JP2022172744A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エッチングのスループットを向上させること、エッチングにより形成される凹部の形状異常を抑制すること、の少なくとも１つを解決する。【解決手段】基板処理方法は、工程ａ１）と、工程ａ２）と、工程ａ３）と、工程ａ４）とを含む。工程ａ１）では、チャンバ内にシリコン含有膜を含む基板が提供される。工程ａ２）では、チャンバ内にＨＦガスを含む処理ガスが供給される。工程ａ３）では、処理ガスから生成されたプラズマによりシリコン含有膜がエッチングされ、シリコン含有膜に凹部が形成される。工程ａ４）では、凹部のアスペクト比の増加に伴ってＨＦガスの分圧を下げる制御が行われる。【選択図】図７

Description

本開示の種々の側面および実施形態は、基板処理方法および基板処理装置に関する。
例えば下記特許文献１には、プラズマを用いてシリコン含有膜をエッチングする技術が開示されている。
特開２０１６－３９３１０号公報
本開示は、エッチングのスループットを向上させること、エッチングにより形成される凹部の形状異常を抑制すること、の少なくとも一つを解決できる基板処理方法および基板処理装置を提供する。
本開示の一側面は、基板処理方法であって、工程ａ１）と、工程ａ２）と、工程ａ３）と、工程ａ４）とを含む。工程ａ１）では、チャンバ内にシリコン含有膜を含む基板が提供される。工程ａ２）では、チャンバ内にＨＦガスを含む処理ガスが供給される。工程ａ３）では、処理ガスから生成されたプラズマによりシリコン含有膜がエッチングされ、シリコン含有膜に凹部が形成される。工程ａ４）では、凹部のアスペクト比の増加に伴ってＨＦガスの分圧を下げる制御が行われる。
本開示の種々の側面および実施形態によれば、エッチングのスループットを向上させること、エッチングにより形成される凹部の形状異常を抑制すること、の少なくとも一つを解決できる。
図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す図である。 図２は、エッチングが行われる基板の断面の一例を示す図である。 図３Ａは、エッチャントが多い場合の凹部の断面の一例を示す図である。 図３Ｂは、エッチャントが少ない場合の凹部の断面の一例を示す図である。 図４は、処理時間とエッチングレートとの関係の一例を示す図である。 図５は、凹部の深さとエッチングレートとの関係の一例を示す図である。 図６は、反応副生成物の蒸気圧と凹部のアスペクト比との関係の一例を説明するための図である。 図７は、本開示の一実施形態における基板処理方法の一例を示すフローチャートである。 図８は、エッチャントの分圧の変化の一例を示す図である。 図９は、基板処理方法の他の例を示すフローチャートである。 図１０は、エッチャントの分圧の変化の他の例を示す図である。 図１１は、エッチャントの分圧の変化の他の例を示す図である。
以下に、開示される基板処理方法および基板処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示される基板処理方法および基板処理装置が限定されるものではない。
ところで、エッチングでは、エッチャントとエッチング対象膜とが反応し、エッチャントと反応したエッチング対象膜の部分が揮発性の反応副生成物に変化して除去されることによりエッチング対象膜に凹部が形成される。しかし、エッチャントの量が多い場合、凹部の底部では、反応副生成物が揮発する速度よりも、反応副生成物が生成される速度が大きくなり、反応副生成物が揮発できずに凹部の底部に反応副生成物が堆積する場合がある。反応副生成物が凹部の底部に堆積すると、反応副生成物によってエッチャントとエッチング対象膜との反応が阻害され、エッチングレートが低下する。エッチングレートの低下が続くと、やがてエッチングがストップしてしまう。
また、エッチャントの量が多いと、凹部の底部が先細ることがある。凹部の底部が先細ると、凹部の深さ方向において凹部が曲がって形成されてしまう場合がある。凹部が曲がって形成されると、隣の凹部と繋がってしまう等の不具合が起こる。
一方、エッチャントの量が少ないと、凹部の底部の断面は矩形状になるが、エッチングレートが低くなることがある。エッチングレートが低いと、凹部の側壁がエッチャントに長時間晒されるため、凹部の側壁にボーイングが生じる場合がある。
そこで、本開示は、エッチングのスループットを向上させること、エッチングにより形成される凹部の形状異常を抑えること、の少なくとも一つを解決できる技術を提供する。
［プラズマ処理装置１００の構成］
以下に、プラズマ処理装置１００の構成例について説明する。図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置１００の一例を示す図である。プラズマ処理装置１００は、容量結合型のプラズマ処理装置であり、装置本体１および制御部２を含む。プラズマ処理装置１００は、基板処理装置の一例である。装置本体１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０、および排気システム４０を含む。また、装置本体１は、基板支持部１１およ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内に配置されている。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置されている。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、および基板支持部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１０ｓ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は接地されている。シャワーヘッド１３および基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０の筐体とは電気的に絶縁されている。なお、プラズマ処理装置１００には、石英窓１１３を通してプラズマ処理チャンバ１０内のプラズマ中の各波長の光の強度を測定可能な光センサ１１４が取り付けられてもよい。
基板支持部１１は、本体部１１１およびリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板Ｗを支持するための中央領域である基板支持面１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域であるリング支持面１１１ｂとを有する。基板Ｗはウエハと呼ばれることもある。本体部１１１のリング支持面１１１ｂは、平面視で本体部１１１の基板支持面１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の基板支持面１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の基板支持面１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１のリング支持面１１１ｂ上に配置されている。
