JP2022150973A - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の例示的実施形態は、基板処理方法及び基板処理装置に関するものである。
特許文献1は、エッチングにより誘電層に凹部を形成する方法を開示する。この方法では、誘電層上にマスクを形成する。次に、マスク上に保護シリコン含有被膜を形成する。次に、マスク及び保護シリコン含有被膜を用いて凹部をエッチングにより形成する。
本開示は、エッチングにおける凹部の側壁の形状不良を抑制する技術を提供する。
一つの例示的実施形態において、基板処理方法が提供される。基板処理方法は、エッチング対象膜と前記エッチング対象膜上に設けられ開口を有するマスクとを備える基板を処理する方法であって、(a)前記開口に対応して前記エッチング対象膜に設けられた凹部の側壁に、第1処理ガスを用いて、窒素原子及び水素原子を含む第1層を形成する工程と、(b)前記(a)の後、ハロゲン含有ガスを含む第2処理ガスを用いて、前記第1層を第2層に改質する工程と、(c)前記(b)の後、第3処理ガスを用いて、前記凹部をエッチングする工程と、を含む。
一つの例示的実施形態によれば、エッチングにおける凹部の側壁の形状不良を抑制することが可能となる。
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、基板処理方法は、エッチング対象膜と前記エッチング対象膜上に設けられ開口を有するマスクとを備える基板を処理する方法であって、(a)前記開口に対応して前記エッチング対象膜に設けられた凹部の側壁に、第1処理ガスを用いて、窒素原子及び水素原子を含む第1層を形成する工程と、(b)前記(a)の後、ハロゲン含有ガスを含む第2処理ガスを用いて、前記第1層を第2層に改質する工程と、(c)前記(b)の後、第3処理ガスを用いて、前記凹部をエッチングする工程と、を含む。
上記実施形態の方法によれば、(c)において、凹部の側壁に第2層が形成されているので、凹部の側壁のエッチングが抑制される。よって、エッチングにおける凹部の側壁の形状不良を抑制できる。
前記(a)では、前記第1処理ガスから生成される第1プラズマを用い、前記(c)では、前記第3処理ガスから生成される第2プラズマを用い、前記(b)では、プラズマを生成することなく、前記ハロゲン含有ガスを含む前記第2処理ガスを用いてもよい。この場合、(b)において、プラズマが生成されないので、プラズマによるマスクのエッチングが抑制される。
上記方法は、前記(c)の後、前記(a)と前記(b)と前記(c)とを繰り返す工程を更に含んでもよい。この場合、深い凹部を形成できる。
前記(c)は、前記(c)の後の前記(a)と同時に行われてもよい。この場合、凹部をエッチングしながら、凹部の側壁に第1層を形成できる。
前記エッチング対象膜はシリコン含有膜を含んでもよい。この場合、シリコン含有膜に凹部を形成できる。
前記シリコン含有膜は窒素を含有するシリコン含有膜を含み、前記第1処理ガスは水素原子を含んでもよい。
前記シリコン含有膜は窒素を含有しないシリコン含有膜を含み、前記第1処理ガスは水素原子及び窒素原子を含んでもよい。
前記ハロゲン含有ガスは、極性を有するハロゲン化合物を含んでもよい。この場合、第1層に対するハロゲン含有ガスの反応性が高くなる。
前記ハロゲン化合物はハロゲン化水素を含んでもよい。
前記第1層は、アンモニア、又はアミノ基を有する化合物を含んでもよい。
前記第2層は、ハロゲン化アンモニウム又はハロゲン化アミンを含んでもよい。
前記(c)において、前記基板を支持するための基板支持部にバイアス電力が印加されてもよい。この場合、凹部を選択的にエッチングできる。
一つの例示的実施形態において、基板処理装置は、チャンバと、前記チャンバ内において基板を支持するための基板支持部であり、前記基板は、エッチング対象膜と前記エッチング対象膜上に設けられ開口を有するマスクとを備える、基板支持部と、第1処理ガス、第2処理ガス及び第3処理ガスの少なくとも1つ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であり、前記第2処理ガスはハロゲン含有ガスを含む、ガス供給部と、制御部と、を備え、前記制御部は、(a)前記開口に対応して前記エッチング対象膜に設けられた凹部の側壁に、前記第1処理ガスを用いて、窒素原子及び水素原子を含む第1層を形成し、(b)前記(a)の後、前記第2処理ガスを用いて、前記第1層を第2層に改質し、(c)前記(b)の後、前記第3処理ガスを用いて、前記凹部をエッチングするように、前記ガス供給部を制御するように構成される。
