JP2008021791A - プラズマエッチング方法およびコンピュータ読取可能な記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】所定のエッチング条件がエッチング開口性が低くなるようなものである場合であっても、良好な開口性および選択性を両立することができるプラズマエッチング方法を提供すること。
【解決手段】処理容器１０内にエッチング対象の酸化膜、パターン化されたフォトレジストが順次形成された半導体ウエハＷを搬入し、下部電極１６に載置し、処理容器１０内に処理ガスとしてＣ_ｘＦ_ｙ、希ガス、Ｏ_２を含むものを供給し、上部電極３４にプラズマ生成用の高周波を印加し、下部電極１６にバイアス用の高周波を印加し、処理ガスのプラズマを生成して酸化膜をエッチングするにあたり、ウエハ温度やパターン形状等のエッチング条件が、エッチング開口性が低くなるようなものである場合に、上部電極３４に、良好なエッチング開口性が得られるように所定の直流電圧を印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸化膜のプラズマエッチング、例えば高アスペクト比コンタクト（ＨＡＲＣ）プロセスに好適なプラズマエッチング方法およびそのようなプラズマエッチング方法を実行する制御プログラムを記憶したコンピュータ読取可能な記憶媒体に関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハに対し、フォトリソグラフィー工程によりフォトレジストパターンを形成し、これをマスクとしてエッチングを行っている。

近時、半導体デバイスの微細化が益々進み、エッチングにおいても益々微細加工が要求されており、例えば高アスペクト比コンタクト（ＨＡＲＣ）プロセスにおいて、酸化膜に形成されるホールやトレンチのアスペクト比が益々大きくなりつつあり、このため、酸化膜のエッチングにおいて極めて大きな選択比および極めて良好な開口性が求められている。

このような要求に対して、特許文献１では、上部電極および下部電極を対向して設けた平行平板型のプラズマエッチング装置を用い、下部電極に半導体ウエハを載置し、エッチングガスとしてＣ_５Ｆ_８やＣ_４Ｆ_６等のフロロカーボン系のガス、酸素ガスおよびＡｒ等の希ガスを用い、低圧、エッチングガスの大流量化によりエッチングガスのチャンバ内滞在時間を規定してプラズマエッチングを行うことにより、選択比および開口性を向上させ得る技術が提案されている。

しかしながら、上記特許文献１では、エッチング条件によっては必ずしも所望の開口性が得られない場合が生じる。例えば、半導体ウエハの温度（下部電極温度）が低い場合（例えば０℃の場合）には良好な開口性でかつマスクに対する選択比も高いが、ウエハ温度が上昇すると開口性が悪くなり、所定温度以上でエッチングが途中で止まるエッチングストップが生じてしまう。また、パターン形状によっても開口性が異なり、ホールでは十分に底部までエッチングが可能なのに対し、ライン形状、例えばトレンチではエッチングストップが生じてしまう。

エッチングストップが生じた場合の対処法として、希釈ガスやＯ_２ガスを増加させることが考えられるが、いずれも選択比が低下する方向であり、好ましくない。
特開２００２−２５９７９号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、所定のエッチング条件がエッチング開口性が低くなるようなものである場合であっても、良好な開口性および選択性を両立することができるプラズマエッチング方法を提供することを目的とする。
また、このようなプラズマエッチング方法を実行させるプログラムを記憶したコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、内部が真空排気可能な処理容器内に、基板の載置台として機能する下部電極と、下部電極に対向するように形成された上部電極とを設け、前記上部電極または下部電極にプラズマ生成用の相対的に高い周波数の高周波電力を印加し、前記下部電極にバイアス用の相対的に低い周波数の高周波電力を印加し、前記処理容器内に供給された処理ガスをプラズマ化してプラズマエッチングを行うプラズマエッチング装置を用い、前記処理ガスとしてＣ_ｘＦ_ｙ（ｘ、ｙは１以上の整数）、希ガス、Ｏ_２を含むものを用い、この処理ガスを前記処理容器内に供給しつつ、前記上部電極または前記下部電極に高周波電力を印加して前記処理ガスのプラズマを生成し、かつ前記下部電極にバイアス用の高周波電力を印加しながら、基板に形成された酸化膜をマスク層を介してプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、所定のエッチング条件がエッチング開口性が低くなるようなものである場合に、前記上部電極に、良好なエッチング開口性が得られるように所定の直流電圧を印加することを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。

