(57)【要約】【課題】ＳｉＯＣ膜等の絶縁膜をエッチングするにあたり、ホールの口径や溝の幅を小さく抑えること。【解決手段】エッチングを行う前に、ＣＦ４ガスとＣＨ３Ｆガスとを含む処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマによりレジストマスクの開口部の側壁に堆積物を付着させて開口寸法を減少させる前処理を行う。また、ＳｉＯＣ膜をエッチングするときには、ＣＦ４ガス、ＣＨ３Ｆガス及び窒素ガスを含む処理ガスをプラズマ化し、プラズマ化するための第１の高周波を、基板の表面積で除した大きさが１５００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ２（３００ｍｍウェハの表面積）以上となるように電力を処理雰囲気に供給し、ＳｉＯＣ膜をエッチングする。【選択図】図２
2007194284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する上部電極及び下部電極の一方に接続され、第１の高周波を処理雰囲気に供給して処理ガスをプラズマ化するための第１の高周波電源を備えたプラズマ処理装置を用いて基板を処理する方法において、
シリコン及び酸素を含む低誘電率膜からなる絶縁膜の上にレジストマスクが積層された基板を下部電極上に載置する工程と、
炭素及びフッ素からなる化合物であるＣＦ系ガスとＣＨｘＦｙ（ｘ、ｙは合計が４になる自然数）ガスとを含む処理ガスを処理雰囲気に供給する工程と、
第１の高周波を処理雰囲気に供給して処理ガスをプラズマ化してプラズマを生成し、レジストマスクの開口部の側壁に堆積物を付着させて開口寸法を減少させる工程と、
その後前記絶縁膜をプラズマによりエッチングする工程と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
第１の高周波電源は上部電極に接続され、
前記開口寸法を減少させる工程は、下部電極に接続された第２の高周波電源から第１の高周波よりも周波数の低い第２の高周波を処理雰囲気に供給して、下部電極上に載置された基板にバイアス電力を供給しながら行われ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】
上部電極または下部電極に供給する第１の高周波の電力を基板の表面積で除した大きさが１０００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
ＣＦ系ガスに対するＣＨｘＦｙガスの流量比が０．０５以上であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
絶縁膜をプラズマによりエッチングする工程は、ＣＦ４ガス、ＣＨｘＦｙ（ｘ、ｙは合計が４になる自然数）ガス及び窒素ガスを含む処理ガスを処理雰囲気に供給する工程と、
第１の高周波を、上部電極または下部電極に供給する電力を基板の表面積で除した大きさが１５００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ２以上となるように処理雰囲気に供給して処理ガスをプラズマ化してプラズマを生成すると共に、下部電極に接続された第２の高周波電源から第１の高周波よりも周波数の低い第２の高周波を処理雰囲気に供給して、下部電極上に載置された基板にバイアス電力を供給しながら前記絶縁膜をプラズマによりエッチングする工程であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
互いに対向する上部電極及び下部電極の一方に接続され、第１の高周波を処理雰囲気に供給して処理ガスをプラズマ化するための第１の高周波電源と、前記下部電極に接続され、第１の高周波よりも周波数の低い第２の高周波を処理雰囲気に供給して、下部電極上に載置された基板にバイアス電力を供給するための第２の高周波電源と、を備えたプラズマ処理装置を用いて基板を処理する方法において、
シリコン及び酸素を含む低誘電率膜からなる絶縁膜の上にレジストマスクが積層された基板を下部電極上に載置する工程と、
ＣＦ４ガス、ＣＨｘＦｙ（ｘ、ｙは合計が４になる自然数）ガス及び窒素ガスを含む処理ガスを処理雰囲気に供給する工程と、
第１の高周波を、上部電極または下部電極に供給する電力を基板の表面積で除した大きさが１５００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ２以上となるように処理雰囲気に供給して処理ガスをプラズマ化してプラズマを生成すると共に第２の高周波を処理雰囲気に供給し、前記絶縁膜をプラズマによりエッチングする工程と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
ＣＦ４ガスに対するＣＨｘＦｙガスの流量比が０．２以上で２以下であることを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
シリコン及び酸素を含む低誘電率膜からなる絶縁膜の上にレジストマスクが積層された基板について前記絶縁膜をエッチングするための装置において、
処理室と、
処理室内に設けられ、互いに対向する上部電極及び下部電極と、
前記上部電極及び下部電極の一方に接続され、第１の高周波を処理雰囲気に供給して処理ガスをプラズマ化するための第１の高周波電源と、
炭素及びフッ素からなる化合物であるＣＦ系ガスとＣＨｘＦｙ（ｘ、ｙは合計が４になる自然数）ガスとを含む処理ガスを処理室内に供給するための手段と、
請求項１、３または４のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法を実行するための制御手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
シリコン及び酸素を含む低誘電率膜からなる絶縁膜の上にレジストマスクが積層された基板について前記絶縁膜をエッチングするための装置において、
処理室と、
処理室内に設けられ、互いに対向する上部電極及び下部電極と、
前記上部電極に接続され、第１の高周波を処理雰囲気に供給して処理ガスをプラズマ化するための第１の高周波電源と、
前記下部電極に接続され、第１の高周波よりも周波数の低い第２の高周波を処理雰囲気に供給して、下部電極上に載置された基板にバイアス電力を供給するための第２の高周波電源と、
炭素及びフッ素からなる化合物であるＣＦ系ガスとＣＨｘＦｙ（ｘ、ｙは合計が４になる自然数）ガスとを含む処理ガスを処理室内に供給するための手段と、
請求項２ないし４のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法を実行するための制御手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
ＣＦ４ガスを処理室内に供給するための手段を備え、前記制御手段は、請求項５に記載のプラズマ処理方法を実行するように構成されていることを特徴とする請求項８または９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
シリコン及び酸素を含む低誘電率膜からなる絶縁膜の上にレジストマスクが積層された基板について前記絶縁膜をエッチングするための装置において、
処理室と、
処理室内に設けられ、互いに対向する上部電極及び下部電極と、
前記上部電極及び下部電極の一方に接続され、第１の高周波を処理雰囲気に供給して処理ガスをプラズマ化するための第１の高周波電源と、
前記下部電極に接続され、第１の高周波よりも周波数の低い第２の高周波を処理雰囲気に供給して、下部電極上に載置された基板にバイアス電力を供給するための第２の高周波電源と、
ＣＦ４ガス、ＣＨｘＦｙ（ｘ、ｙは合計が４になる自然数）ガス及び窒素ガスを含む処理ガスを処理室内に供給するための手段と、
請求項６または７に記載のプラズマ処理方法を実行するための制御手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
