(57)【要約】【課題】レジスト膜に重点をおいてプラズマ処理を行い，レジスト膜の膜減りを防止する。【解決手段】気密な処理室内に処理ガスを導入し，被処理体上に形成された被処理膜をレジスト膜をマスクとして所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって，レジスト膜の膜厚を監視しつつ被処理膜に対してプラズマ処理を行い，レジスト膜の膜減り速度が所定値になるまでプラズマ処理を続行するメインエッチング工程（第１工程）と，レジスト膜の選択比が高いプロセス条件に変えて被処理膜の残りの部分をプラズマ処理するオーバーエッチング工程（第２工程）とを有する。【選択図】    図１
2004304030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密な処理室内に処理ガスを導入し，この処理ガスをプラズマ化して被処理体上に形成された被処理膜をレジスト膜をマスクとして所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって，
前記レジスト膜の膜減り速度の変化に基づいてプロセス条件を変更してプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記プラズマ処理は，前記レジスト膜の膜厚を監視しつつ被処理膜に対してプラズマ処理を行い，レジスト膜の膜減り速度が所定値になるまでプラズマ処理を続行する第１工程と，
前記第１工程よりも前記レジスト膜の選択比が高いプロセス条件に変えて被処理膜の残りの部分をプラズマ処理する第２工程と，
を有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】
前記被処理膜はシリコン含有酸化膜であり，
前記第１工程は，ＣＦ系ガスを含む処理ガスによりプラズマ処理を行い，
前記第２工程は，ＣＨＦ系ガスを含む処理ガスによりプラズマ処理を行うことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記第２工程は，減少した成分を含む処理ガスを用いたプロセス条件によりプラズマ処理を行うことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記被処理膜はシリコン含有酸化膜であり，
前記第１工程は，ＣＦ系ガスを含む処理ガスによりプラズマ処理を行い，
前記第２工程は，ＣＯｘガスを含む処理ガスによりプラズマ処理を行う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】
前記第１工程における前記レジスト膜の膜厚の監視は，前記レジスト膜からの反射光の干渉波を検出することにより行うことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，半導体装置の製造プロセスにおいて採用されるエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被処理体例えば半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」と称する）の基板上にメモリ，ロジック等のＭＯＳ構造などを形成する際，シリコン酸化膜，多結晶シリコン膜等のシリコン系半導体膜層のエッチングが行われる。例えば下地のシリコン膜に形成されたシリコン酸化膜に，微細なコンタクトホールなどを形成する場合には，シリコン酸化膜上にレジスト膜をマスクとして形成した膜構造をエッチングする工程が行われる（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００３】
例えばプラズマ処理装置の処理容器内にＣＦ４，Ｃ２Ｆ６などのＣＦ系ガスを処理ガスとして導入し，処理ガスをプラズマ化して，処理容器内の被処理体上のシリコン酸化膜をプラズマエッチングする。この場合，エッチングレートを高めるため等の目的で，下地のシリコン膜が露出する直前までメインエッチング工程を行った後，残りの部分をオーバーエッチング工程を行うような技術がある。これは，メインエッチング工程では下地のシリコン膜が露出されないので，エッチングレートを高くするプロセス条件でエッチング処理を行って処理速度を高めるとともに，オーバーエッチング工程では下地のシリコン膜が削れないように対下地膜の選択比を高めたプロセス条件でエッチング処理を行うものである。
【０００４】
このように，下地膜に重点をおいてメインエッチングからオーバーエッチングに切換える技術は知られている。例えば特許文献２に記載の技術は，メインエッチングは予め下地膜が露出する直前までのエッチング時間を検出しておき，その時間だけメインエッチングしてからオーバーエッチングに切換えるようにしている。
【０００５】
また，例えば特許文献３に記載の技術は，ウエハに光を照射してその反射光を検出することにより，被処理膜であるポリシリコン膜の膜厚を監視し，下地膜が露出する直前までメインエッチングを行い，オーバーエッチングに切換えるようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−９１３１７号公報
