JP5221403B2

JP5221403B2 - プラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置および記憶媒体

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Publication number: JP5221403B2
Application number: JP2009014254A
Authority: JP
Inventors: 浩一八田; 欣伸大矢; 晋岡本; 宏政持木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2013-06-26
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Description

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、プラズマエッチング装置および記憶媒体に関する。

例えば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に形成された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り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。

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としては、種々のものが用いられているが、その中でも容量結合型平行平板プラズマエッチング装置が主流である。

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（上部および下部電極）を配置し、処理ガスをチャンバ内に導入するとともに、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り処理ガスのプラズマを生成して半導体ウエハの所定の層に対してプラズマエッチングを施す。

具体的には、プラズマ形成用の相対的に高い周波数の高周波電力と、イオン引き込み用の相対的に低い周波数の高周波電力を印加することにより、適切なプラズマ状態を形成するプラズマエッチング装置が知られており、これにより、高選択比で再現性の高いエッチング処理が可能である（例えば特許文献１）。そして、この種のエッチングでは、プラズマ中で正イオンが支配的となる処理ガスを用いてエッチングが行われる。

ところで、近時、半導体デバイスの微細化が進み、アスペクト比が２０以上のＨＡＲＣ（High Aspect Ratio Contact）エッチングが求められている。このようなＨＡＲＣエッチングにおいては、エッチングマスクであるフォトレジストは負に帯電しており、エッチング初期にはエッチング面において電荷が中和しているが、エッチングが進行してアスペクト比が高くなると、ホールの底に正イオンがたまりエッチング面が正に帯電するようになる。このため、エッチングの促進に大きな役割を持つ正イオンがホール内で反発により曲がってしまい、エッチング形状の曲がりや歪みが生じるようになる。また、正イオンがホール底部に到達し難くなるため、エッチングレートの低下がもたらされる。

特開２０００−１７３９９３号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、形状性良くかつ高いエッチングレートで被エッチング膜をエッチングして高アスペクト比のホールを形成することができるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置を提供することを目的とする。
また、このようなプラズマエッチング方法を実行させるプログラムが記憶された記憶媒体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する直流電源とを具備するプラズマエッチング装置を用いて、エッチング対象膜にホールを形成するプラズマエッチング方法であって、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成し、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、プラズマ中の正イオンによりエッチングを進行させる第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させ、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加して、負イオンを生成し、前記直流電圧により負イオンを前記ホール内に供給することにより前記ホール内の正電荷を中和する第２条件とを交互に繰り返し、これにより、前記第１条件の正イオンが支配的なレジームと前記第２条件の負イオンが支配的になるレジームとを交互に形成して、前記ホール内での正イオンの曲がりを抑制することを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。

本発明の第２の観点では、被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する直流電源と、前記下部電極にバイアス印加用の第１の出力の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットとを具備するプラズマエッチング装置を用いて、エッチング対象膜にホールを形成するプラズマエッチング方法であって、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成し、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、プラズマ中の正イオンによりエッチングを進行させる第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させ、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加して、負イオンを生成し、前記直流電圧により負イオンを前記ホール内に供給することにより前記ホール内の正電荷を中和する第２条件とを交互に繰り返し、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットの出力を変化させ、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにしてプラズマが消滅している間に、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオフまたは第１の出力よりも低い出力である第２の出力にする期間を設けて、その際にプラズマシースの厚さを減少させることを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
このとき、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにしてプラズマが生成している間に、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオフまたは第１の出力よりも低い出力である第２の出力にする期間を設けることが好ましい。

本発明の第３の観点では、被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する直流電源とを具備するプラズマエッチング装置を用いて、エッチング対象膜にホールを形成するプラズマエッチング方法であって、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットから高周波電力を連続的に供給して前記処理容器内にプラズマを生成し、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加する第１段階を行い、その後、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成し、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、プラズマ中の正イオンによりエッチングを進行させる第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させ、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加して、負イオンを生成し、前記直流電圧により負イオンを前記ホール内に供給することにより前記ホール内の正電荷を中和する第２条件とを交互に繰り返す第２段階を行い、これにより、前記第２段階において、前記第１条件の正イオンが支配的なレジームと前記第２条件の負イオンが支配的になるレジームとを交互に形成して、前記ホール内での正イオンの曲がりを抑制することを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。

本発明の第４の観点では、被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する直流電源と、前記下部電極にバイアス印加用の第１の出力の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットとを具備するプラズマエッチング装置を用いて、エッチング対象膜にホールを形成するプラズマエッチング方法であって、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットから高周波電力を連続的に供給して前記処理容器内にプラズマを生成し、前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加するとともに、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットから連続的に第１の出力でバイアスを印加する第１段階を行い、その後、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成し、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、プラズマ中の正イオンによりエッチングを進行させる第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させ、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加して、負イオンを生成し、前記直流電圧により負イオンを前記ホール内に供給することにより前記ホール内の正電荷を中和する第２条件とを交互に繰り返す第２段階を行い、前記第１段階において、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットから連続的に第１の出力でバイアスを印加し、前記第２段階において、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにしてプラズマが消滅している間に、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオフまたは第１の出力よりも低い出力である第２の出力にする期間を設けて、その際にプラズマシースの厚さを減少させることを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
このとき、前記第２段階において、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにしてプラズマが生成している間に、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオフまたは第１の出力よりも低い出力である第２の出力にする期間を設けることが好ましい。

