(57)【要約】【課題】簡便な方法でかつ精度良く特定の原子ラジカル量をモニターすることが可能なプラズマモニタ方法を提供する。【解決手段】分子性原料ガスと希ガスとを処理雰囲気内に導入して行われるプラズマ処理の際に、前記分子性原料ガスの解離によって生じた原子ラジカル量を検知するプラズマモニタ方法であり、処理雰囲気内における前記分子性原料ガスの分圧と、前記希ガスの発光強度と、前記処理雰囲気内における当該希ガスの分圧とから求めた当該分子性原料ガスの解離度Ｅから、原子ラジカル量を予測することを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子性原料ガスと希ガスとを処理雰囲気内に導入して行われるプラズマ処理の際に、前記分子性原料ガスの解離によって生じた原子ラジカル量を検知するプラズマモニタ方法であって、
前記処理雰囲気内における前記分子性原料ガスの分圧と、前記希ガスの発光強度と、前記処理雰囲気内における当該希ガスの分圧とから当該分子性原料ガスの解離度を求め、この解離度から前記原子ラジカル量を予測する
ことを特徴とするプラズマモニタ方法。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマモニタ方法において、
前記解離度は、前記分子性原料ガスの分圧Ｐ１と、前記希ガスの発光強度Ｉと、前記処理雰囲気内における当該希ガスの分圧Ｐ２とから、解離度Ｅ＝Ｐ１×（Ｉ／Ｐ２）によって求める
ことを特徴とするプラズマモニタ方法。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマモニタ方法において、
前記希ガスは、希ガスのうち前記分子性原料ガスの解離衝突断面積により近い発光衝突断面積を有するものを用いる
ことを特徴とするプラズマモニタ方法。
【請求項４】
分子性原料ガスと希ガスとを処理雰囲気内に導入して行われるプラズマ処理方法であって、
前記処理雰囲気内における前記分子性原料ガスの分圧と、前記希ガスの発光強度と、前記処理雰囲気内における当該希ガスの分圧とから求めた当該分子性原料ガスの解離度から、前記原子ラジカル量を予測し、
前記原子ラジカル量が所定の原子ラジカル量となるように処理条件を制御する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
プラズマ処理によって基板表面の加工を行う半導体装置の製造方法であって、
分子性原料ガスと不活性ガスとをプラズマ処理を行う処理雰囲気内に導入し、
前記処理雰囲気内における前記分子性原料ガスの分圧と、前記希ガスの発光強度と、前記処理雰囲気内における当該希ガスの分圧とから求めた当該分子性原料ガスの解離度から、前記原子ラジカル量を予測し、
前記原子ラジカル量が所定の原子ラジカル量となるように処理条件を制御しながら前記プラズマ処理を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
内部でプラズマ処理が行われる処理室と、
前記処理室内における特定波長の発光を検出する発光検出手段と、
前記処理室内における分子性原料ガスの分圧と、前記発光検出手段で測定された希ガスの発光強度と、前記処理室内における希ガスの分圧とから、当該分子性原料ガスの解離度を求める演算手段と、
前記演算手段で求めた解離度から予測される原子ラジカル量に基づいて、処理条件を制御するプロセス制御手段とを備えた
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定ラジカルを高精度に検出可能なプラズマモニタ方法、プラズマ処理方法、半導体装置の製造方法、およびプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のＵＬＳＩデバイスの開発においては、高速・低消費電力の実現を念頭においた各社各様の検討が進められている。このような中、低誘電率材料膜（いわゆるＬｏｗ−ｋ膜）と銅（Ｃｕ）を用いた多層配線技術が一般的となっており、配線信頼性の確保が非常に重要な課題となってきている。