一実施形態において、本体部１１１は、静電チャックおよび基台を含む。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ている。静電チャックの上面は、基板支持面１１１ａである。
リングアセンブリ１１２は、１または複数の環状部材を含む。１また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１１１０、リングアセンブリ１１２、および基板Ｗ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、また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、およ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または複数の開口部に取り付けられる１また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および少なくとも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、対応するガスソース２１から対応する流量制御器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ている。各流量制御器２２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２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調またはパルス化する１また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（Radio Frequency）電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号およびバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号を、基板支持部１１の導電性部材、シャワーヘッド１３の導電性部材、またはその両方に供給するように構成されている。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。すなわち、一実施形態において、基板支持部１１の導電性部材またはシャワーヘッド１３の導電性部材は、プラズマ処理チャンバ１０において１また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および第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、シャワーヘッド１３の導電性部材、またはその両方に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号を生成するように構成される。ソースＲＦ信号は、ソースＲＦ電力と呼んでもよい。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数の信号を有する。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または複数のソースＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材、シャワーヘッド１３の導電性部材、またはその両方に供給される。
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信号を生成するように構成される。バイアスＲＦ信号は、バイアスＲＦ電力と呼んでもよい。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の範囲内の周波数の信号を有する。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または複数のバイアス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信号およびバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つは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（Direct Current）電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａおよび第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ＤＣ信号は、基板支持部１１の導電性部材に印加される。他の実施形態において、第１のＤＣ信号は、静電チャック１１１０内の電極１１１０ａ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および第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つはパルス化されてもよい。なお、第１のＤＣ生成部３２ａおよび第２のＤＣ生成部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、圧力調整弁およ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、また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装置本体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装置本体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の一部または全部が装置本体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２ａ１、記憶部２ａ２、および通信インターフェイス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。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んでもよい。記憶部２ａ２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。通信インターフェイス２ａ３は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信回線を介して装置本体１との間で通信を行う。
