プラズマエッチング方法及び半導体装置の製造方法
【課題】トレンチ・ビア形状のウエハ面内均一性を向上できるプラズマエッチング方法を提供する。
【解決手段】基板上の第１配線層の上に絶縁層と金属層とを形成するステップと、絶縁層内に形成される第２配線層のためのトレンチを画成する金属マスク層を金属層から形成するステップと、金属マスク層を覆う平坦化膜を形成するステップと、トレンチの底部に形成され第１及び第２配線層を接続するビアを画成するマスク層を平坦化膜から形成するステップと、マスク層で、絶縁層の厚さよりも小さい開口を形成する第１ステップと、金属マスク層で絶縁層をエッチングしてトレンチを形成し、開口を深くしてビアを形成する第２ステップとが行われる。第１及び第２ステップでは、供給されたエッチングガスの拡散の影響が支配的な位置と、供給されたエッチングガスの流れの影響が支配的な位置とに対応してエッチングガス供給条件が調整される。
【解決手段】基板上の第１配線層の上に絶縁層と金属層とを形成するステップと、絶縁層内に形成される第２配線層のためのトレンチを画成する金属マスク層を金属層から形成するステップと、金属マスク層を覆う平坦化膜を形成するステップと、トレンチの底部に形成され第１及び第２配線層を接続するビアを画成するマスク層を平坦化膜から形成するステップと、マスク層で、絶縁層の厚さよりも小さい開口を形成する第１ステップと、金属マスク層で絶縁層をエッチングしてトレンチを形成し、開口を深くしてビアを形成する第２ステップとが行われる。第１及び第２ステップでは、供給されたエッチングガスの拡散の影響が支配的な位置と、供給されたエッチングガスの流れの影響が支配的な位置とに対応してエッチングガス供給条件が調整される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に対してプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において半導体ウエハ等の基板（以下「ウエハ」という。）を加工する装置として、プラズマをウエハに照射することによって、ウエハにエッチングを行うプラズマエッチング装置がある。
【０００３】
プラズマエッチングでは、フッ素、塩素、酸素等を含むエッチングガスが高周波電界により活性化されプラズマが生成される。プラズマには、荷電粒子（以下「イオン」という。）及び中性粒子（以下「ラジカル」という。）等の活性種が含まれている。イオンやラジカルなどの活性種とウエハ表面が反応して反応生成物が生じ、生じた反応生成物が揮発することによってエッチングが進行する。
【０００４】
近年、半導体デバイスの製造工程においてウエハが大口径化しているため、ウエハ面内においてエッチング速度を均一化することが難しくなっている。そこで、面内均一性の改善のため、ウエハ面内の中心部領域及び周辺部領域における活性種の密度を、上部電極からのエッチングガス供給量を調整することにより均一化することが試みられている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４７０１７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
たとえばダマシンプロセスのためのトレンチ・ビア構造をプラズマエッチングにより形成する場合において、たとえばトレンチの形成に用いるエッチングガスとビアの形成に用いるエッチングガスとが異なる場合がある。本発明者らの検討によれば、異なるエッチングガスを用いる場合には、ウエハ面内においてトレンチ形状もビア形状も均一化することは難しいことが判明した。
【０００７】
本発明は、上記に照らして為され、トレンチ・ビア形状のウエハ面内均一性を向上できるプラズマエッチング方法及び半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、基板に形成される第１の配線層の上に絶縁層と金属層とを順次形成するステップと、前記金属層上に形成される第１のマスク層を用いて当該金属層をエッチングすることにより、前記絶縁層内に形成される第２の配線層のためのトレンチを画成する金属マスク層を形成するステップと、前記金属マスク層を覆うように前記絶縁層上に平坦化膜を形成するステップと、前記平坦化膜をエッチングすることにより、前記トレンチの底部に形成され前記第１の配線層と前記第２の配線層とを電気的に接続するビアを画成する第２のマスク層を形成するステップと、前記プラズマエッチング装置において、前記第２のマスク層を用いて前記絶縁層をプラズマエッチングすることにより、当該絶縁層の厚さよりも小さい深さを有する開口を形成する第１のエッチングステップと、前記プラズマエッチング装置と同一のプラズマエッチング装置において、前記金属マスク層を用いて前記絶縁層をプラズマエッチングすることにより前記トレンチを形成すると共に、前記開口を更に深くすることにより前記ビアを形成する第２のエッチングステップとを備え、前記第１のエッチングステップ及び前記第２のエッチングステップにおいては、前記基板上での、供給されたエッチングガスの拡散の影響が支配的な位置と、供給されたエッチングガスの流れの影響が支配的な位置とに対応して、当該エッチングガスの供給条件が調整される、プラズマエッチング方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、トレンチ・ビア形状のウエハ面内均一性を向上できるプラズマエッチング方法及び半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法の実施に好適なプラズマエッチング装置の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、図１のシャワーヘッドの構造の一例を説明するための概略図である。
【図３】図３は、図１のプラズマエッチング装置のガス供給装置を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法の各工程において形成される構造体の上面図（中央）と断面図（左側及び右側）を示す。
【図６】図６は、図５に引き続いて、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法の各工程において形成される構造体の上面図（中央）と断面図（左側及び右側）を示す。
【図７】図７は、図６に引き続いて、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法の各工程において形成される構造体の上面図（中央）と断面図（左側及び右側）を示す。
【図８】図８は、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法おけるウエハ径方向位置におけるペクレ数及びエッチングレートを示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法おけるウエハ径方向位置におけるペクレ数及びエッチングレートを示す他の図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法おけるエッチングガスの供給条件を変更した場合の、エッチングレートの変化を示す概略図である。
【図１１】図１１は、実験結果を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、実験結果を示すグラフである。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、他の実験結果を示すグラフである。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、他の実験結果を示すグラフである。
【図１３】図１３は、他の実験結果を説明する説明図である。
【図１４】図１４は、他の実験結果を説明する説明図である。
【図１５】図１５は、他の実験結果を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
【００１２】
（プラズマエッチング装置の概略構成）
始めに、図１を参照し、本実施形態に係るプラズマエッチング方法の実施に好適なプラズマエッチング装置について説明する。
【００１３】
図１を参照すると、プラズマエッチング装置１００は、例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムから成る円筒形状に成形されたチャンバ（処理容器）１０２を有している。チャンバ１０２は接地されている。
【００１４】
チャンバ１０２内の底部には、セラミック等の絶縁板１０３を介して略円柱状のサセプタ支持台１０４が設けられている。また、サセプタ支持台１０４の上には、下部電極を構成するサセプタ１０５が設けられている。サセプタ１０５は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１０５ａを介して接地されている。
【００１５】
サセプタ１０５は、その上側中央部が凸状の円板状に成形されている。サセプタ１０５の上には、被処理体の一例であるウエハＷの直径と略同一の直径を有する静電チャック１１１が設けられている。静電チャック１１１は、円板状のセラミックス部材で構成される絶縁材と、これらの間に介在される静電電極１１２とを有している。また、静電チャック１１１の静電電極１１２には直流電源１１３が接続されている。例えば、１．５ｋＶの直流電圧が直流電源１１３から静電電極１１２に印加されると、クーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷが静電チャック１１１に吸着保持される。
【００１６】
また、サセプタ１０５には、第１の整合器１１５を介して第１の高周波電源１１４が接続され、第２の整合器１１７を介して第２の高周波電源１１６が接続されている。第１の高周波電源１１４は、比較的低い周波数、例えば、１３．６ＭＨｚの周波数を有するバイアス電力をサセプタ１０５に印加する。第２の高周波電源１１６は、比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚの周波数を有するプラズマ生成電力をサセプタ１０５に印加する。このプラズマ生成電力により、チャンバ１０２の内部にプラズマが生成される。
【００１７】
絶縁板１０３、サセプタ支持台１０４、サセプタ１０５、及び静電チャック１１１には、ウエハＷの裏面に伝熱媒体（例えばＨｅガスなどのバックサイドガス）を供給するためのガス通路１１８が形成されている。この伝熱媒体を介して、サセプタ１０５とウエハＷとの間の熱伝達がなされ、ウエハＷが所定の温度に維持される。
【００１８】
サセプタ１０５の上端周縁部には、静電チャック１１１上に支持されたウエハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１１９が配置されている。フォーカスリング１１９は、セラミックス又は石英等の誘電材料、若しくは、導電体、例えば、ウエハＷを構成する材料と同じ単結晶シリコンなどの導電性材料によって構成されている。
【００１９】
プラズマの分布域をフォーカスリング１１９上まで拡大することで、ウエハＷの外周側におけるプラズマの密度を、ウエハＷの中心側におけるプラズマの密度と同程度に維持することができる。これにより、ウエハＷの面内におけるプラズマエッチングの均一性を向上することができる。
【００２０】
サセプタ１０５の上方には、サセプタ１０５と平行に対向して設けられ、サセプタ１０５に支持されるウエハＷに向けてエッチングガスを供給するシャワーヘッド１４０（後述）を兼ねる上部電極１２０が設けられている。上部電極１２０には直流電源１２３が接続されている。また、上部電極１２０は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４を介して接地されている。
【００２１】
また、上部電極１２０は、上部電極駆動部２００によって、例えば鉛直方向に駆動可能に構成されている。上部電極１２０を鉛直方向に駆動可能に構成することにより、上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間の距離（以下、「ギャップ」という。）Ｇを調整することができる。ギャップＧは、エッチングガスの拡散及び流れに大きく影響を与えるパラメータである。そのため、ギャップＧを調整可能な構造とすることにより、チャンバ１０２の内部の上部電極１２０とサセプタ１０５との間のプラズマ分布を制御することができる。また、上部電極駆動部２００により駆動される上部電極１２０の鉛直方向に沿った移動量は、特に制限はない。一例として、上部電極１２０の鉛直方向に沿った移動量を７０ｍｍとし、ギャップＧを２０ｍｍ以上９０ｍｍ以下に調整可能な構造とすることができる。
【００２２】
なお、本実施形態におけるプラズマエッチング装置１００は、被エッチング面を上に向けて（フェースアップで）サセプタ１０５に載置されるウエハＷに対して、サセプタ１０５の上方に配置されたシャワーヘッド１４０からエッチングガスを供給するが、他の実施形態におけるプラズマエッチング装置１００は、ウエハが鉛直方向に沿って支持されるようにサセプタを配置し、このサセプタに支持されるウエハの横方向からエッチングガスを供給できるようにシャワーヘッドを配置しても良い。また別の実施形態においては、ウエハがフェースダウンで支持されるようにサセプタを配置し、サセプタの下方に配置されるシャワーヘッドから、フェースダウンで支持されるウエハに対してエッチングガスを供給するようにしてもよい。
【００２３】
上部電極１２０は、チャンバ１０２の上部内壁にベローズ１２２を介して支持されている。ベローズ１２２はチャンバ１０２の上部内壁に環状の上部フランジ１２２ａを介してボルトなどの固定手段により取付けられるとともに、上部電極１２０の上面に環状の上部フランジ１２２ｂを介してボルトなどの固定手段により取付けられる。
【００２４】
ギャップＧを調節するための、上部電極駆動部２００の構成について、詳細に説明する。上部電極駆動部２００は、上部電極１２０を支持する略円筒状の支持部材２０４を有する。支持部材２０４は上部電極１２０の上部略中央にボルトなどで取付けられている。
【００２５】
支持部材２０４は、チャンバ１０２の上壁の略中央に形成された孔１０２ａを出入自在に配設される。具体的には、支持部材２０４の外周面はスライド機構２１０を介してチャンバ１０２の孔１０２ａの内部に支持されている。
【００２６】
スライド機構２１０は、例えばチャンバ１０２の上部に断面Ｌ字状の固定部材２１４を介して固定部材２１４の鉛直部に固定された案内部材２１６と、この案内部材２１６に摺動自在に支持され、支持部材２０４の外周面に一方向（本実施形態では鉛直方向）に形成されたレール部２１２と、を有する。
【００２７】
スライド機構２１０の案内部材２１６を固定する固定部材２１４は、その水平部が環状の水平調整板２１８を介してチャンバ１０２の上部に固定される。この水平調整板２１８により、上部電極１２０の水平位置が調整される。
【００２８】
水平調整板２１８は、例えば、水平調整板２１８の周方向に等間隔で配置した複数のボルト等によりチャンバ１０２に固定される。また、水平調整板２１８の水平方向に対する傾き量を、これらのボルトの突出量により、調整することも可能である。水平調整板２１８が水平方向に対する傾きを調整し、上記スライド機構２１０の案内部材２１６が鉛直方向に対する傾きが調整することで、上部電極１２０の水平方向の傾きを調整することができる。即ち、上部電極１２０を常に水平位置に保つことができる。
【００２９】
チャンバ１０２の上側には、上部電極１２０を駆動するための空気圧シリンダ２２０が、筒体２０１を介して取付けられている。即ち、筒体２０１の下端は、チャンバ１０２の孔１０２ａを覆うようにボルト等で気密に取付けられており、筒体２０１の上端は、空気圧シリンダ２２０の下端に気密に取付けられている。
【００３０】
空気圧シリンダ２２０は、一方向に駆動可能なロッド２０２を有している。ロッド２０２の下端は、支持部材２０４の上部略中央にボルト等で連設されている。ロッド２０２が駆動されることにより、上部電極１２０は、支持部材２０４によりスライド機構２１０に沿って移動することができる。ロッド２０２は、例えば円筒状に構成され、ロッド２０２の内部空間が支持部材２０４の略中央に形成された中央孔と連通して大気開放される。これにより、上部電極１２０とローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４を介して接地する配線、及び上部電極１２０に直流電源１２３から直流電圧を印加するための給電線は、ロッド２０２の内部空間から支持部材２０４の中央孔を介して上部電極１２０に接続するように配線することができる。
【００３１】
また、空気圧シリンダ２２０の側部には、例えばリニアエンコーダ２０５等の、上部電極１２０の位置を検出する位置検出手段が設けられている。一方、ロッド２０２の上端には、ロッド２０２から側方に延出する延出部２０７ａを有する上端部材２０７が設けられている。上端部材２０７の延出部２０７ａとリニアエンコーダ２０５の検出部２０５ａとが当接している。上端部材２０７は上部電極１２０の動きに連動するため、リニアエンコーダ２０５により上部電極１２０の位置を検出することができる。
【００３２】
空気圧シリンダ２２０は、筒状のシリンダ本体２２２、上部支持板２２４及び下部支持板２２６を含む。筒状のシリンダ本体２２２は、上部支持板２２４と下部支持板２２６とにより挟まれる構成となっている。ロッド２０２の外周面には、空気圧シリンダ２２０内を上部空間２３２と下部空間２３４に区画する環状の区画部材２０８が設けられている。
【００３３】
空気圧シリンダ２２０の上部空間２３２には、上部支持板２２４の上部ポート２３６から圧縮空気が導入されるようになっている。また、空気圧シリンダ２２０の下部空間２３４には、下部支持板２２６の下部ポート２３８から圧縮空気が導入されるようになっている。上部ポート２３６及び下部ポート２３８から上部空間２３２及び下部空間２３４へと導入する空気量を制御することにより、ロッド２０２を一方向（例えば鉛直方向）へと駆動制御することができる。この空気圧シリンダ２２０へ導入する空気量は、空気圧シリンダ２２０の近傍に設けられた空気圧回路３００により制御される。
【００３４】
また、上部電極駆動部２００は、制御部２９０を有しており、制御部２９０は、装置制御部１９０と接続されている。装置制御部１９０からの制御信号は制御部２９０に伝えられ、制御部２９０により、上部電極駆動部２００の各部が駆動制御される。
【００３５】
サセプタ支持台１０４の内部には、ウエハＷの面内における温度分布を調節可能とする、温度分布調製部１０６が配置されている。温度分布調整部１０６は、ヒータ１０６ａ、１０６ｂ、ヒータ用電源１０６ｃ、１０６ｄ、温度計１０６ｅ、１０６ｆ、冷媒流路１０７ａ、１０７ｂを有する。
【００３６】
