JP2021192414A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エッチング不良を抑制する基板処理方法を提供すること。【解決手段】被エッチング膜と前記被エッチング膜を覆うマスク膜とを有する基板をエッチングする基板処理方法であって、前記マスク膜は、前記被エッチング膜の一部を露出する開口を有し、A)前記開口を通じて前記被エッチング膜に電子受容体を含む第1ガスを供給する工程と、B)前記被エッチング膜に酸素を含む第2ガスのプラズマを供給する工程と、C)前記被エッチング膜をプラズマエッチングする工程と、を含む、基板処理方法。【選択図】図1

Description

本開示は、基板処理方法および基板処理装置に関する。
特許文献1には、機能性有機質マスク層の開口で、COSを含む開口ガスのプラズマを発生させることが示されている。また、特許文献2には、無機膜を用いて被処理基板の有機膜をエッチングする際に、エッチングの途中で上部電極に負の直流電圧を印加して上部電極のシリコン含有物からなる保護膜をエッチング部位の側壁に形成することが示されている。
特開2010−109373号公報 特許第5642001号公報
本開示は、エッチング不良を抑制する基板処理方法を提供する。
本開示の一態様による基板処理方法は、被エッチング膜と前記被エッチング膜を覆うマスク膜とを有する基板をエッチングする基板処理方法であって、前記マスク膜は、前記被エッチング膜の一部を露出する開口を有し、A)前記開口を通じて前記被エッチング膜に電子受容体を含む第1ガスを供給する工程と、B)前記被エッチング膜に酸素を含む第2ガスのプラズマを供給する工程と、C)前記被エッチング膜をプラズマエッチングする工程と、を含む。
本開示の一態様によれば、エッチング不良を抑制する基板処理方法および基板処理装置を提供することができる。
第1実施形態に係る基板処理方法のフローチャート。 エッチングされる前の基板の模式図。 図2で表面に凹部が形成された基板の模式図。 図3で電子受容体を含む第1ガスが供給された基板の模式図。 図4で酸素を含む第2ガスのプラズマが供給され、エッチングされた基板の模式図。 図5でさらに第1ガスが供給された基板の模式図。 図6でさらに第2ガスのプラズマが供給され、さらにエッチングされた基板の模式図。 図7でさらにエッチングされ、スルーホールが形成された基板の模式図。 電子受容体の酸化物が3次元的にネットワーク化した状態を示す図。 第1実施形態に係る基板処理方法の変形例を示すフローチャート。 第2実施形態に係る基板処理方法の一例を示すフローチャート。 図3で第1ガスと第2ガスのプラズマが同時に供給された基板の模式図。 図12でエッチングされた基板の模式図。 図13でさらに第1ガスと第2ガスのプラズマが同時に供給された基板の模式図。 図14でさらにエッチングされた基板に模式図。 実施形態に係る基板処理装置の一例を示す模式図。 実施例1の基板の断面を撮像したSEM画像。 図17で基板の開口を撮像したSEM画像。 実施例2の基板の断面を撮像したSEM画像。 図19で基板の開口を撮像したSEM画像。 参考例1の基板の断面を撮像したSEM画像。 図21で基板の開口を撮像したSEM画像。 比較例1の基板の断面を撮像したSEM画像。 図23で基板の開口を撮像したSEM画像。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分については、同一のまたは対応する符号を付して説明を省略する場合がある。
<基板処理方法>
図1は、第1実施形態に係る基板処理方法のフローチャートである。図2〜図8は、第1実施形態に係る基板処理方法で基板が処理される工程を示す。
第1実施形態の基板処理方法は、被エッチング膜と前記被エッチング膜を覆うマスク膜とを有する基板をエッチングする基板処理方法であって、前記マスク膜は、前記被エッチング膜の一部を露出する開口を有し、A)前記開口を通じて前記被エッチング膜に電子受容体を含む第1ガスを供給する工程と、B)前記被エッチング膜に酸素を含む第2ガスのプラズマを供給する工程と、C)前記被エッチング膜をプラズマエッチングする工程と、を含む。
本開示では、図1に示すように、ステップS11〜S15が実行され、被エッチング膜と被エッチング膜を覆うマスク膜とを有する基板がエッチングされる。本明細書において、エッチングは、反応性の気体(ガス)やイオン、ラジカルを用いるドライエッチングを示す。
ステップS11では、被エッチング膜とマスク膜を有する基板を提供する(図1参照)。本明細書において、基板は、ベースとなる半導体ウエハ(以下、ウエハという)上に各種材料の膜が積層された回路基板を示す。本開示では、図2に示すように、ウエハ110、下層膜120、被エッチング膜130、及びマスク膜140がこの順で積層された回路基板100が示されている。なお、回路基板100は、本開示の基板処理方法における基板の一例である。
回路基板100において、ウエハ110は、シリコン(Si)で構成されている。下層膜120は、窒化シリコン(SiN)と酸化シリコン(SiO)が交互に積層された構造を有する無機絶縁膜である。また、被エッチング膜130は、アモルファスカーボン膜(ACL)等の有機膜で構成され、本開示でエッチングの対象となる。マスク膜140は、酸窒化シリコン(SiON)等で構成され、被エッチング膜130の上面に積層され、被エッチング膜130を保護する機能を有する。
また、マスク膜140には、被エッチング膜130の一部を露出する開口141が形成されている。マスク膜140の開口141に露出する被エッチング膜130の一部は、被エッチング膜がエッチングされる導入部分となる。
