(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧自在な処理室内に所定の処理ガスを導入し，所定の減圧雰囲気の下で前記処理室内にプラズマを発生させて，前記処理室内の被処理体の被処理面に形成された酸化シリコン系材料層にエッチング処理を施す処理装置におけるドライエッチング方法であって，
前記処理装置は，平行平板型エッチング装置であり，
前記処理ガスは，Ｃ3Ｆ6，Ｏ2およびＡｒから成る混合ガスであり，前記混合ガスは，前記Ｃ3Ｆ6および前記Ｏ2の流量比が０．１≦Ｏ2／Ｃ3Ｆ6≦１．０に設定され，前記Ｃ3Ｆ6の分圧が０．５ｍＴｏｒｒ〜２．０ｍＴｏｒｒに設定され，前記被処理体に形成されたレジスト層に対して酸化シリコン系材料層の選択比が５以上であるようにエッチングすることを特徴とする，ドライエッチング方法。
【請求項２】
減圧自在な処理室内に所定の処理ガスを導入し，所定の減圧雰囲気の下で前記処理室内にプラズマを発生させて，前記処理室内の被処理体の被処理面に形成された酸化シリコン系材料層にエッチング処理を施す処理装置におけるドライエッチング方法であって，
前記処理装置は，平行平板型エッチング装置であり，
前記処理ガスは，Ｃ3Ｆ6，Ｏ2，ＡｒおよびＨｅから成る混合ガスであり，前記混合ガスは，前記Ｃ3Ｆ6および前記Ｏ2の流量比が０．１≦Ｏ2／Ｃ3Ｆ6≦１．０に設定され，前記Ｃ3Ｆ6の分圧が０．５ｍＴｏｒｒ〜２．０ｍＴｏｒｒに設定され，前記被処理体に形成されたレジスト層に対して前記酸化シリコン系材料層の選択比が５以上であるようにエッチングすることを特徴とする，ドライエッチング方法。
【請求項３】
前記ドライエッチング方法は，コンタクトホールをエッチングすることを特徴とする，請求項１〜２項のうちいずれか１項に記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
減圧自在な処理室内に所定の処理ガスを導入し，所定の減圧雰囲気の下で前記処理室内にプラズマを発生させて，前記処理室内の被処理体の被処理面に形成された酸化シリコン系材料層にエッチング処理を施す処理装置におけるドライエッチング方法であって，
前記処理装置は，平行平板型エッチング装置であり，
前記処理ガスは，Ｃ3Ｆ6，Ｏ2およびＡｒから成る混合ガスであり，前記被処理体に形成されたレジスト層に対して酸化シリコン系材料層の選択比が５以上であるようにエッチングする条件として，前記Ｃ3Ｆ6および前記Ｏ2の流量比が０．１≦Ｏ2／Ｃ3Ｆ6≦１．０に設定され，前記Ｃ3Ｆ6の分圧が０．５ｍＴｏｒｒ〜２．０ｍＴｏｒｒに設定される前記混合ガスを用いることを特徴とする，ドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，ドライエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より，被処理体を気密な処理室内に載置し，所定の処理ガスの導入及び真空引きにより処理室内を所定の減圧雰囲気にした後，例えば処理室内に形成された電極に対して所定の高周波電力を印加することによりプラズマを励起し，このプラズマ中のエッチャントイオンによって，被処理体に対してエッチング処理を施す，ドライエッチング方法が提案されている。
【０００３】
かかるエッチング方法において，被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称する。）の被処理面に形成された酸化シリコン系材料層，例えばシリコン酸化膜（以下，「ＳｉＯ2膜」とする。）に対してエッチング処理を施す場合に使用される処理ガスとしては，例えばＣＦ4，Ｃ2Ｆ6，Ｃ3Ｆ8，ｃ−Ｃ4Ｆ8，ＣＨＦ3等が用いられている。これらのガス類は，不燃性，低毒性，低反応性であり，取り扱う上で安全性が高いことが知られている。
【０００４】
さらに，最近の半導体デバイスの超微細化に対応すべく，これらＣＦ4，Ｃ2Ｆ6，Ｃ3Ｆ8，ｃ−Ｃ4Ｆ8，ＣＨＦ3等のガス類の中でも，特に選択性や微細加工性に優れるｃ−Ｃ4Ｆ8が注目されている。例えば，“ＵＬＳＩドライエッチング技術フォーラム‘９６，１９９６年５月２１日開催”においては，高密度プラズマ源では，高Ｃ／Ｆ比のガスであるｃ−Ｃ4Ｆ8が，異方性・選択性を両立する処理ガスとして有効であると報告している。
【０００５】
ところで，処理室内に導入された処理ガスが，処理に寄与しなかった場合には，処理ガスはそのまま大気中に放出されている。そして，ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6，Ｃ3Ｆ8，ｃ−Ｃ4Ｆ8，ＣＨＦ3等は，赤外線吸収力があると共に，“Ｃｌｉｍａｔｅ  Ｃｈａｎｇｅ  １９９５，  ＩＰＣＣ，  Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖ．  Ｐｒｅｓｓ”によれば，上記ガス類は，大気中に放出された場合，非常に安定で分解され難く，大気寿命が２，６００〜５０，０００年と非常に長いため，温室効果が非常に長く持続する地球温暖化の原因ガスであると指摘されている。
