(57)【要約】【課題】  被処理体上に形成される低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）や下地膜に与えるダメージを従来以上に抑制する。【解決手段】  処理室１０２内に少なくともＣＯ２ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し，上部電極１２１に高周波電力を印加して反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて，下部電極に高周波電力を印加しない状態で処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第１アッシング工程と，処理室内にアッシング処理ガスを供給し，上部電極に高周波電力を印加してアッシング処理ガスのプラズマを発生させて，下部電極に高周波電力を印加した状態でレジスト膜を除去する第２アッシング工程とを有する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内の被処理体に対して，パターニングされたレジスト膜をマスクとして用いて低誘電率膜の一部をエッチングする処理を施した後に，前記処理室内において前記レジスト膜を除去するプラズマアッシング方法であって，
前記処理室内に少なくともＣＯ２ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し，プラズマ発生用高周波電力を印加して前記反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて，前記処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第１アッシング工程と，
前記処理室内にアッシング処理ガスを供給し，プラズマ発生用高周波電力を印加して前記アッシング処理ガスのプラズマを発生させて，前記レジスト膜を除去する第２アッシング工程と，
を有することを特徴とするプラズマアッシング方法。
【請求項２】
前記反応生成物除去処理ガスは，ＣＯ２ガスであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマアッシング方法。
【請求項３】
前記反応生成物除去処理ガスは，ＣＯ２ガスと不活性ガスとを含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマアッシング方法。
【請求項４】
前記第１アッシング工程における前記処理室内の圧力は，３０ｍＴｏｒｒ以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマアッシング方法。
【請求項５】
前記アッシング処理ガスは，Ｏ２ガスとＣＯ２ガスのいずれか一方又は両方のガスを含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマアッシング方法。
【請求項６】
前記第１アッシング工程は，バイアス電圧発生用高周波電力を印加しない状態で実行し，
前記第２アッシング工程は，バイアス電圧発生用高周波電力を印加した状態で実行することを特徴とする請求項１に記載のプラズマアッシング方法。
【請求項７】
前記低誘電率膜は，ポーラス系Ｌｏｗ−ｋ膜であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマアッシング方法。
【請求項８】
処理室内に配置された第１電極に対向して配置された第２電極上の被処理体に対して，パターニングされたレジスト膜をマスクとして用いて低誘電率膜の一部をエッチングする処理を施した後に，前記処理室内において前記レジスト膜を除去するプラズマアッシング方法であって，
前記処理室内に少なくともＣＯ２ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し，前記第１電極に高周波電力を印加して前記反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて，前記第２電極に高周波電力を印加しない状態で前記処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第１アッシング工程と，
前記処理室内にアッシング処理ガスを供給し，前記第１電極に高周波電力を印加してアッシング処理ガスのプラズマを発生させて，前記第２電極に高周波電力を印加した状態で前記レジスト膜を除去する第２アッシング工程と，
を有することを特徴とするプラズマアッシング方法。
【請求項９】
前記第２アッシング工程において，前記第１電極に印加する高周波電力の周波数は，前記第２電極に印加する高周波電力の周波数と同一であり，その周波数は１３ＭＨｚ以上４０ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項８に記載のプラズマアッシング方法。
【請求項１０】
前記第２アッシング工程において，前記第１電極に印加する高周波電力の周波数は２７ＭＨｚ以上であり，前記第２電極に印加する高周波電力の周波数は１３ＭＨｚ以上４０ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項８に記載のプラズマアッシング方法。
【請求項１１】
前記第２アッシング工程における前記処理室内の圧力は４００ｍＴｏｒｒ以下であることを特徴とする請求項８に記載のプラズマアッシング方法。
【請求項１２】
処理室内に配置された第１電極に対向して配置された第２電極上の被処理体に対して，パターニングされたレジスト膜をマスクとして用いて低誘電率膜の一部をエッチングする処理を施した後に，前記処理室内において前記レジスト膜を除去するプラズマアッシング方法であって，
前記処理室内に少なくともＣＯ２ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し，前記第１電極に高周波電力を印加して前記反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて，前記第２電極に高周波電力を印加しない状態で前記処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第１アッシング工程と，
前記処理室内にアッシング処理ガスを供給し，前記第１電極に高周波電力を印加せずに，前記第２電極に高周波電力を印加してアッシング処理ガスのプラズマを発生させて，前記第２電極に高周波電力を印加した状態で前記レジスト膜を除去する第２アッシング工程と，
を有することを特徴とするプラズマアッシング方法。
【請求項１３】
前記第２アッシング工程において，前記第２電極に印加する高周波電力の周波数は１３ＭＨｚ以上４０ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマアッシング方法。
【請求項１４】
前記第２アッシング工程における前記処理室内の圧力は４００ｍＴｏｒｒ以下であることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマアッシング方法。
【請求項１５】
処理室内に配置され，第１高周波電力及びこの第１高周波電力よりも低い周波数の第２高周波電力を重畳して印加可能に構成された電極上の被処理体に対して，パターニングされたレジスト膜をマスクとして用いて低誘電率膜の一部をエッチングする処理を施した後に，前記処理室内において前記レジスト膜を除去するプラズマアッシング方法であって，
前記処理室内に少なくともＣＯ２ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し，前記電極に前記第１高周波電力を印加して前記反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて，前記電極に第２高周波電力を印加しない状態で前記処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第１アッシング工程と，
前記処理室内にアッシング処理ガスを供給し，前記電極に第１高周波電力を印加してアッシング処理ガスのプラズマを発生させて，前記電極に第２高周波電力を印加した状態で前記レジスト膜を除去する第２アッシング工程と，
を有することを特徴とするプラズマアッシング方法。
【請求項１６】
前記第１アッシング工程における前記第１高周波電力の周波数は１３ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマアッシング方法。
【請求項１７】
前記第１アッシング工程における前記第１高周波電力の周波数は２７ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマアッシング方法。
【請求項１８】
前記第２アッシング工程における前記第１高周波電力の周波数は１３ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマアッシング方法。
【請求項１９】
前記第２アッシング工程における前記第２高周波電力は０Ｗであることを特徴とする請求項１８に記載のプラズマアッシング方法。
【請求項２０】
前記第２アッシング工程における前記第１高周波電力の周波数は４０ＭＨｚ以上であり，前記第２高周波電力の周波数は１３ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマアッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，被処理体上のレジスト膜を除去するプラズマアッシング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば，半導体製造プロセスにおいては，被処理体例えば半導体ウエハ（以下，「ウエハ」ともいう）の表面にトレンチやホールがパターニングされたレジスト膜をマスクとして，所定の処理ガスを用いてエッチング処理を行った後，残ったレジスト膜を除去するアッシング処理が行われる。
【０００３】
このようなアッシング処理は，例えばＯ2（酸素）ガス，ＣＯガス，ＣＯ２ガスなどの処理ガスを用いることによって，レジスト膜をアッシング除去する方法（プラズマアッシング方法）が知られている（特許文献１，２参照）。具体的には例えば処理室内のウエハを加熱するとともに，その処理室内にＯ2ガスを導入してプラズマを発生させることにより，Ｏ２ガスがプラズマ化した際に生ずるＯ（酸素）ラジカルなどの活性種でレジスト膜をアッシング除去する。
【０００４】
このように，アッシング処理はエッチング処理後に行われるので，エッチング処理とアッシング処理とを同じ処理室内において連続的に行うことができれば，例えばウエハを他の処理室に移送する時間が省略され，全体の処理時間の短縮が可能となるなど利点も大きい。
【０００５】
ところが，エッチング処理において例えばフッ素含有処理ガス（例えばＣＦ系処理ガス）を処理ガスとして用いると，処理室の内壁にフッ素ポリマ（例えばＣＦ系ポリマ）などの反応生成物が堆積する虞がある。この状態でアッシング処理を連続して行うと，処理室の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物が再解離し，ウエハ上の膜がエッチングされてしまう現象（メモリエフェクト）が発生するため，結果としてウエハ上に形成される半導体装置の性能に悪影響を及ぼす虞がある。このような現象は，アッシングを行う際の処理ガスとしてＯ2ガスを用いる場合のみならず，ＣＯ２ガスやＣＯガスを用いる場合にも発生する。
【０００６】