【特許文献２】
特開平９−２７４７１号公報
【特許文献３】
米国特許第６，０８１，３３４号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，上述したように例えばシリコン酸化膜をレジスト膜をマスクとしてエッチングする場合，レジスト膜の膜厚は下地のシリコン膜が露出し始めると急激に減少するという問題があった。その原因としては次のようなことが考えられる。
【０００８】
例えばシリコン酸化膜をＣＦ系の処理ガスを用いてプラズマエッチングすると，ＣＦｘなどの反応生成物が発生してレジスト膜の表面に付着する。これにより，反応生成物はレジスト膜の保護膜として機能し，レジスト膜の耐プラズマ性が高められる。ところが，シリコン酸化膜のエッチングが進行して下地のシリコン膜が露出し始めると，反応生成物の発生が減少してレジスト膜に保護膜として付着する反応生成物も減少してしまう。
【０００９】
また，処理ガスとして含まれるＯ２などの反応生成物抑制ガスによる反応生成物除去効果の方が大きくなり，レジスト膜に付着した反応生成物が除去され，レジスト膜自体がエッチングされてしまう。
【００１０】
このため，オーバーエッチング工程のように下地膜が露出する工程では，エッチングの進行により，レジスト膜の膜減りが急激に進行し，エッチング途中でレジスト膜がなくなる箇所ができる。これにより，本来エッチングしたくない箇所もエッチングされるなどの問題が発生する。
【００１１】
従って，エッチング処理によるレジスト膜の膜減りを防止する必要性は非常に高く，レジスト膜に重点をおいてエッチング処理を行うことが望ましい。レジスト膜の膜厚に基づいてメインエッチング工程からオーバーエッチング工程へ切換え，オーバーエッチング工程はレジスト膜が膜減りしないプロセス条件で行うことが望ましい。
【００１２】
ところが，上述した技術のように下地膜に重点をおいてメインエッチング工程からオーバーエッチング工程に切換えるものはあるが，レジスト膜に重点をおいてメインエッチング工程からオーバーエッチング工程に切換えるものは見当らない。
【００１３】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，レジスト膜に重点をおいてプラズマ処理を行い，レジスト膜の膜減りを防止することができるプラズマ処理方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，気密な処理室内に処理ガスを導入し，この処理ガスをプラズマ化して被処理体上に形成された被処理膜をレジスト膜をマスクとして所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって，前記レジスト膜の膜減り速度の変化に基づいてプロセス条件を変更してプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。
また，前記プラズマ処理は，例えばレジスト膜の膜厚を監視しつつ被処理膜に対してプラズマ処理を行い，前記レジスト膜の膜減り速度が所定値になるまでプラズマ処理を続行する第１工程と，前記第１工程よりも前記レジスト膜の選択比が高いプロセス条件に変えて被処理膜の残りの部分をプラズマ処理する第２工程とを有するようにしてもよい。
【００１５】
このような本発明によれば，レジスト膜の膜厚を重視してエッチング処理を行うことができるので，レジスト膜の膜減りを防止することができる。
【００１６】
また，前記被処理膜はシリコン含有酸化膜であり，前記第１工程は，ＣＦ系ガスを含む処理ガスによりプラズマ処理を行い，前記第２工程は，ＣＨＦ系ガスを含む処理ガスによりプラズマ処理を行うようにしてもよい。処理ガスとしてＣＨＦ系ガスを含むプロセス条件にすることにより，第２工程においてレジスト膜の膜減りを抑制することができる。
【００１７】
また，上記第２工程は，減少した成分を含む処理ガスを用いたプロセス条件によりプラズマ処理を行うようにしてもよい。プラズマ処理の途中でレジスト膜が急に膜減りするなどの変化が起こるときには，プラズマ中には減少した成分が見られるので，この減少した成分を補うプロセス条件で第２工程を実施することにより，第２工程においてレジスト膜の膜減りを抑制することができる。
【００１８】
また，前記被処理膜はシリコン含有酸化膜であり，前記第１工程は，ＣＦ系ガスを含む処理ガスによりプラズマ処理を行い，前記第２工程は，ＣＯｘガスを含む処理ガスによりプラズマ処理を行うようにしてもよい。例えば処理ガスとしてＣＦ系ガス（ＣｘＦｙガス）を用い，レジスト膜をマスクとしてシリコン酸化膜をプラズマエッチング処理する場合には，ＣＯ，ＣＯ２などのＣＯｘが減少することにより，対レジスト膜の選択比が低下する減少がある。そこで，減少したＣＯを補うように処理ガスとしてＣＯ，ＣＯ２などのＣＯｘを追加して第２工程を行うことにより，対レジスト膜の選択比を高めることができるので，レジスト膜の膜減りを抑制することができる。
【００１９】
また，上記第１工程における前記レジスト膜の膜厚の監視は，前記レジスト膜からの反射光の干渉波を検出することにより行うようにしてもよい。これにより，レジスト膜の膜厚を直接的に監視することができ，レジスト膜の膜厚に応じた第１工程を終了時点の検出を確実に行うことができる。これにより，レジスト膜の膜減りを確実に防止することができる。
