JP6449674B2

JP6449674B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

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Description

本発明は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。

プラズマ生成用の高周波電力を供給する高周波電力源とバイアス用の高周波電力を供給する高周波電力源とを有し、これらの高周波電力によりガスをプラズマ化して基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１では、載置台にプラズマ生成用の高周波電力とバイアス用の高周波電力とが印加される。

特開２０１２−９５４４号公報

プラズマ処理中、上記の二つの高周波電力は重畳され、各高周波電力の高調波成分によって定在波が発生する。定在波の発生により、基板の中央部（以下、「センタ部」ともいう。）の電界が、基板の周縁部（以下、「エッジ部」ともいう。）やセンタ部とエッジ部との間（以下、「ミドル部」ともいう。）の電界よりも高くなる場合がある。

この場合、基板のセンタ部では、基板のミドル部やエッジ部よりもエッチングレート（以下、「ＥＲ」（ER:Etching Rate）ともいう。）が高くなる。このようにしてエッチング分布が不均一になると、センタ部とセンタ部以外においてＣＤ（Critical Dimension）の加工寸法やエッチングの深さにバラツキが生じ、基板に対して均一なプラズマ処理を行うことが困難になる。

上記課題に対して、一側面では、本発明は、プラズマ処理装置の処理容器内に印加される複数の高周波電力の定在波の発生を防止することを目的とする。

上記課題を解決するために、一の態様によれば、処理容器と、該処理容器内に配置される載置台と、該載置台に対向して配置される電極とを備えるプラズマ処理装置を用いて該載置台上の基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、前記載置台にプラズマ生成用の高周波電力のパルス波を印加し、該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のパルス波を印加する工程と、前記プラズマ生成用の高周波電力のパルス波及び前記バイアス用の高周波電力のパルス波が所定の位相差を有するように制御し、該プラズマ生成用の高周波電力のデューティ比は該バイアス用の高周波電力のデューティ比以上になるように制御する工程と、を含むプラズマ処理方法が提供される。

一の側面によれば、プラズマ処理装置の処理容器内に印加される複数の高周波電力の定在波の発生を防止することができる。

一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面の一例を示す図。高周波電力の重畳によりセンタ部側のＥＲが高くなる一例を示す図。高周波電力のパルス波を説明するための図。一実施形態に係る高周波電力の印加方法を説明するための図。一実施形態に係るプラズマ処理方法の実験結果１を示す図。一実施形態に係るプラズマ処理方法の実験結果２を示す図。一実施形態に係るプラズマ処理方法の実験結果３を示す図。一実施形態に係るエッチング対象の積層膜の一例を示す図。一実施形態に係るプラズマ処理方法によるパーシャルエッチング結果の一例を示す図。一実施形態に係るプラズマ処理方法によるフルエッチング結果の一例を示す図。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

［プラズマ処理装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態にかかるプラズマ処理装置１０の全体構成について、図１を参照しながら説明する。プラズマ処理装置１０は、アルミニウム等からなり内部を密閉可能な筒状の処理容器１１を有している。処理容器１１は、接地電位に接続されている。処理容器１１の内部には、導電性材料、例えばアルミニウム等から構成された載置台１２が設けられている。載置台１２は、ウェハＷを載置する円柱状の台であり、下部電極を兼ねている。

処理容器１１の側壁と載置台１２の側面との間には、載置台１２の上方のガスを処理容器１１外へ排出する経路となる排気路１３が形成されている。排気路１３の途中には排気プレート１４が配置される。排気プレート１４は多数の孔を有する板状部材であり、処理容器１１を上部と下部とに仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られた処理容器１１の上部は、プラズマ処理が実行される反応室１７である。処理容器１１の下部の排気室（マニホールド）１８には、処理容器１１内のガスを排出する排気管１５及びＡＰＣ（Adaptive Pressure Control：自動圧力制御）バルブ１６を介して排気装置３８が接続されている。排気プレート１４は、反応室１７にて生成されるプラズマを捕捉又は反射して排気室１８への漏洩を防止する。排気装置３８は、ＡＰＣバルブ１６の調整により処理容器１１内を減圧し、所望の真空状態に維持する。