一つの例示的実施形態において、基板処理方法は、エッチング対象膜と前記エッチング対象膜上に設けられ開口を有するマスクとを備える基板を処理する方法であって、(a)第1処理ガスに前記基板を晒す工程であり、前記第1処理ガスは、前記開口に対応して前記エッチング対象膜に設けられた凹部の側壁に、窒素原子及び水素原子を含む第1層を形成可能である、工程と、(b)前記(a)の後、ハロゲン含有ガスを含む第2処理ガスに前記基板を晒す工程であり、前記第2処理ガスは、前記第1層を第2層に改質可能である、工程と、(c)前記(b)の後、第3処理ガスに前記基板を晒す工程であり、前記第3処理ガスは、前記凹部をエッチング可能である、工程と、を含む。
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及び図2は、一つの例示的実施形態に係る基板処理装置を概略的に示す図である。本実施形態の基板処理装置は、例えばプラズマ処理システムである。
一実施形態において、プラズマ処理システムは、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、プラズマ処理チャンバ10、基板支持部11及びプラズマ生成部12を含む。プラズマ処理チャンバ10は、プラズマ処理空間を有する。また、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。ガス供給口は、後述するガス供給部20に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム40に接続される。基板支持部11は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。
プラズマ生成部12は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも1つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ(CCP;CapacitivelyCoupled Plasma)、誘導結合プラズマ(ICP;Inductively Coupled Plasma)、ECRプラズマ(Electron-Cyclotron-resonance plasma)、ヘリコン波励起プラズマ(HWP:Helicon Wave Plasma)、又は、表面波プラズマ(SWP:Surface Wave Plasma)等であってもよい。また、AC(Alternating Current)プラズマ生成部及びDC(DirectCurrent)プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ACプラズマ生成部で用いられるAC信号(AC電力)は、100kHz~10GHzの範囲内の周波数を有する。従って、AC信号は、RF(RadioFrequency)信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、RF信号は、200kHz~150MHzの範囲内の周波数を有する。
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プラズマ処理装置1の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部2の一部又は全てがプラズマ処理装置1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プラズマ処理装置1との間で通信してもよい。
以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。
プラズマ処理システムは、容量結合プラズマ処理装置1及び制御部2を含む。容量結合プラズマ処理装置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。一実施形態において、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。