【００２０】
なお，本明細書中１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ，１ｓｃｃｍは（１０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかるプラズマ処理装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
（第１の実施形態）
先ず，本発明の第１の実施形態にかかるプラズマ処理装置として例えばエッチング装置の構成について図面を参照しながら説明する。図１はエッチング装置の概略構成を示す断面図である。エッチング装置１００は，電極板が上下平行に対向し，一方にプラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板エッチング装置として構成されている。
【００２３】
このエッチング装置１００は，例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムからなる円筒形状に成形された処理室（チャンバー）１０２を有しており，この処理室１０２は接地されている。処理室１０２内の底部にはセラミックなどの絶縁板１０３を介して，ウエハＷを載置するための略円柱状のサセプタ支持台１０４が設けられている。このサセプタ支持台１０４の上には，下部電極を構成するサセプタ１０５（以下，下部電極ともいう）が設けられている。このサセプタ１０５にはハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１０６が接続されている。
【００２４】
サセプタ支持台１０４の内部には，温度調節媒体室１０７が設けられている。そして，導入管１０８を介して温度調節媒体室１０７に温度調節媒体が導入，循環され，排出管１０９から排出される。このような温度調節媒体の循環により，サセプタ１０５を所望の温度に制御できるようになっている。
【００２５】
サセプタ１０５は，その上側中央部が凸状の円板状に成形され，その上にウエハＷと略同形の静電チャック１１１が設けられている。静電チャック１１１は，絶縁材の間に電極１１２が介在された構成となっている。静電チャック１１１は，電極１１２に接続された直流電源１１３から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより，静電力によってウエハＷを静電吸着する。
【００２６】
そして，絶縁板１０３，サセプタ支持台１０４，サセプタ１０５，さらには静電チャック１１１には，被処理体であるウエハＷの裏面に，伝熱媒体（例えばＨｅガスなどのバックサイドガス）を供給するためのガス通路１１４が形成されており，この伝熱媒体を介してサセプタ１０５とウエハＷとの間の熱伝達がなされ，ウエハＷが所定の温度に維持されるようになっている。
【００２７】
サセプタ１０５の上端周縁部には，静電チャック１１１上に載置されたウエハＷを囲むように，環状のフォーカスリング１１５が配置されている。このフォーカスリング１１５は，セラミックス或いは石英などの絶縁性材料或いは導電性材料からなり，エッチングの均一性を向上させるようになっている。
【００２８】
また，サセプタ１０５の上方には，このサセプタ１０５と平行に対向して上部電極１２１が設けられている。この上部電極１２１は，絶縁材１２２を介して，処理室１０２の内部に支持されている。上部電極１２１は，サセプタ１０５との対向面を構成し多数の吐出孔１２３を有する電極板１２４と，この電極板１２４を支持する電極支持体１２５とによって構成されている。上記電極板は例えば石英からなり，上記電極支持体１２５は例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムなどの導電性材料からなる。なお，サセプタ１０５と上部電極１２１との間隔は，調節可能とされている。
【００２９】
上部電極１２１における電極支持体１２５の中央には，ガス導入口１２６が設けられている。このガス導入口１２６には，ガス供給管１２７が接続されている。さらにこのガス供給管１２７には，バルブ１２８，並びにマスフローコントローラ１２９を介して，処理ガス供給源１３０が接続されている。
【００３０】
この処理ガス供給源１３０から，プラズマエッチングのためのエッチングガスが供給されるようになっている。なお，図１には，上記の処理ガス供給源１３０等からなる処理ガス供給系を１つのみ図示しているが，これらの処理ガス供給系は複数設けられており，例えばＣ４Ｆ６，ＣＦ４，Ａｒ，Ｏ２等のガスをそれぞれ独立に流量制御して，処理室１０２内に供給できるよう構成されている。
【００３１】
一方，処理室１０２の底部には排気管１３１が接続されており，この排気管１３１には排気装置１３５か接続されている。排気装置１３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており，処理室１０２内を所定の減圧雰囲気（例えば０．６７Ｐａ以下）まで真空引き可能に構成されている。また，処理室１０２の側壁にはゲートバルブ１３２が設けられている。
