JP2021034503A - エッチングする方法、デバイス製造方法、及びプラズマ処理装置 - Google Patents

エッチングする方法、デバイス製造方法、及びプラズマ処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】異なる幅を有する開口を膜に形成するプラズマエッチングにおいて、膜のエッチングレートの低下を抑制しつつ、広い幅の開口の形成のための膜のエッチングの停止を抑制し、且つ、マスクに対する膜のエッチングの選択性を高めることが可能な方法を提供する。【解決手段】例示的実施形態に係る方法では、第１の処理ガスを用いた第１のプラズマエッチング及び第２の処理ガスを用いた第２のプラズマエッチングが交互に繰り返される。第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、フルオロカーボンガスを含む。第１のプラズマエッチング及び第２のプラズマエッチングでは、基板にイオンを引き込むために高周波電力が利用される。第１の処理ガスは、窒素又は硫黄及びフッ素のソースである添加ガスを更に含む。第１の処理ガスにおいて、添加ガスの流量はフルオロカーボンガスの流量よりも少ない。【選択図】図１

Description

本開示の例示的実施形態は、エッチングする方法、デバイス製造方法、及びプラズマ処理装置に関するものである。
マスクのパターンを膜に転写するために、プラズマエッチングが用いられている。プラズマエッチングでは、開口を画成する側壁面を保護しつつ、膜をエッチングすることが求められる。そのために、保護膜形成ガス及びエッチングガスの混合ガスを用いたプラズマエッチングを行われる。このようなプラズマエッチングについては、下記の特許文献１に記載されている。
国際公開第２００３／０３０２３９号
異なる幅を有する開口を膜に形成するプラズマエッチングにおいて、膜のエッチングレートの低下を抑制しつつ、広い幅の開口の形成のための膜のエッチングの停止を抑制し、且つ、マスクに対する膜のエッチングの選択性を高めることが求められている。
一つの例示的実施形態において、基板の膜をエッチングする方法が提供される。基板は、膜及びマスクを有する。基板の膜は、フッ素化学種によりエッチング可能な膜である。マスクは、膜上に設けられている。マスクは、基板内の第１の領域において、基板内の第２の領域で提供する開口の幅よりも大きい幅を有する開口を提供する。方法は、フルオロカーボンガスを含む第１の処理ガスのプラズマを用いて膜に対する第１のプラズマエッチングを実行する工程を含む。方法は、フルオロカーボンガスを含む第２の処理ガスのプラズマを用いて膜に対する第２のプラズマエッチングを実行する工程を更に含む。第１のプラズマエッチングを実行する工程と第２のプラズマエッチングを実行する工程が交互に繰り返される。第１のプラズマエッチングを実行する工程と第２のプラズマエッチングを実行する工程の双方において、イオンを基板に引き込んで膜をエッチングするために、基板を支持する基板支持器の下部電極に高周波電力が供給される。第１の処理ガスは、窒素又は硫黄及びフッ素のソースである添加ガスを更に含む。第１の処理ガスにおける添加ガスの流量は、第１の処理ガスにおけるフルオロカーボンガスの流量よりも少ない。
一つの例示的実施形態によれば、異なる幅を有する開口を膜に形成するプラズマエッチングにおいて、膜のエッチングレートの低下を抑制しつつ、広い幅の開口の形成のための膜のエッチングの停止を抑制することが可能となる。また、マスクに対する膜のエッチングの選択性を高めることが可能となる。
一つの例示的実施形態に係る基板の膜をエッチングする方法の流れ図である。 図１に示す方法が適用され得る一例の基板の部分拡大断面図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 マスクの形成前の状態における一例の基板の部分拡大断面図である。 フルオロカーボンガスを含み添加ガスを含まない処理ガスのプラズマを用いたエッチングが適用された一例の基板の部分拡大断面図である。 図１に示す方法が適用された一例の基板の部分拡大断面図である。
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
一つの例示的実施形態において、基板の膜をエッチングする方法が提供される。基板は、膜及びマスクを有する。基板の膜は、フッ素化学種によりエッチング可能な膜である。マスクは、膜上に設けられている。マスクは、基板内の第１の領域において、基板内の第２の領域で提供する開口の幅よりも大きい幅を有する開口を提供する。方法は、フルオロカーボンガスを含む第１の処理ガスのプラズマを用いて膜に対する第１のプラズマエッチングを実行する工程を含む。方法は、フルオロカーボンガスを含む第２の処理ガスのプラズマを用いて膜に対する第２のプラズマエッチングを実行する工程を更に含む。第１のプラズマエッチングを実行する工程と第２のプラズマエッチングを実行する工程が交互に繰り返される。第１のプラズマエッチングを実行する工程と第２のプラズマエッチングを実行する工程の双方において、イオンを基板に引き込んで膜をエッチングするために、基板を支持する基板支持器の下部電極に高周波電力が供給される。第１の処理ガスは、窒素又は硫黄及びフッ素のソースである添加ガスを更に含む。第１の処理ガスにおける添加ガスの流量は、第１の処理ガスにおけるフルオロカーボンガスの流量よりも少ない。
下部電極にバイアス用の高周波電力が供給される場合には、フルオロカーボンガスのプラズマからのフッ素化学種は、膜をエッチングする。しかしながら、広い開口が形成される領域では、フルオロカーボンガスのプラズマからの炭素含有物質が基板の表面を覆うように堆積するので、膜のエッチングが停止し得る。上記実施形態に係る方法では、第１の処理ガスに添加ガスが加えられているので、膜のエッチングレートの低下が抑制され、且つ、第１の領域における膜のエッチングの停止が抑制される。また、第１の処理ガスと第２の処理ガスのうち第１の処理ガスに添加ガスが加えられ、且つ、第１の処理ガス中のフルオロカーボンガスの流量よりも添加ガスの流量は少ないので、添加ガスのプラズマによるマスクのエッチングが抑制され得る。したがって、マスクに対する膜のエッチングの選択性が高められる。
