特許 7573501 基板上の保護膜の膜厚を制御する方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-17

(45)【発行日】2024-10-25

(54)【発明の名称】基板上の保護膜の膜厚を制御する方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20241018BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021138491

(22)【出願日】2021-08-27

(65)【公開番号】P2022040090

(43)【公開日】2022-03-10

【審査請求日】2024-03-13

(31)【優先権主張番号】17/005,401

(32)【優先日】2020-08-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【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】勝沼 隆幸

【審査官】宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－０７７８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１２９８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０２５０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３７４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１３３３０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０４１２１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１７８９２０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エッチング層と、前記エッチング層上に形成されたマスクとを含む基板上に膜を形成する方法であって、
（ａ）反応チャンバ内で、前記基板を前駆体に曝して、前記エッチング層の凹部の少なくとも側壁上に前駆体粒子を配置する曝露工程と、
（ｂ）前記反応チャンバに前記前駆体の吸着を妨げるガスである阻害ガスと改質ガスを供給してプラズマを発生させる供給工程と、
（ｃ）前記反応チャンバに前記阻害ガスと前記改質ガスを供給しながら、前記側壁上の前記前駆体粒子を保護膜に改質する改質工程と
を含み、
前記前駆体は、Ｓｉ含有ガスである、方法。

【請求項2】

前記（ｃ）改質工程の後に、（ｄ）前記プラズマを用いて前記基板をエッチングするエッチング工程を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記（ｂ）供給工程は、前記（ａ）曝露工程及び前記（ｃ）改質工程の間中連続して実施される、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記（ａ）曝露工程は、前記（ｃ）改質工程の完了後に繰り返される、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記（ａ）曝露工程は、前記エッチング層の前記凹部の底面上に前駆体粒子を追加で配置するように実施され、
前記（ｃ）改質工程は、前記凹部の前記底面上の前記前駆体粒子を前記保護膜に改質することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記阻害ガスはＣ_ｘＦ_ｙガスである、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記凹部の上側部分上に形成された前記保護膜の膜厚が、前記Ｃ_ｘＦ_ｙガスが供給されない条件下で前記凹部の前記上側部分上に形成された保護膜の膜厚よりも小さい、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記保護膜の形成後の前記側壁の垂直方向中央領域の開口寸法（ＣＤ：critical dimension）が、前記側壁の上側部分のＣＤよりも小さい、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記凹部の上側部分上に形成された前記保護膜の膜厚が、前記側壁の残りの部分に形成された前記保護膜の膜厚よりも小さい、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記改質ガスと前記阻害ガスは連続して供給される、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

（ｅ）前記反応チャンバの内部をパージするパージ工程を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項12】

前記（ｅ）パージ工程は、前記（ａ）曝露工程の後に実施され、次いで前記（ｃ）改質工程の後に再度実施される、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記（ｄ）エッチング工程は、前記反応チャンバ内において電極にバイアス電力を印加することを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項14】

前記（ｃ）改質工程は、前記（ｃ）改質工程中に、前記反応チャンバ内において電極に高周波（ＲＦ）を供給することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項15】

エッチング層と、前記エッチング層上に形成されたマスクとを含む基板上に膜を形成する方法であって、
第１の期間中に、
（ａ）反応チャンバ内で、前記基板を前駆体に曝して、前記エッチング層の凹部の少なくとも側壁上に前駆体粒子を配置する曝露工程と、
第２の期間中に、
（ｂ）前記反応チャンバに前記前駆体の吸着を妨げるガスである阻害ガスと改質ガスを供給してプラズマを発生させる供給工程と、
（ｃ）前記反応チャンバに前記阻害ガスと前記改質ガスを供給しながら、前記側壁上の前記前駆体粒子を保護膜に改質する改質工程と
を含み、
前記前駆体は、Ｓｉ含有ガスである、方法。

【請求項16】

前記（ｂ）供給工程及び前記（ｃ）改質工程の少なくとも一部は、前記第２の期間中に同時に実施される、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記（ｃ）改質工程中に高周波（ＲＦ）を供給することを更に含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

エッチング層と、前記エッチング層上に形成されたマスクとを含む基板上に膜を形成する装置であって、
処理回路を備え、前記処理回路は、
反応チャンバへの前駆体の供給を制御し、それによって前記基板を曝して前記エッチング層の凹部の少なくとも側壁上に前駆体粒子を配置し、
前記反応チャンバに前記前駆体の吸着を妨げるガスである阻害ガスと改質ガスを供給してプラズマを発生させるようにガス源を制御し、
前記反応チャンバに前記阻害ガスと前記改質ガスを供給しながら、前記凹部の前記側壁上で前記側壁上の前記前駆体粒子を保護膜に改質するために高周波（ＲＦ）を供給するようにＲＦ源を制御するように構成されており、
前記前駆体は、Ｓｉ含有ガスである、装置。

【請求項19】

前記阻害ガスと前記改質ガスは、前記前駆体の供給の間中及び前記前駆体粒子の前記保護膜への改質の間中連続して供給される、請求項１８に記載の装置。

【請求項20】

前記処理回路は、前記阻害ガスと前記改質ガスを前記反応チャンバからパージするようにガス排気を制御するように更に構成されている、請求項１８に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板のエッチングに関する。より詳細には、本開示は、高アスペクト比の凹部を形成するためのエッチング処理の一部として、凹部の側壁を保護膜で保護する方法及び装置に関する。

【背景技術】

【0002】

新技術の導入により半導体の作製方法が改善され、その結果集積回路（ＩＣ、超小型電子回路、マイクロチップ、又は単に「チップ」）単体の寸法、及びＩＣ上に搭載される各部品の形状寸法の小型化が進んだ。小型化された能動半導体素子及び受動半導体素子、並びに相互接続部は、半導体基板（例：シリコン）上に作製される。そのようなＩＣの形成において、ドーピング、イオン注入、エッチング、種々の材料の薄膜堆積、フォトリソグラフィによるパターン形成等の各処理が基板に施される。個々のマイクロ回路は最後にダイシングにより分離され、ＩＣとして個別にパッケージングされる。

【0003】

基板上にＩＣを形成する際に特に使用される処理工程として、原子層堆積（ＡＬＤ：atomic layer deposition）、化学気相成長（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）、原子層エッチング（ＡＬＥ：atomic layer etching）等がある。従来の処理では、形成するパターンの深さに応じてエッチング条件を変更する場合もある。例えば、従来の処理では、形成するパターンの深さに応じて、チャンバ圧力、高周波（ＲＦ）電力、処理ガスの流量比を変更する。

【0004】

従来のエッチング処理では、側方エッチング（又は横方向のエッチング）による側壁のボーイング等の形状劣化が問題となっている。従来、ＡＬＤやＣＶＤ等の処理を用いて、エッチングされた凹部の側壁に保護膜を形成する。横方向のエッチングを十分抑制できる程度の均一な厚さに保護膜を形成すると、マスクパターンの開口部寸法が縮小し、開口部が閉塞することになる。或いは、凹部の横方向にエッチングされやすい領域にサブコンフォーマルＡＬＤ処理によって保護膜（上側部分の膜厚が下側部分よりも厚くなる）を形成すると、マスクパターンの開口部寸法が縮小し、開口部が閉塞することになる。

