特許 6169521 プラズマエッチング方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6169521

(24)【登録日】2017年7月7日

(45)【発行日】2017年7月26日

(54)【発明の名称】プラズマエッチング方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20170713BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 105A

【請求項の数】16

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-80592(P2014-80592)

(22)【出願日】2014年4月9日

(65)【公開番号】特開2015-201583(P2015-201583A)

(43)【公開日】2015年11月12日

【審査請求日】2017年3月10日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】勝沼 隆幸

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０９３７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２０６０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０６４０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００９８７２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−０５９５７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコン基板上に形成された被処理膜を、前記被処理膜上に形成されたシリコン膜をマスクとしてエッチングするプラズマエッチング方法において、
酸化膜とカーボン膜とが交互に積層された前記被処理膜の厚さ方向における任意の位置まで、Ｆ（フッ素）に対するＣ（炭素）の含有比率が所定の比率である前記第１のＣＦ系ガスと、酸素ガスとを含む第１の混合ガスのプラズマにより、前記被処理膜をエッチングする第１のエッチングを行い、
前記第１のエッチングの後に、前記第１のＣＦ系ガスを、Ｆ（フッ素）に対するＣ（炭素）の含有比率が前記第１のＣＦ系ガスにおける前記所定の比率よりも高い第２のＣＦ系ガスに切り換え、
前記被処理膜の厚さ方向における前記任意の位置から、前記第２のＣＦ系ガスと酸素ガスとを含む第２の混合ガスのプラズマにより、前記被処理膜をエッチングする第２のエッチングを行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。

【請求項2】

前記被処理膜は、最下層に酸化膜が形成されており、
前記被処理膜に含まれる複数のカーボン膜の中で、一番下のカーボン膜の上面から前記カーボン膜の厚さ方向において前記カーボン膜の途中の位置までは前記第１のエッチングを行い、その後、前記第１のＣＦ系ガスを前記第２のＣＦ系ガスに切り換え、前記カーボン膜の厚さ方向において前記一番下のカーボン膜の位置から最下層の酸化膜までは前記第２のエッチングを行うことを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項3】

前記被処理膜の最上部から一番下のカーボン膜の位置まで継続して前記第１のエッチングを行う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。

【請求項4】

前記被処理膜は、前記酸化膜と前記カーボン膜とが交互に複数積層されており、
一番下の前記酸化膜および一番下の前記カーボン膜を除く前記被処理膜のエッチングにおいて、前記第１のエッチングと前記第２のエッチングとを交互に複数回繰り返すことにより、前記被処理膜をエッチングすることを特徴とする請求項１また２に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項5】

前記第１のエッチングおよび前記第２のエッチングによって形成された溝の底が前記被処理膜内の一番下の前記カーボン膜を除く前記カーボン膜に達するたびに、前記第１のＣＦ系ガスと前記第２のＣＦ系ガスとを切り換えることを特徴とする請求項４に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項6】

前記被処理膜のエッチングにおいて、一番下の前記酸化膜を除く前記酸化膜を前記第１のエッチングによりエッチングし、一番下の前記カーボン膜を除く前記カーボン膜を前記第２のエッチングによりエッチングすることを特徴とする請求項４に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項7】

前記第１のＣＦ系ガスは、前記含有比率が０．３３以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項8】

前記第２のＣＦ系ガスは、前記含有比率が０．３３より大きいことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項9】

前記第２のエッチングは、
前記酸化膜のエッチングレートよりも前記カーボン膜のエッチングレートの方が高い条件でのエッチングであることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項10】

前記第１の混合ガスにおいて、前記酸素ガスの流量は、前記第１のＣＦ系ガスの流量の１．０倍以上であり、
前記第２の混合ガスにおいて、前記酸素ガスの流量は、前記第２のＣＦ系ガスの流量の５．０倍以上であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項11】

前記第１のＣＦ系ガスは、ＣＦ４ガスであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項12】

前記第２のＣＦ系ガスは、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、またはＣ５Ｆ８ガスのいずれかであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項13】

前記酸化膜と前記カーボン膜とは、前記被処理膜内に交互に複数回積層されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項14】

前記被処理膜内の前記カーボン膜の数は、前記被処理膜内の前記酸化膜の数よりも１つ少ないことを特徴とする請求項１３に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項15】

前記酸化膜は、前記被処理膜の最上層および最下層にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項16】

前記被処理膜は、前記シリコン基板に直接接触することを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマエッチング方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣＮ等の下地層上に形成されたＳｉＯＣ等からなる絶縁層に、デュアルダマシン構造のトレンチを形成する場合、例えば、フォトレジストをマスクとして、Ｃ４Ｆ８等のフッ素系ガスのプラズマにより絶縁層をエッチングし、絶縁層にビアホールを形成する。そして、下地層を保護するための有機材をビアホールに堆積させた後、ＴｉＮ等からなるトレンチ用ハードマスクを用いて、ＣＦ４等のフッ素系ガスのプラズマにより絶縁層をエッチングし、デュアルダマシン構造のトレンチを形成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−５９６６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＣＦ系のガスを含む混合ガスのプラズマによるＳｉＯ２膜のエッチングの過程では、ＳｉＯ２上に形成されたＣＦポリマ層にイオン衝撃が加わると、ミキシング作用により化学反応が進み、ＳｉＦ４やＣＯｘとなってガス化する。ここで、ＳｉＯ２上ではＳｉＯ２中のＯ（酸素）がＣ（炭素）をＣＯｘとしてガス化させるが、カーボンを多く含むフォトレジストやＳｉ（シリコン）からなる下地層上にはＣが堆積する。堆積したＣは、イオン衝撃に対して保護膜として作用するため、フォトレジストに対するＳｉＯ２の選択比、および、Ｓｉの下地層に対するＳｉＯ２の選択比を高くとることができる。

【0005】

ところで、酸化膜とカーボン膜とが交互に積層された被処理膜をエッチングする場合、Ｓｉとの選択比をとりつつ、酸化膜とカーボン膜をエッチングする必要がある。しかし、上述の過程に基づいて酸化膜との選択比を高めようとすると、カーボン膜がエッチングできなくなってしまう。

