特許 7598443 プラズマ処理方法

(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】

(24)【登録日】2024-12-03

(45)【発行日】2024-12-11

(54)【発明の名称】プラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20241204BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20241204BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 104C

H01L21/302 101D

H01L29/78 301Y

H01L29/78 301X

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023506283

(86)(22)【出願日】2022-03-07

(86)【国際出願番号】 JP2022009641

(87)【国際公開番号】W WO2023170732

(87)【国際公開日】2023-09-14

【審査請求日】2023-01-30

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】高崎 晃一

(72)【発明者】

【氏名】三浦 真

(72)【発明者】

【氏名】佐竹 真

【審査官】▲はま▼中 信行

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／０４８９９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１９００３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０９７６１４９１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２０２０／２１７２６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－１１１３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】再公表特許第２０１８／１８０６６３（ＪＰ，Ａ１）

【文献】特開平８－２７４１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０２８７９１２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

形成されたパターン上に成膜されカーボン含有膜に覆われた金属含有膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、
Reactive Ion Etchingにより前記カーボン含有膜を除去した後、プラズマから発生したラジカルによるエッチングにより前記金属含有膜を除去することを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項2】

形成されたパターン上に成膜されカーボン含有膜に覆われた金属含有膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、
前記カーボン含有膜を除去した後、前記金属含有膜の上に堆積膜を異方性の高いデポジションにより堆積させる堆積工程と、
前記堆積工程後、Reactive Ion Etchingにより前記金属含有膜を除去することを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理方法において、
前記金属含有膜は、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｉｎ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＯまたはＡｌＯを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理方法において、
前記金属含有膜は、ＧＡＡ（Ｇａｔｅ Ａｌｌ Ａｒｏｕｎｄ）構造のＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）におけるワークファンクションメタル層の膜であることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項5】

請求項４に記載のプラズマ処理方法において、
前記ワークファンクションメタル層は、ＴｉＡｌ、ＴｉＣまたはＷＣＮを含む層であることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項6】

請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理方法において、
試料がプラズマ処理される処理室と、
プラズマを生成するためのマイクロ波の高周波電力を供給する高周波電源と、
前記処理室内に磁場を形成する磁場形成機構と、
前記試料が載置される試料台と、
前記試料台へのイオンの入射を遮蔽し前記試料台の上方に配置された遮蔽板と、
前記遮蔽板の上方にプラズマを生成させる一方の制御または前記遮蔽板の下方にプラズマを生成させる他方の制御が選択的に行われる制御装置と、を備え、
前記一方の制御は、前記マイクロ波と電子サイクロトロン共鳴するための磁束密度の位置が前記遮蔽板の上方となるように前記磁場形成機構を制御し、
前記他方の制御は、前記磁束密度の位置が前記遮蔽板の下方となるように前記磁場形成機構を制御するプラズマ処理装置を用いて前記金属含有膜を除去することを特徴とするプラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年では、半導体デバイスに対し、市場からの省電力・高速化の要求が高まり、デバイス構造の複雑化・高集積化の傾向が顕著である。例えばロジックデバイスにおいては、積層させたナノワイヤもしくはナノシートでチャネルを構成したGAA(Gate All Around)構造のFETの適用が検討されており、GAA-FETのエッチング工程では、Fin形成のための垂直加工に加え、ナノワイヤもしくはナノシート形成のため等方的な加工が必要となる。

【0003】

半導体デバイスの製造工程においては、上述のような半導体デバイスの複雑化に対応することが求められている。半導体デバイス加工で用いられるプラズマエッチング装置には、GAA-FETの加工を例にとるとイオンとラジカルの両方を照射して異方性エッチングを行う機能と、ラジカル等の中性粒子のみを照射して等方性エッチングを行う機能の両方が求められるようになっている。

【0004】

例えば、特許文献１において、イオンの入射を遮蔽する遮蔽板をチャンバ内に設置し、前記遮蔽板の下方でプラズマを生成することでイオンとラジカルの両方を照射するプラズマ処理を実行し、あるいは前記遮蔽板の上方でプラズマを生成することでラジカルのみによる処理を実行することが可能な装置が提案されている。

