JP2017098323A

JP2017098323A - プラズマエッチング方法

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Publication number: JP2017098323A
Application number: JP2015226524A
Authority: JP
Inventors: 敏治和田; Toshiharu Wada
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2017-06-01
Also published as: US20170148610A1; KR20170058863A; TWI734713B; US10128085B2; KR102663567B1; TW201721738A

Abstract

【課題】Ｌｏｗ−ｋ膜に対する金属含有膜の選択比を向上させることを目的とする。【解決手段】第１高周波電源が出力する第１高周波電力を用いてフルオロカーボンを含む処理ガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマにより金属含有膜をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜をエッチングするエッチング工程を有し、前記エッチング工程において、前記第１高周波電力を間欠的に印加する、プラズマエッチング方法が提供される。【選択図】図４

Description

本発明は、プラズマエッチング方法に関する。

従来から、半導体デバイスの微細化を実現する技術として、セルフアラインビア（ＳＡＶ:Self-Aligned Ｖｉａ）方式を用いる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。ＳＡＶ方式を用いる方法では、レジスト等の有機膜と、ＴｉＮ等の金属含有膜により形成されるハードマスクとをマスクとしてプラズマエッチングすることで、例えば、配線層間膜として用いられるＬｏｗ−ｋ膜にホールが形成される。なお、Ｌｏｗ−ｋ膜とは、ＳｉＯ_２よりも比誘電率が低い膜の総称である。

米国特許出願公開第２０１５／０２０６７９２号明細書

しかしながら、上記方法では、プラズマエッチングにおいてＬｏｗ−ｋ膜に対する金属含有膜の選択比が十分ではない。このため、有機膜及び金属含有膜をマスクとしてプラズマエッチングを行うと、金属含有膜の一部が侵食される、所謂、エンクローチメント（Enchroachment）が発生する場合がある。

上記課題に対して、一側面では、本発明は、Ｌｏｗ−ｋ膜に対する金属含有膜の選択比を向上させ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、第１高周波電源が出力する第１高周波電力を用いてフルオロカーボンを含む処理ガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマにより金属含有膜をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜をエッチングするエッチング工程を有し、前記エッチング工程において、前記第１高周波電力を間欠的に印加する、プラズマエッチング方法が提供される。

一の側面によれば、Ｌｏｗ−ｋ膜に対する金属含有膜の選択比を向上させることができる。

本実施形態のプラズマエッチング装置の縦断面の一例を示す図ＳＡＶ方式を用いたエッチングを説明する図エンクローチメントを説明する図第１実施形態における高周波電力の波形を説明する図第１実施形態のプラズマエッチングの効果を説明する図（１）マイクロローディング効果を説明する図第１実施形態のプラズマエッチングの効果を説明する図（２）第２実施形態における高周波電力の波形を説明する図第２実施形態のプラズマエッチングの効果を説明する図（１）第２実施形態のプラズマエッチングの効果を説明する図（２）

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。

［プラズマエッチング装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態のプラズマエッチング装置について、図１に基づき説明する。図１は、本実施形態のプラズマエッチング装置の縦断面の一例を示す図である。

本実施形態のプラズマエッチング装置１は、チャンバ１０内に載置台２０とガスシャワーヘッド２５とを対向配置した平行平板型のプラズマエッチング装置（容量結合型プラズマエッチング装置）である。載置台２０は、基板の一例である半導体ウェハ（以下、単に「ウェハＷ」という。）を保持する機能を有すると共に下部電極として機能する。ガスシャワーヘッド２５は、ガスをチャンバ１０内にシャワー状に供給する機能を有すると共に上部電極として機能する。

チャンバ１０は、例えば、表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなり、円筒形である。チャンバ１０は処理室の一例である。チャンバ１０は、電気的に接地されている。載置台２０は、チャンバ１０の底部に設置され、ウェハＷを載置する。

載置台２０は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から形成されている。載置台２０の上面には、ウェハを静電吸着するための静電チャック１０６が設けられている。静電チャック１０６は、絶縁体１０６ｂの間にチャック電極１０６ａを挟み込んだ構造になっている。

