌ１の５／３倍以上に設定される。即ち、方法ＭＴでは、工程ＳＴ１の載置台と上部電極との間の距離Ｌ１に対する工程ＳＴ２の載置台と上部電極との間の距離Ｌ２の比が５／３以上に設定される。この方法ＭＴによれば、工程ＳＴ１に続いて工程ＳＴ２を実行することにより、図３の（ｂ）に示すように、５０以上のアスペクト比のホールＨＬを形成することが可能となる。
【００１７】
以下、方法ＭＴの実施に用いることが可能な処理システムについて説明する。図４は、一実施形態の処理システムを示す図である。図４に示す処理システム１００は、台１０２ａ〜１０２ｄ、収容容器１０４ａ〜１０４ｄ、ローダモジュールＬＭ、ロードロックチャンバＬＬ１，ＬＬ２、プロセスモジュールＰＭ１，ＰＭ２、及び、トランスファーチャンバ１１０を備えている。
【００１８】
台１０２ａ〜１０２ｄは、ローダモジュールＬＭの一縁に沿って配列されている。これら台１０２ａ〜１０２ｄの上には、収容容器１０４ａ〜１０４ｄがそれぞれ載置されている。収容容器１０４ａ〜１０４ｄ内には、ウエハＷが収容される。
【００１９】
ローダモジュールＬＭ内には、搬送ロボットＲｂ１が設けられている。搬送ロボットＲｂ１は、収容容器１０４ａ〜１０４ｄの何れかに収容されているウエハＷを取り出して、当該ウエハＷを、ロードロックチャンバＬＬ１又はロードロックチャンバＬＬ２に搬送する。
【００２０】
ロードロックチャンバＬＬ１及びロードロックチャンバＬＬ２は、ローダモジュールＬＭの別の一縁に沿って設けられており、予備減圧室を構成している。ロードロックチャンバＬＬ１及びロードロックチャンバＬＬ２は、トランスファーチャンバ１１０にゲートバルブを介してそれぞれ接続されている。
【００２１】
トランスファーチャンバ１１０は、減圧可能なチャンバであり、当該チャンバ内には搬送ロボットＲｂ２が設けられている。トランスファーチャンバ１１０には、プロセスモジュールＰＭ１及びプロセスモジュールＰＭ２がゲートバルブを介してそれぞれ接続されている。搬送ロボットＲｂ２は、ロードロックチャンバＬＬ１又はロードロックチャンバＬＬ２からウエハＷを取り出して、プロセスモジュールＰＭ１、プロセスモジュールＰＭ２に順に搬送する。
【００２２】
プロセスモジュールＰＭ１及びプロセスモジュールＰＭ２は、容量結合型のプラズマ処理装置である。図５は、プロセスモジュールＰＭ１及びプロセスモジュールＰＭ２として用いられるプラズマ処理装置を概略的に示す図である。なお、プロセスモジュールＰＭ２のプラズマ処理装置は、その載置台と上部電極との間の距離が、プロセスモジュールＰＭ１の載置台と上部電極との間の距離よりも長い点において異なるが、これらプラズマ処理装置は、略同様の構成を有する。したがって、以下では、プロセスモジュールＰＭ１及びプロセスモジュールＰＭ２に関して個別の説明は行わず、図５に示すプラズマ処理装置１０について説明する。
【００２３】
プラズマ処理装置１０は、容量結合型プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２の内壁面は、陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器１２は保安接地されている。
【００２４】
処理容器１２の底部上には、絶縁材料から構成された略円筒上の支持部１４が設けられている。支持部１４は、処理容器１２内において、処理容器１２の底部から鉛直方向に延在している。支持部１４は、処理容器１２内に設けられた載置台ＰＤを支持している。具体的には、図５に示すように、支持部１４は、当該支持部１４の内壁面において載置台ＰＤを支持し得る。
【００２５】
載置台ＰＤは、その上面においてウエハＷを保持する。載置台ＰＤは、下部電極ＬＥ及び静電チャックＥＳＣを有している。下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂは、例えばアルミアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。
【００２６】
第２プレート１８ｂ上には、静電チャックＥＳＣが設けられている。静電チャックＥＳＣは、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。静電チャックＥＳＣの電極には、直流電源２２が電気的に接続されている。静電チャックＥＳＣは、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着することにより、ウエハＷを保持することができる。
【００２７】
第２プレート１８ｂの周縁部上には、ウエハＷのエッジ及び静電チャックＥＳＣを囲むようにフォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、石英から構成され得る。
【００２８】
第２プレート１８ｂの内部には、冷媒流路２４が設けられている。冷媒流路２４は、温調機構を構成している。冷媒流路２４には、外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路２４には、冷媒が循環するよう、供給される。この冷媒の温度を制御することにより、静電チャックＥＳＣによって支持されたウエハＷの温度が制御される。
【００２９】
また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャックＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。
【００３０】
