JP2022115720A - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エッチング工程における膜の形状異常を抑制する。【解決手段】（ａ）シリコン酸化膜と、前記シリコン酸化膜上の有機膜のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程と、（ｂ）フルオロカーボンガスと水素含有ガスとを含む第１処理ガスから生成したプラズマにより前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、（ｃ）フルオロカーボンガスを含む第２処理ガスから生成したプラズマにより前記シリコン酸化膜をさらにエッチングする工程と、を有し、前記第１処理ガスに含まれる水素含有ガスの流量は、前記フルオロカーボンガスの流量よりも少ない、基板処理方法が提供される。【選択図】図２

Description

本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
例えば、特許文献１は、マスクを介して、シリコン酸化膜に、エッチング工程によってホールを形成するプラズマエッチング方法であって、フルオロカーボンガスを含むエッチングガスを使用してシリコン酸化膜をエッチングすることを提案している。
特開２００６－２７８４３６号公報
マスクが歪むと、マスクを介して下層膜をエッチングしたときに下層膜に形状異常が生じる。
本開示は、エッチング工程における膜の形状異常を抑制することができる技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、（ａ）シリコン酸化膜と、前記シリコン酸化膜上の有機膜のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程と、（ｂ）フルオロカーボンガスとＨ含有ガスとを含む第１処理ガスから生成したプラズマにより前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、（ｃ）フルオロカーボンガスを含む第２処理ガスから生成したプラズマにより前記シリコン酸化膜をさらにエッチングする工程と、を有し、前記第１処理ガスに含まれるＨ含有ガスの流量は、前記フルオロカーボンガスの流量よりも少ない、基板処理方法が提供される。
一の側面によれば、エッチング工程における膜の形状異常を抑制することができる。
図１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。 図２は、本開示に係るエッチング工程における膜構造とホール形状の一例を示す図である。 図３は、本開示に係るＨＢｒガスの添加の有無とホールの形状の一例を示す図である。 図４は、本開示に係る基板処理方法の第１実施形態を示すフローチャートである。 図５は、本開示に係る基板処理方法の第２実施形態を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
［プラズマ処理システム］
以下に、プラズマ処理システムの構成例について図１を参照して説明する。プラズマ処理システムは、容量結合のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は基板処理装置の一例である。容量結合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。本開示において、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。側壁１０ａ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。
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（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（基板支持面）１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域（リング支持面）１１１ｂとを有する。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。本開示において、本体部１１１は、基台及び静電チャックを含む。基台は、導電性部材を含む。基台の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置される。静電チャックの上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。１又は複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック、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、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面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。