第１の高周波電源１９は、整合器２０を介して載置台１２に接続され、例えば４０ＭＨｚ程度のプラズマ励起用の高周波電力（以下、「ＨＦ」（High Frequency）とも表記する。）をガスシャワーヘッド２９に供給する。整合器２０は、ガスシャワーヘッド２９からの高周波電力の反射を抑え、プラズマ励起用の高周波電力ＨＦの供給効率を最大にする。

第２の高周波電源３０は、整合器３１を介して載置台１２に接続され、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚのバイアス用の高周波電力（以下、「ＬＦ」（Low Frequency）とも表記する。）を載置台１２に供給する。整合器３１は、載置台１２からの高周波電力の反射を抑え、バイアス用の高周波電力ＬＦの供給効率を最大にする。

載置台１２の上部には、静電電極板２１を内部に有する静電チャック２２が配置されている。静電チャック２２は下部円板状部材の上に、下部円板状部材より直径の小さい上部円板状部材を重ねた形状を有する。なお、静電チャック２２はアルミニウムからなり、上面にはセラミック等が溶射されている。載置台１２にウェハＷを載置するとき、ウェハＷは静電チャック２２の上部円板状部材の上に置かれる。

静電電極板２１には、直流電源２３が接続されている。静電電極板２１に正の直流電圧（以下、「ＨＶ」（High Voltage）とも表記する。）が印加されると、ウェハＷの裏面（静電チャック２２側の面）に負電位が発生して静電電極板２１とウェハＷの裏面との間に電位差が生じる。ウェハＷは、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、静電チャック２２における上部円板状部材上に静電吸着され、保持される。

また、静電チャック２２には、ウェハＷの周縁部を囲うように、円環状のフォーカスリング２４が載置される。フォーカスリング２４は、導電性部材、例えば、シリコンからなり、反応室１７においてプラズマをウェハＷの表面に向けて収束し、エッチング処理の効率を向上させる。

また、載置台１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室２５が設けられる。この冷媒室２５には、冷媒用配管２６を介してチラーユニットから低温の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）が循環供給される。該低温の冷媒によって冷却された載置台１２は静電チャック２２を介してウェハＷ及びフォーカスリング２４を冷却する。

静電チャック２２における上部円板状部材上のウェハＷが吸着する面（吸着面）には、複数の伝熱ガス供給孔２７が開口している。これら複数の伝熱ガス供給孔２７には、伝熱ガス供給ライン２８を介してヘリウム（Ｈｅ）ガス等の伝熱ガスが供給される。伝熱ガスは、伝熱ガス供給孔２７を介して静電チャック２２の吸着面とウェハＷの裏面との間隙に供給され、ウェハＷの熱を静電チャック２２に伝達する。

処理容器１１の天井部には、載置台１２と対向するようにガスシャワーヘッド２９が配置されている。ガスシャワーヘッド２９はガス供給機構及び上部電極として機能する。ガスシャワーヘッド２９は、多数のガス穴３２を有する天井電極板３３と、天井電極板３３を着脱可能に釣支するクーリングプレート３４と、クーリングプレート３４を覆う蓋体３５とを有する。また、クーリングプレート３４の内部にはバッファ室３６が設けられ、バッファ室３６にはガス導入管３７が接続されている。ガスシャワーヘッド２９は、ガス供給源８からガス導入管３７及びバッファ室３６を介して供給されたガスを、多数のガス穴３２を介して反応室１７内へ供給する。

ガスシャワーヘッド２９は、処理容器１１に対して着脱自在であり、処理容器１１の蓋としても機能する。処理容器１１からガスシャワーヘッド２９を離脱させれば、作業者は処理容器１１の壁面や構成部品に直接触れることができる。これにより、作業者は処理容器１１の壁面や構成部品の表面をクリーニングすることができ、処理容器１１の壁面等に付着した付着物を除去することができる。

プラズマ処理装置１０では、ガスシャワーヘッド２９から供給されたガスからプラズマが生成され、そのプラズマによってウェハＷにエッチング等のプラズマ処理が施される。なお、プラズマ処理装置１０の各構成部品の動作は、プラズマ処理装置１０の全体を制御する制御部５０によって制御される。

制御部５０は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ（Read Only Memory）５２、ＲＡＭ（Random Access Memory）５３を有し、ＲＡＭ５３などに記憶されたレシピに設定された手順に従い、エッチング処理を制御する。なお、制御部５０の機能は、ソフトウエアを用いて実現されてもよく、ハードウェアを用いて実現されてもよい。

