特開 2023-173302 基板処理方法及び基板処理装置

(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】P2023173302

(43)【公開日】2023-12-07

(54)【発明の名称】基板処理方法及び基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20231130BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20231130BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

H01L21/302 101B

H05H1/46 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022085462

(22)【出願日】2022-05-25

(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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】新関 智彦

(72)【発明者】

【氏名】戸村 幕樹

(72)【発明者】

【氏名】木原 嘉英

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084BB14

2G084CC04

2G084CC05

2G084CC12

2G084CC13

2G084CC14

2G084CC33

2G084DD02

2G084DD15

2G084DD25

2G084DD37

2G084DD38

2G084DD55

2G084FF15

2G084FF25

2G084FF27

2G084FF29

2G084FF39

2G084HH02

2G084HH12

2G084HH16

2G084HH19

2G084HH30

2G084HH55

5F004AA09

5F004BA08

5F004BB07

5F004BB13

5F004BB22

5F004BB23

5F004BB26

5F004BB28

5F004CA03

5F004CA06

5F004CA08

5F004DB01

5F004DB03

5F004DB07

5F004EA37

5F004EB01

5F004EB04

(57)【要約】

【課題】エッチングの中盤以降においても不均一なＣＤ（Critical Dimension）拡大領域の発生を抑制できる基板処理方法及び基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理方法は、基板処理装置における基板処理方法であって、基板処理装置は、チャンバと、チャンバ内で基板を支持するように構成された基板支持部と、基板の中心に対向する上部電極と、上部電極の中心に対して放射状に配置された複数の電磁石と、を備え、エッチング中における複数の電磁石の極性変更パターンを選択する工程と、チャンバ内に供給された処理ガスからプラズマを生成し、極性変更パターンに基づいて、基板をエッチングする工程と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板処理装置における基板処理方法であって、
前記基板処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内で基板を支持するように構成された基板支持部と、
前記基板の中心に対向する上部電極と、
前記上部電極の中心に対して放射状に配置された複数の電磁石と、
を備え、
エッチング中における前記複数の電磁石の極性変更パターンを選択する工程と、
前記チャンバ内に供給された処理ガスからプラズマを生成し、前記極性変更パターンに基づいて、前記基板をエッチングする工程と、
を有する、
基板処理方法。

【請求項2】

前記極性変更パターンは、前記複数の電磁石のうち、隣接する電磁石の極性を交互に変更するパターンである、
請求項１に記載の基板処理方法。

【請求項3】

前記極性変更パターンは、前記複数の電磁石のうち、一の電磁石が隣接する複数の電磁石の組において、前記電磁石の極性の一部を交互に変更するパターンである、
請求項１に記載の基板処理方法。

【請求項4】

前記極性変更パターンは、前記上部電極面内の領域ごとに異なるパターンが設定される、
請求項１に記載の基板処理方法。

【請求項5】

前記交互の切り替えの周期は、エッチング時間の１０％以下の時間である、
請求項２又は３に記載の基板処理方法。

【請求項6】

前記周期は、前記エッチング時間に比例して長くなる、
請求項５に記載の基板処理方法。

【請求項7】

前記複数の電磁石の設定電流値の大きさは、前記エッチング時間に比例して大きくなる、
請求項５に記載の基板処理方法。

【請求項8】

前記エッチングする工程は、前記極性変更パターンに基づく前記複数の電磁石の極性変更を、前記プラズマによる処理の開始から所定の時間の経過後に開始する、
請求項１に記載の基板処理方法。

