プラズマ処理方法、エッチング方法、プラズマ処理装置およびエッチング装置
【課題】電子シェーディングによるチャージングダメージの発生を防止し，所望の高アスペクト比のコンタクトホールを形成可能なプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】エッチング装置１００の処理室１０２内に配置された第２電極１０６上にウェハＷを載置した後，Ｃ4Ｆ8とＣＯとＡｒから成る処理ガスを処理室１０２内に導入する。第２電極１０６に２つの高周波電力を印加する。第２電極１０６に印加される一方の高周波電力は、所定周期でオン・オフを繰り返すパルス状電力であり、他方の高周波電力は、一方の高周波電力の周波数よりも低い。処理ガスにはＯ2が間欠的に添加される。Ｏ2の無添加時間は、Ｏ2の添加時間よりも長い。
【解決手段】エッチング装置１００の処理室１０２内に配置された第２電極１０６上にウェハＷを載置した後，Ｃ4Ｆ8とＣＯとＡｒから成る処理ガスを処理室１０２内に導入する。第２電極１０６に２つの高周波電力を印加する。第２電極１０６に印加される一方の高周波電力は、所定周期でオン・オフを繰り返すパルス状電力であり、他方の高周波電力は、一方の高周波電力の周波数よりも低い。処理ガスにはＯ2が間欠的に添加される。Ｏ2の無添加時間は、Ｏ2の添加時間よりも長い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，プラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称する。）に対して高密度プラズマによりエッチング処理を施し，超微細なコンタクトホールを形成するエッチング方法が提案されている。しかし，かかるエッチング方法により，高アスペクト比のコンタクトホールを形成すると，電子シェーディングによるチャージングダメージが生じ，所望のコンタクトホールを形成することができない。
【０００３】
ここで，図９を参照しながら，電子シェーディング現象およびそれに伴うチャージングダメージについて説明する。なお，図９は，半導体基板１０上にＳｉＯ2（酸化シリコン）膜層１２とフォトレジスト膜層１４が積層され，フォトレジスト膜層１４に形成されたパターン１６に基づいてＳｉＯ2膜層１２にコンタクトホール１８を形成している途中のウェハＷを示す概略的な断面図である。
【０００４】
図示のように，電子（ｅ-）は，コンタクトホール１８のエッチングが進行し，アスペクト比が高くなるにつれてパターン１６側壁に衝突するのに対して，正イオン（Ｉ+）は，コンタクトホール１８の底部に対してほぼ垂直に入射するので，パターン１６側壁とコンタクトホール１８の上部内壁は負電荷にチャージアップ（帯電）する。この負電荷は，電子にとって障壁として働く電場を形成する。従って，コンタクトホール１８の底部に対して垂直方向に小さい速度成分しか有していないような電子は，上記電場によって減速され，されに跳ね返されて，パターン１６内部に入り込めなくなる。これが，電子シェーディング現象である。
【０００５】
そして，上記電子シェーディングが生じると，上述の如くコンタクトホール１８底部には，電子に比べて正イオンが多く入射するので，コンタクトホール１８下部壁部（側壁）が正電荷にチャージアップする。その結果，例えば上記チャージアップによってエッチング種となるイオンの入射方向がコンタクトホール１８の側面方向に曲げられ，ノッチなどの形状異常を引き起こすなどの問題が生じる。これが，チャージングダメージである。
【０００６】
そこで，プラズマを生成する高周波電力を間欠的に印加することにより，プラズマの電子温度を下げてラジカルを所定の状態にコントロールすると共に，上記高周波電力のオフ時にイオンシースが消滅した際に，ウェハＷに印加されている連続波（Continuous Wave）のバイアス電力によってコンタクトホール１８下部に負イオンおよび電子を引き込むことにより正電荷のチャージングを解消し，チャージングダメージを防止している。なお，電子温度とは，プラズマ中の電子の平均的熱運動エネルギーを表す尺度であり，シースとは，プラズマ存在中にウェハＷの周囲に形成される空間電荷層をいう。
【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，例えば内径が略０．１８μｍ以下の超微細なコンタクトホールを形成する場合には，上述したエッチング方法によっても，チャージングダメージを防止することができない。つまり，コンタクトホールのアスペクト比が大きくなるにつれて，電子シェーディング効果が一層顕著なものとなり，コンタクトホール下部壁部の正電荷のチャージ量も増えるので，処理ガスが解離して生じた負イオンによっては，上記正電荷を電気的に中和することができない。また，電子は，等方的に入射するために，コンタクトホール下部にも到達するが，上記正電荷のチャージングを解消するまでには至らない。
【０００８】
本発明は，従来の技術が有する上記のような問題点に鑑みて成されたものであり，本発明の目的は，プラズマにより高アスペクト比のコンタクトホールを形成してもチャージングダメージが起こらず，所望のコンタクトホールを形成することが可能な，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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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，処理室内に少なくともフルオロカーボンを含む処理ガスを導入し，処理室内に対向配置された第１電極と第２電極とにそれぞれ高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し，第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において，第２電極に印加する高周波電力の周波数は，第１電極に印加する高周波電力の周波数よりも低く，第１電極には，高周波電力を間欠的に印加し，処理ガスには，酸素が間欠的に添加されることを特徴とする，プラズマ処理方法が提供される。
【００１０】
かかる構成によれば，第１電極に間欠的に印加した高周波電力がオン時に，処理ガスが解離して電子や酸素の負イオンが生じ，これら電子および負イオンを高周波電力のオフ時で，かつ第２電極に印加した高周波電力が正のサイクルの時に，ＳｉＯ2膜層に形成されるコンタクトホール下部に引き込むことができる。その結果，電子および負イオンによりコンタクトホール下部壁部に生じた正電荷が電気的に中和されるので，正電荷のチャージングを解消することができ，チャージングダメージを防止することができる。なお，本明細書中において，正のサイクルとは，第２電極に印加した高周波電力の全サイクルのうち，処理室（処理容器）内の電子や負イオンが存在する部分の電位よりも，第２電極の電位の方が高いサイクルをいう。また，アスペクト比とは，コンタクトホールやフォトレジスト膜層に形成されたパターンの内径（幅）ａと深さ（高さ）ｂとの比（ｂ／ａ）をいう。
【００１１】
また，処理ガスにＯ2を添加すると，フォトレジスト膜層やそのパターン肩部が削られて損傷することが知られているが，本発明では処理ガスにＯ2を間欠的に添加するので，上記損傷が生じ難く，所定のパターンに基づいてコンタクトホールを形成できる。さらに，処理ガスには，フルオロカーボン（ＣＦ）系ガスが含まれるので，所定のエッチングを行いながら，第１電極に間欠的に印加した高周波電力がオフ時にフォトレジスト膜層およびパターン肩部に保護膜を形成することができ，Ｏ2添加による上記損傷をさらに軽減できる。
【００１２】
また，酸素を，周期的に処理ガスに添加すれば，上記酸素の負イオンの生成と保護膜の形成とをより確実に行うことができると共に，Ｏ2の添加制御を容易に行うことができる。
【００１３】
また，酸化シリコン膜にコンタクトホールを形成する場合に，酸素の添加量をコンタクトホールのアスペクト比の増加に応じて増加させても良い。上述したチャージングダメージは，エッチングが進行してアスペクト比が増加すると共に起こりやすくなるので，そのアスペクト比の増加に応じてＯ2の添加量を増加させれば，エッチングが進行してもチャージングダメージを確実に防止できる。また，処理の初期には，Ｏ2の添加量が少ないので，フォトレジスト膜層およびパターン肩部の損傷を軽減できる。
【００１４】