かかる構成のプラズマ処理装置１０においてエッチング処理を行う際には、まず、ウェハＷが、搬送アーム上に保持された状態で、開口されたゲートバルブ９から処理容器１１内に搬入される。ゲートバルブ９は、ウェハＷを搬入後に閉じられる。ウェハＷは、静電チャック２２の上方でプッシャーピンにより保持され、プッシャーピンが降下することにより静電チャック２２上に載置される。処理容器１１内の圧力は、排気装置３８により設定値に減圧される。ガスがガスシャワーヘッド２９からシャワー状に処理容器１１内に導入される。所定のパワーの高周波電力が載置台１２に印加される。また、静電チャック２２の静電電極板２１に直流電源２３からの電圧を印加することで、ウェハＷは、静電チャック２２上に静電吸着される。

導入されたガスを高周波電力により電離及び解離させることでプラズマが生成される。プラズマの作用によりウェハＷにプラズマエッチングが施された後、ウェハＷは、搬送アーム上に保持され、処理容器１１の外部に搬出される。次のウェハＷも同様に処理され、これにより複数のウェハＷにプラズマ処理が施される。

［高周波電力の重畳］
プラズマ処理中、載置台１２にはプラズマ励起用の高周波電力ＨＦとバイアス用の高周波電力ＬＦとが印加される。これらの高周波電力は重畳され、各高周波電力の高調波成分によって定在波が発生する。その結果、例えば、図２の（ａ）のシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）のエッチング結果に示すように、ウェハＷのセンタ部のＥＲがミドル部やエッジ部のＥＲよりも高くなる。このようにしてエッチング分布が不均一になると、センタ部とセンタ部以外においてＣＤ（Critical Dimension）の加工寸法やエッチングの深さにバラツキが生じ、ウェハＷに対して均一なプラズマ処理を行うことが困難になる。

特に、ポリシリコン膜をマスクとしたエッチングでは、センタ部におけるＣＤの加工寸法がミドル部やエッジ部におけるＣＤの加工寸法と異なる場合がある。このような場合、ウェハＷのセンタ部のエッチングレートを制御できれば、所望のエッチングを実行することができ、ウェハＷの微細加工の精度を向上させることができるため好ましい。図２の（ｂ）では、ウェハＷのセンタ部内の中央（０ｍｍ、０ｍｍ）と上下左右に±４５ｍｍだけ移動させた（４５ｍｍ、０ｍｍ）、（−４５ｍｍ、０ｍｍ）、（０ｍｍ、４５ｍｍ）、（０ｍｍ、−４５ｍｍ）の４点とのＥＲの差分の平均値が算出される。その平均値「３．１」が、ホットスポットレシオ（Hot spot ratio）である。

以下に説明する本発明の一実施形態に係るプラズマ処理方法は、ホットスポットレシオを「０」以下に制御する。これにより、ウェハＷのセンタ部のエッチングレートを制御することで、プラズマ処理装置１０の処理容器１１内に印加される二つの高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦの定在波の発生を防止することができる。

［高周波電力のパルス波］
本実施形態に係るプラズマ処理方法では、プラズマ励起用の高周波電力ＨＦ及びバイアス用の高周波電力ＬＦにパルス波を使用する。本実施形態に係るプラズマ処理方法を説明する前に、高周波電力のパルス波の定義について簡単に説明する。

図３に示したように、高周波電力がパルス状に印加される場合、高周波電力が載置台１２に印加されている時間をＴｏｎとし、印加されていない時間をＴｏｆｆとする。高周波電力が印加されている時間Ｔｏｎには、１／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）の「周波数Ｆ（Frequency）」のパルス状の高周波電力が載置台１２に印加される。

「デューティ比」（以下、「Ｄｕｔｙ比」ともいう。）は、印加されている時間Ｔｏｎ及び印加されていない時間Ｔｏｆｆの総時間に対する印加されている時間Ｔｏｎの比率、すなわち、Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）で示される。

［高周波電力のシンクロパルス波］
図４に示すように、（１）のリファレンスでは、プラズマ励起用の高周波電力ＨＦはパルス波ではなく連続波である。バイアス用の高周波電力ＬＦは、Ｄｕｔｙ比が３０％のパルス波である。