【請求項9】

前記所定の時間は、エッチングによる形状の深さが、目標となる深さの中間以降となる時間である、
請求項８に記載の基板処理方法。

【請求項10】

前記エッチングによる形状は、アスペクト比が３０以上である、
請求項９に記載の基板処理方法。

【請求項11】

前記エッチングによる形状は、前記基板上に形成された酸化膜と窒化膜の積層膜、又は、前記酸化膜とシリコン膜の積層膜に形成される、
請求項１０に記載の基板処理方法。

【請求項12】

基板処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内で基板を支持するように構成された基板支持部と、
前記基板の中心に対向する上部電極と、
前記上部電極の中心に対して放射状に配置された複数の電磁石と、
制御部と
を備え、
前記制御部は、エッチング中における前記複数の電磁石の極性変更パターンを選択するよう前記基板処理装置を制御するように構成され、
前記制御部は、前記チャンバ内に供給された処理ガスからプラズマを生成し、前記極性変更パターンに基づいて、前記基板をエッチングするよう前記基板処理装置を制御するように構成される、
基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、基板上に形成された膜に対する高アスペクト比のエッチングにおいて、垂直な側壁形状を得るために、イオン（荷電粒子）と中性エッチャント（Cold Radical）とを制御することが知られている。また、処理空間のプラズマ密度の分布を容易に変更するために、上部電極の外側に電磁石を配置して電磁石の磁極を制御することが提案されている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－１４９７２２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、エッチングの中盤以降においても不均一なＣＤ（Critical Dimension）拡大領域の発生を抑制できる基板処理方法及び基板処理装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様による基板処理方法は、基板処理装置における基板処理方法であって、基板処理装置は、チャンバと、チャンバ内で基板を支持するように構成された基板支持部と、基板の中心に対向する上部電極と、上部電極の中心に対して放射状に配置された複数の電磁石と、を備え、エッチング中における複数の電磁石の極性変更パターンを選択する工程と、チャンバ内に供給された処理ガスからプラズマを生成し、極性変更パターンに基づいて、基板をエッチングする工程と、を有する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、エッチングの中盤以降においても不均一なＣＤ拡大領域の発生を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示す図である。

【図2】図２は、側壁形状の垂直化の要素の一例を示す図である。

【図3】図３は、プラズマ処理空間に発生する磁界の一例を示す図である。

【図4】図４は、シャワーヘッドの下面側から見た極性変更を行う電磁石の組の一例を示す図である。

【図5】図５は、電磁石の極性変更パターンの一例を示す図である。

【図6】図６は、イオンの入射角度の歳差運動による穴の拡大方向の一例を示す図である。

【図7】図７は、本実施形態におけるエッチング処理の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、開示する基板処理方法及び基板処理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、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。

【0009】

上述のように、垂直な側壁形状を得るために、イオンと中性エッチャントとを制御する場合、イオンは、入射角の分布（Ion Angular Distribution）が狭くなるように制御することによりボトム（Ｂｔｍ）形状の矩形化に寄与してきた。また、中性エッチャントは、側壁保護ガスとの組み合わせにより、ボトムＣＤの拡大に寄与してきた。しかしながら、さらなる高アスペクト比を求めた場合、マスクで反跳されたイオンが対角方向の側壁に集中入射することで、不均一なＣＤ拡大領域、つまりボーイング（Bowing（1^st，2^nd，…））が生じることがある。不均一なＣＤ拡大領域は、ハードマスクがエッチングされてファセット（Facet）形状を呈し始めるエッチングの中盤以降で顕在化し始める。そこで、エッチングの中盤以降においても不均一なＣＤ拡大領域の発生を抑制することが期待されている。

【0010】

［プラズマ処理システムの構成］
以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示す図である。図１に示すように、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１０ｓ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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

電磁石５０は、上部電極を含むシャワーヘッド１３のプラズマ処理空間１０ｓと反対側である上面に略放射状に複数配置される。電磁石５０は、鉄心からなる棒状のヨーク５０ａと、ヨーク５０ａの側面に巻回されて両端が引き出される導線からなるコイル５０ｂとを有する。電磁石５０は、図示しないコントローラによってコイル５０ｂへ流す電流の値や電流の向きを制御して、電磁石５０が発生する全磁束や磁束の向きを任意に変化させることができる。なお、電磁石５０は、エッチングの初期においては、ヨーク５０ａのヒステリシスによるバイアス磁場を消すための電流が流され、磁場を発生しないように制御される。

