(57)【要約】【課題】  シリコン、窒化珪素膜、炭化珪素膜、炭窒化珪素膜等を下地層として、Ｓｉ含有膜を含む被エッチング層をエッチングする際に、高いエッチングレートと同時に、下地層に対して高いエッチング選択比を得ることが可能なプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】  被処理基板を載置するとともに第１の高周波電源が接続された第１の電極と、この第１の電極に対向して設けられた第２の電極とを備えたプラズマ処理装置を用い、少なくとも、パターン形成されたレジスト層と、下層のＳｉ含有膜を含む被エッチング層と、さらに下層の下地層とを有する被処理基板に対し、第２の電極にその絶対値が１００Ｖ以上１５００Ｖ以下の負の直流電圧または４ＭＨｚ未満の高周波電力を印加しながら、被エッチング層をエッチングする。【選択図】図１
2008078515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、パターン形成されたレジスト層と、該レジスト層より下層のＳｉ含有膜を含む被エッチング層と、該被エッチング層より下層の下地層とを有する被処理基板に対し、
この被処理基板を収容する真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に設置され、被処理基板を載置する載置台を兼ねるとともに、プラズマ形成用の第１の高周波電源が接続された第１の電極と、前記第１の電極に対向して設けられた第２の電極とを備えたプラズマ処理装置を用い、
前記第２の電極にその絶対値が１００Ｖ以上１５００Ｖ以下の負の直流電圧または４ＭＨｚ未満の高周波電力を印加しながら、前記処理容器内でフルオロカーボンを含む処理ガスを励起させてプラズマを形成し、該プラズマにより前記被エッチング層をエッチングして該被エッチング層に前記レジスト層のパターンに基づく凹部を形成することを特徴とする、プラズマ処理方法。
【請求項２】
前記被エッチング層のＳｉ含有膜が二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜であり、かつ前記下地層がシリコンもしくは窒化珪素（ＳｉＮ）膜であるとともに、絶対値が１００Ｖ以上９００Ｖ以下の負の直流電圧を前記第２の電極に印加す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】
前記被エッチング層のＳｉ含有膜が低誘電率絶縁膜であり、かつ前記下地層が炭化珪素（ＳｉＣ）膜、窒化珪素（ＳｉＮ）膜または炭窒化珪素（ＳｉＣＮ）膜であるとともに、絶対値が１０００Ｖ以上１５００Ｖ以下の負の直流電圧を前記第２の電極に印加す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４】
少なくとも、パターン形成されたレジスト層と、該レジスト層より下層のＳｉ含有有機膜を含む被エッチング層と、該被エッチング層より下層の下地層とを有する被処理基板に対し、
この被処理基板を収容する真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に設置され、被処理基板を載置する載置台を兼ねるとともに、プラズマ形成用の第１の高周波電源が接続された第１の電極と、前記第１の電極に対向して設けられた第２の電極とを備えたプラズマ処理装置を用い、
前記第２の電極にその絶対値が１０００Ｖ以上１５００Ｖ以下の負の直流電圧または４ＭＨｚ未満の高周波電力を印加しながら、前記処理容器内でフルオロカーボンを含む処理ガスを励起させてプラズマを形成し、該プラズマにより前記被エッチング層をエッチングして該被エッチング層に前記レジスト層のパターンに基づく凹部を形成することを特徴とする、プラズマ処理方法。
【請求項５】
前記下地層に対する前記Ｓｉ含有有機膜層のエッチング選択比（Ｓｉ含有有機膜層のエッチングレート／下地層のエッチングレート）が、５以上であることを特徴とする、請求項４に記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記Ｓｉ含有有機膜層が低誘電率絶縁膜であり、かつ前記下地層が炭化珪素（ＳｉＣ）膜、窒化珪素（ＳｉＮ）膜または炭窒化珪素（ＳｉＣＮ）膜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方法。
【請求項７】
前記レジスト層の初期のパターンの開口部の径もしくは幅に対して、エッチングにより形成される前記凹部の開口部の径もしくは幅が１．２倍以下になるようにエッチングすることを特徴とする、請求項６に記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記第１の電極には、さらに、前記第１の高周波電源よりも低い周波数の高周波を発生する第２の高周波電源が接続されていることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
前記第２の電極の少なくとも一部が、シリコン含有物質により形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
前記フルオロカーボンガスが、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６またはＣ６Ｆ６であることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】
コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載されたプラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御する、制御プログラム。
【請求項１２】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載されたプラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御するものである、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１３】
被処理基板を収容する真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に設置され、被処理基板を載置するとともに、第１の高周波電源が接続された第１の電極と、
前記第１の電極に対向して設けられた第２の電極と
前記処理容器内で請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載されたプラズマ処理方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えた、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、半導体基板等の被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハに形成された所定の層に所定のパターンを形成するために、レジストをマスクとしてプラズマによりエッチングするプラズマエッチング処理が多用されている。このようなプラズマエッチングを行うためのプラズマエッチング装置としては、種々のものが用いられているが、その中でも容量結合型平行平板プラズマエッチング装置が主流である。
【０００３】