一つの例示的実施形態において、添加ガスは、ＮＦ３ガス、ＳＦ６ガス、又は窒素ガスとフッ素ガスを含む混合ガスであってもよい。
一つの例示的実施形態では、第１の処理ガスに含まれるフルオロカーボンガス及び第２の処理ガスに含まれるフルオロカーボンガスの各々において、（炭素原子数）／（フッ素原子数）が、１／２以上、５／８以下であってもよい。
一つの例示的実施形態において、第１の処理ガスに含まれるフルオロカーボンガス及び第２の処理ガスに含まれるフルオロカーボンガスの各々は、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、又はＣ５Ｆ８ガスであってもよい。
一つの例示的実施形態において、第１のプラズマエッチングを実行する工程の処理時間長は、第２のプラズマエッチングを実行する工程の処理時間長よりも長くてもよい。
一つの例示的実施形態において、第１のプラズマエッチングを実行する工程は、第２のプラズマエッチングを実行する工程よりも先に実行されてもよい。
一つの例示的実施形態において、膜はシリコン含有膜であってもよい。シリコン含有膜は、シリコン膜又はシリコン酸化膜であってもよい。
一つの例示的実施形態において、第２の処理ガス中のフルオロカーボンガスの流量は、第１の処理ガス中のフルオロカーボンガスの流量よりも多くてもよい。
別の例示的実施形態においては、デバイス製造方法が提供される。デバイス製造方法は、上記実施形態のうち何れかの方法によって基板の膜をエッチングすることを含む。
更に別の例示的実施形態においては、基板の膜をエッチングするために用いられるプラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、高周波電源、ガス供給部、及び制御部を備える。基板支持器は、チャンバ内に設けられている。基板支持器は、下部電極を含む。基板支持器は、その上に載置される基板を支持するように構成されている。高周波電源は、下部電極に電気的に接続されている。ガス供給部は、フルオロカーボンガスを含む第１の処理ガス及びフルオロカーボンガスを含む第２の処理ガスをチャンバ内に供給するように構成されている。制御部は、高周波電源及びガス供給部を制御するように構成されている。制御部は、第１の制御及び第２の制御を交互に繰り返すように構成されている。第１の制御において、制御部は、第１の処理ガスのプラズマを用いて膜に対する第１のプラズマエッチングを実行するために、第１の処理ガスをチャンバ内に供給するよう、ガス供給部を制御する。第２の制御において、制御部は、第２の処理ガスのプラズマを用いて膜に対する第２のプラズマエッチングを実行するために、第２の処理ガスをチャンバ内に供給するよう、ガス供給部を制御する。制御部は、第１のプラズマエッチング及び第２のプラズマエッチングの双方においてイオンを基板に引き込んで膜をエッチングするために、第１の制御及び第２の制御の双方において下部電極に高周波電力を供給するよう、高周波電源を制御する。制御部は、第１の制御において、窒素又は硫黄及びフッ素のソースである添加ガスを第１の処理ガスに含め、且つ、添加ガスの流量を第１の処理ガスにおけるフルオロカーボンガスの流量よりも少ない流量に設定するよう、ガス供給部を制御する。
以下、図面を参照して種々の例示的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又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一つの例示的実施形態に係る基板の膜をエッチングする方法の流れ図である。図１に示す方法ＭＴは、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含む。方法ＭＴは、異なる幅を有する開口を基板の膜に形成するために実行される。
図２は、図１に示す方法が適用され得る一例の基板の部分拡大断面図である。図２に示す基板Ｗは、膜ＥＦ及びマスクＭＫを有する。膜ＥＦは、フッ素化学種によりエッチング可能な膜である。膜ＥＦは、例えばシリコン含有膜である。シリコン含有膜としては、シリコン膜又はシリコン酸化膜が例示される。一実施形態において、基板Ｗは、下地領域ＵＲを更に備えていてもよい。膜ＥＦは、下地領域ＵＲ上に設けられ得る。
マスクＭＫは、膜ＥＦ上に設けられている。工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２におけるフッ素化学種によるマスクＭＫのエッチングレートは、当該フッ素化学種による膜ＥＦのエッチングレートよりも低い。即ち、マスクＭＫは、膜ＥＦがマスクＭＫに対して選択的にエッチングされる限り、任意の材料から形成され得る。膜ＥＦがシリコン酸化膜である場合には、マスクＭＫは有機材料から形成され得る。膜ＥＦがシリコン膜である場合には、マスクＭＫは酸化シリコンから形成され得る。
マスクＭＫは、パターニングされている。即ち、マスクＭＫは、膜ＥＦに転写すべきパターンを有している。基板Ｗは、第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２を有する。マスクＭＫは、第１の領域Ｒ１において、第２の領域Ｒ２で提供する開口の幅よりも大きい幅を有する開口を提供する。マスクＭＫによって提供される開口は、トレンチ又はホールである。マスクＭＫによって提供される開口が円形のホールである場合には、当該開口の幅は当該開口の直径である。
方法ＭＴでは、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２の実行のためにプラズマ処理装置が用いられる。図３は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。