上記第１〜第４の観点において、前記第２条件の１回の時間が１０μｓｅｃ以上、５０μｓｅｃ以下であることが好ましい。また、前記第１の条件と前記第２条件との繰り返しは、パルス状で行うことができる。前記被処理体のエッチング対象膜の典型例としては絶縁膜を挙げることができる。

本発明の第５の観点では、被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する直流電源と、前記プラズマ生成用の高周波電力印加ユニットを制御する制御部とを具備し、前記制御部は、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成し、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、プラズマ中の正イオンによりエッチングを進行させる第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させ、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加して、負イオンを生成し、前記直流電圧により負イオンを前記ホール内に供給することにより前記ホール内の正電荷を中和する第２条件とを交互に繰り返すように制御し、これにより、前記第１条件の正イオンが支配的なレジームと前記第２条件の負イオンが支配的になるレジームとを交互に形成して、前記ホール内での正イオンの曲がりを抑制することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。

本発明の第６の観点では、被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する直流電源と、前記下部電極にバイアス印加用の第１の出力の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットと、前記プラズマ生成用の高周波電力印加ユニットを制御する制御部とを具備し、前記制御部は、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成し、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、プラズマ中の正イオンによりエッチングを進行させる第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させ、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加して、負イオンを生成し、前記直流電圧により負イオンを前記ホール内に供給することにより前記ホール内の正電荷を中和する第２条件とを交互に繰り返すとともに、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットの出力を変化させ、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにしてプラズマが消滅している間に、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオフまたは第１の出力よりも低い出力である第２の出力にする期間を設けて、その際にプラズマシースの厚さを減少させるように制御することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
この場合において、前記制御部は、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにしてプラズマが生成している間に、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオフまたは第１の出力よりも低い出力である第２の出力にする期間を設けることが好ましい。

本発明の第７の観点では、コンピュータ上で動作し、プラズマエッチング装置を制御するためのプログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１〜第４の観点のいずれかのプラズマエッチング方法が行われるように、コンピュータに前記プラズマエッチング装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供する。

本発明によれば、プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして処理容器内にプラズマを生成し、かつ直流電源から負の直流電圧を上部電極に印加する第１条件と、プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして処理容器内のプラズマを消滅させ、かつ直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加する第２条件とを交互に繰り返し、第１条件によりプラズマ中の正イオンによりエッチングを進行させ、第２条件により負イオンを生成し、前記直流電圧により負イオンを前記ホール内に供給することによりホール内の正電荷を中和するので、第２条件の際にホール内の正電荷を中和した後に第１の条件でプラズマを生成した際に、正イオンはホール内で曲がることなく進行する。このため、良好なエッチング形状を得ることができ、エッチングが進行してアスペクト比が高くなることによるエッチングレート低下を抑制することができる。

本発明のプラズマエッチング方法を実施することが可能なプラズマエッチング装置を示す概略断面図。図１のプラズマエッチング装置において第１の高周波電源に接続された第１の整合器の構造を示す図。本発明のプラズマエッチング方法が適用される被処理体である半導体ウエハの構造例を示す断面図。エッチング初期の被処理体の状態を模式的に示す断面図。エッチングが進行した段階の被処理体の状態を模式的に示す断面図。本発明の実施形態に係るプラズマエッチング方法の第２段階における直流電源、第１の高周波電源、プラズマ発光強度、正イオン、負イオンの状態を示すタイミングチャート。第２段階において、プラズマ生成用の第１の高周波電源をオフした際の状態を説明するための模式図。第２段階において、プラズマ生成用の第１の高周波電源をオフした後にオンにした状態を説明するための模式図。本発明の実施形態に係るプラズマエッチング方法の第２段階におけるバイアス印加用の第２の高周波電力の好ましい印加形態を示す図。プラズマ生成時にバイアス印加用の高周波電力をオン・オフさせる作用を説明するための図。プラズマ生成時に高周波バイアスを印加した場合のプラズマ中およびウエハ表面電子エネルギーを示す図。プラズマ生成時に高周波バイアスを印加しない場合のプラズマ中およびウエハ表面電子エネルギーを示す図。本発明のプラズマエッチング方法を実施することが可能な他のプラズマエッチング装置を示す概略断面図。図１３のプラズマエッチング装置において第１の高周波電源に接続された第１の整合器の構造を示す図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図１は、本発明のプラズマエッチング方法を実施することが可能なプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。

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として構成されており、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる略円筒状のチャンバ（処理容器）１０を有している。このチャンバ１０は保安接地されている。