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、導電性部材を含む。シャワーヘッド１３の導電性部材は上部電極として機能する。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。
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。本開示において、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。
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、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材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信号を基板支持部１１の導電性部材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。
本開示において、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基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に結合され、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。本開示において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。本開示において、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、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給される。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基板支持部１１の導電性部材に結合され、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。本開示において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。本開示において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。本開示において、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、基板支持部１１の導電性部材に供給される。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。
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。本開示において、第１のＤＣ生成部３２ａは、基板支持部１１の導電性部材に接続され、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、基板支持部１１の導電性部材に印加される。本開示において、第１のＤＣ信号が、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてもよい。本開示において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、シャワーヘッド１３の導電性部材に接続され、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、シャワーヘッド１３の導電性部材に印加される。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。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。
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。
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を一例とする基板処理装置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基板処理装置の各要素を制御するように構成され得る。本開示において、制御部２の一部又は全てが基板処理装置に含まれてもよい。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基板処理装置との間で通信してもよい。
[エッチング工程とホールの形状]
次に、本開示に係る基板処理方法において実行されるエッチング工程について、図２を参照しながら説明する。図２は、本開示に係るエッチング工程の対象となる膜構造と、このエッチング工程により形成されるエッチング形状の一例を示す図である。本開示に係るエッチング工程を含む基板処理方法は、プラズマ処理装置１を一例とする基板処理装置において実行される。なお、以下では、エッチング工程によりホールＨが形成される場合について説明しているが、エッチング形状はこれに限らない。本開示にエッチング工程は、例えば、トレンチ等を形成する場合にも適用可能である。
エッチング前の初期状態の膜構造の一例を図２（ａ）の上段に示す。基板Ｗ上には、下から順にポリシリコン膜１００、シリコン酸化膜１０１、有機膜１０２、Ｓｉ－ＡＲＣ（シリコン含有反射防止膜）１０３、及びレジスト膜１０４が積層されている。図２（ｂ）～（ｅ）の上段は、エッチングの途中、エッチング完了時の膜構造の一例を示す。
図２（ａ）～（ｅ）の下段は、この膜構造を平面視したときのホールＨのパターンを示す。図２（ａ）の下段は、初期状態の膜構造を平面視したときのホールＨのパターンを示す。レジスト膜１０４には、略真円のホールＨのパターンが等間隔に形成され、ホールＨの底部にはＳｉ－ＡＲＣ１０３が露出している。
上記膜構造の基板Ｗに対して、レジスト膜１０４をマスクとしてＳｉ－ＡＲＣ１０３をエッチングする。このエッチング工程は、有機膜１０２が露出するまで行う。次に、Ｓｉ－ＡＲＣ１０３をマスクとして有機膜１０２をエッチングする。このエッチング工程は、シリコン酸化膜１０１が露出するまで行う。
図２（ｂ）は、有機膜１０２をシリコン酸化膜１０１が露出するまでエッチングしたときの膜構造とその膜構造を平面視したときのホールＨを示す。有機膜１０２には、略真円のホールＨが等間隔に形成される。
次に、有機膜１０２をマスクとしてシリコン酸化膜１０１をエッチングする。このエッチング工程は、ポリシリコン膜１００が露出するまで行う。
図２（ｃ）は、シリコン酸化膜１０１をポリシリコン膜１００が露出するまでエッチングしたときの膜構造とその膜構造を平面視したときのホールＨを示す。有機膜１０２に歪みがなく、有機膜１０２に略真円のホールＨが等間隔に形成されている場合、図２（ｃ）の下段に示すように有機膜１０２を介してエッチングされたシリコン酸化膜１０１には、略真円のホールＨが等間隔に形成される。
上記エッチング工程を実行した後、シリコン酸化膜１０１上の有機膜１０２をアッシングにより除去する。図２（ｄ）は、アッシングした後の膜構造とその膜構造を平面視したときのホールＨを示す。図２（ｄ）の下段に示すようにシリコン酸化膜１０１には、略真円のホールＨが等間隔に形成されている。
ところが、図２（ｅ）に示すように、有機膜１０２の大きさや形状に異常があり有機膜１０２に歪みが生じると、有機膜１０２をマスクとしてエッチングしたシリコン酸化膜１０１に形状異常が生じる。つまり、シリコン酸化膜１０１に形成されたホールＨに、大きさや形状のばらつきや、隣接するホールＨ間の距離のはらつきが生じる。
シリコン酸化膜１０１をエッチングするには、Ｃ４Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス等のフルオロカーボンガス（以下、「ＣｘＦｙガス」ともいう。）が使用される。ＣｘＦｙガスによりシリコン酸化膜１０１をエッチングしている間に有機膜１０２はダメージを受ける。その結果、有機膜１０２が削れてシリコン酸化膜１０１に対する有機膜１０２の選択比（以下、「マスク選択比」ともいう。）が不足したり、有機膜１０２に歪みが生じたりする。
歪んだ有機膜１０２をマスクとしてシリコン酸化膜１０１をエッチングすると、図２（ｅ）に示すように、シリコン酸化膜１０１に形成されたホールＨに形状異常が生じる。
これに対して、ＣｘＦｙガスやハイドロフルオロカーボンガス（以下、「ＣＨｚＦｙガス」ともいう）等のガス種を適正化してマスク選択比を改善したり、マスク上に保護膜を形成させたりすることが考えられる。しかし、この手法では、有機膜１０２のマスクのホールＨが閉塞する課題が生じる場合がある。
そこで、本開示に係る基板処理方法に含まれるエッチング工程では、有機膜１０２の形状を改善するために水素（Ｈ）含有ガスをＣｘＦｙガスに添加してシリコン酸化膜１０１をエッチングする。具体的には、シリコン酸化膜１０１のエッチングを２工程に分け、第１エッチング工程では、ＣｘＦｙガスとＨ含有ガスとを含む第１処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に供給する。そして、第１処理ガスからプラズマを生成してシリコン酸化膜１０１をエッチングする。第１エッチング工程では、第１処理ガスに含まれるＨ含有ガスの流量を、ＣｘＦｙガスの流量よりも少なくする。
