JP6033785B2 - エッチング方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板上の酸化シリコン膜を窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングする方法及び装置に関する。

半導体集積回路は、デバイスの微細化によって高性能化・高集積化してきた。近年デバイスのデザインルールにさらなる微細化が進められているが、微細化の牽引車である光リソグラフィー技術が実用的な限界に近づきつつある。

パターンを微細化するためには、パターンの幅とパターン間の間隔との和であるピッチを小さくする必要がある。露光によってパターンの幅を狭くすることは比較的可能である。しかしながら、細いパターンを短いピッチで形成することは、比較的困難である。光リソグラフィー技術において、細いパターンをいかに短いピッチで形成するかが課題になっている。

細いパターンを短いピッチで形成する技術として、ダブルパターニングと呼ばれる技術が開発されている（例えば特許文献１参照）。ダブルパターニングは、１ピッチ間に２つのパターンを形成する技術であり、その名のとおりパターンを２倍に増やす技術である。

特開２００８−１９３０９８号公報

ところで、ダブルパターニング技術においては、窒化シリコン膜上に形成された酸化シリコン膜をエッチングする工程が必要になる。この場合、酸化シリコン膜の窒化シリコン膜に対する選択比を高くし、窒化シリコン膜にリセスが発生するのを抑制することが要請される。

しかし、Ｓｉ−Ｏの結合エネルギーは１１１ｅＶであり、Ｓｉ−Ｎの結合エネルギーの１０５ｅＶよりも高い。このため、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の両者が存在している状態で、酸化シリコン膜の窒化シリコン膜に対する選択比を高くするのは物理的に困難である。プラズマのイオンエネルギーを高くして酸化シリコン膜をエッチングすると、必然的に窒化シリコン膜もエッチングされてしまうからである。したがって、プラズマのイオンエネルギーを高くする等の物理的なアプローチだけではなく、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の表面の反応性の違いを利用した化学的なアプローチも必要になる。

そこで本発明は、酸化シリコン膜の窒化シリコン膜に対する選択比を高くできる新たなエッチング方法及び装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、基板に形成された酸化シリコン膜を窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングする方法であって、処理容器に、プラズマ励起用ガス、ＣＨＦ _３ ガス、及びＯ _２ ガスを含む処理ガスを、前記プラズマ励起用ガスに対する前記ＣＨＦ _３ ガスの流量比が１／１５以上になるように、かつ前記ＣＨＦ _３ ガスに対する前記Ｏ _２ ガスの流量比が１／１０以下になるように導入し、前記処理容器内にプラズマを発生させることによって、前記処理容器内の基板に形成された前記酸化シリコン膜を前記窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングし、前記窒化シリコン膜のエッチングを４ｎｍ以下にし、前記プラズマをマイクロ波によって励起するエッチング方法である。

本発明の他の態様は、基板に形成された酸化シリコン膜を窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングする装置であって、処理容器に、プラズマ励起用ガス、ＣＨＦ _３ ガス、及びＯ _２ ガスを含む処理ガスを、前記プラズマ励起用ガスに対する前記ＣＨＦ _３ ガスの流量比が１／１５以上になるように、かつ前記ＣＨＦ _３ ガスに対する前記Ｏ _２ ガスの流量比が１／１０以下になるように導入し、前記処理容器内にプラズマを発生させることによって、前記処理容器内の基板に形成された前記酸化シリコン膜を前記窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングし、前記窒化シリコン膜のエッチングを４ｎｍ以下にし、前記プラズマをマイクロ波によって励起するエッチング装置である。

プラズマ励起用ガスに対するＣＨＦ系ガスの流量比を１／１５以上に大きくすると、プラズマ中の炭素の量及びフッ素の量が増える。エッチングに寄与するフッ素の量が増えるので、酸化シリコン膜のエッチングレートを大きくすることができる。一方、窒化シリコン膜の表面は酸化シリコン膜の表面よりも化学的に不安定なので、窒化シリコン膜の表面には炭素系堆積物が堆積する。このため、エッチングに寄与するフッ素の量が増えても、窒化シリコン膜のエッチングレートは酸化シリコン膜のエッチングレートほどは大きくならない。したがって、酸化シリコン膜の窒化シリコン膜に対する選択比を高くすることができる。

