JP2014187231A - プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチングレートの局所的な偏りの発生を抑制することができるとともに、チャージアップダメージの発生を抑制することのできるプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置を提供する。
【解決手段】プラズマエッチング装置を用い、被処理基板のシリコン層をエッチングするプラズマエッチング方法であって、処理チャンバー内の圧力を１．３３Ｐａ以上とするとともに、下部電極に第１の周波数の第１高周波電力と、第１の周波数より低い第２の周波数の第２高周波電力であって１ＭＨｚ以下の周波数の第２高周波電力を印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置に関する。

従来から、半導体装置の製造工程では、エッチングガスをプラズマ化して被処理基板（半導体ウエハ）に作用させ、被処理基板のシリコン層等をエッチングするプラズマエッチングが用いられている。このようなプラズマエッチングでは、被処理基板の一部に電荷が蓄積して放電（アーキング）が発生し、絶縁破壊が生じる等の所謂チャージアップダメージが生じる場合があり、このようなチャージアップダメージの発生を抑制するための技術が従来から開発されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−７１２９２号公報

ところで、シリコンエッチングで高いエッチングレートを得る方法として、ラジカルが多いプラズマ状態でプラズマエッチングを行う方法が一般的である。また、このようなプラズマエッチングにおいては、被処理基板上のデバイスの金属汚染を低減するために、被処理基板と対向する対向電極（上部電極）の対向面を石英部材等で覆うことが行われている。

しかしながら、このように上部電極に誘電体を配置すると、実効的なアノードカソード面積比が低下し、被処理基板に掛かる自己バイアス電圧（Ｖｄｃ）が小さくなる。そのため被処理基板直上のシースが薄くなり、プラズマ中の電子がシースを飛び越えて被処理基板に入射しやすくなる。そのため、被処理基板はプラズマの不均一分布の影響を受けやすくなり、例えば被処理基板の中央部のエッチングレートが高くなる等エッチングレートの局所的な偏りが発生する場合、チャージアップダメージが発生する場合が多くなる。

また、プラズマエッチング装置では、プロセス性能の向上のため、真空処理容器の上部天板に設けた上部電極を駆動させて、真空処理容器の下部に設けた下部電極との間隔（プロセスギャップ）を制御する構成とすることが望まれている。一般的に、上部電極を駆動させる駆動機構部には、大気と真空を遮蔽する金属素材からなるシール材としてベローズを用いている。この場合、真空処理容器の接地（グランド）と、上部電極を含めた上部天板全体との間のインピーダンスが大きくなる傾向にある。そのため、実効的なアノードカソード面積比がさらに低下し、更なるエッチングレートの局所的な偏りやチャージアップダメージを誘発してしまうという問題がある。

近年の半導体デバイスの製造工程においては、上述のようなチャージアップダメージを誘発しやすい装置構成での、プロセス条件の最適化等プロセス性能の向上が必須となってきている。

本発明は、上記の事情に対処してなされたもので、エッチングレートの局所的な偏りの発生を抑制することができるとともに、チャージアップダメージの発生を抑制することのできるプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置を提供しようとするものである。

本発明のプラズマエッチング方法の一態様は、被処理基板を収容する処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に配設され、前記被処理基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に配設され、前記下部電極と対向する上部電極と、前記処理チャンバー内に所定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、前記処理チャンバー内を排気する排気機構と、を具備したプラズマエッチング装置を用い、前記被処理基板のシリコン層をエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記処理チャンバー内の圧力を１３．３Ｐａ以上とするとともに、前記下部電極に第１の周波数の第１高周波電力と、前記第１の周波数より低い第２の周波数の第２高周波電力であって１ＭＨｚ以下の周波数の第２高周波電力を印加することを特徴とする。