容量結合型平行平板プラズマエッチング装置は、チャンバ内に一対の平行平板電極（上部および下部電極）を配置し、処理ガスをチャンバ内に導入するとともに、電極の一方に高周波を印加して電極間に高周波電界を形成し、この高周波電界により処理ガスのプラズマを形成して半導体ウエハの所定の層に対してプラズマエッチングを施す。具体的には、上部電極にプラズマ形成用の高周波を印加してプラズマを形成し、下部電極にイオン引き込み用の高周波を印加することにより、適切なプラズマ状態を形成するプラズマエッチング装置が知られており、これにより、高選択比で再現性の高いエッチング処理が可能である。
【０００４】
ところで、近年の微細加工の要求に対応して、マスクとして用いられるフォトレジストの膜厚が薄くなり、使用されるフォトレジストもＫｒＦフォトレジスト（ＫｒＦガスを発光源としたレーザー光で露光するフォトレジスト）から、約０．１３μｍ以下のパターン開口を形成することができるＡｒＦフォトレジスト（ＡｒＦガスを発光源とした、より短波長のレーザー光で露光するフォトレジスト）に移行されつつある。しかしながら、ＡｒＦフォトレジストは耐プラズマ性が低いため、ＫｒＦフォトレジストではほとんど発生しなかったエッチング途中での表面の荒れが生じてしまうという問題がある。このため、開口部の内壁面に縦筋（ストライエーション）が入ったり、フォトレジストの肩部が削られて開口が広がる結果として起こるＣＤ（臨界寸法）の広がり等の問題が生じ、フォトレジストの膜厚が薄いことと相俟って、良好な対マスク選択比でエッチングホールを形成することができないという不都合が生じている。
【０００５】
このため、レジスト層等の有機マスク層の耐プラズマ性を高く維持して高いマスク選択比でエッチングすることを目的として、上部電極に直流電圧を印加しながらプラズマ処理を行なうプラズマ処理方法が提案されている（例えば、特許文献１）。また、プラズマ中の電子エネルギー分布を下げる目的で、上下の対向電極以外にサブ電極を設け、そこに直流電圧を印加するプラズマエッチング方法も提案されている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００５／１２４８４４号（請求の範囲など）
【特許文献２】特開平１０−１２５９７号公報（図２など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エッチングにおいては、エッチング対象膜を十分なエッチングレートでエッチングするとともに、エッチングのストッパー層である下地層とのエッチング選択比を確保することも重要な要素である。しかし、エッチングレートを向上させるべくプラズマ形成用の高周波出力を上昇させると、プラズマの電子密度が上がり、Ｃ４Ｆ６やＣ４Ｆ８などのフルオロカーボン系の処理ガスの解離も進む。その結果、下地層に対する選択比が大きく低下して、下地層のエッチングによる膜厚の損失（ロス）が多くなってしまうという課題があった。つまり、エッチングレートの確保と下地層に対する選択比の確保は、特定のアプリケーション（例えば、特定の処理ガスとエッチング対象膜と下地膜の組合せ）においては、トレードオフの関係になり、両立を図ることが困難であるという課題があった。
【０００７】
そのようなアプリケーションの一例としては、ＡｒＦフォトレジストをエッチングマスクとして、Ｃ４Ｆ６やＣ４Ｆ８などのフルオロカーボンガスを用い、ＳｉＯＣ膜などの有機膜をエッチングする場合を挙げることができる。この場合、十分なエッチングレートを確保しながら、ストッパーである下地層（例えばＳｉＣ膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＣＮ膜など）とのエッチング選択比を十分に得ることは非常に困難である。また、上記アプリケーションの他の例として、ＡｒＦフォトレジストをエッチングマスクとしてＣ４Ｆ６やＣ４Ｆ８などのＣＦ系のガスを用い、ＳｉＯ２膜をエッチングする場合を挙げることができる。この場合においても、十分なエッチングレートを確保しながら、ストッパーである下地層（例えばＳｉ基板、ＳｉＮ膜など）とのエッチング選択比を十分に得ることは非常に困難になる。
【０００８】
上記特許文献１の方法は、上部電極に直流電圧を印加することによって、例えばフルオロカーボン系のエッチングガスの解離を抑え、レジスト層等の有機マスクのエッチングを抑制し、レジスト層の荒れを解消して微細加工を可能にする優れた方法であるが、個別具体的なガス種や膜種などのアプリケーションとの関係で、十分なエッチングレートを得ながら、下地膜とのエッチング選択比を確保できるプラズマエッチング方法については、具体的な開示はされていない。
【０００９】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであって、シリコン、窒化珪素膜、炭化珪素膜、炭窒化珪素膜等を下地層として、Ｓｉ含有膜を含む被エッチング層をエッチングする際に、高いエッチングレートと同時に、下地層に対して高いエッチング選択比を得ることが可能なプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、少なくとも、パターン形成されたレジスト層と、該レジスト層より下層のＳｉ含有膜を含む被エッチング層と、該被エッチング層より下層の下地層とを有する被処理基板に対し、
この被処理基板を収容する真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に設置され、被処理基板を載置する載置台を兼ねるとともに、プラズマ形成用の第１の高周波電源が接続された第１の電極と、前記第１の電極に対向して設けられた第２の電極とを備えたプラズマ処理装置を用い、
前記第２の電極にその絶対値が１００Ｖ以上１５００Ｖ以下の負の直流電圧または４ＭＨｚ未満の高周波電力を印加しながら、前記処理容器内でフルオロカーボンを含む処理ガスを励起させてプラズマを形成し、該プラズマにより前記被エッチング層をエッチングして該被エッチング層に前記レジスト層のパターンに基づく凹部を形成することを特徴とする、プラズマ処理方法を提供する。
【００１１】
上記第１の観点において、前記被エッチング層のＳｉ含有膜が二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜であり、かつ前記下地層がシリコンもしくは窒化珪素（ＳｉＮ）膜である場合に、絶対値が１００Ｖ以上９００Ｖ以下の負の直流電圧を前記第２の電極に印加することが好ましい。また、前記被エッチング層のＳｉ含有膜が低誘電率絶縁膜であり、かつ前記下地層が炭化珪素（ＳｉＣ）膜、窒化珪素（ＳｉＮ）膜または炭窒化珪素（ＳｉＣＮ）膜である場合に、絶対値が１０００Ｖ以上１５００Ｖ以下の負の直流電圧を前記第２の電極に印加することが好ましい。
【００１２】
本発明の第２の観点は、少なくとも、パターン形成されたレジスト層と、該レジスト層より下層のＳｉ含有有機膜を含む被エッチング層と、該被エッチング層より下層の下地層とを有する被処理基板に対し、
この被処理基板を収容する真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に設置され、被処理基板を載置する載置台を兼ねるとともに、プラズマ形成用の第１の高周波電源が接続された第１の電極と、前記第１の電極に対向して設けられた第２の電極とを備えたプラズマ処理装置を用い、
