基板処理方法
【課題】正イオンによるエッチング効率を低下させることなく、負イオンを有効利用して全体としてのエッチング効率を高めることができる基板処理方法を提供する。
【解決手段】プラズマＲＦ及びバイアスＲＦをそれぞれパルス波として印加し、プラズマＲＦ及びバイアスＲＦを共に印加してプラズマ中の正イオンによって基板にエッチング処理を施す正イオンエッチングステップ３ｂと、プラズマＲＦ及びバイアスＲＦの印加を共に停止して処理室内で負イオンを発生させる負イオン生成ステップ３ｃと、プラズマＲＦの印加を停止し、バイアスＲＦを印加して負イオンを基板に引き込む負イオン引き込みステップ３ａとを順次繰り返し、バイアスＲＦのデューティー比をプラズマＲＦのデューティー比よりも大きくする。
【解決手段】プラズマＲＦ及びバイアスＲＦをそれぞれパルス波として印加し、プラズマＲＦ及びバイアスＲＦを共に印加してプラズマ中の正イオンによって基板にエッチング処理を施す正イオンエッチングステップ３ｂと、プラズマＲＦ及びバイアスＲＦの印加を共に停止して処理室内で負イオンを発生させる負イオン生成ステップ３ｃと、プラズマＲＦの印加を停止し、バイアスＲＦを印加して負イオンを基板に引き込む負イオン引き込みステップ３ａとを順次繰り返し、バイアスＲＦのデューティー比をプラズマＲＦのデューティー比よりも大きくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ生成用の高周波電力及びバイアス用の高周波電力をパルス波状に印加させてプラズマを生成し、該プラズマを用いて基板に所定のエッチング処理を施す基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハをはじめとする基板に対して配線加工等を施す際には、基板に対して微細な加工処理を施す必要があり、プラズマを利用した基板処理方法が広く適用されている。
【０００３】
このような基板処理方法においては、反応性イオンエッチング（Reaction Ion Etching）処理における加工形状の精緻化等の要求に応えるべく、プラズマをパルス波状に発生させる技術が適用されている。プラズマをパルス波状に発生させることにより、プラズマ生成ガスの解離を適切に制御することができ、もって、オーバーエッチングを抑制し、微細な加工を実現することができる。
【０００４】
また、近年、プラズマ生成用の高周波電力（以下、「ソースＲＦ」という。）をパルス波状に印加してプラズマをパルス波状に発生させる技術と、バイアス用の高周波電力（以下、「バイアスＲＦ」という。）をパルス波状に印加してプラズマ中の正イオンの引き込みをパルス波状に制御する技術を組み合わせた同期パルス制御が提案されるようになった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３１１８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、反応性イオンエッチング処理においては、プラズマ中の正イオンが半導体ウエハに引き込まれることに伴い、図７に示したように、対象膜７０に形成されるホール７１の底部に正イオン７２が滞留し、該滞留した正イオン７２によって続く正イオン７３がホール７１の底部に到達するのを電気的に阻害し、ホール７１の中において続く正イオン７３の進路を変更させることがあり、これによって、ホール７１が歪み、結果として正イオンによるエッチング効率が低下するという問題があった。
【０００７】
一方、同期パルス制御方式のプラズマエッチングにおいては、ソースＲＦの印加を停止（ＯＦＦ）した後、しばらくして、プラズマ中のエネルギーを失った失活電子が中性な分子や原子又はラジカルに付着することによって負イオンが生成することが知られている。そこで、ホール７１の底部に滞留した正イオンを電気的に中和するために、負イオンを利用してエッチング効率を高めることが検討されている。
【０００８】
本発明の目的は、正イオンによるエッチング効率を低下させることなく、負イオンを有効利用し且つ全体としてのエッチング効率を高めることができる基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理方法は、内部にプラズマが生じる処理室と、該処理室内に配置され基板を載置する載置台と、該載置台に対向配置された電極と、を備える基板処理装置の、前記処理室内にプラズマ生成用の高周波電力を印加し、前記載置台に前記プラズマ生成用の高周波電力よりも周波数が低いバイアス用の高周波電力を印加して前記基板にプラズマエッチング処理を施す基板処理方法であって、前記プラズマ生成用の高周波電力及び前記バイアス用の高周波電力をそれぞれパルス波として印加し、前記プラズマ生成用の高周波電力及び前記バイアス用の高周波電力を共に印加して前記プラズマ中の正イオンによって前記基板にエッチング処理を施す正イオンエッチングステップと、前記プラズマ生成用の高周波電力及び前記バイアス用の高周波電力の印加を共に停止して前記処理室内で負イオンを発生させる負イオン生成ステップと、前記プラズマ生成用の高周波電力の印加を停止し、前記バイアス用の高周波電力を印加して前記負イオンを前記基板に引き込む負イオン引き込みステップと、を有し、前記バイアス用の高周波電力のデューティー比を前記プラズマ生成用の高周波電力のデューティー比よりも大きくすることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の基板処理方法は、請求項１記載の基板処理方法において、前記バイアス用の高周波電力のデューティー比は０．７〜０．８、前記プラズマ生成用の高周波電力のデューティー比は０．５〜０．６であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の基板処理方法は、請求項１又は２記載の基板処理方法において、前記正イオンエッチングステップを前記パルス波の１／２周期以上に亘って継続することを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の基板処理方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記負イオン生成ステップを前記パルス波の１／４周期以上に亘って継続することを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の基板処理方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記負イオン生成ステップを１０〜３０μｓｅｃ間に亘って継続することを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の基板処理方法は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記正イオンエッチングステップ、前記負イオン生成ステップ及び前記負イオン引き込みステップを順次繰り返すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、バイアス用の高周波電力のデューティー比がプラズマ生成用の高周波電力のデューティー比よりも大きくされるので、正イオンエッチングステップを充分な時間に亘って実行した上で、負イオン引き込みステップを実行することができる。これにより、正イオンによるエッチング効率を低下させることなく、負イオンを有効利用し且つ全体としてのエッチング効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る基板処理方法が適用される基板処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】パルス制御方式を適用した基板処理方法における各種態様の制御工程を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る基板処理方法における制御工程を示す図である。
【図４】負イオンが生成されるメカニズムを示す説明図である。
