(57)【要約】【課題】フィン型電界効果トランジスタのダミーゲートを形成する際に、選択比を確保しつつエッチングの加工精度を一層向上させるエッチングする方法を提供する。【解決手段】被処理体を用いてフィン型電界効果トランジスタのダミーゲートを形成するための方法である。エッチング工程では、表面波プラズマを用いて、複数のフィンの間に堆積されたゲート材料をエッチングする。エッチング工程の圧力は、５０ｍＴｏｒｒ（６．６７Ｐａ）以上である。エッチング工程において、被処理体を載置する載置台に印加される電力は、周波数が１０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下で、パルスの周期におけるＯＮ時間の割合であるデューティー比が５０％以下となるようにパルス変調する。【選択図】図９
2015037091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフィンを有するフィン構造、前記複数のフィン上に形成されたマスク、及び、前記フィン構造上に堆積されたゲート材料を有する被処理体を用いてフィン型電界効果トランジスタのダミーゲートを形成するためのエッチング方法であって、
前記マスクの上面が露出するまで前記ゲート材料をエッチングする第１エッチング工程と、
表面波プラズマを用いて、前記複数のフィンの間に堆積された前記ゲート材料をエッチングする第２エッチング工程と、
を備え、
前記第２エッチング工程の圧力は、５０ｍＴｏｒｒ（６．６７Ｐａ）以上であり、
前記第２エッチング工程において、前記被処理体を載置する載置台に印加される電力は、周波数が１０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下で、パルスの周期におけるＯＮ時間の割合であるデューティー比が５０％以下となるようにパルス変調されている、
エッチング方法。
【請求項２】
前記第１エッチング工程では、前記載置台に印加される電力をパルス変調することなく前記ゲート材料をエッチングする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記第１エッチング工程及び前記第２エッチング工程は、表面波プラズマを用いて同一の処理容器内で連続して行われる請求項１又は２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、異なる半導体材料から構成された複数の領域のうち、一部の領域を選択的にプラズマエッチングする処理が行われる（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
特許文献１には、被処理体のパターニングマスクを用いて、該被処理体のエッチング層をプラズマエッチングする方法が記載されている。この方法では、プラズマ電力のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを周期的に切り替えるとともに、該プラズマ電力の周期に同期させたパルス状のバイアス電力を載置台へ印加して、エッチングする。プラズマ電力がＯＮ状態かつバイアス電力がＯＮ状態のときに、反応領域がエッチングされるとともに反応副生成物が反応領域に生成され、プラズマ電力がＯＦＦ状態かつバイアス電力がＯＦＦ状態のときに、反応副生成物が反応領域から排出される。これにより、デバイス構造の粗密に依存することなく、エッチングレートを一定にする。なお、特許文献１には、連続する１つのＯＮ状態及び１つのＯＦＦ状態を一周期とすると、一周期に占めるＯＮ状態の割合は、５−９５％又は６５−７５％であってもよいことが記載されている。
【０００４】
また、特許文献１には、連続的にプラズマ電力を供給してエッチングする工程と、プラズマ電力及びバイアス電力をパルス状にしてエッチングする工程とを組み合わせた手法も記載されている。連続的にプラズマ電力を供給してエッチングする工程では、プラズマ源として、電子サイクロトロン共鳴プラズマ、ヘリコン波プラズマ、誘導結合プラズマ又は表面波プラズマを用いることが記載されている。
【０００５】
特許文献２には、被処理体のパターニングマスクを用いて、該被処理体のエッチング層をプラズマエッチングする方法が記載されている。プラズマ源として、マイクロ波プラズマを用い、比較的低い電子温度及び比較的高い電子密度でプラズマ処理し、被処理体へのプラズマダメージを抑制することが記載されている。
【０００６】