サセプタ支持台１０４の内部には、中心側から外周側に向かって、中心側ヒータ１０６ａと外周側ヒータ１０６ｂとが設けられている。中心側ヒータ１０６ａには、中心側ヒータ用電源１０６ｃが接続され、外周側ヒータ１０６ｂには、外周側ヒータ用電源１０６ｄが接続されている。中心側ヒータ用電源１０６ｃ、外周側ヒータ用電源１０６ｄは、各々、中心側ヒータ１０６ａ、外周側ヒータ１０６ｂに投入する電力を独立に調節することができる。これにより、サセプタ支持台１０４及びサセプタ１０５に、ウエハＷの径方向に沿った温度分布を発生させることができる。即ち、ウエハＷの径方向に沿った温度分布を調節することができる。
【００３７】
また、サセプタ支持台１０４の内部には、中心側から外周側に向かって、中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆが設けられている。中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆは、各々、サセプタ支持台１０４の中心側及び外周側の温度を計測し、これによりウエハＷの中心側及び外周側の温度を導出できる。中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆで計測された温度は、後述する装置制御部１９０に送られる。装置制御部１９０は、計測された温度から導出されたウエハＷの温度が目標温度となるように、中心側ヒータ用電源１０６ｃ及び外周側ヒータ用電源１０６ｄの出力を調整する。
【００３８】
更に、サセプタ支持台１０４の内部には、中心側から外周側に向かって、中心側冷媒流路１０７ａ及び外周側冷媒流路１０７ｂを設けても良い。そして、各々に異なる温度の、例えば冷却水、フルオロカーボン系の冷媒を循環させても良い。冷媒を循環させる場合、冷媒は、中心側導入管１０８ａを介して中心側冷媒流路１０７ａに導入され、中心側排出管１０９ａから排出される。一方、外周側冷媒流路１０７ｂには、外周側導入管１０８ｂを介して冷媒が導入され、外周側排出管１０９ｂから排出される。
【００３９】
サセプタ１０５は、ヒータ１０６ａ、１０６ｂによる加熱と、冷媒からの冷却と、により、温度が調整される。したがって、ウエハＷは、プラズマからの輻射やプラズマに含まれるイオンの照射などによる加熱分と、前述のサセプタ１０５との熱量の授受と、により、所定の温度になるように調整される。また、サセプタ支持台１０４は、中心側ヒータ１０６ａ（及び中心側冷媒流路１０７ａ）及び外周側ヒータ１０６ｂ（及び外周側冷媒流路１０７ｂ）を有する。そのため、ウエハＷは、中心側と外周側とで独立して温度を調整することができる。
【００４０】
また、図１には図示していないが、中心側ヒータ１０６ａと外周側ヒータ１０６ｂとの間、又は、中心側冷媒流路１０７ａと外周側冷媒流路１０７ｂとの間に、断熱層として断熱材又は空間を設けても良い。断熱層を設けることにより、中心側ヒータ１０６ａと外周側ヒータ１０６ｂとの間、又は中心側冷媒流路１０７ａと外周側冷媒流路１０７ｂとの間が熱的に遮断される。即ち、ウエハＷの中心側と外周側との間に、より大きな温度分布を生じさせることができる。
【００４１】
チャンバ１０２の底部には排気管１３１が接続されており、排気管１３１には排気装置１３５が接続されている。排気装置１３５は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、チャンバ１０２内を所定の減圧雰囲気（例えば０．６７Ｐａ以下）に調整する。また、チャンバ１０２の側壁にはゲートバルブ１３２が設けられている。ゲートバルブ１３２が開くことによって、チャンバ１０２内へのウエハＷの搬入、及び、チャンバ１０２内からのウエハＷの搬出が可能となる。なお、ウエハＷの搬送には例えば搬送アームが用いられる。
【００４２】
（エッチングガスの供給条件を調節する調節部の概略構成）
次に、図２を参照しながらシャワーヘッド１４０について説明する。図示のとおり、シャワーヘッド１４０は、エッチングガス等のガスをウエハＷに供給する多数のガス噴出孔ｈ（ｈａ〜ｈｄ）を有する円形状の電極板１４１（上部電極１２０）と、電極板１４１の上面側を着脱自在に支持する電極支持体１４２を備えている。電極支持体１４２は、電極板１４１の外径と等しい外径を有する円盤形状を有し、電極支持体１４２の内側に円形状のバッファ室１４３が形成されている。
【００４３】
バッファ室１４３内では、電極板１４１上に、図２（ａ）に示すように、たとえばＯリングから成る１つ以上の環状隔壁部材１４５が配置されている。具体的には、本実施形態においては、異なる直径を有する３つの環状隔壁部材１４５ａ、１４５ｂ、１４６ｃが同心円状に配置されている。これにより、バッファ室１４３は、電極板１４１の径方向に沿って、センタ領域１４３ａ、中間領域１４３ｂ、周縁領域１４３ｃ、及び最外縁領域１４３ｄに分割される。
また、図２（ｂ）に示すように、領域１４３ａ〜１４３ｄの夫々は、ガス供給装置１５０と接続され、これによりガス供給装置１５０から各領域１４３ａ〜１４３ｄに対してエッチングガスが供給される。各領域１４３ａ〜１４３ｄに供給されたエッチングガスは、対応するガス噴出孔ｈから、サセプタ１０５に支持されるウエハＷに向かって噴出される。
【００４４】
なお、ガス噴出孔ｈの数と配置については、ウエハＷに対してエッチングガスが均一に噴出されるように決定して良い。これに限定されないが例えば、ガス噴出孔ｈは、シャワーヘッド１４０（電極板１２１）の中心を中心とし、同心円状に位置する複数の同心円の各円周上に配置して良い。具体的には、３００ｍｍの直径を有するウエハＷを使用する場合、センタ領域１４３ａにおいて、半径１１ｍｍの円の円周上に４つのガス噴出孔ｈａが（例えば等間隔で）配置され、半径３３ｍｍの円の円周上に１２個のガス噴出孔ｈｂが（例えば等間隔で）配置されている。中間領域１４３ｂにおいては、半径５５ｍｍの円の円周上に２４個のガス噴出孔ｈｃが（例えば等間隔で）配置され、半径７７ｍｍの円の円周上に３６個のガス噴出孔ｈｄが（例えば等間隔で）配置されている。周縁領域１４３ｃにおいては、図示を省略するが、半径９９ｍｍの円の円周上に４８個のガス噴出孔が（例えば等間隔で）配置され、半径１２１ｍｍの円の円周上に６０個のガス噴出孔が（例えば等間隔で）配置されている。最外縁領域１４３ｄにおいては、図示を省略するが、半径１４３ｍｍの円の円周上に８０個のガス噴出孔が（例えば等間隔で）配置され、半径１６５ｍｍの円の円周上に１００個のガス噴出孔が（例えば等間隔で）配置されている。
【００４５】
次に、図３を参照しながら、バッファ室１４３の各領域１４３ａ〜１４３ｄに個別にエッチングガスを供給するガス供給装置１５０及びガス供給系について説明する。図示のとおり、ガス供給装置１５０は、第１のガスボックス１６１と、第２のガスボックス１６０とを備えている。第１のガスボックス１６１には、複数のガス供給源（図示せず）と接続される第１の集合バルブ３０３が収容されており、第２のガスボックス１６０には、第２の集合バルブ３０２と、第２の集合バルブ３０２の各バルブに対応して設けられる、例えばマスフローコントローラ等の流量制御器３０１と、第３の集合バルブ３００とが収容されている。
【００４６】
本実施形態において、ガス供給源には、例えば、フロロカーボン系のフッ素化合物（ＣＦ系）、例えばＣＦ４、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３等のガスが封入されている。他にも、例えばＣＦ系の反応生成物の付着を制御するガスとして例えば酸素（Ｏ２）ガスが封入されている。さらに、キャリアガスとして例えばＡｒガス、Ｎ２ガス、Ｈｅガスが封入されている。
【００４７】
各ガス供給源からの配管は、第１のガスボックス１６１内の第１の集合バルブ３０３における対応するバルブに接続されている。また、本実施形態では、第１の集合バルブ３０３の下流側において、ＣＨＦ３ガス配管とＯ２ガス配管とが合流し、更に４本の分岐管１７０ａ、１７１ａ、１７２ａ、１７３ａに分岐している。分岐管１７０ａ〜１７３ａには、第１の集合バルブ３０３を制御することにより、ＣＨＦ３ガス及びＯ２ガスのいずれか、又はこれらの混合ガスが流れる。
【００４８】
また、同様にして、第１の集合バルブ３０３の下流側において、ＣＦ４ガス配管とＮ２ガス配管とが合流し、更に４本の分岐管１７０ｂ、１７１ｂ、１７２ｂ、１７３ｂに分岐している。分岐管１７０ｂ〜１７３ｂには、第１の集合バルブ３０３を制御することにより、ＣＦ４ガス及びＮ２ガスのいずれか、又はこれらの混合ガスが流れる。
【００４９】
同様に、第１の集合バルブ３０３の下流側において、Ｏ２ガス配管とＡｒガス配管とが合流し、更に４本の分岐管１７０ｃ、１７１ｃ、１７２ｃ、１７３ｃに分岐している。分岐管１７０ｃ〜１７３ｃには、第１の集合バルブ３０３を制御することにより、Ｏ２ガス及びＡｒガスのいずれか、又はこれらの混合ガスが流れる。
【００５０】
さらに第１の集合バルブ３０３の下流側において、Ｃ４Ｆ６ガス配管とＣ４Ｆ８ガス配管とが合流し、更に４本の分岐管１７０ｄ、１７１ｄ、１７２ｄ、１７３ｄに分岐している。分岐管１７０ｄ〜１７３ｄには、第１の集合バルブ３０３を制御することにより、Ｃ４Ｆ６ガス及びＣ４Ｆ８ガスのいずれか、又はこれらの混合ガスが流れる。
【００５１】
分岐管１７０ａ〜１７３ａ、１７０ｂ〜１７３ｂ、１７０ｃ〜１７０ｃ、及び１７０ｄ〜１７０ｄは、第２のバルブボックス１６０内の第２の集合バルブ３０２における対応するバルブに接続され、さらに、対応する流量制御器３０１を介して、第１の集合バルブ３００の対応するバルブに接続されている。
第１の集合バルブ３００の下流側において、分岐管１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、及び１７０ｄに対応した配管が配管１７０に合流し、配管１７０は、シャワーヘッド１０４のセンタ領域１４０ａに連通している（図２（ｂ）参照）。また、第１の集合バルブ３００の下流側において、分岐管１７１ａ、１７１ｂ、１７１ｃ、及び１７１ｄに対応した配管が配管１７１に合流し、配管１７１は、シャワーヘッド１０４の中間領域１４３ｂに連通している（図２（ｂ）参照）。同様に、第１の集合バルブ３００の下流側において、分岐管１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃ、及び１７２ｄに対応した配管が配管１７２に合流し、配管１７２は、シャワーヘッド１０４の周縁領域１４３ｃに連通している（図２（ｂ）参照）。さらに、第１の集合バルブ３００の下流側において、分岐管１７３ａ、１７３ｂ、１７３ｃ、及び１７３ｄに対応した配管が配管１７３に合流し、配管１７３は、シャワーヘッド１０４の最外縁領域１４３ｄに連通している（図２（ｂ）参照）。
【００５２】
以上の構成により、第１の集合バルブ３００、第２の集合バルブ３０２、及び第３の集合バルブ３０３を適宜開閉することにより、シャワーヘッド１４０の各領域１４３ａ〜１４３ｄに対して、各エッチングガス（混合ガスを含む）を選択的に供給することができる。即ち、図３の例においては、各ガス供給源に接続される配管は、配管１７０〜１７３のように４つに分岐されている。また、配管は第１の集合バルブ３０３が接続されており、所望するプロセスに応じて、ガス種を切り替えることが可能な構造となっている。このような構造にすることにより、新たなガス供給源を追加する場合や、プロセスにより不要なエッチングガスのガス供給を停止する場合も、簡易な操作で実行することができる。
【００５３】
前述の通り、プラズマエッチング装置１００は装置制御部１９０（図１）を有する。装置制御部１９０は、例えばＣＰＵよりなる図示しない演算処理装置と、例えばハードディスクよりなる図示しない記録媒体を備えている。装置制御部１９０は、前述した、第１の高周波電源１１４、第２の高周波電源１１６、温度分布調整部１０６、上部電極駆動部２００、ガス供給条件調整部１３０の各部の動作を制御する。そして、装置制御部１９０は、上記各部を動作させる際は、例えば装置制御部１９０のＣＰＵが、例えば装置制御部１９０のハードディスクに記録されている、それぞれのエッチング処理に対応するプログラムに応じて、各部を制御する。
【００５４】
（トレンチ・ビア構造の形成方法）
次に、図４から図７までを参照しながら、プラズマエッチング装置１００を用いて行われる、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法を含む半導体装置製造方法を説明する。なお、図５（ａ）から図７（ｆ）までにおいては、以下に説明する一連の工程の各工程より形成される構造の上面図（図中の中央）と、この上面図におけるＡ−Ａ線に沿った断面図（図中の左側）と、上面図におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図（図中の右側）とを示している。また、これらの図においては、便宜上、ウエハ上に形成される多数のトレンチ・ビア構造のうちの一つを示している。また、図５（ｂ）から図７（ｆ）までに示す工程は、プラズマエッチング装置１００において連続的に行われる。
【００５５】
始めに、図５（ａ）に示すように、ウエハに形成された配線層１０の上に、ブロック層１１、低誘電率体（low-k）層１２、酸化シリコン層１３、窒化チタン（ＴｉＮ）層１４、有機平坦化層１５、反射防止膜１６、及び第１のマスク層１７がこの順に形成される（図４のステップＳ４１）。
【００５６】
ブロック層１１は、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて例えば酸化シリコンなどの材料により形成される。ブロック層１１は、low-k層１２による配線層１０の劣化を低減するため、配線層１０を保護するため、これらの層の間に形成されている。
low-k層１２は、例えば３．５程度以下の低い誘電率を有する低誘電体材料により形成される。low-k層１２は、例えばBlack Diamond（登録商標）、ＳｉＯＦやＳｉＯＣなどの、不純物が添加された酸化シリコン、及び多孔質材料などにより形成して良く、また、水素メチルシルセスキオキサン（ＨＳＱ）及びメチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）などを主成分とするスピン−オン材料により形成しても良い。本実施形態においては、Black Diamondによりlow-k層１２が形成されている。
【００５７】
酸化シリコン層１３は、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を原料とした酸素プラズマＣＶＤ法により形成することができる。有機平坦化層１５は有機材料を主成分とするスピン−オン材料により好適に形成される。これによれば、スピン−オン材料の流動性により下地層の凹凸が緩和され、平坦な上面を有する有機平坦化層１５が得られる。
有機平坦化層１５の上面には、反射防止膜１６とフォトレジスト膜（不図示）とが順次形成され、フォトレジスト膜がフォトリソグラフィ技術によりパターン化されることにより、第１のマスク層１７が得られる。第１のマスク層１７は、図５（ａ）の例では、一の方向に延びるライン状のパターンを有し、例えば５０ｎｍの幅ｗ１と、５０ｎｍの間隔ｓとを有している。第１のマスク層１７のパターンは、後述するトレンチ（すなわち、後に形成される上層配線）のパターンに合わせて決定される。
【００５８】
次に、図５（ａ）に示す構造を有するウエハがプラズマエッチング装置１００のチャンバ１０２内に搬入される。そして、第１のマスク層１７を用いて反射防止膜１６及び有機平坦化層１５が除去される。この除去は、例えば酸素プラズマにウエハを曝すことにより行われる。その後、塩素及び臭素等腐食成分を含むガスを用いたプラズマエッチングによりＴｉＮ層１４をエッチングすると、第１のマスク層１７のパターンがＴｉＮ層１４へ転写される。この後、エッチングに用いた第１のマスク層１７と、これの下方に残る反射防止膜１６及び有機平坦化層１５とを例えば酸素プラズマにより除去すると、メタルハードマスク（ＭＨＭ）１４ａが得られる（図４のステップＳ４２）。
【００５９】
次に、ＭＨＭ１４ａと、その下地層である酸化シリコン層１３とを覆うように有機平坦化層２５が形成される。有機平坦化層２５は、例えば有機平坦化層１５と同じ材料及び同じ方法により形成することができる。次いで、有機平坦化層２５上に反射防止膜２６とフォトレジスト膜とが形成され、このフォトレジスト膜をパターン化することによりフォトレジストマスク２７が形成される（図４のステップＳ４３）。フォトレジストマスク２７は、図６（ｃ）に示すように、上面形状がほぼ円形状の開口２７ｈを有しており、開口２７ｈの直径ｗ２は、第１のマスク層１７の間隔ｓ（＝ＭＨＭ１４ａの間隔）よりも狭い。また、開口２７ｈは、配線層１０と電気的に接続するビアが形成されるべき位置に形成され、開口２７ｈの直径ｗ２は、ビアの寸法に対応している。
【００６０】
続けて、フォトレジストマスク２７をマスクとして、反射防止膜２６及び有機平坦化層２５がエッチングされ、図６（ｄ）に示すように、有機平坦化層２５から第２のマスク層２５ａが形成される（図４のステップＳ４４）。第２のマスク層２５ａは、フォトレジストマスク２７の開口２７と同じ寸法を有する開口２５ｈを有している。
【００６１】
次に、第２のマスク層２５ａを用いて、ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｎ２混合ガスにより酸化シリコン膜１３とlow-k膜１２とをプラズマエッチングし、このプラズマエッチングに用いた第２のマスク層２５ａを除去すると、図７（ｅ）に示す構造（ビア形状）が得られる（図４のステップＳ４５）。図示のとおり、この構造においては、酸化シリコン層１３を貫通し、酸化シリコン層１３及びlow-k膜１２の合計厚さよりも浅い深さを有するホールｔが形成されている。また、ホールｔの深さはエッチング時間により決定される。
【００６２】
次いで、ＭＨＭ１４ａをマスクとして、Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２混合ガスにより酸化シリコン膜１３とlow-k膜１２とを更にプラズマエッチングすると、図７（ｆ）に示す構造（トレンチ形状）が得られる（図４のステップＳ４６）。具体的には、酸化シリコン膜１３のＭＨＭ１４ａに覆われていない部分（図７（ｅ）参照）からプラズマエッチングが進行していき、酸化シリコン膜１３を貫通し、low-k膜１２の所定の深さ位置にまで達するトレンチＴが形成される。一方、図７（ｅ）に示したホールｔの底部もまたプラズマエッチングされていき、配線層１０の上面を底面とするビアＶが形成される。これにより、トレンチ・ビアＴＶが形成される。図示の例では、トレンチＴは、幅ｓ（第１のマスク層１７の幅ｓ）を有し、この幅ｓと直交する方向に延びており、ビアＶは、トレンチＴの底部の所定の位置に略円柱形状を有する開口として形成されている。図７（ｅ）及び図７（ｆ）に示すプラズマエッチングの条件等については後述する。
【００６３】
この後、ダマシンプロセス（金属の埋込及びＣＭＰ）によりビアＶ及びトレンチＴが金属により充填され、配線層１０と電気的に接続するビアプラグと、ビアと一体に接続する金属配線とが形成される。
【００６４】
（プラズマエッチング方法）
次に、プラズマエッチング装置１００において行われるプラズマエッチング方法の一例について説明する。
