(57)【要約】【課題】有機系材料膜をエッチングする際に、隣接する無機系材料膜に対して選択性が高く、かつ電子密度ないしはプラズマ密度の均一性を高くしてエッチングすることができるプラズマエッチング方法を提供すること。【解決手段】チャンバー１内に一対の電極２，１６を対向して配置し、電極２に有機系材料膜を有する被処理基板Ｗを支持させた状態で電極２にプラズマ形成のための周波数４０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加して一対の電極２，１６間に高周波電界を形成するとともに、チャンバー１内にＡｒ等の電離促進ガスを含む処理ガスを供給して処理ガスのプラズマを形成し、このプラズマにより被処理基板Ｗの有機系材料膜を無機系材料膜をマスクとしてプラズマエッチングする。【選択図】      図１
2004214336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行平板型のプラズマエッチング装置を用いて被処理体上の有機系材料膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、
プラズマを形成するための高周波電力の周波数を４０ＭＨｚ以上とし、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスを含む処理ガスを用いて前記有機系材料膜をプラズマエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
平行平板型のプラズマエッチング装置を用いて被処理体上の有機系材料膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、
チャンバー内に配置された一対の平行平板電極の一方に被処理体を支持させた状態で、その被処理体を支持した電極にプラズマを形成するための４０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加し、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスを含む処理ガスを用いて前記有機系材料膜をプラズマエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項３】
平行平板型のプラズマエッチング装置を用いて被処理体上の有機系材料膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、
チャンバー内に配置された一対の平行平板電極の一方に被処理体を支持させた状態で、その被処理体を支持させた電極にプラズマを形成するための４０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加し、さらにその電極にその自己バイアス電圧の絶対値が５００Ｖ以下になるようにイオン引き込みのための５００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの高周波電力を重畳して印加し、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスを含む処理ガスを用いて前記有機系材料膜をプラズマエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項４】
平行平板型のプラズマエッチング装置を用いて被処理体上の有機系材料膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、
チャンバー内に配置された一対の平行平板電極の一方に被処理体を支持させた状態で、他方の電極にプラズマを形成するための４０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加し、被処理体を支持した電極にその自己バイアス電圧の絶対値が５００Ｖ以下になるようにイオン引き込みのための５００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの高周波電力を印加し、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスを含む処理ガスを用いて前記有機系材料膜をプラズマエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスとして、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれかを用いることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項６】
前記処理ガスは、ＡｒとＮ２とＨ２とを有することを特徴とする請求項５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項７】
前記処理ガスは、ＡｒとＮＨ３とを有することを特徴とする請求項５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項８】
前記プラズマ形成用の高周波電力の周波数は１００ＭＨｚであ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エッチング方法。
【請求項９】
前記一対の平行平板電極の電極間距離が４０ｍｍ以下であ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エッチング方法。
【請求項１０】
前記被処理体の径は、３００ｍｍ以上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エッチング方法。
【請求項１１】
被処理基板の有機系材料膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング装置であって、
前記被処理基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に設けられ、その一方に前記被処理基板が支持される一対の平行平板電極と、
前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記チャンバー内を排気する排気系と、
前記被処理基板が支持される電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電源と
を具備し、
前記高周波電源から供給される高周波電力の周波数が４０ＭＨｚ以上であり、
前記処理ガス供給系は、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスを含む処理ガスを供給することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項１２】
被処理基板の有機系材料膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング装置であって、
前記被処理基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に設けられ、その一方に前記被処理基板が支持される一対の平行平板電極と、
前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記チャンバー内を排気する排気系と、
前記被処理基板が支持される電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する第１の高周波電源と、
前記被処理基板が支持される電極に重畳してイオン引き込みのための高周波電力を供給する第２の高周波電源と