【図５】負イオン引き込みステップにおけるバイアス電圧の変化を示すグラフであり、該バイアス電圧を正イオンエッチングステップにおけるバイアス電圧のグラフと比較して示したものである。
【図６】本発明の実施の形態における負イオンの作用を示す説明図である。
【図７】従来の基板処理方法における正イオンのシェーディング効果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る基板処理方法が適用される基板処理装置の概略構成を示す断面図である。この基板処理装置は、基板に所定のプラズマエッチング処理を施すものである。
【００１９】
図１において、基板処理装置１０は、基板としての半導体ウエハＷ（以下、「ウエハ」という。）を収容するチャンバ１１を有し、チャンバ１１内にはウエハＷを載置する円柱状のサセプタ１２が配置されている。チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって側方排気路１３が形成される。側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置されている。
【００２０】
排気プレート１４は多数の貫通孔を有する板状部材であり、チャンバ１１の内部を上部と下部に仕切る仕切板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１内部の上部（以下、「処理室」という。）１５には、後述するようにプラズマが発生する。また、チャンバ１１内部の下部（以下、「排気室（マニホールド）」という。）１６にはチャンバ１１内のガスを排出する排気管１７が接続されている。排気プレート１４は処理室１５に発生するプラズマを捕捉し、又は反射してマニホールド１６への漏洩を防止する。
【００２１】
排気管１７には、ＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（共に図示省略）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして所定圧力まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示省略）によって制御される。
【００２２】
チャンバ１１内のサセプタ１２には第１の高周波電源１８が第１の整合器１９を介して接続され、且つ第２の高周波電源２０が第２の整合器２１を介して接続されており、第１の高周波電源１８は比較的低い周波数、例えば、２ＭＨｚのバイアス用の高周波電力（以下、「バイアスＲＦ」という。）をサセプタ１２に印加し、第２の高周波電源２０は比較的高い高周波、例えば６０ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力（以下、「ソースＲＦ」という。）をサセプタ１２に印加する。これにより、サセプタ１２は電極として機能する。また。第１の整合器１９及び第２の整合器２１は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への印加効率を最大にする。
【００２３】
サセプタ１２の上部には、静電電極板２２を内部に有する静電チャック（ＥＳＣ）２３が配置されている。静電チャック２３は段差を有し、セラミックスで構成されている。
【００２４】
静電電極板２２には直流電源２４が接続されており、静電電極板２２に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２３側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２２及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、この電位差に起因する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は静電チャック２３に吸着保持される。
【００２５】
また、静電チャック２３には、吸着保持されたウエハＷを囲むように、フォーカスリング２５が静電チャック２３の段差における水平部へ載置される。フォーカスリング２５は例えば、Ｓｉや炭化珪素（ＳｉＣ）によって構成される。
【００２６】
サセプタ１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒流路２６が設けられている。冷媒流路２６には、チラーユニット（図示省略）から冷媒用配管２７を介して低温の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）が循環供給される。冷媒によって冷却されたサセプタ１２は静電チャック２３を介してウエハＷ及びフォーカスリング２５を冷却する。
【００２７】
静電チャック２３におけるウエハＷが吸着保持されている部分（以下、「吸着面」という。）には、複数の伝熱ガス供給孔２８が開口している。伝熱ガス供給孔２８は、伝熱ガス供給ライン２９を介して伝熱ガス供給部（図示省略）に接続され、伝熱ガス供給部は伝熱ガスとしてのＨｅ（ヘリウム）ガスを、伝熱ガス供給孔２８を介して吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給する。吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給されたＨｅガスはウエハＷの熱を静電チャック２３に効果的に伝達する。
【００２８】
チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と処理室１５の処理空間Ｓを介して対向するようにシャワーヘッド３０が配置されている。シャワーヘッド３０は、上部電極板３１と、この上部電極板３１を着脱可能に釣支するクーリングプレート３２と、クーリングプレート３２を覆う蓋体３３とを有する。上部電極板３１は厚さ方向に貫通する多数のガス孔３４を有する円板状部材からなり、半導電体であるＳｉやＳｉＣによって構成される。また、クーリングプレート３２の内部にはバッファ室３５が設けられ、バッファ室３５にはガス導入管３６が接続されている。
【００２９】
また、シャワーヘッド３０の上部電極板３１には直流電源３７が接続されており、上部電極板３１へ負の直流電圧が印加される。このとき、上部電極板３１は二次電子を放出して処理室１５内部におけるウエハＷ上において電子密度が低下するのを防止する。放出された二次電子は、ウエハＷ上から側方排気路１３においてサセプタ１２の側面を囲うように設けられた半導電体である炭化珪素（ＳｉＣ）や珪素（Ｓｉ）によって構成される接地電極（グランドリング）３８へ流れる。
【００３０】
このような構成の基板処理装置１０では、処理ガス導入管３６からバッファ室３５へ供給された処理ガスが上部電極板３１のガス孔３４を介して処理室１５内部へ導入され、導入された処理ガスは、第２の高周波電源２０からサセプタ１２を介して処理室１５内部へ印加されたソースＲＦによって励起されてプラズマとなる。プラズマ中の正イオンは、第１の高周波電源１８がサセプタ１２に印加するバイアスＲＦによってウエハＷに向けて引き込まれ、ウエハＷにプラズマエッチング処理を施す。
【００３１】
基板処理装置１０の各構成部材の動作は、基板処理装置１０が備える制御部（図示省略）のＣＰＵがプラズマエッチング処理に対応するプログラムに応じて制御する。
【００３２】
このような基板処理装置を用いたパルス制御方式の基板処理方法として、（１）ソースＲＦのパルス波の位相とバイアスＲＦのパルス波の位相における位相差がない同期パルス制御、（２）バイアスＲＦのパルス波の位相をソースＲＦのパルス波の位相に対して後方にずらしたパルス制御、及び（３）バイアスＲＦのパルス波の位相をソースＲＦのパルス波の位相に対して前方にずらしたパルス制御が考えられる。
【００３３】