【0005】

プラズマエッチングが、基板に凹部（recess）を形成するために用いられている。プラズマエッチングでは、凹部が横方向に広がることを抑制することが求められる。そのため、凹部を画成する側壁面に膜を形成する技術が用いられている。このような技術は、例えば、下記の特許文献１及び２に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３４３５８０号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１７４８５８号明細書

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

一実施形態によれば、エッチング層と、エッチング層上に形成されたマスクとを含む基板上に膜を形成する方法が提供される。本方法は、（ａ）反応チャンバ内で、基板を前駆体に曝して、エッチング層の凹部の少なくとも側壁上に前駆体粒子を配置する曝露工程と、（ｂ）反応チャンバに阻害ガスと改質ガスを供給してプラズマを発生させる供給工程と、（ｃ）反応チャンバに阻害ガスと改質ガスを供給しながら、側壁上の前駆体粒子を保護膜に改質する改質工程とを含む。

【0008】

上記段落は概略を示すものであり、添付の特許請求の範囲を限定するものではない。本明細書に記載の実施形態及びその効果は、以下の詳細な説明を添付の図面に照らして参照すれば最もよく理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0009】

以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照することにより理解を深めることで、本開示及び付随する多くの利点が容易により完全に理解されるであろう。

【図1】エッチングされた凹部の側壁に生じたボーイングを示す図である。

【図2】本開示に係る基板処理システムの一例を示す図である。

【図3】基板処理システムのエッチング装置の一例を示す図である。

【図4】本開示に係る動作をコンピュータ上で実施する処理回路の一例を示すブロック図である。

【図5】エッチング方法の一例のフローチャートである。

【図6A】本開示の一実施形態に即してサブコンフォーマルＡＬＤによる保護膜を用いてエッチングした凹部を示す図である。

【図6B】本開示の一実施形態に即してサブコンフォーマルＡＬＤによる保護膜を用いてエッチングした凹部を示す図である。

【図6C】本開示の一実施形態に即してサブコンフォーマルＡＬＤによる保護膜を用いてエッチングした凹部を示す図である。

【図7A】保護膜形成の一例のタイミングチャートである。

【図7B】保護膜形成の一例のタイミングチャートである。

【図7C】保護膜形成の一例のタイミングチャートである。

【図8】マスクの開口部における保護膜の膜厚に関する本開示の実施形態の効果を示す図である。

【図9A】エッチング層の凹部の底面にも保護膜が形成される本開示の他の実施形態を示す図である。

【図9B】エッチング層の凹部の底面にも保護膜が形成される本開示の他の実施形態を示す図である。

【図9C】エッチング層の凹部の底面にも保護膜が形成される本開示の他の実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

添付の図面に関連して以下に記載する説明は、本開示の主題の様々な実施形態を説明するものであり、必ずしも記載の実施形態に限定するものではない。例示においては、本開示の主題の理解を促す目的で、具体的な詳細を説明している。しかし、各実施形態は、こうした具体的な詳細なしに実施することができることが当業者には明らかである。いくつかの例示においては、本開示の主題の概念が曖昧にならないように、公知の構造及び構成要素をブロック図の形で示すことがある。

【0011】

本明細書全体を通して、「一実施形態」又は「実施形態」とは、実施形態に関して説明する特定の特徴、構造、特性、動作、又は機能が、本開示の主題の少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書において「一実施形態では」又は「実施形態では」という文言は、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。更に、特定の特徴、構造、特性、動作、又は機能は、一つ以上の実施形態に、いかなる形にも適切に組み合わせることができる。更に、本開示の主題の実施形態は、記載の実施形態の改変例及び変形例を包含し得る。

【0012】

本明細書及び添付の特許請求の範囲において、単数形「一つの」及び「その」は、別段の明白な記載がない限り、複数形を含むものである。すなわち、別段の明白な指示がない限り、本明細書では、「一つの」等の文言は「一つ以上の」を意味する。更に、「左」、「右」、「上部」、「底部」、「前」、「後」、「側方」、「高さ」、「長さ」、「幅」、「上方」、「下方」、「内部」、「外部」、「内側」、「外側」等の用語は、本明細書では、基準点を単に示すものにすぎず、必ずしも本開示の主題の実施形態を特定の向き又は構成に限定するものではない。更に、「第１の」、「第２の」、「第３の」等の用語は、本明細書に記載の部分、構成要素、基準点、動作、及び／又は機能等の数を単に特定するものにすぎず、必ずしも本開示の主題の実施形態を特定の構成又は向きに限定するものではない。

【0013】

本開示全体を通して、「凹部」をエッチング形状の一種として使用しており、これら２つの用語（「凹部」と「エッチング形状」）は、本明細書において互いに置き換え可能である。更に、用語「凹部」は限定的なものではなく、エッチングされている基板材料のホール、スリット、溝、凹状の空洞、又は材料が除去された他の種類のパターンであってもよい。

【0014】

本発明者らは、凹部の側壁に生じる「ボーイング」現象を抑えつつ高アスペクト比（ＨＡＲ）エッチングを行うことは、積層構造体の寸法が増すにつれて次第に困難になることを認識していた。例えば、３Ｄ－ＮＡＮＤでは、交互に成膜された層（多くの場合、交互に積層されたＳｉＯ層とＳｉＮ層）により積層構造体が形成される。この積層体は、多数の階を含み、各階に多数のメモリセルが形成された高層ビルに幾分似ている。セル間のチャネルを画定するためにエッチングを深く行う必要があり、積層体内の全層に対してホール寸法が均一となるようにエッチングすることが理想である。エッチングが適切に行われないと、特定のホールについて均一性に欠け、図１の積層体１００の領域１４０に示すように、ボーイングを含め多様な形状となる。ボーイングは、特にエッチング層１２０の上側部分における側壁の過剰エッチングの結果生じる。ボーイングは、長時間エッチングに曝されて肩落ちしたマスクの縁部からイオンが散乱した結果生じることもある。高アスペクト比エッチングでは、イオンは極めて直線的に進むが、一部のイオンはマスクの肩落ちした縁部で跳ね返り、領域１４０の側壁に送られる。更に、図１に示すように、基板１１０上に形成されたエッチング層１２０の上には、マスク（アモルファスカーボン層）１３０が配置される。レジストマスクの肩落ちした角度により、エッチング層１２０の側壁の上側部分に過剰エッチングが生じ、したがって凹部の開口寸法（ＣＤ：critical dimension）にボーイングが生じ、ホールの深さ全体に沿った開口寸法が不均一となる。メモリセルの耐久性及び性能を維持できるように、こうしたボーイングは回避すべきである。ＣＤとは本明細書では凹部の直径を意味するが、凹部のラインや空間構造（溝）の空間ＣＤも同様に含み得る。

【0015】

従来の装置では、成膜とエッチング処理を繰り返すことで基板に凹部を形成する。この処理では、まず基板をエッチングする。エッチング工程中、通常はフッ素含有ガスが使用される。本願では、フッ素含有ガスは、例えば、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８等のＣ_ｘＦ_ｙガスであってもよいし、ＮＦ_３やＳＦ_６であってもよい。しかし、フッ素含有ガスは、フッ素を含む他のガスであってもよい。