【００３２】
上部電極１２１には，第１の高周波電源１４０が接続されており，その給電線には整合器１４１が介挿されている。また，上部電極１２１にはローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４２が接続されている。この第１の高周波電源１４０は，５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有している。このように高い周波数の電力を印加することにより，処理室１０２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができ，従来より低圧条件下のプラズマ処理が可能となる。この第１の高周波電源２４０の周波数は，５０〜８０ＭＨｚが好ましく，典型的には図示した６０ＭＨｚまたはその近傍の周波数が採用される。
【００３３】
下部電極としてのサセプタ１０５には，第２の高周波電源２５０が接続されており，その給電線には整合器１５１が介挿されている。この第２の高周波電源１５０は数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚの範囲の周波数を有している。このような範囲の周波数を印加することにより，被処理体であるウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源１５０の周波数は，典型的には図示した１３．５６ＭＨＺまたは２ＭＨｚ等の周波数が採用される。
【００３４】
（膜厚監視手段の構成例）
また，上記エッチング装置１００は，ウエハ上に形成された膜例えばレジスト膜の膜厚を監視する手段を備える。例えばレジスト膜からの反射光の干渉波を検出することにより，膜厚を監視する。この場合の膜厚監視手段の構成例を図２に示す。例えばエッチング装置１００における処理室１０２内のウエハ表面に対して光源２０２からの光を光ファイバ２０４，レンズ２０６を介して照射窓（図示しない）から照射する。そして，その反射光をポリクロメータ２０８及び光検出器２１０によって検出し，この光検出器２０５の出力信号を，演算処理部２１２によって処理するようになっている。
【００３５】
上記光検出器２０５で検出される光の強度は，例えばシリコン酸化膜を被処理膜としてシリコン酸化膜上に形成されたレジスト膜の膜厚を検出する場合，レジスト膜表面で反射された反射光と，レジスト膜と被処理膜との界面において反射された反射光とが干渉を起す。この干渉光の強度は，レジスト膜の膜厚の変化に応じて変化する。従って，上記干渉光を検出することにより，レジスト膜の膜厚を測定できる。これにより，レジスト膜の膜厚に応じてプロセス条件を切換えるなどのプロセス制御が可能となる。
【００３６】
なお，上記光源２０２としては，ハロゲンランプを使用してもよいが，ＬＥＤランプを使用してもよい。ハロゲンランプは波長領域が比較的広範囲（例えばキセノンランプでは波長領域が約２５０ｎｍから８００ｎｍを越える広い範囲）であるのに対して，ＬＥＤランプは波長領域が非常に狭い範囲（例えば４５０ｎｍから４７０ｎｍの狭い範囲）なので，例えば４６０ｎｍの単波長を観察するだけで反射光の干渉波の検出を行うことができる。このように，光源２０２としてＬＥＤランプを用いれば，エッチング終了時点を安定して検出することができる。しかも，ＬＥＤランプは，ハロゲンランプよりも長寿命，低消費電力である点でも，光源２０２として使用した場合には有利である。
【００３７】
（プラズマ処理装置の動作）
次に，上記エッチング装置１００によりエッチング処理を行う際の動作について説明する。エッチング処理を行う場合には，ゲートバルブ１３２を開放して，ウエハＷを処理室１０２内に搬入し，静電チャック１１１上に配置する。次いで，ゲートバルブ１３２を閉じ，排気装置１３５によって処理室１０２内を減圧した後，バルブ１２８を開放し，処理ガス供給源１３０から処理ガスを供給し，処理室１０２内の圧力を所定の圧力とする。この状態で第１の高周波電源１４０，第２の高周波電源１５０からそれぞれ所定の高周波電力を供給し，上記処理ガスをプラズマ化させてウエハＷに作用させる。
【００３８】
一方，高周波電力を供給するタイミングの前後に，直流電源１１３を静電チャック１１１内の電極１１２に印加して，ウエハＷを静電チャック１１１上に静電吸着させる。またエッチング処理の際には，温度調節媒体室１０７へ所定の温度に設定した冷媒（チラー）を供給してサセプタ１０５を冷却するとともに，ウエハＷの裏面に所定の圧力の伝熱媒体（例えばＨｅガスなどのバックサイドガス）を供給することにより，ウエハＷの表面温度を所定の温度に制御する。
【００３９】
（プラズマ処理の対象となる膜構造の具体例）