特許文献２の方法では、載置台を介して被処理体へ供給されるバイアスの電力を、停止及び供給を繰り返して間欠的に供給する。そして、特許文献２には、間欠的に供給されるバイアス電力のデューティー比及び周波数の条件が記載されている。ここで、デューティー比は、交流のバイアス電力の供給時間及び停止時間を足し合わせた時間をトータル時間とすると、トータル時間に対する供給時間の比のことである。特許文献２には、デューティー比を０．５よりも高く、かつ、１よりも低くすることによって、所望の形状を正確にエッチングすることができると記載されている。具体的には、マスク層の上部に形成された保護膜（反応副生成物）の厚さ及び硬さが、溝の底壁に形成される保護膜（副生成物）の厚さ及び硬さよりも厚くかつ硬くなるため、垂直方向へエッチングすることができると記載されている。さらに、バイアスの電力の周波数を１０Ｈｚ〜３０Ｈｚとすることによって、マスクの間隔の広狭に関わらずエッチングレートをより均一にすることができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７７１８５３８号明細書
【特許文献２】特開２０１２−８４８７２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のエッチング方法は、半導体デバイスの小型化に伴って要求される微細化を実現するために改善の余地がある。例えば、近年採用されているフィン型電界効果トランジスタにあっては、凸形状のフィンの間に形成されたゲート材料を、フィン上に設けられたマスクを用いてエッチングする必要がある。このフィン部分の構造は極めて微細であることから、選択比を確保しつつエッチングの加工精度を一層向上させることが要求されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明の一側面に係るエッチング方法は、被処理体を用いてフィン型電界効果トランジスタのダミーゲートを形成するための方法である。被処理体は、フィン構造、マスク及びゲート材料を有する。フィン構造は、複数のフィンを有する。マスクは、複数のフィン上に形成されている。ゲート材料は、フィン構造上に堆積されている。該方法は、第１エッチング工程及び第２エッチング工程を含む。第１エッチング工程では、マスクの上面が露出するまでゲート材料をエッチングする。第２エッチング工程では、表面波プラズマを用いて、複数のフィンの間に堆積されたゲート材料をエッチングする。ここで、第２エッチング工程の圧力は、５０ｍＴｏｒｒ（６．６７Ｐａ）以上である。そして、第２エッチング工程において、被処理体を載置する載置台に印加される電力は、周波数が１０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下で、パルスの周期におけるＯＮ時間の割合であるデューティー比が５０％以下となるようにパルス変調されている。
【００１０】
この方法では、微細加工が要求されるフィン間のゲート材料をエッチングする第２エッチング工程において、表面波プラズマを利用する。表面波プラズマを用いることで、５０ｍＴｏｒｒ（６．６７Ｐａ）以上の高圧力でもプラズマを生成することができる。そして、５０ｍＴｏｒｒ（６．６７Ｐａ）以上の圧力条件下とすることで、イオンをシース内で少なくとも１回は中性粒子と衝突させて、エネルギーを損失させることができる。すなわち、高圧力条件下とすることにより、試料にダメージを与えない微量なソフトエッチングが可能となり、マスク及びゲート材料の選択比を向上させることができる。さらに、他のプラズマ源よりも低いプラズマの電子温度となる表面波プラズマを用いることで、副生成物が被処理体に付着することなく排気されるため、副生成物の影響を小さくすることができる。また、載置台に印加される電力をパルス変調することで、パルスのＯＦＦ時間に被処理体の表面が再酸化されるため、マスク及びゲート材料の選択比を向上させることができる。特に、電力の周波数を１０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下とし、載置台に印加される電力を、パルスの周期におけるＯＮ時間の割合であるデューティー比が５０％以下となるようにパルス変調することにより、十分な副生成物の排気時間を確保することできるため、副生成物が側壁に付着することを回避することが可能となる。さらに、副生成物を十分に排気することで、副生成物がフィン間に介在してエッチングを妨げることを回避することができる。よって、選択比を確保しつつ、エッチングの垂直性を向上させることが可能となる。
【００１１】
一実施形態では、第１エッチング工程では、載置台に印加される電力をパルス変調することなくゲート材料をエッチングしてもよい。これにより、フィン間のゲート材料のエッチングより前においては、選択比及び形状を重視したプロセス条件とは異なる条件でエッチングすることができる。このように、被処理体の構造に応じたプロセス条件を設定することが可能となる。
【００１２】
一実施形態では、第１エッチング工程及び第２エッチング工程は、表面波プラズマを用いて同一の処理容器内で連続して行われてもよい。このように構成することで、スループットを確保しながらフィン型電界効果トランジスタのダミーゲートを形成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一側面及び実施形態によれば、フィン型電界効果トランジスタのダミーゲートを形成する際に、選択比を確保しつつ加工精度を一層向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に係るエッチング方法に用いられるプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。