前記第２の電極にその絶対値が１０００Ｖ以上１５００Ｖ以下の負の直流電圧または４ＭＨｚ未満の高周波電力を印加しながら、前記処理容器内でフルオロカーボンを含む処理ガスを励起させてプラズマを形成し、該プラズマにより前記被エッチング層をエッチングして該被エッチング層に前記レジスト層のパターンに基づく凹部を形成することを特徴とする、プラズマ処理方法を提供する。
【００１３】
上記第２の観点において、前記下地層に対する前記Ｓｉ含有有機膜層のエッチング選択比（Ｓｉ含有有機膜層のエッチングレート／下地層のエッチングレート）が、５以上であることが好ましい。
また、前記Ｓｉ含有有機膜層が低誘電率絶縁膜であり、かつ前記下地層が炭化珪素（ＳｉＣ）膜、窒化珪素（ＳｉＮ）膜または炭窒化珪素（ＳｉＣＮ）膜であることが好ましい。この場合、前記レジスト層の初期のパターンの開口部の径もしくは幅に対して、エッチングにより形成される前記凹部の開口部の径もしくは幅が１．２倍以下になるようにエッチングすることが好ましい。
【００１４】
また、上記第１の観点および第２の観点において、前記第１の電極には、さらに、前記第１の高周波電源よりも低い周波数の高周波を発生する第２の高周波電源が接続されていることが好ましい。
また、前記第２の電極の少なくとも一部が、シリコン含有物質により形成されていることが好ましい。また、前記フルオロカーボンガスが、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６またはＣ６Ｆ６であることが好ましい。
【００１５】
本発明の第３の観点は、コンピュータ上で動作し、実行時に、上記第１の観点または第２の観点のプラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御する、制御プログラムを提供する。
【００１６】
本発明の第４の観点は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、上記第１の観点または第２の観点のプラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御するものである、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供する。
【００１７】
本発明の第５の観点は、被処理基板を収容する真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に設置され、被処理基板を載置するとともに、第１の高周波電源が接続された第１の電極と、
前記第１の電極に対向して設けられた第２の電極と
前記処理容器内で上記第１の観点または第２の観点のプラズマ処理方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えた、プラズマ処理装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、プラズマ形成用の第１の高周波電源が接続され、被処理基板を載置する載置台を兼ねる第１の電極に対向して設けられた第２の電極に、その絶対値が１００Ｖ以上１５００Ｖ以下の負の直流電圧または４ＭＨｚ未満の高周波電力を印加しながら、フルオロカーボンを含む処理ガスを励起させてプラズマを形成し、該プラズマによりエッチングを行なうことにより、被エッチング層を高いエッチングレートでエッチングできるとともに、シリコン、窒化珪素膜、炭化珪素膜、炭窒化珪素膜等の下地層に対して十分なエッチング選択比を確保することができる。
【００１９】
また、第２の電極に印加する負の直流電圧の値を制御することにより、肩落ちなどのレジストの変形や縦筋の発生を極力抑制できるので、高いエッチング精度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置１００を単純化して模式的に示す断面図である。この装置は、下部電極であるサセプタ１６に第１の高周波電源８９からプラズマ生成用の例えば４０ＭＨｚの高周波（ＲＦ）電力を印加するとともに、第２の高周波電源９０からイオン引き込み用の例えば２ＭＨｚの高周波（ＲＦ）電力を印加する下部ＲＦ２周波印加タイプのプラズマエッチング装置であって、図示のように上部電極３４に可変直流電源５０を接続して所定の直流（ＤＣ）電圧が印加されるプラズマエッチング装置である。このプラズマエッチング装置１００について、図２を使ってさらに詳述する。
【００２１】
図２は、本発明方法の実施する際に好適に利用可能なプラズマエッチング装置１００を示す概略断面図である。このプラズマエッチング装置１００は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる略円筒状のチャンバ（処理容器）１０を有している。このチャンバ１０は保安接地されている。
【００２２】
チャンバ１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状のサセプタ支持台１４が配置され、このサセプタ支持台１４の上に例えばアルミニウムからなるサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は下部電極を構成し、その上に被処理基板である半導体ウエハＷが載置される。
【００２３】
サセプタ１６の上面には、半導体ウエハＷを静電力で吸着保持する静電チャック１８が設けられている。この静電チャック１８は、導電膜からなる電極２０を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んだ構造を有するものであり、電極２０には直流電源２２が電気的に接続されている。そして、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半導体ウエハＷが静電チャック１８に吸着保持される。
【００２４】
静電チャック１８（半導体ウエハＷ）の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のフォーカスリング（補正リング）２４が配置されている。サセプタ１６およびサセプタ支持台１４の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材２６が設けられている。
【００２５】
サセプタ支持台１４の内部には、例えば円周上に冷媒室２８が設けられている。この冷媒室２８には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより配管３０ａ，３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によってサセプタ上の半導体ウエハＷの処理温度を制御することができる。
【００２６】
さらに、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン３２を介して静電チャック１８の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。
【００２７】
下部電極であるサセプタ１６の上方には、サセプタ１６と対向するように平行に上部電極３４が設けられている。そして、上部電極３４と下部電極（サセプタ１６）との間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極３４は、下部電極であるサセプタ１６上の半導体ウエハＷと対向してプラズマ生成空間と接する面、つまり対向面を形成する。
【００２８】