また，本発明の第２の観点によれば，処理室内に少なくともフルオロカーボンと酸素とを含む処理ガスを導入し，処理室内に対向配置された第１電極と第２電極とにそれぞれ高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し，第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において，第２電極に印加する高周波電力の周波数は，第１電極に印加する高周波電力の周波数よりも低く，第１電極には，高周波電力を間欠的に印加し，処理ガスへの酸素の添加量を増減させながら，プラズマ処理を行うことを特徴とする，プラズマ処理方法が提供される。
【００１５】
かかる構成によれば，処理ガス中にＯ2を添加するので，上記請求項１に記載の発明と同様に，アスペクト比の増加に伴うチャージングダメージを防止できる。さらに，Ｏ2の添加量の増加時には，酸素の負イオンの生成量を増やすことができると共に，Ｏ2の添加量の減少時には，ＣＦ系ガスに基づく保護膜によりフォトレジスト膜層およびパターン肩部を保護できるので，チャージングダメージを解消しながら，所定パターニングを行うことができる。
【００１６】
また，本発明の第３の観点によれば，処理室内に少なくともフルオロカーボンと酸素とを含む処理ガスを導入し，処理室内に対向配置された第１電極と第２電極とにそれぞれ高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し，第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において，第２電極に印加する高周波電力の周波数は，第１電極に印加する高周波電力の周波数よりも低く，第１電極には，高周波電力を間欠的に印加し，処理ガスへの酸素の添加量を増加させながら，プラズマ処理を行うことを特徴とする，プラズマ処理方法が提供される。
【００１７】
かかる構成によれば，Ｏ2の添加量を増加させながら処理を行うので，処理初期にはＯ2の添加量が少なく，さらにＯ2の全導入量（投入量）を連続導入の場合の全導入量以下に抑えることができるので，フォトレジスト膜およびその肩部が損傷し難くなる。また，処理に伴ってＯ2の添加量が増加され，さらに処理初期にＯ2の添加量を少なくした分をその後に添加できるので，チャージングダメージを確実に防止できる。
【００１８】
また，酸化シリコン膜層にホールを形成する場合に，酸素の添加量をホールのアスペクト比の増加に応じて増加させれば，アスペクト比の増加に伴って酸素の負イオンをより多く生じさせることができるので，チャージングダメージをより確実に防止できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば，コンタクトホールの底部に酸素の負イオンを導入することができるので，高密度プラズマにより高アスペクト比のコンタクトホールを形成する場合でも，コンタクトホール下部壁部の正電荷のチャージングの発生を防止することができ，所望のコンタクトホールを形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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エッチング方法に適用した好適な実施の形態について説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
（１）エッチング装置の構成まず，図１を参照しながら，エッチング装置１００の構成について説明する。エッチング装置１００の処理室１０２は，導電性の気密な処理容器１０４内に形成されている。処理室１０２内には，ウェハＷの載置台を兼ねた導電性の第２電極１０６と，導電性の第１電極１０８とが対向配置され，この第１電極１０８と処理容器１０４との間には，絶縁部材１１０が介装されている。第１電極１０８には，整合器１１２を介してプラズマ生成用の例えば２７ＭＨｚの高周波電力を出力する高周波電源１１４が接続されている。また，第２電極１０６には，整合器１１６を介して第１電極１０８に印加する高周波電力の周波数よりも周波数が低く，かつプラズマが生成されない程度の周波数，例えば８００ｋＨｚを有するバイアス用の高周波電力を出力する高周波電源１１８が接続されている。
【００２２】
また，第１電極１０８には，多数のガス吐出孔１０８ａが形成されており，これらガス吐出孔１０８ａには，ガス拡散室１０８ｂを介して第１および第２ガス供給管１２０，１４０が接続されている。第１ガス供給管１２０には，開閉バルブ１２２，１２４，１２６と，第１〜第３流量調整バルブ（マスフローコントローラ）１２８，１３０，１３２を介して，第１〜第３ガス供給源１３４，１３６，１３８が接続されている。また，第２ガス供給管１４０には，開閉バルブ１４２と，第４流量調整バルブ１４４を介して，第４ガス供給源１４６が接続されている。さらに，第１〜第４流量調整バルブ１２８，１３０，１３２，１４４には，ガス流量を制御する制御器１４８が接続されている。また，処理室１０２下方には，不図示の真空ポンプと連通する排気管１５０が接続されている。
【００２３】
（２）エッチング工程
次に，図１および図２を参照しながら，本実施の形態にかかるエッチング工程について説明する。まず，上述したウェハＷを，例えば２０℃に設定された第２電極１０６に載置する。この際，処理室１０２の内壁面および第１電極１０８の温度は，例えば６０℃に設定されている。次いで，制御器１４８により第１〜第３流量調整バルブ１２８，１３０，１３２を適宜調整し，第１〜第３ガス供給源１３４，１３６，１３８から処理ガス，例えばＣ4Ｆ8とＣＯとＡｒから成る混合ガスをそれぞれ１１ｓｃｃｍと５０ｓｃｃｍと２００ｓｃｃｍの流量で処理室１０２内に導入する。また，処理室１０２内を真空引きして，処理室１０２内の圧力を，例えば４５ｍＴｏｒｒに設定する。この際，第４流量調整バルブ１４４は閉じられており，Ｏ2の供給は停止されている。
【００２４】
そして，第１電極１０８に対して所定周期でオン・オフを繰り返す例えば２７ＭＨｚの高周波電力（以下，「パルス電力」という。）を印加すると共に，第２電極１０６に対して例えば８００ｋＨｚの連続波の高周波電力（以下，「バイアス電力」という。）を印加する。これにより，上記処理ガスが解離して生じたプラズマ中の電子，イオンおよびラジカルがウェハＷに引き込まれ，該ウェハＷのＳｉＯ2膜層１２にコンタクトホール１８が形成される。
【００２５】
また，上記プラズマの生成状態は，例えばプラズマの発光スペクトルを検出するセンサによって監視されており，このセンサからの情報が制御器１４８に伝達されている。そして，制御器１４８は，プラズマが安定化し，ＳｉＯ2膜層１２に安定したエッチング処理が施されていると判断すると，所定のパルス電圧を第４流量調整バルブ１４４に印加する。第４流量調整バルブ１４４は，上記パルス電圧のオンの時にはバルブを開放して，第４ガス供給源１４６からＯ2をガス拡散室１０８ｂ内に供給し，上記パルス電圧のオフの時には，バルブを閉じてＯ2の供給を停止する。その結果，Ｏ2は，上記パルス電圧のオン・オフに同期してガス拡散室１０８ｂ内の処理ガスに添加され，該処理ガスがガス吐出孔１０８ａを介して処理室１０２内に供給される。
【００２６】
また，Ｏ2添加時の添加量（流量）は，図２に示すように，処理時間，すなわちエッチングの進行によるコンタクトホール１８のアスペクト比の増加に応じて増加される。このアスペクト比の変化は，エッチング時間とアスペクト比の増加との対応関係を予め求めておき，制御器１４８において上記関係に基づいてエッチング時間から判断される。かかる構成により，アスペクト比が小さい処理の初期段階では，Ｏ2の添加量が少ないので，フォトレジスト膜層１４およびパターン１６肩部が削られ難く，所定のパターン１６に基づいてＳｉＯ2膜層１２にエッチングを施すことができる。さらに，Ｏ2の全導入量（投入量）は，Ｏ2を連続導入した場合の全導入量以下にできるので，フォトレジスト膜層１４の肩部の削れを確実に防止できる。また，アスペクト比が大きくなるにつれてＯ2の添加量が増加されるので，チャージングダメージを確実に解消できる。
【００２７】
また，１周期当たりのＯ2の添加時間は，数ｍ秒〜数１０ｍ秒，例えば５ｍ秒〜１０ｍ秒に設定され，Ｏ2の無添加時間は，そのＯ2の添加時間よりも長く設定されている。従って，Ｏ2の添加時間が，無添加時間に比べて非常に少ないので，常時Ｏ2を添加したならばフォトレジスト膜層１４等を損傷する量のＯ2を処理ガスに添加しても，それらフォトレジスト膜層１４およびパターン１６肩部が実質的に損傷することがない。