【0024】

複数の電磁石５０は、例えば、中央部対向群５１と、周縁部対向群５２と、外側対向群５３とに分けられる。中央部対向群５１には、基板Ｗの中心に対向する電磁石５０が含まれる。周縁部対向群５２には、基板Ｗの中心に対向するシャワーヘッド１３（上部電極）の中心に対して円環状に配置され、かつ、基板Ｗの周縁部に対向する複数の電磁石５０が含まれる。外側対向群５３には、シャワーヘッド１３（上部電極）の中心に対して円環状に配置され、かつ、周縁部対向群５２よりも外側に配置されて基板Ｗとは対向しない複数の電磁石５０が含まれる。なお、中央部対向群５１と、周縁部対向群５２との間、及び、周縁部対向群５２と、外側対向群５３との間にも、複数の電磁石５０が配置されてもよい。また、中央部対向群５１には、複数の電磁石５０が含まれてもよい。

【0025】

プラズマ処理装置１では、例えば、周縁部対向群５２の各電磁石５０におけるプラズマ処理空間１０ｓ側の磁極が全て同じとなるように各電磁石５０のコイル５０ｂへ流す電流の向きが制御される。また、例えば、外側対向群５３の各電磁石５０におけるプラズマ処理空間１０ｓ側の磁極が全て同じとなるように各電磁石５０のコイル５０ｂへ流す電流の向きが制御される。さらに、プラズマ処理装置１では、例えば、隣接する電磁石５０や、一の電磁石５０が隣接する複数の電磁石５０の組において、選択された極性変更パターンに基づいて、エッチング処理中に極性を変更するように制御される。

【0026】

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、処理部２ａ１、記憶部２ａ２及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａにより実現される。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

【0027】

［側壁形状の垂直化の要素］
ここで、図２を用いて高アスペクト比（ＨＡＲ：High Aspect Ratio）エッチングにおける側壁形状の垂直化の要素について説明する。図２は、側壁形状の垂直化の要素の一例を示す図である。図２に示す状態６０～６２は、従来のイオンと中性エッチャントとを制御した場合における穴の側壁の状態変化を示している。また、状態６３は、本実施形態におけるイオンの法線方向を歳差運動させた場合における穴の側壁の状態変化を示している。

【0028】

状態６０は、被エッチング膜７０に対してマスク７１で規定された開口７２によるエッチングにおいて、イオンエネルギー（Ｅｉ）及びイオンフラックス（Γｉ）を高くしたイオン７３によって穴７４の形状をテーパ状から垂直へと漸近させる状態を表している。状態６１は、穴７４の側壁を保護しつつ、中性エッチャント７５によるオーバーエッチング（ＯＥ）により、ボトムＣＤ７６を拡大させる状態を表している。状態６２は、エッチングが進みファセット形状となったマスク７１ａによってイオン７７が反跳され、イオン７７が軌跡７８ａ，７８ｂで示すように穴７４の対角方向の側壁に集中入射するようになり、深さ方向に離散的なＣＤ拡大領域（Ｂｏｗ）７９ａ，７９ｂが発生する状態を表している。

【0029】

これに対し、状態６３では、イオン７７ａの入射角度が法線方向の歳差運動により変化するため、マスク７１ａによってイオン７７ａが反跳されても、軌跡７８ｃ～７８ｅに示すように穴７４ａの側壁の特定の場所に集中入射しない。従って、穴７４ａの側壁では、ＣＤ拡大領域の発生を抑制することができる。本実施形態では、状態６３に示すように、イオン７７ａの法線方向を電磁石５０の磁界により歳差運動させることで、ＣＤ拡大領域の発生を抑制する。

【0030】

［電子密度の分布と制御］
次に、図３から図６を用いて、プラズマ処理空間１０ｓにおける電子密度（Ｎｅ）の分布と制御について説明する。図３は、プラズマ処理空間に発生する磁界の一例を示す図である。図４は、シャワーヘッドの下面側から見た極性変更を行う電磁石の組の一例を示す図である。なお、図４では、電磁石５０を透過して表している。