【図２】スロット板の一例を示す平面図である。
【図３】誘電体窓の一例を示す平面図である。
【図４】図３のＩＸ−ＩＸ線に沿ってとった断面図である。
【図５】図３に示す誘電体窓上に図２に示すスロット板を設けた状態を示す平面図である。
【図６】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７】バイアス電力のパルス変調を説明する図である。
【図８】パルス変調による副生成物の排気を説明するための図である。
【図９】一実施形態に係るエッチング方法である。
【図１０】フィン型電界効果トランジスタの一例である。
【図１１】メインエッチング工程を説明するための図である。
【図１２】ダミーゲートエッチング工程を説明するための図である。
【図１３】シース厚と平均自由工程との比の圧力依存性を示すグラフである。
【図１４】ポリシリコンと酸化シリコンとの選択比の圧力依存性を示すグラフである。
【図１５】実験例のプロセス条件である。
【図１６】実験例で用いたサンプルの概要である。
【図１７】デューティー比ごとに示すＳｉエッチングレートの周波数依存性である。
【図１８】ＯＮ時間及びＯＦＦ時間と形状垂直性との関係を示すグラフである。
【図１９】デューティー比ごとに示すポリシリコンと酸化シリコンとの選択比の周波数依存性である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
まず、実施形態に係るエッチング方法に用いることができるプラズマ処理装置の一例について説明する。図１は、プラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。
【００１７】
図１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、被処理体（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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、被処理体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、１０〜３００Ｈｚ、１０〜２００Ｈｚ又は１０〜１００Ｈｚでバイアス電力を出力する。さらに、高周波電源ＲＦＧは、電力ＯＮと電力ＯＦＦとを繰り返すことにより、パルス変調させたバイアス電力を出力可能に構成されている。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。
【００２１】
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、被処理体Ｗを載置するための載置領域ＭＲとなる。チャック部２４ｂは、被処理体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ＤＳＣがスイッチＳＷ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ＤＳＣ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、その上面に被処理体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、被処理体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。
【００２２】
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上の被処理体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の上面と被処理体Ｗの裏面との間に供給される。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
図２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。
【００２９】
図２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２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。
【００３０】
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２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。
【００３１】
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。
