(57)【要約】【課題】複数のガス供給管の各々から処理容器内へ供給される処理ガスの切り替えを高速かつ均一に行うこと。【解決手段】プラズマ処理装置は、被処理基板にプラズマ処理を施すための処理容器と、切り替え可能な第１及び第２のガス供給管にそれぞれ連通され、第１及び第２のガス供給管からそれぞれ供給される、プラズマ処理に用いられる第１及び第２の処理ガスを処理容器内に個別に導く第１及び第２のガス導入孔であって、互いに隣接した状態で交互に配置された第１及び第２のガス導入孔を有するガス導入部材とを備えた。【選択図】図１
2015138810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板にプラズマ処理を施すための処理容器と
切り替え可能な第１及び第２のガス供給管にそれぞれ連通され、前記第１及び前記第２のガス供給管からそれぞれ供給される、前記プラズマ処理に用いられる第１及び第２の処理ガスを前記処理容器内に個別に導く第１及び第２のガス導入孔であって、互いに隣接した状態で交互に配置された第１及び第２のガス導入孔を有するガス導入部材と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ガス導入部材は、前記第１及び前記第２のガス供給管からそれぞれ供給される前記第１及び第２の処理ガスをそれぞれ拡散させる、互いに上下方向に重合された第１及び第２のガス拡散領域をさらに有し、
前記第１及び前記第２のガス導入孔は、前記第１及び前記第２のガス拡散領域からそれぞれ延出するとともに、前記第１及び前記第２のガス拡散領域を介して前記第１及び前記第２のガス供給管にそれぞれ連通され、
前記第２のガス拡散領域は、前記第１のガス拡散領域から延出する前記第１のガス導入孔を避ける形状に形成された
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】
前記ガス導入部材は、円盤形状に形成され、
前記第１及び前記第２のガス導入孔は、前記ガス導入部材の円周方向に沿って互いに隣接した状態で交互に配置された
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】
前記ガス導入部材は、円盤形状に形成され、
前記第１及び前記第２のガス導入孔は、前記ガス導入部材の径方向に沿って互いに隣接した状態で交互に配置された
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５】
前記第１及び前記第２のガス供給管の切り替えは、２００ｍｓｅｃ以上５００ｍｓｅｃ以下の期間毎に行われる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第１及び前記第２のガス供給管の切り替えは、前記第１及び前記第２の処理ガスとは異なる第３の処理ガスが前記第１及び前記第２のガス供給管に共に供給された状態で、行われる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つ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】
本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の処理ガスを間欠的に切り替えることによって、被処理体としての半導体ウエハに所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が知られている。
【０００３】
かかるプラズマ処理装置は、例えば、半導体ウエハにプラズマ処理を施すための処理容器と、切り替え可能な複数のガス供給管に連通され、複数のガス供給管の各々から供給される種々の処理ガスを処理容器内に導く孔を有するガス導入部材とを備える。また、プラズマ処理装置では、処理容器内の処理ガスをプラズマ化するための、マイクロ波、ＲＦ波等の電磁エネルギーが処理容器内へ供給される。ガス導入部材の孔から処理容器内の処理空間に供給された処理ガスが電磁エネルギーによってプラズマ化され、プラズマ中のイオンやラジカルによって、半導体ウエハに所望のプラズマ処理が施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０３３５８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、上述した従来技術では、複数のガス供給管の各々から処理容器内へ供給される処理ガスの切り替えを高速かつ均一に行うことまでは考慮されていない。