【0006】

また、酸化膜とカーボン膜とが交互に積層された被処理膜を、ＣＦ系のガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングした場合、形成された溝の底にマイクロトレンチが発生したり、溝の側壁に凹凸が発生する場合がある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面は、酸化膜とカーボン膜とが交互に積層された被処理膜を、前記被処理膜上に形成されたシリコン膜をマスクとして、第１または第２のＣＦ系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスのプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法において、前記被処理膜の途中までは、Ｆ（フッ素）に対するＣ（炭素）の含有比率が所定の比率である前記第１のＣＦ系ガスと、酸素ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、前記被処理膜をエッチングする第１のエッチングを行い、前記被処理膜の途中からは、前記第１のＣＦ系ガスよりも前記含有比率が高い前記第２のＣＦ系ガスを含む混合ガスのプラズマにより、前記被処理膜をエッチングする第２のエッチングを行う。

【発明の効果】

【0008】

本発明の種々の側面および実施形態によれば、酸化膜とカーボン膜とが交互に積層された被処理膜に、マイクロトレンチや、側壁の凹凸の少ない溝を形成することができるプラズマエッチング方法が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態に係るプラズマエッチング装置の一例を示す縦断面図である。

【図2】図２は、実施形態に係るプラズマエッチング装置でエッチングされるウエハＷの構造の一例を説明するための図である。

【図3】図３は、実施形態に係るプラズマエッチング方法の手順の一例を示すフローチャートである。

【図4】図４は、各工程の実行後のウエハＷの断面の一例を示す図である。

【図5】図５は、Ｏ２ガスの流量を変えてＣＦ４ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングを行った場合のウエハＷの断面の一例を示す図である。

【図6】図６は、Ｏ２ガスの流量を変えてＣＦ４ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングを行った場合の各膜のエッチングレートの一例を示すグラフである。

【図7】図７は、Ｏ２ガスの流量を変えてＣＦ４ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングを行った場合の実験結果の一例を示す図である。

【図8】図８は、Ｏ２ガスの流量を変えてＣＦ４ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングを行った場合の実験結果の傾向の一例を示すグラフである。

【図9】図９は、ＣＦ４ガスを含む混合ガスのプラズマによりＯＣＯＣ膜全体をエッチングした場合のウエハＷの断面の一例を示す図である。

【図10】図１０は、Ｏ２ガスの流量を変えてＣ４Ｆ８ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングを行った場合のウエハＷの断面の一例を示す図である。

【図11】図１１は、Ｏ２ガスの流量を変えてＣ４Ｆ８ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングを行った場合の各膜のエッチングレートの一例を示すグラフである。

【図12】図１２は、Ｏ２ガスの流量を変えてＣ４Ｆ８ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングを行った場合の実験結果の一例を示す図である。

【図13】図１３は、Ｏ２ガスの流量を変えてＣ４Ｆ８ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングを行った場合の実験結果の傾向の一例を示すグラフである。

【図14】図１４は、Ｃ４Ｆ８ガスを含む混合ガスのプラズマによりＯＣＯＣ膜全体をエッチングした場合のウエハＷの断面の一例を示す図である。

【図15】図１５は、ＯＣＯＣ膜のエッチングの途中でＣＦ４ガスを含む混合ガスからＣ４Ｆ８ガスを含む混合ガスに切り換えてエッチングを行った場合のウエハＷの断面の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

開示するプラズマエッチング方法は、１つの実施形態において、酸化膜とカーボン膜とが交互に積層された被処理膜を、被処理膜上に形成されたシリコン膜をマスクとして、第１または第２のＣＦ系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスのプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法であって、被処理膜の途中までは、Ｆ（フッ素）に対するＣ（炭素）の含有比率が所定の比率である第１のＣＦ系ガスを含む混合ガスのプラズマにより、被処理膜をエッチングする第１のエッチングを行い、被処理膜の途中からは、Ｆに対するＣの含有比率が第１のＣＦ系ガスよりも高い第２のＣＦ系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、被処理膜をエッチングする第２のエッチングを行う。

【0011】

また、開示するプラズマエッチング方法は、１つの実施形態において、被処理膜は、最下層に酸化膜が形成されており、被処理膜に含まれる複数のカーボン膜の中で、一番下のカーボン膜の途中までは第１のエッチングを行い、その後、一番下のカーボン膜の途中から最下層の酸化膜までは第２のエッチングを行う。

【0012】

また、開示するプラズマエッチング方法の１つの実施形態において、被処理膜は、酸化膜とカーボン膜とが交互に複数積層されており、被処理膜のエッチングにおいて、第１のエッチングと第２のエッチングとを交互に複数回繰り返すことにより、被処理膜をエッチングしてもよい。

【0013】

また、開示するプラズマエッチング方法は、１つの実施形態において、被処理膜のエッチングにおいて、酸化膜を第１のエッチングによりエッチングし、カーボン膜を第２のエッチングによりエッチングしてもよい。

【0014】

また、開示するプラズマエッチング方法は、１つの実施形態において、第１のＣＦ系ガスは、Ｆに対するＣの含有比率が０．３３以下であってもよい。

【0015】

また、開示するプラズマエッチング方法は、１つの実施形態において、第２のＣＦ系ガスは、Ｆに対するＣの含有比率が０．３３より大きくてもよい。

【0016】

また、開示するプラズマエッチング方法の１つの実施形態において、第２のエッチングは、酸化膜のエッチングレートよりもカーボン膜のエッチングレートの方が高い条件でのエッチングであってもよい。

【0017】

また、開示するプラズマエッチング方法は、１つの実施形態において、混合ガスに第１のＣＦ系ガスが含まれる場合、酸素ガスの流量は、第１のＣＦ系ガスの流量の１．０倍以上であり、混合ガスに第２のＣＦ系ガスが含まれる場合、酸素ガスの流量は、第２のＣＦ系ガスの流量の５．０倍以上であってもよい。

【0018】

また、開示するプラズマエッチング方法の１つの実施形態において、第１のＣＦ系ガスは、ＣＦ４ガスであってもよい。

【0019】

また、開示するプラズマエッチング方法の１つの実施形態において、第２のＣＦ系ガスは、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、またはＣ５Ｆ８ガスのいずれかであってもよい。

【0020】

また、開示するプラズマエッチング装置は、１つの実施形態において、被処理膜に対してプラズマエッチング処理を行うための処理チャンバと、処理チャンバ内を減圧する排気部と、処理チャンバ内にガスを供給するガス供給部と、上記したいずれかのプラズマエッチング方法を実行する制御部とを備える。