【0005】

特許文献２においては、孔または溝の側壁に形成されたパターンに埋め込まれた膜の前記パターン以外の部分をプラズマエッチングにより除去するプラズマ処理方法において、前記孔または溝の底面の前記膜を除去した後、前記孔または溝の深さ方向に垂直な方向の前記膜を除去することを特徴とするプラズマ処理方法が提案されている。

【0006】

また、特許文献３においては、半導体デバイスの小型化要求を満たすために、開口部の側面にCF系デポを堆積させるデポ堆積ステップにより開口部のサイズを調整する手法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１８－９３２２６号公報

【文献】国際公開第２０１６／１９００３６号

【文献】特開２００９－１１１３３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

近年、デバイス構造の複雑化・高集積化の傾向はより顕著となっている。例えばGAA-FETのエッチング工程においては、目的の構造を安定的に作成するためには、特許文献２で示すように孔または溝の底面の膜を除去した後、孔または溝の深さ方向に垂直な方向の膜を除去する手法や、特許文献３で示すCF系デポ堆積による開口部サイズ調整だけでは十分とは言えず、孔または溝の深さ方向（第２方向）のメタルゲート（ワークファンクションメタル）膜のみ、あるいは孔または溝の深さ方向（第２方向）に垂直な方向（第１方向）のメタルゲート（ワークファンクションメタル）膜のみを除去できることが望ましい。

【0009】

本発明では、金属含有層を選択的に除去することが可能な、制御性の高いプラズマ処理方法を提供することを目的とする。

【0010】

より具体的には、孔または溝の深さ方向のメタルゲート（ワークファンクションメタル）膜のみ、あるいは、孔または溝の深さ方向に垂直な方向のメタルゲート（ワークファンクションメタル）膜のみの除去が可能な、制御性の高いプラズマ処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、代表的な本発明にかかるプラズマ処理方法の一つは、形成されたパターン上に成膜されカーボン含有膜に覆われた金属含有膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、カーボン含有膜を除去した後、プラズマから発生したラジカルによるエッチングにより金属含有膜を除去することを特徴とするプラズマ処理方法によって達成される。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、カーボン含有層を除去した後、ラジカルエッチングにより、金属含有層の第１層の選択的な除去が可能となる。従って、複雑化・高集積化の進むデバイスの、目的の構造を安定的に作成するために、制御性の高いプラズマ処理方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1A】図１Ａは、本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。

【図1B】図１Ｂは、本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。

【図1C】図１Ｃは、本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。

【図2A】図２Ａは、本発明の第２の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。

【図2B】図２Ｂは、本発明の第２の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。

【図2C】図２Ｃは、本発明の第２の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。

【図2D】図２Ｄは、本発明の第２の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。

【図3A】図３Ａは、本発明の第３の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の３次元断面形状の一例を示す図である。

【図3B】図３Ｂは、本発明の第３の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の３次元断面形状の一例を示す図である。

【図3C】図３Ｃは、本発明の第３の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の３次元断面形状の一例を示す図である。

【図3D】図３Ｄは、本発明の第３の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の３次元断面形状の一例を示す図である。

【図4A】図４Ａは、本発明の第４の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。

【図4B】図４Ｂは、本発明の第４の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。

【図4C】図４Ｃは、本発明の第４の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。

【図4D】図４Ｄは、本発明の第４の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。

【図5A】図５Ａは、本発明の第５の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。

【図5B】図５Ｂは、本発明の第５の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。

【図5C】図５Ｃは、本発明の第５の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。

【図5D】図５Ｄは、本発明の第５の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。

【図6】図６は、本発明の第６の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略全体構成断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

