JP2010108997A - プラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの処理チャンバ内で複数のプラズマエッチング工程を順次連続的に行うマルチステップのプラズマエッチングにおいて、一旦プラズマを消した後の次のステップにおけるプラズマの着火性を向上させることのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体を提供する。
【解決手段】マルチステップのプラズマエッチングの工程において、プラズマを消す際は、まず、周波数の低い高周波電力（ＬＦ）をオフとするとともに、周波数の高い高周波電力（ＨＦ）を処理中に比べて所定の電力例えば３００Ｗまで低下させ、この状態（プラズマが着いた状態）を所定時間（例えば、０．５秒）維持した後、周波数の高い高周波電力（ＨＦ）オフとしてプラズマを消す。これによって、次のステップでプラズマを着火する際のプラズマの着火性を向上させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、対向電極間に２種類の周波数の高周波電力を重畳して印加し、かつ、１つの処理チャンバ内で複数のプラズマエッチング工程を順次連続的に行うマルチステップのプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体に関する。

従来から、半導体装置の製造工程においては、処理チャンバ内に配置された対向電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生させ、これらの対向電極間に配置された被処理基板をエッチングするプラズマエッチングが行われている。

上記のようなプラズマエッチングでは、処理チャンバ内の圧力の低圧化等の要因により、プラズマが着火し難くなるという現象がある。このため、メイン処理ステップに先立って、メイン処理ステップとは異なる条件（プラズマ着火がし易い条件）でプラズマ着火のための新たな処理ステップを加える技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、上部電極に直流電圧を印加してプラズマが着火し易くする技術も知られている（例えば、特許文献２参照。）。なお、上記のようなプラズマエッチング装置において、下部電極に周波数の異なる２種類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も知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００８−１０５９８号公報 特開２００３−１２４１９８号公報 特開２００５−５６９９７号公報

上記のように、プラズマ着火がし難い場合、従来においては、プラズマ着火のためのステップを加えたり、上部電極への直流電圧の印加を行うことが知られている。しかしながら、プラズマ着火のためのステップを加えると、このプラズマ着火のためのステップに要する時間の分、処理に要する時間が長くなり、スループットが悪化するという問題がある。また、上部電極への直流電圧の印加を行うためには、新たな直流電源が必要となり、装置の製造コストが増大する等の問題がある。

また、プラズマエッチングにおいては、１つの処理チャンバ内で、複数のプラズマエッチング工程を、順次連続的に行うマルチステップのプラズマエッチングが行われる場合がある。このようなマルチステップのプラズマエッチングでは、処理ガスを変更する場合、前の工程のプラズマを消し、処理チャンバ内を次の工程の処理ガス雰囲気とした後プラズマを着火するが、このような複数の工程を行って行くと、次第にプラズマが着火し難くなるという問題が発生することが見出された。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、１つの処理チャンバ内で複数のプラズマエッチング工程を順次連続的に行うマルチステップのプラズマエッチングにおいて、一旦プラズマを消した後の次のステップにおけるプラズマの着火性を向上させることのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体を提供することを目的とする。

請求項１のプラズマエッチング方法は、処理チャンバ内に、被処理基板が載置される下部電極と、前記下部電極と対向するように配置された上部電極とが設けられたプラズマエッチング装置を用い、前記下部電極と前記上部電極との間に第１の周波数の第１高周波電力と、前記第１高周波電力より周波数の低い第２の周波数の第２高周波電力とを印加してエッチングガスのプラズマを発生させ、前記被処理基板を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、少なくとも第１のプラズマを用いてプラズマエッチングを行う第１プラズマエッチング工程と、前記第１のプラズマを消した後に、前記第１のプラズマとは異なる第２のプラズマを着火してプラズマエッチングを行う第２プラズマエッチング工程とを有し、前記第１のプラズマを消す際に、前記第２の高周波電力の印加を停止した状態で、プラズマエッチング時より少ない所定電力の前記第１の周波数の高周波電力を所定時間印加して第１のプラズマを維持し、この後前記第１の周波数の高周波電力の印加を停止することを特徴とする。

請求項２のプラズマエッチング方法は、請求項１記載のプラズマエッチング方法であって、前記所定時間が、０．５秒〜３秒であることを特徴とする。

請求項３のプラズマエッチング方法は、請求項１又は２記載のプラズマエッチング方法であって、前記所定電力が、１００Ｗ〜５００Ｗであることを特徴とする。

請求項４のプラズマエッチング方法は、請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、前記第１の周波数が３０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ、前記第２の周波数が３．２ＭＨｚ〜１３．５６ＭＨｚであることを特徴とする。