図２は、パルス制御方式を適用した基板処理方法における各種態様の制御工程を示す図である。図２（Ａ）は、ソースＲＦのパルス波の位相とバイアスＲＦのパルス波の位相における位相差がない場合を示し、図２（Ｂ）は、バイアスＲＦのパルス波の位相をソースＲＦのパルス波の位相に対して１／４周期後方にずらした場合を示し、図２（Ｃ）は、バイアスＲＦのパルス波の位相をソースＲＦのパルス波の位相に対して１／４周期前方にずらした場合を示す。
【００３４】
図２（Ａ）において、ソースＲＦとバイアスＲＦとのパルス波の位相が同期しており、ソースＲＦとバイアスＲＦが同時にＯＮ、ＯＦＦされている。従って、ソースＲＦがＯＮの場合にバイアスＲＦによって正イオンがウエハＷに引き込まれて正イオンによる高効率エッチングが実行される。この場合、ソースＲＦをＯＦＦした後にしばらくして生成される負イオンは、バイアスＲＦがＯＦＦされているので、プラズマ中に存在するだけで、ウエハＷに引き込まれることはない。したがって、ホールの底部に滞留した正イオンを電気的に中和することができない。
【００３５】
図２（Ｂ）において、バイアスＲＦのパルス波の位相がソースＲＦのパルス波の位相に対して１／４周期だけ後方にずれており、ソースＲＦをＯＮにした後にバイアスＲＦをＯＮにし、次いで、ソースＲＦをＯＦＦにした後にバイアスＲＦをＯＦＦにする制御が繰り返される。この場合、ソースＲＦとバイアスＲＦとが共にＯＮの状態で正イオンによる高効率のエッチングが実行され、ソースＲＦがＯＦＦでバイアスＲＦがＯＮの状態でバイアスＲＦに引き込まれる正イオンによる中効率のエッチングが実行され、ソースＲＦがＯＮで、バイアスＲＦがＯＦＦの状態で、ソースＲＦに起因してサセプタ１２に生じるセルフバイアス電圧で引き込まれる正イオンによる低効率のエッチングが実行される。しかしながら、ソースＲＦがＯＦＦされてしばらく経過した後であって、負イオンが生成される頃にはバイアスＲＦがＯＦＦにされるため、負イオンがウエハＷに引き込まれることがない。したがって、ホールの底部に滞留した正イオンを電気的に中和することができない。さらには、図２（Ａ）の場合よりも正イオンによる高効率のエッチングの時間帯が短くなっているので、エッチング効率は、図２（Ａ）の場合よりも低くなる。
【００３６】
次に、図２（Ｃ）において、バイアスＲＦのパルス波の位相がソースＲＦのパルス波の位相に対して１／４周期だけ前方にずれており、バイアスＲＦをＯＮにした後にプラズマ生成用のＲＦをＯＮにし、次いで、バイアスＲＦをＯＦＦにした後にソースＲＦをＯＦＦにする制御が繰り返される。この場合、ソースＲＦとバイアスＲＦとが共にＯＮの状態で正イオンによる高効率のエッチングが実行され、ソースＲＦがＯＮでバイアスＲＦがＯＦＦの状態で、セルフバイアス電圧によって引き込まれる正イオンによる低効率のエッチングが実行される。また、ソースＲＦがＯＦＦされてしばらく経過した後であって、負イオンが生成される頃には、次のパルス波に対応するバイアスＲＦがＯＮされるので、プラズマ中の負イオンがバイアスＲＦによってウエハに引き込まれる。
【００３７】
すなわち、図２（Ｃ）においては、負イオンによる正イオンの電気的中和を実現できるものの、正イオンによる高効率エッチングの時間帯が図２（Ａ）の場合に比べて短くなっているので、全体としてのエッチング効率は、図２（Ａ）の場合よりも低くなる。
【００３８】
本発明者は、プラズマ中で生成される負イオンに着目し、この負イオンを有効利用して全体のエッチング効率を向上させることを目的として、負イオンの動静とソースＲＦ及びバイアスＲＦのＯＮ、ＯＦＦのタイミング等について鋭意研究した結果、プラズマ生成用の高周波電力及びバイアス用の高周波電力をそれぞれパルス波状に印加し、プラズマ生成用の高周波電力及びバイアス用の高周波電力を共に印加する正イオンエッチングステップと、プラズマ生成用の高周波電力及びバイアス用の高周波電力の印加を共に停止させる負イオン生成ステップと、バイアス用の高周波電力のみを印加して負イオンを基板に引き込む負イオン引き込みステップと、を設け、バイアス用の高周波電力のデューティー比をプラズマ生成用の高周波電力のデューティー比よりも大きくすることによって、負イオンを有効利用しつつ全体のエッチング効率が高められることを見出し、本発明に到達した。
【００３９】
図３は、本発明の実施の形態に係る基板処理方法における制御工程を示す図である。
【００４０】
図３において、ソースＲＦとバイアスＲＦがそれぞれパルス波状に印加されており、ソースＲＦとバイアスＲＦの印加が共に停止（ＯＦＦ）される負イオン発生ステップ３ｃの後流に、バイアスＲＦのみが印加（ＯＮ）される負イオン引き込みステップ３ａが設けられている。また、負イオン引き込みステップ３ａの後流に、ソースＲＦ及びバイアスＲＦが共にＯＮされる正イオンエッチングステップ３ｂが設けられている。負イオン生成ステップ３ｃ、負イオン引き込みステップ３ａ及び正イオンエッチングステップ３ｂは順次繰り返される。
【００４１】
先ず、負イオン生成ステップ３ｃにおける負イオンの生成メカニズムについて、詳細に説明する。
【００４２】
図４は、負イオンが生成されるメカニズムを示す説明図である。なお、図４における下のグラフでは、実線が電子温度（Ｔｅ）を示し、破線が負イオンの密度を示す。
【００４３】
図４において、ソースＲＦがＯＦＦからＯＮに切り替わる（図３の負イオン引き込みステップ３ａから正イオンエッチングステップ３ｂに切り替わる）と、プラズマが発生して処理室内の電子温度（Ｔｅ）が上昇し、電子及び正イオンの密度が高くなり、この電子及び正イオンの密度が高い状態で正イオンによる高効率エッチングが実行される。
【００４４】
プラズマ中には、主として処理ガスから生じた電子、正イオン、及びラジカルが存在するが、正イオンエッチングステップ３ｂが終了し、ソースＲＦがＯＦＦされると、電子はエネルギーを失い、電子温度は低下する。そして、電子温度が低下することによって失活してエネルギーが小さくなった電子は、単独で存在することができずに処理室１５内を浮遊する中性な分子や原子又はラジカルに付着し、これによって、例えばＦ−、ＣＦ−等の負イオンが生成される。このとき、プラズマは、正イオンと負イオンが混在するイオン−イオンプラズマとなる。
【００４５】
分子又はラジカルへの電子の付着は、電子が分子又はラジカルと衝突することによって進行するため、負イオンの生成速度は遅く、負イオンはソースＲＦがＯＦＦされた後、徐々に生成され、増加する。従って、ソースＲＦがＯＦＦされた後、所定の時間、例えば１０〜３０μｓｅｃが経過していないと、バイアスＲＦをＯＮにしてもウエハＷに引き込み可能な負イオンの密度が低いため、正イオンの電気的中和を行うことができない。そこで、本実施の形態では、ソースＲＦがＯＦＦされた後、所定の時間が経過して負イオンの密度が高くなってから次のパルス波に対応するバイアスＲＦをＯＮする。
【００４６】
次に、本実施の形態における特徴部分である負イオン引き込みステップ３ａについて詳細に説明する。
【００４７】
ソースＲＦ及びバイアスＲＦが共にＯＦＦされる負イオン生成ステップが終了した後、プラズマの生成に寄与しないバイアスＲＦのみをＯＮにして負イオン引き込みステップ３ａに移行する。負イオン引き込みステップ３ａでは、ソースＲＦはＯＦＦされているので、ソースＲＦによるセルフバイアス電圧は発生しない。従って、負イオンを引き込むバイアス電圧はバイアスＲＦによるものが支配的になり、その電位は±０のラインを中心にしてプラス側及びマイナス側に振幅を繰り返す。
【００４８】
図５は、負イオン引き込みステップ３ａにおけるバイアス電圧の変化を示すグラフであり、該バイアス電圧を正イオンエッチングステップ３ｂにおけるバイアス電圧のグラフと比較して示したものである。
【００４９】
図５において、ソースＲＦ及びバイアスＲＦを印加してプラズマエッチング処理を実行する場合（図５中、下方のグラフ）は、処理室内の電子温度が高くなって処理室内にプラズマが発生する。従って、発生したプラズマとのバランスをとるためにウエハＷにマイナス電位のバイアス電圧が発生する。このバイアス電圧は、電位がマイナス領域で振幅を繰り返す。
【００５０】
