特許 7577865 プラズマ処理方法

(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】2024-10-25

(45)【発行日】2024-11-05

(54)【発明の名称】プラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20241028BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023541019

(86)(22)【出願日】2022-04-18

(86)【国際出願番号】 JP2022017986

(87)【国際公開番号】W WO2023203591

(87)【国際公開日】2023-10-26

【審査請求日】2023-07-05

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】弁理士法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】劉 嘉輝

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 勇人

(72)【発明者】

【氏名】宇根 聡

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 真史

(72)【発明者】

【氏名】山本 祐也

【審査官】原島 啓一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－３４４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１６０６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１２２２５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２２１４４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２７３７０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－８７６２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３１２－２１／３２１３

Ｈ０１Ｌ ２１／３６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９－２１／４７５

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２１／８６

Ｈ０１Ｌ ２３／５２２

Ｈ０１Ｌ ２３／５３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マスクに形成された保護膜を用いて被エッチング膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、
シリコン元素含有ガスと酸素元素含有ガスと窒素元素含有ガスと水素元素含有ガスの混合ガスにより生成されたプラズマを用いて前記マスクに前記保護膜を形成するステップを有し、
前記ステップは、前記被エッチング膜が成膜された試料に高周波電力を供給しながら前記保護膜を形成し、
前記プラズマを生成する高周波電力および前記試料に供給される高周波電力はパルス変調され、
前記試料に供給される高周波電力のデューティー比は、前記プラズマを生成するための高周波電力のデューティー比より小さく、
前記試料に供給される高周波電力のオン期間は、前記プラズマを生成するための高周波電力のオン期間に含まれていることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項2】

マスクに形成された保護膜を用いて被エッチング膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、
ＳｉＣｌ _４ ガスとＯ _２ ガスとＨＢｒガスとＮ _２ ガスの混合ガスにより生成されたプラズマを用いて前記マスクに前記保護膜を形成するステップを有することを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項3】

請求項１に記載のプラズマ処理方法において、
前記水素元素含有ガスは、Ｈ_２ガス、ＨＢｒガスまたはＣＨ_４ガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項4】

請求項１に記載のプラズマ処理方法において、
前記酸素元素含有ガスは、Ｏ_２ガス、ＣＯガス、ＣＯ_２ガス、ＣＯＳガスまたはＳＯ_２ガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項5】

請求項２に記載のプラズマ処理方法において、
前記ステップは、前記被エッチング膜が成膜された試料に高周波電力を供給しながら前記保護膜を形成し、
前記プラズマを生成する高周波電力および前記試料に供給される高周波電力はパルス変調されていることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項6】

請求項５に記載のプラズマ処理方法において、
前記試料に供給される高周波電力のデューティー比は、前記プラズマを生成するための高周波電力のデューティー比より小さく、
前記試料に供給される高周波電力のオン期間は、前記プラズマを生成するための高周波電力のオン期間に含まれることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項7】

請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理方法において、
前記マスクのパターンは、１５ｎｍ以下の間隔で離間したパターンであることを特徴とするプラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造工程において、基板上に形成された酸化膜や窒化膜からなるパターン状のマスクを用いて、基板上の被エッチング膜をエッチングするプラズマ処理方法が知られている。パターン状のマスクはエッチング工程の後に除去することなく、他の目的に使用することがあるため、エッチングする際にマスクに損傷を与えないことが必要となっている。このため、パターン状のマスクに保護膜を堆積させてた上でエッチングする手法が用いられている。このため、かかるプラズマ処理方法では、マスクに保護膜を形成する工程と、エッチングする工程が含まれることになる。