請求項５のプラズマエッチング装置は、被処理基板を収容する処理チャンバと、前記処理チャンバ内に設けられ、前記被処理基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバ内に設けられ、前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に、第１の周波数の第１高周波電力を印加するための第１高周波電源と、前記下部電極と前記上部電極との間に、前記第１の高周波電力より周波数の低い第２の周波数の第２高周波電力を印加するための第２高周波電源と、前記処理チャンバ内にプラズマを発生させるためのエッチングガスを供給するエッチングガス供給機構と、を具備したプラズマエッチング装置であって、少なくとも第１のプラズマを用いてプラズマエッチングを行う第１プラズマエッチング工程と、前記第１のプラズマを消した後に、前記第１のプラズマとは異なる第２のプラズマを着火してプラズマエッチングを行う第２プラズマエッチング工程とを実施し、前記第１のプラズマを消す際に、前記第２の高周波電力の印加を停止した状態で、プラズマエッチング時より少ない所定電力の前記第１の周波数の高周波電力を所定時間印加して所定時間第１のプラズマを維持し、この後前記第の周波数の高周波電力の印加を停止してプラズマを消すよう制御を行う制御手段を有することを特徴とする。

請求項６のプラズマエッチング装置は、請求項５記載のプラズマエッチング装置であって、前記所定時間が、０．５秒〜３秒であることを特徴とする。

請求項７のプラズマエッチング装置は、請求項５又は６記載のプラズマエッチング装置であって、前記所定電力が、１００Ｗ〜５００Ｗであることを特徴とする。

請求項８のプラズマエッチング装置は、請求項５〜７いずれか１項記載のプラズマエッチング装置であって、前記第１の周波数が３０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ、前記第２の周波数が３．２ＭＨｚ〜１３．５６ＭＨｚであることを特徴とする。

請求項９のコンピュータ記憶媒体は、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４いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるようにプラズマエッチング装置を制御することを特徴とする。

本発明によれば、１つの処理チャンバ内で複数のプラズマエッチング工程を順次連続的に行うマルチステップのプラズマエッチングにおいて、一旦プラズマを消した後の次のステップにおけるプラズマの着火性を向上させることのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を模式的に示すものである。まず、図１を参照して本実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成について説明する。

プラズマエッチング装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理チャンバ１を有している。この処理チャンバ１は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成されている。処理チャンバ１内には、被処理基板である半導体ウエハＷを水平に支持する載置台２が設けられている。載置台２は例えばアルミニウム等で構成されており、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持されている。また、載置台２の上方の外周には、フォーカスリング５が設けられている。

載置台２には、第１のマッチングボックス１１ａを介して第１のＲＦ電源１０ａが接続され、また、第２のマッチングボックス１１ｂを介して第２のＲＦ電源１０ｂが接続されている。第１のＲＦ電源１０ａは、プラズマ形成用のものであり、この第１のＲＦ電源１０ａからは比較的高い所定周波数（例えば３０−１００ＭＨｚ）の高周波電力（ＨＦ）が載置台２に供給されるようになっている。また、第２のＲＦ電源１０ｂは、イオン引き込み用のものであり、この第２のＲＦ電源１０ｂからは第１のＲＦ電源１０ａより低い所定周波数（例えば３．２−１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力（ＬＦ）が載置台２に供給されるようになっている。一方、載置台２の上方には、載置台２と平行に対向するように、シャワーヘッド１６が設けられており、このシャワーヘッド１６は接地されている。したがって、これらの載置台２とシャワーヘッド１６は、一対の電極として機能するようになっている。

載置台２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａを介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体ウエハＷが吸着されるよう構成されている。

載置台２の内部には、図示しない冷媒流路が形成されており、その中に適宜の冷媒を循環させることによって、載置台２を所定の温度に制御可能となっている。また、載置台２等を貫通するように、半導体ウエハＷの裏面側にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのバックサイドガス供給配管３０ａ、３０ｂが設けられており、これらのバックサイドガス供給配管３０ａ、３０ｂは、バックサイドガス（ヘリウムガス）供給源３１に接続されている。なお、バックサイドガス供給配管３０ａは、半導体ウエハＷの中央部分にバックサイドガスを供給し、バックサイドガス供給配管３０ｂは、半導体ウエハＷの周縁部分にバックサイドガスを供給するように構成されている。そして、バックサイドガスの圧力を、半導体ウエハＷの中央部分と周縁部分とで、供給エリア毎に別々に制御できるように構成されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持された半導体ウエハＷを、所定の温度に制御可能となっている。