次に，上記エッチング装置１００によりエッチング処理を行う被処理膜（エッチング対象膜）について図面を参照しながら説明する。ここでは，ウエハＷ上に形成された酸化膜を酸素を含むレジストをマスクとしてエッチングする。具体的には図４（ａ）に示すような膜構造３００にエッチング処理を施す。この膜構造３００は，下地のシリコン膜３１０上に形成された被処理膜となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）３２０，シリコン酸化膜３２０上に形成されたレジスト膜３３０を有する。レジスト膜３３０には例えばＡｒＦフォトレジスト膜を使用する。レジスト膜３３０は上記エッチング処理に先立って，シリコン酸化膜３２０上に露光工程，現像工程により例えば開口などを含む所定のパターンにパターニングした。なお，レジスト膜３３０はシリコン酸化膜３２０上に有機系反射防止膜を介して形成してもよい。
【００４０】
なお，被処理膜としては，上記シリコン酸化膜に限られることはなく，ＴＥＯＳ，ＢＰＳＧ，ＰＳＧ，ＳＯＧ，熱酸化層，ＨＴＯ，ＦＳＧ，有機系シリコン酸化膜，ＣＯＲＡＬ（ノベラス社）等の酸化膜（酸素化合物膜），低誘電体有機絶縁膜等や金属膜，金属化合物膜等であってもよい。また，レジスト膜としては，ＡｒＦフォトレジスト膜に限られることはなく，例えばＫｒＦフォトレジスト膜やＦ２フォトレジスト膜等であってもよい。
【００４１】
（本発明の原理）
次に，本発明における原理について説明する。先ず，図４（ａ）に示すようなシリコン酸化膜３２０にエッチング処理してコンタクトホールを形成する際，レジスト膜３３０の膜厚がどのように変化するかを実験した結果を図面を参照しながら説明する。
【００４２】
上記エッチング処理を行う際のプロセス条件（１）は，以下の通りである。すなわち処理室１０２内の圧力は２０ｍＴとし，上部電極１２１及び下部電極１０５に印加する高周波電力はともに１８００Ｗとし，処理ガスはＣ４Ｆ６，ＣＦ４，Ａｒ，Ｏ２を流量比Ｃ４Ｆ６／ＣＦ４／Ａｒ／Ｏ２＝３５ｓｃｃｍ／１４ｓｃｃｍ／７００ｓｃｃｍ／３６ｓｃｃｍで導入する。上部電極１２１の温度は２０℃，下部電極１０５の温度は５０℃，処理室１０２の側壁の温度は６０℃に設定し，上部電極１２１とウエハＷとの間の距離は，２５ｍｍとし，ウエハＷの裏面に供給するバックサイドガスの圧力は，センタ５Ｔ，エッジ２５Ｔとする。また，ウエハＷの直径は２００ｍｍ，レジスト膜の膜厚は４４０ｎｍ，シリコン酸化膜３２０の膜厚は２．０μｍである。
【００４３】
上記プロセス条件により下地のシリコン膜３１０が露出し始めるまで，メインエッチング工程を行い，さらにその後同じプロセス条件でオーバーエッチング工程を行った。各エッチング工程を行いながら，ウエハＷの表面に光を照射し，反射光の干渉波を上記光検出器２１０により検出することによって，レジスト膜の膜厚を監視する。すると，レジスト膜３３０の膜厚と時間との関係は図３に示すようになる。
【００４４】
例えば，下地のシリコン膜３１０が露出し始める１５０秒だけメインエッチング工程を行ったところでは，レジスト膜３３０のエッチングレートは８６ｎｍ／分，レジスト膜３３０の膜厚は１９７ｎｍであった。また下地のシリコン膜３１０が露出してからさらに３０秒だけオーバーエッチング工程を行ったところでは，レジスト膜３３０のエッチングレートは２００ｎｍ／分，レジスト膜３３０の膜厚は１２１ｎｍであった。
【００４５】
図３によれば，レジスト膜３３０の膜厚は，下地であるシリコン膜３１０が露出すると急激に減少することがわかる。その原因としては次のようなことが挙げられる。
【００４６】
上記プロセス条件（１）による処理ガスには，Ｃ４Ｆ６，ＣＦ４のＣＦ系ガスが含まれているので，処理ガスをプラズマ化してエッチング処理することにより，ＣＦｘなどの反応生成物が発生してレジスト膜３３０の表面に付着する。これにより，反応生成物はレジスト膜３３０の保護膜として機能し，対レジスト膜の選択比も高くなる。
【００４７】
ところが，シリコン酸化膜３２０のエッチングが進行して下地のシリコン膜３１０が露出し始めると，反応生成物の発生が減少してレジスト膜３３０に保護膜として付着する反応生成物も減少してしまう。また，処理ガスとして含まれるＯ２などの反応生成物抑制ガスによる反応生成物除去効果の方が大きくなり，レジスト膜３３０に付着した反応生成物が除去され，レジスト膜３３０自体がエッチングされてしまう。
【００４８】
例えばＣｘＦｙ，Ａｒ，Ｏ２を処理ガスとして図４（ａ）に示すような膜構造３００に対してエッチング処理する場合，すなわちレジスト膜３３０をマスクとしてシリコン酸化膜３２０にエッチング処理する場合を考える。処理ガスのうちＣｘＦｙはシリコン酸化膜３２０を削る効果がある。またＯ２は，一般に反応生成物を除去する効果がある。このようなＯ２が処理ガスに含めるのは，レジスト膜３３０に付着する反応生成物の量が多すぎないようにするためである。すなわち，レジスト膜３３０に付着する反応生成物の量が多すぎると，パターンニングされたレジスト膜３３０の孔を塞いでしまうので，かえってエッチングの妨げとなる。
【００４９】
このような処理ガスによりシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）３２０にプラズマ処理を行うと，例えばＣｘＦｙとＳｉＯ２との化学反応が起り，ＳｉＯ２が削られる。このような化学反応により，ＣＯ，ＳｉＦｘが気体として発生するとともにＣＦｘが反応生成物として発生する。このうち，反応生成物ＣＦｘはレジスト膜３３０に付着して保護膜として機能する。このとき処理ガスにはＯ２が含まれているので，レジスト膜３３０に付着する反応生成物ＣＦｘの量は抑制される。