【０００６】
すなわち、従来技術では、切り替え可能な複数のガス供給管に共通に連通されたガス導入部材の孔を用いて、複数のガス供給管の各々から供給される種々の処理ガスを処理容器内へ導いている。このため、従来技術では、ガス供給管の切り替えが行われてから、切り替え後の処理ガスによって切り替え前の処理ガスがガス導入部材の孔より押し出されるまでの所定の時間が発生する。その結果、従来技術では、複数のガス供給管の各々から処理容器内へ供給される処理ガスの切り替えが遅延する恐れがある。
【０００７】
また、従来技術では、上述の所定の時間において、切り替え後の処理ガスと切り替え前の処理ガスとが混合され、混合されたガスがガス導入部材の孔から流出するので、複数のガス供給管の各々から処理容器内へ供給される処理ガスの均一性が損なわれる恐れがある。
【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、被処理基板にプラズマ処理を施すための処理容器と、切り替え可能な第１及び第２のガス供給管にそれぞれ連通され、前記第１及び前記第２のガス供給管からそれぞれ供給される、前記プラズマ処理に用いられる第１及び第２の処理ガスを前記処理容器内に個別に導く第１及び第２のガス導入孔であって、互いに隣接した状態で交互に配置された第１及び第２のガス導入孔を有するガス導入部材とを備えた。
【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、複数のガス供給管の各々から処理容器内へ供給される処理ガスの切り替えを高速かつ均一に行う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、本発明の一実施形態に用いるプラズマ処理装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、一実施形態におけるシャワーヘッドをガス導入孔側から見た平面図である。
【図３】図３は、一実施形態におけるシャワーヘッドの第１のガス拡散室を通過する横断面図である。
【図４】図４は、一実施形態におけるシャワーヘッドの第２のガス拡散室を通過する横断面図である。
【図５】図５は、プラズマエッチングされる半導体ウエハの断面構成を模式的に示す図である。
【図６】図６は、一実施形態に係るプラズマエッチング方法の工程を示すフローチャートである。
【図７】図７は、他の実施形態におけるシャワーヘッドをガス導入孔側から見た平面図である。
【図８】図８は、他の実施形態におけるシャワーヘッドの第１のガス拡散室を通過する横断面図である。
【図９】図９は、本実施形態におけるシャワーヘッドの第２のガス拡散室を通過する横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に使用するプラズマ処理装置の構成を示すものである。まず、プラズマ処理装置の構成について説明する。
【００１２】
プラズマ処理装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理チャンバー１を有している。この処理チャンバー１は、円筒状とされ、例えば表面に陽極酸化被膜が形成されたアルミニウム等から構成されている。処理チャンバー１は、被処理基板にプラズマ処理を施すための処理容器の一例である。処理チャンバー１内には、被処理基板である半導体ウエハＷを水平に支持する載置台２が設けられている。
【００１３】
載置台２は、その基材２ａが導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されており、下部電極としての機能を有する。この載置台２は、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持されている。また、載置台２の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング５が設けられている。さらに、載置台２及び支持台４の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材３ａが設けられている。
【００１４】