本発明はまた、内部が真空排気可能な処理容器内に、基板の載置台として機能する下部電極と、下部電極に対向するように形成された上部電極とを設け、前記下部電極にプラズマ生成用およびバイアス用を兼ねた高周波電力を印加し、前記処理容器内に供給された処理ガスをプラズマ化してプラズマエッチングを行うプラズマエッチング装置を用い、前記処理ガスとしてＣ_ｘＦ_ｙ（ｘ、ｙは１以上の整数）、希ガス、Ｏ_２を含むものを用い、この処理ガスを前記処理容器内に供給しつつ、前記下部電極にプラズマ生成用およびバイアス用を兼ねた高周波電力を印加しながら、基板に形成された酸化膜をマスク層を介してプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、所定のエッチング条件が、エッチング開口性が低くなるようなものである場合に、前記上部電極に、良好なエッチング開口性が得られるように所定の直流電圧を印加することを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。

上記いずれかの構成において、前記所定のエッチング条件としては、基板の温度を挙げることができ、このような開口性が低くなる温度としては、前記基板の温度が２０℃以上、さらには４０℃以上を挙げることができる。

また、前記所定のエッチング条件としては、エッチングパターンの形状を挙げることができ、このような開口性が低くなるパターン形状としては、前記エッチングパターンがライン形状のものを含むものを挙げることができる。また、前記エッチングパターンがこのようなライン形状の他にホール形状のものを含んでいる場合に、いずれも所定値以上の深さでエッチングされるようにすることが好ましい。

さらに、前記Ｃ_ｘＦ_ｙは、ｘが４以上、ｙが６以上であることが好ましく、具体的には、前記Ｃ_ｘＦ_ｙとして、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_５Ｆ_８およびＣ_４Ｆ_８から選択される１種、または２種以上の混合ガスを挙げることができる。また、前記希ガスはＡｒまたはＸｅまたはＡｒとＸｅの混合ガスを好適に用いることができる。

本発明はさらに、内部が真空排気可能な処理容器内に、基板の載置台として機能する下部電極と、下部電極に対向するように形成された上部電極とを設け、前記上部電極または下部電極にプラズマ生成用の相対的に高い周波数の高周波電力を印加し、かつ前記下部電極にバイアス用の相対的に低い周波数の高周波電力を印加するか、または、前記下部電極にプラズマ生成用およびバイアス用を兼ねた高周波電力を印加し、前記処理容器内に供給された処理ガスをプラズマ化してプラズマエッチングを行うプラズマエッチング装置を制御するための、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記エッチング方法が行われるようにコンピュータに前記プラズマエッチング装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供する。

本発明によれば、処理ガスとしてＣ_ｘＦ_ｙ（ｘ、ｙは１以上の整数）、希ガス、Ｏ_２を含むものを用い、この処理ガスを処理容器内に供給しつつ、上部電極または下部電極に高周波電力を印加して前記処理ガスのプラズマを生成し、かつ下部電極にバイアス用の高周波電力を印加しながら、基板に形成された酸化膜をフォトレジストマスク層を介してプラズマエッチングするので選択性の高いエッチングが可能であり、しかも、所定のエッチング条件がエッチング開口性が低くなるようなものである場合に、前記上部電極に、良好なエッチング開口性が得られるように所定の直流電圧を印加するので、エッチングストップを生じさせることがなく、良好な開口性および選択性を両立することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の実施に用いられるプラズマエッチング装置の一例を示す概略断面図である。

このプラズマエッチング装置は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる略円筒状のチャンバ（処理容器）１０を有している。このチャンバ１０は保安接地されている。

チャンバ１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状のサセプタ支持台１４が配置され、このサセプタ支持台１４の上に例えばアルミニウムからなるサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は下部電極を構成し、その上に被処理基板である半導体ウエハＷが載置される。

サセプタ１６の上面には、半導体ウエハＷを静電力で吸着保持する静電チャック１８が設けられている。この静電チャック１８は、導電膜からなる電極２０を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んだ構造を有するものであり、電極２０には直流電源２２が電気的に接続されている。そして、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により半導体ウエハＷが静電チャック１８に吸着保持される。

静電チャック１８（半導体ウエハＷ）の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のフォーカスリング（補正リング）２４が配置されている。サセプタ１６およびサセプタ支持台１４の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材２６が設けられている。

サセプタ支持台１４の内部には、例えば円周上に冷媒室２８が設けられている。この冷媒室には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより配管３０ａ，３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によってサセプタ上の半導体ウエハＷの処理温度を制御することができる。

さらに、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン３２を介して静電チャック１８の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。

下部電極であるサセプタ１６の上方には、サセプタ１６と対向するように平行に上部電極３４が設けられている。そして、上部および下部電極３４，１６間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極３４は、下部電極であるサセプタ１６上の半導体ウエハＷと対向してプラズマ生成空間と接する面、つまり対向面を形成する。