一方，このようなメモリエフェクトの発生を抑制するのに，アッシング処理を２ステップに分けて実施する方法がある（例えば特許文献３参照）。このようなアッシング処理では，先ず，第１ステップにおいてウエハにバイアス電圧を印加せずに処理室内に反応生成物除去処理ガスとしてＯ2ガスを導入して酸素プラズマを発生させ，これによって処理室の内壁に堆積しているフッ素ポリマなどの反応生成物を除去する。次に，第２ステップにおいてウエハにバイアス電圧を印加させて，処理室内にアッシング処理ガスを導入してウエハ上のレジスト膜を除去する。このような２つのステップでレジスト膜を除去する処理は，ハイブリッド・アッシング(Hybrid Ashing)と称される。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−５９９１１号公報
【特許文献２】特開２００１−１８９３０２号公報
【特許文献３】特開平１１−１４５１１１号公報
【特許文献４】特開２００５−１０１２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら，レジスト膜の下層に低誘電率膜（以下，「Ｌｏｗ−ｋ膜」ともいう。）を含む層が形成されている場合，そのＬｏｗ−ｋ膜が露出している状態で単純にハイブリッド・アッシングを行うと，Ｌｏｗ−ｋ膜にダメージを与える虞がある。具体的には例えば，第１ステップにおいて処理室の内壁に堆積しているフッ素ポリマなどの反応生成物を除去する際に，そのフッ素の一部が処理室内に発生するＯ（酸素）ラジカルなどの影響で再解離してＬｏｗ−ｋ膜やそのＬｏｗ−ｋ膜の下地膜に打ち込まれ，Ｌｏｗ−ｋ膜や下地膜がエッチングされてしまったり，Ｌｏｗ−ｋ膜に含まれるＣ（炭素原子）が脱離して膜質が変質し誘電率が上昇してしまったりする虞がある。
【０００９】
この点，第１ステップのプロセス条件を最適化して処理室内のＯ（酸素）ラジカル密度を小さくすることによって，Ｌｏｗ−ｋ膜や下地膜へのダメージを抑制することも可能であるが（特許文献４参照），Ｌｏｗ−ｋ膜や下地膜へのダメージをさらに抑制するには限界がある。
【００１０】
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，被処理体上に形成される低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）や下地膜に与えるダメージを従来以上に抑制することができるプラズマアッシング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，処理室内の被処理体に対して，パターニングされたレジスト膜をマスクとして用いて低誘電率膜の一部をエッチングする処理を施した後に，前記処理室内において前記レジスト膜を除去するプラズマアッシング方法であって，前記処理室内に少なくともＣＯ２ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し，プラズマ発生用高周波電力を印加して反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて，前記処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第１アッシング工程と，前記処理室内にアッシング処理ガスを供給し，プラズマ発生用高周波電力を印加して前記アッシング処理ガスのプラズマを発生させて，前記レジスト膜を除去する第２アッシング工程とを有することを特徴とするプラズマアッシング方法が提供される。
【００１２】
この場合，上記反応生成物除去処理ガスは，ＣＯ２ガスの単一ガスであってもよく，ＣＯ２ガスと不活性ガスとを含む混合ガスでもよい。また，上記第１アッシング工程における処理室内の圧力は，３０ｍＴｏｒｒ以下であることが好ましい。さらに，上記アッシング処理ガスは，例えばＯ２ガスとＣＯ２ガスのいずれか一方又は両方のガスを含む。また，上記第１アッシング工程は，バイアス電圧発生用高周波電力を印加しない状態で実行し，上記第２アッシング工程は，バイアス電圧発生用高周波電力を印加した状態で実行することが好ましい。なお，上記低誘電率膜は，例えばポーラス系Ｌｏｗ−ｋ膜である。
【００１３】
本発明らは，ＣＯ２ガスを含む処理ガスが，Ｏ２ガスを含む処理ガスに比して，被処理体上に形成される低誘電率膜や下地膜へ与えるダメージが非常に少ない点に着目するとともに，このようなＣＯ２ガスによっても処理室の内壁に付着した反応生成物を十分に除去できることを見出し，このＣＯ２ガスを含む処理ガスを第１アッシング工程の生成物除去処理ガスとして適用した。これにより，第１アッシング工程にＯ２ガスを含む処理ガスを用いる場合に比して，第１アッシング工程における被処理体の低誘電率膜や下地膜へのダメージを大幅に低減することができる。また，第１アッシング工程により処理室の内壁から反応生成物が除去されるため，続く第２アッシング工程において反応生成物が再解離して被処理体の低誘電率膜や下地膜にダメージを与えることがなくなる。
【００１４】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内に配置された第１電極に対向して配置された第２電極上の被処理体に対して，パターニングされたレジスト膜をマスクとして用いて低誘電率膜の一部をエッチングする処理を施した後に，前記処理室内において前記レジスト膜を除去するプラズマアッシング方法であって，前記処理室内に少なくともＣＯ２ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し，前記第１電極に高周波電力を印加して反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて，前記第２電極に高周波電力を印加しない状態で前記処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第１アッシング工程と，前記処理室内にアッシング処理ガスを供給し，前記第１電極に高周波電力を印加してアッシング処理ガスのプラズマを発生させて，前記第２電極に高周波電力を印加した状態で前記レジスト膜を除去する第２アッシング工程とを有することを特徴とするプラズマアッシング方法が提供される。これによれば，第１電極と第２電極が対向配置された処理室内において第１アッシング工程，第２アッシング処理を実行する場合も，被処理体の低誘電率膜や下地膜へのダメージを大幅に低減することができる。
【００１５】
また，上記第２アッシング工程において，前記第１電極に印加する高周波電力の周波数は，前記第２電極に印加する高周波電力の周波数と同一であり，その周波数は１３ＭＨｚ以上４０ＭＨｚ以下であることが好ましい。また，上記第２アッシング工程において，前記第１電極に印加する高周波電力の周波数は２７ＭＨｚ以上であり，前記第２電極に印加する高周波電力の周波数は１３ＭＨｚ以上４０ＭＨｚ以下であることがより好ましい。さらに，上記第２アッシング工程における前記処理室内の圧力は４００ｍＴｏｒｒ以下であることが好ましい。これにより，高周波電力の周波数，処理室内圧力を最適な範囲で設定することができるので，第１アッシング工程，第２アッシング処理における，被処理体上に形成される低誘電率膜や下地膜へのダメージをさらに低減することができ，第２アッシング工程においてはより高速にアッシングを行うことができる。
【００１６】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内に配置された第１電極に対向して配置された第２電極上の被処理体に対して，パターニングされたレジスト膜をマスクとして用いて低誘電率膜の一部をエッチングする処理を施した後に，前記処理室内において前記レジスト膜を除去するプラズマアッシング方法であって，前記処理室内に少なくともＣＯ２ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し，前記第１電極に高周波電力を印加して反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて，前記第２電極に高周波電力を印加しない状態で前記処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第１アッシング工程と，前記処理室内にアッシング処理ガスを供給し，前記第１電極に高周波電力を印加せずに，前記第２電極に高周波電力を印加してアッシング処理ガスのプラズマを発生させて，前記第２電極に高周波電力を印加した状態で前記レジスト膜を除去する第２アッシング工程とを有することを特徴とするプラズマアッシング方法が提供される。
【００１７】
このように，第２アッシング工程においては第１電極に高周波電力を印加せずに，第２電極に高周波電力を印加してアッシング処理ガスのプラズマを発生させるようにしてもよい。これにより，被処理体の直上でアッシング処理ガスのプラズマを立てることができるので，アッシングに必要なイオンの発生量を増加することができ，より高速にレジスト膜のアッシングを行うことができる。
【００１８】
この場合，上記第２アッシング工程において，前記第２電極に印加する高周波電力の周波数は１３ＭＨｚ以上４０ＭＨｚ以下であることが好ましい。また，第２アッシング工程における前記処理室内の圧力は４００ｍＴｏｒｒ以下であることが好ましい。
【００１９】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内に配置され，第１高周波電力及びこの第１高周波電力よりも低い周波数の第２高周波電力を重畳して印加可能に構成された電極上の被処理体に対して，パターニングされたレジスト膜をマスクとして用いて低誘電率膜の一部をエッチングする処理を施した後に，前記処理室内において前記レジスト膜を除去するプラズマアッシング方法であって，前記処理室内に少なくともＣＯ２ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し，前記電極に前記第１高周波電力を印加して反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて，前記電極に第２高周波電力を印加しない状態で前記処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第１アッシング工程と，前記処理室内にアッシング処理ガスを供給し，前記電極に第１高周波電力を印加してアッシング処理ガスのプラズマを発生させて，前記電極に第２高周波電力を印加した状態で前記レジスト膜を除去する第２アッシング工程とを有することを特徴とするプラズマアッシング方法が提供される。これによれば，第１高周波電力及びこの第１高周波電力よりも低い周波数の第２高周波電力を重畳して印加する電極を備える処理室内で第１アッシング工程，第２アッシング処理を実行する場合も，被処理体上に形成される低誘電率膜や下地膜へのダメージを大幅に低減することができる。
【００２０】
また，上記第１アッシング工程における前記第１高周波電力の周波数は１３ＭＨｚ以上であることが好ましい。この場合，第１アッシング工程における前記第１高周波電力の周波数は２７ＭＨｚ以上であることが好ましい。また，上記第２アッシング工程における前記第１高周波電力の周波数は１３ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であることが好ましい。この場合，上記第２高周波電力は０Ｗであってもよい。また，上記第２アッシング工程における前記第１高周波電力の周波数は４０ＭＨｚ以上であり，前記第２高周波電力の周波数は１３ＭＨｚ以下であることが好ましい。これにより，高周波電力の周波数，処理室内圧力を最適な範囲で設定することができるので，第１アッシング工程，第２アッシング処理における，被処理体上に形成される低誘電率膜や下地膜へのダメージをさらに低減することができ，第２アッシング工程においてはより高速にアッシングを行うことができる。
【００２１】