なお、被エッチング膜130は、アモルファスカーボン膜(ACL)に限定されない。例えば、スピンコート膜、ドープドカーボン膜、BARC、有機低誘電率(有機Low−K)膜などの有機材料であってもよい。また、被エッチング膜130の下層に位置する下層膜120は、窒化シリコン(SiN)と酸化シリコン(SiO)が交互に積層された構造を有する無機絶縁膜に限定されない。例えば、酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)、低誘電率(Low−K)膜、酸窒化シリコン(SiON)、炭化シリコン(SiC)等のうちいずれか1つ、もしくは、いずれか2つ以上の組み合わせでもよい。また、下層膜120は、被エッチング膜130と異なる有機膜であってもよい。なお、本開示で被エッチング膜130がエッチングされ、後述の図8に示すようなスルーホールHが形成されると、スルーホールHが形成された被エッチング膜130をマスク膜として、下層膜120がエッチングされる。
なお、本開示では、図3に示すように、開口141に露出する被エッチング膜130の一部に、予め凹部150が形成されていてもよい。この場合、凹部150内には、底面151と側面152が形成されている。被エッチング膜130に形成された凹部150は、後述のように本実施形態によるエッチングで形成されたものでもよく、別のエッチングを行うこと等により形成されたものでもよい。
ステップS12では、マスク膜140の開口141を通じて被エッチング膜130に電子受容体P1を含む第1ガスを供給する(図1、図3、図4参照)。ここで、開口141を通じて被エッチング膜130にガスを供給するとは、マスク膜140の開口141に露出する被エッチング膜130の一部(本実施形態では凹部150内)にガスが供給されることを示す。
また、電子受容体とは、電子移動を伴う場合に、電子を他から自身へ受け取る化合物を示す。本実施形態において、電子受容体は、特に限定されず、例えば、ルイス酸化合物を用いることができる。ここで、ルイス酸化合物は、電子対を受容する性質を持つ化合物を示す。
また、電子受容体としてルイス酸化合物を用いる場合は、ルイス酸化合物の中でも、ホウ素含有化合物がより好ましい。ここで、ホウ素含有化合物は、ホウ素を含む化合物を示す。ホウ素含有化合物は、例えば、Bの化学式で示される化合物である。なお、この化学式中で、Bはホウ素であり、Xは、F、Cl、Br等のハロゲン、H、As等から選ばれる元素であり、n、mは正の整数である。なお、ホウ素含有化合物は、これらの中でも、ハロゲン化ホウ素が好ましく、三塩化ホウ素がさらに好ましい。
ステップS12において、マスク膜140の開口141を通じて被エッチング膜130に電子受容体P1を含む第1ガスが供給されると、電子受容体P1が後述する保護膜を形成するためのプリカーサとして被エッチング膜130の一部(凹部150内)に吸着する。電子受容体P1は、開口141の周辺を含むマスク膜140にも付着する。
なお、ステップS12で電子受容体P1を含む第1ガスを供給する場合は、プラズマを生成しないことが好ましい。本明細書において、プラズマは、分子が正の電荷をもつ粒子(イオン)と負の電荷をもつ電子とに電離した状態を示す。
本開示では、予め開口141を通じて被エッチング膜130に凹部150が形成されているため、電子受容体P1が被エッチング膜130の凹部150内(底面151および側面152)に供給される。被エッチング膜130の凹部150内に供給された電子受容体P1(図4に白抜きの〇で示した部分参照)は、凹部150の底面151及び側面152のいずれにも吸着する。
ステップS13では、マスク膜140の開口141を通じて被エッチング膜130に酸素を含む第2ガスのプラズマP2を供給する(図1、図5)。本開示では、第2ガスのプラズマP2は、酸素のプラズマであり、1つの酸素分子から解離して2つの酸素ラジカルとなった状態になっている。なお、プラズマを供給するとは、回路基板100の被エッチング膜130をプラズマに接触させることを示す。
ステップS13において、第1ガスが供給された後の被エッチング膜130に酸素を含む第2ガスのプラズマP2を供給することで、被エッチング膜130に吸着した電子受容体P1のうち、一部の電子受容体P1が第2ガスのプラズマP2中の酸素ラジカルと反応して酸化物PFとなり、その他の電子受容体P1はスパッタS1として除去される。
本開示では、予め開口141を通じて被エッチング膜130に凹部150が形成されており、第2ガスのプラズマP2(図5の△で示した部分)が被エッチング膜130の凹部150内に供給される。そうすると、凹部150の底面151に吸着した電子受容体P1およびマスク膜140に吸着した電子受容体P1(図5に破線の〇で示した部分)はスパッタS1として除去される。また、凹部150の側面152に吸着した電子受容体P1(図5に白抜きの〇で示した部分)は、第2ガスのプラズマP2と反応して、凹部150の側面152に電子受容体P1の酸化物PF(図5にハッチングの〇で示した部分)を形成する(図5参照)。
なお、電子受容体P1がホウ素含有化合物の場合、電子受容体P1(ホウ素含有化合物)と第2ガスのプラズマP2中の酸素ラジカルとの反応は、例えば、下記の反応式(1)で示すことができる。なお、反応式(1)において、Bはホウ素、Xは塩素等のハロゲン、nは整数である。
Figure 2021192414
反応式(1)に示す反応により、電子受容体P1の酸化物として三塩化ホウ素(B)が生成し、生成された電子受容体P1の酸化物は、3次元的にネットワーク化した構造を有することが考えられる(図9参照)。
ステップS14では、マスク膜140の開口141を通じて被エッチング膜130をプラズマエッチングする(図1、図5)。ここで、プラズマエッチングは、第2ガスのプラズマP2によるエッチングと兼用してもよく、また第2ガスのプラズマとは別個に反応性ガスのイオンやラジカルを生じさせてエッチングを行ってもよい。