【００２８】
（３）チャージングダメージの解消理由
次に，図３および図４を参照しながら，Ｏ2添加によるチャージングダメージの解消理由について説明する。処理時の第１電極１０８と第２電極１０６には，図３に示すようにパルス電力とバイアス電力がそれぞれ印加されている。処理ガスに添加されたＯ2は，パルス電力のオン時にＣ4Ｆ8などと共に解離し，正イオンと負イオンとラジカルと電子が生成される。このうち，コンタクトホール１８下部にチャージアップした正電荷を解消する酸素の負イオンまたは電子は，パルス電力のオフ時で，かつバイアス電力が正のサイクルの時（図３中の斜線部分）に，コンタクトホール１８内に引き込まれる。
【００２９】
すなわち，酸素の負イオンは，バイアス電力が正のサイクルであっても，パルス電力がオンの時にウェハＷとプラズマとの間に形成されるシースを通過することができず，コンタクトホール１８内に到達することができない。これに対して，パルス電力がオフの時には，図４に示すように，シースが消滅するために，バイアス電力が正のサイクルの時には，酸素の負イオン（Ｉ-）および電子がコンタクトホール１８内に引き込まれ，該底部にまで到達する。
【００３０】
その結果，コンタクトホール１８下部壁部に帯電していた正電荷が，酸素の負イオンおよび電子によって電気的に中和され，上記チャージングが解消される。これにより，アスペクト比が大きくなったコンタクトホール１８でも，Ｃ4Ｆ8から解離した正イオン（エッチング種）がコンタクトホール１８底面に対して垂直方向に入射するようになり，所定形状のコンタクトホール１８が形成される。
【００３１】
本実施の形態は，以上のように構成されており，処理ガスに添加するＯ2の添加および無添加を所定周期で切り替え，かつＯ2添加時の添加量をアスペクト比に応じて増加させるので，パターン１６を初期の状態に維持しながら，コンタクトホール１８下部壁部のチャージングを解消することができ，所望の高アスペクト比のコンタクトホール１８を形成できる。
【００３２】
（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。なお，本実施の形態は，Ｏ2の添加量を相対的に増減させながらＯ2を処理ガスに添加する点が，上記第１の実施の形態と異なる。
【００３３】
すなわち，本実施の形態では，処理開始前から，例えば流量が５ｓｃｃｍのＯ2を添加した上記処理ガスを処理室１０２内に供給し，所定の処理条件が整った後に，第１電極１０８と第２電極１０６に対して上述した電力を印加して，ウェハＷにエッチング処理を施す。制御器１４８は，プラズマが安定化したことを確認すると，第４流量調整バルブ１４４の開度を処理経過時間，すなわちコンタクトホール１８のアスペクト比の増加に応じて調整して，ガス拡散室１０８ｂ内に導入されるＯ2の流量を周期的に増減させる。これにより，図５に示すように，アスペクト比の増加に応じてＯ2の添加量が段階的に増加される。なお，本実施の形態においては，ガス拡散室１０８ｂ内に高い流量でＯ2を供給する時間は，数ｍ秒〜数１０ｍ秒，例えば５ｍ秒〜１０ｍ秒に設定されている。これに対して，ガス拡散室１０８ｂ内に低い流量でＯ2を供給する時間は，高い流量でＯ2を供給する時間よりも長く設定されている。なお，その他の構成は，上述した第１の実施の形態と同様である。
【００３４】
本実施の形態は，以上のように構成されており，処理中にＯ2が処理ガスに常時添加されるので，より多くの酸素の負イオンを生成させることができ，チャージングの発生をより確実に防止できる。また，Ｏ2の添加量を増減させると共に，アスペクト比の増加に応じて増加させるので，Ｏ2の添加によるフォトレジスト膜層１４およびパターン１６肩部の損傷を最小限に止めることができる。
【００３５】
（第３の実施の形態）
次に，本発明の第３の実施の形態について説明する。なお，本実施の形態は，Ｏ2の添加量を連続的に増加させながらＯ2を処理ガスに添加する点が，上記第１および第２の実施の形態と異なる。
【００３６】
すなわち，本実施の形態では，まず処理室１０２内にＯ2が添加されていない処理ガスを導入すると共に，上述した諸条件が整った後にプラズマを生成し，ウェハＷにエッチング処理を施す。次いで，制御器１４８は，プラズマが安定したことを確認すると，コンタクトホール１８のアスペクト比の増加に応じて第４流量調整バルブ１４４に印加する電圧を増加させる。これにより，図６に示すように，アスペクト比の増加に応じて処理ガスに添加されるＯ2の添加量が連続的に増加される。なお，その他の構成は，上述した第１の実施の形態と同様である。
【００３７】
本実施の形態は，以上のように構成されており，Ｏ2の添加量をアスペクト比の増加に応じて連続的に増加させるので，チャージングダメージをより確実に解消できると共に，処理ガスへのＯ2の全投入量がチャージングダメージの発生を防止するために必要な量よりも多くならないので，フォトレジスト膜層１４の肩部の削れをより確実に防止することができる。
【００３８】
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。
【００３９】
例えば，上記実施の形態において，コンタクトホールのアスペクト比の増加をエッチング時間から判断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るものではない。例えば，処理室内のプラズマの成分変化とアスペクト比の増加との関係を予め求めておき，処理時には測定されたプラズマの成分変化からアスペクト比の増加を判断する構成を採用しても本発明を実施することができる。
【００４０】
また，上記実施の形態において，アスペクト比の増加に応じて所定の周期ごとに一定量のＯ2を間欠的に，あるは増減させながら処理ガスに添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るものではない。例えば，アスペクト比の増加に応じて処理ガスに添加するＯ2の添加量を増加させる際に，図７に示すように曲線的に増減させたり，あるいは図８に示すように段階的（多段階的）に増加させても，上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００４１】
さらに，上記実施の形態において，プラズマの安定化後にＯ2の添加，無添加の切り替えを行ったり，Ｏ2の添加量を増減させ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るものではなく，例えばチャージングダメージが起こる直前から上記Ｏ2の添加，無添加の切り替えを行ったり，Ｏ2の添加量を増減または増加させても本発明を実施することができる。
【００４２】
また，上記実施の形態において，処理ガスとしてＣ4Ｆ8とＣＯとＡｒの混合ガスにＯ2を添加する構成を例に挙げ説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，少なくともフルオロカーボンを含む処理ガスであれば，他の処理ガスにＯ2を添加しても本発明を実施することができる。
【００４３】
さらに，上記実施の形態において，ガス拡散室において処理ガスにＯ2を添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るものではなく，Ｏ2を処理室内に直接供給しても本発明を実施することができる。
【００４４】
また，上記実施の形態において，Ｏ2の流量（添加量）を，電圧で開度を調整する流量調整バルブで行う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るのもではなく，Ｏ2の流量を調整できれば他の供給量調整手段を用いても本発明を実施することができる。
【００４５】
さらに，上記実施の形態において，プラズマの状態を光学センサで検出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るものではなく，例えば予めプラズマが安定する時間を求めておき，実際の処理時にはその時間に基づいてＯ2の供給量制御を行っても本発明を実施することができる。
【００４６】
また，上記実施の形態において，第１電極に高周波電力を間欠的に印加し，第２電極に連続波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るものではなく，例えば被処理体を載置する第２電極に，上記各高周波電力の両方を印加しても本発明を実施することができる。また，本発明は，処理室内に磁界が形成されるプラズマ処理装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明を適用可能なエッチング装置を示す概略的な断面図である。