【０００６】
また，ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6，Ｃ3Ｆ8，ｃ−Ｃ4Ｆ8，ＣＨＦ3等の大気寿命が長い理由としては，“Ｓｃｉｅｎｃｅ，  Ｖｏｌ．  ２５９，  ８  Ｊａｎｕａｒｙ  １９９３”によれば，通常の化合物が大気中で受けるような，例えば加水分解や酸化分解や光分解等の反応が一切起こらないうえ，大気中に局所的に存在する，例えばＯＨラジカル，Ｈラジカル，Ｏラジカル等とも，非常に反応性が低いことが挙げられている。さらに，“１９９６年７月１日付けの日経産業新聞”によれば，ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6，Ｃ3Ｆ8，ｃ−Ｃ4Ｆ8，ＣＨＦ3等による地球温暖化問題に対策を講じる必要性があるが，現時点では対策が講じられていないことが報じられている。
【０００７】
また，従来の低解離度プラズマ源におけるＳｉＯ2膜の処理ガスとしては，ＣＨＦ3が有効であった。しかし，最近の半導体デバイスの超微細化に対応すべく，エッチング処理に用いられるプラズマは，低圧力化及び高密度化が図られている。その結果，低解離度プラズマ源での放電解離ではＦ原子の生成が少なかったＣＨＦ3を，高密度プラズマ源で使用すると，高いガス分解効率により多量のＦ原子を生じてしまう。さらに，高密度プラズマ源でＣＨＦ3を使用した場合には，対Ｓｉ選択比や対レジスト選択比が下がってしまうため，超微細加工が要求される半導体デバイス，すなわちＳｉＯ2膜のエッチング処理には適さないと，“ＵＬＳＩドライエッチング技術フォーラム‘９６，１９９６年５月２１日開催”で指摘されている。
【０００８】
そこで，地球の温暖化防止及び半導体デバイスの更なる微細加工の観点から，ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6，Ｃ3Ｆ8，ｃ−Ｃ4Ｆ8，ＣＨＦ3等の代替ガスとして，例えば同じＣＦ系のパーフルオロオレフィン類が考えられる。しかしながら，パーフルオロオレフィン類は，取り扱いが困難なものが多く，特にＣ2Ｆ4（パーフルオロエチレン），ｃ−Ｃ4Ｆ6（パーフルオロシクロブテン），Ｃ4Ｆ8（パーフルオロブテン）等は，取り扱いが非常に困難である。例えばＣ2Ｆ4は，“１２３９４の化学商品，化学工業日報社”によれば，引火性のガスであり，水分や温度や鉄に非常に敏感で，爆発性の反応を生じる旨が記載されている。また，ｃ−Ｃ4Ｆ6は，“フッ素の化合物，講談社サイエンティフィック”によれば，毒ガスとして知られているホスゲンの急性毒性（１時間暴露のＬＣ50が２０ｐｐｍ。）に匹敵する急性毒性があると記載されている。さらに，同著によれば，Ｃ4Ｆ8に至っては，ホスゲンの１０倍の急性毒性があると記載されている。
【０００９】
しかしながら，“Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｄａｔａ  Ｓｈｅｅｔｓ，  Ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ  Ｈｅａｌｔｈ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ  Ｉｎｃ．”によれば，取り扱いが困難なものが多いパーフルオロオレフィン類の中でも，Ｃ3Ｆ6（パーフルオロプロペン）に限っては，不燃性，低反応性であり，また“フッ素の化合物，講談社サイエンティフィック”によれば，４時間の暴露のＬＣ50が３，０００ｐｐｍと，ｃ−Ｃ4Ｆ6やＣ4Ｆ8等と比較しても，はるかに急性毒性は低い旨が記載されている。さらに，Ｃ3Ｆ6は，許容濃度を２００ｐｐｍ以下で管理しなければならない高圧ガス保安法における毒性ガスの適用も受けないことから，毒性がさほど高くないと考えられる。
【００１０】
また，“Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｄａｔａ  Ｓｈｅｅｔｓ，  Ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ  Ｈｅａｌｔｈ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ  Ｉｎｃ．”によれば，Ｃ3Ｆ6は大気中で徐々に加水分解すると記載されているため，大気寿命が数千年もあるほどの化合物とは考えにくい。さらに，“Ｓｃｉｅｎｃｅ，  Ｖｏｌ．２５９，８  Ｊａｎｕａｒｙ  １９９３”によれば，大気中で徐々に加水分解する物質は，大気寿命が数年以下と予測されるため，Ｃ3Ｆ6が長寿命の温室効果を引き起こすガスとして問題とはならないと考えられている。
【００１１】
