プラズマエッチング方法
【課題】開口面積の広いガードリング（ＧＲ）や開口面積の小さいビアホール（Ｖｉａ）を同時に且つ均等深さにエッチングすることができるプラズマエッチング方法を提供する。
【解決手段】プラズマエッチング装置のサセプタ１６に印加される第２の高周波電力を、ウエハＷのＬｏｗ−ｋ膜又はフォトレジスト膜にデポが堆積する第１のパワーと、ウエハＷのＬｏｗ−ｋ膜をエッチングする第２のパワーとの間でパワー変調させると共に、第２の高周波電力を変調する際のデューティー比（第２のパワー時間／１周期全体の時間）を２５〜８０％、好ましくは２５〜５０％としてウエハＷのＬｏｗ−ｋ膜をエッチングする。
【解決手段】プラズマエッチング装置のサセプタ１６に印加される第２の高周波電力を、ウエハＷのＬｏｗ−ｋ膜又はフォトレジスト膜にデポが堆積する第１のパワーと、ウエハＷのＬｏｗ−ｋ膜をエッチングする第２のパワーとの間でパワー変調させると共に、第２の高周波電力を変調する際のデューティー比（第２のパワー時間／１周期全体の時間）を２５〜８０％、好ましくは２５〜５０％としてウエハＷのＬｏｗ−ｋ膜をエッチングする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等の被処理基板にプラズマエッチングを施すプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハの所定の層に所定のパターンを形成するために、レジストをマスクとしてプラズマによってエッチングするプラズマエッチング処理が多用されている。
【０００３】
このようなプラズマエッチングを行うためのプラズマエッチング装置のうち代表的なものとして、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置が挙げられる。容量結合型平行平板プラズマエッチング装置は、チャンバ内に一対の平行平板電極（上部及び下部）を配置し、処理ガスをチャンバ内に導入すると共に、電極の少なくとも一方に高周波電力を印加して電極間に高周波電界を形成し、この高周波電界によって処理ガスのプラズマを形成して半導体ウエハの処理対象膜にプラズマエッチングを施すものである。
【０００４】
容量結合型平行平板プラズマエッチング装置を用いてビアホールやコンタクトホール等のエッチングを行う場合には、ホールサイズの大小によってエッチングレート（ＥＲ）が異なるマイクロローディング効果が生じるという問題があり、エッチング深さをコントロールすることは困難である。特に、ガードリング（ＧＲ）のような大きな開口面積部分ではエッチングレートが大きくなり、例えばＣＦ系ラジカルが入りにくい小さいビアホールではエッチングレート（ＥＲ）が小さくなる。
【０００５】
このようなマイクロローディング効果によって、開口面積の大きい部分と小さい部分におけるエッチングレートの差に起因してエッチング深さにばらつきが生じているのが現状であり、低圧条件で処理することによってエッチング深さのばらつきが低減される方向にはあるものの、未だばらつきを解消するまでには至っておらず、エッチング深さのばらつきの影響が、例えば次工程にも持ち越され、電気特性にもばらつきが生じるという問題がある。
【０００６】
このようなマイクロローディング効果に起因する問題を解消するための従来技術が開示された公知文献として、例えば特許文献１が挙げられる。特許文献１には、被処理基板を支持する下部電極にバイアス用高周波電力を印加する高周波電力源を備えたプラズマエッチング装置において、被処理基板の所定膜にデポが堆積する第１のパワーと、所定膜をエッチングする第２のパワーとの間で周期的に高周波電力を変調する変調モードを有するプラズマエッチング方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００８／０４４６３３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来技術は、バイアス用高周波電力をパルス的に印加するものであり、ビアホール（Ｖｉａ）のエッチングレート（ＥＲ）をガードリング（ＧＲ）のエッチングレート（ＥＲ）に近づけることはできるが、最終的なエッチング量は、ガードリング（ＧＲ）の方が大きくなる。すなわち、開口面積の広いガードリング（ＧＲ）と開口面積の小さいビアホール（Ｖｉａ）を、処理対象膜に対して均等にエッチングすることは困難であるという問題は未解決のままである。
【０００９】
本発明の目的は、処理対象膜に、開口面積の広いガードリング（ＧＲ）や開口面積の小さいビアホール（Ｖｉａ）を均等深さに、且つ同時にエッチングすることができるプラズマエッチング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマエッチング方法は、真空排気可能な処理容器と、該処理容器内に設けられた第１電極と、前記第１電極に対向配置された被処理基板を載置する第２電極と、前記第１電極又は前記第２電極に励起用の第１の高周波電力を印加する第１の高周波電源と、前記第２電極にバイアス用の第２の高周波電力を印加する第２の高周波電源と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給源とを有するプラズマエッチング装置を用い、前記第１電極及び前記第２電極間に前記処理ガスのプラズマを生成して被処理基板の処理対象膜をエッチングするプラズマエッチング方法において、前記第２の高周波電力を、前記被処理基板の処理対象膜にデポが堆積する第１のパワーと、前記被処理基板の前記処理対象膜をエッチングする第２のパワーとの間で変調すると共に、前記第２の高周波電力を変調する際のデューティー比（第２のパワー時間／１周期全体の時間）を２５〜８０％とすることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載のプラズマエッチング方法は、請求項１記載のプラズマエッチング方法において、前記デューティー比を２５〜５０％とすることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載のプラズマエッチング方法は、請求項１又は２記載のプラズマエッチング方法において、前記処理対象膜は、ｋ値が２．２乃至２．９のＬｏｗ−ｋ膜であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載のプラズマエッチング方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法において、前記処理ガスは、ＣＦ４ガス及びＣＨＦ３ガスを含む混合ガスであることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載のプラズマエッチング方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法において、前記処理ガスは、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＯガスを含む混合ガスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載のプラズマエッチング方法によれば、第２の高周波電力を、被処理基板の処理対象膜にデポが堆積する第１のパワー（Ｌｏｗパワー）と、被処理基板の処理対象膜をエッチングする第２のパワー（Ｈｉパワー）との間で変調すると共に、第２の高周波電力を変調する際のデューティー比（第２のパワー時間／１周期全体の時間）を２５〜８０％としたので、開口面積の広いガードリング（ＧＲ）及び開口面積の小さいビアホール（Ｖｉａ）を同時に且つ均等深さにエッチングすることができる。
【００１６】
請求項２記載のプラズマエッチング方法によれば、デューティー比を２５〜５０％としたので、ビアホールのＥＲに対するＧＲのＥＲの比であるローディング値が「１」又はその近傍の値となり、これによって、ビアホールとＧＲをより均等にエッチングすることができる。
【００１７】
請求項３記載のプラズマエッチング方法によれば、処理対象膜を、ｋ値が２．２乃至２．９のＬｏｗ−ｋ膜としたので、大部分のＬｏｗ−ｋ膜において、均等エッチング効果が得られる。