チャック電極１０６ａには直流電圧源１１２が接続され、直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａに直流電圧が供給される。これにより、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着される。

載置台２０は、支持体１０４により支持されている。支持体１０４の内部には、冷媒流路１０４ａが形成されている。冷媒流路１０４ａには、冷媒入口配管１０４ｂ及び冷媒出口配管１０４ｃが接続されている。チラー１０７から出力された冷却水やブライン等の冷却媒体は、冷媒入口配管１０４ｂ、冷媒流路１０４ａ及び冷媒出口配管１０４ｃを循環する。これにより、載置台２０及び静電チャック１０６は冷却される。

伝熱ガス供給源８５は、ヘリウムガス（Ｈｅ）やアルゴンガス（Ａｒ）等の伝熱ガスをガス供給ライン１３０に通して静電チャック１０６上のウェハＷの裏面に供給する。係る構成により、静電チャック１０６は、冷媒流路１０４ａに循環させる冷却媒体と、ウェハＷの裏面に供給する伝熱ガスとによって温度制御される。この結果、ウェハを所定の温度に制御することができる。

載置台２０には、２周波重畳電力を供給する電力供給装置３０が接続されている。電力供給装置３０は、第１周波数の第１高周波電力ＨＦ（プラズマ生成用の高周波電力）を供給する第１高周波電源３２と、第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力ＬＦ（バイアス電圧発生用の高周波電力）を供給する第２高周波電源３４とを有する。第１高周波電源３２は、第１整合器３３を介して載置台２０に電気的に接続される。第２高周波電源３４は、第２整合器３５を介して載置台２０に電気的に接続される。第１高周波電源３２は、例えば、４０ＭＨｚのプラズマ生成用の第１高周波電力ＨＦを載置台２０に印加する。第２高周波電源３４は、例えば、１３ＭＨｚのバイアス電圧発生用の第２高周波電力ＬＦを載置台２０に印加する。なお、本実施形態では、第１高周波電力ＨＦは載置台２０に印加されるが、ガスシャワーヘッド２５に印加してもよい。

第１整合器３３は、第１高周波電源３２の内部（又は出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第２整合器３５は、第２高周波電源３４の内部（又は出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第１整合器３３は、チャンバ１０内にプラズマが生成されているときに第１高周波電源３２の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。第２整合器３５は、チャンバ１０内にプラズマが生成されているときに第２高周波電源３４の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。

ガスシャワーヘッド２５は、例えば、シリコンにより形成されており、その周縁部を被覆するシールドリング４０を介してチャンバ１０の天井部の開口を閉塞するように取り付けられている。

ガスシャワーヘッド２５には、ローパスフィルタ５１（ＬＰＦ）を介して可変直流電源５２が電気的に接続されている。可変直流電源５２は、負極がガスシャワーヘッド２５側となるように接続されており、ガスシャワーヘッド２５に負の直流電圧を印加するようになっている。可変直流電源５２からの給電はオン・オフスイッチ５３によりオン・オフが可能となっている。ローパスフィルタ５１は第１高周波電源３２及び第２高周波電源３４からの高周波をトラップするものであり、好適にはＬＲフィルタ又はＬＣフィルタで構成される。なお、ガスシャワーヘッド２５は、可変直流電源５２と電気的に接続されることなく、電気的に接地されていてもよい。

ガスシャワーヘッド２５には、ガスを導入するガス導入口４５が形成されている。ガスシャワーヘッド２５の内部にはガス導入口４５から分岐したセンタ側の拡散室５０ａ及びエッジ側の拡散室５０ｂが設けられている。ガス供給源１５から出力されたガスは、ガス導入口４５を介して拡散室５０ａ、５０ｂに供給され、それぞれの拡散室５０ａ、５０ｂにて拡散されて多数のガス供給孔５５から載置台２０に向けて導入される。

チャンバ１０の底面には排気口６０が形成されており、排気口６０に接続された排気装置６５によってチャンバ１０内が排気される。これにより、チャンバ１０内を所定の真空度に維持することができる。チャンバ１０の側壁にはゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧの開閉によりチャンバ１０からウェハＷの搬入及び搬出が行われる。

