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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023127546
(43)【公開日】2023-09-13
(54)【発明の名称】プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20230906BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 105A
【審査請求】未請求
【請求項の数】22
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023016096
(22)【出願日】2023-02-06
(31)【優先権主張番号】P 2022031131
(32)【優先日】2022-03-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【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】100126480
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 睦
(74)【代理人】
【識別番号】100140431
【弁理士】
【氏名又は名称】大石 幸雄
(74)【代理人】
【識別番号】100135677
【弁理士】
【氏名又は名称】澤井 光一
(74)【代理人】
【識別番号】100131598
【弁理士】
【氏名又は名称】高村 和宗
(72)【発明者】
【氏名】米澤 隆宏
(72)【発明者】
【氏名】勝沼 隆幸
(72)【発明者】
【氏名】石川 慎也
(72)【発明者】
【氏名】田中 康基
(72)【発明者】
【氏名】熊倉 翔
【テーマコード（参考）】
5F004
【Ｆターム（参考）】
5F004AA09
5F004BA09
5F004BB12
5F004BB13
5F004BB18
5F004BB22
5F004BB23
5F004BB25
5F004BB26
5F004BB28
5F004BB29
5F004CA02
5F004CA03
5F004CA06
5F004DA04
5F004DA05
5F004DA11
5F004DA12
5F004DA13
5F004DA14
5F004DA15
5F004DA16
5F004DA17
5F004DA18
5F004DA20
5F004DA23
5F004DA24
5F004DA25
5F004DA26
5F004DA29
5F004DB02
5F004DB03
5F004DB07
5F004EA03
5F004EA05
5F004EA13
5F004EA37
5F004EB01
5F004EB04
(57)【要約】 （修正有）
【課題】垂直性の高いエッチングが可能なプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】プラズマ処理方法は、シリコン含有膜及び開口パターンを含むマスク膜を有する基板を基板支持部に準備する工程ＳＴ１と、チャンバ内でプラズマを生成して、前記マスク膜をマスクとして前記シリコン含有膜をエッチングする工程ＳＴ２、を含む。エッチングする工程ＳＴ２は、炭素、水素及びフッ素を含む１以上のガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給する工程ＳＴ２１と、前記プラズマ生成部にソースＲＦ信号を供給して、前記処理ガスからプラズマを生成する工程ＳＴ２２と、前記基板支持部にバイアスＲＦ信号を供給する工程ＳＴ２３と、を含む。前記エッチングする工程において、前記マスク膜の表面の少なくとも一部に炭素含有膜を形成しつつ、少なくとも前記処理ガスから生成されたフッ化水素によって前記シリコン含有膜をエッチングする。
【選択図】図５
【解決手段】プラズマ処理方法は、シリコン含有膜及び開口パターンを含むマスク膜を有する基板を基板支持部に準備する工程ＳＴ１と、チャンバ内でプラズマを生成して、前記マスク膜をマスクとして前記シリコン含有膜をエッチングする工程ＳＴ２、を含む。エッチングする工程ＳＴ２は、炭素、水素及びフッ素を含む１以上のガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給する工程ＳＴ２１と、前記プラズマ生成部にソースＲＦ信号を供給して、前記処理ガスからプラズマを生成する工程ＳＴ２２と、前記基板支持部にバイアスＲＦ信号を供給する工程ＳＴ２３と、を含む。前記エッチングする工程において、前記マスク膜の表面の少なくとも一部に炭素含有膜を形成しつつ、少なくとも前記処理ガスから生成されたフッ化水素によって前記シリコン含有膜をエッチングする。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理装置は、チャンバ、前記チャンバ内に配置された基板支持部及び前記基板支持部に対向して配置されたプラズマ生成部を有し、
前記プラズマ処理方法は、
シリコン含有膜及びマスク膜を有する基板を前記基板支持部に準備する工程であって、前記マスク膜は開口パターンを含む、準備する工程と、
前記チャンバ内でプラズマを生成して、前記マスク膜をマスクとして前記シリコン含有膜をエッチングする工程と
を含み、
前記エッチングする工程は、
炭素、水素及びフッ素を含む１以上のガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給する工程と、
前記プラズマ生成部にソースＲＦ信号を供給して、前記処理ガスからプラズマを生成する工程と、
前記基板支持部にバイアス信号を供給する工程と
を含み、
前記エッチングする工程において、前記マスク膜の表面の少なくとも一部に炭素含有膜を形成しつつ、少なくとも前記処理ガスから生成されたフッ化水素によって前記シリコン含有膜をエッチングする、プラズマ処理方法。
前記プラズマ処理装置は、チャンバ、前記チャンバ内に配置された基板支持部及び前記基板支持部に対向して配置されたプラズマ生成部を有し、
前記プラズマ処理方法は、
シリコン含有膜及びマスク膜を有する基板を前記基板支持部に準備する工程であって、前記マスク膜は開口パターンを含む、準備する工程と、
前記チャンバ内でプラズマを生成して、前記マスク膜をマスクとして前記シリコン含有膜をエッチングする工程と
を含み、
前記エッチングする工程は、
炭素、水素及びフッ素を含む１以上のガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給する工程と、
前記プラズマ生成部にソースＲＦ信号を供給して、前記処理ガスからプラズマを生成する工程と、
前記基板支持部にバイアス信号を供給する工程と
を含み、
前記エッチングする工程において、前記マスク膜の表面の少なくとも一部に炭素含有膜を形成しつつ、少なくとも前記処理ガスから生成されたフッ化水素によって前記シリコン含有膜をエッチングする、プラズマ処理方法。
【請求項2】
前記プラズマ処理装置は、前記プラズマ生成部及び前記基板支持部を電極とする、容量結合型のプラズマ処理装置である、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項3】
前記プラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置である、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項4】
前記プラズマ生成部は、前記基板支持部に対向して配置されたアンテナを備え、
前記チャンバは、
側壁と、
前記基板支持部と前記アンテナとの間に配置された誘電体窓と
を有し、
前記プラズマ処理装置は、
前記誘電体窓に配置された第１のガス注入部と、
前記側壁に配置された第２のガス注入部と
を有し、
前記エッチングする工程において、前記処理ガスは、前記第１のガス注入部及び前記第２のガス注入部から、前記チャンバ内に供給される、請求項３に記載のプラズマ処理方法。
前記チャンバは、
側壁と、
前記基板支持部と前記アンテナとの間に配置された誘電体窓と
を有し、
前記プラズマ処理装置は、
前記誘電体窓に配置された第１のガス注入部と、
前記側壁に配置された第２のガス注入部と
を有し、
前記エッチングする工程において、前記処理ガスは、前記第１のガス注入部及び前記第２のガス注入部から、前記チャンバ内に供給される、請求項３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項5】
前記処理ガスは、窒素含有ガスを含む、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項6】
前記窒素含有ガスは、窒素ガス（Ｎ２）又は三フッ化窒素（ＮＦ３）である、請求項５に記載のプラズマ処理方法。
【請求項7】
前記処理ガスにおいて、フッ素原子の数に対する水素原子の数の比は０．２以上である、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項8】
前記エッチングする工程において、前記チャンバ内の圧力は５０ｍＴｏｒｒ以下である、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項9】
前記ソースＲＦ信号の電力は、前記バイアス信号の電力よりも大きい、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項10】
前記バイアスＲＦ信号の電力に対する前記ソースＲＦ信号の電力の比は１０以上である、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項11】
前記準備する工程は、
前記シリコン含有膜上にＥＵＶレジストを形成する工程と、
前記ＥＵＶレジストを露光して、前記開口パターンを含む前記マスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜が形成された前記基板を前記基板支持部に配置する工程と
を含む、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
前記シリコン含有膜上にＥＵＶレジストを形成する工程と、
前記ＥＵＶレジストを露光して、前記開口パターンを含む前記マスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜が形成された前記基板を前記基板支持部に配置する工程と
を含む、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項12】
前記ＥＵＶレジストは、有機膜レジストである、請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項13】