また、エッチングガスとしてＣＨＦ系ガスを使用することで、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜のエッチングレートを制御することが可能になる。

本発明の第一の実施形態のエッチング方法が適用されるダブルパターニングの工程図 本発明の第一の実施形態のエッチング方法の工程図 異なるＣＨＦ_３ガス流量の下での酸化シリコン膜の選択比の実験結果を示す図 ウェハ上に配置される酸化シリコン膜のチップと窒化シリコン膜のチップを示す平面図 ラジアルラインスロットアンテナを備えたエッチング装置の概略断面図である。 ラジアルラインスロットアンテナのスロットパターンの一例を示す平面図である。 ラジアルラインスロットアンテナを備えたエッチング装置の誘電体窓からの距離と電子温度との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明のエッチング方法の第一の実施形態を説明する。図面において、同一の構成要素には同一の符号が附されている。

図１（Ａ）〜（Ｆ）には、本発明の第一の実施形態のエッチング方法が適用されるダブルパターニングの工程図が示されている。

図１（Ａ）に示すように、シリコン等からなるウェハＷ上には、窒化シリコン膜１、ポリシリコン膜２、及び反射防止層３（ＢＡＲＣ）が順番に積層される。窒化シリコン膜１及びポリシリコン膜２は、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法により形成される。反射防止層３の表面には、ＡｒＦフォトレジストが塗付される。フォトレジスト層には、露光によりマスクパターンが転写される。露光されたフォトレジスト層は現像処理される。現像後に反射防止層３の上面に、レジストパターン４ａが形成される。レジストパターン４ａは、例えばライン／スペースパターンを備える。

レジストパターン４ａをマスクとしてポリシリコン膜２をエッチングする。図１（Ｂ）に示すように、ポリシリコン膜２ａは、レジストパターン４ａと同一のパターンが形成される。ここで、ポリシリコン膜２ａは、ライン幅：ライン間の間隔＝１：３となるように形成される。

図１（Ｃ）に示すように、ポリシリコン膜２ａ上には、膜厚がコンフォーマルな（膜厚が一定な）酸化シリコン膜５が形成される。酸化シリコン膜５は、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法により形成される。

酸化シリコン膜５は、ポリシリコン膜２ａの上面、ポリシリコン膜２ａの左右の側壁、及びポリシリコン膜２ａ間の窒化シリコン膜１の上面に形成される。ポリシリコン膜２ａの側壁に形成される酸化シリコン膜５の厚さは、ポリシリコン膜２ａの幅に一致する。隣り合うポリシリコン膜２ａ間の間隔は、ポリシリコン膜２ａの幅の３倍であるから、隣り合うポリシリコン膜２ａの側壁に形成された酸化シリコン膜５の間には、ポリシリコン膜２ａの幅に等しい幅のスペース６が空く。

図１（Ｄ）に示すように、ポリシリコン膜２ａの側壁に酸化シリコン膜５からなるスペーサ５ａを形成するために、ポリシリコン膜２ａの上面及びポリシリコン膜２ａ間の窒化シリコン膜１の上面に形成された酸化シリコン膜５を異方性エッチングする。図１（Ｃ）から図１（Ｄ）に至るエッチング工程に、本発明の第一の実施形態のエッチング方法が適用される。本発明の第一の実施形態のエッチング方法については追って詳述する。

図１（Ｅ）に示すように、ポリシリコン膜２ａのみをエッチングして除去する。そうすると、レジストパターン４ａの倍の数のスペーサ５ａが形成される。スペーサ５ａは、ライン／スペースパターンを備える。窒化シリコン膜１ａは、スペーサ５ａをマスクとして窒化シリコン膜１をエッチングすることによって形成される（図１Ｆ）。

図２は、本発明の第一の実施形態のエッチング方法の工程図（図１（Ｃ）から図１（Ｄ）に至るエッチングの工程図）を示す。このエッチング方法では、ポリシリコン膜２ａの側壁に酸化シリコン膜５からなるスペーサ５ａを形成するために、ポリシリコン膜２ａの上面及びポリシリコン膜２ａ間の窒化シリコン膜１の上面に形成される酸化シリコン膜５を異方性エッチングする。本発明の第一の実施形態のエッチング方法は、ラジアルラインスロットアンテナを備えたエッチング装置内で行われる。