シャワーヘッド１４０のガス噴出孔ｈから、シャワーヘッド１４０とサセプタ１０５との間の空間にエッチングガスが供給されると、エッチングガスは、排気管１３１を通して排気装置１３５により吸引され、サセプタ１０５の外周に向かって広がっていく。このとき、エッチングガス成分（例えば、ラジカル）の濃度分布は、エッチングガスが「拡散」と「流れ」のいずれに支配されて輸送されるかにより異なる。「拡散」と「流れ」のいずれかにどの程度依存しているかを定性的に示す、無次元数としてペクレ数（Ｐｅ）が知られている。ペクレ数は下記の式（１）で表される。
【００６５】
Ｐｅ＝ｕＬ／ＤＡＢ 式（１）
ここで、ｕ：ガスの流速（ｍ／ｓ）
ＤＡＢ：ガス種の相互拡散係数
Ｌ：代表長さ（ｍ）
ペクレ数Ｐｅが１より小さい場合、主に「拡散」によりガスが輸送され、ペクレ数Ｐｅが１以上の場合、主に「流れ」によりガスが輸送される。
【００６６】
なお、相互拡散係数ＤＡＢは、ガスＡとガスＢの混合ガスの場合には、下記の式（２）で表される。
【００６７】
【数１】
例えば、温度１５０℃及び圧力８０mTorr（1.05x10-4atm）において、ＡｒとＣ４Ｆ８を含むエッチングガスの相互拡散係数ＤＡＢは１．２３×１０−１ｍ２／ｓであり、温度１５０℃及び圧力３０mTorr（3.95x10-5atm）において、ＡｒとＣＨＦ３を含むエッチングガスの相互拡散係数ＤＡＢは、０．６６ｍ２／ｓである。
【００６８】
具体的な例により説明するために、図８（ａ）に、プラズマエッチング装置１００における、ウエハの径方向に沿ったペクレ数Ｐｅの変化を示す。図８（ａ）は、ＡｒとＣ４Ｆ８のエッチングガス（相互拡散係数ＤＡＢ＝１．２３×１０−１ｍ２／ｓ）を用い、代表長さＬ（即ち、サセプタ１０５と上部電極１２０との間のギャップＧ）を３０ｍｍとし、ガスの流速ｕを計算により算出したペクレ数Ｐｅを示す。なお、図８（ａ）において、横軸は、直径３００ｍｍのウエハの中心を原点（０ｍｍ）としている。
図８（ａ）から、ウエハの中心から径が８６ｍｍの位置でペクレ数Ｐｅが１となり、これを境に「拡散」が支配的である領域（０ｍｍから８６ｍｍまでの領域）と「流れ」が支配的である領域（８６ｍｍから１５０ｍｍまでの領域）とに区分されることがわかる。ただし、「拡散」が支配的である領域と「流れ」が支配的である領域とがペクレ数Ｐｅ＝１を境に明りょうに区別される分けではなく、ペクレ数Ｐｅが例えば０．７から１．３までの範囲においては、過渡的な領域となっていると考えられる。
【００６９】
また、図８（ｂ）に、ウエハの径方向に沿ったエッチングレートを示す。具体的には、プラズマエッチング装置１００におけるセンタ領域１４３ａ、中間領域１４３ｂ、周縁領域１４３ｃ、及び最外縁領域１４３ｄ（図２参照）の各々からエッチングガスを供給し、高周波電力によりプラズマを生成してウエハ（直径３００ｍｍのベアウエハ）をエッチングし、ウエハ面内のエッチングレートを測定した。なお、図８（ｂ）において、縦軸には、最もエッチングレートが大きい位置を１として、規格化した規格化エッチングレートをとっている。
【００７０】
図８（ｂ）を参照すると、センタ領域１４３ａからエッチングガスと不活性ガスの混合ガスを供給し、他の領域から不活性ガスを供給した場合（△印）は、センタ領域１４３ａの下方位置においてエッチングレートが大きくなっている。また、中間領域１４３ｂからエッチングガスと不活性ガスの混合ガスを供給し、他の領域から不活性ガスを供給した場合（◇印）においても、中間領域１４３ｂの下方位置においてエッチングレートが大きくなっている。
【００７１】
また、センタ領域１４３ａからエッチングガスを供給した場合には、センタ領域１４３ａだけでなく、中間領域１４３ｂにおいても比較的大きなエッチングレートでウエハがエッチングされている。さらに、中間領域１４３ｂからエッチングガスを供給した場合には、周縁領域１４３ｃ及び最外縁領域１４３ｄだけではなく、センタ領域１４３ａにおいても比較的大きなエッチングレートでウエハがエッチングされることが分かる。これは、センタ領域１４３ａ及び中間領域１４３ｂに対応する領域においては、エッチングガスの「拡散」が支配的であり、図８（ｂ）中に矢印Ｙで示すように、センタ領域１４３ａの方句にも周縁領域１４３ｃの方向にもほぼ対称的にエッチングガスが拡散したためと考えられる（図８（ａ）参照）。
【００７２】
一方、周縁領域１４３ｃからエッチングガスと不活性ガスの混合ガスを供給し、他の領域から不活性ガスを供給した場合（□印）は、周縁領域１４３ｃよりも外側の最外縁領域１４３ｄの下方位置におけるエッチングレートには増加が認められるものの、周縁領域１４３ｃよりも内側のセンタ領域１４３ａ及び中間領域１４３ｂの下方位置におけるエッチングレートは殆ど増加しない。また、最外縁領域１４３ｄからエッチングガスと不活性ガスの混合ガスを供給し、他の領域から不活性ガスを供給した場合（○印）にも、センタ領域１４３ａ及び中間領域１４３ｂの下方位置においてはエッチングレートの増加は殆ど認められない。これは、周縁領域１４３ｃ及び最外縁領域１４３ｄからのエッチングガスは、センタ領域１４３ａ及び中間領域１４３ｂへは殆ど拡散せずに、「流れ」によって主に外向きにエッチングガスが輸送されるためと考えられる（図８（ａ）参照）。なお、図８（ｂ）においては、エッチングガスが、センタ領域１４３ａ及び中間領域１４３ｂへは殆ど拡散しないことを小さい矢印ＹＰＩで、外向きに輸送されることを大きい矢印ＹＰＯで模式的に示している。
【００７３】
また、ＡｒとＣ４Ｆ８の混合ガスに代わり、ＡｒとＣＨＦ３の混合ガス（相互拡散係数ＤＡＢは０．６６ｍ２／ｓ）を用いた場合のペクレ数Ｐｅの変化と、エッチングレートの変化とを図９に示す。ＡｒとＣＨＦ３の混合ガスの相互拡散係数ＤＡＢは、ＡｒとＣ４Ｆ８の混合ガスの相互拡散係数ＤＡＢよりも小さく、図９（ａ）に示すように、ウエハの全面に対応した領域においてペクレ数Ｐｅは１よりも小さくなっている。すなわち、このＡｒとＣＨＦ３の混合ガスを用いた場合には、ウエハの全面に対応した領域において、ガスの輸送が「拡散」に支配されることとなる。このため、図９（ｂ）に示すように、周縁領域１４３ｃ及び最外縁領域１４３ｄにおいても、それぞれの下方位置から内側及び外側へ向かってほぼ対称的にエッチングレートが減少していく傾向が認められる（図９（ｂ）中の矢印Ｙ参照）。
【００７４】
以上の結果から、エッチングガスの供給条件を調整することによりエッチングレートの面内均一性の改善を図る場合、エッチングガスの拡散が支配的となる領域と、エッチングガスの流れが支配的となる領域とでは、エッチングガスを供給する位置を変える必要があることがわかる。すなわち、拡散が支配的な領域においては、その位置に対応する（略真上にある）ガス噴出孔ｈからのエッチングガス供給量を調整することによりエッチングレートを制御することができ、流れが支配的な領域においては、その位置に対応するガス噴出孔ｈよりもむしろウエハ中心側に位置するガス噴出孔ｈからのエッチングガス供給量を調整することによりエッチングレートを制御することができる。
【００７５】
また、上述のとおり、使用するエッチングガス（混合ガス）により相互拡散係数ＤＡＢが異なり、その結果、同一のチャンバ内において、エッチングガスの拡散が支配的となる領域と、エッチングガスの流れが支配的となる領域とが大きく異なることとなる。
これは、同じチャンバを用いても、エッチング対象膜により、エッチングレートのウエハ面内均一性が異なり得ることを示唆しており、このことから、ペクレ数Ｐｅに基づく検討、及びその検討に基づいてガスの供給条件を変えることの重要性が理解される。特に、エッチングガスの拡散が支配的となる領域と、エッチングガスの流れが支配的となる領域とがチャンバ内に存在する場合に、どのようにガスの供給条件を変えるかはエッチングレートを均一化するために重要である。本実施形態によるプラズマエッチング装置１００においては、３つの環状隔壁部材１４５によりシャワーヘッド１４０のバッファ室１４３が４つの領域１４３ａ〜１４３ｄに分割され、各々から異なる流量でエッチングガスを供給することができるため、上記の検討に基づいたガス供給条件の変更が可能となり、エッチングレートのウエハ面内での均一性を改善できるという利点がある。また、エッチング対象膜ごとに異なるエッチングガス（混合ガス）に対応して、ガス供給条件を変更することにより、ウエハ面内の均一性を改善できるため、異なる複数のエッチング対象膜を連続してエッチングすることが可能となる。
【００７６】
次に、ガスの供給条件がガスの輸送に与える影響について説明する。即ち、供給ガスのどのようなパラメータが、ウエハ面内形状における、面内均一性の向上に寄与するかについて説明する。
【００７７】
供給ガスの拡散は、ガス分子の平均自由行程ｌ（ｍ）とガスの流速ｕ（ｍ／ｓ）に依存する。ここで、ガス分子の平均自由行程ｌは、ガスが理想気体であり、拡散分子の速度がマスクウェル分布に従うと仮定される場合、下記の式（３）で表される。
【００７８】
ｌ＝（Ｔ×Ｃ１）／（ｄ２×Ｐ） 式（３）
ここで、Ｃ１：定数
ｄ：ガス分子の衝突分子径（ｍ）
Ｐ：系内の圧力（ａｔｍ）
Ｔ：系内の温度（Ｋ）
一方、供給ガスの流速ｕも、ガスが理想気体であると仮定した場合、下記の式（４）で表される。
【００７９】
ｕ＝（Ｑ×Ｃ２）／ＰＶ 式（４）
ここで、Ｃ２：定数
Ｑ：１気圧換算流量（ｍ３／ｓ）
Ｐ：系内の圧力（ａｔｍ）
Ｖ：系内の体積（ｍ３）
このとき、供給ガスの拡散領域ｄａｒｅａは、平均自由行程ｌ／流速ｕに比例するため、式（３）及び式（４）より、式（５）が導出される。
【００８０】
ｄａｒｅａ∝ｌ／ｕ＝（Ｔ×Ｖ×Ｃ３）／（ｄ２Ｑ） 式（５）
ここで、Ｃ３：定数
すなわち、供給ガスの拡散領域は、系内の体積、供給ガスの流量、系内の温度及び衝突分子径に依存することがわかる。なお、系内の体積とは、本実施形態では、上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間の体積に近似されるが、プラズマエッチング中には被処理体の径は変化しないため、上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間の距離（ギャップＧ）を指す。また、供給ガスの流量は、系内の圧力とも相関がある。さらに、衝突分子径は、供給ガスの種類（すなわち供給ガスの分子量）によって異なるため、供給ガスの拡散領域は、供給ガスの分子量にも依存する。
【００８１】
供給ガスの拡散領域は、供給ガスの流量（及び供給ガスの圧力）、供給ガスの分子量、及びギャップＧ等のパラメータ（供給条件）に依存することを確認した実験について、図１０を参照して説明する。
図１０に、本実施形態におけるエッチングガスの供給条件を変更した場合のエッチングレートの変化を示す。図１０に示すグラフを得る際には、センタ領域１４３ａ、中間領域１４３ｂ、周縁領域１４３ｃ、及び最外縁領域１４３ｄのガス噴出孔ｈａ〜ｈｄから供給されるガス分圧（後述のエッチング条件参照）が一定になるように、各領域１４３ａ〜１４３ｄへ供給する混合ガスの供給量を調整した。この場合の総流量は下記の通りである。ただし、最外縁領域１４３ｄのガス噴出孔からは、Ｃ４Ｆ８を２０ｓｃｃｍ多く供給した。図１０の縦軸は、ハードマスクが形成されたシリコン酸化物のエッチングレートを、最もエッチングレートが大きい位置（最外周）を１として、規格化して示している。
【００８２】
詳細なエッチング条件を下記に示す。
【００８３】
チャンバ１０２内圧力 ：80mTorr（圧力変更時：30~150mTorr）
ギャップＧ：30mm（ギャップ変更可能範囲：22mm~50mm）
高周波電源パワー（40MHz/13MHz）：700／1000Ｗ
上部電極の電位 ：０Ｖ
エッチングガスの総流量 ：C4F8/Ar/N2/O2=30/1200/70/17sccm
処理時間 ：６０秒
なお、最外縁領域１４３ｄから供給される混合ガスには、C4F8（分子量変更時には、Ｏ２又はCH2F2）＝20sccmを添加し、流量変更時は、上記流量×0（.33〜1.5）の範囲で行った。
【００８４】
図１０の結果から、各々のパラメータが、供給ガスの拡散に対してどのような影響を及ぼすかがわかる。即ち、供給ガスの流量を低くする、供給ガスの分子量を小さくする、ギャップＧを広くすることにより、供給ガスの拡散範囲が大きくなることがわかる。即ち、これらのパラメータを制御することにより、ガス（即ち、ラジカル）の濃度分布を制御することができるため、プラズマエッチング時におけるウエハの面内形状について、面内均一性を向上できることがわかる。一方、チャンバ１０２内の圧力は、式（５）からわかるように供給ガスの拡散領域のパラメータとはなっていないので、図１０（ｃ）においても圧力を変えても拡散領域の顕著な変化は認められない。
【００８５】
（実験結果）
次に、本実施形態のプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法の効果を確認するために行った実験、及びその結果について、図１１及び図１２を参照しながら説明する。
【００８６】
（実験１）
まず、low-k膜、酸化シリコン膜、及びＴｉＮ膜をこの順に形成したウエハ（直径３００ｍｍ）を用意した。これらの膜は、図５（ａ）を参照しながら説明した方法に従って形成した。次に、フォトリソグラフィ及びエッチングによりＴｉＮ膜をライン状にパターン化し、メタルハードマスク（ＭＨＭ）を形成した。次いで、Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２混合ガスにより、ＭＨＭの開口に露出する酸化シリコン膜と、その下層のlow-k膜をエッチングした。このエッチングは、ＴｉＮマスクを用いて酸化シリコン膜及びlow-k膜をエッチングする点で、図７（ｆ）を参照しながら説明した工程（図４のステップＳ４６）に相当し、より具体的には、図７（ｆ）に示すトレンチＴを形成する場合に相当する。このため、説明の便宜上、酸化シリコン膜及びlow-k膜に形成される開口をトレンチと呼ぶこととする。
【００８７】
また、このエッチングは、以下の２とおりの混合ガス供給条件で行った。
＜条件１−１＞
センタ領域１４３ａ： C4F8/Ar/N2/O2=1.3/53/3.1/1.0sccm
中間領域１４３ｂ： C4F8/Ar/N2/O2=4.9/198/12/3.8sccm
周縁領域１４３ｃ： C4F8/Ar/N2/O2=8.9/356/21/6.8sccm
最外縁領域１４３ｄ： C4F8/Ar/N2/O2=14.8/593/35/11sccm
＜条件１−２＞
センタ領域１４３ａ： C4F8/Ar/N2/O2=1.3/53/3.1/1.0sccm
中間領域１４３ｂ： C4F8/Ar/N2/O2=4.9/198/12/3.8sccm
周縁領域１４３ｃ： C4F8/Ar/N2/O2=13.4/356/21/6.8sccm
最外縁領域１４３ｄ： C4F8/Ar/N2/O2=0/593/35/11sccm。
【００８８】
また、その他の条件については、条件１−１及び条件１−２に共通に以下のとおりとした。
＜共通条件＞
チャンバ１２０内の圧力： ８０ｍＴｏｒｒ
ギャップＧ： ３０ｍｍ
高周波電源パワー（40MHz/13MHz）： ４００／２００Ｗ
上部電極の電位： ７００Ｖ
処理時間： ９５秒。
【００８９】
実験１の結果を図１１に示す。図１１（ａ）は、条件１−１で行ったエッチングにより形成されたトレンチの断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像であり、図１１（ｂ）は、条件１−２で行ったエッチングにより形成されたトレンチの断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。これらの図における各ＳＥＭ像の上の数値は、ウエハの中心からの位置を示している。
図１１（ａ）を参照すると、ウエハの中心から外縁に向かう方向に沿って、トレンチの深さが浅くなる傾向が見られる。また、ウエハ中心側においては、トレンチの断面形状はほぼ長方形であるが、ウエハの外縁側においては、トレンチの内壁が傾斜し、底部が狭くなっていることが分かる。一方、図１１（ｂ）を参照すると、ウエハの中心側と外縁側でのトレンチの深さの差は殆ど認められず、トレンチの断面形状についてもウエハの中心側と外縁側で顕著な差は認められない。これらの結果を図１２Ａのグラフに示す。図１２Ａ（ａ）を参照すると、トレンチの深さに関しては、条件１−１において最大値と最小値の差は約２０ｎｍにも及ぶが、条件１−２においては、約１０ｎｍへと低減されている。また、図１２Ａ（ｂ）に示すように、トレンチの底部の幅の最大値と最小値の差は、条件１−１において約１５ｎｍとなっているが、条件１−２においては約２ｎｍと大幅に低減されている。すなわち、条件１−１を条件１−２へと変えることにより、エッチングプロファイルのウエハ面内均一性が改善されたことが分かる。
【００９０】
次に、上記の条件と異なる条件でエッチングを行い、トレンチの断面形状のウエハ面内均一性について調べた。具体的には、下記の条件２−１及び条件２−２（共通条件は上記のとおり）のもとで、上記と同様にエッチングを行なった。
＜条件２−１＞
センタ領域１４３ａ： C4F8/Ar/N2/O2=1.3/53/3.1/1.0sccm
中間領域１４３ｂ： C4F8/Ar/N2/O2=4.9/198/12/3.8sccm
周縁領域１４３ｃ： C4F8/Ar/N2/O2=8.9/356/21/6.8sccm
最外縁領域１４３ｄ： C4F8/Ar/N2/O2=0/593/35/11sccm
＜条件２−２＞
センタ領域１４３ａ： C4F8/Ar/N2/O2=1.3/53/3.1/1.0sccm
中間領域１４３ｂ： C4F8/Ar/N2/O2=4.9/198/12/3.8sccm
周縁領域１４３ｃ： C4F8/Ar/N2/O2=13.4/356/21/6.8sccm
最外縁領域１４３ｄ： C4F8/Ar/N2/O2=0/593/35/11sccm。
【００９１】
図１２Ｂに、条件２−１及び２−２におけるトレンチの断面形状のウエハ面内均一性を示す。図１２Ｂ（ａ）を参照すると、条件２−１では、周縁領域１４３ｃの下方位置における外縁側と最外縁領域１４３ｄの下方位置に近い部分においてトレンチが深くなっている（◇印）。これに対し、条件２−２では、対応する領域におけるトレンチは浅くなっており、トレンチの深さがウエハ面内でより均一化されていることが分かる（◆印）。図１２Ｂ（ｂ）には、条件２−１の場合と条件２−２の場合とにおけるトレンチの深さの差を示すが、このグラフから分かるように、条件２−１から条件２−２へ変更することにより、当該領域においてトレンチが約５ｎｍ浅くなることがわかる。しかもセンタ領域１４３ａ及び中間領域１４３ｂの下方位置においては、条件２−１から条件２−２へ変更してもトレンチの深さには殆ど差がない。この結果は、条件２−２において周縁領域１４３ｃからのＣ４Ｆ８ガスの供給量を増やしたことから、供給ガスの「流れ」の影響が支配的な周縁領域１４３ｃよりも外側では「流れ」の影響によりＣ４Ｆ８ガスが広がってエッチングレートが増加する一方、周縁領域１４３ｃよりも内側へはＣ４Ｆ８ガスが拡散し難いことからセンタ領域１４３ａ及び中間領域１４３ｂにおけるエッチングレートは殆ど変化しないと考えられる。
