(57)【要約】  【課題】  形成しようとするパターンに関係なく、寸法シフト量を抑制でき且つ所望のエッチング形状が得られるドライエッチングを可能とする。  【解決手段】  反応室１０１内の下部電極１０２上に被処理基板１５０を囲むようにフォーカスリング１０７が配置されている。フォーカスリング１０７は、予め準備された異なる半径を持つ複数のリングの中から選択されたリングの組み合わせ（第１〜第３のリング１０７ａ〜１０７ｃ）によって構成されている。これにより、フォーカスリング１０７はエッチング対象物のパターン開口率に応じた表面積を持つ。【選択図】      図１
2004311972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室内の電極上にエッチング対象物を囲むように配置されるフォーカスリングを備えたドライエッチング装置であって、
前記フォーカスリングは前記エッチング対象物のパターン開口率に応じた表面積を持つことを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
反応室内の電極上にエッチング対象物を囲むように配置されるフォーカスリングを備えたドライエッチング装置であって、
前記フォーカスリングは、予め準備された異なる半径を持つ複数のリングの中から選択された１つのリング又は２つ以上のリングの組み合わせによって構成され、それにより前記フォーカスリングは前記エッチング対象物のパターン開口率に応じた表面積を持つことを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項３】
前記複数のリングのそれぞれはシリコンを主成分とすることを特徴とする請求項２に記載のドライエッチング装置。
【請求項４】
前記複数のリングは、互いに異なる材料を主成分とする少なくとも２つのリングを含むことを特徴とする請求項２に記載のドライエッチング装置。
【請求項５】
前記複数のリングは、シリコンを主成分とする第１のリングと、シリコン以外の他の材料を主成分とする第２のリングとを含むことを特徴とする請求項２に記載のドライエッチング装置。
【請求項６】
前記他の材料は、石英（ＳｉＯ2 ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）及び酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５に記載のドライエッチング装置。
【請求項７】
前記複数のリングは、エッチング対象物と同じ材料を主成分とする少なくとも１つのリングを含むことを特徴とする請求項２に記載のドライエッチング装置。
【請求項８】
反応室内の電極上にエッチング対象物を囲むように配置されるフォーカスリングを備えたドライエッチング装置を用いたドライエッチング方法であって、
前記電極上に前記エッチング対象物を載置する工程と、
前記反応室内にガスを導入して該ガスからなるプラズマを発生させ、該プラズマを用いて前記エッチング対象物に対してドライエッチングを行なう工程とを備え、
前記ドライエッチングを行なう工程よりも前に、前記エッチング対象物のパターン開口率に応じて前記フォーカスリングの表面積を調節する工程をさらに備えていることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項９】
前記フォーカスリングの表面積を調節する工程は、予め準備された異なる半径を持つ複数のリングの中から１つのリング又は２つ以上のリングの組み合わせを選択し、選択されたリングによって前記フォーカスリングを構成する工程を含むことを特徴とする請求項８に記載のドライエッチング方法。
【請求項１０】
前記複数のリングは、互いに異なる材料を主成分とする少なくとも２つのリングを含むことを特徴とする請求項９に記載のドライエッチング方法。
【請求項１１】
前記ガスは、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ4Ｆ8、Ｃ5Ｆ8、Ｃ4Ｆ6及びＣ2Ｆ6のうちの少なくとも１つのガスを含むことを特徴とする請求項８に記載のドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライエッチング装置及びドライエッチング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１２は、酸化膜等に対するエッチングに用いられる従来のドライエッチング装置の概略構成を示している。
【０００３】
図１２に示すように、反応室１１の底部に設けられた下部電極１２上に被処理基板２０が載置されている。反応室１１の天井部には、プラズマを発生させる空間を挟んで下部電極１２と対向するように上部電極１３が設置されている。反応室１１の外側には、下部電極１２に１３．５６ＭＨｚの電力を印加する高周波電源１４が設けられている。また、反応室１１の側部には、反応室１１内にプロセスガスを導入するためのガス導入口１５と、反応室１１からプロセスガスを排出するためのガス排気口１６とが設けられている。さらに、下部電極１２上には、被処理基板２０を囲むように、シリコンからなるフォーカスリング（Ｓｉフォーカスリング）１７が設けられている。
【０００４】
尚、図示は省略しているが、被処理基板２０上には、例えばシリコン窒化膜を介して、エッチング対象物であるシリコン酸化膜が形成されているものとする。
【０００５】
図１３は、図１２に示すＳｉフォーカスリング１７、つまり従来のフォーカスリングの平面構成を示している。図１３に示すように、Ｓｉフォーカスリング１７は、被処理基板２０つまりウェハの口径に対応する開口部を中心に持つ単一のリングである。
【０００６】
図１２に示す従来のドライエッチング装置を用いた、酸化膜に対するドライエッチング方法の具体的内容は次の通りである。
【０００７】
まず、反応性ガスとしてＣ4Ｆ8、Ｃ5Ｆ8又はＣＦ4 等のフルオロカーボンガスをガス導入口１５から反応室１１内に供給して該ガスからなるプラズマを発生させる。該プラズマ中では、例えば
Ｃ4Ｆ8  →  Ｃ4Ｆ7  ＋  Ｆ
又は
ＣxＦy+1  →  ＣxＦy  ＋  Ｆ
等で表される解離反応が起こる。その結果、ＣxＦy（ｘ、ｙは自然数）又はＦ（フッ素）のラジカル（活性種）又はイオンが被処理基板２０上に供給される。
【０００８】
このとき、被処理基板２０上の酸化膜（ＳｉＯ2 膜）と例えばフッ素ラジカルとの間で、
ＳｉＯ2   ＋  Ｆ  →  ＳｉＦx  ＋  Ｏ＊  ・・・（式１）
等で表される反応が起こるため、酸化膜に対するエッチング（酸化膜エッチング）が進行するので、酸化膜の加工を行なうことができる。
【０００９】
ところで、前述のプラズマから発生したフルオロカーボン（ＣxＦy）ラジカルは、エッチング対象物である酸化膜上において、炭素とフッ素とからなるポリマー（フルオロカーボンポリマー）を生じる。しかしながら、（式１）に示す反応によって発生したＯ＊（酸素ラジカル）とフルオロカーボンポリマーとの間で、
ＣxＦy  ＋  Ｏ＊  →  ＣＯx  ＋  Ｆ  ・・・（式２）
等で表される反応が起こるため、酸化膜上のフルオロカーボンポリマーが除去される。
【００１０】
一方、酸化膜エッチングが終了して、酸化膜の下側のシリコン基板又はシリコン窒化膜が露出すると、（式１）に示すようなＯ＊の生成が起こらなくなるため、（式２）に示すような、酸素ラジカルによるフルオロカーボンポリマーの除去反応が起こらなくなる。すなわち、シリコン基板上又はシリコン窒化膜上においては、フルオロカーボンラジカルによってフルオロカーボンポリマーが堆積されてしまう。その結果、シリコンやシリコン窒化膜のエッチング速度が抑制されるので、酸化膜とその下地であるシリコン又はシリコン窒化膜との間の選択比を確保することができる。従って、ＳｉＯ2 ／Ｓｉ選択比（又はＳｉＯ2 ／ＳｉＮ選択比）は、一般にプラズマ中におけるフルオロカーボンラジカルのフッ素ラジカルに対する比（以下、ＣxＦy／Ｆ比と称する）に依存する。具体的には、ＣxＦy／Ｆ比が高くなると、シリコンのエッチング速度が低下するので、ＳｉＯ2 ／Ｓｉ選択比が高くなる。逆に、ＣxＦy／Ｆ比が低くなると、シリコンのエッチング速度が増大するので、ＳｉＯ2 ／Ｓｉ選択比が低くなる。このように、酸化膜エッチングにおいてＣxＦy／Ｆ比の制御は非常に重要である。
【００１１】