互いに対向する上部電極及び下部電極の一方に接続され、第１の高周波を処理雰囲気に供給して処理ガスをプラズマ化するための第１の高周波電源と、前記下部電極に接続され、第１の高周波よりも周波数の低い第２の高周波を処理雰囲気に供給して、下部電極上に載置された基板にバイアス電力を供給するための第２の高周波電源と、を備えたプラズマ処理装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし７のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン及び酸素を含む低誘電率膜からなる絶縁膜に対してプラズマにより処理を行うプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関するものであり、またその方法を実行するためのコンピュータプログラムを格納した記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは年々高集積化する傾向にあり、ウェハに形成されるパターンの微細化に応えるためにレジスト材料や露光技術の改善が進み、レジストマスクの開口寸法も相当小さくなってきている。
【０００３】
一方高集積化を図るためにデバイス構造が多層化されているが、動作速度を向上させるためには寄生容量を小さくすることが必要であることから、絶縁膜例えば層間絶縁膜についても低誘電率膜の材料の開発が進められている。この低誘電率膜の一つとして、例えば炭素含有シリコン酸化膜などと呼ばれているＳｉＯＣ膜が挙げられる。
【０００４】
このようにレジストマスクの形成技術と低誘電率膜との組み合わせにより、高集積化、動作速度の高速化を図ることができるが、こうした一連のプロセスにおける課題の一つとして、エッチングプロセスにおける凹部の拡大化がある。即ち、プラズマによりエッチングを行う場合、レジストマスクの開口寸法が広がったり、エッチング対象の膜の凹部の側壁のエッチングが進みすぎてホールや溝が設計値よりも広がってしまい、設計通りのデバイス特性が得られないという問題がある。また今後電極埋め込み用のビアホールやコンタクトホールにおいて、互いに隣接するホール同士が接近してくると、ホール間で短絡する懸念もある。このことから、レジストマスクの形成技術の限界も見えつつあるため、レジストマスクの開口寸法よりも小さい寸法の開口部をエッチング対象の膜に形成する技術も求められている。
【０００５】
こうした課題に対応するために特許文献１及び２の技術が知られている。特許文献１においては、シリコン窒化膜について第１のエッチングガスとしてＳＦ６ガスを用い、第２のエッチングガスとしてＣＦ４ガス、ＣＨＦ３ガス、ＣＨ２Ｆ２ガス及びＣＨ４ガスの少なくとも一種から選ばれるガスを用い、これら混合ガスによりエッチングすることでパターン寸法を制御できることが記載されているが、シリコンと酸素とを含む例えばＳｉＯＣ膜をエッチングする場合において、適正なプロセスといえるものではない。また、特許文献２には少なくともＣＦ４ガス、ＣＨＦ３ガス、Ｎ２ガス、及び不活性ガスを含む混合ガス用いてＳｉＯＣ膜をエッチングする方法が記載されているが、処理ガスに供給する電力については着眼されておらず、このためホールや溝等の凹部の拡大化抑制には十分でない。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１０３９２５（請求項１１及び段落０１０７）
【特許文献２】特開２００４−２４７５６８（段落００１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、シリコン及び酸素を含む低誘電率膜からなる絶縁膜をエッチングするにあたり、開口寸法の小さい凹部を半導体ウェハ（以下ウェハという）等の基板に形成することであり、更にはレジストマスクに形成された開口部の開口寸法よりも小さな寸法の凹部を基板に形成することができるプラズマ処理方法ないしプラズマ処理装置を提供することにある。また本発明の他の目的は、このようなプラズマ処理を実施できるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のプラズマ処理方法は、
互いに対向する上部電極及び下部電極の一方に接続され、第１の高周波を処理雰囲気に供給して処理ガスをプラズマ化するための第１の高周波電源を備えたプラズマ処理装置を用いて基板を処理する方法において、
シリコン及び酸素を含む低誘電率膜からなる絶縁膜の上にレジストマスクが積層された基板を下部電極上に載置する工程と、
炭素及びフッ素からなる化合物であるＣＦ系ガスとＣＨｘＦｙ（ｘ、ｙは合計が４になる自然数）ガスとを含む処理ガスを処理雰囲気に供給する工程と、
第１の高周波を処理雰囲気に供給して処理ガスをプラズマ化してプラズマを生成し、レジストマスクの開口部の側壁に堆積物を付着させて開口寸法を減少させる工程と、
その後前記絶縁膜をプラズマによりエッチングする工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記第１の高周波電源は上部電極に接続され、
前記開口寸法を減少させる工程は、下部電極に接続された第２の高周波電源から第１の高周波よりも周波数の低い第２の高周波を処理雰囲気に供給して、下部電極上に載置された基板にバイアス電力を供給しながら行われることが好ましい。
【００１０】
前記レジストマスクは前記絶縁膜の上に直接形成されていることに限られず、前記絶縁膜の上に例えば露光時の反射を防止するための反射防止膜や、更に前記絶縁膜と前記反射防止膜との間に形成されたＳｉＯ２などの酸化膜等を介して形成されていても構わない。前記絶縁膜としてはＳｉＯＣ膜、ＳｉＯＣＨ膜、ＳｉＯ２膜などの酸化膜であることが好ましい。
【００１１】
前記上部電極または前記下部電極に供給する第１の高周波の電力は、基板の表面積で除した大きさが１０００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ２以上であることが好ましい。また、ＣＦ系ガスに対するＣＨｘＦｙガスの流量比は０．０５以上であることが好ましい。
【００１２】
本発明の他のプラズマ処理方法は、
互いに対向する上部電極及び下部電極の一方に接続され、第１の高周波を処理雰囲気に供給して処理ガスをプラズマ化するための第１の高周波電源と、前記下部電極に接続され、第１の高周波よりも周波数の低い第２の高周波を処理雰囲気に供給して、下部電極上に載置された基板にバイアス電力を供給するための第２の高周波電源と、を備えたプラズマ処理装置を用いて基板を処理する方法において、
シリコン及び酸素を含む低誘電率膜からなる絶縁膜の上にレジストマスクが積層された基板を下部電極上に載置する工程と、
ＣＦ４ガス、ＣＨｘＦｙ（ｘ、ｙは合計が４になる自然数）ガス及び窒素ガスを含む処理ガスを処理雰囲気に供給する工程と、
第１の高周波を、上部電極または下部電極に供給する電力を基板の表面積で除した大きさが１５００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ２以上となるように処理雰囲気に供給して処理ガスをプラズマ化してプラズマを生成すると共に第２の高周波を処理雰囲気に供給し、前記絶縁膜をプラズマによりエッチングする工程と、を備えたことを特徴とする。レジストマスクの開口寸法を減少させる先の発明において、絶縁膜をエッチングする工程としてこの発明に用いたプロセス条件を適用すること、つまり両発明を組み合わせることが好ましい。前記ＣＦ系ガスに対するＣＨｘＦｙガスの流量比は、０．２以上で２以下であることが好ましい。
【００１３】
本発明のプラズマ処理装置は、
シリコン及び酸素を含む低誘電率膜からなる絶縁膜の上にレジストマスクが積層された基板について前記絶縁膜をエッチングするための装置において、
処理室と、
処理室内に設けられ、互いに対向する上部電極及び下部電極と、
前記上部電極及び下部電極の一方に接続され、第１の高周波を処理雰囲気に供給して処理ガスをプラズマ化するための第１の高周波電源と、
炭素及びフッ素からなる化合物であるＣＦ系ガスとＣＨｘＦｙ（ｘ、ｙは合計が４になる自然数）ガスとを含む処理ガスを処理室内に供給するための手段と、