本発明のプラズマエッチング装置の一態様は、被処理基板を収容する処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に配設され、前記被処理基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に配設され、前記下部電極と対向する上部電極と、前記処理チャンバー内に所定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、前記処理チャンバー内を排気する排気機構と、前記下部電極に８０ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下の周波数の第１高周波電力を印加する第１高周波電源と、前記下部電極に１ＭＨｚ以下の周波数の第２高周波電力を印加する第２高周波電源と、を具備し、前記被処理基板のシリコン層をエッチングすることを特徴とする。

本発明によれば、エッチングレートの局所的な偏りの発生を抑制することができるとともに、チャージアップダメージの発生を抑制することのできるプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置を提供することができる。

本発明の第１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図。 本発明の第２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図。 チャージアップダメージの評価方法を説明するための図。 周波数が１００ＭＨｚと４０ＭＨｚの場合のＶｄｃと電子密度との関係を示すグラフ。 （ａ）は従来技術におけるエッチングレートの面内分布の例を示す図、（ｂ）は実施形態におけるエッチングレートの面内分布の例を示す図。

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、第１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図である。図１に示すプラズマエッチング装置１００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ー１を有している。

この処理チャンバー１は、円筒状とされ、例えば表面に陽極酸化皮膜を形成されたアルミニウム等から構成されている。処理チャンバー１内には、被処理基板である半導体ウエハＷが略水平に載置される載置台２が設けられている。この載置台２は、下部電極を兼ねたものであり、例えばアルミニウム等の導電性材料で構成されており、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上の外周部分には、半導体ウエハＷの周囲を囲むように、ＳｉＣ等から環状に形成されたフォーカスリング５が設けられている。

載置台２には、第１マッチングボックス１１ａを介して第１高周波電源１０ａが接続されるとともに、第２マッチングボックス１１ｂを介して第２高周波電源１０ｂが接続されている。第１高周波電源１０ａからは、周波数の高い、例えば８０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの周波数（本実施形態では１００ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２に供給されるようになっている。一方、第２高周波電源１０ｂからは、第１高周波電源１０ａより低く、かつ、１ＭＨｚ以下の周波数（本実施形態では０．４ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２に供給されるようになっている。

一方、載置台２に対向してその上方には、シャワーヘッド１６が載置台２と平行に対向して設けられており、このシャワーヘッド１６は接地電位とされている。したがって、これらのシャワーヘッド１６と載置台２とは、一対の対向電極（上部電極と下部電極）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、クーロン力等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てその温度を制御できるようになっている。また、載置台２には、半導体ウエハＷの裏面側にヘリウムガス等のバックサイドガス（裏面側伝熱ガス）を供給するためのバックサイドガス供給配管３０ａ，３０ｂが接続されており、バックサイドガス供給源３１から半導体ウエハＷの裏面側にバックサイドガスを供給できるようになっている。なお、バックサイドガス供給配管３０ａは半導体ウエハＷの中央部に、バックサイドガス供給配管３０ｂは半導体ウエハＷの周縁部にバックサイドガスを供給するためのものである。このような構成によって、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、フォーカスリング５の外側下方には排気リング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ー１と導通している。

処理チャンバー１の天壁部分に、載置台２に対向するように設けられたシャワーヘッド１６には、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が設けられている。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、プラズマエッチング用の処理ガス（エッチングガス）等を供給する処理ガス供給系１５が接続されている。なお、シャワーヘッド１６には、載置台２との対向面を覆うように、石英部材１６ｂが配設されている。

処理ガス供給系１５から供給されるガスは、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。

処理チャンバー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ー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、処理チャンバー１の側壁には、半導体ウエハ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。

上記構成のプラズマエッチング装置１００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は、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置１００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部６２と、記憶部６３とを具備している。

ユーザインターフェース部６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置１００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１００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１００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部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１００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録媒体（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。

次に、上記構成のプラズマエッチング装置１００で、半導体ウエハＷ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ー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ー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ー１内が排気される。