前記ＥＵＶレジストは、金属含有膜レジストである、請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項14】
前記金属含有膜レジストは、スズ（Ｓｎ）含有膜レジストである、請求項１３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項15】
前記ソースＲＦ信号の電力は５００Ｗ以上である、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項16】
前記バイアスＲＦ信号の電力は２００Ｗ以下である、請求項１から１５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項17】
前記マスク膜は炭素含有膜又は金属含有膜である、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項18】
前記ソースＲＦ信号の電力は５００Ｗ以上である、請求項１７に記載のプラズマ処理方法。
【請求項19】
前記バイアスＲＦ信号の電力は２００Ｗ以上である、請求項１８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項20】
前記開口パターンに含まれる開口の開口幅は２５ｎｍ以下である、請求項１７に記載のプラズマ処理方法。
【請求項21】
前記エッチング膜の厚さは、前記開口パターンに含まれる開口の開口幅の５倍以上である、請求項１７に記載のプラズマ処理方法。
【請求項22】
プラズマ処理装置であって、
チャンバと
前記チャンバ内に配置された基板支持部と、
前記基板支持部に対向して設けられたプラズマ生成部と、
制御部と
を有し、
前記制御部は、
シリコン含有膜及びマスク膜を有する基板を前記基板支持部に準備する制御と、
前記チャンバ内でプラズマを生成して、前記マスク膜をマスクとして前記シリコン含有膜をエッチングする制御と
を実行し、
前記エッチングする制御において、
炭素、水素及びフッ素を含む１以上のガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給する制御と、
前記プラズマ生成部にソースＲＦ信号を供給して、前記処理ガスからプラズマを生成する制御と、
前記基板支持部にバイアスＲＦ信号を供給する制御と、
を実行し、
前記エッチングする制御おいて、前記マスク膜の表面の少なくとも一部に炭素含有膜を形成しつつ、少なくとも前記処理ガスから生成されたフッ化水素によって前記シリコン含有膜をエッチングする制御を実行する、プラズマ処理装置。
チャンバと
前記チャンバ内に配置された基板支持部と、
前記基板支持部に対向して設けられたプラズマ生成部と、
制御部と
を有し、
前記制御部は、
シリコン含有膜及びマスク膜を有する基板を前記基板支持部に準備する制御と、
前記チャンバ内でプラズマを生成して、前記マスク膜をマスクとして前記シリコン含有膜をエッチングする制御と
を実行し、
前記エッチングする制御において、
炭素、水素及びフッ素を含む１以上のガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給する制御と、
前記プラズマ生成部にソースＲＦ信号を供給して、前記処理ガスからプラズマを生成する制御と、
前記基板支持部にバイアスＲＦ信号を供給する制御と、
を実行し、
前記エッチングする制御おいて、前記マスク膜の表面の少なくとも一部に炭素含有膜を形成しつつ、少なくとも前記処理ガスから生成されたフッ化水素によって前記シリコン含有膜をエッチングする制御を実行する、プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電子デバイスの製造においては、基板のシリコン含有膜のプラズマエッチングが行われている。例えば、特許文献１には、プラズマエッチングにより、誘電体膜をエッチングする方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１６－３９３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、垂直性の高いエッチングが可能なプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、プラズマ処理装置は、チャンバ、チャンバ内に配置された基板支持部及び基板支持部に対向して配置されたプラズマ生成部を有し、プラズマ処理方法は、シリコン含有膜及びマスク膜を有する基板を基板支持部に準備する工程であって、マスク膜は開口パターンを含む、準備する工程と、チャンバ内でプラズマを生成して、マスク膜をマスクとしてシリコン含有膜をエッチングする工程とを含み、エッチングする工程は、炭素、水素及びフッ素を含む１以上のガスを含む処理ガスをチャンバ内に供給する工程と、プラズマ生成部にソースＲＦ信号を供給して、処理ガスからプラズマを生成する工程と、基板支持部にバイアスＲＦ信号を供給する工程とを含み、エッチングする工程において、マスク膜の表面の少なくとも一部に炭素含有膜を形成しつつ、少なくとも処理ガスから生成されたフッ化水素によってシリコン含有膜をエッチングする。
【発明の効果】
【0006】
本開示の一つの例示的実施形態によれば、垂直性の高いエッチングが可能なプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】プラズマ処理システムの構成例を説明するための図である。
【図2】容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。
【図3】誘導結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。
【図4】基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。
【図5】本処理方法の一例を示すフローチャートである。
【図6】基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。
【図7】基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。
【図8】参考例１、実施例１及び実施例２の測定結果を示す表である。
【図9】炭素含有膜（保護膜ＰＦ）の堆積速度の変化を示すグラフである。
【図10】マスク膜ＭＫに対するシリコン含有膜ＳＦの選択比の変化を示すグラフである。
【図11】基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。
【図12】参考例２及び実施例３の測定結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本開示の各実施形態について説明する。
【0009】
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理方法は、プラズマ処理装置は、チャンバ、チャンバ内に配置された基板支持部及び基板支持部に対向して配置されたプラズマ生成部を有し、プラズマ処理方法は、シリコン含有膜及びマスク膜を有する基板を基板支持部に準備する工程であって、マスク膜は開口パターンを含む、準備する工程と、チャンバ内でプラズマを生成して、マスク膜をマスクとしてシリコン含有膜をエッチングする工程とを含み、エッチングする工程は、炭素、水素及びフッ素を含む１以上のガスを含む処理ガスをチャンバ内に供給する工程と、プラズマ生成部にソースＲＦ信号を供給して、処理ガスからプラズマを生成する工程と、基板支持部にバイアス信号を供給する工程とを含み、エッチングする工程において、マスク膜の表面の少なくとも一部に炭素含有膜を形成しつつ、少なくとも処理ガスから生成されたフッ化水素によってシリコン含有膜をエッチングする。
【0010】
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、プラズマ生成部及び基板支持部を電極とする、容量結合型のプラズマ処理装置である。
【0011】
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置である。
【0012】
一つの例示的実施形態において、プラズマ生成部は、基板支持部に対向して配置されたアンテナを備え、チャンバは、側壁と、基板支持部とアンテナとの間に配置された誘電体窓とを有し、プラズマ処理装置は、誘電体窓に配置された第１のガス注入部と、側壁に配置された第２のガス注入部とを有し、エッチングする工程において、処理ガスは、第１のガス注入部及び第２のガス注入部から、チャンバ内に供給される。
【0013】
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、窒素含有ガスを含む、請求項１に記載の。
【0014】
一つの例示的実施形態において、窒素含有ガスは、窒素ガス（Ｎ２）又は三フッ化窒素（ＮＦ３）である。
【0015】
一つの例示的実施形態において、処理ガスにおいて、フッ素原子の数に対する水素原子の数の比は０．２以上である。
【0016】
一つの例示的実施形態において、エッチングする工程において、チャンバ内の圧力は５０ｍＴｏｒｒ以下である。
【0017】
一つの例示的実施形態において、ソースＲＦ信号の電力は、バイアス信号の電力よりも大きい。
【0018】
一つの例示的実施形態において、バイアスＲＦ信号の電力に対するソースＲＦ信号の電力の比は１０以上である。
【0019】
一つの例示的実施形態において、準備する工程は、シリコン含有膜上にＥＵＶレジストを形成する工程と、ＥＵＶレジストを露光して、開口パターンを含むマスク膜を形成する工程と、マスク膜が形成された基板を基板支持部に配置する工程とを含む。
【0020】
一つの例示的実施形態において、ＥＵＶレジストは、有機膜レジストである。
【0021】
一つの例示的実施形態において、ＥＵＶレジストは、金属含有膜レジストである。
【0022】
一つの例示的実施形態において、金属含有膜レジストは、スズ（Ｓｎ）含有膜レジストである。
【0023】
一つの例示的実施形態において、ソースＲＦ信号の電力は５００Ｗ以上である。
【0024】
一つの例示的実施形態において、バイアスＲＦ信号の電力は２００Ｗ以下である。
【0025】
一つの例示的実施形態において、マスク膜は炭素含有膜又は金属含有膜である。
【0026】
一つの例示的実施形態において、ソースＲＦ信号の電力は５００Ｗ以上である。
【0027】
一つの例示的実施形態において、バイアスＲＦ信号の電力は２００Ｗ以上である。
【0028】
一つの例示的実施形態において、開口パターンに含まれる開口の開口幅は２５ｎｍ以下である。
【0029】