【0003】

保護膜を堆積したマスクを用いてエッチングする方法としては、特許文献１に開示されたエッチング方法が提案されている。特許文献１に開示された発明は、処理チャンバ内の基台上に載置された炭化珪素基板をエッチングするエッチング方法であって、炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、少なくともＳｉＦ_４ガス又はＳｉＣｌ_４ガスを含むシリコン系ガス、並びに酸素ガス又は窒素ガスを含む処理ガスを、処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として炭化珪素基板に形成しつつ炭化珪素基板をエッチングするものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－２３９７５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところがセルサイズの小型化とラインアンドスペースの微細化などに伴い、マスクパターン間のスペース間隔が狭くなると、プラズマを用いて保護膜を堆積させるときに基板の横方向（面方向）に成長した保護膜が、マスクパターンの開口部を閉塞してしまうケースが見出された。このため、プラズマによりエッチングを行おうとしても、開口部に堆積した保護膜によりプラズマが前記スペースに入りこむことが妨げられ、被エッチング膜にエッチングを十分に行うことができないという課題が生じる。
特許文献１のエッチング技術においても、マスクパターン間のスペースが保護膜で閉塞される課題認識は開示されていない。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、基板表面に平行な方向へ保護膜が堆積してマスクパターンの開口部が閉塞されることを抑制し、狭スペースであってもパターン加工が改善されるプラズマ処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、代表的な本発明のプラズマ処理方法の一つは、マスクに形成された保護膜を用いて被エッチング膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、シリコン元素含有ガスと酸素元素含有ガスと窒素元素含有ガスと水素元素含有ガスの混合ガスにより生成されたプラズマを用いて前記マスクに前記保護膜を形成するステップを有する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、基板表面に平行な方向へ保護膜が堆積してマスクパターンの開口部が閉塞されることを抑制し、狭スペースであってもパターン加工が改善される。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施をするための形態における説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理方法が行われるプラズマ処理装置の概略図である。

【図2】図２は、本発明の第１実施形態において水素元素を含有したガスを使用する場合における保護膜形成の模式図である。

【図3A】図３Ａは、本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理方法が行われる被処理基板の断面の模式図である。

【図3B】図３Ｂは、本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理方法における保護膜形成ステップ後の被処理基板の断面の模式図である。

【図3C】図３Ｃは、本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理方法におけるエッチングステップ後の被処理基板の断面の模式図である。

【図3D】図３Ｄは、第２実施形態において保護膜２０４が形成される仕組みを示す概念図である。

【図4】図４は、本発明の第２実施形態にかかる保護膜形成条件を示す図である。

【図5A】図５Ａは、本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理方法における保護膜形成ステップ後の被処理基板の断面の概略図である。

【図5B】図５Ｂは、第２実施形態において保護膜２０７が形成される仕組みを示す概念図である。

【図6】図６は、従来の保護膜形成ステップを適用した場合の被処理基板の断面の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

【0011】

本発明の実施形態において、一例として、マスクは、窒化シリコンや酸化シリコンによって構成される。マスクパターンは所定間隔で離間したスペースを形成する。

【0012】

また、本発明の実施形態において、被処理基板（以下、「試料」ともいう。）上に、被エッチング膜として、例えば窒化シリコン膜が形成されており、窒化シリコン膜の表面には、上述のマスクが形成されている。したがって、被エッチング膜である窒化シリコン膜は、マスクのパターンにしたがってエッチングされる。本開示において特に断りのない限り、表面とは窒化シリコン膜などの被処理膜の面に平行な面を意味する。
また、本発明の実施形態において、電力の時間変調は、電力の出力のオン状態とオフ状態が周期的に行われることを意味する。以下、時間変調を「パルス変調」ともいう。

【0013】

＜従来例＞
図６を参照して、従来例を適用した場合を説明する。図６は、従来の保護膜形成ステップを適用した場合の被処理基板の断面の模式図である。被処理基板２０９は、ウエハ基板２０１上に被エッチング膜としての窒化シリコン膜２０３が形成されており、窒化シリコン膜２０３の表面にはマスク２０２のパターンが形成されている。

【0014】

次に、マスク２０２の上面に保護膜２０６を形成するために、処理ガスとしてＳｉＣｌ_４ガス、Ｎ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ｈｅガスを用い、シリコンの酸化物や窒化物をプラズマ中で生成し、マスク２０２の上面に保護膜２０６を堆積させる。
なお、ここで使用したＨｅガスはウエハ面内に堆積する保護膜２０６がウエハ面の中心部と周辺部とで均一に分布させるための分布調整の機能を果たしており、保護膜２０６の性質には影響しない。従来の保護膜形成ステップでは、保護膜２０６はマスク２０２の上面だけでなく開口部２０８にも堆積し、パターンの閉塞を生じさせる。
そのため、そのまま続けてエッチングステップを行う場合、窒化シリコン膜２０３に所望のエッチングをすることができない。マスク２０２のパターンの開口部２０８の間隔ｄが少なくとも１５ｎｍよりも狭いスペースの場合に、酸化物等が堆積して目詰まりが発生する現象が確認された。