ここで、図１に例示されたプラズマ処理装置１００によって行われるエッチングについて説明する。エッチングでは、例えば図２に示されるような基板Ｗが用いられる。基板Ｗは、エッチング対象の膜であるシリコン含有膜５０と、シリコン含有膜５０の上に形成されたマスク５１とを有する。マスク５１には、開口５１ａが形成されている。
本実施形態において、シリコン含有膜５０は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを含む。なお、他の形態として、シリコン含有膜５０は、シリコン酸化膜とポリシリコン膜とを含む膜であってもよく、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とポリシリコン膜とを含む膜であってもよい。また、他の形態として、シリコン含有膜５０は、シリコン酸化膜、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の多層膜、または、シリコン酸化膜とポリシリコン化膜の多層膜であってもよい。
本実施形態において、マスク５１は、シリコン含有膜５０上に設けられている。マスク５１は、シリコン含有膜５０のエッチングレートよりも低いエッチングレートを有する材料から形成される。マスク５１は、有機材料から形成され得る。即ち、マスク５１は、炭素を含有してもよい。マスク５１は、例えば、アモルファスカーボン膜、フォトレジスト膜、又はスピンオンカーボン膜（ＳＯＣ膜）から形成され得る。或いは、マスク５１は、シリコン含有反射防止膜のようなシリコン含有膜から形成されてもよい。或いは、マスク５１は、窒化チタン、タングステン、炭化タングステンのような金属含有材料から形成された金属含有マスクであってもよい。
エッチングでは、図２に例示された基板Ｗがプラズマ処理チャンバ１０内に搬入され、基板支持部１１の上に載せられる。そして、本体部１１１の静電チャックに電圧が供給されることにより、基板Ｗが基板支持面１１１ａに吸着保持される。そして、排気システム４０によってプラズマ処理チャンバ１０内のガスが排気され、シャワーヘッド１３を介してガス供給部２０からプラズマ処理チャンバ１０内に処理ガスが供給される。本実施形態において、処理ガスにはＨＦガスが含まれる。本実施形態において、ＨＦガスは、エッチャントの一例である。
なお、処理ガスには、炭素含有ガスが含まれていてもよい。このような炭素含有ガスとしては、例えばフルオロカーボンガス（ＣＦ系ガス）およびハイドロフルオロカーボンガス（ＣＨＦ系ガス）からなる群から選択される少なくとも１種類のガスであることが好ましい。ＣＦ系ガスとしては、例えばＣＦ４ガス、Ｃ２Ｆ２ガス、Ｃ２Ｆ４ガス、Ｃ３Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、およびＣ５Ｆ８ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスを用いてよい。一例では、ＣＦ系ガスは、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８である。また、ＣＨＦ系ガスとしては、例えばＣＨＦ３ガス、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガス、Ｃ２ＨＦ５ガス、Ｃ２Ｈ２Ｆ４ガス、Ｃ２Ｈ３Ｆ３ガス、Ｃ２Ｈ４Ｆ２ガス、Ｃ３ＨＦ７ガス、Ｃ３Ｈ２Ｆ２ガス、Ｃ３Ｈ２Ｆ４ガス、Ｃ３Ｈ２Ｆ６ガス、Ｃ３Ｈ３Ｆ５ガス、Ｃ４Ｈ２Ｆ６ガス、Ｃ４Ｈ２Ｆ８ガス、Ｃ４Ｈ５Ｆ５ガス、Ｃ５Ｈ２Ｆ６ガス、Ｃ５Ｈ２Ｆ１０ガス、およびＣ５Ｈ３Ｆ７ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスを用いてよい。一例では、ＣＨＦ系ガスは、Ｃ３Ｈ２Ｆ４ガス、Ｃ３Ｈ２Ｆ６ガス、Ｃ４Ｈ２Ｆ６ガス、およびＣ４Ｈ２Ｆ８ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスである。このようなガスが処理ガスに含まれることにより、マスク５１の表面に炭素を含む堆積物が形成され、マスク５１のエッチングが抑制される。このため、マスク５１のエッチングレートに対するシリコン含有膜のエッチングレートの比（選択比）を改善することができる。
また、処理ガスには、リン含有ガス、硫黄含有ガス、およびホウ素含有ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスが含まれていてもよい。リン含有ガスとしては、例えばＰＦ３ガス、ＰＦ５ガス、ＰＯＦ３ガス、ＨＰＦ６ガス、ＰＣｌ３ガス、ＰＣｌ５ガス、ＰＯＣｌ３ガス、ＰＢｒ３ガス、ＰＢｒ５ガス、ＰＯＢｒ３ガス、ＰＩ３ガス、Ｐ４Ｏ１０ガス、Ｐ４Ｏ８ガス、Ｐ４Ｏ６ガス、ＰＨ３ガス、Ｃａ３Ｐ２ガス、Ｈ３ＰＯ４ガス、およびＮａ３ＰＯ４ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスを用いてよい。硫黄含有ガスとしては、例えばＳＦ６ガス、ＳＯ２ガス、およびＣＯＳガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスを用いてよい。ホウ素含有ガスとしては、例えばＢＣｌ３ガス、ＢＦ３ガス、ＢＢｒ３ガス、およびＢ２Ｈ６ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスを用いてよい。これらのガスは、エッチングにより形成される凹部の側壁に堆積して保護膜を形成する。このため、凹部にボーイングが生じることを抑制することができる。
また、処理ガスは、ハロゲン含有ガスを含んでもよい。ハロゲン含有ガスは、炭素を含有しなくてもよい。ハロゲン含有ガスは、フッ素含有ガスであってよく、フッ素以外のハロゲン元素を含有するガスであってもよい。フッ素含有ガスは、例えば、ＮＦ３ガス、ＳＦ６ガス、ＢＦ３ガスなどのガスを含んでいてもよい。フッ素以外のハロゲン元素を含有するガスは、例えば、塩素含有ガス、臭素含有ガス、およびヨウ素含有ガスからなる群から選択される少なくとも１種のガスであってよい。塩素含有ガスは、例えば、Ｃｌ２ガス、ＨＣｌガス、ＳｉＣｌ２ガス、ＳｉＣｌ４ガス、ＣＣｌ４ガス、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、Ｓｉ２Ｃｌ６ガス、ＣＨＣｌ３ガス、ＣＨ２Ｃｌ２ガス、ＣＨ３Ｃｌガス、ＳＯ２Ｃｌ２ガス、ＢＣｌ３ガスなどである。臭素含有ガスは、例えば、Ｂｒ２ガス、ＨＢｒガス、ＣＢｒ２Ｆ２ガス、Ｃ２Ｆ５Ｂｒガス、ＰＢｒ３ガス、ＰＢｒ５ガス、ＰＯＢｒ３ガス、ＢＢｒ３ガスなどである。ヨウ素含有ガスは、例えば、ＨＩ、ＣＦ３Ｉ、Ｃ２Ｆ５Ｉ、Ｃ３Ｆ７Ｉ、ＩＦ５、ＩＦ７、Ｉ２、ＰＩ３などである。これらのハロゲン含有分子はから生成される化学種は、プラズマエッチングで形成される凹部の形状を制御するために用いられる。