【００５０】
一方，ＣＯｘは一般にＯ２の反応生成物除去効果を抑制する方向へ働くことが知られている。このため，メインエッチング工程のように未だシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）３２０がたくさん残っている間はＣｘＦｙとＳｉＯ２との化学反応が進むため，反応生成物ＣＦｘが多く発生するとともに，ＣＯも多く発生してＯ２の反応生成物除去効果を抑制する。このため，反応生成物ＣＦｘはレジスト膜３３０に比較的多めに付着する。
【００５１】
ところが，シリコン酸化膜３２０のエッチングが進行し，レジスト膜３３０の膜減りが急になった時点では，下地膜が露出し始め，シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）３２０が減少するので，ＣｘＦｙとＳｉＯ２との化学反応も減少する。このため，エッチング処理による反応生成物ＣＦｘの量が減少するとともにＣＯの量が減少する。ＣＦｘの量が減少すると，レジスト膜３３０に保護膜として付着する反応生成物の量も減少する。また，ＣＯの量が減少すると，Ｏ２の反応生成物除去効果を抑制できなくなるため，反応生成物除去が進むことになる。従って，レジスト膜３３０には反応生成物が付着しなくなるとともに，反応生成物の除去も進む。さらに処理ガスに含まれるＯ２はレジスト膜３３０をエッチングする作用もあるので対レジスト選択比が低下し，例えば反応生成物が除去されて保護膜がなくなり露出したレジスト膜３３０の表面は膜減りが進む。
【００５２】
本発明では，上記したようにレジスト膜３３０はある時点で急に膜減りが進む点に着目し，レジスト膜３３０に重点をおいてメインエッチング工程からオーバーエッチング工程へ切換え，オーバーエッチング工程はレジスト膜３３０が膜減りしないプロセス条件で行う。具体的には，レジスト膜３３０の膜厚を監視しつつエッチング処理を行い，図３に示すようにレジスト膜３３０の膜減り速度が急に大きくなる点線のところでメインエッチング工程（第１工程）からオーバーエッチング工程（第２工程）に切換え，オーバーエッチング工程はレジスト膜の膜減りを防止するプロセス条件により行う。これにより，エッチング処理によるレジスト膜の膜減りを防止することができる。
【００５３】
（プラズマ処理の例）
次に，上述した原理に基づいてエッチング装置１００を用いてプラズマ処理を行う。ここでは，プラズマ処理の例としてシリコン酸化膜へのエッチング処理について説明する。例えば図４（ａ）に示すようにレジスト膜３３０をマスクとしてシリコン酸化膜３２０にエッチング処理してコンタクトホール３４０を形成する。具体的には，先ずメインエッチング工程（第１工程）を行い，続いてオーバーエッチング工程（第２工程）を行う。メインエッチング工程のプロセス条件は，上記プロセス条件（１）と同様である。
【００５４】
ここで，メインエッチング処理（第１工程）の終点は，図３に示すようにレジスト膜３３０の膜厚が急に減少する時点（図３に示す点線）とする。具体的には演算処理部２１２により光検出器２１０からの検出値に基づいてレジスト膜３３０の膜厚の微分値を算出し，その微分値が予め設定した所定値になった時点とする。上記の例によれば，このメインエッチング工程の終了時間はメインエッチング開始から約１５０秒であった。なお，メインエッチング工程が終了する時点では，下地のシリコン膜３１０が露出し始めるため，膜構造３００は模式的に示すと図４（ｂ）に示すようになる。
【００５５】
その後，レジスト膜３３０の膜減りを防止するプロセス条件でオーバーエッチング工程を行う。具体的には例えば処理ガスにＣＨｘＦｙを含める。ここでは，処理ガスとしてＣＦ４の代りにＣＨ３Ｆを入れている。
【００５６】
具体的なオーバーエッチング工程のプロセス条件（２）は，以下の通りである。すなわち処理室１０２内の圧力は４０ｍＴとし，上部電極１２１に印加する高周波電力は１８００Ｗとし，下部電極１０５に印加する高周波電力は１４００Ｗとし，処理ガスはＣ４Ｆ６，ＣＨ３Ｆ，Ａｒ，Ｏ２を流量比Ｃ４Ｆ６／ＣＨ３Ｆ／Ａｒ／Ｏ２＝２５ｓｃｃｍ／５ｓｃｃｍ／９００ｓｃｃｍ／２６ｓｃｃｍで導入する。上部電極１２１の温度は２０℃，下部電極１０５の温度は５０℃，処理室１０２の側壁の温度は６０℃に設定し，上部電極１２１とウエハＷとの間の距離は４５ｍｍとし，ウエハＷの裏面に供給するバックサイドガスの圧力は，センタ１５Ｔ，エッジ２５Ｔとする。
【００５７】
上記オーバーエッチング工程の終了時点は，例えばオーバーエッチング工程の開始から１２０秒とする。オーバーエッチング工程では残ったシリコン酸化膜３２０がすべてエッチングされるので，このときの膜構造３００は模式的に示すと図４（ｃ）に示すようになる。
【００５８】
このようなエッチング処理を行った結果，メインエッチング工程の終了時点（約１５０秒後）のレジスト膜３３０のエッチングレートは１５７ｎｍ／分，レジスト膜３３０の膜厚は１２１ｎｍであった。その後にオーバーエッチング工程を１２０秒行った時点におけるレジスト膜３３０の膜厚は１９７ｎｍであった。また，オーバーエッチング工程において，ＣＨ３Ｆの流量比のみを６ｓｃｃｍに増やして上記と同様に１２０秒行った場合には，レジスト膜３３０の膜厚は２５７ｎｍであった。