処理チャンバー１内が所定の真空度になった後、処理チャンバー１内には処理ガス供給系１５から所定のエッチングガスが導入され、処理チャンバー１内が所定の圧力、例えば１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）以上に保持され、この状態で第１高周波電源１０ａ、第２高周波電源１０ｂから載置台２に、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はクーロン力等により静電チャック６へ吸着される。

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。これによって、半導体ウエハＷが存在する処理空間には放電が生じ、それによってプラズマ化したエッチングガスにより、半導体ウエハＷに所定のプラズマエッチングが施される。

そして、所定のプラズマ処理が終了すると、高周波電力の供給及びエッチング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が処理チャンバー１内から搬出される。

次に、図２を参照して、第２実施形態に係るプラズマエッチング装置１１０の構成を説明する。図２に示すプラズマエッチング装置１１０は、例えば、直径が３００ｍｍのウエハＷを収容する円筒状の処理チャンバー１１１（筒状容器）を有し、処理チャンバー１１１内の下方には半導体ウエハＷを載置する円板形状の載置台１１２が配置されている。処理チャンバー１１１は円管状の側壁１１３と、側壁１１３の上方の端部を覆う円板状の蓋１１４とを有する。

処理チャンバー１１１には、図示しないＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）等の排気機構が接続されており、処理チャンバー１１１内の圧力を所定の減圧雰囲気に維持できるようになっている。

載置台１１２には、第１の高周波電源１１５が第１の整合器１１６を介して接続され、且つ第２の高周波電源１１７が第２の整合器１１８を介して接続されている。第１の高周波電源１１５は、プラズマ生成用の比較的高い周波数、例えば８０ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下（本実施形態では、１００ＭＨｚ）を載置台１１２に印加する。また、第２の高周波電源１１７は、第１の高周波電源１１５より低い周波数のバイアス電力を載置台１１２に印加する。本実施形態において、第２の高周波電源１１７の高周波電力の周波数は、１ＭＨｚ以下、例えば０．４ＭＨｚとされている。

載置台１１２の上部には、電極板１１９を内部に有する静電チャック１２０が配置されている。静電チャック１２０は、円板状のセラミック部材で構成され、電極板１１９には、直流電源１２１が接続されている。電極板１１９に正の直流電圧が印加されると、半導体ウエハＷにおける静電チャック１２０側の面（裏面）には負の電位が生じて電極板１１９及びウエハＷの裏面の間に電界が生じ、この電界に起因するクーロン力等により、半導体ウエハＷは静電チャック１２０に吸着保持される。

また、載置台１１２には、吸着保持された半導体ウエハＷを囲うように、フォーカスリング１２２が載置されている。フォーカスリング１２２は、例えば、ＳｉＣ等から構成される。

処理チャンバー１１１内の上方には、載置台１１２と対向するようにシャワーヘッド１２３（移動電極）が配置されている。シャワーヘッド１２３は、多数のガス穴１２４を有する円板状の導電性の上部電極板１２５と、該上部電極板１２５を着脱可能に釣支するクーリングプレート１２６と、クーリングプレート１２６をさらに釣支するシャフト１２７と、シャフト１２７の上端に配される処理ガス受入部１２８とを有する。シャワーヘッド１２３は、蓋１１４及び側壁１１３を介して接地され、処理チャンバー１１１内に印加されるプラズマ生成電力に対する接地電極として機能する。なお、上部電極板１２５には、載置台１１２との対向面を覆うように、石英部材１２５ａが配設されている。

シャフト１２７は、内部を上下方向に貫通するガス流路１２９を有し、クーリングプレート１２６は内部にバッファ室１３０を有する。ガス流路１２９は、処理ガス受入部１２８とバッファ室１３０を接続し、各ガス穴１２４は、バッファ室１３０と処理チャンバー１１１内を連通する。シャワーヘッド１２３において、ガス穴１２４、処理ガス受入部１２８、ガス流路１２９及びバッファ室１３０は処理ガス導入系を構成し、該処理ガス導入系は処理ガス受入部１２８に供給された処理ガス（エッチングガス）を処理チャンバー１１１内の、シャワーヘッド１２３と載置台１１２の間に存在する処理空間へ導入する。