この上部電極３４は、絶縁性遮蔽部材４２を介して、チャンバ１０の上部に支持されており、サセプタ１６との対向面を構成し、かつ多数の吐出孔３７を有する電極板３６と、この電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる水冷構造の電極支持体３８とによって構成されている。電極板３６は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体が好ましく、特に下地層に対する被エッチング層のエッチング選択性を高めるとともに、レジストを強化して縦筋や肩落ちの発生を防止する観点からはシリコン含有物質が好ましい。このような観点から、電極板３６はシリコンやＳｉＣで構成されることが好ましい。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、このガス拡散室４０からはガス吐出孔３７に連通する多数のガス通流孔４１が下方に延びている。
【００２９】
電極支持体３８にはガス拡散室４０へ処理ガスを導くガス導入口６２が形成されており、このガス導入口６２にはガス供給管６４が接続され、ガス供給管６４には処理ガス供給源６６が接続されている。ガス供給管６４には、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８および開閉バルブ７０が設けられている。そして、処理ガス供給源６６から、エッチングのための処理ガスとして、例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフルオロカーボンガス（ＣｘＦｙ；ｘ、ｙは化学量論的にとり得る数値を意味する）を含むガスが、ガス供給管６４からガス拡散室４０に至り、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してシャワー状にプラズマ生成空間に吐出される。すなわち、上部電極３４は処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。
【００３０】
上記上部電極３４には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６ａを介して可変直流電源５０が電気的に接続されている。可変直流電源５０はバイポーラ電源であってもよい。この可変直流電源５０は、オン・オフスイッチ５２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５０の極性および電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５２のオン・オフはコントローラ（制御装置）５１により制御されるようになっている。
【００３１】
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６ａは、後述する第１および第２の高周波電源からの高周波をトラップするためのものであり、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成される。
【００３２】
チャンバ１０の側壁から上部電極３４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１０ａが設けられている。この円筒状接地導体１０ａは、その上部に天壁を有している。
【００３３】
下部電極であるサセプタ１６には、整合器８７を介して第１の高周波電源８９が電気的に接続され、また、整合器８８を介して第２の高周波電源９０が接続されている。第１の高周波電源８９は、２７ＭＨｚ以上の周波数、例えば４０ＭＨｚの高周波電力を出力する。第２の高周波電源９０は、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電力を出力する。
【００３４】
整合器８７，８８は、それぞれ第１および第２の高周波電源８９，９０の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第１および第２の高周波電源８９，９０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
【００３５】
チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられ、この排気口８０に排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能となっている。また、チャンバ１０の内壁に沿ってチャンバ１０にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するためのデポシールド１１が着脱自在に設けられている。すなわち、デポシールド１１がチャンバ壁を構成している。また、デポシールド１１は、内壁部材２６の外周にも設けられている。チャンバ１０の底部のチャンバ壁側のデポシールド１１と内壁部材２６側のデポシールド１１との間には排気プレート８３が設けられている。デポシールド１１および排気プレート８３としては、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆したものを好適に用いることができる。
【００３６】
デポシールド１１のチャンバ内壁を構成する部分のウエハＷとほぼ同じ高さ部分には、グランドにＤＣ的に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）９１が設けられており、これにより異常放電防止効果を発揮する。
【００３７】
プラズマエッチング装置１００の各構成部は、制御部（全体制御装置）９５に接続されて制御される構成となっている。また、制御部９５には、工程管理者がプラズマエッチング装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等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なるユーザーインターフェース９６が接続されている。
【００３８】
さらに、制御部９５には、プラズマエッチング装置１００で実行される各種処理を制御部９５の制御にて実現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エッチング装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部９７が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリーに記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶部９７の所定位置にセットするようになっていてもよい。
【００３９】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース９６からの指示等にて任意のレシピを記憶部９７から呼び出して制御部９５に実行させることで、制御部９５の制御下で、プラズマエッチング装置１００での所望の処理が行われる。なお、プラズマエッチング装置１００は、この制御部９５を含むものとする。
【００４０】
