特開 2023-67406 プラズマ処理方法及びプラズマ処理システム

(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】P2023067406

(43)【公開日】2023-05-16

(54)【発明の名称】プラズマ処理方法及びプラズマ処理システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230509BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021178604

(22)【出願日】2021-11-01

(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】大内田 聡

(72)【発明者】

【氏名】向山 広記

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 昴

(72)【発明者】

【氏名】木原 嘉英

(72)【発明者】

【氏名】戸村 幕樹

【テーマコード（参考）】

5F004

【Ｆターム（参考）】

5F004BA09

5F004BB12

5F004BB13

5F004BB18

5F004BB22

5F004BB23

5F004BB25

5F004BB26

5F004BB28

5F004CA01

5F004CA04

5F004CA06

5F004DA00

5F004DA03

5F004DA12

5F004DA15

5F004DA16

5F004DA20

5F004DA26

5F004DB03

5F004DB07

5F004EA02

5F004EA03

5F004EA06

5F004EA07

5F004EA28

5F004EB01

5F004EB04

(57)【要約】

【課題】エッチングレートを向上させる技術を提供する。
【解決手段】
チャンバを有する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。この方法は（ａ）シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを含む積層膜を有する基板をチャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、（ｂ）ＨＦガスと、Ｃ_xＦ_yガス（ｘ及びｙは１以上の整数である）及びリン含有ガスの少なくともいずれかとを含む処理ガスからプラズマを生成し、積層膜をエッチングする工程と、を含み、（ｂ）の工程において、基板支持部は、０℃以上７０℃以下の温度に制御されるとともに、１０ｋＷ以上のバイアスＲＦ信号又は４ｋＶ以上のバイアスＤＣ信号が供給される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバを有する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、
（ａ）シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを含む積層膜を有する基板をチャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、
（ｂ）ＨＦガスと、Ｃ_xＦ_yガス（ｘ及びｙは１以上の整数である）及びリン含有ガスの少なくともいずれかとを含む処理ガスからプラズマを生成し、前記積層膜をエッチングする工程と、を含み、
前記（ｂ）の工程において、前記基板支持部は、０℃以上７０℃以下の温度に制御されるとともに、１０ｋＷ以上のバイアスＲＦ信号又は４ｋＶ以上のバイアスＤＣ信号が供給される、プラズマ処理方法。

【請求項2】

前記基板は、前記積層膜上に少なくとも一つの開口を規定する炭素含有膜を有する、請求項１に記載のプラズマ処理方法。

【請求項3】

前記炭素含有膜は、フォトレジスト膜、スピンオンカーボン膜又はアモルファスカーボン膜である、請求項２に記載のプラズマ処理方法。

【請求項4】

前記Ｃ_xＦ_yガスは、Ｃ₃Ｆ₆ガス、Ｃ₄Ｆ₈ガス、Ｃ₄Ｆ₆ガス及びＣ₃Ｆ₈ガスからなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項5】

前記リン含有ガスは、ハロゲン化リンガスである、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項6】

前記ハロゲン化リンガスは、フッ化リンガスである、請求項５に記載のプラズマ処理方法。

【請求項7】

前記リン含有ガスは、ＰＦ₃ガス、ＰＦ₅ガス、ＰＯＦ₃ガス、ＨＰＦ₆ガス、ＰＣｌ₃ガス、ＰＣｌ₅ガス、ＰＯＣｌ₃ガス、ＰＢｒ₃ガス、ＰＢｒ₅ガス、ＰＯＢｒ₃ガス、ＰＩ₃ガス、Ｐ₄Ｏ₁₀ガス、Ｐ₄Ｏ₈ガス、Ｐ₄Ｏ₆ガス、ＰＨ₃ガス、Ｃａ₃Ｐ₂ガス、Ｈ₃ＰＯ₄ガス及びＮａ₃ＰＯ₄ガスからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項8】

前記処理ガスは、酸素含有ガスをさらに含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項9】

前記酸素含有ガスは、Ｏ₂、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ及びＨ₂Ｏ₂からなる群から選択される少なくとも１種のガスである、請求項８に記載のプラズマ処理方法。

【請求項10】

前記処理ガスはＣ_uＨ_vＦ_wガス（ｕ及びｖは１以上の整数であり、ｗは０以上の整数である）をさらに含む、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項11】

前記Ｃ_uＨ_vＦ_wガスは、ＣＨ₂Ｆ₂ガス、ＣＨＦ₃ガス、ＣＨ₃Ｆガス、Ｃ₄Ｈ₂Ｆ₆ガス、Ｃ₃Ｈ₂Ｆ₄ガス及びＣＨ₄ガスからなる群から選択される少なくとも１種のガスである、請求項１０に記載のプラズマ処理方法。

【請求項12】

前記バイアスＤＣ信号は、電圧レベルが異なる２つの期間を交互に含む電圧パルスである、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項13】

前記（ｂ）の工程は、
（ｂ１）ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとを第１の流量比で含む処理ガスからプラズマを生成して前記積層膜をエッチングする工程と、
（ｂ２）ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとを、前記第１の流量比と異なる第２の流量比で含む処理ガスからプラズマを生成して、前記積層膜をエッチングする工程と、を含む、請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項14】