を具備し、
前記第１の高周波電源から前記被処理基板が支持される電極に供給される高周波電力の周波数が４０ＭＨｚ以上であり、
前記第２の高周波電源から前記被処理基板が支持される電極に供給される高周波電力は、その周波数が５００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの範囲で、その電極の自己バイアス電圧の絶対値が５００Ｖ以下になるように印加され、
前記処理ガス供給系は、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスを含む処理ガスを供給することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項１３】
被処理基板の有機系材料膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング装置であって、
前記被処理基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に設けられ、その一方に前記被処理基板が支持される一対の平行平板電極と、
前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記チャンバー内を排気する排気系と、
前記一対の平行平板電極のうち被処理基板が支持されない電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する第１の高周波電源と、
前記被処理基板が支持される電極にイオン引き込みのための高周波電力を供給する第２の高周波電源と
を具備し、
前記第１の高周波電源から前記被処理基板が支持されない電極に供給される高周波電力の周波数が４０ＭＨｚ以上であり、
前記第２の高周波電源から前記被処理基板が支持される電極に供給される高周波電力は、その周波数が５００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの範囲で、その電極の自己バイアス電圧の絶対値が５００Ｖ以下になるように印加され、
前記処理ガス供給系は、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスを含む処理ガスを供給することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項１４】
前記プラズマ形成用の高周波電力の周波数は１００ＭＨｚであることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１５】
前記一対の平行平板電極の電極間距離が４０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低誘電率膜（ｌｏｗ−ｋ膜）等の有機系材料膜が形成された半導体ウエハ等の被処理基板において、その有機系材料膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの配線工程では、配線層間には層間絶縁膜が形成されており、配線層を導通させるために層間絶縁膜をエッチングする。この層間絶縁膜としては、近時、半導体デバイスのさらなる高速化の要求から、より低誘電率の膜が求められており、このような低誘電率膜としては有機系材料膜が用いられつつある。
【０００３】
このような有機系材料膜のエッチングは、酸化シリコン等の無機系材料膜をマスクとしてプラズマエッチングにより行っている。具体的には、チャンバー内に上下に対向する一対の対向電極を設けた平行平板型のプラズマエッチング装置を用い、下部電極に半導体ウエハ（以下、単にウエハと記載する）を載置して、下部電極に周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給し、処理ガスとして、Ｎ２、Ｈ２、Ａｒ等が用いられている（特許文献１，２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−６０５８２公報（特許請求の範囲、段落００２２〜００２４等）
【特許文献２】
特開２００１−１１８８２５公報（特許請求の範囲、段落００１５、００２２等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１，２に示すような従来のエッチング条件で有機系材料膜をエッチングする場合には、高エッチングレートを得るためにプラズマ密度を上げると自己バイアス電圧も同時に上昇するため、引き込まれたイオンにより例えばマスクとして有機系材料膜に隣接して設けられた無機系材料膜の肩落ちが激しくなり、無機系材料膜に対する有機系材料膜のエッチング選択比が低下してしまい、高エッチングレートと高エッチング選択比を両立することができない。
【０００６】
また、このような肩落ちを防止して高選択比で有機系材料膜をエッチングするために、エッチング作用の強い（スパッタ作用の強い）Ａｒガスのような原子ガスを除いて分子性の単ガスまたは混合ガスを用いると、電界強度分布に対応して、電子密度（プラズマ密度）が、中央で高くエッジで低いといった均一性の極めて悪いものとなってしまう。したがって、得られるエッチングの均一性も悪いものとならざるを得ない。特に、ウエハが３００ｍｍと大口径化すると、このような電子密度（プラズマ密度）の不均一が一層顕著なものとなる。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、有機系材料膜をエッチングする際に、隣接する無機系材料膜に対して選択性が高く、かつ電子密度ないしはプラズマ密度の均一性を高くしてエッチングすることができるプラズマエッチング方法およびその方法を実現するプラズマエッチング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らの検討結果によれば、有機系材料膜のエッチングはプラズマ密度が支配的であり、イオンエネルギーの寄与が小さいのに対し、無機系材料膜のエッチングではプラズマ密度とイオンエネルギーの両方が必要であり、したがって、有機系材料膜のエッチングレートを低下させずに無機系材料膜に対するエッチング選択比を高くするためには、プラズマ密度を低下させずにイオンエネルギーを低くする必要があることが見出された。この場合に、プラズマのイオンエネルギーは、エッチングの際における電極の自己バイアス電圧で間接的に把握することができるから、有機系材料膜をエッチングレートを低下させることなく高エッチング選択比でエッチングするためには、結局、プラズマ密度を低下させずに低バイアスの条件でエッチングすることが必要となる。本発明者らのさらなる検討結果によれば、電極に印加する高周波電力の周波数が高くなれば、プラズマ密度を低下させることなく自己バイアス電圧が小さい状態を形成することができることが判明した。
【０００９】
また、このようにプラズマ形成用の高周波電力の周波数が高くなって４０ＭＨｚ以上となれば、自己バイアス電圧が小さいのでＡｒのような原子ガスを処理ガスとして用いても、無機材料膜をエッチングする能力はあまり高くなく、むしろ、Ａｒのように、低いエネルギーで電離するガス、電離断面積が大きいガスを用いることにより電子密度すなわちプラズマ密度を均一化することが可能であることが見出された。
【００１０】
すなわち、本発明の第１の観点では、平行平板型のプラズマエッチング装置を用いて被処理体上の有機系材料膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、プラズマを形成するための高周波電力の周波数を４０ＭＨｚ以上とし、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスを含む処理ガスを用いて前記有機系材料膜をプラズマエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００１１】