チャンバ１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状のサセプタ支持台１４が配置され、このサセプタ支持台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は下部電極を構成し、その上に被処理基板である半導体ウエハＷが載置される。

サセプタ１６の上面には、半導体ウエハ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。この静電チャック１８は、導電膜からなる電極２０を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んだ構造を有するものであり、電極２０には直流電源２２が電気的に接続されている。そして、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により半導体ウエハＷが静電チャック１８に吸着保持される。

静電チャック１８（半導体ウエハＷ）の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のフォーカスリング（補正リング）２４が配置されている。サセプタ１６およびサセプタ支持台１４の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材２６が設けられている。

サセプタ支持台１４の内部には、例えば円周上に冷媒室２８が設けられている。この冷媒室には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより配管３０ａ，３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によってサセプタ上の半導体ウエハＷの処理温度を制御することができる。

さらに、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の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。

下部電極であるサセプタ１６の上方には、サセプタ１６と対向するように平行に上部電極３４が設けられている。そして、上部および下部電極３４，１６間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極３４は、下部電極であるサセプタ１６上の半導体ウエハＷと対向してプラズマ生成空間と接する面、つまり対向面を形成する。

この上部電極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、この電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料、例えばアルミニウムからなる水冷構造の電極支持体３８とによって構成されている。電極板３６は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体が好ましく、また、後述するようにレジストを強化する観点からはシリコン含有物質が好ましい。このような観点から、電極板３６はシリコンやＳｉＣで構成されるのが好ましい。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、このガス拡散室４０からはガス吐出孔３７に連通する多数のガス通流孔４１が下方に延びている。

電極支持体３８にはガス拡散室４０へ処理ガスを導くガス導入口６２が形成されており、このガス導入口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および開閉バルブ７０が設けられている（ＭＦＣの代わりにＦＣＳでもよい）。そして、処理ガス供給源６６から、エッチングのための処理ガスとして、例えばＣ_４Ｆ_８ガスのようなフロロカーボンガス（Ｃ_ｘＦ_ｙ）がガス供給管６４からガス拡散室４０に至り、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してシャワー状にプラズマ生成空間に吐出される。すなわち、上部電極３４は処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。

上部電極３４には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６ａを介して可変直流電源５０が電気的に接続されている。可変直流電源５０は、負極が上部電極３４側となるように接続されており、上部電極３４にマイナスの電圧を印加するようになっている。可変直流電源５０からの給電はオン・オフスイッチ５２によりオン・オフが可能となっている。また、可変直流電源５０の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５２のオン・オフはコントローラ５１により制御されるようになっている。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６ａは後述する第１および第２の高周波電源からの高周波をトラップするものであり、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成される。

チャンバ１０の側壁から上部電極３４の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１０ａが設けられている。

下部電極であるサセプタ１６には、第１の整合器４６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、２７〜１００ＭＨｚの周波数、例えば４０ＭＨｚの高周波電力を出力する。第１の整合器４６は、第１の高周波電源４８の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第１の高周波電源４８の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。

また、下部電極であるサセプタ１６には、第２の整合器８８を介して第２の高周波電源９０も電気的に接続されている。この第２の高周波電源９０から下部電極であるサセプタ１６に高周波電力が供給されることにより、半導体ウエハＷにバイアスが印加され半導体ウエハＷにイオンが引き込まれる。第２の高周波電源９０は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば３ＭＨｚの高周波電力を出力する。第２の整合器８８は第２の高周波電源９０の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第２の高周波電源９０の内部インピーダンスとチャンバ１０内のプラズマを含めた負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。

第１の高周波電源４８、第２の高周波電源９０、第１の整合器４６および第２の整合器８８には、ＲＦ制御器９５が接続されており、これら第１の高周波電源４８、第２の高周波電源９０、第１の整合器４６および第２の整合器８８がＲＦ制御器９５により制御されるようになっている。具体的には、ＲＦ制御器９５は、第１の高周波電源４８のオン・オフおよび出力の制御が可能となっており、第１の高周波電源４８を連続的にオンにしてプラズマを生成する状態、および交互にオン・オフし、例えばパルス状として、プラズマが存在している状態とプラズマが消滅した状態を交互に形成する状態に制御することが可能となっている。また、ＲＦ制御器９５は、バイアス用の第２の高周波電源９０のオン・オフおよび出力の制御が可能となっており、プラズマ処理中に所定の出力で連続的にバイアスを印加する状態、および第２の高周波電源９０の出力を第１の高周波電源４８のオン・オフに同期して、例えばパルス状に出力を制御することが可能となっている。第２の高周波電源９０を第１の高周波電源４８のオン・オフに同期させて出力を制御する際に、交互にオン・オフするようにしてもよいし、完全にオフにせずに高出力と低出力とが交互になるようにしてもよい。