（１）のリファレンスと比較すると、（２）の標準シンクロパルスでは、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦは共にＤｕｔｙ比が３０％のパルス波であり、位相シフトは０％である。このように、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦのシンクロパルスとは、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦが同じ周波数とＤｕｔｙ比とを有するパルス波をいう。ここで、周波数は、図３にて示した１／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）で表される周波数をいう。

（２）の標準シンクロパルスでは、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦのパルス波に位相差は生じない。本実施形態に係るプラズマ処理方法では、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦのパルス波が所定の位相差を有するように制御される。例えば、（３）に示す位相シフトシンクロパルスによって高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦのパルス波が印加される。一例としては、（３−１）の位相シフトシンクロパルスでは、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦのＤｕｔｙ比が５０％、位相シフトが１００％に制御されている。（３−２）の位相シフトシンクロパルスでは、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦのＤｕｔｙ比が５０％、位相シフトが５０％に制御されている。（３−３）の位相シフトシンクロパルスでは、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦのＤｕｔｙ比が３０％、位相シフトが１００％に制御されている。（３−４）の位相シフトシンクロパルスでは、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦのＤｕｔｙ比が３０％、位相シフトが５０％に制御されている。

［実験結果１：位相シンクロパルス］
位相シフトシンクロパルス波の高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦを載置台１２に印加した実験結果１を図５に示す。図５の（３）及び（４）には、本実施形態に係る位相シフトシンクロパルスによるＥＲの結果とともに（１）リファレンス及び（２）標準シンクロパルスによるＥＲの結果が比較例として挙げられている。

プロセス条件は以下である。
（１）リファレンス
ＨＦ３００Ｗ（連続波）
ＬＦ３０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
Ｄｕｔｙ比（ＬＦ）３０％
（２）標準シンクロパルス
ＨＦ１０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
ＬＦ３０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
Ｄｕｔｙ比（ＨＦ／ＬＦ）３０％
位相シフト０％
（３）位相シフトシンクロパルス
ＨＦ１０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
ＬＦ３０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
Ｄｕｔｙ比（ＨＦ／ＬＦ）３０％
位相シフト５０％
（４）位相シフトシンクロパルス
ＨＦ１０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
ＬＦ３０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
Ｄｕｔｙ比（ＨＦ／ＬＦ）３０％
位相シフト１００％
（１）〜（４）のいずれも場合も、臭化水素ガス（ＨＢｒ）、三フッ化窒素ガス（ＮＦ_３）及び酸素（Ｏ_２）ガスを含む混合ガスによりエッチングを実行した。ＥＲの分布からホットスポットレシオを算出したところ、（１）のリファレンスでは「２．４」、（２）の標準シンクロパルスでは「６．８」、（３）の位相シフトシンクロパルスでは「１．７」、（４）の位相シフトシンクロパルスでは「−４．２」となった。

これによれば、（３）及び（４）の位相シフトシンクロパルスでは、（１）及び（２）と比較してＥＲの分布及びホットスポットレシオが改善された。例えば、（３）の位相シフトシンクロパルスでは、ウェハＷのセンタ部、ミドル部及びエッジ部におけるＥＲの分布をフラットに制御できている。また、（４）の位相シフトシンクロパルスでは、ウェハＷのセンタ部におけるＥＲの分布が下に凸の分布となり、各高周波電力の位相シフト量によりウェハＷのセンタ部が制御できている。この結果から、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦの位相シンクロパルスの位相シフト量（位相差）を制御することで、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦのパルス波の重畳による高調波の定在波の発生を防止できることがわかった。これにより、ウェハＷのセンタ部のホットスポットレシオを改善でき、ウェハＷに均一なプラズマ処理を実行できる。

なお、本実施形態では、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦの「位相シフト量」は、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦの位相のずれ量を示し、例えば、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦが完全に重なっている場合、位相シフト量は０％である。高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦが半分重なっている場合、位相シフト量は５０％である。高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦがまったく重なっていない場合、高周波電力ＨＦが先に印加されるときの位相シフト量は−１００％であり、高周波電力ＬＦが先に印加されるときの位相シフト量は１００％である。

［実験結果２：位相シフト量］
次に、位相シフトシンクロパルス波の高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦを、位相シフト量を変化させてエッチングした結果について、図６を参照しながら説明する。