図１２に示すドライエッチング装置においては、反応室１１内にシリコンからなる部材を配置することによって、具体的には、下部電極１２の周縁部にＳｉフォーカスリング１７を配置することによって、ＳｉＯ2 ／Ｓｉ選択比を向上させることができる。その理由は次の通りである。すなわち、反応室１１内において、Ｓｉフォーカスリング１７を構成するシリコンとフッ素ラジカルとが反応するため、フッ素ラジカルがスカベンジされてフッ素ラジカルの密度が低下する。このため、ＣxＦy／Ｆ比が高くなるため、シリコンのエッチング速度が低下するので、ＳｉＯ2 ／Ｓｉ選択比が高くなる。すなわち、フォーカスリングは、プラズマ中のラジカル又はイオンと反応することによって該ラジカル又はイオンの密度を制御するという作用を有している（例えば特許文献１〜６参照）。
【特許文献１】特許第３３３３１７７号明細書（第１１−１２頁）
【特許文献２】特開平７−２４５２９２号公報（第２頁）
【特許文献３】特開平８−１８６０９６号公報（第２頁）
【特許文献４】特開２００２−９０４８号公報（図４）
【特許文献５】特開２００２−１６４３２３号公報（第３頁）
【特許文献６】特開２００２−１９０４６６号公報（第２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
酸化膜エッチングは、従来、主として酸化膜にコンタクトホール等を形成する際に用いられてきた。それに対して、近年、ＩＴＲＳ（International Technology Roadmap for Semiconductor）ロードマップに見られる微細化の進展に伴い、レジストの薄膜化が行なわれるようになった結果、従来レジストパターンをマスクとして用いていたエッチング工程においても、酸化膜等からなるハードマスクが採用されるようになってきた。その代表的な一例として、多結晶シリコンからなるゲート電極を形成するためのエッチング工程における酸化膜ハードマスクの利用があげられる。
【００１３】
しかしながら、前述の酸化膜ハードマスクのパターニングに、図１２に示す従来のドライエッチング装置を用いた場合、以下に述べるような問題点が生じる。
【００１４】
図１４（ａ）及び（ｂ）は、従来のドライエッチング装置を用いた酸化膜エッチングにおける問題点を説明するための図である。
【００１５】
図１４（ａ）に示すように、エッチング対象物である酸化膜２１の上に、例えばゲート電極パターンを持つレジストパターン２２を形成する。ここで、レジストパターン２２の幅（リソグラフィ後寸法）はＬ0 である。その後、図１４（ｂ）に示すように、レジストパターン２２をマスクとして酸化膜２１に対してエッチングを行なって酸化膜２１をパターン化する。ここで、パターン化された酸化膜２１Ａの幅（ドライエッチング後寸法）はＬ1 である。
【００１６】
ところが、従来のドライエッチング装置を用いた場合、図１４（ｂ）に示すように、酸化膜２１のエッチング形状（パターン化された酸化膜２１Ａの断面形状）が所望の垂直形状にならずにテーパ形状になってしまうという問題が生じる。また、寸法シフト量（ドライエッチング後寸法Ｌ1 ーリソグラフィ後寸法Ｌ0 ）が大きくなってしまうという問題も生じる。
【００１７】
前記に鑑み、本発明は、形成しようとするパターンに関係なく、寸法シフト量を抑制でき且つ所望のエッチング形状が得られるドライエッチングを可能とすることを目的とし、より具体的には、形成しようとするパターンに関係なく酸化膜エッチングにおいて寸法シフト量を抑制しつつ所望のエッチング形状が得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の目的を達成するために、本願発明者は、ゲート電極形成用の酸化膜ハードマスクのパターニングに従来のドライエッチング装置を用いた際に、寸法シフト量が大きくなったり又はエッチング形状の制御性が劣化したりする原因を検討した結果、次のような知見を得た。
【００１９】
すなわち、従来のドライエッチング装置が支障なく利用されていた、コンタクトホール形成等における酸化膜エッチングでは、エッチング対象物である酸化膜のパターン開口率は高々数％程度であった。ここで、パターン開口率とは、エッチング前の酸化膜の全体面積に対する、エッチングによって除去しようとする酸化膜の面積の比である。言い換えると、パターン開口率とは、チップ１個の面積に対する、チップ１個当たりの酸化膜の開口面積の比である。
【００２０】
それに対して、従来のドライエッチング装置の使用によって問題が生じる、ゲート電極パターンを持つ酸化膜ハードマスクの形成等における酸化膜エッチングでは、酸化膜のパターン開口率は２０〜８０％程度にも達し、従来のコンタクトホール形成におけるパターン開口率と比べて格段に大きい。
【００２１】
本願発明者は、コンタクトホール形成を前提としてＳｉフォーカスリングにより反応室内のＣxＦy／Ｆ比を高めている従来のドライエッチング装置を用いて、パターン開口率の大きい酸化膜エッチングを行なった場合に、前記の各問題が生じてしまうということを見出した。すなわち、この場合、エッチングされるべき酸化膜の面積と比して、フッ素ラジカルつまりエッチャント（エッチング種）が不足する一方、ポリマー堆積の原因となるフルオロカーボンラジカルつまりデポ種が過剰となる。その結果、反応室内において適切なＣxＦy／Ｆ比が得られないので、寸法シフト量が大きくなったり又はエッチング形状の制御性（以下、形状制御性と称する）が劣化したりする問題が起こるということを本願発明者は見出した。
【００２２】
さらに、本願発明者は、この発見に基づき、ドライエッチング装置のフォーカスリングの表面積を、エッチング対象物のパターン開口率に応じて調節することによって、前記の問題を解決するという着想を得た。具体的には、酸化膜エッチングの場合、プラズマ中のフッ素ラジカルをスカベンジするＳｉフォーカスリングの表面積を酸化膜のパターン開口率に応じて変更することにより、酸化膜上におけるＣxＦy／Ｆ比を最適化し、それによって寸法シフト量の増大又は形状制御性の劣化を防止するというアイデアである。
【００２３】
また、本願発明者は、プラズマ中のフッ素ラジカルと反応するＳｉと、フッ素ラジカルとの反応性が低い材料（例えばＳｉＣ、ＳｉＯ2 、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3等）とを用いてフォーカスリングを形成することにより、フォーカスリング上の各点におけるフッ素ラジカルのスカベンジ量を制御してＣxＦy／Ｆ比のウェハ面内均一性を向上させるという着想を得た。
【００２４】
本発明は、以上の知見に基づきなされたものであって、具体的には、本発明に係る第１のドライエッチング装置は、反応室内の電極上にエッチング対象物を囲むように配置されるフォーカスリングを備えたドライエッチング装置を前提とし、フォーカスリングはエッチング対象物のパターン開口率に応じた表面積を持つ。
【００２５】
第１のドライエッチング装置によると、フォーカスリングがエッチング対象物のパターン開口率に応じた表面積を持つため、エッチング対象物のパターン開口率に応じて、プラズマ中のエッチャントのスカベンジ量を制御できる。具体的には、エッチング対象物のパターン開口率（つまりエッチング対象面積）が大きくなるに従って、より表面積の小さいフォーカスリングを用いることによって、エッチャントのスカベンジ量を低減する。逆に、エッチング対象物のパターン開口率が小さくなるに従って、より表面積の大きいフォーカスリングを用いることによって、エッチャントのスカベンジ量を増大させる。従って、形成しようとするパターンに関係なく、寸法シフト量を抑制でき且つ所望のエッチング形状が得られるドライエッチングが可能となる。
【００２６】
本発明に係る第２のドライエッチング装置は、反応室内の電極上にエッチング対象物を囲むように配置されるフォーカスリングを備えたドライエッチング装置を前提とし、フォーカスリングは、予め準備された異なる半径を持つ複数のリングの中から選択された１つのリング又は２つ以上のリングの組み合わせによって構成され、それによりフォーカスリングはエッチング対象物のパターン開口率に応じた表面積を持つ。
【００２７】
第２のドライエッチング装置によると、フォーカスリングがエッチング対象物のパターン開口率に応じた表面積を持つように、異なる半径を持つ複数のリングの中から選択された１つのリング又は２つ以上のリングの組み合わせによってフォーカスリングが構成されている。すなわち、第２のドライエッチング装置においても、第１のドライエッチング装置と同様に、フォーカスリングがエッチング対象物のパターン開口率に応じた表面積を持つため、第１のドライエッチング装置と同様の効果が得られる。また、フォーカスリングの表面積の調節を簡単に行なうことができる。
【００２８】