また、上記したフォーカスリング５の外側には排気リング１３が設けられている。排気リング１３は支持台４を通して処理チャンバ１と導通している。

上記したシャワーヘッド１６は、処理チャンバ１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、その下面に多数のガス吐出孔１８が設けられており、かつその上部にガス導入部１６ａを有している。そして、その内部には空間１７が形成されている。ガス導入部１６ａにはガス供給配管１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他端には、エッチング用の処理ガス（エッチングガス）を供給する処理ガス供給系１５が接続されている。

処理ガス供給系１５から供給される処理ガスは、ガス供給配管１５ａ、ガス導入部１６ａを介してシャワーヘッド１６内部の空間１７に至り、ガス吐出孔１８から半導体ウエハＷに向けて吐出される。

処理チャンバ１の下部には、排気ポート１９が形成されており、この排気ポート１９には排気系２０が接続されている。そして排気系２０に設けられた真空ポンプを作動させることにより処理チャンバ１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。一方、処理チャンバ１の側壁には、ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ２４が設けられている。

処理チャンバ１の周囲には、同心状に、リング磁石２１が配置されており、載置台２とシャワーヘッド１６との間の空間に磁界を及ぼすようになっている。このリング磁石２１は、図示しないモータ等の回転手段により回転可能となっている。

上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース６２と、記憶部６３とが設けられている。

ユーザインターフェース６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング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構成されている。

記憶部６３には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

このように構成されたプラズマエッチング装置で、半導体ウエハＷに形成された薄膜等をプラズマエッチングする手順について説明する。まず、ゲートバルブ２４が開かれ、半導体ウエハＷが図示しない搬送ロボット等により、図示しないロードロック室を介して処理チャンバ１内に搬入され、載置台２上に載置される。この後、搬送ロボットを処理チャンバ１外に退避させ、ゲートバルブ２４を閉じる。そして、排気系２０の真空ポンプにより排気ポート１９を介して処理チャンバ１内が排気される。

処理チャンバ１内が所定の真空度になった後、処理チャンバ１内には処理ガス供給系１５から所定の処理ガス（エッチングガス）が導入され、処理チャンバ１内が所定の圧力、例えば０．９３１Ｐａ（７ｍTorr）−１０６Ｐａ（８００ｍTorr）に保持され、この状態で第１のＲＦ電源１０ａから載置台２に、周波数が例えば１００ＭＨｚの高周波電力が供給される。また、第２のＲＦ電源１０ｂからは、イオン引き込みのため、載置台２に周波数が例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給される。このとき、直流電源１２から静電チャック６の電極６ａに所定の直流電圧が印加され、半導体ウエハＷはクーロン力により吸着される。

この場合に、上述のようにして下部電極である載置台２に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である載置台２との間には電界が形成される。一方、処理チャンバ１の内部にはリング磁石２１により水平磁界が形成されているから、半導体ウエハＷが存在する処理空間には電子のドリフトによりマグネトロン放電が生じ、それによって形成された処理ガスのプラズマにより、半導体ウエハＷ上に形成された薄膜がエッチング処理される。

マルチステップのプラズマエッチングでは、処理チャンバ内１で複数のプラズマエッチング工程を順次連続的に行う。すなわち、上記したとおりまず１回目の半導体ウエハＷのプラズマエッチングを行った後、一旦プラズマを消して、処理チャンバ１内の処理ガスを次の処理ガスに変更した後、再度プラズマを着火して次のプラズマエッチング工程を行う。このようにして、複数種の異なったプラズマエッチング処理を順次連続的に行う。なお、マルチステップのプラズマエッチング工程において、一旦プラズマを消す際には、後述するようにして、第１のＲＦ電源１０ａ及び第２のＲＦ電源１０ｂからの高周波電力の印加の停止が制御される。