載置台２の基材２ａには、第１の整合器１１ａを介して第１の高周波電源１０ａが接続され、また、第２の整合器１１ｂを介して第２の高周波電源１０ｂが接続されている。第１の高周波電源１０ａは、プラズマ発生用のものであり、この第１の高周波電源１０ａからは所定周波数（２７ＭＨｚ以上例えば４０ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２の基材２ａに供給されるようになっている。また、第２の高周波電源１０ｂは、イオン引き込み用（バイアス用）のものであり、この第２の高周波電源１０ｂからは第１の高周波電源１０ａより低い所定周波数（１３．５６ＭＨｚ以下、例えば３．２ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２の基材２ａに供給されるようになっている。一方、載置台２の上方には、載置台２と平行に対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられており、シャワーヘッド１６と載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能するようになっている。シャワーヘッド１６は、絶縁性部材４５を介して処理チャンバー１の上部に支持されている。
【００１５】
また、シャワーヘッド１６は、複数のガス拡散室及び複数のガス導入孔を内部に有し、複数のガス拡散室及び複数のガス導入孔から、載置台２に支持された半導体ウエハＷ上に、所定の処理ガスを噴出する。なお、シャワーヘッド１６の構造の一例については、後述する。
【００１６】
載置台２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａを介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体ウエハＷが吸着されるよう構成されている。
【００１７】
支持台４の内部には、冷媒流路４ａが形成されており、冷媒流路４ａには、冷媒入口配管４ｂ、冷媒出口配管４ｃが接続されている。そして、冷媒流路４ａの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、支持台４及び載置台２を所定の温度に制御可能となっている。また、載置台２等を貫通するように、半導体ウエハＷの裏面側にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのバックサイドガス供給配管３０が設けられており、このバックサイドガス供給配管３０は、図示しないバックサイドガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持された半導体ウエハＷを、所定の温度に制御可能となっている。
【００１８】
上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１を介して可変直流電源５２が電気的に接続されている。この可変直流電源５２は、オン・オフスイッチ５３により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５３のオン・オフは、後述する制御部６０によって制御されるようになっている。なお、後述のように、第１の高周波電源１０ａ、第２の高周波電源１０ｂから高周波が載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部６０によりオン・オフスイッチ５３がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド１６に所定の直流電圧が印加される。
【００１９】
処理チャンバー１の側壁からシャワーヘッド１６の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１ａが設けられている。この円筒状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。
【００２０】
処理チャンバー１の底部には、排気口７１が形成されており、この排気口７１には、排気管７２を介して排気装置７３が接続されている。排気装置７３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理チャンバー１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。一方、処理チャンバー１の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口７４が設けられており、この搬入出口７４には、当該搬入出口７４を開閉するゲートバルブ７５が設けられている。
【００２１】