プラズマ処理システムは、容量結合プラズマ処理装置1及び制御部2を含む。容量結合プラズマ処理装置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。一実施形態において、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。一実施形態において、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。一実施形態において、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。
一実施形態において、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。一実施形態において、ソースRF信号は、13MHz~150MHzの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、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。一実施形態において、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。一実施形態において、バイアスRF信号は、400kHz~13.56MHzの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、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。一実施形態において、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。一実施形態において、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。一実施形態において、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。
図3は、一つの例示的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3に示される基板処理方法(以下、「方法MT1」という)は、上記実施形態の基板処理装置により実行され得る。方法MT1は、基板Wに適用され得る。
図4は、一例の基板の部分拡大断面図である。図4に示されるように、一実施形態において、基板Wは、エッチング対象膜REとマスクMKとを備える。マスクMKはエッチング対象膜RE上に設けられる。
エッチング対象膜REは、凹部R1を含んでもよい。凹部R1は、側壁R1s及び底部R1bを有する。凹部R1は、開口であってもよい。凹部R1は例えばホール又はトレンチである。凹部R1は、後述の工程ST3と同様に、プラズマ処理装置1を用いたプラズマエッチングにより形成され得る。エッチング対象膜REは、複数の凹部R1を含んでもよい。
エッチング対象膜REは、シリコン含有膜を含んでもよい。シリコン含有膜は、シリコン酸化膜(SiO2膜)、シリコン窒化膜(SiN膜)、シリコン酸化窒化膜(SiON)、シリコン炭化膜(SiC膜)、シリコン炭化窒化膜(SiCN膜)、有機含有シリコン酸化膜(SiOCH膜)、及びシリコン膜(Si膜)のうち、いずれかの単層膜であってよいし、少なくとも2種を含む積層膜であってもよい。シリコン含有膜は、少なくとも2種のシリコン含有膜が交互に配列された多層膜であってもよい。なお、シリコン窒化膜(SiN膜)、シリコン酸化窒化膜(SiON膜)、又はシリコン炭化窒化膜(SiCN膜)は、窒素を含有するシリコン含有膜である。シリコン酸化膜(SiO2膜)、シリコン炭化膜(SiC膜)、有機含有シリコン酸化膜(SiOCH膜)、又はシリコン膜(Si膜)は、窒素を含有しないシリコン含有膜である。シリコン膜(Si膜)は、単結晶シリコン膜、多結晶シリコン膜(Poly-Si膜)、又は非結晶シリコン膜(α-Si膜)であってもよい。
マスクMKは、開口OPを有する。開口OPに対応してエッチング対象膜REに凹部R1が設けられる。開口OPの幅は、例えば100nm以下であり得る。隣り合う開口OP間の距離は、例えば100nm以下であり得る。
マスクMKは、有機膜を含んでもよい。有機膜は、SOC(Spin On Carbon)膜及びアモルファスカーボン膜の少なくとも一つを含み得る。