前記（ｂ）の工程において、前記（ｂ１）の工程と前記（ｂ２）の工程とを交互に繰り返す、請求項１３に記載のプラズマ処理方法。

【請求項15】

前記（ｂ）の工程は、
（ｂ３）ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとを、前記第１の流量比及び前記第２の流量比と異なる第３の流量比で含む処理ガスからプラズマを生成して前記積層膜をエッチングする工程をさらに含む、請求項１３に記載のプラズマ処理方法。

【請求項16】

前記（ｂ）の工程は、
（ｂ４）ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとＣ_uＨ_vＦ_wガスとを第４の流量比で含む処理ガスからプラズマを生成して、前記積層膜をエッチングする工程と、
（ｂ５）ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとＣ_uＨ_vＦ_wガスとを前記第４の流量比と異なる第５の流量比で含む処理ガスからプラズマを生成して、前記積層膜をエッチングする工程と、を含む、請求項１０乃至請求項１２のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項17】

前記（ｂ）の工程において、前記（ｂ４）の工程と前記（ｂ５）の工程とを交互に繰り返す、請求項１６に記載のプラズマ処理方法。

【請求項18】

前記（ｂ）の工程は、
（ｂ６）ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとＣ_uＨ_vＦ_wガスとを、前記第４の流量比及び前記第５の流量比と異なる第６の流量比で含む処理ガスからプラズマを生成して前記積層膜をエッチングする工程をさらに含む、請求項１６に記載のプラズマ処理方法。

【請求項19】

チャンバを有する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、
（ａ）前記チャンバ内に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを含む積層膜を有する基板をチャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、
（ｂ）前記チャンバ内でプラズマを生成する工程と、
（ｃ）前記プラズマに含まれるＨＦ種と、Ｃ_xＦ_y種（ｘ及びｙは１以上の整数である）及びリン活性種により、前記積層膜をエッチングする工程と、を含み、
前記（ｂ）の工程において、前記基板支持部は、０℃以上７０℃以下の温度に制御されるとともに、１０ｋＷ以上のバイアスＲＦ信号又は４ｋＶ以上のバイアスＤＣ信号が供給される、プラズマ処理方法。

【請求項20】

チャンバ、前記チャンバ内に設けられた基板支持部、電源、及び、制御部を備え、
前記制御部は、
（ａ）シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを含む積層膜を有する基板を前記基板支持部上に提供する制御と、
（ｂ）前記電源からの電力により、ＨＦガスと、Ｃ_xＦ_yガス（ｘ及びｙは１以上の整数である）及びリン含有ガスの少なくともいずれかのガスとを含む処理ガスからプラズマを生成して、前記積層膜をエッチングする制御とを実行し、
前記（ｂ）の制御において、前記基板支持部は、０℃以上７０℃以下の温度に制御されるとともに、前記電源から、１０ｋＷ以上のバイアスＲＦ信号又は４ｋＶ以上のバイアスＤＣ信号が供給される、プラズマ処理システム。

【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システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、互いに異なる誘電率を有する多層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２０１６－３９３１０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、エッチングレートを向上させる技術を提供する。

【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、チャンバを有する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、（ａ）シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを含む積層膜を有する基板をチャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、（ｂ）ＨＦガスと、Ｃ_xＦ_yガス（ｘ及びｙは１以上の整数である）及びリン含有ガスの少なくともいずれかとを含む処理ガスからプラズマを生成し、前記積層膜をエッチングする工程と、を含み、前記（ｂ）の工程において、前記基板支持部は、０℃以上７０℃以下の温度に制御されるとともに、１０ｋＷ以上のバイアスＲＦ信号又は４ｋＶ以上のバイアスＤＣ信号が供給される、プラズマ処理方法が提供される。

【発明の効果】

【0006】

本開示の一つの例示的実施形態によれば、エッチングレートを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】例示的なプラズマ処理システムを概略的に示す図である。

【図2】本処理方法の一例を示すフローチャートである。

【図3】基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。

【図4】実験１の測定結果を示すグラフである。

【図5】実験２の測定結果を示すグラフである。

【図6】実験３の測定結果を示すグラフである。

【図7】実験４の測定結果を示すグラフである。

【図8】本処理方法の変形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、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、チャンバを有する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、（ａ）シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを含む積層膜を有する基板をチャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、（ｂ）ＨＦガスと、Ｃ_xＦ_yガス（ｘ及びｙは１以上の整数である）及びリン含有ガスの少なくともいずれかとを含む処理ガスからプラズマを生成し、積層膜をエッチングする工程と、を含み、（ｂ）の工程において、基板支持部は、０℃以上７０℃以下の温度に制御されるとともに、１０ｋＷ以上のバイアスＲＦ信号又は４ｋＶ以上のバイアスＤＣ信号が供給されるプラズマ処理方法が提供される。