また、プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を備えている。上部電極３０は、載置台ＰＤの上方において、当該載置台ＰＤと対向配置されている。下部電極ＬＥと上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極３０と下部電極ＬＥとの間には、ウエハＷにプラズマ処理を行うための処理空間Ｓが画成されている。
【００３１】
上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。この上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は、処理空間Ｓに面しており、複数のガス吐出孔３４ａを画成している。この電極板３４は、一実施形態では、シリコンから構成されている。
【００３２】
電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
【００３３】
ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介して、ガスソース群４０が接続されている。図６は、図５に示すバルブ群、流量制御器群、及びガスソース群を詳細に示す図である。図６に示すように、ガスソース群４０は、ガスソース４０１〜４０４を含んでいる。ガスソース４０１〜４０４はそれぞれ、フルオロカーボン系ガスのソース、別のフルオロカーボン系ガスのソース、希ガスのソース、及び酸素ガスのソースである。ガスソース４０１によって供給されるフルオロカーボン系ガスは、例えば、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ５Ｆ８ガス、又はＣ６Ｆ６ガスである。ガスソース４０２によって供給されるフルオロカーボン系ガスは、例えば、Ｃ５Ｆ８ガス、Ｃ３Ｆ８ガス、ＣＦ４ガス、又はＣＨＦ３ガスである。また、ガスソース４０３によって供給される希ガスは、Ａｒガス、Ｘｅガス、或いは、Ｈｅガスである。なお、ガスソース４０４は、酸素ガスに代えて、Ｎ２ガスを供給してもよい。
【００３４】
流量制御器群４４は、流量制御器４４１〜４４４を含んでいる。流量制御器４４１〜４４４は、対応のガスソースから供給されるガスの流量を制御する。これら流量制御器４４１〜４４４は、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）であってもよく、ＦＣＳであってもよい。バルブ群４２は、バルブ４２１〜４２４を含んでいる。ガスソース４０１〜４０４はそれぞれ、流量制御器４４１〜４４４及びバルブ４２１〜４２４を介して、ガス供給管３８に接続されている。ガスソース４０１〜４０４のガスは、ガス供給管３８からガス拡散室３６ａに至り、ガス通流孔３６ｂ及びガス吐出孔３４ａを介して処理空間Ｓに吐出される。
【００３５】
図５に戻り、プラズマ処理装置１０は、接地導体１２ａを更に備え得る。接地導体１２ａは、略円筒状をなしており、処理容器１２の側壁から上部電極３０の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。
【００３６】
また、プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
【００３７】
処理容器１２の底部側においては、支持部１４と処理容器１２の内壁との間に排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８の下方において処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１２の側壁にはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
【００３８】
処理容器１２の内壁には、導電性部材（ＧＮＤブロック）５６が設けられている。導電性部材５６は、高さ方向においてウエハＷと略同じ高さに位置するように、処理容器１２の内壁に取り付けられている。この導電性部材５６は、グランドにＤＣ的に接続されており、異常放電防止効果を発揮する。なお、導電性部材５６はプラズマ生成領域に設けられていればよく、その設置位置は図５に示す位置に限られるものではない。
【００３９】
また、プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力を発生する電源であり、２７〜１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの高周波電力を発生する。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。
【００４０】
第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための第２の高周波電力、即ち高周波バイアス電力を発生する電源であり、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、一例においては３．２ＭＨｚの高周波電力を発生する。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。
【００４１】
また、プラズマ処理装置１０は、直流電源７０を更に備えている。直流電源７０は、上部電極３０に接続されている。直流電源７０は、負の直流電圧を発生し、当該直流電圧を上部電極３０に与えることが可能である。直流電源７０に負の直流電圧が与えられると、処理空間Ｓに存在する正イオンが、電極板３４に衝突する。これにより、電極板３４からシリコンが放出される。放出されたシリコンは、ウエハＷの表面に堆積して、ハードマスクＨＭを保護し得る。