尚、本明細書において、リングの半径とは、特に断らない限り、所定の幅を持つリングの最外周部の半径（外径）を意味するものとする。また、第１又は第２のドライエッチング装置において、フォーカスリングの内側面と、エッチング対象物（例えば酸化膜等）が形成された基板（ウェハ）の端部とが接するように、フォーカスリングが電極上に設けられることを前提とする。言い換えると、本発明のフォーカスリングは、その中心部にウェハの口径に対応する開口部を持つ。従って、本明細書において、フォーカスリングの表面積とは、特に断らない限り、フォーカスリングにおける反応室内のプラズマ中に露出する部分の面積を意味し、これは、エッチング対象物を囲むフォーカスリングの上面及び外側面の面積に相当する。
【００２９】
また、第２のドライエッチング装置において、フォーカスリングを構成する複数のリングは、互いに隙間なく組み合わされるものとする。具体的には、小さな半径を持つリングの外側面と、大きな半径を持つリングの内側面とが接するようにリング同士が組み合わされるものとする。
【００３０】
第２のドライエッチング装置において、複数のリングのそれぞれはシリコンを主成分とすることが好ましい。
【００３１】
このようにすると、酸化膜エッチングの場合に（つまりエッチング対象物が酸化膜である場合に）、シリコンを主成分とするフォーカスリングの表面積を、エッチング対象物である酸化膜のパターン開口率に応じて調節できる。このため、酸化膜のエッチャント（例えばプラズマ中のフッ素ラジカル）をスカベンジする量を制御できるので、酸化膜上におけるデポ種（例えばプラズマ中のＣxＦyラジカル）量とエッチャント量との比（例えばＣxＦy／Ｆ比）を最適化できる。従って、形成しようとするパターンに関係なく酸化膜エッチングにおいて寸法シフト量を抑制しつつ所望のエッチング形状を確実に実現することができる。
【００３２】
第２のドライエッチング装置において、複数のリングは、互いに異なる材料を主成分とする少なくとも２つのリングを含むことが好ましい。
【００３３】
このようにすると、フォーカスリングを、エッチャントに対するスカベンジ能力の高い材料を主成分とする一のリング（複数個あってもよい）と、エッチャントに対するスカベンジ能力の低い材料を主成分とする他のリング（複数個あってもよい）とから構成することができる。これにより、フォーカスリング上（つまりウェハ周縁部上）におけるエッチャント量の急激な変化を抑制できるため、エッチング対象物のエッチング速度、エッチング対象物とその下地との間の選択比又はエッチング形状等についてウェハ面内均一性を向上させることができる。
【００３４】
尚、本明細書において、「ある材料を主成分とする」とは「ある材料のみから構成される」ことも含むものとする。
【００３５】
第２のドライエッチング装置において、複数のリングは、シリコンを主成分とする第１のリングと、シリコン以外の他の材料を主成分とする第２のリングとを含むことが好ましい。
【００３６】
このようにすると、酸化膜エッチングの場合に（つまりエッチング対象物が酸化膜である場合に）、フォーカスリングを、エッチャント（例えばフッ素ラジカル）に対するスカベンジ能力の高いシリコンを主成分とする第１のリング（複数個あってもよい）と、エッチャントに対するスカベンジ能力の低い他の材料を主成分とする第２のリング（複数個あってもよい）とから構成することができる。このため、フォーカスリング上（つまりウェハ周縁部上）におけるエッチャント量、ひいてはデポ種（例えばＣxＦyラジカル）量とエッチャント量との比（例えばＣxＦy／Ｆ比）の急激な変化を抑制できる。従って、酸化膜のエッチング速度、酸化膜とその下地との間の選択比又はエッチング形状等についてウェハ面内均一性を向上させることができる。また、シリコン以外の他の材料が、石英（ＳｉＯ2 ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）及び酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）のうちの少なくとも１つを含むと、前述のエッチング速度等のウェハ面内均一性の向上効果が確実に得られる。
【００３７】
第２のドライエッチング装置において、複数のリングは、エッチング対象物と同じ材料を主成分とする少なくとも１つのリングを含むことが好ましい。
【００３８】
このようにすると、例えば酸化膜（ＳｉＯ2 膜）エッチングの場合に、ＳｉＯ2 からなるリングを含むフォーカスリングを用いることにより、実質的にエッチング対象面積（ＳｉＯ2 面積）つまりパターン開口率を増大させることができる。言い換えると、エッチング対象物と同じ材料を主成分とするリングを用いてフォーカスリングを構成することにより、実質的にエッチング対象面積を増大させることができる。これにより、パターン開口率が例えば数％程度であるエッチング対象物における被エッチング部分（レジストマスクの開口部の下側）に供給されるエッチャント量を、パターン開口率が例えば数十％程度であるエッチング対象物における被エッチング部分に供給されるエッチャント量とほぼ同等に調整することができる。すなわち、フォーカスリングの構成を調整するだけで、様々なパターン開口率を持つ複数のエッチング対象物のそれぞれに対して、同一のドライエッチング装置を用いて高精度なエッチングを行なうことができる。
【００３９】
本発明に係るドライエッチング方法は、反応室内の電極上にエッチング対象物を囲むように配置されるフォーカスリングを備えたドライエッチング装置を用いたドライエッチング方法を前提とし、電極上にエッチング対象物を載置する工程と、反応室内にガスを導入して該ガスからなるプラズマを発生させ、該プラズマを用いてエッチング対象物に対してドライエッチングを行なう工程とを備え、ドライエッチングを行なう工程よりも前に、エッチング対象物のパターン開口率に応じてフォーカスリングの表面積を調節する工程をさらに備えている。
【００４０】
本発明のドライエッチング方法によると、ドライエッチングを実施する際に、エッチング対象物のパターン開口率に応じてフォーカスリングの表面積を調節するため、エッチング対象物のパターン開口率に応じて、プラズマ中のエッチャントのスカベンジ量を制御できる。具体的には、エッチング対象物のパターン開口率（つまりエッチング対象面積）が大きくなるに従って、フォーカスリングの表面積をより小さくすることによって、エッチャントのスカベンジ量を低減する。逆に、エッチング対象物のパターン開口率が小さくなるに従って、フォーカスリングの表面積をより大きくすることによって、エッチャントのスカベンジ量を増大させる。従って、形成しようとするパターンに関係なく、寸法シフト量を抑制でき且つ所望のエッチング形状が得られるドライエッチングが可能となる。
【００４１】
本発明のドライエッチング方法において、フォーカスリングの表面積を調節する工程は、予め準備された異なる半径を持つ複数のリングの中から１つのリング又は２つ以上のリングの組み合わせを選択し、選択されたリングによってフォーカスリングを構成する工程を含むことが好ましい。
【００４２】
このようにすると、フォーカスリングの表面積の調節を簡単に行なうことができる。
【００４３】
また、この場合、複数のリングは、互いに異なる材料を主成分とする少なくとも２つのリングを含むことが好ましい。
【００４４】
このようにすると、フォーカスリングを、エッチャントに対するスカベンジ能力の高い材料を主成分とする一のリング（複数個あってもよい）と、エッチャントに対するスカベンジ能力の低い材料を主成分とする他のリング（複数個あってもよい）とから構成することができる。これにより、フォーカスリング上（つまりウェハ周縁部上）におけるエッチャント量の急激な変化を抑制できるため、エッチング対象物のエッチング速度、エッチング対象物とその下地との間の選択比又はエッチング形状等についてウェハ面内均一性を向上させることができる。
【００４５】
本発明のドライエッチング方法において、前記のガスは、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ4Ｆ8、Ｃ5Ｆ8、Ｃ4Ｆ6及びＣ2Ｆ6のうちの少なくとも１つのガスを含むことが好ましい。
【００４６】