以下、方法MT1について、方法MT1が上記実施形態の基板処理装置を用いて基板Wに適用される場合を例にとって、図3~図8を参照しながら説明する。図5~図7のそれぞれは、一つの例示的実施形態に係る基板処理方法の一工程を示す断面図である。図8は、一つの例示的実施形態に係る基板処理方法を実行することによって得られる一例の基板の部分拡大断面図である。プラズマ処理装置1が用いられる場合には、制御部2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MT1が実行され得る。方法MT1では、図2に示されるように、プラズマ処理チャンバ10内に配置された基板支持部11上の基板Wを処理する。方法MT1により、基板Wはエッチングされ得る。
図3に示されるように、方法MT1は、工程ST1、工程ST2、工程ST3及び工程ST4を含む。工程ST1~工程ST4は、順に実行され得る。工程ST4は工程ST3と同時に行われてもよい。工程ST3は、工程ST3の後の工程ST1と同時に行われてもよい。工程ST1~工程ST4において、基板Wはin-situ(インサイチュ)で処理され得る。工程ST1~工程ST4において、基板Wを支持するための基板支持部11の温度は30℃以下に調整されてもよい。
図5に示されるように、工程ST1では、例えば第1プラズマP1を用いて、基板Wの凹部R1の側壁R1sに第1層F1を形成する。工程ST1では、第1プラズマP1に基板Wを晒してもよい。第1プラズマP1は、基板Wの凹部R1の側壁R1sに第1層F1を形成可能である。第1プラズマP1は第1処理ガスから生成される。第1プラズマP1は、プラズマ処理装置1のプラズマ生成部12によって生成され得る。第1処理ガスは、プラズマ処理装置1のガス供給部20からプラズマ処理チャンバ10内に供給され得る。
第1処理ガスは、水素原子及び窒素原子の少なくとも1つを含んでもよい。第1処理ガスは、水素含有ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガス及びフッ素含有ガスの少なくとも1つを含んでもよい。水素含有ガスは、H2ガスを含み得る。窒素含有ガスは、N2ガスを含み得る。水素原子及び窒素原子を含有するガスは、アンモニア(NH3)ガスを含み得る。酸素含有ガスは、O2ガス、COガス、及びCO2ガスの少なくとも1つを含み得る。フッ素含有ガスは、フルオロカーボンガスを含み得る。フルオロカーボンガスは、C4F6ガス、C4F8ガス、C3F8ガス、及びCF4ガスの少なくとも1つを含み得る。第1処理ガスは、ハロゲン化水素を含まなくてもよい。エッチング対象膜REが例えばシリコン窒化膜など窒素を含有するシリコン含有膜を含む場合、第1処理ガスは水素原子を含んでもよい。この場合、シリコン含有膜中の窒素原子と第1処理ガス中の水素原子とが第1層F1に含まれる。エッチング対象膜REが例えばシリコン酸化膜など窒素を含有しないシリコン含有膜を含む場合、第1処理ガスは水素原子及び窒素原子を含んでもよい。この場合、第1処理ガス中の水素原子及び窒素原子が第1層F1に含まれる。エッチング対象膜REが水素原子を含む場合、第1処理ガスは水素原子を含まなくてもよい。
第1層F1は窒素原子及び水素原子を含む。第1層F1は、アンモニア(NH3)、又はアミノ基(-NH2)を有する化合物を含んでもよい。第1層F1は、例えばアンモニア吸着層である。第1層F1は、第1プラズマP1とエッチング対象膜REとの相互作用(例えば吸着又は化学反応)の結果として形成される。凹部R1のアスペクト比によって、第1プラズマP1は、凹部R1の側壁R1sに比べて底部R1bに到達し難いので、第1層F1は凹部R1の底部R1bに形成され難い。
なお、アンモニア(NH3)ガスは反応性が高いため、第1処理ガスにアンモニア(NH3)ガスを用いた場合、第1プラズマP1を用いずとも、基板Wの凹部R1の側壁R1sにアンモニア(NH3)、又はアミノ基(-NH2)を有する化合物を含む第1層F1を形成することが期待できる。
工程ST1において、後述の工程ST3と同様に、第1プラズマP1を用いて、エッチングにより凹部R1が形成されてもよい。この場合、凹部R1の底部R1bがエッチングされるので、第1層F1が凹部R1の底部R1bに形成され難くなる。
図6に示されるように、工程ST2では、例えばプラズマを生成することなく、第2処理ガスG2を用いて、第1層F1を第2層F2に改質する。工程ST2では、プラズマを生成することなく、第2処理ガスG2に基板Wを晒してもよい。第2処理ガスG2は第1処理ガスとは異なる。第2処理ガスG2は、第1層F1を第2層F2に改質可能である。第2処理ガスG2は、プラズマ処理装置1のガス供給部20からプラズマ処理チャンバ10内に供給され得る。