なお，本明細書において，１Ｔｏｒｒは（１０１３２５／７６０）Ｐａ，１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ，１ｓｃｃｍは（１０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば，被処理体上に形成される低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）や下地膜に与えるダメージを従来以上に抑制することができるプラズマアッシング方法を提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら，本発明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。
【００２４】
（第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例）
先ず，本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例を図面を参照しながら説明する。図１は，第１実施形態にかかるプラズマ処理装置１００の概略構成を示す。プラズマ処理装置１００は，第１電極として上部電極を備えるとともに，この第１電極に対向して配置される第２電極として下部電極を備える，いわゆる平行平板型のプラズマ処理装置である。
【００２５】
プラズマ処理装置１００は，図１に示すように，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成る円筒形状に成形された処理容器によって構成される処理室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，被処理体例えば半導体ウエハ（以下，「ウエハ」ともいう）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。
【００２６】
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（例えば冷媒）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を所望の温度に調整できる。
【００２７】
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ている。サセプタ１０５の上には，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。これによって，ウエハＷが静電チャック１１１に静電吸着される。
【００２８】
そして，絶縁板１０３，サセプタ支持台１０４，サセプタ１０５，および静電チャック１１１には，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が形成されている。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。
【００２９】
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，セラミックスもしくは石英などの絶縁性材料，または導電性材料によって構成されている。フォーカスリング１１５が配置されることによって，エッチングの均一性が向上する。
【００３０】
また，サセプタ１０５の上方には，このサセプタ１０５と略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。電極板１２４は，絶縁性材料または導電性材料によって形成される。本実施の形態においては，電極板１２４の構成材料としてシリコンが用いられている。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成る。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。
【００３１】
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および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。
【００３２】
処理ガス供給源１３０からは，処理ガスとして例えばプラズマエッチングのためのエッチングガス，アッシングのための後述する反応生成物除去ガス及びアッシングガスなどが供給される。なお，図１には，ガス供給管１２７，バルブ１２８，マスフローコントローラ１２９，および処理ガス供給源１３０等から成る処理ガス供給系を１つのみ示しているが，プラズマ処理装置１００は，複数の処理ガス供給系を備えている。例えば，ＣＦ４，Ｏ２，Ｎ２，ＣＨＦ３，ＣＯ２，Ａｒ，Ｈｅ，およびＸｅ等の処理ガスが，それぞれ独立に流量制御され，処理室１０２内に供給される。
【００３３】
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には排気機構１３５が接続されている。排気機構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に調整する。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。このゲートバルブ１３２が開くことによって，処理室１０２内へのウエハＷの搬入，および，処理室１０２内からのウエハＷの搬出が可能となる。
【００３４】
上部電極１２１には，第１高周波電源１４０が接続されており，その給電線には第１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高周波電源１４０は，５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有する第１高周波電力（プラズマ発生用高周波電力）を出力することが可能である。このように高い周波数の第１高周波電力を上部電極１２１に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，低圧条件下のプラズマ処理が可能となる。第１高周波電源１４０の第１高周波電力の周波数は，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使われる。
【００３５】
下部電極としてのサセプタ１０５には，第２高周波電源１５０が接続されており，その給電線には第２整合器１５１が介挿されている。この第２高周波電源１５０は数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚの範囲の周波数を有する第２高周波電力（バイアス電圧発生用高周波電力）を出力することが可能である。このような範囲の周波数の第２高周波電力をサセプタ１０５に印加することにより，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高周波電源１５０の第２高周波電力の周波数は，典型的には図示した２ＭＨｚ，３．２ＭＨｚ，または１３．５６ＭＨｚ等が使われる。本実施の形態においては，２ＭＨｚとした。
【００３６】
なお，第２高周波電力は，通常はバイアス電圧発生用高周波電力として使用されるが，第１高周波電力を印加せずに第２高周波電力を印加する場合には，第２高周波電力をプラズマ発生用高周波電力として使用してもよい。これにより，ウエハ直上でアッシング処理ガスのプラズマを立てることができるので，後述するアッシングに必要なイオンの発生量を増加することができ，より高速にレジスト膜のアッシングを行うことができる。
【００３７】
（ウエハの膜構造の具体例）
次に，図１に示したプラズマ処理装置１００によって，エッチング処理およびアッシング処理されるウエハの膜構造の具体例を図２を参照しながら説明する。
【００３８】
図２に示すように，ウエハ２００は，低誘電率膜（以下，「Ｌｏｗ−ｋ膜」という）２０８，保護膜２０６，反射防止膜（ＢＡＲＣ：Bottom Anti-Reflective Coat）２０４，およびフォトレジスト膜２０２が順次積層された膜構造を備える。なお，低誘電率膜２０８の下部には，例えばＳｉＣＮ膜，ＳｉＣ膜などのＳｉＣ材からなるエッチングストップ膜の他，例えばＣｕ（銅）配線層などの金属層，各種半導体層が，ウエハ２００の本体を構成するシリコン基板上に形成されていてもよい。
【００３９】
Ｌｏｗ−ｋ膜２０８を構成する低誘電率材料としては，例えばポーラス系Ｌｏｗ−ｋ膜（多孔質Ｌｏｗ−ｋ膜）を使用する。半導体集積回路のデザインルールの縮小に伴い配線遅延の問題等に対応するため，ポーラス系Ｌｏｗ−ｋ膜などの多孔質構造を層間絶縁膜として採用する。これにより，層間絶縁膜のさらなる低誘電率化を実現することができる。
【００４０】
このようなポーラス系Ｌｏｗ−ｋ膜としては，ＨＳＱ(Hydrogen-Silses-Quioxane)やＭＳＱ(Methyl-hydrogen-Silses-Quioxane)等のシロキサン構造を有する塗布系膜を多孔質化したもの，ＳｉＯＣＨ膜等のＣＶＤ膜を多孔質化したもの等がある。このうち，ＳｉＯＣＨ膜はＳｉＯＣ膜と表記されることもあり，構成元素としては通常，Ｓｉ，Ｏ，ＣおよびＨを含む。本実施形態におけるＬｏｗ−ｋ膜２０８としては，比誘電率Ｋ＝２．５のＳｉＯＣＨ膜からなるポーラス系Ｌｏｗ−ｋ膜を使用しており，その膜厚は４８０ｎｍである。
【００４１】
なお，上記のような多孔質構造の塗布系膜は例えば次のようにして形成される。すなわち，絶縁膜構成材料のプリカーサとテンプレートを含む溶液を基板上にスピンコートし，その後，熱処理により多孔質化することによって形成される。また，多孔質構造のＣＶＤ膜は，成膜ガス等の条件を適宜に選択することにより形成される。
【００４２】
また，ポーラス系Ｌｏｗ−ｋ膜は，絶縁膜を多孔質化するため，他の膜との密着性や膜強度等が低下する虞がある。このため，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８としてポーラス系Ｌｏｗ−ｋ膜を使用する場合には，その上部に保護膜２０６を形成する。保護膜２０６としては，例えばＳｉＣＮ膜，ＳｉＯ２膜などがある。本実施形態における保護膜２０６としては，ＳｉＣＮ膜を使用しており，その膜厚は１２０ｎｍである。なお，ウエハ上に形成されるＬｏｗ−ｋ膜としては，ポーラス系Ｌｏｗ−ｋ膜を例に挙げているが，これに限られるものではない。
【００４３】
フォトレジスト膜２０２を構成するレジスト材は，例えばＫｒＦ光（波長２４８ｎｍ）に感光するタイプのもので，その膜厚は４１０ｎｍである。そして，予めフォトリソグラフィ工程において線幅と線間幅との比率が１：２で線幅が２００ｎｍのいわゆるライン・アンド・スペース（トレンチ（溝））がパターニングされている。
【００４４】
反射防止膜２０４は，フォトレジスト膜２０２をＫｒＦ光で露光する際に，下地層からの反射光を抑制する働きをする。これによって，より微細なパターニングが可能となる。なお，本実施形態での反射防止膜２０４の膜厚は６０ｎｍである。
【００４５】
（ウエハに施す処理の具体例）
ここで，図１に示すプラズマ処理装置１００を用いて図２に示すウエハ２００に施す処理の具体例について説明する。先ず，図２に示すウエハ２００を図１に示すプラズマ処理装置１００の処理室１０２に搬入し，ウエハ２００に対してプラズマエッチング処理を施す。これにより，反射防止膜２０４，保護膜２０６，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８がエッチングされて，トレンチ２１０が形成される（図３参照）。例えばトレンチ２１０の線幅と線間幅との比率１：２で線幅は２００ｎｍである。続いて，同一の処理室１０２内でウエハ２００に対して本発明にかかるプラズマアッシング処理を施す。これにより，レジスト膜２０２及び反射防止膜２０４が除去される（図４参照）。
【００４６】