プロセス条件は以下である。
（３−１）〜（３−５）位相シフトシンクロパルス
ＨＦ１０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
ＬＦ３０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
Ｄｕｔｙ比３０％
位相シフト可変（５５％〜７５％）
上記条件下、ＨＢｒガス、ＮＦ_３ガス及びＯ_２ガスを含む混合ガスによりエッチングを実行した。その際のＥＲの分布及びホットスポットレシオを図６に示す。これによれば、（３−２）の位相シフトが６０％の場合及び（３−３）の位相シフトが６５％の場合においてホットスポットレシオが最も改善され、ＥＲの分布が均一になった。以上から、位相シフトシンクロパルスの位相シフト量を制御することで、ウェハＷのセンタ部のホットスポットレシオを制御できることがわかった。

［実験結果３：Ｄｕｔｙ比］
次に、位相シフトシンクロパルス波の高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦを、Ｄｕｔｙ比を変化させてエッチングした結果について、図７を参照しながら説明する。図７は、（４−１）及び（４−２）の本実施形態に係る位相シフトシンクロパルスによるＥＲの結果とともに（１）リファレンスによるＥＲの結果が比較例として挙げられている。

プロセス条件は以下である。
（１）リファレンス
ＨＦ３００Ｗ（連続波）
ＬＦ３０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
Ｄｕｔｙ比３０％
（４−１）位相シフトシンクロパルス
ＨＦ１０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
ＬＦ３０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
Ｄｕｔｙ比３０％
位相シフト１００％
（４−２）位相シフトシンクロパルス
ＨＦ１０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
ＬＦ３０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
Ｄｕｔｙ比ＬＦ３０％、ＨＦ７０％
位相シフト１００％
（１）、（４−１）、（４−２）のいずれも場合も、ＨＢｒガス、ＮＦ_３ガス及びＯ_２ガスを含む混合ガスによりエッチングを実行した。その際のＥＲの分布及びホットスポットレシオを図７に示す。

これによれば、高周波電力ＨＦのＤｕｔｙ比を３０％から７０％へ変更することで、ウェハＷのセンタ部におけるＥＲの分布を下に凸の分布に維持しつつ、特にミドル部のＥＲを高められることがわかった。これは、高周波電力ＨＦのＤｕｔｙ比を３０％→７０％に上げることで、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦが投入されている時間が４０％長くなったため、プラズマの密度が上がり、ミドル部が制御できるようになったと考えられる。

これに対して、バイアス用の高周波電力ＬＦのＤｕｔｙ比を高くしても、プラズマの密度は上がらないため、ミドル部の制御は困難である。よって、高周波電力ＬＦのＤｕｔｙ比を高周波電力ＨＦのＤｕｔｙ比よりも高くするとＥＲが下がってミドル部の制御が困難になる。従って、高周波電力ＨＦのＤｕｔｙ比を高周波電力ＬＦのＤｕｔｙ比以上とすることにより、ミドル部のＥＲを制御できることがわかった。

以上から、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦの位相シフト量（位相差）を制御することにより、ウェハＷのセンタ部におけるＥＲの分布を下に凸の分布にすることができる。つまり、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦの高調波の各パルスの重畳による高調波の定在波の発生を防止することができる。

加えて、高周波電力ＨＦのＤｕｔｙ比≧高周波電力ＬＦのＤｕｔｙ比を条件として高周波電力ＨＦのＤｕｔｙ比を制御することにより、ミドル部のＥＲを制御することができる。エッジ部では高調波が生じ難いため、センタ部とミドル部とのＥＲを制御できれば、ウェアＷを均一にエッチングすることができる。

なお、上記実施形態では、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦの周波数は、１００ＭＨｚであり、バイアス用の高周波電力ＬＦの周波数は、１３．５６ＭＨｚである。しかしながら、高周波電力ＨＦの周波数及び高周波電力ＬＦの周波数はこれに限らない。例えば、高周波電力ＨＦの周波数は、１００ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数であればよく、高周波電力ＬＦの周波数は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲の周波数であればよい。