【0015】

［第１の実施形態］
図１Ａ－図１Ｃは、本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。図１Ａに示す試料は、たとえば、半導体ウエハであり、Ｓｉ(シリコン)やＳｉＯｘ（シリコン酸化物）等のベース層２０４、Ｓｉ、ＳｉＮ(窒化シリコン）、ＳｉＯｘ等からなる複数の柱状構造２０３、ＴｉＮ(窒化チタン、チタンナイトライド）、ＴａＮ（窒化タンタル、タンタルナイトライド）、ＴｉＯ（酸化チタン）、ＡｌＯ（酸化アルミニウム）等からなるハードメタル層（金属含有層または金属含有膜）２０２、カーボン含有層（カーボン含有物、カーボン含有膜とも言う）２０１により形成される。金属含有層２０２はＴｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｏ(コバルト）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｃｕ(銅)、Ｍｏ（モリブデン）、Ｉｎ（インジウム）、ＴｉＮ（窒化チタン、チタンタイトライド）、ＴａＮ（窒化タンタル、タンタルナイトライド）、ＴｉＯ（酸化チタン）またはＡｌＯ(酸化アルミニウムのいずれかを含む構成としてもよい。

【0016】

ここで、ハードメタル層（金属含有層）２０２は、図１Ｂに示すように、第１方向に形成された第１層２１２と、第１方向と交差する第２方向に形成された第２層２１１と、を含む構成とされている。

【0017】

一例として、柱状構造２０３の第１方向に沿う柱の幅は４０ｎｍ、柱状構造２０３の第１方向に沿う柱間距離は８０ｎｍ、柱状構造２０３の第２方向に沿う柱の高さは２００ｎｍである。ここで、例えばＡｒ（アルゴン）、Ｎ_２（窒素）、Ｈ_２（水素）を主としたガス系によるReactive Ion Etching（RIE）によりカーボン含有層２０１を除去すると、ハードメタル層２０２が露出した状態となる。このとき、ハードメタル層２０２の側壁部（第２方向のハードメタル層２１１）には、除去したカーボン含有層の再付着物２０５がごく微量堆積する（図１Ｂ）。ここに、例えばＣｌ_２（塩素）を主としたガス系による、ラジカルエッチングのようなイオンアシストのない弱いエッチングを行うと、ハードメタル層２０２の側壁部ではカーボン含有層の再付着物２０５によりエッチングが阻害され、それ以外、すなわちベース層２０４の表面に対して水平方向（第１方向に相当する）のハードメタル層２０２の第１層２１２のみを選択的に除去し、ベース層２０４の表面に対して垂直方向（第２方向に相当する）のハードメタル層２０２の第２層２１１のみを選択的に残した構造の形成が可能となる（図１Ｃ）。ここで、Reactive Ion Etching(RIE)は、プラズマから発生したイオンとラジカルを用いたエッチングのことである。ラジカルエッチングは、プラズマから発生したラジカルによるエッチングのことである。

【0018】

第１の実施形態は次のようにまとめることができる。すなわち、形成されたパターン（柱状構造２０３のパターン）の上に成膜され、カーボン含有膜（２０１）に覆われた金属含有膜（２０２：２１２，２１１）をプラズマエッチングするプラズマ処理方法であり、カーボン含有膜（２０１）を除去した後、ラジカルエッチングにより金属含有膜（第１層２１２）を除去するものである。

【0019】

以上に示したように、カーボン含有層２０１のエッチング時の再付着物（２０５）と、ラジカルエッチングを適切に利用することで、ベース層２０４の表面に対して水平方向のハードメタル層２０２の第１層２１２のみの選択的な除去が可能となる。