プラズマエッチング装置１には、装置全体の動作を制御する制御部１００が設けられている。制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０５、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１０及びＲＡＭ（Random Access Memory）１１５を有している。ＣＰＵ１０５は、これらの記憶領域に格納された各種のレシピに従って、後述されるプラズマエッチング等の所望の処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、チャンバ内温度（上部電極温度、チャンバの側壁温度、静電チャック温度など）、チラー１０７の温度などが記載されている。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶領域の所定位置にセットするようにしてもよい。

プラズマエッチングを行う際には、ゲートバルブＧの開閉が制御され、ウェハＷがチャンバ１０に搬入され、載置台２０に載置される。直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａに直流電圧が供給されることにより、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着され、保持される。

次いで、エッチングガス、第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦがチャンバ１０内に供給され、プラズマが生成され、生成されたプラズマによりウェハＷにプラズマエッチングが施される。このとき、可変直流電源５２からガスシャワーヘッド２５に直流電圧が印加されてもよい。

プラズマエッチングの後、直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａにウェハＷの吸着時とは正負が逆の直流電圧を印加してウェハＷの電荷を除電し、ウェハＷを静電チャック１０６から剥がす。ゲートバルブＧの開閉が制御され、ウェハＷがチャンバ１０から搬出される。

［プラズマエッチング方法］
ＳＡＶ方式を用いるエッチング方法では、フルオロカーボンを含む処理ガスのプラズマによりＬｏｗ−ｋ膜をエッチングする際、有機膜及び金属含有膜をマスクとしてエッチングすることで、Ｌｏｗ−ｋ膜にホール等を形成する。ここで、フルオロカーボンは、メタンやエタンなどのハイドロカーボンの水素の一部または全部をフッ素で置き換えた化合物の総称である。

図２（ａ）には、プラズマエッチングを行う前のウェハＷの上に形成された積層膜の一例を示す。図２（ａ）に示すように、積層膜は、エッチング対象膜であるＬｏｗ−ｋ膜２０１と、Ｌｏｗ−ｋ膜２０１の上に順に積層されたテトラエトキシシラン２０２（ＴＥＯＳ）、ＴｉＮ膜２０３、有機膜２０４（ＯＤＬ）、酸化膜２０５及びレジスト２０６とを有する。ＴｉＮ膜２０３は、金属含有膜の一例である。Ｌｏｗ−ｋ膜２０１は、例えば、ＳｉＯＣＨ膜である。酸化膜２０５は、例えば、シリコン反射防止膜（ＳｉＡＲＣ）等のシリコン含有膜である。なお、ウェハＷとＬｏｗ−ｋ膜２０１との間には、下地膜が形成されていてもよい。

ＳＡＶ方式を用いて図２（ａ）に示すサンプルをエッチングする場合、まず、図２（ｂ）に示すように、レジスト２０６をマスクとして酸化膜２０５及び有機膜２０４をエッチングし、レジスト２０６を除去する。次いで、図２（ｃ）に示すように、有機膜２０４及びＴｉＮ膜２０３をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜２０１をエッチングする。

このとき、Ｌｏｗ−ｋ膜２０１に対するＴｉＮ膜２０３の選択比が十分でない場合、有機膜２０４及びＴｉＮ膜２０３をマスクとしてプラズマエッチングを行うと、ＴｉＮ膜２０３の一部が侵食される、所謂、エンクローチメントが発生するおそれがある。

図３はエンクローチメントを説明する図であり、所定のスペースＳを隔てて整列されたラインＬを含むパターンの概略平面図である。図３に示すように、エンクローチメントは、所定のスペースＳを隔てて整列されたラインＬを含むパターンにおいて、ホールＶＨを形成する前のラインＬの幅Ｌ１とホールＶＨを形成した後のラインＬの幅Ｌ２との差であり、Ｌ１−Ｌ２で定められる。

以下では、ＴｉＮ膜２０３をマスクとしたＬｏｗ−ｋ膜２０１のエッチングにおいて、Ｌｏｗ−ｋ膜２０１に対するＴｉＮ膜２０３の選択比を向上させることが可能な、第１実施形態及び第２実施形態のプラズマエッチング方法について説明する。