プラズマ処理装置１は、チャンバ１０を備える。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供する。チャンバ１０はチャンバ本体１２を含む。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有する。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから形成される。チャンバ本体１２の内壁面上には、耐腐食性を有する膜が設けられている。当該膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウムなどのセラミックであってよい。
チャンバ本体１２の側壁には、通路１２ｐが形成されている。基板Ｗは、通路１２ｐを通して内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送される。通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇにより開閉される。ゲートバルブ１２ｇは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられる。
チャンバ本体１２の底部上には、支持部１３が設けられている。支持部１３は、絶縁材料から形成される。支持部１３は、略円筒形状を有する。支持部１３は、内部空間１０ｓの中で、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１３は、上部に基板支持器１４を有する。基板支持器１４は、内部空間１０ｓの中において、基板Ｗを支持するように構成されている。
基板支持器１４は、下部電極１８及び静電チャック２０を有する。基板支持器１４は、電極プレート１６を更に有し得る。電極プレート１６は、アルミニウムなどの導体から形成されており、略円盤形状を有する。下部電極１８は、電極プレート１６上に設けられている。下部電極１８は、アルミニウムなどの導体から形成されており、略円盤形状を有する。下部電極１８は、電極プレート１６に電気的に接続されている。
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。基板Ｗは、静電チャック２０の上面の上に載置される。静電チャック２０は、本体及び電極を有する。静電チャック２０の本体は、略円盤形状を有し、誘電体から形成される。静電チャック２０の電極は、膜状の電極であり、静電チャック２０の本体内に設けられている。静電チャック２０の電極は、スイッチ２０ｓを介して直流電源２０ｐに接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２０ｐからの電圧が印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間に静電引力が発生する。その静電引力により、基板Ｗが静電チャック２０に保持される。
下部電極１８の周縁部上には、基板Ｗのエッジを囲むように、エッジリング２５が配置される。エッジリング２５は、基板Ｗに対するプラズマ処理の面内均一性を向上させる。エッジリング２５は、シリコン、炭化シリコン、又は石英などから形成され得る。
下部電極１８の内部には、流路１８ｆが設けられている。流路１８ｆには、チャンバ１０の外部に設けられているチラーユニット（図示しない）から配管２２ａを介して熱交換媒体（例えば冷媒）が供給される。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２２ｂを介してチラーユニットに戻される。プラズマ処理装置１では、静電チャック２０上に載置された基板Ｗの温度が、熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、調整される。
プラズマ処理装置１には、ガス供給ライン２４が設けられている。ガス供給ライン２４は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス（例えばＨｅガス）を、静電チャック２０の上面と基板Ｗの裏面との間に供給する。
プラズマ処理装置１は、上部電極３０を更に備える。上部電極３０は、基板支持器１４の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２を介して、チャンバ本体１２の上部に支持されている。部材３２は、絶縁性を有する材料から形成される。上部電極３０と部材３２は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じている。
上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、内部空間１０ｓの側の下面であり、内部空間１０ｓを画成する。天板３４は、発生するジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から形成され得る。天板３４は、天板３４をその板厚方向に貫通する複数のガス吐出孔３４ａを有する。
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６は、アルミニウムなどの導電性材料から形成される。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。支持体３６は、ガス拡散室３６ａから下方に延びる複数のガス孔３６ｂを有する。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
