JP2018093189A - プラズマエッチング方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】金属含有マスクがマスクとして用いられる場合に、マスクの材料に起因したエッチングストップを回避する。【解決手段】プラズマエッチング方法は、所定のパターンを有する金属含有マスクに対して、第１の処理ガスのプラズマにより上部電極をスパッタしながら上部電極を構成する元素を含有する堆積物を堆積させる堆積工程と、上部電極を構成する元素を含有する堆積物が堆積した金属含有マスクをマスクとして、第２の処理ガスのプラズマにより被処理膜をエッチングするエッチング工程とを含む。【選択図】図３

Description

本発明の種々の側面及び実施形態はプラズマエッチング方法に関するものである。
従来、プラズマエッチング装置は、例えば、フォトレジストや金属含有マスクをマスクとして被処理膜のエッチングを行う。なお、フォトレジストがマスクとして用いられる場合に、シリコンを含む上部電極に負の直流電圧を印加しながら処理ガスのプラズマによりフォトレジストの表面にシリコン含有堆積物を保護膜として堆積させる手法がある。
特開２００３−２８２５３９号公報 特開２０１４−８２２２８号公報
しかしながら、プラズマエッチング装置では、金属含有マスクがマスクとして用いられる場合に、マスクの材料に起因したエッチングストップを回避することまでは考慮されていない。すなわち、プラズマエッチング装置では、金属含有マスクがマスクとして用いられる場合に、金属含有マスクから飛散する金属が金属化合物として被処理膜に付着することにより、被処理膜のエッチングが阻害され、結果として、エッチングストップが発生するという問題がある。
本発明の一側面に係るプラズマエッチング方法は、所定のパターンを有する金属含有マスクに対して、第１の処理ガスのプラズマにより上部電極をスパッタしながら前記上部電極を構成する元素を含有する堆積物を堆積させる堆積工程と、前記上部電極を構成する元素を含有する堆積物が堆積した前記金属含有マスクをマスクとして、第２の処理ガスのプラズマにより被処理膜をエッチングするエッチング工程とを含む。
本発明の種々の側面及び実施形態によれば、金属含有マスクがマスクとして用いられる場合に、マスクの材料に起因したエッチングストップを回避することが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が実現される。
図１は、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置を単純化して模式的に示す断面図である。 図２は、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。 図３は、第１の実施形態におけるプラズマエッチング処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図４は、第１の実施形態における堆積工程について示す図である。 図５は、堆積工程とエッチング工程とが繰り返される場合の各工程の実行後のウエハＷの断面の一例を示す図である。 図６は、堆積工程とエッチング工程とが繰り返される場合の各工程の実行後のウエハＷの断面の他の一例を示す図である。 図７は、堆積工程とエッチング工程との間に酸化工程が実行される場合の各工程の実行後のウエハＷの断面の一例を示す図である。 図８は、比較例１及び実施例１における処理結果を示す図である。
以下に、開示するプラズマエッチング方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
（第１の実施形態におけるプラズマエッチング装置）
図１は、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置を単純化して模式的に示す断面図である。図１に示すように、プラズマエッチング装置は、下部電極であるサセプタ１６に第１の高周波電源８９からプラズマ生成用の例えば４０ＭＨｚの高周波（ＲＦ）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（ＲＦ）電力を印加する下部ＲＦ２周波印加タイプのプラズマエッチング装置であって、図示のように上部電極３４に可変直流電源５０を接続して所定の直流（ＤＣ）電圧が印加されるプラズマエッチング装置である。
図２は、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。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。チャンバ１０は、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が配置される。サセプタ支持台１４の上には、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、サセプタ１６の上に被処理体である半導体ウエハ（以下「ウエハ」と呼ぶ）Ｗが載置される。
サセプタ１６の上面には、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。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。静電チャック１８では、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ウエハＷが吸着保持される。
静電チャック１８（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。フォーカスリング（補正リング）２４は、例えば、シリコンから形成される。サセプタ１６及びサセプタ支持台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。冷媒室２８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、所定温度の冷媒が循環供給される。サセプタ１６上のウエハＷの処理温度は、冷媒の温度によって制御される。
また、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。上部電極３４と下部電極１６との間の空間が、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。