【図２】図１に示すエッチング装置に適用されるＯ2の供給構成を説明するための概略的な説明図である。
【図３】チャージングダメージの解消理由を説明するための概略的な断面図である。
【図４】チャージングダメージの解消理由を説明するための概略的な断面図である。
【図５】他のＯ2の供給構成を説明するための概略的な説明図である。
【図６】他のＯ2の供給構成を説明するための概略的な説明図である。
【図７】他のＯ2の供給構成を説明するための概略的な説明図である。
【図８】他のＯ2の供給構成を説明するための概略的な説明図である。
【図９】従来のエッチング方法で発生する電子シェーディングによるチャージングダメージを説明するための概略的な説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１００ エッチング装置
１０２ 処理室
１０６ 第２電極
１０８ 第１電極
１１４，１１８ 高周波電源
１２８ 第１流量調整バルブ
１３０ 第２流量調整バルブ
１３２ 第３流量調整バルブ
１３４ 第１ガス供給源
１３６ 第２ガス供給源
１３８ 第３ガス供給源
１４４ 第４流量調整バルブ
１４６ 第４ガス供給源
１４８ 制御器
Ｗ ウェハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は，プラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称する。）に対して高密度プラズマによりエッチング処理を施し，超微細なコンタクトホールを形成するエッチング方法が提案されている。しかし，かかるエッチング方法により，高アスペクト比のコンタクトホールを形成すると，電子シェーディングによるチャージングダメージが生じ，所望のコンタクトホールを形成することができない。
【０００３】
ここで，図９を参照しながら，電子シェーディング現象およびそれに伴うチャージングダメージについて説明する。なお，図９は，半導体基板１０上にＳｉＯ2（酸化シリコン）膜層１２とフォトレジスト膜層１４が積層され，フォトレジスト膜層１４に形成されたパターン１６に基づいてＳｉＯ2膜層１２にコンタクトホール１８を形成している途中のウェハＷを示す概略的な断面図である。
【０００４】
図示のように，電子（ｅ-）は，コンタクトホール１８のエッチングが進行し，アスペクト比が高くなるにつれてパターン１６側壁に衝突するのに対して，正イオン（Ｉ+）は，コンタクトホール１８の底部に対してほぼ垂直に入射するので，パターン１６側壁とコンタクトホール１８の上部内壁は負電荷にチャージアップ（帯電）する。この負電荷は，電子にとって障壁として働く電場を形成する。従って，コンタクトホール１８の底部に対して垂直方向に小さい速度成分しか有していないような電子は，上記電場によって減速され，されに跳ね返されて，パターン１６内部に入り込めなくなる。これが，電子シェーディング現象である。
【０００５】
そして，上記電子シェーディングが生じると，上述の如くコンタクトホール１８底部には，電子に比べて正イオンが多く入射するので，コンタクトホール１８下部壁部（側壁）が正電荷にチャージアップする。その結果，例えば上記チャージアップによってエッチング種となるイオンの入射方向がコンタクトホール１８の側面方向に曲げられ，ノッチなどの形状異常を引き起こすなどの問題が生じる。これが，チャージングダメージである。
【０００６】
そこで，プラズマを生成する高周波電力を間欠的に印加することにより，プラズマの電子温度を下げてラジカルを所定の状態にコントロールすると共に，上記高周波電力のオフ時にイオンシースが消滅した際に，ウェハＷに印加されている連続波（Continuous Wave）のバイアス電力によってコンタクトホール１８下部に負イオンおよび電子を引き込むことにより正電荷のチャージングを解消し，チャージングダメージを防止している。なお，電子温度とは，プラズマ中の電子の平均的熱運動エネルギーを表す尺度であり，シースとは，プラズマ存在中にウェハＷの周囲に形成される空間電荷層をいう。
【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，例えば内径が略０．１８μｍ以下の超微細なコンタクトホールを形成する場合には，上述したエッチング方法によっても，チャージングダメージを防止することができない。つまり，コンタクトホールのアスペクト比が大きくなるにつれて，電子シェーディング効果が一層顕著なものとなり，コンタクトホール下部壁部の正電荷のチャージ量も増えるので，処理ガスが解離して生じた負イオンによっては，上記正電荷を電気的に中和することができない。また，電子は，等方的に入射するために，コンタクトホール下部にも到達するが，上記正電荷のチャージングを解消するまでには至らない。
【０００８】
本発明は，従来の技術が有する上記のような問題点に鑑みて成されたものであり，本発明の目的は，プラズマにより高アスペクト比のコンタクトホールを形成してもチャージングダメージが起こらず，所望のコンタクトホールを形成することが可能な，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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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，処理室内に少なくともフルオロカーボンを含む処理ガスを導入し，処理室内に対向配置された第１電極と第２電極とにそれぞれ高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し，第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において，第２電極に印加する高周波電力の周波数は，第１電極に印加する高周波電力の周波数よりも低く，第１電極には，高周波電力を間欠的に印加し，処理ガスには，酸素が間欠的に添加されることを特徴とする，プラズマ処理方法が提供される。
【００１０】
かかる構成によれば，第１電極に間欠的に印加した高周波電力がオン時に，処理ガスが解離して電子や酸素の負イオンが生じ，これら電子および負イオンを高周波電力のオフ時で，かつ第２電極に印加した高周波電力が正のサイクルの時に，ＳｉＯ2膜層に形成されるコンタクトホール下部に引き込むことができる。その結果，電子および負イオンによりコンタクトホール下部壁部に生じた正電荷が電気的に中和されるので，正電荷のチャージングを解消することができ，チャージングダメージを防止することができる。なお，本明細書中において，正のサイクルとは，第２電極に印加した高周波電力の全サイクルのうち，処理室（処理容器）内の電子や負イオンが存在する部分の電位よりも，第２電極の電位の方が高いサイクルをいう。また，アスペクト比とは，コンタクトホールやフォトレジスト膜層に形成されたパターンの内径（幅）ａと深さ（高さ）ｂとの比（ｂ／ａ）をいう。
【００１１】
また，処理ガスにＯ2を添加すると，フォトレジスト膜層やそのパターン肩部が削られて損傷することが知られているが，本発明では処理ガスにＯ2を間欠的に添加するので，上記損傷が生じ難く，所定のパターンに基づいてコンタクトホールを形成できる。さらに，処理ガスには，フルオロカーボン（ＣＦ）系ガスが含まれるので，所定のエッチングを行いながら，第１電極に間欠的に印加した高周波電力がオフ時にフォトレジスト膜層およびパターン肩部に保護膜を形成することができ，Ｏ2添加による上記損傷をさらに軽減できる。
【００１２】
また，酸素を，周期的に処理ガスに添加すれば，上記酸素の負イオンの生成と保護膜の形成とをより確実に行うことができると共に，Ｏ2の添加制御を容易に行うことができる。
【００１３】
また，酸化シリコン膜にコンタクトホールを形成する場合に，酸素の添加量をコンタクトホールのアスペクト比の増加に応じて増加させても良い。上述したチャージングダメージは，エッチングが進行してアスペクト比が増加すると共に起こりやすくなるので，そのアスペクト比の増加に応じてＯ2の添加量を増加させれば，エッチングが進行してもチャージングダメージを確実に防止できる。また，処理の初期には，Ｏ2の添加量が少ないので，フォトレジスト膜層およびパターン肩部の損傷を軽減できる。