第１エッチング工程を実行した後の第２エッチング工程では、ＣｘＦｙガスを含む第２処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に供給する。そして、第２処理ガスからプラズマを生成してシリコン酸化膜１０１をさらにエッチングし、ポリシリコン膜１００が露出するまでエッチングする。
図３は、第１エッチング工程において、Ｈ含有ガスとして臭化水素ガス（ＨＢｒ）を添加した場合の効果の一例を示す図である。
図３の上段は、比較例（ＨＢｒガスの添加なし）に係るエッチング結果の一例を示す。比較例では、第１エッチング工程においてＣｘＦｙガスにＨＢｒガスを添加していない。比較例の第２エッチング工程は本実施形態の第２エッチング工程と同じエッチング条件である。つまり、比較例では、第１エッチング工程及び２エッチング工程においてＣ４Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、酸素（Ｏ２）ガスを供給し、これらのガスから生成したプラズマによって有機膜１０２をマスクとしてシリコン酸化膜１０１をエッチングした。
この結果、図３の上段左図に示すように、シリコン酸化膜１０１のエッチング後、アッシング前の有機膜１０２は、シリコン酸化膜１０１のエッチング中にＣｘＦｙガスによりダメージを受けて歪み、ホールＨの大きさや形状にばらつきが見られた。その結果、有機膜１０２をアッシングした後の上段右図では、シリコン酸化膜１０１のホールＨに形状異常が生じ、ホールＨの大きさや形状のばらつき及び隣接するホールＨ間の距離のはらつきが大きくなった。
これに対して、本実施形態では、第１エッチング工程にて、第１処理ガスの一例としてＣ４Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、Ａｒガス、Ｏ２ガス、ＨＢｒガスを供給し、これらのガスのプラズマによって有機膜１０２をマスクとしてシリコン酸化膜１０１を途中までエッチングした。また、第２エッチング工程にて、第２処理ガスの一例としてＣ４Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、Ａｒガス、Ｏ２ガスを供給し、これらのガスのプラズマによって有機膜１０２をマスクとしてシリコン酸化膜１０１をポリシリコン膜１００が露出するまでエッチングした。
この結果、図３の下段左図に示すように、シリコン酸化膜１０１のエッチング後、アッシング前の有機膜１０２は、ＨＢｒガスの作用により保護され、エッチング中のダメージを抑制できており、ほとんど歪んでいなかった。このため、有機膜１０２をアッシングした後の下段右図では、シリコン酸化膜１０１のホールＨの形状異常が改善され、シリコン酸化膜１０１に略真円のホールＨが等間隔に形成された。
なお、図２（ｄ）に示すように、有機膜１０２をアッシングにより除去した後のシリコン酸化膜１０１のトップのホールＨのＣＤ(Critical Dimension)を、以下、「Ｈｏｌｅ ＣＤ」という。また、有機膜１０２をアッシングにより除去した後のシリコン酸化膜１０１のトップの隣接するホールＨとホールＨの間の距離を、以下、「Ｂａｒ ＣＤ」という。
[ガス種]
上記の例では、第１処理ガスとしてＣ４Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、Ａｒガス、Ｏ２ガス、ＨＢｒガスを供給した。しかし、第１処理ガスとしては、少なくともＣｘＦｙガスと、Ｈ含有ガスとを含んでいればよい。ＣｘＦｙガスとしては、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣ４Ｆ６ガスの少なくともいずれかであってよく、その他のＣｘＦｙガスであってもよい。ＣｘＦｙガスは、主にシリコン酸化膜１０１のエッチングに寄与する。
ＨＢｒガスは、Ｈ含有ガスの一例であり、これに限らない。Ｈ含有ガスは、水素（Ｈ２）ガス、ＨとＢｒとを含有するガス、ＨとＣとを含有するガス、ＨとＣとＦとを含有するガス、及びＨと塩素（Ｃｌ）とを含有するガスの少なくともいずれかであってよい。ＨとＢｒとを含有するガスは、上述したＨＢｒガスのほか、Ｈ２ガスとＢｒ２ガスとの混合ガスであってよい。
また、ＨとＣとを含有するガスの一例としてＣＨ４ガス、ＨとＣとＦとを含有するガスの一例としてＣＨ３Ｆガス、ＨとＣｌとを含有するガスの一例としてＨＣｌガスが挙げられる。Ｈを含有するガスは、主に有機膜１０２のマスクの保護及び形状改善に寄与する。
また、上記の基板処理方法では、第２処理ガスとしてＣ４Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、Ａｒガス、Ｏ２ガスを供給した。しかし、第２処理ガスとしては、少なくともＣｘＦｙガスを含んでいればよい。ＣｘＦｙガスとしては、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣ４Ｆ６ガスの少なくともいずれかであってよく、その他のＣｘＦｙガスであってもよい。また、第２処理ガスのＣｘＦｙガスは、第１処理ガスのＣｘＦｙガスと同じＣｘＦｙガスであってもよく、異なるＣｘＦｙガスであってもよい。