これに対して、負イオン引き込みステップ３ａにおいては、ソースＲＦがＯＦＦされており、電子密度が充分低下してプラズマが薄くなっているので、バイアス電圧の電位は±０のラインまで移動し、該電位は±０のラインを中心にして上下に振幅する（図５中、上方のグラフ）。そして、バイアス電圧の電位がプラス領域に振幅した際にウエハＷの対象膜に負イオンが引き込まれ、マイナス領域に振幅した際にウエハＷの対象膜に正イオンが引き込まれる。
【００５１】
ここで、負イオン引き込みステップ３ａにおいてウエハＷの対象膜に引き込まれた負イオンの作用について説明する。
【００５２】
図６は、本実施の形態における負イオンの作用を示す説明図である。
【００５３】
図６において、ウエハＷの対象膜６０に形成されたホール６１の底部には、正イオンによる正イオンエッチングステップ３ｂにおけるエッチングの結果、正イオン６２が滞留している。この状態で、さらに正イオンによるエッチングを続けると、対象膜６０に取り込まれるべき正イオン６３がホール６１の底部に滞留する正イオン６２と反発するので、エッチングがスムーズに進行しない虞がある。
【００５４】
一方、正イオンエッチングステップ３ｂの前段に、バイアスＲＦのみをＯＮする負イオン引き込みステップ３ａを設け、ウエハＷの対象膜６０に処理室内の負イオン６４を引き込むことによって、ホール６１の底部に滞留する正イオン６２が電気的に中和される。
【００５５】
このように、負イオン６４を利用してウエハＷの対象膜６０におけるプラスチャージを中和することによって、ホール６１に次の正イオン６３が入り易くなるので、正イオンエッチングステップ３ｂにおけるエッチングがスムーズに進行する。
【００５６】
このように、本実施の形態においては、正イオンエッチングステップ３ｂが終了した後、ソースＲＦ及びバイアスＲＦを共にＯＦＦし、プラズマの電子温度（Ｔｅ）を充分低下させ、これによって処理室内で次第に負イオンを生成させる（負イオン生成ステップ３ｃ）。次いで、バイアスＲＦのみをＯＮして処理室１５内で生成した負イオンを対象膜６０に引き込む（負イオン引き込みステップ３ａ）。その後、ソースＲＦをＯＮして正イオンによる高効率エッチングを実行し（正イオンエッチングステップ３ｂ）、以下、負イオン生成ステップ３ｃ、負イオン引き込みステップ３ａ及び正イオンエッチングステップ３ｂを順次繰り返して、ウエハＷの対象膜６０に所定のエッチング処理を施す。
【００５７】
本実施の形態によれば、バイアスＲＦのデューティー比は、例えば０．７〜０．８、好ましくは０．７５に設定され、ソースＲＦのデューティー比は、例えば０．５〜０．６、好ましくは０．５に設定される。バイアスＲＦのデューティー比をソースＲＦのデューティー比よりも大きくすることによって、負イオンを引き込んでホール底部のプラスチャージを中和した後、正イオンエッチングステップにおけるエッチング時間を充分確保することができ、これによって全体としてのエッチング効率を高めることができる。この場合、ソースＲＦ及びバイアスＲＦにおけるパルス波の周波数は、同じであり、例えば、１ｋＨｚ〜２０ｋＨｚにコントロールされる。
【００５８】
本実施の形態において、正イオンエッチングステップ３ｂは、パルス波の１／２周期以上に亘って継続されることが好ましい。これによって、正イオンエッチングステップの期間を充分確保して全体のエッチング効率を高めることができる。
【００５９】
本実施の形態において、負イオン生成ステップ３ｃは、パルス波の１／４周期以上に亘って継続されることが好ましい。これによって、負イオンを確実に生成させ、その後の負イオン引き込みステップ３ａにおいて、負イオンを効率よくウエハＷの対象膜に引き込むことができる。
【００６０】
本実施の形態において、処理室１５内の電子温度が充分に下がり、負イオンが充分に生成されるまでの時間は、例えば１０〜３０μｓｅｃ間である。従って、負イオン生成ステップ３ｃとして、１０〜３０μｓｅｃ間を確保することが好ましい。すなわち、ソースＲＦ及びバイアスＲＦが共にＯＦＦされて正イオンエッチングステップ３ｂが終了した後、１０〜３０μｓｅｃ間の負イオン生成ステップ３ｃを確保、継続し、その後、バイアスＲＦをＯＮにして負イオン引き込みステップ３ａに移行することが好ましい。これによって、負イオンの生成時間を充分に確保することができ、その後の負イオン引き込みステップ３ａにおいて、負イオンを効率よくウエハＷの対象膜６０のホール６１内に引き込んで、滞留する正イオン６２を中和することができる。
【００６１】
この場合、バイアスＲＦの周波数は、プラズマを生成しない周波数、例えば４ＭＨｚ以下であることが好ましい。これによって、負イオンをバイアス周波数の変動に追従させることができ、もって、負イオンの引き込み効率を向上させることができる。なお、負イオン生成ステップ３ｃは、処理室内のプラズマが薄くなって電子温度が低下し、セルフバイアス電圧がマイナス領域から±０のライン近傍まで移行する程度まで、正イオンの量が減少するのに必要な時間と考えることができる。
【００６２】
本実施の形態において、基板処理装置として下部ＲＦ２周波の装置を用いたが、本発明は、下部ＲＦ２周波の装置に限らず、上下ＲＦ２周波の装置においても実行することができる。
【００６３】
以上、本発明について、実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００６４】
また、上述した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）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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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】
【００７０】
１０ 基板処理装置
１１ 処理室
１２ サセプタ
３０ シャワーヘッド
６０ 対象膜
６１ ホール
６２ 正イオン
６３ 正イオン
６４ 負イオン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ生成用の高周波電力及びバイアス用の高周波電力をパルス波状に印加させてプラズマを生成し、該プラズマを用いて基板に所定のエッチング処理を施す基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハをはじめとする基板に対して配線加工等を施す際には、基板に対して微細な加工処理を施す必要があり、プラズマを利用した基板処理方法が広く適用されている。
【０００３】
このような基板処理方法においては、反応性イオンエッチング（Reaction Ion Etching）処理における加工形状の精緻化等の要求に応えるべく、プラズマをパルス波状に発生させる技術が適用されている。プラズマをパルス波状に発生させることにより、プラズマ生成ガスの解離を適切に制御することができ、もって、オーバーエッチングを抑制し、微細な加工を実現することができる。
【０００４】
また、近年、プラズマ生成用の高周波電力（以下、「ソースＲＦ」という。）をパルス波状に印加してプラズマをパルス波状に発生させる技術と、バイアス用の高周波電力（以下、「バイアスＲＦ」という。）をパルス波状に印加してプラズマ中の正イオンの引き込みをパルス波状に制御する技術を組み合わせた同期パルス制御が提案されるようになった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３１１８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、反応性イオンエッチング処理においては、プラズマ中の正イオンが半導体ウエハに引き込まれることに伴い、図７に示したように、対象膜７０に形成されるホール７１の底部に正イオン７２が滞留し、該滞留した正イオン７２によって続く正イオン７３がホール７１の底部に到達するのを電気的に阻害し、ホール７１の中において続く正イオン７３の進路を変更させることがあり、これによって、ホール７１が歪み、結果として正イオンによるエッチング効率が低下するという問題があった。
【０００７】