本開示では、前記B)と前記C)を同時に行う。具体的には、被エッチング膜130に酸素を含む第2ガスのプラズマP2を供給する工程が、被エッチング膜130をプラズマエッチングする工程を兼ねている。すなわち、被エッチング膜130に酸素を含む第2ガスのプラズマP2を供給することで、マスク膜140の開口141を通じて被エッチング膜130のプラズマエッチングを行っている(図5)。
ステップS14において、被エッチング膜130をプラズマエッチングすることにより、被エッチング膜130に形成された電子受容体P1の酸化物PFは、被エッチング膜130の酸化物PFが形成された部分を、プラズマから保護することができる。また、電子受容体P1が除去された被エッチング膜130の部分(凹部150の底面151)は、プラズマに晒される。このようにして、回路基板100の被エッチング膜130では、電子受容体P1の酸化物PFが形成された部分(凹部150の側面152)はエッチングされず、酸化物PFが形成されない部分(凹部150の底面151)だけがエッチングされ、凹部150A(底面151A、側面152A)が新たに形成される。
本開示の基板処理方法において、前記A)、前記B)、及び前記C)を繰り返してもよい。本開示では、ステップS14でプラズマエッチングを行った後に、ステップS15でステップS12〜S14を繰り返すと判定された場合は、再度ステップS12〜S14を実行して、上記A)、B)、及びC)の工程を繰り返す。
このようにステップS12〜S14を繰り返すことでエッチングが進み、マスク膜140の開口141を通じて被エッチング膜130に形成された凹部150Aが形成され、第1ガスの電子受容体P1は、さらに凹部150Aの底面151A及び側面152Aにも吸着する(図6)。凹部150Aの底面151Aおよびマスク膜140に吸着した電子受容体P1(図7に破線の〇で示した部分)は、続いて供給される第2ガスのプラズマP2(図7の△で示した部分)により、スパッタS1として除去され、凹部150Bの側面152Aに吸着した電子受容体P1は、側面152Aに吸着したまま、第2ガスのプラズマP2と反応して、凹部150の側面152Aにも電子受容体P1の酸化物PF(図7にハッチングの〇で示した部分)が形成される(図7)。
このようにステップS12〜S14を繰り返すことで、被エッチング膜130には、さらに凹部150B、150Cが形成され、凹部150Bの側面152B、および凹部150Cの側面152Cにも、電子受容体P1の酸化物PFが形成され、凹部150Bの底面151B、凹部150Cの底面151Cがエッチングされる(図7、図8)。ステップS12〜S14を繰り返すことで、凹部150CのようなスルーホールHが形成される(図8)。
本開示の基板処理方法では、上述のように、被エッチング膜130に形成された凹部150内で、電子受容体P1の酸化物(保護膜)PFにより凹部150(凹部150A、150B、150C)の側面152(152A、152B、152C)が保護された状態で、底面151(底面151A、151B、151C)がエッチングされる。そのため、本開示の基板処理方法によれば、ボーイング等のエッチング不良を抑制することができる(図5〜図8参照)。
また、第1ガスの電子受容体P1は、開口141周辺を含むマスク膜140にも吸着するが、マスク膜140に吸着した電子受容体P1は、第2ガスのプラズマにより、スパッタS1として除去されるため、マスク膜140上に電子受容体P1の酸化物PFは形成されにくい。そのため、本開示の基板処理方法によれば、マスク膜140の開口141の周辺に電子受容体P1の酸化物PFが堆積しにくく、マスク膜140の開口141が閉塞するのを防ぐことができる(図5〜図8参照)。
また、本開示の基板処理方法では、上述のように、第1ガスに含まれる電子受容体P1としてルイス酸化合物を用いることで、ルイス酸化合物が保護膜形成のプリカーサとして被エッチング膜130に吸着しやすくなる。また、被エッチング膜130に吸着したルイス酸化合物は、第2ガスのプラズマ中の酸素ラジカルと反応して酸化物PFとなり、被エッチング膜130の酸化物PFが形成された部分のプラズマからの保護を強化することができる(図4〜図8参照)。
本開示の基板処理方法において、上述のように、第1ガスに含まれる電子受容体としてホウ素含有化合物を用いることで、ホウ素含有化合物が保護膜形成のプリカーサとして被エッチング膜130にさらに吸着しやすくなる。また、被エッチング膜130に吸着したルイス酸化合物は、さらに第2ガスのプラズマ中の酸素ラジカルと反応して酸化物PFとなりやすい。そのため、被エッチング膜130の酸化物PFが形成された部分のプラズマからの保護をさらに強化することができる(図4〜図8参照)。
本開示では、上述のように、予め開口141を通じて被エッチング膜130に凹部150が形成されているため、第2ガスのプラズマを含むエッチング用のプラズマが供給されると、被エッチング膜130に形成された凹部150内では、電子受容体P1の酸化物(保護膜)PFにより凹部150の側面が保護された状態で、凹部150の底面151がエッチングされる。そのため、本開示の基板処理方法によれば、ボーイング等のエッチング不良を高い精度で抑制することができる(図3〜図8参照)。
また、第1ガスの電子受容体P1は、被エッチング膜130に形成された凹部150に供給されるとともに、マスク膜140にも供給され、被エッチング膜130の開口141周辺を含むマスク膜140にも吸着する。しかしながら、マスク膜140に吸着した電子受容体P1は、第2ガスのプラズマP2により、スパッタS1として除去されるので、マスク膜140上に電子受容体P1の酸化物PFは形成されにくい。そのため、本開示の基板処理方法によれば、マスク膜140の開口141の周辺に電子受容体P1の酸化物PFが堆積しにくく、マスク膜140の開口141が閉塞するのを防ぐことができる(図3〜図8参照)。
