(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体の所定層に形成された孔の開口面積よりも大きな開口面積を有し，かつ前記孔の開口を含む開口パターンを備えたフォトレジスト膜をマスクとして前記所定層の途中までプラズマエッチング処理を施した後に，前記フォトレジスト膜をアッシング処理により除去するプラズマ処理方法であって：
前記被処理体に第１電力のバイアス用高周波電力を印加し，処理ガスをプラズマ化し、アッシング処理により前記フォトレジスト膜を、前記プラズマエッチング処理時に形成されたビアホールの開口周囲のフェンス部とともに除去する第１のアッシング工程と；
アッシング処理中であって前記フォトレジスト膜の残存中に，前記第１電力のバイアス用高周波電力を前記第１電力よりも小さい第２電力のバイアス用高周波電力に切り替え，前記被処理体に前記第２電力のバイアス用高周波電力を印加する第２のアッシング工程と；
を含むことを特徴とする，プラズマ処理方法。
【請求項２】
被処理体の所定層に形成された孔の開口面積よりも大きな開口面積を有し，かつ前記孔の開口を含む開口パターンを備えたフォトレジスト膜をマスクとして前記所定層の途中までプラズマエッチング処理を施した後に，前記フォトレジスト膜をアッシング処理により除去するプラズマ処理方法であって：
前記被処理体にバイアス用高周波電力を印加し，処理ガスをプラズマ化し、アッシング処理により前記フォトレジスト膜を、前記プラズマエッチング処理時に形成されたビアホールの開口周囲のフェンス部とともに除去する第１のアッシング工程と；
アッシング処理中であって前記フォトレジスト膜の残存中に，前記バイアス用高周波電力の印加を停止する第２のアッシング工程と；
を含むことを特徴とする，プラズマ処理方法。
【請求項３】
前記フォトレジスト膜は，前記被処理体に形成されたＳｉＯ２膜に所定パターンを形成するマスク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】
前記フォトレジスト膜は，前記被処理体に形成された有機系材料膜に所定パターンを形成するマスク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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，プラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に，プラズマエッチング技術により，被処理体に所定パターンを形成する場合には，フォトレジスト膜がマスクとして使用されている。フォトレジスト膜は，通常，エッチング処理後には除去する必要がある。そこで，従来，フォトレジスト膜を除去する技術として，プラズマアッシング技術が提案されている。プラズマアッシング処理には，処理室内に上部電極と下部電極とを対向配置したプラズマアッシング装置が使用されている。かかる装置では，上部電極に所定周波数の高周波電力を印加するとともに，下部電極に上記周波数よりも低い周波数の高周波電力を印加する。その結果，処理室内に導入された処理ガスがプラズマ化し，下部電極上に載置された被処理体に形成されたフォトレジスト膜が除去（アッシング）される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上述したアッシング処理方法では，下部電極上の被処理体に対して一定電力のバイアス用高周波電力を連続的に印加するために，処理終了時までプラズマ中のイオンが被処理体に過度に作用する。このため，例えば図５（ａ）に示すダマシン構造を有する被処理体１０では，層間絶縁膜のＳｉＯ２膜１２上のフォトレジスト膜が除去されるだけではなく，ＳｉＯ２膜１２に形成されたビアホール１４の肩部１４ａや溝部１６の肩部１６ａも削られる。さらに，ビアホール１４の内径や，溝部１６の短手方向の断面幅も広がる。その結果，被処理体１０に超微細な配線構造を形成できないという問題点がある。なお，被処理体１０のＳｉＯ２膜１２の下方には，ＴｉＮ膜１８とＷ膜２０がそれぞれ形成されている。
【０００４】
また，上述したアッシング方法とは異なり，被処理体にバイアス用高周波電力を印加しないで処理を行った場合には，被処理体へのイオンおよびラジカルの導入量が少なくなる。このため，図５（ｂ）に示すように，ビアホール１４の肩部１４ａおよび溝部１６の肩部１６ａは削られず，かつビアホール１４の内径および溝部１６の短手方向の断面幅も広がることはない。しかしながら，本アッシング方法では，エッチング処理時に形成されたいわゆるフェンス部１４ｂが除去されずに残ってしまう。なお，フェンス部１４ｂは，ビアホール１４の開口部周囲から溝部１６上方に張り出す張り出し部である。その結果，ビアホール１４内や溝部１６内に，所定の配線構造を形成できないという問題点がある。