上述のように、第１処理ガス及び第２処理ガスは、Ａｒガス及び／又はＯ２ガスをさらに含んでもよい。Ａｒガスは希釈ガスの一例であり、プラズマの着火等に寄与する。Ａｒガスに代えてＨｅガス、Ｎ２ガス等の不活性ガスを供給してもよい。
また、Ｏ２ガスは、酸素（Ｏ）含有ガスの一例であり、主に有機膜１０２のマスク等に付着した反応生成物の除去に寄与し、マスク等の閉塞を回避するために使用される。Ｏ含有ガスとしては、Ｏ２ガスのほか、ＣＯガス又はＣＯ２ガスを用いることができる。
なお、第２処理ガスは、第１処理ガスと同様に、Ｈ含有ガスを含んでもよい。第２処理ガスがＨ含有ガスを含む場合、第２処理ガスにおけるＣｘＦｙガスの流量に対するＨ含有スの流量の比（流量比）は、第１処理ガスにおけるＣｘＦｙガスの流量に対するＨ含有ガスの流量の比よりも小さくてよい。または、Ｈ含有ガスの流量に応じて、第２処理ガスにＯ含有ガスを添加してもよい。第１処理ガス及び第２処理ガスがいずれもＨ含有ガス及びＯ含有ガスを含む場合には、第２処理ガスにおけるＯ含有ガスに対するＨ含有ガスの比を、第１処理ガスにおけるＯ含有ガスに対するＨ含有ガスの比よりも大きくしてもよい。このように、第２処理ガスにおけるＨ含有ガス、又はＨ含有ガスとＯ含有ガスの流量比を調整することにより、Ｈ含有ガスの添加に伴うホールＨの閉塞を抑制することができる。
［第１エッチングと第２エッチングの時間］
第１エッチングの時間と第２エッチングの時間は、シリコン酸化膜１０１に形成するホールＨの深さ（又はアスペクト比）や、ＲＦ電力の大きさ等のエッチング条件によって適宜調整される。一例では、第１エッチング工程と第２エッチング工程の合計時間に対する第１エッチング工程の時間の比は、０．４～０．８又は０．５～０．８の範囲に設定される。第１エッチング工程の比が大きいと、Ｈ含有ガスの添加に伴うホールＨの閉塞が生じやすくなる。このような場合、Ｏ含有ガスの流量を調整して、ホールＨの閉塞を抑制してもよい。
[基板処理方法]
（第１実施形態）
次に、本開示に係る基板処理方法の第１実施形態について、図４を参照しながら説明する。図４は、本開示に係る基板処理方法の第１実施形態を示すフローチャートである。第１実施形態の基板処理方法は、制御部２により制御される。
本処理が開始されると、まず、シリコン酸化膜１０１と有機膜１０２のマスクとを含む図２（ａ）の膜構造の基板Ｗをプラズマ処理チャンバ１０内に提供する（ステップＳ１０）。次に、レジスト膜１０４をマスクとしてＳｉ－ＡＲＣ１０３を有機膜１０２が露出するまでエッチングする（ステップＳ１１）。次に、Ｓｉ－ＡＲＣ１０３をマスクとして有機膜１０２をシリコン酸化膜１０１が露出するまでエッチングする（ステップＳ１２）。
次に、ＣｘＦｙガスにＨ含有ガスを添加した第１処理ガスから生成したプラズマによりシリコン酸化膜１０１を途中までエッチングする（ステップＳ１３：第１エッチング工程）。第１エッチング工程において、第１処理ガスに含まれるＨ含有ガスの流量は、ＣｘＦｙガスの流量よりも少ない量に制御する。
次に、ＣｘＦｙガスでシリコン酸化膜１０１をポリシリコン膜１００が露出するまでエッチングする（ステップＳ１４：第２エッチング工程）。次に、ＣｘＦｙガスでシリコン酸化膜１０１の底部の残渣を除去するためにポリシリコン膜１００をオーバーエッチングする（ステップＳ１５）。なお、ステップＳ１５で実行するオーバーエッチングの処理は、オーバーエッチングによりポリシリコン膜１００の表面に若干の凹み（リセス）を形成し、露出したポリシリコン膜１００上にシリコン酸化膜１０１の残渣が残らないようにするための処理であり、省略できる。
次に、有機膜１０２をアッシングにより除去し（ステップＳ１６）、基板Ｗをプラズマ処理チャンバ１０から搬出し（ステップＳ１７）、本処理を終了する。
（第２実施形態）
次に、本開示に係る基板処理方法の第２実施形態について、図５を参照しながら説明する。図５は、本開示に係る基板処理方法の第２実施形態を示すフローチャートである。第１実施形態の基板処理方法は、制御部２により制御される。図４の基板処理方法の第１実施形態と同じ処理については同一のステップ番号を付している。
本処理が開始されると、まず、基板Ｗをプラズマ処理チャンバ１０内に提供し（ステップＳ１０）、Ｓｉ－ＡＲＣ１０３をエッチングし（ステップＳ１１）、次に有機膜１０２をエッチングする（ステップＳ１２）。
次に、ＣｘＦｙガスにＨ含有ガスを添加してシリコン酸化膜１０１を予め定められた時間（以下、所定時間１とする。）エッチングする（ステップＳ２０：第１エッチング工程）。第１エッチング工程において、第１処理ガスに含まれるＨ含有ガスの流量は、ＣｘＦｙガスの流量よりも少ない量に制御する。次に、ＣｘＦｙガスでシリコン酸化膜１０１を予め定められた時間（以下、所定時間２とする。）エッチングする（ステップＳ２１：第２エッチング工程）。