【0010】

一つの例示的実施形態において、基板は、積層膜上に少なくとも一つの開口を規定する炭素含有膜を有する。

【0011】

一つの例示的実施形態において炭素含有膜は、フォトレジスト膜、スピンオンカーボン膜又はアモルファスカーボン膜である。

【0012】

一つの例示的実施形態において、Ｃ_xＦ_yガスは、Ｃ₃Ｆ₆ガス、Ｃ₄Ｆ₈ガス、Ｃ₄Ｆ₆ガス及びＣ₃Ｆ₈ガスからなる群から選択される少なくとも１種を含む。

【0013】

一つの例示的実施形態において、リン含有ガスは、ハロゲン化リンガスである。

【0014】

一つの例示的実施形態において、ハロゲン化リンガスは、フッ化リンガスである。

【0015】

一つの例示的実施形態において、リン含有ガスは、ＰＦ₃ガス、ＰＦ₅ガス、ＰＯＦ₃ガス、ＨＰＦ₆ガス、ＰＣｌ₃ガス、ＰＣｌ₅ガス、ＰＯＣｌ₃ガス、ＰＢｒ₃ガス、ＰＢｒ₅ガス、ＰＯＢｒ₃ガス、ＰＩ₃ガス、Ｐ₄Ｏ₁₀ガス、Ｐ₄Ｏ₈ガス、Ｐ₄Ｏ₆ガス、ＰＨ₃ガス、Ｃａ₃Ｐ₂ガス、Ｈ₃ＰＯ₄ガス及びＮａ₃ＰＯ₄ガスからなる群から選択される少なくとも１種である。

【0016】

一つの例示的実施形態において、処理ガスは、酸素含有ガスをさらに含む。

【0017】

一つの例示的実施形態において、酸素含有ガスは、Ｏ₂、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ及びＨ₂Ｏ₂からなる群から選択される少なくとも１種のガスである。

【0018】

一つの例示的実施形態において、処理ガスはＣ_uＨ_vＦ_wガス（ｕ及びｖは１以上の整数であり、ｗは０以上の整数である）をさらに含む。

【0019】

一つの例示的実施形態において、Ｃ_uＨ_vＦ_wガスは、ＣＨ₂Ｆ₂ガス、ＣＨＦ₃ガス、ＣＨ₃Ｆガス、Ｃ₄Ｈ₂Ｆ₆ガス、Ｃ₃Ｈ₂Ｆ₄ガス及びＣＨ₄ガスからなる群から選択される少なくとも１種のガスである。

【0020】

一つの例示的実施形態において、バイアスＤＣ信号は、電圧レベルが異なる２つの期間を交互に含む電圧パルスである。

【0021】

一つの例示的実施形態において、（ｂ）の工程は、（ｂ１）ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとを第１の流量比で含む処理ガスからプラズマを生成して積層膜をエッチングする工程と、（ｂ２）ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとを、第１の流量比と異なる第２の流量比で含む処理ガスからプラズマを生成して、積層膜をエッチングする工程と、を含む。

【0022】

一つの例示的実施形態において、（ｂ）の工程において、（ｂ１）の工程と（ｂ２）の工程とを交互に繰り返す。

【0023】

一つの例示的実施形態において、（ｂ）の工程は、（ｂ３）ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとを、第１の流量比及び第２の流量比と異なる第３の流量比で含む処理ガスからプラズマを生成して積層膜をエッチングする工程をさらに含む。

【0024】

一つの例示的実施形態において、（ｂ）の工程は、（ｂ４）ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとＣ_uＨ_vＦ_wガスとを第４の流量比で含む処理ガスからプラズマを生成して、積層膜をエッチングする工程と、（ｂ５）ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとＣ_uＨ_vＦ_wガスとを第４の流量比と異なる第５の流量比で含む処理ガスからプラズマを生成して、積層膜をエッチングする工程と、を含む。

【0025】

一つの例示的実施形態において、（ｂ４）の工程と（ｂ５）の工程とを交互に繰り返す。

【0026】

一つの例示的実施形態において、（ｂ）の工程は、（ｂ６）ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとＣ_uＨ_vＦ_wガスとを、第４の流量比及び第５の流量比と異なる第６の流量比で含む処理ガスからプラズマを生成して積層膜をエッチングする工程をさらに含む。

【0027】

一つの例示的実施形態において、チャンバを有する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、（ａ）チャンバ内に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを含む積層膜を有する基板をチャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、（ｂ）チャンバ内でプラズマを生成する工程と、（ｃ）プラズマに含まれるＨＦ種と、Ｃ_xＦ_y種（ｘ及びｙは１以上の整数である）及びリン活性種により、積層膜をエッチングする工程と、を含み、（ｂ）の工程において、基板支持部は、０℃以上７０℃以下の温度に制御されるとともに、１０ｋＷ以上のバイアスＲＦ信号又は４ｋＶ以上のバイアスＤＣ信号が供給されるプラズマ処理方法が提供される。

【0028】

一つの例示的実施形態において、チャンバ、チャンバ内に設けられた基板支持部、電源、及び、制御部を備え、制御部は、（ａ）シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを含む積層膜を有する基板を基板支持部上に提供する制御と、（ｂ）電源からの電力により、ＨＦガスと、Ｃ_xＦ_yガス（ｘ及びｙは１以上の整数である）及びリン含有ガスの少なくともいずれかのガスとを含む処理ガスからプラズマを生成して、積層膜をエッチングする制御とを実行し、（ｂ）の制御において、基板支持部は、０℃以上７０℃以下の温度に制御されるとともに、電源から、１０ｋＷ以上のバイアスＲＦ信号又は４ｋＶ以上のバイアスＤＣ信号が供給されるプラズマ処理システムが提供される。

【0029】

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。

【0030】

＜プラズマ処理システムの構成例＞
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、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。

【0031】

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筐体とは電気的に絶縁される。

【0032】

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、エッジリングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。