本発明の第２の観点では、平行平板型のプラズマエッチング装置を用いて被処理体上の有機系材料膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、チャンバー内に配置された一対の平行平板電極の一方に被処理体を支持させた状態で、その被処理体を支持した電極にプラズマを形成するための４０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加し、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスを含む処理ガスを用いて前記有機系材料膜をプラズマエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００１２】
本発明の第３の観点では、平行平板型のプラズマエッチング装置を用いて被処理体上の有機系材料膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、チャンバー内に配置された一対の平行平板電極の一方に被処理体を支持させた状態で、その被処理体を支持させた電極にプラズマを形成するための４０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加し、さらにその電極にその自己バイアス電圧の絶対値が５００Ｖ以下になるようにイオン引き込みのための５００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの高周波電力を重畳して印加し、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスを含む処理ガスを用いて前記有機系材料膜をプラズマエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００１３】
本発明の第４の観点では、平行平板型のプラズマエッチング装置を用いて被処理体上の有機系材料膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、チャンバー内に配置された一対の平行平板電極の一方に被処理体を支持させた状態で、他方の電極にプラズマを形成するための４０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加し、被処理体を支持した電極にその自己バイアス電圧の絶対値が５００Ｖ以下になるようにイオン引き込みのための５００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの高周波電力を印加し、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスを含む処理ガスを用いて前記有機系材料膜をプラズマエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００１４】
本発明の第５の観点では、被処理基板の有機系材料膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング装置であって、前記被処理基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内に設けられ、その一方に前記被処理基板が支持される一対の平行平板電極と、前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記チャンバー内を排気する排気系と、前記被処理基板が支持される電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電源とを具備し、前記高周波電源から供給される高周波電力の周波数が４０ＭＨｚ以上であり、前記処理ガス供給系は、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスを含む処理ガスを供給することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
【００１５】
本発明の第６の観点では、被処理基板の有機系材料膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング装置であって、前記被処理基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内に設けられ、その一方に前記被処理基板が支持される一対の平行平板電極と、前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記チャンバー内を排気する排気系と、前記被処理基板が支持される電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する第１の高周波電源と、前記被処理基板が支持される電極に重畳してイオン引き込みのための高周波電力を供給する第２の高周波電源とを具備し、前記第１の高周波電源から前記被処理基板が支持される電極に供給される高周波電力の周波数が４０ＭＨｚ以上であり、前記第２の高周波電源から前記被処理基板が支持される電極に供給される高周波電力は、その周波数が５００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの範囲で、その電極の自己バイアス電圧の絶対値が５００Ｖ以下になるように印加され、前記処理ガス供給系は、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスを含む処理ガスを供給することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
【００１６】
本発明の第７の観点では、被処理基板の有機系材料膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング装置であって、前記被処理基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内に設けられ、その一方に前記被処理基板が支持される一対の平行平板電極と、前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記チャンバー内を排気する排気系と、前記一対の平行平板電極のうち被処理基板が支持されない電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する第１の高周波電源と、前記被処理基板が支持される電極にイオン引き込みのための高周波電力を供給する第２の高周波電源とを具備し、前記第１の高周波電源から前記被処理基板が支持されない電極に供給される高周波電力の周波数が４０ＭＨｚ以上であり、前記第２の高周波電源から前記被処理基板が支持される電極に供給される高周波電力は、その周波数が５００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの範囲で、その電極の自己バイアス電圧の絶対値が５００Ｖ以下になるように印加され、前記処理ガス供給系は、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスを含む処理ガスを供給することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
【００１７】