図中７６，７７は、着脱自在とされたデポシールドである。デポシールド７６は、処理チャンバー１の内壁面に沿って設けられ、処理チャンバー１にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止する役割を有している。このデポシールド７６の半導体ウエハＷと略同じ高さ位置には、直流的にグランドに接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）７９が設けられており、これにより異常放電が防止される。
【００２２】
上記構成のプラズマ処理装置は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマ処理装置の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース６２と、記憶部６３とが設けられている。
【００２３】
ユーザインターフェース６２は、工程管理者がプラズマ処理装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
【００２４】
記憶部６３には、プラズマ処理装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００２５】
なお、処理チャンバー１の側壁部には、終点検出装置（ＥＰＤ）８０が配設されており、処理チャンバー１の側壁部に配設された窓８１を介して、処理チャンバー１内の処理空間におけるプラズマの発光強度の変化を検出してエッチング処理の終点を検出できる構成となっている。
【００２６】
ここで、図１〜図４を参照して、図１に示したシャワーヘッド１６の構造の一例を説明する。図２は、一実施形態におけるシャワーヘッドをガス導入孔側から見た平面図である。図３は、一実施形態におけるシャワーヘッドの第１のガス拡散室を通過する横断面図である。図４は、一実施形態におけるシャワーヘッドの第２のガス拡散室を通過する横断面図である。
【００２７】
図１及び図２に示すように、シャワーヘッド１６は、円盤形状に形成されている。シャワーヘッド１６は、第１のガス拡散室１６ａと、第２のガス拡散室１６ｂと、第１のガス拡散室１６ａから延出する第１のガス導入孔１６ｃと、第２のガス拡散室１６ｂから延出する第２のガス導入孔１６ｄとを内部に有する。
【００２８】
第１のガス拡散室１６ａは、第１のガス供給配管１５ａの一端に接続され、第１のガス供給配管１５ａから供給される第１の処理ガスを拡散させる。第１のガス拡散室１６ａは、第１のガス拡散領域の一例である。第１のガス供給配管１５ａの他端には、第１の処理ガスを供給するための第１の処理ガス供給源１５−１が接続される。第１のガス供給配管１５ａには、第１のガス供給配管１５ａを開閉する開閉バルブ１５ｂが設けられる。
【００２９】
第１のガス導入孔１６ｃは、図１及び図３に示すように、第１のガス拡散室１６ａから延出するとともに、第１のガス拡散室１６ａを介して、第１のガス供給配管１５ａに連通される。第１のガス導入孔１６ｃは、第１のガス供給配管１５ａから供給される第１の処理ガスを、第１のガス拡散室１６ａを介して、処理チャンバー１の内部に導く。
【００３０】
第２のガス拡散室１６ｂは、第２のガス供給配管１５ｃの一端に接続され、第２のガス供給配管１５ｃから供給される第２の処理ガスを拡散させる。第２のガス拡散室１６ｂは、第２のガス拡散領域の一例である。第２のガス供給配管１５ｃの他端には、第２の処理ガスを供給するための第２の処理ガス供給源１５−２が接続される。第２のガス供給配管１５ｃには、第２のガス供給配管１５ｃを開閉する開閉バルブ１５ｄが設けられる。
【００３１】
第２のガス導入孔１６ｄは、図１及び図４に示すように、第２のガス拡散室１６ｂから延出するとともに、第２のガス拡散室１６ｂを介して、第２のガス供給配管１５ｃに連通される。第２のガス導入孔１６ｄは、第２のガス供給配管１５ｃから供給される第２の処理ガスを、第２のガス拡散室１６ｂを介して、処理チャンバー１の内部に導く。
【００３２】
第１のガス導入孔１６ｃ及び第２のガス導入孔１６ｄは、互いに隣接した状態で交互に配置される。具体的には、第１のガス導入孔１６ｃ及び第２のガス導入孔１６ｄは、図２に示すように、シャワーヘッド１６の円周方向に沿って互いに隣接した状態で交互に配置される。
【００３３】