＜第１実施形態＞
第１実施形態では、エッチング工程において、第１高周波電力ＨＦを間欠的に印加することでフルオロカーボンを含む処理ガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマによりＴｉＮ膜２０３をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜２０１をエッチングする。これにより、Ｌｏｗ−ｋ膜２０１に対するＴｉＮ膜２０３の選択比を向上させることができる。その結果、エンクローチメントの発生を抑制することができる。

図４は、第１実施形態における高周波電力の波形を説明する図である。

図４に示すように、第１実施形態のプラズマエッチング方法におけるエッチング工程では、第１高周波電力ＨＦが交互にオン・オフを繰り返すことで第１高周波電力ＨＦが間欠的に印加される。また、第２高周波電力ＬＦがオンを維持することで第２高周波電力ＬＦが連続的に印加される。すなわち、第１高周波電力ＨＦはパルス波であり、第２高周波電力ＬＦは連続波である。なお、第１実施形態では、第２高周波電力ＬＦを連続波として印加しているが、第２高周波電力ＬＦは印加しなくてもよい。

このとき、高周波電力を印加している時間（オン時間）を「Ｔｏｎ」とし、高周波電力を印加していない時間（オフ時間）を「Ｔｏｆｆ」とする。この場合、１／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）の周波数の第１高周波電力ＨＦのパルス波が印加される。また、パルス波のデューティ比は、オン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆの総時間に対するオン時間Ｔｏｎの比率、すなわち、Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）にて示される。

具体的には、下記に示すプロセス条件により、ＴｉＮ膜２０３をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜２０１にプラズマエッチングを行った。第１実施形態では、第１高周波電力ＨＦをパルス波とし、デューティ比を３０％、４０％、５０％、９０％に制御した。プロセス条件は以下の通りである。
・下部電極（載置台）の温度：１０℃
・ガス：ジフルオロメタン（ＣＨ_２Ｆ_２）／窒素（Ｎ_２）
・圧力：３０ｍＴｏｒｒ
・第１高周波電力ＨＦ：３００Ｗ、パルス波、周波数０．１ｋＨｚ
・第２高周波電力ＬＦ：５０Ｗ、連続波
・可変直流電源からの直流電圧：−４５０Ｖ
このとき、比較例として、第１高周波電力ＨＦに代えて第２高周波電力ＬＦをパルス波とし、デューティ比を２０％、５０％、９０％に制御した。プロセス条件は以下の通りである。
・下部電極（載置台）の温度：１０℃
・ガス：ＣＨ_２Ｆ_２／Ｎ_２
・圧力：３０ｍＴｏｒｒ
・第１高周波電力ＨＦ：３００Ｗ、連続波
・第２高周波電力ＬＦ：５０Ｗ、パルス波、周波数０．１ｋＨｚ
・可変直流電源からの直流電圧：−４５０Ｖ
図５は、第１実施形態のプラズマエッチングの効果を説明する図である。図５には、第１高周波電力ＨＦのパルス波のデューティ比を３０％、４０％、５０％、９０％に制御したときの連続波に制御したときに対するＴｉＮ膜２０３のエンクローチメントの改善率（％）を示している。また、比較例として、第２高周波電力ＬＦのパルス波のデューティ比を２０％、５０％、９０％に制御したときの連続波に制御したときに対するＴｉＮ膜２０３のエンクローチメントの改善率（％）を示している。

なお、図５における「ＨＦ−ｐｕｌｓｅ」は、第１高周波電力ＨＦをパルス波にし、第２高周波電力ＬＦを連続波にしたときの連続波に制御したときに対するＴｉＮ膜２０３のエンクローチメントの改善率を示している。また、図５における「ＬＦ−ｐｕｌｓｅ」は、第１高周波電力ＨＦを連続波にし、第２高周波電力ＬＦをパルス波にしたときの連続波に制御したときに対するＴｉＮ膜２０３のエンクローチメントの改善率を示している。