この第１の整合器４６は、図２に示すように、第１の高周波電源４６の給電ライン９６から分岐して設けられた第１の可変コンデンサ９７と、給電ライン９６のその分岐点の第１の高周波電源４８側に設けられた第２の可変コンデンサ９８と、分岐点の反対側に設けられたコイル９９とを有している。本実施形態の場合、通常のプラズマエッチングと異なり、第１の高周波電源４８は、高周波電力が所定周期でオン・オフされるモードの際に、ＲＦ制御器９５が、第１の整合器４６における整合動作をこのオン・オフに同期させて切り換えるように制御する。

この場合に、ＲＦ制御器９５は、第１の高周波電力供給ユニット４８をオン・オフモードで動作させているときに、オフの際には第１の整合器４６の動作を行わないように制御し、オンの際には第１の整合器４６が第１の高周波電源４８の内部インピーダンスとチャンバ１０内のプラズマを含めた負荷インピーダンスとが一致するような動作を行うように制御する。

第２の整合器８８についても、基本的に第１の整合器４６と同様に構成されており、第２の高周波電源９０の出力を第１の高周波電源４８のオン・オフに同期させて出力制御する際に、ＲＦ制御器９５が、第２の整合器８８における整合動作をこの出力制御に同期させて切り換えるように制御する。

この場合に、ＲＦ制御器９５は、第２の高周波電源９０を第１の高周波電源４８のオン・オフに同期させて出力制御させているときに第２の整合器８８の動作を行わないように制御する。ただし、第２の整合器８８の動作が十分に速い場合には、高出力の際に第２の整合器８８が第２の高周波電源９０の内部インピーダンスとチャンバ１０内のプラズマを含めた負荷インピーダンスとが一致するような動作を行うように制御してもよい。

チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられ、この排気口８０に排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能となっている。また、チャンバ１０の内壁に沿ってチャンバ１０にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するためのデポシールド１１が着脱自在に設けられている。すなわち、デポシールド１１がチャンバ壁を構成している。また、デポシールド１１は、内壁部材２６の外周にも設けられている。チャンバ１０の底部のチャンバ壁側のデポシールド１１と内壁部材２６側のデポシールド１１との間には排気プレート８３が設けられている。デポシールド１１および排気プレート８３としては、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆したものを好適に用いることができる。

デポシールド１１のチャンバ内壁を構成する部分のウエハＷとほぼ同じ高さの部分には、グランドにＤＣ的に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）９１が設けられており、これにより異常放電防止効果を発揮する。なお、この導電性部材９１は、プラズマ生成領域に設けられていれば、その位置は図１の位置に限られず、例えばサセプタ１６の周囲に設ける等、サセプタ１６側に設けてもよく、また上部電極３４の外側にリング状に設ける等、上部電極近傍に設けてもよい。

プラズマ処理装置の各構成部、例えば電源系やガス供給系、駆動系、さらにはＲＦ制御器９５等は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を含む制御部（全体制御装置）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、オペレータがプラズマ処理装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１０１が接続されている。

さらに、制御部１００には、プラズマ処理装置で実行される各種処理を制御部１００の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納された記憶部１０２が接続されている。処理レシピは記憶部１０２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１０１からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部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の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。なお、本発明の実施の形態で述べるプラズマ処理装置（プラズマエッチング装置）は、この制御部１００を含むものとする。

次に、このように構成されるプラズマ処理装置において、本発明に係る高アスペクト比のコンタクトホールのエッチング（ＨＡＲＣエッチング）について説明する。

ここでは、例えば、図３に示すように、Ｓｉ基板１２０上に絶縁膜１２１が形成され、その上のフォトリソグラフィによりパターン化されたフォトレジスト膜１２２がエッチングマスクとして形成された構造の半導体ウエハＷを準備し、絶縁膜１２１にＨＡＲＣエッチングを施す。

まず、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介して上記構成の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置する。そして、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気しながら、処理ガス供給源６６から処理ガスを所定の流量でガス拡散室４０へ供給し、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してチャンバ１０内へ供給しつつ、その中の圧力を例えば０．１〜１５０Ｐａの範囲内の設定値とする。この状態で、下部電極であるサセプタ１６に第１の高周波電源４８から２７〜１００ＭＨｚの周波数、例えば４０ＭＨｚの比較的高い周波数のプラズマ生成用の高周波電力を印加し、かつ第２の高周波電源９０から４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、例えば３ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力よりも低い周波数のイオン引き込み用の高周波電力を連続的に印加し、さらに上部電極３４に可変直流電源５０から所定の直流電圧を連続的に印加して、半導体ウエハＷに対して第１段階のエッチングを行う。このとき、半導体ウエハＷは、直流電源２２から静電チャック１８の電極２０に直流電圧を印加することにより静電チャック１８に固定されている。

ここで、処理ガスとしては、従来用いられている種々のものを採用することができ、例えばＣ_４Ｆ_８ガスのようなフロロカーボンガス（Ｃ_ｘＦ_ｙ）に代表されるハロゲン元素を含有するガスを好適に用いることができる。さらに、ＡｒガスやＯ_２ガス等の他のガスが含まれていてもよい。