【０００３】
例えば、ＳｉＯＣＨ系の低誘電率材料を層間絶縁膜として使用する工程では、図６（１）に示すように、基板１０１上のＳｉＯＣＨ系膜１０２とＳｉＯ2膜１０３とに、レジスト１０４をマスクに用いたエッチングによって溝１０５を形成した後、このレジスト１０５を除去するアッシング工程を行っている。このアッシング工程においては、ＳｉＯＣＨ系膜１０２にアッシングダメージが加わり、溝１０５の側壁に酸化層１０６が形成される場合がある。これは、ＳｉＯＣＨ系膜１０２の材料自体が非常に不安定であって、過剰な酸素（Ｏ）ラジカル等の存在によって容易に酸化が進むためと考えられている。そして、このようなアッシングダメージが加わった状態で、図６（２）に示すように、後処理として湿式処理を行うと酸化層１０６が削れ、不必要な寸法変換差、あるいは溝１０５側壁の段差等を生じさせ、この溝１０５内に埋め込まれるＣｕ配線(図示省略）に所望の特性が得られなくなるということが報告されている。
【０００４】
このため、上述したアッシング工程においては、有機材料からなるレジストパターンの除去を行いつつ、アッシングダメージを抑制する手法の確立が求められている。これには、アッシング工程において酸素（Ｏ）ラジカル量を精度良くモニターすることが必要である。
【０００５】
従来、Ｏラジカル量のモニターには、アクチノメトリ法が適用されている。このアクチノメトリ法は、酸素の発光強度と、酸素と共に導入されるアルゴン（Ａｒ）の発光強度との比率から、Ｏラジカル量の絶対値を求める方法である（下記非特許文献１参照）。
【０００６】
【非特許文献１】「Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．」，（英），１９９４年，第３巻，ｐ．１５４−１６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したアクチノメトリ法では、Ｏラジカル量を正確にモニターすることはできなかった。図７には、アクチノメトリ法で求めた酸素ラジカル量を横軸に、レジストのアッシングレートを縦軸にしたグラフを示す。ここで、レジストのアッシングレートは、Ｏラジカル量に比例する量となるはずであるが、アクチノメトリ法によって求められたＯラジカル濃度は、アッシングレートに対して比例した値とはなっておらず、正確なＯラジカル濃度がモニタできていないことがわかる。
【０００８】
これは、通常測定される酸素の発光強度（波長λ＝７７７ｎｍ）には、Ｏ原子ラジカルの発光だけではなく、酸素分子（Ｏ2）の解離性発光が含まれるにもかかわらず、アクチノメトリ法においては、測定された波長λ＝７７７ｎｍの発光強度をＯラジカルのみの発光とみなしてＯラジカル濃度を求めるためである。
【０００９】
そこで本発明は、簡便な方法でかつ精度良く特定の原子ラジカル量をモニターすることが可能なプラズマモニタ方法、および確実に処理制御を行うことが可能なプラズマ処理方法、半導体装置の製造方法、およびプラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するための本発明のプラズマモニタ方法は、分子性原料ガスと希ガスとを処理雰囲気内に導入して行われるプラズマ処理の際に、前記分子性原料ガスの解離によって生じた原子ラジカル量を検知するプラズマモニタ方法であり、処理雰囲気内における前記分子性原料ガスの分圧と、前記希ガスの発光強度と、前記処理雰囲気内における当該希ガスの分圧とから当該分子性原料ガスの解離度を求め、この解離度から前記原子ラジカル量を予測することを特徴としている。
【００１１】
本来、原子ラジカル量は、処理レートに比例するべき値である。今回、分子性原料ガスの解離度は、プラズマ処理における処理レートに非常に良く比例することが見いだされた。
【００１２】