【0016】

基板エッチングの停止後、凹部の側壁に保護膜を形成する。所望の膜厚の保護膜を形成するために、前駆体の吸着と改質とを数回繰り返す。保護膜を凹部の奥まで行き渡らせるために、付着係数の低い前駆体を使用する。保護膜の形成には、塩化マロニルやエチレンジアミン等の化学反応剤を用いてもよい。保護膜を堆積させた後、エッチングを続け、凹部が完成するまでこのサイクルを繰り返す。本願では、前駆体は、例えば、アミノシラン又は他のシリコン（Ｓｉ）含有成分を含んでいてもよい。便宜上、本明細書の随所でＳｉを前駆体成分として例示するが、Ｓｉ以外の、又はＳｉに加えた前駆体成分を、側壁等の基板表面に吸着させる実用可能な前駆体成分として使用できることを理解すべきである。更に、本教示は、唯一の前駆体成分としてＳｉに限定するものではない。

【0017】

本発明者らは、従来の基板処理技術にはいくつかの限界があることを認識していた。従来の基板エッチング技術では、基板に凹部が完成するまで、成膜工程とエッチング工程を繰り返す。また、従来のＡＬＤ処理やサブコンフォーマルＡＬＤ処理では、側壁のボーイングを抑制するように成膜工程を行うと、凹部の上側領域の膜厚が厚くなり、マスクパターンの開口部寸法が縮小する（例えば、開口部が閉塞する）可能性がある。

【0018】

従来技術のこうした限界に対処するために、本発明者らは、ＡＬＤ処理や不飽和（サブコンフォーマル）ＡＬＤ処理において、凹部の成膜量（保護膜の膜厚分布）を制御（規制）する装置及び処理を開発した。成膜量を制御（規制）することで、マスクの開口部における保護膜の膜厚が、エッチング層の凹部の他の部分に比べて抑制される。したがって、保護膜の堆積中又は堆積後にマスクの開口部が閉塞することがない。

【0019】

本発明者らは、凹部内での成膜量を制御する処理を認知し、開発した。一実施形態では、この制御処理は一連の工程によって実現され、まず第１のガス（前駆体とも称する）を基板の表面上に吸着させることから開始する。前駆体は、シリコン（Ｓｉ）含有ガスであってよく、基板が配置された反応チャンバに供給される。特に、第１のガスの前駆体成分、例えばシリコン含有ガスの成分であるＳｉが基板の表面上に吸着する。第１のガスは、第１の期間供給することができる。

【0020】

前駆体の吸着後、改質ガス（反応ガスとも称する）を更に導入する。改質ガスは凹部に供給してもよい。この改質ガス（例えば、Ｏ^＊ラジカル等の酸素含有ガス）を反応チャンバに供給する。改質ガスからプラズマを発生させ、吸着した前駆体をプラズマに曝して表面反応を引き起こし、凹部の側壁上に保護膜を形成する。酸素含有ガスとして、Ｏ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｏ_３が挙げられるが、これらに限定されるものではない。更に、改質ガスはＮＨ_３、Ｎ_２、ＮＦ_３等の窒素含有ガスでもよいが、これらの例に限られるものではない。

【0021】

或いは、サブコンフォーマルＡＬＤを行う場合に、基板表面の一部にのみ前駆体を吸着させる。その後、改質ガスを導入し、前駆体が吸着された部分にのみ膜を形成する。具体的には、例えば、比較的短時間で前駆体を供給し、圧力及び流量を標準の処理時間よりも下げることができる。前駆体と改質ガスの供給は、ハイブリッドガス供給サイクルの第１サイクルを構成する。改質ガスの供給を行うことにより、凹部の側壁上に保護膜が形成され、一方で凹部の底部は部分的にエッチングされ得る。前駆体としてシリコン含有ガスを使用し、改質ガスとしてＯ^＊ラジカルを使用した場合、凹部の側壁上にＳｉＯ_２保護膜が形成される。

【0022】

本発明者らは、ＡＬＤ（及びサブコンフォーマルＡＬＤ）処理の改質中に、フッ素含有ガス等の阻害剤を供給することで、マスクの開口部における成膜量を減少し、開口部の閉塞を抑制することができると認識した。特に、フッ素含有ガスのフッ素がマスク開口部の周辺に付着し、本処理の次の繰返し工程において前駆体の吸着を妨げる。したがって、凹部の側壁に沿って保護膜の膜厚を徐々に低減させることで、マスクの開口部における成膜量を減少し、開口部の閉塞を抑制することができる。

【0023】

本開示の実施形態によって多数の効果が得られるが、本発明者らは、本開示の実施形態のいくつかの利点を認識している。一利点として、マスク上にはより薄い保護膜を形成しつつ、側壁上には膜厚が制御された保護膜を形成することが可能になる。側壁上の保護膜は、凹部の側壁が深くなるにつれて徐々に膜厚が低減し得る。マスク開口部の寸法の縮小が抑制され、且つ保護膜の膜厚分布が制御されるため、エッチング品質が向上する。横方向エッチングが生じる部分では比較的厚く、横方向エッチングが問題とならない部分では比較的薄くなるように保護膜を意図的に形成することが可能となる。更に、凹部の上側部分におけるボーイングを抑制しつつ、過剰エッチングにより凹部の底面を拡径させることが可能となる。

【0024】

次に図面を参照すると、図２は、本開示に係る基板処理システム２００の一例を示す。基板処理システム２００は、エッチング装置２５２、２５４、２５６、２５８との間で基板Ｗを搬送する搬送ロボット２４２を含む搬送装置２４０（エッチング装置２５２、２５４、２５６、２５８よりも減圧下で動作）を含む。搬送装置２４０は、ロードロック室２３２及び２３４と連結された真空搬送室を有する。エッチング装置２５２、２５４、２５６、２５８は、搬送装置２４０に接続され、ロードロック室２３２及び２３４から隔てられている。

【0025】

ロードロック室２３２及び２３４により、搬送装置２４０とローダ装置２２０との間の環境を区画化することができる。ローダ装置２２０は、キャリアが載置されるキャリア載置台を有する。キャリアは、例えば、２５枚の基板Ｗを保持し、基板処理システム２００に出し入れされる際に、ローダ装置２２０の前面に配置される。ローダロボット２２２は、キャリア載置台とロードロック室２３２及び２３４との間で基板を搬送する。キャリアは、それぞれのロードポート２１２～２１８で交換される。

【0026】

制御部２６０は、本例ではマイクロコントローラであるが、図４で説明するようなコンピュータ（ローカル専用コンピュータ又は分散型コンピュータ）及び／又は処理回路を、本明細書で説明する制御動作を実施するようにコンピュータコードにより構成された制御部回路の代わりに使用してもよい。