このようにすると、酸化膜エッチングの場合に（つまりエッチング対象物が酸化膜である場合に）、シリコンを主成分とするフォーカスリングを用いると共に該フォーカスリングの表面積を酸化膜のパターン開口率に応じて調節すれば、酸化膜のエッチャント（例えばプラズマ中のフッ素ラジカル）をスカベンジする量を制御できる。このため、酸化膜上におけるデポ種（例えばプラズマ中のＣxＦyラジカル）量とエッチャント量との比（例えばＣxＦy／Ｆ比）を最適化できるので、形成しようとするパターンに関係なく酸化膜エッチングにおいて寸法シフト量を抑制しつつ所望のエッチング形状を実現することができる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によると、異なる半径を持つ複数のリングの中から選択されたリングの組み合わせによってフォーカスリングが構成されるため、エッチング対象物のパターン開口率に応じてフォーカスリングの表面積を調節できる。すなわち、パターン開口率が大きい場合にはフォーカスリングの表面積を小さくしてエッチャントのスカベンジ量を減少させることができると共に、パターン開口率が小さい場合にはフォーカスリングの表面積を大きくしてエッチャントのスカベンジ量を増大させることができる。従って、形成しようとするパターンに関係なく、寸法シフト量を抑制でき且つ所望のエッチング形状が得られるドライエッチングが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るドライエッチング装置及びドライエッチング方法ついて、酸化膜エッチングを例として、図面を参照しながら説明する。
【００４９】
図１は第１の実施形態に係るドライエッチング装置の概略構成を示している。
【００５０】
図１に示すように、反応室１０１の底部に設けられた下部電極１０２上に被処理基板１５０が載置されている。反応室１０１の天井部には、プラズマを発生させる空間を挟んで下部電極１０２と対向するように上部電極１０３が設置されている。反応室１０１の外側には、下部電極１０２に例えば１３．５６ＭＨｚの電力を印加する高周波電源１０４が設けられている。また、反応室１０１の側部には、反応室１０１内にプロセスガスを導入するためのガス導入口１０５と、反応室１０１からプロセスガスを排出するためのガス排気口１０６とが設けられている。さらに、下部電極１０２上には、被処理基板１５０を囲むようにフォーカスリング１０７が設けられている。
【００５１】
尚、図示は省略しているが、被処理基板１５０上には、例えばシリコン窒化膜を介して、エッチング対象物であるシリコン酸化膜が形成されている。
【００５２】
図２は、図１に示すフォーカスリング１０７、つまり本実施形態のフォーカスリングの平面構成を示している。
【００５３】
図２に示すように、本実施形態のフォーカスリング１０７の特徴は、異なる半径を持つ複数のリングを同心円状に組み合わせることによって構成されていることである。具体的には、図２は、幅２ｃｍ、外径１２ｃｍの第１のリング１０７ａと、幅２ｃｍ、外径１４ｃｍの第２のリング１０７ｂと、幅２ｃｍ、外径１６ｃｍの第３のリング１０７ｃとが隙間なく組み合わされることによってフォーカスリング１０７が構成されている場合の様子を示している。この場合、フォーカスリング１０７の内側面となる第１のリング１０７ａの内側面と、被処理基板１５０となる半径１０ｃｍのウェハの端部とが接する。また、本実施形態において、各リング１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃはいずれもシリコンを主成分とする。
【００５４】
ところで、図２に示す場合、３個のリング１０７ａ〜１０７ｃを組み合わせることによって、幅６ｃｍ、半径（外径）１６ｃｍのフォーカスリング１０７が構成されている。しかし、本実施形態においては、各リングの組み合わせ方を変えることによって、フォーカスリング１０７の幅及び半径、つまりフォーカスリング１０７の表面積を任意に変更することができる。例えば第１のリング１０７ａ及び第２のリング１０７ｂの２個のリングを組み合わせることによって、幅４ｃｍ、半径１４ｃｍのフォーカスリング１０７を構成することもできる。
【００５５】
尚、本実施形態において、フォーカスリング１０７の表面積とは、フォーカスリング１０７における反応室１０１内のプラズマ中に露出する部分の面積であって、これは、被処理基板（ウェハ）１５０を囲むフォーカスリング１０７の上面及び外側面の面積に相当する。
【００５６】
図１に示す本実施形態のドライエッチング装置を用いた、酸化膜に対するドライエッチング方法の具体的内容は次の通りである。
【００５７】
まず、Ｃ4Ｆ8、Ｃ5Ｆ8又はＣＦ4 等のフルオロカーボンガス（反応性ガス）、Ａｒガス、及び酸素ガスをガス導入口１０５から反応室１０１内に供給して、これらのガスからなるプラズマを発生させると共に、該プラズマを用いて被処理基板１５０上の酸化膜に対してエッチング加工を行なう。このときの具体的なエッチング条件は、例えばＣ4Ｆ8流量が１０ml/min（標準状態）、Ｏ2 流量が５ml/min（標準状態）、Ａｒ流量が４００ml/min（標準状態）、チャンバー内圧力が７Ｐａ、プラズマ発生用ＲＦ電力が１５００Ｗ、基板温度が２０℃である。
【００５８】
前記のプラズマ中においては、反応室１０１内に導入されたガスが解離して、デポ種となるＣxＦyラジカル（フルオロカーボンラジカル）と、エッチャントとなるＦラジカル（フッ素ラジカル）とが発生する。このフッ素ラジカルは、フォーカスリング１０７に含まれるシリコンと反応してスカベンジされるので、プラズマ中のフッ素ラジカルは実質的に減少する。ここで、フッ素ラジカルの減少は、フォーカスリング１０７とフッ素ラジカルとの反応によるものであるため、フッ素ラジカルの減少量はフォーカスリング１０７の表面積に比例する。従って、デポ種量とエッチャント量との比（ＣxＦy／Ｆ比）もフォーカスリング１０７の表面積に比例して大きくなる。
【００５９】
一方、本実施形態においては、前述のように、複数のリングの組み合わせ方を変えることによってフォーカスリング１０７の半径（外径）を変化させることにより、フォーカスリング１０７の表面積を変化させることができ、それによってプラズマ中のＣxＦy／Ｆ比を変化させることができる。
【００６０】
図３は、本実施形態と同様のエッチング条件下においてＳｉフォーカスリングの半径を変化させた場合におけるＣxＦy／Ｆ比の変化の様子を調べた結果を示している。図３において、横軸はフォーカスリング半径（外径）を示し、縦軸はＣxＦy／Ｆ比を示している。また、図３に示すＣxＦy／Ｆ比は、エッチング対象物である酸化膜のパターン開口率が８０％である場合に、被処理基板である半径１０ｃｍのウェハの中心部上において得られた値である。尚、被処理基板が半径１０ｃｍのウェハである場合、フォーカスリング半径は常に１０ｃｍよりも大きくなる。
【００６１】
図３に示すように、Ｓｉフォーカスリングの半径が増大するに従って、フッ素ラジカルのスカベンジ量が増大するので、ＣxＦy／Ｆ比が大きくなる。ここで、半径１２ｃｍのＳｉフォーカスリングは、例えば本実施形態の第１のリング１０７ａのみによって形成することができる。また、半径１４ｃｍのＳｉフォーカスリングは、例えば本実施形態の第１のリング１０７ａと第２のリング１０７ｂとの組み合わせによって形成することができる。さらに、半径１６ｃｍのＳｉフォーカスリングは、例えば本実施形態の第１のリング１０７ａと第２のリング１０７ｂと第３のリング１０７ｃとの組み合わせによって形成することができる。
【００６２】
また、図３は、パターン開口率が８０％となるように酸化膜をライン状にパターン化する場合における、Ｓｉフォーカスリングの半径と酸化膜のエッチング形状との関係も示している。図３に示すように、フォーカスリング半径が増大するに従って、酸化膜からなるラインパターンのエッチング形状は、逆テーパ形状から垂直形状を経て順テーパ形状に変化していく。これは、フォーカスリング半径が増大するに従って、酸化膜のエッチャントとなるフッ素ラジカルが減少していくことに起因する現象である。すなわち、酸化膜のエッチング形状はＳｉフォーカスリングの半径に依存して変化するものであって、本実施形態と同様のエッチング条件下においては、図３に示すように、Ｓｉフォーカスリングの半径が１２ｃｍから１４ｃｍまでのときに、良好なエッチング形状である垂直形状が得られる。
【００６３】
尚、図４（ａ）は、被処理基板１５０上の酸化膜１５１に対してレジストパターン１５２をマスクとしてドライエッチングを行なった場合に酸化膜１５１が逆テーパ形状にパターン化された様子を示し、図４（ｂ）は、同場合に酸化膜１５１が垂直形状にパターン化された様子を示し、図４（ｃ）は、同場合に酸化膜１５１が順テーパ形状にパターン化された様子を示す。
【００６４】
図５は、エッチング対象物である酸化膜のパターン開口率と、酸化膜のエッチング形状を垂直形状にできるＳｉフォーカスリング半径との関係を調べた結果を示している。図５において、横軸はパターン開口率を示し、縦軸はフォーカスリング半径（外径）を示している。また、図５に示す結果は本実施形態と同様のエッチング条件下で得られたものである。
【００６５】