ここで，上記プラズマエッチング処理の具体例について説明する。ここでは，例えば第１〜第３エッチング工程を順次実行することによってプラズマエッチング処理を行う。先ず，第１エッチング工程では，パターニングされたフォトレジスト膜２０２をマスクとして用いて反射防止膜２０４のエッチングを行う。この第１エッチング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば処理室１０２内の圧力を５０ｍＴｏｒｒに調整し，上部電極１２１に印加する高周波電力を１０００Ｗ，サセプタ（下部電極）１０５に印加する高周波電力を１００Ｗとする。また，処理ガスとしてＣＦ４を用い，その流量を１００ｓｃｃｍとする。またウエハ２００の裏面冷却ガス（バックサイドガス）の圧力をセンタ部１０Ｔｏｒｒ，エッジ部３５Ｔｏｒｒとする。第１エッチング工程の処理時間を例えば６０ｓｅｃとする。
【００４７】
次に，第２エッチング工程では，パターニングされたフォトレジスト膜２０２をマスクとして用いて，保護膜２０６のエッチングを行う。この第２エッチング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば処理室１０２内の圧力を５０ｍＴｏｒｒに調整し，上部電極１２１に印加する高周波電力を５００Ｗ，サセプタ（下部電極）１０５に印加する高周波電力を５００Ｗとする。また，処理ガスとして，Ｃ４Ｆ８，Ａｒ，Ｎ２の混合ガスを用い，各ガスの流量比（Ｃ４Ｆ８のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｎ２のガス流量）を５ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍとする。またウエハ２００の裏面冷却ガス（バックサイドガス）の圧力をセンタ部１０Ｔｏｒｒ，エッジ部３５Ｔｏｒｒとする。第２エッチング工程の処理時間を例えば６０ｓｅｃとする。
【００４８】
次に，第３エッチング工程では，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８のエッチングを行う。この第３エッチング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば処理室１０２内の圧力を７５ｍＴｏｒｒに調整し，上部電極１２１に印加する高周波電力を１０００Ｗ，サセプタ（下部電極）１０５に印加する高周波電力を３００Ｗとする。また，処理ガスとして，ＣＦ４，Ａｒの混合ガスを用い，各ガスの流量比（ＣＦ４のガス流量／Ａｒのガス流量）を１００ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍとする。またウエハ２００の裏面冷却ガス（バックサイドガス）の圧力をセンタ部１０Ｔｏｒｒ，エッジ部３５Ｔｏｒｒとする。第３エッチング工程の処理時間を例えば７０ｓｅｃとする。
【００４９】
このような第１〜第３エッチング工程によるプラズマエッチング処理によって，例えば図３に示すようにＬｏｗ−ｋ膜２０８にトレンチ２１０が形成される。このトレンチ２１０の線幅と線間幅との比率は例えば１：２で，線幅は例えば２００ｎｍである。このようなプラズマエッチング処理に続いて，同一の処理室１０２内において，ウエハ２００に対してフォトレジスト膜２０２の除去を目的としたプラズマアッシング処理が施されることになる。
【００５０】
ところで，上述したようなプラズマエッチング処理が行われると，処理ガスに含まれているＦ（フッ素）が処理室１０２の内壁に付着し，徐々にフッ素ポリマとして堆積していく。この状態から，単にフォトレジスト膜２０２の除去のみを目的としたプラズマアッシング処理を行うと，処理室１０２の内壁に堆積したフッ素ポリマが再解離し，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８がエッチングされてトレンチの幅や深さが変化してしまう。
【００５１】
このため，本実施形態にかかるプラズマアッシング処理では，主に処理室１０２の内壁に堆積したフッ素ポリマ（例えばＣＦ系フッ素ポリマ）などの反応生成物を除去する第１アッシング工程と，フォトレジスト膜２０２を除去する第２アッシング工程とに分けて実施する。まず，第１アッシング工程を実施することによって，処理室１０２の内壁に堆積したフッ素ポリマが除去される。これにより，続く第２アッシング工程において，フッ素ポリマが再解離して，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８がエッチングされることはなくなる。
【００５２】
ところで，このようなプラズマアッシング処理の第１アッシング工程において，もし従来のようなＯ２ガスを主体とする処理ガスを反応生成物除去処理ガスとして用いると，Ｌｏｗ−ｋ膜やこのＬｏｗ−ｋ膜の下地膜（例えばエッチングストップ膜）がダメージを受け易くなる。例えば処理室１０２の内壁に付着しているフッ素ポリマが除去される際に，処理室１０２内に発生したＯラジカルによってフッ素の一部が再解離してＬｏｗ−ｋ膜や下地膜に打ち込まれて，Ｌｏｗ−ｋ膜や下地膜を削ったり，Ｌｏｗ−ｋ膜の膜質が劣化し誘電率が上昇したりする虞がある。また，第１アッシング工程においてＯ２含有プラズマにより処理室１０２内に発生したＯラジカルによってＬｏｗ−ｋ膜に含まれるＣ（炭素原子）が脱離するなどにより，Ｌｏｗ−ｋ膜が変質し，結果的にＬｏｗ−ｋ膜の誘電率（ｋ値）の上昇を招く虞がある。
【００５３】
この場合，第１アッシング工程のプロセス条件を最適化して処理室１０２内のＯ（酸素）ラジカル密度を小さくすることによって，Ｌｏｗ−ｋ膜や下地膜へのダメージを抑制することも可能であるが，Ｌｏｗ−ｋ膜や下地膜へのダメージをさらに抑制するには限界がある。
【００５４】
このため，本発明者らは，第１アッシング工程で使用する反応生成物除去処理ガスを見直して実験を重ねたところ，第１アッシング工程でＣＯ２を主体とする処理ガスを反応生成物除去処理ガスとして用いることによっても，Ｏ２を主体とする処理ガスと同様に処理室１０２の内壁に堆積（デポ）したフッ素ポリマなどの反応生成物を十分に除去できることを見出した。
【００５５】
例えばＣＯ２を主体とする処理ガスをプラズマ化すると，ＣＯ２＋（ＣＯ２イオン）が発生し，このＣＯ２イオンがプラズマ電位と処理室１０２の内壁との電位差によって加速されて内壁に衝突して内壁表面でばらばらになり，例えば下記化学式（１−１），（１−２）などの化学反応によってＣＯガスやＣＯＦ２ガスとして気化し，処理室１０２の内壁に堆積したフッ素ポリマ（例えばＣＦ系フッ素ポリマ）が除去されるものと推察される。
【００５６】
ＣＯ２＋（ＣＯ２イオン）＋ＣＦ２＋ｅ−（電子）→ＣＯ↑＋ＣＯＦ２↑
…（１−１）
【００５７】
ＣＯ２＋（ＣＯ２イオン）＋Ｃ＋ｅ−（電子）→２ＣＯ↑
…（１−２）
【００５８】
さらに，第１アッシング処理においてＣＯ２を主体とする処理ガスを用いる場合は，Ｏ２を主体とする処理ガスを用いる場合に比して，Ｌｏｗ−ｋ膜や下地膜へのダメージ抑制効果が大きいこともわかった。これは，ＣＯ２を主体とする処理ガスを用いる場合は，Ｏ２を主体とする処理ガスを用いる場合に比してＯラジカルが発生し難く，またＣＯ２は非常に安定であり，それ自体ではＬｏｗ−ｋ膜などからＣ（炭素原子）を脱離させる能力を持たないため，Ｌｏｗ−ｋ膜や下地膜がダメージを受け難いからであると推察される。
【００５９】
そこで，本発明にかかるプラズマアッシング処理方法では，第１アッシング工程においてＣＯ２ガスを主体とする処理ガスを反応生成物除去ガスとして用いるようにした。これにより，Ｌｏｗ−ｋ膜や下地膜へのダメージ（例えばＬｏｗ−ｋ膜等へのエッチングやＬｏｗ−ｋ膜の膜質の劣化など）を従来以上に抑制することができる。また，第１アッシング工程を行って処理室１０２の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの堆積物を除去することによって，続いて実行される第２アッシング工程においてもＣＯ２ガスを主体とする処理ガスをアッシング処理ガスとして用いることにより，Ｌｏｗ−ｋ膜や下地膜へのダメージを抑制する効果を確実に発揮させることができる。
【００６０】
さらに，第１アッシング工程及び第２アッシング工程のプロセス条件におけるその他のパラメータを最適化することによって，Ｌｏｗ−ｋ膜やエッチングストップ膜へのダメージをより一層抑制することができ，結果としてＬｏｗ−ｋ膜２０８の膜質を一層良好な状態に保つことができる。
【００６１】
ここで，このようなプラズマアッシング処理に適用されるプロセス条件の一例を示す。先ず，プラズマアッシング処理における第１アッシング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば処理室１０２内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ，上部電極１２１とサセプタ１０５との間隔を３５ｍｍに調整し，上部電極１２１に印加する高周波電力（例えば周波数６０ＭＨｚ）を３００Ｗ，サセプタ（下部電極）１０５に印加する高周波電力を０Ｗ（すなわち，サセプタ１０５には高周波電力を印加しない）とする。また，処理ガスとして，ＣＯ２ガスを用い，ＣＯ２のガス流量を７５０ｓｃｃｍとする。さらに，ウエハ２００の裏面冷却ガス（バックサイドガス）の圧力をセンタ部１５Ｔｏｒｒ，エッジ部４０Ｔｏｒｒとする。また，処理室１０２内の設定温度については，上部電極を６０℃，側壁部を６０℃，下部電極を０℃とする。
【００６２】
第２アッシング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば処理室１０２内の圧力を２００ｍＴｏｒｒ，上部電極１２１とサセプタ１０５との間隔を５０ｍｍに調整し，上部電極１２１に印加する高周波電力を０Ｗ（すなわち，上部電極１２１には高周波電力を印加しない），サセプタ（下部電極）１０５に印加する高周波電力（例えば周波数２ＭＨｚ）を３００Ｗとする。また，処理ガスとして，ＣＯ２ガスを用い，その流量を７００ｓｃｃｍとする。さらに，ウエハ２００の裏面冷却ガス（バックサイドガス）の圧力をセンタ部１０Ｔｏｒｒ，エッジ部３５Ｔｏｒｒとする。また，処理室１０２内の設定温度については，上部電極を６０℃，側壁部を５０℃，下部電極を４０℃とする。
【００６３】
（第１アッシング工程の反応生成物除去効果についての実験）
ここで，実際にＣＯ２を主体とする処理ガスを用いて第１アッシング工程を行うことによって，処理室１０２の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物を除去できるどうかの実験を行った結果について説明する。ここでは，比較例としてＯ２を主体とする処理ガスを用いて第１アッシング工程についても同様の実験を行った。この実験は，ウエハ全面にＳｉＯ２膜を形成したサンプル（以下，「ＳｉＯ２ブランケットサンプル」という。）を用いて，ＳｉＯ２の膜減り量を測定することによって，間接的に処理室の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物の除去量を測定する。すなわち，第１アッシング工程によって処理室の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物が除去される量が多いほど，ＳｉＯ２ブランケットサンプルのＳｉＯ２膜の膜減り量が少なくなることを利用するものである。
【００６４】
具体的には，先ず，ダミー基板として用意したシリコン基板に対して，上記第１〜第３エッチング工程によるプラズマエッチング処理を上記と同様のプロセス条件で行うことによって，処理室１０２の内壁にフッ素ポリマなどの反応生成物を堆積させる。続いて，処理室１０２の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物を除去させるための第１アッシング工程を行う。
【００６５】