【0033】

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、ＲＦ又はＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよく、この場合、ＲＦ又はＤＣ電極が下部電極として機能する。後述するバイアスＲＦ信号又はＤＣ信号がＲＦ又はＤＣ電極に接続される場合、ＲＦ又は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ＲＦ又はＤＣ電極との両方が２つの下部電極として機能してもよい。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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、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。

【0037】

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。

【0038】

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、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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、ＤＣに基づく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。

【0043】

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。

【0044】

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、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）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。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。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。

【0045】

＜プラズマ処理方法の一例＞
図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法（以下「本処理方法」ともいう。）を示すフローチャートである。図２に示すように、本処理方法は、基板を提供する工程ＳＴ１と、基板上の積層膜をエッチングする工程ＳＴ２とを含む。各工程における処理は、図１に示すプラズマ処理システムで実行されてよい。以下では、制御部２がプラズマ処理装置１の各部を制御して、基板Ｗに対して本処理方法を実行する場合を例に説明する。

【0046】

（工程ＳＴ１：基板の提供）
工程ＳＴ１において、基板Ｗは、プラズマ処理装置１のプラズマ処理空間１０ｓ内に提供される。基板Ｗは、基板支持部１１の上面に、上部電極と対向するように配置され、静電チャック１１１１により基板支持部１１に保持される。

【0047】

図３は、工程ＳＴ１で提供される基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。基板Ｗは、下地膜ＵＦ上に、積層膜ＬＦ及びマスク膜ＭＦがこの順で形成されている。基板Ｗは、例えば、ＤＲＡＭ、３Ｄ－ＮＡＮＤフラッシュメモリ等の半導体メモリデバイスを含む半導体デバイスの製造に用いられてよい。

【0048】

下地膜ＵＦは、例えば、シリコンウェハやシリコンウェハ上に形成された有機膜、誘電体膜、金属膜、半導体膜等でよい。下地膜ＵＦは、複数の膜が積層されて構成されてよい。

【0049】

積層膜ＬＦは、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_x膜）ＬＦ₁とシリコン窒化膜ＬＦ₂とを含む。積層膜ＬＦは、シリコン酸化膜ＬＦ₁とシリコン窒化膜ＬＦ₂とが交互に複数積層されて構成された多層膜であってよい。積層膜ＬＦは、本処理方法によりエッチングがされる被エッチング膜である。

【0050】

下地膜ＵＦ及び／又は積層膜ＬＦは、ＣＶＤ法、スピンコート法等により形成されてよい。下地膜ＵＦ及び／又は積層膜ＬＦは、平坦な膜であってよく、また、凹凸を有する膜であってもよい。

【0051】

マスク膜ＭＦは、積層膜ＬＦ上に形成されている。マスク膜ＭＦは、積層膜ＬＦ上において少なくとも一つの開口ＯＰを規定する。開口ＯＰは、積層膜ＬＦ上の空間であって、マスク膜ＭＦの側壁に囲まれている。すなわち、図３において、積層膜ＬＦの上面は、マスク膜ＭＦによって覆われた領域と、開口ＯＰの底部において露出した領域とを有する。

【0052】

開口ＯＰは、基板Ｗの平面視、すなわち、基板Ｗを図３の上から下に向かう方向に見た場合において、任意の形状を有してよい。当該形状は、例えば、円、楕円、矩形、線やこれらの１種類以上を組み合わせた形状であってよい。マスク膜ＭＦは、複数の側壁を有し、複数の側壁が複数の開口ＯＰを規定してもよい。複数の開口ＯＰは、それぞれ線形状を有し、一定の間隔で並んでライン＆スペースのパターンを構成してもよい。また、複数の開口ＯＰは、それぞれ穴形状を有し、アレイパターンを構成してもよい。

【0053】

マスク膜ＭＦは、例えば、炭素含有膜である。炭素含有膜は、一例では、アモルファスカーボン膜、スピンオンカーボン膜、フォトレジスト膜であってよい。マスク膜ＭＦは、１つの層からなる単層マスクでも、２つ以上の層からなる多層マスクであってもよい。マスク膜ＭＦは、ＣＶＤ法、スピンコート法等により形成されてよい。開口ＯＰは、マスク膜ＭＦをエッチングすることで形成されてよい。マスク膜ＭＦは、リソグラフィによって形成されてもよい。

【0054】

基板Ｗの各構成を形成するプロセスの少なくとも一部は、プラズマ処理チャンバ１０内で行われてよい。一例では、マスク膜ＭＦをエッチングして開口ＯＰを形成する工程は、プラズマ処理チャンバ１０で実行されてよい。すなわち、開口ＯＰ及び後述する積層膜ＬＦのエッチングは、同一のチャンバ内で連続して実行されてよい。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がプラズマ処理装置１のプラズマ処理空間１０ｓ内に搬入され、基板支持部１１の上面に配置されてもよい。

【0055】

（工程ＳＴ２：積層膜ＬＦのエッチング）
工程ＳＴ２において、積層膜ＬＦがエッチングされる。工程ＳＴ２は、基板支持部１１の温度を設定する工程ＳＴ２１と、処理ガスを供給する工程ＳＴ２２と、プラズマを生成する工程ＳＴ２３とを含む。