【0027】

図３は、ゲートバルブを介して搬送装置に結合するエッチング装置３００（例：容量結合型（ＣＣＰ：capacitively coupled plasma）プラズマシステム）を模式的に示す。ＣＣＰシステムを一例として示しているが、誘導結合型（ＩＣＰ：inductively coupled plasma）プラズマ処理装置等、他のいかなるエッチング装置を用いてもよい。エッチング装置３００は略円筒形で、例えばアルミニウムで形成された反応チャンバ３１０を含む。反応チャンバ３１０は接地電位に接続されている。反応チャンバ３１０の内壁面には、耐プラズマ性の膜が形成され、この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜であってもよいし、酸化イットリウムで形成された膜等のセラミック膜であってもよい。間に処理対象の基板Ｗが配置された状態で、上部電極３３０と基部３２０（反応チャンバ３１０内でプラズマを発生させるための下部電極として機能する）の少なくとも一方にＲＦ電力が供給されると、上部電極３３０と基部３２０との間にプラズマ３１２が発生する。プラズマ３１２は基板Ｗに近接して形成され、基板Ｗは静電チャック３２２の上面に保持される（詳細については後述する）。基部３２０は略円盤形で、導電性を有する。

【0028】

ガス源３６０は複数のガス源を含み、対応する一連の流量制御部を介して制御される。ガス源３６０は、一つ以上のガスラインを介してガスを反応チャンバ３１０に供給する。

【0029】

エッチング装置３００は、２７ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲のＲＦエネルギーを生成する第１のＲＦ電源３４０を更に含み、例示的な周波数は６０ＭＨｚである。第１のＲＦ電源３４０は、第１のＲＦ電源３４０の出力インピーダンスと上部電極３３０のインピーダンスとを整合させる整合回路を介して上部電極３３０に接続されている。

【0030】

エッチング装置３００は、イオンを基板Ｗに引き付けるためのバイアス目的のＲＦエネルギーを発生させる第２のＲＦ電源３５０を更に含む。第２のＲＦ電源３５０の動作周波数は、第１のＲＦ電源３４０の動作周波数よりも低く、典型的には４００ｋＨｚから１３．５６ＭＨｚの範囲である。代替実施形態では、複数のＲＦ電源３４０及び３５０が同じ電極（基部３２０）に結合されてもよい。

【0031】

上部電極３３０は、可変直流（ＤＣ）電源３８０である第２の電源を有する。可変ＤＣ電源３８０はまた、第１のＲＦ電源３４０から上部電極に印加されるＲＦエネルギーのＤＣバイアスとしても機能し得る。可変ＤＣ電源３８０の可変性により、実施される処理に応じてエッチングレートを制御できるように、イオンエネルギーを操作的に制御することが可能となる。

【0032】

第２のＲＦ電源３５０が生成するＲＦエネルギーは、パルス状であってもよい。基部／下部電極にバイアス電力が供給されているとき、主にエッチングが行われる。基部／下部電極にバイアス電力が供給されていないとき、主に成膜が行われる。バイアスをパルス状とすることにより、エッチング段階と成膜段階とを分けることが可能となる。保護膜形成後にエッチングを行い、凹部の側壁を側方エッチングから保護する。加えて、パルスのデューティ比（バイアスオン時間／（バイアスオン時間＋バイアスオフ時間））を変更することにより、エッチング／成膜のバランスを制御することができる。バイアスオフ時間が長いほど保護膜を厚く形成することができ、より高い保護効果が得られる。バイアスオン時間が長いほどエッチングレートが増大する。

【0033】

一実施形態では、エッチング装置３００は、制御部２６０（図２）とは別個に、又は協働して動作する専用の制御回路（例えば、図４のような処理回路）を有し得る。制御部２６０は、メモリに格納された制御プログラムを実行し、記憶装置に格納されたレシピデータに基づいて、エッチング装置３００の各構成要素を制御する。

【0034】

エッチング装置３００は、反応チャンバ３１０の内部雰囲気に接続された排気装置３７０を含む。排気装置３７０は、反応チャンバ３１０を制御可能に減圧し、反応チャンバ３１０からガスを排気するように、自動圧力制御弁等の圧力制御部、真空ポンプ（例：ターボ分子ポンプ）を含む。

【0035】

図４は、本明細書に記載の動作をコンピュータ上で実施する処理回路のブロック図である。図４は、フローチャートの全ての制御処理、記述、又はブロックをコンピュータ上及びクラウド上で制御する処理回路４００の一例を示す。これらの制御処理、記述、又はブロックは、モジュール、セグメント、又は処理の特定の論理機能又は工程を実施するための実行可能な一つ以上の命令を含むコードの一部を表すものである。代替的な実現例が本開示の例示的実施形態の範囲内に含まれ、その機能は、関与する機能に応じて、略同時、又は逆の順序等、図示又は記載の順序とは異なる順序で実行することができることが当業者には理解されるであろう。本明細書に記載の様々な要素、特徴、及び処理は互いに独立に使用しても、様々な形で組み合わせてもよい。考えられ得るあらゆる組合せ及び下位組合せが、本開示の範囲に含まれる。

【0036】

図４では、処理回路４００は、上述／後述の一つ以上の制御処理を実施するＣＰＵ４０１を含む。処理データ及び命令は、メモリ４０２に格納することができる。これらの処理データ及び命令は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：hard disk drive）や可搬記憶媒体等の記憶媒体ディスク４０４に格納しても、遠隔で格納してもよい。更に、特許請求の範囲に記載する本開示は、本発明による処理の命令が格納されるコンピュータ読み取り可能な記録媒体の形態によって限定されるものではない。例えば、これらの命令は、ＣＤ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ハードディスク、又は処理回路４００が通信するサーバやコンピュータ等の任意の他の情報処理装置に格納してもよい。また、各処理は、ネットワーク上の記憶装置、クラウド上の記憶装置、又は他の遠隔アクセス可能な記憶装置に格納され、処理回路４００によって実行可能であってもよい。

【0037】

更に、特許請求の範囲に記載する本開示は、ユーティリティアプリケーション、バックグラウンドデーモン、オペレーティングシステムの構成要素、又はそれらの組合せとして提供されてもよく、ＣＰＵ４０１及びマイクロソフトウィンドウズ（登録商標）、UNIX（登録商標）、Solaris（登録商標）、LINUX（登録商標）、Apple MAC-OS等の当業者に既知のオペレーティングシステムと連動して実行されてもよい。

【0038】

処理回路４００を構築するハードウェア要素は、様々な回路要素によって実現することができる。更に、上述の実施形態の各機能は、一つ以上の処理回路を含む回路によって実施することができる。図４に示すように、処理回路は、プログラミングされた特定のプロセッサ、例えばプロセッサ（ＣＰＵ）４０１を含む。処理回路はまた、特定用途向け回路（ＡＳＩＣ：application specific integrated circuit）や記載の機能を実施するように構成された従来の回路部品等のデバイスを含む。

【0039】

図４では、処理回路４００は上述の処理を実施するＣＰＵ４０１を含む。処理回路４００は、汎用コンピュータであっても特定の専用機であってもよい。一実施形態では、処理回路４００は、反応チャンバ３１０を外部雰囲気に曝すことなくＥＳＣをその場で交換するように電圧及びロボットアームを制御する。プロセッサ４０１がＥＳＣをその場で交換するようにプログラミングされている場合、処理回路４００は、特定の専用機として機能する。処理回路４００は、基板処理システム２００内に含まれても、局所的に通信可能であってもよい。ある実施形態では、処理回路４００は、基板処理システム２００とは遠隔にあり、ネットワーク４２８を介して基板処理システム２００に処理命令を与えてもよい。