プラズマ処理方法を実行するための制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、前記プラズマ処理装置は、ＣＦ４ガスを処理室内に供給するための手段を備え、前記制御手段は、前記プラズマ処理方法を実行するように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
更に、前記プラズマ処理装置は、
前記上部電極に接続された前記第１の高周波電源と、
前記下部電極に接続され、第１の高周波よりも周波数の低い第２の高周波を処理雰囲気に供給して、下部電極上に載置された基板にバイアス電力を供給するための第２の高周波電源と、を備えていることが好ましい。
【００１６】
本発明の他のプラズマ処理装置は、
シリコン及び酸素を含む低誘電率膜からなる絶縁膜の上にレジストマスクが積層された基板について前記絶縁膜をエッチングするための装置において、
処理室と、
処理室内に設けられ、互いに対向する上部電極及び下部電極と、
前記上部電極及び下部電極の一方に接続され、第１の高周波を処理雰囲気に供給して処理ガスをプラズマ化するための第１の高周波電源と、
前記下部電極に接続され、第１の高周波よりも周波数の低い第２の高周波を処理雰囲気に供給して、下部電極上に載置された基板にバイアス電力を供給するための第２の高周波電源と、
ＣＦ４ガス、ＣＨｘＦｙ（ｘ、ｙは合計が４になる自然数）ガス及び窒素ガスを含む処理ガスを処理室内に供給するための手段と、
プラズマ処理方法を実行するための制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の記憶媒体は、
互いに対向する上部電極及び下部電極の一方に接続され、第１の高周波を処理雰囲気に供給して処理ガスをプラズマ化するための第１の高周波電源と、前記下部電極に接続され、第１の高周波よりも周波数の低い第２の高周波を処理雰囲気に供給して、下部電極上に載置された基板にバイアス電力を供給するための第２の高周波電源と、を備えたプラズマ処理装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納していることを特徴とする。前記コンピュータプログラムは、前記プラズマ処理方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする。前記コンピュータプログラムとは、命令からなるステップ群のみならず、データベースも含まれる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、シリコン及び酸素を含む低誘電率膜からなる絶縁膜例えばＳｉＯＣ膜の上にレジストマスクが積層された基板に対してエッチングを行うにあたって、エッチングを行う前に、ＣＦ系ガスとＣＨｘＦｙガスとを含む処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマによりレジストマスクの開口部の側壁に堆積物を付着させて開口寸法を減少させる前処理を行っている。このため絶縁膜をエッチングしているときに凹部が広がっても、レジストマスクの開口部が狭いことから、ホール径の小さいあるいは線幅の小さい凹部を形成することができる。従ってレジストマスクの形成技術においてパターンである開口部の開口寸法を減少させることが困難な微細なパターンの寸法領域であっても、設計通りあるいは極めて設計に近い素子特性が得られる。また、レジストマスクの開口寸法よりも小さい寸法の開口部をエッチング対象の膜に形成することも可能であり、互いに隣接する凹部例えばビアホールやコンタクトホールの距離が接近した場合にも、その凹部に埋め込まれた電極同士が短絡するおそれもない。
【００１９】
また他の発明は、ＣＦ４ガス、ＣＨｘＦｙガス及び窒素ガスを含む処理ガスをプラズマ化するための第１の高周波を、上部電極または下部電極に供給する電力を基板の表面積で除した大きさが１５００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ２以上となるように処理雰囲気に供給し、絶縁膜をエッチングしている。このため実験結果からも分かるようにエッチングにより形成された絶縁膜の凹部の広がりを抑えることができ、設計通りあるいは極めて設計に近い素子特性が得られ、また互いに隣接する凹部の距離が接近した場合にも、その凹部に埋め込まれた電極や配線同士が短絡するおそれもない。
【００２０】
更にまた上記の前処理に続いて上記のエッチングを行うようにすれば、レジストマスクが形成されたときの開口部の開口寸法よりも小さい寸法の凹部を得ることができ、パターンの微細化により一層対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、図１を用いて本発明におけるプラズマ処理方法を実施するプラズマ処理装置の一例について説明する。図１に示したプラズマ処理装置２は、例えば内部が密閉空間となっている真空チャンバーからなる処理室２１と、この処理室２１内の底面中央に配設された載置台３と、載置台３の上方に当該載置台３と対向するように設けられた上部電極４とを備えている。
【００２２】
前記処理室２１は電気的に接地されており、また処理室２１の底面の排気口２２には排気管２４を介して排気装置２３が接続されている。この排気装置２３には図示しない圧力調整部が接続されており、この圧力調整部は後述の制御部２Ａからの信号によって処理室２１内を真空排気して所望の真空度に維持するように構成されている。処理室２１の側面にはウェハＷの搬送口２５が設けられており、この搬送口２５はゲートバルブ２６によって開閉可能となっている。
【００２３】
載置台３は、下部電極３１とこの下部電極３１を下方から支持する支持体３２とからなり、処理室２１の底面に絶縁部材３３を介して配設されている。載置台３の上部には静電チャック３４が設けられ、この静電チャック３４を介して載置台３上にウェハＷが載置される。静電チャック３４は絶縁材料からなり、この静電チャック３４の内部には高圧直流電源３５に接続された電極箔３６が設けられている。高圧直流電源３５からこの電極箔３６に電圧が印加されることによって静電チャック３４表面に静電気が発生して、載置台３に載置されたウェハＷは静電チャック３４に静電吸着されるように構成されている。静電チャック３４には後述するバックサイドガスをこの静電チャック３４の上部に放出するための貫通孔３４ａが設けられている。
【００２４】
載置台３内には所定の冷媒（例えば、従来公知のフッ素系流体、水等）が通る冷媒流路３７が形成されており、冷媒がこの冷媒流路３７を流れることで載置台３が冷却され、この載置台３を介して載置台３上に載置されたウェハＷが所望の温度に冷却されるように構成されている。また、下部電極３１には図示しない温度センサーが装着されており、この温度センサーによって下部電極３１上のウェハＷの温度が常時監視されている。
【００２５】
また載置台３の内部にはＨｅ（ヘリウム）ガス等の熱伝導性ガスをバックサイドガスとして供給するガス流路３８が形成されており、このガス流路３８は載置台３の上面の複数箇所で開口している。これらの開口部は静電チャック３４に設けられた前記貫通孔３４ａと連通しており、ガス流路３８にバックサイドガスを供給すると、このバックサイドガスは貫通孔３４ａを介して静電チャック３４の上部へ流出する。このバックサイドガスが静電チャック３４と静電チャック３４上に載置されたウェハＷとの隙間全体に均等に拡散することにより、この隙間における熱伝導性が高まるようになっている。
【００２６】
前記下部電極３１はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３ａを介して接地され、また下部電極３１には第２の高周波電源として例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源３１ａが整合器３１ｂを介して接続されている。また下部電極３１の外周縁には静電チャック３４を囲むようにフォーカスリング３９が配置され、プラズマ発生時にこのフォーカスリング３９を介してプラズマが載置台３上のウェハＷに集束するように構成されている。