上部電極３４は、絶縁性遮蔽部材４２を介して、チャンバ１０の上部に支持される。上部電極３４は、サセプタ１６との対向面を構成しかつ多数のガス吐出孔３７を有する電極板３６と、電極板３６を着脱自在に支持して導電性材料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。電極支持体３８を形成する導電性材料は、例えば、表面が陽極酸化処理されたアルミニウムである。電極板３６は、シリコン含有物質で形成され、例えば、シリコンで形成される。シリコンは、上部電極３４を構成する元素の一例である。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられる。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が形成される。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及び開閉バルブ７０が設けられている。処理ガス供給源６６からは、エッチングのための処理ガスとして、例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）がガス供給管６４からガス拡散室４０に至り、ガス通流孔４１及びガス吐出孔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。
なお、処理ガス供給源６６からは、後述するように、シリコン含有堆積物を堆積させる際に用いられる処理ガスや、エッチングに用いられる処理ガスなどが供給される。処理ガス供給源６６により供給されるガスの詳細については、後述する。
上部電極３４には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６ａを介して可変直流電源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良い。可変直流電源５０は、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の極性及び電流・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（制御装置）５１により制御されるようになっている。
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６ａは、後述する第１及び第２の高周波電源からの高周波をトラップするためのものであり、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成される。
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が設けられている。円筒状の接地導体１０ａは、その上部に天壁を有している。
下部電極であるサセプタ１６には、整合器８７を介して第１の高周波電源８９が電気的に接続される。また、サセプタ１６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。第１の高周波電源８９は、２７ＭＨｚ以上の周波数、例えば４０ＭＨｚの高周波電力を出力する。第１の高周波電源８９から出力される高周波電力は、プラズマを生成するための高周波電力であり、以下では適宜「プラズマ生成用高周波電力」と表記される。第２の高周波電源９０は、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電力を出力する。第２の高周波電源９０から出力される高周波電力は、プラズマ中のイオンを引き込むための高周波電力であり、以下では適宜「イオン引き込み用高周波電力」と表記される。なお、第１の高周波電源８９は、整合器８７を介して上部電極３４に電気的に接続されてもよい。
整合器８７、８８は、それぞれ第１及び第２の高周波電源８９、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ときに第１及び第２の高周波電源８９、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。
チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられ、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の側壁にはウエハＷの搬入出口８５が設けられる。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及び排気プレート８３としては、アルミニウム材にＹ２Ｏ３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１０の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、これにより後述するような異常放電防止効果を発揮する。
プラズマエッチング装置の各構成部は、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エッチング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。
制御部９５には、プラズマエッチング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エッチング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良いし、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良い。
プラズマエッチング装置では、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、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。
例えば、制御部９５は、後述するプラズマエッチング方法を行うようにプラズマエッチング装置の各部を制御する。詳細な一例をあげると、制御部９５は、被処理体に設けられた金属含有マスクに対して、第１の処理ガスのプラズマにより上部電極３４をスパッタしながら上部電極３４を構成する元素を含有する堆積物を堆積させる。そして、制御部９５は上部電極３４を構成する元素を含有する堆積物が堆積した金属含有マスクをマスクとして、第２の処理ガスのプラズマにより被処理膜をエッチングする。ここで、被処理体とは、例えば、ウエハＷである。