以上述べたように，Ｃ3Ｆ6は，温室効果を引き起こすことがほとんどなく，また取り扱いの面でも優れているが，このＣ3Ｆ6を用いてＳｉＯ2膜にエッチング処理を施す技術は，あまり報告されていない。また，報告されている技術は，いずれも効果的な処理を施すことができる方法とは言いがたい。例えば，特開平４−１７００２６号公報によれば，被エッチング基板の表面温度を５０℃以下に制御し，Ｃ3Ｆ6でエッチング処理を施す技術が開示されている。しかし，処理時に被エッチング基板をプラズマに曝した場合，被エッチング基板の表面温度は，一気に１００℃前後まで上昇するため，被エッチング基板の表面温度を５０℃以下に制御するためには，非常に大きい冷却設備が必要となる。なお，被エッチング基板の表面温度が１２０℃より高くなると，レジストが変性してしまうため，１２０℃以下に制御することは必要である。
【００１２】
また，特開昭６１−１３３６３０号公報によれば，Ｃ3Ｆ6とＣＨＦ3とから成る混合ガスでエッチングする方法が開示されている。しかし，ＣＨＦ3は，“Ｃｌｉｍａｔｅ  Ｃｈａｎｇｅ  １９９５，  ＩＰＣＣ，  Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖ．  Ｐｒｅｓｓ”によれば，温室効果を引き起こすガスとして問題視されており，実用的な処理ガスとは言いがたい。さらに，“Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ａ１２（３），Ｍａｙ／Ｊｕｎ，１９９４”や“Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ａ１２（４），Ｊｕｌ／Ａｕｇ，１９９４”には，ＣＨＦ3とＣ3Ｆ6のエッチング特性の比較データが記載されている。この記載によると，Ｃ3Ｆ6は，ＣＨＦ3に比べて，コンタクトホール形成などの反応性イオンエッチングにおいて，アスペクト比が大きくなるほどエッチング速度が小さくなる，いわゆるＲＩＥラグが生じやすく，またエッチング特性が劣ることが報告されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は，従来のドライエッチング方法が有する上記のような問題点に鑑みてなされたものであり，地球の温暖化を引き起こすことがなく，かつ取り扱いが容易なＣ3Ｆ6を用い，被処理体の被処理面に形成された，例えばＳｉＯ2膜に対して，エッチィング特性の高い，例えばｃ−Ｃ4Ｆ8と同等のエッチング処理を施すことが可能な，新規かつ改良されたドライエッチング方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は，減圧自在な処理室内に所定の処理ガスを導入し，所定の減圧雰囲気の下で処理室内にプラズマを発生させて，処理室内の被処理体の被処理面に形成された酸化シリコン系材料層に対してエッチング処理を施す処理装置におけるドライエッチング方法に関するものである。そして，上記課題を解決するため，請求項１に記載の発明によれば，処理室内に導入される処理ガスは，Ｃ3Ｆ6，Ｏ2（酸素）およびＡｒ（アルゴン）から成る混合ガスであり，この混合ガスから励起されるプラズマ中のイオンにより，被処理体に形成されたレジスト層に対して，例えばウェハの酸化シリコン系材料層の選択比が５以上であるようにエッチングすることであって，例えばＳｉＯ2膜に対してエッチング処理を施すことを特徴としている。
【００１５】
本発明にかかる混合ガスのうち，プラズマ生成用ガスであるＣ3Ｆ6は，大気中に放出された場合でも徐々に加水分解するため，地球の温暖化の要因とは成り難く，また不燃性，低反応性及び低毒性であるため，取り扱いが容易である。また，従来からの技術的要求項目として挙げられていたＣ3Ｆ6のエッチング特性の改善の問題については，Ｃ3Ｆ6にＯ2及びＡｒを添加した，本発明にかかる混合ガスを用いることにより，例えばｃ−Ｃ4Ｆ8とほぼ同等のエッチング特性を得ることができる。
【００１６】
すなわち，Ｏ2の添加により，被処理体の被処理面に付着した，例えば反応生成物から成るデポジション（以下，「デポ」と称する。）を，アッシング作用の促進により除去し，エッチングを進行させることができる。さらに，Ｏ2により，デポの付着性よりもエッチング性の高い，すなわちＦ／Ｃ比の高いＣＦ系ラジカルが生じるため，エッチング特性を向上させることができる。また，Ｏラジカルは，原子の大きさが比較的小さく，コンタクトホールの底部まで到達するため，イオンアシスト効果が小さいコンタクトホール底部に付着したデポを除去し，いわゆるエッチングストップを防止することができる。
【００１７】
また，Ａｒの添加により，このＡｒから生じるＡｒイオンによるイオンアシスト効果によって，エッチング速度の向上を図ることができる。また，Ａｒには，混合ガスの全圧を高く保ちながら，Ｃ3Ｆ6の分圧を所定の値に調整する希釈効果があるため，該分圧を維持するための，例えば実行排気速度の大きい真空ポンプが必要とはならない。
【００１８】