【0031】

図３に示すように、プラズマ処理装置１では、例えば、中央部対向群５１における電磁石５０のプラズマ処理空間１０ｓ側の磁極をＮ極に設定し、周縁部対向群５２及び外側対向群５３における各電磁石５０のプラズマ処理空間１０ｓ側の磁極をＳ極に設定する。すると、中央部対向群５１から周縁部対向群５２や外側対向群５３に向けて放射状に磁界Ｂが発生する。このとき、プラズマ処理空間１０ｓには電界Ｅが発生しているので、プラズマ処理空間１０ｓ中の電子は、電界Ｅ及び磁界Ｂに起因するローレンツ力を受けてドリフトする。具体的には、図４において手前から奥に向けて電界Ｅが発生し、かつ、シャワーヘッド１３（上部電極）の中心に対して放射状に磁界Ｂが発生する。このため、電子は、フレミング左手の法則に従い、シャワーヘッド１３（上部電極）の中心と同心円の円周の接線方向に加速度を受けて円状の電子軌跡Ｄに沿って旋回する。このとき、旋回する電子は、プラズマ処理空間１０ｓ中の処理ガスの分子や原子と衝突してプラズマを生成する。その結果、円状の電子軌跡Ｄに沿って円環状のプラズマが発生する。

【0032】

ここで、特定の電磁石５０を制御して磁界Ｂの強度を大きくすると、電子のドリフト運動の速度が低下し、特定の電磁石５０に対応する箇所の電子密度が上昇する。つまり、電子密度（Ｎｅ）をテーブルクロスに例えると、各電磁石５０の位置に凹凸（シース厚さの変化）を作ることで、局所的に任意の角度及び方向の傾きを実現することができる。すなわち、電子密度の分布に基づくイオンの入射角度を、電磁石５０によって制御することができる。また、電子密度が上昇した箇所は、電子と処理ガスの分子や原子との衝突機会が増加するため、プラズマ密度が上昇する。

【0033】

電子密度を基板Ｗの面内（二次元）で制御するには、動径方向（Radial）と、方位角方向（Azimuth）とに複数の電磁石５０を分割し、電子密度を位相差で制御すればよい。これにより、イオンの法線方向（入射角度）を歳差運動させることができる。そこで、本実施形態では、例えば、隣接する電磁石５０である、中央部対向群５１の電磁石５０と、周縁部対向群５２の電磁石５０との組８０を設ける。また、例えば、一の電磁石５０が隣接する複数の電磁石５０の組である、周縁部対向群５２の電磁石５０と、外側対向群５３の電磁石５０との組８１を設ける。なお、組８０，８１は、円周方向に複数設けられる。また、組８０，８１は、それぞれ設けてもよいし、組８０と組８１の一方を設けるようにしてもよい。さらに、図４に示す複数の電磁石５０の数は一例であるので、電磁石５０をシャワーヘッド１３の全域に配置し、任意の隣接する電磁石５０を組８０としてもよいし、任意の一の電磁石５０が隣接する複数の電磁石５０を組８１としてもよい。そして、電子密度を位相差で制御するには、複数の組８０，８１それぞれにおいて、電磁石５０の極性を変更する。

【0034】

図５は、電磁石の極性変更パターンの一例を示す図である。なお、図５で示す極性は、図４と同様に、シャワーヘッド１３の下面側から見ているものとする。図５に示す極性変更パターン１５０，１６０は、それぞれ、上述の電磁石５０の組８０，８１に対応する極性変更パターンの一例である。極性変更パターン１５０は、組８０の隣接する電磁石５０において、一方をＮ極、他方をＳ極とした状態１５１と、Ｎ極とＳ極とを入れ替えた状態１５２とを繰り返すパターンである。つまり、極性変更パターン１５０は、複数の電磁石５０のうち、隣接する電磁石５０の極性を交互に変更するパターンの一例である。