【０００５】
本発明は，従来の技術が有する上記問題点に鑑みて成されたものであり，本発明の目的は，上記問題点およびその他の問題点を解決することが可能な，新規かつ改良されたプラズマ処理方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，請求項１に記載の発明のように，処理室内に導入された処理ガスをプラズマ化し，処理室内に配置された被処理体に形成されたフォトレジスト膜を除去するプラズマ処理方法であって，被処理体に第１電力のバイアス用高周波電力を印加する工程と，処理ガスをプラズマ化する工程と，フォトレジスト膜の残存中に，第１電力のバイアス用高周波電力を第１電力よりも小さい第２電力のバイアス用高周波電力に切り替え，被処理体に第２電力のバイアス用高周波電力を印加する工程と，を含むことを特徴とする，プラズマ処理方法が提供される。
【０００７】
本発明によれば，まず被処理体に第１電力のバイアス用高周波電力を印加しながらプラズマ処理を行う。第１電力は，被処理体に比較的エネルギーが高いイオンを導入可能な電力に設定される。このため，フォトレジスト膜の除去と同時に，例えばエッチング処理時に被処理体に形成されたフェンス部を除去することができる。また，本発明によれば，フォトレジスト膜の残存中に，被処理体に印加する高周波電力を第１電力から第２電力に切り替えてプラズマ処理を行う。第２電力は，被処理体に比較的エネルギーが小さいイオンを導入可能な電力に設定される。このため，フォトレジスト膜の下層構造が削られることを抑えながら，フォトレジスト膜を除去することができる。
【０００８】
また，本発明の第２の観点によれば，請求項２に記載の発明のように，処理室内に導入された処理ガスをプラズマ化し，処理室内に配置された被処理体に形成されたフォトレジスト膜を除去するプラズマ処理方法であって，被処理体にバイアス用高周波電力を印加する工程と，処理ガスをプラズマ化する工程と，フォトレジスト膜の残存中に，バイアス用高周波電力の印加を停止する工程と，を含むことを特徴とする，プラズマ処理方法が提供される。
【０００９】
本発明によれば，まず被処理体にバイアス用高周波電力を印加してプラズマ処理を行う。バイアス用高周波電力は，例えば上述した第１電力程度の電力に設定される。このため，フォトレジスト膜とフェンス部の除去と同時に行うことができる。また，本発明によれば，フォトレジスト膜の残存中に，被処理体へのバイアス用高周波電力の供給を停止する。このため，被処理体へ導入されるイオンのエネルギーが小さくなるので，フォトレジスト膜の下層構造が削られることなく，フォトレジスト膜を除去することができる。
【００１０】
また，本発明の第３あるいは第４の観点によれば，請求項３あるいは請求項４に記載の発明のように，被処理体の所定層に形成された孔の開口面積よりも大きな開口面積を有し，かつ孔の開口を含む開口パターンを備えたフォトレジスト膜をマスクとして所定層の途中までプラズマエッチング処理を施した後に，フォトレジスト膜を除去するプラズマ処理方法であって，上述した請求項１あるいは請求項２に記載の発明と同様の各工程を含むことを特徴とする，プラズマ処理方法が提供される。
【００１１】
上記被処理体にプラズマエッチング処理を行うと，孔の開口周囲にフェンス部が形成される。従って，上述した請求項１あるいは請求項２に記載の発明と同様の各工程により処理を行えば，フォトレジスト膜およびフェンス部の除去を同時に行え，かつ所定形状のパターンを維持できる。
【００１２】
さらに，本発明は，例えば請求項５や請求項６に記載の発明のように，フォトレジスト膜が，被処理体に形成されたＳｉＯ２膜や有機系材料膜に所定パターンを形成するマスクである場合に適用されることが好ましい。例えばダマシン構造を形成するために，プラズマエッチング処理によりフォトレジスト膜をマスクとしてＳｉＯ２膜や有機系材料膜をパターニングすると，該パターニング部分にフェンス部が形成される。また，ＳｉＯ２や有機系材料は，プラズマにより削られ易い材料である。従って，上述した請求項１〜請求項４に記載の発明に基づいてフォトレジスト膜を除去すれば，同時にフェンス部を除去できるとともに，ＳｉＯ２膜や有機系材料膜に形成されたパターンの損傷を防止できる。
【００１３】