【００１８】
請求項４記載のプラズマエッチング方法によれば、処理ガスを、ＣＦ４ガス及びＣＨＦ３ガスを含む混合ガスとしたので、過剰なデポの堆積を抑制してビアホールとＧＲを同時に均等にエッチングすることができる。
【００１９】
請求項５記載のプラズマエッチング方法によれば、処理ガスを、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＯガスを含む混合ガスとしたので、過剰なデポの堆積を抑制してビアホールとＧＲを同時に均等にエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマエッチング方法が実行されるプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。
【図２】図１のプラズマエッチング装置においてプラズマ処理が施される半導体ウエハの構成を概略的に示す断面図である。
【図３】デポが堆積する第１のパワー（Ｌｏｗパワー）と、エッチングを行う第２のパワー（Ｈｉパワー）とのパワー変調を模式的に示した図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るプラズマエッチング方法におけるエッチング処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるデューティー比とローディング値の関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態におけるデューティー比とローディング値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、被処理基板にイオンを引き込むバイアス用高周波電力をパルス的に印加すると共に、パルスデューティー（Ｐｌｕｓｅ ｄｕｔｙ）を積極的に変更させることによって、ビアホールのＥＲに対するＧＲのＥＲの比であるローディング（ｌｏａｄｉｎｇ）値をコントロールして、ビアホールのＥＲ＞ＧＲのＥＲという関係を作り出し、これによって、ビアホールとＧＲが混在するような被処理基板容易に形成するものである。また、ローディング値をコントロールして、エッチング深さを制御することができるので、ビアホールとＧＲとでエッチング深さを逆転させることもできる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマエッチング方法が実行されるプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。
【００２４】
このプラズマエッチング装置は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置であり、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は保安接地されている。チャンバ１０の底部には、セラミックスからなる絶縁板１２を介して円柱状のサセプタ支持台１４が配置され、サセプタ支持台１４の上に例えばアルミニウムからなるサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は下部電極板を構成し、その上に被処理基板であるウエハＷが載置される。
【００２５】
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。直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力によりウエハＷが静電チャック１８に吸着保持される。
【００２６】
静電チャック１８の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるためのフォーカスリング２４が配置されている。フォーカスリング２４は、例えば導電性のシリコンからなる。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。
【００２７】
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から配管３０ａ、３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、これによってサセプタ１６上のエウハＷの処理温度が制御される。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。
【００２８】
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及び下部電極１６間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極３４は、絶縁性遮蔽部材４２を介してチャンバ１０の上部に支持されており、サセプタ１６との対向面を構成し、かつ多数の吐出孔３７を有する電極板３６と、電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料からなる水冷構造の電極支持体３８とで構成されている。電極板３６は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体であることが好ましく、例えばシリコン又はＳｉＣで構成される。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、ガス拡散室４０からは吐出孔３７に連通する多数のガス流通孔４１が下方に延びている。
【００２９】
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が設けられており、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からエッチング用の処理ガスとして、例えばＣ４Ｆ８ガスが払い出され、ガス供給管６４を経てガス拡散室４０に至り、ガス流通孔４１及びガス吐出孔３７を介してプラズマ生成空間に吐出される。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。
【００３０】
上部電極３４には、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、ローパスフィルタ４６ａを介して上部電極３４に接続されており、オン・オフスイッチ５２により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５０及びオン・オフスイッチ５２はコントローラ５１によって制御される。
【００３１】
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。
【００３２】
下部電極であるサセプタ１６には、第１の整合器８９を介して第１の高周波電源４８が電気的に接続されている。第１の高周波電源４８は、例えば６０ＭＨｚの高周波を出力する。サセプタ１６には、また、第２の整合器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２の高周波電源９０からサセプタ１６に高周波電力が印加されることにより、ウエハＷにバイアス電力が印加され、ウエハＷにイオンが引き込まれる。第２の高周波電源９０は、例えば２ＭＨｚの高周波電力を出力する。第１の高周波電源４８、第１の整合器８９、第２の高周波電源９０及び第２の整合器８８は、それぞれＲＦ制御器９５に接続されている。
【００３３】
ＲＦ制御器９５は、第２の高周波電源９０からの高周波電力が、ウエハＷの処理対象膜にデポが堆積する第１のパワー（Ｌｏｗパワー）と、ウエハＷの処理対象膜のエッチングが進行する第２のパワー（Ｈｉパワー）との間で所定周期で変調するようにパワー制御を行う。ＲＦ制御器９５は、また、第１の高周波電源４８、第１の整合器８９及び第２の整合器８８を制御する。
【００３４】
本実施の形態の場合、第２の高周波電源９０は、高周波電力が所定周期で変調されるパワー変調モードで動作するため、このパワー変調モードの際に、ＲＦ制御器９５が、第２の整合器８８における整合動作を高周波電力の変調に同期させて切り換えるように制御する。