【0021】

以下に、開示するプラズマエッチング方法およびプラズマエッチング装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

【0022】

［プラズマエッチング装置１の構成］
図１は、実施形態に係るプラズマエッチング装置１の一例を示す縦断面図である。本実施形態におけるプラズマエッチング装置１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。

【0023】

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ウエハＷが載置される。このウエハＷには本発明のエッチング対象である被処理膜が形成されている。

【0024】

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。この静電チャック１８は、導電膜からなる電極２０をＡｌ２Ｏ３等の誘電体の絶縁層で挟んだ構造を有する。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ウエハＷが静電チャック１８に吸着保持される。

【0025】

静電チャック１８の周囲におけるサセプタ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。

【0026】

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２８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および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１６上のウエハＷの処理温度を制御することができる。

【0027】

更に、図示しない伝熱ガス供給機構からの冷熱伝達用ガス（冷却ガス）、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。これらの構成によって、ウエハＷを、所定の温度に制御可能となっている。

【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。そして、上部電極３４およびサセプタ（下部電極）１６間の空間にプラズマが生成される。

【0029】

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との対向面を構成する。また、サセプタ１６と対向する上部電極３４の面には、多数のガス吐出孔３７が設けられる。また、上部電極３４は、導電性材料、例えばアルミニウムからなる水冷構造（図示せず）の電極支持体３８を有する。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。

【0030】

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には処理に必要なガスを供給するガス供給源６６が接続されている。ガス供給管６４には、複数のガス配管が接続されており、これらガス配管には流量制御器および開閉バルブ（いずれも図示せず）が設けられている。そして、処理に必要なガスは、ガス供給源６６からガス供給管６４を介してガス拡散室４０に供給され、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。

【0031】

上部電極３４には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１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、上部電極３４にマイナスの電圧を印加する。可変直流電源５０からの給電はスイッチ５２によりオン・オフが可能となっている。ＬＰＦ５１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。

【0032】

チャンバ１０の上部には、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チャンバ１０ａが設けられている。

【0033】

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４０．６８ＭＨｚ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。

【0034】

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、ウエハＷに高周波バイアスが印加されウエハＷにイオンが引き込まれる。第２の高周波電源９０は、４００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば１３．５６ＭＨｚ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。

【0035】

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、ターボ分子ポンプおよびドライブ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Ｙ２Ｏ３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。

【0036】

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の位置に限定されず、例えばサセプタ１６の周囲等、サセプタ１６側に設けられてもよく、また上部電極３４の外側にリング状に設けられる等、上部電極３４近傍に設けられてもよい。また、導電性部材９１は、プラズマに直接さらされない位置、例えば下部電極下方の排気室に配置されてもよい。

【0037】

プラズマエッチング装置１の各構成部、例えば電源系やガス供給系、駆動系、更には、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、第２の整合器８８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エッチング装置１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、プラズマエッチング装置１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。

【0038】

更に、制御部１００には、プラズマエッチング装置１で実行される各種処理を制御部１００で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１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く、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、制御プログラムや処理レシピ等は、他の装置から、例えば専用回線を介してプラズマエッチング装置１に適宜伝送させるようにしてもよい。

【0039】

そして、ユーザーインターフェース１０１からの指示に応じて、任意の処理レシピが記憶部１０２から呼び出され、制御部１００によって実行されることで、プラズマエッチング装置１において所望の処理が実行される。

【0040】

例えば、制御部１００は、後述するプラズマエッチング方法を実行するようにプラズマエッチング装置１の各部を制御する。その一例を挙げて詳細な説明をする。制御部１００は、酸化膜とカーボン膜とが交互に積層された被処理膜を、被処理膜上に形成されたシリコン膜をマスクとして、ＣＦ系のガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングするようにプラズマエッチング装置１の各部を制御する。このとき、制御部１００は、被処理膜の途中までは、フッ素に対する炭素の含有比率が所定の比率の第１のＣＦ系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、被処理膜をエッチングし、被処理膜の途中からは、フッ素に対する炭素の含有比率が第１のＣＦ系ガスよりも高い第２のＣＦ系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、被処理膜をエッチングするようにプラズマエッチング装置１の各部を制御する。

【0041】

［ウエハＷの構成］
図２は、実施形態に係るプラズマエッチング装置１でエッチングされるウエハＷの構造の一例を説明するための図である。本実施形態では、一例として図２に示すような構造のウエハＷを用いる。

【0042】

ウエハＷは、例えば図２に示すように、シリコン基板（Ｓｉ−ｓｕｂ）２０１上に、ＯＣＯＣ膜２０２、シリコン（Ｓｉ）膜２０３、ＨＴＯ（High Temperature Oxide）膜２０４、ＢＡＲＣ（Bottom Anti-Reflective Coating）２０５、およびフォトレジスト（ＰＲ）２０６が順次積層された後、フォトレジスト２０６にフォトリソグラフィにより所定パターンが形成される。

【0043】

ＯＣＯＣ膜２０２は、例えば図２に示すように、ＨＴＯ膜２０２０とカーボン膜２０２１とが交互に積層された構造を有する。本実施形態において、ＨＴＯ膜２０２０は、ＯＣＯＣ膜２０２において、一番上と一番下に設けられる。また、本実施形態において、ＯＣＯＣ膜２０２には、ＨＴＯ膜２０２０が例えば５層設けられ、カーボン膜２０２１が例えば４層設けられている。ただし、ＯＣＯＣ膜２０２に含まれるＨＴＯ膜２０２０およびカーボン膜２０２１の積層数はこれに限られず、図２に示した積層数よりも多くてもよく、少なくてもよい。

【0044】

本実施形態において、ＯＣＯＣ膜２０２の厚さは、例えば約３０５ｎｍであり、ＯＣＯＣ膜２０２に含まれるそれぞれのＨＴＯ膜２０２０の厚さは、例えば約２５ｎｍであり、ＯＣＯＣ膜２０２に含まれるそれぞれのカーボン膜２０２１の厚さは、例えば約４５ｎｍである。また、本実施形態において、シリコン膜２０３の厚さは、例えば約３００ｎｍであり、ＨＴＯ膜２０４の厚さは、例えば約１５０ｎｍである。また、本実施形態において、ＢＡＲＣ２０５の厚さは、例えば約７０〜１００ｎｍであり、フォトレジスト２０６の厚さは、例えば約４１０〜５１０ｎｍである。