【００１４】
また，本発明の第２の観点によれば，処理室内に少なくともフルオロカーボンと酸素とを含む処理ガスを導入し，処理室内に対向配置された第１電極と第２電極とにそれぞれ高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し，第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において，第２電極に印加する高周波電力の周波数は，第１電極に印加する高周波電力の周波数よりも低く，第１電極には，高周波電力を間欠的に印加し，処理ガスへの酸素の添加量を増減させながら，プラズマ処理を行うことを特徴とする，プラズマ処理方法が提供される。
【００１５】
かかる構成によれば，処理ガス中にＯ2を添加するので，上記請求項１に記載の発明と同様に，アスペクト比の増加に伴うチャージングダメージを防止できる。さらに，Ｏ2の添加量の増加時には，酸素の負イオンの生成量を増やすことができると共に，Ｏ2の添加量の減少時には，ＣＦ系ガスに基づく保護膜によりフォトレジスト膜層およびパターン肩部を保護できるので，チャージングダメージを解消しながら，所定パターニングを行うことができる。
【００１６】
また，本発明の第３の観点によれば，処理室内に少なくともフルオロカーボンと酸素とを含む処理ガスを導入し，処理室内に対向配置された第１電極と第２電極とにそれぞれ高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し，第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において，第２電極に印加する高周波電力の周波数は，第１電極に印加する高周波電力の周波数よりも低く，第１電極には，高周波電力を間欠的に印加し，処理ガスへの酸素の添加量を増加させながら，プラズマ処理を行うことを特徴とする，プラズマ処理方法が提供される。
【００１７】
かかる構成によれば，Ｏ2の添加量を増加させながら処理を行うので，処理初期にはＯ2の添加量が少なく，さらにＯ2の全導入量（投入量）を連続導入の場合の全導入量以下に抑えることができるので，フォトレジスト膜およびその肩部が損傷し難くなる。また，処理に伴ってＯ2の添加量が増加され，さらに処理初期にＯ2の添加量を少なくした分をその後に添加できるので，チャージングダメージを確実に防止できる。
【００１８】
また，酸化シリコン膜層にホールを形成する場合に，酸素の添加量をホールのアスペクト比の増加に応じて増加させれば，アスペクト比の増加に伴って酸素の負イオンをより多く生じさせることができるので，チャージングダメージをより確実に防止できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば，コンタクトホールの底部に酸素の負イオンを導入することができるので，高密度プラズマにより高アスペクト比のコンタクトホールを形成する場合でも，コンタクトホール下部壁部の正電荷のチャージングの発生を防止することができ，所望のコンタクトホールを形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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エッチング方法に適用した好適な実施の形態について説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
（１）エッチング装置の構成まず，図１を参照しながら，エッチング装置１００の構成について説明する。エッチング装置１００の処理室１０２は，導電性の気密な処理容器１０４内に形成されている。処理室１０２内には，ウェハＷの載置台を兼ねた導電性の第２電極１０６と，導電性の第１電極１０８とが対向配置され，この第１電極１０８と処理容器１０４との間には，絶縁部材１１０が介装されている。第１電極１０８には，整合器１１２を介してプラズマ生成用の例えば２７ＭＨｚの高周波電力を出力する高周波電源１１４が接続されている。また，第２電極１０６には，整合器１１６を介して第１電極１０８に印加する高周波電力の周波数よりも周波数が低く，かつプラズマが生成されない程度の周波数，例えば８００ｋＨｚを有するバイアス用の高周波電力を出力する高周波電源１１８が接続されている。
【００２２】
また，第１電極１０８には，多数のガス吐出孔１０８ａが形成されており，これらガス吐出孔１０８ａには，ガス拡散室１０８ｂを介して第１および第２ガス供給管１２０，１４０が接続されている。第１ガス供給管１２０には，開閉バルブ１２２，１２４，１２６と，第１〜第３流量調整バルブ（マスフローコントローラ）１２８，１３０，１３２を介して，第１〜第３ガス供給源１３４，１３６，１３８が接続されている。また，第２ガス供給管１４０には，開閉バルブ１４２と，第４流量調整バルブ１４４を介して，第４ガス供給源１４６が接続されている。さらに，第１〜第４流量調整バルブ１２８，１３０，１３２，１４４には，ガス流量を制御する制御器１４８が接続されている。また，処理室１０２下方には，不図示の真空ポンプと連通する排気管１５０が接続されている。
【００２３】
（２）エッチング工程
次に，図１および図２を参照しながら，本実施の形態にかかるエッチング工程について説明する。まず，上述したウェハＷを，例えば２０℃に設定された第２電極１０６に載置する。この際，処理室１０２の内壁面および第１電極１０８の温度は，例えば６０℃に設定されている。次いで，制御器１４８により第１〜第３流量調整バルブ１２８，１３０，１３２を適宜調整し，第１〜第３ガス供給源１３４，１３６，１３８から処理ガス，例えばＣ4Ｆ8とＣＯとＡｒから成る混合ガスをそれぞれ１１ｓｃｃｍと５０ｓｃｃｍと２００ｓｃｃｍの流量で処理室１０２内に導入する。また，処理室１０２内を真空引きして，処理室１０２内の圧力を，例えば４５ｍＴｏｒｒに設定する。この際，第４流量調整バルブ１４４は閉じられており，Ｏ2の供給は停止されている。
【００２４】
そして，第１電極１０８に対して所定周期でオン・オフを繰り返す例えば２７ＭＨｚの高周波電力（以下，「パルス電力」という。）を印加すると共に，第２電極１０６に対して例えば８００ｋＨｚの連続波の高周波電力（以下，「バイアス電力」という。）を印加する。これにより，上記処理ガスが解離して生じたプラズマ中の電子，イオンおよびラジカルがウェハＷに引き込まれ，該ウェハＷのＳｉＯ2膜層１２にコンタクトホール１８が形成される。
【００２５】
また，上記プラズマの生成状態は，例えばプラズマの発光スペクトルを検出するセンサによって監視されており，このセンサからの情報が制御器１４８に伝達されている。そして，制御器１４８は，プラズマが安定化し，ＳｉＯ2膜層１２に安定したエッチング処理が施されていると判断すると，所定のパルス電圧を第４流量調整バルブ１４４に印加する。第４流量調整バルブ１４４は，上記パルス電圧のオンの時にはバルブを開放して，第４ガス供給源１４６からＯ2をガス拡散室１０８ｂ内に供給し，上記パルス電圧のオフの時には，バルブを閉じてＯ2の供給を停止する。その結果，Ｏ2は，上記パルス電圧のオン・オフに同期してガス拡散室１０８ｂ内の処理ガスに添加され，該処理ガスがガス吐出孔１０８ａを介して処理室１０２内に供給される。
【００２６】
また，Ｏ2添加時の添加量（流量）は，図２に示すように，処理時間，すなわちエッチングの進行によるコンタクトホール１８のアスペクト比の増加に応じて増加される。このアスペクト比の変化は，エッチング時間とアスペクト比の増加との対応関係を予め求めておき，制御器１４８において上記関係に基づいてエッチング時間から判断される。かかる構成により，アスペクト比が小さい処理の初期段階では，Ｏ2の添加量が少ないので，フォトレジスト膜層１４およびパターン１６肩部が削られ難く，所定のパターン１６に基づいてＳｉＯ2膜層１２にエッチングを施すことができる。さらに，Ｏ2の全導入量（投入量）は，Ｏ2を連続導入した場合の全導入量以下にできるので，フォトレジスト膜層１４の肩部の削れを確実に防止できる。また，アスペクト比が大きくなるにつれてＯ2の添加量が増加されるので，チャージングダメージを確実に解消できる。
【００２７】