【００３２】
図３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４は、図３のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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３及び図４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。
【００３７】
図５は、図３に示す誘電体窓上に図２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５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。
【００３８】
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。
【００３９】
図１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。
【００４０】
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。
【００４１】
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４参照）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。
【００４２】
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、主として被処理体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、被処理体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被処理体Ｗに向けてガスを供給する。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。
【００４３】
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６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６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、Ａｒガスのソース、Ｈｅガスのソース、Ｃｌ２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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、Ａｒガスのソース、Ｈｅガスのソース、Ｃｌ２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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、図１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。
【００４９】
一実施形態においては、制御部Ｃｎｔは、ＲＦバイアス電力のＯＮ／ＯＦＦの比を調整し、パルス状のＲＦバイアス電力を生成し得る。図７は、ＲＦバイアス電力のパルス変調を説明する図である。図７の（Ａ）は、連続的に印加されたＲＦバイアス電力の時間依存性である。ＲＦバイアス電力のＯＦＦ時間を設けない場合には、図７の（Ａ）に示すように、一定のバイアス電圧Ｖ１が時間に依存することなく連続的に印加される。他方、図７の（Ｂ）は、パルス状に印加されたＲＦバイアス電力の時間依存性である。パルス状に印加された場合には、図７の（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１〜時刻ｔ２のＯＮ時間のみに一定のバイアス電圧Ｖ１が印加される。すなわち、ＯＮ時間のみに基板側へイオンが引き込まれてエッチングが行われる。そして、時刻ｔ２〜時刻ｔ３のＯＦＦ時間には、バイアス電力が０となる。すなわち、ＯＦＦ時間は、エッチングが行われず、エッチングにより生成された副生成物が排気される。上述したＯＮ時間とＯＦＦ時間とか繰り返すことでＲＦバイアス電力がパルス変調される。
【００５０】
パルス変調されたバイアス電力は、１つのＯＮ時間と該ＯＮ時間に連続した１つのＯＦＦ時間とからなる周期Ｔを有する。ここでは、周期Ｔに占めるＯＮ時間の比をデューティー比という。制御部Ｃｎｔは、例えばデューティー比が５０％以下となるようにパルス変調し得る。なお、デューティー比が０の場合には、エッチングが行われないことになる。このため、制御部Ｃｎｔは、例えばデューティー比が０％よりも大きくなるようにパルス変調し得る。あるいは、制御部Ｃｎｔは、例えばデューティー比が５％以上５０％以下の範囲となるようにパルス変調し得る。なお、デューティー比が１００％のとき、図７の（Ａ）に示す連続的なバイアス電圧となる。