【0045】

［プラズマエッチング方法の実施形態］
次に、本実施形態におけるプラズマエッチング方法の各工程について説明する。図３は、本実施形態に係るプラズマエッチング方法の手順の一例を示すフローチャートである。図４は、各工程の実行後のウエハＷの断面の一例を示す図である。

【0046】

本実施形態におけるプラズマエッチング方法では、まず、被処理体となるウエハＷがチャンバ１０内に搬入されてサセプタ１６上に載置される。この段階では、ウエハＷの断面は、例えば図４のＩＮＩＴＩＡＬの欄の図に示す状態である。実験では、この段階におけるフォトレジスト２０６の厚さは約４７６ｎｍであり、フォトレジスト２０６に形成されたパターンのＣＤ（Critical Dimension）は約２１８ｎｍであった。

【0047】

そして、制御部１００は、排気装置８４の真空ポンプにより排気口８０を介してチャンバ１０内を所定の圧力まで減圧し、ガス供給源６６からＣＦ系のガスを含む混合ガスをチャンバ１０内に供給してＢＡＲＣ除去工程を実行する（ステップＳ１００）。

【0048】

制御部１００は、例えば以下の条件で、ステップＳ１００におけるＢＡＲＣ除去工程を実行する。
チャンバ１０内の圧力：３０ｍＴ
下部電極に供給する第１の高周波電力（４０．６８ＭＨｚ）：４００Ｗ
下部電極に供給する第２の高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）：０Ｗ
供給ガスおよび流量：ＣＦ４／Ｏ２＝２５０／１３ｓｃｃｍ
処理時間：６０秒

【0049】

ステップＳ１００に示したＢＡＲＣ除去工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図４のＢＡＲＣ除去工程の欄の図に示す状態となる。実験では、この段階におけるフォトレジスト２０６の厚さは約３７７ｎｍであり、ＨＴＯ膜２０４のリセスは約１６ｎｍであり、形成された溝の底のＣＤは約２２６ｎｍであった。

【0050】

次に、制御部１００は、チャンバ１０内を排気し、チャンバ１０内に処理ガスを供給して、ＨＴＯ膜２０４のエッチング工程を実行する（ステップＳ１０１）。例えば、制御部１００は、ガス供給源６６からＣＦ系のガスを含む混合ガスをチャンバ１０内に供給し、フォトレジスト２０６をマスクとしてＣＦ系のガスを含む混合ガスのプラズマによりＨＴＯ膜２０４をエッチングして、ＨＴＯ膜２０４の下層に形成されているシリコン膜２０３を露出させる。

【0051】

制御部１００は、例えば以下の条件で、ステップＳ１０１におけるＨＴＯ除去工程を実行する。
チャンバ１０内の圧力：２５ｍＴ
下部電極に供給する第１の高周波電力（４０．６８ＭＨｚ）：３００Ｗ
下部電極に供給する第２の高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）：７５０Ｗ
供給ガスおよび流量：ＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒ／Ｏ２
＝２４０／１８０／４００／１０ｓｃｃｍ
処理時間：６０秒

【0052】

ステップＳ１０１に示したＨＴＯ膜２０４のエッチング工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図４のＨＴＯ膜２０４のエッチング工程の欄の図に示す状態となる。実験では、この段階におけるフォトレジスト２０６の厚さは約２９４ｎｍであり、シリコン膜２０３のリセスは約１２ｎｍであり、形成された溝の底のＣＤは約１９４ｎｍであった。

【0053】

次に、制御部１００は、チャンバ１０内を排気し、チャンバ１０内にＯ２（酸素）ガスを供給して、アッシング工程を実行する（ステップＳ１０２）。例えば、制御部１００は、ガス供給源６６からＯ２ガスをチャンバ１０内に供給し、ウエハＷをＯ２ガスのプラズマに晒すことでフォトレジスト２０６およびＢＡＲＣ２０５を除去する。

【0054】

制御部１００は、例えば以下の条件で、ステップＳ１０２におけるアッシング工程を実行する。
チャンバ１０内の圧力：２０ｍＴ
下部電極に供給する第１の高周波電力（４０．６８ＭＨｚ）：５００Ｗ
下部電極に供給する第２の高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）：０Ｗ
供給ガスおよび流量：Ｏ２＝４００ｓｃｃｍ
処理時間：４０秒

【0055】

ステップＳ１０２に示したアッシング工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図４のアッシング工程の欄の図に示す状態となる。実験では、この段階におけるＨＴＯ膜２０４の厚さは約１５１ｎｍであり、シリコン膜２０３のリセスは約１６ｎｍであり、形成された溝の底のＣＤは約２０２ｎｍであった。

【0056】

次に、制御部１００は、チャンバ１０内を排気し、チャンバ１０内にＣＦ系のガスを含む混合ガス、例えばＣＦ４ガスとＡｒ（アルゴン）ガスとを供給して、ＢＴ（Break Through）工程を実行する（ステップＳ１０３）。例えば、制御部１００は、ガス供給源６６からＣＦ系のガスを含む混合ガスをチャンバ１０内に供給し、ウエハＷを混合ガスのプラズマに晒す。これにより、アッシング工程によりシリコン膜２０３の表面に形成された自然酸化膜が除去される。

【0057】

制御部１００は、例えば以下の条件で、ステップＳ１０３におけるＢＴ工程を実行する。
チャンバ１０内の圧力：２０ｍＴ
下部電極に供給する第１の高周波電力（４０．６８ＭＨｚ）：３００Ｗ
下部電極に供給する第２の高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）：０Ｗ
供給ガスおよび流量：ＣＦ４／Ａｒ＝１００／２００ｓｃｃｍ
処理時間：５秒

【0058】

次に、制御部１００は、チャンバ１０内を排気し、チャンバ１０内にＣｌ系のガスを含む混合ガスを供給して、シリコン膜２０３のエッチング工程を実行する（ステップＳ１０４）。例えば、制御部１００は、ガス供給源６６からＣｌ系のガスを含む混合ガスをチャンバ１０内に供給し、ＨＴＯ膜２０４をマスクとして混合ガスのプラズマによりシリコン膜２０３をエッチングする。