【００５９】
上記実験結果によれば，レジスト膜３３０の膜厚は，図３の一点鎖線に示すようにオーバーエッチング工程に切換えられてから徐々に増加する傾向となる。すなわち，レジスト膜３３０の膜厚の減少が抑えられていることがわかる。
【００６０】
このように，レジスト膜３３０の膜厚を監視しつつエッチング処理を行い，レジスト膜３３０の膜減り速度が急に大きくなる時点でメインエッチング工程（第１工程）からオーバーエッチング工程（第２工程）に切換え，オーバーエッチング工程はレジスト膜の膜減りを防止するプロセス条件により行うことにより，エッチング処理によるレジスト膜３３０の膜減りを防止することができる。
【００６１】
（第２の実施形態）
次に，本発明にかかる第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は，レジスト膜３３０の選択比が高いプロセス条件の他の例として，メインエッチング工程からオーバーエッチング工程に切換えるときに減少する成分を処理ガスとして補うように追加したプロセス条件でオーバーエッチング工程を行うものである。
【００６２】
例えば第１の実施形態で説明したようにＣｘＦｙ，Ａｒ，Ｏ２を処理ガスとしてレジスト膜３３０をマスクとしてシリコン酸化膜３２０にエッチング処理する場合には，シリコン酸化膜３２０のエッチングを実行していくと，図３の実線に示すようにレジスト膜３３０はある時点までは膜減りがそれほど進まず，ある時点を越えると急に膜減りが進む性質がある。
【００６３】
この原因の１つには，上述したように化学反応がＣＯの減少が考えられる。すなわち，ＣＯの量が減少すると，処理ガスに含まれるＯ２の反応生成物除去効果を抑制できなくなるため，反応生成物除去が進行する。さらに，Ｏ２はレジスト膜３３０をエッチングする作用もあるので対レジスト選択比が低下し，例えば反応生成物が除去されて保護膜がなくなり露出したレジスト膜３３０の表面はレジスト膜３３０の膜減りが進む。
【００６４】
従って，本実施形態では，減少したＣＯなどのＣＯｘをオーバーエッチング工程の処理ガスとして補うことにより，Ｏ２の反応生成物除去効果を抑制させて，レジスト膜３３０の表面から反応生成物が除去されないようにすることができる。これにより，レジスト膜３３０の膜減りを防止することができる。
【００６５】
なお，ここではメインエッチング工程からオーバーエッチング工程に切換えるときに減少する成分として，ＣＯが減少した場合を例に挙げて説明したが，エッチングする膜構造や処理ガスなどによって減少する成分も異なる。上記と別の例として，例えば有機系Ｌｏｗ−ｋ膜をエッチングする場合を考える。この場合の膜構造としては，例えばＳｉＮ膜を下地としてその上に被処理膜としての有機系Ｌｏｗ−ｋ膜が形成される。この有機系Ｌｏｗ−ｋ膜上にハードマスクとしての酸化膜が形成され，さらにその上にフォトレジスト膜（ＰＲ）が形成される。このような膜構造にエッチングする場合，例えば有機系Ｌｏｗ−ｋ膜とフォトレジスト膜を同時にエッチングし，エッチング完了時にはフォトレジスト膜のアッシングも同時に終了させるようにする処理がある。このようなエッチング処理を行う場合，例えばフォトレジスト膜が有機系Ｌｏｗ−ｋ膜よりも先になくなると，フォトレジスト膜からＣＨｘを含む反応生成物が減少してしまい，有機系Ｌｏｗ−ｋ膜のエッチング特性が大きく変化してしまう。従って，減少した反応生成物ＣＨｘをオーバーエッチングの際に処理ガスとして供給することにより，たとえ先にフォトレジスト膜がなくなったとしても，有機系Ｌｏｗ−ｋ膜のエッチング特性の変化を防止することができる。これにより，有機系Ｌｏｗ−ｋ膜のエッチングを安定して行うことができる。
【００６６】
次に，第２の実施形態におけるメインエッチング工程からオーバーエッチング工程への切換えのタイミングについて説明する。第２の実施形態においても，第１の実施形態と同様にレジスト膜が急に膜減りした時点で切換える。その際，第１の実施形態では，レジスト膜の膜厚を図２に示すような反射光の干渉波を検出することによって直接的に監視して急に膜減りした時点（図３の点線で示す時点）を検出した。第２の実施形態でも第１の実施形態と同様にレジスト膜の膜厚を直接的に監視するようにしてもよい。
【００６７】
なお，第２の実施形態では，減少した成分を監視することによりレジスト膜の膜厚を間接的に監視するようにしてもよい。例えば上記したシリコン酸化膜３２０をエッチングする例を考えると，レジスト膜３３０の膜減りが急に進む時点では，下地が露出し始めるため，ＣＯが急に減少する。従って，ＣＯの量を監視しつつエッチング処理を行い，ＣＯの量が急に減少した時点でオーバーエッチング処理に切換えるようにしてもよい。具体的には，ＣＯの量の微分値が所定値を越えた時点で処理ガスとしてＣＯを補うプロセス条件でオーバーエッチング工程を行うようにしてもよい。