【００５１】
図８は、パルス変調したバイアス電力を印加してエッチングした場合の被処理体の表面を説明する概要図である。図８では、被エッチング層２０１上に形成されたマスク２００を用いて、被エッチング層２０１をエッチングする例を示している。図８の（Ａ）は、ＯＮ時間における被処理体の表面を説明する図である。図８の（Ａ）に示すように、ＯＮ時間では、被処理体側へイオンが引き込まれてエッチングが行われ、副生成物が発生する。発生した副生成物の一部は、排気され得る。また、発生した副生成物の一部は、被エッチング層２０１の側壁へ付着するか、又は、被エッチング層２０１の側壁間に残存し得る。副生成物の残存の割合は、副生成物の発生と排気とのバランスによって決定される。
【００５２】
図８の（Ｂ）は、ＯＦＦ時間における被処理体の表面を説明する図である。ＯＦＦ時間においてはエッチングが行われないため、副生成物が発生しない。したがって、ＯＦＦ時間においては、ＯＮ時間において発生された副生成物が排気されるだけであるため、被エッチング層２０１の側壁間に副生成物がほとんど残存しない状態となる。このように、ＯＦＦ時間を設けることで、副生成物を被エッチング層２０１の側壁に付着する前に排気させることができるので、所望の垂直形状を得ることができる。また、副生成物を被エッチング層２０１の側壁間に残存しないため、副生成物がエッチングを妨げることを回避することができる。よって、所望の垂直形状を得ることが可能となる。なお、ＯＦＦ時間は、プラズマのシース内の副生成物が排気されるのに十分な時間を設定すればよい。
【００５３】
図１を再び参照する。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１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、即ち被処理体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。
【００５４】
また、一実施形態においては、複数の周辺導入口５２ｉは、被処理体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、被処理体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、被処理体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から噴射されたガスの活性種は、被処理体Ｗのエッジ領域に直接的に向かう。これにより、ガスの活性種を被処理体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、被処理体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。
【００５５】
次に、本実施形態に係るエッチング方法について説明する。図９は、被処理体を用いてフィン型電界効果トランジスタのダミーゲートを形成するエッチング方法である。
【００５６】
図９に示すように、まず、制御部Ｃｎｔは、被処理体Ｗを図１に示すプラズマ処理装置１０内に準備する（Ｓ１０）。被処理体Ｗの一例を図１０に示す。図１０の（Ａ）は被処理体Ｗの斜視図、図１０の（Ｂ）は被処理体Ｗの側面図、図１０の（Ｃ）は被処理体Ｗの正面図である。図１０に示すように、被処理体Ｗは、複数のフィン１０２が形成されたフィン構造を有する基板Ｓｂを備える。基板Ｓｂの主面はＸＹ平面と平行であり、複数のフィン１０２はＹ方向に沿って延在している。基板Ｓｂは例えばＳｉから形成される。基板Ｓｂ上には、例えば熱酸化膜１０３が形成されている。そして、複数のフィン１０２の上面には、それぞれマスク１０４が形成されている。マスク１０４は、フィン１０２と同様に、Ｙ方向に沿って延在している。マスク１０４は、例えばＳｉＯ２等の酸化膜で形成されている。熱酸化膜１０３上及びマスク１０４上には、ゲート材料１０１が堆積されている。これにより、複数のフィン１０２の間にゲート材料１０１が堆積するとともに、複数のフィン１０２及びマスク１０４がゲート材料１０１に覆われている。ゲート材料１０１は、例えばα―Ｓｉで形成されている。ゲート材料１０１の上面には、上部マスク１００が設けられている。上部マスク１００は、Ｘ方向に沿って延在している。上部マスク１００は例えばＳｉＮで形成されている。図９のＳ１０の処理が終了すると、表面酸化膜の除去工程（Ｓ１２）へと処理が進められる。
【００５７】
Ｓ１２の処理では、制御部Ｃｎｔが被処理体Ｗの表面に形成された自然酸化膜を除去する。Ｓ１２の処理が終了すると、メインエッチング工程（Ｓ１４：第１エッチング工程）へと処理が進められる。
【００５８】