このように構成されるプラズマエッチング装置においてエッチング処理を行う際には、まず、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介してエッチング対象であるウエハ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及びガス吐出孔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０．１〜１５０Ｐａの範囲内の設定値とする。
このようにチャンバ１０内にエッチングガスを導入した状態で、下部電極であるサセプタ１６に、第１の高周波電源８９からプラズマ生成用高周波電力を所定のパワーで印加するとともに、第２の高周波電源９０よりイオン引き込み用高周波電力を所定のパワーで印加する。そして、可変直流電源５０から所定の直流電圧を上部電極３４に印加する。更に、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、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、プラズマで生成されるラジカルやイオンによってウエハＷの被処理面がエッチングされる。
プラズマエッチング装置では、下部電極であるサセプタ１６に第１の高周波電源８９から高い周波数領域（例えば、２７ＭＨｚ以上）の高周波電力を供給しているので、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。
（第１の実施形態におけるプラズマエッチング方法）
図３は、第１の実施形態におけるプラズマエッチング処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下に詳細に説明するように、プラズマエッチング装置は、被処理膜と、所定のパターンを有する金属含有マスクとが順に積層されたウエハＷに対して、一連の処理を実行する。また、以下の説明では、上部電極３４は、シリコン含有物質により形成されているものとする。
なお、被処理膜は、例えば、シリコン含有膜である。シリコン含有膜は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣ、ＳｉＣ及びＳｉＮの少なくともいずれか一つを含む。また、金属含有マスクは、例えば、金属、金属窒化物、金属酸化物、金属炭化物、又は金属とシリコンとの化合物である。金属は、例えば、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）及びタングステン（Ｗ）の少なくともいずれか一つを含む。金属窒化物は、例えば、窒化チタン（Ｔｉ３Ｎ４）及び窒化タンタル（Ｔａ３Ｎ５）の少なくともいずれか一つを含む。金属酸化物は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）である。金属炭化物は、例えば、タングステンカーバイド（ＷＣ）である。金属とシリコンとの化合物は、例えば、タングステンシリサイド（ＷＳｉ２）である。
図３の説明に戻る。図３に示すように、プラズマエッチング装置は、処理タイミングとなると（ステップＳ１０１）、シリコンを含む上部電極３４に負の直流電圧を印加しながら、第１の処理ガスのプラズマにより金属含有マスク表面に対してシリコン含有堆積物を堆積させる堆積工程を行う（ステップＳ１０２）。第１の処理ガスは、希ガスを含む。希ガスは、例えば、アルゴン、ヘリウム、キセノン及びネオンの少なくともいずれか一つを含む。シリコン含有堆積物は、上部電極３４を構成する元素を含有する堆積物の一例である。
図４は、第１の実施形態における堆積工程について示す図である。プラズマエッチング装置の制御部９５は、第１の高周波電源８９から高周波電力を印加するとともに、上部電極３４に可変直流電源５０を接続して所定の直流（ＤＣ）電圧を印加する。この際、第２の高周波電源９０からイオン引き込み用高周波電力は印加しない。すなわち、図４の（１）に示すように、制御部９５は、プラズマが形成される際に、上部電極３４に可変直流電源５０から所定の負の直流電圧を印加する。より好ましくは、プラズマエッチング装置は、印加電極である上部電極３４の表面となる電極板３６の表面に対する所定の（適度な）スパッタ効果が得られる程度に電極板３６の表面の自己バイアス電圧Ｖｄｃが深くなるように、つまり、上部電極３４表面でのＶｄｃの絶対値が大きくなるように、可変直流電源５０からの電圧を印加する。その上で、制御部９５は、第１の処理ガスとして、例えば、アルゴンをチャンバ１０内に供給する。
この結果、図４の（１）に示すように、例えばアルゴンイオンが電極板３６の表面に衝突し、電極板３６を形成するシリコンがスパッタされ、スパッタされたシリコンが金属含有マスク２０３に降下する。すると、図４の（２）に示すように、金属含有マスク２０３の表面にシリコン含有堆積物２０４が堆積する。これにより、金属含有マスク２０３の耐プラズマ性が向上するので、金属含有マスク２０３からの金属の飛散が抑制され、被処理膜のエッチングが金属化合物によって阻害されることがない。結果として、金属含有マスク２０３の材料に起因したエッチングストップを回避することができる。
図３の説明に戻る。続いて、プラズマエッチング装置は、シリコン含有堆積物が堆積した金属含有マスクをマスクとして、第２の処理ガスのプラズマにより被処理膜をエッチングするエッチング工程を行う（ステップＳ１０３）。第２の処理ガスは、例えば、ＣＦ系ガスを含む。ＣＦ系ガスは、例えば、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ５Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＦ４ガス、ＣＨＦ３ガス及びＣＨ２Ｆ２ガスの少なくともいずれか一つを含む。
（第１の実施形態における効果）
以上、第１の実施形態によれば、被処理体に設けられた金属含有マスクに対して、上部電極３４に負の直流電圧を印加しながら第１の処理ガスのプラズマによりシリコン含有堆積物を堆積させ、シリコン含有堆積物が堆積した金属含有マスクをマスクとして、第２の処理ガスのプラズマにより被処理膜をエッチングする。これにより、金属含有マスクの耐プラズマ性が向上するので、金属含有マスクからの金属の飛散が抑制され、被処理膜のエッチングが金属化合物によって阻害されることがない。結果として、金属含有マスクの材料に起因したエッチングストップを回避することができる。