【００３５】
チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられており、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。チャンバ１０の側壁にはウエハＷの搬入出口８５が設けられており、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。チャンバ１０の底部側壁と内部部材２６との間には、排気プレート８３が設けられている。
【００３６】
プラズマエッチング装置の各構成部材は、制御部１００に接続されて制御される構成となっている。また、制御部１００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ユーザーインターフェース１０１が接続されている。さらに、制御部１００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１００の制御によっ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が格納された記憶部１０２が接続されている。そして、必要に応じてユーザーインターフェース１０１からの指示によって任意のレシピを記憶部１０２から呼び出して制御部１００に実行させることで、制御部１００の制御下、プラズマエッチング装置で所望の処理が行われる。
【００３７】
以下、このような構成のプラズマエッチング装置を用いた被処理基板であるウエハＷのエッチング方法について説明する。
【００３８】
図２は、図１のプラズマエッチング装置においてプラズマ処理が施されるウエハＷの構成を概略的に示す断面図である。
【００３９】
図２において、ウエハＷは、下地層２０１と、該下地層２０１上に形成された銅膜２０２と、該銅膜２０２上に積層されたＬｏｗ−ｋ膜２０３と、該Ｌｏｗ−ｋ膜２０３上に積層されたフォトレジスト膜２０４とから主として構成されている。
【００４０】
このような構成のウエハＷにおいて、フォトレジスト膜２０４をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜２０３に開口面積の小さいビアホール２０５と、開口面積の大きいガードリング（ＧＲ）２０６をエッチングする際、マイクロローディング効果により、開口面積の小さいビアホール２０５にはラジカルが入りにくくエッチング速度が遅くなる。一方、開口面積の大きいＧＲ２０６ではエッチング速度が速くなる傾向がある。
【００４１】
そこで、本実施の形態においては、プラズマエッチング装置におけるバイアス用の高周波電力を、Ｌｏｗ−ｋ膜２０３又はその上のフォトレジスト膜２０４にデポが堆積する第１のパワー（Ｌｏｗパワー）と、Ｌｏｗ−ｋ膜２０３をエッチングする第２のパワー（Ｈｉパワー）との間で所定周期で変調すると共に、バイアス用高周波電力を変調する際のデューティー比（第２のパワー時間／１周期全体の時間（第１のパワー時間＋第２のパワー時間））を、例えば２５〜８０％、好ましくは２５〜５０％に制御し、これによって、ビアホール２０５のＥＲに対するＧＲ２０６のＥＲの比であるローディング値を「１」又はその近傍に調整してビアホール２０５とＧＲ２０６が均等にエッチングされるようにする。
【００４２】
図３は、デポが堆積する第１のパワー（Ｌｏｗパワー）と、エッチングを行う第２のパワー（Ｈｉパワー）との変調を模式的に示した図である。本実施の形態においては、図３のようにバイアス電力をパルス的に変調してウエハＷのＬｏｗ−ｋ膜２０３にエッチングを施す。
【００４３】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマエッチング方法におけるエッチング処理を示すフローチャートである。
【００４４】
ウエハＷをエッチングする際は、まず、図１のプラズマエッチング装置のゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介してＬｏｗ−ｋ膜２０３を有する図２のウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置し、固定する（ステップＳ１）。なお、Ｌｏｗ−ｋ膜２０３におけるＫ値は、２．５である。
【００４５】
次いで、チャンバ１０内の圧力を排気装置８４等によって例えば５０ｍＴｏｏｒ（６．６５Ｐａ）に設定する（ステップＳ２）と共に、ウエハＷの上部温度を例えば６０℃、下部温度を２０℃に設定する（ステップＳ３）。そして、上部電極３４のガス拡散室４０から、処理ガスとして、例えばＣＦ４ガス（２０ｓｃｃｍ）、ＣＨＦ３ガス（４０ｓｃｃｍ）、Ａｒガス（１０００ｓｃｃｍ）及びＮ２ガス（１５０ｓｃｃｍ）を混合した混合ガスをチャンバ１０へ導入する（ステップＳ４）。
【００４６】
そして、チャンバ１０内に処理ガスを導入した状態で、第１の高周波電源４８から励起用の高周波電力をサセプタ１６に印加すると共に、第２の高周波電源９０からからバイアス用の高周波電力をサセプタ１６に印加する。このとき、バイアス用の高周波電力として第１のパワー、例えば１００Ｗと、第２のパワー、例えば２８００Ｗを、デューティー比を例えば５０％、パルスを１５Ｈｚとして印加し（ステップＳ５）、Ｌｏｗ−ｋ膜２０３上にデポが堆積する第１のパワーと、ＣＦ４ガス、ＣＨＦ３ガス、Ａｒガス及びＮ２ガスが処理空間に印加された高周波電力によって励起されたプラズマよってＬｏｗ−ｋ膜２０３がエッチングされる第２のパワーとの間で周期的にバイアス用高周波電力を変調する（ステップＳ６）。これによって、ビアホール（Ｖｉａ）のＥＲとガードリング（ＧＲ）のエッチングレート（ＥＲ）がほぼ等しくなり、Ｌｏｗ−ｋ膜２０３にビアホール２０５とＧＲ２０６を均等に形成して本処理を終了する。
【００４７】
本実施の形態においては、ガードリング（ＧＲ）のエッチングレート（ＥＲ）とビアホール（Ｖｉａ）のＥＲがほぼ等しくなってローディング（ＧＲのＥＲ／ＶｉａのＥＲ）が「１」に近づくので、良好な形状のビアホール２０５及びＧＲ２０６を同時に形成することができる。なお、パワー変調モードは、制御部１００の指令によりＲＦ制御器９５が第２の高周波電源９０を所定の周期で第１モードと第２モードとに切り替えることによって調整される。
【００４８】
本実施の形態によれば、プラズマエッチング装置におけるバイアス用の高周波電力を、Ｌｏｗ−ｋ膜２０３又はその上のフォトレジスト膜２０４にデポが堆積する第１のパワー（例えば１００Ｗ）と、Ｌｏｗ−ｋ膜２０３をエッチングする第２のパワー（例えば２８００Ｗ）との間で変調すると共に、バイアス用高周波電力を変調する際のデューティー比（第２のパワー時間／１周期全体の時間）を、例えば５０％に設定したので、ビアホール２０５のＥＲに対するＧＲ２０６のＥＲの比（ＧＲのＥＲ／ビアのＥＲ）が「１」近傍の値になる。従って、垂直加工形状が良好で、同様のエッチング深さを有するビアホール２０５及びＧＲ２０６を同時に形成することができる。また、次工程におけるマージンが拡がる。
【００４９】
また、本実施の形態によれば、処理ガスとして、ＣＦ４ガス及びＣＨＦ３ガスを含む混合ガスを用いたので、必要以上のデポの堆積によるホール形状、ＧＲ形状の悪化を防止することができる。すなわち、ＣＦ４ガス及びＣＨＦ３ガスを含む混合ガスは、いわゆるデポガスではなく、不必要なデポの堆積を抑制する一方、必要量のデポを堆積させ、デポ量とエッチング量をバランスさせつつ、ビアホール２０５又はＧＲ２０６を形成することができる。従って、ビアホール２０５又はＧＲ２０６の開口部分が拡大されて断面がテーパ状になることもない。なお、従来から汎用されていたＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２系の処理ガスは、デポ堆積量が非常に多く、ビアホール形状におけるＣＤが拡がって、ボトム部分が短くなる等の問題があったが、本実施の形態で適用した混合ガス系では、そのような問題は解消される。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、１周期に対する第２パワーの印加時間であるデューティー比を制御するだけで、ビアホール２０５等のエッチング深さを制御できるので、従来技術で必要であったオーバーエッチング防止用のストップレイヤーを用いる必要がなく、エッチング深さを任意に調整することができる。