また，１周期当たりのＯ2の添加時間は，数ｍ秒〜数１０ｍ秒，例えば５ｍ秒〜１０ｍ秒に設定され，Ｏ2の無添加時間は，そのＯ2の添加時間よりも長く設定されている。従って，Ｏ2の添加時間が，無添加時間に比べて非常に少ないので，常時Ｏ2を添加したならばフォトレジスト膜層１４等を損傷する量のＯ2を処理ガスに添加しても，それらフォトレジスト膜層１４およびパターン１６肩部が実質的に損傷することがない。
【００２８】
（３）チャージングダメージの解消理由
次に，図３および図４を参照しながら，Ｏ2添加によるチャージングダメージの解消理由について説明する。処理時の第１電極１０８と第２電極１０６には，図３に示すようにパルス電力とバイアス電力がそれぞれ印加されている。処理ガスに添加されたＯ2は，パルス電力のオン時にＣ4Ｆ8などと共に解離し，正イオンと負イオンとラジカルと電子が生成される。このうち，コンタクトホール１８下部にチャージアップした正電荷を解消する酸素の負イオンまたは電子は，パルス電力のオフ時で，かつバイアス電力が正のサイクルの時（図３中の斜線部分）に，コンタクトホール１８内に引き込まれる。
【００２９】
すなわち，酸素の負イオンは，バイアス電力が正のサイクルであっても，パルス電力がオンの時にウェハＷとプラズマとの間に形成されるシースを通過することができず，コンタクトホール１８内に到達することができない。これに対して，パルス電力がオフの時には，図４に示すように，シースが消滅するために，バイアス電力が正のサイクルの時には，酸素の負イオン（Ｉ-）および電子がコンタクトホール１８内に引き込まれ，該底部にまで到達する。
【００３０】
その結果，コンタクトホール１８下部壁部に帯電していた正電荷が，酸素の負イオンおよび電子によって電気的に中和され，上記チャージングが解消される。これにより，アスペクト比が大きくなったコンタクトホール１８でも，Ｃ4Ｆ8から解離した正イオン（エッチング種）がコンタクトホール１８底面に対して垂直方向に入射するようになり，所定形状のコンタクトホール１８が形成される。
【００３１】
本実施の形態は，以上のように構成されており，処理ガスに添加するＯ2の添加および無添加を所定周期で切り替え，かつＯ2添加時の添加量をアスペクト比に応じて増加させるので，パターン１６を初期の状態に維持しながら，コンタクトホール１８下部壁部のチャージングを解消することができ，所望の高アスペクト比のコンタクトホール１８を形成できる。
【００３２】
（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。なお，本実施の形態は，Ｏ2の添加量を相対的に増減させながらＯ2を処理ガスに添加する点が，上記第１の実施の形態と異なる。
【００３３】
すなわち，本実施の形態では，処理開始前から，例えば流量が５ｓｃｃｍのＯ2を添加した上記処理ガスを処理室１０２内に供給し，所定の処理条件が整った後に，第１電極１０８と第２電極１０６に対して上述した電力を印加して，ウェハＷにエッチング処理を施す。制御器１４８は，プラズマが安定化したことを確認すると，第４流量調整バルブ１４４の開度を処理経過時間，すなわちコンタクトホール１８のアスペクト比の増加に応じて調整して，ガス拡散室１０８ｂ内に導入されるＯ2の流量を周期的に増減させる。これにより，図５に示すように，アスペクト比の増加に応じてＯ2の添加量が段階的に増加される。なお，本実施の形態においては，ガス拡散室１０８ｂ内に高い流量でＯ2を供給する時間は，数ｍ秒〜数１０ｍ秒，例えば５ｍ秒〜１０ｍ秒に設定されている。これに対して，ガス拡散室１０８ｂ内に低い流量でＯ2を供給する時間は，高い流量でＯ2を供給する時間よりも長く設定されている。なお，その他の構成は，上述した第１の実施の形態と同様である。
【００３４】
本実施の形態は，以上のように構成されており，処理中にＯ2が処理ガスに常時添加されるので，より多くの酸素の負イオンを生成させることができ，チャージングの発生をより確実に防止できる。また，Ｏ2の添加量を増減させると共に，アスペクト比の増加に応じて増加させるので，Ｏ2の添加によるフォトレジスト膜層１４およびパターン１６肩部の損傷を最小限に止めることができる。
【００３５】
（第３の実施の形態）
次に，本発明の第３の実施の形態について説明する。なお，本実施の形態は，Ｏ2の添加量を連続的に増加させながらＯ2を処理ガスに添加する点が，上記第１および第２の実施の形態と異なる。
【００３６】
すなわち，本実施の形態では，まず処理室１０２内にＯ2が添加されていない処理ガスを導入すると共に，上述した諸条件が整った後にプラズマを生成し，ウェハＷにエッチング処理を施す。次いで，制御器１４８は，プラズマが安定したことを確認すると，コンタクトホール１８のアスペクト比の増加に応じて第４流量調整バルブ１４４に印加する電圧を増加させる。これにより，図６に示すように，アスペクト比の増加に応じて処理ガスに添加されるＯ2の添加量が連続的に増加される。なお，その他の構成は，上述した第１の実施の形態と同様である。
【００３７】
本実施の形態は，以上のように構成されており，Ｏ2の添加量をアスペクト比の増加に応じて連続的に増加させるので，チャージングダメージをより確実に解消できると共に，処理ガスへのＯ2の全投入量がチャージングダメージの発生を防止するために必要な量よりも多くならないので，フォトレジスト膜層１４の肩部の削れをより確実に防止することができる。
【００３８】
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。
【００３９】
例えば，上記実施の形態において，コンタクトホールのアスペクト比の増加をエッチング時間から判断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るものではない。例えば，処理室内のプラズマの成分変化とアスペクト比の増加との関係を予め求めておき，処理時には測定されたプラズマの成分変化からアスペクト比の増加を判断する構成を採用しても本発明を実施することができる。
【００４０】
また，上記実施の形態において，アスペクト比の増加に応じて所定の周期ごとに一定量のＯ2を間欠的に，あるは増減させながら処理ガスに添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るものではない。例えば，アスペクト比の増加に応じて処理ガスに添加するＯ2の添加量を増加させる際に，図７に示すように曲線的に増減させたり，あるいは図８に示すように段階的（多段階的）に増加させても，上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００４１】
さらに，上記実施の形態において，プラズマの安定化後にＯ2の添加，無添加の切り替えを行ったり，Ｏ2の添加量を増減させ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るものではなく，例えばチャージングダメージが起こる直前から上記Ｏ2の添加，無添加の切り替えを行ったり，Ｏ2の添加量を増減または増加させても本発明を実施することができる。
【００４２】
また，上記実施の形態において，処理ガスとしてＣ4Ｆ8とＣＯとＡｒの混合ガスにＯ2を添加する構成を例に挙げ説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，少なくともフルオロカーボンを含む処理ガスであれば，他の処理ガスにＯ2を添加しても本発明を実施することができる。
【００４３】
さらに，上記実施の形態において，ガス拡散室において処理ガスにＯ2を添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るものではなく，Ｏ2を処理室内に直接供給しても本発明を実施することができる。
【００４４】
また，上記実施の形態において，Ｏ2の流量（添加量）を，電圧で開度を調整する流量調整バルブで行う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るのもではなく，Ｏ2の流量を調整できれば他の供給量調整手段を用いても本発明を実施することができる。
【００４５】
さらに，上記実施の形態において，プラズマの状態を光学センサで検出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るものではなく，例えば予めプラズマが安定する時間を求めておき，実際の処理時にはその時間に基づいてＯ2の供給量制御を行っても本発明を実施することができる。
【００４６】