【0059】

制御部１００は、例えば以下の条件で、ステップＳ１０４におけるシリコン膜２０３のエッチング工程を実行する。
チャンバ１０内の圧力：８０ｍＴ
下部電極に供給する第１の高周波電力（４０．６８ＭＨｚ）：５００Ｗ
下部電極に供給する第２の高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）：１００Ｗ
供給ガスおよび流量：Ｃｌ２／Ａｒ＝５０／２００ｓｃｃｍ
処理時間：１２６秒

【0060】

ステップＳ１０４に示したシリコン膜２０３のエッチング工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図４のシリコン膜２０３のエッチング工程の欄の図に示す状態となる。実験では、この段階におけるＨＴＯ膜２０４の厚さは約１０１ｎｍであり、ＯＣＯＣ膜２０２のリセスは約４ｎｍであり、形成された溝の底のＣＤは約１４３ｎｍであった。

【0061】

次に、制御部１００は、チャンバ１０内を排気し、チャンバ１０内に第１のＣＦ系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスを供給して、混合ガスのプラズマによりＯＣＯＣ膜２０２をエッチングする第１のエッチング工程を実行する（Ｓ１０５）。第１のエッチング工程では、例えば、ガス供給源６６から第１のＣＦ系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスをチャンバ１０内に供給し、シリコン膜２０３をマスクとして、混合ガスのプラズマにより、ＯＣＯＣ膜２０２をエッチングする。

【0062】

ここで、本実施形態において、第１のＣＦ系ガスとは、例えばフッ素に対する炭素の含有比率が所定の比率（例えば、０．３３）以下のガスである。第１のＣＦガスとしては、例えば、ＣＦ４ガス等を用いることができる。

【0063】

第１のエッチング工程では、ＯＣＯＣ膜２０２の最下層の酸化膜およびカーボン膜の一部を途中までエッチングした段階で、第１のＣＦ系ガスから第２のＣＦ系ガスに切り換えるようにガス供給源６６等を制御する。そして、第２のＣＦ系ガスを含む混合ガスのプラズマにより、ＯＣＯＣ膜２０２内のカーボン膜の一部および最下層の酸化膜をエッチングする第２のエッチング工程を実行する（Ｓ１０６）。この場合、第２のエッチング工程では、ＯＣＯＣ膜２０２の側壁に凹凸にならない程度の処理時間で、カーボン膜の一部および最下層の酸化膜をエッチングして、シリコンを露出させることが好ましい。当該処理時間は、例えば４０秒以下が好ましい。また、当該処理時間は、３０秒以下であることがより好ましい。また、第２のエッチング工程は、酸化膜のエッチングレートよりも、カーボン膜のエッチングレートの方が高い条件でのエッチングであることが好ましい。

【0064】

ここで、第２のＣＦ系ガスは、例えばフッ素に対する炭素の含有比率が、第１のＣＦ系ガスよりも大きい。第２のＣＦ系ガスは、ＣＦ系の材料が堆積しやすいガスである。また、第２のＣＦ系ガスは、例えばフッ素に対する炭素の含有比率が、例えば、０．３３より大きい。第２のＣＦ系ガスとしては、例えば、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、Ｃ５Ｆ８ガス、ＣＨＦ３ガス、またはＣＨ２Ｆ２ガス等を用いることができる。

【0065】

ステップＳ１０６に示したＯＣＯＣ膜２０２のエッチング工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図４のＯＣＯＣ膜２０２のエッチング工程の欄の図に示す状態となる。実験では、この段階におけるシリコン膜２０３の厚さは約２５８ｎｍでああり、シリコン基板２０１のリセスは約４ｎｍであり、形成された溝の底のＣＤは約１４７ｎｍであった。

【0066】

［第１のＣＦ系ガスとＯ２ガスとの流量比］
ここで、第１のＣＦ系ガスを含む混合ガスのプラズマによりＯＣＯＣ膜２０２をエッチングした場合の実験結果について説明する。実験では、第１のＣＦ系ガスとして、ＣＦ４ガスを用いた。図５は、Ｏ２ガスの流量を変えてＣＦ４ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングを行った場合のウエハＷの断面の一例を示す図である。

【0067】

図５に示した実験結果は、Ｏ２ガスの流量以外は、主に以下の条件で行われたものである。
チャンバ１０内の圧力：２５ｍＴ
下部電極に供給する第１の高周波電力（４０．６８ＭＨｚ）：３００Ｗ
下部電極に供給する第２の高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）：７５０Ｗ
供給ガスおよび流量：ＣＦ４／Ａｒ／Ｏ２
＝２００／４００／０、５０、２００ｓｃｃｍ
処理時間：６０秒

【0068】

図５に示した実験結果を参照すると、Ｏ２ガスの流量を上げると、ＯＣＯＣ膜２０２のエッチングレートが上がることがわかる。しかし、第１のＣＦ系ガスを含む混合ガスのプラズマによりＯＣＯＣ膜２０２をエッチングした場合、ＯＣＯＣ膜２０２に形成された溝にマイクロトレンチが形成される。そして、Ｏ２ガスの流量が上がると、マイクロトレンチが大きくなる傾向にあることがわかる。

【0069】

図６は、Ｏ２ガスの流量を変えてＣＦ４ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングを行った場合の各膜のエッチングレートの一例を示すグラフである。図６において、「Ｏｘ Ｅ／Ｒ」は、ＨＴＯ膜２０２０のエッチングレートを示し、「ＰＲ Ｅ／Ｒ」は、フォトレジスト２０６のエッチングレートを示し、「Ｐｏｌｙ−Ｓｉ Ｅ／Ｒ」は、シリコン膜２０３のエッチングレートを示している。

【0070】

図６を参照すると、Ｏ２ガスの流量の上昇に伴って、フォトレジスト２０６のエッチングレートが大幅に上昇することがわかる。フォトレジスト２０６は、カーボンが主な成分であるため、Ｏ２ガスの流量を上げると、ＯＣＯＣ膜２０２内のカーボン膜２０２１のエッチングレートも大幅に上昇すると考えられる。また、図６を参照すると、ＨＴＯ膜２０２０のエッチングレートは、Ｏ２ガスの流量の上昇に伴って、若干下がる傾向にあるが、シリコン膜２０３のエッチングレートよりは高い状態を保つことがわかる。そして、フォトレジスト２０６のエッチングレートが上昇する割合が、ＨＴＯ膜２０２０のエッチングレートが低下する割合よりも高いため、ＯＣＯＣ膜２０２全体としては、Ｏ２ガスの流量を上げると、シリコン膜２０３に対する選択比が上昇する傾向にある。