第１アッシング工程終了後，シリコン基板を取出し，代わりに予めＳｉＯ２膜厚を測定したＳｉＯ２ブランケットサンプルを処理室１０２に搬入した後，処理室１０２内の圧力を１５ｍＴｏｒｒ，上部電極１２１に印加する高周波電力（例えば周波数６０ＭＨｚ）を３００Ｗ，サセプタ（下部電極）１０５に印加する高周波電力を４００Ｗとし，処理室１０２内にＯ２ガスを３００ｓｃｃｍの流量で供給するプロセス処理を６０ｓｅｃの時間だけ実行して，ＳｉＯ２膜の膜減り量を測定する。
【００６６】
この実験における第１アッシング工程でＯ２を主体とする処理ガスを用いた場合のプロセス条件は以下の通りである。すなわち，処理室１０２内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ，上部電極１２１とサセプタ１０５との間隔を３５ｍｍに調整し，上部電極１２１に印加する高周波電力（例えば周波数６０ＭＨｚ）を３００Ｗ，サセプタ（下部電極）１０５に印加する高周波電力を０Ｗ（すなわち，サセプタ１０５には高周波電力を印加しない）とする。また，処理ガスとしては，ＡｒとＯ２の混合ガスを用い，各ガスの流量比（Ａｒのガス流量／Ｏ２のガス流量）を５５０ｓｃｃｍ／２００ｓｃｃｍとする。さらに，ＳｉＯ２ブランケットサンプルの裏面冷却ガス（バックサイドガス）の圧力をセンタ部１５Ｔｏｒｒ，エッジ部４０Ｔｏｒｒとする。また，処理室１０２内の設定温度については，上部電極を６０℃，側壁部を６０℃，下部電極を０℃とする。
【００６７】
この実験における第１アッシング工程でＣＯ２を主体とする処理ガスを用いた場合のプロセス条件は，上述したＯ２を主体とする処理ガスを用いた場合のプロセス条件の処理ガスをＣＯ２ガス単体に変えて，ＣＯ２ガスの流量比を７５０ｓｃｃｍとする。
【００６８】
こうして得られた膜減り量の測定結果を図５に示す。図５において丸で示すプロットは，第１アッシング工程においてＡｒとＯ２の混合ガスを処理ガスとして用いた場合の膜減り量であり，四角で示すプロットはＣＯ２ガス単体を処理ガスとして用いた場合の膜減り量である。この実験では，各処理ガスで第１アッシング工程を，０ｓｅｃ（第１アッシング工程前），３０ｓｅｃ，６０ｓｅｃの各時間だけ実行して膜減り量を測定してプロットした。例えば第１アッシング工程を６０ｓｅｃ実行した場合の膜減り量は，ＡｒとＯ２の混合ガスの処理ガスでは３０．３オングストローム，ＣＯ２ガス単体の処理ガスでは３２．６オングストロームである。
【００６９】
なお，図５における上側の点線は，ＳｉＯ２ブランケットサンプルのＳｉＯ２膜の膜厚の初期値，すなわち第１アッシング工程前の膜厚（５１．２オングストローム）である。図５における下側の点線は，プラズマエッチング処理を行っていないクリーンな処理室１０２においてＡｒとＯ２の混合ガスを処理ガスとして用いて第１アッシング工程を例えば１分間だけ行った場合の膜厚（２７．０オングストローム）である。従って，図５における上側の点線（５１．２オングストローム）は，処理室の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物が除去される前の膜厚に相当し，図５における下側の点線（２７．０オングストローム）は，処理室の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物が完全に除去された後の膜厚に相当する。
【００７０】
図５に示す実験結果によれば，Ａｒ／Ｏ２の混合ガスを用いた場合とＣＯ２ガス単体を用いた場合とでは，ほぼ同様の膜減り量となっていることから，ＣＯ２ガス単体を用いた処理ガスであっても，ＡｒとＯ２の混合ガスを用いた処理ガスと同様に処理室の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物が除去されていることがわかる。
【００７１】
次に，ＣＯ２を主体とする処理ガスを用いて第１アッシング工程を行った後の処理室内のプラズマ発光スペクトルを測定した結果について説明する。ここでは，図５に示す実験において，ＣＯ２ガス単体を用いた処理ガスを用いて第１アッシング工程を６０ｓｅｃだけ実行したＳｉＯ２ブランケットサンプルについて，そのＳｉＯ２膜の膜減り量の測定するに当ってＯ２プラズマを発生させた際の処理室内のプラズマ発光スペクトルを測定した結果を図６に示す。
【００７２】
また，図６には，比較例として処理室の内壁にフッ素ポリマなどの反応生成物が堆積していないクリーンな処理室内でＯ２プラズマを発生させた場合について，その処理室内のプラズマ発光スペクトルを測定した結果を重ねて示す。すなわち，図６において，太線で示すグラフはクリーンな処理室のプラズマ発光スペクトルであり，細線で示すグラフはプラズマエッチング処理後に第１アッシング処理を行った処理室のプラズマ発光スペクトルである。
【００７３】
図６おける縦軸には発光強度をとり，横軸には波長をとっている。波長の範囲は５００ｎｍ〜８００ｎｍである。なお，プラズマ発光スペクトルは分光器を用いて測定した。
【００７４】
図６に示す実験結果によれば，プラズマエッチング処理を行った後にＣＯ２ガス単体の処理ガスを用いて第１アッシング工程を行った処理室は，処理室の内壁にフッ素ポリマなどの反応生成物が堆積していないクリーンな処理室の場合とほぼ同様のプラズマ発光スペクトルになっていることから，ＣＯ２を主体とする処理ガスを用いて第１アッシング工程を行うことによって，確かにプラズマエッチング処理によって処理室の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物が除去されていることがわかる。しかも，処理室内には他の元素も残らず，クリーンな処理室と同様の状態になる。
【００７５】
（第１アッシング工程のＬｏｗ−ｋ膜へのダメージ抑制効果についての実験）
次に，第１アッシング工程のＬｏｗ−ｋ膜へのダメージ抑制効果について行った実験の結果について説明する。ここでは，本実施形態にかかるプラズマ処理装置１００を用いて上記プラズマエッチング処理を施した図３に示すウエハ２００に対して第１アッシング工程を実施して，Ｌｏｗ−ｋ膜に与えるダメージの程度を測定する。
【００７６】
本実験においては，第１アッシング工程がＬｏｗ−ｋ膜に与えるダメージの程度を，サンプルとなるウエハ２００をフッ酸（ＨＦ）液に浸し，そのときのＬｏｗ−ｋ膜の浸食量を基準に判定する。この判定方法は，膜質が良好なＬｏｗ−ｋ膜はフッ酸に溶けないが，Ｃ（炭素原子）が解離するなど組成が変化したＬｏｗ−ｋ膜はフッ酸に溶けるという性質を利用したものである。以下，この判定方法について，図７を参照しながら詳細に説明する。
【００７７】
図３に示すウエハ２００に対して，プラズマエッチング処理を実行すると，図４に示すようにウエハ２００のＬｏｗ−ｋ膜２０８にトレンチ２１０が形成される。続いて，図４に示すウエハ２００に対して第１アッシング工程を実行する。この第１アッシング工程では，フォトレジスト膜２０２は除去されないので，ウエハ２００の膜構造としては図４と同様のままである。この第１アッシング工程後のウエハ２００を図７（ａ）に示す。
【００７８】
ところが，図７（ａ）に示す第１アッシング工程後のウエハ２００をフッ酸液に浸すと，第１アッシング工程によりＬｏｗ−ｋ膜２０８の露出壁がダメージを受けている場合には，図７（ｂ）に示すように，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８の露出壁が溶けてしまう。
【００７９】
この溶失量Δｄは，Ｃ（炭素原子）などが解離して組成が変化したＬｏｗ−ｋ膜２０８の範囲に対応しており，溶失量Δｄが大きいほど第１アッシング処理がＬｏｗ−ｋ膜２０８に大きなダメージを与えていることになる。なお，溶失量Δｄは，図７に示すように，トレンチの溝幅（またはホールの開口径）の変化（ＣＤ(Critical Dimensions)シフト）となって現れる。そこで，第１アッシング工程の実験では，溶失量Δｄをフッ酸液に浸される前のＬｏｗ−ｋ膜２０８のトレンチの溝幅（またはホール径）ｄ０と，フッ酸液に浸された後のＬｏｗ−ｋ膜２０８のトレンチの溝幅（またはホール径）ｄ１との差（Δｄ＝ｄ１−ｄ０）とする。そして，この溶失量ΔｄをＣＤシフト量としてＬｏｗ−ｋ膜のダメージの程度を判定する。
【００８０】
このようなＬｏｗ−ｋ膜のダメージ判定方法によって，第１アッシング工程でＣＯ２を主体とする処理ガスを用いた場合のＬｏｗ−ｋ膜のダメージ（ＣＤシフト量）を測定した結果について説明する。ここでは，比較例として，プラズマエッチング処理後であって第１アッシング工程前のＣＤシフト量，第１アッシング工程でＯ２を主体とする処理ガスを用いた場合のＣＤシフト量についても測定した。
【００８１】
また，第１アッシング工程でＯ２を主体とする処理ガスを用いた場合のプロセス条件は以下の通りである。すなわち，処理室１０２内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ，上部電極１２１に印加する高周波電力（例えば周波数６０ＭＨｚ）を３００Ｗ，サセプタ（下部電極）１０５に印加する高周波電力を０Ｗ（すなわち，サセプタ１０５には高周波電力を印加しない）とする。また，処理ガスとしては，ＡｒとＯ２の混合ガスを用い，各ガスの流量比（Ａｒのガス流量／Ｏ２のガス流量）を５５０ｓｃｃｍ／２００ｓｃｃｍとする。そして，第１アッシング工程の処理時間は３０ｓｅｃとする。
【００８２】
また，第１アッシング工程でＣＯ２を主体とする処理ガスを用いた場合のプロセス条件は，上述したＯ２を主体とする処理ガスを用いた場合のプロセス条件の処理ガスをＣＯ２ガス単体に変えて，ＣＯ２ガスの流量を７５０ｓｃｃｍとする。そして，第１アッシング工程の処理時間は４５ｓｅｃとする。
【００８３】
こうして得られたＣＤシフト量の測定結果を図８に示す。図８ではＬｏｗ−ｋ膜のダメージの程度を表すＣＤシフト量を棒グラフで表している。この図８に示す測定結果によれば，ＣＯ２ガス単体を処理ガスとする第１アッシング工程後のＣＤシフト量は，ＡｒとＯ２の混合ガスを処理ガスとする第１アッシング工程後のＣＤシフト量の略５０％まで低下している。従って，ＣＯ２ガス単体を処理ガスとして用いた場合には，ＡｒとＯ２の混合ガスを処理ガスとして用いた場合に比して，Ｌｏｗ−ｋ膜へのダメージ抑制効果が大きいことがわかる。
【００８４】
しかも，ＣＯ２ガス単体を処理ガスとする第１アッシング工程後のＣＤシフト量は，第１アッシング工程前のＣＤシフト量とほぼ同様であることから，ＣＯ２ガス単体を処理ガスとする第１アッシング工程を実行した場合には，ほとんどＬｏｗ−ｋ膜へダメージを与えずに，処理室の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物を除去することができることがわかる。
【００８５】
（第１アッシング工程の他のパラメータについての実験）
次に，アッシングプロセス条件の各種パラメータを変えながら図３に示すプラズマエッチング処理後のウエハ２００に対して第１アッシング工程を施した実験結果を参照しながら，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８へのダメージ低減効果を高めることができる最適なプロセス条件について説明する。この実験では，処理室内圧力，上部電極へ印加する高周波電力（上部電力），上部電極１２１とサセプタ（下部電極）１０５の電極間隔，ＣＯ２／（ＣＯ２＋Ａｒ）流量比（％）についてそれぞれ３つのレベルを設定し，これらのレベルの組合せで下記表１に示すようなアッシングプロセス条件（ＮＯ１〜ＮＯ９）を作成し，各アッシングプロセス条件（ＮＯ１〜ＮＯ９）により第１アッシング工程を実行した。
【００８６】
なお，ウエハ２００の裏面冷却ガス（バックサイドガス）の圧力については，センタ部１０Ｔｏｒｒ，エッジ部３５Ｔｏｒｒに固定するとともに，処理室１０２内の設定温度については，上部電極を６０℃，側壁部を５０℃，下部電極を４０℃に固定した。
【００８７】
【表１】
2007080850.tif 000003