【００９２】
（実験２）
実験２においては、まず、low-k膜及び酸化シリコン膜をこの順に形成したウエハ（直径３００ｍｍ）を用意した。次に、フォトリソグラフィによりフォトレジストマスクを形成し、ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｎ２混合ガスにより、フォトレジストマスクの開口に露出する酸化シリコン膜と、その下層のlow-k膜をエッチングした。なお、このエッチングは、有機材料で形成されるマスクを用いて酸化シリコン膜及びlow-k膜をエッチングする点で、図７（ｅ）を参照しながら説明した工程（図４のステップＳ４５）に相当する。すなわち、実験２におけるエッチングは、図７（ｅ）に示すホールｔを形成する工程に相当し、ホールｔは後にビアＶ（図７（ｆ））の形成に利用されるため、説明の便宜上、ここでのエッチングで形成される開口をビアと呼ぶこととする。
【００９３】
ここでの条件は以下のとおりである。
＜条件２−３＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=2.6/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=9.9/89/58sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=17.8/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=30/0/346sccm
＜条件２−４＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=2.6/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=9.9/89/58sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=17.8/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=30/0/606sccm
また、その他の条件については、条件２−３及び条件２−４に共通に以下のとおりとした。
＜共通条件＞
チャンバ１２０内の圧力： ３０ｍＴｏｒｒ
ギャップＧ： ３０ｍｍ
高周波電源パワー（40MHz/13MHz）： ５６０／０Ｗ
上部電極の電位： ０Ｖ
処理時間： １２８秒。
【００９４】
図１２Ｃに、条件２−３及び２−４におけるビアの断面形状のウエハ面内均一性を示す。図１２Ｃ（ａ）を参照すると、条件２−３においては、周縁領域１４３ｃ及び最外縁領域１４３ｄにおいて、ウエハの外縁に向かってビアが深くなっていることが分かる（◇印）。一方、条件２−４では、対応する領域においてビアが浅くなっており、ビアの深さがウエハ面内でより均一化されていることが分かる（◆印）。図１２Ｃ（ｂ）には、条件２−３の場合と条件２−４の場合とにおけるビアの深さの差を示すが、このグラフから分かるように、条件２−３から条件２−４へ変更することにより、周縁領域１４３ｃ及び最外縁領域１４３ｄにおいて、ウエハの外縁に向かってビアが急激に浅くなることが分かる。特に、最外縁領域１４３ｄにおいて約２５ｎｍ浅くなっていることがわかる。また、センタ領域１４３ａ及び中間領域１４３ｂの下方位置においては、条件２−３から条件２−４へ変更してもトレンチの深さには殆ど差がない。条件２−４においては、条件２−３に比べ、最外縁領域１４３ｄにおけるＮ２ガス及びＡｒガスの供給量を変化させており、最外縁領域１４３ｄのガス供給条件を変えることにより、最外縁領域１４３ｄの下方位置でのエッチングレートが変化したと考えられる。この結果は、図９を参照しながら説明したように、ペクレ数が１よりも小さい領域では、各領域１４３ａ〜１４３ｄのガス供給条件を変えると、ガス供給条件を変えた領域の下方位置でのエッチングレートを変えることができることと一致している。
【００９５】
（実験３）
実験３においては、実験２のガス供給条件と異なる条件において、ビアの断面形状のウエハ面内均一性について検討を行った。具体的には、以下の２とおりの混合ガス供給条件でエッチングを行った。また、チャンバ１２０内の圧力等の共通条件は実験２における共通条件と同様である。
＜条件３−１＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=2.6/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=9.9/89/115sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=17.8/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=30/267/346sccm
＜条件３−２＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=2.6/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=9.9/89/115sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=17.8/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=30/0/346sccm。
【００９６】
実験３の結果を図１３に示す。図１３（ａ）は、条件３−１でのエッチングにより形成されたビアの断面を示すＳＥＭ像であり、図１３（ｂ）は、条件３−２でのエッチングにより形成されたビアの断面を示すＳＥＭ像である。各ＳＥＭ像の上の数値は、ウエハ位置を示している。また、図１３（ｃ）は、ＳＥＭ像から測定したビア深さのウエハ位置依存性を示し、図１３（ｄ）は、ＳＥＭ像から測定した、ビアの底部の幅のウエハ位置依存性を示す。
【００９７】
図１３（ｃ）から良く理解されるように、条件３−１の場合にはウエハの外縁側でビアが浅くなる傾向にあるが、条件３−２のように最外縁領域１４３ｄにおけるガス供給条件を変更すると、外縁側においてビアが深くなる傾向が見られる。ただし、ビアの底部における幅に関しては、図１３（ｄ）に示すように、条件３−１の場合には外縁に向かって広くなるが、条件３−２の場合には、ウエハの最外縁部において僅かに広くなるものの、ほぼ一定となることがわかる。具体的には、条件３−１の場合においては底部の幅のウエハ面内における最大値と最小値の差は約１６ｎｍであるが、条件３−２の場合においては約４ｎｍにまで減少した。このような結果から、最外縁領域１４３ｄのガス供給条件の調整によりビア形状（エッチング形状）の調整が可能であることが分かった。なお、最外縁領域１４３ｄのガス供給条件を変更した場合にも、周縁領域１４３ｃに対応する位置においてビアの深さ及び底部の幅が変化しているのは、エッチングガス（混合ガス）の拡散の影響と考えられる。
【００９８】
（実験４）
次に、実験４について説明する。この実験では、下記の３とおりの条件でエッチングを行った。条件４−１は上記の条件３−２と同じであり、この条件に対してガス供給条件を変更した条件４−２及び条件４−３により、エッチング形状がどのように変化するか検討した。他の条件及びエッチング対象膜は、実験２と同様である。
＜条件４−１＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=2.6/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=9.9/89/115sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=17.8/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=30/0/346sccm
＜条件４−２＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=2.6/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=9.9/89/58sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=17.8/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=30/0/346sccm
＜条件４−３＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=2.6/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=9.9/89/58sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=17.8/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=30/0/606sccm。
【００９９】
図１４（ａ）から図１４（ｃ）までに、各条件で形成したビア形状断面を示し、図１４（ｄ）及び図１４（ｅ）に、それぞれビア深さのウエハ位置依存性と、ビアの底部の幅のウエハ位置依存性とを示す。
【０１００】
条件４−１と条件４−２とを比較すると、条件４−２では中間領域１４３ｂにおけるＡｒ流量が５８ｓｃｃｍ（条件４−１では１１５ｓｃｃｍ）へ減少している。この結果、図１４（ｄ）に示すように、全体的に深くなるものの、中間領域１４３ｂに対応するウエハ位置においてビアが相対的に深くなり、面内均一性が改善されていることが分かる。具体的には、最大値と最小値の差が３２ｎｍ（条件４−１）から２４ｎｍ（条件４−２）へ減少している。ここで、条件４−３に示すように、最外縁領域１４３ｄでのＡｒ流量を６０６ｓｃｃｍへ増やすと（条件４−２では３４６ｓｃｃｍ）、最外縁領域１４３ｄに対応するウエハ位置においてビアが浅くなり、その結果、ビア深さのウエハ面内均一性が改善されている。具体的には、最大値と最小値の差が２４ｎｍ（条件４−２）から６ｎｍ（条件４−３）へ減少している。
また、ビアの底の幅に関しては、図１４（ｄ）に示すように、いずれの条件においても、十分なウエハ面内均一性が得られている。
以上のように、各領域１４３ａ〜１４３ｄのガス供給条件を変更することにより、ビア形状のウエハ面内均一性を大きく改善できることが分かった。
【０１０１】
（実験５）
次に、実験５について説明する。この実験では、下記の３とおりの条件でエッチングを行った。条件５−１は上記の条件５−３と同じであり、この条件に対してガス供給条件を変更した条件５−２及び条件５−３により、エッチング形状がどのように変化するか検討した。他の条件及びエッチング対象膜は、実験２と同様である。
＜条件５−１＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=2.6/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=9.9/89/58sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=17.8/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=30/0/606sccm
＜条件５−２＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=1.3/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=4.95/89/58sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=8.9/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=15/0/606sccm
＜条件５−３＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=1.3/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=4.95/89/58sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=8.9/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=25/0/606sccm。
【０１０２】
図１５（ａ）から図１５（ｃ）までに、各条件で形成したビア形状断面を示し、図１５（ｄ）及び図１５（ｅ）に、それぞれビア深さのウエハ位置依存性と、ビアの底部の幅のウエハ位置依存性とを示す。
【０１０３】
上記から分かるように、条件５−２では、条件５−１の各領域１４３ａ〜１４３ｄにおけるＣＨＦ３ガス流量が半減されており、他のガス流量は両条件間で同一である。このようにガス供給条件を変更した結果、図１５（ｄ）に示すように、ビアは、全体的に浅くなるとともに、ウエハ外縁側でより浅くなる傾向が見られる。ＣＨＦ３ガス流量の半減によりビアが浅くなるのは、ＣＨＦ３ガス流量が半減したことにより、フッ素ラジカルの量が減少し、酸化シリコン膜及びlow-k膜との反応量が減少したからである。
【０１０４】
さらに、条件５−３において、最外縁領域１４３ｄのＡｒ流量（１５ｓｃｃｍ）を条件５−２の場合に比べて増やすと（２５ｓｃｃｍ）、ウエハ外縁側でビアが相対的に深くなり、ビア深さの面内均一性が改善されることがわかる。具体的には、ビア深さの最大値と最小値との差は、条件５−１の場合において６ｎｍであり、条件５−２の場合において１８ｎｍであるが、条件５−３の場合においては４ｎｍである。
【０１０５】
また、ビアの底部の幅に関しては、その最大値と最小値との差はいずれの条件においては、十分に低減されていることがわかった（２ｎｍから６ｎｍ）。
【０１０６】
以上のとおり、この実験の結果からも各領域１４３ａ〜１４３ｄのガス供給条件を変更することにより、ビア形状のウエハ面内均一性を大きく改善できることが分かった。
【０１０７】
以上、本発明の好ましい実施形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、本発明の実施形態によるプラズマエッチング装置１００でエッチング可能な被処理体は、特に限定されない。具体的には、例えば、シリコン基板よりなるウエハであって、その上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜、ポリシリコン膜よりなる被エッチング膜、１層又は複数層よりなるマスク層、反射防止膜（Bottom Anti-Reflective Coating: BARC）及びフォトレジスト膜等が形成されているもの等が使用できる。このとき、レジスト膜は、予め露光、現像が行われ、所定のパターンが形成されている。
【０１０８】
また、上述のプラズマエッチング装置１００における環状隔壁部材１４５の数は、１つ以上であれば特に制限されないが、例えば、図３で示すように３つとすることができる。直径３００ｍｍのウエハＷを使用してプラズマエッチングする場合、エッチングガスの制御の容易さと、後述するプラズマエッチング方法によるエッチングの面内均一性とを両立する観点から、環状隔壁部材１４５の数は３つ（即ち、４つに分割されたバッファ室を有する）とすることが好ましい。なお、Ｎ個の環状隔壁部材１４５を配置することにより、Ｎ＋１個に分割されたバッファ室を設置することができる。
【０１０９】
また、上述の配線層１０（図５）は、銅（Ｃｕ）を含む金属で形成されていて良く、また、導電性のポリシリコンにより形成されていても良い。
【符号の説明】
【０１１０】
１０、Ｗ ウエハ
１０５ サセプタ（支持部）
１０６ 温度分布調整部
１２０ 上部電極（電極）
１２２ ベローズ
１３０ 調節部
１４０ シャワーヘッド
１４３ バッファ室
１４５ 環状隔壁部材
１５０ ガス供給装置
１９０ 装置制御部
２００ 上部電極駆動部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に対してプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において半導体ウエハ等の基板（以下「ウエハ」という。）を加工する装置として、プラズマをウエハに照射することによって、ウエハにエッチングを行うプラズマエッチング装置がある。
【０００３】
プラズマエッチングでは、フッ素、塩素、酸素等を含むエッチングガスが高周波電界により活性化されプラズマが生成される。プラズマには、荷電粒子（以下「イオン」という。）及び中性粒子（以下「ラジカル」という。）等の活性種が含まれている。イオンやラジカルなどの活性種とウエハ表面が反応して反応生成物が生じ、生じた反応生成物が揮発することによってエッチングが進行する。
【０００４】
近年、半導体デバイスの製造工程においてウエハが大口径化しているため、ウエハ面内においてエッチング速度を均一化することが難しくなっている。そこで、面内均一性の改善のため、ウエハ面内の中心部領域及び周辺部領域における活性種の密度を、上部電極からのエッチングガス供給量を調整することにより均一化することが試みられている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４７０１７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
たとえばダマシンプロセスのためのトレンチ・ビア構造をプラズマエッチングにより形成する場合において、たとえばトレンチの形成に用いるエッチングガスとビアの形成に用いるエッチングガスとが異なる場合がある。本発明者らの検討によれば、異なるエッチングガスを用いる場合には、ウエハ面内においてトレンチ形状もビア形状も均一化することは難しいことが判明した。
【０００７】
本発明は、上記に照らして為され、トレンチ・ビア形状のウエハ面内均一性を向上できるプラズマエッチング方法及び半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、基板に形成される第１の配線層の上に絶縁層と金属層とを順次形成するステップと、前記金属層上に形成される第１のマスク層を用いて当該金属層をエッチングすることにより、前記絶縁層内に形成される第２の配線層のためのトレンチを画成する金属マスク層を形成するステップと、前記金属マスク層を覆うように前記絶縁層上に平坦化膜を形成するステップと、前記平坦化膜をエッチングすることにより、前記トレンチの底部に形成され前記第１の配線層と前記第２の配線層とを電気的に接続するビアを画成する第２のマスク層を形成するステップと、前記プラズマエッチング装置において、前記第２のマスク層を用いて前記絶縁層をプラズマエッチングすることにより、当該絶縁層の厚さよりも小さい深さを有する開口を形成する第１のエッチングステップと、前記プラズマエッチング装置と同一のプラズマエッチング装置において、前記金属マスク層を用いて前記絶縁層をプラズマエッチングすることにより前記トレンチを形成すると共に、前記開口を更に深くすることにより前記ビアを形成する第２のエッチングステップとを備え、前記第１のエッチングステップ及び前記第２のエッチングステップにおいては、前記基板上での、供給されたエッチングガスの拡散の影響が支配的な位置と、供給されたエッチングガスの流れの影響が支配的な位置とに対応して、当該エッチングガスの供給条件が調整される、プラズマエッチング方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、トレンチ・ビア形状のウエハ面内均一性を向上できるプラズマエッチング方法及び半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法の実施に好適なプラズマエッチング装置の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、図１のシャワーヘッドの構造の一例を説明するための概略図である。