一つの例示的実施形態において、エッチング膜の厚さは、開口パターンに含まれる開口の開口幅の５倍以上である。
【0030】
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理放置は、チャンバとチャンバ内に配置された基板支持部と、基板支持部に対向して設けられたプラズマ生成部と、制御部とを有し、制御部は、シリコン含有膜及びマスク膜を有する基板を基板支持部に準備する制御と、チャンバ内でプラズマを生成して、マスク膜をマスクとしてシリコン含有膜をエッチングする制御とを実行し、エッチングする制御において、炭素、水素及びフッ素を含む１以上のガスを含む処理ガスをチャンバ内に供給する制御と、プラズマ生成部にソースＲＦ信号を供給して、処理ガスからプラズマを生成する制御と、基板支持部にバイアスＲＦ信号を供給する制御と、を実行し、 エッチングする制御おいて、マスク膜の表面の少なくとも一部に炭素含有膜を形成しつつ、少なくとも処理ガスから生成されたフッ化水素によってシリコン含有膜をエッチングする制御を実行する。
【0031】
以下、図面を参照して、本開示の各実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一または同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づいて上下左右等の位置関係を説明する。図面の寸法比率は実際の比率を示すものではなく、また、実際の比率は図示の比率に限られるものではない。
【0032】
＜プラズマ処理システムの一例＞
図１は、プラズマ処理システムの構成例を説明するための図である。一実施形態において、プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理システムは、基板処理システムの一例であり、プラズマ処理装置１は、基板処理装置の一例である。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持部１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間に供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持部１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。
図１は、プラズマ処理システムの構成例を説明するための図である。一実施形態において、プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理システムは、基板処理システムの一例であり、プラズマ処理装置１は、基板処理装置の一例である。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持部１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間に供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持部１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。
【0033】
プラズマ生成部１２は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ；Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）等であってもよい。また、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部及びＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ＡＣプラズマ生成部で用いられるＡＣ信号（ＡＣ電力）は、１００ｋＨｚ～１０ＧＨｚの範囲内の周波数を有する。従って、ＡＣ信号は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、ＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。
【0034】
＜ＣＣＰプラズマ処理装置の一例＞
図２は、容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。
図２は、容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。
【0035】
プラズマ処理システムは、容量結合型のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。容量結合型のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。プラズマ処理チャンバ１０は接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０の筐体とは電気的に絶縁される。
【0036】
基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。
【0037】
一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。基台１１１０の導電性部材は下部電極として機能し得る。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、後述するＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源３１及び／又はＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）電源３２に結合される少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよい。この場合、少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極が下部電極として機能する。後述するバイアスＲＦ信号及び／又はＤＣ信号が少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極に供給される場合、ＲＦ／ＤＣ電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、基台１１１０の導電性部材と少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極とが複数の下部電極として機能してもよい。また、静電電極１１１１ｂが下部電極として機能してもよい。従って、基板支持部１１は、少なくとも１つの下部電極を含む。
【0038】
リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。
【0039】
また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域１１１ａとの間の間隙に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。
【0040】
シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、少なくとも１つの上部電極を含む。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。
【0041】
ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。
【0042】
電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を少なくとも１つの下部電極に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。
【0043】
一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１０ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給される。
【0044】
第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。バイアスＲＦ信号の周波数は、ソースＲＦ信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。
【0045】
また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、少なくとも１つの下部電極に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、少なくとも１つの下部電極に印加される。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、少なくとも１つの上部電極に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、少なくとも１つの上部電極に印加される。以下、バイアスＲＦ信号及びバイアスＤＣ信号を総称して、「バイアス信号」ともいう。
【0046】
種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、ＤＣ信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第１のＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つの下部電極との間に接続される。従って、第１のＤＣ生成部３２ａ及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第２のＤＣ生成部３２ｂ及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも１つの上部電極に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、１周期内に１又は複数の正極性電圧パルスと１又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。
【0047】
排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
【0048】
＜ＩＣＰプラズマ処理装置の一例＞
図３は、誘導結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。
図３は、誘導結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。
【0049】