具体的には、分子性原料ガスの解離度は、分子性原料ガスの分圧Ｐ１と、希ガスの発光強度Ｉと、処理雰囲気内における当該希ガスの分圧Ｐ２とから、解離度Ｅ＝Ｐ１×（Ｉ／Ｐ２）として求められる。図１には、分子性原料ガスとして酸素分子ガスを用い、希ガスとしてアルゴンを用いた場合のアッシング処理（プラズマ処理）において、このようにして求めた酸素分子ガスの解離度Ｅを横軸にとり、アッシングレート(処理レート）を縦軸に取ったグラフを示す。このグラフに示すように、本発明により求められた解離度Ｅは、アッシングレート（すなわち酸素ラジカル量）に非常に良く比例する精度の良い値となっていることが分かる。
【００１３】
このため、このように処理レートに対して非常によく比例する解離度から原子ラジカル量を予測することで、解離性発光等の他の発光要因に左右されずに、精度良好に原子ラジカル量が予測されることになる。
【００１４】
また本発明は、このようなプラズマモニタ方法によって求められる原子ラジカル量が、所定の原子ラジカル量となるように処理条件を制御するプラズマ処理方法である。さらに本発明は、このようなプラズマ処理によって基板表面の加工を行う半導体装置の製造方法でもある。
【００１５】
このようなプラズマ処理方法では、処理雰囲気内の原子ラジカル量を精度良好に制御しながらプラズマ処理が行われる。したがって、過剰なラジカルの発生を防止したり、処理レートを高精度に制御した処理が行われる。
【００１６】
そして、このようなプラズマ処理を行う半導体装置の製造方法では、過剰ラジカルによるダメージを防止したり、処理レートが高精度に制御された処理によって形状精度の良好な加工が行われる。
【００１７】
さらに、本発明は、上述したプラズマ処理方法を行うためのプラズマ処理装置であり、内部でプラズマ処理が行われる処理室と、この処理室内における特定波長の発光を検出する発光検出手段を備えている。さらに、この発光検出手段で測定された希ガスの発光強度と、処理室内における希ガスの密度と、処理室内における分子性原料ガスの分圧とから、当該分子性原料ガスが解離して発生した原子の原子ラジカル量を求める演算手段が設けられ、この演算手段で求めた原子ラジカル量に基づいて、処理条件を制御するプロセス制御手段とを備えている。
【００１８】
このような構成のプラズマ処理装置によれば、上述した本発明のプラズマ処理が行われる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明のプラズマモニタ方法によれば、処理レートに対して非常によく比例する解離度から原子ラジカル量を予測することで、解離性発光等の他の発光要因に左右されずに、精度良好に原子ラジカル量を予測することが可能になる。また、本発明のプラズマ処理方法によれば、このようなモニタ方法によって予測された原子ラジカル量に基づいて処理条件を制御することにより、過剰なラジカルの発生を防止したり、処理レートを高精度に制御した処理を行うことが可能になる。そして、このようなプラズマ処理方法を行う本発明の半導体装置の製造方法によれば、過剰ラジカルによるダメージを防止したり、処理レートが高精度に制御された処理によって形状精度の良好な加工を行うことが可能になる。さらに本発明のプラズマ処理装置によれば、上述した本発明のプラズマ処理を実施することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を、プラズマ処理方法から順に詳細に説明する。
【００２１】
＜プラズマモニタ方法＞
実施形態で説明するプラズマモニタ方法は、分子性原料ガスと希ガスとを処理雰囲気内に導入して行われるプラズマ処理の際に、分子性原料ガスの解離によって生じた原子ラジカル量を検知するプラズマモニタ方法である。
【００２２】
ここで、分子性原料ガスとは、酸素分子（Ｏ2）、水素分子（Ｈ2）、窒素分子（Ｎ2）、水（Ｈ2Ｏ）、アンモニア（ＮＨ3）等であり、プラズマ処理の目的に応じたガスが用いられる。
【００２３】