【0056】

工程ＳＴ２１において、温調モジュールにより、基板支持部１１の温度を０℃以上７０℃以下の設定温度に調整する。設定温度は、１℃以上、６０度以下でよく、また、３０度以上６０度以下でもよい。基板支持器１１の温度は、工程ＳＴ２における以降の処理において設定温度に維持される。一例では、基板支持部１１の温度を調整又は維持することは、流路１１１０ａを流れる伝熱流体の温度を設定温度に調整又は維持することを含む。また、基板支持部１１の温度を調整又は維持することは、基板支持部１１の温度が設定温度になるように、流路１１１０ａを流れる伝熱流体の温度を設定温度と異なる温度に調整又は維持することを含む。なお、流路１１１０ａに伝熱流体が流れ始めるタイミングは、基板Ｗが基板支持部１１に載置される前でも後でもよく、また同時でもよい。また他の例として、基板支持部１１の温度を調整又は維持することは、基板Ｗの温度を設定温度に調整又は維持することを含む。また、基板支持部１１の温度を調整又は維持することは、基板支持部１１の温度が設定温度になるように、基板Ｗの温度を設定温度とは異なる温度に調整又は維持することを含む。また、温度を「調整」又は「維持」することは、制御部２において当該温度が入力、選択又は記憶されることを含む。

【0057】

工程ＳＴ２２において、処理ガスがプラズマ処理空間１０ｓ内に供給される。処理ガスは、ＨＦガスを含む。ＨＦガスは、処理ガスに対して、例えば、５０体積％以上、６０体積％以上又は７０体積％以上含んでよい。ＨＦガスとしては、高純度のもの、例えば、純度が９９．９９９％以上のものを用いることができる。処理ガスは、ＨＦガスに加えて、Ｃ_xＦ_yガス（ｘ及びｙは１以上の整数である）又はリン含有ガスと含む。処理ガスは、Ｃ_xＦ_yガスとリン含有ガスとの双方を含んでもよい。Ｃ_xＦ_yガスは、シリコン酸化膜ＬＦ₁のエッチングレート向上に寄与し得る。リン含有ガスは、ＨＦガスのシリコン窒化膜又はシリコン酸化膜への吸着を促進し、これらの膜のエッチングレート向上に寄与し得る。

【0058】

ＨＦガスに対するＣ_xＦ_yガス又はリン含有ガスの流量比は、積層膜ＬＦの構成やマスク膜ＭＦの有するパターンに基づいて適宜設定されてよい。例えば、当該流量比は、積層膜ＬＦ中のシリコン酸化膜ＬＦ₁の構成比に基づいて設定されてよい。一例では、積層膜ＬＦ中のシリコン酸化膜ＬＦ₁の構成比が大きくなるほど、ＨＦガスに対するＣ_xＦ_yガス又はリン含有ガスの流量比を大きくしてよい。なお、処理ガスは、ＨＦガスに代えて又はＨＦガスとともに、チャンバ内でＨＦ種を生成可能なガスを含んでよい。ＨＦ種は、フッ化水素のガス、ラジカル及びイオンの少なくともいずれかを含む。ＨＦ種を生成可能なガスとしては、例えば、ＣＨ₂Ｆ₂ガス、Ｃ₃Ｈ₂Ｆ₄ガス、Ｃ₃Ｈ₂Ｆ₆ガス、Ｃ₃Ｈ₃Ｆ₅ガス、Ｃ₄Ｈ₂Ｆ₆ガス、Ｃ₄Ｈ₅Ｆ₅ガス、Ｃ₄Ｈ₂Ｆ₈ガス、Ｃ₅Ｈ₂Ｆ₆ガス、Ｃ₅Ｈ₂Ｆ₁₀ガス及びＣ₅Ｈ₃Ｆ₇ガスからなる群から選択される少なくとも１種を用いてよい。一例では、ＨＦ種を生成可能なガスとして、ＣＨ₂Ｆ₂ガス、Ｃ₃Ｈ₂Ｆ₄ガス及びＣ₄Ｈ₂Ｆ₆ガスからなる群から選択される少なくとも１種が用いられる。

【0059】

Ｃ_xＦ_yガスは、Ｃ₃Ｆ₆ガス、Ｃ₄Ｆ₆ガス、Ｃ₄Ｆ₈ガス及びＣ₃Ｆ₈ガスからなる群から選択される少なくとも１種でよい。

【0060】

リン含有ガスは、リン含有分子を含むガスである。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、リン含有分子は、フッ化リン等、ハロゲン元素としてフッ素を含んでもよい。或いは、リン含有分子は、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（Ｈ_gＰＦ_h）であってよい。ここで、ｇとｈ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空間１０ｓ内に供給され得る。

【0061】

処理ガスは、酸素含有ガスを更に含んでよい。酸素含有ガスは、エッチングにおけるマスク膜ＭＦの閉塞を抑制し得る。酸素含有ガスとしては、例えば、Ｏ₂、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ及びＨ₂Ｏ₂からなる群から選択される少なくとも１種のガスを使用してよい。一例では、処理ガスは、Ｈ₂Ｏ以外の酸素含有ガス、すなわち、Ｏ₂、ＣＯ、ＣＯ₂及びＨ₂Ｏ₂からなる群から選択される少なくとも１種のガスを含んでよい。酸素含有ガスの流量は、Ｃ_xＦ_yガスの流量に応じて調整してよい。