プラズマ処理システムは、誘導結合型のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。誘導結合型のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、誘電体窓を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１、ガス導入部及びアンテナ１４を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。アンテナ１４は、プラズマ処理チャンバ１０上又はその上方（すなわち誘電体窓１０１上又はその上方）に配置される。プラズマ処理チャンバ１０は、誘電体窓１０１、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０２及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。プラズマ処理チャンバ１０は接地される。
【0050】
基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。
【0051】
一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。基台１１１０の導電性部材はバイアス電極として機能し得る。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、後述するＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源３１及び／又はＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）電源３２に結合される少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよい。この場合、少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極がバイアス電極として機能する。なお、基台１１１０の導電性部材と少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極とが複数のバイアス電極として機能してもよい。また、静電電極１１１１ｂがバイアス電極として機能してもよい。従って、基板支持部１１は、少なくとも１つのバイアス電極を含む。
【0052】
リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。
【0053】
また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域１１１ａとの間の間隙に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。
【0054】
ガス導入部は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。一実施形態において、ガス導入部は、中央ガス注入部（ＣＧＩ：Ｃｅｎｔｅｒ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）１３を含む。中央ガス注入部１３１は、基板支持部１１の上方に配置され、誘電体窓１０１に形成された中央開口部に取り付けられる。中央ガス注入部１３１は、少なくとも１つのガス供給口１３１ａ、少なくとも１つのガス流路１３１ｂ、及び少なくとも１つのガス導入口１３１ｃを有する。ガス供給口１３１ａに供給された処理ガスは、ガス流路１３１ｂを通過してガス導入口１３１ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。なお、ガス導入部は、中央ガス注入部１３１に加えて又はその代わりに、側壁１０２に形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。
【0055】
ガス導入部は、サイドガス注入部の一例として、周辺ガス注入部５２を含んでよい。周辺ガス導入部５２は、複数の周辺注入口５２ｉを含んでいる。複数の周辺注入口５２ｉは、主として基板Ｗの縁部にガスを供給する。複数の周辺注入口５２ｉは、基板Ｗの縁部、又は、基板Ｗを支持する中央領域１１１ａの縁部に向けて開口している。複数の周辺注入口５２ｉは、ガス導入口１３１ｃと同程度の高さ位置に配置されてよい。また、複数の周辺注入口５２ｉは、ガス導入口１３１ｃよりも下方、且つ、基板支持部１１の上方において、基板支持部１１の周方向に沿って配置されてもよい。即ち、複数の周辺注入口５２ｉは、誘電体窓１０１の直下よりも電子温度の低い領域（プラズマ拡散領域）において、ガス流路１３１ｂの軸線を中心として環状に配列されてよい。なお、図２に示す容量結合型のプラズマ処理装置１においても、ガス導入部は、図３に示す周辺ガス注入部５２を含んでよい。
【0056】
ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してガス導入部に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。
【0057】
電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を少なくとも１つのバイアス電極及びアンテナ１４に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を少なくとも１つのバイアス電極に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオンを基板Ｗに引き込むことができる。
【0058】
一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、アンテナ１４に結合され、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１０ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、アンテナ１４に供給される。
【0059】
第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つのバイアス電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。バイアスＲＦ信号の周波数は、ソースＲＦ信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、少なくとも１つのバイアス電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。
【0060】
また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、バイアスＤＣ生成部３２ａを含む。一実施形態において、バイアスＤＣ生成部３２ａは、少なくとも１つのバイアス電極に接続され、バイアスＤＣ信号を生成するように構成される。生成されたバイアスＤＣ信号は、少なくとも１つのバイアス電極に印加される。
【0061】
種々の実施形態において、バイアスＤＣ信号は、パルス化されてもよい。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも１つのバイアス電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、ＤＣ信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部がバイアスＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つのバイアス電極との間に接続される。従って、バイアスＤＣ生成部３２ａ及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、１周期内に１又は複数の正極性電圧パルスと１又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、バイアスＤＣ生成部３２ａは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。
【0062】
アンテナ１４は、１又は複数のコイルを含む。一実施形態において、アンテナ１４は、同軸上に配置された外側コイル及び内側コイルを含んでもよい。この場合、ＲＦ電源３１は、外側コイル及び内側コイルの双方に接続されてもよく、外側コイル及び内側コイルのうちいずれか一方に接続されてもよい。前者の場合、同一のＲＦ生成部が外側コイル及び内側コイルの双方に接続されてもよく、別個のＲＦ生成部が外側コイル及び内側コイルに別々に接続されてもよい。
【0063】
排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
【0064】
＜基板Ｗの一例＞
図４は、基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。基板Ｗは、本処理方法が適用され得る基板の一例である。基板Ｗは、シリコン含有膜ＳＦ及びマスク膜ＭＫを有する。シリコン含有膜ＳＦ及びマスク膜ＭＫは、下地膜ＵＦ上に形成されている。図４に示すように、基板Ｗは、下地膜ＵＦ、シリコン含有膜ＳＦ及びマスク膜ＭＫがこの順で積層されて形成されてよい。
図４は、基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。基板Ｗは、本処理方法が適用され得る基板の一例である。基板Ｗは、シリコン含有膜ＳＦ及びマスク膜ＭＫを有する。シリコン含有膜ＳＦ及びマスク膜ＭＫは、下地膜ＵＦ上に形成されている。図４に示すように、基板Ｗは、下地膜ＵＦ、シリコン含有膜ＳＦ及びマスク膜ＭＫがこの順で積層されて形成されてよい。
【0065】
下地膜ＵＦは、シリコンウェハ上に形成された有機膜、誘電体膜、金属膜、半導体膜等であってよい。また、下地膜ＵＦは、シリコンウェハであってよい。また、下地膜ＵＦは、複数の膜が積層されて構成されてよい。
【0066】