ラジアルラインスロットアンテナを備えたエッチング装置の処理容器には、プラズマ励起用ガス、ＣＨＦ系ガスを含む処理ガスが導入される。そして、処理容器内にプラズマを発生させることによって、酸化シリコン膜５を窒化シリコン膜１に対して選択的にエッチングする。

ラジアルラインスロットアンテナを備えたエッチング装置により生成されたプラズマは、低電子温度かつ高密度の拡散プラズマであり、ガスの解離状態を制御し易いという特徴を持つ。このため、ＣＨＦ系ガスを適度に解離させて、窒化シリコン膜１の上面に主に炭素とフッ素を含む所望の保護膜を堆積しながら、エッチングを行うことができる。

プラズマ励起用ガスとしては、不活性ガス、例えばＡｒ，Ｈｅ，Ｎｅ，Ｋｒ及びＸｅの少なくも一つを含むガスが使用される。コストの面からは、Ａｒを使用することが望ましい。

ＣＨＦ系ガスとしては、ＣＨＦ_３ガス、ＣＨ_２Ｆ_２ガス、及びＣＨ_３Ｆガスの群から選ばれる少なくとも一つのガスが使用される。ＣＨＦ系ガスが解離したとき、Ｃ−Ｃ結合やＣ−Ｆ結合をもつ炭素系堆積物がウェハＷの表面に堆積する。また、フッ素は、エッチングに寄与する。ＣＨＦ_３ガスを使用すると、フッ素の量が増え、エッチングの傾向が強くなる。ＣＨ_３Ｆガスを使用すると、フッ素の量が減り、エッチングよりも堆積の傾向が強くなる。酸化シリコン膜５の結合エネルギーは、比較的高いことから、エッチングの傾向が強いＣＨＦ_３ガスを使用するのが望ましい。なお、ＣＦ系ガス、例えば、ＣＦ_４を使用すると、解離によって生成されるフッ素の量が増え、エッチング過多になるので、エッチングレートを制御することが困難になる。

ＣＨＦ系ガスのプラズマ励起用ガスに対する流量比は、１／１５以上に設定される。これにより、後述するように、酸化シリコン膜５の窒化シリコン膜１に対する選択比を１以上にすることができる。

ＣＨＦ系ガスには、酸化性ガス、例えば、Ｏ_２ガスが添加される。Ｏ_２ガスは、ポリシリコン膜２ａの側壁に形成されるスペーサ５ａを保護するために使用される。ポリシリコン膜２ａの側壁のスペーサ５ａは、最終的にマスクパターンとして使用される。Ｏ_２ガス由来の酸素ラジカル等の活性種を用いて、酸化シリコン膜５の表面を酸化させることによって、スペーサ５ａのエッチング耐性が強化される。ただし、Ｏ_２ガスの量があまり多いと、窒化シリコン膜１に堆積した炭素系堆積物と反応し、一酸化炭素となり除去されてしまう。このため、Ｏ_２ガスの流量はＣＨＦ系ガスの流量の１／１０以下に設定される。

表１及び表２は、本発明の第一の実施形態のエッチング方法の処理条件の一例を示す。

表１及び表２中のＲＤＣは、Radical Distribution Control（ウェハのセンター部分に導入されるガス量）／（ウェハのセンター部分に導入されるガス量＋ウェハのエッジ部分に導入されるガス量）である。

ポリシリコン膜２ａの上面及び窒化シリコン膜１の上面の酸化シリコン膜５のエッチングが終了し、ポリシリコン膜２ａの上面２ｂ及び窒化シリコン膜１の上面１ｂが露出したとき、エッチングが停止される。酸化シリコン膜５の窒化シリコン膜１に対する選択比（酸化シリコン膜５のエッチングレート／窒化シリコン膜１のエッチングレート）が１以上であれば、酸化シリコン膜５をオーバーエッチングしても、窒化シリコン膜１の上面１ｂにリセスが発生するのを抑制することができる。また、選択比が１以上であれば、ウェハＷのセンター部分がウェハＷのエッジ部分よりも早くエッチングが進行しても、センター部分の窒化シリコン膜１の上面１ｂに発生するリセスを低減することができる。なお、リセス(窒化シリコン膜１の上面１ｂがエッチングされたことにより生じる窪み)の許容される値は、４ｎｍ以下である。