【0062】

処理ガスは、Ｃ_uＨ_vＦ_wガス（ｕ及びｖは１以上の整数であり、ｗは０以上の整数である）を更に含んでよい。Ｃ_uＨ_vＦ_wガスは、ＣＨ₂Ｆ₂ガス、ＣＨＦ₃ガス、ＣＨ₃Ｆガス、Ｃ₄Ｈ₂Ｆ₆ガス、Ｃ₃Ｈ₂Ｆ₄ガス及びＣＨ₄ガスからなる群から選択される少なくとも１種のガスでよい。

【0063】

処理ガスは、ＡｒやＫｒ等の貴ガスを更に含んでよい。また処理ガスは、ＮＦ₃ガスを更に含んでよい。

【0064】

工程ＳＴ２３において、第１のＲＦ生成部３１ａからソースＲＦ信号（ＲＦ電力）が下部電極及び／又は上部電極に供給される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓ内に供給された処理ガスからプラズマが生成される。また、バイアス信号（電力）として、第２のＲＦ生成部３１ｂから、バイアスＲＦ信号が下部電極に供給される。これにより基板Ｗにバイアス電位が発生する。生成されたプラズマ中のイオン、ラジカルといった活性種が基板Ｗに引きよせられ、積層膜ＬＦがエッチングされる。すなわち、マスク膜ＭＦの開口ＯＰに対応する部分が深さ方向（図３の上から下に向かう方向）にエッチングされ積層膜ＬＦに凹部が形成される。なお、ソースＲＦ信号の供給を開始するタイミングとバイアス信号の供給を開始するタイミングとは、同時でも異なってもよい。

【0065】

バイアス信号（電力）として、バイアスＲＦ信号に代えて、バイアスＤＣ信号を用いてよい。すなわち、ＤＣ生成部３２ａから負極性のバイアスＤＣ信号を下部電極に供給して、基板Ｗにバイアス電位を発生させてよい。ソースＲＦ信号及びバイアス信号は、双方が連続波であってよく、また一方が連続波で他方がパルス波であってよい。

【0066】

バイアス信号としてバイアスＲＦ信号を用いる場合、当該バイアスＲＦ信号の電力の実効値は、１０ｋＷ以上である。当該バイアスＲＦ信号の電力の実効値は、３０ｋＷ以下でよい。バイアス信号として負極性のバイアスＤＣ信号を用いる場合、当該バイアスＤＣ信号の電圧の絶対値（パルス波の場合は電圧の絶対値の実効値）は、４ｋＶ以上である。当該バイアスＤＣ信号の電圧の絶対値（パルス波の場合は電圧の絶対値の実効値）は、１５ｋＶ以下でよい。

【0067】

以下、本処理方法を評価するために行った実験について説明する。本開示は、以下の実験によって何ら限定されるものではない。

【0068】

（実験１）
実験１では、プラズマ処理装置１において、以下の条件で、プラズマを生成してシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、炭素含有膜をそれぞれエッチングし、エッチングレートを測定した。炭素含有膜としてはアモルファスカーボン膜を用いた。

処理ガス：ＨＦガス、Ａｒガス
基板支持部の設定温度：１０℃
チャンバ圧力：２５ｍＴ
ソースＲＦ信号：４０ＭＨｚ／５．５ｋＷ
バイアスＲＦ信号：４００ｋＨｚ／１５ｋＷ

【0069】

図４は、実験１の測定結果を示すグラフである。図４の縦軸は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、炭素含有膜の各エッチングレート（ＥＲ）［ｎｍ／ｍｉｎ］を示す。図４に示すように、シリコン窒化膜のエッチングレートは、炭素含有膜のエッチングレートに比べて十分高かった。これは、本処理方法の設定温度において、エッチャントであるプラズマ中のＨＦ種がシリコン窒化膜に吸着され、反応性イオンエッチングが進行し得ることを示している。これに対し、シリコン酸化膜のエッチングレートは炭素含有膜のエッチングレートと同程度であり低かった。これは、エッチャントであるプラズマ中のＨＦ種がシリコン酸化膜に吸着されず、主としてスパッタリングによるエッチングが生じたためと考えられる。すなわち、本処理方法の設定温度においては、エッチャントであるプラズマ中のＨＦ種がシリコン酸化膜に吸着されにくいことを示している。実験１からは、本処理方法の設定温度において、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜とを含む積層膜のエッチングレートを向上させるためには、上記の処理ガスでは十分ではないことが分かる。

【0070】

（実験２）
実験２では、プラズマ処理装置１において、以下の３つのパターンの処理ガスを用いて、プラズマを生成し、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、炭素含有膜をそれぞれエッチングし、エッチングレートを測定した。炭素含有膜としてはアモルファスカーボン膜を用いた。その余の条件は、実験１と同一である。パターン２及びパターン３は、本処理方法にかかる処理ガスの一例である。パターン３のＨＦガスの流量は、パターン２のＨＦガスの流量の２倍であった。
パターン１：Ｃ₄Ｆ₈ガス及びＯ₂ガス
パターン２：Ｃ₄Ｆ₈ガス、ＨＦガス及びＯ₂ガス
パターン３：Ｃ₄Ｆ₈ガス、ＨＦガス及びＯ₂ガス