【００２７】
上部電極４は中空状に形成され、その下面には処理室２１内へ処理ガスを分散供給するための多数の孔４１が例えば均等に分散して形成されてガスシャワーヘッドを構成している。また上部電極４の上面中央にはガス導入管４２が設けられ、このガス導入管４２は絶縁部材２７を介して処理室２１の上面中央を貫通している。そしてこのガス導入管４２は上流に向かうと５本に分岐して分岐管４２Ａ〜４２Ｅを形成し、バルブ４３Ａ〜４３Ｅと流量制御部４４Ａ〜４４Ｅとを介してガス供給源４５Ａ〜４５Ｅに接続されている。このバルブ４３Ａ〜４３Ｅ、流量制御部４４Ａ〜４４Ｅはガス供給系４６を構成して後述の制御部２Ａからの制御信号によって各ガス供給源４５Ａ〜４５Ｅのガス流量及び給断の制御を行うことができる。
【００２８】
上部電極４はローパスフィルタ（ＬＰＦ）４７を介して接地されており、またこの上部電極４には第１の高周波電源として、第２の高周波電源３１ａよりも周波数の高い例えば６０ＭＨｚの高周波電源４ａが整合器４ｂを介して接続されている。上部電極４に接続された高周波電源４ａからの高周波は、第１の高周波に相当するものであって、処理ガスをプラズマ化するためのものであり、下部電極３１に接続された高周波電源３１ａからの高周波は、第２の高周波に相当するものであって、ウェハＷにバイアス電力を印加することでプラズマ中のイオンをウェハＷ表面に引き込むものである。尚、高周波電源４ａ及び３１ａは制御部２Ａに接続されており、制御信号に従って上部電極４及び下部電極３１に供給される電力が制御される。
【００２９】
また、このプラズマ処理装置２には例えばコンピュータからなる制御部２Ａが設けられており、この制御部２Ａはプログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えており、前記プログラムには制御部２Ａからプラズマ処理装置２の各部に制御信号を送り、後述の各ステップを進行させることでウェハＷに対してプラズマ処理を施すように命令が組み込まれている。また、例えばメモリには処理圧力、処理時間、ガス流量、電力値などの処理パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、ＣＰＵがプログラムの各命令を実行する際これらの処理パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこのプラズマ処理装置２の各部位に送られることになる。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの記憶部２Ｂに格納されて制御部２Ａにインストールされる。
【００３０】
次に、前記プラズマ処理装置２を用いた本発明のプラズマ処理方法の実施の形態について説明する。まずゲートバルブ２６を開いて処理室２１内へ図示しない搬送機構により例えば３００ｍｍ（１２インチ）ウェハＷを搬入する。このウェハＷを載置台３上に水平に載置した後、ウェハＷを載置台３に静電吸着する。その後搬送機構を処理室２１から退去させてゲートバルブ２６を閉じる。引き続きガス流路３８からバックサイドガスを供給して、ウェハＷを所定の温度に冷却する。その後以下のステップを行う。
【００３１】
ここで、ウェハＷの表面部は、この例ではｎ層目の回路の上に層間絶縁膜が形成され、更にその上に有機物を主成分とするレジストマスク５１が形成されたものであり、その構造を図２（ａ）に示しておく。５２はｎ層目のＣｕ配線、５３はエッチストッパであるＳｉＣ膜、５４は層間絶縁膜であるＳｉＯＣ膜、５１はレジストマスクである。レジストマスク５１にはＳｉＯＣ膜５４にコンタクトホールを形成するための開口部（ホール５５）が形成されており、このホール５５の底部の口径は例えば８６ｎｍである。各膜の膜厚については、例えばレジストマスク５１は２００ｎｍ、ＳｉＣ膜５３は５０ｎｍ、ＳｉＯＣ膜５４は２５０ｎｍである。
【００３２】
（ステップ１：前処理）
排気装置２３により排気管２４を介して処理室２１内の排気を行い処理室２１内を所定の真空度に保持した後、処理室２１内にガス供給系４６から例えばＣＦ４ガスの流量に対するＣＨ３Ｆガスの流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４を例えば０．０５〜０．２に制御した状態でＣＦ４ガスとＣＨ３Ｆガスとを供給する。続いて上部電極４に第１の高周波である６０ＭＨｚ、１０００Ｗ以上の電力を印加すると共に、下部電極３１に第２の高周波である１３．５６ＭＨｚ、３００Ｗの電力を印加して前記ガスの混合ガスである処理ガスをプラズマ化する。この状態を所定の時間保持することで図２（ｂ）に示すようにウェハＷに対して前処理が行われる。
【００３３】
この前処理を行うことにより、レジストマスク５１の開口部の開口寸法、この例ではホール５５の口径が後述の実験例から明らかなように減少する。ＣＨ３Ｆガスは主として堆積物を生成するプラズマを発生させ、またＣＦ４ガスは主として生成した堆積物をエッチングするプラズマを発生させる。これらのガスの流量比や上部電極４に供給される第１の高周波の電力の大きさや、バイアス電力の大きさ（下部電極３１へ供給される第２の高周波の電力の大きさ）等によって、堆積物の堆積速度と堆積物のエッチング速度との比率を制御することができ、そしてこの比率はホール５５内の鉛直面と水平面とにおいて異なるため、ホール５５の側壁に選択的に堆積物を生成させることができると考えられる。例えば、バイアス電力を大きくすれば、ウェハＷに対してフッ素を含む活性種であるイオンの引き込みが強くなるので、ホール５５の側壁に対するエッチング作用よりもホール５５の底面に対するエッチング作用が強くなるが、このバイアス電力を調整することにより、ホール５５の底面つまりＳｉＯＣ膜５４の表面への堆積物の堆積を抑え且つＳｉＯＣ膜５４のエッチングを回避あるいは抑制することができる。即ち、バイアス電力を程良い大きさに設定することにより、言い換えればＳｉＯＣ膜５４をエッチングしない程度の大きさ（例えば３００ｍｍウェハＷに対して３００Ｗ以下）に設定することによりホール５５の側壁に堆積物を堆積させて開口寸法の減少化が図られる。
【００３４】
一方下部電極３１に第１の高周波を供給して処理ガスをプラズマ化するいわゆる下部２周波の構成の装置を用いる場合には、第１の高周波によってフッ素を含む活性種であるイオンはウェハＷに引き込まれるため、必ずしも第２の高周波に電力を印加する必要は無く、第１の高周波に印加する電力を制御することでホール５５の底面への堆積物の堆積を抑え且つＳｉＯＣ膜５４のエッチングを回避あるいは抑制することができる。
【００３５】
前処理に用いるガス種としては、ＣＦ４ガスやＣＨ３Ｆガスに限定されるものではなく、例えば生成した堆積物を選択的にエッチング可能なガスとしてはＣ２Ｆ６ガス、Ｃ３Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ８ガス等のＣＦ系ガスを用いることができる。また、堆積物を生成するガスとしては、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨＦ３ガスを使用することができる。更に、例えばＮ２ガスを希釈ガスとして用いることができる。
【００３６】
（ステップ２：メインエッチング）
前処理の終了後、高周波電源４ａ、３１ａからの給電を止めて処理室２１内におけるプラズマの発生を停止した後、ガス供給系４６からのガスの供給を止める。次に排気装置２３により処理室２１内を排気して残存しているガスを除去して処理室２１内を所定の真空度に保持した後、ガス供給系４６より例えばＣＦ４ガスの流量に対するＣＨ３Ｆガスの流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４を例えば０．２〜２に制御した状態でＣＦ４ガス、ＣＨ３Ｆガス、Ｎ２ガス及びＯ２ガスを供給する。続いて上部電極４に第１の高周波である６０ＭＨｚ、１５００Ｗ以上の電力を印加すると共に、下部電極３１に第２の高周波である１３．５６ＭＨｚ、６００Ｗの電力を印加して前記ガスの混合ガスである処理ガスをプラズマ化する。