シャワーヘッド１２３において、上部電極板１２５の外径は、処理チャンバー１１１の内径よりも若干小さく設定されるため、シャワーヘッド１２３は側壁１１３に接触しない。すなわち、シャワーヘッド１２３は処理チャンバー１１１内に遊合するように配置される。また、シャフト１２７は蓋１１４を貫通し、該シャフト１２７の上部は、プラズマエッチング装置１１０の上方に配置されたリフト機構（図示しない）に接続される。リフト機構はシャフト１２７を図中上下方向に移動させるが、このとき、シャワーヘッド１２３は処理チャンバー１１１内において該処理チャンバー１１１の中心軸に沿い、ピストンのように上下動する。これにより、シャワーヘッド１２３と載置台１１２の間に存在する処理空間の距離であるギャップを調整することができる。なお、シャワーヘッド１２３の図中上下方向に関する移動量の最大値は、例えば７０ｍｍ程度である。

ベローズ１３１は、例えば、ステンレスからなる伸縮自在な圧力隔壁であり、その一端は蓋１１４に接続され、他端はシャワーヘッド１２３に接続される。そして、ベローズ１３１は、処理チャンバー１１１内を処理チャンバー１１１外部から遮蔽するシール機能を有する。

プラズマエッチング装置１１０では、処理ガス受入部１２８へ供給されたエッチングガスが処理ガス導入系を介して処理空間へ導入され、導入されたエッチングガスは、処理空間へ印加されたプラズマ生成電力によって励起されてプラズマとなる。プラズマ中の正イオンは、載置台１１２に印加されるバイアス電力に起因する負のバイアス電位によって載置台１１２に載置された半導体ウエハＷに向けて引きこまれ、半導体ウエハＷにエッチング処理を施す。

上述したプラズマエッチング装置１１０の各構成部品、例えば、第１の高周波電源１１５や第２の高周波電源１１７の動作は、プラズマエッチング装置１１０が備える制御部（図示しない）のＣＰＵが、エッチング処理に対応するプログラムに応じて制御する。

ここで、プラズマエッチング装置１１０では、シャワーヘッド１２３が側壁１１３と接触していないため、処理空間へ印加されたプラズマ生成電力に起因する高周波電流はシャワーヘッド１２３を流れた後、ベローズ１３１、蓋１１４及び側壁１１３を流れて接地に到達するが、ベローズ１３１のインピーダンス（主にインダクタンス（Ｌ）成分）が大きいため、シャワーヘッド１２３及び蓋１１４の間において電位差が生じる。

上述したプラズマエッチング装置１００及びプラズマエッチング装置１１０において、半導体ウエハＷのシリコン層をプラズマエッチングする際、ラジカルエッチを主体とするエッチングで高いエッチングレートを得る方法として、高圧（例えば１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）以上）とし、高ハロゲン分圧領域でプラズマエッチングを行う方法がある。この場合、例えば、第１高周波電力の周波数として１００ＭＨｚ、第２高周波電力の周波数として１３ＭＨｚを用いると、半導体ウエハの中央部のエッチングレートが高くなる等エッチングレートの局所的な偏りが発生したり、チャージアップダメージが発生する場合が多くなる。

また、デバイスへの金属汚染を低減するために、半導体ウエハＷと対向する対向電極（上部電極）に石英部材１６ｂ、石英部材１２５ａを用いている。そのため、実効的なアノードカソード面積比が低下し、半導体ウエハＷに掛かるＶｄｃが小さくなる傾向にある。Ｖｄｃが小さくなると、半導体ウエハ直上のシースも薄くなり、プラズマ中の電子がシースを飛び越えて半導体ウエハＷに入射しやすくなる。そのため、半導体ウエハＷのエッチング処理の状態が、プラズマの不均一な分布の影響を受けやすくなってしまう。また、一般的に、高圧条件でプラズマエッチングを行う場合や、ハロゲン元素を含有するガスを用いるなど負イオンが多く発生する条件でエッチングを行う場合は、シースが薄くなってしまうことも知られている。