シリコン含有膜ＳＦは、シリコン（Ｓｉ）を含有する誘電体膜であり得る。シリコン含有膜ＳＦは、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を含み得る。一例として、シリコン含有誘電体膜は、ＳｉＯＮ膜である。シリコン含有膜は、シリコンを含有する膜であれば、他の膜種を有する膜であってもよい。また、シリコン含有膜ＳＦは、シリコン膜（例えば多結晶シリコン膜）を含んでいてもよい。また、シリコン含有膜ＳＦは、シリコン窒化膜、多結晶シリコン膜、炭素含有シリコン膜、及び低誘電率膜のうち少なくとも一つを含んでいてもよい。炭素含有シリコン膜は、ＳｉＣ膜及び／又はＳｉＯＣ膜を含み得る。低誘電率膜は、シリコンを含有し、層間絶縁膜として用いられ得る。また、シリコン含有膜ＳＦは、互いに異なる膜種を有する二つ以上のシリコン含有膜を含んでいてもよい。二つ以上のシリコン含有膜は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含んでいてもよい。シリコン含有膜ＳＦは、例えば、交互に積層された一つ以上のシリコン酸化膜及び一つ以上のシリコン窒化膜を含む多層膜であってもよい。シリコン含有膜ＳＦは、交互に積層された複数のシリコン酸化膜及び複数のシリコン窒化膜を含む多層膜であってもよい。或いは、二つ以上のシリコン含有膜は、シリコン酸化膜及びシリコン膜を含んでいてもよい。シリコン含有膜ＳＦは、例えば、交互に積層された一つ以上のシリコン酸化膜及び一つ以上のシリコン膜を含む多層膜であってもよい。シリコン含有膜ＳＦは、交互に積層された複数のシリコン酸化膜及び複数の多結晶シリコン膜を含む多層膜であってもよい。或いは、二つ以上のシリコン含有膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン膜を含んでいてもよい。
【0067】
マスク膜ＭＫは、シリコン含有膜ＳＦ上に設けられている。マスク膜ＭＫは、工程ＳＴ２においてシリコン含有膜ＳＦのエッチングレートよりも低いエッチングレートを有する材料から形成される。マスク膜ＭＫは、有機材料から形成され得る。即ち、マスク膜ＭＫは、炭素を含有してもよい。一例として、フォトレジスト膜は、ＥＵＶ用のフォトレジスト膜であってよい。マスク膜ＭＫは、例えば、アモルファスカーボン膜、フォトレジスト膜、又はスピンオンカーボン膜（ＳＯＣ膜）を含んで構成されてよい。マスク膜ＭＫは、シリコン含有反射防止膜のようなシリコン含有膜を含んで構成されてもよい。マスク膜ＭＫは、窒化チタン、タングステン、炭化タングステンのような金属含有材料から形成された金属含有マスクであってもよい。
【0068】
マスク膜ＭＫは、シリコン含有膜ＳＦ上に少なくとも１つの開口ＯＰを規定するようにパターニングされている。即ち、マスク膜ＭＫは、工程ＳＴ２においてシリコン含有膜ＳＦをエッチングするための開口パターンを有している。マスク膜ＭＫのパターンにより規定される開口ＯＰの形状に基づいて、シリコン含有膜ＳＦにホール又はトレンチ等の凹部が形成される。工程ＳＴ２においてシリコン含有膜ＳＦに形成される開口のアスペクト比は２０以上であってよく、３０以上、４０以上、又は５０以上であってもよい。なお、マスク膜ＭＫは、開口パターンとして、ラインアンドスペースパターンを有していてもよい。
【0069】
＜本処理方法の一例＞
図５は、本処理方法の一例を示すフローチャートである。本処理方法は、例えば、図２及び図３に示すプラズマ処理装置１を用いて、基板Ｗに対して実行される。以下、各図を参照しつつ、図４に示す基板Ｗに対して、図５に示す本処理方法を実行する例を説明する。なお、以下の例では、図１から図３に示す制御部２が、図２及び図３に示すプラズマ処理装置１の各部を制御して、本処理方法が実行される。
図５は、本処理方法の一例を示すフローチャートである。本処理方法は、例えば、図２及び図３に示すプラズマ処理装置１を用いて、基板Ｗに対して実行される。以下、各図を参照しつつ、図４に示す基板Ｗに対して、図５に示す本処理方法を実行する例を説明する。なお、以下の例では、図１から図３に示す制御部２が、図２及び図３に示すプラズマ処理装置１の各部を制御して、本処理方法が実行される。
【0070】
（工程ＳＴ１：基板の準備）
【0071】
工程ＳＴ１において、基板Ｗをプラズマ処理チャンバ１０のプラズマ処理空間１０ｓ内に準備する。工程ＳＴ１において、基板Ｗは、少なくとも、基板支持部１１に配置され、静電チャック１１１１により保持される。基板Ｗが有する各構成を形成する工程の少なくとも一部は、工程ＳＴ１の一部として、プラズマ処理空間１０ｓ内で行われてよい。また、基板Ｗの各構成の全部又は一部がプラズマ処理装置１の外部の装置又はチャンバで形成された後、基板Ｗがプラズマ処理空間１０ｓ内に搬入され、基板支持部１１に配置されてもよい。
【0072】
工程ＳＴ１は、基板支持部１１の温度を設定する工程を含んでよい。基板支持部１１の温度を設定するために、制御部２は温調モジュールを制御し得る。一例として、制御部２は、基板支持部１１の温度を２０℃以下に設定してもよい。
【0073】
（工程ＳＴ２：エッチングの実行）
工程ＳＴ２において、基板Ｗのシリコン含有膜ＳＦをエッチングする。工程ＳＴ２は、処理ガスを供給する工程（工程ＳＴ２１）と、ソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を供給する工程（工程ＳＴ２２）と、バイアス信号を供給する工程（工程ＳＴ２３）とを含む。工程ＳＴ２において、処理ガスから生成されたプラズマの活性種（イオン、ラジカル）により、シリコン含有膜ＳＦがエッチングされる。なお、工程ＳＴ２１からＳＴ２３が開始される順番は、この順番に限られない。また、工程ＳＴ２１からＳＴ２３は、並行して実行されてよい。
工程ＳＴ２において、基板Ｗのシリコン含有膜ＳＦをエッチングする。工程ＳＴ２は、処理ガスを供給する工程（工程ＳＴ２１）と、ソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を供給する工程（工程ＳＴ２２）と、バイアス信号を供給する工程（工程ＳＴ２３）とを含む。工程ＳＴ２において、処理ガスから生成されたプラズマの活性種（イオン、ラジカル）により、シリコン含有膜ＳＦがエッチングされる。なお、工程ＳＴ２１からＳＴ２３が開始される順番は、この順番に限られない。また、工程ＳＴ２１からＳＴ２３は、並行して実行されてよい。
【0074】
（工程ＳＴ２１：処理ガスの供給）
工程ＳＴ２１において、処理ガスがプラズマ処理チャンバ１０内に供給される。処理ガスは、基板Ｗに形成されたエッチング膜をエッチングするために用いられるガスである。処理ガスの種類は、エッチング膜の材料、マスク膜の材料、下地膜の材料、マスク膜が有するパターン、エッチングの深さ等に基づいて適宜選択されてよい。
工程ＳＴ２１において、処理ガスがプラズマ処理チャンバ１０内に供給される。処理ガスは、基板Ｗに形成されたエッチング膜をエッチングするために用いられるガスである。処理ガスの種類は、エッチング膜の材料、マスク膜の材料、下地膜の材料、マスク膜が有するパターン、エッチングの深さ等に基づいて適宜選択されてよい。
【0075】
工程ＳＴ２１において用いられる処理ガスは、水素とフッ素を含むガスを含み得る。水素とフッ素を含むガスは、プラズマ処理中に、プラズマ処理チャンバ１０内でフッ化水素（ＨＦ）種を生成可能なガスでよい。フッ化水素種は、エッチャントとして機能する。水素とフッ素を含むガスは、ハイドロフルオロカーボンからなる群から選択される少なくとも１種のガスであってよい。ハイドロフルオロカーボンは、例えば、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３、又はＣＨ３Ｆの少なくとも一つである。ハイドロフルオロカーボンは、二つ以上の炭素原子を含んでいてもよく、二つ以上六つ以下の炭素原子を含んでいてもよい。ハイドロフルオロカーボンは、例えば、Ｃ２ＨＦ５、Ｃ２Ｈ２Ｆ４、Ｃ２Ｈ３Ｆ３、Ｃ２Ｈ４Ｆ２等の二つの炭素原子を含んでいてもよい。ハイドロフルオロカーボンは、例えば、Ｃ３ＨＦ７、Ｃ３Ｈ２Ｆ２、Ｃ３Ｈ２Ｆ４、Ｃ３Ｈ２Ｆ６、Ｃ３Ｈ３Ｆ５、Ｃ４Ｈ２Ｆ６、Ｃ４Ｈ５Ｆ５、Ｃ４Ｈ２Ｆ８等、三つの又は四つの炭素原子を含んでいてもよい。ハイドロフルオロカーボンガスは、例えば、Ｃ５Ｈ２Ｆ６、Ｃ５Ｈ２Ｆ１０、Ｃ５Ｈ３Ｆ７等の五つの炭素原子を含んでもいてもよい。一実施形態として、ハイドロフルオロカーボンガスは、Ｃ３Ｈ２Ｆ４、Ｃ３Ｈ２Ｆ６、Ｃ４Ｈ２Ｆ６及びＣ４Ｈ２Ｆ８からなる群から選択される少なくとも１種を含む。なお、処理ガスは、プラズマ処理中にプラズマ処理チャンバ１０内でフッ化水素（ＨＦ）種を生成可能なガスとして、フッ化水素（ＨＦ）を含んでよい。なお、フッ素原子の数に対する水素原子の数の比は、０．２以上、０．２５以上又は０．３以上であってよい。
【0076】
また、水素とフッ素を含むガスは、プラズマ処理中に、プラズマ処理チャンバ１０内でフッ化水素種を生成可能な混合ガスであってもよい。フッ化水素種を生成可能な混合ガスは、水素源及びフッ素源を含んでよい。水素源は、例えば、Ｈ２、ＮＨ３、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２又はハイドロカーボン（ＣＨ４、Ｃ３Ｈ６等）であってよい。フッ素源は、ＢＦ３、ＮＦ３、ＰＦ３、ＰＦ５、ＳＦ６、ＷＦ６、ＸｅＦ２又はフルオロカーボンであってよい。一例として、フッ化水素種を生成可能な混合ガスは、三フッ化窒素（ＮＦ３）と水素（Ｈ２）との混合ガスである。
【0077】
工程ＳＴ２１において用いられる処理ガスは、少なくとも一つのリン含有分子を更に含み得る。リン含有分子は、十酸化四リン（Ｐ４Ｏ１０）、八酸化四リン（Ｐ４Ｏ８）、六酸化四リン（Ｐ４Ｏ６）等の酸化物であってもよい。十酸化四リンは、五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）と呼ばれることがある。リン含有分子は、三フッ化リン（ＰＦ３）、五フッ化リン（ＰＦ５）、三塩化リン（ＰＣｌ３）、五塩化リン（ＰＣｌ５）、三臭化リン（ＰＢｒ３）、五臭化リン（ＰＢｒ５）、ヨウ化リン（ＰＩ３）のようなハロゲン化物（ハロゲン化リン）であってもよい。即ち、リンを含む分子は、ハロゲン元素としてフッ素を含むフッ化物（フッ化リン）であってもよい。或いは、リンを含む分子は、ハロゲン元素としてフッ素以外のハロゲン元素を含んでもよい。リン含有分子は、フッ化ホスホリル（ＰＯＦ３）、塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ３）、臭化ホスホリル（ＰＯＢｒ３）のようなハロゲン化ホスホリルであってよい。リン含有分子は、ホスフィン（ＰＨ３）、リン化カルシウム（Ｃａ３Ｐ２等）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、リン酸ナトリウム（Ｎａ３ＰＯ４）、ヘキサフルオロリン酸（ＨＰＦ６）等であってよい。リン含有分子は、フルオロホスフィン類（ＨｘＰＦｙ）であってよい。ここで、ｘとｙの和は、３又は５である。フルオロホスフィン類としては、ＨＰＦ２、Ｈ２ＰＦ３が例示される。処理ガスは、少なくとも一つのリン含有分子として、上記のリン含有分子のうち一つ以上のリン含有分子を含み得る。例えば、処理ガスは、少なくとも一つのリン含有分子として、ＰＦ３、ＰＣｌ３、ＰＦ５，ＰＣｌ５，ＰＯＣｌ３、ＰＨ３、ＰＢｒ３、又はＰＢｒ５の少なくとも一つを含み得る。なお、処理ガスに含まれる各リン含有分子が液体又は固体である場合、各リン含有分子は、加熱等によって気化されてプラズマ処理チャンバ１０内に供給され得る。