【００３７】
このプラズマ中には、炭素とフッ素との化合物の活性種（ＣＦＺ１）、炭素、水素、及びフッ素の化合物の活性種（ＣＨＺ２ＦＺ３）、窒素の活性種及び酸素の活性種が含まれ、ＳｉＯＣ膜５４がこれら活性種雰囲気に曝されると、ＳｉＦＺ４、ＣＯ、ＣＨＺ５及びＣＮＺ６が生成され、これによりＳｉＯＣ膜５４が除去されていく。なおＺ１からＺ６は自然数である。この時Ｏ２ガスによってホール５５の口径は若干増加する一方エッチングレートは大きく向上するが、Ｏ２ガスが存在しなくともＳｉＯＣ膜５４のエッチング（メインエッチング）は進行する。このようにして図２（ｃ）に示すようにＳｉＯＣ膜５４がエッチングされていくが、一方においてＣＨＺ２ＦＺ３の活性種に基づいて、ＳｉＯＣ膜５４の凹部の壁面に対して堆積物の堆積作用も起こっており、エッチングと堆積作用とのバランスにより凹部の広がりが抑えられながらエッチングが進行していく。そしてこの凹部の広がりを抑える効果は後述の実験例からも明らかなように上部電極４への供給電力が１５００Ｗ以上であると大きくなる。この理由は、ＣＨ３Ｆガスの活性化の程度と堆積作用とが密接に関係しており、第１の高周波の電力を大きく設定しないと凹部の広がりが抑えきれないためと推察される。このＳｉＯＣ膜５４のエッチングにおけるメインエッチングは、例えば下地のエッチングストッパであるＳｉＣ膜５３がウェハＷの一部領域において僅かに露出したときにあるいはＳｉＣ膜５３への到達寸前にて停止するように予めシーケンスが組まれている。尚、堆積物を発生させるガスとしてＣＨ３Ｆガスを使用しているが、これに限定されるものではなく、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨＦ３ガスを使用することができる。
【００３８】
（ステップ３：オーバーエッチング）
メインエッチング終了後、高周波電源４ａ、３１ａからの給電を止めて処理室２１内におけるプラズマの発生を停止した後、ガス供給系４６からのガスの供給を止める。次に排気装置２３により処理室２１内を排気して残存しているガスを除去して処理室２１内を所定の真空度に保持した後、オーバーエッチングと呼ばれるエッチングを行う。
【００３９】
このオーバーエッチングはウェハＷの中央部と周縁部との間において同じ深さにエッチングを行うために設けられた工程である。つまり、メインエッチングでは下側のＳｉＯＣ膜５４を若干量例えば５ｎｍ残して停止して、その後メインエッチングにおいて用いたガスよりもＳｉＯＣ膜５４とその下側のＳｉＣ膜５３との間での選択比の高いガスを使用してエッチングを行い、全てのパターンにおいて均等にＳｉＣ膜５３の上面までエッチングが進行させることができる。
【００４０】
以後の工程において、従来の工程と同様レジストマスク５１のアッシングや洗浄、外観検査などが行われる。
【００４１】
上述の実施の形態によれば、図２（ｂ）のようにしてレジストマスク５１の開口寸法を減少させる前処理を行っている。この時レジストマスク５１の開口部であるホール５５の側壁に生成した堆積物は耐エッチング性を有しており、エッチング時にエッチングされないため、レジストマスク５１に設けられたパターンよりも小さな寸法のパターンをＳｉＯＣ膜５４に形成することも可能である。
【００４２】
更に続いてＣＦ４ガス、ＣＨＦ３ガス、窒素ガス及び酸素ガスの混合ガスをプラズマ化し、プラズマ化するための第１の高周波を、上部電極４または下部電極３１に対する供給電力を基板の表面積で除した大きさが１５００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ２以上となるように処理雰囲気に供給してＳｉＯＣ膜５４をエッチングするようにしている。このためコンタクトホールやビアホールなどのホール５５について良好なエッチング形状を確保しつつその口径や配線の埋め込み溝などの幅を小さく抑えることができ、またレジストマスク５１の形成時における開口部の開口寸法よりも凹部の寸法（口径あるいは溝の幅の寸法）を小さくすることもできる。従ってレジストマスク５１の形成技術においてパターンの開口部の開口寸法を減少させることが困難な微細なパターンの寸法領域であっても、設計通りあるいは極めて設計に近い凹部の寸法を確保することができ、予定している素子特性が得られる。また、レジストマスクの開口寸法よりも小さい寸法の開口部をエッチング対象の膜に形成することも可能であり、互いに隣接する例えばコンタクトホールやビアホールなどの距離が接近した場合にも、そのホール５５に埋め込まれた電極同士が短絡するおそれもない。
【００４３】
本発明では、既述の前処理を施したウェハＷのエッチングを行うことによって、この前処理を施さずにエッチングを行った場合と比較して小さな寸法のパターンをウェハＷに形成することができることから、ＳｉＯＣ膜５４のエッチングプロセスは従来行われているプロセスであっても良い。このエッチングには、例えばＣ４Ｆ８ガス、ＣＯガス及びＮ２ガスの混合ガスを用いても良い。
【００４４】
また、ＣＦ４ガス、ＣＨＦ３ガス、窒素ガス及び酸素ガスの混合ガスを用いた既述のエッチングを行うにあたっては、レジストマスク５１に対して本発明の前処理を行わなくても良い。
【００４５】
本発明においてプラズマ処理を行うウェハＷは、ＳｉＯＣ膜５４等の絶縁膜の上に直接レジストマスク５１が形成されていても良いし、ＳｉＯＣ膜５４とレジストマスク５１との間に例えば露光時の反射を防止するための反射防止膜や、更に絶縁膜と反射防止膜との間に形成されたＳｉＯ２などの酸化膜等を介して形成されていても構わない。また、低誘電率の絶縁膜としてはＳｉＯＣ膜５４に限定されること無く、半導体ウェハ等に形成された膜例えばＳｉＯＣＨ膜、ＳｉＯ２膜等の酸化膜やＳｉＯＮ膜等の窒化膜など本発明のプラズマ処理方法によってエッチング可能な膜に対して行うことができる。
【００４６】
本発明に用いるプラズマ処理装置２として、処理ガスをプラズマ化するための第１の高周波は上部電極４の代わりに下部電極３１に供給するようにし、いわゆる下部２周波の構成の装置を採用してもよい。
【００４７】
実施例
次に本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。
【００４８】
以下の実験においては、直径３００ｍｍのベアシリコン上にエッチングストッパとしての役割を果たす膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜５３、その上に膜厚２５０ｎｍのＳｉＯＣ膜５４を積層し、更にその上に膜厚２００ｎｍのレジスト膜を用いてレジストマスク５１を形成したウェハＷを用いている。図３に示す様に、レジストマスク５１には、各絶縁層の配線間の接続用の電極を埋め込むホールを形成するためのパターン５５と、各チップデバイス領域を囲むガードリングと呼ばれる溝に対応するパターン５６とが形成されている。説明の便宜上、レジストマスク５１のパターンについてもホール（５５）及びガードリングの溝（５６）と呼ぶことにする。あらかじめこの実験に用いるウェハＷの切断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により観察して、レジストマスク５１のホール５５の底部（レジストマスク５１とＳｉＯＣ膜５４との界面）の口径ｄ１及びレジストマスク５１の溝５６の底部の幅ｄ２を測定したところ、ｄ１は８６ｎｍ、ｄ２は１４２ｎｍであった。以下の実験例においても同じ手法にてｄ１及びｄ２を測定した。また、各実験においてウェハＷに対してプラズマ処理を行う装置として図１に示す装置を用いた。
【００４９】
（実験例１：前処理の評価試験）
以下のプロセス条件でウェハＷに対して前処理を行った。
上部電極４の周波数  ：６０ＭＨｚ
上部電極４の電力    ：別記
下部電極３１の周波数：１３．５６ＭＨｚ
下部電極３１の電力  ：３００Ｗ
処理圧力            ：６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス            ：ＣＦ４／ＣＨ３Ｆ＝２００／１０ｓｃｃｍ
処理時間：          ：１５ｓｅｃ
上部電極４の電力は以下に示す各例毎に設定した。