【図３】図３は、図１のプラズマエッチング装置のガス供給装置を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法の各工程において形成される構造体の上面図（中央）と断面図（左側及び右側）を示す。
【図６】図６は、図５に引き続いて、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法の各工程において形成される構造体の上面図（中央）と断面図（左側及び右側）を示す。
【図７】図７は、図６に引き続いて、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法の各工程において形成される構造体の上面図（中央）と断面図（左側及び右側）を示す。
【図８】図８は、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法おけるウエハ径方向位置におけるペクレ数及びエッチングレートを示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法おけるウエハ径方向位置におけるペクレ数及びエッチングレートを示す他の図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法おけるエッチングガスの供給条件を変更した場合の、エッチングレートの変化を示す概略図である。
【図１１】図１１は、実験結果を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、実験結果を示すグラフである。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、他の実験結果を示すグラフである。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、他の実験結果を示すグラフである。
【図１３】図１３は、他の実験結果を説明する説明図である。
【図１４】図１４は、他の実験結果を説明する説明図である。
【図１５】図１５は、他の実験結果を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
【００１２】
（プラズマエッチング装置の概略構成）
始めに、図１を参照し、本実施形態に係るプラズマエッチング方法の実施に好適なプラズマエッチング装置について説明する。
【００１３】
図１を参照すると、プラズマエッチング装置１００は、例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムから成る円筒形状に成形されたチャンバ（処理容器）１０２を有している。チャンバ１０２は接地されている。
【００１４】
チャンバ１０２内の底部には、セラミック等の絶縁板１０３を介して略円柱状のサセプタ支持台１０４が設けられている。また、サセプタ支持台１０４の上には、下部電極を構成するサセプタ１０５が設けられている。サセプタ１０５は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１０５ａを介して接地されている。
【００１５】
サセプタ１０５は、その上側中央部が凸状の円板状に成形されている。サセプタ１０５の上には、被処理体の一例であるウエハＷの直径と略同一の直径を有する静電チャック１１１が設けられている。静電チャック１１１は、円板状のセラミックス部材で構成される絶縁材と、これらの間に介在される静電電極１１２とを有している。また、静電チャック１１１の静電電極１１２には直流電源１１３が接続されている。例えば、１．５ｋＶの直流電圧が直流電源１１３から静電電極１１２に印加されると、クーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷが静電チャック１１１に吸着保持される。
【００１６】
また、サセプタ１０５には、第１の整合器１１５を介して第１の高周波電源１１４が接続され、第２の整合器１１７を介して第２の高周波電源１１６が接続されている。第１の高周波電源１１４は、比較的低い周波数、例えば、１３．６ＭＨｚの周波数を有するバイアス電力をサセプタ１０５に印加する。第２の高周波電源１１６は、比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚの周波数を有するプラズマ生成電力をサセプタ１０５に印加する。このプラズマ生成電力により、チャンバ１０２の内部にプラズマが生成される。
【００１７】
絶縁板１０３、サセプタ支持台１０４、サセプタ１０５、及び静電チャック１１１には、ウエハＷの裏面に伝熱媒体（例えばＨｅガスなどのバックサイドガス）を供給するためのガス通路１１８が形成されている。この伝熱媒体を介して、サセプタ１０５とウエハＷとの間の熱伝達がなされ、ウエハＷが所定の温度に維持される。
【００１８】
サセプタ１０５の上端周縁部には、静電チャック１１１上に支持されたウエハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１１９が配置されている。フォーカスリング１１９は、セラミックス又は石英等の誘電材料、若しくは、導電体、例えば、ウエハＷを構成する材料と同じ単結晶シリコンなどの導電性材料によって構成されている。
【００１９】
プラズマの分布域をフォーカスリング１１９上まで拡大することで、ウエハＷの外周側におけるプラズマの密度を、ウエハＷの中心側におけるプラズマの密度と同程度に維持することができる。これにより、ウエハＷの面内におけるプラズマエッチングの均一性を向上することができる。
【００２０】
サセプタ１０５の上方には、サセプタ１０５と平行に対向して設けられ、サセプタ１０５に支持されるウエハＷに向けてエッチングガスを供給するシャワーヘッド１４０（後述）を兼ねる上部電極１２０が設けられている。上部電極１２０には直流電源１２３が接続されている。また、上部電極１２０は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４を介して接地されている。
【００２１】
また、上部電極１２０は、上部電極駆動部２００によって、例えば鉛直方向に駆動可能に構成されている。上部電極１２０を鉛直方向に駆動可能に構成することにより、上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間の距離（以下、「ギャップ」という。）Ｇを調整することができる。ギャップＧは、エッチングガスの拡散及び流れに大きく影響を与えるパラメータである。そのため、ギャップＧを調整可能な構造とすることにより、チャンバ１０２の内部の上部電極１２０とサセプタ１０５との間のプラズマ分布を制御することができる。また、上部電極駆動部２００により駆動される上部電極１２０の鉛直方向に沿った移動量は、特に制限はない。一例として、上部電極１２０の鉛直方向に沿った移動量を７０ｍｍとし、ギャップＧを２０ｍｍ以上９０ｍｍ以下に調整可能な構造とすることができる。
【００２２】
なお、本実施形態におけるプラズマエッチング装置１００は、被エッチング面を上に向けて（フェースアップで）サセプタ１０５に載置されるウエハＷに対して、サセプタ１０５の上方に配置されたシャワーヘッド１４０からエッチングガスを供給するが、他の実施形態におけるプラズマエッチング装置１００は、ウエハが鉛直方向に沿って支持されるようにサセプタを配置し、このサセプタに支持されるウエハの横方向からエッチングガスを供給できるようにシャワーヘッドを配置しても良い。また別の実施形態においては、ウエハがフェースダウンで支持されるようにサセプタを配置し、サセプタの下方に配置されるシャワーヘッドから、フェースダウンで支持されるウエハに対してエッチングガスを供給するようにしてもよい。
【００２３】
上部電極１２０は、チャンバ１０２の上部内壁にベローズ１２２を介して支持されている。ベローズ１２２はチャンバ１０２の上部内壁に環状の上部フランジ１２２ａを介してボルトなどの固定手段により取付けられるとともに、上部電極１２０の上面に環状の上部フランジ１２２ｂを介してボルトなどの固定手段により取付けられる。
【００２４】
ギャップＧを調節するための、上部電極駆動部２００の構成について、詳細に説明する。上部電極駆動部２００は、上部電極１２０を支持する略円筒状の支持部材２０４を有する。支持部材２０４は上部電極１２０の上部略中央にボルトなどで取付けられている。
【００２５】
支持部材２０４は、チャンバ１０２の上壁の略中央に形成された孔１０２ａを出入自在に配設される。具体的には、支持部材２０４の外周面はスライド機構２１０を介してチャンバ１０２の孔１０２ａの内部に支持されている。
【００２６】
スライド機構２１０は、例えばチャンバ１０２の上部に断面Ｌ字状の固定部材２１４を介して固定部材２１４の鉛直部に固定された案内部材２１６と、この案内部材２１６に摺動自在に支持され、支持部材２０４の外周面に一方向（本実施形態では鉛直方向）に形成されたレール部２１２と、を有する。
【００２７】
スライド機構２１０の案内部材２１６を固定する固定部材２１４は、その水平部が環状の水平調整板２１８を介してチャンバ１０２の上部に固定される。この水平調整板２１８により、上部電極１２０の水平位置が調整される。
【００２８】
水平調整板２１８は、例えば、水平調整板２１８の周方向に等間隔で配置した複数のボルト等によりチャンバ１０２に固定される。また、水平調整板２１８の水平方向に対する傾き量を、これらのボルトの突出量により、調整することも可能である。水平調整板２１８が水平方向に対する傾きを調整し、上記スライド機構２１０の案内部材２１６が鉛直方向に対する傾きが調整することで、上部電極１２０の水平方向の傾きを調整することができる。即ち、上部電極１２０を常に水平位置に保つことができる。
【００２９】
チャンバ１０２の上側には、上部電極１２０を駆動するための空気圧シリンダ２２０が、筒体２０１を介して取付けられている。即ち、筒体２０１の下端は、チャンバ１０２の孔１０２ａを覆うようにボルト等で気密に取付けられており、筒体２０１の上端は、空気圧シリンダ２２０の下端に気密に取付けられている。
【００３０】
空気圧シリンダ２２０は、一方向に駆動可能なロッド２０２を有している。ロッド２０２の下端は、支持部材２０４の上部略中央にボルト等で連設されている。ロッド２０２が駆動されることにより、上部電極１２０は、支持部材２０４によりスライド機構２１０に沿って移動することができる。ロッド２０２は、例えば円筒状に構成され、ロッド２０２の内部空間が支持部材２０４の略中央に形成された中央孔と連通して大気開放される。これにより、上部電極１２０とローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４を介して接地する配線、及び上部電極１２０に直流電源１２３から直流電圧を印加するための給電線は、ロッド２０２の内部空間から支持部材２０４の中央孔を介して上部電極１２０に接続するように配線することができる。
【００３１】
また、空気圧シリンダ２２０の側部には、例えばリニアエンコーダ２０５等の、上部電極１２０の位置を検出する位置検出手段が設けられている。一方、ロッド２０２の上端には、ロッド２０２から側方に延出する延出部２０７ａを有する上端部材２０７が設けられている。上端部材２０７の延出部２０７ａとリニアエンコーダ２０５の検出部２０５ａとが当接している。上端部材２０７は上部電極１２０の動きに連動するため、リニアエンコーダ２０５により上部電極１２０の位置を検出することができる。
【００３２】
空気圧シリンダ２２０は、筒状のシリンダ本体２２２、上部支持板２２４及び下部支持板２２６を含む。筒状のシリンダ本体２２２は、上部支持板２２４と下部支持板２２６とにより挟まれる構成となっている。ロッド２０２の外周面には、空気圧シリンダ２２０内を上部空間２３２と下部空間２３４に区画する環状の区画部材２０８が設けられている。
【００３３】
空気圧シリンダ２２０の上部空間２３２には、上部支持板２２４の上部ポート２３６から圧縮空気が導入されるようになっている。また、空気圧シリンダ２２０の下部空間２３４には、下部支持板２２６の下部ポート２３８から圧縮空気が導入されるようになっている。上部ポート２３６及び下部ポート２３８から上部空間２３２及び下部空間２３４へと導入する空気量を制御することにより、ロッド２０２を一方向（例えば鉛直方向）へと駆動制御することができる。この空気圧シリンダ２２０へ導入する空気量は、空気圧シリンダ２２０の近傍に設けられた空気圧回路３００により制御される。
【００３４】
また、上部電極駆動部２００は、制御部２９０を有しており、制御部２９０は、装置制御部１９０と接続されている。装置制御部１９０からの制御信号は制御部２９０に伝えられ、制御部２９０により、上部電極駆動部２００の各部が駆動制御される。
【００３５】
サセプタ支持台１０４の内部には、ウエハＷの面内における温度分布を調節可能とする、温度分布調製部１０６が配置されている。温度分布調整部１０６は、ヒータ１０６ａ、１０６ｂ、ヒータ用電源１０６ｃ、１０６ｄ、温度計１０６ｅ、１０６ｆ、冷媒流路１０７ａ、１０７ｂを有する。
【００３６】
サセプタ支持台１０４の内部には、中心側から外周側に向かって、中心側ヒータ１０６ａと外周側ヒータ１０６ｂとが設けられている。中心側ヒータ１０６ａには、中心側ヒータ用電源１０６ｃが接続され、外周側ヒータ１０６ｂには、外周側ヒータ用電源１０６ｄが接続されている。中心側ヒータ用電源１０６ｃ、外周側ヒータ用電源１０６ｄは、各々、中心側ヒータ１０６ａ、外周側ヒータ１０６ｂに投入する電力を独立に調節することができる。これにより、サセプタ支持台１０４及びサセプタ１０５に、ウエハＷの径方向に沿った温度分布を発生させることができる。即ち、ウエハＷの径方向に沿った温度分布を調節することができる。
【００３７】
また、サセプタ支持台１０４の内部には、中心側から外周側に向かって、中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆが設けられている。中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆは、各々、サセプタ支持台１０４の中心側及び外周側の温度を計測し、これによりウエハＷの中心側及び外周側の温度を導出できる。中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆで計測された温度は、後述する装置制御部１９０に送られる。装置制御部１９０は、計測された温度から導出されたウエハＷの温度が目標温度となるように、中心側ヒータ用電源１０６ｃ及び外周側ヒータ用電源１０６ｄの出力を調整する。
【００３８】
更に、サセプタ支持台１０４の内部には、中心側から外周側に向かって、中心側冷媒流路１０７ａ及び外周側冷媒流路１０７ｂを設けても良い。そして、各々に異なる温度の、例えば冷却水、フルオロカーボン系の冷媒を循環させても良い。冷媒を循環させる場合、冷媒は、中心側導入管１０８ａを介して中心側冷媒流路１０７ａに導入され、中心側排出管１０９ａから排出される。一方、外周側冷媒流路１０７ｂには、外周側導入管１０８ｂを介して冷媒が導入され、外周側排出管１０９ｂから排出される。
【００３９】
サセプタ１０５は、ヒータ１０６ａ、１０６ｂによる加熱と、冷媒からの冷却と、により、温度が調整される。したがって、ウエハＷは、プラズマからの輻射やプラズマに含まれるイオンの照射などによる加熱分と、前述のサセプタ１０５との熱量の授受と、により、所定の温度になるように調整される。また、サセプタ支持台１０４は、中心側ヒータ１０６ａ（及び中心側冷媒流路１０７ａ）及び外周側ヒータ１０６ｂ（及び外周側冷媒流路１０７ｂ）を有する。そのため、ウエハＷは、中心側と外周側とで独立して温度を調整することができる。
【００４０】
また、図１には図示していないが、中心側ヒータ１０６ａと外周側ヒータ１０６ｂとの間、又は、中心側冷媒流路１０７ａと外周側冷媒流路１０７ｂとの間に、断熱層として断熱材又は空間を設けても良い。断熱層を設けることにより、中心側ヒータ１０６ａと外周側ヒータ１０６ｂとの間、又は中心側冷媒流路１０７ａと外周側冷媒流路１０７ｂとの間が熱的に遮断される。即ち、ウエハＷの中心側と外周側との間に、より大きな温度分布を生じさせることができる。
【００４１】
チャンバ１０２の底部には排気管１３１が接続されており、排気管１３１には排気装置１３５が接続されている。排気装置１３５は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、チャンバ１０２内を所定の減圧雰囲気（例えば０．６７Ｐａ以下）に調整する。また、チャンバ１０２の側壁にはゲートバルブ１３２が設けられている。ゲートバルブ１３２が開くことによって、チャンバ１０２内へのウエハＷの搬入、及び、チャンバ１０２内からのウエハＷの搬出が可能となる。なお、ウエハＷの搬送には例えば搬送アームが用いられる。
【００４２】
（エッチングガスの供給条件を調節する調節部の概略構成）
次に、図２を参照しながらシャワーヘッド１４０について説明する。図示のとおり、シャワーヘッド１４０は、エッチングガス等のガスをウエハＷに供給する多数のガス噴出孔ｈ（ｈａ〜ｈｄ）を有する円形状の電極板１４１（上部電極１２０）と、電極板１４１の上面側を着脱自在に支持する電極支持体１４２を備えている。電極支持体１４２は、電極板１４１の外径と等しい外径を有する円盤形状を有し、電極支持体１４２の内側に円形状のバッファ室１４３が形成されている。
【００４３】
バッファ室１４３内では、電極板１４１上に、図２（ａ）に示すように、たとえばＯリングから成る１つ以上の環状隔壁部材１４５が配置されている。具体的には、本実施形態においては、異なる直径を有する３つの環状隔壁部材１４５ａ、１４５ｂ、１４６ｃが同心円状に配置されている。これにより、バッファ室１４３は、電極板１４１の径方向に沿って、センタ領域１４３ａ、中間領域１４３ｂ、周縁領域１４３ｃ、及び最外縁領域１４３ｄに分割される。
また、図２（ｂ）に示すように、領域１４３ａ〜１４３ｄの夫々は、ガス供給装置１５０と接続され、これによりガス供給装置１５０から各領域１４３ａ〜１４３ｄに対してエッチングガスが供給される。各領域１４３ａ〜１４３ｄに供給されたエッチングガスは、対応するガス噴出孔ｈから、サセプタ１０５に支持されるウエハＷに向かって噴出される。