第2処理ガスG2はハロゲン含有ガスを含む。ハロゲン含有ガスは、極性を有するハロゲン化合物を含んでもよい。ハロゲン化合物は、ハロゲン化水素(HX:XはF、Cl、Br及びIのうちいずれか1つ)であってもよいし、ハロゲン化アルキル(CnH2n+1X:XはF、Cl、Br及びIのうちいずれか1つ。nは1以上の整数。)であってもよい。ハロゲン化アルキルは、例えば、CH3Br(ブロモメタン)又はC2H5Cl(クロロエタン)などである。第2処理ガスG2はフルオロカーボンガスを含まなくてもよい。
第2層F2は、ハロゲン含有ガスが第1層F1と反応することによって形成され得る。第2層F2は、後述の工程ST3におけるエッチングに対する保護層として機能し得る。第2層F2は、第1層F1を改質することによって形成されるので、凹部R1の底部R1bに形成され難い。第2層F2は、ハロゲン化アンモニウム(NH4X:XはF、Cl、Br及びIのうちいずれか1つ)又はハロゲン化アミン(NH2X:XはF、Cl、Br及びIのうちいずれか1つ)を含んでもよい。
工程ST2の後、プラズマ処理チャンバ10内のパージが行われてもよい。パージガスは、プラズマ処理装置1のガス供給部20からプラズマ処理チャンバ10内に供給され得る。
図7に示されるように、工程ST3では、例えば第2プラズマP2を用いて、凹部R1の底部R1bをエッチングする。工程ST3では、第2プラズマP2に基板Wを晒してもよい。第2プラズマP2は、凹部R1の底部R1bをエッチング可能である。第2プラズマP2は第3処理ガスから生成される。第2プラズマP2は、プラズマ処理装置1のプラズマ生成部12によって生成され得る。第3処理ガスは、プラズマ処理装置1のガス供給部20からプラズマ処理チャンバ10内に供給され得る。第3処理ガスは第2処理ガスG2とは異なる。第3処理ガスは、第1処理ガスとは異なってもよいし、第1処理ガスと同じであってもよい。第3処理ガスの例は、第1処理ガスの例と同じである。
工程ST3において、基板Wを支持するための基板支持部11にバイアス電力が印加されてもよい。バイアス電力は、図2の電源30により印加され得る。バイアス電力により、凹部R1の底部R1bのエッチングレートが増大する。
図8に示されるように、工程ST4では、凹部R1の深さDPが閾値に到達したかを判定してもよい。凹部R1の深さDPは、例えばエンドポイントモニタ等によりモニタされ得る。判定は、基板処理装置の制御部2によって行われ得る。凹部R1の深さDPが閾値に到達している場合、方法MT1を終了する。凹部R1の深さDPが閾値に到達していない場合、工程ST1に戻り、工程ST1~ST4を繰り返す。工程ST4では、工程ST1~工程ST3の繰り返し回が閾値に到達したかを判定してもよい。このように、方法MT1は、工程ST3の後、工程ST1と工程ST2と工程ST3とを繰り返す工程を更に含んでもよい。
工程ST3が、工程ST3の後の工程ST1と同時に行われる場合、第2プラズマP2は第1プラズマP1を兼ねる。その結果、凹部R1の底部R1bのエッチング及び第1層F1の形成は、同時に行われる。
方法MT1の終了後において、凹部R1の深さDPは3μm以上であってもよいし、凹部R1のアスペクト比(凹部R1の幅WDに対する深さDP)は30以上であってもよい。方法MT1の終了後において、凹部R1の深さDPに対するマスクMKの厚さTHの比率(TH/DP)は、1/5以上であってもよい。
上記実施形態の方法MT1によれば、工程ST3において、凹部R1の側壁R1sに第2層F2が形成されているので、凹部R1の側壁R1sのエッチングが抑制される。よって、エッチングにおける凹部R1の側壁R1sの形状不良(ボーイング)を抑制できる。さらに、工程ST2において、プラズマが生成されないので、ハロゲン含有ガスが解離しない。そのため、プラズマによるマスクMKのエッチングが抑制される。よって、工程ST2の後においてマスクMKの厚さTHが小さくなることを抑制できる。
なお、凹部R1の側壁R1sに形成される第2層F2によって、凹部R1の側壁R1sのエッチングが抑制され、凹部R1の底部R1bがエッチングされるが、エッチングされるのは凹部R1の底部R1bに限定されない。例えば、図7に示されるように、凹部R1の底部R1bがエッチングされることによって、第2層F2が形成されていない凹部R1の側壁R1sが新たに露出し、露出した凹部R1の側壁R1sをエッチングしてもよい。また、凹部R1のアスペクト比が高いと形状不良(ボーイング)が起きやすい箇所である凹部R1の側壁R1sの上方に第2層F2が形成され、下方には形成されない場合がある。このような場合、凹部R1の底部R1bがエッチングされるだけでなく、第2層F2が形成されていない凹部R1の側壁R1sをエッチングしてもよい。凹部R1のアスペクト比が高くなると、凹部R1の上端から底部R1bに向かって凹部R1の寸法が小さくなるテーパ形状になりやすいが、凹部R1の側壁R1sがエッチングされることにより、凹部R1の底部R1bの寸法を広げることができる。