図１（Ｅ）に示すように、酸化シリコン膜５のエッチング後、ポリシリコン膜２ａはエッチングにより除去される。したがって、酸化シリコン膜５のポリシリコンに対する選択比は、酸化シリコン膜５の窒化シリコン膜１に対する選択比ほど高くする必要はない。

図３は、Ａｒガスに対するＣＨＦ_３ガスの流量比を変化させたときの実験結果を示す。ＣＨＦ_３ガスの流量以外の条件は、表２の条件を使用している。図３の横軸が、ＣＨＦ_３ガスの流量である。横軸において、Ａｒガスの流量及びＯ_２ガスの流量を一定にし、ＣＨＦ_３ガスの流量のみを変化させている。具体的には、Ａｒガスの流量４５０ｓｃｃｍに設定し、Ｏ_２ガスの流量を２ｓｃｃｍに設定し、ＣＨＦ_３ガスの流量のみを１６ｓｃｃｍから６０ｓｃｃｍに変化させている。

図３の縦軸が、酸化シリコン膜５の窒化シリコン膜１に対する選択比である。選択比を算出するにあたり、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜のエッチングレートが定量的に測定された。図４に示すように、ウェハＷ上に酸化シリコン膜が形成されたチップ７と窒化シリコン膜が形成されたチップ８を配列し、両チップ７，８を同時にエッチングして、両チップ７，８のエッチングレートを測定した。図１（Ｄ）に示すように、酸化シリコン膜５をエッチングしてスペーサ５ａを形成するとき、ウェハＷ上にはウェハＷの表面積の約１／４倍の窒化シリコン膜１が露出する。スペーサ５ａをエッチングするときの環境を再現するため、ウェハＷ上にウェハＷの表面積の約１／４倍の窒化シリコン膜が形成された長方形のチップ９を追加した。

図３に示すように、ＣＨＦ_３ガスの流量が増加すればするほど、酸化シリコン膜５の窒化シリコン膜１に対する選択比が高くなる。この理由は以下のとおりである。ＣＨＦ_３ガスの流量が増加すれば、プラズマによって解離する炭素の量及びフッ素の量が増える。エッチングに寄与するフッ素の量が増えるので、酸化シリコン膜５のエッチングレートが高くなる。一方、窒化シリコン膜１の表面は酸化シリコン膜の表面よりも化学的に不安定なので、窒化シリコン膜１の表面には炭素系堆積物が堆積しやすい。このため、エッチングに寄与するフッ素の量が増えても、窒化シリコン膜１の表面は、炭素系堆積物に保護されているため、窒化シリコン膜１のエッチングレートは酸化シリコン膜５のエッチングレートほどは大きくならない。したがって、酸化シリコン膜５の窒化シリコン膜１に対する選択比が高くなる。

ＣＨＦ_３ガスの流量が３０ｓｃｃｍ以上になると（ＣＨＦ_３ガスのＡｒガスに対する流量比が１／１５以上になると）、選択比が１以上になる。ＣＨＦ_３ガスの流量が５０ｓｃｃｍになると（ＣＨＦ_３ガスのＡｒガスに対する流量比が１／９になると）、選択比が約１．４になる。ＣＨＦ_３ガスの流量が６０ｓｃｃｍになると（ＣＨＦ_３ガスのＡｒガスに対する流量比が２／１５になると）、選択比が極大値の約１．８になる。ＣＨＦ_３ガスの流量が６０ｓｃｃｍを超えると（つまり、ＣＨＦ_３ガスのＡｒガスに対する流量比が２／１５を超えると）、選択比が１．８よりも低下する。酸化シリコン膜５、窒化シリコン膜１共に炭素系堆積物によりエッチングレートが低下し、又はラジカル過剰により窒化シリコン膜１のエッチングレートが加速的に上昇することが原因であると推測される。

Ａｒガスに対するＣＨＦ_３ガスの流量比を高くすると、選択比が高くなるものの、酸化シリコン膜５及び窒化シリコン膜１のエッチングレートはいずれも大きくなる。エッチングレートが大きいと、エッチング量を制御することが困難になるので、酸化シリコン膜５をオーバーエッチングする時間をより短くする必要があるなど、プロセスのマージンが減る。このため、ＣＨＦ_３ガスの流量を、９０ｓｃｃｍ以下（ＣＨＦ_３ガスのＡｒガスに対する流量比を３／１５以下）にするのが望ましい。

Ａｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２のガス流量を４５０／１６／２（単位は全てｓｃｃｍ）に設定したときと、４５０／６０／２に設定したときとで、窒化シリコン膜１に発生するリセスの大きさを比較したところ、ＣＨＦ_３のガス流量を上げることにより、窒化シリコン膜１のリセスの大きさを半分に低減することができた。炭素系堆積物が窒化シリコン膜１の表面に堆積し、窒化シリコン膜１を保護したからである。

なお、Ａｒガスの流量を４５０ｓｃｃｍ、ＣＨＦ_３ガスの流量を６０ｓｃｃｍにした状態から、ＣＨＦ_３ガスのＡｒガスに対する流量比をほぼ一定に保ったまま、Ａｒガスの流量を４５０ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍに、ＣＨＦ_３ガスの流量を６０ｓｃｃｍから３０ｓｃｃｍに低下させた。すると、選択比が低くなるという結果になった。Ａｒガスの流量を４５０ｓｃｃｍ、ＣＨＦ_３ガスの流量を５０ｓｃｃｍにした状態から、流量を１／２にしたときも同様であった。Ａｒガスの流量を下げることで、ＣＨＦ_３ガスの解離が進み、炭素系堆積物の保護膜が十分に形成されなくなったことが原因だと推測される。したがって、Ａｒガスの流量は、２００ｓｃｃｍ以上であることが望ましい。

次に、表２に示すエッチング条件を使用し、ＲＦバイアスを１００Ｗ、９０Ｗ、８０Ｗ、７０Ｗに変化させ、選択比のバイアス依存性を実験した。ＲＦバイアスを１００Ｗ、９０Ｗ、８０Ｗに低くすると、窒化シリコン膜１に生成されたリセスも徐々に小さくなった。そして、ＲＦバイアスを７０Ｗにすると、窒化シリコン膜１に生成されたリセスをほぼなくすことができた。しかし、ＲＦバイアスを７０Ｗ未満に低下させると、酸化シリコン膜５のエッチングレートが低下してしまう。酸化シリコン膜５のエッチングレートを確保するために、ＲＦバイアスを７０Ｗ以上にするのが望ましい。

上記エッチング方法では、ラジアルラインスロットアンテナを備えたエッチング装置が使用されているが、プラズマを生成することができる他のエッチング処理装置も使用することができる。ラジアルラインスロットアンテナを備えたエッチング装置の構成は以下の通りである。

図５は、ラジアルラインスロットアンテナを備えたエッチング装置の概略断面図を示す。ラジアルラインスロットアンテナを備えたエッチング装置は、プラズマを励起するためにスロットアンテナから放射されたマイクロ波を利用する。このようにして、生成されたプラズマは、表面波プラズマと呼ばれる。表面波プラズマを利用すると、エッチング処理を行う領域において低電子温度、高密度のプラズマを生成することができる。ラジアルラインスロットアンテナを備えたエッチング装置の特徴は、エッチング処理を行う領域において低電子温度、かつ高密度のプラズマを生成できることにある。図５、図７に示すように、処理容器１０の上部の誘電体窓５２を介してマイクロ波を導入すると、誘電体窓５２の直下の領域に高密度のプラズマが励起される。プラズマ励起領域のプラズマは高密度で電子温度も比較的高いが、プラズマは拡散によって発生領域からエッチング処理を行う領域に輸送されるので、電子温度が低下する。電子密度も同様に拡散によって減衰するが、励起領域のプラズマは高密度であるため、拡散領域においても十分に高密度が維持される。誘電体窓５２の中央（ウェハのセンター部分）に設けられたガス噴射口８６からは、比較的電子温度の高いプラズマ励起領域にエッチングガスを供給できる。一方、誘電体窓５２の下方のガスリング９１（ウェハのエッジ部分）からは、比較的電子温度の低いプラズマ拡散領域にエッチングガスを供給できる。このように構成すると、それぞれの領域に供給するＣＨＦ系ガスの流量を制御することで、ＣＨＦ系ガスの解離制御が可能になり、Ｃ−Ｃ結合やＣ−Ｆ結合を保ったままの堆積物を基板Ｗ上に効果的に堆積できる。