【0071】

図５は、実験２の測定結果を示すグラフである。図５の縦軸は、パターン１乃至３におけるシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、炭素含有膜の各エッチングレート（ＥＲ）［ｎｍ／ｍｉｎ］を示す。図５に示すとおり、シリコン酸化膜のエッチングレートは、パターン１乃至３のいずれにおいても炭素含有膜に対して十分に高かった。シリコン窒化膜のエッチングレートは、処理ガスとしてＨＦガスを含まない場合（パターン１）、炭素含有膜よりも低く、ＨＦガスを含む場合、急激に増加し、炭素含有膜よりも十分に高くなった。炭素含有膜のエッチングレートは、ＨＦガスの流量を２倍に増加させても変化は小さく（パターン２及びパターン３）、パターン１乃至３のいずれにおいても低かった。実験２からは、本処理方法の設定温度において、処理ガスとしてＨＦガスに加えてＣ₄Ｆ₈ガスを用いる場合、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の双方のエッチングレートを高めつつ、炭素含有膜に対する選択比を高め得ることが分かる。

【0072】

（実験３）
実験３では、プラズマ処理装置１において、以下の３つのパターンの処理ガスを用いて、プラズマを生成し、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、炭素含有膜をそれぞれエッチングし、エッチングレートを測定した。炭素含有膜としてはアモルファスカーボン膜を用いた。その余の条件は、実験１と同一である。パターン６は、本処理方法にかかる処理ガスの一例である。

パターン４：Ｃ₄Ｆ₈ガス、ＣＨ₂Ｆ₂ガスＨＦガス及びＯ₂ガス
パターン５：Ｃ₄Ｆ₈ガス、Ｃ₃Ｈ₂Ｆ₄ガス及びＯ₂ガス
パターン６：Ｃ₄Ｆ₈ガス、ＨＦガス及びＯ₂ガス

【0073】

図６は、実験３の測定結果を示すグラフである。図６の縦軸は、パターン４乃至６におけるシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、炭素含有膜の各エッチングレート（ＥＲ）［ｎｍ／ｍｉｎ］を示す。図６に示すとおり、処理ガスとしてＨＦガスを含むパターン６の場合、処理ガスとしてＣＨ₂Ｆ₂ガスやＣ₃Ｈ₂Ｆ₄ガスを含むパターン４及び５に比べて、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜のエッチングレートが１０～２０％程度向上した。また炭素含有膜のエッチングレートは、パターン６の場合でも、パターン４及び５と同程度であった。実験３からは、本処理方法の設定温度において処理ガスとしてＨＦガスを含む場合、ＣＨ₂Ｆ₂ガス又はＣ₃Ｈ₂Ｆ₄ガスを含む場合に比べて、エッチングレートを高めつつも、炭素含有膜に対する高い選択比を維持し得ることが分かる。

【0074】

（実験４）
実験４では、プラズマ処理装置１において、ＨＦガス、リン含有ガスを用いてプラズマを生成し、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、炭素含有膜をそれぞれエッチングし、エッチングレートを測定した。炭素含有膜としてはアモルファスカーボン膜を用いた。リン含有ガスとしては、ＰＦ₃ガスを用い、処理ガス全体に対する流量比（体積％）を、０％、２％、７％、１１％、２０％、２６％と変化させてそれぞれエッチングレートを測定した。
た。その余の条件は、実験１と同一である。

【0075】

図７は、実験４の測定結果を示すグラフである。図７において、横軸は、処理ガス中のリン含有ガスの流量比［体積％］を示す。縦軸は、エッチングレート（ＥＲ）［ｎｍ／ｍｉｎ］を示す。図７に示すとおり、処理ガスに含まれるリン含有ガスの流量比が増加するに従って、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜のエッチングレートが大幅に増加した。処理ガスにリン含有ガスを２６％含む場合のエッチングレートは、リン含有ガスを含まない場合（０体積％）に比べて、シリコン酸化膜で５．６倍、シリコン窒化膜で２．５倍であった。これは、リン含有ガスにより、エッチャントであるＨＦガスのシリコン窒化膜及びシリコン酸化膜への吸着が促進されたためであると考えられる。また図７に示すとおり、処理ガスに含まれるリン含有ガスの流量が増加しても炭素含有膜のエッチングレートは増加しなかった。実験４からは、本処理方法の設定温度において処理ガスとしてＨＦガスに加えてリン含有ガスを用いる場合、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の双方のエッチングレートを高めつつ、炭素含有膜に対する選択比を高め得ることが分かる。

【0076】

＜実施例＞
次に、本処理方法の実施例について説明する。本開示は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

【0077】

（実施例１及び２）
プラズマ処理装置１を用いて本処理方法を適用し、図３に示す基板Ｗの積層膜ＬＦをエッチングした。実施例１及び実施例２は、処理ガスとして、ＨＦガス、ＰＦ₃ガス及びＡｒガスを用いた。リン含有ガスの処理ガスに対する流量比（体積％）は、実施例１は１３％であり、実施例２は２０％であった。その他の条件は、実施例１及び実施例２ともに以下のとおりである。