（他の実施形態）
以上、第１の実施形態に係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について説明したが、開示の技術はこれに限定されない。以下では、他の実施形態について説明する。
上記実施形態では、上部電極３４に負の直流電圧を印加することにより、金属含有マスクに対してシリコン含有堆積物を堆積させる場合を例に示したが、開示の技術は、これに限られない。例えば、上部電極３４に負の直流電圧を印加する代わりに、上部電極３４に１３．５６ＭＨｚ以下、例えば、２ＭＨｚの高周波電力を印加しても良い。又は、下部電極１６に１３．５６ＭＨｚ以下、例えば、２ＭＨｚの高周波電力を印加しても良い。又は、上部電極３４と下部電極１６とに１３．５６ＭＨｚ以下、例えば、２ＭＨｚの高周波電力を印加しても良い。上記周波数領域の高周波電力を上部電極３４、あるいは、下部電極１６、あるいは、上部電極３４及び下部電極１６の両方に印加すると、上部電極３４に負の直流電圧を印加したときと同様のスパッタ効果が得られる。これにより、金属含有マスクにシリコン含有堆積物が堆積する。
また、上記実施形態では、上部電極３４がシリコン含有物質により形成される場合を例に説明したが、開示の技術は、これに限られない。例えば、上部電極３４は、金属含有物質により形成されても良い。金属含有物質は、例えば、ルテニウム等を金属として含む。ルテニウム等の金属は、上部電極３４を構成する元素の一例である。上部電極３４が金属含有物質により形成される場合、制御部９５は、上部電極３４に負の直流電圧を印加することにより、金属含有マスクに対して金属含有物質を堆積させる。
なお、上部電極３４がシリコン含有物質又は金属含有物質により形成された場合、以下の現象が発生しているものと考えられる。すなわち、金属含有マスクを構成する原子と、降下した上部電極３４を構成する原子とが結合した領域が、金属含有マスクと該金属含有マスクに堆積した堆積物との界面に形成されることにより、金属含有マスクの耐プラズマ性が向上する。例えば、シリコンを含む上部電極３４が用いられた場合には、金属含有マスクと該金属含有マスクに堆積した堆積物との界面において、金属シリサイドを含む領域が形成される。
（堆積工程及びエッチング工程の繰り返し）
プラズマエッチング装置は、堆積工程とエッチング工程とを交互に繰り返しても良い。堆積工程とエッチング工程とが交互に繰り返されることにより、金属含有マスクの耐プラズマ性がさらに向上するので、金属含有マスクからの金属の飛散がより確実に抑制され、被処理膜のエッチングが金属化合物によって阻害されることがない。結果として、金属含有マスクの材料に起因したエッチングストップをより確実に回避することができる。
また、プラズマエッチング装置が堆積工程とエッチング工程とを交互に繰り返す場合には、エッチング工程は、堆積工程と比較して長い処理時間にて実行される。これにより、堆積工程において、金属含有マスクの他に被処理膜に堆積されるシリコン含有堆積物の厚みが比較的に大きい場合であっても、エッチング工程において、被処理膜と共に被処理膜上のシリコン含有堆積物も効率良く除去される。
（堆積工程における処理時間）
別の実施形態では、プラズマエッチング装置は、堆積工程とエッチング工程との繰り返し回数に応じて被処理膜の所定パターンが深くなるほど、堆積工程における処理時間を増加させても良い。なお、被処理膜の所定パターンにはホールや溝を含む。以下、図５を参照して、堆積工程における処理時間を増加させる場合について、さらに説明する。
図５は、堆積工程とエッチング工程とが繰り返される場合の各工程の実行後のウエハＷの断面の一例を示す図である。ここでは、堆積工程とエッチング工程とが３回繰り返される場合を例に説明する。また、プラズマエッチング装置は、被処理膜３０１と、所定のパターンを有する金属含有マスク３０２とが順に積層されたウエハＷに対して、一連の処理を実行する。
まず、プラズマエッチング装置は、１回目の堆積工程を実行する。１回目の堆積工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図５の（ａ−１）に示す状態となる。すなわち、１回目の堆積工程が実行されることにより、金属含有マスク３０２の表面にシリコン含有堆積物３０３ａが堆積する。
続いて、プラズマエッチング装置は、１回目のエッチング工程を実行する。１回目のエッチング工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図５の（ｂ−１）に示す状態となる。すなわち、１回目のエッチング工程が実行されることにより、被処理膜３０１に所定パターン３０４が形成される。
続いて、プラズマエッチング装置は、２回目の堆積工程を実行する。プラズマエッチング装置は、１回目の堆積工程における処理時間よりも２回目の堆積工程における処理時間が長くなるように、処理を行う。２回目の堆積工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図５の（ａ−２）に示す状態となる。すなわち、１回目の堆積工程における処理時間よりも２回目の堆積工程における処理時間が長くなるように処理を行うことにより、金属含有マスク３０２の表面に、シリコン含有堆積物３０３ａよりも厚くシリコン含有堆積物３０３ｂが堆積する。
続いて、プラズマエッチング装置は、２回目のエッチング工程を実行する。２回目のエッチング工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図５の（ｂ−２）に示す状態となる。すなわち、２回目のエッチング工程が実行されることにより、被処理膜３０１に形成される所定パターン３０４がより深くなる。
続いて、プラズマエッチング装置は、３回目の堆積工程を実行する。このとき、プラズマエッチング装置は、２回目の堆積工程における処理時間よりも３回目の堆積工程における処理時間が長くなるように、処理を行う。３回目の堆積工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図５の（ａ−３）に示す状態となる。すなわち、２回目の堆積工程における処理時間よりも３回目の堆積工程における処理時間が長くなるように処理を行うことにより、金属含有マスク３０２の表面に、シリコン含有堆積物３０３ｂよりも厚くシリコン含有堆積物３０３ｃが堆積する。