一方、希ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）の中から、分子性原料ガスに応じて選択される。特に、本実施形態のモニタ方法を行うプラズマ処理では、希ガスのうち、分子性原料ガスを解離させて原子ラジカルを得る場合に与えるエネルギーで発光可能な発光衝突断面積を有するものを用いることとする。さらに希ガスは、分子性原料ガスの解離衝突断面積により近い発光衝突断面積を有するものを用いることが好ましい。尚、発光衝突断面積（ｃｒｏｓｓ  ｓｅｃｔｉｏｎ）とは、原子や分子に電子が衝突して光る確率であり、エネルギーの関数となっている。また同様に、解離衝突断面積とは、分子に電子が衝突して解離する確率であり、エネルギーの関数となっている。
【００２４】
そして、プラズマ処理の際には、先ず、処理雰囲気内における希ガス（例えばここではＡｒ）の発光強度ＩArを測定する。これは、発光検出器と分光器とを用いて特定の希ガスの発光強度ＩArのみ測定する。また、処理雰囲気内に導入した分子性原料ガス（例えばここでは酸素分子Ｏ2）の分圧ＰO2（Ｐ２）と希ガスの分圧ＰAr（Ｐ１）とを求める。これらの分圧ＰO2，ＰArは、処理雰囲気内に導入する希ガスの流量と分子性原料ガスの流量、および処理雰囲気内の圧力とから求める。
【００２５】
そして、希ガスの発光強度ＩAr、分子性原料ガスの分圧ＰO2、希ガスの分圧ＰArとから、分子性原料ガス（Ｏ2）の解離度ＥO2を、次式（１）のように求める。ＥO2＝ＰO2×（ＩAr／ＰAr）…（１）
【００２６】
ここで、解離することのない希ガス（Ａｒ）の発光ＩArは、希ガスの分圧ＰAr、電子密度Ｎｅ、上述した発光衝突断面積σAr、および電子エネルギーｖを用いて次式（２）のように表現できる。ＩAr＝ＰAr・Ｎｅ＜σAr・ｖ＞…（２）この式（２）から、式（１）における（ＩAr／ＰAr）＝Ｎｅ＜σAr・ｖ＞となる。
【００２７】
一方、分子性原料ガス（Ｏ2）の解離も、上述した発光と度同じく電子衝突によって生じる現象であり、解離度ＥO2は、分子性原料ガスの分圧ＰO2、電子密度Ｎｅ、上述した解離衝突断面積σO2、および電子エネルギーｖを用いて次式（３）のように表現できる。ＥO2＝ＰO2・Ｎｅ＜σO2・ｖ＞…（３）
【００２８】
そこで、プラズマ処理中における分子性原料ガスの解離衝突断面積σO2を、希ガスの発光衝突断面積σArと同等と見なすことにより、式（３）のＮｅ＜σO2・ｖ＞を、Ｎｅ＜σAr・ｖ＞＝（ＩAr／ＰAr）と入れ替えると、上記式（１）が得られるのである。このように、プラズマ処理中における分子性原料ガスの解離衝突断面積σO2を、希ガスの発光衝突断面積σArと同等と見なすためには、分子性原料ガスの解離衝突断面積により近い発光衝突断面積を有する希ガスを選択することで、さらに分離性原料ガスの解離度ＥO2の数値精度が向上する。
【００２９】
そして、以上のようにして求めた分子性原料ガスの解離度ＥO2から、分子性原料ガスの解離によって生じた原子ラジカル量を予測する。
【００３０】
図１には、分子性原料ガスとして酸素分子ガス（Ｏ2）を用い、希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用いた場合のアッシング処理（プラズマ処理）において、以上のようにして求めた解離量Ｅ（ＥO2）を横軸にとり、Ｏラジカル量に比例するアッシングレートを縦軸に取ったグラフを示す。尚、このアッシング処理においては処理条件の各因子（圧力、Ｐｏｗｅｒ、流量）を、次の範囲で変化させている。ガスの流量：Ｏ2／Ａｒ＝２００／１０ｓｃｃｍ〜５０００/２５０ｓｃｃｍ、処理雰囲気内圧力：１〜１００Ｐａ、高周波電力（Ｐｏｗｅｒ）：５００〜５０００Ｗ。ただし基板温度は３０℃である。
【００３１】
このグラフに示すように、本発明により求められた解離量Ｅは、アッシングレート（すなわち酸素ラジカル量）に非常に良く比例する精度の良い値となっていることが分かる。このため、このようにして得られた解離量Ｅから非常に精度高くＯラジカル量（原子ラジカル量）量を予測することが可能になる。
【００３２】
＜プラズマ処理方法＞
そして、実施形態のプラズマ処理方法では、上述したプラズマモニタ方法によって予測した原子ラジカル量、例えば酸素（Ｏ）ラジカル量に基づき、処理雰囲気内の原子ラジカル量を精度良好に制御しながらプラズマ処理を行う。この場合、予め設定された原子ラジカル量となるように、または所定の処理レートとなるように処理条件を制御することとする。