【００５１】
本実施の形態において、ビアホール２０５とＧＲ２０６とのＥＲが等しくなる理由としては、以下のように考えられる。
【００５２】
すなわち、開口面積が小さいビアホールと開口面積が大きいＧＲとを同時にエッチングしようとすると、ＧＲのＥＲが大きくなってエッチングデプスも大きくなる。これに対して、（１）デポ量がそれ程大きくなくてエッチングのための必要量のイオンを確保することができる処理ガスを選定し、且つ、（２）バイアス電力としてデポを積極的に堆積させる第１のパワーと、エッチングを積極的に行う第２のパワーとにおけるデューティー比を調整することにより、その相乗作用によって、開口面積の広いＧＲ部分に比較的多くのデポを堆積させつつビアホール部分よりも比較的大きい速度でエッチングすると共に、開口面積が小さいビアホール部分に比較的少ないデポを堆積させながらＧＲ部分よりも比較的小さい速度でエッチングすることができ、これによって、ＧＲ部分におけるデポ量の堆積と選択比の向上によるエッチング速度とがバランスし、且つビアホール部分におけるデポ量の堆積と選択比の向上によるエッチング速度との関係がバランスして、ビアホール部分のＥＲに対するＧＲ部分のＥＲの比が「１」又はその近傍になるものと考える。なお、特に、ＧＲ部分においては、堆積したデポを削りながらエッチングするイメージと考える。
【００５３】
本実施の形態において、処理対象膜は、Ｌｏｗ−ｋ膜であり、Ｌｏｗ−ｋ膜２０３におけるｋ値は、２．２〜２．９であることが好ましい。すなわち、現在知られている大部分のＬｏｗ−ｋ膜を対象とすることができる。
【００５４】
次に、デューティー比を、２５％〜１００％の範囲で変更させた以外は、上記実施の形態と同様の条件で同様に処理し、デューティー比に対応するローディング値を求めた。結果を図５に示す。
【００５５】
図５は、第１の実施の形態におけるデューティー比とローディング値との関係を示す図である。
【００５６】
図５において、デューティー比が４５乃至５０％以下のときローディング値が「１」以下になっており、ＧＲよりもビアホールのエッチングレートが大きくなることが分かる。また、デューティー比の増加に伴ってローディング値は大きくなるが、デューティー比が約８０％以下であれば、ローディング値は概略「１」±１０％の範囲内であり、実用可能条件であると考えられる。但し、ＧＲとビアホールとのＥＲ差を限りなく「０」に近づけるか、又は必要に応じて逆転させ、これによってＧＲとビアホールとのエッチング深さを調整するためには、デューティー比を２５〜５０％に調整することが好ましい。なお、センター部分とエッジ部分のローディング値に差が認められるが、この差は１０％程度であるので、許容範囲と考える。
【００５７】
本実施の形態における第１パワーと第２パワーの変調パルスは、１０〜３０Ｈｚであることが好ましい。
【００５８】
本実施の形態においては、サセプタ１６に励起用の高周波電力とバイアス用の高周波電力を印加する、いわゆる下部２周波型のプラズマエッチング装置を用いたが、本発明は、サセプタ１６と対向配置された上部電極３４に励起用の高周波電力を印加する、いわゆる上下２周波型のプラズマエッチング装置に適用することもできる。
【００５９】
次に、反応ガスを、Ｃ４Ｆ８ガス（６ｓｃｃｍ）、Ｎ２ガス（３０ｓｃｃｍ）及びＣＯガス（９０ｓｃｃｍ）の混合ガスとした以外は、第１の実施の形態と同様にしてデューティー比とローディング値との関係を求めた。結果を図６に示す。
【００６０】
図６は、本発明の第２の実施の形態におけるデューティー比とローディング値との関係を示す図である。
【００６１】
図６において、デューティー比が５０％以下のときローディング値が「１」以下になっており、ＧＲよりもビアホールのエッチングレートが大きくなることが分かる。また、デューティー比の増加に伴ってローディング値は大きくなるが、デューティー比が約６５％以下であればローディング値が概略「１」±１０％以下となっており、ＧＲとビアホールとのＥＲ差はそれほど大きくないので、実用可能な条件と考えられる。但し、ＧＲとビアホールとのＥＲ差を限りなく「０」に近づけるか、又は逆転させ流必要がある場合は、デューティー比を５０％以下にすることが好ましい。
【００６２】
Ｃ４Ｆ８ガス、Ｎ２ガス及びＣＯガスの混合ガスは、いわゆるデポガスではなく、不必要なデポの堆積を抑制する一方、必要量のデポを堆積させてデポ量とエッチング量をバランスさせつつ、ビアホール又はＧＲを形成することができる。従って、ビアホール形状、ＧＲ形状に歪み等がなく良好なものとなる。また、ビアホール等のＣＤが必要以上に拡大することもない。
【００６３】
上述した各実施の形態において、プラズマ処理が施される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等を含むＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。
【００６４】
また、本発明の目的は、上述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。
【００６５】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００６６】
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。
【００６７】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した各実施の形態の機能が実現されるだけではなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００６８】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その拡張機能を拡張ボードや拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
１０ チャンバ
１６ サセプタ
１８ 静電チャック
４８ 第１の高周波電源
６６ 処理ガス供給源
９０ 第２の高周波電源
２０１ 下地層
２０３ Ｌｏｗ−ｋ膜
２０４ フォトレジスト膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等の被処理基板にプラズマエッチングを施すプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハの所定の層に所定のパターンを形成するために、レジストをマスクとしてプラズマによってエッチングするプラズマエッチング処理が多用されている。
【０００３】
このようなプラズマエッチングを行うためのプラズマエッチング装置のうち代表的なものとして、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置が挙げられる。容量結合型平行平板プラズマエッチング装置は、チャンバ内に一対の平行平板電極（上部及び下部）を配置し、処理ガスをチャンバ内に導入すると共に、電極の少なくとも一方に高周波電力を印加して電極間に高周波電界を形成し、この高周波電界によって処理ガスのプラズマを形成して半導体ウエハの処理対象膜にプラズマエッチングを施すものである。
【０００４】
容量結合型平行平板プラズマエッチング装置を用いてビアホールやコンタクトホール等のエッチングを行う場合には、ホールサイズの大小によってエッチングレート（ＥＲ）が異なるマイクロローディング効果が生じるという問題があり、エッチング深さをコントロールすることは困難である。特に、ガードリング（ＧＲ）のような大きな開口面積部分ではエッチングレートが大きくなり、例えばＣＦ系ラジカルが入りにくい小さいビアホールではエッチングレート（ＥＲ）が小さくなる。
【０００５】