一方、同期パルス制御方式のプラズマエッチングにおいては、ソースＲＦの印加を停止（ＯＦＦ）した後、しばらくして、プラズマ中のエネルギーを失った失活電子が中性な分子や原子又はラジカルに付着することによって負イオンが生成することが知られている。そこで、ホール７１の底部に滞留した正イオンを電気的に中和するために、負イオンを利用してエッチング効率を高めることが検討されている。
【０００８】
本発明の目的は、正イオンによるエッチング効率を低下させることなく、負イオンを有効利用し且つ全体としてのエッチング効率を高めることができる基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理方法は、内部にプラズマが生じる処理室と、該処理室内に配置され基板を載置する載置台と、該載置台に対向配置された電極と、を備える基板処理装置の、前記処理室内にプラズマ生成用の高周波電力を印加し、前記載置台に前記プラズマ生成用の高周波電力よりも周波数が低いバイアス用の高周波電力を印加して前記基板にプラズマエッチング処理を施す基板処理方法であって、前記プラズマ生成用の高周波電力及び前記バイアス用の高周波電力をそれぞれパルス波として印加し、前記プラズマ生成用の高周波電力及び前記バイアス用の高周波電力を共に印加して前記プラズマ中の正イオンによって前記基板にエッチング処理を施す正イオンエッチングステップと、前記プラズマ生成用の高周波電力及び前記バイアス用の高周波電力の印加を共に停止して前記処理室内で負イオンを発生させる負イオン生成ステップと、前記プラズマ生成用の高周波電力の印加を停止し、前記バイアス用の高周波電力を印加して前記負イオンを前記基板に引き込む負イオン引き込みステップと、を有し、前記バイアス用の高周波電力のデューティー比を前記プラズマ生成用の高周波電力のデューティー比よりも大きくすることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の基板処理方法は、請求項１記載の基板処理方法において、前記バイアス用の高周波電力のデューティー比は０．７〜０．８、前記プラズマ生成用の高周波電力のデューティー比は０．５〜０．６であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の基板処理方法は、請求項１又は２記載の基板処理方法において、前記正イオンエッチングステップを前記パルス波の１／２周期以上に亘って継続することを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の基板処理方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記負イオン生成ステップを前記パルス波の１／４周期以上に亘って継続することを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の基板処理方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記負イオン生成ステップを１０〜３０μｓｅｃ間に亘って継続することを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の基板処理方法は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記正イオンエッチングステップ、前記負イオン生成ステップ及び前記負イオン引き込みステップを順次繰り返すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、バイアス用の高周波電力のデューティー比がプラズマ生成用の高周波電力のデューティー比よりも大きくされるので、正イオンエッチングステップを充分な時間に亘って実行した上で、負イオン引き込みステップを実行することができる。これにより、正イオンによるエッチング効率を低下させることなく、負イオンを有効利用し且つ全体としてのエッチング効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る基板処理方法が適用される基板処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】パルス制御方式を適用した基板処理方法における各種態様の制御工程を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る基板処理方法における制御工程を示す図である。
【図４】負イオンが生成されるメカニズムを示す説明図である。
【図５】負イオン引き込みステップにおけるバイアス電圧の変化を示すグラフであり、該バイアス電圧を正イオンエッチングステップにおけるバイアス電圧のグラフと比較して示したものである。
【図６】本発明の実施の形態における負イオンの作用を示す説明図である。
【図７】従来の基板処理方法における正イオンのシェーディング効果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る基板処理方法が適用される基板処理装置の概略構成を示す断面図である。この基板処理装置は、基板に所定のプラズマエッチング処理を施すものである。
【００１９】
図１において、基板処理装置１０は、基板としての半導体ウエハＷ（以下、「ウエハ」という。）を収容するチャンバ１１を有し、チャンバ１１内にはウエハＷを載置する円柱状のサセプタ１２が配置されている。チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって側方排気路１３が形成される。側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置されている。
【００２０】
排気プレート１４は多数の貫通孔を有する板状部材であり、チャンバ１１の内部を上部と下部に仕切る仕切板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１内部の上部（以下、「処理室」という。）１５には、後述するようにプラズマが発生する。また、チャンバ１１内部の下部（以下、「排気室（マニホールド）」という。）１６にはチャンバ１１内のガスを排出する排気管１７が接続されている。排気プレート１４は処理室１５に発生するプラズマを捕捉し、又は反射してマニホールド１６への漏洩を防止する。
【００２１】
排気管１７には、ＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（共に図示省略）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして所定圧力まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示省略）によって制御される。
【００２２】
チャンバ１１内のサセプタ１２には第１の高周波電源１８が第１の整合器１９を介して接続され、且つ第２の高周波電源２０が第２の整合器２１を介して接続されており、第１の高周波電源１８は比較的低い周波数、例えば、２ＭＨｚのバイアス用の高周波電力（以下、「バイアスＲＦ」という。）をサセプタ１２に印加し、第２の高周波電源２０は比較的高い高周波、例えば６０ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力（以下、「ソースＲＦ」という。）をサセプタ１２に印加する。これにより、サセプタ１２は電極として機能する。また。第１の整合器１９及び第２の整合器２１は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への印加効率を最大にする。
【００２３】
サセプタ１２の上部には、静電電極板２２を内部に有する静電チャック（ＥＳＣ）２３が配置されている。静電チャック２３は段差を有し、セラミックスで構成されている。
【００２４】