上部電極３４の電極板３６に形成されたガス吐出孔３７から吐出された処理ガスは、高周波電力により生じた上部電極３４と下部電極であるサセプタ１６間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成される正イオンやラジカルによって半導体ウエハＷの絶縁膜１２１がエッチングされる。

このとき、下部電極にプラズマ形成用の高周波電力を印加することで、ウエハにより近いところでプラズマを生成することができ、またプラズマが広い領域に拡散せず処理ガスの解離を抑えることができるので、チャンバ１０内の圧力が高くプラズマ密度が低いような条件であっても、エッチングレートを上昇させることができる。また、プラズマ形成用の高周波電力の周波数が高い場合でも、比較的大きなイオンエネルギーを確保することができるので高効率である。また、本実施形態のように下部電極にプラズマ形成用の高周波電力とイオン引き込み用の高周波電力を別々に印加することで、プラズマエッチングに必要なプラズマ形成の機能とイオン引き込みの機能とを独立に制御することが可能となる。したがって、高い微細加工性が要求されるエッチングの条件を満たすことが可能となる。さらに、プラズマ生成用に２７ＭＨｚ以上の高い周波数領域の高周波電力を供給しているので、プラズマを好ましい状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを生成することができる。さらにまた、このようにプラズマが形成される際に、コントローラ５１により可変直流電源５０から上部電極３４に負の直流電圧を印加するので、プラズマ中の正イオンが上部電極３４に衝突してその近傍に二次電子を生成させ、その二次電子を鉛直方向下方へ加速させて被処理体である半導体ウエハＷに供給することができる。

ところで、このようなエッチングは、プラズマ中の正イオンが支配的になって進行するが、エッチング初期では、エッチングにより形成されたコンタクトホール１２３は浅く、図４に示すように、フォトレジスト膜１２２がプラズマ中の電子により負に帯電しており、電子がエッチング面に到達するため、正イオンがエッチング面に供給されても電荷が中和する。したがって、エッチングが正常に進行する。

しかしながら、エッチングが進行して行き、図５に示すように、コンタクトホール１２３のアスペクト比が高くなってくると、電子はコンタクトホール１２３内に到達し難くなり、コンタクトホール１２３内には正イオンがたまって、エッチング面は正に帯電した状態となる。

この状態のままエッチングを進行させると、エッチングのためにコンタクトホール１２３内に進入した正イオンが、コンタクトホール１２３内の正の電荷との間の反発により曲がり、エッチング形状の曲がりや歪みが生じるようになる。また、正イオンがホール底部に到達し難くなるため、エッチングレートの低下がもたらされる。

そこで、ある程度エッチングが進行した後、可変直流電源５０から連続的に直流電圧を印加した状態のまま、プラズマ生成用の第１の高周波電源４８を交互にオン・オフしてプラズマが生成した状態（プラズマオン）とプラズマが消失した状態（プラズマオフ）を交互に繰り返す第２の段階に切り替える。

第２段階における直流電源５０、第１の高周波電源４８、プラズマ発光強度、正イオン、負イオンの状態を図６に示す。この図に示すように、第２の段階では、第１の高周波電源４８をオフにするとプラズマ発光強度が低下しプラズマが消失する。このプラズマ発光強度の低下にともなって正イオンが減少し、残った電子により負イオンが増加して行く。上部電極３４には負の直流電圧が印加されているため、図７に示すように、電極間の処理空間に存在する負イオンが直流電圧によりコンタクトホール１２３内に押し込まれてその中の正の電荷を中和する。そして、次に第１の高周波電源４８をオンにした際には、コンタクトホール１２３内の正電荷が減少しているので、図８に示すように、正イオンはコンタクトホール１２３内を直進することが可能となる。したがって、このように、上部電極３４に負の直流電圧を印加しつつ、第１の高周波電源４８を交互にオン・オフして、プラズマオンの正イオンが支配的になるレジームと、プラズマオフの負イオンが支配的になるレジームとを交互に形成することにより、コンタクトホール１２３内での正イオンの曲がりが抑制され、エッチング形状を良好なものとすることができ、エッチングレートも高くすることができる。

この場合に、プラズマ生成用の第１の高周波電源４８をオフにしている時間は１０μｓｅｃ以上、５０μｓｅｃ以下が好ましい。１０μｓｅｃ以上とすることにより、正イオンが少なく負イオンが多い状態を形成することができるが、５０μｓｅｃを超えるとエッチングに寄与していない時間が長くなって効率が低下してしまう。