続いて、プラズマエッチング装置は、３回目のエッチング工程を実行する。３回目のエッチング工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図５の（ｂ−３）に示す状態となる。すなわち、３回目のエッチング工程が実行されることにより、被処理膜３０１に形成された所定パターン３０４がより深くなる。
このように、堆積工程とエッチング工程との繰り返し回数に応じて被処理膜に形成されたホール又は溝が深くなるほど、堆積工程の処理時間を長くすることにより、金属含有マスク上のシリコン含有堆積物を厚く形成することができる。その結果、金属含有マスクの被処理膜に対する耐プラズマ性が向上するので、金属含有マスクの材料に起因したエッチングストップをより確実に回避できる。また、被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、所定パターンの底部に到達し得るシリコン含有堆積物の量は少なくなるので、堆積工程における処理時間を長くしたとしても、所定パターンの抜け性の低下は、回避される。
（堆積工程において上部電極に印加される負の直流電圧）
別の実施形態では、プラズマエッチング装置は、堆積工程とエッチング工程との繰り返し回数に応じて被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、堆積工程において上部電極３４に印加される負の直流電圧の絶対値を増加させても良い。この場合、上部電極３４に衝突するイオンエネルギーが増大し、上部電極３４に含まれるシリコンのスパッタ量が増大し、スパッタされたシリコンの金属含有マスク表面への降下量が増大する。これにより、金属含有マスク上のシリコン堆積物を徐々に厚くすることができる。その結果、金属含有マスクの被処理膜に対する耐プラズマ性が向上するので、金属含有マスクの材料に起因したエッチングストップをより確実に回避できる。
（堆積工程における圧力）
別の実施形態では、プラズマエッチング装置は、堆積工程とエッチング工程との繰り返しに回数に応じて被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、堆積工程における圧力を増加させても良い。この場合、上部電極３４に衝突するイオンフラックスが、圧力を変更しない場合と比較して、増大し、上部電極３４に含まれるシリコンのスパッタ量が増大し、スパッタされたシリコンの金属含有マスク表面への降下量が増大する。これにより、金属含有マスク上のシリコン堆積物を厚くすることができる。その結果、金属含有マスクの被処理膜に対する耐プラズマ性が向上するので、金属含有マスクの材料に起因したエッチングストップをより確実に回避できる。
（エッチング工程におけるイオン引き込み用高周波電力）
別の実施形態では、プラズマエッチング装置は、堆積工程とエッチング工程との繰り返し回数に応じて被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、エッチング工程においてイオン引き込み用高周波電力を増加させても良い。以下、図６を参照して、エッチング工程におけるイオン引き込み用高周波電力の増加の一例を説明する。
図６は、堆積工程とエッチング工程とが繰り返される場合の各工程の実行後のウエハＷの断面の他の一例を示す図である。ここでは、堆積工程とエッチング工程とが３回繰り返される場合を例に説明する。また、プラズマエッチング装置は、被処理膜３０１と、所定のパターンを有する金属含有マスク３０２とが順に積層されたウエハＷに対して、一連の処理を実行する。
まず、プラズマエッチング装置は、１回目の堆積工程を実行する。１回目の堆積工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図６の（ａ−１）に示す状態となる。すなわち、１回目の堆積工程が実行されることにより、金属含有マスク３０２の表面にシリコン含有堆積物３０３ａが堆積する。
続いて、プラズマエッチング装置は、１回目のエッチング工程を実行する。１回目のエッチング工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図６の（ｂ−１）に示す状態となる。すなわち、１回目のエッチング工程が実行されることにより、被処理膜３０１に所定パターン３０４が形成される。
続いて、プラズマエッチング装置は、２回目の堆積工程を実行する。プラズマエッチング装置は、１回目の堆積工程における処理時間よりも２回目の堆積工程における処理時間が長くなるように、処理を行う。２回目の堆積工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図６の（ａ−２）に示す状態となる。すなわち、１回目の堆積工程における処理時間よりも２回目の堆積工程における処理時間が長くなるように処理を行うことにより、金属含有マスク３０２の表面に、シリコン含有堆積物３０３ａよりも厚くシリコン含有堆積物３０３ｂが堆積する。
続いて、プラズマエッチング装置は、２回目のエッチング工程を実行する。このとき、プラズマエッチング装置は、１回目のエッチング工程におけるイオン引き込み用高周波電力よりも、２回目のエッチング工程におけるイオン引き込み用高周波電力を増加させる。２回目のエッチング工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図６の（ｂ−２）に示す状態となる。すなわち、２回目のエッチング工程が実行されることにより、被処理膜３０１に形成された所定パターン３０４がより深くなる。また、２回目のエッチング工程においてイオン引き込み用高周波電力が増加されることにより、所定パターン３０４へ入射されるイオンのエネルギーが増加される。これにより、所定パターン３０４へ入射されるイオンの直進性が向上する。
続いて、プラズマエッチング装置は、３回目の堆積工程を実行する。このとき、プラズマエッチング装置は、２回目の堆積工程における処理時間よりも３回目の堆積工程における処理時間が長くなるように、処理を行う。３回目の堆積工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図６の（ａ−３）に示す状態となる。すなわち、２回目の堆積工程における処理時間よりも３回目の堆積工程における処理時間が長くなるように処理を行うことにより、金属含有マスク３０２の表面に、シリコン含有堆積物３０３ｂよりも厚くシリコン含有堆積物３０３ｃが堆積する。