【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方法を，プラズマアッシング方法に適用した好適な実施の形態について，詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
（１）アッシング装置の構成
まず，図１を参照しながら，本実施の形態にかかるアッシング方法を適用可能なアッシング装置１００の構成について説明する。処理室１０２は，導電性の気密な処理容器１０４内に形成されている。処理容器１０４は，保安接地されている。処理室１０２内には，導電性の下部電極１０６が配置されている。下部電極１０６は，ウェハＷの載置台を兼ねている。下部電極１０６の載置面には，静電チャック１０８が設けられている。静電チャック１０８は，高圧直流電源１１０から出力された高圧直流電圧を印加することにより，ウェハＷを吸着保持する。また，下部電極１０６上には，リング体１１２が設けられ，載置されたウェハＷの周囲を囲むように配置されている。また，下部電極１０６は，不図示の駆動機構の作動により，昇降軸１１４と絶縁部材１１５とを介して，昇降自在に構成されている。
【００１５】
また，下部電極１０６には，第１高周波電源１１６が第１整合器１１８を介して接続されている。第１高周波電源１１６は，後述の本実施の形態にかかるバイアス用高周波電力を出力し，下部電極１０６に印加する。また，第１高周波電源１１６には，制御器１２０が接続されている。制御器１２０は，第１高周波電源１１６を制御して，バイアス用高周波電力の出力を調整する。なお，バイアス用高周波電力の制御構成については，以下で詳述する。
【００１６】
また，処理室１０２内には，下部電極１０６の載置面と対向して，導電性の上部電極１２２が配置されている。上部電極１２２は，絶縁部材１２４を介して，処理容器１０４に設けられている。また，上部電極１２２には，多数のガス吐出孔１２２ａが形成されている。従って，処理室１０２内には，ガス供給源１２６から供給される処理ガスが，流量調整バルブ１２８と開閉バルブ１３０とガス吐出孔１２２ａとを介して供給される。また，処理室１０２内のガスは，不図示の真空ポンプにより，排気管１３２を介して排気される。また，上部電極１２２には，第２高周波電源１３４が第２整合器１３６を介して接続されている。第２高周波電源１３４は，プラズマ生成用高周波電力を出力し，上部電極１２２に印加する。
【００１７】
（２）ウェハの構成
次に，アッシング処理を施すウェハＷについて説明する。ウェハＷは，図２（ａ）に示すように，すでに成膜処理やエッチング処理などの各種処理が施され，ダマシン構造を有している。すなわち，ウェハＷには，配線用のＷ膜２００が形成されている。Ｗ膜２００上には，Ｗ膜２００の酸化防止用のＴｉＮ膜２０２を介して，層間絶縁膜のＳｉＯ２膜（所定層）２０４が積層されている。また，ＳｉＯ２膜２０４には，プラズマエッチング処理により，配線材料を埋め込むビアホール（孔）２１０と溝部２１２とが順次形成されている。溝部２１２の断面幅は，ビアホール２１０の断面幅よりも広く形成されている。また，溝部２１２底部のビアホール２１０の開口部周囲には，エッチング時に形成された溝部２１２上方に張り出すフェンス部２１４が形成されている。また，ＳｉＯ２膜２０４上には，反射防止膜２０６を介して，エッチング処理時にマスクとして使用したフォトレジスト膜２０８が積層されている。フォトレジスト膜２０８には，図２（ａ），上記エッチング処理前の状態を示す図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように，ビアホール２１０の開口面積よりも大きな開口面積を有するとともに，ビアホール２１０の開口部と連通する略溝状の開口パターン２１６が形成されている。なお，本実施の形態では，後述するように，フォトレジスト膜２０８だけではなく，反射防止膜２０６も同時に除去する。また，本実施の形態は，上述したＳｉＯ２膜２０４に代えて有機系材料膜を採用した場合にも適用することができる。
【００１８】
（３）アッシング処理
次に，フォトレジスト膜２０８のアッシング処理について，詳述する。まず，図１に示す下部電極１０６上に，上述した図２（ａ）に示すウェハＷを載置する。次いで，処理ガス供給源１２６から処理室１０２内に処理ガス，例えばＯ２とＡｒとの混合ガスを導入する。また，処理室１０２内を真空引きして１０ｍＴｏｒｒに維持する。その後，上部電極１２２に対して，例えば６０ＭＨｚで１ｋＷのプラズマ生成用高周波電力を印加する。同時に，下部電極１０６に対して，例えば２ＭＨｚで第１電力の２５０Ｗのバイアス用高周波電力を印加する。