また、第１のガス拡散室１６ａ及び第２のガス拡散室１６ｂは、図１及び図４に示すように、互いに上下方向に重合され、第２のガス拡散室１６ｂは、第１のガス拡散室１６ａから延出する第１のガス導入孔１６ｃを避ける形状に形成される。言い換えると、第２のガス拡散室１６ｂの一部は、シャワーヘッド１６の円周方向に沿って配置される第１のガス導入孔１６ｃどうしで挟まれる空間に延在している。
【００３４】
また、第１のガス供給配管１５ａ及び第２のガス供給配管１５ｃは、開閉バルブ１５ｂ及び開閉バルブ１５ｄを用いて、間欠的に切り替えられる。すなわち、開閉バルブ１５ｂが開かれ、かつ、開閉バルブ１５ｄが閉じられる場合には、第１のガス供給配管１５ａから第１のガス拡散室１６ａへ第１の処理ガスが供給される。その後、第１のガス拡散室１６ａに供給された第１の処理ガスは、第１のガス拡散室１６ａから延出する第１のガス導入孔１６ｃより処理チャンバー１の内部へ噴射される。一方、開閉バルブ１５ｂが閉じられ、かつ、開閉バルブ１５ｄが開かれる場合には、第２のガス供給配管１５ｃから第２のガス拡散室１６ｂへ第２の処理ガスが供給される。その後、第２のガス拡散室１６ｂへ供給された第２の処理ガスは、第２のガス拡散室１６ｂから延出する第２のガス導入孔１６ｄより処理チャンバー１の内部へ噴射される。なお、開閉バルブ１５ｂ及び開閉バルブ１５ｄによる動作は、例えば、制御部６０により制御される。
【００３５】
第１のガス供給配管１５ａ及び第２のガス供給配管１５ｃの切り替えは、種々のエッチング特性を向上させる観点から、所定の期間毎に行われることが好ましく、例えば、２００ｍｓｅｃ以上５００ｍｓｅｃ以下の期間毎に行われることが好ましい。
【００３６】
このように、本実施形態では、切り替え可能な第１及び第２のガス供給配管１５ａ，１５ｃにシャワーヘッド１６の第１及び第２のガス導入孔１６ｃ，１６ｄをそれぞれ連通させ、第１及び第２のガス導入孔１６ｃ，１６ｄを互いに隣接した状態で交互に配置した。このため、本実施形態によれば、第１及び第２のガス供給配管１５ａ，１５ｃからそれぞれ供給される第１及び第２の処理ガスを相互に独立して処理チャンバー１の内部へ導くことができる。したがって、第１及び第２のガス供給配管１５ａ，１５ｃの切り替えが行われた場合でも、切り替え後の処理ガスと切り替え前の処理ガスとの混合が回避される。その結果、本実施形態によれば、切り替え可能な複数のガス供給管に共通に連通されたガス導入部材の孔を用いる従来技術と比較して、複数のガス供給管の各々から処理容器内へ供給される処理ガスの切り替えを高速かつ均一に行うことができる。
【００３７】
また、図１に示すように、第１のガス供給配管１５ａ及び第２のガス供給配管１５ｃには、第３の処理ガスを供給するための第３の処理ガス供給源１５−３から延びた１つの配管が枝分かれして得られた第３のガス供給配管１５ｅが接続される。第３のガス供給配管１５ｅは、第３の処理ガス供給源１５−３から供給される第３の処理ガスを第１のガス供給配管１５ａ及び第２のガス供給配管１５ｃに共に供給する。第１のガス供給配管１５ａ及び第２のガス供給配管１５ｃの切り替えは、必要に応じて、第３の処理ガスが第１のガス供給配管１５ａ及び第２のガス供給配管１５ｃに共に供給された状態で、行われる。
【００３８】
次に、上記構成のプラズマ処理装置で、半導体ウエハＷに形成された二酸化シリコン層等をプラズマエッチングする手順について説明する。まず、ゲートバルブ７５が開かれ、半導体ウエハＷが図示しない搬送ロボット等により、図示しないロードロック室を介して搬入出口７４から処理チャンバー１内に搬入され、載置台２上に載置される。この後、搬送ロボットを処理チャンバー１外に退避させ、ゲートバルブ７５を閉じる。そして、排気装置７３の真空ポンプにより排気口７１を介して処理チャンバー１内が排気される。
【００３９】
処理チャンバー１内が所定の真空度になった後、処理チャンバー１内には第１の処理ガス供給源１５−１からの第１の処理ガスと、第２の処理ガス供給源１５−２からの第２の処理ガスとが交互に導入され、処理チャンバー１内が所定の圧力に保持される。この時、第３の処理ガス供給源１５−３からの第３の処理ガスが、必要に応じて供給される。
【００４０】
そして、この状態で第１の高周波電源１０ａから載置台２に、周波数が例えば４０ＭＨｚの高周波電力が供給される。また、第２の高周波電源１０ｂからは、イオン引き込みのため、載置台２の基材２ａに周波数が例えば３．２ＭＨｚの高周波電力（バイアス用）が供給される。このとき、直流電源１２から静電チャック６の電極６ａに所定の直流電圧が印加され、半導体ウエハＷはクーロン力により静電チャック６に吸着される。
【００４１】