このように構成されるプラズマエッチング装置１００においてエッチング処理を行う際には、まず、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介してエッチング対象である半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置する。そして、処理ガス供給源６６からエッチングのための処理ガスを所定の流量でガス拡散室４０へ供給し、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してチャンバ１０内へ供給しつつ、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気し、その中の圧力を例えば０．１〜１５０Ｐａの範囲内の設定値とする。ここで、処理ガスとしては、従来用いられている種々のものを採用することができ、例えばＣ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、Ｃ５Ｆ８ガス等のようなフルオロカーボンガス（ＣｘＦｙ）に代表されるハロゲン元素を含有するガスを好適に用いることができる。さらに、Ａｒガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガス等の他のガスが含まれていてもよい。
【００４１】
このようにチャンバ１０内にエッチングガスを導入した状態で、下部電極であるサセプタ１６に、第１の高周波電源８９からプラズマ生成用の高周波電力を所定のパワーで印加するとともに、第２の高周波電源９０よりイオン引き込み用の高周波電力を所定のパワーで印加する。そして、可変直流電源５０から所定の直流電圧を上部電極３４に印加する。さらに、静電チャック１８のための直流電源２２から直流電圧を静電チャック１８の電極２０に印加して、半導体ウエハＷをサセプタ１６に固定する。
【００４２】
上部電極３４の電極板３６に形成されたガス吐出孔３７から吐出された処理ガスは、高周波電力により生じた上部電極３４と下部電極であるサセプタ１６との間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの被処理面がエッチングされる。
【００４３】
このプラズマエッチング装置１００では、下部電極であるサセプタ１６に第１の高周波電源８９から高い周波数領域（例えば、１０ＭＨｚ以上）の高周波電力を供給しているので、プラズマを好ましい状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。
【００４４】
本実施形態では、このようにしてプラズマが形成される際に、上部電極３４に可変直流電源５０から所定の極性および大きさの直流電圧が印加される。このとき、印加電極である上部電極３４の表面つまり電極板３６の表面に対する所定の（適度な）スパッタ効果が得られる程度にその表面の自己バイアス電圧Ｖｄｃが深くなるように、つまり上部電極３４表面でのＶｄｃの絶対値が大きくなるように、可変直流電源５０からの印加電圧をコントローラ５１により制御することが好ましい。第１の高周波電源８９から高周波を印加してプラズマを生成した場合に、上部電極３４にポリマーが付着することがあるが、可変直流電源５０から適切な直流電圧を印加することにより、上部電極３４に付着したポリマーをスパッタして上部電極３４の表面を清浄化することができる。それとともに、半導体ウエハＷ上に最適な量のポリマーを供給してフォトレジスト膜の表面荒れを解消することができる。
【００４５】
また、可変直流電源５０からの電圧を調整して上部電極３４自体をスパッタして電極材料自体を半導体ウエハＷ表面に供給するようにすることにより、フォトレジスト膜表面でカーバイドを形成してフォトレジスト膜が強化され、かつスパッタされた電極材料がフルオロカーボン系の処理ガス中のＦと反応して排気されることによりプラズマ中のＦ比率が減少してフォトレジスト膜や下地膜がエッチングされ難くなる。電極板３６がシリコンやＳｉＣ等のシリコン含有物質の場合には、電極板３６表面でスパッタされたシリコンがポリマーと反応してフォトレジスト膜表面にＳｉＣが形成され、フォトレジスト膜が極めて強固なものとなり得る。しかも、ＳｉはＦと反応しやすいため、Ｆラジカルが消費されやすくなって、下地膜に対する選択比を向上させる効果が特に大きい。したがって、電極板３６の材料としてはシリコンなどのシリコン含有物質が好ましい。なお、この場合に、可変直流電源５０からの印加電圧を制御する代わりに、印加電流または印加電力を制御するようにしてもよい。
【００４６】
なお、上部電極３４へ直流電圧を印加する際、上部電極３４が接地されていると直流電圧印加の機能がなくなるので、模式図として図３に示すように、上部電極３４はＤＣ的にフローティングである必要がある。図３において電気的にキャパシター５０１、５０２、５０３を形成している箇所は、実際には誘電体が入ることになり、上部電極３４は誘電体を介して処理容器１０および接地導体１０ａに対してＤＣ的なフローティングとなっている。なお、高周波電源８９、９０から下部電極１６に印加された高周波電力は、処理空間を介して上部電極３４に到達し、キャパシター５０１、５０２、５０３を介して、接地された処理容器１０及び接地導体１０ａに到達する。
【００４７】
なお、上記第１の高周波電力および第２の高周波電力の採り得る周波数を例示すると、第１の高周波電力としては、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、１６０ＭＨｚを挙げることができ、第２の高周波電力としては、３８０ｋＨｚ、８００ｋＨｚ、１ＭＨｚ、２ＭＨｚ、３．２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚを挙げることができ、プロセスに応じて適宜の組み合わせで用いることができる。
【００４８】
図４および図５は、プラズマエッチング装置１００においてエッチングの対象となるウエハＷの要部を示す縦断面図である。
図示しないＳｉ基板（ウエハＷ）には、下地層１０１が設けられ、該下地層より上層には、被エッチング層１０２が設けられている。そして、被エッチング層１０２よりも上層には、フォトリソグラフィー技術によりパターン形成されたＡｒＦレジストなどのレジスト層１０３が形成されている。
【００４９】
本発明のプラズマ処理方法の第１の実施形態として、例えば下地層１０１がＳｉＣ膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＣＮ膜などであり、被エッチング層１０２がＳｉＯＣ膜、ＳｉＯＣＨ膜などの低誘電率絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）である場合に、下地層１０１をエッチングストッパーとしてレジスト層１０３のパターンに基づき被エッチング層１０２をエッチングしてホールや溝などの凹部１１０を形成するプラズマエッチング方法を挙げることができる。
【００５０】
この第１実施形態において、被エッチング層１０２をエッチングする際のエッチング条件は下記のとおりである。
まず、処理ガスとしては、Ａｒなどの希ガス、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ６Ｆ６等に代表されるＣｘＦｙ、ＣｘＨｙＦｚ、ＣｘＦｙＯ（ここで、ｘ、ｙ、ｚは、それぞれ化学量論的にとり得る数値を意味する）等のフルオロカーボンガスおよびＮ２、Ｏ２、ＣＯ等を含むガスを用いることが好ましい。好ましい処理ガスの組み合わせとして、例えば（Ａｒ、Ｃ５Ｆ８、Ｎ２）、（Ａｒ、Ｃ４Ｆ８、Ｎ２）、（Ａｒ、Ｃ４Ｆ８、Ｎ２、Ｏ２）、（Ｃ４Ｆ８、Ａｒ、Ｎ２、ＣＯ）等を挙げることができる。