ガス供給管３８には、流量制御器群４１及びバルブ群４２を介して、ガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０、流量制御器群４１、及びバルブ群４２は、ガス供給部を構成している。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含む。流量制御器群４１は、複数の流量制御器を含む。流量制御器群４１の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。バルブ群４２は、複数の開閉バルブを含む。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、流量制御器群４１の対応の流量制御器及びバルブ群４２の対応の開閉バルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。
プラズマ処理装置１では、チャンバ本体１２の内壁面及び支持部１３の外周に沿って、シールド４６が着脱自在に設けられている。シールド４６は、チャンバ本体１２に反応副生物が付着することを防止する。シールド４６は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムなどのセラミックから形成され得る。
支持部１３とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜（酸化イットリウムなどの膜）を形成することにより構成される。バッフルプレート４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方、且つ、チャンバ本体１２の底部には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを含む。
プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を備えている。第１の高周波電源６２は、第１の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。第１の高周波電力の周波数は、例えば２７ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源６２は、整合器６６及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して、上部電極３０に接続されていてもよい。第１の高周波電源６２は、一例のプラズマ生成部を構成している。
第２の高周波電源６４は、第２の高周波電力を発生する電源である。第２の高周波電力は、第１の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第２の高周波電力が第１の高周波電力と共に用いられる場合には、第２の高周波電力は基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス用の高周波電力として用いられる。第２の高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。第２の高周波電源６４は、整合器６８及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。
なお、第１の高周波電力を用いずに、第２の高周波電力を用いて、即ち、単一の高周波電力のみを用いてプラズマを生成してもよい。この場合には、第２の高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚよりも大きな周波数、例えば４０ＭＨｚであってもよい。プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源６２及び整合器６６を備えなくてもよい。第２の高周波電源６４は一例のプラズマ生成部を構成する。
プラズマ処理装置１においてプラズマ処理が行われる場合には、ガスがガス供給部から内部空間１０ｓに供給される。また、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力が供給されることにより、上部電極３０と下部電極１８との間で高周波電界が生成される。生成された高周波電界が内部空間１０ｓの中のガスからプラズマを生成する。
プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備え得る。制御部８０は、プロセッサ、メモリなどの記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部８０は、プラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部８０では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部８０では、表示装置により、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、プラズマ処理装置１で各種処理を実行するために、プロセッサによって実行される。プロセッサは、制御プログラムを実行し、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１の各部を制御する。
再び図１を参照して、方法ＭＴについて、それがプラズマ処理装置１を用いて図２に示す基板Ｗに適用される場合を例として説明する。プラズマ処理装置１が用いられる場合には、制御部８０によるプラズマ処理装置１の各部の制御により、プラズマ処理装置１において方法ＭＴが実行され得る。以下の説明においては、方法ＭＴの実行のための制御部８０によるプラズマ処理装置１の各部の制御についても説明する。
一実施形態において、方法ＭＴは、工程ＳＴａを更に含んでいてもよい。工程ＳＴａは工程ＳＴ１と工程ＳＴ２の交互の繰り返しの前に実行される。工程ＳＴａでは、図２に示した基板Ｗが準備される。基板Ｗは、プラズマ処理装置１のチャンバ１０内に収容され、基板支持器１４の静電チャック２０上に載置される。