【0035】

極性変更パターン１６０は、組８１の４つの電磁石５０において、隣接する２つの電磁石５０を同じ極性とし、極性が回転するように変更するパターンである。極性変更パターン１６０において、状態１６１では、図５中、上側の２つの電磁石５０をＳ極、下側の２つの電磁石５０をＮ極としている。状態１６２では、図５中、右側の２つの電磁石５０をＳ極、左側の２つの電磁石５０をＮ極としている。状態１６３では、図５中、下側の２つの電磁石５０をＳ極、上側の２つの電磁石５０をＮ極としている。状態１６４では、図５中、左側の２つの電磁石５０をＳ極、右側の２つの電磁石５０をＮ極としている。つまり、極性変更パターン１６０は、状態１６１～１６４を繰り返すパターンである。すなわち、極性変更パターン１６０は、複数の電磁石５０のうち、一の電磁石５０が隣接する複数の電磁石５０の組において、電磁石５０の極性の一部を交互に変更するパターンの一例である。

【0036】

また、電磁石５０の極性変更パターンは、シャワーヘッド１３（上部電極）の面内を動径方向及び方位角方向に分割した複数の領域について、領域ごとに異なるパターンが設定されてもよい。例えば、動径方向について、中心領域、ミドル領域及びエッジ領域に３分割し、中心領域は極性変更パターン１５０を用いて極性変更し、ミドル領域及びエッジ領域は極性変更パターン１６０を用いて極性変更するようにしてもよい。方位角方向についても同様に、分割された領域ごとに異なる極性変更パターンを用いて極性変更するようにしてもよい。

【0037】

極性変更パターン１５０，１６０において、電磁石５０の極性を交互に切り替える周期は、例えば、エッチング時間の１０％以下の時間とする。これは、深さ方向のエッチング速度と比較した場合、側壁がエッチングされる速度は遅いため、側壁のエッチング速度に応じた周期としているためである。例えば、エッチング時間が５分～２０分であれば、１０秒～１２０秒周期で電磁石５０の極性を切り替える。

【0038】

また、電磁石５０の極性を交互に切り替える周期は、例えば、エッチング時間に比例して長くなるようにしてもよい。これは、エッチングが深くなるに従ってエッチレートが低下するので、周期を長くすることで、より垂直にエッチングすることができるためである。さらに、各電磁石５０の設定電流値の大きさは、エッチング時間に比例して、つまりエッチングの進行に伴って大きくなるようにしてもよい。これは、エッチングが深くなるに従って入射するイオンの法線方向の角度、つまり、歳差運動の軸の傾きを大きくすることで、より垂直にエッチングすることができるためである。

【0039】

また、極性変更パターン１５０，１６０に基づく各電磁石５０の極性変更は、プラズマによる処理の開始から所定の時間の経過後に開始される。これは、マスクの開口がファセット形状となってから、イオンの入射角度を歳差運動させることで、不均一なＣＤ拡大領域の発生を抑制するためである。

【0040】

図６は、イオンの入射角度の歳差運動による穴の拡大方向の一例を示す図である。図６に示す状態８５は、被エッチング膜９０のエッチングの中盤以降において、電磁石５０の極性を、例えば、極性変更パターン１５０，１６０によって変更しながらエッチングした場合を示している。また、状態８５のＡ－Ａ断面（Ｔｏｐ）を断面８６として表し、状態８５のＢ－Ｂ断面（Ｂｏｔｏｍ）を断面８７として表している。ここで、被エッチング膜９０は、例えば、酸化膜と窒化膜の積層膜、又は、酸化膜とシリコン膜の積層膜を用いることができる。つまり、エッチングにより形成される穴９４は、これらの積層膜に形成される。また、穴９４のアスペクト比は、３０以上であるとする。