基板支持部の設定温度：１０℃
チャンバ圧力：２５ｍＴ
ソースＲＦ信号：４０ＭＨｚ／５．５ｋＷ
バイアスＲＦ信号：４００ｋＨｚ／１５ｋＷ

【0078】

（参考例１）
参考例では、処理ガスを以下のとおり変更した以外は、実施例と同様の条件で基板Ｗの積層膜ＬＦをエッチングした。

参考例１：ＨＦガス、Ａｒガス

【0079】

実施例１及び２の積層膜ＬＦのエッチングレートは、それぞれ５１２［ｎｍ／ｍｉｎ］、５１８［ｎｍ／ｍｉｎ］であった。これに対し、参考例１のエッチングレートは、２３１［ｎｍ／ｍｉｎ］であった。すなわち、実施例１及び実施例２ともに、参考例１に比べて積層膜ＬＦのエッチングレートが大幅に向上した。

【0080】

本処理方法では、処理ガスとして、ＨＦガスに加えて、Ｃ_xＦ_yガス又はリン含有ガスを用いる。これにより、積層膜ＬＦを構成するシリコン酸化膜ＬＦ１及びシリコン窒化膜ＬＦ２の双方のエッチングレートを向上させ、かつマスク膜ＭＦに対する選択比を向上し得る。

【0081】

また、本処理方法では、エッチングに際してバイアス信号として、１０ｋＷ以上のバイアスＲＦ信号又は４ｋＶ以上のバイアスＤＣ信号が供給される。高パワーのバイアスＲＦ信号を用いることで、積層膜ＬＦのエッチングにより生じる反応副生成物の揮発が促進され得る。例えば、シリコン窒化膜ＬＦ２のエッチングにおいて生じるケイフッ化アンモニウム（ＡＦＳ）を主体とする反応副生成物の揮発が促進され得る。これにより、積層膜ＬＦのエッチングレートを向上させ得る。

【0082】

＜本処理方法の変形例＞
図８は、本処理方法の変形例を示すフローチャートである。図８に示すように、本変形例は、工程ＳＴ２１までは本処理方法と同一であり、工程ＳＴ２１より後の処理が本処理方法と異なる。本変形例の積層膜ＬＦをエッチングする工程ＳＴ２Ａは、基板支持部の温度を調整する工程ＳＴ２１後に、第１の処理ガスを供給する工程ＳＴ２２ａ、第１の処理ガスからプラズマを生成する工程ＳＴ２３ａ、第２の処理ガスを供給する工程ＳＴ２２ｂ、第２の処理ガスからプラズマを生成する工程ＳＴ２３ｂ、及び、エッチングの終了を判定する工程ＳＴ２４を有する。工程ＳＴ２Ａでは、工程ＳＴ２４でエッチングが終了したと判断されるまで、工程ＳＴ２２ａ～工程ＳＴ２３ｂが繰りかえされる。

【0083】

第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、ＨＦガスと、Ｃ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとを含む。第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、本処理方法と同様にＣ_uＨ_vＦ_wガスや酸素含有ガス等のその他のガスを更に含んでよい。

【0084】

第１の処理ガスと第２の処理ガスとは、処理ガスの構成や流量が異なってよい。一例では、第１の処理ガスは、ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとを第１の流量比で含んでよい。そして、第２の処理ガスは、ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとを、第１の流量比と異なる第２の流量比で含んでよい。

【0085】

一例では、第１の処理ガスは、ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとＣ_uＨ_vＦ_wガスとを第４の流量比で含んでよい。そして、第２の処理ガスは、ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとＣ_uＨ_vＦ_wガスとを、第４の流量比とは異なる第５の流量比で含んでよい。

【0086】

本変形例において、工程ＳＴ２３ｂと工程ＳＴ２４との間に、第３の処理ガスを供給する工程及び、第３の処理ガスからプラズマを生成する工程をさらに備えてもよい。第３の処理ガスは、ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとを、第１の流量比及び第２の流量比と異なる第３の流量比で含んでよい。また、第３の処理ガスは、ＨＦガスとＣ_xＦ_yガス及びリン含有ガスの少なくともいずれかとＣ_uＨ_vＦ_wガスとを、第４の流量比及び第５の流量比とは異なる第６の流量比で含んでよい。

【0087】

また、本変形例において、工程ＳＴ２４を備えず、第１の処理ガス、第２の処理ガス及び第３の処理ガスを用いた上記の工程を一回ずつ行ってもよい。

【0088】

本変形例では、積層膜ＬＦを構成するシリコン酸化膜ＬＦ₁及びシリコン窒化膜ＬＦ₂の構成比や積層膜ＬＦのアスペクト比等に応じて処理ガスの構成を最適化し得る。これにより、積層膜ＬＦ全体のエッチングレートを向上させ得る。

【0089】

本処理方法は、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。例えば、本処理方法は、容量結合型のプラズマ処理装置１以外にも、誘導結合型プラズマやマイクロ波プラズマ等、任意のプラズマ源を用いたプラズマ処理装置を用いて実行してよい。

【符号の説明】

【0090】

１……プラズマ処理装置、２……制御部、１０……プラズマ処理チャンバ、１０ｓ……プラズマ処理空間、１１……基板支持部、１３……シャワーヘッド、２０……ガス供給部、３１ａ……第１のＲＦ生成部、３１ｂ……第２のＲＦ生成部、３２ａ……第１のＤＣ生成部、ＭＦ…マスク膜、ＯＰ…開口、ＬＦ…積層膜、ＬＦ₁……シリコン酸化膜、ＬＦ₂……シリコン窒化膜、ＵＦ…下地膜、Ｗ…基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】