【００１９】
処理ガスは，プラズマ生成用高周波電力によってプラズマ化する。また，プラズマ中のイオンは，バイアス用高周波電力によってウェハＷに導入される。その結果，フォトレジスト膜２０８は，図２（ｂ）に示すようにアッシングされる。また，ウェハＷには，下部電極１０６を介して，後述の第２電力よりも相対的に大きく，上述した従来のアッシング方法と同程度の大きさの第１電力のバイアス用高周波電力が印加されている。このため，ウェハＷには，比較的高いエネルギーのイオンが導入される。その結果，フォトレジスト膜２０８が削られると同時に，フェンス部２１４も除去することができる。
【００２０】
また，本実施の形態では，第１電力のバイアス用高周波電力の印加時に，フォトレジスト膜２０８および反射防止膜２０６が残存している。このため，ＳｉＯ２膜２０４の上面と溝部２１２の肩部２１２ａは，フォトレジスト膜２０８と反射防止膜２０６により保護されている。従って，ＳｉＯ２膜２０４の上面と溝部２１２の肩部２１２ａは，イオンに曝されず，削られない。その結果，溝部２１２の形状とＳｉＯ２膜２０４の厚みを，エッチング処理時の状態のまま維持することができる。
【００２１】
次いで，フォトレジスト膜２０８の残存中に，制御器１２０の制御により，下部電極１０６に印加する電力を上記第１電力から第２電力のバイアス用高周波電力に切り替える。第２電力は，上記第１電力よりも相対的に小さい，例えば１０Ｗ以下の電力である。このため，第２電力のバイアス用高周波電力の印加時には，ウェハＷに導入されるイオンのエネルギーが減少する。その結果，図２（ｃ）に示すように，ＳｉＯ２膜２０４およびＴｉＮ膜２０２が削られずに，フォトレジスト膜２０８と反射防止膜２０６を除去することができる。なお，その他の条件は，上記第１電力のバイアス用高周波電力印加時と同様である。
【００２２】
また，第１電力から第２電力のバイアス用高周波電力に切り替えるタイミングは，上記の如くフォトレジスト膜２０８の残存中，好ましくは図２（ｂ）に示すフォトレジスト膜２０８の残存中でフェンス部２１４が除去された後に設定されている。かかる構成により，図２（ｃ）に示すように，フォトレジスト膜２０８および反射防止膜２０６の除去と，フェンス部２１４の除去とを，同一の工程で行うことができる。また，かかる場合でも，ビアホール２１０の肩部２１０ａおよび溝部２１２ａが削られることを抑えることができる。
【００２３】
また，上記電力の切り替えタイミングは，フォトレジスト膜２０８が除去されるまでの時間とフェンス部２１４が除去されるまでの時間とから予め算出され，制御器１２０に設定される。制御器１２０は，上記切り替えタイミングに基づき，第１高周波電源１１６を制御する。かかる構成により，第１高周波電源１１６は，処理開始から上記電力の切り替え時までは，下部電極１０６に第１電力のバイアス用高周波電力を出力する。また，第１高周波電源１１６は，上記電力の切り替え時から処理終了時までは，下部電極１０６に第２電力のバイアス用高周波電力を出力する。
【００２４】
（第２の実施の形態）
次に，本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態の特徴は，フォトレジスト膜２０８の残存中に，下部電極１０６に印加する第１電力のバイアス用高周波電力の供給を停止することである。なお，本実施の形態が適用される装置，下部電極１０６へのバイアス用高周波電力の印加条件以外の各条件，およびアッシング処理を施すウェハＷは，上述した第１の実施の形態と同一なので説明を省略する。
【００２５】
本実施の形態では，まず上記第１の実施の形態と同様に，図１に示す下部電極１０６に第１電力のバイアス用高周波電力を印加して，下部電極１０６に載置された図２（ａ）に示すウェハＷにアッシング処理を施す。その結果，図２（ｂ）に示すように，フォトレジスト膜２０８がアッシングされると同時に，フェンス部２１４が除去される。
【００２６】
次いで，制御器１２０により第１高周波電源１１６を制御して，上記第１の実施の形態と同様に，図２（ｂ）に示すフォトレジスト膜２０８の残存中でフェンス部２１４が除去された後に，第１電力のバイアス用高周波電力の出力を停止する。その結果，ウェハＷに導入されるイオンのエネルギーが減少する。このため，図２（ｃ）に示すように，ＳｉＯ２膜２０４およびＴｉＮ膜２０２が削られずに，フォトレジスト膜２０８と反射防止膜２０６を除去することができる。
【００２７】