Ｓ１４の処理では、制御部Ｃｎｔが、被処理体Ｗにおける上部マスク１００を用いて、ゲート材料１０１をエッチングする。制御部Ｃｎｔは、処理空間Ｓ内の圧力を例えば５０ｍＴｏｒｒ（６．６７Ｐａ）以上とする。そして、制御部Ｃｎｔは、マイクロ波を用いてプラズマ（表面波プラズマ）を生成する。そして、制御部Ｃｎｔは、図７の（Ａ）に示す連続的なバイアス電力を印加して、ゲート材料１０１をエッチングする。制御部Ｃｎｔは、マスク１０４の上面が露出するまでゲート材料１０１をエッチングする。すなわち、制御部Ｃｎｔは、マスク１０４の上面でゲート材料１０１のエッチングを終了する。図１１の（Ａ）は、メインエッチング後の被処理体Ｗの斜視図、図１１の（Ｂ）はメインエッチング後の被処理体Ｗの側面図、図１１の（Ｃ）はメインエッチング後の被処理体Ｗの正面図である。図１１に示すように、ゲート材料１０１がエッチングされ、マスク１０４が露出した状態となる。隣接するフィン１０２の間には、まだゲート材料１０１が介在している。図９のＳ１４の処理が終了すると、ダミーゲートエッチング工程（Ｓ１６：第２エッチング工程）へと処理が進められる。
【００５９】
Ｓ１６の処理では、制御部Ｃｎｔが、被処理体Ｗにおける上部マスク１００及びマスク１０４を用いて、ゲート材料１０１をオーバーエッチングする。制御部Ｃｎｔは、処理空間Ｓ内の圧力を例えば５０ｍＴｏｒｒ（６．６７Ｐａ）以上とする。そして、制御部Ｃｎｔは、マイクロ波を用いてプラズマ（表面波プラズマ）を生成する。なお、メインエッチング工程から連続してプラズマを生成し続けてもよい。そして、制御部Ｃｎｔは、図７の（Ｂ）に示すパルス状のバイアス電力を印加して、ゲート材料１０１をエッチングする。バイアス電力の周波数は、１０〜３００Ｈｚ、１０〜２００Ｈｚ又は１０〜１００Ｈｚである。また、バイアス電力のデューティー比は５０％以下である。これにより、制御部Ｃｎｔは、熱酸化膜１０３の上面が露出するまでゲート材料１０１をエッチングする。図１２は、オーバーエッチング後の被処理体Ｗの斜視図、図１２の（Ｂ）はオーバーエッチング後の被処理体Ｗの側面図、図１２の（Ｃ）はオーバーエッチング後の被処理体Ｗの正面図である。図１２に示すように、隣接するフィン１０２の間に介在していたゲート材料１０１が取り除かれる。図９のＳ１６の処理が終了すると、図９に示す制御処理を終了する。
【００６０】
図９に示すエッチング方法によれば、微細加工が要求されるフィン１０２間のゲート材料１０１をエッチングするオーバーエッチング工程において、表面波プラズマを利用する。表面波プラズマを用いることで、５０ｍＴｏｒｒ（６．６７Ｐａ）以上の高圧力でもプラズマを生成することができる。そして、５０ｍＴｏｒｒ（６．６７Ｐａ）以上の高圧力条件でエッチングすることにより、選択比を向上させることができる。
【００６１】
以下、高圧条件下における選択比の向上効果について概説する。選択比を向上させるためには、試料にダメージを与えないソフトエッチングを実現すればよく、このためには、被処理体Ｗに到達するイオンのエネルギーを低くすればよい。高圧条件下であれば、イオンがシース内で中性粒子と衝突してエネルギーを失う可能性がある。イオンがシース内で中性粒子と衝突するか否かについては、シース厚と平均自由工程を用いて予測できる。ＣＨＩＬＤ  ＬＡＷ  ＳＨＥＡＴＨ理論を仮定したシース厚をｓ、平均自由工程をλ、電子温度（ｅＶ）をＴｅ、電子密度（１．０×１０１０ｃｍ−３）をｎ０、印加電圧（Ｖ）をＶ０、圧力（ｍＴｏｒｒ）をＰとすると、シース厚ｓと平均自由工程λとの比γは、以下の数式で表される。
【数１】
2015037091.tif 000003
上記数式は、比γが圧力Ｐに依存していることを示している。なお、Ｎ２を仮定すると、圧力Ｐが２０ｍＴｏｒｒ（２．６７Ｐａ）のときは、電子温度Ｔｅが１．０８ｅＶ、電子密度ｎ０が２．３×１０１０ｃｍ−３となる。また、圧力Ｐが４０ｍＴｏｒｒ（５．３３Ｐａ）のときは、電子温度Ｔｅが０．８１ｅＶ、電子密度ｎ０が２．７×１０１０ｃｍ−３となる。また、圧力Ｐが１００ｍＴｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）のときは、電子温度Ｔｅが０．５９ｅＶ、電子密度ｎ０が０．５５×１０１０ｃｍ−３となる。印加電圧Ｖ０を１００Ｖとすると、図１３に示すように、比γの圧力依存性のグラフを描くことができる。比γが１のときは、シース厚ｓと平均自由工程λが等しいことを示している。比γが１より大きい場合には、平均自由工程λがシース厚ｓよりも小さいことを意味しているため、少なくとも一回はシース内でイオンが中性粒子に衝突すると考えられる。図１３に示すグラフより、約４０ｍＴｏｒｒ（５．３３Ｐａ）以上、少なくとも５０ｍＴｏｒｒ（６．６７Ｐａ）以上であれば、イオンのエネルギーが減少し、試料にダメージを与えないソフトエッチングとなることがわかる。よって、少なくとも５０ｍＴｏｒｒ（６．６７Ｐａ）以上の高圧力条件下でエッチングすることにより、マスク１０４及びゲート材料１０１の選択比が向上する。
【００６２】