【0015】

［第１実施形態］
図１は、本発明の実施形態にかかるプラズマ処理方法が行われるプラズマ処理装置１００の概略図である。プラズマ処理装置１００は、マイクロ波電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）を用いてプラズマを生成し、この生成されたプラズマによりプラズマ処理を行う装置である。

【0016】

＜装置の構成＞
処理室１０１は、チャンバ１０２と天板１０３によって囲まれる空間である。処理室１０１には、処理ガスを導入するためのシャワープレート１０４が設置される。シャワープレート１０４には孔が設けられており、孔から処理ガスが導入される。シャワープレート１０４の材料として、例えば石英が挙げられる。真空排気用ポンプ１０５は、制御ユニット１０７によって制御される。真空排気用ポンプ１０５は、処理室１０１内を高真空に排気する。試料台１０８は電極を備えている。電極を用いて被処理基板１０９を静電吸着することによって、載置された被処理基板１０９が保持される。また、試料台１０８の電極には、後述するようにバイアス電力が供給される。試料台１０８の材料としては、例えばアルミまたはチタンが挙げられる。

【0017】

空洞共振部１１０は、天板１０３とチャンバ１１１によって囲まれる空間である。天板１０３の材料としては、例えば石英が挙げられる。空洞共振部１１０には導波管１１２が接続される。導波管１１２は、導波管が直線状に敷設された直線導波管と導波管を９０度曲げて敷設されたコーナー導波管によって構成される。

【0018】

なお、導波管１１２のうち空洞共振部１１０の開口に接続する直線導波管部分、処理室１０１、試料台１０８及び被処理基板１０９の中心軸は一致している。また、処理室１０１と空洞共振部１１０の周囲には、磁場を発生させるための磁場発生コイル１１３が配置される。

【0019】

＜プラズマ発生＞
制御部１１４は、ソース電力電源１１５とバイアス電力電源１１６を制御する。プラズマを生成するためのソース電力と被処理基板１０９に供給されるバイアス電力を設定して被処理基板１０９をエッチングする。以下、ソース電力とバイアス電力を、単に高周波電力ともいう。

【0020】

ソース電力電源１１５は、整合器１１７を介して電磁波を発生させる。ソース電力電源１１５は、電力発振の連続オン［Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ］のＣＷモードと電力発振のオン／オフをミリ秒オーダーで周期的に繰り返す時間変調［Ｔｉｍｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ］のモードを有する。本発明において、電磁波は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波である。また、第１実施形態において、ソース電力電源１１５は、ＣＷモードでソース電力を出力する。ソース電力は、プラズマを生成するための電力である。ソース電力電源１１５によって発生された電磁波は、導波管１１２を伝播し、空洞共振部１１０、天板１０３、シャワープレート１０４を経由して処理室１０１に導入される。電磁波によって発生した電場と磁場発生コイル１１３によって発生した磁場によって、処理室１０１に存在する処理ガスから、プラズマ１１９が発生する。

【0021】

試料台１０８に備えられた電極には、整合器１１８を介してバイアス電力電源１１６からバイアス電力Ｗｖが供給される。バイアス電力電源１１６は、バイアス電力の連続オン［Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ］のＣＷモードとバイアスのオン／オフをミリ秒オーダーで周期的に繰り返す時間変調［Ｔｉｍｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ］のモードを有する。

【0022】

＜水素元素含有ガス使用例＞
図２は、第１実施形態において水素元素を含有したガスを使用する場合における保護膜形成の模式図である。第１実施形態に使用する処理ガスとして、ＳｉＣｌ_４ガス、Ｎ_２ガス、Ｏ_２ガスに、Ｎ_２ガスの流量とＯ_２ガスの流量を合計した流量の３倍の流量のＨＢｒガスを導入した。ソース電力およびバイアス電力は、ＣＷモードである。