また、処理ガスは、酸素含有ガスを含んでもよい。酸素含有ガスは、例えば、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、およびＨ２Ｏ２からなる群から選択される少なくとも１種類のガスを用いてよい。一例では、処理ガスは、Ｈ２Ｏ以外の酸素含有ガス、すなわち、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、およびＨ２Ｏ２からなる群から選択される少なくとも１種類のガスを含む。酸素含有ガスは、エッチングにおけるマスク５１の開口５１aの閉塞を抑制し得る。
このほか、処理ガスは、不活性ガスを含んでもよい。不活性ガスとしては、例えば窒素ガスのほか、Ａｒ、Ｋｒ、およびＸｅ等の希ガスを使用することができる。
そして、ＲＦ電源３１からソースＲＦ信号が基板支持部１１の導電性部材、または、シャワーヘッド１３の導電性部材に供給される。これにより、プラズマ処理チャンバ１０内において処理ガスからプラズマが生成される。そして、ＲＦ電源３１からバイアスＲＦ信号が基板支持部１１の導電性部材に供給される。これにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、プラズマ中のイオン成分が基板Ｗに引き込まれ、マスク５１に形成された開口５１ａに沿ってシリコン含有膜５０に凹部５２が形成される。なお、ＲＦ電源３１からのバイアスＲＦ信号に代えて、ＤＣ電源３２から第１のＤＣ信号が基板支持部１１の導電性部材に印加されてもよい。また、ＤＣ電源３２から第２のＤＣ信号がシャワーヘッド１３の導電性部材に印加されてもよい。
ここで、エッチャントの量が多い場合、即ちエッチャントの分圧が高い場合、エッチングの初期段階では、高いエッチングレートを実現することができる。しかし、エッチャントの分圧が高い場合、凹部５２の底部では、反応副生成物が揮発する速度よりも、反応副生成物が生成される速度が大きくなる。これにより、反応副生成物が揮発しにくくなり、例えば図３Ａに示されるように凹部５２の底部に反応副生成物５３が堆積する。反応副生成物５３が凹部５２の底部に堆積すると、反応副生成物５３によってエッチャントとシリコン含有膜５０との反応が阻害され、エッチングレートが低下してしまう。エッチングレートの低下が続くと、やがてエッチングがストップしてしまう場合がある。
また、エッチャントの分圧が高いと、例えば図３Ａに示されるように凹部５２の底部が先細る。凹部５２の底部が先細ると、凹部５２の深さ方向において凹部５２が曲がって形成されてしまう場合がある。凹部５２が曲がって形成されると、隣の凹部５２と繋がってしまう等の不具合が起こる場合がある。
一方、エッチャントの分圧が低い場合、例えば図３Ｂに示されるように、凹部５２の底部の断面は矩形状になるが、エッチャントの量が少ないため、エッチングレートが低くなる。エッチングレートが低いと、凹部５２の側壁がエッチャントに長時間晒される。これにより、例えば図３Ｂに示されるように、凹部５２の側壁において、横方向へのエッチングが進み、いわゆるボーイングが促進されてしまう場合がある。
［実験結果］
次に、様々なエッチング条件において、エッチングレートの変化を測定する実験を行った。図４は、処理時間とエッチングレートとの関係の一例を示す図である。図５は、凹部５２の深さとエッチングレートとの関係の一例を示す図である。図４および図５に例示された実験１～実験４における主な処理条件は、以下の通りである。
［実験１］
プラズマ処理チャンバ１０内の圧力：２７ｍＴｏｒｒ
処理ガス：ＨＦガス
ソースＲＦ信号：４０ＭＨｚ、４５００Ｗ
バイアスＲＦ信号：４００ｋＨｚ、７０００Ｗ
基板Ｗの温度：－４０℃
［実験２］
プラズマ処理チャンバ１０内の圧力：１０ｍＴｏｒｒ
処理ガス：ＨＦガス
ソースＲＦ信号：４０ＭＨｚ、４５００Ｗ
バイアスＲＦ信号：４００ｋＨｚ、７０００Ｗ
基板Ｗの温度：－４０℃
［実験３］
プラズマ処理チャンバ１０内の圧力：２７ｍＴｏｒｒ
処理ガス：ＨＦガス、Ａｒガス、Ｏ２ガス
ソースＲＦ信号：４０ＭＨｚ、４５００Ｗ
バイアスＲＦ信号：４００ｋＨｚ、７０００Ｗ
基板Ｗの温度：－４０℃
［実験４］
プラズマ処理チャンバ１０内の圧力：２７ｍＴｏｒｒ
処理ガス：ＨＦガス、ＢＣｌ３ガス、Ｃ４Ｆ８ガス
ソースＲＦ信号：４０ＭＨｚ、４５００Ｗ
バイアスＲＦ信号：４００ｋＨｚ、７０００Ｗ
基板Ｗの温度：－４０℃
図４および図５を参照すると、エッチャントであるＨＦガスの分圧が高い条件（実験１）では、エッチングの初期段階では高いエッチングレートが実現されるものの、エッチングの進行に伴い、エッチングレートが急激に低下している。即ち、エッチャントの分圧が高い条件では、凹部５２のアスペクト比の増加に伴い、エッチングレートが急激に低下している。
一方、プラズマ処理チャンバ１０内の圧力を下げることにより、ＨＦガスの分圧を下げる条件（実験２）では、エッチングの初期段階では実験１の条件に比べてエッチングレートは低いが、エッチングレートの低下が実験１の条件に比べて抑えられている。また、処理ガスに、エッチャントであるＨＦガス以外の添加ガスを加えることにより、ＨＦガスの分圧を下げた条件（実験３）、および、ＨＦガスをスカベンジする効果を有するガスを加えることによりＨＦガスの分圧を下げた条件（実験４）でも、エッチングの進行に伴うエッチングレートの低下が実験１の条件に比べて抑えられている。即ち、エッチャントの分圧が低い条件（実験２～４）では、エッチングの初期段階では実験１の条件に比べてエッチングレートは低いものの、凹部５２のアスペクト比の増加に伴うエッチングレートの低下が抑えられている。なお、ＨＦガスをスカベンジする効果を有するガスとは、ＨＦガスに含まれる元素と反応してＨＦガスとは異なる化合物を生成し、プラズマ処理チャンバ１０内のＨＦガスを除去ないし減少させるガスである。
［反応副生成物５３の蒸気圧と凹部５２のアスペクト比との関係］
図６は、反応副生成物５３の蒸気圧と凹部５２のアスペクト比との関係の一例を説明するための図である。例えば図６に示されるように、反応副生成物５３の流速をΓBy、凹部５２内の深さ方向の位置をＡＲとすると、凹部５２内の圧力ｐ（ＡＲ）は、例えば下記の式（１）のように表される。
Figure 2022172744000002
 上記の式（１）において、Ｐ0はプラズマ処理チャンバ１０内の圧力、ｍはエッチャントの分子の質量、ｋはボルツマン定数、Ｔは基板Ｗの温度を表す。
上記の式（１）から明らかなように、凹部５２内の圧力ｐ（ＡＲ）は、凹部５２の深さＡＲに比例している。即ち、凹部５２の底部の圧力ｐ（ＡＲmax）は、凹部５２のアスペクト比に比例する。
凹部５２の底部では、生成された反応副生成物５３が揮発することにより、凹部５２の深さ方向におけるエッチングが進行する。凹部５２の底部において、生成された反応副生成物５３が揮発するためには、反応副生成物５３の蒸気圧Ｐdが凹部５２の底部の圧力ｐ（ＡＲmax）より大きいことが必要となる。即ち、凹部５２の深さ方向におけるエッチングが進行するためには、反応副生成物５３の蒸気圧Ｐdと凹部５２の底部の圧力ｐ（ＡＲmax）とは、下記の式（２）の関係を満たす必要がある。