図５に示すように、第１高周波電力ＨＦをパルス波とすることにより、ＴｉＮ膜２０３のエンクローチメントの改善率を高めることができる。すなわち、第１高周波電力ＨＦをパルス波とすることにより、ＴｉＮ膜２０３のエンクローチメントを抑制することができる。また、第１高周波電力ＨＦのパルス波のデューティ比を５０％以下とすることにより、ＴｉＮ膜２０３のエンクローチメントの改善率を特に高めることができる。

これに対して、第２高周波電力ＬＦをパルス波とした場合、第１高周波電力ＨＦをパルス波とした場合と比較してエンクローチメントの改善は見られない。

ところで、フルオロカーボンを含む処理ガスのプラズマにより、ＴｉＮ膜２０３をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜２０１をエッチングし、ホール等を形成する場合、ホールの開口径の大小によってエッチング速度が異なる、所謂、マイクロローディング効果が発生するおそれがある。これは、ホールの開口径が小さい場合、ホールの開口径が大きい場合と比較して、フルオロカーボンを含む処理ガスのプラズマ中のＣＦ系ラジカルがホールの内部に進入しにくく、エッチング速度が小さくなるからである。

以下、図６に基づき具体的に説明する。図６は、マイクロローディング効果を説明する図である。

例えば、図６（ａ）に示される開口面積の小さいホール（ＤｅｎｓｅＶｉａ）と図６（ｂ）に示される開口面積の大きいホール（ＢｉｇＶｉａ）とを比較する。この場合、同一条件でプラズマエッチングを行った場合であってもエッチング速度が異なり、開口面積の大きいホール（開口径Ｗ２）のエッチング深さＤ２が、開口面積の小さいホール（開口径Ｗ１）のエッチング深さＤ１よりも深くなる。このときのマイクロローディング値（μ−Ｌｏａｄｉｎｇ）は、開口面積の小さいホールのエッチング深さＤ１に対する開口面積の大きいホールのエッチング深さＤ２の比率、すなわち、Ｄ２／Ｄ１にて示される。

また、例えば、図６（ａ）に示される開口面積の小さいホールと図６（ｃ）に示されるガードリング（ＧＲ）とを比較する。この場合、同一条件でプラズマエッチングを行った場合であってもエッチング速度が異なり、ガードリング（開口径Ｗ３）のエッチング深さＤ３が開口面積の小さいホール（開口径Ｗ１）のエッチング深さＤ１よりも深くなる。このときのマイクロローディング値は、開口面積の小さいホールのエッチング深さＤ１に対するガードリングのエッチング深さＤ３の比率、すなわち、Ｄ３／Ｄ１にて示される。

このように、開口径の大小に応じたエッチング速度の差に起因してエッチング深さにばらつきが生じる。

そこで、第１実施形態では、エッチング工程において、第１高周波電力ＨＦを間欠的に印加することでフルオロカーボンを含む処理ガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマによりＴｉＮ膜２０３をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜２０１をエッチングする。これにより、マイクロローディング効果を抑制することができ、エッチング対象膜に開口径の異なるホールを均等深さに同時に形成することができる。

具体的には、下記に示すプロセス条件により、異なる開口径の複数の開口部を有するＴｉＮ膜２０３をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜２０１にプラズマエッチングを行った。
・下部電極（載置台）の温度：１０℃
・ガス：ＣＨ_２Ｆ_２／Ｎ_２
・圧力：３０ｍＴｏｒｒ
・第１高周波電力ＨＦ：３００Ｗ、パルス波、周波数０．１ｋＨｚ、デューティ比：３０％
・第２高周波電力ＬＦ：５０Ｗ、連続波
・可変直流電源からの直流電圧：−４５０Ｖ
このとき、比較例として、第１高周波電力ＨＦをパルス波に代えて連続波に制御した。プロセス条件は以下の通りである。
・下部電極（載置台）の温度：１０℃
・ガス：ＣＨ_２Ｆ_２／Ｎ_２
・圧力：３０ｍＴｏｒｒ
・第１高周波電力ＨＦ：３００Ｗ、連続波
・第２高周波電力ＬＦ：５０Ｗ、連続波
・可変直流電源からの直流電圧：−４５０Ｖ
図７は、第１実施形態のプラズマエッチングの効果を説明する図である。図７には、ＴｉＮ膜２０３をマスクとしたＬｏｗ−ｋ膜２０１のエッチングにより、開口面積の小さいホール（ＤｅｎｓｅＶｉａ）、開口面積の大きいホール（ＢｉｇＶｉａ）及びガードリング（ＧＲ）を形成したときのマイクロローディング値（％）を示している。