【0041】

状態８５では、マスク９１がファセット形状となっている。このとき、各電磁石５０の極性が制御されることで、開口９２から穴９４内に入射するイオン９３の軌跡を、軌跡９５に示すように歳差運動させる。これにより、基板Ｗの平面方向をＸ，Ｙ軸、深さ方向をＺ軸とした場合、断面８７では、穴９４の断面がＸＹ方向に均等に広がることになる。なお、図６に示すように、イオン９３の軌跡を歳差運動させることで、断面８７における穴９４の大きさは、断面８６における穴９４の大きさよりも大きくする（逆テーパ形状とする）ことができる。

【0042】

［エッチング方法］
次に、本実施形態に係るエッチング方法について説明する。図７は、本実施形態におけるエッチング処理の一例を示すフローチャートである。

【0043】

本実施形態に係るエッチング方法では、制御部２は、図示しない開口部を開放し、プラズマ処理チャンバ１０内に、被エッチング膜が形成された基板Ｗが搬入され、基板支持部１１の中央領域１１１ａに載置される。基板Ｗは、静電チャック１１１１に直流電圧が印加されることで静電チャック１１１１に保持される。制御部２は、その後、開口部を閉鎖して排気システム４０を制御することにより、プラズマ処理空間１０ｓの雰囲気が所定の真空度になるように、プラズマ処理空間１０ｓから気体を排気する。また、制御部２は、図示しない温調モジュールを制御することにより、基板Ｗの温度が所定の温度となるように、温度調整される（ステップＳ１）。

【0044】

次に、制御部２は、エッチング中における各電磁石５０の極性変更パターンを選択する（ステップＳ２）。制御部２は、例えば、予めエッチング処理のレシピとともに記憶された極性変更パターンを読み出して、当該極性変更パターンを選択するようにしてもよいし、プラズマ処理システムの操作者から極性変更パターンの選択を受け付けるようにしてもよい。

【0045】

続いて、制御部２は、処理ガスをガス供給口１３ａに供給するようにガス供給部２０を制御する。処理ガスは、ガス供給口１３ａからガス拡散室１３ｂ及び複数のガス導入口１３ｃを介して、プラズマ処理チャンバ１０のプラズマ処理空間１０ｓに導入される。

【0046】

制御部２は、第１のＲＦ生成部３１ａを制御することにより、プラズマ励起用のソースＲＦ信号を下部電極を含む基板支持部１１に供給する。プラズマ処理空間１０ｓには、プラズマ励起用のソースＲＦ信号が供給されることにより、プラズマが発生する。また、制御部２は、第２のＲＦ生成部３１ｂを制御することにより、バイアスＲＦ信号を下部電極を含む基板支持部１１に供給する。基板Ｗは、プラズマ処理空間１０ｓに発生したプラズマにより被エッチング膜がエッチングされる。つまり、制御部２は、基板Ｗの被エッチング膜のエッチングを開始するように第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを制御する（ステップＳ３）。

【0047】

制御部２は、エッチング処理のレシピに基づいて、所定の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ４）。ここで、所定の時間は、エッチングによる形状の深さが、目標となる深さの中間以降となる時間である。つまり、制御部２は、エッチングが中盤以降に差し掛かったか否かを判定する。制御部２は、所定の時間が経過していないと判定した場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、引き続き、エッチング及びステップＳ４の判定を継続する。

【0048】

制御部２は、所定の時間が経過したと判定した場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、選択された極性変更パターンに基づいて、各電磁石５０を制御し、各電磁石５０の極性変更を開始する（ステップＳ５）。なお、極性変更が開始されても、プラズマによるエッチングは継続して行われている。

【0049】

制御部２は、エッチング処理により、所定の形状が得られたか否かを判定する（ステップＳ６）。なお、所定の形状が得られたか否かの判定は、例えば、レシピに基づく所定の処理時間の経過等によって判定される。制御部２は、所定の形状が得られていないと判定した場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、引き続き、エッチング及びステップＳ６の判定を継続する。一方、制御部２は、所定の形状が得られたと判定した場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