次に、ステップＳ２０及びステップＳ２１の処理を予め定められた回数（以下、所定回数とする。）行ったかを判定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２において所定回数行っていないと判定されている間ステップＳ２０～Ｓ２２の処理を繰り返し実行する。ステップＳ２２において所定回数行ったと判定された場合、ＣｘＦｙガスでシリコン酸化膜１０１の底部の残渣を除去するためにポリシリコン膜１００をオーバーエッチングする（ステップＳ１５）。ステップＳ１５で実行するオーバーエッチングの処理は、省略できる。
次に、有機膜１０２をアッシングにより除去し（ステップＳ１６）、基板Ｗをプラズマ処理チャンバ１０から搬出し（ステップＳ１７）、本処理を終了する。なお、ステップＳ２２では繰り返し回数の判定が行われたが、ポリシリコン膜１００が十分に露出したかどうかで判定し、ポリシリコン膜１００が十分に露出したら次のステップＳ１５に進むようにしてもよい。
以上に説明した基板処理方法の第１実施形態及び第２実施形態では、第１エッチング工程にてＣｘＦｙガスにＨ含有ガスを添加することで有機膜１０２を保護し、有機膜１０２の形状を改善できる。例えばＨＢｒガスを添加した場合、有機膜１０２のマスクにＣ－Ｂｒ及び／又はＳｉ－Ｂｒが保護膜として形成されていると推測される。第１エッチング工程において有機膜１０２に保護膜が形成されているため、第２エッチング工程では、ＣｘＦｙガスにＨ含有ガスを添加せずにシリコン酸化膜１０１をエッチングしても有機膜１０２に形状異常は生じない。これにより、シリコン酸化膜１０１の形状異常を改善できる。ただし、第２エッチング工程においても、第１エッチング工程に引き続きＣｘＦｙガスにＨ含有ガスを添加してもよい。
[基板処理方法の実施例]
次に、本開示に係る基板処理方法によるエッチング処理結果の例について、説明する。
（実施例１：ＨＢｒ添加による有機膜の形状改善）
最初に本開示に係る基板処理方法の実施例１を参照しながら、ＨＢｒガスの添加による有機膜１０２の形状改善について説明する。実施例１では、第１エッチング工程において、第１処理ガスの一例としてＣ４Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、Ａｒガス、Ｏ２ガス、ＨＢｒガスを供給し、これらのガスのプラズマによって有機膜１０２をマスクとしてシリコン酸化膜１０１をエッチングした。
次に、第２エッチング工程において、第２処理ガスの一例としてＣ４Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、Ａｒガス、Ｏ２ガスを供給し、これらのガスのプラズマによって有機膜１０２をマスクとしてシリコン酸化膜１０１をエッチングした。
第１エッチング工程において、ＣｘＦｙガスの流量（Ｃ４Ｆ８ガスとＣ４Ｆ６ガスとの総流量）に対するＨＢｒガスの流量の比（ＨＢｒ／ＣｘＦｙ）を１／３に制御し、Ｏ２ガスの流量に対するＨＢｒガスの流量の比（ＨＢｒ／Ｏ２）を１／２に制御した。この結果、有機膜１０２をアッシング後のシリコン酸化膜１０１のトップのＨｏｌｅ ＣＤのばらつき（Ｈｏｌｅ ＣＤの３σ）は２．４ｎｍであり、Ｂａｒ ＣＤのばらつき（Ｂａｒ ＣＤの３σ）は３．１ｎｍであった。なお、Ｈｏｌｅ ＣＤの３σ及びＢａｒ ＣＤの３σは、有機膜１０２のマスク形状が歪むと大きくなる。一方、第１エッチング工程において第１処理ガスにＨＢｒガスを添加しない場合、Ｈｏｌｅ ＣＤの３σは２．８ｎｍであり、Ｂａｒ ＣＤの３σは、５．１ｎｍであった。
以上から、第１処理ガスにＨ含有ガスを添加し、かつ、その流量をＣｘＦｙガスの流量よりも少なくした場合に、Ｈｏｌｅ ＣＤの３σ及びＢａｒ ＣＤの３σを改善でき、有機膜１０２の歪みを抑制できることが分かった。のこの結果、ホールＨの大きさや形状のばらつきを抑制でき、シリコン酸化膜１０１に略真円のホールＨを等間隔に形成できた。
（実施例２：ＨＢｒ添加量）
次に、本開示に係る基板処理方法の実施例２を参照しながら、ＨＢｒガスの添加量と有機膜１０２の形状改善について説明する。第１エッチング工程及び第２エッチング工程において供給する第１処理ガス及び第２処理ガスのガス種は、実施例１で説明したガス種と同じである。
第１エッチング工程において、ＨＢｒ／ＣｘＦｙを、１／３、２／５、１／２に制御した。また、ＨＢｒ／Ｏ２を、１／２、１／３、４／５にそれぞれ制御した。この条件で第１エッチング工程及び第２エッチング工程を実行した結果、エッチング後のシリコン酸化膜１０１のＨｏｌｅ ＣＤの３σは２．４～２．７ｎｍであり、Ｂａｒ ＣＤの３σは３．６～４．１ｎｍであった。
以上より、ＨＢｒ／ＣｘＨｙを１／２以下に制御した場合に、Ｈｏｌｅ ＣＤの３σ及びＢａｒ ＣＤの３σを改善でき、有機膜１０２の歪みを抑制できることが分かった。この結果、ホールＨの大きさや形状のばらつきを抑制でき、シリコン酸化膜１０１に略真円のホールＨを等間隔に形成できた。ただし、ＨＢｒ／ＣｘＦｙが１／２の場合、有機膜１０２のホールＨが閉塞する傾向が見られた。このため、Ｏ２ガスの流量を微調整することで、この傾向を改善した。