図５に示すように、酸化膜のエッチング形状を垂直形状にするためには、パターン開口率が高くなるに従ってフォーカスリング半径を小さくする必要がある。その理由は次の通りである。すなわち、パターン開口率が高くなると、つまり、酸化膜におけるエッチング対象面積が大きくなると、より多くのエッチャント（フッ素ラジカル）がエッチング時に必要になるので、フッ素ラジカルのスカベンジ量を抑制するために、Ｓｉフォーカスリング半径を小さくしなければならない。逆に、パターン開口率が低くなると、つまり、酸化膜におけるエッチング対象面積が小さくなると、エッチング時に必要なフッ素ラジカル量が少なくなるので、フッ素ラジカルのスカベンジ量を増大させるために、フォーカスリング半径を大きくしなければならない。
【００６６】
前述のように、本実施形態においては、複数のリングの組み合わせ方によってフォーカスリング１０７の半径（外径）を適切な値に設定することができる。例えばフォーカスリング１０７が最小半径を持つ第１のリング１０７ａのみからなる場合、フォーカスリング１０７の表面積が小さくなるため、フッ素ラジカルのスカベンジ量（減少量）が少なくなってＣxＦy／Ｆ比が小さくなるので、高いパターン開口率に適した構成となる。一方、フォーカスリング１０７が３個のリング１０７ａ〜１０７ｃ全ての組み合わせからなる場合、フォーカスリング１０７の表面積が大きくなるため、フッ素ラジカルのスカベンジ量（減少量）が多くなってＣxＦy／Ｆ比が大きくなるので、低いパターン開口率に適した構成となる。
【００６７】
以上に説明したように、第１の実施形態によると、フォーカスリング１０７がエッチング対象物のパターン開口率に応じた表面積を持つように、異なる半径を持つ複数のリングの中から選択されたリングを組み合わせることによってフォーカスリング１０７を形成することができる。このため、エッチング対象物のパターン開口率に応じてフォーカスリング１０７の半径ひいては表面積を簡単に調節することができる。具体的には、エッチング対象物である酸化膜のパターン開口率に応じて、シリコンを主成分とする複数のリングの組み合わせ方を変えることによってフォーカスリング１０７の表面積を調節すれば、酸化膜のエッチャントであるフッ素ラジカルをスカベンジする量を制御できる。従って、酸化膜上におけるデポ種（フルオロカーボンラジカル）量とエッチャント量との比（つまりＣxＦy／Ｆ比）を最適化できるので、形成しようとするパターンに関係なく酸化膜エッチングにおいて寸法シフト量を抑制しつつ所望のエッチング形状を実現することができる。
【００６８】
また、第１の実施形態によると、酸化膜のパターン開口率が８０％を越えるような場合にも、フォーカスリング１０７の半径を小さくしてフッ素ラジカルのスカベンジ量を抑制し、それによりＣxＦy／Ｆ比を低減することによって、所望のエッチング形状である垂直形状を実現することができる。例えば図３及び図５に示す結果から、酸化膜のパターン開口率が８０％である場合であって本実施形態と同様のエッチング条件を用いる場合、図２に示すフォーカスリング１０７から第３のリング１０７ｃを取り外すことによって、良好なエッチング形状が得られる。言い換えると、第１及び第２ののリング１０７ａ及び１０７ｂの組み合わせからなる半径１４ｃｍのフォーカスリング１０７を用いることにより、良好なエッチング形状が得られる。
【００６９】
尚、第１の実施形態において、半径が１２ｃｍ、１４ｃｍ、１６ｃｍの３種類のリング１０７ａ〜１０７ｃの組み合わせ方を変えることにより、フォーカスリング１０７の表面積を調節した。しかし、第１の実施形態において、フォーカスリング１０７の表面積の調節に用いるリングの個数及び各リングの半径は特に限定されるものではない。但し、フォーカスリング１０７を構成する各リングは互いに隙間なく組み合わされると共に、このように構成されたフォーカスリング１０７は、その中心部にウェハ（被処理基板１５０）の口径に対応する開口部を持つものとする。言い換えると、小さな半径を持つリングの外側面と、大きな半径を持つリングの内側面とが接するようにリング同士が組み合わされると共に、フォーカスリング１０７の内側面と被処理基板１５０の端部とが接するようにフォーカスリング１０７が下部電極１０２上に設けられるものとする。また、第１の実施形態において、酸化膜のパターン開口率に応じた最も適切な半径を持つ単一のリングからフォーカスリング１０７が構成されていてもよい。
【００７０】
また、第１の実施形態において、酸化膜エッチングにおいてプラズマ中のエッチャント（フッ素ラジカル）のスカベンジ量を制御するために、フォーカスリング１０７を構成する各リングの主成分としてシリコンを用いた。しかしながら、エッチング対象物が酸化膜以外である場合にも、フォーカスリングを構成する各リングの主成分として、当該エッチング対象物のエッチャントのスカベンジ量を制御できる適切な材料を用いることにより、本実施形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００７１】
また、第１の実施形態において、酸化膜エッチングのための反応性ガス（プラズマ生成用ガス）としてＣ4Ｆ8を用いた。しかし、第１の実施形態において、プラズマ生成用ガスの種類は特に限られるものではなく、プラズマ生成用ガスは、例えばＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ4Ｆ8、Ｃ5Ｆ8、Ｃ4Ｆ6及びＣ2Ｆ6のうちの少なくとも１つのガスを含むものであってもよい。
【００７２】
また、第１の実施形態において、下部電極１０２と上部電極１０３とを備えたドライエッチング装置における下部電極１０２上に被処理基板１５０を囲むようにフォーカスリング１０７を載置した。しかし、本発明の適用対象となるドライエッチング装置のタイプは特に限定されるものではない。具体的には、ＥＣＲ（electron cyclotron resonance）タイプやＩＣＰ（inductively coupled plasma）タイプ等の上部電極を持たない（その代わりにアンテナやコイルを持つ）エッチング装置の反応室内における電極上にエッチング対象物を囲むように本発明のフォーカスリングを載置しても、本実施形態と同様の効果が得られる。また、いずれのタイプのドライエッチング装置においても、ウェハ等のエッチング対象物をペデスタル等の支持部を介して電極上に載置してもよいことは言うまでもない。
【００７３】
また、第１の実施形態に係るドライエッチング装置及びドライエッチング方法の適用対象は特に限定されるものではないが、例えばハードマスク形成や配線溝等のトレンチ形成を目的とした酸化膜エッチングに適用した場合に特に有用である。
【００７４】
図６（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係るドライエッチング装置及びドライエッチング方法を利用した、トレンチ（配線溝）形成方法の各工程を示す断面図である。
【００７５】
まず、図６（ａ）に示すように、例えばシリコンよりなる基板１６０上に、例えばＳｉＣ膜又はＳｉＮ膜よりなる下地膜１６１、及び例えばＳｉＯ2 膜よりなる酸化膜１６２を順次形成する。その後、公知のリソグラフィ技術を用いて、トレンチ形成領域に開口部を持つレジストパターン１６３を酸化膜１６２の上に形成する。ここで、エッチング対象物である酸化膜１６２のパターン開口率は３０〜７０％程度である。
【００７６】
次に、図６（ｂ）に示すように、レジストパターン１６３をマスクとして酸化膜１６２に対してエッチングを行ない、それによってトレンチ１６４を形成する。このとき、図１に示す本実施形態のドライエッチング装置を用いると共に、酸化膜１６２のパターン開口率に応じてフォーカスリング１０７（図２参照）の表面積を調節する。具体的には、複数のリングの組み合わせ方を変えることによってフォーカスリング１０７の半径（外径）を変化させる。これによって、ドライエッチング装置の反応室１０１内に生成されるプラズマ中のエッチャントのスカベンジ量を酸化膜１６２のパターン開口率に応じて制御できるので、酸化膜１６２を垂直形状にパターン化できる。すなわち、寸法シフトのない所望の形状を持つトレンチ１６４を形成することができる。
【００７７】
次に、図６（ｃ）に示すように、レジストパターン１６３を除去した後、例えばメッキ法及びＣＭＰ（chemical mechanical polishing ）法等を用いて、トレンチ１６４を例えばバリア膜及び銅膜によって埋め込んで配線１６５を形成する。このとき、トレンチ１６４が寸法シフトのない所望の形状を持つため、所望の電気的特性を持つ優れた配線１６５を形成することができる。
【００７８】
（比較例）