本発明の第１の観点によれば、プラズマ形成用として電極に印加する高周波電力の周波数を４０ＭＨｚ以上と従来よりも高くすることにより、有機系材料膜のエッチングに必要なプラズマ密度を確保しつつ低い自己バイアス電圧を実現することができ、有機系材料膜を無機系材料膜に対して高エッチング選択比でエッチングすることができるとともに、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒに代表される基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスを含む処理ガスを用いることにより、プラズマ密度（電子密度）を低下させることなく、その分布を大幅に改善することができる。つまり、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスは電離しやすいため、これを添加することにより処理ガスの電離が促進される。これにより、電界強度が低い被処理体の端部近傍部分においても処理ガスを十分に電離させることができ、全体的に均一に電離される結果、電子密度すなわちプラズマ密度が均一になるのである。
【００１８】
具体的には、本発明の第２の観点および第５の観点のように、被処理体を支持した電極にプラズマを形成するための４０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加することにより、自己バイアス電圧が低い状態で無機系材料膜へのダメージの少ないエッチングを行うことができる。また、第３の観点および第６の観点のように、被処理体を支持した電極の自己バイアス電圧の絶対値が５００Ｖ以下の範囲であれば、被処理体を支持した電極に５００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの範囲で高周波電力を印加して無機系材料膜へのダメージの少ない範囲でイオンを引き込んでエッチング性を高めることもできる。さらに第４の観点および第７の観点のように、被処理体を支持した電極に対向する電極にプラズマを形成するための４０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加する場合には、被処理体にイオンを引き込むために５００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの範囲の高周波電力を被処理体を支持した電極に印加することが必要であり、その際にも無機系材料膜へのダメージを少なくするために被処理体を支持した電極の自己バイアス電圧の絶対値を５００Ｖ以下とする。
【００１９】
前記基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、および最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスとして、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれかを用いることが好ましい。特にＡｒは、準安定状態が存在し、そこから約４ｅＶで電離状態に遷移することができ、最大電離断面積も大きく、かつこれらの中では安価なことから最も有効である。Ｘｅ、Ｋｒも準安定状態が存在し、そこから比較的低エネルギーで電離状態に遷移することができ、最大電離断面積も大きい。具体的な処理ガスの成分としては、ＡｒとＮ２とＨ２とを有するものを用いることができ、さらにはＡｒとＮＨ３とを有するものを用いることができる。
【００２０】
前記プラズマ形成用の高周波電力の周波数としては４０ＭＨｚ以上であればよいが、１００ＭＨｚを好適に用いることができる。
【００２１】
前記一対の平行平板電極の電極間距離が４０ｍｍ以下であることが好ましい。これは以下の理由による。パッシェンの法則（Ｐａｓｃｈｅｎ’ｓ  ｌａｗ）より、放電開始電圧Ｖｓは、ガス圧力ｐと電極間距離ｄの積ｐｄがある値の時に極小値（パッシェン最小値）をとり、パッシェン最小値をとるｐｄの値は高周波電力の周波数が大きいほど小さくなることから、本発明のように高周波電力の周波数が大きい場合に放電開始電圧Ｖｓを小さくして放電を容易にし、安定させるためには、ガス圧力ｐが一定であれば電極間距離ｄを小さくする必要があり、そのため本発明では電極間距離を４０ｍｍ以下とすることが好ましい。また、電極間距離を４０ｍｍ以下とすることで、チャンバー内でのガスのレジデンスタイムを短くすることができるので反応生成物が効率的に排出され、エッチングストップを低減することができるという効果も得られる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施に用いられるプラズマエッチング装置を示す断面図である。このエッチング装置は、気密に構成され、略円筒状をなし、壁部が例えば表面が酸化処理されたアルミニウム製のチャンバー１を有している。このチャンバー１は接地されている。
【００２３】
このチャンバー１内には、被処理基板であるウエハＷを水平に支持するとともに下部電極として機能する支持テーブル２が設けられている。支持テーブル２は例えば表面が酸化処理されたアルミニウムで構成されており、チャンバー１の低壁から突出する支持部３上に絶縁部材４を介して支持されている。また、支持テーブル２の上方の外周には導電性材料または絶縁性材料で形成されたフォーカスリング５が設けられている。このフォーカスリング５としては、ウエハＷの直径が３００ｍｍφの場合に３４０〜３８０ｍｍφの直径のものが採用される。フォーカスリング５の外側にはバッフル板１４が設けられている。また、支持テーブル２とチャンバー１の底壁との間には空洞部７が形成されている。
【００２４】
支持テーブル２の表面上にはウエハ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が介在されて構成されており、電極６ａには直流電源１３が接続されている。そして電極６ａに電源１３から電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によって半導体ウエハＷが吸着される。
【００２５】
支持テーブル２内には冷媒流路８ａが設けられ、この冷媒流路８ａには冷媒配管８ｂが接続されており、冷媒制御装置８により、適宜の冷媒がこの冷媒配管８ｂを介して冷媒流路８ａに供給され、循環されるようになっている。これにより、支持テーブル２が適宜の温度に制御可能となっている。また、静電チャック６の表面とウエハＷの裏面との間に熱伝達用の伝熱ガス、例えばＨｅガスを供給するための伝熱ガス配管９ａが設けられ、伝熱ガス供給装置９からこの伝熱ガス配管９ａを介してウエハＷ裏面に伝熱ガスが供給されるようになっている。これにより、チャンバー１内が排気されて真空に保持されていても、冷媒流路８ａに循環される冷媒の冷熱をウエハＷに効率良く伝達させることができ、ウエハＷの温度制御性を高めることができる。
【００２６】
支持テーブル２のほぼ中央には、高周波電力を供給するための給電線１２が接続されており、この給電線１２には整合器１１および高周波電源１０が接続されている。高周波電源１０からは所定の周波数の高周波電力が支持テーブル２に供給されるようになっている。一方、下部電極として機能する支持テーブル２に対向してその上方には後述するシャワーヘッド１６が互いに平行に設けられており、このシャワーヘッド１６はチャンバーを介して接地されている。したがって、シャワーヘッド１６は上部電極として機能して、支持テーブル２とともに一対の平行平板電極を構成している。
【００２７】