実施例１−１
上記のプロセス条件において、上部電極４の電力を１０００Ｗとした。
実施例１−２
上記のプロセス条件において、上部電極４の電力を１５００Ｗとした。
実施例１−３
上記のプロセス条件において、上部電極４の電力を２０００Ｗとした。
実施例１−４
上記のプロセス条件において、上部電極４の電力を２５００Ｗとした。
実施例１−５
上記のプロセス条件において、上部電極４の電力を３０００Ｗとした。
比較例１
上記のプロセス条件において、上部電極４の電力を５００Ｗとした。
【００５０】
実験結果
前処理を行った後の各ウェハＷにおけるレジストマスク５１のホール５５の底部の口径ｄ３及びレジストマスク５１の溝５６の底部の幅ｄ４を測定した。
【００５１】
この結果を図４に示した。この実験では全ての条件においてＳｉＯＣ膜５４に対してエッチングは起こらず、ホール５５の側壁及び溝５６の側壁に堆積物を形成して、ホール５５の底部の口径ｄ１及び溝５６の底部の幅ｄ２を減少させる効果が認められた。上部電極４の電力が１０００Ｗの条件ではホール５５の底部の口径ｄ３についてはあまり変化は見られないが、溝５６の底部の幅ｄ４については前処理を行う前の１４２ｎｍから１２７ｎｍと減少しており、従って１０００Ｗ以上において顕著な効果があると言える。尚、前処理を行う前のＳＥＭ写真のウェハＷと前処理を行った後のＳＥＭ写真のウェハＷとは異なるものであるが、ウェハＷ内、及びウェハＷ間におけるレジストマスク５１のパターンの均一性が極めて高いため、評価を行う上で影響はない。ホール５５の側壁及び溝５６の側壁に生成した堆積物は、ホール５５の底及び溝５６の底にも生成しているものと考えられるが、ホール５５の底及び溝５６の底において、堆積物を生成する速度とこの堆積物をエッチングする速度とが程良くバランスされていて、ホール５５の底及び溝５６の底に生成した堆積物は取り除かれていると推察される。この前処理は下部電極３１の電力をＳｉＯＣ膜５４のエッチングが進行しない程度の弱い電力に設定して行っており、更にエッチング効果の大きいＯ２ガスなどを使用していないため、ＳｉＯＣ膜５４はエッチングされなかったと考えられる。ホール５５の底部の口径ｄ３及び溝５６の底部の幅ｄ４は共に上部電極４の電力を増やす程減少しており、その効果は上部電極４の電力を１０００Ｗ以上とした時に顕著であった。尚、この実験においてレジストマスク５１に設けられたホール５５及び溝５６の側壁には、レジストマスク５１の表面とＳｉＯＣ膜５４との間において均等に堆積物が生成し、前処理を行う前に穿たれていた形状と同様ウェハＷに対して垂直なホール５５及び溝５６となっていた。
【００５２】
（実験例２：前処理の評価試験）
次に、上部電極４の電力を２０００Ｗに、またＣＦ４ガスの流量を２００ｓｃｃｍに設定し、ＣＨ３ＦガスとＣＦ４ガスとの流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が０〜０．２となるようにＣＨ３Ｆガスの流量を変化させた以外は、実験１と同じ条件においてウェハＷの前処理を行った。ここでＣＨ３ＦガスとＣＦ４ガスとの流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４をパラメータとして用いたのは次の理由による。前述の通りＣＦ４ガスは主としてレジストマスク５１に設けられたホール５５及び溝５６の側壁に生成した堆積物のエッチングを行うためのエッチャントであり、ＣＨ３Ｆガスは主としてＣＦ４ガスによるエッチング作用からその側壁を保護する堆積物を生成するガスであるため、それらの流量比が堆積物の形成作用に影響を及ぼすと考えられるからである。
実施例２−１
流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が０．０５となるようにＣＨ３Ｆの流量を１０ｓｃｃｍとした。
実施例２−２
流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が０．１となるようにＣＨ３Ｆの流量を２０ｓｃｃｍとした。
実施例２−３
流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が０．１５となるようにＣＨ３Ｆの流量を３０ｓｃｃｍとした。
実施例２−４
流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が０．２となるようにＣＨ３Ｆの流量を４０ｓｃｃｍとした。
比較例２
流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が０となるようにＣＨ３Ｆの流量を０ｓｃｃｍとした。
【００５３】
実験結果
各プロセス条件毎に前処理後のレジストマスク５１のホール５５の底部の口径ｄ３及びレジストマスク５１の溝５６の底部の幅ｄ４を測定した。この結果を図５に示した。ホール５５の底部の口径ｄ３と溝５６の底部の幅ｄ４とは共に、ＣＨ３ＦガスとＣＦ４ガスとの流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が０．０５（ＣＨ３Ｆガスの流量が１０ｓｃｃｍ）以上となるようにＣＨ３Ｆガスの流量を増やした場合に減少するが、流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４を、ホール５５の処理においては０．２（ＣＨ３Ｆガスの流量を４０ｓｃｃｍ）、溝５６の処理においては０．１５（ＣＨ３Ｆガスの流量を３０ｓｃｃｍ）に夫々増やした場合において、ホール５５及び溝５６の側壁だけでなく、ホール５５の底及び溝５６の底にも堆積物が生成していた。これは、ホール５５の底及び溝５６の底において、堆積物をエッチングする速度よりも堆積物を生成する速度が速かったためだと考えられる。このことからも、ＣＦ４ガスは主としてエッチャントとして堆積物に作用してエッチングを行うガスであり、ＣＨ３Ｆガスは主として堆積物を生成するガスであることがわかる。ホール５５の底及び溝５６の底に堆積物が生成した場合、その後にＳｉＯＣ膜５４のエッチングを行う際は堆積物によりＳｉＯＣ膜５４のエッチングが停止したり、あるいは進行が阻害されたりして粗悪な形状のパターンとなることが予想され、このデータにおいては、流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４の使用可能な範囲は、ホール５５については０．１５（ＣＨ３Ｆガスの流量は３０ｓｃｃｍ）以下、溝５６については０．１（ＣＨ３Ｆガスの流量は２０ｓｃｃｍ）以下であるといえる。
【００５４】
（実験例３：前処理の評価試験）
前処理に続いてＳｉＯＣ膜５４のエッチングを行い、前処理に用いた処理ガスを変更することによってエッチングの状態がどのようになるかを調べる実験を行った。プロセス条件は以下の通りである。
前処理
上部電極４の周波数  ：６０ＭＨｚ
上部電極４の電力    ：２０００Ｗ
下部電極３１の周波数：１３．５６ＭＨｚ
下部電極３１の電力  ：３００Ｗ
処理圧力            ：６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス            ：別記
メインエッチング
上部電極４の周波数  ：６０ＭＨｚ
上部電極４の電力    ：２０００Ｗ
下部電極３１の周波数：１３．５６ＭＨｚ
下部電極３１の電力  ：６００Ｗ
処理圧力            ：４．０Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス            ：ＣＦ４／ＣＨ３Ｆ／Ｎ２／Ｏ２＝５０／４０／３３０／１０ｓｃｃｍ
オーバーエッチング
上部電極４、下部電極３１の周波数：メインエッチングと同じ
上部電極４の電力    ：４００Ｗ
下部電極３１の電力  ：１７００Ｗ
処理圧力            ：６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス            ：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２＝１０／１０００／１２０ｓｃｃｍ