【００３３】
これにより、精度良好に予測されたラジカル量（処理レート）に基づいて、ラジカル量（処理レート）の制御が行われることになり、過剰なラジカルの発生を防止したり、処理レートを高精度に制御したプラズマ処理を行うことが可能になる。この結果、過剰ラジカルによるダメージを生じさせず、また処理量が高精度に制御されることで例えば形状精度の良好なプラズマ処理を行うことが可能になる。
【００３４】
＜プラズマ処理装置＞
図２には、上述したプラズマ処理法を行うためのプラズマ処理装置の一例を示す構成図である。次に、この図に用いてプラズマ処理装置の実施形態を説明する。
【００３５】
この図に示すプラズマ処理装置１は、内部でプラズマ処理が行われる処理室３を備えている。この処理室３内には、被処理基板Ｗを載置するステージ４が設けられ、このステージ４には電圧が印加される構成となっている。また処理室３には、この処理室３内に処理ガスを導入するガス導入管５が設けられ、このガス導入管５には処理室３内に所定流量で複数のガスを導入するための流量制御部６が設けられている。さらに、処理室３の外周には、処理室３内にプラズマを発生させるためのコイル７が配置されている。尚、以上の構成は、通常のプラズマ処理装置と同様であり、また、処理室３内においてプラズマ処理が可能であればこのような構成に限定されることはない。
【００３６】
さらにこのプラズマ処理装置１には、処理室３内における特定波長の発光を検出する発光検出手段８が設けられている。この発光検出手段８は、処理室３内における発光を検出するための発光検出部８ａと、発光検出部８ａで検出された光の分光部８ｂとで構成されている。
【００３７】
そして、この分光部８ｂには、演算手段９が接続されている。この演算手段９は、処理室３内における分子性原料ガスの分圧Ｐ１と、発光検出手段８で測定された希ガスの発光強度Ｉと、処理室３内における希ガスの分圧Ｐ２とから、当該分子性原料ガスの解離度Ｅを求めるものであり、上述したプラズマモニタ方法で説明したように解離度Ｅを算出する。尚、この演算手段９は、次に説明するプロセス制御手段１０から、処理室３内における分子性原料ガスの分圧Ｐ１と、処理室３内における希ガスの分圧Ｐ２に関する情報を得ることとする。
【００３８】
そして、この演算手段９に接続された上記プロセス制御手段１０は、コイル７の電源７ａ、流量制御部６、ここでの図示を省略した処理室３の排気部や外部入力手段に接続されている。そして、電源７ａおよび流量制御部６を調整することによって、演算手段９で求めた解離度Ｅから予測される原子ラジカル量に基づいて処理条件を制御する。ここで制御される処理条件は、例えば、流量制御部６で制御されるガス流量および処理室３内の圧力、電源７ａから印加される高周波電力（Ｐｏｗｅｒ）、であることとする。この際、原子ラジカル量が、外部入力手段から入力設定された所定の原子ラジカル量となるように、処理条件の制御がなされることとする。
【００３９】
このようなプラズマ処理装置１によれば、分子性原料ガスおよび希ガスをそれぞれ流量制御しながらガス導入管５から処理室３内に導入することで、上述したように高精度にラジカル量が制御されたプラズマ処理を行うことが可能である。
【００４０】
＜半導体装置の製造方法−１＞
ここでは、上述したプラズマ処理方法を、低誘電率膜であるＳｉＯＣＨ膜３３に孔形成する場合に適用した実施形態を製造方法の第１例として説明する。
【００４１】
先ず、図３（１）に示すように、基板３０上に、ＳｉＣ膜３１を介してＳｉＯＣＨ膜３３を形成し、さらにＳｉＯ2膜３５を形成する。そして、レジスト３７をマスクにしたエッチングにより、ＳｉＯ2膜３５およびＳｉＯＣＨ膜３３に孔３９を形成する。しかる後、マスクに用いたレジスト３７を除去するためのアッシング処理をプラズマ処理として行う。
【００４２】