続いて、プラズマエッチング装置は、３回目のエッチング工程を実行する。このとき、プラズマエッチング装置は、２回目のエッチング工程におけるイオン引き込み用高周波電力と比較して、３回目のエッチング工程におけるイオン引き込み用高周波電力を増加させる。３回目のエッチング工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図６の（ｂ−３）に示す状態となる。すなわち、３回目のエッチング工程が実行されることにより、被処理膜３０１の所定パターン３０４がより深くなる。また、３回目のエッチング工程においてイオン引き込み用高周波電力がさらに増加されることにより、所定パターン３０４へ入射されるイオンのエネルギーがさらに増加される。これにより、所定パターン３０４へ入射されるイオンの直進性が向上する。
このように、被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、エッチング工程においてイオン引き込み用高周波電力を増加させることにより、所定パターンへ入射されるイオンの直進性が向上する。このとき、金属含有マスク上のシリコン含有堆積物の厚みを増加させてあるため、金属含有マスクの被処理膜に対する耐プラズマ性が悪化することなく、所定パターンの側壁に衝突する斜め入射イオンを低減することができる。結果として、金属含有マスクからの金属の飛散を抑制しつつ、所定パターンの形状が樽型になるボーイングや、所定パターンの形状が途中で歪んでしまうベンディングの発生を抑制できる。
（エッチング工程におけるイオン引き込み用高周波電力の周波数）
別の実施形態では、プラズマエッチング装置は、堆積工程とエッチング工程との繰り返し回数に応じて被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、エッチング工程においてイオン引き込み用高周波電力の周波数を低下させても良い。この場合、被処理膜に形成された所定パターンへ入射されるイオンのエネルギーが増加する。これにより、所定パターンへ入射されるイオンの直進性が向上する。このとき、金属含有マスク上のシリコン含有堆積物の厚みを増加させてあるため、金属含有マスクの被処理膜に対する耐プラズマ性が悪化することなく、所定パターンの側壁に衝突する斜め入射イオンを低減することができる。その結果、金属含有マスクからの金属の飛散を抑制しつつ、所定パターンの形状が樽型になるボーイングや、所定パターンの形状が途中で歪んでしまうベンディングの発生を抑制できる。
（エッチング工程における圧力）
別の実施形態では、プラズマエッチング装置は、堆積工程とエッチング工程との繰り返し回数に応じて被処理膜の所定パターンが深くなるほど、エッチング工程における圧力を減少させても良い。これにより、所定パターンへ入射するイオンの直進性が向上する。このとき、金属含有マスク上のシリコン含有堆積物の厚みを増加させてあるため、金属含有マスクの被処理膜に対する耐プラズマ性が悪化することなく、所定パターンの側壁に衝突する斜め入射イオンを低減することができる。その結果、エッチング工程においてイオン引き込み用高周波電力を増加させる場合と同様に、金属含有マスクからの金属の飛散を抑制しつつ、所定パターンの形状が樽型になるボーイングや、所定パターンの形状が途中で歪んでしまうベンディングの発生を抑制できる。
（酸化工程）
別の実施形態では、プラズマエッチング装置は、堆積工程とエッチング工程との間に、金属含有マスクに堆積されたシリコン含有堆積物の表面を酸素含有ガスのプラズマにより酸化して酸化領域を形成する酸化工程をさらに実行しても良い。この場合、プラズマエッチング装置は、エッチング工程において、第２の処理ガスのプラズマにより被処理膜をエッチングするとともに酸化領域を除去する。酸素含有ガスは、例えば、Ｏ２、ＣＯ２及びＣＯの少なくともいずれか一つを含む。以下、図７を参照して、堆積工程とエッチング工程との間に酸化工程が実行される場合について、さらに説明する。
図７は、堆積工程とエッチング工程との間に酸化工程が実行される場合の各工程の実行後のウエハＷの断面の一例を示す図である。ここでは、プラズマエッチング装置は、被処理膜４０１と、所定のパターンを有する金属含有マスク４０２とが順に積層されたウエハＷに対して、一連の処理を実行する。なお、被処理膜４０１には、所定パターン４０４が形成されているものとする。
まず、プラズマエッチング装置は、堆積工程を実行する。堆積工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図７の（ａ）に示す状態となる。すなわち、堆積工程が実行されることにより、金属含有マスク４０２の表面にシリコン含有堆積物４０３が堆積する。さらに、金属含有マスク４０２のパターンの開口部に、シリコン含有堆積物４０３の一部が付着する。ここで、シリコン含有堆積物４０３のうち、金属含有マスク４０２のパターンの開口部に付着する部分が厚い場合、金属含有マスク４０２のパターンの開口部の閉塞が発生することが懸念される。
続いて、プラズマエッチング装置は、Ｏ２のプラズマを用いて酸化工程を実行する。酸化工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図７の（ｂ）に示す状態となる。すなわち、シリコン含有堆積物４０３の表面が酸化されて酸化領域４０３ａが形成される。
続いて、プラズマエッチング装置は、エッチング工程を実行する。エッチング工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図７の（ｃ）に示す状態となる。すなわち、エッチング工程が実行されることにより、被処理膜４０１の所定パターンがより深くなるとともに、シリコン含有堆積物４０３から酸化領域４０３ａが除去される。これにより、シリコン含有堆積物４０３のうち、金属含有マスク４０２のパターンの開口部に付着する部分が薄くなる。
このように、金属含有マスク上のシリコン含有堆積物の表面を酸化して酸化領域を形成し、被処理膜のエッチング時に酸化領域を除去することにより、シリコン含有堆積物のうち、金属含有マスクのパターンの開口部に付着する部分を薄くすることができる。結果として、金属含有マスクのパターンの開口部の閉塞を抑制できる。