【００８８】
このような第１アッシング工程の実験によって得られた結果について説明する。先ず，処理室内圧力とＣＤシフト量との関係を図９に示す。具体的には，図９は上記表１において処理室内圧力のレベルが３０ｍＴｏｒｒ，２０ｍＴｏｒｒ，１０ｍＴｏｒｒのときのＣＤシフト量を折れ線グラフにしたものである。すなわち，図９では処理室内圧力の各レベルにおけるＣＤシフト量の平均をプロットしている。この図９の実験結果によれば，処理室内圧力が１０ｍＴｏｒｒ〜３０ｍＴｏｒｒの範囲では，ＣＤシフト量はほとんど同様であり，しかもＣＤシフト量を略２０ｎｍ以下に抑えることができるという良好な結果が得られた。従って，処理室内圧力は３０ｍＴｏｒｒ以下であることが好ましい。
【００８９】
次に，上部電極へ印加する高周波電力（上部電力）とＣＤシフト量との関係を図１０に示す。具体的には，図１０は上記表１における上部電力のレベルが４００Ｗ，８００Ｗ，１２００ＷのときのＣＤシフト量を折れ線グラフにしたものである。すなわち，図１０では上部電力の各レベルにおけるＣＤシフト量の平均をプロットしている。この図１０の実験結果によれば，上部電力が４００Ｗ〜１２００Ｗの範囲では，上部電力を大きくするほどＣＤシフト量も若干小さくなる傾向があることがわかる。しかもＣＤシフト量を略２０ｎｍ前後に抑えることができるという良好な結果が得られた。
【００９０】
この上部電力（プラズマ発生用高周波電力）及びその周波数については，少なくともプラズマを着火できる程度であれば足りる。これに対して第１アッシング処理における下部電極に印加する高周波電力（バイアス電圧発生用高周波電力）については，印加しないこと（０Ｗであること）が好ましい。
【００９１】
次に，上部電極と下部電極の電極間隔とＣＤシフト量との関係を図１１に示す。具体的には，図１１は上記表１における電極間隔のレベルが３０ｍｍ，４５ｍｍ，６０ｍｍのときのＣＤシフト量を折れ線グラフにしたものである。すなわち，図１１では電極間隔の各レベルにおけるＣＤシフト量の平均をプロットしている。この図１１の実験結果によれば，電極間隔が３０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲では，電極間隔を小さくするほどＣＤシフト量も若干小さくなる傾向があることがわかる。しかもＣＤシフト量を略２０ｎｍ以下に抑えることができるという良好な結果が得られた。
【００９２】
次に，ＣＯ２／（ＣＯ２＋Ａｒ）流量比（％）とＣＤシフト量との関係を図１２に示す。具体的には，図１２は上記表１におけるＣＯ２／（ＣＯ２＋Ａｒ）流量比（％）のレベルが５０％，７５％，１００％のときのＣＤシフト量を折れ線グラフにしたものである。すなわち，図１２ではＣＯ２／（ＣＯ２＋Ａｒ）流量比（％）の各レベルにおけるＣＤシフト量の平均をプロットしている。この図１２の実験結果によれば，ＣＯ２／（ＣＯ２＋Ａｒ）流量比（％）が５０％〜１００％の範囲では，ほとんどＣＤシフト量は同様であり，しかもＣＤシフト量を略２０ｎｍ以下に抑えることができるという良好な結果が得られた。また，この実験によれば，例えば第１アッシング工程においてＣＯ２ガス単体の処理ガスを用いる場合のみならず，ＣＯ２とＡｒの混合ガスを用いた場合でも，ＣＯ２ガス単体の場合と同様にＣＤシフト量を抑えることができることがわかる。なお，
【００９３】
（第２アッシング工程についての実験）
次に，各種パラメータを変えながら図３に示すウエハ２００に対して第２アッシング工程を施した実験結果を参照しながら，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８の膜質を良好な状態に保つために最適な（または最適範囲の）プロセス条件について説明する。なお，以下特別な記載がない限り，第２アッシング工程の最適プロセス条件を見出すための実験は，処理室１０２の内壁にフッ素ポリマなどの反応生成物が堆積していない，いわゆるクリーンな処理室１０２内に，トレンチが形成されているウエハ２００をセットして実施したものである。これは，実験結果に第１アッシング工程の影響が含まれないようにするためである。
【００９４】
本実験においても，上述した第１アッシング工程の実験の場合と同様に，プラズマアッシング処理がＬｏｗ−ｋ膜に与えるダメージの程度を，サンプルとなるウエハをフッ酸（ＨＦ）液に浸し，そのときのＬｏｗ−ｋ膜の浸食量を基準に判定する。以下，この判定方法について，図１３を参照しながら詳細に説明する。
【００９５】
図４に示すウエハ２００に対して第２アッシング工程を実行すると，この第２アッシング工程によってフォトレジスト膜２０２が除去されるので，ウエハ２００の膜構造としては図５に示すようになる。この第２アッシング工程後のウエハ２００を図１３（ａ）に示す。
【００９６】
図１３（ａ）に示す第２アッシング工程後のウエハ２００をフッ酸液に浸すと，第２アッシング処理においてＬｏｗ−ｋ膜２０８にダメージを受けている場合には，図１３（ｂ）に示すように，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８の露出側壁が溶けてしまう。
【００９７】
この溶失量Δｄは，Ｃ（炭素原子）などが解離して組成が変化したＬｏｗ−ｋ膜２０８の範囲に対応しており，第１アッシング工程の場合と同様に，溶失量Δｄが大きいほどプラズマアッシング処理がＬｏｗ−ｋ膜２０８に大きなダメージを与えていることになる。なお，溶失量Δｄは，図１３に示すようにトレンチの溝幅（またはホールの開口径）の変化（ＣＤシフト）となって現れる。実際には，トレンチ（またはホール）のＣＤシフトは，深さ方向で異なる可能性がある。そこで，第２アッシング工程の実験では，フッ酸液に浸された後のＬｏｗ−ｋ膜２０８の上部溝幅（または上部ホール径）ｄ１ｔ，底部溝幅（または底部ホール径）ｄ１ｂ，溝深さ（またはホール深さ）ｄ１ｈを測定し，これらの溶失量Δｄをそれぞれ求める。具体的には，フッ酸液に浸される前のＬｏｗ−ｋ膜２０８の溝幅（またはホール径）をｄ０ｔ，溝深さ（またはホール深さ）をｄ０ｈとすれば，上部溝幅（または上部ホール径），底部溝幅（または底部ホール径），溝深さ（またはホール深さ）の溶失量，すなわちＣＤシフト量Δｄ１ｔ，Δｄ１ｂ，Δｄ１ｈはそれぞれΔｄ１ｔ＝ｄ１ｔ−ｄ０ｔ，Δｄ１ｂ＝ｄ１ｂ−ｄ０ｔ，Δｄ１ｈ＝ｄ１ｈ−ｄ０ｈとなる。例えばこれらＣＤシフト量Δｄ１ｔ，Δｄ１ｂ，Δｄ１ｈの平均値Δｄ１をＬｏｗ−ｋ膜のダメージの程度として判定する。
【００９８】
（第２アッシング工程における処理室内圧力依存性）
上述したような判定方法を用いて，第２アッシング工程の処理室内圧力依存性についての実験結果について説明する。ここでは，本実施形態にかかるプラズマ処理装置１００を用いて上記プラズマエッチング処理を施した図４に示すウエハ２００に対して処理室内圧力を変えて第２アッシング工程を実施して，Ｌｏｗ−ｋ膜に与えるダメージの程度（ＣＤシフト量）及びアッシングレートを測定する。
【００９９】
この実験では，処理室内圧力を低圧力１５ｍＴｏｒｒにした場合と，高圧力２００ｍＴｏｒｒにした場合について第２アッシング工程を実行し，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８のＣＤシフト量（Δｄ１ｔ，Δｄ１ｂ，Δｄ１ｈ）及びアッシングレート（ＡＲ）を測定した。この実験の結果を下記表２に示す。
【０１００】
なお，処理室内圧力を高圧力２００ｍＴｏｒｒにして第２アッシング工程を行う際の他のプロセス条件については，以下の通りである。すなわち，上部電極１２１とサセプタ（下部電極）１０５との間隔を５５ｍｍに調整し，上部電極１２１に印加する高周波電力を０Ｗ（すなわち，上部電極１２１には高周波電力を印加しない），サセプタ（下部電極）１０５に印加する高周波電力（例えば周波数２ＭＨｚ）を３００Ｗとする。また，処理ガスとして，ＣＯ２ガスを用い，その流量を７００ｓｃｃｍとする。さらに，ウエハ２００の裏面冷却ガス（バックサイドガス）の圧力をセンタ部１０Ｔｏｒｒ，エッジ部３５Ｔｏｒｒとする。また，処理室１０２内の設定温度については，上部電極を６０℃，側壁部を５０℃，下部電極を４０℃とする。この第２アッシング工程の処理時間は４４ｓｅｃとする。
【０１０１】
また，処理室内圧力を低圧力１５ｍＴｏｒｒにして第２アッシング工程を行う際の他のプロセス条件については，以下の通りである。すなわち，上部電極１２１とサセプタ（下部電極）１０５との間隔を５５ｍｍに調整し，上部電極１２１に印加する高周波電力（周波数６０ＭＨｚ）を５００Ｗ，サセプタ（下部電極）１０５に印加する高周波電力（周波数２ＭＨｚ）を１００Ｗとする。また，処理ガスとして，ＣＯ２ガスを用い，その流量を３００ｓｃｃｍとする。さらに，ウエハ２００の裏面冷却ガス（バックサイドガス）の圧力をセンタ部１０Ｔｏｒｒ，エッジ部３５Ｔｏｒｒとする。また，処理室１０２内の設定温度については，上部電極を６０℃，側壁部を５０℃，下部電極を４０℃とする。この第２アッシング工程の処理時間は６６ｓｅｃとする。
【０１０２】
【表２】
2007080850.tif 000004
【０１０３】
上記表２に示す実験結果によれば，処理室内圧力が２００ｍＴｏｒｒ以下の範囲では，処理室内圧力が高い方が，ＣＤシフト量が小さくなり，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８に与えるダメージも少なくなることがわかる。また，処理室内圧力が２００ｍＴｏｒｒの場合はもちろん，処理室内圧力を１５ｍＴｏｒｒくらいまで低くしても，ＣＤシフト量は従来以上に低い値となる。また，上記表２に示す実験結果によれば，処理室内圧力が高い方がアッシングレート（ＡＲ）も大きくなり，より高速でアッシングすることができることがわかる。従って，第２アッシング工程における処理室内圧力は高い方が好ましい。
【０１０４】
さらに，ウエハ２００のＬｏｗ−ｋ膜より，低い誘電率値を有するＬｏｗ−ｋ膜からなる別のサンプル（ＳｉＣ膜からなるエッチングストップ膜，ＭＳＱ膜からなるポーラス系Ｌｏｗ−ｋ膜，ＳｉＯ２膜などのハードマスクの順に積層された膜構造を有するウエハであって，ポーラス系Ｌｏｗ−ｋ膜にトレンチが形成されているもの）に対して，上記と同様に処理室内圧力を変えて第２アッシング工程を実施し，ＣＤシフト量を計測した。但し，このときのＣＤシフト量は，エッチングストップ膜を有するサンプルを使用して求めたものであるため，第１アッシング工程の実験にて定義したトレンチ溝幅（又はホール径）の変化量としている。その結果を図１４に示す。この実験では，処理室内圧力が２００ｍＴｏｒｒを超える範囲についても，第２アッシング工程を実施し，ＣＤシフト量を計測した。
【０１０５】
図１４に示す実験結果によれば，処理室内圧力が２００ｍＴｏｒｒあたりまでは，処理室内圧力が高い方が，ＣＤシフト量が小さくなっているので，表２に示す場合と同様の傾向にあることがわかる。ところが，処理室内圧力が２００ｍＴｏｒｒを超えると，徐々にＣＤシフト量が大きくなり，４００ｍＴｏｒｒ以上では急激にＣＤシフト量が大きくなる傾向があることがわかった。従って，上述したように第２アッシング工程における処理室内圧力が高い方が好ましいものの，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８に与えるダメージを抑制する効果の観点から見れば処理室内圧力が４００ｍＴｏｒｒ未満であることが好ましい。
【０１０６】
（第２アッシング工程における第２高周波電力の周波数の依存性）
次に，第２アッシング工程においてサセプタ（下部電極）１０５に印加する第２高周波電力の周波数の依存性についての実験結果について説明する。ここでは，本実施形態にかかるプラズマ処理装置１００を用いて，再度ウエハ２００と同じサンプルに対して第２高周波電力の周波数を変えて第２アッシング工程を実施して，Ｌｏｗ−ｋ膜に与えるダメージの程度（ＣＤシフト量）及びアッシングレートを測定する。