【0071】

ここで、図６を参照すると、Ｏ２ガスの流量が５０ｓｃｃｍの場合、Ｏ２ガスの流量が０の場合に比べて、シリコン膜２０３のエッチングレートが若干上昇し、Ｏ２ガスの流量が２００ｓｃｃｍになると、シリコン膜２０３のエッチングレートは低下する。即ち、Ｏ２ガスの添加量が少ないと、シリコン膜２０３のエッチングレートは上昇し、Ｏ２ガスの添加量が多いと、シリコン膜２０３のエッチングレートは低下する傾向があることがわかる。

【0072】

Ｏ２ガスの添加量が少ない場合に、シリコン膜２０３のエッチングレートが上昇する理由は、Ｏ２ガスの添加量が少ないと、チャンバ１０内でＣＦ４ガスの解離が促進されるためと考えられる。そして、ＣＦ４ガスの解離が促進されると、チャンバ１０内でＦラジカルが増加し、シリコン膜２０３のエッチングレートが増加すると考えられる。一方、Ｏ２ガスの添加量が多くなると、添加されたＯ２ガスによりＣＦ４ガスが希釈化され、チャンバ１０内ではＦラジカルの密度が低くなる。そのため、シリコン膜２０３のエッチングレートが低下すると考えられる。

【0073】

従って、Ｏ２ガスの添加量を多くすれば、カーボン膜２０２１のエッチングレートを上げつつ、シリコン膜２０３のエッチングレートを低下させることができると考えられる。これにより、Ｏ２ガスの添加量を多くすれば、シリコン膜２０３に対するＯＣＯＣ膜２０２の選択比を高めることができると考えられる。

【0074】

図６の実験結果をもとに、Ｏ２ガスの流量毎に、ＯＣＯＣ膜２０２のエッチングレートと、シリコン膜２０３に対するＯＣＯＣ膜２０２の選択比を計算すると、例えば図７に示すような結果となった。図７は、Ｏ２ガスの流量を変えてＣＦ４ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングを行った場合の実験結果の一例を示す図である。図８は、Ｏ２ガスの流量を変えてＣＦ４ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングを行った場合の実験結果の傾向の一例を示すグラフである。

【0075】

図７の計算結果から明らかなように、Ｏ２ガスの流量を増加させると、ＯＣＯＣ膜２０２のエッチングレートが上昇する。一方、シリコン膜２０３に対するＯＣＯＣ膜２０２の選択比は、Ｏ２ガスの流量を増加させると、一旦低下し、その後、上昇する。結果として、シリコン膜２０３に対するＯＣＯＣ膜２０２の選択比も、Ｏ２ガスの流量を増加させると上昇する傾向にあることがわかる。また、シリコン膜２０３に対するＯＣＯＣ膜２０２の選択比は、２．５以上が好ましい。また、Ｏ２ガスの流量は、ＯＣＯＣ膜２０２のエッチングレートを考慮すると、１００ｓｃｃｍ以上が好ましい。また、Ｏ２ガスの流量は、１５０ｓｃｃｍ以上、かつ、８００ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。

【0076】

従って、ＣＦ４ガス等の第１のＣＦ系ガスを含む混合ガスのプラズマによるエッチングにおいて、Ｏ２ガスの流量を増やすことで、シリコン膜２０３をマスクとして、ＯＣＯＣ膜２０２をエッチングすることができる。なお、Ｏ２ガスの流量は、ＣＦ４ガス等の第１のＣＦ系ガスの流量よりも多いことが好ましい。また、ＯＣＯＣ膜２０２をエッチングする際のマスクとなるシリコン膜２０３の肩削れおよび溝の内壁面の粗さの度合いを考慮すると、Ｏ２ガスの流量は、ＣＦ４ガス等の第１のＣＦ系ガスの流量の０．５倍以上であることが好ましい。ここで、肩削れとは、例えば、溝の内側壁と、マスクとなる層の側壁とのなす角度であり、１８０度に近いほど、肩削れが少なく、マスクに与える影響が少ないことを表す。また、Ｏ２ガスの流量は、第１のＣＦ系ガスの流量の０．７５倍以上、かつ、４．０倍以下であることがより好ましい。Ｏ２ガスの流量が、第１のＣＦ系ガスの流量の０．５倍未満または４．０倍よりも大きい場合、酸化膜がエッチングされなくなり、エッチングレートが低下して抜け性が悪くなる。また、Ｏ２ガスの流量は、第１のＣＦ系ガスの流量の１．０倍以上であることがさらに好ましい。

【0077】

しかし、ＣＦ４ガスを含む混合ガスのプラズマによるエッチングでは、例えば図９に示すように、大きなマイクロトレンチが形成されてしまう。図９は、ＣＦ４ガスを含む混合ガスのプラズマによりＯＣＯＣ膜２０２全体をエッチングした場合のウエハＷの断面の一例を示す図である。

【0078】

図９では、Ｏ２ガスの流量を２００ｓｃｃｍとした混合ガスのプラズマによりエッチングされたウエハＷの断面の図が示されている。Ｏ２ガスの流量以外の条件は、図６において説明した条件と同一である。図９から明らかなように、エッチングより生成された溝には大きなマイクロトレンチが形成されている。

【0079】

［第２のＣＦ系ガスとＯ２ガスとの流量比］
次に、第２のＣＦ系ガスを含む混合ガスのプラズマによりＯＣＯＣ膜２０２をエッチングした場合の実験結果について説明する。実験では、第２のＣＦ系ガスとして、Ｃ４Ｆ８ガスを用いた。図１０は、Ｏ２ガスの流量を変えてＣ４Ｆ８ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングを行った場合のウエハＷの断面の一例を示す図である。

【0080】

図１０に示した実験結果は、Ｏ２ガスの流量以外は、主に以下の条件で行われたものである。
チャンバ１０内の圧力：２０ｍＴ
下部電極に供給する第１の高周波電力（４０．６８ＭＨｚ）：２５００Ｗ
下部電極に供給する第２の高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）：８００Ｗ
供給ガスおよび流量：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２
＝１８／７００／２８、７５、１５０ｓｃｃｍ
処理時間：６０秒