【0020】

［第２の実施形態］
図２Ａ－図２Ｄは、本発明の第２の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の断面形状の一例を示す図である。図２Ａに示す試料は、ＳｉやＳｉＯｘ等のベース層２０４、Ｓｉ、ＳｉＮ、ＳｉＯｘ等からなる柱状構造２０３、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＯ、ＡｌＯ等またはそれらに準ずる材料からなるハードメタル層（金属含有層または金属含有膜）２０２、カーボン含有層（カーボン含有膜）２０１により形成される。一例として、柱の幅は４０ｎｍ、柱間距離は８０ｎｍ、柱の高さは２００ｎｍである。ここで、例えばＡｒ、Ｎ_２、Ｈ_２を主としたガス系によるReactive Ion Etching(RIE)によりカーボン含有層２０１を除去すると、ハードメタル層２０２が露出した状態となる。ここに、例えばＣＨＦ_３（トリフルオロメタン）、Ｈｅ（ヘリウム）を主としたガス系を用い、異方性の高いデポジションによる薄膜の堆積プロセスを実施し、ハードメタル層２０２のベース層２０４の表面に対して水平方向な層（第１層２１２）の上にのみ薄膜な堆積膜（薄膜のデポジション層とも言う）２０６を堆積させる（図２Ｂ）。一方、ハードメタル層２０２のベース層２０４の表面に対して垂直方向な層（第２層２１１）には堆積膜２０６は付着しない。

【0021】

ここで、例えばＣｌ_２を主としたガス系による、Reactive Ion Etching(RIE)を行うと、堆積膜２０６により保護されたハードメタル層２０２の第１層２１２のみを選択的に残し、ベース層２０４の表面に対して垂直方向（第２方向に相当する）のハードメタル層２０２の第２層２１１のみを選択的に除去することが可能となる（図２Ｃ）。このときのＣｌ_２を主としたガス系によるReactive Ion Etching(RIE)は、Ｃｌ_２を主としたガス系によるラジカルエッチングに比べカーボン除去性能に優れるため、カーボン含有層２０１の再付着物２０５の有無は問わない。このあと、堆積膜２０６を除去することで、ベース層２０４の表面に対して水平方向（第１方向に相当する）のハードメタル層２０２の第１層２１２のみを選択的に残した構造の形成が可能となる（図２Ｄ）。

【0022】

第２の実施形態は次のようにまとめることができる。すなわち、形成されたパターン（柱状構造２０３のパターン）上に成膜され、カーボン含有膜（２０１）に覆われた金属含有膜（２０２：２１２，２１１）をプラズマエッチングするプラズマ処理方法であり、金属含有膜（２０２の第１層２１２）の上に堆積膜（２０６）を堆積させた後、Reactive Ion Etchingにより金属含有膜（２０２の第２層２１１）を除去するものである。ここで、堆積膜（２０６）を堆積させた後、Reactive Ion Etchingによりパターン（２０３）の側壁の金属含有層（２０２の第２層２１１）を除去する
以上に示したように、異方性の高いデポジションによる薄膜な堆積膜２０６の堆積プロセスとReactive Ion Etching(RIE)を適切に利用することで、ベース層２０４の表面に対して垂直方向のハードメタル層（第２層２１１）のみの選択的な除去が可能となる。

【0023】

［第３の実施形態］
図３Ａ－図３Ｄは、本発明の第３の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の３次元断面形状の一例を示す図である。

【0024】

図３Ａは、ＧＡＡ（Ｇａｔｅ Ａｌｌ Ａｒｏｕｎｄ）構造のＦＥＴ（Field effect transistor）におけるＧＡＡ―Ｆｏｒｋｓｈｅｅｔ構造の一例を示している。ＧＡＡ―Ｆｏｒｋｓｈｅｅｔ構造は、カーボンマスク層３０１、ＷＦＭ（ワークファンクションメタル）層３０２、Ｈｉ－ｋ膜（高誘電率膜）３０３、Ｓｉ層３０４、Ｌｏｗ－ｋ膜（低誘電率膜）３０５、ＳｉＯ_２層（シリコン酸化膜層）３０６、プラグ部（金属部）３０７により構成される。ここから、カーボンマスク層３１１をプラグ３０７の先端部が露出するまでエッチングする（図３Ｂ）。なお、ＷＦＭ層３０２は第１の実施形態および第２の実施形態で示したハードメタル層（２０２、２１１、２１２）に対応するものである。また、ＷＦＭ層３０２は、例えば、ＴｉＡｌ（チタニウムアルミニウム）、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＷＣＮを含む、またはそれらに準ずる材料を有する層である。