【0040】

或いは又は更に、ＣＰＵ４０１は、当業者には理解されるように、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＰＬＤ上で実施してもよく、又は離散論理回路を用いてもよい。更に、ＣＰＵ４０１は、上述の本発明の処理の命令を並行して実施するように協働する複数の処理装置として実施してもよい。

【0041】

図４の処理回路４００はまた、ネットワーク４２８とインターフェース接続するためのネットワーク制御部４０６、例えば米国インテル株式会社（Intel Corporation）のIntel Ethernet（登録商標） PROネットワークインターフェースカード等を含む。ネットワーク４２８は、理解可能なように、インターネット等の公的ネットワーク、ＬＡＮやＷＡＮ等の私的ネットワーク、又はそれらの任意の組合せでよく、また、ＰＳＴＮやＩＳＤＮ等の下位ネットワークを含んでもよい。ネットワーク４２８はまた、イーサネット（登録商標）ネットワーク等の有線でも、ＥＤＧＥ、３Ｇ、４Ｇ無線セルラシステムを含むセルラネットワーク等の無線でもよい。無線ネットワークはまた、Wi-Fi（登録商標）、Bluetooth（登録商標）、又は他の任意の既知の無線通信形態でもよい。

【0042】

処理回路４００は、モニタ等の表示装置４１０とインターフェース接続するためのグラフィックカードやグラフィックアダプタ等の表示装置制御部４０８を更に含む。汎用Ｉ／Ｏインターフェース４１２が、キーボード及び／又はマウス４１４、並びに表示装置４１０と一体、又は別体のタッチパネル４１６とインターフェース接続されている。汎用Ｉ／Ｏインターフェースはまた、プリンタ及びスキャナ等の様々な周辺機器４１８に接続されている。

【0043】

汎用記憶装置制御部４２４は、ＩＳＡ、ＥＩＳＡ、ＶＥＳＡ、ＰＣＩ等の通信バス４２６を介して記憶媒体ディスク４０４に接続され、処理回路４００の全ての構成要素が互いに接続されている。表示装置４１０、キーボード及び／又はマウス４１４、並びに表示装置制御部４０８、汎用記憶装置制御部４２４、ネットワーク制御部４０６、及び汎用Ｉ／Ｏインターフェース４１２の一般的な特徴及び機能については、本明細書では簡略化のために既知のものとして説明を省略する。

【0044】

本開示で記載する例示的な回路要素は、他の要素と置換え可能であり、本明細書に記載の例と異なる構造を有してもよい。更に、本明細書に記載の特徴を実施するように構成された回路は、複数の回路単位（例：チップ）で実施しても、又はこれらの特徴を単一のチップセットの回路として組み合わせてもよい。

【0045】

本明細書に記載の機能及び特徴はまた、システム上で分散配置された様々な構成要素によって実行してもよい。例えば、一つ以上のプロセッサがこれらの機能を実行してもよく、その場合、プロセッサはネットワークで通信している複数の構成要素にわたって分散して配置される。分散配置された構成要素として、様々なヒューマンインターフェース及び通信装置（例：表示モニタ、スマートフォン、タブレット、個人情報端末（ＰＤＡ：personal digital assistant）等）に加えて、処理を共有できる一つ以上のクライアント機及びサーバ機が含まれ得る。ネットワークは、ＬＡＮやＷＡＮ等の私的ネットワークでも、インターネット等の公的ネットワークでもよい。システムへの入力は、ユーザによる直接入力によって受け付けても、実時間処理又はバッチ処理として遠隔に受け付けてもよい。更に、実現例の一部を上述のものと同一ではないモジュール又はハードウェア上で実施してもよい。したがって、他の実現例も特許請求の範囲に含まれる。

【0046】

図５は、本開示に係るエッチング方法の一例のフローチャートである。図５について、サブコンフォーマルＡＬＤによる保護膜を用いてエッチングした凹部を示す図６Ａから図６Ｃを参照しながら説明する。

【0047】

本エッチング方法は、エッチング層６１０と、エッチング層６１０上に配置されたマスク層６２０とを有する基板を提供する工程５１０から開始する。エッチング層６１０及びマスク層６２０を有する基板は、図２及び図３に関して説明した基板Ｗであってよい。例えば、処理回路４００は、基板Ｗをエッチングシステムに搬送するように搬送装置２４０を制御し得る。

【0048】

工程５２０において、処理回路４００は、エッチング層を部分的にエッチングし、開口部６３０を介してエッチング層６１０に凹部を形成するように、エッチングシステムを制御する。本工程におけるエッチングには、プラズマ３１２に関して上述したように、プラズマ又は他のエッチングガスを使用してもよい。工程５２０では、公知のエッチング方法を用いてもよい。エッチングガスからプラズマを発生させ、基板に電気バイアスを供給することによって、プラズマからイオンを引き出す。

【0049】

工程５３０において、処理回路４００は、エッチング層６１０の凹部の側壁上に保護膜６４０を形成するようにエッチング装置３００を制御する。保護膜６４０を形成するには、まず、エッチング層６１０の凹部の側壁表面上に前駆体粒子を吸着させる。前駆体の吸着は、前駆体ガスのプラズマを発生させて行っても、プラズマを発生させずに行ってもよい。次いで、前駆体粒子を改質ガスに曝して保護膜６４０を形成する。

【0050】

保護膜６４０は、従来のＡＬＤ式処理によって形成しても、サブコンフォーマルＡＬＤ処理によって形成してもよい。従来のＡＬＤ式処理については、図９Ａから図９Ｃに関して後述する。

【0051】

サブコンフォーマルＡＬＤ処理の２つの態様を以下に示す。

【0052】

（１）前駆体を基板の表面全体に吸着させてもよい。基板の表面には、凹部の表面（エッチングされた凹部の側壁と底面）が含まれる。前駆体の吸着後、改質ガスが比較的短期間の間供給されるように制御する。改質ガスの供給をこのように制御することによって、例えば、改質ガスから発生したＯ^＊ラジカルが凹部の下側部分や底部に到達しにくくなり、その結果、凹部の下側部分や底部に到達するＯ^＊ラジカルの数が減少する。

【0053】

（２）前駆体を基板の表面上の一部にのみ吸着させる。その後、改質ガスを導入し、表面のうちの前駆体が吸着した部分にのみ膜を形成する。例えば、比較的短時間の間前駆体を供給し、圧力及び前駆体の流量を低減させてもよい。

【0054】

保護膜６４０の形成では、反応チャンバに前駆体を供給し、前駆体を凹部の側壁上に吸着させる。前駆体を凹部に吸着させた後、反応チャンバに改質ガス（Ｏ_２ガス等）と阻害ガスを供給する。基板上に配置された前駆体粒子は、反応チャンバに供給された改質ガスと結合する。例示的な一実現例では、シリコン含有前駆体ガスからのシリコン含有前駆体粒子が側壁上に配置され、その後、改質ガスからのＯ^＊ラジカルと結合して、側壁上のシリコン含有前駆体粒子を酸化させることにより、ＳｉＯ_ｘ保護層を形成する。この工程は、保護層の膜厚が制御されるまで繰り返してもよい。