ラジアルラインスロットアンテナを備えたエッチング装置は、アルミニウム、ステンレス等からなる筒状の処理容器１０を備える。処理容器１０は接置されている。

初めに、ラジアルラインスロットアンテナを備えたエッチング装置の処理容器１０にマイクロ波励起プラズマを発生させることに直接的に貢献しない構成要素や部材について説明する。

処理容器１０の底部の中央には、基板Ｗが載せられる載置台１２が設けられる。載置台１２は処理容器１０の底部から上方に伸びる円筒状の支持部１４により保持される。載置台１２は、例えばアルミナや窒化アルミナ等の絶縁材料からなり、円盤状に形成される。載置台１２内には、高周波が印加される下部電極が設けられている。

処理容器１０の内側面と、円筒状の支持部１４を囲み、処理容器１０の底部から上方に伸びる円筒状の壁部１６との間には、円環形状の排気経路１８が設けられる。排気経路１８の上部には円環形状のバッフルプレート２０が配置され、排気経路１８の下部には排気口２２が設けられる。載置台１２の上の基板Ｗに関して対称に分布する均一なガスの流れを得るために、円環形状の排気経路１８には周方向に等しい角度間隔を空けて多数の排気口２２が設けられる。各排気口２２は排気パイプ２４を介して排気装置２６に接続される。排気装置２６は、処理容器１０内を真空にし、所望の圧力に減圧するターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）等の真空ポンプを備える。ゲートバルブ２８は、基板Ｗが処置容器から搬出入される搬送口を開閉する。

載置台１２は、整合器３２、電力供給ロッド３４を介して載置台１２にＲＦバイアス電圧を印加する高周波電源３０に電気的に接続される。高周波電源３０は、所定の電力レベルにおいて、例えば１３．５６ＭＨｚの比較的低い周波数の高周波を出力する。このような低い周波数は、載置台１２上の基板Ｗに引きつけられるイオンのエネルギーを調整するのに適している。整合器３２は、自己バイアスを発生させるためのブロックコンデンサ(blocking condenser)を有する。

載置台１２の上面には、静電チャック３６が設けられる。静電チャック３６は、載置台１２上に基板Ｗを静電力によって保持する。静電チャック３６は、導体膜から形成される電極３６ａと、電極３６ａを上下に挟む一対の絶縁膜３６ｂ，３６ｃと、を備える。直流電源４０は、スイッチ４２を介して電極３６ａに電気的に接続される。直流電源４０から静電チャック３６に印加される直流電圧は、静電チャック３６上に基板Ｗを保持するためのクーロン力を生じさせる。静電チャック３６の外周には、基板Ｗを囲むフォーカスリング３８が設けられる。

載置台１２の内部には、冷却媒体経路４４が設けられる。冷却媒体経路４４は周方向に伸び、円環形状に形成される。所定温度の冷却媒体又は冷却水が、導管４６及び冷却媒体経路４４を循環するようにチラーユニット（図示せず）から導管４６を介して冷却媒体経路４４に供給される。冷却媒体の温度を調整することにより、静電チャック３６上の基板Ｗの温度を調整することができる。さらに、Ｈｅガス等の熱伝導ガスが基板Ｗと静電チャックとの間に、ガス供給部（図示せず）から供給パイプ５０を介して供給される。

次に、ラジアルラインスロットアンテナを備えたエッチング装置の処理容器１０内にマイクロ波プラズマを発生させるのに貢献する要素や部材を説明する。

平面アンテナ５５は、石英、セラミック、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電体からなる円盤状の誘電体窓５２と、円盤状のスロットアンテナ板５４と、を備える。誘電体窓５２は、処理容器１０の内部を密封するように処理容器１０に取り付けられ、載置台１２に対向する処理容器１０の天井部として機能する。スロットアンテナ板５４は誘電体窓５２の上面の上に配置され、同心円状に分布する多数のスロットを有する。スロットアンテナ板５４は、石英、セラミック、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電体からなる誘電体板５６を介して電磁的にマイクロ波伝送ライン５８に連結される。誘電体板５６は、その内部を伝播するマイクロ波の波長を短縮する。