静電電極板２２には直流電源２４が接続されており、静電電極板２２に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２３側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２２及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、この電位差に起因する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は静電チャック２３に吸着保持される。
【００２５】
また、静電チャック２３には、吸着保持されたウエハＷを囲むように、フォーカスリング２５が静電チャック２３の段差における水平部へ載置される。フォーカスリング２５は例えば、Ｓｉや炭化珪素（ＳｉＣ）によって構成される。
【００２６】
サセプタ１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒流路２６が設けられている。冷媒流路２６には、チラーユニット（図示省略）から冷媒用配管２７を介して低温の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）が循環供給される。冷媒によって冷却されたサセプタ１２は静電チャック２３を介してウエハＷ及びフォーカスリング２５を冷却する。
【００２７】
静電チャック２３におけるウエハＷが吸着保持されている部分（以下、「吸着面」という。）には、複数の伝熱ガス供給孔２８が開口している。伝熱ガス供給孔２８は、伝熱ガス供給ライン２９を介して伝熱ガス供給部（図示省略）に接続され、伝熱ガス供給部は伝熱ガスとしてのＨｅ（ヘリウム）ガスを、伝熱ガス供給孔２８を介して吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給する。吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給されたＨｅガスはウエハＷの熱を静電チャック２３に効果的に伝達する。
【００２８】
チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と処理室１５の処理空間Ｓを介して対向するようにシャワーヘッド３０が配置されている。シャワーヘッド３０は、上部電極板３１と、この上部電極板３１を着脱可能に釣支するクーリングプレート３２と、クーリングプレート３２を覆う蓋体３３とを有する。上部電極板３１は厚さ方向に貫通する多数のガス孔３４を有する円板状部材からなり、半導電体であるＳｉやＳｉＣによって構成される。また、クーリングプレート３２の内部にはバッファ室３５が設けられ、バッファ室３５にはガス導入管３６が接続されている。
【００２９】
また、シャワーヘッド３０の上部電極板３１には直流電源３７が接続されており、上部電極板３１へ負の直流電圧が印加される。このとき、上部電極板３１は二次電子を放出して処理室１５内部におけるウエハＷ上において電子密度が低下するのを防止する。放出された二次電子は、ウエハＷ上から側方排気路１３においてサセプタ１２の側面を囲うように設けられた半導電体である炭化珪素（ＳｉＣ）や珪素（Ｓｉ）によって構成される接地電極（グランドリング）３８へ流れる。
【００３０】
このような構成の基板処理装置１０では、処理ガス導入管３６からバッファ室３５へ供給された処理ガスが上部電極板３１のガス孔３４を介して処理室１５内部へ導入され、導入された処理ガスは、第２の高周波電源２０からサセプタ１２を介して処理室１５内部へ印加されたソースＲＦによって励起されてプラズマとなる。プラズマ中の正イオンは、第１の高周波電源１８がサセプタ１２に印加するバイアスＲＦによってウエハＷに向けて引き込まれ、ウエハＷにプラズマエッチング処理を施す。
【００３１】
基板処理装置１０の各構成部材の動作は、基板処理装置１０が備える制御部（図示省略）のＣＰＵがプラズマエッチング処理に対応するプログラムに応じて制御する。
【００３２】
このような基板処理装置を用いたパルス制御方式の基板処理方法として、（１）ソースＲＦのパルス波の位相とバイアスＲＦのパルス波の位相における位相差がない同期パルス制御、（２）バイアスＲＦのパルス波の位相をソースＲＦのパルス波の位相に対して後方にずらしたパルス制御、及び（３）バイアスＲＦのパルス波の位相をソースＲＦのパルス波の位相に対して前方にずらしたパルス制御が考えられる。
【００３３】
図２は、パルス制御方式を適用した基板処理方法における各種態様の制御工程を示す図である。図２（Ａ）は、ソースＲＦのパルス波の位相とバイアスＲＦのパルス波の位相における位相差がない場合を示し、図２（Ｂ）は、バイアスＲＦのパルス波の位相をソースＲＦのパルス波の位相に対して１／４周期後方にずらした場合を示し、図２（Ｃ）は、バイアスＲＦのパルス波の位相をソースＲＦのパルス波の位相に対して１／４周期前方にずらした場合を示す。
【００３４】
図２（Ａ）において、ソースＲＦとバイアスＲＦとのパルス波の位相が同期しており、ソースＲＦとバイアスＲＦが同時にＯＮ、ＯＦＦされている。従って、ソースＲＦがＯＮの場合にバイアスＲＦによって正イオンがウエハＷに引き込まれて正イオンによる高効率エッチングが実行される。この場合、ソースＲＦをＯＦＦした後にしばらくして生成される負イオンは、バイアスＲＦがＯＦＦされているので、プラズマ中に存在するだけで、ウエハＷに引き込まれることはない。したがって、ホールの底部に滞留した正イオンを電気的に中和することができない。
【００３５】
図２（Ｂ）において、バイアスＲＦのパルス波の位相がソースＲＦのパルス波の位相に対して１／４周期だけ後方にずれており、ソースＲＦをＯＮにした後にバイアスＲＦをＯＮにし、次いで、ソースＲＦをＯＦＦにした後にバイアスＲＦをＯＦＦにする制御が繰り返される。この場合、ソースＲＦとバイアスＲＦとが共にＯＮの状態で正イオンによる高効率のエッチングが実行され、ソースＲＦがＯＦＦでバイアスＲＦがＯＮの状態でバイアスＲＦに引き込まれる正イオンによる中効率のエッチングが実行され、ソースＲＦがＯＮで、バイアスＲＦがＯＦＦの状態で、ソースＲＦに起因してサセプタ１２に生じるセルフバイアス電圧で引き込まれる正イオンによる低効率のエッチングが実行される。しかしながら、ソースＲＦがＯＦＦされてしばらく経過した後であって、負イオンが生成される頃にはバイアスＲＦがＯＦＦにされるため、負イオンがウエハＷに引き込まれることがない。したがって、ホールの底部に滞留した正イオンを電気的に中和することができない。さらには、図２（Ａ）の場合よりも正イオンによる高効率のエッチングの時間帯が短くなっているので、エッチング効率は、図２（Ａ）の場合よりも低くなる。
【００３６】
次に、図２（Ｃ）において、バイアスＲＦのパルス波の位相がソースＲＦのパルス波の位相に対して１／４周期だけ前方にずれており、バイアスＲＦをＯＮにした後にプラズマ生成用のＲＦをＯＮにし、次いで、バイアスＲＦをＯＦＦにした後にソースＲＦをＯＦＦにする制御が繰り返される。この場合、ソースＲＦとバイアスＲＦとが共にＯＮの状態で正イオンによる高効率のエッチングが実行され、ソースＲＦがＯＮでバイアスＲＦがＯＦＦの状態で、セルフバイアス電圧によって引き込まれる正イオンによる低効率のエッチングが実行される。また、ソースＲＦがＯＦＦされてしばらく経過した後であって、負イオンが生成される頃には、次のパルス波に対応するバイアスＲＦがＯＮされるので、プラズマ中の負イオンがバイアスＲＦによってウエハに引き込まれる。
【００３７】
すなわち、図２（Ｃ）においては、負イオンによる正イオンの電気的中和を実現できるものの、正イオンによる高効率エッチングの時間帯が図２（Ａ）の場合に比べて短くなっているので、全体としてのエッチング効率は、図２（Ａ）の場合よりも低くなる。
【００３８】