この場合、処理ガスの流量として、Ａｒ流量は１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましく、８００〜１２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）がより好ましい。Ｃ５Ｆ８やＣ４Ｆ８などのフルオロカーボンガスの流量は、１〜３０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましく、４〜１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）がより好ましい。Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ等の流量は、０〜３００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましく、５０〜２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）がより好ましい。
処理圧力は、１．３３〜２０Ｐａが好ましく、４〜１３．３Ｐａがより好ましい。
ウエハＷの温度は、例えば２０〜１００℃程度に調整することが好ましい。
【００５１】
第１の高周波電源８９の高周波の周波数は４０ＭＨｚ、高周波パワーは３００〜３０００Ｗ、第２の高周波電源９０の高周波の周波数は２ＭＨｚ、高周波パワーは０〜３０００Ｗが好ましい。
【００５２】
また、可変直流電源５０に接続された上部電極３４に印加する直流電圧としては、−１００Ｖ以下−１５００Ｖ以上が好ましく、ＳｉＣ膜等である下地層１０１に対する被エッチング層１０２のエッチング選択比を十分に高いものとするためには、−１０００Ｖ以下−１５００Ｖ以上がより好ましい。上部電極へ印加される直流電圧が、−１００Ｖより大きい場合（つまり、絶対値として１００Ｖ未満）にはエッチング途中に上部電極３４の表面に堆積物（デポ）が堆積してしまうおそれがあり、−１５００Ｖより小さい場合（つまり、絶対値として１５００Ｖ超）では、パターニングされたレジスト層１０３の肩部が削られる現象（肩落ち）が生じて、ＳｉＯＣ膜などの被エッチング層１０２に形成される開口の径または幅が拡大してしまうおそれがある。
【００５３】
また、本発明のプラズマ処理方法の第２の実施形態は、下地層１０１がＳｉ層（単結晶）またはＳｉＮ膜などであり、被エッチング層１０２がＳｉＯ２膜である場合に、下地層１０１をエッチングストッパーとしてレジスト層１０３のパターンに基づき被エッチング層１０２をエッチングしてホールや溝などの凹部１１０を形成するプラズマエッチング方法を挙げることができる。
【００５４】
この第２実施形態において、被エッチング層１０２をエッチングする際のエッチング条件は下記のとおりである。
まず、処理ガスとしては、Ａｒなどの希ガス、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ６Ｆ６等に代表されるＣｘＦｙ、ＣｘＦ２ｘ＋２、ＣｘＦｙＯ（ここで、ｘ、ｙは、それぞれ化学量論的にとり得る数値を意味する）等のフルオロカーボンガスおよびＮ２、Ｏ２、ＣＯ等を含むガスを用いることが好ましい。好ましい処理ガスの組み合わせとして、例えば（Ａｒ、Ｃ５Ｆ８、Ｏ２）、（Ａｒ、Ｃ４Ｆ８、Ｏ２）、（Ａｒ、Ｃ４Ｆ８、Ｎ２、Ｏ２）、（Ｃ４Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２、ＣＯ）等を挙げることができる。
この場合、処理ガスの流量として、Ａｒ流量は０〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましく、１００〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）がより好ましい。Ｃ５Ｆ８やＣ４Ｆ８の流量は、１０〜２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましく、５０〜８０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）がより好ましい。Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ等の流量は、１０〜２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましく、３０〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）がより好ましい。
ウエハＷの温度は、例えば−２０〜４０℃程度に調整することが好ましい。
【００５５】
第１の高周波電源８９の高周波の周波数は４０ＭＨｚ、高周波パワーは３００〜５０００Ｗ、第２の高周波電源９０の高周波の周波数は２ＭＨｚ、高周波パワーは２０００〜６０００Ｗが好ましい。
【００５６】
また、可変直流電源５０に接続された上部電極３４に印加する直流電圧としては、Ｓｉ層、ＳｉＮ膜等である下地層１０１に対し、ＳｉＯ２膜である被エッチング層１０２のエッチング選択比を十分に高いものとするために、−１００Ｖ以下−９００Ｖ以上とすることが好ましい。前記のとおり、上部電極３４へ印加される直流電圧が−１００Ｖより大きい場合（つまり、絶対値として１００Ｖ未満）にはエッチング途中に上部電極３４にデポが堆積してしまうおそれがある。また、上部電極３４へ印加される直流電圧を−９００Ｖより小さくしても（つまり、絶対値として−９００Ｖを超えて大きくしても）、選択比の向上効果が頭打ちになってしまうことや、パターニングされたレジスト層１０３に肩落ちが発生して、被エッチング層１０２に形成される開口の径または幅が拡大してしまうおそれがあるためである。
【００５７】
上記第１実施形態および第２実施形態のプラズマエッチング方法において、高いエッチングレートを確保できると同時に、下地層１０１に対する高い選択比が得られる理由は、以下の通りであると考察される。
プラズマエッチングにおいて、被エッチング層１０２と下地層１０１との選択比が低下してしまう原因は、エッチングレートを向上させようと第１の高周波電源８９の高周波出力を上げ、電子密度を高くしていくとプラズマ中の活性種の解離が進み、下地層１０１に対して強いエッチング作用を持つＦラジカルが増加するためである。このため、プラズマエッチング装置１００では、上部電極３４の電極板３６の材質としてシリコン含有物質例えばシリコンを使用し、この電極板３６とプラズマ中のＡｒ＋イオンやＣＦｘ＋イオンとの間にスパッタやエッチングなどの相互作用を起こさせるようにしている。この相互作用の結果、電極板３６から遊離したＳｉはプラズマ中のＦラジカルと反応して反応生成物を形成することによりＦラジカルを消費する。そして、この反応生成物は排気とともに除去される。このような機構で、プラズマ中のＦラジカルを除去するスカベンジ作用が高まり、Ｆラジカルが減少する結果、被エッチング層１０２と下地層１０１との選択比の向上を図っている。
【００５８】
そして、電極板３６とプラズマ中のＡｒ＋イオンやＣＦイオンとの間の相互作用を効果的に生じさせる上で、上部電極３４に印加する直流電圧値が重要な意義を持つ。図６は、プラズマ中のＣＦイオンのＳｉＯ２（ここでは、上部電極３４の電極板３６の材質であるＳｉと等価と考える）に対するエッチングイールドと、イオンエネルギーとの関係を示すグラフである。この図６より、ＣＦ＋は５００ｅＶ以上、ＣＦ２＋は３００ｅＶ以上のイオンエネルギーがなければ、ＳｉＯ２に対してエッチングを行なうことができないことが理解される。従って、例えばイオンエネルギーが１００ｅＶ未満の領域では、ＣＦイオンは堆積物の原因としてのみ働き、ＳｉやＳｉＯ２に対する相互作用（エッチング）は殆ど生じないものと考えられる。