そして、上記した一連のプラズマエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバ１内から搬出される。

ここで、上記したマルチステップのプラズマエッチングの工程の一例を示す。なお、下記のステップ１〜６において、冷却用のヘリウムガスの圧力は、中央部／周辺部＝１３３０／３９９０Ｐａ（１０／３０Torr）、温度は、天井部及び側壁部／載置台＝６０／１０℃で共通である。
［ステップ１］
圧力：２．００ｐａ（１５ｍTorr）
高周波電力：ＨＦ／ＬＦ＝１０００／３００Ｗ
エッチングガス：ＣＨＦ₃／Ｏ₂＝５００／１０ｓｃｃｍ
磁場：５６Ｇ
時間：３６秒
［ステップ２］
圧力：１０６ｐａ（８００ｍTorr）
高周波電力：ＨＦ／ＬＦ＝４００／０Ｗ
エッチングガス：Ｏ₂＝１２００ｓｃｃｍ
磁場：３００Ｇ
時間：２１秒
［ステップ３］
圧力：２．６６ｐａ（２０ｍTorr）
高周波電力：ＨＦ／ＬＦ＝１５００／３００Ｗ
エッチングガス：ＣＯ／Ｏ₂／Ｎ₂＝１００／１０／１２０ｓｃｃｍ
磁場：３００Ｇ
時間：３秒
［ステップ４］
圧力：０．９３１ｐａ（７ｍTorr）
高周波電力：ＨＦ／ＬＦ＝１５００／３００Ｗ
エッチングガス：ＣＯ／Ｏ₂／Ｎ₂＝１００／１０／１２０ｓｃｃｍ
磁場：３００Ｇ
時間：３０秒
［ステップ５］
圧力：２．６６ｐａ（２０ｍTorr）
高周波電力：ＨＦ／ＬＦ＝３００／５００Ｗ
エッチングガス：Ｏ₂＝２５０ｓｃｃｍ
磁場：３００Ｇ
時間：３秒
［ステップ６］
圧力：０．９３１ｐａ（７ｍTorr）
高周波電力：ＨＦ／ＬＦ＝３００／５００Ｗ
エッチングガス：Ｏ₂＝２５０ｓｃｃｍ
磁場：３００Ｇ
時間：８７秒

なお、上記のステップ１〜５において、ステップ３，４はステップ間でプラズマを消さない連続ステップであり、ステップ５，６もステップ間でプラズマを消さない連続ステップである。また、ステップ３，５は、ステップ４，６のプラズマ着火のためのステップであり、ステップ４，６に比べて圧力を高くすることにより、プラズマを着火し易くしている。

上記のようなマルチステップのプラズマエッチングの工程において、プラズマを着火する場合、従来は、図２（ａ）に示すように、まず、周波数の高い高周波電力（ＨＦ）をオンとし、０．２秒後に周波数の低い高周波電力（ＬＦ）をオンとする。また、プラズマを消す際は、周波数の高い高周波電力（ＨＦ）と周波数の低い高周波電力（ＬＦ）を、略同時にオフとしている。なお、図２において横軸は時間を示している。

これに対して、本実施形態では、上記のようなマルチステップのプラズマエッチングの工程において、プラズマを着火する場合は、図２（ｂ）に示すように、図２（ａ）と同様に、周波数の高い高周波電力（ＨＦ）をオンとし、０．２秒後に周波数の低い高周波電力（ＬＦ）をオンとする。

一方、プラズマを消す際は、まず、周波数の低い高周波電力（ＬＦ）をオフとするとともに、周波数の高い高周波電力（ＨＦ）を処理中に比べて所定の電力（例えば、１００〜５００Ｗ、図２（ｂ）では３００Ｗ）まで低下させ、この状態（プラズマが着いた状態）を所定時間（例えば、０．５〜３秒、図２（ｂ）では０．５秒）維持した後、周波数の高い高周波電力（ＨＦ）オフとしてプラズマを消す。つまり、ＬＦが印加されていない状態で、処理中に比べて低い電力のＨＦを印加して所定時間プラズマを維持する。この場合、上記したＨＦを低下させるレベルは、プラズマが消えてしまうことなくプラズマを維持することができるレベルであり、かつ、エッチングプロセスができるだけ進行しない低いレベルとすることが好ましい。

上記のようにして、プラズマを消すことによって、次のステップでプラズマを着火する際に、プラズマの着火性を向上させることができる。なお、このような高周波電力のオン・オフの制御は、図１に示したプラズマエッチング装置においては、制御手段としてのプロセスコントローラ６１によって行われる。