なお、図７における「ＨＦ−ｐｕｌｓｅ」は、第１高周波電力ＨＦをパルス波にし、第２高周波電力ＬＦを連続波にしたときのマイクロローディング値を示している。また、図７における「ＣＷ」は、第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦを連続波にしたときのマイクロローディング値を示している。

図７に示すように、第１高周波電力ＨＦがパルス波、第２高周波電力ＬＦが連続波の場合、第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦが連続波の場合よりも開口面積の大きいホールを形成したときのマイクロローディング値が１００％に近い値になっている。すなわち、開口面積の小さいホールのエッチング深さと開口面積の大きいホールのエッチング深さの差を小さくすることができる。

また、図７に示すように、第１高周波電力ＨＦがパルス波、第２高周波電力ＬＦが連続波の場合、第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦが連続波の場合よりもガードリングを形成したときのマイクロローディング値が１００％に近い値になっている。すなわち、開口面積の小さいホールのエッチング深さとガードリングのエッチング深さの差を小さくすることができる。

このように、第１高周波電力ＨＦをパルス波とすることにより、ホールの開口径の大小によるエッチング深さのばらつきを抑制することができる。その結果、エッチング対象膜に開口径の異なるホールを均等深さに同時に形成することができる。

以上に説明したように、第１実施形態では、第１高周波電力ＨＦを用いてフルオロカーボンを含む処理ガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマによりＴｉＮ膜２０３をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜２０１をエッチングする。その際、第１高周波電力ＨＦを間欠的に印加する。これにより、Ｌｏｗ−ｋ膜２０１に対するＴｉＮ膜２０３の選択比を向上させることができるため、エンクローチメントの発生を抑制することができる。また、第１実施形態のプラズマエッチング方法によれば、マイクロローディング効果を抑制することができ、エッチング対象膜に開口径の異なるホールを均等深さに同時に形成することができる。

また、第１実施形態では、ガスシャワーヘッド２５に直流電圧を印加してもよい。これにより、ガスシャワーヘッド２５の表面に対するイオンの衝突が加速し、ガスシャワーヘッド２５を形成しているシリコンが叩き出され、ＴｉＮ膜２０３の表面にシリコン含有堆積物が堆積する。このため、ＴｉＮ膜２０３のプラズマ耐性が高まり、Ｌｏｗ−ｋ膜２０１に対するＴｉＮ膜２０３の選択比が更に向上する。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態のプラズマエッチング方法について説明する。第１実施形態では、第１高周波電力ＨＦを間欠的に印加するプラズマエッチング方法について説明した。これに対して、第２実施形態のプラズマエッチング方法では、第１高周波電力ＨＦを間欠的に印加すると共に、第１高周波電力ＨＦと同期させて第２高周波電力ＬＦも間欠的に印加する。

図８は、第２実施形態における高周波電力の波形を説明する図である。

図８に示すように、第２実施形態のプラズマエッチング方法におけるエッチング工程では、第１高周波電力ＨＦが交互にオン・オフを繰り返すことで第１高周波電力ＨＦが間欠的に印加される。また、第１高周波電力ＨＦに同期して第２高周波電力ＬＦが交互にオン・オフを繰り返すことで第２高周波電力ＬＦが間欠的に印加される。

このとき、高周波電力を印加している時間（オン時間）を「Ｔｏｎ」とし、高周波電力を印加していない時間（オフ時間）をＴｏｆｆとする。この場合、１／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）の周波数の第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦのパルス波が印加される。また、パルス波のデューティ比は、オン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆの総時間に対するオン時間Ｔｏｎの比率、すなわち、Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）にて示される。