本発明者は、プラズマ中で生成される負イオンに着目し、この負イオンを有効利用して全体のエッチング効率を向上させることを目的として、負イオンの動静とソースＲＦ及びバイアスＲＦのＯＮ、ＯＦＦのタイミング等について鋭意研究した結果、プラズマ生成用の高周波電力及びバイアス用の高周波電力をそれぞれパルス波状に印加し、プラズマ生成用の高周波電力及びバイアス用の高周波電力を共に印加する正イオンエッチングステップと、プラズマ生成用の高周波電力及びバイアス用の高周波電力の印加を共に停止させる負イオン生成ステップと、バイアス用の高周波電力のみを印加して負イオンを基板に引き込む負イオン引き込みステップと、を設け、バイアス用の高周波電力のデューティー比をプラズマ生成用の高周波電力のデューティー比よりも大きくすることによって、負イオンを有効利用しつつ全体のエッチング効率が高められることを見出し、本発明に到達した。
【００３９】
図３は、本発明の実施の形態に係る基板処理方法における制御工程を示す図である。
【００４０】
図３において、ソースＲＦとバイアスＲＦがそれぞれパルス波状に印加されており、ソースＲＦとバイアスＲＦの印加が共に停止（ＯＦＦ）される負イオン発生ステップ３ｃの後流に、バイアスＲＦのみが印加（ＯＮ）される負イオン引き込みステップ３ａが設けられている。また、負イオン引き込みステップ３ａの後流に、ソースＲＦ及びバイアスＲＦが共にＯＮされる正イオンエッチングステップ３ｂが設けられている。負イオン生成ステップ３ｃ、負イオン引き込みステップ３ａ及び正イオンエッチングステップ３ｂは順次繰り返される。
【００４１】
先ず、負イオン生成ステップ３ｃにおける負イオンの生成メカニズムについて、詳細に説明する。
【００４２】
図４は、負イオンが生成されるメカニズムを示す説明図である。なお、図４における下のグラフでは、実線が電子温度（Ｔｅ）を示し、破線が負イオンの密度を示す。
【００４３】
図４において、ソースＲＦがＯＦＦからＯＮに切り替わる（図３の負イオン引き込みステップ３ａから正イオンエッチングステップ３ｂに切り替わる）と、プラズマが発生して処理室内の電子温度（Ｔｅ）が上昇し、電子及び正イオンの密度が高くなり、この電子及び正イオンの密度が高い状態で正イオンによる高効率エッチングが実行される。
【００４４】
プラズマ中には、主として処理ガスから生じた電子、正イオン、及びラジカルが存在するが、正イオンエッチングステップ３ｂが終了し、ソースＲＦがＯＦＦされると、電子はエネルギーを失い、電子温度は低下する。そして、電子温度が低下することによって失活してエネルギーが小さくなった電子は、単独で存在することができずに処理室１５内を浮遊する中性な分子や原子又はラジカルに付着し、これによって、例えばＦ−、ＣＦ−等の負イオンが生成される。このとき、プラズマは、正イオンと負イオンが混在するイオン−イオンプラズマとなる。
【００４５】
分子又はラジカルへの電子の付着は、電子が分子又はラジカルと衝突することによって進行するため、負イオンの生成速度は遅く、負イオンはソースＲＦがＯＦＦされた後、徐々に生成され、増加する。従って、ソースＲＦがＯＦＦされた後、所定の時間、例えば１０〜３０μｓｅｃが経過していないと、バイアスＲＦをＯＮにしてもウエハＷに引き込み可能な負イオンの密度が低いため、正イオンの電気的中和を行うことができない。そこで、本実施の形態では、ソースＲＦがＯＦＦされた後、所定の時間が経過して負イオンの密度が高くなってから次のパルス波に対応するバイアスＲＦをＯＮする。
【００４６】
次に、本実施の形態における特徴部分である負イオン引き込みステップ３ａについて詳細に説明する。
【００４７】
ソースＲＦ及びバイアスＲＦが共にＯＦＦされる負イオン生成ステップが終了した後、プラズマの生成に寄与しないバイアスＲＦのみをＯＮにして負イオン引き込みステップ３ａに移行する。負イオン引き込みステップ３ａでは、ソースＲＦはＯＦＦされているので、ソースＲＦによるセルフバイアス電圧は発生しない。従って、負イオンを引き込むバイアス電圧はバイアスＲＦによるものが支配的になり、その電位は±０のラインを中心にしてプラス側及びマイナス側に振幅を繰り返す。
【００４８】
図５は、負イオン引き込みステップ３ａにおけるバイアス電圧の変化を示すグラフであり、該バイアス電圧を正イオンエッチングステップ３ｂにおけるバイアス電圧のグラフと比較して示したものである。
【００４９】
図５において、ソースＲＦ及びバイアスＲＦを印加してプラズマエッチング処理を実行する場合（図５中、下方のグラフ）は、処理室内の電子温度が高くなって処理室内にプラズマが発生する。従って、発生したプラズマとのバランスをとるためにウエハＷにマイナス電位のバイアス電圧が発生する。このバイアス電圧は、電位がマイナス領域で振幅を繰り返す。
【００５０】
これに対して、負イオン引き込みステップ３ａにおいては、ソースＲＦがＯＦＦされており、電子密度が充分低下してプラズマが薄くなっているので、バイアス電圧の電位は±０のラインまで移動し、該電位は±０のラインを中心にして上下に振幅する（図５中、上方のグラフ）。そして、バイアス電圧の電位がプラス領域に振幅した際にウエハＷの対象膜に負イオンが引き込まれ、マイナス領域に振幅した際にウエハＷの対象膜に正イオンが引き込まれる。
【００５１】
ここで、負イオン引き込みステップ３ａにおいてウエハＷの対象膜に引き込まれた負イオンの作用について説明する。
【００５２】
図６は、本実施の形態における負イオンの作用を示す説明図である。
【００５３】
図６において、ウエハＷの対象膜６０に形成されたホール６１の底部には、正イオンによる正イオンエッチングステップ３ｂにおけるエッチングの結果、正イオン６２が滞留している。この状態で、さらに正イオンによるエッチングを続けると、対象膜６０に取り込まれるべき正イオン６３がホール６１の底部に滞留する正イオン６２と反発するので、エッチングがスムーズに進行しない虞がある。
【００５４】
一方、正イオンエッチングステップ３ｂの前段に、バイアスＲＦのみをＯＮする負イオン引き込みステップ３ａを設け、ウエハＷの対象膜６０に処理室内の負イオン６４を引き込むことによって、ホール６１の底部に滞留する正イオン６２が電気的に中和される。
【００５５】
このように、負イオン６４を利用してウエハＷの対象膜６０におけるプラスチャージを中和することによって、ホール６１に次の正イオン６３が入り易くなるので、正イオンエッチングステップ３ｂにおけるエッチングがスムーズに進行する。
【００５６】
このように、本実施の形態においては、正イオンエッチングステップ３ｂが終了した後、ソースＲＦ及びバイアスＲＦを共にＯＦＦし、プラズマの電子温度（Ｔｅ）を充分低下させ、これによって処理室内で次第に負イオンを生成させる（負イオン生成ステップ３ｃ）。次いで、バイアスＲＦのみをＯＮして処理室１５内で生成した負イオンを対象膜６０に引き込む（負イオン引き込みステップ３ａ）。その後、ソースＲＦをＯＮして正イオンによる高効率エッチングを実行し（正イオンエッチングステップ３ｂ）、以下、負イオン生成ステップ３ｃ、負イオン引き込みステップ３ａ及び正イオンエッチングステップ３ｂを順次繰り返して、ウエハＷの対象膜６０に所定のエッチング処理を施す。
【００５７】
本実施の形態によれば、バイアスＲＦのデューティー比は、例えば０．７〜０．８、好ましくは０．７５に設定され、ソースＲＦのデューティー比は、例えば０．５〜０．６、好ましくは０．５に設定される。バイアスＲＦのデューティー比をソースＲＦのデューティー比よりも大きくすることによって、負イオンを引き込んでホール底部のプラスチャージを中和した後、正イオンエッチングステップにおけるエッチング時間を充分確保することができ、これによって全体としてのエッチング効率を高めることができる。この場合、ソースＲＦ及びバイアスＲＦにおけるパルス波の周波数は、同じであり、例えば、１ｋＨｚ〜２０ｋＨｚにコントロールされる。
【００５８】
本実施の形態において、正イオンエッチングステップ３ｂは、パルス波の１／２周期以上に亘って継続されることが好ましい。これによって、正イオンエッチングステップの期間を充分確保して全体のエッチング効率を高めることができる。
【００５９】
本実施の形態において、負イオン生成ステップ３ｃは、パルス波の１／４周期以上に亘って継続されることが好ましい。これによって、負イオンを確実に生成させ、その後の負イオン引き込みステップ３ａにおいて、負イオンを効率よくウエハＷの対象膜に引き込むことができる。
【００６０】