これらの電極間距離は４０ｍｍ以下に設定されることが好ましい。これは、パッシェンの法則（Ｐａｓｃｈｅｎ’ｓ  ｌａｗ）より、放電開始電圧Ｖｓは、ガス圧力ｐと電極間距離ｄの積ｐｄがある値の時に極小値（パッシェン最小値）をとり、パッシェン最小値をとるｐｄの値は高周波電力の周波数が大きいほど小さくなることから、本実施形態のように高周波電力の周波数が大きい場合に放電開始電圧Ｖｓを小さくして放電を容易にし、安定させるためには、ガス圧力ｐが一定であれば電極間距離ｄを小さくする必要があるからである。また、電極間距離を４０ｍｍ以下とすることで、チャンバー内でのガスのレジデンスタイムを短くすることができるので反応生成物が効率的に排出され、エッチングストップを低減することができるという効果も得られる。
【００２８】
上記シャワーヘッド１６は、チャンバー１の天壁部分に嵌め込まれている。このシャワーヘッド１６は、シャワーヘッド本体１６ａと、その下面に交換可能に設けられた電極板１８とを有している。シャワーヘッド本体１６ａの下部および電極板１８を貫通するように多数のガス吐出孔１７が設けられており、シャワーヘッド本体１６ａの上部にガス導入部１６ｂを有し、内部には空間１６ｃが形成されている。ガス導入部１６ｂにはガス供給配管１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他端には、エッチング用の処理ガスを供給する処理ガス供給装置１５が接続されている。
【００２９】
エッチングのための処理ガスとしては、Ｎ２、Ｈ２、Ｏ２、ＣＯ、ＮＨ３、ＣｘＨｙ（ただし、ｘ、ｙは自然数である）で表されるガス等の分子性ガスに、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガス（以下、電離促進ガスと呼ぶ）を添加したものを用いる。このような電離促進ガスを添加することにより、プラズマ密度（電子密度）を低下させることなく、その分布を大幅に改善することができる。
【００３０】
このような電離促進ガスとしては、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒが好適である。その中でも特にＡｒが好適である。Ａｒの基底状態からの電離エネルギーは１５．８ｅＶであり、Ｎ２やＨ２等の分子性ガスと大差はないが、Ａｒには５秒程度保持可能な準安定状態が基底状態から１１．５５ｅＶ、１１．７２ｅＶのエネルギーレベルの部分に存在し、その準安定状態からは、約４ｅＶで電離状態に遷移することができる。また、図３に示すように、Ａｒは最大電離断面積が３×１０１６ｃｍ２程度であり、Ｎ２やＨ２等の分子性ガスよりも大きい。したがって、処理ガスにＡｒを添加することにより、処理ガスの電離を著しく促進する。Ｘｅ、Ｋｒも準安定状態が存在し、比較的低いエネルギーで電離状態に遷移することができ、また、図４に示すようにＡｒよりも最大電離断面積が大きい。同じ希ガスでもＨｅやＮｅは図４に示すように最大電離断面積が小さい。また、Ｈｅ、Ｎｅは電離エネルギーが大きい。例えばＨｅでは基底状態からの電離エネルギーが２４．６ｅＶである。
【００３１】
上記分子性ガスとしては、Ｎ２とＨ２との組み合わせ、ＮＨ３、これらとＯ２との組み合わせ、Ｎ２とＯ２との組み合わせ、ＣＨ４またはＣ２Ｈ６とＯ２との組み合わせ等を挙げることができる。これらの中では、Ｎ２とＨ２との組み合わせ、およびＮＨ３が好ましい。したがって、処理ガスの組み合わせとしては、ＡｒとＮ２とＨ２との組み合わせ、ＡｒとＮＨ３との組み合わせが好適である。処理ガス中の分子性ガスに対する電離促進ガスの流量比は０．５以上の範囲が好ましい。
【００３２】
このような処理ガスが、処理ガス供給装置１５からガス供給配管１５ａ、ガス導入部１６ｂを介してシャワーヘッド本体１６ａ内の空間１６ｃに至り、ガス吐出孔１７から吐出され、ウエハＷに形成された膜のエッチングに供される。
【００３３】
チャンバー１の底壁には、排気管１９接続されており、この排気管１９には真空ポンプ等を含む排気装置２０が接続されている。そして排気装置２０の真空ポンプを作動させることによりチャンバー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、チャンバー１の側壁上側には、ウエハＷの搬入出口２３を開閉するゲートバルブ２４が設けられている。
【００３４】
一方、チャンバー１の搬入出口２３の上下にチャンバー１を周回するように、同心状に、２つのリング磁石２１ａ，２１ｂが配置されており、支持テーブル２とシャワーヘッド１６との間の処理空間の周囲に磁界を形成するようになっている。このリング磁石２１ａ，２１ｂは、図示しない回転機構により回転可能に設けられている。
【００３５】
リング磁石２１ａ，２１ｂは、図２の水平断面図に示すように、永久磁石からなる複数のセグメント磁石２２が図示しない支持部材により支持された状態でリング状に配置されて構成されている。この例では、１６個のセグメント磁石２２がリング状（同心円状）にマルチポール状態で配置されている。すなわち、リング磁石２１ａ，２１ｂにおいては、隣接する複数のセグメント磁石２２同士の磁極の向きが互いに逆向きになるように配置されており、したがって、磁力線が図示のように隣接するセグメント磁石２２間に形成され、処理空間の周辺部のみに例えば０．０２〜０．２Ｔ（２００〜２０００Ｇａｕｓｓ）、好ましくは０．０３〜０．０４５Ｔ（３００〜４５０Ｇａｕｓｓ）の磁場が形成され、ウエハ配置部分は実質的に無磁場状態となる。このように磁場強度が規定されるのは、磁場が強すぎると洩れ磁場の原因となり、弱すぎるとプラズマ閉じこめ効果が得られなくなるためである。ただし、適正な磁場強度は装置構造等にも依存するため、その範囲は装置によって異なるものである。
【００３６】
また、処理空間の周辺部にこのような磁場が形成された場合に、フォーカスリング５上の磁場強度が０．００１Ｔ（１０Ｇａｕｓｓ）以上となることが望ましい。これにより、フォーカスリング上に電子のドリフト運動（Ｅ×Ｂドリフト）を生じさせてウエハ周辺部のプラズマ密度が上昇してプラズマ密度が均一化される。一方、ウエハＷのチャージアップダメージを防止する観点から、ウエハＷの存在部分の磁場強度は０．００１Ｔ（１０Ｇａｕｓｓ）以下となることが望ましい。
【００３７】
ウエハ配置部分における実質的に無磁場状態とは、完全に磁場が存在しない場合のみならず、ウエハ配置部分にエッチング処理に影響を与える磁場が形成されず、実質的にウエハ処理に影響を与えない磁場が存在する場合も含む。
【００３８】
このようなマルチポール状態のリング磁石によって磁場を形成すると、チャンバー１の壁部の磁極に対応する部分（例えば図２のＰで示す部分）が局部的に削られる現象が生じるおそれがあるが、図示しない回転機構によりリング磁石２１ａ，２１ｂをチャンバーの円周方向に沿って回転させることにより、チャンバー壁に対して局部的に磁極が当接することが回避され、チャンバー壁が局部的に削られることが防止される。
【００３９】
上記各セグメント磁石２２は、図示しないセグメント磁石回転機構により垂直方向の軸を中心に回転自在に構成されている。このようにセグメント磁石２２を回転させることにより、実質的にマルチポール磁場が形成される状態とマルチポール磁場が形成されない状態との間で切替可能となっている。条件によってはウエハ処理にマルチポール磁場が有効に作用する場合と、作用しない場合とがあるから、このようにマルチポール磁場を形成した状態と形成しない状態とを切替可能とすることにより、条件に応じて適切なほうを選択することができる。
【００４０】
磁場の状態はセグメント磁石の配置に応じて変化するから、セグメント磁石の配置を種々変化させることにより種々の磁場強度プロファイルを形成することができる。したがって、必要な磁場強度プロファイルが得られるように、セグメント磁石を配置することが好ましい。
【００４１】