【００４４】
なお、ガス噴出孔ｈの数と配置については、ウエハＷに対してエッチングガスが均一に噴出されるように決定して良い。これに限定されないが例えば、ガス噴出孔ｈは、シャワーヘッド１４０（電極板１２１）の中心を中心とし、同心円状に位置する複数の同心円の各円周上に配置して良い。具体的には、３００ｍｍの直径を有するウエハＷを使用する場合、センタ領域１４３ａにおいて、半径１１ｍｍの円の円周上に４つのガス噴出孔ｈａが（例えば等間隔で）配置され、半径３３ｍｍの円の円周上に１２個のガス噴出孔ｈｂが（例えば等間隔で）配置されている。中間領域１４３ｂにおいては、半径５５ｍｍの円の円周上に２４個のガス噴出孔ｈｃが（例えば等間隔で）配置され、半径７７ｍｍの円の円周上に３６個のガス噴出孔ｈｄが（例えば等間隔で）配置されている。周縁領域１４３ｃにおいては、図示を省略するが、半径９９ｍｍの円の円周上に４８個のガス噴出孔が（例えば等間隔で）配置され、半径１２１ｍｍの円の円周上に６０個のガス噴出孔が（例えば等間隔で）配置されている。最外縁領域１４３ｄにおいては、図示を省略するが、半径１４３ｍｍの円の円周上に８０個のガス噴出孔が（例えば等間隔で）配置され、半径１６５ｍｍの円の円周上に１００個のガス噴出孔が（例えば等間隔で）配置されている。
【００４５】
次に、図３を参照しながら、バッファ室１４３の各領域１４３ａ〜１４３ｄに個別にエッチングガスを供給するガス供給装置１５０及びガス供給系について説明する。図示のとおり、ガス供給装置１５０は、第１のガスボックス１６１と、第２のガスボックス１６０とを備えている。第１のガスボックス１６１には、複数のガス供給源（図示せず）と接続される第１の集合バルブ３０３が収容されており、第２のガスボックス１６０には、第２の集合バルブ３０２と、第２の集合バルブ３０２の各バルブに対応して設けられる、例えばマスフローコントローラ等の流量制御器３０１と、第３の集合バルブ３００とが収容されている。
【００４６】
本実施形態において、ガス供給源には、例えば、フロロカーボン系のフッ素化合物（ＣＦ系）、例えばＣＦ４、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３等のガスが封入されている。他にも、例えばＣＦ系の反応生成物の付着を制御するガスとして例えば酸素（Ｏ２）ガスが封入されている。さらに、キャリアガスとして例えばＡｒガス、Ｎ２ガス、Ｈｅガスが封入されている。
【００４７】
各ガス供給源からの配管は、第１のガスボックス１６１内の第１の集合バルブ３０３における対応するバルブに接続されている。また、本実施形態では、第１の集合バルブ３０３の下流側において、ＣＨＦ３ガス配管とＯ２ガス配管とが合流し、更に４本の分岐管１７０ａ、１７１ａ、１７２ａ、１７３ａに分岐している。分岐管１７０ａ〜１７３ａには、第１の集合バルブ３０３を制御することにより、ＣＨＦ３ガス及びＯ２ガスのいずれか、又はこれらの混合ガスが流れる。
【００４８】
また、同様にして、第１の集合バルブ３０３の下流側において、ＣＦ４ガス配管とＮ２ガス配管とが合流し、更に４本の分岐管１７０ｂ、１７１ｂ、１７２ｂ、１７３ｂに分岐している。分岐管１７０ｂ〜１７３ｂには、第１の集合バルブ３０３を制御することにより、ＣＦ４ガス及びＮ２ガスのいずれか、又はこれらの混合ガスが流れる。
【００４９】
同様に、第１の集合バルブ３０３の下流側において、Ｏ２ガス配管とＡｒガス配管とが合流し、更に４本の分岐管１７０ｃ、１７１ｃ、１７２ｃ、１７３ｃに分岐している。分岐管１７０ｃ〜１７３ｃには、第１の集合バルブ３０３を制御することにより、Ｏ２ガス及びＡｒガスのいずれか、又はこれらの混合ガスが流れる。
【００５０】
さらに第１の集合バルブ３０３の下流側において、Ｃ４Ｆ６ガス配管とＣ４Ｆ８ガス配管とが合流し、更に４本の分岐管１７０ｄ、１７１ｄ、１７２ｄ、１７３ｄに分岐している。分岐管１７０ｄ〜１７３ｄには、第１の集合バルブ３０３を制御することにより、Ｃ４Ｆ６ガス及びＣ４Ｆ８ガスのいずれか、又はこれらの混合ガスが流れる。
【００５１】
分岐管１７０ａ〜１７３ａ、１７０ｂ〜１７３ｂ、１７０ｃ〜１７０ｃ、及び１７０ｄ〜１７０ｄは、第２のバルブボックス１６０内の第２の集合バルブ３０２における対応するバルブに接続され、さらに、対応する流量制御器３０１を介して、第１の集合バルブ３００の対応するバルブに接続されている。
第１の集合バルブ３００の下流側において、分岐管１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、及び１７０ｄに対応した配管が配管１７０に合流し、配管１７０は、シャワーヘッド１０４のセンタ領域１４０ａに連通している（図２（ｂ）参照）。また、第１の集合バルブ３００の下流側において、分岐管１７１ａ、１７１ｂ、１７１ｃ、及び１７１ｄに対応した配管が配管１７１に合流し、配管１７１は、シャワーヘッド１０４の中間領域１４３ｂに連通している（図２（ｂ）参照）。同様に、第１の集合バルブ３００の下流側において、分岐管１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃ、及び１７２ｄに対応した配管が配管１７２に合流し、配管１７２は、シャワーヘッド１０４の周縁領域１４３ｃに連通している（図２（ｂ）参照）。さらに、第１の集合バルブ３００の下流側において、分岐管１７３ａ、１７３ｂ、１７３ｃ、及び１７３ｄに対応した配管が配管１７３に合流し、配管１７３は、シャワーヘッド１０４の最外縁領域１４３ｄに連通している（図２（ｂ）参照）。
【００５２】
以上の構成により、第１の集合バルブ３００、第２の集合バルブ３０２、及び第３の集合バルブ３０３を適宜開閉することにより、シャワーヘッド１４０の各領域１４３ａ〜１４３ｄに対して、各エッチングガス（混合ガスを含む）を選択的に供給することができる。即ち、図３の例においては、各ガス供給源に接続される配管は、配管１７０〜１７３のように４つに分岐されている。また、配管は第１の集合バルブ３０３が接続されており、所望するプロセスに応じて、ガス種を切り替えることが可能な構造となっている。このような構造にすることにより、新たなガス供給源を追加する場合や、プロセスにより不要なエッチングガスのガス供給を停止する場合も、簡易な操作で実行することができる。
【００５３】
前述の通り、プラズマエッチング装置１００は装置制御部１９０（図１）を有する。装置制御部１９０は、例えばＣＰＵよりなる図示しない演算処理装置と、例えばハードディスクよりなる図示しない記録媒体を備えている。装置制御部１９０は、前述した、第１の高周波電源１１４、第２の高周波電源１１６、温度分布調整部１０６、上部電極駆動部２００、ガス供給条件調整部１３０の各部の動作を制御する。そして、装置制御部１９０は、上記各部を動作させる際は、例えば装置制御部１９０のＣＰＵが、例えば装置制御部１９０のハードディスクに記録されている、それぞれのエッチング処理に対応するプログラムに応じて、各部を制御する。
【００５４】
（トレンチ・ビア構造の形成方法）
次に、図４から図７までを参照しながら、プラズマエッチング装置１００を用いて行われる、本発明の実施形態によるプラズマエッチング方法を含む半導体装置製造方法を説明する。なお、図５（ａ）から図７（ｆ）までにおいては、以下に説明する一連の工程の各工程より形成される構造の上面図（図中の中央）と、この上面図におけるＡ−Ａ線に沿った断面図（図中の左側）と、上面図におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図（図中の右側）とを示している。また、これらの図においては、便宜上、ウエハ上に形成される多数のトレンチ・ビア構造のうちの一つを示している。また、図５（ｂ）から図７（ｆ）までに示す工程は、プラズマエッチング装置１００において連続的に行われる。
【００５５】
始めに、図５（ａ）に示すように、ウエハに形成された配線層１０の上に、ブロック層１１、低誘電率体（low-k）層１２、酸化シリコン層１３、窒化チタン（ＴｉＮ）層１４、有機平坦化層１５、反射防止膜１６、及び第１のマスク層１７がこの順に形成される（図４のステップＳ４１）。
【００５６】
ブロック層１１は、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて例えば酸化シリコンなどの材料により形成される。ブロック層１１は、low-k層１２による配線層１０の劣化を低減するため、配線層１０を保護するため、これらの層の間に形成されている。
low-k層１２は、例えば３．５程度以下の低い誘電率を有する低誘電体材料により形成される。low-k層１２は、例えばBlack Diamond（登録商標）、ＳｉＯＦやＳｉＯＣなどの、不純物が添加された酸化シリコン、及び多孔質材料などにより形成して良く、また、水素メチルシルセスキオキサン（ＨＳＱ）及びメチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）などを主成分とするスピン−オン材料により形成しても良い。本実施形態においては、Black Diamondによりlow-k層１２が形成されている。
【００５７】
酸化シリコン層１３は、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を原料とした酸素プラズマＣＶＤ法により形成することができる。有機平坦化層１５は有機材料を主成分とするスピン−オン材料により好適に形成される。これによれば、スピン−オン材料の流動性により下地層の凹凸が緩和され、平坦な上面を有する有機平坦化層１５が得られる。
有機平坦化層１５の上面には、反射防止膜１６とフォトレジスト膜（不図示）とが順次形成され、フォトレジスト膜がフォトリソグラフィ技術によりパターン化されることにより、第１のマスク層１７が得られる。第１のマスク層１７は、図５（ａ）の例では、一の方向に延びるライン状のパターンを有し、例えば５０ｎｍの幅ｗ１と、５０ｎｍの間隔ｓとを有している。第１のマスク層１７のパターンは、後述するトレンチ（すなわち、後に形成される上層配線）のパターンに合わせて決定される。
【００５８】
次に、図５（ａ）に示す構造を有するウエハがプラズマエッチング装置１００のチャンバ１０２内に搬入される。そして、第１のマスク層１７を用いて反射防止膜１６及び有機平坦化層１５が除去される。この除去は、例えば酸素プラズマにウエハを曝すことにより行われる。その後、塩素及び臭素等腐食成分を含むガスを用いたプラズマエッチングによりＴｉＮ層１４をエッチングすると、第１のマスク層１７のパターンがＴｉＮ層１４へ転写される。この後、エッチングに用いた第１のマスク層１７と、これの下方に残る反射防止膜１６及び有機平坦化層１５とを例えば酸素プラズマにより除去すると、メタルハードマスク（ＭＨＭ）１４ａが得られる（図４のステップＳ４２）。
【００５９】
次に、ＭＨＭ１４ａと、その下地層である酸化シリコン層１３とを覆うように有機平坦化層２５が形成される。有機平坦化層２５は、例えば有機平坦化層１５と同じ材料及び同じ方法により形成することができる。次いで、有機平坦化層２５上に反射防止膜２６とフォトレジスト膜とが形成され、このフォトレジスト膜をパターン化することによりフォトレジストマスク２７が形成される（図４のステップＳ４３）。フォトレジストマスク２７は、図６（ｃ）に示すように、上面形状がほぼ円形状の開口２７ｈを有しており、開口２７ｈの直径ｗ２は、第１のマスク層１７の間隔ｓ（＝ＭＨＭ１４ａの間隔）よりも狭い。また、開口２７ｈは、配線層１０と電気的に接続するビアが形成されるべき位置に形成され、開口２７ｈの直径ｗ２は、ビアの寸法に対応している。
【００６０】
続けて、フォトレジストマスク２７をマスクとして、反射防止膜２６及び有機平坦化層２５がエッチングされ、図６（ｄ）に示すように、有機平坦化層２５から第２のマスク層２５ａが形成される（図４のステップＳ４４）。第２のマスク層２５ａは、フォトレジストマスク２７の開口２７と同じ寸法を有する開口２５ｈを有している。
【００６１】
次に、第２のマスク層２５ａを用いて、ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｎ２混合ガスにより酸化シリコン膜１３とlow-k膜１２とをプラズマエッチングし、このプラズマエッチングに用いた第２のマスク層２５ａを除去すると、図７（ｅ）に示す構造（ビア形状）が得られる（図４のステップＳ４５）。図示のとおり、この構造においては、酸化シリコン層１３を貫通し、酸化シリコン層１３及びlow-k膜１２の合計厚さよりも浅い深さを有するホールｔが形成されている。また、ホールｔの深さはエッチング時間により決定される。
【００６２】
次いで、ＭＨＭ１４ａをマスクとして、Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２混合ガスにより酸化シリコン膜１３とlow-k膜１２とを更にプラズマエッチングすると、図７（ｆ）に示す構造（トレンチ形状）が得られる（図４のステップＳ４６）。具体的には、酸化シリコン膜１３のＭＨＭ１４ａに覆われていない部分（図７（ｅ）参照）からプラズマエッチングが進行していき、酸化シリコン膜１３を貫通し、low-k膜１２の所定の深さ位置にまで達するトレンチＴが形成される。一方、図７（ｅ）に示したホールｔの底部もまたプラズマエッチングされていき、配線層１０の上面を底面とするビアＶが形成される。これにより、トレンチ・ビアＴＶが形成される。図示の例では、トレンチＴは、幅ｓ（第１のマスク層１７の幅ｓ）を有し、この幅ｓと直交する方向に延びており、ビアＶは、トレンチＴの底部の所定の位置に略円柱形状を有する開口として形成されている。図７（ｅ）及び図７（ｆ）に示すプラズマエッチングの条件等については後述する。
【００６３】
この後、ダマシンプロセス（金属の埋込及びＣＭＰ）によりビアＶ及びトレンチＴが金属により充填され、配線層１０と電気的に接続するビアプラグと、ビアと一体に接続する金属配線とが形成される。
【００６４】
（プラズマエッチング方法）
次に、プラズマエッチング装置１００において行われるプラズマエッチング方法の一例について説明する。
シャワーヘッド１４０のガス噴出孔ｈから、シャワーヘッド１４０とサセプタ１０５との間の空間にエッチングガスが供給されると、エッチングガスは、排気管１３１を通して排気装置１３５により吸引され、サセプタ１０５の外周に向かって広がっていく。このとき、エッチングガス成分（例えば、ラジカル）の濃度分布は、エッチングガスが「拡散」と「流れ」のいずれに支配されて輸送されるかにより異なる。「拡散」と「流れ」のいずれかにどの程度依存しているかを定性的に示す、無次元数としてペクレ数（Ｐｅ）が知られている。ペクレ数は下記の式（１）で表される。
【００６５】
Ｐｅ＝ｕＬ／ＤＡＢ 式（１）
ここで、ｕ：ガスの流速（ｍ／ｓ）
ＤＡＢ：ガス種の相互拡散係数
Ｌ：代表長さ（ｍ）
ペクレ数Ｐｅが１より小さい場合、主に「拡散」によりガスが輸送され、ペクレ数Ｐｅが１以上の場合、主に「流れ」によりガスが輸送される。
【００６６】
なお、相互拡散係数ＤＡＢは、ガスＡとガスＢの混合ガスの場合には、下記の式（２）で表される。
【００６７】
【数１】
例えば、温度１５０℃及び圧力８０mTorr（1.05x10-4atm）において、ＡｒとＣ４Ｆ８を含むエッチングガスの相互拡散係数ＤＡＢは１．２３×１０−１ｍ２／ｓであり、温度１５０℃及び圧力３０mTorr（3.95x10-5atm）において、ＡｒとＣＨＦ３を含むエッチングガスの相互拡散係数ＤＡＢは、０．６６ｍ２／ｓである。
【００６８】
具体的な例により説明するために、図８（ａ）に、プラズマエッチング装置１００における、ウエハの径方向に沿ったペクレ数Ｐｅの変化を示す。図８（ａ）は、ＡｒとＣ４Ｆ８のエッチングガス（相互拡散係数ＤＡＢ＝１．２３×１０−１ｍ２／ｓ）を用い、代表長さＬ（即ち、サセプタ１０５と上部電極１２０との間のギャップＧ）を３０ｍｍとし、ガスの流速ｕを計算により算出したペクレ数Ｐｅを示す。なお、図８（ａ）において、横軸は、直径３００ｍｍのウエハの中心を原点（０ｍｍ）としている。
図８（ａ）から、ウエハの中心から径が８６ｍｍの位置でペクレ数Ｐｅが１となり、これを境に「拡散」が支配的である領域（０ｍｍから８６ｍｍまでの領域）と「流れ」が支配的である領域（８６ｍｍから１５０ｍｍまでの領域）とに区分されることがわかる。ただし、「拡散」が支配的である領域と「流れ」が支配的である領域とがペクレ数Ｐｅ＝１を境に明りょうに区別される分けではなく、ペクレ数Ｐｅが例えば０．７から１．３までの範囲においては、過渡的な領域となっていると考えられる。
【００６９】
また、図８（ｂ）に、ウエハの径方向に沿ったエッチングレートを示す。具体的には、プラズマエッチング装置１００におけるセンタ領域１４３ａ、中間領域１４３ｂ、周縁領域１４３ｃ、及び最外縁領域１４３ｄ（図２参照）の各々からエッチングガスを供給し、高周波電力によりプラズマを生成してウエハ（直径３００ｍｍのベアウエハ）をエッチングし、ウエハ面内のエッチングレートを測定した。なお、図８（ｂ）において、縦軸には、最もエッチングレートが大きい位置を１として、規格化した規格化エッチングレートをとっている。
【００７０】
図８（ｂ）を参照すると、センタ領域１４３ａからエッチングガスと不活性ガスの混合ガスを供給し、他の領域から不活性ガスを供給した場合（△印）は、センタ領域１４３ａの下方位置においてエッチングレートが大きくなっている。また、中間領域１４３ｂからエッチングガスと不活性ガスの混合ガスを供給し、他の領域から不活性ガスを供給した場合（◇印）においても、中間領域１４３ｂの下方位置においてエッチングレートが大きくなっている。
【００７１】
また、センタ領域１４３ａからエッチングガスを供給した場合には、センタ領域１４３ａだけでなく、中間領域１４３ｂにおいても比較的大きなエッチングレートでウエハがエッチングされている。さらに、中間領域１４３ｂからエッチングガスを供給した場合には、周縁領域１４３ｃ及び最外縁領域１４３ｄだけではなく、センタ領域１４３ａにおいても比較的大きなエッチングレートでウエハがエッチングされることが分かる。これは、センタ領域１４３ａ及び中間領域１４３ｂに対応する領域においては、エッチングガスの「拡散」が支配的であり、図８（ｂ）中に矢印Ｙで示すように、センタ領域１４３ａの方句にも周縁領域１４３ｃの方向にもほぼ対称的にエッチングガスが拡散したためと考えられる（図８（ａ）参照）。
【００７２】
一方、周縁領域１４３ｃからエッチングガスと不活性ガスの混合ガスを供給し、他の領域から不活性ガスを供給した場合（□印）は、周縁領域１４３ｃよりも外側の最外縁領域１４３ｄの下方位置におけるエッチングレートには増加が認められるものの、周縁領域１４３ｃよりも内側のセンタ領域１４３ａ及び中間領域１４３ｂの下方位置におけるエッチングレートは殆ど増加しない。また、最外縁領域１４３ｄからエッチングガスと不活性ガスの混合ガスを供給し、他の領域から不活性ガスを供給した場合（○印）にも、センタ領域１４３ａ及び中間領域１４３ｂの下方位置においてはエッチングレートの増加は殆ど認められない。これは、周縁領域１４３ｃ及び最外縁領域１４３ｄからのエッチングガスは、センタ領域１４３ａ及び中間領域１４３ｂへは殆ど拡散せずに、「流れ」によって主に外向きにエッチングガスが輸送されるためと考えられる（図８（ａ）参照）。なお、図８（ｂ）においては、エッチングガスが、センタ領域１４３ａ及び中間領域１４３ｂへは殆ど拡散しないことを小さい矢印ＹＰＩで、外向きに輸送されることを大きい矢印ＹＰＯで模式的に示している。