さらに、本実施形態に係るエッチング方法によれば、他のプラズマ源よりも低いプラズマの電子温度となる表面波プラズマを用いることで、副生成物が被処理体Ｗに付着することなく排気されるため、副生成物の影響を小さくすることができる。また、バイアス電力をパルス変調することで、パルスのＯＦＦ時間に被処理体の表面が再酸化されるため、マスク及びゲート材料の選択比を向上させることができる。特に、バイアス電力の周波数を１０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下とし、デューティー比が５０％以下となるようにバイアス電力をパルス変調することにより、副生成物の排気時間を確保することできる。副生成物の排気時間は、原理的にはプラズマのシース内のエッチング副生成物が排気される時間を確保できていればよい。一例として、処理空間Ｓの圧力が１００ｍＴｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）であり、排気速度が１０００ｓｃｃｍである場合、シース（厚さは数ミリ程度）の体積分の容積が排気される時間は、０．４〜１．０ｍｓ程度である。バイアス電力の周波数を１０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下とし、デューティー比が５０％以下となるようにバイアス電力をパルス変調した場合には、ＯＦＦ時間は２．５ｍｓ以上となり、副生成物の排気時間を十分確保することできる。このため、副生成物が側壁に付着することを回避することが可能となるとともに、副生成物がフィン１０２間に介在してエッチングを妨げることを回避することができる。よって、選択比を確保しつつ、エッチングの垂直性を向上させることが可能となる。
【００６３】
また、本実施形態に係るエッチング方法によれば、メインエッチング工程では連続的にバイアス電力を印加してエッチングレートを保ち、メインエッチング工程の後のダミーゲートエッチング工程のみバイアス電力をパルス変調させてソフトエッチングを行うことが可能となる。バイアス電力を調整することで、プロセス条件を大きく変更することなく、各工程で要求される加工精度に応じたエッチングを実現することができる。また、同一の処理容器内で連続して処理を行うことで、スループットを確保しながらフィン型電界効果トランジスタのダミーゲートを形成することができる。
【００６４】
以上、実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、メインエッチング工程は、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置以外の任意のプラズマ源を用いた装置で行ってもよい。このような装置として、例えば平行平板型のプラズマ処理装置や、電子サイクロトン共鳴型のプラズマ処理装置等が挙げられる。
【００６５】
以下、プラズマ処理装置１０を用いて上記エッチング方法の評価のために行った実験例について説明する。なお、本発明はこれらの実験例に限定されるものではない。
【００６６】
（実験例１）
実験例１では、５０ｍＴｏｒｒ（６．６７Ｐａ）以上の高圧力条件下にてマスク１０４及びゲート材料１０１の選択比が向上するか否かを検証した。ポリシリコン上に酸化シリコンをマスクとして形成したサンプルを用意し、図１に示すプラズマ処理装置を用いて、圧力条件を変化させてエッチングし、選択比を測定した。エッチングガスとして、Ａｒ／ＨＢｒ／Ｏ２ガスを用いた。結果を図１４に示す。
【００６７】
図１４は、選択比の圧力依存性を示すグラフである。図１４に示すように、選択比が圧力５０ｍＴｏｒｒ（６．６７Ｐａ）付近で最小値となることが確認された。よって、５０ｍＴｏｒｒ（６．６７Ｐａ）以上とするとマスク１０４及びゲート材料１０１の選択比が向上することが確認された。さらに、実験例１の結果は、図１３に示したシース厚ｓと平均自由工程λとの比γの圧力依存性のグラフから導出された結果と一致しており、理論的に算出した結果と同様の傾向であることが確認された。
【００６８】
（実験例２）
実験例２では、エッチングレートが最適となるバイアス電力のパルス制御の条件について検証した。検証したパルス制御の条件を図１５に示す。図１５に示すように、バイアス電圧の周波数は、１０Ｈｚ，５０Ｈｚ，１００Ｈｚ，２００Ｈｚ，５００Ｈｚとした。バイアス電圧のデューティー比は、２５％，５０％，７５％とした。図１５では、それぞれの条件のＯＮ時間とＯＦＦ時間を示している。実験例２における他の処理条件は以下の通りである。
処理容器１２内の圧力：１２０ｍＴｏｒｒ（１６．００Ｐａ）
マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、１７００Ｗ
高周波バイアス電力：２００Ｗ
処理ガス
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
ＨＢｒガス流量：８００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス流量：１１ｓｃｃｍ
処理時間：２０秒
【００６９】