実施例３
前処理の処理ガス：ＣＦ４／ＣＨ３Ｆ＝２００／１０ｓｃｃｍ
比較例３
前処理の処理ガス：Ｃ４Ｆ８／Ｎ２＝１０／３００ｓｃｃｍ
【００５５】
実験結果
エッチング後のＳｉＯＣ膜５４に形成されたホール５５及び溝５６の断面形状をＳＥＭにより観察した。
【００５６】
その結果、実施例３のプロセス条件にて前処理を行い、エッチングした後のＳｉＯＣ膜５４のホール及び溝の断面は良好な形状となっていたが、比較例３のプロセス条件にて前処理を行いエッチングを行ったＳｉＯＣ膜５４のホール及び溝の断面は段差を生じていた。つまり、ホール（あるいは溝）の上部側が広く、下に向かう途中段差が生じて狭くなっていた。比較例３におけるプロセス条件ではレジストマスク５１のホール５５及び溝５６の側壁に堆積物が生成されないので、ＳｉＯＣ膜５４のエッチング時にレジストマスク５１がエッチングされ、このためＳｉＯＣ膜５４のエッチング形状が乱れると考えられる。
【００５７】
（実験例４：エッチングの評価試験）
前処理を行う前のウェハＷを使用し、以下のプロセス条件でＳｉＯＣ膜５４をエッチングした。
メインエッチング
処理ガス    ：別記
その他の条件：実験３と同じ
オーバーエッチング
各条件      ：実験３と同じ
実施例４−１
メインエッチングの処理ガス：ＣＦ４／ＣＨ２Ｆ２／Ｎ２／Ｏ２＝５０／４０／３３０／１０ｓｃｃｍ
実施例４−２
メインエッチングの処理ガス：ＣＦ４／ＣＨ３Ｆ／Ｎ２／Ｏ２＝５０／４０／３３０／１０ｓｃｃｍ
比較例４
メインエッチングの処理ガス：Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ｎ２＝１０／９０／３３０ｓｃｃｍ
【００５８】
実験結果
ウェハＷのエッチング後、レジストマスク５１をアッシング処理により除去し、ＳＥＭによりＳｉＯＣ膜５４に形成されたホール及び溝の断面形状を観察して、図３（ｃ）に示すようにＳｉＯＣ膜５４のホール５７の上端の口径ｄ５及びＳｉＯＣ膜５４の溝５８の上端の幅ｄ６を測定した。この時形成されたＳｉＯＣ膜５４のホール５７の表面からの深さ及びＳｉＯＣ膜５４の溝５８の表面からの深さには各プロセス条件による差異は確認されなかったため、後述のようなホール５７の口径の増加量及び溝５８の幅の増加量を規格化せずに評価した。
【００５９】
比較例４のプロセス条件にてエッチングを行ったウェハＷのＳｉＯＣ膜５４のホール５７の上端の口径ｄ５は１４３ｎｍ、ＳｉＯＣ膜５４の溝５８の上端の幅ｄ６は２０７ｎｍとなっていた。一方、実験例４−１のプロセス条件にてＳｉＯＣ膜５４のエッチングを行った場合、ＳｉＯＣ膜５４のホール５７の上端の口径ｄ５は１２３ｎｍ、ＳｉＯＣ膜５４の溝５８の上端の幅ｄ６は１８８ｎｍとなっており、ホール５７及び溝５８の狭小化が確認された。実施例４−２のプロセス条件でのエッチングにおいてもＳｉＯＣ膜５４のホール５７の上端の口径ｄ５は１１４ｎｍ、ＳｉＯＣ膜５４の溝５８の上端の幅ｄ６は１８８ｎｍとなっており、ホール５７及び溝５８の狭小化が確認された。実施例４−１及び実施例４−２のプロセス条件にて用いた処理ガスには、レジストマスク５１を侵食する作用を及ぼす酸素ガスが含まれているが、これらの実施例ではホール５７及び溝５８の狭小化作用が確認されたことから、メインエッチングの際、処理ガスに含まれるガスがプラズマ化してレジストマスク５１の表面とレジストマスク５１のホール５５の側壁及びレジストマスク５１の溝５６の側壁とを保護する堆積物を形成しているものと推察される。
【００６０】
（実験例５：前処理＋エッチングの評価試験）
実験例４の実施例４−２において、ＳｉＯＣ膜５４のエッチングを行う前に実験例１における実験例１−３の条件でレジストマスク５１に対して前処理を行った。その結果前処理及びエッチングの効果が重なり合い、エッチング後のＳｉＯＣ膜５４のホール５７の上端の口径は９１ｎｍ、ＳｉＯＣ膜５４の溝５８の上端の幅は１６５ｎｍとなっていた。このことから、この前処理とこのエッチングとはお互いの効果を阻害することなく、連続したプロセスとしてウェハＷを処理できることが分かった。
【００６１】
（実験例６：エッチングの評価試験）
前処理を行う前のウェハＷを用いて、ＳｉＯＣ膜５４に対して実験例４における実施例４−２と同様の条件でメインエッチングを行うと共に上部電極４の電力については以下のように種々変更し、上部電極４の電力がＳｉＯＣ膜５４の凹部の拡大化抑制に及ぼす影響について調べた。
実施例６−１
上部電極４の電力を１０００Ｗとした。
実施例６−２
上部電極４の電力を１５００Ｗとした。
実施例６−３
上部電極４の電力を２０００Ｗとした。
実施例６−４
上部電極４の電力を２５００Ｗとした。
実施例６−５
上部電極４の電力を３０００Ｗとした。
比較例６−１
上部電極４の電力を０Ｗとした。通常０Ｗではプラズマは発生しないが、この例では下部電極３１に６００Ｗの電力を印加しているため、この条件においてもプラズマは発生してＳｉＯＣ膜５４はエッチングされる。
比較例６−２
上部電極４の電力を５００Ｗとした。
【００６２】
実験結果
ＳｉＯＣ膜５４のエッチング後、ＳＥＭによりＳｉＯＣ膜５４のホール５７及び溝５８の断面形状を観察して、ホール５７の上端の口径ｄ５及び溝５８の上端の幅ｄ６と、ホール５７の表面からの深さｈ１及び溝５８の表面からの深さｈ２と、を測定した。この実験例６では、上部電極４の電力を増やす程ＳｉＯＣ膜５４は深くエッチングされており、各プロセスにおけるＳｉＯＣ膜５４のホール５７の上端の口径ｄ５やＳｉＯＣ膜５４の溝５８の上端の幅ｄ６を単純に比較しただけでは適切な評価といえるか疑問であると考えた。そこで、各プロセス条件において得られたエッチングの結果を相対的に比較するため、エッチングによって増加したホール５７の口径及び溝５８の幅をそれぞれのエッチング後の深さで除して、単位深さ当たりのホール５７の口径の増加量をｒ１（ｒ１＝（ｄ５−ｄ１）／ｈ１）、単位深さ当たりの溝５８の幅の増加量をｒ２（ｒ２＝（ｄ６−ｄ２）／ｈ２）と規格化して評価した。つまりこの値はＳｉＯＣ膜５４に形成されたホール５７や溝５８のテーパーの度合いを示す値となっており、この値が小さい程、拡大化抑制の効果が大きいことを示している。
【００６３】
図６にこの結果を示した。単位深さ当たりのホール５７の口径の増加量ｒ１と単位深さ当たりの溝５８の幅の増加量ｒ２とは共に上部電極４の電力を増やす程減少しており、その減少量は上部電極４の電力を１５００Ｗ以上に増やした場合に顕著である。更に、３０００Ｗでは単位深さ当たりのホール５７の口径の増加量ｒ１と単位深さ当たりの溝５８の幅の増加量ｒ２とはほとんど０となっており、つまりエッチング後にホール５７の口径及び溝５８の幅が増加していないことを示している。ウェハＷは直径３００ｍｍであるため、ウェハＷの単位面積当たりにおける上部電極４から供給される電力は、０．０２１Ｗ／ｍｍ２（１５００Ｗ／７０６８５．８ｍｍ２）以上であればＳｉＯＣ膜５４をエッチングする際に凹部（ホール５７や溝５８）の広がりを抑える効果が大きいと言える。
【００６４】
（実験例７：エッチングの評価試験）
実験例６と同様前処理を行う前のウェハＷを用いて、ＳｉＯＣ膜５４に対して実験例６における実施例６−３と同様の条件でメインエッチングを行うと共にＣＨ３Ｆガスの流量についてはＣＨ３ＦガスとＣＦ４ガスとの流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が０〜１．２となるように種々変化させて、流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４がＳｉＯＣ膜５４の凹部の狭小化に及ぼす影響について調べた。
実施例７−１
流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が０．２となるようにＣＨ３Ｆの流量を１０ｓｃｃｍとした。
実施例７−２
流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が０．４となるようにＣＨ３Ｆの流量を２０ｓｃｃｍとした。
実施例７−３