【0055】

ある実施形態では、阻害ガスと改質ガスは、工程５３０の改質段階中供給されるが、工程５３０の吸着段階中は供給されない。他の実施形態では、工程５３０の間中、阻害ガスと改質ガスが連続して供給される。阻害ガスがフッ素含有ガスである場合、フッ素含有ガスのフッ素種がマスク開口部の周辺に付着し、本処理の次の繰返し工程における前駆体の吸着を妨げる。したがって、凹部の側壁に沿って保護膜の膜厚を徐々に低減させることで、マスクの開口部における成膜量を減少し、開口部の閉塞を抑制することができる。

【0056】

ある実施形態では、工程５３０において基板に電気バイアスを供給してもよい。電気バイアスは、エッチング工程５２０及び５４０における電気バイアスよりも小さくてもよい。工程５３０の吸着段階、改質段階、パージ段階、及び保護膜６４０の形成についての更なる詳細については、図７Ａから図７Ｃに関して後述する。

【0057】

工程５３０において上述した工程（１）又は（２）を有する方法を用いて改質ガスからプラズマを発生させ、吸着した前駆体をプラズマに曝して表面反応を生じさせると、エッチング層６１０の凹部の側壁上に、下方に向かうにつれて徐々に膜厚が減少した保護膜６４０が形成される。吸着段階及び／又は改質段階中にフッ素系阻害ガス及び改質ガスを供給することにより、マスク開口部における前駆体の吸着が妨げられる。

【0058】

工程５３０における保護膜６４０形成シーケンス（サイクル）を、制御可能な所定の膜厚が得られるまで繰り返す。したがって、凹部の側壁をボーイングから保護する保護膜が側壁上にあるため、凹部の開口寸法は保持される。上記ボーイングは、従来のエッチング処理に伴う課題である。

【0059】

保護膜６４０の形成後、本処理は工程５４０に進み、工程５２０同様、基板を更にエッチングする。

【0060】

工程５５０において、後続のエッチング工程を実施する前に、側壁を更に保護するために保護膜６４０を追加で形成する必要があるかについて処理回路４００によって判定する。処理回路４００は、本方法に従って処理された数枚の試作基板の分析（例：透過又は走査電子顕微鏡検査、ＴＥＭ又はＳＥＭ）に基づいて、追加の保護膜６４０が必要かどうか判定する。所定の膜厚が得られるサイクル回数が特定されると、その処理を処理レシピに記録する。この処理レシピを用いて、後続の処理バッチで基板を処理するための成膜工程／エッチング工程を制御するように処理回路４００をプログラミングする。

【0061】

後続のエッチング工程中、側壁上に残留して側壁を保護する保護膜６４０の量が不十分である場合（工程５５０でＹＥＳ）、処理は工程５３０に戻り、保護膜を側壁上に追加形成する。一方、工程５５０において、保護膜の量が最終深さに達するまでの更なるエッチング中に側壁を保護するのに十分であると判定された場合（工程５５０でＮＯ）には、本処理は工程５６０に進み、最終深さに達するまでエッチングを継続する。

【0062】

工程５５０における判定は、エッチング処理を繰り返し追加する必要があるかを所定のエッチング時間が経過したかに基づいて処理回路４００が判定する処理に即して、処理回路４００が行ってもよい。そのために、処理回路４００は、工程５４０においてエッチング工程が反復して行われた累積エッチング時間を記録し、累積エッチング時間を所定のエッチング時間と比較してもよい。したがって、累積エッチング時間を記録している処理回路４００は、凹部の側壁上の保護膜を更に補充せずにエッチング工程を更に行うことができるかどうかを判断することができる。

【0063】

工程５６０において、基板のエッチング層６１０を最終深さまで更にエッチングすると、本処理は完了する。このように、工程５３０、５４０、５５０は所定回数繰り返され、工程５５０における判定は、試作基板の製造時と同じ処理条件下で実施された反復回数に基づいて行ってもよい。

【0064】

例示的な一実現例では、処理回路４００は、少なくとも工程５２０から５６０を反応チャンバ３１０内で実施するように制御する。別の実現例では、処理回路４００は、ある反応チャンバ内で保護膜６４０を形成し、別の反応チャンバ内でエッチングを実施するように制御する。

【0065】

更に別の実現例では、処理回路は、第１の反応チャンバ内で初期エッチングを実施し、第２の反応チャンバ内でエッチングを更に繰り返し実施するように制御する。保護膜の形成は、第１の反応チャンバ、第２の反応チャンバ、又は第３の反応チャンバ内で実施してもよい。

【0066】

本開示の例示的な一実現例では、図５に示す処理の実施後、保護膜形成後の側壁の垂直方向中央領域の開口寸法（ＣＤ：critical dimension）は、側壁の上側部分のＣＤよりも小さくなる。更に、凹部の上側部分上に形成された保護膜の膜厚は、エッチング層の凹部の側壁上に形成された保護膜の最大膜厚よりも小さい。

【0067】

本開示の別の例示的な実現例では、図５に示す処理の実施後、異なる種類の阻害ガスを使用することにより、凹部の側壁の下側部分又は中央部分におけるＣＤの成膜量を減少させてもよい。また、Ｃ_ｘＦ_ｙガスの種を変えて、エッチングされた凹部の側壁の下側部分又は中央部分における成膜量を減少させてもよい。

【0068】

図６Ａから図６Ｃは、図５に示す処理が施された基板を示す図である。特に、図６Ａは、マスク層６２０の開口部６３０を介した部分エッチングにより、エッチング層６１０に設けられた凹部を示している。

【0069】

図６Ｂは、エッチング層６１０の凹部の側壁上における保護膜６４０の形成を示している。保護膜６４０は、（１）エッチング層６１０の凹部の側壁表面上に前駆体粒子を吸着させ、（２）反応チャンバ内のガスをパージし、（３）改質ガスと阻害ガスを供給することにより前駆体を保護膜に変換し、（４）反応チャンバ内のガスを再度パージすることによって形成される。前駆体粒子の吸着は、前駆体ガスのプラズマを発生させて行っても、プラズマを発生させずに行ってもよい。反応チャンバ内のガスのパージ工程は、任意選択であってもよい。

【0070】

図６Ｃは、マスク層６２０の開口部６３０を介した更なる部分エッチングによってエッチング層６１０に設けられた凹部を示している。保護膜６４０が形成されているため、図６Ｃの凹部は横方向のエッチングが低減し、ボーイング形状を示していない。

【0071】

図５に関して説明したように、保護膜６４０の形成と基板の更なるエッチングは、エッチング層６１０内の凹部に最終深さが得られるまで繰り返してもよい。

【0072】

エッチング層６１０の材料は限定されない。例えば、エッチング層６１０は、シリコン含有膜、ＳｉＯ_ｘやＳｉＮ等のシリコン含有誘電体膜を含んでもよい。シリコン含有誘電体膜の例としては、ＳｉＯ_ｘとＳｉＮとを交互に積層したもの（ＯＮＯＮ積層体）や、ＳｉＯ_ｘとポリＳｉとを交互に積層したもの（ＯＰＯＰ積層体）等が挙げられる。エッチング層６１０は、有機膜を更に含んでもよい。凹部のアスペクト比は、１０～２０以上、又は３０以上であってもよい。