【0023】

その結果、図２に示されるように、保護膜２０７が１５ｎｍより厚くなることにより傾きが発生し、保護膜同士の接触が発生した。ＣＷモードを使用しているため過剰に保護膜が付着し、保護膜の形成が不均一になることで傾きが発生すると考えられる。保護膜形成ステップの後のステップにおいて窒化シリコン膜２０３のエッチング加工はできるものの、開口部２０８において保護膜同士が接触していることを原因として、窒化シリコン膜２０３の加工度合いにバラツキが発生した。なお、堆積量を減らすことでパターン同士の接触は防ぐことができるものの、保護膜の傾きを回避するためにはおよそ１５ｎｍまでの堆積が限度である。なお、水素元素を含有するガスとしてＣＨ_４を使用した時にも同様な結果となった。

【0024】

［第２実施形態］
第２実施形態としてプラズマ１１９は、シリコン元素含有ガスと酸素元素含有ガスと窒素元素含有ガスと水素元素含有ガスの混合ガスから生成される。プラズマ１１９が生成される混合ガス（以下、「処理ガス」ともいう。）に関して、エッチング種としては、プラズマ１１９から放出されるイオンおよび電子の荷電粒子及び中性粒子を用いることができる。例えば、反応ガスとして、Ｃｌ_２、ＨＢｒ、Ｏ_２、Ｎ_２、Ｈｅ、Ａｒ、ＳｉＣｌ_４、ＣＨ_４などから選択することが可能である。第２実施形態において、バイアス電力電源１１６は、ＴＭモードでバイアス電力を出力する点で、第１実施形態と異なる。プラズマに含まれるイオンは、ウエハに供給された電力に応じてエネルギーを制御されながら、被処理基板１０９に付着したラジカルとともにエッチング反応に寄与する。なお、第２実施形態の説明において、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

【0025】

次にプラズマ処理装置１００を用いた本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理方法について、図３Ａから図３Ｃを用いて説明する。図３Ａは、本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理方法が行われる被処理基板１０９の断面の模式図である。被処理基板１０９は、ウエハ基板２０１に被エッチング膜である窒化シリコン膜２０３が製膜され、さらに窒化シリコンのマスク２０２が形成されている。マスク２０２のパターンは、被処理基板１０９が形成される前にプロセス処理によってあらかじめ形成される。本発明の実施形態において、マスク２０２のパターンにおける開口部２０８の間隔ｄは、およそ１５ｎｍである。第２実施形態において、保護膜２０４は酸化シリコンまたは窒化シリコンであり、処理ガスに含まれるシリコンが保護膜２０４の堆積成分となる。

【0026】

なお、本発明にかかるプラズマ処理方法は、被エッチング膜上にマスクが形成されている状態で行われる。図３Ａはウエハ基板２０１の表面に被エッチング膜およびマスクが形成された例を示すが、被エッチング膜およびマスクが存在している状態下で、本発明に係るプラズマ処理方法は適用可能である。また、第２実施形態においては被エッチング膜とマスクは同じ材料であるが、本発明はこれに限られない。例えば、被エッチング膜の材料を酸化シリコン、マスクの材料を窒化シリコンとすることも可能である。あるいは、被エッチング膜の材料を窒化シリコン、マスクの材料を酸化シリコンとすることも可能である。