本開示の基板処理方法では、上述のように、被エッチング膜130に電子受容体P1を含む第1ガスを供給する場合にプラズマを生成しないことで、第2ガスのプラズマを供給する前に第1ガスが電子受容体P1の酸化物PFに変化することを防ぐことができる。これにより、第1ガスが吸着した被エッチング膜130のうち、第2ガスのプラズマP2と反応して電子受容体P1の酸化物PFが形成された部分を保護しながら、第2ガスのプラズマP2によりスパッタS1として除去された部分のみをエッチングすることができる(図4〜図8参照)。
本開示の基板処理方法では、上述のように、B)の工程とC)の工程を同時に行うことにより、被エッチング膜130に酸素を含む第2ガスのプラズマP2を供給すると、被エッチング膜130の第1ガスが吸着した部分に電子受容体P1の酸化物PFを形成しながら、被エッチング膜130の第1ガスが吸着していない部分だけをエッチングすることができる(図5、図7参照)。
これにより、第2ガスのプラズマP2を供給したときに、被エッチング膜130の保護とエッチングを同時に行うことがでるため、ボーイング等のエッチング不良を高い精度で抑制することができる。また、第2ガスのプラズマP2を供給するだけで、被エッチング膜130をエッチングすることができるので、エッチン処理の効率化を図ることができる(図4〜図8参照)。
本開示の基板処理方法では、上述のように、A)、B)、及びC)の工程を繰り返すことで、電子受容体P1の酸化物PFが形成された被エッチング膜130の一部を保護しながら、電子受容体P1の酸化物PFが形成されていない被エッチング膜130の部分のエッチングを進めることができる。また、あらたにエッチングされた被エッチング膜130の一部(凹部150Aの側面152A、凹部150Bの側面152B、凹部150Cの側面152C)にも、電子受容体P1の酸化物PFが形成される。そのため、エッチングが進んでも、被エッチング膜130の一部(凹部150Aの側面152A、凹部150Bの側面152B、凹部150Cの側面152C)を保護しながら被エッチング膜130(凹部150Aの底面151A、凹部150Bの底面151B、凹部150Cの底面151C)をエッチングすることができる(図4〜図8参照)。
図10は、第1実施形態に係る基板処理方法の変形例を示すフローチャートである。なお、図10において、図1と共通するステップには図1に付した符号の数に10の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。
本開示の変形例では、前記A)と前記B)の間に、前記基板の表面をパージする工程が含まれている。具体的には、ステップS23で、被エッチング膜130に電子受容体P1を含む第1ガスを供給した後で、酸素を含む第2ガスのプラズマP2を供給する前に、回路基板100をパージする(図10)。
本明細書において、パージは、基板の表面に不活性ガスを供給して、基板表面を浄化することを示す。パージに用いられる不活性ガスの成分は、限定されないが、好ましくは化学反応を起こさない気体または起こしにくい気体であり、より好ましくは希ガスであり、さらに好ましくはアルゴン(Ar)ガスである。
本開示の基板処理方法では、上述のように、電子受容体P1を含む第1ガスが吸着した被エッチング膜130に酸素を含む第2ガスのプラズマP2を供給する前に、基板の表面をパージすることで、被エッチング膜130やマスク膜140に堆積したパーティクル等の不純物や余剰の第1ガス(電子受容体P1の酸化物PFの形成に寄与しない第1ガス)を除去することができる。これにより、基板の表面に第2ガスのプラズマP2が供給された場合に、電子受容体P1の酸化物PFを被エッチング膜130の保護が必要な部分(凹部150の側面)だけに形成することができる。
図11は、第2実施形態に係る基板処理方法の一例を示すフローチャートである。図12〜図15は、第2実施形態に係る基板処理方法で基板が処理される工程の一部を示す。なお、図11では、図1と共通するステップに図1に付した符号の数に20の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。また、図12〜図15では、図2〜図8と共通する構成に図2〜図8に付した符号の数に100の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。
本開示の第2実施形態では、前記A)と前記B)を同時に行う。具体的には、ステップS32で、マスク膜240の開口241を通じて被エッチング膜230に電子受容体P1を含む第1ガスと酸素を含む第2ガスのプラズマP2とを同時に供給する(図11、図12)。その後、ステップS33で、マスク膜240の開口241を通じて被エッチング膜230をプラズマエッチングする。
なお、第1ガスと第2ガスのプラズマの供給を同時に行う場合は、第1ガスと第2ガスを別々に供給しながらプラズマを発生させてもよく、また第1ガスと第2ガスの混合ガスを供給しながらプラズマを発生させてもよい。
本開示の基板処理方法では、このように第1ガスの供給と第2ガスのプラズマP2の供給とを同時に行うことで、第1ガスの供給と同時に被エッチング膜230に電子受容体P1の酸化物P3(PF)を形成することができる。これにより、電子受容体P1の酸化物PFが形成された被エッチング膜230の一部(凹部250の側面252)をプラズマから十分に保護しながら、被エッチング膜230をプラズマエッチングすることができる(図13〜図15)。
なお、電子受容体P1の酸化物PFは、凹部250の底面251およびマスク膜140に形成されるが、後に被エッチング膜230をプラズマエッチングする際に、供給されるプラズマ(例えば、第2ガスのプラズマP2)により、スパッタS2として除去される。そのため、本開示では、マスク膜140の開口141の周辺に電子受容体P1の酸化物PFが堆積を抑制することができ、マスク膜140の開口141が閉塞するのを防ぐことができる(図3〜図8参照)。
<基板処理装置>