【００５９】
一方、図７は、プラズマ中のＡｒイオンによるＳｉのスパッタイールドと、動的エネルギーとの関係を示すグラフである。なお、Ｆラジカルを減少させるために十分なＳｉを供給する観点から、グラフの縦軸において実効性のあるスパッタイールドは０．１（Ｓｉ／ｉｏｎ）が目安である。この図７より、ＣＦの薄膜が形成された上部電極３４の電極板３６とＡｒイオン（Ａｒ＋、Ａｒ２＋、Ａｒ４＋、Ａｒ８＋）との相互作用（スパッタ）を生じさせるためには、動的エネルギーとして１００ｅＶ〜６００ｅＶ程度が必要であることを読み取ることができる。
【００６０】
上記ＣＦイオンによるＳｉＯ２のエッチングイールド（図６）や、ＡｒイオンによるＳｉのスパッタイールド（図７）の結果より、上部電極３４に印加する直流電圧としては、絶対値として１００Ｖ以上が必要であることが理解される。また、必要以上の直流電圧を上部電極３４に印加しても、エッチングイールドやスパッタイールドが頭打ちになることから、電極板３６からのＳｉの放出も頭打ちになり、Ｆラジカルのスカベンジ作用による選択比改善効果の向上も見込めなくなると考えられる。従って、上部電極３４に印加する負の直流電圧の上限としては、絶対値として９００Ｖ〜１５００Ｖ程度にすることが好ましいものと考えられる。
【００６１】
以上の考察は、実験結果からも裏付けられている。
この試験では、プラズマエッチング装置１００を用い、下地層１０１としてＳｉＣ膜、被エッチング層１０２としてＳｉＯＣ膜およびパターン形成されたＡｒＦのレジスト層１０３を含む積層体に対して、レジスト層１０３をマスクとして、以下のエッチング条件で被エッチング層１０２のＳｉＯＣ膜に凹部１１０（ホール）を形成するエッチングを実施した。
【００６２】
＜エッチング条件＞
処理ガス：Ｃ４Ｆ８、ＡｒおよびＮ２
処理ガス流量（Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２）：４／１０００／１３０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
処理圧力：６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
背圧（センター部／エッジ部）：２０００Ｐａ／５３３２Ｐａ（１５／４０Ｔｏｒｒ；Ｈｅガス）
温度（上部電極／チャンバ側壁／下部電極）：９０℃／６０℃／０℃
第１の高周波電源８９（４０ＭＨｚ）の高周波パワー＝２５００Ｗ
第２の高周波電源９０（２ＭＨｚ）の高周波パワー＝０Ｗ
直流電圧（上部電極３４）：−３００Ｖ、−６００Ｖ、−９００Ｖ、−１２００Ｖ、−１５００Ｖまたは−１８００Ｖ
処理時間：７８秒
【００６３】
図８に示すグラフは、上部電極３４に印加する直流電圧と、下地層１０１であるＳｉＣ膜の膜厚のロス（削り量）との関係を示すものである。また、図９は、上部電極３４に印加する直流電圧と、下地層１０１であるＳｉＣ膜に対する被エッチング層１０２であるＳｉＯＣ膜のエッチング選択比を示している。図８より、上部電極３４に印加する負の直流電圧の絶対値が増加すると、ＳｉＣ膜のロスは減少していくことがわかる。また、図９より、上部電極３４に印加する負の直流電圧の絶対値が増加していくに伴い、対ＳｉＣ選択比が向上しており、特に、上部電極３４に印加する負の直流電圧の絶対値が１０００Ｖ以上では、対ＳｉＣ選択比が５以上になっていることがわかる。
【００６４】
以上の図８および図９の結果から、上部電極３４に印加する負の直流電圧の絶対値の増加に伴って、下地層１０１のＳｉＣ膜のロスが減少し、対ＳｉＣ膜のエッチング選択比が増加していることがわかる。また、図９より、対ＳｉＣ選択比は、上部電極３４に印加する直流電圧が−１０００Ｖ付近から急激に向上していることがわかる。従って、下地層１０１であるＳｉＣ膜に対して十分なエッチング選択比を以て被エッチング層１０２のＳｉＯＣ膜をエッチングするためには、上部電極３４に印加する負の直流電圧の絶対値を１０００Ｖ以上（つまり、直流電圧として−１０００Ｖ以下）とすることがより好ましいことが確認された。
【００６５】
一方、図１０は、上記試験において、上部電極３４に−１８００Ｖの直流電圧を印加してエッチングを行なった場合のレジスト層１０３を含むホールの縦断面の形状を示すＴＥＭ画像である。図１０では、矢印で示すレジスト層１０３の肩部が脱落して丸みを帯び、レジストパターンの開口径が拡大していることがわかる。このように、上部電極３４に印加する負の直流電圧の絶対値が大きくなりすぎると、ＡｒＦなどのレジスト層１０３の角部が削り取られる所謂肩落ちが発生することが判明した。肩落ちが発生すると、パターン形成されたレジスト層１０３の開口径（ホールの場合）や開口幅（溝の場合）が拡大するので、レジスト除去後の凹部１１０（ホールや溝）の開口径や開口幅が拡大してしまうという不都合が生じる。
【００６６】
図１１のグラフは、上記試験におけるホールの頂部の開口径（ＣＤ；Critical
Dimension）と、上部電極３４に印加した直流電圧との関係を示している。なお、エッチングマスクとして使用したレジスト層１０３の初期パターン（エッチング前のパターン）における開口径は、１１５ｎｍであった。この図１１から、上部電極３４に印加する負の直流電圧の絶対値が１８００Ｖに達すると、開口径が急激に拡大していることがわかる。しかし、上部電極３４に印加する負の直流電圧の絶対値が１５００Ｖ以下（つまり、直流電圧として−１５００Ｖ以上）であれば、ＣＤの拡大は略抑制され、レジスト層１０３の初期のパターンの開口径に対して、エッチングにより形成された被エッチング層１０２の開口径は、概ね１．２倍以下の範囲内におさまっていることがわかる。
【００６７】
以上の結果によれば、下地層１０１のＳｉＣ膜に対する被エッチング層１０２のＳｉＯＣ膜のエッチング選択比を顕著に向上させる観点から、上部電極３４に印加する負の直流電圧の絶対値は１０００Ｖ以上がより好ましく、一方、レジスト層１０３の肩落ちを抑制して凹部１１０の拡大を抑制する観点から、上部電極３４に印加する負の直流電圧の絶対値は１５００Ｖ以下が好ましいことが確認された。
【００６８】
次に、図１２および図１３を参照しながら、第２実施形態に係るプラズマエッチング方法に関する試験結果について説明する。
まず、以下の条件で、ＳｉＯ２膜、ＡｒＦレジスト膜およびＳｉＮ膜に対してそれぞれエッチングを実施し、エッチングレートを測定した。その結果を図１２に示した。
【００６９】
＜エッチング条件＞
処理ガス：Ｃ４Ｆ８、ＡｒおよびＯ２
処理ガス流量（Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２）：６０／３００／３４ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
処理圧力：２．０Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）
背圧（センター部／エッジ部）：２０００Ｐａ／５３３２Ｐａ（１５／４０Ｔｏｒｒ；Ｈｅガス）
温度（上部電極／チャンバ側壁／下部電極）：６０℃／６０℃／０℃
第１の高周波電源８９（４０ＭＨｚ）の高周波パワー＝２７００Ｗ
第２の高周波電源９０（２ＭＨｚ）の高周波パワー＝４５００Ｗ
直流電圧（上部電極３４）：０Ｖ、−３００Ｖ、−６００Ｖ
処理時間：６０秒