流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が０．６となるようにＣＨ３Ｆの流量を３０ｓｃｃｍとした。
実施例７−４
流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が０．８となるようにＣＨ３Ｆの流量を４０ｓｃｃｍとした。
実施例７−５
流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が１となるようにＣＨ３Ｆの流量を５０ｓｃｃｍとした。
実施例７−６
流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が１．２となるようにＣＨ３Ｆの流量を６０ｓｃｃｍとした。
比較例７
流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が０となるようにＣＨ３Ｆの流量を０ｓｃｃｍとした。
【００６５】
実験結果
実験６と同様にＳｉＯＣ膜５４のエッチングを行い、単位深さ当たりのホール５７の口径の増加量ｒ１及び単位深さ当たりの溝５８の幅の増加量ｒ２を求めた。
【００６６】
この結果を図７に示した。単位深さ当たりのホール５７の口径の増加量ｒ１及び単位深さ当たりの溝５８の幅の増加量ｒ２とは共に、ＣＨ３ＦガスとＣＦ４ガスとの流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が０．２（ＣＨ３Ｆガスの流量が１０ｓｃｃｍ）以上となるようにＣＨ３Ｆガスの流量を増やした場合に減少するが、流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が０．４（ＣＨ３Ｆガスの流量が２０ｓｃｃｍ）程度においてその減少は止まり、流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が１（ＣＨ３Ｆガスの流量が５０ｓｃｃｍ）以上では若干増加傾向を示していた。このエッチングでは、レジストマスク５１のホール５５の側壁及びレジストマスク５１の溝５６の側壁への耐エッチング性を有する堆積物の形成とＳｉＯＣ膜５４のエッチングとが同時に進行するため、その反応機構は複雑であり正確な原因はつかめていないが、ＣＨ３Ｆガスの量を増やした場合、ＳｉＯＣ膜５４のホール５７の上部及びＳｉＯＣ膜５４の溝５８の上部にＳｉＯＣ膜５４との密着強度が弱く耐エッチング性の低い堆積物が形成されているのではないかと推察される。しかしその生成量はごくわずかであり、ＣＨ３Ｆガスを使用しない比較例７に対してＳｉＯＣ膜５４のホール５７及び溝５８の拡大化抑制の効果が認められる。この効果はホール５７及び溝５８の両方において流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４が２（ＣＨ３Ｆガスの流量が１００ｓｃｃｍ）程度まで確認されたため、流量比ＣＨ３Ｆ／ＣＦ４の使用可能範囲の上限は２であることが分かった。
【００６７】
（実験例８：前処理＋エッチングの評価試験）
実験例１の実施例１−１、実施例１−３及び実施例１−５のプロセス条件において前処理を行った各々のウェハＷに対して、実験例６の実施例６−１、実施例６−３、実施例６−５のプロセス条件においてエッチングを行った。つまり、前処理及びエッチングにおいて、それぞれ上部電極４の電力を種々変えて実験を行った。以下に前処理のプロセス条件とエッチングのプロセス条件との組み合わせを示す。
実施例８−１
実施例１−１のプロセス条件（上部電極４の電力１０００Ｗ）で前処理をした後、実施例６−１のプロセス条件（上部電極４の電力１０００Ｗ）でエッチングを行った。
実施例８−２
実施例１−１のプロセス条件（上部電極４の電力１０００Ｗ）で前処理をした後、実施例６−３のプロセス条件（上部電極４の電力２０００Ｗ）でエッチングを行った。
実施例８−３
実施例１−１のプロセス条件（上部電極４の電力１０００Ｗ）で前処理をした後、実施例６−５のプロセス条件（上部電極４の電力３０００Ｗ）でエッチングを行った。
実施例８−４
実施例１−３のプロセス条件（上部電極４の電力２０００Ｗ）で前処理をした後、実施例６−１のプロセス条件（上部電極４の電力１０００Ｗ）でエッチングを行った。
実施例８−５
実施例１−３のプロセス条件（上部電極４の電力２０００Ｗ）で前処理をした後、実施例６−３のプロセス条件（上部電極４の電力２０００Ｗ）でエッチングを行った。
実施例８−６
実施例１−３のプロセス条件（上部電極４の電力２０００Ｗ）で前処理をした後、実施例６−５のプロセス条件（上部電極４の電力３０００Ｗ）でエッチングを行った。
実施例８−７
実施例１−５のプロセス条件（上部電極４の電力３０００Ｗ）で前処理をした後、実施例６−１のプロセス条件（上部電極４の電力１０００Ｗ）でエッチングを行った。
実施例８−８
実施例１−５のプロセス条件（上部電極４の電力３０００Ｗ）で前処理をした後、実施例６−３のプロセス条件（上部電極４の電力２０００Ｗ）でエッチングを行った。
実施例８−９
実施例１−５のプロセス条件（上部電極４の電力３０００Ｗ）で前処理をした後、実施例６−５のプロセス条件（上部電極４の電力３０００Ｗ）でエッチングを行った。
【００６８】
実験結果
上記の通り各例毎にＳｉＯＣ膜５４の前処理及びエッチングを行い、単位深さ当たりのホール５７の口径の増加量ｒ１及び単位深さ当たりの溝５８の幅の増加量ｒ２を求めた。
【００６９】
この結果を表１に示した。実験例１において確認された効果（前処理における上部電極４の電力を増加させるとレジストマスク５１のホール５５の底部の口径ｄ１及びレジストマスク５１の溝５６の底部の幅ｄ２は減少する）と、実験例６において確認された効果（エッチングにおける上部電極４の電力を増加させると単位深さ当たりのホール５７の口径の増加量ｒ１と単位深さ当たりの溝５８の幅の増加量ｒ２は減少する）とは、お互いの効果を阻害することなく重なり合い、ＳｉＯＣ膜５４のホール５７の口径ｄ５及び溝５８の幅ｄ６を減少させることが分かった。このことから、前処理によって減少したホール５５の口径ｄ３及び溝５６の幅ｄ４は、その後のエッチングにおいても維持されてエッチングされることがわかった。尚、この表におけるデータはマイナスの値を示しているが、これは前処理を行う前のレジストマスク５１のパターン（ホール５５または溝５６）の底部の寸法（ｄ１またはｄ２）と比較して、エッチングを行った後のＳｉＯＣ膜５４のパターン（ホール５７または溝５８）の寸法（ｄ５またはｄ６）が減少していることを示している。
【００７０】
（表１）（ａ）単位深さ当りのホール５７の口径の増加量ｒ１（−）
2007194284.tif 000003
【００７１】
（ｂ）単位深さ当りの溝５８の幅の増加量ｒ２（−）
2007194284.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の一例を示す平面図である。
【図２】本発明のプラズマ処理に用いられるウェハＷの構成を示す図である。
【図３】本発明における実験例に用いたウェハＷの構成を示す図である。
【図４】本発明における実験例１の結果を示す図である。
【図５】本発明における実験例２の結果を示す図である。
【図６】本発明における実験例６の結果を示す図である。
【図７】本発明における実験例７の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
２      プラズマ処理装置
２１    処理室
３      載置台
３１    下部電極
３１ａ  高周波電源
４      上部電極
４ａ    高周波電源
５１    レジストマスク
５４    ＳｉＯＣ膜
５５    ホール
５６    溝
【図１】
2007194284.tif 000005
【図２】
2007194284.tif 000006
【図３】
2007194284.tif 000007
【図４】
2007194284.tif 000008
【図５】
2007194284.tif 000009
【図６】
2007194284.tif 000010
【図７】
2007194284.tif 000011