【００７３】
また、ＡｒとＣ４Ｆ８の混合ガスに代わり、ＡｒとＣＨＦ３の混合ガス（相互拡散係数ＤＡＢは０．６６ｍ２／ｓ）を用いた場合のペクレ数Ｐｅの変化と、エッチングレートの変化とを図９に示す。ＡｒとＣＨＦ３の混合ガスの相互拡散係数ＤＡＢは、ＡｒとＣ４Ｆ８の混合ガスの相互拡散係数ＤＡＢよりも小さく、図９（ａ）に示すように、ウエハの全面に対応した領域においてペクレ数Ｐｅは１よりも小さくなっている。すなわち、このＡｒとＣＨＦ３の混合ガスを用いた場合には、ウエハの全面に対応した領域において、ガスの輸送が「拡散」に支配されることとなる。このため、図９（ｂ）に示すように、周縁領域１４３ｃ及び最外縁領域１４３ｄにおいても、それぞれの下方位置から内側及び外側へ向かってほぼ対称的にエッチングレートが減少していく傾向が認められる（図９（ｂ）中の矢印Ｙ参照）。
【００７４】
以上の結果から、エッチングガスの供給条件を調整することによりエッチングレートの面内均一性の改善を図る場合、エッチングガスの拡散が支配的となる領域と、エッチングガスの流れが支配的となる領域とでは、エッチングガスを供給する位置を変える必要があることがわかる。すなわち、拡散が支配的な領域においては、その位置に対応する（略真上にある）ガス噴出孔ｈからのエッチングガス供給量を調整することによりエッチングレートを制御することができ、流れが支配的な領域においては、その位置に対応するガス噴出孔ｈよりもむしろウエハ中心側に位置するガス噴出孔ｈからのエッチングガス供給量を調整することによりエッチングレートを制御することができる。
【００７５】
また、上述のとおり、使用するエッチングガス（混合ガス）により相互拡散係数ＤＡＢが異なり、その結果、同一のチャンバ内において、エッチングガスの拡散が支配的となる領域と、エッチングガスの流れが支配的となる領域とが大きく異なることとなる。
これは、同じチャンバを用いても、エッチング対象膜により、エッチングレートのウエハ面内均一性が異なり得ることを示唆しており、このことから、ペクレ数Ｐｅに基づく検討、及びその検討に基づいてガスの供給条件を変えることの重要性が理解される。特に、エッチングガスの拡散が支配的となる領域と、エッチングガスの流れが支配的となる領域とがチャンバ内に存在する場合に、どのようにガスの供給条件を変えるかはエッチングレートを均一化するために重要である。本実施形態によるプラズマエッチング装置１００においては、３つの環状隔壁部材１４５によりシャワーヘッド１４０のバッファ室１４３が４つの領域１４３ａ〜１４３ｄに分割され、各々から異なる流量でエッチングガスを供給することができるため、上記の検討に基づいたガス供給条件の変更が可能となり、エッチングレートのウエハ面内での均一性を改善できるという利点がある。また、エッチング対象膜ごとに異なるエッチングガス（混合ガス）に対応して、ガス供給条件を変更することにより、ウエハ面内の均一性を改善できるため、異なる複数のエッチング対象膜を連続してエッチングすることが可能となる。
【００７６】
次に、ガスの供給条件がガスの輸送に与える影響について説明する。即ち、供給ガスのどのようなパラメータが、ウエハ面内形状における、面内均一性の向上に寄与するかについて説明する。
【００７７】
供給ガスの拡散は、ガス分子の平均自由行程ｌ（ｍ）とガスの流速ｕ（ｍ／ｓ）に依存する。ここで、ガス分子の平均自由行程ｌは、ガスが理想気体であり、拡散分子の速度がマスクウェル分布に従うと仮定される場合、下記の式（３）で表される。
【００７８】
ｌ＝（Ｔ×Ｃ１）／（ｄ２×Ｐ） 式（３）
ここで、Ｃ１：定数
ｄ：ガス分子の衝突分子径（ｍ）
Ｐ：系内の圧力（ａｔｍ）
Ｔ：系内の温度（Ｋ）
一方、供給ガスの流速ｕも、ガスが理想気体であると仮定した場合、下記の式（４）で表される。
【００７９】
ｕ＝（Ｑ×Ｃ２）／ＰＶ 式（４）
ここで、Ｃ２：定数
Ｑ：１気圧換算流量（ｍ３／ｓ）
Ｐ：系内の圧力（ａｔｍ）
Ｖ：系内の体積（ｍ３）
このとき、供給ガスの拡散領域ｄａｒｅａは、平均自由行程ｌ／流速ｕに比例するため、式（３）及び式（４）より、式（５）が導出される。
【００８０】
ｄａｒｅａ∝ｌ／ｕ＝（Ｔ×Ｖ×Ｃ３）／（ｄ２Ｑ） 式（５）
ここで、Ｃ３：定数
すなわち、供給ガスの拡散領域は、系内の体積、供給ガスの流量、系内の温度及び衝突分子径に依存することがわかる。なお、系内の体積とは、本実施形態では、上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間の体積に近似されるが、プラズマエッチング中には被処理体の径は変化しないため、上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間の距離（ギャップＧ）を指す。また、供給ガスの流量は、系内の圧力とも相関がある。さらに、衝突分子径は、供給ガスの種類（すなわち供給ガスの分子量）によって異なるため、供給ガスの拡散領域は、供給ガスの分子量にも依存する。
【００８１】
供給ガスの拡散領域は、供給ガスの流量（及び供給ガスの圧力）、供給ガスの分子量、及びギャップＧ等のパラメータ（供給条件）に依存することを確認した実験について、図１０を参照して説明する。
図１０に、本実施形態におけるエッチングガスの供給条件を変更した場合のエッチングレートの変化を示す。図１０に示すグラフを得る際には、センタ領域１４３ａ、中間領域１４３ｂ、周縁領域１４３ｃ、及び最外縁領域１４３ｄのガス噴出孔ｈａ〜ｈｄから供給されるガス分圧（後述のエッチング条件参照）が一定になるように、各領域１４３ａ〜１４３ｄへ供給する混合ガスの供給量を調整した。この場合の総流量は下記の通りである。ただし、最外縁領域１４３ｄのガス噴出孔からは、Ｃ４Ｆ８を２０ｓｃｃｍ多く供給した。図１０の縦軸は、ハードマスクが形成されたシリコン酸化物のエッチングレートを、最もエッチングレートが大きい位置（最外周）を１として、規格化して示している。
【００８２】
詳細なエッチング条件を下記に示す。
【００８３】
チャンバ１０２内圧力 ：80mTorr（圧力変更時：30~150mTorr）
ギャップＧ：30mm（ギャップ変更可能範囲：22mm~50mm）
高周波電源パワー（40MHz/13MHz）：700／1000Ｗ
上部電極の電位 ：０Ｖ
エッチングガスの総流量 ：C4F8/Ar/N2/O2=30/1200/70/17sccm
処理時間 ：６０秒
なお、最外縁領域１４３ｄから供給される混合ガスには、C4F8（分子量変更時には、Ｏ２又はCH2F2）＝20sccmを添加し、流量変更時は、上記流量×0（.33〜1.5）の範囲で行った。
【００８４】
図１０の結果から、各々のパラメータが、供給ガスの拡散に対してどのような影響を及ぼすかがわかる。即ち、供給ガスの流量を低くする、供給ガスの分子量を小さくする、ギャップＧを広くすることにより、供給ガスの拡散範囲が大きくなることがわかる。即ち、これらのパラメータを制御することにより、ガス（即ち、ラジカル）の濃度分布を制御することができるため、プラズマエッチング時におけるウエハの面内形状について、面内均一性を向上できることがわかる。一方、チャンバ１０２内の圧力は、式（５）からわかるように供給ガスの拡散領域のパラメータとはなっていないので、図１０（ｃ）においても圧力を変えても拡散領域の顕著な変化は認められない。
【００８５】
（実験結果）
次に、本実施形態のプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法の効果を確認するために行った実験、及びその結果について、図１１及び図１２を参照しながら説明する。
【００８６】
（実験１）
まず、low-k膜、酸化シリコン膜、及びＴｉＮ膜をこの順に形成したウエハ（直径３００ｍｍ）を用意した。これらの膜は、図５（ａ）を参照しながら説明した方法に従って形成した。次に、フォトリソグラフィ及びエッチングによりＴｉＮ膜をライン状にパターン化し、メタルハードマスク（ＭＨＭ）を形成した。次いで、Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２混合ガスにより、ＭＨＭの開口に露出する酸化シリコン膜と、その下層のlow-k膜をエッチングした。このエッチングは、ＴｉＮマスクを用いて酸化シリコン膜及びlow-k膜をエッチングする点で、図７（ｆ）を参照しながら説明した工程（図４のステップＳ４６）に相当し、より具体的には、図７（ｆ）に示すトレンチＴを形成する場合に相当する。このため、説明の便宜上、酸化シリコン膜及びlow-k膜に形成される開口をトレンチと呼ぶこととする。
【００８７】
また、このエッチングは、以下の２とおりの混合ガス供給条件で行った。
＜条件１−１＞
センタ領域１４３ａ： C4F8/Ar/N2/O2=1.3/53/3.1/1.0sccm
中間領域１４３ｂ： C4F8/Ar/N2/O2=4.9/198/12/3.8sccm
周縁領域１４３ｃ： C4F8/Ar/N2/O2=8.9/356/21/6.8sccm
最外縁領域１４３ｄ： C4F8/Ar/N2/O2=14.8/593/35/11sccm
＜条件１−２＞
センタ領域１４３ａ： C4F8/Ar/N2/O2=1.3/53/3.1/1.0sccm
中間領域１４３ｂ： C4F8/Ar/N2/O2=4.9/198/12/3.8sccm
周縁領域１４３ｃ： C4F8/Ar/N2/O2=13.4/356/21/6.8sccm
最外縁領域１４３ｄ： C4F8/Ar/N2/O2=0/593/35/11sccm。
【００８８】
また、その他の条件については、条件１−１及び条件１−２に共通に以下のとおりとした。
＜共通条件＞
チャンバ１２０内の圧力： ８０ｍＴｏｒｒ
ギャップＧ： ３０ｍｍ
高周波電源パワー（40MHz/13MHz）： ４００／２００Ｗ
上部電極の電位： ７００Ｖ
処理時間： ９５秒。
【００８９】
実験１の結果を図１１に示す。図１１（ａ）は、条件１−１で行ったエッチングにより形成されたトレンチの断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像であり、図１１（ｂ）は、条件１−２で行ったエッチングにより形成されたトレンチの断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。これらの図における各ＳＥＭ像の上の数値は、ウエハの中心からの位置を示している。
図１１（ａ）を参照すると、ウエハの中心から外縁に向かう方向に沿って、トレンチの深さが浅くなる傾向が見られる。また、ウエハ中心側においては、トレンチの断面形状はほぼ長方形であるが、ウエハの外縁側においては、トレンチの内壁が傾斜し、底部が狭くなっていることが分かる。一方、図１１（ｂ）を参照すると、ウエハの中心側と外縁側でのトレンチの深さの差は殆ど認められず、トレンチの断面形状についてもウエハの中心側と外縁側で顕著な差は認められない。これらの結果を図１２Ａのグラフに示す。図１２Ａ（ａ）を参照すると、トレンチの深さに関しては、条件１−１において最大値と最小値の差は約２０ｎｍにも及ぶが、条件１−２においては、約１０ｎｍへと低減されている。また、図１２Ａ（ｂ）に示すように、トレンチの底部の幅の最大値と最小値の差は、条件１−１において約１５ｎｍとなっているが、条件１−２においては約２ｎｍと大幅に低減されている。すなわち、条件１−１を条件１−２へと変えることにより、エッチングプロファイルのウエハ面内均一性が改善されたことが分かる。
【００９０】
次に、上記の条件と異なる条件でエッチングを行い、トレンチの断面形状のウエハ面内均一性について調べた。具体的には、下記の条件２−１及び条件２−２（共通条件は上記のとおり）のもとで、上記と同様にエッチングを行なった。
＜条件２−１＞
センタ領域１４３ａ： C4F8/Ar/N2/O2=1.3/53/3.1/1.0sccm
中間領域１４３ｂ： C4F8/Ar/N2/O2=4.9/198/12/3.8sccm
周縁領域１４３ｃ： C4F8/Ar/N2/O2=8.9/356/21/6.8sccm
最外縁領域１４３ｄ： C4F8/Ar/N2/O2=0/593/35/11sccm
＜条件２−２＞
センタ領域１４３ａ： C4F8/Ar/N2/O2=1.3/53/3.1/1.0sccm
中間領域１４３ｂ： C4F8/Ar/N2/O2=4.9/198/12/3.8sccm
周縁領域１４３ｃ： C4F8/Ar/N2/O2=13.4/356/21/6.8sccm
最外縁領域１４３ｄ： C4F8/Ar/N2/O2=0/593/35/11sccm。
【００９１】
図１２Ｂに、条件２−１及び２−２におけるトレンチの断面形状のウエハ面内均一性を示す。図１２Ｂ（ａ）を参照すると、条件２−１では、周縁領域１４３ｃの下方位置における外縁側と最外縁領域１４３ｄの下方位置に近い部分においてトレンチが深くなっている（◇印）。これに対し、条件２−２では、対応する領域におけるトレンチは浅くなっており、トレンチの深さがウエハ面内でより均一化されていることが分かる（◆印）。図１２Ｂ（ｂ）には、条件２−１の場合と条件２−２の場合とにおけるトレンチの深さの差を示すが、このグラフから分かるように、条件２−１から条件２−２へ変更することにより、当該領域においてトレンチが約５ｎｍ浅くなることがわかる。しかもセンタ領域１４３ａ及び中間領域１４３ｂの下方位置においては、条件２−１から条件２−２へ変更してもトレンチの深さには殆ど差がない。この結果は、条件２−２において周縁領域１４３ｃからのＣ４Ｆ８ガスの供給量を増やしたことから、供給ガスの「流れ」の影響が支配的な周縁領域１４３ｃよりも外側では「流れ」の影響によりＣ４Ｆ８ガスが広がってエッチングレートが増加する一方、周縁領域１４３ｃよりも内側へはＣ４Ｆ８ガスが拡散し難いことからセンタ領域１４３ａ及び中間領域１４３ｂにおけるエッチングレートは殆ど変化しないと考えられる。
【００９２】
（実験２）
実験２においては、まず、low-k膜及び酸化シリコン膜をこの順に形成したウエハ（直径３００ｍｍ）を用意した。次に、フォトリソグラフィによりフォトレジストマスクを形成し、ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｎ２混合ガスにより、フォトレジストマスクの開口に露出する酸化シリコン膜と、その下層のlow-k膜をエッチングした。なお、このエッチングは、有機材料で形成されるマスクを用いて酸化シリコン膜及びlow-k膜をエッチングする点で、図７（ｅ）を参照しながら説明した工程（図４のステップＳ４５）に相当する。すなわち、実験２におけるエッチングは、図７（ｅ）に示すホールｔを形成する工程に相当し、ホールｔは後にビアＶ（図７（ｆ））の形成に利用されるため、説明の便宜上、ここでのエッチングで形成される開口をビアと呼ぶこととする。
【００９３】
ここでの条件は以下のとおりである。
＜条件２−３＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=2.6/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=9.9/89/58sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=17.8/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=30/0/346sccm
＜条件２−４＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=2.6/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=9.9/89/58sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=17.8/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=30/0/606sccm
また、その他の条件については、条件２−３及び条件２−４に共通に以下のとおりとした。
＜共通条件＞
チャンバ１２０内の圧力： ３０ｍＴｏｒｒ
ギャップＧ： ３０ｍｍ
高周波電源パワー（40MHz/13MHz）： ５６０／０Ｗ
上部電極の電位： ０Ｖ
処理時間： １２８秒。
【００９４】
図１２Ｃに、条件２−３及び２−４におけるビアの断面形状のウエハ面内均一性を示す。図１２Ｃ（ａ）を参照すると、条件２−３においては、周縁領域１４３ｃ及び最外縁領域１４３ｄにおいて、ウエハの外縁に向かってビアが深くなっていることが分かる（◇印）。一方、条件２−４では、対応する領域においてビアが浅くなっており、ビアの深さがウエハ面内でより均一化されていることが分かる（◆印）。図１２Ｃ（ｂ）には、条件２−３の場合と条件２−４の場合とにおけるビアの深さの差を示すが、このグラフから分かるように、条件２−３から条件２−４へ変更することにより、周縁領域１４３ｃ及び最外縁領域１４３ｄにおいて、ウエハの外縁に向かってビアが急激に浅くなることが分かる。特に、最外縁領域１４３ｄにおいて約２５ｎｍ浅くなっていることがわかる。また、センタ領域１４３ａ及び中間領域１４３ｂの下方位置においては、条件２−３から条件２−４へ変更してもトレンチの深さには殆ど差がない。条件２−４においては、条件２−３に比べ、最外縁領域１４３ｄにおけるＮ２ガス及びＡｒガスの供給量を変化させており、最外縁領域１４３ｄのガス供給条件を変えることにより、最外縁領域１４３ｄの下方位置でのエッチングレートが変化したと考えられる。この結果は、図９を参照しながら説明したように、ペクレ数が１よりも小さい領域では、各領域１４３ａ〜１４３ｄのガス供給条件を変えると、ガス供給条件を変えた領域の下方位置でのエッチングレートを変えることができることと一致している。
【００９５】
（実験３）
実験３においては、実験２のガス供給条件と異なる条件において、ビアの断面形状のウエハ面内均一性について検討を行った。具体的には、以下の２とおりの混合ガス供給条件でエッチングを行った。また、チャンバ１２０内の圧力等の共通条件は実験２における共通条件と同様である。
＜条件３−１＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=2.6/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=9.9/89/115sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=17.8/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=30/267/346sccm