【0025】

ここで、ＷＦＭ層３０２の露出部のエッチングを考える。ＷＦＭ層３０２のエッチングをウェットプロセスで行うと、面内ばらつきによりウエハ全体でジャストエッチングを行うことは難しく、場所によってはＷＦＭ層３１２に示すようにオーバーエッチングされてしまうことが懸念される（図３Ｃ）。

【0026】

一方、第１の実施形態および第２の実施形態で示した、ベース層２０４と水平方向のハードメタル層（２１２）のみの除去およびベース層２０４と垂直方向のハードメタル層（２１１）のみの除去を用いれば、オーバーエッチングとなってもパターン内にエッチングが進行することなく、図３ＤにＷＦＭ層３１４で示すような形状をウエハ全体で形成することが可能となる。つまり、第１の実施形態のカーボン含有物を除去した後、ラジカルエッチングにより金属含有層（２０２の第１層２１２）を除去することと、第２の実施形態の金属含有層（２０２の第１層２１２）の上に堆積膜２０６を堆積させた後、Reactive Ion Etching(RIE)によりパターン２０３の側壁の金属含有層（２０２の第２層２１１）を除去することとの組み合わせにより、任意の方向の金属含有層（２０２：２１２，２１１）を除去することができる。

【0027】

［第４の実施形態］
図４Ａ－図４Ｄは、本発明の第４の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の形状の一例を示す図である。

【0028】

図４Ａはラインパターンの上面図の一例で、図４Ｂは図４Ａの点線部４０１の断面形状の一例である。図４Ｂに示す試料は、ＳｉＯｘ等の溝状に加工された絶縁層４０３、ＴｉＮ、ＴａＮ等からなるハードメタル層（金属含有層）４０２により形成される。ハードメタル層（金属含有層）４０２は、図４Ｂに示すように、第１方向に形成された第１層４１２と、第１方向と交差する第２方向に形成された第２層４１１と、を含む構成とされている。ここで、第２の実施形態で示したように、異方性の高いデポジションによる薄膜の堆積プロセスとReactive Ion Etching(RIE)を適切に利用することで、溝の側壁のハードメタル層（第２層４１１）のみを除去し、溝の底部と上面部のみにハードメタル層４１２を形成することができる（図４Ｃ）。

【0029】

ここで、さらにＴｉＮ、ＴａＮ等からなるハードメタル層４０４を成膜することで、溝底部に対して側壁のみハードメタル層を薄膜化することが可能となる（図４Ｄ）。

【0030】

この手法を用いることで、溝に配線を埋め込む際に、底部を保護しながら配線幅を確保し、信頼性が高く低抵抗な配線の形成が可能となる。

【0031】

［第５の実施形態］
図５Ａ－図５Ｄは、本発明の第５の実施例に係るプラズマ処理方法を適用した、試料の形状の一例を示す図である。

【0032】

図５Ａはホールパターンの上面図の一例で、図５Ｂは図５Ａの点線部５０１の断面形状の一例である。図５Ｂに示す試料は、メタル層５０４、ＳｉＯｘ等の溝状に加工された絶縁層５０３、ＴｉＮ、ＴａＮ等からなるハードメタル層５０２により形成される。ハードメタル層（金属含有層）５０２は、図５Ｂに示すように、第１方向に形成された第１層５１２と、第１方向と交差する第２方向に形成された第２層５１１と、を含む構成とされている。ここで、第１の実施形態で示したように、カーボン含有層エッチング時の再付着物と、ラジカルエッチングを適切に利用することで、ホールの底部と上面部のハードメタル層（５１２）のみを除去し、ホールの側壁部にのみにメタル層５１１を形成することができる（図５Ｃ）。