さらに、プラズマエッチング装置１１０のように、上部電極を駆動させプロセスギャップ（上部電極と下部電極との間の間隔）を変更できる構成の場合、前述したとおり、駆動機構部にベローズ１３１を用いることで 上部ユニットとグランド間のインピーダンス（Ｌ成分）が大きくなるため、実効的なアノードカソード面積比がさらに低下し、その結果、エッチングレートの局所的な偏りやチャージアップダメージを誘発しやすくなる。

第２高周波電力の周波数として、従来使用されている１３ＭＨｚ、３ＭＨｚ等を用いると、質量の大きな正イオン及び負イオンは、第２高周波電力の周期に追随することができず、主に定常的に形成されているＶｄｃによって正イオンのみが半導体ウエハに輸送される。一方、本実施形態のように、第２高周波電力の周波数として、１ＭＨｚ以下、例えば、０．４ＭＨｚを用いた場合には、質量の大きなイオンも第２高周波電力の周期に追随することができるため、プラズマから見た半導体ウエハの電位が負の時間帯は正イオンが輸送され、反対に、プラズマから見た半導体ウエハの電位が正になる時間帯には、負イオンがウエハへ輸送される。それにより、負イオンの消滅が増え、電子に対する負イオンの比率が低下することでＶｄｃが大きくなると考えられる。

これにより、厚いシースが形成され、電子がシースを超えて半導体ウエハに入射するのを阻止することができるので、半導体ウエハ面内に顕著な電位差が生じないことになる。その結果として、エッチングレートの局所的な偏りやチャージアップダメージの発生を抑制することができる。

また、上記条件のプラズマエッチングでは、より高い電子密度を低いパワーで実現することが望ましく、第１高周波電力の周波数は、８０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚとすることが好ましく、１００ＭＨｚとすることがより好ましい。

上記のように、第１高周波電力の周波数を８０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚとすることは、以下のような観点からも望ましい。すなわち、近年、生産性向上の観点から半導体ウエハを処理チャンバー内に搬入せずに処理チャンバー内でプラズマを生成し、処理チャンバー内壁に着いた付着物を除去する所謂ウエハレスのクリーニングが行われている。その際に重要となるのが、載置台の消耗であり、載置台に入射するイオンのエネルギーが低いことが望まれている。低ダメージの付着物除去プロセスをえるためには、Ｖｄｃが低く、高電子密度（高ラジカル密度）が得られる高い周波数でのプラズマ生成が望ましい。そのためには、第１高周波電力の周波数を８０ＭＨｚ以上とすることが必要である。

図４のグラフは、縦軸を電子密度、横軸をＶｄｃとして、第１高周波電力の周波数を１００ＭＨｚとした場合と、４０ＭＨｚとして場合について、これらの関係を示したものである。このグラフに示されるように、同じプラズマ密度を達成する場合、第１高周波電力の周波数を高めることによってＶｄｃを減少させることができる。一方、第１高周波電力の周波数が高すぎるとエッチングレートの均一性が悪くなるため、１５０ＭＨｚより高い周波数とすることは好ましくない。したがって、８０〜１５０ＭＨｚの帯域の周波数を第１高周波電力の周波数として選択することで、効率的なプラズマ生成、載置台の消耗の少ないチャンバ内壁の付着物除去、エッチングレートの均一性という要求を満たすことができる。