なお，エッチング処理により減少した成分の検出は，例えばプラズマ発光のスペクトルを検出することにより監視して行うようにしてもよい。具体的には処理室１０２に例えば石英から成るプラズマ光の検出窓（図示しない）を設け，この検出窓を介して処理室１０２内の発光スペクトルを，処理室１０２の外部に設けた終点検出器（図示しない）の光受容部に伝達する。そして，終点検出器では，光受容部で伝達された発光スペクトルの変化に基づいてエッチング処理の終点を検出する。
【００６８】
上記第１の実施形態，第２の実施形態で詳述したように，本発明では，レジスト膜に重点をおいて，例えばレジスト膜の膜厚を監視し，レジスト膜の膜減りが急になる時点でメインエッチング工程からオーバーエッチング工程へ切換え，オーバーエッチング工程はレジスト膜が膜減りしないプロセス条件で行う。これにより，レジスト膜の膜減りを防止することができ，エッチング途中でレジスト膜がなくなることを防止でき，本来エッチングしたくない箇所がエッチングされるなどの不都合を解消することができる。
【００６９】
なお，本発明ではレジスト膜のみに重点をおいてメインエッチング工程からオーバーエッチング工程に切換えるようにしているが，上述したようにレジスト膜の膜減りが急になる時点では，下地膜が露出し始めるので，オーバーエッチング工程において対下地膜の選択比をも高くするプロセス条件にすれば，下地膜の保護も可能となる。
【００７０】
すなわち，従来のように下地膜を重視してメインエッチング工程からオーバーエッチング工程に切換えたのではレジスト膜の膜減りが急激に進んでしまう不都合があるが，本発明のようにレジスト膜を重視してメインエッチング工程からオーバーエッチング工程に切換えることにより，レジスト膜の膜減り防止のみならず，下地膜の保護も可能となる。換言すると，メインエッチング工程からオーバーエッチング工程に切換える場合には，下地膜に注意を払わなくても，レジスト膜だけを監視すれば十分であり，レジスト膜，下地膜の両方の保護が可能である。
【００７１】
以上，添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７２】
例えば，エッチングプラズマ処理装置としては，平行平板型プラズマエッチングプラズマ処理装置に限られず，ヘリコン波プラズマエッチングプラズマ処理装置、誘導結合型プラズマエッチングプラズマ処理装置等に適用してもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば，レジスト膜の膜厚を重視してエッチング処理を行うことができるので，レジスト膜の膜減りを防止することができる。これにより，例えばエッチング途中でレジスト膜がなくなることを防止でき，本来エッチングしたくない箇所がエッチングされるなどの不都合を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるプラズマ処理方法を実施するプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】同実施形態における膜厚監視手段の構成例を説明する図である。
【図３】レジスト膜の膜厚と時間との関係を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるエッチング方法の工程図である。
【符号の説明】
１００      プラズマ処理装置
１０２      処理室
１０３      絶縁板
１０４      サセプタ支持台
１０５      サセプタ（下部電極）
１０６      ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
１０７      温度調節媒体室
１０８      導入管
１０９      排出管
１１１      静電チャック
１１２      電極
１１３      直流電源
１１４      ガス通路
１１５      フォーカスリング
１２１      上部電極
１２２      絶縁材
１２３      吐出孔
１２４      電極板
１２５      電極支持体
１２６      ガス導入口
１２７      ガス供給管
１２８      バルブ
１２９      マスフローコントローラ
１３０      処理ガス供給源
１３１      排気管
１３２      ゲートバルブ
１３５      排気装置
１４０      高周波電源
１４１      整合器
１４２      ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１５０      高周波電源
１５１      整合器
２０２      光源
２０４      光ファイバ
２０５      光検出器
２０６      レンズ
２０８      ポリクロメータ
２１０      光検出器
２１２      演算処理部
２４０      高周波電源
２５０      高周波電源
３００      膜構造
３１０      シリコン膜
３２０      シリコン酸化膜
３３０      レジスト膜
３４０      コンタクトホール
Ｗ      ウエハ
【図１】
2004304030.tif 000003
【図２】
2004304030.tif 000004
【図３】
2004304030.tif 000005
【図４】
2004304030.tif 000006