以下、比較例として、従来のドライエッチング装置及びドライエッチング方法を用いたトレンチ形成について図面を参照しながら説明する。
【００７９】
図７（ａ）〜（ｃ）は、比較例に係るトレンチ（配線溝）形成方法の各工程を示す断面図である。
【００８０】
まず、図７（ａ）に示すように、シリコンよりなる基板１７０上に、ＳｉＣ膜又はＳｉＮ膜よりなる下地膜１７１、及び例えばＳｉＯ2 膜よりなる酸化膜１７２を順次形成する。その後、公知のリソグラフィ技術を用いて、トレンチ形成領域に開口部を持つレジストパターン１７３を酸化膜１７２の上に形成する。ここで、エッチング対象物である酸化膜１７２のパターン開口率は３０〜７０％程度である。
【００８１】
次に、図７（ｂ）に示すように、レジストパターン１７３をマスクとして酸化膜１７２に対してエッチングを行ない、それによってトレンチ１７４を形成する。ところが、このとき、例えば図１２に示すような従来のドライエッチング装置、つまりエッチング対象物である酸化膜のパターン開口率が数％程度であるコンタクトホール形成を前提としたフォーカスリング１７（図１３参照）を持つドライエッチング装置を用いるため、酸化膜１７２のエッチング形状が所望の垂直形状にならずにテーパ形状になってしまう。具体的には、底部に近づくに従って幅が狭くなるトレンチ１７４が形成されてしまう。
【００８２】
次に、図７（ｃ）に示すように、レジストパターン１７３を除去した後、メッキ法及びＣＭＰ法等を用いて、トレンチ１７４をバリア膜及び銅膜によって埋め込んで配線１７５を形成する。しかしながら、トレンチ１７４の形状に起因して配線１７５の形状も所望の形状にはならないので、配線１７５の電気的特性の劣化、例えば配線１７５の抵抗の増大が起こってしまう。
【００８３】
尚、図７（ｂ）に示すエッチング工程において、反応室内に導入するプロセスガス（例えばＣ4Ｆ8又はＣＨＦ3 等の反応性ガスとＡｒガスとＯ2 ガスとの混合ガス）におけるＯ2 ガス流量を増加させたり、反応室内を高真空化したり、又はプラズマ発生用ＲＦ電力（つまりエッチャントのイオン化エネルギー）を増加させたりすることによって、酸化膜１７２を垂直形状にパターン化することができる。しかしながら、この場合、酸化膜１７２と下地膜１７１（ＳｉＣ膜又はＳｉＮ膜等よりなるエッチングストッパー）との間の選択比が低下して、図８に示すように、下地膜１７１及び基板１７０の表面部までエッチングされてしまうという別の問題が発生する。それに対して、下地膜１７１を厚膜化した場合には、下地膜１７１の比誘電率が５〜７程度であるため、絶縁膜全体の実効誘電率が高くなってしまうという新たな問題が発生する。この問題は、酸化膜１７２に代えて、比誘電率が３以下の低誘電率膜を用いる場合に特に顕著になる。
【００８４】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係るドライエッチング装置及びドライエッチング方法ついて、酸化膜エッチングを例として、図面を参照しながら説明する。
【００８５】
図９は第２の実施形態に係るドライエッチング装置の概略構成を示している。尚、図９において、第１の実施形態に係るドライエッチング装置と同一の部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８６】
第２の実施形態が第１の実施形態と異なっている点は、下部電極１０２上に被処理基板１５０を囲むように配置されたフォーカスリング１０８の構成である。
【００８７】
尚、本実施形態においても、図示は省略しているが、被処理基板１５０上には、例えばシリコン窒化膜を介して、エッチング対象物であるシリコン酸化膜が形成されている。
【００８８】
図１０は、図９に示すフォーカスリング１０８、つまり本実施形態のフォーカスリングの平面構成を示している。
【００８９】
図１０に示すように、本実施形態のフォーカスリング１０８は、第１の実施形態と同様に、異なる半径を持つ複数のリングを同心円状に組み合わせることによって構成されている。具体的には、図１０は、幅２ｃｍ、外径１２ｃｍの第１のリング１０８ａと、幅２ｃｍ、外径１４ｃｍの第２のリング１０８ｂと、幅２ｃｍ、外径１６ｃｍの第３のリング１０８ｃとが隙間なく組み合わされることによってフォーカスリング１０８が構成されている場合の様子を示している。この場合、フォーカスリング１０８の内側面となる第１のリング１０８ａの内側面と、被処理基板１５０となる半径１０ｃｍのウェハの端部とが接する。
【００９０】
ここで、第１及び第３のリング１０８ａ及び１０８ｃは第１の実施形態と同様にシリコンを主成分としているのに対して、第２のリング１０８ｂは第１の実施形態と異なり炭化シリコン（ＳｉＣ）を主成分としている。
【００９１】
ところで、図１０に示す場合、３個のリング１０８ａ〜１０８ｃを組み合わせることによって、幅６ｃｍ、半径（外径）１６ｃｍのフォーカスリング１０８が構成されているが、本実施形態においても、リングの組み合わせ方によって、フォーカスリング１０８の幅及び半径、つまりフォーカスリング１０８の表面積を任意に変更することができる。例えば第１のリング１０８ａ及び第２のリング１０８ｂの２個のリングを組み合わせることによって、幅４ｃｍ、半径１４ｃｍのフォーカスリング１０８を構成することもできる。
【００９２】
尚、本実施形態において、フォーカスリング１０８の表面積とは、フォーカスリング１０８における反応室１０１内のプラズマ中に露出する部分の面積であって、これは、被処理基板（ウェハ）１５０を囲むフォーカスリング１０８の上面及び外側面の面積に相当する。
【００９３】
図９に示す本実施形態のドライエッチング装置を用いた、酸化膜に対するドライエッチング方法の具体的内容は次の通りである。
【００９４】
まず、Ｃ4Ｆ8、Ｃ5Ｆ8又はＣＦ4 等のフルオロカーボンガス（反応性ガス）、Ａｒガス、及び酸素ガスをガス導入口１０５から反応室１０１内に供給して、これらのガスからなるプラズマを発生させると共に、該プラズマを用いて被処理基板１５０上の酸化膜に対してエッチング加工を行なう。このときの具体的なエッチング条件は、例えばＣ4Ｆ8流量が１０ml/min（標準状態）、Ｏ2 流量が５ml/min（標準状態）、Ａｒ流量が４００ml/min（標準状態）、チャンバー内圧力が７Ｐａ、プラズマ発生用ＲＦ電力が１５００Ｗ、基板温度が２０℃である。
【００９５】
前記のプラズマ中においては、反応室１０１内に導入されたガスが解離して、デポ種となるＣxＦyラジカル（フルオロカーボンラジカル）と、エッチャントとなるＦラジカル（フッ素ラジカル）とが発生する。このフッ素ラジカルは、フォーカスリング１０８に含まれるシリコンと反応してスカベンジされるので、プラズマ中のフッ素ラジカルは実質的に減少する。ここで、フッ素ラジカルの減少は、フォーカスリング１０８とフッ素ラジカルとの反応によるものであるため、フッ素ラジカルの減少量はフォーカスリング１０８の表面積にほぼ比例する。従って、デポ種量とエッチャント量との比（ＣxＦy／Ｆ比）もフォーカスリング１０８の表面積に比例して大きくなる。但し、フッ素ラジカルと各リング１０８ａ〜１０８ｃとの反応性については、シリコンを主成分とする第１及び第３のリング１０８ａ及び１０８ｃの方が、ＳｉＣを主成分とする第２のリング１０８ｂよりも大きい。
【００９６】
一方、本実施形態においては、前述のように、複数のリングの組み合わせ方を変えるによってフォーカスリング１０８の半径（外径）を変化させることにより、フォーカスリング１０８の表面積を変化させることができ、それによってプラズマ中のＣxＦy／Ｆ比を変化させることができる。
【００９７】
すなわち、第２の実施形態によると、フォーカスリング１０８がエッチング対象物のパターン開口率に応じた表面積を持つように、異なる半径を持つ複数のリングの中から選択されたリングを組み合わせることによってフォーカスリング１０８を形成することができる。このため、エッチング対象物のパターン開口率に応じてフォーカスリング１０８の半径ひいては表面積を簡単に調節することができる。具体的には、エッチング対象物である酸化膜のパターン開口率に応じて、シリコンを主成分とする複数のリングの組み合わせ方を変えるによってフォーカスリング１０８の表面積を調節すれば、酸化膜のエッチャントであるフッ素ラジカルをスカベンジする量を制御できる。このため、酸化膜上におけるデポ種（フルオロカーボンラジカル）量とエッチャント量との比（つまりＣxＦy／Ｆ比）を最適化できるので、形成しようとするパターンに関係なく酸化膜エッチングにおいて寸法シフト量を抑制しつつ所望のエッチング形状を実現することができる。
【００９８】