なお、第１高周波電力の周波数を１００ＭＨｚ程度の高い周波数とし、第２高周波電力の周波数を１３ＭＨｚとしてシリコンのプラズマエッチングを行う場合、圧力を高くしてエッチングレートを高めると、半導体ウエハの中央部でエッチングレートが高くなる傾向があった。これは、一般的に、高圧で負イオンが多い条件下でのエッチングでは、負イオンとそれに伴い正イオンが半導体ウエハ中央部に滞留しやすくなるため、半導体ウエハ中央部でのエッチングレートが増大するためと考えられる。第１高周波電力の周波数を１００ＭＨｚ、第２高周波電力の周波数を１３ＭＨｚ、圧力を２０．０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）としてプラズマエッチングを行った場合のエッチングレートの面内分布の例を図５（ａ）のグラフに示す。このグラフに示されるように、半導体ウエハ中央部でのエッチングレートが局所的に高くなっている。

一方、上述した実施形態によれば、第２高周波電力の周波数を、質量の大きなイオンも追随することのできる周波数である１ＭＨｚ以下（０．４ＭＨｚ）としているので、プラズマから見た半導体ウエハの電位が正になる時間帯には、負イオンが半導体ウエハへ輸送される。それにより、負イオンの消滅が増え、電子に対する負イオンの比率が低下する。そのため、第１高周波電力の周波数を１００ＭＨｚとしても、中央部に正イオンが滞留しやすくなる状態にはならない。その結果、半導体ウエハの中央部のエッチングレートが高くなることが抑制される。本実施形態により、第１高周波電力の周波数を１００ＭＨｚ、第２高周波電力の周波数を０．４ＭＨｚ、圧力を２０．０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）としてプラズマエッチングを行った場合の酸化膜のエッチングレートの面内分布の例を図５（ｂ）のグラフに示す。このグラフと、図５（ａ）のグラフとを比較すると明らかなように、本実施形態によれば、半導体ウエハ中央部でのエッチングレートの局所的上昇が抑制されていることが分かる。

次に、テストウエハを用いて、プラズマによるチャージアップダメージの発生の状態を評価した結果を説明する。評価には、図３に示す構造の素子を用いた。すなわち、Ｓｉ基板（半導体ウエハ）７４上に、厚さ４ｎｍのゲート酸化膜相当部分７６ａおよび厚さ５００ｎｍの素子分離領域７６ｂを有するＳｉＯ_２膜７６を形成し、さらにその上にポリシリコン膜７８を形成し、このような素子をＳｉ基板７４上にマトリクスのセル状に多数形成した。また、ポリシリコン膜７８の面積Ｃを、ゲート酸化膜相当部分７６ａの面積Ｄの１万倍（１０ｋ）または１０万倍（１００ｋ）と通常の素子よりも大きく設定して、通常のストレス試験と同様にチャージアップダメージが発生しやすい構造とした。そして、一定時間プラズマに晒した後、各素子のリーク電流を測定し、リーク電流が１×１０^−９Ａ／μｍ^２以上の場合を絶縁破壊が生じたものとし、それよりも小さい値の場合には絶縁破壊無しとした。

（実施例１）
実施例１として、図１に示したプラズマエッチング装置１００を使用し、Ｓｉ基板（半導体ウエハ）としては直径３００ｍｍのものを使用し、以下のプラズマエッチング条件でチャージアップダメージの発生状況の評価を行った。
処理チャンバー内圧力：２０．０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス：ＨＢｒ／ＮＦ_３／Ｏ_２＝２５０／２０／１０ｓｃｃｍ
第１の高周波：周波数１００ＭＨｚ、電力５００Ｗ
第２の高周波：周波数０．４ＭＨｚ、電力１０００，２０００，３０００Ｗ
処理時間：１０秒
ギャップ：３５ｍｍ
の条件でプラズマに半導体ウエハを晒した。

この評価結果を以下に示す。第２の高周波電力が夫々１０００，２０００，３０００Ｗの場合について、１０ｋ及び１００ｋ毎に絶縁破壊の起きなかった素子の全素子に対する％（歩留まりに相当する。）で示してある。
１０００Ｗ：１０ｋ＝１００％、１００ｋ＝１００％
２０００Ｗ：１０ｋ＝１００％、１００ｋ＝１００％
３０００Ｗ：１０ｋ＝１００％、１００ｋ＝８７％