また，請求項１に記載の発明によれば，混合ガスは，Ｃ３Ｆ６およびＯ２の流量比が０．１≦Ｏ２／Ｃ３Ｆ６≦１．０に設定されている。従って，Ｏ２は，例えばコンタクトホール底部に付着するデポを除去し，かつ被処理面に形成されているフォトレジスト膜を過剰にアッシングしない程度の流量に調整されている。さらに，混合ガスは，Ｃ３Ｆ６の分圧が０．５ｍＴｏｒｒ〜２．０ｍＴｏｒｒに設定されている。このため，エッチングとデポの付着が適度に調節され，コンタクトホールのアスペクト比を確保しつつ，エッチング速度を所望の状態に保つことができる。
【００１９】
また，請求項２減圧自在な処理室内に所定の処理ガスを導入し，所定の減圧雰囲気の下で処理室内にプラズマを発生させて，処理室内の被処理体の被処理面に形成された酸化シリコン系材料層に対してエッチング処理を施すドライエッチング方法であって，処理ガスは，Ｃ３Ｆ６，Ｏ２，ＡｒおよびＨｅ（ヘリウム）から成る混合ガスであることを特徴としている。
【００２０】
当該発明においては，請求項１に記載の発明にかかる混合ガス，すなわちＣ3Ｆ6，Ｏ2，Ａｒから成る混合ガスに，さらにＨｅを添加した構成となっている。このＨｅは，Ａｒよりも原子半径が小さいため，混合ガスに添加することにより平均自由工程を長くでき，さらにコンタクトホール内でのイオン種の衝突による拡散を防止することができる。また，Ｈｅは，Ａｒと比べて原子量が小さいため，処理室内で拡散しやすく，さらにイオン化ポテンシャルが大きいため，Ｃ3Ｆ6の解離を促進させることができる。
【００２１】
さらに，請求項２に記載の発明によれば，混合ガスは，Ｃ３Ｆ６およびＯ２の流量比が０．１≦Ｏ２／Ｃ３Ｆ６≦１．０に設定され，Ｃ３Ｆ６の分圧が０．５ｍＴｏｒｒ〜２．０ｍＴｏｒｒに設定されている。かかるＨｅは，請求項２に記載の発明において説明したように，混合ガス中に添加することにより，優れた効果を得ることができる。しかしながら，Ｈｅは，Ａｒよりも原子量が小さいため，イオンアシスト効果が小さく，混合ガス中に添加する量によっては，この問題が一層顕著なものとなってしまう。そこで，かかる発明においては，Ｃ３Ｆ６の分圧やＯ２の流量比を変更せずに，Ａｒの添加量を減らしＨｅを導入する構成とした。その結果，Ｈｅの効果を引き出し，かつイオンアシスト効果も所望の状態に維持することが可能となり，さらに高選択比かつ高エッチングレートで均一な処理を被処理体に施すことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかるドライエッチング方法の実施の一形態について詳細に説明する。図１は，本実施の形態にかかるドライエッチング方法を実施するために用いたエッチング装置１００の概略的な断面を示している。このエッチング装置１００における処理室１０２は，気密に閉塞自在な，例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムなどから成る略円筒形状の処理容器１０４内に形成され，当該処理容器１０４自体は，接地線１０６を介して接地されている。また，処理室１０２内の底部には，例えばセラミックなどの絶縁支持板１０８が設けられており，この絶縁支持板１０８の上部に被処理体，例えば６インチのウェハＷを載置するための下部電極を構成する略円柱状のサセプタ１１０が，上下動自在に収容されている。
【００２３】
このサセプタ１１０は，絶縁支持板１０８及び処理容器１０４の底部を遊貫する昇降軸１１２によって支持されており，この昇降軸１１２は，処理容器１０４外部に設置されている駆動モータＭ１１４によって上下動自在である。従って，この駆動モータＭ１１４の作動により，サセプタ１１０は，図１中の往復矢印に示したように，上下動自在となっている。なお，処理室１０２の気密性を確保するため，サセプタ１１０と絶縁支持板１０８との間には，昇降軸１１２の外方を囲むように伸縮自在な気密部材，例えばベローズ１１６が設けられている。
【００２４】
また，サセプタ１１０は，例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムから成り，その内部には温度調節手段，例えばセラミックヒータなどの加熱手段（図示せず。）や，外部の冷媒源（図示せず。）との間で冷媒を循環させるための冷媒循環路（図示せず。）が設けられており，サセプタ１１０上のウエハＷを所定温度に維持することが可能なように構成されている。また，サセプタ１１０の温度は，温度センサ（図示せず。），温度制御機構（図示せず。）によって自動的に制御される構成となっている。
【００２５】
サセプタ１１０上には，ウェハＷを吸着保持するための静電チャック１１８が設けられている。この静電チャック１１８は，導電性の薄膜をポリイミド系の樹脂によって上下から挟持した構成を有し，処理容器１０４の外部に設置されている高圧直流電源１２０からの電圧，例えば１．５ｋＶ〜２．０ｋＶの電圧が薄膜に印加されると，その際に発生するクーロン力によって，ウェハＷは静電チャック１１８の上面に吸着保持されるようになっている。
【００２６】