（堆積工程、酸化工程及びエッチング工程の繰り返し）
別の実施形態では、プラズマエッチング装置は、堆積工程と酸化工程とエッチング工程とを順に繰り返しても良い。この場合、シリコン含有堆積物のうち、金属含有マスクのパターンの開口部に付着する部分を薄くし、且つ金属含有マスクの耐プラズマ性を向上しながら、エッチングを行う。結果として、金属含有マスクのパターンの開口部の閉塞をより安定的に抑制しつつ、金属含有マスクの材料に起因したエッチングストップをより確実に回避できる。
（酸化工程における処理時間）
別の実施形態では、プラズマエッチング装置は、堆積工程と酸化工程とエッチング工程との繰り返し回数に応じて被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、酸化工程における処理時間を長くしても良い。この場合、金属含有マスク上のシリコン含有堆積物の厚みに応じて酸化領域を段階的に厚くすることができ、被処理膜のエッチング時に酸化領域を適切に除去することができる。結果として、堆積工程と酸化工程とエッチング工程とが順に繰り返される場合であっても、金属含有マスクのパターンの開口部の閉塞を抑制できる。
（酸化工程における圧力）
別の実施形態では、プラズマエッチング装置は、堆積工程と酸化工程とエッチング工程との繰り返し回数に応じて被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、酸化工程における圧力を増加させても良い。この場合、金属含有マスク上のシリコン含有堆積物の厚みに応じて酸化領域を段階的に厚くすることができ、被処理膜のエッチング時に酸化領域を適切に除去することができる。結果として、堆積工程と酸化工程とエッチング工程とが順に繰り返される場合であっても、金属含有マスクのパターンの開口部の閉塞を抑制できる。
（酸化工程におけるプラズマ生成用高周波電力）
別の実施形態では、プラズマエッチング装置は、堆積工程と酸化工程とエッチング工程との繰り返し回数に応じて被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、酸化工程においてプラズマ生成用高周波電力を増加させても良い。この場合、金属含有マスク上のシリコン含有堆積物の厚みに応じて酸化領域を段階的に厚くすることができ、被処理膜のエッチング時に酸化領域を適切に除去することができる。結果として、堆積工程と酸化工程とエッチング工程とが順に繰り返される場合であっても、金属含有マスクのパターンの開口部の閉塞を抑制できる。
以下に、開示のプラズマエッチング方法について、実施例を挙げてさらに詳細に説明する。ただし、開示のプラズマエッチング方法は、下記の実施例に限定されない。
（比較例１）
比較例１では、被処理体に対して、エッチング工程を行った。被処理体は、下記の構造を有するテスト用チップを用いた。エッチング工程は、下記の条件を用いて行った。
（被処理体）
被処理膜：ＳｉＯ２膜
金属含有マスク：窒化チタン（Ｔｉ３Ｎ４）
（エッチング工程）
処理ガス：Ｃ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２＝５／９５０／４ｓｃｃｍ
圧力：２．７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：１００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：１５０Ｗ
上部電極への直流電圧：−３００Ｖ
処理時間：６００秒
（実施例１）
実施例１では、被処理体に対して、シリコン含有堆積物を堆積させる堆積工程を行った上で、エッチング工程を行い、かつ、堆積工程とエッチング工程とを５０回交互に繰り返した。被処理体は、比較例１と同一の構造を有するものを用いた。堆積工程は、以下の条件を用いて行った。エッチング工程は、以下に示す処理時間を用いた点を除き、比較例１と同一の条件を用いて行った。
（堆積工程）
処理ガス：Ａｒ＝８００ｓｃｃｍ
圧力：６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：３００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：０Ｗ
上部電極への直流電圧：−９００Ｖ
処理時間：５秒
（エッチング工程）
処理時間：１０秒
図８は、比較例１及び実施例１における処理結果を示す図である。図８において、「Ｃｏｎｖ． ｅｔｃｈ ６００秒」は、比較例１におけるエッチング工程を行った後の被処理体を示す。また、「Ｓｉ ｃｏａｔ＋Ｃｏｎｖ．ｅｔｃｈ ５秒＋１０秒，５０サイクル」は、実施例１における堆積工程とエッチング工程とを５０回交互に繰り返した後の被処理体を示す。なお、図中における「断面」は、被処理体の断面を拡大して得られた写真のトレース図である。
また、図８において、「ＳｉＯ２ Ｄｅｐｔｈ」は、ＳｉＯ２膜に形成されたエッチングホールの深さを示す。
図８に示すように、比較例１では、金属含有マスクに起因したエッチングストップが発生した。これに対して、実施例１では、エッチングホールの深さが「２９３ｎｍ」であり、あらかじめ定められた許容スペックを満たした。
このように、実施例１と比較例１との比較から分かるように、実施例１では、シリコン含有堆積物を堆積させることで、金属含有マスクの材料に起因したエッチングストップを回避することができた。
なお、複数の被処理体が連続的に処理される場合には、上部電極３４がスパッタされることにより、スパッタされた原子がチャンバ１０の内壁に累積的に付着することが考えられる。そこで、１枚の被処理体が処理される度に、あるいは、ロット毎に、チャンバ１０の内壁の付着物を除去するクリーニング処理が実施されても良い。
１０ チャンバ
３２ ガス供給ライン
３４ 上部電極
３６ 電極板
５０ 可変直流電源
５１ コントローラ
８７ 整合器
８８ 整合器
８９ 第１の高周波電源
９０ 第２の高周波電源
９５ 制御部
９６ ユーザーインターフェース
９７ 記憶部
２０３ 金属含有マスク
２０４ シリコン含有堆積物

Claims (19)

  1. 所定のパターンを有する金属含有マスクに対して、第１の処理ガスのプラズマにより上部電極をスパッタしながら前記上部電極を構成する元素を含有する堆積物を堆積させる堆積工程と、