Figure 2022172744000003
上記の式（２）を変形すると、下記の式（３）のようになる。
Figure 2022172744000004
反応副生成物５３の流速ΓByは、エッチングレートに比例するため、上記の式（３）から以下のことが分かる。
１．エッチングレートが高くなると、凹部５２内の圧力が上昇する。
２．凹部５２内の圧力ｐ（ＡＲ）が反応副生成物５３の蒸気圧Ｐdを超えると反応副生成物５３は揮発しなくなる。
３．反応副生成物５３が揮発しなくなるとエッチングの進行が止まる。（ただし物理的なスパッタリングは継続する）
そして、以下の結論が得られる。
・ 反応副生成物５３の流速ΓByの上限値は、反応副生成物５３の蒸気圧Ｐdと、凹部５２のアスペクト比で決まる。
・ 反応副生成物５３の流速ΓByはエッチングレートに比例するため、エッチングレートの上限値も、反応副生成物５３の蒸気圧Ｐdと、凹部５２のアスペクト比で決まる。
・ 基板Ｗの温度が低いほど、エッチングレートが低下する。
・ プラズマ処理チャンバ１０内の圧力が高いほど、エッチングレートが低下する。
従って、アスペクト比が小さいエッチングの初期段階では、エッチャントの分圧を高くすることにより、エッチグレートを高めることが好ましい。また、アスペクト比が大きくなるに従い、反応副生成物５３が揮発しにくくなり、エッチングレートが低下する。このため、エッチャントの分圧を低くすることにより、反応副生成物５３の揮発を促進し、エッチグレートの低下を抑えることが好ましい。これにより、全体として凹部５２を形成するためのエッチングのスループットを高めることができる。
また、エッチャントの分圧を低くすることにより、例えば図３Ｂに示したように、反応副生成物５３の底部の断面を矩形状に形成することができる。これにより、凹部５２の形状を予め定められた形状に近付けることができる。また、エッチャントの分圧を低くすることにより、凹部５２の底部が先細ることを抑制することができるため、凹部５２の深さ方向において凹部５２が曲がって形成されてしまうことを防止することができる。
また、アスペクト比が小さいエッチングの初期段階では、エッチャントの分圧を高くすることにより、エッチグレートを高めることにより、所望の深さの凹部５２が形成されるまでの時間を短くすることができる。これにより、凹部５２の側壁がエッチャントに晒される時間を短くすることができ、凹部５２の側壁の横方向への広がりを抑制することができる。
エッチャントの分圧を下げる方法としては、例えば４つの方法が考えられる。第１の方法は、プラズマ処理チャンバ１０内の圧力を下げることにより、エッチャントの分圧を下げる方法である。第２の方法は、プラズマ処理チャンバ１０内に希釈ガスを添加する方法である。希釈ガスとしては、エッチングに寄与しないガスであることが好ましく、例えばアルゴンガス等の希ガスおよび窒素ガス等に不活性ガスが考えられる。このようにしても、プラズマ処理チャンバ１０内におけるエッチャントの分圧を下げることができる。なお、第２の方法では、希釈ガスを添加する際、プラズマ処理チャンバ１０内の圧力は一定に維持されてもよく、維持されてなくてもよい。
第３の方法は、エッチャントをスカベンジする機能を有する反応性ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に供給する方法である。より具体的には、エッチャントに含まれる元素と反応してエッチャントとは異なる化合物を生成する反応性ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に供給する方法である。エッチャントがＨＦガスである場合、反応性ガスとしては、例えば塩素含有ガスを用いることができる。塩素含有ガスとしては、例えばＣｌ２ガス、ＨＣｌガス、ＣＨＣｌ３ガス、ＣＨ２Ｃｌ２ガス、ＣＨ３Ｃｌガス、ＣＣｌ４ガス、ＢＣｌ３ガス、ＳｉＣｌ４ガス、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、およびＳｉ２Ｃｌ６ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスを用いてよい。このような方法によっても、プラズマ処理チャンバ１０内のエッチャントの分子を減少させることができ、プラズマ処理チャンバ１０内におけるエッチャントの分圧を下げることができる。なお、上述したように、処理ガスは、ハロゲン含有ガスとして塩素含有ガスを含む場合がある。この場合、反応性ガスとしての塩素含有ガスを添加することにより、すなわち、塩素含有ガスの流量比を増加させることにより、プラズマ処理チャンバ１０内におけるエッチャントの分圧を下げることができる。
第４の方法は、プラズマ処理チャンバ１０内に供給するエッチャントの流量を減少させる方法である。エッチャントがＨＦガスである場合、プラズマ処理チャンバ１０内に供給するＨＦガスの流量を減少させることにより、プラズマ処理チャンバ１０内におけるＨＦガスの分圧を下げることができる。
［基板処理方法］
図７は、本開示の一実施形態における基板処理方法の一例を示すフローチャートである。図７に例示された各処理は、制御部２が装置本体１の各部を制御することにより実現される。
まず、制御部２は、図示しない搬送装置を制御し、例えば図２に示された基板Ｗをプラズマ処理チャンバ１０内へ搬入する（Ｓ１０）。そして、基板Ｗは基板支持部１１の上に載せられ、本体部１１１の静電チャックに電圧が供給されることにより、基板Ｗが基板支持面１１１ａに吸着保持される。ステップＳ１０は、工程ａ１）、工程ｂ１）、工程ｃ１）、および工程ｄ１）の一例である。
次に、排気システム４０によってプラズマ処理チャンバ１０内のガスが排気され、プラズマ処理チャンバ１０内にＨＦガスを含む処理ガスの供給が開始される（Ｓ１１）。そして、プラズマ処理チャンバ１０内の圧力が予め定められた圧力Ｐ１に調整される。圧力Ｐ１は、例えば、５ｍＴｏｒｒ（０．６５Ｐａ）以上、１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）以下であってよい。ステップＳ１１は、工程ａ２）、工程ｂ２）、工程ｃ２）、および工程ｄ２）の一例である。
次に、エッチングが開始される（Ｓ１２）。ステップＳ１２は、工程ａ３）、工程ｂ３）、工程ｃ３）、および工程ｄ３）の一例である。ステップＳ１２では、ＲＦ電源３１からソースＲＦ信号が基板支持部１１の導電性部材、または、シャワーヘッド１３の導電性部材に供給されることにより、プラズマ処理チャンバ１０内において処理ガスからプラズマが生成される。ソースＲＦ信号は、例えば、２ｋＷ以上、１０ｋＷ以下に設定され得る。そして、ＲＦ電源３１からバイアスＲＦ信号が基板支持部１１の導電性部材に供給される。これにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、プラズマ中のイオン成分が基板Ｗに引き込まれ、基板Ｗに対するエッチングが開始される。バイアスＲＦ信号は、例えば、２ｋＷ以上に設定され得る。バイアルＲＦ信号の電力レベルは、１０ｋＷ以上に設定されてもよい。