また、上記実施形態では、エッチングガスとして、ＨＢｒガス、ＮＦ_３ガス及びＯ_２ガスとを含むガスが使用された。しかしながら、エッチングガスはこれに限らず、ＨＢｒガス、ＣＦ系ガス及びＯ_２ガスとを含むガスであってもよい。エッチングガスに含まれるＯ_２ガスの替わりにＮ_２ガス又はＯ_２ガスとＮ_２ガスとの混合ガスを用いてもよい。

［実験結果のエッチング形状例］
最後に、本実施形態にかかる実験結果のエッチング形状の一例について、図８〜図１０を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係るエッチング対象の積層膜の一例を示す。図９は、本実施形態に係るプラズマ処理方法によるパーシャルエッチング後のエッチング形状の一例を示す。図１０は、本実施形態に係るプラズマ処理方法によるフルエッチング後のエッチング形状の一例を示す。

図８の（ａ）に示すように、本実施形態に係るエッチング対象の積層膜は、シリコン基板（Ｓｉ）１００上にサーマルオキサイド膜（Ｔｈｅｒｍａｌシリコン酸化膜）１０２、ポリシリコン膜１０４、シリコン酸化膜１０６を順に積層させた構造を有する。

図８の（ｂ）は、本実施形態に係るプラズマ処理方法によりパーシャルエッチングが実行された後のエッチング形状を模式した図である。パーシャルエッチングでは、シリコン酸化膜１０６をマスクとしてポリシリコン膜１０４が途中までエッチングされる。図８の（ｃ）は、本実施形態に係るプラズマ処理方法によりフルエッチングが実行された後のエッチング形状を模式した図である。フルエッチングでは、シリコン酸化膜１０６をマスクとして図８の（ｂ）のパーシャルエッチングから更にポリシリコン膜１０４がエッチングされ、サーマルオキサイド膜１０２までエッチングが実行された状態である。

パーシャルエッチング後の結果の一例を図９に示す。プロセス条件は以下である。
（１）リファレンス
ＨＦ３００Ｗ（連続波）
ＬＦ３０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
Ｄｕｔｙ比（ＬＦ）３０％
（４）位相シフトシンクロパルス
ＨＦ１０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
ＬＦ３０００Ｗ（周波数１ｋＨｚ）
Ｄｕｔｙ比（ＨＦ／ＬＦ）３０％
位相シフト１００％
（１）及び（４）のいずれも場合も、ＨＢｒガス、ＮＦ_３ガス及びＯ_２ガスを含む混合ガスによりエッチングを実行した。図９のＥＲの結果に示すように、（４）の位相シフトシンクロパルスでは、ウェハＷのセンタ部におけるＥＲの分布が下に凸の分布となり、高周波電力ＨＦ，ＬＦの位相シフト量でウェハＷのセンタ部を制御できることがわかる。その結果、図９のエッチング深さ（Etch Depth）のグラフ及びエッチング形状の断面に示されるように、（４）の位相シフトシンクロパルスでは、ポリシリコン膜１０４のミドル部のエッチング深さが（１）のリファレンスよりも深くなっている。つまり、（４）の位相シフトシンクロパルスでは（１）のリファレンスよりもウェハＷのミドル部を制御できることがわかる。

また、（４）の位相シフトシンクロパルスでは、シリコン酸化膜１０６のマスク残量（Mask remain）が（１）のリファレンスよりも多くなっている。マスク残量が多い方が、ＥＲが遅いことを示している。特に（４）の位相シフトシンクロパルスでは、センタ部のマスク残量がミドル部のマスク残量よりも多くなっている。したがって、本実施形態によれば、センタ部のみならずミドル部の制御性を高めたことにより、センタ部とミドル部のＥＲを同等に制御できる。

パーシャルエッチング後の結果の一例を図１０に示す。プロセス条件はパーシャルエッチングで示した条件と同じである。

図１０のマスク残量の結果に示すように、（４）の位相シフトシンクロパルスでは、シリコン酸化膜１０６のマスク残量（Mask remain）が（１）のリファレンスよりも多くなっている。特に（１）のリファレンスではセンタ部のマスク残量がミドル部のマスク残量よりも少ないのに対して、（４）の位相シフトシンクロパルスではセンタ部のマスク残量がミドル部のマスク残量と同じになっている。これにより、フルエッチング後の結果においてもセンタ部とミドル部のＥＲが同等に制御できていることがわかる。このように、本実施形態では、センタ部のみならずミドル部の制御性を高めることができる。