このようなマイクロローディング効果によって、開口面積の大きい部分と小さい部分におけるエッチングレートの差に起因してエッチング深さにばらつきが生じているのが現状であり、低圧条件で処理することによってエッチング深さのばらつきが低減される方向にはあるものの、未だばらつきを解消するまでには至っておらず、エッチング深さのばらつきの影響が、例えば次工程にも持ち越され、電気特性にもばらつきが生じるという問題がある。
【０００６】
このようなマイクロローディング効果に起因する問題を解消するための従来技術が開示された公知文献として、例えば特許文献１が挙げられる。特許文献１には、被処理基板を支持する下部電極にバイアス用高周波電力を印加する高周波電力源を備えたプラズマエッチング装置において、被処理基板の所定膜にデポが堆積する第１のパワーと、所定膜をエッチングする第２のパワーとの間で周期的に高周波電力を変調する変調モードを有するプラズマエッチング方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００８／０４４６３３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来技術は、バイアス用高周波電力をパルス的に印加するものであり、ビアホール（Ｖｉａ）のエッチングレート（ＥＲ）をガードリング（ＧＲ）のエッチングレート（ＥＲ）に近づけることはできるが、最終的なエッチング量は、ガードリング（ＧＲ）の方が大きくなる。すなわち、開口面積の広いガードリング（ＧＲ）と開口面積の小さいビアホール（Ｖｉａ）を、処理対象膜に対して均等にエッチングすることは困難であるという問題は未解決のままである。
【０００９】
本発明の目的は、処理対象膜に、開口面積の広いガードリング（ＧＲ）や開口面積の小さいビアホール（Ｖｉａ）を均等深さに、且つ同時にエッチングすることができるプラズマエッチング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマエッチング方法は、真空排気可能な処理容器と、該処理容器内に設けられた第１電極と、前記第１電極に対向配置された被処理基板を載置する第２電極と、前記第１電極又は前記第２電極に励起用の第１の高周波電力を印加する第１の高周波電源と、前記第２電極にバイアス用の第２の高周波電力を印加する第２の高周波電源と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給源とを有するプラズマエッチング装置を用い、前記第１電極及び前記第２電極間に前記処理ガスのプラズマを生成して被処理基板の処理対象膜をエッチングするプラズマエッチング方法において、前記第２の高周波電力を、前記被処理基板の処理対象膜にデポが堆積する第１のパワーと、前記被処理基板の前記処理対象膜をエッチングする第２のパワーとの間で変調すると共に、前記第２の高周波電力を変調する際のデューティー比（第２のパワー時間／１周期全体の時間）を２５〜８０％とすることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載のプラズマエッチング方法は、請求項１記載のプラズマエッチング方法において、前記デューティー比を２５〜５０％とすることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載のプラズマエッチング方法は、請求項１又は２記載のプラズマエッチング方法において、前記処理対象膜は、ｋ値が２．２乃至２．９のＬｏｗ−ｋ膜であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載のプラズマエッチング方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法において、前記処理ガスは、ＣＦ４ガス及びＣＨＦ３ガスを含む混合ガスであることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載のプラズマエッチング方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法において、前記処理ガスは、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＯガスを含む混合ガスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載のプラズマエッチング方法によれば、第２の高周波電力を、被処理基板の処理対象膜にデポが堆積する第１のパワー（Ｌｏｗパワー）と、被処理基板の処理対象膜をエッチングする第２のパワー（Ｈｉパワー）との間で変調すると共に、第２の高周波電力を変調する際のデューティー比（第２のパワー時間／１周期全体の時間）を２５〜８０％としたので、開口面積の広いガードリング（ＧＲ）及び開口面積の小さいビアホール（Ｖｉａ）を同時に且つ均等深さにエッチングすることができる。
【００１６】
請求項２記載のプラズマエッチング方法によれば、デューティー比を２５〜５０％としたので、ビアホールのＥＲに対するＧＲのＥＲの比であるローディング値が「１」又はその近傍の値となり、これによって、ビアホールとＧＲをより均等にエッチングすることができる。
【００１７】
請求項３記載のプラズマエッチング方法によれば、処理対象膜を、ｋ値が２．２乃至２．９のＬｏｗ−ｋ膜としたので、大部分のＬｏｗ−ｋ膜において、均等エッチング効果が得られる。
【００１８】
請求項４記載のプラズマエッチング方法によれば、処理ガスを、ＣＦ４ガス及びＣＨＦ３ガスを含む混合ガスとしたので、過剰なデポの堆積を抑制してビアホールとＧＲを同時に均等にエッチングすることができる。
【００１９】
請求項５記載のプラズマエッチング方法によれば、処理ガスを、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＯガスを含む混合ガスとしたので、過剰なデポの堆積を抑制してビアホールとＧＲを同時に均等にエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマエッチング方法が実行されるプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。
【図２】図１のプラズマエッチング装置においてプラズマ処理が施される半導体ウエハの構成を概略的に示す断面図である。
【図３】デポが堆積する第１のパワー（Ｌｏｗパワー）と、エッチングを行う第２のパワー（Ｈｉパワー）とのパワー変調を模式的に示した図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るプラズマエッチング方法におけるエッチング処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるデューティー比とローディング値の関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態におけるデューティー比とローディング値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、被処理基板にイオンを引き込むバイアス用高周波電力をパルス的に印加すると共に、パルスデューティー（Ｐｌｕｓｅ ｄｕｔｙ）を積極的に変更させることによって、ビアホールのＥＲに対するＧＲのＥＲの比であるローディング（ｌｏａｄｉｎｇ）値をコントロールして、ビアホールのＥＲ＞ＧＲのＥＲという関係を作り出し、これによって、ビアホールとＧＲが混在するような被処理基板容易に形成するものである。また、ローディング値をコントロールして、エッチング深さを制御することができるので、ビアホールとＧＲとでエッチング深さを逆転させることもできる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマエッチング方法が実行されるプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。
【００２４】