なお、バイアスＲＦ信号に代えて、バイアスＲＦ信号以外の電気バイアスを基板支持部１１の導電性部材に供給してもよい。一例では、電気バイアスは、直流電圧である。電気バイアスは、基板Ｗに負の電位が生じるように基板支持部１１の導電性部材に供給されてよい。電気バイアスは、連続的に供給されもよく、周期的に供給されてもよい。電気バイアスが周期的に供給される場合、電気バイアスの周期は、二つの期間を含む。二つの期間のうち一方の期間における電気バイアスは、負極性の電圧である。二つの期間のうち一方の期間における電圧のレベル（即ち、絶対値）は、二つの期間のうち他方の期間における電圧のレベル（即ち、絶対値）よりも高い。他方の期間における電圧は、負極性、正極性の何れであってもよい。他方の期間における負極性の電圧のレベルは、ゼロよりも大きくてもよく、ゼロであってもよい。
電気バイアスは、パルス波であってよく、連続波であってもよい。電気バイアスがパルス波である場合、電気バイアスは、矩形波のパルスであってもよく、三角波のパルスあってもよく、インパルスであってもよく、またはその他の電圧波形のパルスであってもよい。
なお、ステップＳ１２において、基板支持部１１の温度を低温に制御してよい。基板支持部１１の温度は、例えば、２０℃以下、０℃以下、－１０℃以下、－２０℃以下、－３０℃以下、－４０℃以下、または－７０℃以下であってもよい。基板支持部１１の温度は、図示しないチラーユニットから供給される熱交換媒体により調整され得る。
次に、制御部２は、凹部５２のアスペクト比が、予め定められた第１のアスペクト比ＡＲ１に達したか否かを判定する（Ｓ１３）。制御部２は、例えば、エッチングの継続時間が、凹部５２のアスペクト比が第１のアスペクト比ＡＲ１に達するまでのエッチングの継続時間に達したか否かを判定することにより、凹部５２のアスペクト比が第１のアスペクト比ＡＲ１に達したか否かを判定する。凹部５２のアスペクト比が第１のアスペクト比ＡＲ１に達するまでのエッチングの継続時間は、予め実験により測定される。凹部５２のアスペクト比が第１のアスペクト比ＡＲ１に達していない場合（Ｓ１３：Ｎｏ）、再びステップＳ１３に示された処理が実行される。
一方、凹部５２のアスペクト比が第１のアスペクト比ＡＲ１に達した場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、制御部２は、エッチャントの分圧を圧力Ｐ１から圧力Ｐ１よりも低い圧力Ｐ２へ下げるように、装置本体１の各部を制御する（Ｓ１４）。ステップＳ１４は、工程ａ４）、工程ｂ４）、工程ｃ４）、および工程ｄ４）の一例である。制御部２は、例えばプラズマ処理チャンバ１０内の圧力を下げるようにガス供給部２０および排気システム４０を制御することにより、エッチャントの分圧を下げる。なお、エッチャントの分圧を下げる方法は、プラズマ処理チャンバ１０内にエッチャント以外のガスを添加する方法であってもよい。また、エッチャントの分圧を下げる方法は、エッチャントに含まれる元素と反応してエッチャントをスカベンジする反応性ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に供給する方法であってもよい。
これにより、エッチャントの分圧は、例えば図８に示されるように、凹部５２のアスペクト比が第１のアスペクト比ＡＲ１に達するまでは圧力Ｐ１に維持される。そして、凹部５２のアスペクト比が第１のアスペクト比ＡＲ１に達した後は、エッチャントの分圧は、圧力Ｐ１よりも低い圧力Ｐ２に変更される。
次に、制御部２は、凹部５２のアスペクト比が、予め定められた第２のアスペクト比ＡＲ２に達したか否かを判定する（Ｓ１５）。凹部５２のアスペクト比が第２のアスペクト比ＡＲ２に達していない場合（Ｓ１５：Ｎｏ）、再びステップＳ１５に示された処理が実行される。一方、凹部５２のアスペクト比が第２のアスペクト比ＡＲ２に達した場合（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、図７に例示された基板処理方法が終了する。
以上、一実施形態について説明した。上記したように、本実施形態における基板処理方法は、工程ａ１）と、工程ａ２）と、工程ａ３）と、工程ａ４）とを含む。工程ａ１）では、プラズマ処理チャンバ１０内にシリコン含有膜５０を含む基板Ｗが提供される。工程ａ２）では、プラズマ処理チャンバ１０内にＨＦガスを含む処理ガスが供給される。工程ａ３）では、処理ガスから生成されたプラズマによりシリコン含有膜５０がエッチングされ、シリコン含有膜５０に凹部５２が形成される。工程ａ４）では、凹部５２のアスペクト比の増加に伴ってＨＦガスの分圧を下げる制御が行われる。これにより、エッチングのスループットを向上させると共に、エッチングにより形成される凹部５２の形状異常を抑制することができる。
また、上記した実施形態において、工程ａ４）では、プラズマ処理チャンバ１０内の圧力を下げることにより、ＨＦガスの分圧を下げる。これにより、エッチャントの分圧を下げることができる。
また、上記した実施形態において、工程ａ４）では、プラズマ処理チャンバ１０内に希釈ガスを添加することにより、ＨＦガスの分圧を下げてもよい。この際、プラズマ処理チャンバ１０内の圧力を維持しながら、ＨＦガスの分圧を下げてもよい。このようにしても、エッチャントの分圧を下げることができる。
また、上記した実施形態において、工程ａ４）では、ＨＦガスの分子に含まれる元素と反応してＨＦガスをスカベンジする反応性ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に供給することにより、プラズマ処理チャンバ１０内のＨＦガスの分圧を下げてもよい。このようにしても、エッチャントの分圧を下げることができる。
また、上記した実施形態において、工程ａ４）では、プラズマ処理チャンバ１０内に供給するＨＦガスの流量を減少させることにより、プラズマ処理チャンバ１０内のＨＦガスの分圧を下げてもよい。このようにしても、エッチャントの分圧を下げることができる。
また、上記した実施形態において、反応性ガスは、例えば塩素含有ガスである。塩素含有ガスは、例えばＣｌ２ガス、ＨＣｌガス、ＣＨＣｌ３ガス、ＣＨ２Ｃｌ２ガス、ＣＨ３Ｃｌガス、ＣＣｌ４ガス、ＢＣｌ３ガス、ＳｉＣｌ４ガス、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、およびＳｉ２Ｃｌ６ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスであってもよい。このようなガスをプラズマ処理チャンバ１０内に添加することにより、プラズマ処理チャンバ１０内のＨＦガスの分圧を下げることができる。