（実施例３：ＨＢｒ添加時間）
次に、本開示に係る基板処理方法の実施例３を参照しながら、ＨＢｒガスの添加時間と有機膜１０２の形状改善について説明する。第１エッチング工程及び第２エッチング工程において供給する第１処理ガス及び第２処理ガスのガス種は、実施例１で説明したガス種と同じである。
第１エッチング工程において、ＨＢｒ／ＣｘＦｙの流量比を１／３に制御し、ＨＢｒ／Ｏ２の流量比を１／２に制御し、第１エッチング工程の時間、すなわち、ＨＢｒガスの添加時間を徐々に増やした。この条件で第１エッチング工程及び第２エッチング工程を実行した。この結果、エッチング時間全体（第１エッチング工程の時間と第２エッチング工程の時間の合計）に対する第１エッチング工程の時間の比が０．４～０．８の範囲にある場合、Ｈｏｌｅ ＣＤの３σは２．３～２．４ｎｍであり、Ｂａｒ ＣＤの３σは２．９～４．１ｎｍであった。これらの値から有機膜１０２の形状が改善されたことが分かる。これは、ＨＢｒガスの添加によりエッチング中に有機膜１０２をカーボン系又はシリコン系の保護膜により保護できたためと推測される。ただし、エッチング時間全体に対する第１エッチング工程の時間の比が大きくなると有機膜１０２のホールＨに閉塞が生じるおそれがある。この場合、Ｏ２ガスの流量を微調整することでホールＨの閉塞を抑制することができる。
また、図５に示す基板処理方法の第２実施形態に対しても、有機膜１０２の形状の改善効果を確認した。具体的には、第１エッチング工程を実行した後、第２エッチング工程を第１エッチング工程と同時間実行するサイクルを４回繰り返した。この結果、Ｈｏｌｅ ＣＤの３σは２．３ｎｍであり、Ｂａｒ ＣＤの３σは３．４ｎｍであった。これらの値から、第２実施形態によっても有機膜１０２の形状異常を抑制し、シリコン酸化膜１０１のホールＨの形状を改善できることが分かる。
以上に説明したように、本実施形態に係る基板処理方法は、フルオロカーボンガスとＨ含有ガスとを含む第１処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に供給し、第１処理ガスからプラズマを生成してシリコン酸化膜１０１をエッチングする第１エッチング工程と、フルオロカーボンガスを含む第２処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に供給し、第２処理ガスからプラズマを生成してシリコン酸化膜１０１をさらにエッチングする工程と、を有する。第１エッチング工程において、第１処理ガスに含まれるＨ含有ガスの流量は、フルオロカーボンガスの流量よりも少なく制御する。
これにより、シリコン酸化膜１０１のエッチング中に有機膜１０２のマスクをカーボン系又はシリコン系の保護膜により保護できる。この結果、有機膜１０２の歪みを是正することで、シリコン酸化膜１０１に形成されたホールＨの大きさや形状のばらつきを抑制でき、また、隣接するホールＨ間の距離のばらつきを抑制できる。この結果、シリコン酸化膜１０１に略真円のホールＨを等間隔に形成できる。
以上に説明した実施形態では、有機膜１０２をマスクとしてシリコン酸化膜１０１をエッチングしたが、これに限らない。本実施形態に係る基板処理方法の変形例としては、Ｃ及びＦ含有ガスにＨ及びＢｒ含有ガスを添加し、有機膜１０２のマスクを介してシリコン含有膜をエッチングするエッチング工程に適用できる。
上記実施形態に係る基板処理方法の変形例では、シリコン含有膜と、シリコン含有膜上の有機膜のマスクとを有する基板をプラズマ処理チャンバ１０内に提供する工程と、Ｃ及びＦ含有ガスとＨ及びＢｒ含有ガスとを含む第１処理ガスから生成したプラズマによりシリコン含有膜をエッチングする第１エッチング工程と、Ｃ及びＦ含有ガスを含む第２処理ガスガスから生成したプラズマによりシリコン含有膜をさらにエッチングする第２エッチング工程とを有する。第１エッチング工程において、第１処理ガスに含まれるＨ及びＢｒ含有ガスの流量は、Ｃ及びＦ含有ガスの流量よりも少なくなるように制御される。
シリコン含有膜としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜のいずれかであってもよく、これらの２種以上を含む積層膜であってよい。Ｃ及びＦ含有ガスは、フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスであってよい。Ｈ及びＢｒと含有ガスは、ＨＢｒガス又はＨ２ガスとＢｒ２ガスとの混合ガスであってよい。
なお、上記実施形態に係る基板処理方法及びその変形例では、第１エッチング工程及び第２エッチング工程によりシリコン酸化膜及びシリコン含有膜に形成される形状のアスペクト比は、５～２０である。