【0073】

以下の表に、エッチング層、マスク、エッチングガスの材料の組合せ例を示す。

【表1】

【0074】

ただし、エッチング層、マスク、主エッチングガスの材料は限定されない。

【0075】

本開示の別の例示的な実現例では、保護膜６４０の形成中に、酸素含有ガスから発生したプラズマによって有機膜等のエッチング層６１０をエッチングしてもよい。

【0076】

図７Ａから図７Ｃは、保護膜形成の一例のタイミングチャートを示す。

【0077】

図７Ａは、ＲＦ電力、フッ素含有ガス、及び酸素含有ガスを供給する前に、基板に前駆体を供給する第１のタイミングチャートである。特に、吸着期間Ａの間に前駆体を基板表面上に吸着させる。吸着期間が完了すると、前駆体の供給が終了し、改質期間Ｍの間フッ素含有ガスと酸素含有ガスが供給される。特に、改質期間Ｍ（工程５３０）の間、前駆体層と改質ガスのプラズマとの表面反応により保護膜が形成され、フッ素含有ガスのフッ素含有プラズマ等のガス状阻害物質により、パターンの上端部（マスク開口部付近）に阻害物質が形成される。したがって、後続のサイクルではパターンの上端（マスク開口部付近）において前駆体が吸着されにくく、その結果パターンの上端における保護膜の形成が低減する。

【0078】

ＲＦの供給は、酸素含有ガス及びフッ素含有ガスの供給と同期させる。改質期間の完了後、吸着期間Ａを新たに開始してもよい。吸着期間と改質期間は、交互に複数回行ってもよい。

【0079】

チャンバ内部のパージは、吸着と改質との間及び／又は改質後に行ってもよい。

【0080】

ある実施形態では、吸着工程中に使用される前駆体の種類に基づいて、吸着期間と改質期間の両期間でＲＦを供給してもよい。

【0081】

図７Ｂは、吸着期間と改質期間の両期間でフッ素含有ガスと酸素含有ガスを連続して供給する第２のタイミングチャートを示す。特に、基板の表面上に前駆体を吸着させる吸着期間の最初からフッ素含有ガスと酸素含有ガスを供給する。フッ素含有ガスと酸素含有ガスは、吸着期間の間中連続して供給され、次いでＲＦを供給する改質期間の間中も連続して供給される。吸着期間と改質期間の間中、フッ素含有ガスと酸素含有ガスを連続して供給しながら、これらの期間を交互に複数回行ってもよい。

【0082】

別の例示的な実現例では、ＲＦの供給中、フッ素含有ガス又は酸素含有ガスが断続的に供給されてもよい。

【0083】

チャンバ内部のパージは、吸着と改質との間及び／又は改質後に行ってもよい。

【0084】

図７Ｃは、吸着期間と改質期間との間、及び改質期間後にパージを行う処理の一例の第３のタイミングチャートを示す。この例示的処理では、保護膜の形成中、反応チャンバを１０ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力に保持することができる。このチャンバ圧力は一例であり、チャンバ圧力を他の静圧又は動圧に保持してもよい。

【0085】

図７Ｃに示すように、前駆体を吸着期間の初めに供給する。この例示的処理では、前駆体はアミノシランでよく、２秒の吸着期間で２０ｓｃｃｍ供給される。しかし、前駆体は他の材料の組合せでもよく、異なる流量で供給されてもよい。更に、吸着期間の長さは異なってもよい。

【0086】

吸着期間の開始時に、フッ素含有ガスと酸素含有ガスも供給される。フッ素含有ガスと酸素含有ガスを連続して供給する。この例示的処理では、フッ素含有ガス（例えばＣＦ_４）が１００ｓｃｃｍで連続して供給され、酸素含有ガス（Ｏ_２ガス）が３００ｓｃｃｍで連続して供給される。しかし、他の形態のフッ素含有ガスと酸素含有ガスを異なる流量で供給してもよい。

【0087】

吸着期間が終了すると、反応チャンバ内のフッ素含有ガスと酸素含有ガスをパージする第１のパージ期間が実施される。この例示的処理では、第１のパージ期間の長さは１．５秒である。しかし、第１のパージ期間の長さは異なってもよい。フッ素含有ガスと酸素含有ガスの供給は、第１のパージ期間の間中継続して行ってもよい。或いは、フッ素含有ガスと酸素含有ガスの供給を第１のパージ期間の開始時に一時停止し、第１のパージ期間の終了時に再開してもよい。

【0088】

第１のパージ期間の完了後、ＲＦ電力が供給される改質期間が実施される。フッ素含有ガスと酸素含有ガスは、この改質期間の間中連続して供給される。この例示的処理では、改質期間の長さは１秒である。しかし、改質期間の長さは異なってもよい。この例示的処理では、ＲＦ電力は６０ＭＨｚの連続波又は２０ｋＨｚのパルス波として供給してもよい。しかし、他のＲＦ電力値、波形スタイル、周波数を用いてもよい。

【0089】

改質期間の完了後、反応チャンバ内のフッ素含有ガスと酸素含有ガスをパージする第２のパージ期間が実施される。この例示的処理では、第２のパージ期間の長さは１秒である。しかし、第２のパージ期間の長さは異なってもよい。フッ素含有ガスと酸素含有ガスの供給は、第２のパージ期間の間中継続して行ってもよい。或いは、フッ素含有ガスと酸素含有ガスの供給を第２のパージ期間の開始時に一時停止し、第２のパージ期間の終了時に再開してもよい。

【0090】

第２のパージ期間の完了後、このサイクルを次の吸着期間から再開してもよい。この例示的処理のサイクルは、保護膜の膜厚が制御されるまで行ってもよい。一例として、保護膜の膜圧を制御するために吸着／第の１パージ／改質／第２のパージのサイクルを５０回行ってもよい。

【0091】

図８は、マスクの開口部における側壁のＣＤに関する本開示の実施形態の効果を示す。特に、図８は、凹部のＣＤ（単位：ｎｍ）に対する凹部の深さＺ（単位：μｍ、マスクの開口部を０とし、マスク表面から凹部の底面まで測定）を示している。図８は、エッチングされた基板（「初期」）、従来のサブコンフォーマルＡＬＤ処理を用いた基準基板（「基準」）、及び保護膜形成の間中ＣＦ_４が連続して供給される本開示によるサブコンフォーマルＡＬＤ処理を用いた基板（「ｗ／ＣＦ_４」）のデータを更に示している。

【0092】

図８に示すように、側壁のＣＤは、サブコンフォーマルＡＬＤ処理を適用した場合、マスクの開口部に近づくほど（深さが０に近づくほど）異なる割合で変化している。

【0093】

初期基板とは、フルオロカーボンガス等でエッチングを行った後、且つサブコンフォーマルＡＬＤ成膜を行う前の状態の基板である。

【0094】

基準基板では、側壁の中央部分から上側部分にかけて（－０．５μｍから０μｍ）マスクの開口部に近づくにつれてＣＤが減少している。これは、従来のサブコンフォーマルＡＬＤ処理の結果、保護膜の膜厚が増大したためである。

【0095】

一方、本開示に従ってサブコンフォーマルＡＬＤ処理中にＣＦ_４を供給した場合、側壁の中央部分から上側部分にかけて（－０．５μｍから０μｍ）マスクの開口部に近づくにつれて凹部のＣＤは増大し続けている（ｗ／ＣＦ_４）。