＜条件３−２＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=2.6/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=9.9/89/115sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=17.8/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=30/0/346sccm。
【００９６】
実験３の結果を図１３に示す。図１３（ａ）は、条件３−１でのエッチングにより形成されたビアの断面を示すＳＥＭ像であり、図１３（ｂ）は、条件３−２でのエッチングにより形成されたビアの断面を示すＳＥＭ像である。各ＳＥＭ像の上の数値は、ウエハ位置を示している。また、図１３（ｃ）は、ＳＥＭ像から測定したビア深さのウエハ位置依存性を示し、図１３（ｄ）は、ＳＥＭ像から測定した、ビアの底部の幅のウエハ位置依存性を示す。
【００９７】
図１３（ｃ）から良く理解されるように、条件３−１の場合にはウエハの外縁側でビアが浅くなる傾向にあるが、条件３−２のように最外縁領域１４３ｄにおけるガス供給条件を変更すると、外縁側においてビアが深くなる傾向が見られる。ただし、ビアの底部における幅に関しては、図１３（ｄ）に示すように、条件３−１の場合には外縁に向かって広くなるが、条件３−２の場合には、ウエハの最外縁部において僅かに広くなるものの、ほぼ一定となることがわかる。具体的には、条件３−１の場合においては底部の幅のウエハ面内における最大値と最小値の差は約１６ｎｍであるが、条件３−２の場合においては約４ｎｍにまで減少した。このような結果から、最外縁領域１４３ｄのガス供給条件の調整によりビア形状（エッチング形状）の調整が可能であることが分かった。なお、最外縁領域１４３ｄのガス供給条件を変更した場合にも、周縁領域１４３ｃに対応する位置においてビアの深さ及び底部の幅が変化しているのは、エッチングガス（混合ガス）の拡散の影響と考えられる。
【００９８】
（実験４）
次に、実験４について説明する。この実験では、下記の３とおりの条件でエッチングを行った。条件４−１は上記の条件３−２と同じであり、この条件に対してガス供給条件を変更した条件４−２及び条件４−３により、エッチング形状がどのように変化するか検討した。他の条件及びエッチング対象膜は、実験２と同様である。
＜条件４−１＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=2.6/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=9.9/89/115sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=17.8/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=30/0/346sccm
＜条件４−２＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=2.6/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=9.9/89/58sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=17.8/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=30/0/346sccm
＜条件４−３＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=2.6/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=9.9/89/58sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=17.8/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=30/0/606sccm。
【００９９】
図１４（ａ）から図１４（ｃ）までに、各条件で形成したビア形状断面を示し、図１４（ｄ）及び図１４（ｅ）に、それぞれビア深さのウエハ位置依存性と、ビアの底部の幅のウエハ位置依存性とを示す。
【０１００】
条件４−１と条件４−２とを比較すると、条件４−２では中間領域１４３ｂにおけるＡｒ流量が５８ｓｃｃｍ（条件４−１では１１５ｓｃｃｍ）へ減少している。この結果、図１４（ｄ）に示すように、全体的に深くなるものの、中間領域１４３ｂに対応するウエハ位置においてビアが相対的に深くなり、面内均一性が改善されていることが分かる。具体的には、最大値と最小値の差が３２ｎｍ（条件４−１）から２４ｎｍ（条件４−２）へ減少している。ここで、条件４−３に示すように、最外縁領域１４３ｄでのＡｒ流量を６０６ｓｃｃｍへ増やすと（条件４−２では３４６ｓｃｃｍ）、最外縁領域１４３ｄに対応するウエハ位置においてビアが浅くなり、その結果、ビア深さのウエハ面内均一性が改善されている。具体的には、最大値と最小値の差が２４ｎｍ（条件４−２）から６ｎｍ（条件４−３）へ減少している。
また、ビアの底の幅に関しては、図１４（ｄ）に示すように、いずれの条件においても、十分なウエハ面内均一性が得られている。
以上のように、各領域１４３ａ〜１４３ｄのガス供給条件を変更することにより、ビア形状のウエハ面内均一性を大きく改善できることが分かった。
【０１０１】
（実験５）
次に、実験５について説明する。この実験では、下記の３とおりの条件でエッチングを行った。条件５−１は上記の条件５−３と同じであり、この条件に対してガス供給条件を変更した条件５−２及び条件５−３により、エッチング形状がどのように変化するか検討した。他の条件及びエッチング対象膜は、実験２と同様である。
＜条件５−１＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=2.6/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=9.9/89/58sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=17.8/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=30/0/606sccm
＜条件５−２＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=1.3/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=4.95/89/58sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=8.9/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=15/0/606sccm
＜条件５−３＞
センタ領域１４３ａ： CHF3/N2/Ar=1.3/23.7/31sccm
中間領域１４３ｂ： CHF3/N2/Ar=4.95/89/58sccm
周縁領域１４３ｃ： CHF3/N2/Ar=8.9/160/208sccm
最外縁領域１４３ｄ： CHF3/N2/Ar=25/0/606sccm。
【０１０２】
図１５（ａ）から図１５（ｃ）までに、各条件で形成したビア形状断面を示し、図１５（ｄ）及び図１５（ｅ）に、それぞれビア深さのウエハ位置依存性と、ビアの底部の幅のウエハ位置依存性とを示す。
【０１０３】
上記から分かるように、条件５−２では、条件５−１の各領域１４３ａ〜１４３ｄにおけるＣＨＦ３ガス流量が半減されており、他のガス流量は両条件間で同一である。このようにガス供給条件を変更した結果、図１５（ｄ）に示すように、ビアは、全体的に浅くなるとともに、ウエハ外縁側でより浅くなる傾向が見られる。ＣＨＦ３ガス流量の半減によりビアが浅くなるのは、ＣＨＦ３ガス流量が半減したことにより、フッ素ラジカルの量が減少し、酸化シリコン膜及びlow-k膜との反応量が減少したからである。
【０１０４】
さらに、条件５−３において、最外縁領域１４３ｄのＡｒ流量（１５ｓｃｃｍ）を条件５−２の場合に比べて増やすと（２５ｓｃｃｍ）、ウエハ外縁側でビアが相対的に深くなり、ビア深さの面内均一性が改善されることがわかる。具体的には、ビア深さの最大値と最小値との差は、条件５−１の場合において６ｎｍであり、条件５−２の場合において１８ｎｍであるが、条件５−３の場合においては４ｎｍである。
【０１０５】
また、ビアの底部の幅に関しては、その最大値と最小値との差はいずれの条件においては、十分に低減されていることがわかった（２ｎｍから６ｎｍ）。
【０１０６】
以上のとおり、この実験の結果からも各領域１４３ａ〜１４３ｄのガス供給条件を変更することにより、ビア形状のウエハ面内均一性を大きく改善できることが分かった。
【０１０７】
以上、本発明の好ましい実施形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、本発明の実施形態によるプラズマエッチング装置１００でエッチング可能な被処理体は、特に限定されない。具体的には、例えば、シリコン基板よりなるウエハであって、その上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜、ポリシリコン膜よりなる被エッチング膜、１層又は複数層よりなるマスク層、反射防止膜（Bottom Anti-Reflective Coating: BARC）及びフォトレジスト膜等が形成されているもの等が使用できる。このとき、レジスト膜は、予め露光、現像が行われ、所定のパターンが形成されている。
【０１０８】
また、上述のプラズマエッチング装置１００における環状隔壁部材１４５の数は、１つ以上であれば特に制限されないが、例えば、図３で示すように３つとすることができる。直径３００ｍｍのウエハＷを使用してプラズマエッチングする場合、エッチングガスの制御の容易さと、後述するプラズマエッチング方法によるエッチングの面内均一性とを両立する観点から、環状隔壁部材１４５の数は３つ（即ち、４つに分割されたバッファ室を有する）とすることが好ましい。なお、Ｎ個の環状隔壁部材１４５を配置することにより、Ｎ＋１個に分割されたバッファ室を設置することができる。
【０１０９】
また、上述の配線層１０（図５）は、銅（Ｃｕ）を含む金属で形成されていて良く、また、導電性のポリシリコンにより形成されていても良い。
【符号の説明】
【０１１０】
１０、Ｗ ウエハ
１０５ サセプタ（支持部）
１０６ 温度分布調整部
１２０ 上部電極（電極）
１２２ ベローズ
１３０ 調節部
１４０ シャワーヘッド
１４３ バッファ室
１４５ 環状隔壁部材
１５０ ガス供給装置
１９０ 装置制御部
２００ 上部電極駆動部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成される第１の配線層の上に絶縁層と金属層とを順次形成するステップと、
前記金属層上に形成される第１のマスク層を用いて当該金属層をエッチングすることにより、前記絶縁層内に形成される第２の配線層のためのトレンチを画成する金属マスク層を形成するステップと、
前記金属マスク層を覆うように前記絶縁層上に平坦化膜を形成するステップと、
前記平坦化膜をエッチングすることにより、前記トレンチの底部に形成され前記第１の配線層と前記第２の配線層とを電気的に接続するビアプラグのためのビアを画成する第２のマスク層を形成するステップと、
プラズマエッチング装置において、前記第２のマスク層を用いて前記絶縁層をプラズマエッチングすることにより、当該絶縁層の厚さよりも小さい深さを有する開口を形成する第１のエッチングステップと、
前記プラズマエッチング装置と同一のプラズマエッチング装置において、前記金属マスク層を用いて前記絶縁層をプラズマエッチングすることにより前記トレンチを形成すると共に、前記開口を更に深くすることにより前記ビアを形成する第２のエッチングステップと
を備え、
前記第１のエッチングステップ及び前記第２のエッチングステップにおいては、前記基板上での、供給されたエッチングガスの拡散の影響が支配的な位置と、供給されたエッチングガスの流れの影響が支配的な位置とに対応して、当該エッチングガスの供給条件が調整される、プラズマエッチング方法。
【請求項２】
前記第１のエッチングステップ及び前記第２のエッチングステップにおいては、前記基板の径方向中心側の部分からと、前記中心側の部分よりも前記基板の径方向外周側の部分とから、前記エッチングガスを前記基板に向けて供給し、
前記径方向外周側の部分に対応する前記基板上の空間において、供給される前記エッチングガスの拡散の影響が支配的であるなら、前記前記径方向外周側の部分から供給されるエッチングガスの供給条件を調整し、
前記径方向外周側の部分に対応する前記基板上の空間において、供給される前記エッチングガスの流れの影響が支配的であるなら、前記径方向中心側の部分から供給されるエッチングガスの供給条件を調整する、
請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
前記第１のエッチングステップ及び前記第２のエッチングステップにおいては、
前記径方向外周側の部分に対応する前記基板上の空間において、エッチングガスの流速をｕとし、エッチングガスの拡散係数をＤとし、前記径方向外周側の部分と前記基板と間隔をＬとしたときに、
前記供給されたエッチングガスの拡散の影響が支配的である条件とは、ｕＬ／Ｄにより求まるペクレ数が１より小さいときであり、
前記供給されたエッチングガスの流れの影響が支配的である条件とは、前記ペクレ数が１以上のときである、
請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記供給条件がエッチングガスの流量である、請求項１から３に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記エッチングガスが、フッ素系ガスと不活性ガスを含む混合ガスである、請求項１から４に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項６】
前記エッチングガスが酸素ガスを更に含む、請求項５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法を行うステップと、
前記プラズマエッチング方法により形成された前記トレンチ及び前記ビアに対してダマシンプロセスにより金属を埋め込むことにより、ビアプラグと前記第２の配線層を形成するステップと、
を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板に形成される第１の配線層の上に絶縁層と金属層とを順次形成するステップと、
前記金属層上に形成される第１のマスク層を用いて当該金属層をエッチングすることにより、前記絶縁層内に形成される第２の配線層のためのトレンチを画成する金属マスク層を形成するステップと、
前記金属マスク層を覆うように前記絶縁層上に平坦化膜を形成するステップと、
前記平坦化膜をエッチングすることにより、前記トレンチの底部に形成され前記第１の配線層と前記第２の配線層とを電気的に接続するビアプラグのためのビアを画成する第２のマスク層を形成するステップと、
プラズマエッチング装置において、前記第２のマスク層を用いて前記絶縁層をプラズマエッチングすることにより、当該絶縁層の厚さよりも小さい深さを有する開口を形成する第１のエッチングステップと、
前記プラズマエッチング装置と同一のプラズマエッチング装置において、前記金属マスク層を用いて前記絶縁層をプラズマエッチングすることにより前記トレンチを形成すると共に、前記開口を更に深くすることにより前記ビアを形成する第２のエッチングステップと
を備え、
前記第１のエッチングステップ及び前記第２のエッチングステップにおいては、前記基板上での、供給されたエッチングガスの拡散の影響が支配的な位置と、供給されたエッチングガスの流れの影響が支配的な位置とに対応して、当該エッチングガスの供給条件が調整される、プラズマエッチング方法。
【請求項２】
前記第１のエッチングステップ及び前記第２のエッチングステップにおいては、前記基板の径方向中心側の部分からと、前記中心側の部分よりも前記基板の径方向外周側の部分とから、前記エッチングガスを前記基板に向けて供給し、
前記径方向外周側の部分に対応する前記基板上の空間において、供給される前記エッチングガスの拡散の影響が支配的であるなら、前記前記径方向外周側の部分から供給されるエッチングガスの供給条件を調整し、
前記径方向外周側の部分に対応する前記基板上の空間において、供給される前記エッチングガスの流れの影響が支配的であるなら、前記径方向中心側の部分から供給されるエッチングガスの供給条件を調整する、
請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
前記第１のエッチングステップ及び前記第２のエッチングステップにおいては、
前記径方向外周側の部分に対応する前記基板上の空間において、エッチングガスの流速をｕとし、エッチングガスの拡散係数をＤとし、前記径方向外周側の部分と前記基板と間隔をＬとしたときに、
前記供給されたエッチングガスの拡散の影響が支配的である条件とは、ｕＬ／Ｄにより求まるペクレ数が１より小さいときであり、
前記供給されたエッチングガスの流れの影響が支配的である条件とは、前記ペクレ数が１以上のときである、
請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記供給条件がエッチングガスの流量である、請求項１から３に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記エッチングガスが、フッ素系ガスと不活性ガスを含む混合ガスである、請求項１から４に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項６】
前記エッチングガスが酸素ガスを更に含む、請求項５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法を行うステップと、
前記プラズマエッチング方法により形成された前記トレンチ及び前記ビアに対してダマシンプロセスにより金属を埋め込むことにより、ビアプラグと前記第２の配線層を形成するステップと、
を含む、半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−７７５９４（Ｐ２０１３−７７５９４Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１４９２７（Ｐ２０１１−２１４９２７）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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