工程ＳＴａは、図２に示すマスクＭＫを形成する処理を含んでいてもよい。図４は、マスクの形成前の状態における一例の基板の部分拡大断面図である。図４に示すように、一例では、基板Ｗは、マスクＭＫの形成前の状態において、有機膜ＯＦ、反射防止膜ＡＲＦ、及びレジストマスクＲＭを更に有する。
有機膜ＯＦは、膜ＥＦ上に設けられている。有機膜ＯＦは、それからマスクＭＫが形成される膜であり、有機材料から形成されている。反射防止膜ＡＲＦは、有機膜ＯＦ上に設けられている。反射防止膜ＡＲＦは、シリコンを含有する反射防止膜であり得る。なお、有機膜ＯＦと反射防止膜との間には、シリコン酸化膜が設けられていてもよい。レジストマスクＲＭは、反射防止膜ＡＲＦ上に設けられている。レジストマスクＲＭには、有機膜ＯＦに転写すべきパターンが形成されている。レジストマスクＲＭのパターンは、フォトリソグラフィ技術により形成され得る。
マスクＭＫを形成する前に、レジストマスクＲＭのパターンを反射防止膜ＡＲＦに転写するよう、反射防止膜ＡＲＦがパターニングされる。レジストマスクＲＭのパターンは、プラズマエッチングにより、反射防止膜ＡＲＦに転写される。反射防止膜ＡＲＦは、例えば、フルオロカーボンガスを含む処理ガスから形成されたプラズマを用いてエッチングされる。
反射防止膜ＡＲＦのプラズマエッチングには、プラズマ処理装置１が用いられてもよい。プラズマ処理装置１が用いられる場合には、図４に示す基板Ｗが静電チャック２０上で載置されている状態で、制御部８０は、処理ガスをチャンバ１０内に供給するよう、ガス供給部を制御する。また、制御部８０は、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するよう、排気装置５０を制御する。制御部８０は、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力を供給するよう、第１の高周波電源６２及び／又は第２の高周波電源６４を制御する。
次いで、反射防止膜ＡＲＦのパターンを有機膜ＯＦに転写するよう、有機膜ＯＦがパターニングされる。反射防止膜ＡＲＦのパターンは、プラズマエッチングにより、有機膜ＯＦに転写される。有機膜ＯＦは、処理ガスから形成されたプラズマを用いてエッチングされる。有機膜ＯＦのエッチングのための処理ガスは、例えば、窒素ガス（Ｎ２ガス）と水素ガス（Ｈ２ガス）を含む混合ガス、又は、酸素含有ガスである。酸素含有ガスは、例えば酸素ガス（Ｏ２ガス）である。
有機膜ＯＦのプラズマエッチングには、プラズマ処理装置１が用いられてもよい。プラズマ処理装置１が用いられる場合には、反射防止膜ＡＲＦのパターニング後の基板Ｗが静電チャック２０上で載置されている状態で、制御部８０は、処理ガスをチャンバ１０内に供給するよう、ガス供給部を制御する。また、制御部８０は、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するよう、排気装置５０を制御する。制御部８０は、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力を供給するよう、第１の高周波電源６２及び／又は第２の高周波電源６４を制御する。
有機膜ＯＦのパターニングの結果、有機膜ＯＦからマスクＭＫが形成される。なお、有機膜ＯＦのパターニング後には、有機膜ＯＦ上に反射防止膜ＡＲＦが残され得る。したがって、マスクＭＫは、パターニングされた有機膜ＯＦと反射防止膜ＡＲＦから構成され得る。反射防止膜ＡＲＦは、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２の実行中に消失し得る。
工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２は、膜ＥＦをエッチングするために、交互に繰り返される。工程ＳＴ１では、第１の処理ガスのプラズマを用いて膜ＥＦに対する第１のプラズマエッチングが実行される。第１の処理ガスは、フルオロカーボンガスを含む。一実施形態では、第１の処理ガス中のフルオロカーボンガスにおいて、（炭素原子数）／（フッ素原子数）が、１／２以上、５／８以下であってもよい。一実施形態において、第１の処理ガス中のフルオロカーボンガスは、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、又はＣ５Ｆ８ガスであってもよい。
第１の処理ガスは、添加ガスを更に含む。添加ガスは、窒素又は硫黄及びフッ素のソースである。第１の処理ガスにおける添加ガスの流量は、第１の処理ガスにおけるフルオロカーボンガスの流量よりも少ない。一実施形態において、添加ガスは、ＮＦ３ガス、ＳＦ６ガス、又は窒素ガス（Ｎ２ガス）とフッ素ガス（Ｆ２ガス）を含む混合ガスであってもよい。
一実施形態において、第１の処理ガスは、一つ以上の別のガスを更に含んでいてもよい。一つ以上の別のガスは、酸素含有ガス、炭素含有ガス、及び希ガスのうち一つ以上のガスを含み得る。酸素含有ガスは、例えば酸素ガス（Ｏ２ガス）である。炭素含有ガスは、例えば一酸化炭素ガス又は二酸化炭素ガスである。希ガスは、例えばＡｒガスである。
工程ＳＴ１では、第１の処理ガスから第１のプラズマが形成される。工程ＳＴ１では、第１のプラズマからのイオンを基板Ｗに引き込んで膜ＥＦをエッチングするために、基板Ｗを支持する基板支持器の下部電極にバイアス用の高周波電力が供給される。
プラズマ処理装置１が用いられる場合には、工程ＳＴ１の実行のために、制御部８０は、第１の制御を実行する。第１の制御において、制御部８０は、チャンバ１０内に第１の処理ガスを供給するよう、ガス供給部を制御する。第１の制御において、制御部８０は、添加ガスの流量をフルオロカーボンガスの流量よりも少ない流量に設定するよう、ガス供給部を制御する。第１の制御において、制御部８０は、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するよう、排気装置５０を制御する。第１の制御において、第１の処理ガスから第１のプラズマを生成するために、制御部８０は、第１の高周波電力を供給するよう、第１の高周波電源６２を制御する。また、第１の制御において、第１のプラズマからイオンを基板Ｗに引き込んで膜ＥＦをエッチングするために、制御部８０は、第２の高周波電力を供給するよう、第２の高周波電源６４を制御する。