このアッシング処理においては、分子性原料ガスとして酸素分子（Ｏ2）を用い、希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用いる。そして、酸素分子（Ｏ2）の解離量ＥO2を求め、この解離量ＥO2から予測されるアッシングレート（Ｏラジカル量）が低い領域Ａ（図１参照）となるように、処理条件を制御しながらアッシング処理を行う。このように、処理条件を制御しながらアッシング処理を行うことにより、過剰のＯラジカルによるダメージを抑える。
【００４３】
次に、図３（２）に示すように、後処理として、希フッ酸を用いた湿式処理を行う。
【００４４】
以上の手順によれば、Ｏ2の解離量ＥO2から予測されるアッシングレート（Ｏラジカル量）が低い領域でアッシング処理を行うことにより、確実に過剰のＯラジカルの発生を防止できる。したがって、過剰のＯラジカルによるＳｉＯＣＨ膜３３のダメージが抑えられ、変質層厚さを１０ｎｍ以下に小さく抑えることが可能になる。これにより、ＳｉＯＣＨ膜３３に対して、形状精度良好に孔３９形成を行うことが可能になる。
【００４５】
＜半導体装置の製造方法−２＞
ここでは、第１例と同様に、上述したプラズマ処理方法を、低誘電率膜であるＳｉＯＣＨ膜３３に孔形成する場合に適用した他の実施形態を製造方法の第２例として説明する。
【００４６】
先ず、上述した第１例で図３（１）を用いて説明したと同様に、ＳｉＯ2膜３５およびＳｉＯＣＨ膜３３に孔３９を形成する。
【００４７】
しかる後、マスクに用いたレジスト３７を除去するためのアッシング処理をプラズマ処理として行う。このアッシング処理においては、分子性原料ガスとして酸素よりも反応性の弱い水素分子（Ｈ2）を用い、希ガスとして水素分子（Ｈ2）の解離衝突断面積により近い発光衝突断面積を有するヘリウム（Ｈｅ）を用いる。尚、このようなガス系によるアッシング処理においても、下記の処理条件の範囲において、分子性原料ガスである水素分子（Ｈ2）の解離量ＥH2が、アッシングレート（すなわちＨラジカル量に）非常に良好に比例することが確認されている。ガスの流量：Ｈ２／Ｈｅ＝２００／１０ｓｃｃｍ〜５０００/２５０ｓｃｃｍ、処理雰囲気内圧力：１〜１００Ｐａ、高周波電力（Ｐｏｗｅｒ）５００〜５０００Ｗ。ただし基板温度は３０℃である。
【００４８】
そして、水素分子（Ｈ2）の解離量ＥH2を求め、この解離量ＥH2から予測されるアッシングレート（Ｈラジカル量）が低い領域となるように、処理条件を制御しながらアッシング処理を行う。このように、処理条件を制御しながらアッシング処理を行うことにより、過剰のＨラジカルによるダメージを抑える。
【００４９】
以上の後、図３（２）に示すように、後処理として、希フッ酸を用いた湿式処理を行うことは、第１例と同様である。
【００５０】
このような方法であっても、分子性原料ガスであるＨ2の解離量ＥH2から予測されるアッシングレート（Ｈラジカル量）によって処理条件を制御することにより、確実に過剰のＨラジカルの発生を防止できる。この結果、第１例と同様に、ＳｉＯＣＨ膜３３に対して、形状精度良好に孔３９の形成を行うことが可能になる。
【００５１】
＜半導体装置の製造方法−３＞
ここでは、上述したプラズマ処理方法を、ゲート酸化膜の窒化に適用した実施形態を製造方法の第３例として説明する。
【００５２】
先ず、図４（１）に示すように、シリコン基板４１上に、酸化シリコン膜４３を形成する。そして、この酸化シリコン膜４３の表面を、窒素ラジカルに晒すことにより、酸化シリコン膜４３の表面を窒素ラジカルにより窒化処理（プラズマ処理）する。この窒化処理においては、分子性原料ガスとして窒素分子（Ｎ2）を用い、希ガスとして窒素分子（Ｎ2）の解離衝突断面積とより近い発光衝突断面積を有する近いヘリウム（Ｈｅ）を用いる。尚、このようなガス系によるアッシング処理においても、下記の条件の範囲において、分子性原料ガスである窒素分子（Ｎ2）の解離量ＥN2が、アッシングレート（すなわちＮラジカル量に）非常に良好に比例することが確認されている。ガスの流量：Ｎ2／Ｈｅ＝２００／１０ｓｃｃｍ〜５０００/２５０ｓｃｃｍ、処理雰囲気内圧力：１〜１００Ｐａ、高周波電力（Ｐｏｗｅｒ）５００〜５０００Ｗ。ただし基板温度は３０℃である。これは、酸化膜の窒化が、Ｎラジカルの供給、および結合のためのダングリングボンド生成に依存しているためと考えられる。