【０１０７】
この実験では，第２高周波電力の周波数を２ＭＨｚにした場合と，１３．５６Ｈｚにした場合について第２アッシング工程を実行し，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８のＣＤシフト量（Δｄ１ｔ，Δｄ１ｂ，Δｄ１ｈ）及びアッシングレート（ＡＲ）を測定した。この実験の結果を下記表３に示す。
【０１０８】
なお，第２高周波電力の周波数を２ＭＨｚにして第２アッシング工程を行う際の他のプロセス条件については，以下の通りである。すなわち，上部電極１２１とサセプタ（下部電極）１０５との間隔を５５ｍｍに調整し，上部電極１２１に印加する高周波電力を０Ｗ（すなわち，上部電極１２１には高周波電力を印加しない），サセプタ（下部電極）１０５に印加する高周波電力を３００Ｗとする。また，処理ガスとして，ＣＯ２ガスを用い，その流量を７００ｓｃｃｍとする。さらに，ウエハ２００の裏面冷却ガス（バックサイドガス）の圧力をセンタ部１０Ｔｏｒｒ，エッジ部３５Ｔｏｒｒとする。また，処理室１０２内の設定温度については，上部電極を６０℃，側壁部を５０℃，下部電極を４０℃とする。この第２アッシング工程の処理時間は４４ｓｅｃとする。この場合の第２高周波電力（２ＭＨｚ，３００Ｗ）の交流成分のピークからピークまでの一周期分の電圧Ｖｐｐは，１３００Ｖである。このＶｐｐは，処理室内に励起されるプラズマの状態，例えばプラズマ密度の変化に対応して変動するため，プラズマ状態の指標となり得る。
【０１０９】
また，第２高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚにして第２アッシング工程を行う際の他のプロセス条件については，サセプタ（下部電極）１０５に印加する高周波電力を１１００Ｗとし，第２アッシング工程の処理時間を２１ｓｅｃとする。それ以外のプロセス条件は，上述した第２高周波電力の周波数を２ＭＨｚとした場合と同様であるため，説明を省略する。この場合の第２高周波電力（１３．５６ＭＨｚ，１１００Ｗ）の交流成分のピークからピークまでの一周期分の電圧Ｖｐｐは，１２００Ｖであり，上述した第２高周波電力の周波数を２ＭＨｚとした場合とほぼ同様である。
【０１１０】
【表３】
2007080850.tif 000005
【０１１１】
上記表３に示す実験結果によれば，第２高周波電力の周波数が１３．５６ＭＨｚ以下の範囲では，第２高周波電力の周波数が高い方が，ＣＤシフト量が若干ではあるが小さくなり，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８に与えるダメージも若干少なくなることがわかる。また，第２高周波電力の周波数が１３．５６ＭＨｚ以下の範囲では，第２高周波電力の周波数が１３．５６ＭＨｚの場合はもちろん，周波数を２ＭＨｚくらいまで低くしても，ＣＤシフト量は従来以上に低い値となる。また，上記表３に示す実験結果によれば，第２高周波電力の周波数が高い方が，アッシング時間が短くなり，より高速でアッシングすることができることがわかる。従って，第２アッシング工程における第２高周波電力の周波数は高い方が好ましい。
【０１１２】
このように，第２高周波電力の周波数が高い方がより高速でアッシングすることができるのは，周波数が高くなるほど，より多くのイオン（ＣＯ２＋など）によってアッシングを行うことがきるからであると推察される。すなわち，周波数が高くなるほどプラズマ密度も高くなるので，電流が流れやすくなって電圧値が下がる。このため，電圧値が下がらないようにするためには第２高周波電力（パワー）を上げる必要がある。上記の具体例では第２高周波電力を３００Ｗから１１００Ｗまで上げている。この第２高周波電力が大きい方が，プラズマによって発生するイオン（ＣＯ２＋など）も増えるため，より多くのイオンによってアッシングを行うことがきる。
【０１１３】
このように，第２高周波電力の周波数を高くするほど第２高周波電力を大きくする必要があり，第２高周波電力を大きくするほどより高速でアッシングすることができる。なお，この第２高周波電力の大きさをどの程度まで大きくすることができるかについてはプラズマ処理装置の性能等に依存するため，現時点での実用的な第２高周波電力の周波数としては，１３ＭＨｚ〜４０ＭＨｚがより好ましい。
【０１１４】
なお，本実施形態では第２アッシング工程における処理ガスとして，ＣＯ２を用いる場合について説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，Ｏ２を用いてもよく，また，ＣＯ２とＯ２の混合ガスを用いてもよい。
【０１１５】
（プラズマアッシング処理における好ましいプロセス条件）
以上の実験結果に基づいて，第１実施形態にかかるプラズマ処理装置１００を使用して行うプラズマアッシング処理の最適なプロセス条件を下記表４に示す。
【０１１６】
【表４】
2007080850.tif 000006
【０１１７】
上記表４に示すように，第１アッシング工程では，処理室内圧力は３０ｍＴｏｒｒ以下が好ましい。反応生成物除去処理ガスはＣＯ２が好ましいが，ＣＯ２とＡｒの混合ガスを用いてもよい。第１アッシング工程における第１高周波電力については，少なくともプラズマ着火できる電力であれば足りる。この場合の周波数は任意に設定してもよい。これに対して，第２高周波電力は０Ｗ（下部電極には印加しない）ことが好ましい。
【０１１８】
また，第２アッシング工程では，処理室内圧力は４００ｍＴｏｒｒ未満が好ましい。アッシング処理ガスはＯ２又はＣＯ２又はこれらの混合ガスのいずれを用いてもよい。第２アッシング工程における第１高周波電力については，０Ｗ（上部電極に印加しない）のが最も好ましく，第１高周波電力を印加するのであれば極力低電力で周波数は２７ＭＨｚ以上とするのが好ましい。これに対して，第２高周波電力の周波数は１３〜４０ＭＨｚが好ましく，第２高周波電力は周波数に応じて決定することが好ましい。
【０１１９】
このようなプロセス条件でプラズマアッシング処理を行うことにより，ウエハ上に形成されるＬｏｗ−ｋ膜や下地膜に与えるダメージを従来以上に抑制することができる。特に第１アッシング工程におけるＬｏｗ−ｋ膜へのダメージ抑制効果が大きい。また，第２アッシング工程においてはより高速でアッシングを行うことができる。
【０１２０】
（第２実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例）
次に，本発明の第２実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例を図面を参照しながら説明する。図１５は，第２実施形態にかかるプラズマ処理装置３００の概略構成を示す。図１５に示すプラズマ処理装置３００は，載置台を兼ねる１つの電極（下部電極）に例えば４０ＭＨｚの比較的高い周波数を有する第１高周波電力（プラズマ発生用高周波電力）と，例えば３．２ＭＨｚの比較的低い周波数を有する第２高周波電力（バイアス電圧発生用高周波電力）を重畳して印加するタイプのプラズマ処理装置である。このようなタイプのプラズマ処理装置３００についても，本発明にかかるプラズマアッシング方法を適用可能である。
【０１２１】
プラズマ処理装置３００は，図１５に示すように，例えば接地された気密な処理容器３０４によって構成される処理室３０２を有している。処理室３０２内には，ウエハＷを載置する載置台を兼ねた導電性の下部電極３０６が上下動可能に配置されている。下部電極３０６は，温度調節機構（図示せず）により所定温度に維持され，ウエハＷと下部電極３０６との間には伝熱ガス供給機構（図示せず）から伝熱ガスが所定の圧力で供給される。下部電極３０６の載置面に対向する位置には，上部電極３０８が形成されている。
【０１２２】
また，処理室３０２の上部には，ガス供給源（図示せず）に接続されたガス導入口３３２が形成されており，所定の処理ガスが，処理室３０２内に導入されるようになっている。処理室３０２内に導入された処理ガスは，上部電極３０８に複数形成されたガス吐出口３０９よりウエハＷ上に導入される。例えばＣＦ４ガス，ＣＨＦ３ガス，Ｃ４Ｆ８ガス，Ｏ２ガス，Ｈｅガス，Ａｒガス，Ｎ２ガス，およびこれらの混合ガスが処理ガスとして処理室３０２内に導入される。
【０１２３】
処理室３０２の下部には排気バルブおよび排気機構（図示せず）と接続された排気管３３６が設けられている。処理室３０２内は，この排気管３３６を介して真空引きされることで，所定の真空度，例えば５０ｍＴｏｒｒに保たれる。また，処理室３０２の側方には，磁石３３０が設けられており，この磁石３３０によって処理室３０２の内壁近傍にプラズマを閉じ込めるための磁場（マルチポール磁場）が形成される。この磁場の強度は可変である。
【０１２４】
下部電極３０６には，２周波重畳電力を供給する電力供給装置３１２が接続されている。電力供給装置３１２は，第１周波数の第１高周波電力を供給する第１電力供給機構３１４と，第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力を供給する第２高周波電力供給機構３１６から構成されている。
【０１２５】
第１電力供給機構３１４は，下部電極３０６側から順次接続される第１フィルタ３１８，第１整合器３２０，および第１電源３２２を有している。第１フィルタ３１８は，第２周波数の電力成分が第１整合器３２０側に侵入することを防止する。第１整合器３２０は，第１高周波電力成分をマッチングさせる。第１周波数は例えば１００ＭＨｚである。
【０１２６】
第２電力供給機構３１６は，下部電極３０６側から順次接続される第２フィルタ３２４，第２整合器３２６，および第２電源３２８を有している。第２フィルタ３２４は，第１周波数の電力成分が第２整合器３２６側に侵入することを防止する。第２整合器３２６は，第２高周波電力成分をマッチングさせる。第２周波数は例えば３．２ＭＨｚである。
【０１２７】
上記のように構成されたプラズマ処理装置３００において，電力供給装置３１２が出力する２種類の高周波電力と，磁石３３０が形成する水平磁場によって，処理室３０２内に導入された処理ガスはプラズマ状態となり，発生する自己バイアス電圧により加速されたイオンおよびラジカルのエネルギーにより，ウエハＷに対してエッチング処理およびアッシング処理が施される。
【０１２８】
（ウエハに施す処理の具体例）
以上のように構成された本実施形態にかかるプラズマ処理装置３００は，図１に示す第１実施形態にかかるプラズマ処理装置１００と同様に，例えば図３に示すウエハ２００に対してエッチング処理を行い，同一処理室内で連続してアッシング処理を行う。
【０１２９】
ここで，上記プラズマエッチング処理の具体例について説明する。ここでは，例えば第１〜第３エッチング工程を順次実行することによってプラズマエッチング処理を行う。先ず，先ず，第１エッチング工程では，パターニングされたフォトレジスト膜２０２をマスクとして用いて，反射防止膜２０４のエッチングを行う。この第１エッチング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば処理室３０２内の圧力を１０ｍＴｏｒｒに調整し，第１電源３２２から下部電極３０６に印加する第１高周波電力（例えば，１００ＭＨｚ）を１５００Ｗ，第２電源３２８から下部電極３０６に印加する第２高周波電力（例えば，３．２ＭＨｚ）を０Ｗ（すなわち，第２高周波電力を印加しない）とする。また，処理ガスとして，ＣＦ４を用いる。
【０１３０】
次に，第２エッチング工程では，パターニングされたフォトレジスト膜２０２をマスクとして用いて，保護膜２０６及びＬｏｗ−ｋ膜２０８のエッチングを行う。この第２エッチング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば処理室３０２内の圧力を５０ｍＴｏｒｒに調整し，第１電源３２２から下部電極３０６に印加する第１高周波電力（例えば，１００ＭＨｚ）を２０００Ｗ，第２電源３２８から下部電極３０６に印加する第２高周波電力（例えば，３．２ＭＨｚ）を２００Ｗとする。また，処理ガスとして，ＣＦ４，Ａｒの混合ガスを用いる。