具体的には、下記に示すプロセス条件により、ＴｉＮ膜２０３をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜２０１にプラズマエッチングを行った。第２実施形態では、第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦをパルス波とし、デューティ比を６０％、９０％に制御した。プロセス条件は以下の通りである。
・下部電極（載置台）の温度：１０℃
・ガス：ＣＨ_２Ｆ_２／Ｎ_２
・圧力：３０ｍＴｏｒｒ
・第１高周波電力ＨＦ：３００Ｗ、パルス波、周波数５ｋＨｚ
・第２高周波電力ＬＦ：５０Ｗ、パルス波、周波数５ｋＨｚ
・可変直流電源からの直流電圧：−４５０Ｖ
図９は、第２実施形態のプラズマエッチングの効果を説明する図である。図９には、第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦのパルス波のデューティ比を６０％、９０％に制御したときの連続波に制御したときに対するＴｉＮ膜２０３のエンクローチメントの改善率（％）を示している。また、第１実施形態で説明した第１高周波電力ＨＦをパルス波とし、デューティ比を３０％、４０％、５０％、９０％に制御したときに対するＴｉＮ膜２０３のエンクローチメントの改善率（％）を示している。

なお、図９における「Ｓｙｎｃｈｒｏ−ｐｕｌｓｅ」は、第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦをパルス波にしたときの連続波に制御したときに対するＴｉＮ膜２０３のエンクローチメントの改善率を示している。また、図９における「ＨＦ−ｐｕｌｓｅ」は、第１高周波電力ＨＦをパルス波にし、第２高周波電力ＬＦを連続波にしたときの連続波に制御したときに対するＴｉＮ膜２０３のエンクローチメントの改善率を示している。

図９に示すように、第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦがパルス波の場合、第１高周波電力ＨＦがパルス波、第２高周波電力ＬＦが連続波の場合よりもＴｉＮ膜２０３のエンクローチメントの改善率を高めることができる。すなわち、第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦをパルス波とすることにより、第１実施形態よりも更にＴｉＮ膜２０３のエンクローチメントを抑制することができる。また、第１高周波電力ＨＦのパルス波のデューティ比を９０％以下とすることにより、ＴｉＮ膜２０３のエンクローチメントの改善率を特に高めることができる。

第１実施形態と同様に、マイクロローディング効果について評価した。

第２実施形態では、第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦを同期させて間欠的に印加することでフルオロカーボンを含む処理ガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマによりＴｉＮ膜２０３をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜２０１をエッチングする。これにより、マイクロローディング効果を抑制することができ、エッチング対象膜に開口径の異なるホールを均等深さに同時に形成することができる。

具体的には、下記に示すプロセス条件により、異なる開口径の複数の開口部を有するＴｉＮ膜２０３をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜２０１にプラズマエッチングを行った。
・下部電極（載置台）の温度：１０℃
・ガス：ＣＨ_２Ｆ_２／Ｎ_２
・圧力：３０ｍＴｏｒｒ
・第１高周波電力ＨＦ：３００Ｗ、パルス波、周波数５ｋＨｚ、デューティ比：６０％
・第２高周波電力ＬＦ：５０Ｗ、パルス波、周波数５ｋＨｚ、デューティ比：６０％
・可変直流電源からの直流電圧：−４５０Ｖ
図１０は、第２実施形態のプラズマエッチングの効果を説明する図である。図１０には、ＴｉＮ膜２０３をマスクとしたＬｏｗ−ｋ膜２０１のエッチングにより、開口面積の小さいホール（ＤｅｎｓｅＶｉａ）、開口面積の大きいホール（ＢｉｇＶｉａ）及びガードリング（ＧＲ）を形成したときのマイクロローディング値（％）を示している。

なお、図１０における「Ｓｙｎｃｈｒｏ−ｐｕｌｓｅ」は、第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦをパルス波にしたときのマイクロローディング値を示している。また、図１０における「ＨＦ−ｐｕｌｓｅ」は、第１高周波電力ＨＦをパルス波、第２高周波電力ＬＦを連続波にしたときのマイクロローディング値を示している。

図１０に示すように、第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦがパルス波の場合、第１高周波電力ＨＦがパルス波、第２高周波電力ＬＦが連続波の場合よりも開口面積の大きいホールを形成したときのマイクロローディング値が１００％に近い値になっている。すなわち、開口面積の小さいホールのエッチング深さと開口面積の大きいホールのエッチング深さの差をほぼなくすることができる。