なお、セグメント磁石の数はこの例に限定されるものではない。また、その断面形状もこの例のように長方形に限らず、円、正方形、台形等、任意の形状を採用することができる。セグメント磁石２２を構成する磁石材料も特に限定されるものではなく、例えば、希土類系磁石、フェライト系磁石、アルニコ磁石等、公知の磁石材料を適用することができる。
【００４２】
プラズマ密度およびイオン引き込み作用を調整するために、プラズマ生成用の高周波電力とプラズマ中のイオンを引き込むための高周波電力とを重畳させてもよい。具体的には、図５に示すように、プラズマ生成用の高周波電源１０の他にイオン引き込み用の高周波電源２６を整合器１１に接続し、これらを重畳させる。この場合に、イオン引き込み用の高周波電源２６としては、周波数が５００ＫＨｚ〜２７ＭＨｚが好ましい。これにより、イオンエネルギーを制御して有機系材料膜のエッチングレートをより上昇させることができる。この場合に、このイオン引き込み用の高周波電源２６からの高周波電力の供給は、下部電極としての支持テーブル２の自己バイアス電圧Ｖｄｃの絶対値が５００Ｖ以下になるようにして行う。より好ましくはＶｄｃの絶対値が２００Ｖ以下である。
【００４３】
また、図６に示すように、上部電極であるシャワーヘッド１６にプラズマ形成用の高周波電源１０′を整合器１１′を介して接続し、下部電極である支持テーブル２にイオン引き込み用の高周波電源２６のみを整合器１１を介して接続するようにしてもよい。この場合には支持テーブル２にバイアスをかけないとエッチングが進行しないため、イオン引き込み用の高周波電源２６は必須である。この場合にも、このイオン引き込み用の高周波電源２６からの高周波電力の供給は、下部電極としての支持テーブル２の自己バイアス電圧Ｖｄｃの絶対値が５００Ｖ以下になるようにして行う。より好ましくはＶｄｃの絶対値が２００Ｖ以下である。
【００４４】
なお、高周波電源１０、整合器１１、直流電源１３、処理ガス供給装置１５、冷媒制御装置８、伝熱ガス供給装置９、排気装置２０等は、制御部２５により制御される。
【００４５】
次に、このように構成されるプラズマエッチング装置によって、無機系材料をマスクとして、有機系材料膜である低誘電率膜（ｌｏｗ−ｋ膜）をエッチングする際の処理動作について説明する。
【００４６】
エッチング前のウエハＷは、図７の（ａ）に示すように、シリコン基板４１の上に層間絶縁層としてｌｏｗ−ｋ膜である有機系材料膜４２が形成され、その上にハードマスクとして所定のパターンの無機系材料膜４３が形成され、さらにその上にＢＡＲＣ層４４が形成され、その上に所定パターンのレジスト膜４５が形成されて構成されている。
【００４７】
無機系材料膜４３は、一般的なハードマスクとして用いられる材料で構成されており、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物を好適な例として挙げることができる。
【００４８】
エッチング対象膜である有機系材料膜４２は、上述のように層間絶縁膜として用いられるｌｏｗ−ｋ膜であり、比誘電率が従来の層間絶縁層材料であるシリコン酸化物よりも極めて小さい。このような有機系材料系ｌｏｗ−ｋ膜としては、例えば、ビスベンゾシクロブテン樹脂（ＢＣＢ）やＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌ社製のＳｉＬＫ（商品名）やＦＬＡＲＥ（商品名）等のポリアリーレンエーテル樹脂（ＰＡＥ）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）等の有機ポリシロキサン樹脂等がある。ここで、有機ポリシロキサンとは、以下に示すように、シリコン酸化膜の結合構造中にＣ、Ｈを含む官能基を含む構造を有するものをいう。以下に示す構造中、Ｒはメチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基もしくはその誘導体、またはフェニル基等のアリール基もしくはその誘導体を示す。
【００４９】
【化１】
2004214336.tif 000003
【００５０】
このような構造のウエハＷについては、まず、レジスト膜４５をマスクとしてＢＡＲＣ層４４および無機系材料膜４３をエッチングして図７の（ｂ）に示す構造とする。この際に、レジスト膜４５はエッチングにより厚さが減少している。
【００５１】
次に、このような構造のウエハＷの有機系材料膜４２をレジスト膜４５および無機系材料膜４３をマスクとしてエッチングを行う。この際には、図１の装置のゲートバルブ２４を開にして搬送アームにて図７の（ｂ）の構造のウエハＷをチャンバー１内に搬入し、支持テーブル２上に載置した後、搬送アームを退避させてゲートバルブ２４を閉にし、排気装置２０の真空ポンプにより排気管１９を介してチャンバー１内を所定の真空度にする。
【００５２】
その後、チャンバー１内に処理ガス供給装置１５から処理ガスとして、上述したように所定の分子性ガスと電離促進ガスとを所定の流量比で導入する。例えばＮ２およびＨ２およびＡｒをそれぞれ１８０ｍＬ／ｍｉｎ、１８０ｍＬ／ｍｉｎ、３６０ｍＬ／ｍｉｎの流量で導入し、チャンバー１内を所定の圧力、例えば１．３３〜１３３．３Ｐａ（１０〜１０００ｍＴｏｒｒ）程度に維持する。このように所定の圧力に保持した状態で高周波電源１０から支持テーブル２に、周波数が４０ＭＨｚ以上、例えば１００ＭＨｚの高周波電力を供給する。このとき、直流電源１３から静電チャック６の電極６ａに所定の電圧が印加され、ウエハＷは例えばクーロン力により吸着される。
【００５３】
このようにして下部電極である支持テーブル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と下部電極である支持テーブル２との間の処理空間には高周波電界が形成され、これにより処理空間に供給された処理ガスがプラズマ化されて、そのプラズマにより有機系材料膜４２がエッチングされる。このエッチングの際に、途中まではレジスト膜４５がマスクとして機能するが、エッチング中にレジスト膜４５およびＢＡＲＣ層４４がエッチングされて消滅し、その後は、無機系材料膜４３のみをマスクとして有機系材料膜４２のエッチングが続行される。
【００５４】
このエッチングの際に、マルチポール状態のリング磁石２１ａ，２１ｂにより、処理空間の周囲に図２に示すような磁場を形成することにより、プラズマ閉じこめ効果が発揮され、本実施形態のようにプラズマの不均一が生じやすい高周波数の場合でも、ウエハＷのエッチングレートを均一化することができる。また、膜によってはこのような磁場の効果がない場合もあるが、その場合には、セグメント磁石２２を回転させて処理空間の周囲に実質的に磁場を形成しないようにして処理を行えばよい。
【００５５】
上記磁場を形成した場合には、支持テーブル２上のウエハＷの周囲に設けられた導電性または絶縁性のフォーカスリング５によりプラズマ処理の均一化効果を一層高めることができる。すなわち、フォーカスリング５がシリコンやＳｉＣ等の導電性材料で形成されている場合、フォーカスリング領域までが下部電極として機能するため、プラズマ形成領域がフォーカスリング５上まで広がり、ウエハＷの周辺部におけるプラズマ処理が促進されエッチングレートの均一性が向上する。またフォーカスリング５が石英等の絶縁性材料の場合、フォーカスリング５とプラズマ中の電子やイオンとの間で電荷の授受を行えないので、プラズマを閉じこめる作用を増大させることができエッチングレートの均一性が向上する。
【００５６】