比較例１として、第２の高周波の周波数１３ＭＨｚとした点以外は、実施例１と同一の処理条件で同様な評価を行った。この評価結果を以下に示す。
１０００Ｗ：１０ｋ＝９５％、１００ｋ＝４９％
２０００Ｗ：１０ｋ＝７９％、１００ｋ＝４９％
３０００Ｗ：１０ｋ＝７１％、１００ｋ＝５７％

比較例２として、第２の高周波の周波数３ＭＨｚとした点以外は、実施例１と同一の処理条件で同様な評価を行った。この評価結果を以下に示す。
１０００Ｗ：１０ｋ＝８８％、１００ｋ＝３２％
２０００Ｗ：１０ｋ＝５８％、１００ｋ＝３％

以上のとおり、実施例１では、第２の高周波電力が１０００Ｗ，２０００Ｗの場合、１００％の素子について、絶縁破壊が生じなかった。また、３０００Ｗの場合、１０ｋでは、絶縁破壊が生じなかったが。１００ｋでは、１３％の素子に絶縁破壊が生じ、絶縁破壊が生じなかった素子（歩留まり）は８７％であった。

これに対して、比較例１では、かなりの数の素子に絶縁破壊が生じ、特に１００ｋの場合は、半数程度の素子に絶縁破壊が生じた。また、比較例２では、比較例１の場合以上の数の素子に絶縁破壊が生じた。

次に、実施例２として、図２に示したプラズマエッチング装置１１０を使用し、Ｓｉ基板（半導体ウエハ）としては直径３００ｍｍのものを使用し、以下のプラズマエッチング条件でチャージアップダメージの発生状況の評価を行った。
処理チャンバー内圧力：２０．０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス：ＨＢｒ／ＮＦ_３／Ｏ_２＝２５０／２０／１０ｓｃｃｍ
第１の高周波：周波数１００ＭＨｚ、電力５００Ｗ
第２の高周波：周波数０．４ＭＨｚ、電力２０００Ｗ
処理時間：１０秒
ギャップ：３５ｍｍ
の条件でプラズマに半導体ウエハを晒した。

この評価結果を以下に示す。１０ｋ及び１００ｋ毎に絶縁破壊の起きなかった素子の全素子に対する％（歩留まりに相当する。）で示してある。
２０００Ｗ：１０ｋ＝１００％、１００ｋ＝８５％

上記の実施例２では、実施例１に比べると１００ｋの場合のチャージアップダメージの発生が見られるが、比較例１、比較例２に比べると、チャージアップダメージの発生が明らかに抑制されていることが分かる。

また、上記の実施例１、比較例１、比較例２における酸化膜のエッチングレートを半導体ウエハの面内の径方向に離間した複数ポイントにおいて測定し、その平均値とばらつきを算出したところ、エッチングレートの平均値及びそのばらつきは、以下のとおりであった。
（実施例１）
１０００Ｗ：３３．２ｎｍ／ｍｉｎ，±４７．４％
２０００Ｗ：５１．４ｎｍ／ｍｉｎ，±２４．６％
３０００Ｗ：６７．６ｎｍ／ｍｉｎ，±１７．７％
（比較例１）
１０００Ｗ：２５．４ｎｍ／ｍｉｎ，±４４．８％
２０００Ｗ：４５．２ｎｍ／ｍｉｎ，±３７．３％
３０００Ｗ：６７．３ｎｍ／ｍｉｎ，±２３．９％
（比較例２）
１０００Ｗ：３１．２ｎｍ／ｍｉｎ，±４５．２％
２０００Ｗ：６０．７ｎｍ／ｍｉｎ，±２２．６％