図３は、上記したマルチステップのプラズマエッチングの工程において、ステップ４において、プラズマを消した後、ステップ５におけるプラズマの着火性を調べた結果を示すもので、この測定では、ステップ５における圧力を、２．６６ｐａ（２０ｍTorr）から順次低下させて、プラズマが着火するか否かを調べた。図３（ａ）の下段に示す結果は、図２（ｂ）に示した上記実施形態の方法によってステップ４のプラズマを消した後、ステップ５におけるプラズマの着火性を調べた実施例の結果を示すものである。図３（ａ）の下段に示すように、実施例では、圧力が０．３９９Ｐａ（３ｍTorr）であってもプラズマが着火し、圧力が０．１３３Ｐａ（１ｍTorr）の場合のみプラズマが着火しなかった。

一方、図３（ａ）の上段には、比較例として上記したマルチステップのプラズマエッチングの工程において、ステップ４において、図２（ａ）に示した従来の方法でステップ４のプラズマを消した後、ステップ５におけるプラズマの着火性を調べた結果を示すものである。図３（ａ）の上段に示すように、比較例では、圧力が１．４６Ｐａ（１１ｍTorr）まではプラズマが着火したが、圧力が１．３３Ｐａ（１０ｍTorr）となるとプラズマが着火しなかった。

図３（ｂ）は、上記した図３（ａ）の測定に用いたマッチングボックスを他のマッチングボックスに変更して同様な測定を行った結果を示すものである。この場合、図３（ｂ）の下段に示すように、実施例では、圧力が０．１３３Ｐａ（１ｍTorr）の場合でもプラズマが着火した。一方、比較例では、図３（ｂ）の上段に示すように、圧力が１．０６Ｐａ（８ｍTorr）まではプラズマが着火したが、圧力が０．９３１Ｐａ（７ｍTorr）となるとプラズマが着火しなかった。

上記説明のように、実施例では、比較例の場合に比べて明らかにプラズマの着火性を向上させることができた。そして、本実施形態のプラズマエッチング方法を用いれば、前記したステップ１〜ステップ５のマルチステップのプラズマエッチングの工程において、ステップ３，５のプラズマ着火のためのステップが不要となるので、トータルの処理時間を短縮することが可能となり、スループットの向上を図ることができる。

例えば、前記したマルチステップのプラズマエッチングの工程は、
［ステップａ］
圧力：２．００ｐａ（１５ｍTorr）
高周波電力：ＨＦ／ＬＦ＝１０００／３００Ｗ
エッチングガス：ＣＨＦ₃／Ｏ₂＝５００／１０ｓｃｃｍ
磁場：５６Ｇ
時間：３６秒
［ステップｂ］
圧力：１０６ｐａ（８００ｍTorr）
高周波電力：ＨＦ／ＬＦ＝４００／０Ｗ
エッチングガス：Ｏ₂＝１２００ｓｃｃｍ
磁場：３００Ｇ
時間：２１秒
［ステップｃ］
圧力：０．９３１ｐａ（７ｍTorr）
高周波電力：ＨＦ／ＬＦ＝１５００／３００Ｗ
エッチングガス：ＣＯ／Ｏ₂／Ｎ₂＝１００／１０／１２０ｓｃｃｍ
磁場：３００Ｇ
時間：３０秒
［ステップｄ］
圧力：０．９３１ｐａ（７ｍTorr）
高周波電力：ＨＦ／ＬＦ＝３００／５００Ｗ
エッチングガス：Ｏ₂＝２５０ｓｃｃｍ
磁場：３００Ｇ
時間：８７秒
とすることができる。

なお、上記の場合、ステップｂでは、周波数の高い高周波電力（ＨＦ）のみが印加され、周波数の低い高周波電力（ＬＦ）は印加されていないが、この場合、プラズマを消す際に、図２（ｂ）に示したように、周波数の高い高周波電力（ＨＦ）を処理中に比べて所定の電力まで低下させ、この状態（プラズマが着いた状態）を所定時間維持した後、周波数の高い高周波電力（ＨＦ）オフとしてプラズマを消す。つまり、周波数の低い高周波電力（ＬＦ）が印加されていない状態で、処理中に比べて低い電力の周波数の高い高周波電力（ＨＦ）を印加して所定時間プラズマを維持する。これによって、以降の工程におけるプラズマの着火性を改善することができる。