また，上記実施の形態において，第１電極に高周波電力を間欠的に印加し，第２電極に連続波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るものではなく，例えば被処理体を載置する第２電極に，上記各高周波電力の両方を印加しても本発明を実施することができる。また，本発明は，処理室内に磁界が形成されるプラズマ処理装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明を適用可能なエッチング装置を示す概略的な断面図である。
【図２】図１に示すエッチング装置に適用されるＯ2の供給構成を説明するための概略的な説明図である。
【図３】チャージングダメージの解消理由を説明するための概略的な断面図である。
【図４】チャージングダメージの解消理由を説明するための概略的な断面図である。
【図５】他のＯ2の供給構成を説明するための概略的な説明図である。
【図６】他のＯ2の供給構成を説明するための概略的な説明図である。
【図７】他のＯ2の供給構成を説明するための概略的な説明図である。
【図８】他のＯ2の供給構成を説明するための概略的な説明図である。
【図９】従来のエッチング方法で発生する電子シェーディングによるチャージングダメージを説明するための概略的な説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１００ エッチング装置
１０２ 処理室
１０６ 第２電極
１０８ 第１電極
１１４，１１８ 高周波電源
１２８ 第１流量調整バルブ
１３０ 第２流量調整バルブ
１３２ 第３流量調整バルブ
１３４ 第１ガス供給源
１３６ 第２ガス供給源
１３８ 第３ガス供給源
１４４ 第４流量調整バルブ
１４６ 第４ガス供給源
１４８ 制御器
Ｗ ウェハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に少なくともフルオロカーボンを含む処理ガスを導入し、前記処理室内に対向配置された第１電極と第２電極のうち、被処理体を載置する第２電極に２つの高周波電力を印加して前記処理ガスをプラズマ化し、前記第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において：
前記第２電極に印加される一方の高周波電力は、パルス状電力であり；
前記第２電極に印加される他方の高周波電力は、前記一方の高周波電力の周波数よりも低く；
前記処理ガスには、酸素が間欠的に添加され、
前記酸素の無添加時間は前記酸素の添加時間よりも長いことを特徴とする、プラズマ処理方法。
【請求項２】
前記酸素は、周期的に前記処理ガスに添加さ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】
処理室内に少なくともフルオロカーボンを含む処理ガスを導入し、前記処理室内に対向配置された第１電極と第２電極のうち、被処理体を載置する第２電極に２つの高周波電力を印加して前記処理ガスをプラズマ化し、前記第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してエッチング処理を施すエッチング方法において：
前記第２電極に印加される一方の高周波電力は、パルス状電力であり；
前記第２電極に印加される他方の高周波電力は、前記一方の高周波電力の周波数よりも低く；
前記処理ガスには、酸素が間欠的に添加され、
前記酸素の無添加時間は前記酸素の添加時間よりも長いことを特徴とするエッチング方法。
【請求項４】
前記酸素は、周期的に前記処理ガスに添加されることを特徴とする，請求項３に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記酸化シリコン膜層には，コンタクトホールが形成され，前記酸素の添加量は，前記コンタクトホールのアスペクト比の増加に応じて増加されることを特徴とする，請求項３または４のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項６】
処理室内に少なくともフルオロカーボンと酸素とを含む処理ガスを導入し、前記処理室内に対向配置された第１電極と第２電極のうち、被処理体を載置する第２電極に２つの高周波電力を印加して前記処理ガスをプラズマ化し、前記第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してエッチング処理を施すエッチング方法において：
前記第２電極に印加される一方の高周波電力は、パルス状電力であり；
前記第２電極に印加される他方の高周波電力は、前記一方の高周波電力の周波数よりも低く；
前記処理ガスには、酸素が添加されると共に、前記酸化シリコン膜層に形成されたホールのアスペクト比のエッチング処理中での増加に応じて前記酸素の添加量をエッチング処理中に相対的に増減させ、
前記酸素の添加量の増減を段階的に繰り返しながら前記酸素の添加量のピークを段階的に増加させることを特徴とするエッチング方法。
【請求項７】
処理室内に少なくともフルオロカーボンと酸素とを含む処理ガスを導入し、前記処理室内に対向配置された第１電極と第２電極のうち、被処理体を載置する第２電極に２つの高周波電力を印加して前記処理ガスをプラズマ化し、前記第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してエッチング処理を施すエッチング方法において：
前記第２電極に印加される一方の高周波電力は、パルス状電力であり；
前記第２電極に印加される他方の高周波電力は、前記一方の高周波電力の周波数よりも低く；
前記処理ガスには、酸素が添加されると共に、前記酸化シリコン膜層に形成されたホールのアスペクト比のエッチング処理中での増加に応じて前記酸素の添加量をエッチング処理中に相対的に増減させ、
前記酸素の添加量の増減を曲線的かつ周期的に繰り返しながら前記酸素の添加量のピークを増加させることを特徴とするエッチング方法。
【請求項８】
処理室内に少なくともフルオロカーボンと酸素とを含む処理ガスを導入し、前記処理室内に対向配置された第１電極と第２電極のうち、被処理体を載置する第２電極に２つの高周波電力を印加して前記処理ガスをプラズマ化し、前記第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してエッチング処理を施すエッチング方法において：
前記第２電極に印加される一方の高周波電力は、パルス状電力であり；
前記第２電極に印加される他方の高周波電力は、前記一方の高周波電力の周波数よりも低く；
前記処理ガスには、酸素が添加されると共に、前記酸化シリコン膜層に形成されたホールのアスペクト比のエッチング処理中での増加に応じて前記酸素の添加量がエッチング処理中に増加され、
前記酸素の添加量は、段階的に増加されることを特徴とするエッチング方法。
【請求項９】
処理室内に少なくともフルオロカーボンと酸素とを含む処理ガスを導入し、前記処理室内に対向配置された第１電極と第２電極のうち、被処理体を載置する第２電極に２つの高周波電力を印加して前記処理ガスをプラズマ化し、前記第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してエッチング処理を施すエッチング方法において：
前記第２電極に印加される一方の高周波電力は、パルス状電力であり；
前記第２電極に印加される他方の高周波電力は、前記一方の高周波電力の周波数よりも低く；
前記処理ガスには，酸素が添加されると共に，前記酸化シリコン膜層に形成されたホールのアスペクト比のエッチング処理中での増加に応じて、前記酸素の添加量が前記エッチング処理中に増加され、
前記酸素を間欠的に添加しながら前記酸素の添加量のピークを段階的に増加させることを特徴とする，エッチング方法。
【請求項１０】
前記アスペクト比の変化と前記プラズマの成分変化との関係を予め求め，前記プラズマの成分変化に応じて前記酸素の添加量を調整することを特徴とする，請求項６〜９のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項１１】
前記フルオロカーボンのガスは、エッチング処理中、継続的に前記処理室内に供給されることを特徴とする請求項３〜１０のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項１２】
前記酸素の添加は，前記プラズマの安定化後に行われることを特徴とする，請求項３〜１０のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項１３】