上記のように、実施例１では、エッチングレート及びエッチングレートの面内均一性は、比較例１と比べて良好であった。一方で、比較例２と実施例１はほぼ同一のエッチレート及びエッチングレートの面内均一性が得られているが、比較例２は上述のように絶縁破壊の発生すなわちチャージアップダメージの影響が大きくなっている。このように、実施例１では、比較例１、比較例２に比べて、チャージアップダメージの発生を大幅に抑制することができ、かつ、エッチングレート及びエッチングレートの面内均一性も良好であることを確認できた。

次に、上述したチャージアップダメージと圧力依存性を調べるため、図２に示したと同様な構造の装置（但し、第２の高周波電力の周波数は１３ＭＨｚ）を用い、Ｓｉ基板（半導体ウエハ）としては直径３００ｍｍのものを使用し、以下のプラズマエッチング条件でチャージアップダメージの発生状況の評価を行った。
処理チャンバー内圧力：３．９９Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）、１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）、２０．０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス：ＨＢｒ／ＮＦ_３／Ｏ_２＝２５０／２０／１０ｓｃｃｍ
第１の高周波：周波数１００ＭＨｚ、電力０Ｗ
第２の高周波：周波数１３ＭＨｚ、電力３０００Ｗ
処理時間：１０秒
ギャップ：３５ｍｍ
の条件でプラズマに半導体ウエハを晒した。

この評価結果を以下に示す。処理チャンバー内圧力が夫々３．９９Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）、１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）、２０．０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）の場合について、１０ｋ及び１００ｋ毎に絶縁破壊の起きなかった素子の全素子に対する％（歩留まりに相当する。）で示してある。
圧力３．９９Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）：１０ｋ＝１００％、１００ｋ＝１００％
圧力１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）：１０ｋ＝９０％、１００ｋ＝６８％
圧力２０．０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）：１０ｋ＝６７％、１００ｋ＝４８％

上記の評価結果に示されるように、処理チャンバー内圧力が１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）以上の高圧になると、チャージアップダメージが顕著に現れることが分かった。

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ことは、勿論である。

１……処理チャンバー、２……載置台、１０ａ……第１高周波電源、１０ｂ……第２高周波電源、１６……シャワーヘッド、Ｗ……半導体ウエハ。

Claims (6)

1. 被処理基板を収容する処理チャンバーと、
   前記処理チャンバー内に配設され、前記被処理基板が載置される下部電極と、
   前記処理チャンバー内に配設され、前記下部電極と対向する上部電極と、
   前記処理チャンバー内に所定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、
   前記処理チャンバー内を排気する排気機構と、
   を具備したプラズマエッチング装置を用い、前記被処理基板のシリコン層をエッチングするプラズマエッチング方法であって、
   前記処理チャンバー内の圧力を１３．３Ｐａ以上とするとともに、
   前記下部電極に第１の周波数の第１高周波電力と、前記第１の周波数より低い第２の周波数の第２高周波電力であって１ＭＨｚ以下の周波数の第２高周波電力を印加する
   ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
2. 請求項１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８０ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下である
   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、
   前記エッチングガスがハロゲン元素を含むガスを含む
   ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
4. 被処理基板を収容する処理チャンバーと、
   前記処理チャンバー内に配設され、前記被処理基板が載置される下部電極と、
   前記処理チャンバー内に配設され、前記下部電極と対向する上部電極と、
   前記処理チャンバー内に所定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、
   前記処理チャンバー内を排気する排気機構と、
   前記下部電極に８０ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下の周波数の第１高周波電力を印加する第１高周波電源と、
   前記下部電極に１ＭＨｚ以下の周波数の第２高周波電力を印加する第２高周波電源と、
   を具備し、
   前記被処理基板のシリコン層をエッチングする
   ことを特徴とするプラズマエッチング装置。
5. 請求項４記載のプラズマエッチング装置であって、
   前記上部電極の前記下部電極との対向面に、石英部材が配設されていることを特徴とするプラズマエッチング装置。
6. 請求項４又は５記載のプラズマエッチング装置であって、
   前記上部電極が上下動可能とされ、当該上部電極と前記下部電極との間の間隔を変更可能とされていることを特徴とするプラズマエッチング装置。

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