【0027】

図３Ｂは、本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理方法における保護膜形成ステップ後の被処理基板１０９の断面の模式図である。保護膜形成ステップにおいて、プラズマを用いてマスクに保護膜が形成される。保護膜形成ステップにおいて、試料にバイアス電力電源１１６から高周波電力を供給しながら、保護膜が形成される。図３Ｂに示されるように、マスク２０２の表面に厚さｗ１がおおよそ１５ｎｍの保護膜２０４が堆積される。ここで、表面は、ウエハ基板２０１の表面に平行な面を指す。マスク２０２の側面、いいかえると、ウエハ基板２０１の沿面（法面）に平行な面には、保護膜２０４はほとんど形成されない。ここで、処理ガスは、ＳｉＣｌ_４ガス、Ｎ_２ガス、および酸素元素を含有するガスおよび水素元素を含有するガスである。水素元素を含有するガスとしては、Ｈ_２ガス、ＨＢｒガスまたはＣＨ_４ガスであり、Ｈ_２ガス、ＨＢｒガスまたはＣＨ_４ガスのうちの少なくともいずれかを含むものであってもよい。酸素元素を含有するガスとしては、Ｏ_２ガス、ＣＯガス、ＣＯ_２ガス、ＣＯＳガスまたはＳＯ_２ガスであり、Ｏ_２ガス、ＣＯガス、ＣＯ_２ガス、ＣＯＳガス、ＳＯ_２ガスの少なくともいずれかを含むものであってもよい。処理ガスとして、例えば、ＳｉＣｌ_４ガスとＯ_２ガスとＨＢｒガスとＮ_２ガスの混合ガスがある。

【0028】

図３Ｃは、本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理方法におけるエッチングステップ後の被処理基板１０９の断面の模式図である。エッチングステップは、所定の厚さの保護膜２０４が形成された後に行われるプラズマエッチングである。図３Ｃに示されるように、被エッチング膜である窒化シリコン膜２０３に所定の深さを持つトレンチ２０５が形成される。第２実施形態において、プラズマエッチングの処理ガスはＣＨＦ_３ガス、Ｏ_２ガスが用いられる。エッチングステップによって保護膜２０４も除去されるが、保護膜２０４が形成されているため、保護膜２０４の下にあるマスク２０２のエッチングは抑制される。

【0029】

＜作用・効果＞
図３Ｄは、第２実施形態において保護膜２０４が形成される仕組みを示す概念図である。図３Ｄ（１）を参照して、想定される第１の現象を説明する。まず、処理ガスに含まれるシリコンと酸素または窒素が結合し、マスク２０２の表面に保護膜２０４が堆積し始める。一方、マスク２０２のパターン間のスペース部分では、プラズマに含まれるほかの元素の原子半径と比較して原子半径の小さい水素が入り込み易く、水素が多く滞在していると考えられる。かかるスペース部分に滞在する水素がＮやＯと結合して、シリコンと結合していたＮやＯが乖離する。このような水素の還元作用で、マスク２０２のスペース部分に関して保護膜の成長が抑制され、一方でマスク２０２の表面では、保護膜の堆積が進行していく。また、図３Ｄ（２）を参照して、想定される第２の現象を説明する。Ｈと結合して乖離したＮやＯがＨなどと再結合し安定的な分子になることで、保護膜表面に付着することが起こりにくくなる。第１の現象と第２の現象の相乗効果によって、スペース部分に関する保護膜の成長が抑制されていると考えられる。

【0030】

＜ソース電力およびバイアス電力の時間変調モード＞
また、第２実施形態は、ソース電力およびバイアス電力を時間変調モードにすることも可能である。

【0031】

図４は、本発明の第２実施形態にかかる保護膜形成条件を示す図である。バイアス電力は、ソース電力の時間変調に関連付けて時間変調される。図４は、ソース電力Ｗｓとバイアス電力Ｗｖのオン（ＯＮ）状態とオフ（ＯＦＦ）状態の関係を示す。ソース電力Ｗｓはパルス状に周期的に供給される。図４に示されるように、時間ｔ_ｓ１から時間ｔ_ｓ２の間はオン状態の期間（以下、「オン期間」ともいう。）であり、時間ｔ_ｓ２から時間ｔ_ｓ３の間はオフ状態の期間（以下、「オフ期間」ともいう。）であり、時間ｔ_ｓ３から時間ｔ_ｓ４の間はオン期間、というように周期的に供給される。ソース電力のデューティ比Ｄｓは、Ｄs＝（ｔ_ｓ２―ｔ_ｓ１）／（ｔ_ｓ３―ｔ_ｓ１）である。また、バイアス電力もパルス状に周期的に供給され、時間ｔ_ｖ１から時間ｔ_ｖ２の間はオン期間であり、時間ｔ_ｖ２から時間ｔ _ｖ3 の間はオフ期間であり、時間ｔ _ｖ３ から時間ｔ _ｖ4 の間はオン期間である。バイアス電力のデューティ比Ｄｖは、Ｄｖ＝（ｔ_ｖ２―ｔ_ｖ１）／（ｔ_ｖ３―ｔ_ｖ１）である。図４から明らかなように、バイアス電力のオン期間はソース電力のオン期間に含まれ、バイアス電力のデューティ比Ｄｖはソース電力のデューティ比Ｄｓより小さくなるように設定される。