また、図１０に示すように、第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦがパルス波の場合、第１高周波電力ＨＦがパルス波、第２高周波電力ＬＦが連続波の場合よりもガードリングを形成したときのマイクロローディング値が１００％に近い値になっている。すなわち、開口面積の小さいホールのエッチング深さとガードリングのエッチング深さの差をほぼなくすることができる。

以上に説明したように、第２実施形態では、第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦを用いてフルオロカーボンを含む処理ガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマによりＴｉＮ膜２０３をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜２０１をエッチングする。その際、第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦを間欠的に印加する。これにより、Ｌｏｗ−ｋ膜２０１に対するＴｉＮ膜２０３の選択比を向上させることができるため、エンクローチメントの発生を抑制することができる。また、第２実施形態のプラズマエッチング方法によれば、マイクロローディング効果を抑制することができ、エッチング対象膜に開口径の異なるホールを均等深さに同時に形成することができる。

また、第２実施形態では、ガスシャワーヘッド２５に直流電圧を印加してもよい。これにより、ガスシャワーヘッド２５の表面に対するイオンの衝突が加速し、ガスシャワーヘッド２５を形成しているシリコンが叩き出され、ＴｉＮ膜２０３の表面にシリコン含有堆積物が堆積する。このため、ＴｉＮ膜２０３のプラズマ耐性が高まり、Ｌｏｗ−ｋ膜２０１に対するＴｉＮ膜２０３の選択比が更に向上する。

以上、プラズマエッチング方法を上記実施形態により説明したが、本発明のプラズマエッチング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。

例えば、本発明のプラズマエッチング方法に使用されるガス種にＣＨ₂Ｆ_２及びＮ_２を選択したが、これに限定されない。本発明のプラズマエッチング方法に使用されるガスは、例えば、ＣＨ_２Ｆ_２に代えてフルオロメタン（ＣＨ_３Ｆ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ_３）を用いることができる。ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２及びＣＨ_３Ｆは、いずれもハイドロフルオロカーボンを含むガスの一例である。

また、本発明のプラズマエッチング方法は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置だけでなく、その他のプラズマエッチング装置に適用可能である。その他のプラズマエッチング装置としては、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エッチング装置、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）装置等であってもよい。

また、本発明のプラズマエッチング方法により処理される基板は、ウェハに限られず、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（Electro Luminescence）素子又は太陽電池用の基板であってもよい。

１プラズマエッチング装置
２０載置台
２５ガスシャワーヘッド
３２第１高周波電源
３４第２高周波電源
５２可変直流電源
２０１Ｌｏｗ−ｋ膜
２０３ＴｉＮ膜

Claims

第１高周波電源が出力する第１高周波電力を用いてフルオロカーボンを含む処理ガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマにより金属含有膜をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜をエッチングするエッチング工程を有し、
前記エッチング工程において、前記第１高周波電力を間欠的に印加する、
プラズマエッチング方法。
間欠的に印加される前記第１高周波電力のデューティ比は５０％以下である、
請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
前記エッチング工程において、前記第１高周波電力と同期させて第２高周波電源が出力する前記第１高周波電力よりも周波数の低い第２高周波電力を間欠的に印加する、
請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
間欠的に印加される前記第１高周波電力及び前記第２高周波電力のデューティ比は９０％以下である、
請求項３に記載のプラズマエッチング方法。
前記フルオロカーボンを含む処理ガスは、ＣＨ₂Ｆ₂ガスを含む、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
前記金属含有膜は、ＴｉＮ膜を含む、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
シリコンにより形成された上部電極と、前記上部電極に対向して配置され、基板を載置する下部電極とを有する処理室内において基板をプラズマエッチングする方法であって、
第１高周波電源が出力する第１高周波電力を印加することで、フルオロカーボンを含む処理ガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマにより金属含有膜をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜をエッチングするエッチング工程を有し、
前記エッチング工程において、前記上部電極に直流電圧を印加しながら、前記第１高周波電力を間欠的に印加する、
プラズマエッチング方法。