    前記上部電極を構成する元素を含有する堆積物が堆積した前記金属含有マスクをマスクとして、第２の処理ガスのプラズマにより被処理膜をエッチングするエッチング工程と
    を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。
  2. 堆積工程は、前記上部電極に負の直流電圧を印加することにより、又は、前記上部電極に１３．５６ＭＨz以下の高周波電力を印加することにより、又は、下部電極に１３．５６ＭＨz以下の高周波電力を印加することにより、前記金属含有マスクに対して、前記上部電極を構成する元素を含有する堆積物を堆積させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
  3. 前記堆積工程と前記エッチング工程とを交互に繰り返すことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマエッチング方法。
  4. 前記堆積工程と前記エッチング工程との繰り返し回数に応じて前記被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、前記堆積工程における処理時間を長くす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. 前記堆積工程と前記エッチング工程との繰り返し回数に応じて前記被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、前記堆積工程において前記上部電極に印加される負の直流電圧の絶対値を増加させることを特徴とする請求項３又は４に記載のプラズマエッチング方法。
  6. 前記堆積工程と前記エッチング工程との繰り返し回数に応じて前記被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、前記堆積工程における圧力を増加させることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
  7. 前記堆積工程と前記エッチング工程との繰り返し回数に応じて前記被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、前記エッチング工程においてプラズマ中のイオンを引き込むための高周波電力を増加させることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
  8. 前記堆積工程と前記エッチング工程との繰り返し回数に応じて前記被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、前記エッチング工程においてプラズマ中のイオンを引き込むための高周波電力の周波数を低下させることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
  9. 前記堆積工程と前記エッチング工程との繰り返し回数に応じて前記被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、前記エッチング工程における圧力を減少させることを特徴とする請求項３〜８のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
  10. 前記堆積工程と前記エッチング工程との間に、前記金属含有マスクに堆積された前記堆積物の表面を酸素含有ガスのプラズマにより酸化して酸化領域を形成する酸化工程をさらに含み、
    前記エッチング工程は、前記第２の処理ガスのプラズマにより前記被処理膜をエッチングするとともに前記酸化領域を除去することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
  11. 前記堆積工程と前記酸化工程と前記エッチング工程とを順に繰り返すことを特徴とする請求項１０に記載のプラズマエッチング方法。
  12. 前記堆積工程と前記酸化工程と前記エッチング工程との繰り返し回数に応じて前記被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、前記酸化工程における処理時間を長くすることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマエッチング方法。
  13. 前記堆積工程と前記酸化工程と前記エッチング工程との繰り返し回数に応じて前記被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、前記酸化工程における圧力を増加させることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のプラズマエッチング方法。
  14. 前記堆積工程と前記酸化工程と前記エッチング工程との繰り返し回数に応じて前記被処理膜に形成された所定パターンが深くなるほど、前記酸化工程においてプラズマを生成するための高周波電力を増加させることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
  15. 前記金属含有マスクは、金属、金属窒化物、金属酸化物、金属炭化物、又は金属とシリコンとの化合物であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
  16. 前記金属は、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）及びタングステン（Ｗ）の少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１５に記載のプラズマエッチング方法。
  17. 前記被処理膜は、シリコン含有膜であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
  18. 前記第１の処理ガスは、希ガスを含むことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
  19. 前記第２の処理ガスは、ＣＦ系ガスを含むことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
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