また、（４）の位相シフトシンクロパルスでは、（１）のリファレンスよりもトップＣＤ（TOP CD）に対するボトムＣＤ（Bottom CD）の差が小さく、エッチング形状が垂直で良好なエッチングとなっていることがわかる。特に、（４）の位相シフトシンクロパルスでは、ミドル部におけるボトムＣＤが良好であり、フルエッチング後の結果においてもミドル部のエッチングが制御できていることがわかる。

以上から、本実施形態にかかる位相シフトシンクロパルスによるプラズマ処理方法によれば、センタ部とミドル部とを制御できるため、エッチングの深さが深く、かつエッチング形状が垂直で良好なエッチング結果が得られることがわかった。

以上に説明したように、本実施形態にかかるプラズマ処理方法によれば、高周波電力ＨＦ、ＬＦをパルス状に印加し、各高周波電力の位相シフト量を制御することによって高調波による定在波の発生を防止でき、ウェハＷのセンタ部のホットスポットを防止できる。

また、パルス状の高周波電力ＨＦ、ＬＦの位相をずらすとともに各高周波電力のＤｕｔｙ比を制御することによって、ウェハＷのミドル部の制御性を高めることができる。これにより、本実施形態にかかるプラズマ処理方法によれば、所望のエッチング特性を有するエッチングをウェハＷに施すことができる。

以上、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

例えば、本発明に係るプラズマ処理方法は、上記実施形態にかかる平行平板型の容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置だけでなく、その他のプラズマ処理装置に適用可能である。その他のプラズマ処理装置としては、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置等が挙げられる。

また、本発明にかかるプラズマ処理方法により処理される基板は、ウェハに限らず、例えば、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。

８：ガス供給源
１０：プラズマ処理装置
１１：処理容器
１２：載置台（下部電極）
１４：排気プレート
１７：反応室
１８：排気室
１９：第１の高周波電源
２１：静電電極板
２２：静電チャック
２４：フォーカスリング
２９：シャワーヘッド（上部電極）
３０：第２の高周波電源
５０：制御部

Claims

処理容器と、該処理容器内に配置される載置台と、該載置台に対向して配置される電極とを備えるプラズマ処理装置を用いて該載置台の上の基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、
前記載置台にプラズマ生成用の高周波電力のパルス波を印加し、該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のパルス波を印加する工程と、
前記プラズマ生成用の高周波電力のパルス波及び前記バイアス用の高周波電力のパルス波が所定の位相差を有するように制御し、該プラズマ生成用の高周波電力のデューティ比を該バイアス用の高周波電力のデューティ比以上であって、基板のミドル部のエッチングレートを選択的に高めるように制御する工程と、
を含む、プラズマ処理方法。
前記プラズマ生成用の高周波電力のパルス波と前記バイアス用の高周波電力のパルス波との位相をずらすことで、前記パルス波の重畳により発生する高調波の定在波の発生を防止する、
請求項１に記載のプラズマ処理方法。
臭化水素（ＨＢｒ）ガスと三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスと酸素（Ｏ_２）ガスとを含むガス、又は臭化水素ガスとＣＦ系ガスと酸素ガスとを含むガスを前記処理容器内に供給し、
基板上に形成されたポリシリコン膜の上のシリコン酸化膜をマスクとして、該ポリシリコン膜をエッチングする工程を含む、
請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
前記プラズマ生成用の高周波電力の周波数は、１００ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの範囲のいずれかの周波数であり、前記バイアス用の高周波電力の周波数は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲のいずれかの周波数である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
前記プラズマ生成用の高周波電力のデューティ比は、前記バイアス用の高周波電力のデューティ比の２倍よりも大きい、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
処理容器と、該処理容器内に配置された載置台と、該載置台に対向して配置された電極と、制御部とを備えるプラズマ処理装置であって、
前記制御部は、
前記載置台にプラズマ生成用の高周波電力のパルス波を印加し、該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のパルス波を印加し、
前記プラズマ生成用の高周波電力のパルス波及び前記バイアス用の高周波電力のパルス波が所定の位相差を有するように制御し、該プラズマ生成用の高周波電力のデューティ比を該バイアス用の高周波電力のデューティ比以上であって、基板のミドル部のエッチングレートを選択的に高めるように制御する、
プラズマ処理装置。