また、第２の実施形態によると、フォーカスリング１０８が、異なる材料を主成分とする複数のリングの組み合わせから構成されている。具体的には、フォーカスリング１０８は、フッ素ラジカルに対するスカベンジ能力の高いシリコンを主成分とする第１のリング１０８ａと、フッ素ラジカルに対するスカベンジ能力の低いＳｉＣを主成分とする第２のリング１０８ｂとを少なくとも有する。このため、フォーカスリング１０８上（つまり被処理基板１５０となるウェハの周縁部上）におけるフッ素ラジカル量の急激な変化を抑制できるため、酸化膜のエッチング速度、酸化膜とその下地との間の選択比又はエッチング形状等についてウェハ面内均一性を向上させることができる。以下、この効果について詳しく説明する。
【００９９】
図１１（ａ）は、比較例として、幅１０ｃｍ、半径（外径）２０ｃｍのＳｉフォーカスリングを本実施形態のエッチング条件下で用いた場合における、ＣxＦy／Ｆ比のウェハ半径方向分布を調べた結果を示している。また、図１１（ｂ）は、幅５ｃｍ、半径（外径）１５ｃｍのＳｉＣリングと幅５ｃｍ、半径（外径）２０ｃｍのＳｉリングとからなるフォーカスリング（本実施形態のフォーカスリングの変形例）を本実施形態のエッチング条件下で用いた場合における、ＣxＦy／Ｆ比のウェハ半径方向分布を調べた結果を示している。尚、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すＣxＦy／Ｆ比は、いずれもウェハ（半導体基板）表面から３ｃｍ上側の点で測定されたものである。
【０１００】
図１１（ａ）に示すように、Ｓｉフォーカスリングを用いた場合、Ｓｉフォーカスリングの全面上でフッ素ラジカルのスカベンジが生じるため、ＣxＦy／Ｆ比はウェハ周縁部で急激に増大する。このため、ウェハ周縁部では、酸化膜のエッチング速度、酸化膜とその下地との間の選択比又はエッチング形状等に急激な変動が起こる。
【０１０１】
それに対して、ＳｉＣリングとＳｉリングとからなる本実施形態のフォーカスリングの変形例を用いた場合、ＳｉＣリングとフッ素ラジカルとの反応性は、Ｓｉリングとフッ素ラジカルとの反応性と比較して小さい。このため、図１１（ｂ）に示すＣxＦy／Ｆ比のウェハ半径方向分布において、図１１（ａ）に示すようなウェハ周縁部での急激な変化は見られない。言い換えると、図１１（ｂ）に示すＣx Ｆy ／Ｆ比のウェハ半径方向分布は、ウェハ周縁部上でもほぼ均一な分布となる。すなわち、ＣxＦy／Ｆ比のウェハ半径方向分布がこのような平坦な分布となることにより、酸化膜のエッチング速度、酸化膜とその下地との間の選択比又はエッチング形状等についてウェハ面内均一性が向上する。尚、図１１（ｂ）に示すＣxＦy／Ｆ比のウェハ半径方向分布がＳｉＣリング上でも急激に落ち込んだ分布とならずに平坦な分布となるのは、フッ素ラジカルの拡散の影響である。
【０１０２】
尚、第２の実施形態において、半径が１２ｃｍ、１４ｃｍ、１６ｃｍの３種類のリング１０８ａ〜１０８ｃの組み合わせ方を変えることにより、フォーカスリング１０８の表面積を調節した。しかし、第２の実施形態においては、フォーカスリング１０８が互いに異なる材料を主成分とする少なくとも２つのリングから構成されることを前提として、フォーカスリング１０８の表面積の調節に用いるリングの個数及び各リングの半径は特に限定されるものではない。但し、フォーカスリング１０８を構成する各リングは互いに隙間なく組み合わされると共に、このように構成されたフォーカスリング１０８は、その中心部にウェハ（被処理基板１５０）の口径に対応する開口部を持つものとする。言い換えると、小さな半径を持つリングの外側面と、大きな半径を持つリングの内側面とが接するようにリング同士が組み合わされると共に、フォーカスリング１０８の内側面と被処理基板１５０の端部とが接するようにフォーカスリング１０８が下部電極１０２上に設けられるものとする。
【０１０３】
また、第２の実施形態において、第２のリング１０８ｂの主成分、つまりフッ素ラジカルに対するスカベンジ能力の低い材料としてＳｉＣを用いたが、これに代えて、石英（ＳｉＯ2 ）、アルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ2Ｏ3）又は酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）等を用いても同様の効果が得られる。
【０１０４】
また、第２の実施形態において、酸化膜エッチングを前提として、フッ素ラジカルに対するスカベンジ能力の高いシリコンを主成分とする第１のリング１０８ａと、フッ素ラジカルに対するスカベンジ能力の低いＳｉＣを主成分とする第２のリング１０８ｂとを少なくとも有するフォーカスリング１０８を用いた。しかしながら、エッチング対象物が酸化膜以外である場合にも、当該エッチング対象物のエッチャントに対するスカベンジ能力の高い材料を主成分とする一のリングと、該エッチャントに対するスカベンジ能力の低い材料を主成分とする他のリングとを少なくとも有するフォーカスリングを用いることにより、本実施形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０１０５】
また、第２の実施形態において、フォーカスリング１０８を構成する複数のリングのうち少なくとも１つのリングが、エッチング対象物と同じ材料を主成分とする事が好ましい。このようにすると、例えば酸化膜（ＳｉＯ2 膜）エッチングの場合に、ＳｉＯ2 からなるリングを含むフォーカスリングを用いることにより、実質的なエッチング対象面積（ＳｉＯ2 面積）が、酸化膜における被エッチング部分（レジストマスクの開口部の下側）の面積と、ＳｉＯ2 リングの表面積との和になる。言い換えると、エッチング対象物と同じ材料を主成分とするリングを用いてフォーカスリングを構成することにより、パターン開口率が小さいエッチング対象物における実質的なエッチング対象面積を増大させることができる。このため、エッチング対象物のパターン開口率の大小に関わらず、エッチング対象物における被エッチング部分に供給されるエッチャント量を均一にできる。従って、様々なパターン開口率を持つ複数のエッチング対象物のそれぞれに対して、同一のドライエッチング装置を用いて、所望のエッチング形状が得られるエッチングを行なうことができる。
【０１０６】
また、第２の実施形態において、酸化膜エッチングのための反応性ガス（プラズマ生成用ガス）としてＣ4Ｆ8を用いた。しかし、第２の実施形態において、プラズマ生成用ガスの種類は特に限られるものではなく、プラズマ生成用ガスは、例えばＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ4Ｆ8、Ｃ5Ｆ8、Ｃ4Ｆ6及びＣ2Ｆ6のうちの少なくとも１つのガスを含むものであってもよい。
【０１０７】
また、第２の実施形態において、下部電極１０２と上部電極１０３とを備えたドライエッチング装置における下部電極１０２上に被処理基板１５０を囲むようにフォーカスリング１０８を載置した。しかし、本発明の適用対象となるドライエッチング装置のタイプは特に限定されるものではない。具体的には、ＥＣＲタイプやＩＣＰタイプ等の上部電極を持たない（その代わりにアンテナやコイルを持つ）エッチング装置の反応室内における電極上にエッチング対象物を囲むように本発明のフォーカスリングを載置しても、本実施形態と同様の効果が得られる。また、いずれのタイプのドライエッチング装置においても、ウェハ等のエッチング対象物をペデスタル等の支持部を介して電極上に載置してもよいことは言うまでもない。
【０１０８】
また、第２の実施形態に係るドライエッチング装置及びドライエッチング方法の適用対象は特に限定されるものではないが、例えばハードマスク形成や配線溝等のトレンチ形成を目的とした酸化膜エッチングに適用した場合に特に有用である。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、ドライエッチング装置及びドライエッチング方法に関し、ハードマスク形成やトレンチ形成を目的とした酸化膜エッチングに適用した場合に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るドライエッチング装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るドライエッチング装置のフォーカスリングの平面構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るドライエッチング方法と同様のエッチング条件下においてＳｉフォーカスリングの半径を変化させた場合におけるＣxＦy／Ｆ比の変化の様子を本願発明者が調べた結果を示す図である。