以上，本発明の好適な実施の形態について，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において，当業者であれば，各種の変更例および修正例に想到し得るものであり，それら変更例および修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００２８】
例えば，上記実施の形態において，ビアホールの上方に溝部が形成されたウェハにアッシング処理を施す構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されず，例えば下記の各工程により形成されたウェハにアッシング処理を施す場合にも本発明を適用することができる。すなわち，図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように，まずウェハＷのＳｉＯ２膜２０８上に，略円形状の開口パターン３００を有するフォトレジスト膜２０８を形成する。該開口パターン３００は，第１コンタクトホール３０２と連通するように配置され，第１コンタクトホール３０２の開口面積よりも大きな開口面積を有するように形成する。次いで，ウェハＷに，フォトレジスト膜２０８をマスクとして，第１コンタクトホール３０２の所定深さまでＳｉＯ２膜２０４をエッチング処理を施し，第１コンタクトホール３０２上に第１コンタクトホール３０２よりも内径が大きい第２コンタクトホールを形成する。当該ウェハＷでは，第２コンタクトホール底部の第１コンタクトホール３０２の開口周囲にフェンス部が形成される。従って，かかるウェハＷに上述した第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態にかかるアッシング処理を施せば，形成されたパターン形状を損なうことなく，フォトレジスト膜２０８およびフェンス部の除去を同時に行うことができる。なお，第１の実施の形態で説明したアッシング処理前のウェハＷも，開口パターンの形状が異なること以外，上述した各工程を行うことにより形成される。
【００２９】
また，上記実施の形態において，平行平板型のプラズマエッチング装置を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されず，マイクロ波型プラズマ処理装置や，電子サイクロトロン共鳴型プラズマ処理装置や，誘導結合型プラズマ処理装置などの各種プラズマ処理装置にも本発明を適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば，エッチング処理時に被処理体に形成されたパターンの形状を維持したまま，フォトレジスト膜の除去と同時に，エッチング処理時に形成されたフェンス部を除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なアッシング装置を示す概略的な断面図である。
【図２】（ａ）はアッシング処理前のウェハを示す概略的な断面図であり，（ｂ）はアッシング処理中のバイアス用高周波電力の切り替え時のウェハを示す概略的な断面図であり，（ｃ）はアッシング処理後のウェハを示す概略的な断面図である。
【図３】（ａ）はアッシング処理前，かつエッチング処理により溝部が形成される前のウェハを示す概略的な平面図であり，（ｂ）は（ａ）に示すウェハをＡ−Ａ線に沿う平面で切断した概略的な断面図である。
【図４】（ａ）は本発明を適用可能な他のアッシング処理前，かつエッチング処理によりコンタクトホールが形成される前のウェハを示す概略的な平面図であり，（ｂ）は（ａ）に示すウェハをＢ−Ｂ線に沿う平面で切断した概略的な断面図である。
【図５】（ａ）は一定電力のバイアス用高周波電力を連続印加する従来のアッシング処理後のウェハを示す概略的な断面図であり，（ｂ）はバイアス用高周波電力を印加しない従来のアッシング処理後のウェハを示す概略的な断面図である。
【符号の説明】
１００      アッシング装置
１０２      処理室
１０６      下部電極
１１６      第１高周波電源
１２０      制御器
１２２      上部電極
１２６      処理ガス供給源
１３４      第２高周波電源
２０４      ＳｉＯ２膜
２０８      フォトレジスト膜
２１０      ビアホール
２１２      溝部
２１４      フェンス部
２１６      開口パターン
Ｗ        ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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