上述のようにして下部電極である載置台２に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である載置台２との間には電界が形成される。この電界により、半導体ウエハＷが存在する処理空間には放電が生じ、それによって形成された処理ガスのプラズマにより、半導体ウエハＷ上に形成された二酸化シリコン層等がエッチング処理される。
【００４２】
また、前述したとおり、プラズマ処理中にシャワーヘッド１６に直流電圧を印加することができるので次のような効果がある。すなわち、プロセスによっては、高い電子密度でかつ低いイオンエネルギーであるプラズマが要求される場合がある。このような場合に直流電圧を用いれば、半導体ウエハＷに打ち込まれるイオンエネルギーが抑えられつつプラズマの電子密度が増加されることにより、半導体ウエハＷのエッチング対象となる膜のエッチングレートが上昇すると共にエッチング対象の上部に設けられたマスクとなる膜へのスパッタレートが低下して選択性が向上する。
【００４３】
そして、上記したエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給、直流電圧の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバー１内から搬出される。
【００４４】
次に、図５及び図６を参照して、本実施形態に係るプラズマ処理装置を用いたプラズマエッチング方法について、高アスペクト比のコンタクトホールを形成する場合について説明する。図５は、プラズマエッチングされる半導体ウエハの断面構成を模式的に示すものであり、図６は、プラズマエッチング工程を示すフローチャートである。
【００４５】
図５（ａ）に示すように、半導体ウエハＷには、エッチストップ層としての窒化シリコン層２０１（厚さ３０ｎｍ）の上に二酸化シリコン層２０２（厚さ２０００ｎｍ）が形成されている。二酸化シリコン層２０２（厚さ２０００ｎｍ）の上には、窒化シリコン層２０３（厚さ１００ｎｍ）、二酸化シリコン層２０４（厚さ１００ｎｍ）、マスク層としてのポリシリコン層２０５（厚さ５００ｎｍ）が形成されている。ポリシリコン層２０５に形成された開口２０６の上部開口径（Ｔｏｐ  ＣＤ）は３９ｎｍ、底部開口径（Ｂｏｔｔｏｍ  ＣＤ）は３０ｎｍ、隣接する開口２０６同士の間の間隔は４０ｎｍとなっている。
【００４６】
上記の状態からまず、二酸化シリコン層２０４と窒化シリコン層２０３とを順次エッチングして、図５（ｂ）の状態とする。この後、二酸化シリコン層２０２をエッチングして高アスペクト比のホール２１０を形成するエッチング工程を行う。このエッチング工程は、二酸化シリコン層２０２を底部近傍までエッチングするメインエッチング工程（図６のS３０１）と、底部の窒化シリコン層２０１が露出する直前又は露出し始めてから行うエッチング工程（以下、オーバーエッチング工程と称する。）（図６のS３０２）との２段階の工程によって行う。
【００４７】
上記のメインエッチングを二酸化シリコン層２０２の底部近傍まで行って図５（ｃ）の状態とし、この後、オーバーエッチング工程を行う。このオーバーエッチング工程は、処理ガスを、Ｃ４Ｆ６ガスとＡｒガスとＯ２ガスとの混合ガスとした第１エッチング工程（図６のS３０３）と、処理ガスを、Ｃ４Ｆ８ガスとＡｒガスとＯ２ガスとの混合ガス、又は、Ｃ３Ｆ８ガスとＡｒガスとＯ２ガスとの混合ガスとした第２エッチング工程（図６のS３０４）とを交互に所定回数となるまで複数回繰り返して行う工程（図６のS３０５）によって行う。
【００４８】
第１エッチング工程についてより詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、開閉バルブ１５ｂを開き、かつ、開閉バルブ１５ｄを閉じることで、第１のガス拡散室１６ａ及び第１のガス導入孔１６ｃを介して第１のガス供給配管１５ａから処理チャンバー１内へＣ４Ｆ６ガスを第１の処理ガスとして導入する。続いて、制御部６０は、第１の高周波電源１０ａから処理チャンバー１内へプラズマ生成用の高周波電力を印加してＣ４Ｆ６ガスからプラズマを生じさせる。同時に、制御部６０は、第２の高周波電源１０ｂから載置台２の基材２ａへイオン引き込み用の高周波電力を印加してプラズマ中のイオンを半導体ウエハＷに向けて引き込む。
【００４９】