【0081】

図１０の実施結果を参照すると、Ｏ２ガスの流量の上昇に伴い、ＯＣＯＣ膜２０２のエッチングレートが上がることがわかる。図１１は、Ｏ２ガスの流量を変えてＣ４Ｆ８ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングを行った場合の各膜のエッチングレートの一例を示すグラフである。図１１において、「Ｏｘ Ｅ／Ｒ」は、ＨＴＯ膜２０２０のエッチングレートを示し、「ＰＲ Ｅ／Ｒ」は、フォトレジスト２０６のエッチングレートを示し、「Ｐｏｌｙ−Ｓｉ Ｅ／Ｒ」は、シリコン膜２０３のエッチングレートを示している。

【0082】

図１１を参照すると、Ｏ２ガスの流量の上昇に伴い、フォトレジスト２０６のエッチングレートが大幅に上昇することがわかる。フォトレジスト２０６は、主な成分がカーボンであるため、Ｏ２ガスの流量を上げると、ＯＣＯＣ膜２０２内のカーボン膜２０２１のエッチングレートも大幅に上昇すると考えられる。また、ＨＴＯ膜２０２０のエッチングレートは、Ｏ２ガスの流量を上げると、若干下がる傾向にあるが、シリコン膜２０３のエッチングレートよりは高い。そして、フォトレジスト２０６のエッチングレートが上昇する割合が、ＨＴＯ膜２０２０のエッチングレートが低下する割合よりも高いため、ＯＣＯＣ膜２０２全体としては、Ｏ２ガスの流量を上げると、シリコン膜２０３に対する選択比が上昇する傾向にある。

【0083】

ここで、図１１を参照すると、Ｏ２ガスの流量が７５ｓｃｃｍの場合、Ｏ２ガスの流量が２８ｓｃｃｍの場合に比べて、シリコン膜２０３のエッチングレートが若干上昇し、Ｏ２ガスの流量が１５０ｓｃｃｍになると、シリコン膜２０３のエッチングレートは低下する。即ち、Ｃ４Ｆ８ガスを含む混合ガスにおいても、ＣＦ４ガスを含む混合ガスの場合と同様に、Ｏ２ガスの添加量が少ないと、シリコン膜２０３のエッチングレートは上昇し、Ｏ２ガスの添加量が多いと、シリコン膜２０３のエッチングレートは低下する傾向があることがわかる。その理由は、ＣＦ４ガスを含む混合ガスの場合と同様のメカニズムによるものと考えられる。

【0084】

図１１の実験結果をもとに、Ｏ２ガスの流量毎に、ＯＣＯＣ膜２０２のエッチングレートと、シリコン膜２０３に対するＯＣＯＣ膜２０２の選択比を計算すると、例えば図１２に示すような結果となった。図１２は、Ｃ４Ｆ８ガスを含む混合ガスのプラズマによるエッチングにおいて、Ｏ２ガスの流量を変えてエッチングを行った場合の実験結果の一例を示す図である。図１３は、Ｏ２ガスの流量を変えてＣ４Ｆ８ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングを行った場合の実験結果の傾向の一例を示すグラフである。

【0085】

図１２の計算結果から明らかなように、Ｏ２ガスの流量を増加させると、ＯＣＯＣ膜２０２のエッチングレートは上昇する。シリコン膜２０３に対するＯＣＯＣ膜２０２の選択比についても、Ｏ２ガスの添加量が少ない場合には、上昇幅は小さくなるものの、Ｏ２ガスの流量を増加させると上昇する傾向にあることがわかる。

【0086】

従って、Ｃ４Ｆ８ガス等の第２のＣＦ系ガスを含む混合ガスのプラズマによるエッチングにおいても、Ｏ２ガスの流量を増やすことで、シリコン膜２０３をマスクとして、ＯＣＯＣ膜２０２をエッチングすることができる。なお、Ｏ２ガスの流量は、Ｃ４Ｆ８ガス等の第２のＣＦ系ガスの流量よりも多いことが好ましい。また、ＯＣＯＣ膜２０２をエッチングする際のマスクとなるシリコン膜２０３の肩削れおよび溝の内壁面の粗さの度合いを考慮すると、Ｏ２ガスの流量は、Ｃ４Ｆ８ガス等の第２のＣＦ系ガスの流量の、５．０倍以上、かつ、８．０倍以下であることがより好ましい。Ｏ２ガスの流量が、第２のＣＦ系ガスの流量の０．５倍未満の場合には、肩削れが大きくなるが酸化膜がエッチングされなくなる。一方、Ｏ２ガスの流量が、第２のＣＦ系ガスの流量の８．０倍より大きい場合には、酸化膜がエッチングされなくなるため、ＯＣＯＣ膜２０２のエッチングレートが低下する。また、Ｏ２ガスの流量は、１００ｓｃｃｍ以上、かつ、１５０ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。また、シリコン膜２０３に対するＯＣＯＣ膜２０２の選択比の好ましい範囲は、２．５以上がよい。

【0087】

しかし、Ｃ４Ｆ８ガス等の第２のＣＦ系ガスを含む混合ガスのプラズマによるエッチングでは、例えば図１４に示すように、エッチングにより形成された溝の側壁の凹凸が、ＣＦ４ガス等の第１のＣＦ系ガスを含む混合ガスのプラズマによるエッチングで形成された溝の側壁の凹凸（図９参照）よりも大きい。図１４は、Ｃ４Ｆ８ガスを含む混合ガスのプラズマによりＯＣＯＣ膜２０２全体をエッチングした場合のウエハＷの断面の一例を示す図である。

【0088】

図１４では、Ｏ２ガスの流量を１５０ｓｃｃｍとした混合ガスのプラズマによりエッチングされたウエハＷの断面の図が示されている。Ｏ２ガスの流量以外の条件は、図１０において説明した条件と同一である。図１４の実験結果を参照すると、エッチングより形成された溝の側壁に凹凸ができているものの、ウエハＷに形成された溝の底には、マイクロトレンチが形成されていない。