【００５３】
そして、窒素分子（Ｎ2）の解離量ＥN2を求め、この解離量ＥN2から予測される窒化レート（Ｎラジカル量）が低い領域となるように、処理条件を制御しながらアッシング処理を行う。このように、処理条件を制御しながらアッシング処理を行うことにより、過剰のＮラジカルによるダメージを抑える。
【００５４】
これにより、図４（２）に示すように、酸化シリコン膜４３の表面層に窒化シリコン膜４５を形成する。
【００５５】
このような方法であっても、分子性原料ガスであるＮ2の解離量ＥN2から予測される窒化レート（Ｎラジカル量）によって処理条件を制御することにより、プロセス制御性良好に窒化処理を行うことが可能である。
【００５６】
＜半導体装置の製造方法−４＞
ここでは、上述したプラズマ処理方法を、多層レジストの加工に適用した実施形態を製造方法の第４例として説明する。
【００５７】
先ず、図５（１）に示すように、基板５０上に酸化シリコン５１を介して下層レジスト５３を形成し、さらにＳＯＧ膜５５を形成し、さらにＡｒＦエキシマレーザ光用の上層レジスト５７をパターン形成する。そして、この上層レジスト５７をマスクにしてＳＯＧ膜５５をエッチング加工する。
【００５８】
その後、図５（２）に示すように、ＳＯＧ膜５５をマスクにして下層レジスト５３をパターンエッチングするためのエッチング処理をプラズマ処理として行う。
【００５９】
このアッシング処理においては、第１例と同様に、分子性原料ガスとして酸素分子（Ｏ2）を用い、希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用いる。そして、酸素分子（Ｏ2）の解離量ＥO2を求め、この解離量ＥO2から予測されるエッチングレート（Ｏラジカル量）が所定のエッチングレートとなるように処理条件を制御しながらエッチング処理を行う。これにより、ＳＯＧ膜５５の下方のサイドエッチ量を制御する。この際、下記の条件の範囲において、処理条件を制御する。ガスの流量：Ｏ２／Ａｒ＝５００／５０ｓｃｃｍ〜５０００/２５０ｓｃｃｍ、処理雰囲気内圧力：１〜１００Ｐａ、高周波電力（Ｐｏｗｅｒ）５００〜５０００Ｗ。ただし基板温度は３０℃である。
【００６０】
以上の手順によれば、Ｏ2の解離量ＥO2から予測されるエッチングレート（Ｏラジカル量）を制御しながらエッチング処理を行うことで、サイドエッチ量が高精度に制御される。これにより、形状精度良好に下層レジスト５３のエッチング加工を行うことが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
原子ラジカルの発生量を正確に予測できるので、高精度なプラズマ処理が行われる製造方法に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】分子性原料ガスの解離度と原子ラジカル量に比例する処理レートと関係を示すグラフである。
【図２】実施形態のプラズマ処理装置の構成図である。
【図３】半導体装置の製造方法の第１例および第２例を説明する断面工程図である。
【図４】半導体装置の製造方法の第３例を説明する断面工程図である。
【図５】半導体装置の製造方法の第４例を説明する断面工程図である。
【図６】従来のプラズマ処理を適用した半導体装置の製造工程の一例を示す断面工程図である。
【図７】アクチノメトリ法で求めた酸素ラジカル量と、レジストのアッシングレートを縦軸にしたグラフである。
【符号の説明】
【００６３】
１…プラズマ処理装置、３…処理室、８…発光検出手段、９…演算手段、１０…プロセス制御手段
【図１】
2005039079.tif 000003
【図２】
2005039079.tif 000004
【図３】
2005039079.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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