【0032】

また、図４に示されるように、ソース電力Ｗｓのオン期間において、バイアス電力Ｗｖがオンになる。ソース電力の周波数とバイアス電力の周波数は同一に設定される。

【0033】

図５Ａは、本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理方法における保護膜形成ステップ後の被処理基板１０９の断面の概略図である。保護膜２０７の厚さｗ２は、第１実施形態における保護膜２０４の厚さｗ１よりも大きく、おおよそ３０ｎｍの厚さまで傾きのない保護膜を形成することができた。

【0034】

＜作用・効果＞
図５Ｂは、第２実施形態において保護膜２０７が形成される仕組みを示す概念図である。図５Ｂ（１）は、ソース電力がオン期間となりプラズマが生成される期間中にバイアス電力もオンとし（例として図４においてｔ_ｖ１からｔ_ｖ２の間）、イオンが保護膜２０７に物理衝突することで保護膜２０７の表面が平坦化されるように形成される様子を示す。図５Ｂ（２）は、ソース電力がオン期間中にバイアス電力をオフとし（例として図４においてｔ_ｖ２からｔ_ｓ２の間）、等方的に保護膜を付着させる様子を示す。図５Ｂ（３）は、ソース電力がオフ期間にバイアス電力もオフとし（例として図４においてｔ_ｓ２からｔ_ｓ３の間）、保護膜の形成反応を抑えるとともに、過剰にできた反応生成物が付着して成長方向が垂直からずれてしまわないように排気除去する様子を示す。
こうした３つのプロセスが繰り返されることで、傾きなく保護膜２０７が形成される。その際ソース電力の時間変調とバイアス電力の時間変調が図４に示されるように関連付けられる。特にソース電力のデューティ比Ｄｓは、バイアス電力のデューティ比Ｄｖよりも大きく設定される。

【0035】

このようにして、第２実施形態によれば、基板表面に平行な方向への保護膜の堆積が抑制されることにより、マスクパターンの開口部２０８の閉塞を改善し、狭スペースのパターンを選択性良く加工することができる。

【0036】

第１実施形態及び第２実施形態において、マスクパターンの間隔ｄが１５ｎｍである場合を説明した。１５ｎｍ以下である場合、本願発明に係るプラズマ処理方法が好適に適用される。

【0037】

上記した実施形態は、本発明をわかりやすく説明するために説明したものであり、必ずしも前述に説明した全ての構成を揃えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成に置き換えることが可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0038】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

【0039】

例えば、第１実施形態及び第２実施形態において、図１に示したマイクロ波ＥＣＲ方式のプラズマ処理装置を用いたが、ＣＣＰ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式等の他のプラズマ源を用いたプラズマ処理装置においても、圧力やガス流量やガス比、バイアス電力と周波数などを調整することで同様な効果を得ることが出来る。

【符号の説明】

【0040】

１００…プラズマ処理装置、１０１…処理室、１０２…チャンバ、１０３…天板
１０４…シャワープレート、１０５…真空排気用ポンプ、１０７…制御ユニット
１０８…試料台、１０９…被処理基板
１１０…空洞共振部、１１１…チャンバ、１１２…導波管
１１３…磁場発生コイル、１１４…制御部
１１５…ソース電力電源、１１６…バイアス電力電源
１１７、１１８…整合器、１１９…プラズマ
２０１… ウエハ基板、２０２…マスク、２０３…窒化シリコン膜
２０４、２０６、２０７…保護膜、２０５…トレンチ
２０８…開口部、２０９…被処理基板

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】