工程ＳＴ２では、第２の処理ガスのプラズマを用いて膜ＥＦに対する第２のプラズマエッチングが実行される。第２の処理ガスは、フルオロカーボンガスを含む。一実施形態では、第２の処理ガス中のフルオロカーボンガスにおいて、（炭素原子数）／（フッ素原子数）が、１／２以上、５／８以下であってもよい。一実施形態では、第１の処理ガス中のフルオロカーボンガスは、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、又はＣ５Ｆ８ガスであってもよい。なお、第２の処理ガスに含まれるフルオロカーボンガスは、第１の処理ガスに含まれるフルオロカーボンガスと同じであってもよく、異なっていてもよい。第２の処理ガスは、第１の処理ガスとは異なり上述の添加ガスを含んでいない。
一実施形態において、第２の処理ガスは、一つ以上の別のガスを更に含んでいてもよい。一つ以上の別のガスは、酸素含有ガス、炭素含有ガス、及び希ガスのうち一つ以上のガスを含み得る。酸素含有ガスは、例えば酸素ガス（Ｏ２ガス）である。炭素含有ガスは、例えば一酸化炭素ガス又は二酸化炭素ガスである。希ガスは、例えばＡｒガスである。
工程ＳＴ２では、第２の処理ガスから第２のプラズマが形成される。工程ＳＴ２では、第２のプラズマからのイオンを基板Ｗに引き込んで膜ＥＦをエッチングするために、基板Ｗを支持する基板支持器の下部電極にバイアス用の高周波電力が供給される。
プラズマ処理装置１が用いられる場合には、工程ＳＴ２の実行のために、制御部８０は、第２の制御を実行する。第２の制御において、制御部８０は、チャンバ１０内に第２の処理ガスを供給するよう、ガス供給部を制御する。第２の制御において、制御部８０は、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するよう、排気装置５０を制御する。第２の制御において、第２の処理ガスから第２のプラズマを生成するために、制御部８０は、第１の高周波電力を供給するよう、第１の高周波電源６２を制御する。また、第２の制御において、第２のプラズマからイオンを基板Ｗに引き込んで膜ＥＦをエッチングするために、制御部８０は、第２の高周波電力を供給するよう、第２の高周波電源６４を制御する。
方法ＭＴは、工程ＳＴ３を更に含む。工程ＳＴ３では、停止条件が満たされるか否かが判定される。一例において、停止条件は、工程ＳＴ１と工程ＳＴ２の交互の繰り返しの回数が所定回数に達している場合に満たされる。工程ＳＴ３において停止条件が満たされていないと判定されると、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含むシーケンスが再び実行される。工程ＳＴ３において停止条件が満たされていると判定されると、方法ＭＴが終了する。
図５は、フルオロカーボンガスを含み添加ガスを含まない処理ガスのプラズマを用いたエッチングが適用された一例の基板の部分拡大断面図である。膜ＥＦのエッチングに用いられる処理ガスが第１の処理ガス中の上述した添加ガスを含まない場合に、下部電極１８にバイアス用の高周波電力が供給されると、フルオロカーボンガスのプラズマからのフッ素化学種は、膜ＥＦをエッチングする。しかしながら、第１の領域Ｒ１では、フルオロカーボンガスのプラズマからの炭素含有物質から形成された保護膜ＰＦが基板Ｗの表面を覆うように堆積するので、図５に示すように、膜ＥＦのエッチングが停止し得る。
図６は、図１に示す方法が適用された一例の基板の部分拡大断面図である。一方、方法ＭＴでは、第１の処理ガスに添加ガスが加えられているので、膜ＥＦのエッチングレートの低下が抑制され、且つ、図６に示すように、第１の領域Ｒ１における膜ＥＦのエッチングの停止が抑制される。また、第１の処理ガスと第２の処理ガスのうち第１の処理ガスに添加ガスが加えられ、且つ、第１の処理ガス中のフルオロカーボンガスの流量よりも添加ガスの流量は少ないので、添加ガスのプラズマによるマスクＭＫのエッチングが抑制され得る。したがって、マスクＭＫに対する膜ＥＦのエッチングの選択性が高められる。
一実施形態において、工程ＳＴ１は、工程ＳＴ２よりも先に実行されてもよい。即ち、方法ＭＴにおける工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２の交互の繰り返において、最初に工程ＳＴ１が実行されてもよい。
一実施形態において、工程ＳＴ１の処理時間長は、工程ＳＴ２の処理時間長よりも長くてもよい。かかる実施形態によれば、膜ＥＦがより短時間でエッチングされる。
一実施形態において、第２の処理ガス中のフルオロカーボンガスの流量は、第１の処理ガス中のフルオロカーボンガスの流量よりも多くてもよい。かかる実施形態によれば、工程ＳＴ２において、マスクＭＫ上の炭素含有物質から形成された保護膜の厚みを増加させることができる。したがって、マスクＭＫに対する膜ＥＦのエッチングの選択性が更に高められる。
一実施形態において、方法ＭＴは、デバイス製造方法内で実行されてもよい。デバイス製造方法は、方法ＭＴを実行して、膜ＥＦをエッチングすることを含む。このデバイス製造方法によって作成されるデバイスは、ＣＭＯＳイメージセンサといったＭＯＳデバイスであり得る。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
例えば、方法ＭＴの実行に用いられるプラズマ処理装置は、プラズマ処理装置１とは別の容量結合型のプラズマ処理装置であってもよい。方法ＭＴの実行に用いられるプラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置といった別のタイプのプラズマ処理装置であってもよい。