【0050】

制御部２は、処理を終了する場合、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを制御することにより、下部電極へのＲＦ信号の供給を停止する。制御部２は、図示しない開口部を開放する。基板Ｗは、開口部を介してプラズマ処理チャンバ１０のプラズマ処理空間１０ｓから搬出される。

【0051】

以上、本実施形態によれば、基板処理装置（プラズマ処理システム）は、チャンバ（プラズマ処理チャンバ１０）と、チャンバ内で基板Ｗを支持するように構成された基板支持部１１と、基板Ｗの中心に対向する上部電極（シャワーヘッド１３）と、上部電極の中心に対して放射状に配置された複数の電磁石５０と、制御部２とを備える。制御部２は、エッチング中における複数の電磁石５０の極性変更パターン（１５０，１６０）を選択するよう基板処理装置を制御するように構成される。また、制御部２は、チャンバ内に供給された処理ガスからプラズマを生成し、極性変更パターンに基づいて、基板Ｗをエッチングするよう基板処理装置を制御するように構成される。その結果、エッチングの中盤以降においても不均一なＣＤ拡大領域の発生を抑制できる。

【0052】

また、本実施形態によれば、極性変更パターンは、複数の電磁石５０のうち、隣接する電磁石５０の極性を交互に変更するパターンである。その結果、イオンの法線方向（入射角度）を歳差運動させることができる。

【0053】

また、本実施形態によれば、極性変更パターンは、複数の電磁石５０のうち、一の電磁石５０が隣接する複数の電磁石５０の組において、電磁石５０の極性の一部を交互に変更するパターンである。その結果、イオンの法線方向（入射角度）を歳差運動させることができる。

【0054】

また、本実施形態によれば、極性変更パターンは、上部電極面内の領域ごとに異なるパターンが設定される。その結果、上部電極面内の領域ごとに、イオンの法線方向（入射角度）の歳差運動を制御することができる。

【0055】

また、本実施形態によれば、交互の切り替えの周期は、エッチング時間の１０％以下の時間である。その結果、エッチングの中盤以降においても不均一なＣＤ拡大領域の発生を抑制できる。

【0056】

また、本実施形態によれば、周期は、エッチング時間に比例して長くなる。その結果、より垂直にエッチングすることができる。

【0057】

また、本実施形態によれば、複数の電磁石５０の設定電流値の大きさは、エッチング時間に比例して大きくなる。その結果、エッチングが深くなるに従って入射するイオンの歳差運動の軸の傾きを大きくすることができる。

【0058】

また、本実施形態によれば、エッチングする工程は、極性変更パターンに基づく複数の電磁石５０の極性変更を、プラズマによる処理の開始から所定の時間の経過後に開始する。その結果、エッチングの中盤以降においても不均一なＣＤ拡大領域の発生を抑制できる。

【0059】

また、本実施形態によれば、所定の時間は、エッチングによる形状の深さが、目標となる深さの中間以降となる時間である。その結果、エッチングの中盤以降においても不均一なＣＤ拡大領域の発生を抑制できる。

【0060】

また、本実施形態によれば、エッチングによる形状は、アスペクト比が３０以上である。その結果、高アスペクト比の穴や溝等の形状において、不均一なＣＤ拡大領域の発生を抑制できる。

【0061】

また、本実施形態によれば、エッチングによる形状は、基板Ｗ上に形成された酸化膜と窒化膜の積層膜、又は、酸化膜とシリコン膜の積層膜に形成される。その結果、積層膜のエッチングにおいて、不均一なＣＤ拡大領域の発生を抑制できる。

【0062】

今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。

【0063】

また、上記した実施形態では、電磁石５０として鉄心からなる棒状のヨーク５０ａを有する電磁石５０を用いた場合を説明したが、これに限定されない。例えば、空芯コイルの電磁石を用いてもよい。