【００７０】
図１２より、上部電極３４に直流電圧を印加し、その電圧を上げて行くと、ＳｉＯ２膜のエッチングレートは上昇していくが、ＡｒＦレジスト膜およびＳｉＮ膜に対するエッチングレートは、逆に減少していくことがわかる。従って、ＳｉＮ膜を下地層１０１、ＳｉＯ２膜を被エッチング層１０２、ＡｒＦレジスト膜をレジスト層１０３とした場合には、直流電圧を印加することにより、被エッチング層１０２のエッチングレートを向上させ、かつ、下地層１０１およびレジスト層１０３に対してのエッチング選択比を大きく改善できることが示された。
【００７１】
次に、以下の条件で、下地層１０１がＳｉ層（単結晶）またはＳｉＮ（窒化珪素）膜、被エッチング層１０２がＳｉＯ２膜である場合に、下地層１０１をエッチングストッパーとしてＡｒＦレジストのレジスト層１０３のパターンに基づき被エッチング層１０２をエッチングし、エッチングレートを測定した。その結果を図１３に示した。
【００７２】
＜エッチング条件＞
処理ガス：Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＡｒおよびＯ２
処理ガス流量（Ｃ４Ｆ６／Ｃ４Ｆ８／Ａｒ）：２０／５０／２５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で固定し、Ｏ２流量を５０、６０、８０または９０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で変化させた。
処理圧力：４．０Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）
背圧（センター部／エッジ部）：２０００Ｐａ／５３３２Ｐａ（１５／４０Ｔｏｒｒ；Ｈｅガス）
温度（上部電極／チャンバ側壁／下部電極）：９０℃／６０℃／０℃
第１の高周波電源８９（４０ＭＨｚ）の高周波パワー＝２０００Ｗ
第２の高周波電源９０（２ＭＨｚ）の高周波パワー＝３０００Ｗ
直流電圧（上部電極３４）：０Ｖ（Ｏ２流量５０ｍＬ／ｍｉｎ）、−４５０Ｖ（Ｏ２流量６０ｍＬ／ｍｉｎ）、−９００Ｖ（Ｏ２流量８０ｍＬ／ｍｉｎ）または−１２００Ｖ（Ｏ２流量９０ｍＬ／ｍｉｎ）
上下部電極間距離（ギャップ）：３５ｍｍ
処理時間：１２０秒
【００７３】
図１３より、エッチングレートは、上部電極３４に印加する負の直流電圧の絶対値が大きくなるに伴って高くなっていることがわかる。また、直流電圧が−９００Ｖを下回る（すなわち、絶対値として９００Ｖ超）になると、エッチングレートの増加傾向がほぼ頭打ちになっており、直流電圧印加の効果が低くなっていることがわかる。この結果から、第２実施形態のプラズマエッチング方法において、上部電極３４に印加する負の直流電圧は、絶対値として９００Ｖ以下とすることが好ましいことが確認された。
【００７４】
以上のように、可変直流電源５０から上部電極３４に印加する直流電圧をコントローラ５１により適正な値に制御することにより、上部電極３４の電極板３６に対するエッチング機能やスパッタ機能が発揮される。その結果、遊離したＳｉによって処理ガス中のＦラジカルが消費され、下地層１０１に対する被エッチング層１０２のエッチング選択比を高めることができる。
【００７５】
また、上部電極３４に印加する直流電圧を適正な範囲とすることによって、レジスト層１０３の肩落ちを防止することができるとともに、エッチングにより形成される凹部１１０であるホールや溝のＣＤ（開口径や開口幅）の広がりを抑制することができ、より高精度のパターン形成を実現することができる。
【００７６】
さらに、上部電極３４に直流電圧を印加することによる他の効果として、印加した直流電圧によってプラズマが形成されることにより、第１の高周波電源８９の高周波出力によるプラズマ密度の制御とは独立してプラズマ密度を高めてエッチングレートを上昇させ得ることが挙げられる。これは、上部電極３４に負の直流電圧を印加すると、電子が上部電極３４に入り難くなり電子の消滅が抑制されることと、イオンが上部電極３４に加速されて入ると電子が電極から出ることができ、その電子がプラズマ電位と印加電圧値の差で高速に加速され中性ガスを電離（プラズマ化）することで、電子密度（プラズマ密度）が増加するからである。
【００７７】
本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、被処理基板としては、半導体ウエハに限らず、液晶表示装置（ＬＣＤ）用基板等のガラス基板、セラミックス基板など他のものであってもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、プラズマエッチング装置１００の可変直流電源５０から上部電極３４に直流電圧を印加する構成としたが、直流電圧を印加する代りに、上部電極３４に例えば４ＭＨｚ未満の高周波電力を印加することによっても、上部電極３４とイオンとの相互作用によって電極板３６中のシリコンを放出させ、プラズマ中のＦラジカルを減少させて下地膜に対するエッチング選択性を改善する効果が得られる。
【００７９】
また、上記実施形態では、上部電極に直流電圧を印加するプラズマエッチング装置として、下部電極にプラズマ形成用の第１の高周波（ＲＦ）電力およびイオン引き込み用の第２の高周波（ＲＦ）電力を印加する下部ＲＦ二周波印加型のプラズマエッチング装置１００を用いて説明したが、下部電極に一周波の高周波電力を印加するタイプのプラズマエッチング装置を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明方法の実施に適したプラズマエッチング装置を示す概略断面図。
【図２】本発明方法の実施に適したプラズマエッチング装置を示す概略断面図。
【図３】図２のプラズマエッチング装置における、上部電極の電気的状態を表す図。
【図４】エッチング前のウエハ表面付近の要部を示す縦断面図。
【図５】エッチング後のウエハ表面付近の要部を示す縦断面図。
【図６】ＣＦｘ＋イオンのＳｉＯ２に対するエッチングイールドと、イオンエネルギーとの関係を示すグラフ。
【図７】プラズマ中のＡｒイオンによるＳｉのスパッタイールドと、動的エネルギーとの関係を示すグラフ。
【図８】上部電極に印加する直流電圧と、ＳｉＣ膜のロスとの関係を示すグラフ。
【図９】上部電極に印加する直流電圧と、ＳｉＣ膜に対する被エッチング層１０２であるＳｉＯＣのエッチング選択比を示すグラフ。
【図１０】ウエハＷの表面付近のＴＥＭ画像。
【図１１】ホールの頂部の開口径と、上部電極に印加した直流電圧との関係を示すグラフ。
【図１２】膜種別のエッチングレートと直流電圧値との関係を示すグラフ。
【図１３】上部電極に印加した直流電圧と、エッチングレートとの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００８１】
１０…チャンバ（処理容器）
１６…サセプタ（下部電極）
３４…上部電極
４６ａ…ローパスフィルタ
５０…可変直流電源
５１…コントローラ
５２…オン・オフスイッチ
６６…処理ガス供給源
８４…排気装置
８９…第１の高周波電源
９０…第２の高周波電源
９１…ＧＮＤブロック
１００…プラズマエッチング装置
１０１…下地層
１０２…被エッチング層
１０３…レジスト層
Ｗ…半導体ウエハ（被処理基板）
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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