実施形態に係る基板処理装置について、図16を用いて説明する。図16は、本開示に係る基板処理装置の一例を示す断面模式図である。ここでは、基板処理装置300の一例としてプラズマ処理装置(例えば、プラズマエッチング装置)を挙げて説明する。
本開示の基板処理装置は、基板のエッチングを行うチャンバと、制御部とを有し、前記基板は、被エッチング膜と前記被エッチング膜を覆うマスク膜とを有し、前記マスク膜は、前記被エッチング膜の一部を露出する開口を有し、前記制御部は、前記基板を前記チャンバに提供し、前記開口を通じて前記被エッチング膜に電子受容体を含む第1ガスを供給し、前記被エッチング膜に酸素を含む第2ガスのプラズマを供給し、前記被エッチング膜をプラズマエッチングするように制御する。
具体的には、本開示の基板処理装置は、チャンバ310、ガス供給部320、RF電力供給部330、排気システム340、及び制御部350を含む基板処理装置300で構成されている。
チャンバ310は、処理空間310S内に支持部311及び上部電極シャワーヘッド312を含み、基板のエッチングを行う。支持部311は、チャンバ310内の処理空間310Sの下部領域に配置される。上部電極シャワーヘッド312は、支持部311の上方に配置され、チャンバ310の天部(ceiling)の一部として機能し得る。なお、チャンバ310は、本開示の基板処理装置を構成において基板のエッチングを行うチャンバの一例である。
支持部311は、処理空間310Sにおいて基板を支持するように構成される。本開示において、基板には、上述の回路基板100が用いられる(図2、図3、図16)。
本開示において、支持部311は、下部電極3111、静電チャック3112、及びエッジリング3113を含む。下部電極3111は、後述のRF電力が供給される。静電チャック3112は、下部電極3111上に配置され、静電チャック3112の上面で回路基板100を支持するように構成される。エッジリング3113は、下部電極3111の周縁部上面において回路基板100を囲むように配置される。
なお、支持部311は、静電チャック3112及び回路基板100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(図示せず)を含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、流路、またはこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、冷媒、伝熱ガスのような温調流体が流れる。
上部電極シャワーヘッド312は、ガス供給部320から処理ガスを処理空間310Sに供給するように構成される。上部電極シャワーヘッド312は、ガス入口312A、ガス拡散室312B、及び複数のガス出口312Cを有する。
ガス入口312Aは、ガス供給部320及びガス拡散室312Bと連通している。複数のガス出口312Cは、ガス拡散室312B及び処理空間310Sと連通している。本開示において、上部電極シャワーヘッド312は、処理ガスをガス入口312Aからガス拡散室312B及び複数のガス出口312Cを介して処理空間310Sに供給するように構成される。
ガス供給部320は、ガスソース321及び流量制御器322を含んでもよい。本開示において、ガス供給部320は、処理ガスを、ガスソース321から流量制御器322を介してガス入口312Aに供給するように構成される。流量制御器322は、例えばマスフローコントローラまた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320は、処理ガスの流量を変調またはパルス化する流量変調デバイスを含んでもよい。
本開示において、ガス供給部320により、チャンバ310の処理空間310Sに供給される処理ガスには、上述の電子受容体P1(三塩化ホウ素)を含む第1ガス、及び酸素を含む第2ガスP2が用いられる(図5、図6)。
なお、第1ガスが処理空間310Sに供給される際に、不活性ガス(アルゴン等)が第1ガスのキャリアガスとして、第1ガスと混合されて処理空間310Sに供給される(図4、図16)。
また、不活性ガス(アルゴン等)は、第1ガスが処理空間310Sに供給された後、回路基板100に第2ガスのプラズマP2を供給する前に、電子受容体P1を含む第1ガスの供給が停止され、回路基板100表面をパージするパージガスとして処理空間310Sに供給される(図10のステップS23)。
さらに、不活性ガス(アルゴン等)は、回路基板100に第2ガスのプラズマが供給される際に、プラズマ(プラズマ化されたイオン)を生成する単一の原料ガスとして、処理空間310Sに供給される(図1のステップS13、図10のステップS24)。
RF電力供給部330は、RF(RadioFrequency)電力、例えば1または2以上のRF信号を、下部電極3111、上部電極シャワーヘッド312、または、下部電極3111及び上部電極シャワーヘッド312の双方に供給するように構成される。ここで、RF電力は、高周波(Radio Frequency)の電力を示す。
これにより、処理空間310Sに供給された処理ガス(第2ガスおよび不活性ガス)からプラズマが生成される。したがって、RF電力供給部330は、チャンバ310において処理ガス(第2ガスおよび不活性ガス)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。本開示において、RF電力供給部330は、第1のRF電力供給部330A及び第2のRF電力供給部330Bを含む。
第1のRF電力供給部330Aは、第1のRF生成部331A及び第1の整合回路332Aを含む。本開示において、第1のRF電力供給部330Aは、第1のRF信号を第1のRF生成部331Aから第1の整合回路332Aを介して上部電極シャワーヘッド312に供給するように構成される。例えば、第1のRF信号は、27MHz〜100MHzの範囲内の周波数を有してもよい。