第２エッチング工程についてより詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、開閉バルブ１５ｂを閉じ、かつ、開閉バルブ１５ｄを開けることで、第２のガス拡散室１６ｂ及び第２のガス導入孔１６ｄを介して第２のガス供給配管１５ｃから処理チャンバー１内へＣ４Ｆ８ガス又はＣ３Ｆ８ガスを第２の処理ガスとして導入する。続いて、制御部６０は、第１の高周波電源１０ａから処理チャンバー１内へプラズマ生成用の高周波電力を印加してＣ４Ｆ８ガス又はＣ３Ｆ８ガスからプラズマを生じさせる。同時に、制御部６０は、第２の高周波電源１０ｂから載置台２の基材２ａへイオン引き込み用の高周波電力を印加してプラズマ中のイオンを半導体ウエハＷに向けて引き込む。
【００５０】
また、制御部６０は、第１エッチング工程及び第２エッチング工程において、第１及び第２のガス供給配管１５ａ，１５ｃの切り替えを行う場合、すなわち、開閉バルブ１５ｂ及び開閉バルブ１５ｄの開閉を切り替える場合には、以下の処理を行う。すなわち、制御部６０は、第３のガス供給配管１５ｅからＡｒガス及びＯ２ガスを第３の処理ガスとして第１及び第２のガス供給配管１５ａ，１５ｃに共に供給した状態で、開閉バルブ１５ｂ及び開閉バルブ１５ｄの開閉を切り替える。
【００５１】
上記第１エッチング工程は、堆積物が多いエッチング条件であり、図２（ｄ）に示すように、ホール２１０内に保護膜２１１が形成される。一方、第２エッチング工程は、堆積物が少ないエッチング条件であり、図２（ｅ）に示すように、ホール２１０内に形成された保護膜２１１がエッチングによって除去されるとともに、ホール２１０の底部がエッチングされる。図２（ｅ）に示すように、ホール２１０内に形成された保護膜２１１がエッチングによって除去された後に、再度第１エッチング工程を行って図２（ｆ）に示すように、ホール２１０内に保護膜２１１を形成する。
【００５２】
このように、第１エッチング工程と第２エッチング工程とを複数回繰り返して行った後、最後に第２エッチング工程を行って、図２（ｇ）に示すように、エッチストップ層としての窒化シリコン層２０１に至る高アスペクト比のホール２１０を形成する。
【００５３】
上記オーバーエッチング工程における第１エッチング工程及び第２エッチング工程の１回の時間は、短くした方が、保護膜２１１の状況をより細かく制御することが可能となる。しかし、処理チャンバー１内のガスの略全部を、置き換えるには数秒程度かかる。このため、第１及び第２のガス供給配管１５ａ，１５ｃの切り替え、すなわち、開閉バルブ１５ｂ及び開閉バルブ１５ｄの開閉の切り替えは、好ましくは、２００ｍｓｅｃ以上５００ｍｓｅｃ以下の期間毎に行われる。
【００５４】
以上、本実施形態では、切り替え可能な第１及び第２のガス供給配管１５ａ，１５ｃにシャワーヘッド１６の第１及び第２のガス導入孔１６ｃ，１６ｄをそれぞれ連通させ、第１及び第２のガス導入孔１６ｃ，１６ｄを互いに隣接した状態で交互に配置した。このため、本実施形態によれば、第１及び第２のガス供給配管１５ａ，１５ｃからそれぞれ供給される第１及び第２の処理ガスを相互に独立して処理チャンバー１の内部へ導くことができる。したがって、第１及び第２のガス供給配管１５ａ，１５ｃの切り替えが行われた場合でも、切り替え後の処理ガスと切り替え前の処理ガスとの混合が回避される。その結果、本実施形態によれば、切り替え可能な複数のガス供給管に共通に連通されたガス導入部材の孔を用いる従来技術と比較して、複数のガス供給管の各々から処理容器内へ供給される処理ガスの切り替えを高速かつ均一に行うことができる。
【００５５】
また、本実施形態では、シャワーヘッド１６は、互いに上下方向に重合された第１及び第２のガス拡散室１６ａ，１６ｂを有し、第２のガス拡散室１６ｂは、第１のガス拡散室１６ａから延出する第１のガス導入孔１６ｃを避ける形状に形成された。このため、本実施形態によれば、第１及び第２のガス供給配管１５ａ，１５ｃの切り替えが行われると、第１及び第２のガス拡散室１６ａ，１６ｂの切り替えが行われ、第１及び第２の処理ガスを相互に独立して処理チャンバー１の内部へ迅速に導くことができる。その結果、本実施形態によれば、複数のガス供給管の各々から処理容器内へ供給される処理ガスの切り替えをより高速に行うことができる。
【００５６】
また、本実施形態では、シャワーヘッド１６の第１及び第２のガス導入孔１６ｃ，１６ｄは、シャワーヘッド１６の円周方向に沿って互いに隣接した状態で交互に配置された。その結果、本実施形態によれば、複数のガス供給管の各々から処理容器内へ供給される処理ガスの切り替えが行われた場合でも、切り替え後の処理ガスをシャワーヘッド１６の円周方向に沿って均一に処理容器内へ供給することができる。