【0096】

したがって、図８に示すように、サブコンフォーマルＡＬＤ処理を適用し、サブコンフォーマルＡＬＤ処理の間中ＣＦ_４を連続して供給することで、マスク上に形成される保護膜の膜厚を低減させるように制御することができる。ＡＬＤ（サブコンフォーマルＡＬＤ）処理においてＣＦ_４を添加することにより、マスクの開口部における成膜量を減少させることができる。したがって、フッ素含有ガス（例えばＣＦ_４）が処理中に供給されない基準のサブコンフォーマルＡＬＤ処理と比較して、開口部の閉塞を抑制することができる。

【0097】

特に、側方エッチングが生じやすい部分（例：マスク直下）には膜が厚く形成され、マスク上には膜が薄く形成される。その結果、マスク開口部の縮小が抑制され、膜厚の分布が制御されることにより、凹部の形状が改善される。

【0098】

更に、本開示は、側方エッチングが生じやすい部分では膜が厚く、それ以外の部分、例えばマスク及び／又は凹部の底面では膜が薄くなるように形成するエッチング技術を提供する。また、本開示に係るサブコンフォーマルＡＬＤ処理では、側方エッチングによる凹部のボーイングの発生を抑制しつつ、過剰エッチングにより凹部の底部を拡径することができる。

【0099】

図９Ａから図９Ｃは、エッチング層の凹部の底面にも保護膜が形成される本開示の他の実施形態を示す。図５に示す処理の改変形態を用いて図９Ａから図９Ｃに示す凹部を形成することができる。

【0100】

具体的には、工程５１０において、エッチング層９１０と、エッチング層９１０上に配置されたマスク９２０とを有する基板が提供される。工程５２０において、処理回路４００は、マスク開口部９３０を介してエッチング層９１０を部分的にエッチングするように、エッチング装置３００を制御する。

【0101】

工程５３０において、処理回路４００は、基板上に保護膜９４０を形成するようにエッチング装置３００を制御する。この場合、処理回路４００は、エッチング層９１０の側壁上だけでなく凹部の底面上にも保護膜９４０を形成するようにエッチング装置３００を制御する。工程５４０において、保護膜の底面をエッチングし、エッチング層９１０を更にエッチングしてエッチング層の深さを増大させるように、工程５２０と同様に基板を更にエッチングする。工程５５０において、凹部の側壁を十分に保護するために保護膜９４０を追加で形成する必要があるかについて処理回路４００によって判定する。本発明者らが認識しているように、保護層の存在は、シリコン含有層の凹部の側壁が比較的低エネルギーのイオン衝突によって除去されることを防止する効果がある。一方、凹部の底面に当たるイオンは高エネルギーを有し、したがって凹部の底面に保護層が形成されていても、その底面を除去（エッチング）できる。したがって、保護層は、側壁をかすめる程度の低エネルギーのイオンでは除去されない程度に化学的に十分に強く、側壁の望ましくないエッチングに対しては優先的に側壁を保護する。一方、凹部の底部に直接衝突する高イオンは、凹部の底部の保護層をエッチングするのに十分な高エネルギーを有する。したがって、側壁のボーイングが抑制された高アスペクト比の凹部をエッチングすることが可能になる。

【0102】

保護膜６４０が更に必要な場合（工程５５０でＹＥＳ）、本処理は工程５３０に戻る。保護膜６４０が更に必要でない場合（工程５５０でＮＯ）、本処理は工程５６０に進む。工程５６０において、基板のエッチング層９１０を最終深さまで更にエッチングすると、本処理は完了する。

【0103】

図５及び図６Ａから図６Ｃに関して上記で述べたように、保護膜９４０は、（１）エッチング層９１０の凹部の側壁面及び底面上に前駆体を吸着させ、（２）反応チャンバ内のガスをパージし、（３）前駆体を保護膜に変換し、（４）反応チャンバ内のガスを再度パージすることによって形成される。前駆体の吸着は、前駆体ガスのプラズマを発生させて行っても、プラズマを発生させずに行ってもよい。反応チャンバ内のガスのパージ工程は、任意選択であってもよい。更に、阻害ガスと改質ガスは、パージ中も連続して供給してもよいし、パージ前に停止し、パージ後に再開してもよい。別の例では、サブコンフォーマルＡＬＤ又はＡＬＤのいずれかにおいて、前駆体の吸着後、改質ガス（例：酸素含有ガス）からプラズマを発生させて改質を行ってもよい。その後、阻害ガスを供給してプラズマを形成し、そのプラズマに基板を曝してもよい。

【0104】

図９Ａから図９Ｃの保護膜９４０を形成する例示的実施形態では、前駆体の供給時間及び／又は改質時間は、図６Ａから図６Ｃの保護膜６４０の形成に関して説明したサブコンフォーマルＡＬＤ処理における前駆体の供給時間及び／又は改質時間よりも長くなる。

【0105】

本開示の主題の実施形態について説明してきたが、上記は単なる例示にすぎず、限定ではなく、例によって示されたものにすぎないことが当業者には理解されるであろう。したがって、本明細書では特定の構成について述べてきたが、他の構成も採用可能である。多数の改変例及び他の実施形態（例えば、組合せ、配置変更等）が本開示から可能であり、それらは当業者の範囲に含まれ、本開示の主題及びそのいかなる等価物の範囲にも包含されることが企図される。本開示の実施形態の特徴を本発明の範囲内で組み合わせ、配置変更し、又は省略する等によって更なる実施形態を得ることができる。更に、特定の特徴のみを使用し、他の特徴を対応させて使用しない場合もある。したがって、本出願人は、本開示の主題の精神及び範囲内に含まれるかかる代替例、改変例、等価物、及び変形例を全て包括することを意図する。

【符号の説明】

【0106】

Ｗ…基板、１００…積層体、１１０…基板、１２０…エッチング層、１３０…マスク、１４０…領域、２００…基板処理システム、２１２、２１４、２１６、２１８…ロードポート、２２０…ローダ装置、２２２…ローダロボット、２３２、２３４…ロードロック室、２４０…搬送装置、２４２…搬送ロボット、２５２、２５４、２５６、２５８、３００…エッチング装置、２６０…制御部、３１０…反応チャンバ、３１２…プラズマ、３２０…基部、３２２…静電チャック、３３０…上部電極、３４０…第１のＲＦ電源、３５０…第２のＲＦ電源、３６０…ガス源、３７０…排気装置、３８０…可変ＤＣ電源、４００…処理回路、４０１…ＣＰＵ、４０２…メモリ、４０４…記憶媒体ディスク、４０６…ネットワーク制御部、４０８…表示装置制御部、４１０…表示装置、４１２…汎用Ｉ／Ｏインターフェース、４１４…キーボード／マウス、４１６…タッチパネル、４１８…周辺機器、４２４…汎用記憶装置制御部、４２６…通信バス、４２８…ネットワーク、６１０…エッチング層、６２０…マスク層、６３０…開口部、６４０…保護膜、９１０…エッチング層、９２０…マスク、９３０…マスク開口部、９４０…保護膜。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】