また、上記した実施形態において、処理ガスには、炭素含有ガスが含まれていてもよい。このような炭素含有ガスとしては、例えばＣＦ系ガスおよびＣＨＦ系ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスであることが好ましい。ＣＦ系ガスとしては、例えばＣＦ４ガス、Ｃ２Ｆ２ガス、Ｃ２Ｆ４ガス、Ｃ３Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、およびＣ５Ｆ８ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスを用いてよい。また、ＣＨＦ系ガスとしては、例えばＣＨＦ３ガス、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガス、Ｃ２ＨＦ５ガス、Ｃ２Ｈ２Ｆ４ガス、Ｃ２Ｈ３Ｆ３ガス、Ｃ２Ｈ４Ｆ２ガス、Ｃ３ＨＦ７ガス、Ｃ３Ｈ２Ｆ２ガス、Ｃ３Ｈ２Ｆ６ガス、Ｃ３Ｈ２Ｆ４ガス、Ｃ３Ｈ３Ｆ５ガス、Ｃ４Ｈ５Ｆ５ガス、Ｃ４Ｈ２Ｆ６ガス、Ｃ４Ｈ２Ｆ８ガス、Ｃ５Ｈ２Ｆ６ガス、Ｃ５Ｈ２Ｆ１０ガス、およびＣ５Ｈ３Ｆ７ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスが挙げられる。このようなガスが処理ガスに含まれることによりマスク５１の表面に炭素を含む堆積物が形成され、マスク５１のエッチングが抑制される。このため、マスク５１のエッチングレートに対するシリコン含有膜のエッチングレートの比（選択比）を改善することができる。
また、上記した実施形態において、処理ガスには、リン含有ガス、硫黄含有ガス、およびホウ素含有ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスが含まれていてもよい。リン含有ガスとしては、例えばＰＦ３ガス、ＰＦ５ガス、ＰＯＦ３ガス、ＨＰＦ６ガス、ＰＣｌ３ガス、ＰＣｌ５ガス、ＰＯＣｌ３ガス、ＰＢｒ３ガス、ＰＢｒ５ガス、ＰＯＢｒ３ガス、ＰＩ３ガス、Ｐ４Ｏ１０ガス、Ｐ４Ｏ８ガス、Ｐ４Ｏ６ガス、ＰＨ３ガス、Ｃａ３Ｐ２ガス、Ｈ３ＰＯ４ガス、およびＮａ３ＰＯ４ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスを用いてよい。硫黄含有ガスとしては、例えばＳＦ６ガス、ＳＯ２ガス、およびＣＯＳガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスを用いてよい。ホウ素含有ガスとしては、例えばＢＣｌ３ガス、ＢＦ３ガス、ＢＢｒ３ガス、およびＢ２Ｈ６ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスを用いてよい。これらのガスは、エッチングにより形成される凹部５２の側壁に堆積して保護膜を形成する。このため、凹部５２にボーイングが生じることを抑制することができる。
また、上記した実施形態において、シリコン含有膜は、シリコン酸化膜と、シリコン窒化膜およびポリシリコン膜からなる群から選択される少なくとも１種類の膜とを含む。
また、上記した実施形態において、シリコン含有膜は、シリコン酸化膜、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の多層膜、または、シリコン酸化膜とポリシリコン化膜の多層膜である。
また、上記した実施形態におけるプラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバ１０と、基板支持部１１と、プラズマ生成部（基板支持部１１の導電性部材またはシャワーヘッド１３の導電性部材）と、制御部２とを備える。プラズマ処理チャンバ１０は、ガス供給口１３ａとガス排出口１０ｅを有する。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に設けられる。基板支持部１１には、基板Ｗが載せられる。プラズマ生成部は、プラズマ処理チャンバ１０内に供給された処理ガスからプラズマを生成する。制御部２は、工程ｄ１）と、工程ｄ２）と、工程ｄ３）と、工程ｄ４）とを含む処理を実行するように構成される。工程ｄ１）では、制御部２は、基板支持部１１にシリコン含有膜５０を有する基板Ｗを配置する。工程ｄ２）では、ガス供給口１３ａからプラズマ処理チャンバ１０内にＨＦガスを含む処理ガスを供給する。工程ｄ３）では、制御部２は、処理ガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマによりシリコン含有膜５０をエッチングして、シリコン含有膜５０に凹部５２を形成する。工程ｄ４）では、制御部２は、凹部５２のアスペクト比の増加に伴ってＨＦガスの分圧を下げるように制御する。これにより、エッチングのスループットを向上させること、エッチングにより形成される凹部５２の形状異常を抑制すること、の少なくとも１つを解決することができる。
［その他］
なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記した実施形態では、凹部５２の形成において、エッチャントの分圧の変更が１回行われるが、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、例えば図９に示されるように、凹部５２の形成において、エッチャントの分圧の変更は複数回行われてもよい。
図９は、基板処理方法の他の例を示すフローチャートである。図９に例示された各処理は、制御部２が装置本体１の各部を制御することにより実現される。
まず、制御部２は、図示しない搬送装置を制御し、例えば図２に示された基板Ｗをプラズマ処理チャンバ１０内へ搬入する（Ｓ２０）。そして、排気システム４０によってプラズマ処理チャンバ１０内のガスが排気され、プラズマ処理チャンバ１０内にＨＦガスを含む処理ガスの供給が開始される（Ｓ２１）。そして、エッチングが開始される（Ｓ２２）。ステップＳ２０～Ｓ２２の処理は、図７に例示されたステップＳ１０～Ｓ１２の処理と同様である。
次に、制御部２は、凹部５２のアスペクト比が、予め定められた第１の量増加したか否かを判定する（Ｓ２３）。制御部２は、例えば、エッチングの継続時間が、凹部５２のアスペクト比が第１の量増加するまでのエッチングの継続時間に達したか否かを判定することにより、凹部５２のアスペクト比が第１の量増加したか否かを判定する。凹部５２のアスペクト比が第１の量増加するまでのエッチングの継続時間は、予め実験により測定される。凹部５２のアスペクト比が第１の量増加していない場合（Ｓ２３：Ｎｏ）、再びステップＳ２３に示された処理が実行される。
一方、凹部５２のアスペクト比が第１の量増加した場合（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、制御部２は、エッチャントの分圧を圧力Ｐ１から圧力Ｐ１よりも低い圧力Ｐ２まで下げるように、装置本体１の各部を制御する（Ｓ２４）。圧力Ｐ１は第１の圧力の一例であり、圧力Ｐ２は第２の圧力の一例である。ステップＳ２４の処理は、図７に例示されたステップＳ１４の処理と同様である。