このプラズマエッチング装置は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置であり、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は保安接地されている。チャンバ１０の底部には、セラミックスからなる絶縁板１２を介して円柱状のサセプタ支持台１４が配置され、サセプタ支持台１４の上に例えばアルミニウムからなるサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は下部電極板を構成し、その上に被処理基板であるウエハＷが載置される。
【００２５】
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。直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力によりウエハＷが静電チャック１８に吸着保持される。
【００２６】
静電チャック１８の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるためのフォーカスリング２４が配置されている。フォーカスリング２４は、例えば導電性のシリコンからなる。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。
【００２７】
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から配管３０ａ、３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、これによってサセプタ１６上のエウハＷの処理温度が制御される。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。
【００２８】
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及び下部電極１６間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極３４は、絶縁性遮蔽部材４２を介してチャンバ１０の上部に支持されており、サセプタ１６との対向面を構成し、かつ多数の吐出孔３７を有する電極板３６と、電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料からなる水冷構造の電極支持体３８とで構成されている。電極板３６は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体であることが好ましく、例えばシリコン又はＳｉＣで構成される。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、ガス拡散室４０からは吐出孔３７に連通する多数のガス流通孔４１が下方に延びている。
【００２９】
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が設けられており、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からエッチング用の処理ガスとして、例えばＣ４Ｆ８ガスが払い出され、ガス供給管６４を経てガス拡散室４０に至り、ガス流通孔４１及びガス吐出孔３７を介してプラズマ生成空間に吐出される。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。
【００３０】
上部電極３４には、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、ローパスフィルタ４６ａを介して上部電極３４に接続されており、オン・オフスイッチ５２により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５０及びオン・オフスイッチ５２はコントローラ５１によって制御される。
【００３１】
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。
【００３２】
下部電極であるサセプタ１６には、第１の整合器８９を介して第１の高周波電源４８が電気的に接続されている。第１の高周波電源４８は、例えば６０ＭＨｚの高周波を出力する。サセプタ１６には、また、第２の整合器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２の高周波電源９０からサセプタ１６に高周波電力が印加されることにより、ウエハＷにバイアス電力が印加され、ウエハＷにイオンが引き込まれる。第２の高周波電源９０は、例えば２ＭＨｚの高周波電力を出力する。第１の高周波電源４８、第１の整合器８９、第２の高周波電源９０及び第２の整合器８８は、それぞれＲＦ制御器９５に接続されている。
【００３３】
ＲＦ制御器９５は、第２の高周波電源９０からの高周波電力が、ウエハＷの処理対象膜にデポが堆積する第１のパワー（Ｌｏｗパワー）と、ウエハＷの処理対象膜のエッチングが進行する第２のパワー（Ｈｉパワー）との間で所定周期で変調するようにパワー制御を行う。ＲＦ制御器９５は、また、第１の高周波電源４８、第１の整合器８９及び第２の整合器８８を制御する。
【００３４】
本実施の形態の場合、第２の高周波電源９０は、高周波電力が所定周期で変調されるパワー変調モードで動作するため、このパワー変調モードの際に、ＲＦ制御器９５が、第２の整合器８８における整合動作を高周波電力の変調に同期させて切り換えるように制御する。
【００３５】
チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられており、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。チャンバ１０の側壁にはウエハＷの搬入出口８５が設けられており、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。チャンバ１０の底部側壁と内部部材２６との間には、排気プレート８３が設けられている。
【００３６】
プラズマエッチング装置の各構成部材は、制御部１００に接続されて制御される構成となっている。また、制御部１００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ユーザーインターフェース１０１が接続されている。さらに、制御部１００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１００の制御によっ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が格納された記憶部１０２が接続されている。そして、必要に応じてユーザーインターフェース１０１からの指示によって任意のレシピを記憶部１０２から呼び出して制御部１００に実行させることで、制御部１００の制御下、プラズマエッチング装置で所望の処理が行われる。
【００３７】
以下、このような構成のプラズマエッチング装置を用いた被処理基板であるウエハＷのエッチング方法について説明する。
【００３８】
図２は、図１のプラズマエッチング装置においてプラズマ処理が施されるウエハＷの構成を概略的に示す断面図である。
【００３９】
図２において、ウエハＷは、下地層２０１と、該下地層２０１上に形成された銅膜２０２と、該銅膜２０２上に積層されたＬｏｗ−ｋ膜２０３と、該Ｌｏｗ−ｋ膜２０３上に積層されたフォトレジスト膜２０４とから主として構成されている。
【００４０】
このような構成のウエハＷにおいて、フォトレジスト膜２０４をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜２０３に開口面積の小さいビアホール２０５と、開口面積の大きいガードリング（ＧＲ）２０６をエッチングする際、マイクロローディング効果により、開口面積の小さいビアホール２０５にはラジカルが入りにくくエッチング速度が遅くなる。一方、開口面積の大きいＧＲ２０６ではエッチング速度が速くなる傾向がある。
【００４１】