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、様々な追加、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。
以下、方法MT1の評価のために行った種々の実験について説明する。以下に説明する実験は、本開示を限定するものではない。
(第1実験)
第1実験では、シリコン窒化膜とシリコン窒化膜上のマスクMKとを備える基板Wを準備した。その後、上記プラズマ処理システムを用いて基板Wに対して上記方法MT1を実行した。まず、工程ST1を実施した。工程ST1において、第1処理ガスは、水素ガス、酸素ガス及びフルオロカーボンガスの混合ガスである。工程ST1では、第1プラズマP1を用いて、シリコン窒化膜に凹部R1を形成すると同時に、凹部R1の側壁R1sに第1層F1を形成した。次に、工程ST2を実施した。工程ST2において、第2処理ガスは、臭化水素(HBr)ガスである。工程ST2では、臭化水素ガスを第1層F1と反応させて、第1層F1を第2層F2に改質した。次に、工程ST3を実施した。工程ST3において、第3処理ガスは、第1処理ガスと同じである。工程ST3では、凹部R1の底部R1bをエッチングすると同時に、凹部R1の側壁R1sに第1層F1を形成した。すなわち、工程ST3は、工程ST3の後の工程ST1と同時に行われた。工程ST1~工程ST3を繰り返し行った。
第1実験では、シリコン窒化膜とシリコン窒化膜上のマスクMKとを備える基板Wを準備した。その後、上記プラズマ処理システムを用いて基板Wに対して上記方法MT1を実行した。まず、工程ST1を実施した。工程ST1において、第1処理ガスは、水素ガス、酸素ガス及びフルオロカーボンガスの混合ガスである。工程ST1では、第1プラズマP1を用いて、シリコン窒化膜に凹部R1を形成すると同時に、凹部R1の側壁R1sに第1層F1を形成した。次に、工程ST2を実施した。工程ST2において、第2処理ガスは、臭化水素(HBr)ガスである。工程ST2では、臭化水素ガスを第1層F1と反応させて、第1層F1を第2層F2に改質した。次に、工程ST3を実施した。工程ST3において、第3処理ガスは、第1処理ガスと同じである。工程ST3では、凹部R1の底部R1bをエッチングすると同時に、凹部R1の側壁R1sに第1層F1を形成した。すなわち、工程ST3は、工程ST3の後の工程ST1と同時に行われた。工程ST1~工程ST3を繰り返し行った。
(第2実験)
第2実験では、第2処理ガスとして、臭化水素ガスに代えてアルゴンガスを用いた。その他の条件は第1実験と同じである。
第2実験では、第2処理ガスとして、臭化水素ガスに代えてアルゴンガスを用いた。その他の条件は第1実験と同じである。
(実験結果)
第1実験及び第2実験において方法MT1が実行された基板Wの凹部R1の断面を観察して、図8に示される凹部R1の幅WDの最大値及びマスクMKの厚さTHを測定した。凹部R1の側壁の寸法不良(ボーイング)が抑制されていると、凹部R1の幅WDの最大値は小さくなる。マスクMKのエッチングが抑制されていると、マスクMKの厚さTHは大きくなる。測定結果を以下に示す。
第1実験及び第2実験において方法MT1が実行された基板Wの凹部R1の断面を観察して、図8に示される凹部R1の幅WDの最大値及びマスクMKの厚さTHを測定した。凹部R1の側壁の寸法不良(ボーイング)が抑制されていると、凹部R1の幅WDの最大値は小さくなる。マスクMKのエッチングが抑制されていると、マスクMKの厚さTHは大きくなる。測定結果を以下に示す。
凹部R1の幅WDの最大値は、第1実験において126nm、第2実験において142nmであった。マスクMKの厚さTHは、第1実験において803nm、第2実験において788nmであった。第1実験では、第2実験と比べて、凹部R1の幅WDの最大値が小さくなり、マスクMKの厚さTHも大きくなっている。よって、第1実験では、マスクMKのエッチングが抑制され、エッチングにおける凹部R1の側壁の形状不良も抑制されることが分かった。
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。