マイクロ波伝送ライン５８は、導波路６２と、導波路／同軸管変換器６４と、同軸管６６と、を有し、マイクロ波発生器６０から出力されたマイクロ波をスロットアンテナ板５４に伝送する。導波路６２は、例えば矩形状のパイプから形成され、マイクロ波発生器６０から変換器６４にＴＥモードでマイクロ波を伝送する。

変換器６４は、導波路６２を同軸管６６に連結させ、導波路６２内を伝播するＴＥモードのマイクロ波を、同軸管６６内を伝播するＴＥＭモードのマイクロ波に変換する。変換器６４は、下方に向かって尖った円錐形状に形成され、その上部が導波路６２に結合され、その下部が同軸管６６の内側導体６８に結合される。

同軸管６６は、変換器６４から処理容器１０の上部中央に向かって垂直下方に伸び、スロットアンテナ板５４に連結される。同軸管６６は、外側導体７０と、内側導体６８と、を有する。外側導体７０は、その上端部が導波路６２に結合され、垂直下方に伸びる下端部が誘電体板５６に結合される。内側導体６８はその上端部が変換器６４に接続され、その下端部がスロットアンテナ板５４に到達するまで垂直下方に伸びる。マイクロ波は外側導体７０と内側導体６８との間をＴＥＭモードで伝播する。

マイクロ波発生器６０から出力されたマイクロ波は、導波路６２、変換器６４、同軸管６６を含むマイクロ波伝送ライン５８を伝送され、誘電体板５６を通過した後、スロットアンテナ板５４に供給される。マイクロ波は誘電体板５６を半径方向に拡散し、スロットアンテナ板５４のスロットを介して処理容器１０内に放射される。これにより、誘電体窓５２の直下のガスが励起され、処理容器１０内にプラズマが発生する。

誘電体板５６の上面にはアンテナ背面プレート７２が設けられる。アンテナ背面プレート７２は例えばアルミニウムからなる。アンテナ背面プレート７２には、チラーユニット（図示せず）に接続される流路７４が形成される。所定温度の冷却媒体又は冷却水は流路７４及びパイプ７６，７８内を循環する。アンテナ背面プレート７２は誘電体板５６等に発生する熱を吸収する冷却ジャケットとして機能し、熱を外部に伝導する。

この実施形態では、ガス導入路８０は同軸管６６の内側導体６８を貫通するように設けられる。第一のガス導入パイプ８４は、その一端がガス導入路８０の上端開口部８０ａに接続され、その他端が処理ガス供給源８２に接続される。誘電体窓５２の中央には、処理容器１０に向かって開口するガス噴射口８６が形成される。上記の構成を備える第一のガス導入部８８において、処理ガス供給源８２からの処理ガスは、第一のガス導入パイプ８４、及び内側導体６８内のガス導入路８０を流れ、ガス噴射口８６から下方に位置する載置台１２に向かって噴射される。処理ガスは排気装置２６によって載置台１２を囲む円環状の排気経路１８に引かれている。第一のガス導入パイプ８４の途中には流量調整器９０（ＭＦＣ）と、オンオフを行うバルブ９２が設けられる。

この実施形態では、第一のガス導入部８８に加えて、処理容器１０に処理ガスを供給するための第二のガス導入部９４が設けられる。第二のガス導入部９４は、処理容器１０内に配置されるガスリング９１と、ガスリング９１に接続されるガス供給管１００と、を備える。ガスリング９１は中空のリング形状に形成され、その内周側の側面には周方向に等しい角度間隔を空けて多数の側面噴射口９１ａを有する。多数の側面噴射口９２は処理容器１０のプラズマ領域内で開口する。ガス供給管１００は、ガスリング９１及び処理ガス供給源８２に接続される。ガス供給管１００の途中には、流量調整器１０２（ＭＦＣ）、及びオンオフを行うバルブ１０４が設けられる。

第二のガス導入部９４において、処理ガス供給源８２からの処理ガスはガス供給管１００を介してガスリング９１に導入される。処理ガスが充満するガスリング９１の内部圧力は、周方向において均一になり、多数の側面噴射口９２から処理容器１０内のプラズマ領域に均一に水平方向に処理ガスが噴射される。