この上部電極３４は、絶縁性遮蔽部材４２を介して、チャンバ１０の上部に支持されており、サセプタ１６との対向面を構成しかつ多数の吐出孔３７を有する電極板３６と、この電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる水冷構造の電極支持体３８とによって構成されている。電極板３６は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体が好ましく、また、後述するようにレジストを強化する観点からはシリコン含有物質が好ましい。このような観点から、電極板３６はシリコンやＳｉＣで構成されるのが好ましい。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、このガス拡散室４０からはガス吐出孔３７に連通する多数のガス通流孔４１が下方に延びている。

電極支持体３８にはガス拡散室４０へ処理ガスを導くガス導入口６２が形成されており、このガス導入口６２にはガス供給管６４が接続され、ガス供給管６４には処理ガス供給源６６が接続されている。ガス供給管６４には、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８および開閉バルブ７０が設けられている（ＭＦＣの代わりにＦＣＳでもよい）。そして、処理ガス供給源６６から、エッチングのための処理ガスがガス供給管６４からガス拡散室４０に至り、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してシャワー状にプラズマ生成空間に吐出される。すなわち、上部電極３４は処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。

上部電極３４には、整合器４６および給電棒４４を介して、第１の高周波電源４８が電気的に接続されている。第１の高周波電源４８は、１０ＭＨｚ以上の周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を出力する。整合器４６は、第１の高周波電源４８の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第１の高周波電源４８の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。整合器４６の出力端子は給電棒４４の上端に接続されている。

一方、上記上部電極３４には、第１の高周波電源４８の他、可変直流電源５０が電気的に接続されている。可変直流電源５０はバイポーラ電源であってもよい。具体的には、この可変直流電源５０は、上記整合器４６および給電棒４４を介して上部電極３４に接続されており、オン・オフスイッチ５２により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５０の極性および電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５２のオン・オフはコントローラ５１により制御されるようになっている。

整合器４６は、図２に示すように、第１の高周波電源４８の給電ライン４９から分岐して設けられた第１の可変コンデンサ５４と、給電ライン４９のその分岐点の下流側に設けられた第２の可変コンデンサ５６を有しており、これらにより上記機能を発揮する。また、整合器４６には、直流電圧電流（以下、単に直流電圧という）が上部電極３４に有効に供給可能なように、第１の高周波電源４８からの高周波（例えば６０ＭＨｚ）および後述する第２の高周波電源からの高周波（例えば２ＭＨｚ）をトラップするフィルタ５８が設けられている。すなわち、可変直流電源５０からの直流電流がフィルタ５８を介して給電ライン４９に接続される。このフィルタ５８はコイル５９とコンデンサ６０とで構成されており、これらにより第１の高周波電源４８からの高周波および後述する第２の高周波電源からの高周波がトラップされる。

チャンバ１０の側壁から上部電極３４の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１０ａが設けられており、この円筒状接地導体１０ａの天壁部分は筒状の絶縁部材４４ａにより上部給電棒４４から電気的に絶縁されている。

下部電極であるサセプタ１６には、整合器８８を介して第２の高周波電源９０が電気的に接続されている。この第２の高周波電源９０から下部電極であるサセプタ１６に高周波電力が供給されることにより、半導体ウエハＷ側にイオンが引き込まれる。第２の高周波電源９０は、３００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電力を出力する。整合器８８は第２の高周波電源９０の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第２の高周波電源９０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。

上部電極３４には、第１の高周波電源４８からの高周波（例えば６０ＭＨｚ）は通さずに第２の高周波電源９０からの高周波（例えば２ＭＨｚ）をグランドへ通すためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２が電気的に接続されている。このローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２は、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成されるが、１本の導線だけでも第１の高周波電源４８からの高周波（６０ＭＨｚ）に対しては十分大きなリアクタンスを与えることができるので、それで済ますこともできる。一方、下部電極であるサセプタ１６には、第１の高周波電源４８からの高周波（６０ＭＨｚ）をグランドに通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）９４が電気的に接続されている。

チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられ、この排気口８０に排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能となっている。また、チャンバ１０の内壁に沿ってチャンバ１０にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するためのデポシールド１１が着脱自在に設けられている。すなわち、デポシールド１１がチャンバ壁を構成している。また、デポシールド１１は、内壁部材２６の外周にも設けられている。チャンバ１０の底部のチャンバ壁側のデポシールド１１と内壁部材２６側のデポシールド１１との間には排気プレート８３が設けられている。デポシールド１１および排気プレート８３としては、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆したものを好適に用いることができる。

デポシールド１１のチャンバ内壁を構成する部分のウエハＷとほぼ同じ高さ部分には、グランドにＤＣ的に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）９１が設けられており、これにより異常放電防止効果を発揮する。

プラズマ処理装置の各構成部は、制御部（全体制御装置）９５に接続されて制御される構成となっている。また、制御部９５には、工程管理者がプラズマ処理装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース９６が接続されている。