そこで、本実施の形態においては、プラズマエッチング装置におけるバイアス用の高周波電力を、Ｌｏｗ−ｋ膜２０３又はその上のフォトレジスト膜２０４にデポが堆積する第１のパワー（Ｌｏｗパワー）と、Ｌｏｗ−ｋ膜２０３をエッチングする第２のパワー（Ｈｉパワー）との間で所定周期で変調すると共に、バイアス用高周波電力を変調する際のデューティー比（第２のパワー時間／１周期全体の時間（第１のパワー時間＋第２のパワー時間））を、例えば２５〜８０％、好ましくは２５〜５０％に制御し、これによって、ビアホール２０５のＥＲに対するＧＲ２０６のＥＲの比であるローディング値を「１」又はその近傍に調整してビアホール２０５とＧＲ２０６が均等にエッチングされるようにする。
【００４２】
図３は、デポが堆積する第１のパワー（Ｌｏｗパワー）と、エッチングを行う第２のパワー（Ｈｉパワー）との変調を模式的に示した図である。本実施の形態においては、図３のようにバイアス電力をパルス的に変調してウエハＷのＬｏｗ−ｋ膜２０３にエッチングを施す。
【００４３】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマエッチング方法におけるエッチング処理を示すフローチャートである。
【００４４】
ウエハＷをエッチングする際は、まず、図１のプラズマエッチング装置のゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介してＬｏｗ−ｋ膜２０３を有する図２のウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置し、固定する（ステップＳ１）。なお、Ｌｏｗ−ｋ膜２０３におけるＫ値は、２．５である。
【００４５】
次いで、チャンバ１０内の圧力を排気装置８４等によって例えば５０ｍＴｏｏｒ（６．６５Ｐａ）に設定する（ステップＳ２）と共に、ウエハＷの上部温度を例えば６０℃、下部温度を２０℃に設定する（ステップＳ３）。そして、上部電極３４のガス拡散室４０から、処理ガスとして、例えばＣＦ４ガス（２０ｓｃｃｍ）、ＣＨＦ３ガス（４０ｓｃｃｍ）、Ａｒガス（１０００ｓｃｃｍ）及びＮ２ガス（１５０ｓｃｃｍ）を混合した混合ガスをチャンバ１０へ導入する（ステップＳ４）。
【００４６】
そして、チャンバ１０内に処理ガスを導入した状態で、第１の高周波電源４８から励起用の高周波電力をサセプタ１６に印加すると共に、第２の高周波電源９０からからバイアス用の高周波電力をサセプタ１６に印加する。このとき、バイアス用の高周波電力として第１のパワー、例えば１００Ｗと、第２のパワー、例えば２８００Ｗを、デューティー比を例えば５０％、パルスを１５Ｈｚとして印加し（ステップＳ５）、Ｌｏｗ−ｋ膜２０３上にデポが堆積する第１のパワーと、ＣＦ４ガス、ＣＨＦ３ガス、Ａｒガス及びＮ２ガスが処理空間に印加された高周波電力によって励起されたプラズマよってＬｏｗ−ｋ膜２０３がエッチングされる第２のパワーとの間で周期的にバイアス用高周波電力を変調する（ステップＳ６）。これによって、ビアホール（Ｖｉａ）のＥＲとガードリング（ＧＲ）のエッチングレート（ＥＲ）がほぼ等しくなり、Ｌｏｗ−ｋ膜２０３にビアホール２０５とＧＲ２０６を均等に形成して本処理を終了する。
【００４７】
本実施の形態においては、ガードリング（ＧＲ）のエッチングレート（ＥＲ）とビアホール（Ｖｉａ）のＥＲがほぼ等しくなってローディング（ＧＲのＥＲ／ＶｉａのＥＲ）が「１」に近づくので、良好な形状のビアホール２０５及びＧＲ２０６を同時に形成することができる。なお、パワー変調モードは、制御部１００の指令によりＲＦ制御器９５が第２の高周波電源９０を所定の周期で第１モードと第２モードとに切り替えることによって調整される。
【００４８】
本実施の形態によれば、プラズマエッチング装置におけるバイアス用の高周波電力を、Ｌｏｗ−ｋ膜２０３又はその上のフォトレジスト膜２０４にデポが堆積する第１のパワー（例えば１００Ｗ）と、Ｌｏｗ−ｋ膜２０３をエッチングする第２のパワー（例えば２８００Ｗ）との間で変調すると共に、バイアス用高周波電力を変調する際のデューティー比（第２のパワー時間／１周期全体の時間）を、例えば５０％に設定したので、ビアホール２０５のＥＲに対するＧＲ２０６のＥＲの比（ＧＲのＥＲ／ビアのＥＲ）が「１」近傍の値になる。従って、垂直加工形状が良好で、同様のエッチング深さを有するビアホール２０５及びＧＲ２０６を同時に形成することができる。また、次工程におけるマージンが拡がる。
【００４９】
また、本実施の形態によれば、処理ガスとして、ＣＦ４ガス及びＣＨＦ３ガスを含む混合ガスを用いたので、必要以上のデポの堆積によるホール形状、ＧＲ形状の悪化を防止することができる。すなわち、ＣＦ４ガス及びＣＨＦ３ガスを含む混合ガスは、いわゆるデポガスではなく、不必要なデポの堆積を抑制する一方、必要量のデポを堆積させ、デポ量とエッチング量をバランスさせつつ、ビアホール２０５又はＧＲ２０６を形成することができる。従って、ビアホール２０５又はＧＲ２０６の開口部分が拡大されて断面がテーパ状になることもない。なお、従来から汎用されていたＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２系の処理ガスは、デポ堆積量が非常に多く、ビアホール形状におけるＣＤが拡がって、ボトム部分が短くなる等の問題があったが、本実施の形態で適用した混合ガス系では、そのような問題は解消される。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、１周期に対する第２パワーの印加時間であるデューティー比を制御するだけで、ビアホール２０５等のエッチング深さを制御できるので、従来技術で必要であったオーバーエッチング防止用のストップレイヤーを用いる必要がなく、エッチング深さを任意に調整することができる。
【００５１】
本実施の形態において、ビアホール２０５とＧＲ２０６とのＥＲが等しくなる理由としては、以下のように考えられる。
【００５２】
すなわち、開口面積が小さいビアホールと開口面積が大きいＧＲとを同時にエッチングしようとすると、ＧＲのＥＲが大きくなってエッチングデプスも大きくなる。これに対して、（１）デポ量がそれ程大きくなくてエッチングのための必要量のイオンを確保することができる処理ガスを選定し、且つ、（２）バイアス電力としてデポを積極的に堆積させる第１のパワーと、エッチングを積極的に行う第２のパワーとにおけるデューティー比を調整することにより、その相乗作用によって、開口面積の広いＧＲ部分に比較的多くのデポを堆積させつつビアホール部分よりも比較的大きい速度でエッチングすると共に、開口面積が小さいビアホール部分に比較的少ないデポを堆積させながらＧＲ部分よりも比較的小さい速度でエッチングすることができ、これによって、ＧＲ部分におけるデポ量の堆積と選択比の向上によるエッチング速度とがバランスし、且つビアホール部分におけるデポ量の堆積と選択比の向上によるエッチング速度との関係がバランスして、ビアホール部分のＥＲに対するＧＲ部分のＥＲの比が「１」又はその近傍になるものと考える。なお、特に、ＧＲ部分においては、堆積したデポを削りながらエッチングするイメージと考える。
【００５３】
本実施の形態において、処理対象膜は、Ｌｏｗ−ｋ膜であり、Ｌｏｗ−ｋ膜２０３におけるｋ値は、２．２〜２．９であることが好ましい。すなわち、現在知られている大部分のＬｏｗ−ｋ膜を対象とすることができる。
【００５４】
次に、デューティー比を、２５％〜１００％の範囲で変更させた以外は、上記実施の形態と同様の条件で同様に処理し、デューティー比に対応するローディング値を求めた。結果を図５に示す。
【００５５】
図５は、第１の実施の形態におけるデューティー比とローディング値との関係を示す図である。
【００５６】
図５において、デューティー比が４５乃至５０％以下のときローディング値が「１」以下になっており、ＧＲよりもビアホールのエッチングレートが大きくなることが分かる。また、デューティー比の増加に伴ってローディング値は大きくなるが、デューティー比が約８０％以下であれば、ローディング値は概略「１」±１０％の範囲内であり、実用可能条件であると考えられる。但し、ＧＲとビアホールとのＥＲ差を限りなく「０」に近づけるか、又は必要に応じて逆転させ、これによってＧＲとビアホールとのエッチング深さを調整するためには、デューティー比を２５〜５０％に調整することが好ましい。なお、センター部分とエッジ部分のローディング値に差が認められるが、この差は１０％程度であるので、許容範囲と考える。
【００５７】