【0033】

ここで、さらにＴｉＮ、ＴａＮ等からなるハードメタル層５０５を成膜することで、ホールの側壁部に対して底部のみハードメタル層を薄膜化することが可能となる（図５Ｄ）。

【0034】

この手法を用いることで、ホールにビア配線を埋め込む際に、側壁部を保護しながら、底部のコンタクト抵抗を低減し、信頼性が高く低抵抗なビア配線の形成が可能となる。

【0035】

［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略全体構成断面図を図６に示す。本実施形態のプラズマ処理装置では、高周波電源であるマグネトロン１０３から導波管１０４および誘電体窓１１１を介して真空処理室１１７に供給される２．４５ＧＨｚのマイクロ波と、磁場形成機構であるソレノイドコイル１０８の作る磁場との電子サイクロトロン共鳴(ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ、ＥＣＲ)によって、真空処理室１１７内にプラズマを生成することができる。このようなプラズマ処理装置をＥＣＲプラズマ処理装置という。

【0036】

また、試料台１１６に載置した試料１２５に整合器１２３を介して高周波電源１２４が接続されている。高周波電源１２４は、処理室１１７内にプラズマを生成するためのマイクロ波の高周波電力を供給する。真空処理室１１７の内部は、バルブ１２１を介してポンプ１２２に接続されており、バルブ１２１の開度によって内部圧力を調節できるようになっている。

【0037】

また、本プラズマ処理装置は、真空処理室１１７の内部に誘電体製の遮蔽部（遮蔽板とも言う）１１２を有する。遮蔽部１１２は試料台１１６の上方に配置されている。遮蔽部１１２により、真空処理室１１７内を、第１の領域１１８と第２の領域１１９とに分割している。

【0038】

本実施形態で用いたプラズマ処理装置は、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合、磁場強度０．０８７５Ｔの面付近でプラズマを生成できるという特性を有する。このため、プラズマ生成領域が遮蔽部１１２と誘電体窓１１１の間（第１の領域１１８）に位置するように磁場を調整すれば、遮蔽部１１２の誘電体窓１１１側でプラズマを生成でき、発生したイオンは遮蔽部１１２をほとんど通過できないことから（つまり、遮蔽部１１２は、試料台１１６へのイオンの入射を遮蔽する。）、ラジカルのみを試料１２５に照射することができる。この時、試料１２５では、ラジカルのみによる表面反応を主体とした等方性エッチングであるラジカルエッチングが進行する。

【0039】

これに対し、プラズマ生成領域が遮蔽部１１２と試料１２５の間（第２の領域１１９）に位置するように磁場を調整すれば、遮蔽部１１２より試料１２５側でプラズマを生成でき、イオンとラジカルの両方を試料１２５に供給できる。この時、試料１２５ではイオンによりラジカルの反応を促進する、イオンアシスト反応を利用した異方性エッチングであるReactive Ion Etching(RIE)が進行する。

【0040】

なお、遮蔽部１１２の高さ位置に対するプラズマ生成領域の高さ位置の調整あるいは切り替え（上方か下方か）、それぞれの高さ位置を保持する期間の調整等は、制御装置１２０を用いて行うことができる。つまり、制御装置１２０は、遮蔽板１１２の上方にプラズマを生成させる一方の制御、または、遮蔽板１１２の下方にプラズマを生成させる他方の制御を、選択的に行うことができる。一方の制御は、マイクロ波と電子サイクロトロン共鳴するための磁束密度の位置が遮蔽板１１２の上方となるように磁場形成機構を制御することにより遮蔽板１１２の上方にプラズマを生成させるものである。また、他方の制御は、磁束密度の位置が遮蔽板１１２の下方となるように磁場形成機構を制御することにより遮蔽板１１２の下方にプラズマを生成させるものである。

【0041】

本実施形態のプラズマ処理装置を用いることで、第１の実施形態や第３の実施形態で示したようなReactive Ion Etching(RIE)とラジカルエッチングをどちらも使用するプロセスを効率的に実施することが可能となる。

【0042】

上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0043】

１０３：マグネトロン、１０４：導波管、１０８：ソレノイドコイル、１１１：誘電体窓、１１２：遮蔽部、１１６：試料台、１１７：真空処理室、１１８：第１の領域、１１９：第２の領域、１２０：制御装置、１２１：バルブ、１２２：ポンプ、１２３：整合器、１２４：高周波電源、１２５：試料

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6】