さらに、制御部９５には、プラズマ処理装置で実行される各種処理を制御部９５の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部９７が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリーに記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶部９７の所定位置にセットするようになっていてもよい。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース９６からの指示等にて任意のレシピを記憶部９７から呼び出して制御部９５に実行させることで、制御部９５の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。

次に、このように構成されるプラズマエッチング装置により実施される、本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング方法について説明する。
ここでは、被処理体である半導体ウエハＷとして、図３に示すように、Ｓｉ基板１０１の上に、エッチングストップ膜１０２、エッチング対象である酸化膜１０３、反射防止膜（ＢＡＲＣ）１０４、フォトレジスト膜１０５を順次形成した後、フォトリソグラフィーによりフォトレジスト膜１０５に所定パターンを形成したものを用い、フォトレジスト膜１０５をマスクとしてエッチング対象である酸化膜１０３を図１のプラズマエッチング装置を用いてエッチングしてホールを形成する。

本実施形態におけるエッチング対象膜である酸化膜１０３としては、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を原料として成膜したものや、ガラス膜（ＢＰＳＧまたはＰＳＧ）等を用いることができる。この酸化膜１０３の厚さは適宜設定されるが、例えば０．５〜４．０μｍ程度である。

エッチングストップ膜１０２はＳｉＮやＳｉＣで構成され、その厚さは、２０〜１００ｎｍ程度である。反射射防止膜（ＢＡＲＣ）１０４としてはＳｉＯＮ膜や有機系のものを用いることができ、その厚さは２０〜１００ｎｍ程度である。フォトレジスト膜１０５は、典型的にはＡｒＦレジストであり、その厚さは１００〜４００ｎｍ程度である。

エッチング処理に際しては、まず、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介して上記構造を有する半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置する。そして、処理ガス供給源６６からエッチングのための処理ガスを所定の流量でガス拡散室４０へ供給し、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してチャンバ１０内へ供給しつつ、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気し、その中の圧力を例えば２．６７〜６．６７Ｐａ（２０〜５０ｍＴｏｒｒ）の範囲内の設定値とする。

ここで、酸化膜１０３をエッチングするための処理ガスとしては、Ｃ_ｘＦ_ｙ（ｘ、ｙは１以上の整数）、希ガス、Ｏ_２を含むものを用いる。Ｃ_ｘＦ_ｙはエッチャントとしての機能を有する他、デポを供給して選択比を上昇させる機能を有する。Ｃ_ｘＦ_ｙとしてはｘが４以上、ｙが６以上であることが好ましく、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_５Ｆ_８およびＣ_４Ｆ_８から選択される１種、または２種以上の混合ガスを好適に用いることができる。これらの中では特にＣ_４Ｆ_６が好ましい。Ｃ_ｘＦ_ｙの具体的な流量としては、１０〜５０ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態に換算した流量（ｓｃｃｍ））であることが好ましい。

Ｏ_２ガスは、過剰デポを除去し、エッチングホールの抜け性（開口性）を確保するためのものであり、流量比で処理ガス全体の１〜２０％添加することが好ましい。具体的な流量としては１０〜６０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）であることが好ましい。

希ガスは、Ｃ_ｘＦ_ｙに対するキャリアガスまたは希釈ガスとして機能するものであり、処理ガスのバランスをとり、デポやフッ素（Ｆ）をコントロールするために添加するものであり、流量比で処理ガス全体の６０〜９８％添加することが好ましい。具体的な流量としては３５０〜１２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）であることが好ましい。希ガスとしてはＡｒまたはＸｅまたはＡｒとＸｅの混合ガスを好適に用いることができる。希ガスとして他にＫｒを用いてもよい。

処理ガスとしては、上記Ｃ_ｘＦ_ｙ、希ガス、Ｏ_２の以外のガスを含んでいてもよい。例えば、これらにハイドロフロロカーボン系ガス、すなわちＣＨ_ｘＦ_ｙ（ｘ、ｙは１以上の正の整数）を加えることができる。これにより、下地が窒化膜である場合に、窒化膜をも一括してエッチングすることができる。

このようにチャンバ１０内にエッチングのための処理ガスを導入した状態で、第１の高周波電源４８からプラズマ生成用の高周波電力を所定のパワーで上部電極３４に印加するとともに、第２の高周波電源９０よりイオン引き込み用の高周波を所定のパワーで下部電極であるサセプタ１６に印加し、さらに、静電チャック１８のための直流電源２２から直流電圧を静電チャック１８の電極２０に印加して、半導体ウエハＷをサセプタ１６に固定する。

上部電極３４の電極板３６に形成されたガス吐出孔３７から吐出された処理ガスは、高周波電力により生じた上部電極３４と下部電極であるサセプタ１６間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって、フォトレジスト膜１０５をマスクとして酸化膜１０３がエッチングされてホールが形成される。