本実施の形態における第１パワーと第２パワーの変調パルスは、１０〜３０Ｈｚであることが好ましい。
【００５８】
本実施の形態においては、サセプタ１６に励起用の高周波電力とバイアス用の高周波電力を印加する、いわゆる下部２周波型のプラズマエッチング装置を用いたが、本発明は、サセプタ１６と対向配置された上部電極３４に励起用の高周波電力を印加する、いわゆる上下２周波型のプラズマエッチング装置に適用することもできる。
【００５９】
次に、反応ガスを、Ｃ４Ｆ８ガス（６ｓｃｃｍ）、Ｎ２ガス（３０ｓｃｃｍ）及びＣＯガス（９０ｓｃｃｍ）の混合ガスとした以外は、第１の実施の形態と同様にしてデューティー比とローディング値との関係を求めた。結果を図６に示す。
【００６０】
図６は、本発明の第２の実施の形態におけるデューティー比とローディング値との関係を示す図である。
【００６１】
図６において、デューティー比が５０％以下のときローディング値が「１」以下になっており、ＧＲよりもビアホールのエッチングレートが大きくなることが分かる。また、デューティー比の増加に伴ってローディング値は大きくなるが、デューティー比が約６５％以下であればローディング値が概略「１」±１０％以下となっており、ＧＲとビアホールとのＥＲ差はそれほど大きくないので、実用可能な条件と考えられる。但し、ＧＲとビアホールとのＥＲ差を限りなく「０」に近づけるか、又は逆転させ流必要がある場合は、デューティー比を５０％以下にすることが好ましい。
【００６２】
Ｃ４Ｆ８ガス、Ｎ２ガス及びＣＯガスの混合ガスは、いわゆるデポガスではなく、不必要なデポの堆積を抑制する一方、必要量のデポを堆積させてデポ量とエッチング量をバランスさせつつ、ビアホール又はＧＲを形成することができる。従って、ビアホール形状、ＧＲ形状に歪み等がなく良好なものとなる。また、ビアホール等のＣＤが必要以上に拡大することもない。
【００６３】
上述した各実施の形態において、プラズマ処理が施される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等を含むＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。
【００６４】
また、本発明の目的は、上述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。
【００６５】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００６６】
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。
【００６７】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した各実施の形態の機能が実現されるだけではなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００６８】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その拡張機能を拡張ボードや拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
１０ チャンバ
１６ サセプタ
１８ 静電チャック
４８ 第１の高周波電源
６６ 処理ガス供給源
９０ 第２の高周波電源
２０１ 下地層
２０３ Ｌｏｗ−ｋ膜
２０４ フォトレジスト膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気可能な処理容器と、
該処理容器内に設けられた第１電極と、
前記第１電極に対向配置された被処理基板を載置する第２電極と、
前記第１電極又は前記第２電極に励起用の第１の高周波電力を印加する第１の高周波電源と、
前記第２電極にバイアス用の第２の高周波電力を印加する第２の高周波電源と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給源とを有するプラズマエッチング装置を用い、前記第１電極及び前記第２電極間に前記処理ガスのプラズマを生成して被処理基板の処理対象膜をエッチングするプラズマエッチング方法において、
前記第２の高周波電力を、前記被処理基板の処理対象膜にデポが堆積する第１のパワーと、前記被処理基板の前記処理対象膜をエッチングする第２のパワーとの間で変調すると共に、前記第２の高周波電力を変調する際のデューティー比（第２のパワー時間／１周期全体の時間）を２５〜８０％とすることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
前記デューティー比を２５〜５０％とすることを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
前記処理対象膜は、Ｋ値が２．２乃至２．９のＬｏｗ−ｋ膜であることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記処理ガスは、ＣＦ４ガス及びＣＨＦ３ガスを含む混合ガスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記処理ガスは、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＯガスを含む混合ガスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１】
真空排気可能な処理容器と、
該処理容器内に設けられた第１電極と、
前記第１電極に対向配置された被処理基板を載置する第２電極と、
前記第１電極又は前記第２電極に励起用の第１の高周波電力を印加する第１の高周波電源と、
前記第２電極にバイアス用の第２の高周波電力を印加する第２の高周波電源と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給源とを有するプラズマエッチング装置を用い、前記第１電極及び前記第２電極間に前記処理ガスのプラズマを生成して被処理基板の処理対象膜をエッチングするプラズマエッチング方法において、
前記第２の高周波電力を、前記被処理基板の処理対象膜にデポが堆積する第１のパワーと、前記被処理基板の前記処理対象膜をエッチングする第２のパワーとの間で変調すると共に、前記第２の高周波電力を変調する際のデューティー比（第２のパワー時間／１周期全体の時間）を２５〜８０％とすることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
前記デューティー比を２５〜５０％とすることを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
前記処理対象膜は、Ｋ値が２．２乃至２．９のＬｏｗ−ｋ膜であることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記処理ガスは、ＣＦ４ガス及びＣＨＦ３ガスを含む混合ガスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記処理ガスは、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＯガスを含む混合ガスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１６１１５６（Ｐ２０１０−１６１１５６Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６８９（Ｐ２００９−１６８９）
【出願日】平成２１年１月７日（２００９．１．７）
【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２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月７日（２００９．１．７）
【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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