この第２段階においては、第１の高周波電源４８のオン・オフに同期して、バイアス印加用の第２の高周波電源９０の出力を変化させることが好ましい。具体的には、（１）第１の高周波電源４８をオフにしてプラズマが消滅している間に、第２の高周波電源９０をオフにするかまたは出力を低下させる期間を設ける。また、（２）これに加えて、第１の高周波電源４８をオンにしてプラズマが生成している間に第２の高周波電源９０をオフにするかまたは出力を低下させる期間を設ける。（１）および（２）の両方を行うシーケンス例としては、図９の（ａ）に示すように、プラズマ生成用の第１の高周波電源４８をオフにしてプラズマが消滅している間には、第２の高周波電源９０をオフまたは第１段階よりも低い出力とし、第１の高周波電源４８をオンにしてプラズマを生成している間には、バイアス印加用の第２の高周波電源９０の出力を、第１段階と同じ第１の出力と、オフ（出力０）または第１段階よりも低い出力である第２の出力とを交互に繰り返すようにするシーケンス、図９の（ｂ）に示すように、第１の出力と第２の出力の切り替え周期を第１の高周波電源４８のオン・オフ周期と合わせて、そのタイミングをずらすシーケンスを挙げることができる。上記（１）のみのシーケンス例としては、図９の（ｃ）に示すように、第２の高周波電源の第１の出力と第２の出力の切り替えタイミングと、第１の高周波電源のオン・オフタイミングを完全に一致させるシーケンスを挙げることができる。

上記（１）は、第１の高周波電源４８をオフにしてプラズマが消滅している間に、第２の高周波電源９０が第１の出力であると、下部電極であるサセプタ１６上にかなりの厚さのプラズマシースが残存しておりこれが負イオンの障壁となるため、プラズマが消滅している間に第２の高周波電源９０をオフまたは第２の出力にして、プラズマシースを０または極めて小さいものとし、そのような障壁が実質的にない状態とする。このため、上記第１の高周波電源４８をオン・オフする効果をより高めることができる。

一方、上記（２）については、以下の通りである。
第１の高周波電源４８をオンにしてプラズマを生成している際には、上部電極３４に負の直流電圧を印加することにより、プラズマ中の正イオンが上部電極３４に衝突して二次電子を生成し、その二次電子が鉛直方向下方に加速されるが、バイアス印加用の第２の高周波電源９０の出力が第１の出力の場合には、図１０の（ａ）に示すように、下部電極であるサセプタ１６上に厚いプラズマシースＳが形成されているため、このプラズマシースＳが二次電子の障壁となってコンタクトホール１２３内にほとんど到達しない。これに対し、バイアス印加用の第２の高周波電源９０の出力が０またはより低い第２の出力の場合には、図１０の（ｂ）に示すように、プラズマシースＳを薄くすることができ、二次電子の障壁が小さいので、上部電極３４に印加された直流電圧によって鉛直方向下方に加速された二次電子をコンタクトホール１２３内に有効に到達させることができ、コンタクトホール１２３内の正の電荷を中和することができる。したがって、これによっても上記第１の高周波電源４８をオン・オフする効果をより高めることができる。

図１１は２ＭＨｚの高周波バイアス（Ｖ_ｐｐ＝１０００Ｖ）を印加した場合のプラズマ中（ウエハより１５ｍｍ上方）およびウエハ表面の電子エネルギーを示す図であり、（ａ）がプラズマ中、（ｂ）がウエハ表面である。一方、図１２は高周波バイアスを印加しなかった場合のプラズマ中（ウエハより１５ｍｍ上方）およびウエハ表面の電子エネルギーを示す図であり、（ａ）がプラズマ中、（ｂ）がウエハ表面である。これらの図から、高周波バイアスをオフにすることにより、ＤＣ印加によって上部電極３４から放出され、加速されたエネルギーを持った二次電子に対する障壁を低減する効果を確認することができる。

なお、プラズマオフによる負イオンを増加させる効果は、プラズマがほぼ完全に消失しなければ有効に発揮されないため、第１の高周波電源４８をオフにした際にも印加されている直流電圧は、実質的にプラズマの生成に寄与しない大きさであることが必要である。また、シーケンスによっては、第１の高周波電源４８をオフした際に、第２の高周波電源９０からの高周波電力が印加されている場合もあるが、この際にもこの高周波電力は実質的にプラズマに寄与しない出力である必要がある。また、バイアス印加用の第２の高周波電源９０の第２の出力は、プラズマシースの厚さが、二次電子が透過する程度の厚さになるような出力であれば必ずしも０（オフ）でなくてもよいが、０（オフ）にすることが好ましい。

次に、本発明の方法を実施可能な他のプラズマエッチング装置について説明する。図１３は、本発明のプラズマエッチング方法を実施可能な他のプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。

このプラズマエッチング装置は、プラズマ生成用の高周波電力が上部電極に印加されるようになっている点が図１の装置とは異なっているが、他の構成については基本的に第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置と同様であるから、図１３において、図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態においては、プラズマを生成するための第１の高周波電源４８′が第１の整合器４６′および給電棒４４を介して上部電極３４に接続されている。第１の高周波電源４８′は、第１の実施形態の第１の高周波電源４８と同様の機能を有しており、その周波数は２７〜１００ＭＨｚの範囲が好ましい。第１の整合器４６′は、第１の高周波電源４８′の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第１の高周波電源４８′の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。第１の整合器４６の出力端子は給電棒４４の上端に接続されている。また、可変直流電源５０も上記第１の整合器４６′および給電棒４４を介して上部電極３４に接続されている。