【００４２】
また、一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部Ｃｎｔ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１０の各部を制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０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１０の稼働状況を可視化して表示すことができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置１０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１０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。
【００４３】
具体的に、制御部Ｃｎｔは、流量制御器４４１〜４４４、バルブ４２１〜４２４、排気装置５０に制御信号を送出し、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２のエッチング時に処理ガスが処理容器１２内に供給され、且つ、当該処理容器１２内の圧力が設定された圧力となるように、制御を実行する。
【００４４】
また、制御部Ｃｎｔは、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４、並びに、直流電源７０に制御信号を送出し、第１の高周波電源６２の高周波電力の大きさ、第２の高周波電源６４の大きさ、直流電源７０の直流電圧の大きさを制御することができる。
【００４５】
プラズマ処理装置１０をプロセスモジュールＰＭ１及びプロセスモジュールＰＭ２として有する処理システム１００によれば、工程ＳＴ１をプロセスモジュールＰＭ１によって実行し、次いで、真空環境下において、即ち、トランスファーチャンバ１１０を介してプロセスモジュールＰＭ２にウエハＷを搬送し、当該プロセスモジュールＰＭ２によって工程ＳＴ２を実行することができる。なお、プラズマ処理装置が、載置台ＰＤを上部電極３０に対して鉛直方向に相対的に移動させる駆動装置を有している場合には、処理システム１００によらず、一つのプラズマ処理装置を用いて方法ＭＴを実施することが可能である。
【００４６】
以下、方法ＭＴに関して、更に詳細に説明する。図７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７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。
【００４７】
図７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８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。
【００４８】
一方、図７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８の（ｂ）に示す角度θ）の分布が小さくなるからである。
【００４９】
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、５０以上の高いアスペクト比のホールをウエハ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、５０以上の高いアスペクト比のホールをウエハ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。
【００５０】
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、及び、載置台と上部電極の間の距離を大きくする方法が考えられる。図９は、第１の高周波電源の高周波電力、即ち、ＨＦ  Ｐｏｗｅｒに応じたプラズマの特性の変化、及び、載置台と上部電極の間の距離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。
【００５１】
具体的に、図９の（ａ）には、ＨＦ  Ｐｏｗｅｒ（横軸）と、第１の高周波電源６２によって発生される高周波電力に基づく高周波電圧（ＨＦ  Ｖｐｐ）、第２の高周波電源６４によって発生された高周波バイアス電力に基づく高周波電圧（ＬＦ  Ｖｐｐ）、及び、上部電極３０から直流電源７０に流入する電流ＤＣＩの各々との関係が示されている。電流ＤＣＩは、イオンフラックスを反映する。即ち、イオンフラックスが多いほど、ＤＣＩは大きくなる。また、図９の（ｂ）には、ＨＦ  Ｐｏｗｅｒ（横軸）と、ＣＦ２ラジカル（ＣＦ２＊）の発光強度、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９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９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。
【００５２】
図９の（ｃ）には、載置台ＰＤ（静電チャックＥＳＣの上面）と上部電極３０の間の距離（横軸：Ｇａｐ）と、高周波電圧ＨＦ  Ｖｐｐ、高周波電圧ＬＦ  Ｖｐｐ、及び電流ＤＣＩの各々との関係が示されている。また、図９の（ｄ）には、載置台ＰＤ（静電チャックＥＳＣの上面）と上部電極３０の間の距離（横軸：Ｇａｐ）と、ＣＦ２ラジカル（ＣＦ２＊）の発光強度、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９の（ｄ）の各発光強度は、発光分光計測（ＯＥＳ）によって取得されたものである。図９の（ｄ）の縦軸の発光強度は、距離Ｇａｐが４０ｍｍ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。