2…制御部、10…プラズマ処理チャンバ、11…基板支持部、20…ガス供給部、F1…第1層、F2…第2層、G2…第2処理ガス、MK…マスク、MT1…方法、OP…開口、R1…凹部、R1s…側壁、RE…エッチング対象膜、W…基板。
Claims (14)
- エッチング対象膜と前記エッチング対象膜上に設けられ開口を有するマスクとを備える基板を処理する方法であって、
(a)前記開口に対応して前記エッチング対象膜に設けられた凹部の側壁に、第1処理ガスを用いて、窒素原子及び水素原子を含む第1層を形成する工程と、
(b)前記(a)の後、ハロゲン含有ガスを含む第2処理ガスを用いて、前記第1層を第2層に改質する工程と、
(c)前記(b)の後、第3処理ガスを用いて、前記凹部をエッチングする工程と、
を含む、方法。 - 前記(a)では、前記第1処理ガスから生成される第1プラズマを用い、
前記(c)では、前記第3処理ガスから生成される第2プラズマを用い、
前記(b)では、プラズマを生成することなく、前記ハロゲン含有ガスを含む前記第2処理ガスを用いる、請求項1に記載の方法。 - 前記(c)の後、前記(a)と前記(b)と前記(c)とを繰り返す工程を更に含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記(c)は、前記(c)の後の前記(a)と同時に行われる、請求項3に記載の方法。
- 前記エッチング対象膜はシリコン含有膜を含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記シリコン含有膜は窒素を含有するシリコン含有膜を含み、
前記第1処理ガスは水素原子を含む、請求項5に記載の方法。 - 前記シリコン含有膜は窒素を含有しないシリコン含有膜を含み、
前記第1処理ガスは水素原子及び窒素原子を含む、請求項5又は6に記載の方法。 - 前記ハロゲン含有ガスは、極性を有するハロゲン化合物を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ハロゲン化合物はハロゲン化水素を含む、請求項8に記載の方法。
- 前記第1層は、アンモニア、又はアミノ基を有する化合物を含む、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2層は、ハロゲン化アンモニウム又はハロゲン化アミンを含む、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記(c)において、前記基板を支持するための基板支持部にバイアス電力が印加される、請求項1~11のいずれか一項に記載の方法。
- チャンバと、
前記チャンバ内において基板を支持するための基板支持部であり、前記基板は、エッチング対象膜と前記エッチング対象膜上に設けられ開口を有するマスクとを備える、基板支持部と、
第1処理ガス、第2処理ガス及び第3処理ガスの少なくとも1つ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であり、前記第2処理ガスはハロゲン含有ガスを含む、ガス供給部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
(a)前記開口に対応して前記エッチング対象膜に設けられた凹部の側壁に、前記第1処理ガスを用いて、窒素原子及び水素原子を含む第1層を形成し、
(b)前記(a)の後、前記第2処理ガスを用いて、前記第1層を第2層に改質し、
(c)前記(b)の後、前記第3処理ガスを用いて、前記凹部をエッチングするように、前記ガス供給部を制御するように構成される、基板処理装置。 - エッチング対象膜と前記エッチング対象膜上に設けられ開口を有するマスクとを備える基板を処理する方法であって、
(a)第1処理ガスに前記基板を晒す工程であり、前記第1処理ガスは、前記開口に対応して前記エッチング対象膜に設けられた凹部の側壁に、窒素原子及び水素原子を含む第1層を形成可能である、工程と、
(b)前記(a)の後、ハロゲン含有ガスを含む第2処理ガスに前記基板を晒す工程であり、前記第2処理ガスは、前記第1層を第2層に改質可能である、工程と、
(c)前記(b)の後、第3処理ガスに前記基板を晒す工程であり、前記第3処理ガスは、前記凹部をエッチング可能である、工程と、
を含む、方法。
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