【図４】（ａ）は被エッチング物である酸化膜が逆テーパ形状にパターン化された様子を示す図であり、（ｂ）は被エッチング物である酸化膜が垂直形状にパターン化された様子を示す図であり、（ｃ）は被エッチング物である酸化膜が順テーパ形状にパターン化された様子を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るドライエッチング方法と同様のエッチング条件下において酸化膜のパターン開口率と酸化膜を垂直形状にパターン化できるＳｉフォーカスリング半径との関係を本願発明者が調べた結果を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係るドライエッチング装置及びドライエッチング方法を利用したトレンチ形成方法の各工程を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は比較例に係るトレンチ形成方法の各工程を示す断面図である。
【図８】比較例に係るトレンチ形成方法の一工程を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るドライエッチング装置の概略構成を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るドライエッチング装置のフォーカスリングの平面構成を示す図である。
【図１１】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係るドライエッチング方法と同様のエッチング条件下においてＳｉフォーカスリングを用いた場合におけるＣxＦy／Ｆ比のウェハ半径方向分布を本願発明者が調べた結果を示す図であり、（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係るドライエッチング方法と同様のエッチング条件下においてＳｉＣリングとＳｉリングとからなるフォーカスリングを用いた場合におけるＣxＦy／Ｆ比のウェハ半径方向分布を本願発明者が調べた結果を示す図である。
【図１２】従来のドライエッチング装置の概略構成を示す図である。
【図１３】従来のドライエッチング装置のフォーカスリングの平面構成を示す図である。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）は従来のドライエッチング装置を用いた酸化膜エッチングにおける問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１０１    反応室
１０２    下部電極
１０３    上部電極
１０４    高周波電源
１０５    ガス導入口
１０６    ガス排気口１０６
１０７    フォーカスリング
１０７ａ  第１のリング
１０７ｂ  第２のリング
１０７ｃ  第３のリング
１０８    フォーカスリング
１０８ａ  第１のリング
１０８ｂ  第２のリング
１０８ｃ  第３のリング
１５０    被処理基板
１５１    酸化膜
１５２    レジストパターン
１６０    基板
１６１    下地膜
１６２    酸化膜
１６３    レジストパターン
１６４    トレンチ
１６５    配線
【図１】
2004311972.tif 000003
【図２】
2004311972.tif 000004
【図３】
2004311972.tif 000005
【図４】
2004311972.tif 000006
【図５】
2004311972.tif 000007
【図６】
2004311972.tif 000008
【図７】
2004311972.tif 000009
【図８】
2004311972.tif 000010
【図９】
2004311972.tif 000011
【図１０】
2004311972.tif 000012
【図１１】
2004311972.tif 000013
【図１２】
2004311972.tif 000014
【図１３】
2004311972.tif 000015
【図１４】
2004311972.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月19日(2004.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室内の電極上にエッチング対象物を囲むように配置されるエッチング反応制御シールドを備えたエッチング装置であって、
前記エッチング反応制御シールドは前記エッチング対象物のパターン開口率に応じた大きさを持つことを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
反応室内の電極上にエッチング対象物を囲むように配置されるエッチング反応制御シールドを備えたエッチング装置であって、
前記エッチング反応制御シールドは、１つのシールド部、又は予め準備された異なる寸法を持つ複数のシールド部の中から選択された２つ以上のシールド部の組み合わせによって構成され、それにより前記エッチング反応制御シールドは前記エッチング対象物のパターン開口率に応じた大きさを持つことを特徴とするエッチング装置。
【請求項３】
前記エッチング反応制御シールドはシリコンを主成分とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のエッチング装置。
【請求項４】
前記エッチング反応制御シールドは、互いに異なる材料を主成分とする少なくとも２つのシールド部を含むことを特徴とする請求項２に記載のエッチング装置。
【請求項５】
前記エッチング反応制御シールドは、シリコンを主成分とする第１のシールド部と、シリコン以外の他の材料を主成分とする第２のシールド部とを含むことを特徴とする請求項２に記載のエッチング装置。
【請求項６】
前記他の材料は、石英（ＳｉＯ2 ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）及び酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５に記載のエッチング装置。
【請求項７】
前記エッチング反応制御シールドは、エッチング対象物と同じ材料を主成分とする少なくとも１つのシールド部を含むことを特徴とする請求項２に記載のエッチング装置。
【請求項８】
反応室内の電極上にエッチング対象物を囲むように配置されるエッチング反応制御シールドを備えたエッチング装置を用いたエッチング方法であって、
前記電極上に前記エッチング対象物を載置する工程と、
前記反応室内にガスを導入して該ガスからなるプラズマを発生させ、該プラズマを用いて前記エッチング対象物に対してドライエッチングを行なう工程とを備え、
前記ドライエッチングを行なう工程よりも前に、前記エッチング対象物のパターン開口率に応じて前記エッチング反応制御シールドの大きさを調節する工程をさらに備えていることを特徴とするエッチング方法。
【請求項９】
前記エッチング反応制御シールドの大きさを調節する工程は、予め準備された異なる寸法を持つ複数のシールド部の中から１つのシールド部又は２つ以上のシールド部の組み合わせを選択し、選択されたシールド部によって前記エッチング反応制御シールドを構成する工程を含むことを特徴とする請求項８に記載のエッチング方法。
【請求項１０】
前記エッチング反応制御シールドは、互いに異なる材料を主成分とする少なくとも２つのシールド部を含むことを特徴とする請求項９に記載のエッチング方法。
【請求項１１】
前記ガスは、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ4Ｆ8、Ｃ5Ｆ8、Ｃ4Ｆ6及びＣ2Ｆ6のうちの少なくとも１つのガスを含むことを特徴とする請求項８に記載のエッチング方法。
【請求項１２】
前記エッチング反応制御シールドは円形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のエッチング装置。
【請求項１３】
前記エッチング反応制御シールドは円形状を有することを特徴とする請求項８に記載のエッチング方法。
【請求項１４】
前記エッチング反応制御シールドは、前記エッチング対象物に向けてエッチングガスを通過させるための開口部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のエッチング装置。
【請求項１５】
前記エッチング反応制御シールドは、前記エッチング対象物に向けて前記ガスを通過させるための開口部を有することを特徴とする請求項８に記載のエッチング方法。