サセプタ１１０上の周辺には，静電チャック１１８を囲むようにして，平面が略環状のフォーカスリング１２２が設けられている。このフォーカスリング１２２は，絶縁性を有する，例えば石英から成っており，プラズマ中のイオンを効果的にウェハＷに入射させる機能を有している。また，このフォーカスリング１２２は，後述のシールドリング１３２と共に，サセプタ１１０と後述の上部電極１２４との間に発生したプラズマの拡散を抑制する機能を有している。
【００２７】
そして，サセプタ１１０の載置面と対向する位置には，略円盤状の上部電極１２４が配置されている。この上部電極１２４は，導電性を有する，例えば単結晶シリコンから成り，複数の貫通孔１２４ａが設けられている。また，上部電極１２４の上方には，導電性を有する，例えばアルミニウムから成る上部電極１２４と略同径の上部電極支持部材１２６が設けられている。さらに，この上部電極支持部材１２６の上部電極１２４側には，開口部１２６ａが形成されている。従って，上部電極１２４が上部電極支持部材１２６に取り付けられた際には，上部電極１２４と上部電極支持部材１２６との間に空間部１３０が形成される構成となっている。
【００２８】
また，上部電極１２４の下面外周部から絶縁リング１２８の外周面略中央部にかけて，絶縁性を有する，例えば石英から成る，略環状のシールドリング１３２が配置されている。このシールドリング１３２は，フォーカスリング１２２と共に，静電チャック１１８と上部電極１２４との間のギャップよりも狭いギャップを形成し，プラズマの拡散を抑制する機能を有している。
【００２９】
ところで，空間部１３０の上部略中央には，ガス導入口１３４が接続されている。さらに，このガス導入口１３４には，バルブ１３６を介してガス導入管１３８が接続されている。そして，このガス導入管１３８には，バルブ１４０，１４２，１４４及び対応した流量調節のためのマスフローコントローラＭＦＣ１４６，１４８，１５０を介して，それぞれに対応するガス供給源１５２，１５４，１５６が各々接続されている。
【００３０】
また，ガス供給源１５２からは，例えばＡｒが供給自在であり，ガス供給源１５４からは，例えばＯ2が供給自在であり，ガス供給源１５６からは，例えばＣ3Ｆ6が供給自在な構成となっている。そして，これらガス供給源１５２，１５４，１５６からの各ガスは，ガス導入管１３８からガス導入口１３４，空間部１３０及び貫通孔１２４ａを通じて，処理室１０２内に導入され，ウェハＷの被処理面に対して均一に吐出するように構成されている。
【００３１】
一方，処理容器１０４の下部には，真空ポンプなどの真空引き手段Ｐ１５８に通ずる排気管１６０が接続されており，例えばパンチング板から成る排気板１６２を介して，処理室１０２内は，例えば数ｍＴｏｒｒ〜数１００ｍＴｏｒｒまでの任意の真空度にまで真空引きして，これを維持することが可能となっている。
【００３２】
次に，このエッチング装置１００の高周波電力の供給系について説明する。まず，サセプタ１１０に対しては，周波数が数百ｋＨｚ程度，例えば８００ｋＨｚの高周波電力を出力する高周波電源１６４からの電力が，整合器１６６を介して供給される構成となっている。一方，上部電極１２４に対しては，周波数が高周波電源１６４よりも高い１ＭＨｚ以上の周波数，例えば２７．１２ＭＨｚの高周波電力を出力する高周波電源１６８からの電力が，整合器１７０及び上部電極支持部材１２６を通じて供給される構成となっている。
【００３３】
以上のように，エッチング装置１００の主要部は構成されている。次に，本実施の形態にかかるドライエッチング方法に基づいて，ウェハＷに形成されている，例えばＳｉＯ2膜に対して，エッチング処理を施す場合の作用等について説明する。まず，ウェハＷがサセプタ１１０上に載置されると，高圧直流電源１２０から所定の電圧が静電チャック１１８内の導電性の薄膜に印加され，ウェハＷは静電チャック１１８上に吸着，保持される。なお，サセプタ１１０は，不図示の温度調節手段により所定の温度に調整されており，サセプタ１１０上に保持されているウェハＷの表面温度は，処理時においても１２０℃以下に設定されている。
【００３４】
次いで，処理室１０２内は，真空引き手段Ｐ１５８によって真空引きされる。また，ガス供給源１５２，１５４，１５６よりエッチング処理に必要なガスが所定の流量で供給されると共に，不図示のゲートバルブの開度が調整され，処理室１０２の圧力が所定の真空度，例えば４０ｍＴｏｒｒに設定，維持される。
【００３５】
この際，本実施の形態においては，ガス供給源１５２，１５４，１５６からそれぞれに対応するＡｒ，Ｏ2，Ｃ3Ｆ6を，それぞれに対応するマスフローコントローラＭＦＣ１４６，１４８，１５０及びバルブ１４０，１４２，１４４によって所定の流量に調整した後混合し，この混合ガスをガス導入管１３８，ガス導入口１３４，空間部１３０及び貫通孔１２４ａからウェハＷ上に導入する。そして，混合ガスは，Ｃ3Ｆ6およびＯ2の流量比が０．１≦Ｏ2／Ｃ3Ｆ6≦１．０となるように，Ｏ2の流量が適宜調整されると共に，Ｃ3Ｆ6の分圧が０．５ｍＴｏｒｒ〜２．０ｍＴｏｒｒとなるように，不図示のゲートバルブの開度を調整することにより，全圧が調整される構成となっている。