第2のRF電力供給部330Bは、第2のRF生成部331B及び第2の整合回路332Bを含む。本開示において、第2のRF電力供給部330Bは、第2のRF信号を第2のRF生成部331Bから第2の整合回路332Bを介して下部電極3111に供給するように構成される。例えば、第2のRF信号は、400kHz〜13.56MHzの範囲内の周波数を有してもよい。なお、第2のRF電力供給部330Bでは、第2のRF生成部331Bの代わりに、DC(Direct Current)パルス生成部を用いてもよい。
なお、本開示において、図示しない他の実施形態を用いてもよい。例えば、RF電力供給部330は、第1のRF信号をRF生成部から下部電極3111に供給し、第2のRF信号を他のRF生成部から下部電極3111に供給するように構成されてもよい。また、RF電力供給部330は、第1のRF信号をRF生成部から下部電極3111に供給し、第2のRF信号を他のRF生成部から下部電極3111に供給し、第3のRF信号をさらに他のRF生成部から上部電極シャワーヘッド312に供給するように構成されてもよい。さらに、RF電力供給部330は、DC電圧が上部電極シャワーヘッド312に印加されるように構成されていてもよい。
また、種々の実施形態において、1または2以上のRF信号(例えば、第1のRF信号、第2のRF信号等)の振幅がパルス化または変調されてもよい。振幅変調は、オン状態とオフ状態との間、あるいは、2またはそれ以上の異なるオン状態の間でRF信号振幅をパルス化することを含んでもよい。
排気システム340は、例えばチャンバ310の底面に設けられた排気口310Eに接続されている。排気システム340は、圧力弁及び真空ポンプを含んでもよい。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、粗引きポンプまたはこれらの組み合わせを含んでもよい。
制御部350は、本開示において上述の基板処理方法を基板処理装置300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350は、基板処理装置300の各要素を制御するように構成されている。本開示では、制御部350の全てが基板処理装置300の一部として構成されているが、この構成に限定されず、制御部350の一部が基板処理装置300の一部として構成されていてもよく、制御部350の一部または全てが基板処理装置300と別個に設けられていてもよい。
制御部350は、例えばコンピュータ351を含んでもよい。コンピュータ351は、例えば、処理部3511、記憶部3512、及び通信インターフェース3513を含んでもよい。なお、制御部350は、本開示に係る基板処理装置の一部を構成する制御部の一例である。
処理部3511は、例えば、CPU(Central Processing Unit)であり、記憶部3512に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部3512は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、また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513は、LAN(Local Area Network)等の通信回線を介して基板処理装置300の各要素との間で通信してもよい。
本開示では、制御部350によりチャンバ310が制御され、上述のステップS11、ステップS21、ステップS31が実行される(図1、図10、図11)。
また、制御部350によりガス供給部320及び排気システム340が制御され、上述のステップS12、ステップS22、ステップS32が実行される(図1、図10、図11)。
さらに、制御部350によりガス供給部320及びRF電力供給部330が制御され、上述のステップS13、ステップS23、ステップS24、ステップS32が実行される(図1、図10、図11)。
本開示の基板処理装置は、前記チャンバ内に設けられ、前記基板を載置する載置部を有し、前記制御部は、前記被エッチング膜をプラズマエッチングする場合に、前記載置部にRF電力を供給するように制御する。具体的には、制御部350によりRF電力供給部330が制御され、チャンバ310内に設けられた回路基板100を載置する支持部311にRF電力が供給される(図16)。なお、支持部311は、本開示に係る基板処理装置の一部を構成する載置部の一例である。
これにより、処理空間310Sに処理ガスとして供給された第2ガス(酸素を含むガス)のプラズマ(イオン)が生成され、上述のステップS13、ステップS14、ステップS15、ステップS24、ステップS25、ステップS26、ステップS32、ステップS33、ステップS34が実行される(図1、図10、図11)。
本開示の基板処理装置300では、制御部350の制御により、基板のエッチングを行うチャンバ310内で、マスク膜140の開口141を通じて被エッチング膜130に電子受容体P1を含む第1ガスが供給されることで、電子受容体P1を保護膜形成のプリカーサとして被エッチング膜130の一部(凹部150)に吸着させることができる。また、第1ガスが供給された後の被エッチング膜130に酸素を含む第2ガスのプラズマP2を供給することで、被エッチング膜130に吸着した電子受容体P1のうち、凹部150の側面152に吸着した一部の電子受容体P1が第2ガスのプラズマP2中の酸素ラジカルと反応して酸化物PFとなり、凹部150の底面151およびマスク膜140に吸着したその他の電子受容体P1はスパッタS1として除去される(図1〜図5参照)。