今回開示された実施形態に係る基板処理方法及び基板処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
本開示の基板処理装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。本開示の基板処理装置は、プラズマを用いて基板を処理する装置であってもよいし、プラズマを用いずに基板を処理する装置であってもよい。
１ プラズマ処理装置
２ 制御部
２ａ コンピュータ
２ａ１ 処理部
２ａ２ 記憶部
２ａ３ 通信インターフェース
１０ プラズマ処理チャンバ
１１ 基板支持部
１３ シャワーヘッド
２１ ガスソース
２０ ガス供給部
３０ 電源
３１ ＲＦ電源
３１ａ 第１のＲＦ生成部
３１ｂ 第２のＲＦ生成部
３２ａ 第１のＤＣ生成部
３２ｂ 第２のＤＣ生成部
４０ 排気システム
１００ ポリシリコン膜
１０１ シリコン酸化膜
１０２ 有機膜
１０３ Ｓｉ－ＡＲＣ
１０４ レジスト膜
１１１ 本体部
１１２ リングアセンブリ

Claims (9)

  1. （ａ）シリコン酸化膜と、前記シリコン酸化膜上の有機膜のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程と、
    （ｂ）フルオロカーボンガスと、水素含有ガスとを含む第１処理ガスから生成したプラズマにより前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、
    （ｃ）フルオロカーボンガスを含む第２処理ガスから生成したプラズマにより前記シリコン酸化膜をさらにエッチングする工程と、
    を有し、
    前記第１処理ガスに含まれる水素含有ガスの流量は、前記フルオロカーボンガスの流量よりも少ない、基板処理方法。
  2. 前記第１処理ガスに含まれる水素含有ガスの流量は、前記フルオロカーボンガスの流量の１／２以下である、
    請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記水素含有ガスは、水素ガス、水素と臭素とを含有するガス、水素と炭素とを含有するガス、水素と炭素とフッ素とを含有するガス、及び水素と塩素とを含有するガスを含む群から選択される少なくとも１種である、
    請求項１又は２に記載の基板処理方法。
  4. 前記（ｂ）及び前記（ｃ）により前記シリコン酸化膜に形成される形状のアスペクト比は、５～２０である、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  5. （ａ）シリコン含有膜と、前記シリコン含有膜上の有機膜のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程と、
    （ｂ）炭素及びフッ素含有ガスと、水素及び臭素含有ガスとを含む第１処理ガスから生成したプラズマにより前記シリコン含有膜をエッチングする工程と、
    （ｃ）炭素及びフッ素含有ガスを含む第２処理ガスから生成したプラズマにより前記シリコン含有膜をさらにエッチングする工程と、
    を有し、
    前記第１処理ガスに含まれる水素及び臭素含有ガスの流量は、前記炭素及びフッ素含有ガスの流量よりも少ない、基板処理方法。
  6. 前記水素及び臭素含有ガスは、臭化水素ガス、又は水素ガスと臭素ガスとの混合ガスである、
    請求項５に記載の基板処理方法。
  7. 前記（ｂ）の工程と前記（ｃ）の工程とを繰り返し実行する、
    請求項１～６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  8. 前記（ｂ）の工程と前記（ｃ）の工程の合計時間に対する前記（ｂ）の工程の時間の比は０．４～０．８である、請求項１～７のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  9. 基板のエッチングが行われるチャンバと、制御部と、を有する基板処理装置であって、
    前記制御部は、
    （ａ）シリコン酸化膜と、前記シリコン酸化膜上の有機膜のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程と、
    （ｂ）フルオロカーボンガスと水素含有ガスとを含む第１処理ガスから生成したプラズマにより前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、
    （ｃ）フルオロカーボンガスを含む第２処理ガスから生成したプラズマにより前記シリコン酸化膜をさらにエッチングする工程と、
    を制御し、
    前記第１処理ガスに含まれる水素含有ガスの流量が、前記フルオロカーボンガスの流量よりも少なくなるように制御する、基板処理装置。
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