以下、方法ＭＴの評価のために行った種々の実験について説明する。なお、本開示は以下に説明する実験により限定されるものではない。
第１〜第４の実験において、図２に示す基板Ｗと同じサンプル基板を準備した。サンプル基板の膜ＥＦは、シリコン酸化膜であった。サンプル基板のマスクＭＫは、有機材料から形成されたマスクであった。サンプル基板の第２の領域Ｒ２においてマスクＭＫが提供する開口（トレンチ）の幅は約４００ｎｍであった。サンプル基板の第１の領域Ｒ１においてマスクＭＫが提供する開口（トレンチ）の幅は、第２の領域Ｒ２においてマスクＭＫが提供する開口の幅の約１０倍であった。第１〜第４の実験の各々では、プラズマ処理装置１を用いて、サンプル基板の膜ＥＦのエッチングを行った。第１の実験及び第２の実験では、方法ＭＴを実行してサンプル基板の膜ＥＦのエッチングを行った。第１の実験では、工程ＳＴ１の処理時間長は、工程ＳＴ２の処理時間長の３倍であった。第２の実験では、工程ＳＴ１の処理時間長と工程ＳＴ２の処理時間長は、互いに同じであった。第３の実験では、フルオロカーボンガスを含み上述の添加ガスを含まない処理ガスのプラズマにより、膜ＥＦをエッチングした。第４の実験では、フルオロカーボンガス及び上述の添加ガスを含む処理ガスのプラズマにより、膜ＥＦをエッチングした。以下、第１〜第４の実験の諸条件を示す。
＜第１の実験の諸条件＞
・第１の処理ガス：６８ｓｃｃｍのＣ４Ｆ６ガス、６ｓｃｃｍのＮＦ３ガス、８３６ｓｃｃｍのＡｒガス、６０ｓｃｃｍのＯ２ガス、及び２００ｓｃｃｍのＣＯガスの混合ガス
・第２の処理ガス：６８ｓｃｃｍのＣ４Ｆ６ガス、８３６ｓｃｃｍのＡｒガス、６０ｓｃｃｍのＯ２ガス、及び２００ｓｃｃｍのＣＯガスの混合ガス
・工程ＳＴ１の処理時間：３０秒
・工程ＳＴ２の処理時間：１０秒
・工程ＳＴ１と工程ＳＴ２の交互の繰り返し回数：１５回
・工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２におけるチャンバ１０内の圧力：２５ｍＴｏｒｒ（３．３３３Ｐａ）
・工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２における第１の高周波電力：４０ＭＨｚ、２７００Ｗ
・工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２における第２の高周波電力：３．２ＭＨｚ、５０００Ｗ
＜第２の実験の諸条件＞
・第１の処理ガス：６８ｓｃｃｍのＣ４Ｆ６ガス、６ｓｃｃｍのＮＦ３ガス、８３６ｓｃｃｍのＡｒガス、６０ｓｃｃｍのＯ２ガス、及び２００ｓｃｃｍのＣＯガスの混合ガス
・第２の処理ガス：６８ｓｃｃｍのＣ４Ｆ６ガス、８３６ｓｃｃｍのＡｒガス、６０ｓｃｃｍのＯ２ガス、及び２００ｓｃｃｍのＣＯガスの混合ガス
・工程ＳＴ１の処理時間：２０秒
・工程ＳＴ２の処理時間：２０秒
・工程ＳＴ１と工程ＳＴ２の交互の繰り返し回数：１５回
・工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２におけるチャンバ１０内の圧力：２５ｍＴｏｒｒ（３．３３３Ｐａ）

・工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２における第１の高周波電力：４０ＭＨｚ、２７００Ｗ
・工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２における第２の高周波電力：３．２ＭＨｚ、５０００Ｗ
＜第３の実験の諸条件＞
・処理ガス：６８ｓｃｃｍのＣ４Ｆ６ガス、８００ｓｃｃｍのＡｒガス、６０ｓｃｃｍのＯ２ガス、及び２００ｓｃｃｍのＣＯガスの混合ガス
・処理時間：６００秒
・チャンバ１０内の圧力：２５ｍＴｏｒｒ（３．３３３Ｐａ）
・第１の高周波電力：４０ＭＨｚ、２７００Ｗ
・第２の高周波電力：３．２ＭＨｚ、５０００Ｗ
＜第４の実験の諸条件＞
・処理ガス：６８ｓｃｃｍのＣ４Ｆ６ガス、６ｓｃｃｍのＮＦ３ガス、８００ｓｃｃｍのＡｒガス、６０ｓｃｃｍのＯ２ガス、及び２００ｓｃｃｍのＣＯガスの混合ガス
・処理時間：６００秒
・チャンバ１０内の圧力：２５ｍＴｏｒｒ（３．３３３Ｐａ）
・第１の高周波電力：４０ＭＨｚ、２７００Ｗ
・第２の高周波電力：３．２ＭＨｚ、５０００Ｗ
第１〜第４の実験の各々では、第２の領域Ｒ２における膜ＥＦのエッチングレート、第１の領域Ｒ１における膜ＥＦのエッチングの停止の有無、及びマスクＭＫに対する膜ＥＦのエッチングの選択比を求めた。選択比は、膜ＥＦのエッチングレートをマスクＭＫのエッチングレートで除した値として求めた。第３の実験では、第２の領域Ｒ２における膜ＥＦのエッチングレートは４５４ｎｍ／分であり、選択比は２１．８であった。しかしながら、第３の実験では、第１の領域Ｒ１における膜ＥＦのエッチングの停止が生じていた。処理ガスに添加ガスとしてＮＦ３ガスを加えた第４の実験では、第１の領域Ｒ１におけるエッチングの停止は発生しなかった。また、第４の実験では、第２の領域Ｒ２における膜ＥＦのエッチングレートは４５２ｎｍ／分であり、第３の実験と同等のエッチングレートが得られた。しかしながら、第４の実験では、選択比は、１０．４であり、第３の実験の選択比よりも相当に小さくなっていた。
第１の実験では、第２の領域Ｒ２における膜ＥＦのエッチングレートは４５６ｎｍ／分であり、第１の領域Ｒ１における膜ＥＦのエッチングの停止は生じておらず、選択比は１９．２であった。また、第２の実験では、第２の領域Ｒ２における膜ＥＦのエッチングレートは４６２ｎｍ／分であり、第１の領域Ｒ１における膜ＥＦのエッチングの停止は生じておらず、選択比は２１．８であった。第１の実験における第１の領域Ｒ１のエッチングレートは、第２の実験における第１の領域Ｒ１のエッチングレートよりも高かった。したがって、方法ＭＴに基づく第１の実験及び第２の実験では、膜ＥＦのエッチングレートの低下が抑制され、第１の領域Ｒ１における膜ＥＦのエッチングの停止が抑制され、且つ、マスクＭＫに対する膜ＥＦのエッチングの選択性が高められることが確認された。また、工程ＳＴ１の処理時間長を工程ＳＴ２の処理時間長よりも長い時間長に設定することにより、短時間で第１の領域Ｒ１における膜ＥＦのエッチングを行うことが可能であることが確認された。