【００３６】
次いで，上部電極１２４に対して高周波電源１６８から周波数が２７．１２ＭＨｚ，パワーが例えば２ｋＷの高周波電力が供給されると，上部電極１２４とサセプタ１１０との間にプラズマが生起される。また同時に，サセプタ１１０に対しては，高周波電源１６４から周波数が８００ｋＨｚ，パワーが例えば１ｋＷの高周波電力が供給される。
【００３７】
そして，発生したプラズマによって処理室１０２内の処理ガスが解離し，その際に生ずるエッチャントイオンが，サセプタ１１０側に供給された相対的に低い周波数の高周波によって，その入射速度がコントロールされつつ，ウェハＷ表面のＳｉＯ2膜をエッチングしていく。
【００３８】
次に，本実施の形態にかかる混合ガス用いて，エッチング処理を行った場合の作用，効果等について説明する。処理室１０２内に導入された各ガスは，エッチング処理に寄与しなかった場合，そのまま大気中に放出されている。従って，従来から使用されている処理ガス，例えばＣＦ4，Ｃ2Ｆ6等は，非常に安定性の高い物質であり，大気中に放出された場合には，温室効果が長期間持続することから，地球の温暖化の原因となってしまう。
【００３９】
そこで，発明者らは，従来から使用されている処理ガスの代替ガスとして，Ｃ3Ｆ6に注目した。このＣ3Ｆ6は，大気中に放出された場合でも，温室効果を長期間に渡って引き起こすことがないことが報告されている。また，Ｃ3Ｆ6は，パーフルオロオレフィン類の中でも，特に不燃性，低反応性，低毒性であることが報告されており，従来から使用されている処理ガスと同じように，容易に取り扱うことができると考えられる。
【００４０】
そして，従来からの問題であったＣ3Ｆ6のエッチング性は，Ｃ3Ｆ6に本実施の形態にかかる流量でＯ2およびＡｒを添加した混合ガスとすることにより改善でき，ＳｉＯ2膜のエッチングガスの中で最もエッチング特性が高いとされているｃ−Ｃ4Ｆ8と，ほぼ同等のエッチング特性を得ることが可能である。
【００４１】
ここでまず，Ａｒの添加効果について説明する。Ａｒの添加は，処理室１０２内の全圧を所定の値に保ちながらＣ3Ｆ6の分圧を所定の値に抑える希釈効果，およびＡｒイオンによるＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）時のイオンアシストを大きくする効果がある。仮に，Ａｒを添加しない場合には，Ｃ3Ｆ6の分圧を保つために，実行排気速度の非常に大きい真空ポンプを必要となる。また，Ｃ3Ｆ6の分圧を所定の値に保てたとしても，例えばＡｒイオンによるイオンアシスト効果がないため，ＳｉＯ2膜のエッチング速度が非常に遅くなってしまう。なお，Ａｒを添加した場合には，Ａｒイオンによるフォトレジストのスパッタリングは，エッチングと比較して速度が非常に遅いため，Ａｒイオンによる対フォトレジスト選択比の悪化は無視することができる。
【００４２】
また，Ａｒは，Ｃ3Ｆ6の分圧を０．５ｍＴｏｒｒ〜２．０ｍＴｏｒｒの範囲に保つことにより，コンタクトホールのアスペクト比を確保し，エッチング速度を保つ役割を果たしている。エッチング処理においては，コンタクトホールでのアスペクト比を確保できないことは，半導体デバイスを加工できないことを意味し，エッチング速度が低いことは半導体デバイス製造時のスループットの悪化を意味することになる。
【００４３】
例えば，Ｃ3Ｆ6の分圧を２．０ｍＴｏｒｒ以上に設定した場合には，コンタクトホールにおいて十分なアスペクト比を確保できない上，エッチングが進行しずらくなってしまう。このメカニズムとしては，以下のようなことが考えられる。まず，プラズマ中でＣ3Ｆ6がある程度中性ラジカルに分解されると，このラジカルがウェハＷの表面に吸着する。そして，ラジカルが吸着したウェハＷの活性部位では，イオン衝撃のアシストを受けて，ウェハＷの基質と反応して揮発性物質が生じエッチングが進行するか，若しくはラジカル同士が反応して非揮発性の化合物，すなわちデポが生成し付着が進行する。
【００４４】
そして，Ｃ3Ｆ6の分圧が高い場合には，プラズマ中でＣ3Ｆ6分子あたりに供給されるエネルギーが小さくなり，解離が十分進行せず，活性部位が分子量の大きい，すなわちＣ−Ｃ結合に富む状態となる。Ｃ−Ｃ結合に富む活性部位は，エッチングが進行するよりもデポの付着に寄与するため，ウェハＷにデポであるＣＦ系の膜が，必要以上に生じてエッチングが進行し難くなる。特に，アスペクト比の高いコンタクトホール底部では，エッチングをアシストするはずのイオンが到達しずらくなるため，上記の様なメカニズムでデポの付着がより一層進行する。そして，最終的には，エッチングがストップしてしまう。
【００４５】