さらに、被エッチング膜130をプラズマエッチングすることにより、被エッチング膜130に形成された電子受容体P1の酸化物PFは、被エッチング膜130の酸化物PFが形成された部分(凹部150の側面152)を、プラズマから保護することができる。また、電子受容体P1が除去された被エッチング膜130の部分(凹部150の底面151)は、プラズマに晒される。このようにして、基板の被エッチング膜130では、電子受容体P1の酸化物PFが形成された部分(凹部150の側面152)はエッチングされず、酸化物PFが形成されない部分(凹部150の底面151)だけがエッチングされる(図5参照)。
また、エッチングが進むにつれてマスク膜140の開口141を通じて被エッチング膜130にさらに凹部150Aが形成され、第1ガスは、凹部150Aの底面151A及び側面152Aにも吸着する。凹部150Aの底面151Aに吸着した電子受容体P1は、続いて供給される第2ガスのプラズマP2により、スパッタS1として除去される一方、凹部150Bの側面152Aに吸着した電子受容体P1は、側面152Aに吸着したまま、第2ガスのプラズマP2と反応して、凹部150Bの側面152Aに電子受容体P1の酸化物(保護膜)PFが形成される(図5〜図8参照)。
ここに、第2ガスのプラズマP2を含むエッチング用のプラズマが供給されると、被エッチング膜130に形成された凹部150内では、電子受容体P1の酸化物(保護膜)PFにより凹部150Bの側面152Aが保護された状態で、凹部150Bの底面151Bがエッチングされ、凹部150CのようなスルーホールHが形成される(図5〜図8参照)。そのため、本開示の基板処理装置300によれば、ボーイング等のエッチング不良を抑制することができる。
また、第1ガスは、開口141周辺を含むマスク膜140にも吸着するが、マスク膜140に吸着した電子受容体P1は、第2ガスのプラズマP2により、スパッタS1として除去されるため、マスク膜140上に電子受容体P1の酸化物PFは形成されにくい。そのため、本開示の基板処理装置300によれば、マスク膜140の開口141の周辺に電子受容体P1の酸化物PFが堆積しにくく、マスク膜140の開口141が閉塞するのを防ぐことができる(図5〜図8参照)。
本実施形態の基板処理装置300では、基板(回路基板100)を載置するためにチャンバ310内に設けられた載置部(支持部311)にRF電力が供給されるように制御部350が制御することで、RF電力が供給される載置部(支持部311)はバイアス電極を構成することができる。これにより、第2ガスのプラズマP2によって生成された酸素のイオンまたは第2ガスのプラズマP2とは別個のエッチングを行うプラズマが、載置部(支持部311)に載置された基板の表面に引き込まれ、被エッチング膜130がエッチングされる。このように、被エッチング膜130のエッチングが促進され、効率的なエッチング処理を施すことができる。
また、本実施形態の基板処理装置300では、チャンバ310内の載置部(支持部311)以外の部分(例えば、チャンバ310内の側壁313等)にRF電力は供給されないため、チャンバ310内では載置部(支持部311)に載置された基板以外の部分はエッチングされにくい。そのため、チャンバ310内の浸食やそれに伴うパーティクルの発生を抑制することができる。これにより、安定的なエッチング処理を施すことができ、しかも基板処理装置300のメンテナンスが容易になる。
以下、本開示の実施形態について、実施例を用いて説明する。実施例、比較例の試験、評価は、以下に従う。
[試験体(基板)]
試験体として、ウエハ110、下層膜(無機絶縁膜)120、被エッチング膜130、及びマスク膜140がこの順で積層された回路基板100を用いた。ウエハ110はシリコン(Si)で構成され、無機絶縁膜120は窒化シリコン(SiN)と酸化シリコン(SiO)が交互に積層され、被エッチング膜130はアモルファスカーボン膜(ACL)で構成され、マスク膜140は酸窒化シリコン(SiON)で構成されている。マスク膜140には、被エッチング膜130の一部を露出する開口141が形成され、開口141に露出する被エッチング膜130の一部には、凹部150が形成され、凹部150内には、底面151と側面152が形成されている(図3参照)。
[エッチング]
図16に示す基板処理装置300を用いて、基板(試験体)にプラズマエッチングを施した。
[ボーイング]
エッチング終了後の基板(試験体)の断面を撮像したSEM画像から、ボーイングの最大幅(nm)を測定した(図17、図19、図21、図23参照)。ボーイングの評価は、ボーイングの最大幅(nm)が120nm以下の場合を良好とし、120nmを超える場合を不良とした。
[ホール閉塞]
エッチング終了後の基板(試験体)の開口を撮像したSEM画像から、開口付近の堆積物(閉塞状態)を確認した(図18、図20、図22、図24参照)。ホール閉塞の評価は、以下の基準で行い、2以上を良好、2未満を不良とした。
3:堆積物は確認されなかった
2:わずかに堆積物が確認できるが開口の閉塞は確認されなかった
1:堆積物による開口の閉塞が確認された
[実施例1]
基板(試験体)の開口に、第1ガスとしてプラズマ状態ではない電子受容体を含むガスを供給し、その後パージガスとして不活性ガス(アルゴン(Ar)ガス)を供給し、その後第2ガスのプラズマとして酸素(O)と硫化カルボニル(COS)の混合ガスのプラズマを供給し、その後エッチングガスとして第2ガスのプラズマをそのまま供給して、プラズマエッチングを行い、ボーイングおよびホール閉塞を評価した(図17、図18参照)。なお、第1ガスに含まれる電子受容体には、ルイス酸化合物(三塩化ホウ素(BCl))を用いた。実施例1について、エッチングの条件と結果を、表1に示す。
[実施例2]
第1ガスとして電子受容体を含むガスと、第2ガスのプラズマとして酸素(O)を含むガスのプラズマを同時に供給し、その後、エッチングガスとして酸素(O)と硫化カルボニル(COS)の混合ガスのプラズマを供給した以外は、実施例1と同様にプラズマエッチングを行い、評価した(図19、図20参照)。エッチングの条件と結果を、表1に示す。
[参考例1]