上部電極３４には高い周波数領域（例えば、１０ＭＨｚ以上）の高周波電力を供給するので、プラズマを好ましい状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。

ここで、このように高周波電力のみを印加し、上記処理ガスを用いて酸化膜をエッチングする場合に、半導体ウエハＷの温度によってホールの開口性（抜け性）が異なる。半導体ウエハＷの温度が低い場合、例えば０℃の場合に所定深さまでエッチングすることができた場合であっても、半導体ウエハＷの温度が高くなるとホールの開口性が悪くなり、図４に示すように、エッチング対象膜の途中でエッチングホール１０７のエッチングが停止する、いわゆるエッチングストップが生じる場合がある。これは、デポの付着係数が変わり、ホール内にデポが入り込むためである。このような開口性の低い状態は、他の条件にもよるが、２０℃で生じることがあり、４０℃において顕著となる。つまり、半導体ウエハＷの温度（下部電極温度）が２０℃以上、特に４０℃以上でエッチングストップ等の開口性の低い状態が生じる。

これに対し、本実施形態では、プラズマを生成する際に可変直流電源５０から所定の極性および大きさの直流電圧を上部電極３４に印加するので、開口性が良好となり、図５に示すように、エッチングストップが生じずにホール１０７をエッチング対象膜である酸化膜１０３を貫通したものとすることができる。このときの直流電圧の絶対値は８００〜１５００Ｖであることが好ましい。

このように上部電極３４に直流電圧を印加することによりホール１０７の開口性が良好になるのは、上部電極３４に直流電圧を印加すると、図６に示すように、ホール１０７のショルダー部１０７ａに堆積されたデポ１０９が固定され、硬くなって剥がれ難くなるため、ホール１０７内にデポが生じ難くなるからである。すなわち、デポがショルダー部１０７ａにトラップされてホール１０７内に入ることが妨げられるため、開口性（抜け性）が良好となってエッチングストップが解消される。また、このようにホール内へのデポが減少することによりエッチングレートも上昇する。

また、上部電極３４には、従前のエッチングプロセス、特に上部電極３４への高周波電力が小さいエッチングプロセスによってポリマーが付着している。そして、エッチング処理を行う際に上部電極３４に適切な直流電圧を印加すると、図７に示すように、上部電極の自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃを深くすること、つまり上部電極３４表面でのＶ_ｄｃの絶対値を大きくすることができる。このため、上部電極３４に付着しているポリマーが印加された直流電圧によってスパッタされて半導体ウエハＷに供給され、フォトレジスト膜１０５の上にデポとして付着する。このようにして生成したデポもショルダー部１０７ａに固定されるため、フォトレジスト膜１０６がエッチングされ難くなってフォトレジスト膜１０５に対する選択比も向上する。

次に、実際に本実施形態の方法における効果を確認した実験結果について説明する。
ここでは、Ｓｉ基板の上に、エッチング対象である酸化膜として厚さ２０００ｎｍの熱酸化ＳｉＯ_２膜を形成し、その上に、厚さ６０ｎｍの有機系膜からなる反射防止膜（ＢＡＲＣ）を形成し、さらにその上に厚さ６００ｎｍのＫｒＦレジスト膜を形成してサンプルを得た。

このサンプルを図１の装置に搬入し、チャンバ内圧力を３．３Ｐａ、上部高周波パワーを３０００Ｗ、下部高周波パワーを３６００Ｗ、下部電極温度を０℃とし、処理ガスとしてＣ_４Ｆ_６を３８ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ａｒを８００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ_２を５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）として、直流電圧を印加せずに１８０秒間エッチングを行った。このときの下部Ｖｐｐは２５５３Ｖであった。その結果、図８の（ａ）に示すように、良好な開口性で開口径が０．３５μｍのホールを形成することができた。このときのエッチングレートは５６６ｎｍ／ｍｉｎ、フォトレジスト膜に対するエッチング選択比はｆｌａｔが１１．３、ｆａｃｅｔが５．８であった。なお、ｆｌａｔは、図９においてｃ／ａであり、ｆａｃｅｔは図９においてｃ／ｂである。

次に、下部電極温度を４０℃に上げて同様の条件でエッチングを行った。その結果、図８の（ｂ）に示すように、エッチング途中でエッチングストップが生じた。

次に、下部電極温度を４０℃とし、上部高周波パワーを１５００Ｗに低下させ、上部電極３４に−１０００Ｖの直流電圧を印加し、他の条件は同様にしてエッチングを行った。なお、上部高周波パワーを低下させたのは、直流電圧印加時の下部のＶｐｐを直流電圧を印加しない場合に合わせるためである。その結果、図８の（ｃ）に示すように、エッチングストップが解消されて良好な開口性が得られた。このときのエッチングレートは５８５ｎｍ／ｍｉｎ、フォトレジスト膜１０５に対するエッチング選択比はｆｌａｔが２１．９、ｆａｃｅｔが６．４であり、直流電圧を印加することにより、エッチングレートおよび選択比も上昇することが確認された。