【０１３１】
以上の第１及び第２エッチング工程を実施することによって，例えば図３に示すようにＬｏｗ−ｋ膜２０８にトレンチ２１０が形成される。このようなプラズマエッチング処理に続いて，同一の処理室３０２内において，ウエハ２００に対してフォトレジスト膜２０２の除去を目的としたプラズマアッシング処理が施されることになる。
【０１３２】
ところで，このようなプラズマ処理装置３００を用いて下部電極に２種類の高周波電力を重畳印加するプラズマ処理方法によれば，プラズマ密度とバイアス電圧を独立して制御することができる。そして，下部電極にのみ高周波電力を印加して，上部電極に高周波電力を印加する必要がないため，装置構造が複雑にならないという利点がある。
【０１３３】
ところが，このような下部電極に２種類の高周波電力を重畳印加するプラズマ処理方法によれば，Ｆ（フッ素）を含む処理ガスを用いてレジスト膜をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜をエッチングした後に，同じ処理室内で，もしＯ２を主体とする処理ガスを用いてレジスト膜のアッシングを行うと，第２高周波電力を０Ｗとしても，第１高周波電力によってバイアス電圧が生じてしまう。アッシングでは，上述したようなプラズマエッチング処理において用いられたフッ素が処理室内に残留しており，バイアス電圧によってフッ素がＬｏｗ−ｋ膜及びその下地膜方向へ加速し，Ｌｏｗ−ｋ膜や下地膜を削ってしまう虞がある。
【０１３４】
この点，本発明にかかるプラズマアッシング処理によれば，第１アッシング工程でＣＯ２を主体とする処理ガスを用いて処理室内に残留するフッ素を除去した上で，第２アッシング工程でレジスト膜を除去できるので，Ｌｏｗ−ｋ膜や下地膜に与えるダメージを抑制することができる。
【０１３５】
（第１高周波電力及び第２高周波電力）
また，このような下部電極に２種類の異なる周波数の電力を印加するタイプのプラズマ処理装置３００を用いてプラズマアッシング処理を行う場合には，第１高周波電力及び第２高周波電力を次のように設定することが好ましい。
【０１３６】
先ず，第１アッシング工程における第１高周波電力の周波数は，処理室内圧力が３０ｍＴｏｒｒ以下の低圧でもプラズマ着火できる程度の周波数にするのが好ましい。具体的には周波数を１３ＭＨｚ以上とするのが好ましい。なお，第１高周波電力については，周波数に応じて設定することが好ましい。また，第１アッシング工程における第２高周波電力は，０Ｗであることが好ましい。
【０１３７】
また，第２アッシング工程における第１高周波電力の周波数は，１３ＭＨｚ〜４０ＭＨｚが好ましい。この場合，第２高周波電力は０Ｗにするのが好ましいが，第２高周波電力を印加するようにしてもよい。この場合，第１高周波電力を１３．５６ＭＨｚとし，第２高周波電力を０ＷとしたときのＬｏｗ−ｋ膜２０８に与えるダメージについては，上述したプラズマ処理装置１００における下部電極に印加する第２高周波電力を１３．５６ＭＨｚとした表３に示す実験結果と同様になる。これによれば，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８に与えるダメージも従来以上に抑制することができ，アッシング時間が短くなり，より高速でアッシングすることができる。
【０１３８】
また，プラズマ処理装置３００における第１高周波電力は下部電極に印加するため，第２アッシング工程における第１高周波電力の周波数を４０ＭＨｚ以上にしてもよい。これは，例えば以下の理由による。すなわち，図１５に示すプラズマ処理装置３００では第１高周波電力は下部電極に印加するため，ウエハの直上でプラズマが立つので，図１に示すプラズマ処理装置１００のように上部電極に印加されるよりも，イオン増加数が多くなる。
【０１３９】
この場合，アッシングは主にこのイオンによって進行するのであるが，イオンは，ウエハ表面でエネルギーを失うため，ウエハに形成される膜中まではアッシングの影響を受け難い。このため，下部電極に印加する第１高周波電力の周波数を高くして第１高周波電力のパワーを上げても，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８まではアッシングの影響を受け難い。
【０１４０】
これに対して，もし図１に示すプラズマ処理装置１００の上部電極１２１に印加する第１高周波電力の周波数を４０ＭＨｚ以上にして第１高周波電力のパワーを上げると，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８に与えるダメージが大きくなる。これは，例えば以下の理由による。すなわち，上部電極１２１に第１高周波電力を印加してプラズマを発生させるため，上部電極１２１付近ではプラズマが濃く，上部電極１２１から離間しているウエハ付近ではプラズマが薄い。このため，上部電極１２１付近でラジカルが発生し易く，しかもラジカルは寿命が長いため，ウエハ付近でも多くなる。
【０１４１】
ラジカルによるアッシングの場合は，上述したイオンとは異なり，ウエハの表面のみならず，膜中までアッシングされる。このように，上部電極に印加する第１高周波電力のパワーを上げると，ラジカルが多くなり，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８に与えるダメージが大きくなってしまう。なお，下部電極に印加する第１高周波電力のパワーを上げた場合，ラジカルについても増加するが，アッシングレートが大きくなってアッシング時間が短くなるため，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８のダメージを受けるほどの影響を受け難いと考えられる。
【０１４２】
なお，第２アッシング工程における第１高周波電力の周波数を４０ＭＨｚ以上にした場合には，プラズマ密度が急激に上昇するので，イオンエネルギーを大きくするために，第２高周波電力の周波数を１３ＭＨｚ以下に設定してアシストすることが好ましい。但し，第１高周波電力の周波数によっては，第２高周波電力の周波数を０Ｗにしてもよい。
【０１４３】
ここで，第１高周波電力の周波数を１００ＭＨｚ，第２高周波電力の周波数を３．２ＭＨｚとして第２アッシング工程を実施した実験結果について説明する。ここでは，本実施形態にかかるプラズマ処理装置３００を用いて図４に示すウエハ２００に対して上記第２アッシング工程を実施して，Ｌｏｗ−ｋ膜に与えるダメージの程度（ＣＤシフト量）及びアッシングレートを測定した。この実験結果を下記表５に示す。
【０１４４】
なお，この実験における第２アッシング工程を行う際の他のプロセス条件については，以下の通りである。すなわち，処理室内圧力を５０ｍＴｏｒｒとし，下部電極に印加する第１高周波電力を４００Ｗとし，下部電極に印加する第２高周波電力を３００Ｗとする。また，処理ガスとして，ＣＯ２ガスを用い，その流量を７００ｓｃｃｍとし，磁場強度を３００Ｇとする。さらに，ウエハ２００の裏面冷却ガス（バックサイドガス）の圧力をセンタ部１０Ｔｏｒｒ，エッジ部５０Ｔｏｒｒとする。また，処理室１０２内の設定温度については，上部電極を５０℃，側壁部を６０℃，下部電極を４０℃とする。この第２アッシング工程の処理時間は４４ｓｅｃとする。
【０１４５】
【表５】
2007080850.tif 000007
【０１４６】
上記表５に示す実験結果によれば，第１高周波電力を１００ＭＨｚと高くしても，ＣＤシフト量は十分に小さく，Ｌｏｗ−ｋ膜２０８に与えるダメージも少ないことがわかる。また，上記表５に示す実験結果によれば，アッシングレート（ＡＲ）も大きくなり，より高速でアッシングすることができることがわかる。従って，プラズマ処理装置３００においては，第２アッシング工程における第１高周波電力の周波数を４０ＭＨｚ以上にすることが好ましい。
【０１４７】
なお，プラズマ処理装置３００でプラズマアッシング処理を行う際の第１高周波電力及び第２高周波電力以外のプロセス条件，例えば処理室内圧力，処理ガスなどについての最適範囲については，図１に示すプラズマ処理装置１００の場合とほぼ同様であるため，説明を省略する。
【０１４８】
以上，添付図面を参照しながら本発明の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。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
本発明は，被処理体上のレジスト膜を除去するプラズマアッシング方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置によって，エッチング処理およびアッシング処理されるウエハの膜構造を示す概略断面図である。
【図３】図２に示すウエハにエッチング処理を施した後の膜構造を示す概略断面図である。
【図４】図３に示すウエハにアッシング処理を施した後の膜構造を示す概略断面図である。
【図５】第１アッシング工程における反応生成物の除去量を膜減り量により間接的に測定した結果を示す図である。
【図６】第１アッシング工程後の処理室内のプラズマ発光スペクトルを測定した結果を示す図である。
【図７】第１アッシング工程によるＬｏｗ−ｋ膜のダメージの程度を判定する方法の説明図である。
【図８】第１アッシング工程で使用する処理ガス種とＣＤシフト量との関係を示す図である。
【図９】第１アッシング工程における処理室内圧力とＣＤシフト量との関係を示す図である。
【図１０】第１アッシング工程における上部電力とＣＤシフト量との関係を示す図である。
【図１１】第１アッシング工程における電極間隔とＣＤシフト量との関係を示す図である。
【図１２】第１アッシング工程における処理ガス流量とＣＤシフト量との関係を示す図である。
【図１３】第２アッシング工程によるＬｏｗ−ｋ膜のダメージの程度を判定する方法の説明図である。
【図１４】第２アッシング工程における処理室内圧力とＣＤシフト量との関係を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１５１】
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）
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      排気機構
２００      ウエハ
２０２      フォトレジスト膜
２０４      反射防止膜
２０６      保護膜
２０８      低誘電率膜
２１０      トレンチ
３００      プラズマ処理装置
３０２      処理室
３０６      下部電極
３０８      上部電極
３０９      ガス吐出口
３１２      電力供給装置
３３０      磁石
３３２      ガス導入口
３３６      排気管
Ｗ      ウエハ
【図１】
2007080850.tif 000008
【図２】
2007080850.tif 000009
【図３】
2007080850.tif 000010
【図４】
2007080850.tif 000011
【図５】
2007080850.tif 000012
【図６】
2007080850.tif 000013
【図７】
2007080850.tif 000014
【図８】
2007080850.tif 000015
【図９】
2007080850.tif 000016
【図１０】
2007080850.tif 000017
【図１１】
2007080850.tif 000018
【図１２】
2007080850.tif 000019
【図１３】
2007080850.tif 000020
【図１４】
2007080850.tif 000021
【図１５】
2007080850.tif 000022