【0064】

また、上記した実施形態では、プラズマ源として容量結合型プラズマを用いて基板Ｗに対してエッチング等の処理を行うプラズマ処理装置１を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。プラズマを用いて基板Ｗに対して処理を行う装置であれば、プラズマ源は容量結合型プラズマに限られず、例えば、誘導結合型プラズマ、マイクロ波プラズマ、マグネトロンプラズマ等、任意のプラズマ源を用いることができる。例えば、誘導結合型プラズマを用いる場合、基板支持部１１内の静電チャック１１１１の裏面側に電磁石５０を配置することで、上記した実施形態と同様に、電子密度（Ｎｅ）の面内分布を形成することができる。また、例えば、誘導結合型プラズマを用いる場合、複数の誘導コイルを組み合わせて制御することにより、電子密度の面内分布を形成するようにしてもよい。

【0065】

なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
基板処理装置における基板処理方法であって、
前記基板処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内で基板を支持するように構成された基板支持部と、
前記基板の中心に対向する上部電極と、
前記上部電極の中心に対して放射状に配置された複数の電磁石と、
を備え、
エッチング中における前記複数の電磁石の極性変更パターンを選択する工程と、
前記チャンバ内に供給された処理ガスからプラズマを生成し、前記極性変更パターンに基づいて、前記基板をエッチングする工程と、
を有する、
基板処理方法。
（２）
前記極性変更パターンは、前記複数の電磁石のうち、隣接する電磁石の極性を交互に変更するパターンである、
前記（１）に記載の基板処理方法。
（３）
前記極性変更パターンは、前記複数の電磁石のうち、一の電磁石が隣接する複数の電磁石の組において、前記電磁石の極性の一部を交互に変更するパターンである、
前記（１）に記載の基板処理方法。
（４）
前記極性変更パターンは、前記上部電極面内の領域ごとに異なるパターンが設定される、
前記（１）～（３）のいずれか１つに記載の基板処理方法。
（５）
前記交互の切り替えの周期は、エッチング時間の１０％以下の時間である、
前記（２）又は（３）に記載の基板処理方法。
（６）
前記周期は、前記エッチング時間に比例して長くなる、
前記（５）に記載の基板処理方法。
（７）
前記複数の電磁石の設定電流値の大きさは、前記エッチング時間に比例して大きくなる、
前記（５）又は（６）に記載の基板処理方法。
（８）
前記エッチングする工程は、前記極性変更パターンに基づく前記複数の電磁石の極性変更を、前記プラズマによる処理の開始から所定の時間の経過後に開始する、
前記（１）～（７）のいずれか１つに記載の基板処理方法。
（９）
前記所定の時間は、エッチングによる形状の深さが、目標となる深さの中間以降となる時間である、
前記（８）に記載の基板処理方法。
（１０）
前記エッチングによる形状は、アスペクト比が３０以上である、
前記（９）に記載の基板処理方法。
（１１）
前記エッチングによる形状は、前記基板上に形成された酸化膜と窒化膜の積層膜、又は、前記酸化膜とシリコン膜の積層膜に形成される、
前記（１０）に記載の基板処理方法。
（１２）
基板処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内で基板を支持するように構成された基板支持部と、
前記基板の中心に対向する上部電極と、
前記上部電極の中心に対して放射状に配置された複数の電磁石と、
制御部と
を備え、
前記制御部は、エッチング中における前記複数の電磁石の極性変更パターンを選択するよう前記基板処理装置を制御するように構成され、
前記制御部は、前記チャンバ内に供給された処理ガスからプラズマを生成し、前記極性変更パターンに基づいて、前記基板をエッチングするよう前記基板処理装置を制御するように構成される、
基板処理装置。

【符号の説明】

【0066】

１ プラズマ処理装置
２ 制御部
１０ プラズマ処理チャンバ
１１ 基板支持部
１３ シャワーヘッド
５０ 電磁石
５１ 中央部対向群
５２ 周縁部対向群
５３ 外側対向群
８０，８１ 組
１５０，１６０ 極性変更パターン
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】