【００５３】
図９の（ａ）に示すように、高周波電力ＨＦ  Ｐｏｗｅｒを減少させると、高周波電圧ＬＦ  Ｖｐｐが大きくなること、即ち、イオンのエネルギーが大きくなることが確認される。また、高周波電力ＨＦ  Ｐｏｗｅｒを減少させると、電流ＤＣＩが小さくなること、即ち、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９の（ａ）に示すように、高周波電力ＨＦ  Ｐｏｗｅｒを減少させると、高周波電圧ＨＦ  Ｖｐｐが減少して、処理空間Ｓ内の電子温度が変化する。その結果、図９の（ｂ）に示すように、ＣＦ２ラジカルといった高次のラジカルが増加し、フッ素ラジカルといった低次のラジカルが減少する。高次のラジカルは分子量が大きいために付着係数が高く、ホールＨＬの内部までに到達するまでに消費されてしまう。したがって、高次のラジカルの増加はＣＦ（フルオロカーボン）堆積物によるホール内部の側壁保護の効果を弱くし、結果としてボーイングの悪化につながる。したがって、高周波電力ＨＦ  Ｐｏｗｅｒを減少させることにより、ホールＨＬのアスペクト比を高めることは可能であるが、ハードマスクＨＭの直下においてボーイングが発生することとなる。
【００５４】
一方、図９の（ｃ）に示すように、載置台ＰＤと上部電極３０の間の距離Ｇａｐを増加させると、高周波電圧ＨＦ  Ｖｐｐの変化を抑制しつつ、高周波電圧ＬＦ  Ｖｐｐを増加させ、電流ＤＣＩを減少させることができる。より具体的には、距離Ｇａｐを５０ｍｍ以上とすることで、５０００Ｖを超えるＬＦ  Ｖｐｐが得られ、１Ａより小さなＤＣＩが得られている。したがって、距離Ｇａｐを５０ｍｍ以上とすることにより、イオンのエネルギーを高め、且つ、イオンのフラックスを少なくすることができる。また、図９の（ｄ）に示すように、距離Ｇａｐを５０ｍｍ以上とすることにより、高次のラジカルを減少させて、低次のラジカルを増加させることが可能となる。低次のラジカルは分子量が小さいために付着係数が低く、ホールＨＬの内部までに到達することができるので、低次のラジカルの増加はＣＦ堆積物によるホール内部の側壁保護の効果はホール底部まで及び、結果としてボーイングの抑制が可能となる。したがって、上部電極３０と載置台ＰＤの間の距離Ｇａｐを５０ｍｍ以上とすることにより、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の低下を抑制しつつ、５０以上のアスペクト比のホールを形成することが可能となり、且つ、ボーイングの発生を抑制することが可能となる。
【００５５】
方法ＭＴは、以上説明した原理に基づくものであり、アスペクト比が小さいホールＨＬを形成している期間には、イオンとラジカルの双方によって、シリコン酸化膜ＯＸのエッチングを行い、エッチングレートを高める。即ち、ホールのアスペクト比が４０以下である間には、工程ＳＴ１によってシリコン酸化膜ＯＸのエッチングが行われる。例えば、ウエハＷの直径が３００ｍｍの場合には、工程ＳＴ１において、載置台、即ち静電チャックの表面と上部電極の間の距離は、３０ｍｍに設定される。続く工程ＳＴ２では、載置台と上部電極の間の距離が、工程ＳＴ１での載置台と上部電極の距離よりも５／３倍以上の距離に設定されて、シリコン酸化膜ＯＸがエッチングされる。例えば、ウエハＷの直径が３００ｍｍの場合には、工程ＳＴ２では、載置台と上部電極の距離は、５０ｍｍ以上に設定される。これにより、５０以上のアスペクト比のホールＨＬを、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の低下を抑制しつつ、形成することが可能となる。また、ボーイングの発生を抑制することが可能となる。なお、上述したように、工程ＳＴ１の載置台と上部電極の距離に対する工程ＳＴ２の載置台と上部電極の間の距離の比は、５／３倍以上であるが、工程ＳＴ２の載置台と上部電極の間の距離の下限値は５０ｍｍに限定されるものでなく、例えば、ウエハＷの直径に応じて適宜設定され得る。
【００５６】
また、方法ＭＴでは、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２にわたる期間において、ガス種を変更せずにプラズマが生成される。即ち、方法ＭＴでは、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２にわたる期間において、シリコン含有ガスを用いてウエハＷの表面に保護膜を形成する処理を行うことなく、ホールＨＬを形成することができる。したがって、保護膜によるハードマスクＨＭの開口の閉塞を抑制することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、２２…直流電源、３０…上部電極、３４…電極板、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、７０…直流電源、ＰＤ…載置台、ＥＳＣ…静電チャック、ＬＥ…下部電極、１００…処理システム、１１０…トランスファーチャンバ、ＰＭ１，ＰＭ２…プロセスモジュール、Ｗ…ウエハ、ＨＭ…ハードマスク、ＯＸ…シリコン酸化膜、ＨＬ…ホール。
【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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