逆に，例えばＣ3Ｆ6の分圧を０．５ｍＴｏｒｒ以下に設定した場合には，エッチング速度が低下してしまう。この理由としては，単にエッチャントが減少することによるとも考えられるが，さらにもう一つのメカニズムとの相乗効果によってエッチング速度が低下すると推定される。Ｃ3Ｆ6の分圧が低いと，プラズマ中でＣ3Ｆ6分子あたりに供給されるエネルギーが大きくなり，Ｃ3Ｆ6のプラズマ中での解離が過度に進行すると共に，ラジカル同士の再結合は少なくなるため，Ｆ／Ｃ比の小さいＣに富むラジカルが必要以上に多く生じてしまう。このラジカルは，デポを生じさせるラジカルとして知られている。従って，Ｃ3Ｆ6の分圧が０．５ｍＴｏｒｒ以下の場合には，ウェハＷにＣＦ系の膜から成るデポが必要以上に生じ，このデポによりエッチングが抑制されてしまう。
【００４６】
従って，Ｃ3Ｆ6の分圧を０．５ｍＴｏｒｒ〜２．０ｍＴｏｒｒの範囲に保つことにより，エッチングの進行とデポの付着の進行が適度に調節され，コンタクトホールでのアスペクト比を確保しつつ，エッチング速度を保つことができる。
【００４７】
次に，Ｏ2の添加効果について説明する。Ｏ2は，アッシング効果を促進させてデポの付着によって形成された膜をアッシングにより除去し，エッチングを進行させる効果を有している。また，Ｏ2は，ラジカル中のＣを引き抜き，デポの付着性よりもエッチング性が高い，すなわちＦ／Ｃ比の高いラジカルを生じさせる効果があることが知られている。さらに，Ｏラジカルは，原子の径が小さいため，コンタクトホールの底部まで到達しやすい。従って，Ｏラジカル，すなわちＯ2の添加は，イオンアシスト効果が小さく，デポの付着性が大きいコンタクトホール底部でのエッチングストップの防止に効果的である。
【００４８】
このように，Ｏ2は，優れた効果を有しているが，処理室１０２内への供給量によっては，十分にその効果を引き出すことができないだけではなく，逆に悪影響を及ぼすことがある。例えば，Ｃ3Ｆ6及びＯ2の標準状態流量比を０．１より小さく設定した場合には，Ｏ2の添加効果を引き出すことはできず，コンタクトホール底部のエッチングでは，エッチング速度よりもデポの付着速度が大きくなってエッチングストップが生じ，コンタクトホールの十分なアスペクト比を確保することができない。逆に，Ｃ3Ｆ6及びＯ2の標準状態流量比を１．０より大きく設定した場合，フォトレジストの表面には，デポから成る膜が形成されず，Ｏラジカルによってフォトレジストがアッシングされ，対フォトレジスト選択比が悪化してしまう。
【００４９】
従って，Ｃ3Ｆ6及びＯ2の標準状態流量比を０．１〜１．０の範囲に保つことにより，エッチングの進行とデポによる膜の形成が適度に調整され，フォトレジストを必要以上にエッチングすることなく，コンタクトホールでのアスペクト比とエッチング速度を確保することができる。
【００５０】
本実施の形態にかかる混合ガスは，以上のように設定されているが，さらにこの混合ガスにＨｅを添加することによって，エッチング性を向上させることができる場合がある。エッチング処理においては，平均自由工程が長いほど，コンタクトホール内でのイオン種の衝突による散乱を防止することが可能となる。そして，Ｈｅは，Ａｒに比べて原子半径が小さいため，平均自由工程を長くすることができ，同じ圧力で混合ガスにＨｅを添加した場合としない場合とを比較すると，Ｈｅを添加した場合には，より低圧の効果を得ることができる。
【００５１】
また，Ｈｅは，Ａｒに比べて原子量が小さいため，真空引き手段Ｐ１５８によって真空引きしづらい反面，処理室１０２内では均一に拡散しやすく，ウェハＷに対して均一な処理を施すことが可能となる。さらに，Ｈｅのイオン化ポテンシャルは２４．６ｅＶであるため，Ａｒの１５．８ｅＶに比べて大きい。そして，プラズマ中の電子温度は，希ガスのイオン化ポテンシャルに依存しているため，混合ガスにＨｅを添加した場合には，より高い電子温度を得ることができ，エッチャントガスの解離をさらに促進することができる。
【００５２】
ただし，Ｈｅは，前述したようにＡｒよりも原子半径が小さいため，イオンアシスト効果が小さい。従って，混合ガス中のＡｒに変えてＣ3Ｆ6とＯ2とＨｅとから成る混合ガスによってエッチング処理を行った場合には，エッチング性が低下してしまう。よって，本実施の形態にかかる混合ガス中のＡｒの流量を適度に減少させて，本来処理室１０２内に導入されるべきＡｒの流量との差の流量でＨｅを導入する構成とすることが好ましい。これにより，前述したような，ＡｒとＨｅの優れた効果のみを得ることができる。なお，この場合のＨｅの流量，すなわちＨｅとＡｒとの流量の割合は，予め実験的に最適値を求めることにより設定される。
【００５３】
（第１実施例）
次に，エッチング装置１００を用いて，エッチングプロセスに用いるガスにＣ3Ｆ6とＡｒとＯ2とから成る混合ガスを使用して，Ｃ3Ｆ6の流量を変化させたときの，エッチング特性の結果を図２および図３に示す。なお，被処理体としては，被処理面にＳｉＯ2膜が形成された６インチ径のウェハＷを使用した。また，処理室１０２内のプロセス圧は，４０ｍＴｏｒｒに維持し，Ａｒの流量を５６０ｓｃｃｍ，Ｏ2の流量を３ｓｃｃｍに固定し，Ｃ3Ｆ6の流量を変化させて，Ｃ3Ｆ6の分圧を制御した。さらに，サセプタ１１０の温度は，４０℃に設定されている。そして，高周波電力については，上部電極１２４に対しては周波数が２７．１２ＭＨｚで２０００Ｗの高周波電力を印加し，一方下部電極となるサセプタ１１０に対しては周波数が０．８ＭＨｚで９００Ｗの高周波電力を印加した。また，ウェハＷの表面温度は，表面温度測定シールで測定したところ，約９０℃であった。