以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
ＭＴ…方法、Ｗ…基板、ＥＦ…膜、ＭＫ…マスク、Ｒ１…第１の領域、Ｒ２…第２の領域、１４…基板支持器、１８…下部電極。

Claims (11)

  1. 基板の膜をエッチングする方法であり、該基板は、フッ素化学種によりエッチング可能な前記膜及び該膜上に設けられたマスクを有し、該マスクは、該基板内の第１の領域において、該基板内の第２の領域で提供する開口の幅よりも大きい幅を有する開口を提供し、該方法は、
    フルオロカーボンガスを含む第１の処理ガスのプラズマを用いて前記膜に対する第１のプラズマエッチングを実行する工程と、
    フルオロカーボンガスを含む第２の処理ガスのプラズマを用いて前記膜に対する第２のプラズマエッチングを実行する工程と、
    を含み、
    第１のプラズマエッチングを実行する前記工程と第２のプラズマエッチングを実行する前記工程が交互に繰り返され、
    第１のプラズマエッチングを実行する前記工程と第２のプラズマエッチングを実行する前記工程の双方において、イオンを前記基板に引き込んで前記膜をエッチングするために、前記基板を支持する基板支持器の下部電極に高周波電力が供給され、
    前記第１の処理ガスは、窒素又は硫黄及びフッ素のソースである添加ガスを更に含み、
    前記第１の処理ガスにおける前記添加ガスの流量は、該第１の処理ガスにおける前記フルオロカーボンガスの流量よりも少ない、
    方法。
  2. 前記添加ガスは、ＮＦ３ガス、ＳＦ６ガス、又は窒素ガスとフッ素ガスを含む混合ガスである、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１の処理ガスに含まれる前記フルオロカーボンガス及び前記第２の処理ガスに含まれる前記フルオロカーボンガスの各々において、（炭素原子数）／（フッ素原子数）が、１／２以上、５／８以下である、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記第１の処理ガスに含まれる前記フルオロカーボンガス及び前記第２の処理ガスに含まれる前記フルオロカーボンガスの各々は、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、又はＣ５Ｆ８ガスである、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
  5. 第１のプラズマエッチングを実行する前記工程の処理時間長は、第２のプラズマエッチングを実行する前記工程の処理時間長よりも長い、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
  6. 第１のプラズマエッチングを実行する前記工程は、第２のプラズマエッチングを実行する前記工程よりも先に実行される、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
  7. 前記膜はシリコン含有膜である、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
  8. 前記シリコン含有膜はシリコン膜又はシリコン酸化膜である、請求項７に記載の方法。
  9. 前記第２の処理ガス中の前記フルオロカーボンガスの流量は、前記第１の処理ガス中の前記フルオロカーボンガスの流量よりも多い、請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
  10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の方法によって基板の膜をエッチングすることを含む、デバイス製造方法。
  11. 基板の膜をエッチングするために用いられるプラズマ処理装置であって、
    チャンバと、
    前記チャンバ内に設けられた基板支持器であり、下部電極を含み、前記チャンバ内においてその上に載置される基板を支持するように構成された、該基板支持器と、
    前記下部電極に電気的に接続された高周波電源と、
    フルオロカーボンガスを含む第１の処理ガス及びフルオロカーボンガスを含む第２の処理ガスを前記チャンバ内に供給するように構成されたガス供給部と、
    前記高周波電源及び前記ガス供給部を制御するように構成された制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記第１の処理ガスのプラズマを用いて前記膜に対する第１のプラズマエッチングを実行するために、前記第１の処理ガスを前記チャンバ内に供給するよう、前記ガス供給部を制御する第１の制御と、
    前記第２の処理ガスのプラズマを用いて前記膜に対する第２のプラズマエッチングを実行するために、前記第２の処理ガスを前記チャンバ内に供給するよう、前記ガス供給部を制御する第２の制御と、
    を交互に繰り返し、
    前記第１のプラズマエッチング及び前記第２のプラズマエッチングの双方においてイオンを前記基板に引き込んで前記膜をエッチングするために、前記第１の制御及び前記第２の制御の双方において前記下部電極に高周波電力を供給するよう、前記高周波電源を制御し、
    前記第１の制御において、窒素又は硫黄及びフッ素のソースである添加ガスを前記第１の処理ガスに含め、且つ、前記添加ガスの流量を、該第１の処理ガスにおける前記フルオロカーボンガスの流量よりも少ない流量に設定するよう、前記ガス供給部を制御する、
    プラズマ処理装置。
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