上記のステップａ〜ｄのマルチステップのプラズマエッチングの工程では、前記したステップ３、ステップ５に相当するステップが不要となり、また、ステップ３とステップ４との間の圧力の変更、ステップ５とステップ６との間の圧力の変更が不要となり、全体の処理時間を短縮することができる。ところで、図１に示したプラズマエッチング装置においては、上記のような処理レシピは、制御部６０の記憶部６３から読み出されて、プロセスコントローラ６１に取り込まれ、プロセスコントローラ６１がプラズマエッチング装置の各部を制御プログラムに基づいて制御することにより、読み出された処理レシピ通りのプラズマエッチング処理工程が実行される。

前述したように、マルチステップのプラズマエッチングの工程を行った場合、後の方の工程では、次第にプラズマが着火し難くなるという現象が生じる。これは、図４に示すように、アイドル状態では帯電が生じていない処理チャンバが（ａ）、高バイアスプラズマ状態となることによって帯電し（ｂ）、処理チャンバを帯電させるプラズマ状態でプラズマを消すと電子の逃げ場がなく処理チャンバが帯電した状態のままとなり（ｃ）、このため、次にプラズマを着火する際に対向電極との間に高周波電力がかかり難くなるためと推測される。なお、プラズマの着火性の悪化は、前ステップにおける周波数の低い高周波電力（ＬＦ）のパワーが大きい場合、前ステップの処理時間が長い場合、前ステップの処理圧力が低い場合ほど顕著になる。

一方、本実施形態では、図５に示すように、高バイアスプラズマ状態となることによって処理チャンバが帯電した状態から（ａ）、低パワー低バイアスプラズマ状態でプラズマを維持することによって、処理チャンバに帯電した電子が低パワー低バイアスプラズマに逃げ（ｂ）、プラズマを消した状態では、処理チャンバが帯電していない状態となり（ｃ）、次にプラズマを着火する際に、対向電極との間に高周波電力がかかり易くなるためプラズマの着火性が改善されると推測される。なお、低パワー低バイアスプラズマ状態でプラズマを維持する時間は、前ステップにおける帯電量に応じて設定する必要があり、前述したように、前ステップにおける周波数の低い高周波電力（ＬＦ）のパワーが大きい場合、前ステップの処理時間が長い場合、前ステップの処理圧力が低い場合ほど、長くする必要がある。

図６は、横軸を時間として、上記した実施形態の際と比較例の際の進行波（ＨＦ Ｐｆ，ＬＦ Ｐｆ）、反射波（ＨＦ Ｐｒ，ＬＦ Ｐｒ）、Ｖppの状態を測定した結果を示すもので、図６（ａ）が比較例、図６（ｂ）が実施形態の場合を示している。図６（ａ）に示されるように、比較例の場合、高周波電力印加直後の反射波が多く、高周波印加直後のＶppが低くなっている。このため、プラズマが着火し難い。一方、図６（ｂ）に示されるように、実施形態の場合反射波が少なく、高周波印加直後のＶppが高くなっており、これによってプラズマが着火し易い。

図７は、横軸を時間として、上記のように、処理チャンバの帯電により、Ｖppが低くなることを検証するための実験として、高周波電力を印加した後に半導体ウエハＷ吸着用の静電チャック用直流電圧を印加した場合（ａ）と、高周波電力を印加する前に半導体ウエハＷ吸着用の静電チャック用直流電圧を印加した場合（ｂ）とで、Ｖppの状態を比較した結果を示すものである。図７に示されるように、高周波電力を印加する前に半導体ウエハＷ吸着用の静電チャック用直流電圧を印加した図７（ｂ）の場合（この場合高周波電力印加前に半導体ウエハＷが帯電した状態となっている。）、図７（ａ）の場合に比べて高周波電力印加直後のＶppが低くなっている。したがって、前述したマルチステップのプラズマエッチングの工程の場合においても、前ステップによって、処理チャンバ内に電荷が溜まり、プラズマが着火し難くなっていると推定される。

以上説明したとおり、本実施形態によれば、１つの処理チャンバ内で複数のプラズマエッチング工程を順次連続的に行うマルチステップのプラズマエッチングにおいて、一旦プラズマを消した後の次のステップにおけるプラズマの着火性を向上させることができる。なお、本発明は上記の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、プラズマエッチング装置は、図１に示した平行平板型の下部２周波印加型に限らず、上部電極と下部電極に夫々周波数の異なる高周波電力を印加する上下部２周波印加型のプラズマエッチング装置にも適用することができる。