図６は、スロットアンテナ板５４のスロットパターンの一例を示す。スロットアンテナ板５４は、同心円状に配列する多数のスロット５４ｂ，５４ｃを有する。詳しくは、長手方向が直交する二種類のスロットが同心円状に交互に配列される。同心円の半径方向の間隔は、スロットアンテナ板５４を半径方向に伝播するマイクロ波の波長に基づいて定められる。このスロットパターンによれば、マイクロ波は互いに直交する二つの偏波成分を備える平面波に変換され、平面波がスロットアンテナ板５４から放射される。このように構成されたスロットアンテナ板５４は、アンテナの全領域から処理容器１０内に均一にマイクロ波を放射するのに効果的であり、アンテナの下方に均一な安定したプラズマを生成するのに適している。このように構成されたスロットアンテナ板５４は、ラジアルラインスロットアンテナ(Radial Line Slot Antenna)と呼ばれる。

排気装置２６、高周波電源３０、直流電源４０、スイッチ４２、マイクロ波発生器６０、処理ガス供給源８２、チラーユニット（図示せず）、熱伝導ガス供給部（図示せず）等の個々の作動、及び全体の作動は、制御部（図示せず）によって制御される。制御部は、例えばマイクロコンピュータ等から構成される。

なお、本実施の形態では、３００ｍｍウェハを対象としたエッチングについて説明したが、これにとらわれず、例えば、ガスの流量やRFバイアスパワー等の各種パラメーターは、基板ｗの面積や処理容器の容積等を用いて換算することで適宜変更することができる。

なお、本発明は、上記教示を考慮して様々に修正・変化可能である。具体的な実施態様については、本発明の範囲から逸脱しない範囲で種々の変形・変更を加えることが可能である。例えば、本発明のエッチング方法は、ダブルパターニングに適用されるのに限られることはなく、酸化シリコン膜を窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングするものに広く適用することができる。

１…窒化シリコン膜
５…酸化シリコン膜
２ａ…ポリシリコン膜（パターン）
１０…処理容器
５４…スロットアンテナ板（ラジアルラインスロットアンテナ）
Ｗ…ウェハ（基板）

Claims (6)

1. 基板に形成された酸化シリコン膜を窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングする方法であって、
   処理容器に、プラズマ励起用ガス、ＣＨＦ _３ ガス、及びＯ _２ ガスを含む処理ガスを、前記プラズマ励起用ガスに対する前記ＣＨＦ _３ ガスの流量比が１／１５以上になるように、かつ前記ＣＨＦ _３ ガスに対する前記Ｏ _２ ガスの流量比が１／１０以下になるように導入し、
   前記処理容器内にプラズマを発生させることによって、前記処理容器内の基板に形成された前記酸化シリコン膜を前記窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングし、前記窒化シリコン膜のエッチングを４ｎｍ以下にし、前記プラズマをマイクロ波によって励起するエッチング方法。
2. 酸化シリコン膜の窒化シリコン膜に対するエッチングの選択比が１以上であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
3. 前記プラズマ励起用ガスの流量は、２００ｓｃｃｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエッチング方法。
4. 前記エッチング方法は、窒化シリコン膜上に形成されたパターンの側壁に酸化シリコン膜からなるスペーサを形成するためのエッチング方法であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のエッチング方法。
5. プラズマのイオンを基板に引き込むためのＲＦバイアスのパワーが７０Ｗ以上１００Ｗ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のエッチング方法。
6. 基板に形成された酸化シリコン膜を窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングする装置であって、
   処理容器に、プラズマ励起用ガス、ＣＨＦ _３ ガス、及びＯ _２ ガスを含む処理ガスを、前記プラズマ励起用ガスに対する前記ＣＨＦ _３ ガスの流量比が１／１５以上になるように、かつ前記ＣＨＦ _３ ガスに対する前記Ｏ _２ ガスの流量比が１／１０以下になるように導入し、
   前記処理容器内にプラズマを発生させることによって、前記処理容器内の基板に形成された前記酸化シリコン膜を前記窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングし、前記窒化シリコン膜のエッチングを４ｎｍ以下にし、前記プラズマをマイクロ波によって励起するエッチング装置。

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