このようなエッチングにおいて、有機系材料のエッチングはプラズマ密度が支配的であってイオンエネルギーの寄与が小さいのに対し、無機系材料のエッチングではプラズマ密度とイオンエネルギーの両方が必要である。したがって、このような無機系材料膜４３をマスクとする有機系材料膜４２のエッチングにおいては、有機系材料膜４２のエッチングレートを低下させずに、無機系材料膜４３に対するエッチング選択比を高くしてエッチングするためには、プラズマ密度を低下させずにイオンエネルギーを低くすることが必要である。つまり、有機系材料のエッチングに支配的なプラズマ密度を低下させずに無機系材料のエッチングに必要なイオンエネルギーを低くすれば、Ａｒのような原子ガスが含まれていても有機系材料膜４２のみが選択的に高エッチングレートでエッチングされることとなる。ここで、プラズマのイオンエネルギーは、エッチングの際における電極の自己バイアス電圧で間接的に把握することができるから、有機系材料膜４２のエッチングレートを低下させずに高エッチング選択比でエッチングするためには、結局、プラズマ密度を低下させずに自己バイアス電圧を低くしてエッチングすることが必要となる。具体的には、プラズマ密度を１×１０１１ｃｍ−３程度に維持しつつ、自己バイアス電圧Ｖｄｃの絶対値を５００Ｖ以下とすることが必要となる。
【００５７】
図８は、横軸に自己バイアス電圧Ｖｄｃをとり、縦軸にプラズマ密度をとって、高周波電力の周波数が４０ＭＨｚ、１００ＭＨｚにおけるこれらの関係を示す図であり、プラズマガスとして評価用のＡｒを用いた結果を示すものである。なお、各周波数において、印加する高周波パワーを変化させることによりプラズマ密度Ｎｅおよび自己バイアス電圧Ｖｄｃの値を変化させた。つまり、各周波数とも印加する高周波パワーが大きくなるほどプラズマ密度Ｎｅおよび自己バイアス電圧Ｖｄｃがともに大きくなる。また、プラズマ密度は、マイクロ波干渉計により測定した。この図８に示すように、高周波電力の周波数が４０ＭＨｚの場合に、有機系材料膜を実用的なエッチングレートを実現可能なプラズマ密度１×１０１１ｃｍ−３において自己バイアス電圧Ｖｄｃが３００Ｖと低い値を示し、周波数が１００ＭＨｚの場合には、プラズマ密度１×１０１１ｃｍ−３において自己バイアス電圧Ｖｄｃが１００Ｖ以下とさらに低下する。したがって、プラズマ形成用の高周波電力の周波数を４０ＭＨｚ以上にすれば、有機系材料膜のエッチングに実用的なプラズマ密度１×１０１１ｃｍ−３付近においてＶｄｃが５００Ｖ以下と無機系材料膜４３へのダメージの小さいエッチングを行うことができる。図８に示すように、プラズマ形成用の高周波電力の周波数が上昇するほど、プラズマ密度の上昇にともなう自己バイアス電圧Ｖｄｃの絶対値の上昇が小さくなることから、周波数が高くなるほど好ましいが、１５０ＭＨｚを超えるとプラズマの均一性が低下する傾向にあることから１５０ＭＨｚ以下であることが好ましい。実用的には１００ＭＨｚ程度であることが好ましい。なお、自己バイアス電圧Ｖｄｃの絶対値はより小さいほうが好ましく２００Ｖ以下であることが好ましい。
【００５８】
図５に示すように、プラズマ密度およびイオン引き込み作用を調整するために、プラズマ生成用の高周波電力とプラズマ中のイオンを引き込むための高周波電力とを重畳させることができるが、その場合には、下部電極である支持テーブル２の自己バイアス電圧Ｖｄｃの絶対値が５００Ｖ以下、好ましくは２００Ｖ以下となるようにその周波数とパワーを調整する。また、図６に示すように上部電極であるシャワーヘッド１６にプラズマ形成用の４０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加することができ、その場合には下部電極である支持テーブル２へのイオンを引き込むための高周波電力の印加が必須であるが、この際にも下部電極である支持テーブル２の自己バイアス電圧Ｖｄｃの絶対値が５００Ｖ以下、好ましくは２００Ｖ以下となるようにその周波数とパワーを調整する。
【００５９】
このようにプラズマ形成用の高周波電力の周波数が高くなって４０ＭＨｚ以上となれば、自己バイアス電圧の絶対値が５００Ｖ以下と小さいので、Ａｒのようなエッチング作用の大きい原子ガスを処理ガスとして用いても、そのエネルギーが小さく無機材料膜４３をエッチングする能力はあまり高くない。むしろ、Ａｒに代表される電離促進ガス、つまり、低いエネルギーで電離し、最大電離断面積が大きいガスを用いることにより電子密度すなわちプラズマ密度を均一化することが可能となる。本実施形態では、上述したように、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒに代表される基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上の電離促進ガスを添加するため、処理ガスが電離しやすいものとなり、電界強度が低い被処理体の端部近傍部分においても処理ガスを十分に電離させることができ、全体的に均一に電離される結果、電子密度すなわちプラズマ密度が均一となる。
【００６０】
このことを確認した実験結果について説明する。
図９の（ａ）、（ｂ）は各ガスのプラズマ密度（電子密度）の均一性を示す図である。ここでは、チャンバー内圧力を４Ｐａ、ウエハ周辺の磁場を０．００３Ｔ（３０Ｇｕｓｓ）にして、下部電極に１００ＭＨｚで２４００Ｗおよび１２００Ｗの高周波電力を印加して、３００ｍｍウエハの径方向の位置とプラズマ密度の関係を求めた。図９から、Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２の分子性ガスやＨｅではプラズマ密度の均一性が極めて悪いのに対し、電離促進ガスであるＡｒはほぼ均一であることがわかる。
【００６１】
図１０は、処理ガスとして通常用いられるＮ２／Ｈ２を用いた場合の３００ｍｍウエハの径方向の位置とプラズマ密度（電子密度）との関係を示す図である。ここでは、チャンバー内圧力を４Ｐａ、ウエハ周辺磁場を０．０３Ｔ（３００Ｇｕｓｓ）とし、Ｎ２流量：１８０ｍＬ／ｍｉｎ、Ｈ２流量：１８０ｍＬ／ｍｉｎとして、下部電極に１００ＭＨｚで６００Ｗ、１２００Ｗ、２４００Ｗの高周波電力を印加した。この図から、Ｎ２／Ｈ２ではいずれのパワーでも中心部のプラズマ密度が高く不均一な分布となることがわかる。
【００６２】
図１１は、処理ガスとしてＮ２／Ｈ２を用いた場合、およびさらにＡｒを添加した場合の３００ｍｍウエハの径方向の位置とプラズマ密度の関係を示す図である。ここでは、チャンバー内圧力を４Ｐａ、ウエハ周辺磁場を０．０３Ｔ（３００Ｇｕｓｓ）とし、Ｎ２流量：１８０ｍＬ／ｍｉｎ、Ｈ２流量：１８０ｍＬ／ｍｉｎでＡｒ流量を０、２００、４００ｍＬ／ｍｉｎと変化させ、下部電極に１００ＭＨｚで２４００Ｗの高周波電力を印加した。この図から、Ｎ２／Ｈ２にＡｒを添加することにより、プラズマ密度の均一性が大幅に改善されることがわかる。
【００６３】
図１２は、処理ガスとして通常用いられるＮＨ３を用いた場合、およびさらにＡｒを添加した場合の３００ｍｍウエハの径方向の位置とプラズマ密度の関係を示す図である。ここでは、チャンバー内圧力を４Ｐａ、ウエハ周辺磁場を０．０３Ｔ（３００Ｇｕｓｓ）とし、ＮＨ３流量：２４０ｍＬ／ｍｉｎでＡｒ流量を０、２４０ｍＬ／ｍｉｎと変化させ、下部電極に１００ＭＨｚで２４００Ｗの高周波電力を印加した。この図から、ＮＨ３にＡｒを添加することにより、プラズマ密度の均一性が大幅に改善されることがわかる。
【００６４】
次に、実際に無機系材料膜をマスクとして有機材料膜をエッチングした場合について説明する。
ここでは、３００ｍｍウエハで、有機材料膜としてＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌ社製のＳｉＬＫ（商品名）を用い、無機系材料膜としてＳｉＯ２を用いた場合について、チャンバー内圧力を４Ｐａ、ウエハ周辺磁場を０．０３Ｔ（３００Ｇｕｓｓ）とし、Ｎ２流量：１８０ｍＬ／ｍｉｎ、Ｈ２流量：１８０ｍＬ／ｍｉｎをベースとし、Ａｒ流量：０、３６０、７２０ｍＬ／ｍｉｎと変化させ、下部電極に１００ＭＨｚで２４００Ｗの高周波電力を印加してエッチングを行った。図１３は、この際のウエハ径方向の有機系材料膜および無機系材料膜のエッチングレートを示す図である。なお、ウエハの径方向としては直交する２方向（ｘ方向、ｙ方向）を用いた。この図から、Ａｒを添加することにより、エッチングレートの均一性も向上することがわかる。