以上は、温度による開口性の相違を上部電極への直流電圧印加で解消した例について示したが、パターン形状による開口性の相違も同様に解消することができる。以下にそのような実施形態について説明する。

この実施形態では、被処理体である半導体ウエハＷとして、図１０に示すように、Ｓｉ基板２０１の上に、配線層２０２、エッチングストップ膜２０３、エッチング対象である酸化膜２０４、反射防止膜（ＢＡＲＣ）２０５、フォトレジスト膜２０６を順次形成した後、フォトリソグラフィーによりフォトレジスト膜２０６に所定パターンを形成したものを用い、フォトレジスト膜２０６をマスクとしてエッチング対象である酸化膜２０４を図１のプラズマエッチング装置を用いてエッチングしてホールおよびトレンチ（ライン形状）を形成する。

エッチングストップ膜２０３、エッチング対象である酸化膜２０４、反射防止膜（ＢＡＲＣ）２０５、フォトレジスト膜２０６としては、従前の実施形態と同様のものを用いることができる。また、配線層２０２としては、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ等、通常用いられているものを用いることができる。

このエッチングの際には、従前の実施形態と同様、上記構造の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置し、従前の実施形態と同様、Ｃ_ｘＦ_ｙ（ｘ、ｙは１以上の整数）、希ガス、Ｏ_２を含む処理ガスを、処理ガス供給源６６からエッチングのための処理ガスを所定の流量でガス拡散室４０へ供給し、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してチャンバ１０内へ供給しつつ、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気し、その中の圧力を例えば２．６７〜６．６７Ｐａ（２０〜５０ｍＴｏｒｒ）の範囲内の設定値とする。

このようにチャンバ１０内にエッチングのための処理ガスを導入した状態で、第１の高周波電源４８からプラズマ生成用の高周波電力を所定のパワーで上部電極３４に印加するとともに、第２の高周波電源９０よりイオン引き込み用の高周波を所定のパワーで下部電極であるサセプタ１６に印加し、さらに、静電チャック１８のための直流電源２２から直流電圧を静電チャック１８の電極２０に印加して、半導体ウエハＷをサセプタ１６に固定する。

上部電極３４の電極板３６に形成されたガス吐出孔３７から吐出された処理ガスは、高周波電力により生じた上部電極３４と下部電極であるサセプタ１６間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって、フォトレジスト膜２０６をマスクとして酸化膜２０４がエッチングされてホールおよびトレンチが形成される。

ここで、このように高周波電力のみを印加し、上記処理ガスを用いて酸化膜をエッチングする場合に、ホールとトレンチで開口性が異なる。すなわち、パターン形状によって開口性が異なり、図１１に示すように、ホール２０７は開口性良くエッチングされるが、ライン状パターンであるトレンチ２０８は開口性が悪く、エッチングストップが生じる場合がある。これは、間口の狭いパターンであるホールにはデポとなるポリマーが入りにくく開口性が悪化し難いが、間口の広いパターンであるトレンチにはポリマーが入り込みやすくデポが多くなり、開口性が悪化しやすいからである。

これに対し、本実施形態においても、従前の実施形態と同様、プラズマを生成する際に可変直流電源５０から所定の極性および大きさの直流電圧を上部電極３４に印加するので、ホール２０７やトレンチ２０８のショルダー部２０７ａ，２０８ａに堆積されたデポ２０９が固定され、硬くなって剥がれ難くなるため、上記のようにデポが生じやすいトレンチであってもデポを減少させることができ、開口性が良好となり、図１２に示すように、トレンチ２０８もホール２０７と同様にエッチングストップ膜２０３までエッチングすることが可能となる。この場合に、ホール２０７内およびトレンチ２０８内のデポが減少することから、エッチングレートも上昇する。また、上部電極３４に直流電圧を印加することにより、上述したように、上部電極３４から供給されるポリマーもショルダー部２０７ａ，２０８ａに固定されるため、フォトレジスト膜２０６がエッチングされ難くなってフォトレジスト膜２０６に対する選択比も向上する。本実施形態においても、上部電極３４に印加する直流電圧の絶対値は８００〜１５００Ｖであることが好ましい。

次に、実際に本実施形態の方法における効果を確認した実験結果について説明する。
ここでは、Ｓｉ基板の上に、厚さ５０ｎｍのＳｉＮ膜をエッチングストップ膜として形成し、その上にエッチング対象である酸化膜として厚さ１０００ｎｍのＢＰＳＧ膜および厚さ２８０００ｎｍのＴＥＯＳ膜を形成し、その上に厚さ９００ｎｍのＫｒＦレジストを形成してサンプルを得た。