【0078】
工程ＳＴ２１において用いられる処理ガスは、炭素を更に含んでよい。炭素を含む分子として、ハイドロカーボン（ＣｘＨｙ）、フルオロカーボン（ＣｖＦｗ）からなる群から選択される少なくとも一種の炭素含有ガスを含んでいてもよい。ここで、ｘ、ｙ、ｖ及びｗの各々は自然数である。ハイドロカーボンは、例えば、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ６、Ｃ３Ｈ８又はＣ４Ｈ１０等を含んでもよい。フルオロカーボンは、例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ４、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８又はＣ５Ｆ８等を含んでもよい。これらの炭素含有ガスから生成される化学種は、マスク膜ＭＫを保護する。
【0079】
また、処理ガスは、ハロゲン含有分子を含んでもよい。ハロゲン含有分子は、炭素を含有しなくてもよい。ハロゲン含有分子は、フッ素含有分子であってよく、フッ素以外のハロゲン元素を含有するハロゲン含有分子であってもよい。フッ素含有分子は、例えば、三フッ化窒素（ＮＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、三フッ化ホウ素（ＢＦ３）などのガスを含んでいてもよい。フッ素以外のハロゲン元素を含有するハロゲン含有分子は、例えば、塩素含有ガス、臭素含有ガス及びヨウ素からなる群から選択される少なくとも１種であってよい。塩素含有ガスは、例えば、塩素（Ｃｌ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、二塩化ケイ素（ＳｉＣｌ２）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）、ジシクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、六塩化二ケイ素（Ｓｉ２Ｃｌ６）、クロロホルム（ＣＨＣｌ３）、塩化スルフリル（ＳＯ２Ｃｌ２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）などのガスである。臭素含有ガスは、例えば、臭素（Ｂｒ２）、臭化水素（ＨＢｒ）、ジブロモジフルオロメタン（ＣＢｒ２Ｆ２）、ブロモペンタフルオロエタン（Ｃ２Ｆ５Ｂｒ）三臭化リン（ＰＢｒ３）、五臭化リン（ＰＢｒ５）、リン酸オキシブロミド（ＰＯＢｒ３）、三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）などのガスである。ヨウ素含有ガスは、例えば、ヨウ化水素（ＨＩ）、トリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）、ペンタフルオロヨードエタン（Ｃ２Ｆ５Ｉ）、ヘプタフルオロプロピルヨージド（Ｃ３Ｆ７Ｉ）、五フッ化ヨウ素（ＩＦ５）、七フッ化ヨウ素（ＩＦ７）、ヨウ素（Ｉ２）、三ヨウ化リン（ＰＩ３）などのガスである。これらのハロゲン含有分子はから生成される化学種は、プラズマエッチングで形成される凹部の形状を制御するために用いられる。
【0080】
処理ガスは、酸素含有分子を更に含んでいてもよい。酸素含有分子は、例えばＯ２、ＣＯ２又はＣＯを含んでいてもよい。また、処理ガスは、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の貴ガスを含んでもよい。
【0081】
なお、プラズマ処理チャンバ１０内に供給される処理ガスは、１以上のガスを含んでよい。当該１以上のガスは、水素、炭素及びフッ素を含み得る。この場合、当該１つ以上のガスの各々が水素、炭素及びフッ素を含んでよい。また、当該１つ以上のガスが複数のガスである場合、当該複数のガスのうち、１つのガスが、水素、炭素及びフッ素の１以上を含み、当該複数のガスのうち、残りの１つ以上のガスの一部又は全部が、水素、炭素及びフッ素の残りを含んでよい。
【0082】
また、図３のプラズマ処理装置１において、処理ガスは、中央ガス注入部１３１及びサイドガス注入部の一方又は双方から、プラズマ処理チャンバ１０内に供給されてよい。一例として、中央ガス注入部１３１から供給される炭素含有ガスの流量よりも、サイドガス注入部から供給される炭素含有ガスの流量が多くてよい。即ち、処理ガスに含まれる炭素含有ガスの流量に対する、中央ガス注入部１３１から供給される炭素含有ガスの流量の割合が５０％以下、サイドガス注入部から供給される炭素含有ガスの流量の割合が５０％以上であってよい。また、処理ガスに含まれる炭素含有ガスの流量に対する、中央ガス注入部１３１から供給される炭素含有ガスの流量の割合が２０％以下、サイドガス注入部から供給される炭素含有ガスの流量の割合が８０％以上であってよい。また、処理ガスに含まれる炭素含有ガスの流量に対する、中央ガス注入部１３１から供給される炭素含有ガスの流量の割合が１０％以下、サイドガス注入部から供給される炭素含有ガスの流量の割合が９０％以上であってよい。また、処理ガスに含まれる炭素含有ガスの流量に対する、中央ガス注入部１３１から供給される炭素含有ガスの流量の割合が５％以下、サイドガス注入部から供給される炭素含有ガスの流量の割合が９５％以上であってよい。また、処理ガスに含まれる炭素含有ガスの流量における、サイドガス注入部から供給される炭素含有ガスの流量の割合が１００％であってよい。なお、同様に、図２のプラズマ処理装置１においても、処理ガスは、シャワーヘッド１３及びサイドガス注入部の一方又は双方から、プラズマ処理チャンバ１０内に供給されてよい。
【0083】
また、一例として、プラズマ処理チャンバ１０内に供給される処理ガスのうち、中央ガス注入部１３１から供給される炭素含有ガスに含まれる炭素原子の数よりも、サイドガス注入部から供給される炭素含有ガスに含まれる炭素原子の数が多くてよい。
【0084】
処理ガスに含まれる炭素含有ガスの少なくとも一部を、サイドガス注入部からプラズマ処理チャンバ１０内に供給することにより、基板Ｗの面内において、エッチング膜のエッチングレートの均一性及び／又はエッチング膜に形成される凹部の寸法の均一性を向上することができる。
【0085】
（工程ＳＴ２２：ソースＲＦ信号の供給）
工程ＳＴ２２において、ソースＲＦ信号が供給される。一例として、ソースＲＦ信号は、図２のプラズマ処理装置１における上部電極又は図３におけるプラズマ処理装置１のアンテナ１４に供給されてよい。上部電極及びアンテナ１４はプラズマ生成部の一例である。ソースＲＦ信号は、連続波であってよく、また、パルス波であってもよい。
工程ＳＴ２２において、ソースＲＦ信号が供給される。一例として、ソースＲＦ信号は、図２のプラズマ処理装置１における上部電極又は図３におけるプラズマ処理装置１のアンテナ１４に供給されてよい。上部電極及びアンテナ１４はプラズマ生成部の一例である。ソースＲＦ信号は、連続波であってよく、また、パルス波であってもよい。
【0086】
ソースＲＦ信号の電力は、後述する工程ＳＴ２３において供給されるバイアス信号の電力よりも大きい。一例として、ソースＲＦ信号の電力は、３００Ｗ以上であってよい。また、ソースＲＦ信号の電力は、５００Ｗ以上、１，０００Ｗ以上、又は、２，０００Ｗ以上であってよい。
【0087】
（工程ＳＴ２３：バイアス信号の供給）
工程ＳＴ２３において、バイアス信号が供給される。一例として、バイアス信号は、図２及び図３の基板支持部１１に供給される。バイアス信号は、基板支持部１１においてバイアス電極として機能し得る部材に供給されてよい。
工程ＳＴ２３において、バイアス信号が供給される。一例として、バイアス信号は、図２及び図３の基板支持部１１に供給される。バイアス信号は、基板支持部１１においてバイアス電極として機能し得る部材に供給されてよい。
【0088】
バイアス信号の電力は、ソースＲＦ信号の電力よりも小さい。一例として、バイアス信号の電力は、２００Ｗ以下であってよい。また、バイアス信号の電力は、１００Ｗ以下、又は、５０Ｗ以下であってよい。なお、一例として、バイアス信号の電力は、ソースＲＦ信号の電力よりも大きくてもよい。
【0089】
なお、工程ＳＴ２において、プラズマ処理チャンバ１０内の圧力は、適宜設定されてよい。一例として、プラズマ処理チャンバ１０内の圧力は、５０ｍＴｏｒｒ以下、３０ｍＴｏｒｒ以下又は１０ｍＴｏｒｒ以下に設定されてよい。
【0090】
図６は、工程ＳＴ２においてエッチングが実行された基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。工程ＳＴ２１においてプラズマ処理チャンバ１０内に処理ガスが供給され、また、工程ＳＴ２２においてソースＲＦ信号が供給されると、プラズマ処理空間１０ｓにおいてプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマ中のイオン、ラジカルといった化学種が基板Ｗに引き寄せられて、シリコン含有膜ＳＦがエッチングされる。一例として、当該化学種は、フッ化水素種である。そして、図６に示すように、マスク膜ＭＫの開口ＯＰの形状に基づいて、マスク膜ＭＫに形成された開口ＯＰから連続して、シリコン含有膜ＳＦにおいても、シリコン含有膜ＳＦの側壁ＳＳ２で規定された凹部ＲＣが形成される。凹部ＲＣは、その底部ＢＴにおいて下地膜ＵＦが露出する開口であってよい。
【0091】
また、生成されたプラズマ中のイオン、ラジカルといった化学種によって、マスク膜ＭＫの一部もエッチングされ得る。一例として、当該化学種は、フッ化水素種である。他方で、プラズマ中の化学種によって、マスク膜ＭＫの少なくとも一部に、保護膜ＰＦが形成され得る。一例として、保護膜ＰＦは、処理ガス中の炭素を含んで形成された炭素含有膜であってよい。保護膜ＰＦは、マスク膜ＭＫの表面のうち、少なくとも、上面ＴＳ及び／又は側壁ＳＳ１の少なくとも一部に形成されてよい。また、保護膜ＰＦは、マスク膜ＭＫの側壁ＳＳ１から、シリコン含有膜ＳＦの凹部を規定する側壁ＳＳ２の一部に亘って形成されてもよい。
【0092】
＜本処理方法の実施例＞
以下の参考例、実施例１及び実施例２の条件で、基板Ｗのシリコン含有膜ＳＦのエッチングを行った。なお、「Ｈ／Ｆ」は、処理ガスに含まれるフッ素原子数に対する水素原子数の比率である。
参考例１
装置：ＣＣＰプラズマ処理装置
ソースＲＦ信号：６０ＭＨｚ、５００Ｗ
バイアスＲＦ信号：４０ＭＨｚ、４００Ｗ
処理ガス：ＣＨＦ３、ＣＦ４
Ｈ／Ｆ：０．０９
実施例１
装置：ＣＣＰプラズマ処理装置（図２）
ソースＲＦ信号：６０ＭＨｚ、１，０００Ｗ
バイアスＲＦ信号：４０ＭＨｚ、５０Ｗ
処理ガス：ＣＨＦ３、Ｈ２、ＮＦ３、Ｎ２