【００５４】
（第２実施例）
また，処理室１０２内の全圧を変化させたときの，エッチング特性の結果を図４および図５に示す。なお，Ｃ3Ｆ6の流量を１３ｓｃｃｍ，Ａｒの流量を５６０ｓｃｃｍ，Ｏ2の流量を３ｓｃｃｍに固定し，Ｏ2／Ｃ3Ｆ6の標準状態流量比を０．２３に維持し，不図示の排気バルブを制御することにより全圧を変化させて，Ｃ3Ｆ6の分圧を制御した。また，他の条件は，第１実施例と同じである。
【００５５】
（第３実施例）
さらに，Ｏ2の流量を変化させたときの，エッチング特性の結果を図６および図７に示す。なお，処理室１０２内のプロセス圧は，４０ｍＴｏｒｒに維持し，Ａｒの流量を５６０ｓｃｃｍ，Ｃ3Ｆ6の流量を１３ｓｃｃｍに固定した。また，他の条件は，第１実施例と同じである。
【００５６】
これら第１〜第３実施例における図２〜図７に示した結果から，Ｃ3Ｆ6とＯ2の流量比が０．１≦Ｏ2／Ｃ3Ｆ6≦１．０で，かつ分圧が０．５ｍＴｏｒｒ〜２．０ｍＴｏｒｒの範囲では，ＳｉＯ2膜でのエッチングレートが５００ｎｍ／分以上で，フォトレジスト層に対するＳｉＯ2膜の選択比が約５以上であると共に，直径０．４μのコンタクトホールをアスペクト比５で抜くことができる。従って，かかる混合ガスを構成する各ガスの流量比および分圧を上記範囲内に設定することにより，所望のエッチング特性を得ることができる。
【００５７】
以上，本発明の好適な実施の一形態について，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，各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり，それら変更例及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。
【００５８】
例えば，上記実施の形態において，平行平板型のエッチング装置１００によってエッチング処理を施す例を挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されない。本発明は，例えば誘導結合型プラズマ処理装置やマイクロ波プラズマ処理装置などにより，エッチング処理を行う場合にも適用することができる。
【００５９】
また，上記実施の形態においては，上部電極１２４及びサセプタ１１０のそれぞれに，所定の高周波電力を印加する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，サセプタのみに高周波電力を印加する構成としても実施可能である。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，プラズマ発生用ガスにＣ3Ｆ6を使用するため，このＣ3Ｆ6が例えばエッチング処理に関与せずにそのまま大気中に放出された場合でも，大気中で加水分解され，温室効果による地球の温暖化に関与しにくい。また，エッチング処理には，Ｃ3Ｆ6のみならず，Ｏ2およびＡｒを添加した混合ガスを使用するため，例えばｃ−Ｃ4Ｆ8とほぼ同等のエッチング特性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なエッチング装置の実施の一形態を示す概略的な断面図である。
【図２】本実施の形態にかかるドライエッチング方法に基づいて，Ｃ3Ｆ6の流量を変化させたときのエッチング特性の結果を示す表である。
【図３】図２に示したエッチング特性を表す図である。
【図４】本実施の形態にかかるドライエッチング方法に基づいて，処理室の全圧を変化させたときのエッチング特性の結果を示す表である。
【図５】図４に示したエッチング特性を表す図である。
【図６】本実施の形態にかかるエッチング方法に基づいて，Ｏ2の流量を変化させたときのエッチング特性の結果を示す表である。
【図７】図６に示したエッチング特性を表す図である。
【符号の説明】
１０２      処理室
１０４      処理容器
１１０      サセプタ
１２４      上部電極
１５２，１５４，１５６      ガス供給源
１６４，１６８      高周波電源
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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【図６】
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【図７】
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