第１の整合器４６′は、図１４に示すように、第１の高周波電源４８′の給電ライン４９から分岐して設けられた第１の可変コンデンサ５４と、給電ライン４９のその分岐点の下流側に設けられた第２の可変コンデンサ５６を有しており、これらにより上記機能を発揮する。また、第１の整合器４６′には、直流電圧電流（以下、単に直流電圧という）が上部電極３４に有効に供給可能なように、第１の高周波電源４８′からの高周波電力（例えば４０ＭＨｚ）および第２の高周波電源９０からの高周波電力（例えば３ＭＨｚ）をトラップするフィルタ５８が設けられている。すなわち、可変直流電源５０からの直流電流がフィルタ５８を介して給電ライン４９に流れる。このフィルタ５８はコイル５９とコンデンサ６０とで構成されており、これらにより第１の高周波電源４８′からの高周波電力および第２の高周波電源９０からの高周波電力がトラップされる。また、円筒状接地導体１０ａの天壁部分と給電棒４４との間には筒状の絶縁部材４４ａが設けられており、これにより給電棒４４と接地導体１０ａとが電気的に絶縁されている。

上部電極３４には、第１の高周波電源４８′からの高周波電力（例えば４０ＭＨｚ）は通さずに第２の高周波電源９０からの高周波電力（例えば３ＭＨｚ）をグランドへ通すためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２が電気的に接続されている。このローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２は、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成されるが、１本の導線だけでも第１の高周波電源４８からの高周波電力（６０ＭＨｚ）に対しては十分大きなリアクタンスを与えることができるので、それで済ますこともできる。一方、下部電極であるサセプタ１６には、第１の高周波電源４８′からの高周波電力（例えば４０ＭＨｚ）をグランドに通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）９４が電気的に接続されている。

図１３のプラズマエッチング装置においても、上部電極３４に直流電圧を印加しつつ、プラズマ生成用の第１の高周波電源４８′をオン・オフすることにより、プラズマオフの際にコンタクトホール内の正の電荷を負イオンで中和し、プラズマオンの際に正イオンを直進させることができる。また、バイアス印加用の第２の高周波電源９０の出力を変化させることによって二次電子によるコンタクトホール中の正電荷の中和効果も得ることができる。

この図１３の装置では、上部電極３４にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給し、下部電極であるサセプタ１６にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給するので、プラズマの制御マージンを広くすることができ、また、上部電極３４に２７ＭＨｚ以上の高い周波数領域の高周波電力を供給しているので、プラズマを好ましい状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを生成することができる。

ただし、このように上部電極にプラズマ形成用の高周波電力を印加する場合には、上部電極近傍にプラズマが生成されるので、チャンバ１０内の圧力が高くプラズマ密度が低いような条件では、ウエハに対するエッチングレートを上昇させることが比較的困難である。

なお、上記いずれの実施形態においても、上記第１の高周波電力および第２の高周波電力の採り得る周波数を例示すると、第１の高周波電力としては、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、１００ＭＨｚを挙げることができ、第２の高周波電力としては、４００ｋＨｚ、８００ｋＨｚ、１ＭＨｚ、２ＭＨｚ、３ＭＨｚ、１３ＭＨｚ、１３．６ＭＨｚを挙げることができ、プロセスに応じて適宜の組み合わせで用いることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、プラズマエッチングに際し、上部電極３４に直流電圧を印加しつつプラズマ生成用の高周波電力を連続して印加する第１段階と、上部電極３４に直流電圧を印加しつつプラズマ生成用高周波電力をオン・オフする第２段階とを行うようにしたが、第２段階のみを行うようにしてもよい。また、本発明が適用される被処理体としては、図３に示すものに限らず、例えばフォトレジストとエッチング対象膜との間に反射防止膜やハードマスクが介在されたものであったものであってもよい。エッチング対象膜は典型的には絶縁膜であるが、これに限るものではない。

１０…チャンバ（処理容器）
１６…サセプタ（下部電極）
３４…上部電極
４６、４６′…第１の整合器
４８、４８′…第１の高周波電源
５０…可変直流電源
６６…処理ガス供給源
８４…排気装置
８８…第２の整合器
９０…第２の高周波電源
９５…ＲＦ制御器
１００…制御部
１０２…記憶部
Ｗ…半導体ウエハ（被処理基板）