このサンプルを図１の装置に搬入し、チャンバ内圧力を３３．５Ｐａ（２５ｍＴｏｒｒ）、上部高周波パワーを３０００Ｗ、下部高周波パワーを３６００Ｗ、下部電極温度を０℃とし、処理ガスとしてＣ_４Ｆ_６を３８ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ａｒを８００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ_２を４６ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）として、直流電圧を印加せずに２４０秒間エッチングを行った。その結果、図１３の（ａ）に示すように、ホールは開口性良く形成されたが、トレンチは開口性が悪く、特にウエハのセンターにおいてトレンチの開口性が悪く、ホールの半分程度の深さとなった。このときのフォトレジスト膜に対する選択比は、ウエハのセンターにおいてＦｌａｔが１５．８、ｆａｃｅｔが５．５であり、エッジにおいてＦｌａｔが１６．７、ｆａｃｅｔが６．３であった。

次に、直流電圧印加時の下部のＶｐｐを直流電圧を印加しない場合に合わせるため上部高周波パワーを１５００Ｗに低下させ、上部電極３４に−１０００Ｖの直流電圧を印加し、他の条件は同様にしてエッチングを行った。その結果、図１３の（ｂ）に示すように、トレンチの開口性が良好となり、むしろホールよりも深い位置までエッチングされた。このときのフォトレジスト膜に対する選択比は、ウエハのセンターにおいてＦｌａｔがデポのため膜厚が増加して測定できず、ｆａｃｅｔが７．７であり、エッジにおいてＦｌａｔがやはりデポのため測定できず、ｆａｃｅｔが６．４であった。これにより、直流電圧を印加することにより、選択比も上昇することが確認された。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、フォトレジスト膜をマスクとして用いた例を示したが、これに限らず、ハードマスク層を併用するようにしてもよい。また、酸化膜としてＴＥＯＳを原料にして成膜したものやＢＰＳＧ、ＰＳＧを例示したが、これに限るものではない。さらに、半導体ウエハの構造も上記例に限るものではない。

また、本発明が適用される装置についても図１のものに限定されるものではなく、以下に示すようなものを用いることができる。例えば、上部電極を中心と周辺に２分割して高周波の印加パワーをそれぞれ調整することができるタイプのものを用いてもよい。また、図１４に示すように、下部電極であるサセプタ１６に第１の高周波電源４８′からプラズマ生成用の例えば４０ＭＨｚの高周波電力を印加するとともに、第２の高周波電源９０′からイオン引き込み用の例えば２ＭＨｚの高周波電力を印加する下部２周波印加タイプのプラズマエッチング装置を適用することもできる。図示のように上部電極２３４に可変直流電源１６６を接続して所定の直流電圧を印加することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、図１５に示すように、図１４において下部電極であるサセプタ１６に接続されている第１の高周波電源４８′および第２の高周波電源９０′の代わりに高周波電源１７０を接続し、この高周波電源１７０からプラズマ形成用およびバイアス形成用を兼ねた例えば４０ＭＨｚの高周波電力を印加するタイプのプラズマエッチング装置であっても適用することができ、この場合も図１４の場合と同様、上部電極２３４に可変直流電源１６６を接続して所定の直流電圧を印加することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施に用いられるプラズマエッチング装置の一例を示す概略断面図。 図１のプラズマエッチング装置において第１の高周波電源に接続された整合器の構造を示す図。 本発明の一実施形態の実施に用いられる半導体ウエハＷの構造を示す断面図。 半導体ウエハの温度を上昇させた際に生じるエッチングストップを説明するための図。 図４のようなエッチングストップが生じる温度で上部電極に直流電圧を印加して酸化膜をエッチングしたときの状態を示す断面図。 直流電圧を印加することによりエッチングの際の開口性が良好になるメカニズムを説明するための模式図。 図１のプラズマ処理装置において、上部電極に直流電圧を印加した際のＶ_ｄｃおよびプラズマシース厚の変化を示す図。 半導体ウエハ温度を変化させた場合のエッチングによる開口性および直流電圧を印加した場合のエッチングによる開口性の実験結果を示す模式図。 選択比において、ｆｌａｔとｆａｃｅｔの定義を説明するための図。 本発明の他の実施形態の実施に用いられる半導体ウエハＷの構造を示す断面図。 ホールとトレンチのエッチングの開口性の違いを説明するための断面図。 上部電極に直流電圧を印加して酸化膜をエッチングしたときのホールおよびトレンチの状態を示す断面図。 ホールおよびトレンチのエッチングにおける開口性を、上部電極に直流電圧を印加しない場合と印加した場合とで比較した実験の結果を説明するための模式図。 本発明の実施に適用が可能な他のタイプのプラズマエッチング装置の例を示す概略図。 本発明の実施に適用が可能なさらに他のタイプのプラズマエッチング装置の例を示す概略図。