【００６５】
図１４は、上記エッチング実験について、横軸にＡｒ流量をとり、縦軸にウエハ径方向のエッチング均一性および平均エッチングレートをとってこれらの関係を示す図である。この図に示すように、Ａｒ添加により、エッチングレートを低下させずにエッチングレートの均一性が向上することが確認された。また、Ａｒ流量が増加するほど均一性が良好になることが確認された。
【００６６】
図１５は、上記エッチング実験について、Ａｒ流量とＳｉＬＫのＳｉＯ２に対するエッチング選択比（ＳｉＬＫ／ＳｉＯ２；以下、単にエッチング選択比と記す）との関係を示すものであり、（ａ）はＡｒ流量が０ｍＬ／ｍｉｎ、３６０ｍＬ／ｍｉｎ、７２０ｍＬ／ｍｉｎの場合におけるウエハ径方向の位置に対するエッチング選択比を示すもの、（ｂ）はＡｒ流量とエッチング選択比との関係をセンターとエッジ５ｍｍの位置で示すものである。この図に示すように、Ａｒ添加によりエッチング選択比の低下は見られず、むしろＡｒ添加により選択比は向上し、マスクの肩落ちが減少する方向に作用することが確認された。
【００６７】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく種々変更可能である。例えば、上記実施形態では、磁場形成手段として永久磁石からなる複数のセグメント磁石をチャンバーの周囲にリング状に配置してなるマルチポール状態のリング磁石を用いたが、処理空間の周囲に磁場を形成してプラズマを閉じこめることができればこれに限定されるものではない。また、このようなプラズマ閉じこめ用の周辺磁場は必ずしも必要ではなく、磁場が存在しない状態でエッチングを行ってもよい。また、処理空間に水平磁場を印加して直交電磁界中でプラズマエッチングを行うプラズマエッチング処理であってもよい。さらに、上記実施形態では有機系材料膜としてｌｏｗ−ｋ膜を用いたが、これに限定されることなく、多層レジストに用いられる有機系材料膜等の他の膜も適用可能である。さらにまた、電離促進ガスとしてＡｒを中心に説明し、他にＸｅ、Ｋｒを例示したが、基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスであればこれらに限るものではない。さらにまた、上記実施形態では無機系材料膜をマスクとして有機系材料膜をエッチングした場合について示したが、本発明は、これに限らず、無機系材料膜に対して選択的に有機系材料膜をエッチングする必要がある場合全てに適用可能である。例えば、Ｓｉウエハ等の被処理基板上に形成されたＳｉＯ２等の無機材料膜をエッチングする際のマスクとして用いられたレジストを除去するアッシングに本発明を適用することが可能である。つまり、アッシングは下地の無機系材料膜を極力エッチングすることなく、有機系材料膜であるレジスト膜を選択的に効率良く除去する必要があることから、本発明をアッシングに適用することにより、良好なアッシング特性を得ることができる。さらにまた、上記実施形態では被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、これに限らず他の基板のプラズマ処理にも適用することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プラズマ形成用として電極に印加する高周波電力の周波数を４０ＭＨｚ以上と従来よりも高くすることにより、有機系材料膜のエッチングに必要なプラズマ密度を確保しつつ低い自己バイアス電圧を実現することができ、有機系材料膜を無機系材料膜に対して高エッチング選択比でエッチングすることができるとともに、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒに代表される基底状態からの電離エネルギーもしくは準安定状態からの電離エネルギーが１０ｅＶ以下、かつ最大電離断面積が２×１０１６ｃｍ２以上のガスを含む処理ガスを用いることにより、プラズマ密度（電子密度）を低下させることなく、その分布を大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に用いられるプラズマエッチング装置の一例を示す断面図。
【図２】図１の装置のチャンバーの周囲に配置されたリング磁石を模式的に示す水平断面図。
【図３】各ガスの電子エネルギーと電離断面積との関係を示す図。
【図４】希ガスの電子エネルギーと電離断面積との関係を示す図。
【図５】プラズマ生成用の高周波電源とイオン引き込み用の高周波電源を下部電極である支持テーブルに接続したプラズマ処理装置を部分的に示す概略断面図。
【図６】プラズマ生成用の高周波電源を上部電極であるシャワーヘッドに接続し、イオン引き込み用の高周波電源を下部電極である支持テーブルに接続したプラズマ処理装置を部分的に示す概略断面図。
【図７】本発明のプラズマエッチングが適用されるウエハの構造例を示す断面図。
【図８】アルゴンガスのプラズマにおいて、高周波電力の周波数が４０ＭＨｚ、１００ＭＨｚにおける自己バイアス電圧Ｖｄｃとプラズマ密度Ｎｅとの関係を示す図。
【図９】各ガスのプラズマ密度（電子密度）の均一性を示す図。
【図１０】処理ガスとして通常用いられるＮ２／Ｈ２を用いた場合の３００ｍｍウエハの径方向の位置とプラズマ密度（電子密度）との関係を示す図。
【図１１】処理ガスとしてＮ２／Ｈ２を用いた場合、およびさらにＡｒを添加した場合の３００ｍｍウエハの径方向の位置とプラズマ密度の関係を示す図。
【図１２】処理ガスとして通常用いられるＮＨ３を用いた場合、およびさらにＡｒを添加した場合の３００ｍｍウエハの径方向の位置とプラズマ密度の関係を示す図。
【図１３】実際に無機系材料膜をマスクとして有機材料膜をエッチングした際の処理ガス中のＡｒガスの流量とウエハ径方向の有機系材料膜および無機系材料膜のエッチングレートとの関係を示す図。
【図１４】Ａｒ流量とウエハ径方向のエッチング均一性との関係およびＡｒ流量と平均エッチングレートとの関係を示す図。
【図１５】Ａｒ流量とＳｉＬＫのＳｉＯ２に対するエッチング選択比との関係を示す図。
【符号の説明】
１；チャンバー
２；支持テーブル（電極）
５；フォーカスリング
１０，２６；高周波電源
１５；処理ガス供給装置
１６；シャワーヘッド（電極）
２０；排気装置
２１ａ，２１ｂ；リング磁石（磁場形成手段）
２２；セグメント磁石
Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）
【図１】
2004214336.tif 000004
【図２】
2004214336.tif 000005
【図３】
2004214336.tif 000006
【図４】
2004214336.tif 000007
【図５】
2004214336.tif 000008
【図６】
2004214336.tif 000009
【図７】
2004214336.tif 000010
【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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【図１４】
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【図１５】
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