本実施の形態において、処理室１５内の電子温度が充分に下がり、負イオンが充分に生成されるまでの時間は、例えば１０〜３０μｓｅｃ間である。従って、負イオン生成ステップ３ｃとして、１０〜３０μｓｅｃ間を確保することが好ましい。すなわち、ソースＲＦ及びバイアスＲＦが共にＯＦＦされて正イオンエッチングステップ３ｂが終了した後、１０〜３０μｓｅｃ間の負イオン生成ステップ３ｃを確保、継続し、その後、バイアスＲＦをＯＮにして負イオン引き込みステップ３ａに移行することが好ましい。これによって、負イオンの生成時間を充分に確保することができ、その後の負イオン引き込みステップ３ａにおいて、負イオンを効率よくウエハＷの対象膜６０のホール６１内に引き込んで、滞留する正イオン６２を中和することができる。
【００６１】
この場合、バイアスＲＦの周波数は、プラズマを生成しない周波数、例えば４ＭＨｚ以下であることが好ましい。これによって、負イオンをバイアス周波数の変動に追従させることができ、もって、負イオンの引き込み効率を向上させることができる。なお、負イオン生成ステップ３ｃは、処理室内のプラズマが薄くなって電子温度が低下し、セルフバイアス電圧がマイナス領域から±０のライン近傍まで移行する程度まで、正イオンの量が減少するのに必要な時間と考えることができる。
【００６２】
本実施の形態において、基板処理装置として下部ＲＦ２周波の装置を用いたが、本発明は、下部ＲＦ２周波の装置に限らず、上下ＲＦ２周波の装置においても実行することができる。
【００６３】
以上、本発明について、実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００６４】
また、上述した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）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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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】
【００７０】
１０ 基板処理装置
１１ 処理室
１２ サセプタ
３０ シャワーヘッド
６０ 対象膜
６１ ホール
６２ 正イオン
６３ 正イオン
６４ 負イオン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にプラズマが生じる処理室と、該処理室内に配置され基板を載置する載置台と、該載置台に対向配置された電極と、を備える基板処理装置の、前記処理室内にプラズマ生成用の高周波電力を印加し、前記載置台に前記プラズマ生成用の高周波電力よりも周波数が低いバイアス用の高周波電力を印加して前記基板にプラズマエッチング処理を施す基板処理方法であって、
前記プラズマ生成用の高周波電力及び前記バイアス用の高周波電力をそれぞれパルス波として印加し、
前記プラズマ生成用の高周波電力及び前記バイアス用の高周波電力を共に印加して前記プラズマ中の正イオンによって前記基板にエッチング処理を施す正イオンエッチングステップと、
前記プラズマ生成用の高周波電力及び前記バイアス用の高周波電力の印加を共に停止して前記処理室内で負イオンを発生させる負イオン生成ステップと、
前記プラズマ生成用の高周波電力の印加を停止し、前記バイアス用の高周波電力を印加して前記負イオンを前記基板に引き込む負イオン引き込みステップと、を有し、
前記バイアス用の高周波電力のデューティー比を前記プラズマ生成用の高周波電力のデューティー比よりも大きくすることを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記バイアス用の高周波電力のデューティー比は０．７〜０．８、前記プラズマ生成用の高周波電力のデューティー比は０．５〜０．６であることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記正イオンエッチングステップを前記パルス波の１／２周期以上に亘って継続することを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記負イオン生成ステップを前記パルス波の１／４周期以上に亘って継続することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記負イオン生成ステップを１０〜３０μｓｅｃ間に亘って継続することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記正イオンエッチングステップ、前記負イオン生成ステップ及び前記負イオン引き込みステップを順次繰り返すことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項１】
内部にプラズマが生じる処理室と、該処理室内に配置され基板を載置する載置台と、該載置台に対向配置された電極と、を備える基板処理装置の、前記処理室内にプラズマ生成用の高周波電力を印加し、前記載置台に前記プラズマ生成用の高周波電力よりも周波数が低いバイアス用の高周波電力を印加して前記基板にプラズマエッチング処理を施す基板処理方法であって、
前記プラズマ生成用の高周波電力及び前記バイアス用の高周波電力をそれぞれパルス波として印加し、
前記プラズマ生成用の高周波電力及び前記バイアス用の高周波電力を共に印加して前記プラズマ中の正イオンによって前記基板にエッチング処理を施す正イオンエッチングステップと、
前記プラズマ生成用の高周波電力及び前記バイアス用の高周波電力の印加を共に停止して前記処理室内で負イオンを発生させる負イオン生成ステップと、
前記プラズマ生成用の高周波電力の印加を停止し、前記バイアス用の高周波電力を印加して前記負イオンを前記基板に引き込む負イオン引き込みステップと、を有し、
前記バイアス用の高周波電力のデューティー比を前記プラズマ生成用の高周波電力のデューティー比よりも大きくすることを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記バイアス用の高周波電力のデューティー比は０．７〜０．８、前記プラズマ生成用の高周波電力のデューティー比は０．５〜０．６であることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記正イオンエッチングステップを前記パルス波の１／２周期以上に亘って継続することを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記負イオン生成ステップを前記パルス波の１／４周期以上に亘って継続することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記負イオン生成ステップを１０〜３０μｓｅｃ間に亘って継続することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記正イオンエッチングステップ、前記負イオン生成ステップ及び前記負イオン引き込みステップを順次繰り返すことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−９５４４（Ｐ２０１２−９５４４Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４２７４０（Ｐ２０１０−１４２７４０）
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【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２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【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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