Ｈ／Ｆ：０．３３
実施例２
装置：ＩＣＰプラズマ処理装置（図３）
ソースＲＦ信号：２７ＭＨｚ、２，０００Ｗ
バイアスＲＦ信号：１３ＭＨｚ、８０Ｗ
処理ガス：ＣＨ３Ｆ、ＣＨＦ３、ＮＦ３、Ｎ２、Ａｒ
Ｈ／Ｆ：０．４２
以下の参考例、実施例１及び実施例２の条件で、基板Ｗのシリコン含有膜ＳＦのエッチングを行った。なお、「Ｈ／Ｆ」は、処理ガスに含まれるフッ素原子数に対する水素原子数の比率である。
参考例１
装置：ＣＣＰプラズマ処理装置
ソースＲＦ信号：６０ＭＨｚ、５００Ｗ
バイアスＲＦ信号：４０ＭＨｚ、４００Ｗ
処理ガス：ＣＨＦ３、ＣＦ４
Ｈ／Ｆ：０．０９
実施例１
装置：ＣＣＰプラズマ処理装置（図２）
ソースＲＦ信号：６０ＭＨｚ、１，０００Ｗ
バイアスＲＦ信号：４０ＭＨｚ、５０Ｗ
処理ガス：ＣＨＦ３、Ｈ２、ＮＦ３、Ｎ２
Ｈ／Ｆ：０．３３
実施例２
装置：ＩＣＰプラズマ処理装置（図３）
ソースＲＦ信号：２７ＭＨｚ、２，０００Ｗ
バイアスＲＦ信号：１３ＭＨｚ、８０Ｗ
処理ガス：ＣＨ３Ｆ、ＣＨＦ３、ＮＦ３、Ｎ２、Ａｒ
Ｈ／Ｆ：０．４２
【0093】
図７は、シリコン含有膜ＳＦをエッチングした後の基板Ｗの断面を示す図である。図７における（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、参考例１、実施例１及び実施例２の条件でシリコン含有膜ＳＦをエッチングした後の基板Ｗの断面図である。
【0094】
まず、参考例１である（ａ）では、マスク膜ＭＫがエッチングされた一方で、実施例１である（ｂ）及び実施例２である（ｃ）では、シリコン含有膜ＳＦのエッチング後においてもマスク膜ＭＫが十分に残る結果となった。具体的には、参考例１、実施例１及び実施例２のいずれにおいても、マスク膜ＭＫの厚さは、シリコン含有膜ＳＦのエッチング前において、３１ｎｍであった。他方で、シリコン含有膜ＳＦのエッチング後において、マスク膜ＭＫの厚さは、参考例１では８．０ｎｍ、実施例１では１８ｎｍ、実施例２では２３ｎｍであった。なお、マスク膜ＭＫの厚さは、マスク膜ＭＫの表面に形成された保護膜ＰＦの厚さを含む。
【0095】
また、参考例１である（ａ）では、凹部ＲＣの断面形状がテーパ形状となった一方で、実施例１である（ｂ）及び実施例２である（ｃ）では、凹部ＲＣの断面形状がほぼ垂直形状となった。具体的には、凹部ＲＣの上端における開口幅に対する下端における開口幅の比率が、参考例１では０．４５であった。他方で、当該比率は、実施例１では０．８９、実施例２では０．９４であった。
【0096】
図８は、参考例１、実施例１及び実施例２における凹部ＲＣのＣＤ（Critical Dimension：寸法）、ＬＣＤＵ（Local Critical Dimension Uniformity：ＣＤの３σ）及びＣＥＲ（Circle Edge Roughness）の測定結果を示す表である。なお、表１において、ＣＤは平均値である。また、各例において凹部ＲＣの平面視における開口形状は円形状を有しており、ＣＥＲは、凹部ＲＣの開口のラフネスを示す。
【0097】
図８に示すとおり、実施例１及び実施例２は、参考例１よりも良好な結果となった。すなわち、まず、実施例１及び実施例２における凹部ＲＣのＬＣＤＵは、参考例１におけるＬＣＤＵよりも大幅に改善された。すなわち、実施例では、凹部ＲＣの開口幅の均一性を大きく改善することができた。また、ＣＥＲについても、参考例１よりも実施例１及び実施例２の方が小さな値となった。すなわち、実施例１及び実施例２の方が参考例１よりも、真円に近い開口形状を得ることができた。
【0098】
図９は、実施例２における炭素含有膜（保護膜ＰＦ）の堆積速度の変化を示すグラフである。すなわち、図９のグラフは、実施例２の条件において、バイアスＲＦ信号の電力を０Ｗとし、ソースＲＦ信号の電力（ＲＦ電力）を変化させて、炭素含有膜の堆積速度の変化を測定した測定結果を示す。図９に示すように、ソースＲＦ信号の電力を増加させると、炭素含有膜の堆積速度も顕著に増加することが確認された。
【0099】
図１０は、実施例２におけるマスク膜ＭＫに対するシリコン含有膜ＳＦの選択比の変化を示すグラフである。図１０において、横軸は、バイアスＲＦ信号の電力に対するソースＲＦ信号の電力の比率（電力比）を示す。すなわち、図１０のグラフは、実施例２の条件において、バイアス信号の電力に対するソースＲＦ信号の電力を変化させて、マスク膜ＭＫに対するシリコン含有膜ＳＦのエッチングレートの比率（選択比）を算出した結果を示す。図１０に示すように、電力比を増加させると、選択比もまた顕著に増加した。
【0100】
本処理方法では、フッ化水素の活性種を多く含み、電子密度の高いプラズマを生成することができる。これにより、シリコン含有膜ＳＦのエッチングにおいて、選択比が高く、かつ、垂直形状に近い断面形状を有する凹部ＲＣを形成することができる。また、本処理方法では、バイアス信号の電力よりも大きな電力を有するソースＲＦ信号を上部電極又はアンテナに供給し得るとともに、処理ガスとしてハイドロフルオロカーボンガスを含むガスを用い得る。これにより、シリコン含有膜ＳＦのエッチングにおいて、選択比及び垂直形状を更に向上させることができる。
【0101】
また、以下の参考例２及び実施例３の条件で、基板Ｗのシリコン含有膜ＳＦのエッチングを行った。なお、参考例２及び実施例３において、マスク膜ＭＫはアモルファスカーボン膜である。
参考例２
装置：ＣＣＰプラズマ処理装置
ソースＲＦ信号：４０ＭＨｚ、０Ｗ
バイアスＲＦ信号：１３．５６ＭＨｚ、４５０Ｗ
処理ガス：Ｃ４Ｆ６、Ｏ２、Ａｒ
実施例３
装置：ＩＣＰプラズマ処理装置（図３）
ソースＲＦ信号：２７ＭＨｚ、５００Ｗ
バイアスＲＦ信号：１３．５６ＭＨｚ、４５０Ｗ
処理ガス：ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、ＮＦ３、Ｎ２、Ｏ２、Ｃ４Ｆ６
参考例２
装置：ＣＣＰプラズマ処理装置
ソースＲＦ信号：４０ＭＨｚ、０Ｗ
バイアスＲＦ信号：１３．５６ＭＨｚ、４５０Ｗ
処理ガス：Ｃ４Ｆ６、Ｏ２、Ａｒ
実施例３
装置：ＩＣＰプラズマ処理装置（図３）
ソースＲＦ信号：２７ＭＨｚ、５００Ｗ
バイアスＲＦ信号：１３．５６ＭＨｚ、４５０Ｗ
処理ガス：ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、ＮＦ３、Ｎ２、Ｏ２、Ｃ４Ｆ６
【0102】
図１１は、シリコン含有膜ＳＦをエッチングした後の基板Ｗの断面を示す図である。図１１における（ａ）はエッチング前の基板Ｗの断面、（ｂ）は参考例２の条件でシリコン含有膜ＳＦをエッチングした後の基板Ｗの断面図、（ｃ）は、実施例３の条件でシリコン含有膜ＳＦをエッチングした後の基板Ｗの断面図である。
【0103】
図１２は、参考例２及び実施例３における凹部ＲＣのエッチング速度、選択比、ネックＣＤ及びボウＣＤの測定結果を示す表である。なお、選択比は、シリコン含有膜ＳＦのエッチング速度に対する、マスク膜ＭＫのエッチング速度の比率である。また、ネックＣＤは、凹部ＲＣの上端における寸法（開口幅）である。また、ボウＣＤは、凹部ＲＣにおいて寸法が最も大きくなる部分における凹部ＲＣの寸法（開口幅）である。
【0104】
図１１及び図１２に示すとおり、実施例３は、参考例２よりも良好な結果となった。すなわち、まず、実施例３では、十分な選択比を保ちつつ、シリコン含有膜ＳＦのエッチング速度を大きく改善することができた。また、実施例３では、十分なネックＣＤを保ちつつ、ボウＣＤの広がりを抑制することができた。このように、実施例３では、凹部ＲＣのネックにおいてクロッギング（詰まり）を抑制しつつ、凹部ＲＣの垂直性を高めることができた。なお、マスク膜ＭＫを金属含有マスクとした場合においても、実施例３と同様の結果が得られた。
【0105】
本開示は、以下の態様を含み得る。
【0106】
（付記１）
プラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理装置は、チャンバ、前記チャンバ内に配置された基板支持部及び前記基板支持部に対向して配置されたプラズマ生成部を有し、
前記プラズマ処理方法は、
シリコン含有膜及びマスク膜を有する基板を前記基板支持部に準備する工程であって、前記マスク膜は開口パターンを含む、準備する工程と、
前記チャンバ内でプラズマを生成して、前記マスク膜をマスクとして前記シリコン含有膜をエッチングする工程と
を含み、
前記エッチングする工程は、
炭素、水素及びフッ素を含む１以上のガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給する工程と、
前記プラズマ生成部にソースＲＦ信号を供給して、前記処理ガスからプラズマを生成する工程と、
前記基板支持部にバイアス信号を供給する工程と
を含み、
前記エッチングする工程において、前記マスク膜の表面の少なくとも一部に炭素含有膜を形成しつつ、少なくとも前記処理ガスから生成されたフッ化水素によって前記シリコン含有膜をエッチングする、プラズマ処理方法。
プラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理装置は、チャンバ、前記チャンバ内に配置された基板支持部及び前記基板支持部に対向して配置されたプラズマ生成部を有し、
前記プラズマ処理方法は、
シリコン含有膜及びマスク膜を有する基板を前記基板支持部に準備する工程であって、前記マスク膜は開口パターンを含む、準備する工程と、
前記チャンバ内でプラズマを生成して、前記マスク膜をマスクとして前記シリコン含有膜をエッチングする工程と
を含み、
前記エッチングする工程は、
炭素、水素及びフッ素を含む１以上のガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給する工程と、
前記プラズマ生成部にソースＲＦ信号を供給して、前記処理ガスからプラズマを生成する工程と、
前記基板支持部にバイアス信号を供給する工程と
を含み、
前記エッチングする工程において、前記マスク膜の表面の少なくとも一部に炭素含有膜を形成しつつ、少なくとも前記処理ガスから生成されたフッ化水素によって前記シリコン含有膜をエッチングする、プラズマ処理方法。
【0107】
（付記２）
前記プラズマ処理装置は、前記プラズマ生成部及び前記基板支持部を電極とする、容量結合型のプラズマ処理装置である、付記１に記載のプラズマ処理方法。
前記プラズマ処理装置は、前記プラズマ生成部及び前記基板支持部を電極とする、容量結合型のプラズマ処理装置である、付記１に記載のプラズマ処理方法。
【0108】
（付記３）
前記プラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置である、付記１に記載のプラズマ処理方法。
前記プラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置である、付記１に記載のプラズマ処理方法。