実験例２で用いた被処理体Ｗを図１６に示す。図１６に示す被処理体Ｗは、基板であるＳｉ上に、熱酸化膜であるＴｈ−ＯＸが３０ｎｍ、α―Ｓｉ膜が１００ｎｍ積層され、α―Ｓｉ膜上にＳｉＮのマスクが等間隔で形成されている。
【００７０】
図１６に示す被処理体Ｗのα―Ｓｉを、図１５に示す処理条件でエッチングし、エッチングレートの周波数依存性を測定した結果を図１７に示す。図１７では、バイアス電力のパルスのデューティー比が２５％，５０％，７５％のグラフと、連続的にバイアス電力を印可した場合の値とを示している。図１７の（Ａ）は、エッチングレートの周波数依存性であり、横軸がエッチングレート、縦軸が周波数である。図１７の（Ｂ）は、エッチング量をＯＮ時間の総量で除算した実効エッチングレートであり、横軸がエッチングレート、縦軸が周波数である。図１７の（Ａ）に示すように、全てのデューティー比において、エッチングレートは周波数に依存せずほぼ一定であることが確認された。また、図１７の（Ｂ）に示すように、ＯＮ時間におけるエッチングの効率は、デューティー比５０％、２５％のときに上昇することが確認された。このため、バイアス電力のパルスのデューティー比が５０％以下のときにエッチングの効率が良いことが確認された。
【００７１】
（実験例３）
実験例３では、形状垂直性が最適となるバイアス電力のパルス制御の条件について検証した。検証したパルス制御の条件及び被処理体Ｗは実験例２と同一である。各処理条件について、エッチングした被処理体ＷのＳｉＮ間の形状（鉛直方向の角度）を測定した。結果を図１８に示す。図１８では、パルスのＯＮ時間を縦軸、ＯＦＦ時間を横軸とし、形状（鉛直方向の角度）をマッピングした結果を示している。図１８では、測定された角度が９０°に近いほど濃い黒で表示されている。図１８に示すように、ほぼデューティー比５０％の点線を境に８２．９４°以上の角度となっていることが確認された。すなわち、バイアス電力のパルスのデューティー比が５０％以下のときに形状垂直性が良好となることが確認された。
【００７２】
（実験例４）
実験例４では、選択比が最適となるバイアス電力のパルス制御の条件について検証した。パルス制御の条件及び被処理体Ｗは実験例２と同一である。各処理条件でエッチングを行い、選択比を測定した。結果を図１９に示す。図１９は、選択比の周波数依存性を示すグラフであり、縦軸が選択比、横軸が周波数である。図１９の（Ａ）はデューティー比２５％の場合のグラフ、図１９の（Ｂ）はデューティー比５０％の場合のグラフ、図１９の（Ｃ）はデューティー比７５％の場合のグラフである。図１９の（Ａ）に示すように、デューティー比２５％の場合、周波数を０から大きくすると１００Ｈｚで最大値となり、周波数が２００Ｈｚで周波数０Ｈｚとほぼ同一の値を示し、周波数を２００Ｈｚより大きくすると選択比が低下することが確認された。また、図１９の（Ｂ）に示すように、デューティー比５０％の場合、周波数を０から大きくすると２００Ｈｚで最大値となり、周波数を２００Ｈｚより大きくすると選択比が低下することが確認された。また、図１９の（Ｃ）に示すように、デューティー比７５％の場合、周波数を０から大きくすると２００Ｈｚで最大値となり、周波数を２００Ｈｚより大きくすると選択比が低下することが確認された。このように、全てのデューティー比において、周波数を０から大きくすると選択比が上昇し、１００Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲に最大値が存在することが確認された。また、デューティー比５０％以下の場合には、２００Ｈｚ以下の範囲において、選択比２００以上を確保できていることが確認された。
【符号の説明】
【００７３】
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、１０１…ゲート材料、１０２…フィン、１０４…マスク、Ｗ…被処理体（ウエハ）。
【図１】
2015037091.tif 000004
【図２】
2015037091.tif 000005
【図３】
2015037091.tif 000006
【図４】
2015037091.tif 000007
【図５】
2015037091.tif 000008
【図６】
2015037091.tif 000009
【図７】
2015037091.tif 000010
【図８】
2015037091.tif 000011
【図９】
2015037091.tif 000012
【図１０】
2015037091.tif 000013
【図１１】
2015037091.tif 000014
【図１２】
2015037091.tif 000015
【図１３】
2015037091.tif 000016
【図１４】
2015037091.tif 000017
【図１５】
2015037091.tif 000018
【図１６】
2015037091.tif 000019
【図１７】
2015037091.tif 000020
【図１９】
2015037091.tif 000021
【図１８】
2015037091.tif 000022