請求項１又は２のいずれかに記載されたプラズマ処理方法を用いて、被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置。
【請求項１４】
請求項３〜１２のいずれかに記載されたエッチング方法を用いて、被処理体にエッチング処理を施すエッチング装置。
【請求項１】
処理室内に少なくともフルオロカーボンを含む処理ガスを導入し、前記処理室内に対向配置された第１電極と第２電極のうち、被処理体を載置する第２電極に２つの高周波電力を印加して前記処理ガスをプラズマ化し、前記第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において：
前記第２電極に印加される一方の高周波電力は、パルス状電力であり；
前記第２電極に印加される他方の高周波電力は、前記一方の高周波電力の周波数よりも低く；
前記処理ガスには、酸素が間欠的に添加され、
前記酸素の無添加時間は前記酸素の添加時間よりも長いことを特徴とする、プラズマ処理方法。
【請求項２】
前記酸素は、周期的に前記処理ガスに添加さ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】
処理室内に少なくともフルオロカーボンを含む処理ガスを導入し、前記処理室内に対向配置された第１電極と第２電極のうち、被処理体を載置する第２電極に２つの高周波電力を印加して前記処理ガスをプラズマ化し、前記第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してエッチング処理を施すエッチング方法において：
前記第２電極に印加される一方の高周波電力は、パルス状電力であり；
前記第２電極に印加される他方の高周波電力は、前記一方の高周波電力の周波数よりも低く；
前記処理ガスには、酸素が間欠的に添加され、
前記酸素の無添加時間は前記酸素の添加時間よりも長いことを特徴とするエッチング方法。
【請求項４】
前記酸素は、周期的に前記処理ガスに添加されることを特徴とする，請求項３に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記酸化シリコン膜層には，コンタクトホールが形成され，前記酸素の添加量は，前記コンタクトホールのアスペクト比の増加に応じて増加されることを特徴とする，請求項３または４のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項６】
処理室内に少なくともフルオロカーボンと酸素とを含む処理ガスを導入し、前記処理室内に対向配置された第１電極と第２電極のうち、被処理体を載置する第２電極に２つの高周波電力を印加して前記処理ガスをプラズマ化し、前記第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してエッチング処理を施すエッチング方法において：
前記第２電極に印加される一方の高周波電力は、パルス状電力であり；
前記第２電極に印加される他方の高周波電力は、前記一方の高周波電力の周波数よりも低く；
前記処理ガスには、酸素が添加されると共に、前記酸化シリコン膜層に形成されたホールのアスペクト比のエッチング処理中での増加に応じて前記酸素の添加量をエッチング処理中に相対的に増減させ、
前記酸素の添加量の増減を段階的に繰り返しながら前記酸素の添加量のピークを段階的に増加させることを特徴とするエッチング方法。
【請求項７】
処理室内に少なくともフルオロカーボンと酸素とを含む処理ガスを導入し、前記処理室内に対向配置された第１電極と第２電極のうち、被処理体を載置する第２電極に２つの高周波電力を印加して前記処理ガスをプラズマ化し、前記第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してエッチング処理を施すエッチング方法において：
前記第２電極に印加される一方の高周波電力は、パルス状電力であり；
前記第２電極に印加される他方の高周波電力は、前記一方の高周波電力の周波数よりも低く；
前記処理ガスには、酸素が添加されると共に、前記酸化シリコン膜層に形成されたホールのアスペクト比のエッチング処理中での増加に応じて前記酸素の添加量をエッチング処理中に相対的に増減させ、
前記酸素の添加量の増減を曲線的かつ周期的に繰り返しながら前記酸素の添加量のピークを増加させることを特徴とするエッチング方法。
【請求項８】
処理室内に少なくともフルオロカーボンと酸素とを含む処理ガスを導入し、前記処理室内に対向配置された第１電極と第２電極のうち、被処理体を載置する第２電極に２つの高周波電力を印加して前記処理ガスをプラズマ化し、前記第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してエッチング処理を施すエッチング方法において：
前記第２電極に印加される一方の高周波電力は、パルス状電力であり；
前記第２電極に印加される他方の高周波電力は、前記一方の高周波電力の周波数よりも低く；
前記処理ガスには、酸素が添加されると共に、前記酸化シリコン膜層に形成されたホールのアスペクト比のエッチング処理中での増加に応じて前記酸素の添加量がエッチング処理中に増加され、
前記酸素の添加量は、段階的に増加されることを特徴とするエッチング方法。
【請求項９】
処理室内に少なくともフルオロカーボンと酸素とを含む処理ガスを導入し、前記処理室内に対向配置された第１電極と第２電極のうち、被処理体を載置する第２電極に２つの高周波電力を印加して前記処理ガスをプラズマ化し、前記第２電極に載置された被処理体に形成された酸化シリコン膜層に対してエッチング処理を施すエッチング方法において：
前記第２電極に印加される一方の高周波電力は、パルス状電力であり；
前記第２電極に印加される他方の高周波電力は、前記一方の高周波電力の周波数よりも低く；
前記処理ガスには，酸素が添加されると共に，前記酸化シリコン膜層に形成されたホールのアスペクト比のエッチング処理中での増加に応じて、前記酸素の添加量が前記エッチング処理中に増加され、
前記酸素を間欠的に添加しながら前記酸素の添加量のピークを段階的に増加させることを特徴とする，エッチング方法。
【請求項１０】
前記アスペクト比の変化と前記プラズマの成分変化との関係を予め求め，前記プラズマの成分変化に応じて前記酸素の添加量を調整することを特徴とする，請求項６〜９のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項１１】
前記フルオロカーボンのガスは、エッチング処理中、継続的に前記処理室内に供給されることを特徴とする請求項３〜１０のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項１２】
前記酸素の添加は，前記プラズマの安定化後に行われることを特徴とする，請求項３〜１０のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項１３】
請求項１又は２のいずれかに記載されたプラズマ処理方法を用いて、被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置。
【請求項１４】
請求項３〜１２のいずれかに記載されたエッチング方法を用いて、被処理体にエッチング処理を施すエッチング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２８３８９３（Ｐ２００９−２８３８９３Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１５６７０（Ｐ２００８−３１５６７０）
【出願日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【分割の表示】特願平１０−３７７５０９の分割
【原出願日】平成１０年１２月２８日（１９９８．１２．２８）
【出願人】（０００１０９５６５）東京エレクトロンＡＴ株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【分割の表示】特願平１０−３７７５０９の分割
【原出願日】平成１０年１２月２８日（１９９８．１２．２８）
【出願人】（０００１０９５６５）東京エレクトロンＡＴ株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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