【0089】

［本実施形態におけるＯＣＯＣ膜２０２のエッチング工程］
ここで、本実施形態では、図３に示した第１のエッチング工程（Ｓ１０５）において、例えば、第１のＣＦ系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、シリコン膜２０３をマスクとして、ＯＣＯＣ膜２０２の途中までエッチングする。そして、第１のＣＦ系ガスから第２のＣＦ系ガスに切り換え、図３に示した第２のエッチング工程（Ｓ１０６）において、第２のＣＦ系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、ＯＣＯＣ膜２０２の途中から、ＯＣＯＣ膜２０２のエッチングを再開する。

【0090】

本実施形態において、制御部１００は、例えば以下の条件で、第１のエッチング工程を実行する。
チャンバ１０内の圧力：２５ｍＴ
下部電極に供給する第１の高周波電力（４０．６８ＭＨｚ）：３００Ｗ
下部電極に供給する第２の高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）：７５０Ｗ
供給ガスおよび流量：ＣＦ４／Ａｒ／Ｏ２＝２００／４００／２００ｓｃｃｍ
処理時間：７４秒

【0091】

また、本実施形態において、制御部１００は、例えば以下の条件で、第２のエッチング工程を実行する。
チャンバ１０内の圧力：２０ｍＴ
下部電極に供給する第１の高周波電力（４０．６８ＭＨｚ）：２５００Ｗ
下部電極に供給する第２の高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）：８００Ｗ
供給ガスおよび流量：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２＝１８／７００／１５０ｓｃｃｍ
処理時間：２６秒

【0092】

ここで、混合ガスに含まれるＣＦ系のガスを、第１のＣＦ系ガスから第２のＣＦ系ガスへ切り換えるタイミングは、ＯＣＯＣ膜２０２に含まれる複数のカーボン膜２０２１の中で一番下のカーボン膜２０２１を、第１のＣＦ系ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングしている間であることが好ましい。これにより、ＯＣＯＣ膜２０２の最上面から、ＯＣＯＣ膜２０２に含まれる複数のカーボン膜２０２１の中で一番下のカーボン膜２０２１までの間は、第１のＣＦ系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスのプラズマによりＯＣＯＣ膜２０２がエッチングされるため、ＯＣＯＣ膜２０２に側壁の凹凸の少ない溝を形成することができる。

【0093】

また、ＯＣＯＣ膜２０２に含まれる複数のカーボン膜２０２１の中で一番下のカーボン膜２０２１をエッチングしている間に、混合ガスに含まれるＣＦ系のガスを第１のＣＦ系ガスから第２のＣＦ系ガスに切り換えることにより、一番下のカーボン膜２０２１の途中から最下層のＨＴＯ膜２０２０までを、マイクロトレンチが生じない方法でエッチングすることができる。これのより、最下層のＨＴＯ膜２０２０のエッチングが終了した段階では、マイクロトレンチの少ない溝をＯＣＯＣ膜２０２に形成することができる。

【0094】

図１５は、ＯＣＯＣ膜２０２のエッチングの途中でＣＦ４ガスを含む混合ガスからＣ４Ｆ８ガスを含む混合ガスに切り換えてエッチングを行った場合のウエハＷの断面の一例を示す図である。図１５では、ＯＣＯＣ膜２０２に含まれる複数のカーボン膜２０２１の中で一番下のカーボン膜２０２１を、第１のＣＦ系ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングしている間に、混合ガスに含まれるＣＦ系のガスを、第１のＣＦ系ガスから第２のＣＦ系ガスへの切り換えた場合のウエハＷの断面の一例が示されている。図１５から明らかなように、ＯＣＯＣ膜２０２に含まれる複数のカーボン膜２０２１の中で一番下のカーボン膜２０２１を、第１のＣＦ系ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングしている間に、混合ガスに含まれるＣＦ系のガスを、第１のＣＦ系ガスから第２のＣＦ系ガスへ切り換えることにより、側壁の凹凸が少なく、かつ、マイクロトレンチの少ない溝をＯＣＯＣ膜２０２に形成することができる。

【0095】

以上、一実施形態について説明した。

【0096】

本実施形態のプラズマエッチング装置１によれば、酸化膜とカーボン膜とが交互に積層された被処理膜に、側壁の凹凸が少なく、かつ、マイクロトレンチの少ない溝を形成することができる。

【0097】

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

【0098】

例えば、上記した実施形態では、ＯＣＯＣ膜２０２に含まれる複数のカーボン膜２０２１の中で一番下のカーボン膜２０２１を、第１のＣＦ系ガスを含む混合ガスのプラズマによりエッチングしている間に、混合ガスに含まれるＣＦ系のガスを、第１のＣＦ系ガスから第２のＣＦ系ガスへ切り換えるが、本発明はこれに限られない。例えば、制御部１００は、ＯＣＯＣ膜２０２をエッチングする過程において、第１のＣＦ系ガスおよび第２のＣＦ系ガスを２回以上切り換えるようにガス供給源６６等を制御してもよい。

【0099】

また、制御部１００は、ＨＴＯ膜２０２０とカーボン膜２０２１とが交互に積層されたＯＣＯＣ膜２０２において、エッチングにより形成された溝の底がカーボン膜２０２１に達するたびに、第１のＣＦ系ガスと第２のＣＦ系ガスとを切り換えるようにしてもよい。例えば、制御部１００は、第１のＣＦ系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスのプラズマによりエッチングして形成した溝の底がカーボン膜２０２１に達した場合に、混合ガスに含まれるＣＦ系のガスを第２のＣＦ系ガスに切り換えてエッチングを再開し、第２のＣＦ系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスのプラズマによりエッチングして形成した溝の底が次のカーボン膜２０２１に達した場合に、混合ガスに含まれるＣＦ系のガスを第１のＣＦ系ガスに切り換えてエッチングを再開する動作を繰りかえすようにしてもよい。

【0100】

また、制御部１００は、ＨＴＯ膜２０２０とカーボン膜２０２１とが交互に積層されたＯＣＯＣ膜２０２において、ＨＴＯ膜２０２０を第１のＣＦ系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスのプラズマによりエッチングし、カーボン膜２０２１を第２のＣＦ系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスのプラズマによりエッチングするように、混合ガスに含まれるＣＦ系のガスを、第１のＣＦ系ガスと第２のＣＦ系ガスとの間で切り換えながら、ＯＣＯＣ膜２０２をエッチングしてもよい。

【0101】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0102】

２０２ ＯＣＯＣ膜
２０２０ ＨＴＯ膜
２０２１ カーボン膜
２０３ シリコン膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】