Claims

被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する直流電源とを具備するプラズマエッチング装置を用いて、エッチング対象膜にホールを形成するプラズマエッチング方法であって、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成し、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、プラズマ中の正イオンによりエッチングを進行させる第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させ、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加して、負イオンを生成し、前記直流電圧により負イオンを前記ホール内に供給することにより前記ホール内の正電荷を中和する第２条件とを交互に繰り返し、
これにより、前記第１条件の正イオンが支配的なレジームと前記第２条件の負イオンが支配的になるレジームとを交互に形成して、前記ホール内での正イオンの曲がりを抑制することを特徴とするプラズマエッチング方法。
被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する直流電源と、前記下部電極にバイアス印加用の第１の出力の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットとを具備するプラズマエッチング装置を用いて、エッチング対象膜にホールを形成するプラズマエッチング方法であって、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成し、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、プラズマ中の正イオンによりエッチングを進行させる第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させ、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加して、負イオンを生成し、前記直流電圧により負イオンを前記ホール内に供給することにより前記ホール内の正電荷を中和する第２条件とを交互に繰り返し、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットの出力を変化させ、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにしてプラズマが消滅している間に、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオフまたは第１の出力よりも低い出力である第２の出力にする期間を設けて、その際にプラズマシースの厚さを減少させることを特徴とするプラズマエッチング方法。
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにしてプラズマが生成している間に、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオフまたは第１の出力よりも低い出力である第２の出力にする期間を設けることを特徴とする請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する直流電源とを具備するプラズマエッチング装置を用いて、エッチング対象膜にホールを形成するプラズマエッチング方法であって、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットから高周波電力を連続的に供給して前記処理容器内にプラズマを生成し、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加する第１段階を行い、
その後、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成し、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、プラズマ中の正イオンによりエッチングを進行させる第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させ、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加して、負イオンを生成し、前記直流電圧により負イオンを前記ホール内に供給することにより前記ホール内の正電荷を中和する第２条件とを交互に繰り返す第２段階を行い、
これにより、前記第２段階において、前記第１条件の正イオンが支配的なレジームと前記第２条件の負イオンが支配的になるレジームとを交互に形成して、前記ホール内での正イオンの曲がりを抑制することを特徴とするプラズマエッチング方法。
被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する直流電源と、前記下部電極にバイアス印加用の第１の出力の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットとを具備するプラズマエッチング装置を用いて、エッチング対象膜にホールを形成するプラズマエッチング方法であって、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットから高周波電力を連続的に供給して前記処理容器内にプラズマを生成し、前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加するとともに、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットから連続的に第１の出力でバイアスを印加する第１段階を行い、
その後、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成し、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、プラズマ中の正イオンによりエッチングを進行させる第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させ、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加して、負イオンを生成し、前記直流電圧により負イオンを前記ホール内に供給することにより前記ホール内の正電荷を中和する第２条件とを交互に繰り返す第２段階を行い、
前記第１段階において、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットから連続的に第１の出力でバイアスを印加し、前記第２段階において、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにしてプラズマが消滅している間に、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオフまたは第１の出力よりも低い出力である第２の出力にする期間を設けて、その際にプラズマシースの厚さを減少させることを特徴とするプラズマエッチング方法。
前記第２段階において、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにしてプラズマが生成している間に、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオフまたは第１の出力よりも低い出力である第２の出力にする期間を設けることを特徴とする請求項５に記載のプラズマエッチング方法。
前記第２条件の１回の時間が１０μｓｅｃ以上、５０μｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
前記第１の条件と前記第２条件との繰り返しは、パルス状で行われることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
前記被処理体のエッチング対象膜が絶縁膜であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、
前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、
前記上部電極に負の直流電圧を印加する直流電源と、
前記プラズマ生成用の高周波電力印加ユニットを制御する制御部と
を具備し、
前記制御部は、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成し、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、プラズマ中の正イオンによりエッチングを進行させる第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させ、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加して、負イオンを生成し、前記直流電圧により負イオンを前記ホール内に供給することにより前記ホール内の正電荷を中和する第２条件とを交互に繰り返すように制御し、
これにより、前記第１条件の正イオンが支配的なレジームと前記第２条件の負イオンが支配的になるレジームとを交互に形成して、前記ホール内での正イオンの曲がりを抑制することを特徴とするプラズマエッチング装置。
被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、
前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、
前記上部電極に負の直流電圧を印加する直流電源と、
前記下部電極にバイアス印加用の第１の出力の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットと、
前記プラズマ生成用の高周波電力印加ユニットを制御する制御部と
を具備し、
前記制御部は、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成し、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、プラズマ中の正イオンによりエッチングを進行させる第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させ、かつ前記直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加して、負イオンを生成し、前記直流電圧により負イオンを前記ホール内に供給することにより前記ホール内の正電荷を中和する第２条件とを交互に繰り返すとともに、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットの出力を変化させ、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにしてプラズマが消滅している間に、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオフまたは第１の出力よりも低い出力である第２の出力にする期間を設けて、その際にプラズマシースの厚さを減少させるように制御することを特徴とするプラズマエッチング装置。
前記制御部は、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにしてプラズマが生成している間に、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオフまたは第１の出力よりも低い出力である第２の出力にする期間を設けることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマエッチング装置。
コンピュータ上で動作し、プラズマエッチング装置を制御するためのプログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法が行われるように、コンピュータに前記プラズマエッチング装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。