【0109】
（付記４）
前記プラズマ生成部は、前記基板支持部に対向して配置されたアンテナを備え、
前記チャンバは、
側壁と、
前記基板支持部と前記アンテナとの間に配置された誘電体窓と
を有し、
前記プラズマ処理装置は、
前記誘電体窓に配置された第１のガス注入部と、
前記側壁に配置された第２のガス注入部と
を有し、
前記エッチングする工程において、前記処理ガスは、前記第１のガス注入部及び前記第２のガス注入部から、前記チャンバ内に供給される、付記３に記載のプラズマ処理方法。
前記プラズマ生成部は、前記基板支持部に対向して配置されたアンテナを備え、
前記チャンバは、
側壁と、
前記基板支持部と前記アンテナとの間に配置された誘電体窓と
を有し、
前記プラズマ処理装置は、
前記誘電体窓に配置された第１のガス注入部と、
前記側壁に配置された第２のガス注入部と
を有し、
前記エッチングする工程において、前記処理ガスは、前記第１のガス注入部及び前記第２のガス注入部から、前記チャンバ内に供給される、付記３に記載のプラズマ処理方法。
【0110】
（付記５）
前記処理ガスは、窒素含有ガスを含む、付記１から３のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
前記処理ガスは、窒素含有ガスを含む、付記１から３のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0111】
（付記６）
前記窒素含有ガスは、窒素ガス（Ｎ２）又は三フッ化窒素（ＮＦ３）である、付記５に記載のプラズマ処理方法。
前記窒素含有ガスは、窒素ガス（Ｎ２）又は三フッ化窒素（ＮＦ３）である、付記５に記載のプラズマ処理方法。
【0112】
（付記７）
前記処理ガスにおいて、フッ素原子の数に対する水素原子の数の比は０．２以上である、付記１から６のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
前記処理ガスにおいて、フッ素原子の数に対する水素原子の数の比は０．２以上である、付記１から６のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0113】
（付記８）
前記エッチングする工程において、前記チャンバ内の圧力は５０ｍＴｏｒｒ以下である、付記１から７のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
前記エッチングする工程において、前記チャンバ内の圧力は５０ｍＴｏｒｒ以下である、付記１から７のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0114】
（付記９）
前記ソースＲＦ信号の電力は、前記バイアス信号の電力よりも大きい、付記１から８のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
前記ソースＲＦ信号の電力は、前記バイアス信号の電力よりも大きい、付記１から８のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0115】
（付記１０）
前記バイアスＲＦ信号の電力に対する前記ソースＲＦ信号の電力の比は１０以上である、付記１から９のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
前記バイアスＲＦ信号の電力に対する前記ソースＲＦ信号の電力の比は１０以上である、付記１から９のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0116】
（付記１１）
前記準備する工程は、
前記シリコン含有膜上にＥＵＶレジストを形成する工程と、
前記ＥＵＶレジストを露光して、前記開口パターンを含む前記マスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜が形成された前記基板を前記基板支持部に配置する工程と
を含む、付記１から１０のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
前記準備する工程は、
前記シリコン含有膜上にＥＵＶレジストを形成する工程と、
前記ＥＵＶレジストを露光して、前記開口パターンを含む前記マスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜が形成された前記基板を前記基板支持部に配置する工程と
を含む、付記１から１０のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0117】
（付記１２）
前記ＥＵＶレジストは、有機膜レジストである、付記１１に記載のプラズマ処理方法。
前記ＥＵＶレジストは、有機膜レジストである、付記１１に記載のプラズマ処理方法。
【0118】
（付記１３）
前記ＥＵＶレジストは、金属含有膜レジストである、付記１１に記載のプラズマ処理方法。
前記ＥＵＶレジストは、金属含有膜レジストである、付記１１に記載のプラズマ処理方法。
【0119】
（付記１４）
前記金属含有膜レジストは、スズ（Ｓｎ）含有膜レジストである、付記１３に記載のプラズマ処理方法。
前記金属含有膜レジストは、スズ（Ｓｎ）含有膜レジストである、付記１３に記載のプラズマ処理方法。
【0120】
（付記１５）
前記ソースＲＦ信号の電力は５００Ｗ以上である、付記１から１４のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
前記ソースＲＦ信号の電力は５００Ｗ以上である、付記１から１４のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0121】
（付記１６）
前記バイアスＲＦ信号の電力は２００Ｗ以下である、付記１から１５のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
前記バイアスＲＦ信号の電力は２００Ｗ以下である、付記１から１５のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0122】
（付記１７）
前記マスク膜は炭素含有膜又は金属含有膜である、付記１から３のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
前記マスク膜は炭素含有膜又は金属含有膜である、付記１から３のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0123】
（付記１８）
前記ソースＲＦ信号の電力は５００Ｗ以上である、付記１７に記載のプラズマ処理方法。
前記ソースＲＦ信号の電力は５００Ｗ以上である、付記１７に記載のプラズマ処理方法。
【0124】
（付記１９）
前記バイアスＲＦ信号の電力は２００Ｗ以上である、付記１７又は１８に記載のプラズマ処理方法。
前記バイアスＲＦ信号の電力は２００Ｗ以上である、付記１７又は１８に記載のプラズマ処理方法。
【0125】
（付記２０）
前記開口パターンに含まれる開口の開口幅は２５ｎｍ以下である、付記１７から１９のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
前記開口パターンに含まれる開口の開口幅は２５ｎｍ以下である、付記１７から１９のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0126】
（付記２１）
前記エッチング膜の厚さは、前記開口パターンに含まれる開口の開口幅の５倍以上である、付記１７から２０のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
前記エッチング膜の厚さは、前記開口パターンに含まれる開口の開口幅の５倍以上である、付記１７から２０のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0127】
（付記２２）
プラズマ処理装置であって、
チャンバと
前記チャンバ内に配置された基板支持部と、
前記基板支持部に対向して設けられたプラズマ生成部と、
制御部と
を有し、
前記制御部は、
シリコン含有膜及びマスク膜を有する基板を前記基板支持部に準備する準備する制御と、
前記チャンバ内でプラズマを生成して、前記マスク膜をマスクとして前記シリコン含有膜をエッチングする制御と
を実行し、
前記エッチングする制御において、
炭素、水素及びフッ素を含む１以上のガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給する制御と、
前記プラズマ生成部にソースＲＦ信号を供給して、前記処理ガスからプラズマを生成する制御と、
前記基板支持部にバイアスＲＦ信号を供給する制御と、
を実行し、
前記エッチングする制御おいて、前記マスク膜の表面の少なくとも一部に炭素含有膜を形成しつつ、少なくとも前記処理ガスから生成されたフッ化水素によって前記シリコン含有膜をエッチングする制御を実行する、プラズマ処理装置。
プラズマ処理装置であって、
チャンバと
前記チャンバ内に配置された基板支持部と、
前記基板支持部に対向して設けられたプラズマ生成部と、
制御部と
を有し、
前記制御部は、
シリコン含有膜及びマスク膜を有する基板を前記基板支持部に準備する準備する制御と、
前記チャンバ内でプラズマを生成して、前記マスク膜をマスクとして前記シリコン含有膜をエッチングする制御と
を実行し、
前記エッチングする制御において、
炭素、水素及びフッ素を含む１以上のガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給する制御と、
前記プラズマ生成部にソースＲＦ信号を供給して、前記処理ガスからプラズマを生成する制御と、
前記基板支持部にバイアスＲＦ信号を供給する制御と、
を実行し、
前記エッチングする制御おいて、前記マスク膜の表面の少なくとも一部に炭素含有膜を形成しつつ、少なくとも前記処理ガスから生成されたフッ化水素によって前記シリコン含有膜をエッチングする制御を実行する、プラズマ処理装置。
【0128】
以上の各実施形態は、説明の目的で説明されており、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく種々の変形をなし得る。
【符号の説明】
【0129】
１…プラズマ処理装置、２…制御部、１０…プラズマ処理チャンバ、１３…シャワーヘッド、１３１…中央ガス注入部、１４…アンテナ、２０…ガス供給部、３０…電源、３２…ＤＣ電源、ＯＰ…開口、ＰＦ…保護膜、ＲＣ…凹部、ＳＦ…シリコン含有膜
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】