【００５７】
また、本実施形態では、第１及び第２のガス供給配管１５ａ，１５ｃの切り替えは、２００ｍｓｅｃ以上５００ｍｓｅｃ以下の期間毎に行われる。その結果、本実施形態によれば、複数のガス供給管の各々から処理容器内へ供給される処理ガスの切り替えが行われてから、処理容器内の処理ガスの置換が完了するまでの時間を短縮することが可能となる。
【００５８】
また、本実施形態では、第１及び第２のガス供給配管１５ａ，１５ｃの切り替えは、第１及び第２の処理ガスとは異なる第３の処理ガスが第１及び第２のガス供給配管１５ａ，１５ｃに共に供給された状態で、行われる。その結果、置換の必要のない不活性ガス等を第３の処理ガスとして継続的に処理容器内へ供給しつつ、複数のガス供給管の各々から処理容器内へ供給される処理ガスの切り替えを高速かつ均一に行うことができる。
【００５９】
（他の実施形態）
以上、一実施形態に係るプラズマ処理装置について説明したが、開示の技術はこれに限定されるものではない。以下では、他の実施形態について説明する。
【００６０】
例えば、上記一実施形態に係るプラズマ処理装置では、シャワーヘッド１６の第１及び第２のガス導入孔１６ｃ，１６ｄが、シャワーヘッド１６の円周方向に沿って互いに隣接した状態で交互に配置された場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、シャワーヘッド１６の第１及び第２のガス導入孔１６ｃ，１６ｄは、シャワーヘッド１６の径方向に沿って互いに隣接した状態で交互に配置されても良い。以下、他の実施形態におけるシャワーヘッド１６の構造の一例について説明する。なお、以下の説明では、上記一実施形態と同一の構成要件については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６１】
図７は、他の実施形態におけるシャワーヘッドをガス導入孔側から見た平面図である。図８は、他の実施形態におけるシャワーヘッドの第１のガス拡散室を通過する横断面図である。図９は、本実施形態におけるシャワーヘッドの第２のガス拡散室を通過する横断面図である。
【００６２】
他の実施形態におけるシャワーヘッド１６は、図１に示したシャワーヘッド１６と同様に、円盤形状に形成されている。シャワーヘッド１６は、図１に示したシャワーヘッド１６と同様に、第１のガス拡散室１６ａと、第２のガス拡散室１６ｂと、第１のガス拡散室１６ａから延出する第１のガス導入孔１６ｃと、第２のガス拡散室１６ｂから延出する第２のガス導入孔１６ｄとを内部に有する。
【００６３】
第１のガス導入孔１６ｃ及び第２のガス導入孔１６ｄは、図７に示すように、シャワーヘッド１６の径方向に沿って互いに隣接した状態で交互に配置される。
【００６４】
また、第１のガス拡散室１６ａ及び第２のガス拡散室１６ｂは、図１に示したシャワーヘッド１６と同様に互いに上下方向に重合される。このうち、第２のガス拡散室１６ｂは、図８及び図９に示すように、第１のガス拡散室１６ａから延出する第１のガス導入孔１６ｃを避ける形状に形成される。言い換えると、第２のガス拡散室１６ｂは、シャワーヘッド１６の径方向に沿って配置される第１のガス導入孔１６ｃを覆う柱状の部位を避ける形状に形成される。
【００６５】
このように、他の実施形態では、シャワーヘッド１６の第１及び第２のガス導入孔１６ｃ，１６ｄは、シャワーヘッド１６の径方向に沿って互いに隣接した状態で交互に配置された。その結果、本実施形態によれば、複数のガス供給管の各々から処理容器内へ供給される処理ガスの切り替えが行われた場合でも、切り替え後の処理ガスをシャワーヘッド１６の径方向に沿って均一に処理容器内へ供給することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  処理チャンバー
２  載置台
１５−１  第１の処理ガス供給源
１５−２  第２の処理ガス供給源
１５−３  第３の処理ガス供給源
１５ａ  第１のガス供給配管
１５ｃ  第２のガス供給配管
１５ｅ  第３のガス供給配管
１６  シャワーヘッド
１６ａ  第１のガス拡散室
１６ｂ  第２のガス拡散室
１６ｃ  第１のガス導入孔
１６ｄ  第２のガス導入孔
６０  制御部
【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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