本発明の実施形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す図。 本発明の実施形態に係るプラズマエッチング方法の構成を説明するための図。 本発明方法と比較例の方法のプラズマ着火状態を調べた結果を示す図。 プラズマ着火性が悪化する原理を説明するための図。 プラズマ着火性が改善される原理を説明するための図。 実施形態と比較例の進行波、反射波、Ｖppの状態を測定した結果を示す図。 静電チャック用直流電圧の印加タイミングによるＶppの状態の比較結果を示す図。

符号の説明

Ｗ……半導体ウエハ、１……処理チャンバ、２……載置台（下部電極）、１０ａ……第１のＲＦ電源、１０ｂ……第２のＲＦ電源、１６……シャワーヘッド（上部電極）。

Claims (9)

1. 処理チャンバ内に、被処理基板が載置される下部電極と、前記下部電極と対向するように配置された上部電極とが設けられたプラズマエッチング装置を用い、前記下部電極と前記上部電極との間に第１の周波数の第１高周波電力と、前記第１高周波電力より周波数の低い第２の周波数の第２高周波電力とを印加してエッチングガスのプラズマを発生させ、前記被処理基板を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、
   少なくとも第１のプラズマを用いてプラズマエッチングを行う第１プラズマエッチング工程と、
   前記第１のプラズマを消した後に、前記第１のプラズマとは異なる第２のプラズマを着火してプラズマエッチングを行う第２プラズマエッチング工程とを有し、
   前記第１のプラズマを消す際に、前記第２の高周波電力の印加を停止した状態で、プラズマエッチング時より少ない所定電力の前記第１の周波数の高周波電力を所定時間印加して第１のプラズマを維持し、この後前記第１の周波数の高周波電力の印加を停止する
   ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
2. 請求項１記載のプラズマエッチング方法であって、
   前記所定時間が、０．５秒〜３秒であることを特徴とするプラズマエッチング方法。
3. 請求項１又は２記載のプラズマエッチング方法であって、
   前記所定電力が、１００Ｗ〜５００Ｗであることを特徴とするプラズマエッチング方法。
4. 請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、
   前記第１の周波数が３０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ、前記第２の周波数が３．２ＭＨｚ〜１３．５６ＭＨｚであることを特徴とするプラズマエッチング方法。
5. 被処理基板を収容する処理チャンバと、
   前記処理チャンバ内に設けられ、前記被処理基板が載置される下部電極と、
   前記処理チャンバ内に設けられ、前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、
   前記下部電極と前記上部電極との間に、第１の周波数の第１高周波電力を印加するための第１高周波電源と、
   前記下部電極と前記上部電極との間に、前記第１の高周波電力より周波数の低い第２の周波数の第２高周波電力を印加するための第２高周波電源と、
   前記処理チャンバ内にプラズマを発生させるためのエッチングガスを供給するエッチングガス供給機構と、
   を具備したプラズマエッチング装置であって、
   少なくとも第１のプラズマを用いてプラズマエッチングを行う第１プラズマエッチング工程と、前記第１のプラズマを消した後に、前記第１のプラズマとは異なる第２のプラズマを着火してプラズマエッチングを行う第２プラズマエッチング工程とを実施し、
   前記第１のプラズマを消す際に、前記第２の高周波電力の印加を停止した状態で、プラズマエッチング時より少ない所定電力の前記第１の周波数の高周波電力を所定時間印加して所定時間第１のプラズマを維持し、この後前記第の周波数の高周波電力の印加を停止してプラズマを消すよう制御を行う制御手段を有することを特徴とするプラズマエッチング装置。
6. 請求項５記載のプラズマエッチング装置であって、
   前記所定時間が、０．５秒〜３秒であることを特徴とするプラズマエッチング装置。
7. 請求項５又は６記載のプラズマエッチング装置であって、
   前記所定電力が、１００Ｗ〜５００Ｗであることを特徴とするプラズマエッチング装置。
8. 請求項５〜７いずれか１項記載のプラズマエッチング装置であって、
   前記第１の周波数が３０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ、前記第２の周波数が３．２ＭＨｚ〜１３．５６ＭＨｚであることを特徴とするプラズマエッチング装置。
9. 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４いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるようにプラズマエッチング装置を制御することを特徴とするコンピュータ記憶媒体。

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