第1ガス、第2ガスのプラズマのいずれも供給せず、エッチングガスとして、三塩化ホウ素(BCl)を含むガス、及び酸素(O)と硫化カルボニル(COS)の混合ガスのプラズマを同時に供給した以外は、実施例1と同様にプラズマエッチングを行い、評価した(図21、図22参照)。エッチングの条件と結果を表1に示す。
[比較例1]
第1ガス、第2ガスのプラズマのいずれも供給せず、エッチングガスとして、酸素(O)と硫化カルボニル(COS)の混合ガスのプラズマを供給した以外は、実施例1と同様にプラズマエッチングを行い、評価した(図23、図24参照)。エッチングの条件と結果を表1に示す。
Figure 2021192414
表1より、第1ガスとして電子受容体を含むガスと、第2ガスのプラズマとして酸素を含むガスのプラズマを供給して、プラズマエッチングを行った基板は、ボーイング、ホール閉塞の評価がいずれも良好であった。
これに対して、第1ガス、第2ガスのいずれも供給せずに、プラズマエッチングを行った基板は、ボーイング、ホール閉塞の評価のいずれかが不良であった。
これらの結果から、開口を通じて被エッチング膜に電子受容体を含む第1ガスを供給し、被エッチング膜に酸素を含む第2ガスのプラズマを供給し、被エッチング膜をプラズマエッチングすることにより、エッチング不良が抑制されることが判った。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示はこれらの実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された開示の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
100、200 回路基板
110、210 ウエハ
120、220 無機絶縁膜(下層膜)
130、230 ACL膜(被エッチング膜)
140、240 マスク膜
141、241 開口
150、150A、150B、150C、250、250A、250B 凹部
151、151A、151B、151C、251、251A、251B 底面
152、152A、152B、152C、252、252A、252B 側面
P1 電子受容体
P2 酸素のプラズマ
PF、P3 保護膜(電子受容体の酸化物)
S1、S2 スパッタ
H スルーホール
300 基板処理装置
310 チャンバ
310S 処理空間
310E 排気口
311 支持部
3111 下部電極
3112 静電チャック
3113 エッジリング
312 上部電極シャワーヘッド
312A ガス入口
312B ガス拡散室
312C ガス出口
313 側壁
320 ガス供給部
321 ガスソース
322 流量制御器
330 RF電力供給部
330A 第1のRF電力供給部
331A 第1のRF生成部
332A 第1の整合回路
330B 第2のRF電力供給部
331B 第2のRF生成部
332B 第2の整合回路
340 排気システム
350 制御部
351 コンピュータ
3511 処理部
3512 記憶部
3513 通信インターフェース

Claims (11)

  1. 被エッチング膜と前記被エッチング膜を覆うマスク膜とを有する基板をエッチングする基板処理方法であって、
    前記マスク膜は、前記被エッチング膜の一部を露出する開口を有し、
    A)前記開口を通じて前記被エッチング膜に電子受容体を含む第1ガスを供給する工程と、
    B)前記被エッチング膜に酸素を含む第2ガスのプラズマを供給する工程と、
    C)前記被エッチング膜をプラズマエッチングする工程と、
    を含む、基板処理方法。
  2. 前記電子受容体はルイス酸化合物である、請求項1に記載の基板処理方法。
  3. 前記電子受容体はホウ素含有化合物である、請求項1または2に記載の基板処理方法。
  4. 前記開口を通じて前記被エッチング膜に凹部が形成されている、
    請求項1乃至3のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  5. 前記A)でプラズマを生成しない、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  6. 前記A)と前記B)の間に、前記基板の表面をパージする工程を含む、
    請求項1乃至5のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  7. 前記B)と前記C)を同時に行う、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  8. 前記A)と前記B)を同時に行う、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  9. 前記A)、前記B)、及び前記C)を繰り返す、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  10. 基板のエッチングを行うチャンバと、
    制御部とを有し、
    前記基板は、被エッチング膜と前記被エッチング膜を覆うマスク膜とを有し、
    前記マスク膜は、前記被エッチング膜の一部を露出する開口を有し、
    前記制御部は、
    前記基板を前記チャンバに提供し、
    前記開口を通じて前記被エッチング膜に電子受容体を含む第1ガスを供給し、
    前記被エッチング膜に酸素を含む第2ガスのプラズマを供給し、
    前記被エッチング膜をプラズマエッチングするように制御する、基板処理装置。
  11. 前記チャンバ内に設けられ、前記基板を載置する載置部を有し、
    前記制御部は、
    前記被エッチング膜をプラズマエッチングする場合に、前記載置部にRF電力を供給するように制御する、
    請求項10に記載の基板処理装置。
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