符号の説明

１０…チャンバ（処理容器）
１６…サセプタ（下部電極）
３４…上部電極
４４…給電棒
４６，８８…整合器
４８…第１の高周波電源
５０…可変直流電源
５１…コントローラ
５２…オン・オフスイッチ
６６…処理ガス供給源
８４…排気装置
９０…第２の高周波電源
９１…ＧＮＤブロック
１０１，２０１…Ｓｉ基板
１０２，２０３…エッチングストップ膜
１０３，２０４…酸化膜
１０４，２０５…反射防止膜（ＢＡＲＣ）
１０５，２０６…フォトレジスト膜
１０７，２０７…ホール
１０７ａ，２０７ａ，２０８ａ…ショルダー部
２０８…トレンチ
Ｗ…半導体ウエハ（被処理基板）

Claims (12)

1. 内部が真空排気可能な処理容器内に、基板の載置台として機能する下部電極と、下部電極に対向するように形成された上部電極とを設け、前記上部電極または下部電極にプラズマ生成用の相対的に高い周波数の高周波電力を印加し、前記下部電極にバイアス用の相対的に低い周波数の高周波電力を印加し、前記処理容器内に供給された処理ガスをプラズマ化してプラズマエッチングを行うプラズマエッチング装置を用い、
   前記処理ガスとしてＣ_ｘＦ_ｙ（ｘ、ｙは１以上の整数）、希ガス、Ｏ_２を含むものを用い、この処理ガスを前記処理容器内に供給しつつ、前記上部電極または前記下部電極に高周波電力を印加して前記処理ガスのプラズマを生成し、かつ前記下部電極にバイアス用の高周波電力を印加しながら、基板に形成された酸化膜をマスク層を介してプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、
   所定のエッチング条件が、エッチング開口性が低くなるようなものである場合に、前記上部電極に、良好なエッチング開口性が得られるように所定の直流電圧を印加することを特徴とするプラズマエッチング方法。
2. 内部が真空排気可能な処理容器内に、基板の載置台として機能する下部電極と、下部電極に対向するように形成された上部電極とを設け、前記下部電極にプラズマ生成用およびバイアス用を兼ねた高周波電力を印加し、前記処理容器内に供給された処理ガスをプラズマ化してプラズマエッチングを行うプラズマエッチング装置を用い、
   前記処理ガスとしてＣ_ｘＦ_ｙ（ｘ、ｙは１以上の整数）、希ガス、Ｏ_２を含むものを用い、この処理ガスを前記処理容器内に供給しつつ、前記下部電極にプラズマ生成用およびバイアス用を兼ねた高周波電力を印加しながら、基板に形成された酸化膜をマスク層を介してプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、
   所定のエッチング条件が、エッチング開口性が低くなるようなものである場合に、前記上部電極に、良好なエッチング開口性が得られるように所定の直流電圧を印加することを特徴とするプラズマエッチング方法。
3. 前記所定のエッチング条件が基板の温度であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
4. 前記基板の温度が２０℃以上であることを特徴とする請求項３に記載のプラズマエッチング方法。
5. 前記基板の温度が４０℃以上であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマエッチング方法。
6. 前記所定のエッチング条件がエッチングパターンの形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
7. 前記エッチングパターンがライン形状のものを含むものであることを特徴とする請求項６に記載のプラズマエッチング方法。
8. 前記エッチングパターンがライン形状およびホール形状のものを含み、いずれも所定値以上の深さでエッチングされることを特徴とする請求項６に記載のプラズマエッチング方法。
9. 前記Ｃ_ｘＦ_ｙは、ｘが４以上、ｙが６以上であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
10. 前記Ｃ_ｘＦ_ｙは、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_５Ｆ_８およびＣ_４Ｆ_８から選択される１種、または２種以上の混合ガスであることを特徴とする請求項９に記載のプラズマエッチング方法。
11. 前記希ガスはＡｒまたはＸｅまたはＡｒとＸｅの混合ガスであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
12. 内部が真空排気可能な処理容器内に、基板の載置台として機能する下部電極と、下部電極に対向するように形成された上部電極とを設け、前記上部電極または下部電極にプラズマ生成用の相対的に高い周波数の高周波電力を印加し、かつ前記下部電極にバイアス用の相対的に低い周波数の高周波電力を印加するか、または、前記下部電極にプラズマ生成用およびバイアス用を兼ねた高周波電力を印加し、前記処理容器内に供給された処理ガスをプラズマ化してプラズマエッチングを行うプラズマエッチング装置を制御するための、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
    前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１１のいずれかの方法が行われるようにコンピュータに前記プラズマエッチング装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。

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