次に、制御部２は、凹部５２のアスペクト比が、予め定められた第２の量増加したか否かを判定する（Ｓ２５）。制御部２は、例えば、エッチングの継続時間が、凹部５２のアスペクト比が第２の量増加するまでのエッチングの継続時間に達したか否かを判定することにより、凹部５２のアスペクト比が第２の量増加したか否かを判定する。凹部５２のアスペクト比が第２の量増加するまでのエッチングの継続時間は、予め実験により測定される。凹部５２のアスペクト比が第２の量増加していない場合（Ｓ２５：Ｎｏ）、再びステップＳ２５に示された処理が実行される。
一方、凹部５２のアスペクト比が第２の量増加した場合（Ｓ２５：Ｙｅｓ）、制御部２は、凹部５２のアスペクト比が、予め定められた第３のアスペクト比に達したか否かを判定する（Ｓ２６）。凹部５２のアスペクト比が第３のアスペクト比に達していない場合（Ｓ２６：Ｎｏ）、制御部２は、エッチャントの分圧を圧力Ｐ２から圧力Ｐ１まで上げるように装置本体１の各部を制御する（Ｓ２７）。そして、再びステップＳ２３に示された処理が実行される。一方、凹部５２のアスペクト比が第３のアスペクト比に達した場合（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、図９に例示された基板処理方法が終了する。
これにより、凹部５２のエッチングが継続している間、エッチャントの分圧が、例えば図１０に示されるように、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２とで交互に繰り返されるように制御される。ここで、エッチャントの分圧が圧力Ｐ１に制御されている場合、高いエッチングレートでエッチングが行われ、凹部５２が形成される。そして、エッチャントの分圧が圧力Ｐ１より低い圧力Ｐ２に制御されている場合、凹部５２の底部の断面が矩形状に形成される。このように、エッチャントの分圧が圧力Ｐ１または圧力Ｐ２となるように交互に繰り返し制御されることにより、迅速なエッチングの進行と、凹部５２の底部の形状を整える処理とが交互に実行される。これにより、エッチングのスループットの向上と、エッチングにより形成される凹部５２の形状異常の抑制とを両立することができる。
なお、エッチャントの分圧を圧力Ｐ１と圧力Ｐ２とに交互に繰り返す処理において、高い方の圧力Ｐ１は、例えば図１１に示されるように、凹部５２のアスペクト比の増加に伴って、徐々に小さくなるように制御されてもよい。図１１の例において、圧力Ｐ１は、凹部５２のアスペクト比の増加に伴って、圧力Ｐ１１、圧力Ｐ１２、圧力Ｐ１３、・・・のように、徐々に小さくなるように制御されている。これにより、アスペクト比の増加に伴って、反応副生成物５３が揮発しにくくなることを防止することができる。なお、低い方の圧力Ｐ２は、凹部５２のアスペクト比の増加とは無関係に一定であってよい。
なお、エッチャントの分圧は、流量制御器２２の出力値に基づいて制御されてよい。また、エッチャントの分圧は、プラズマの発光状態をモニタリングすることによって推定された推定値に基づいて制御されてもよい。プラズマの発光状態は、例えば、プラズマ処理チャンバ１０に取り付けられた発光分光（Optical Emission Spectroscopy:OES）センサ等の光センサ１１４などによって測定することができる。これにより、プラズマ中で解離または生成されたエッチャントを含めてエッチャントの分圧を測定することができるため、エッチャントの分圧を精密に制御することができる。
また、上記した実施形態では、エッチャントとしてＨＦガスが用いられたが、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、プラズマ処理中にプラズマ処理チャンバ１０内でＨＦ種を生成可能なガスを用いてもよい。ＨＦ種は、フッ化水素のガス、ラジカル及びイオンの少なくともいずれかを含む。一例では、ＨＦ種を生成可能なガスは、ハイドロフルオロカーボンガスであってよい。また、ＨＦ種を生成可能なガスは、水素源およびフッ素源を含む混合ガスであってもよい。水素源は、例えば、Ｈ２、ＮＨ３、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、またはハイドロカーボン等であってよい。フッ素源は、ＮＦ３、ＳＦ６、ＷＦ６、ＸｅＦ２、フルオロカーボン、またはハイドロフルオロカーボン等であってよい。ＨＦ種を生成可能なガスを用いる場合、凹部５２のアスペクト比の増加に伴って、ＨＦ種の分圧を下げるように制御が行われる。ＨＦ種の分圧は、例えば、上述したＯＥＳにより測定したプラズマの発光状態に基づいて算出されてよい。これにより、エッチングのスループットの向上と、エッチングにより形成される凹部５２の形状異常の抑制とを両立することができる。
さらに他の形態として、処理ガスから生成されたプラズマに含まれる活性種等がエッチャントとして用いられてもよい。このような処理ガスとしては、フッ素原子を含むガス、炭素およびフッ素を含むガス、ならびに、炭素、水素、およびフッ素原子を含むガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスであるエッチャントを含む処理ガスが用いられる。フッ素原子を含むガスでは、フッ素原子を含むガスから生成されたプラズマに含まれるＦラジカルがエッチャントとして寄与する。炭素およびフッ素を含むガスでは、炭素およびフッ素を含むガスから生成されたプラズマに含まれるＣＦラジカルがエッチャントとして寄与する。炭素、水素、およびフッ素原子を含むガスでは、炭素、水素、およびフッ素原子を含むガスから生成されたプラズマに含まれるＣＦラジカルがエッチャントとして寄与する。そして、アスペクト比の増加に伴って、エッチャントの分圧を下げるように制御が行われる。これにより、エッチングのスループットの向上と、エッチングにより形成される凹部５２の形状異常の抑制とを両立することができる。なお、反応性ガスの添加によりエッチャントの分圧を下げる場合、このようなガスに対しては、反応性ガスとして、例えば水素含有ガスや酸素含有ガスを添加することが考えられる。
また、上述した実施形態では、エッチングにより形成される凹部５２のアスペクト比の増加に伴ってＨＦガス（エッチャント）の分圧を下げるように制御したが、開示の技術はこれに限らない。他の形態として、凹部５２のアスペクト比に増加に応じて、エッチャントの分圧を任意の値に調整してもよい。すなわち、凹部５２のアスペクト比の増加に応じて、エッチャントの分圧を下げるように制御してもよく、エッチャントの分圧を上げるように制御してもよい。凹部５２のアスペクト比の増加に伴ってＨＦガス（エッチャント）の分圧を下げるように制御した場合の効果については上述した通りである。一方、凹部５２のアスペクト比の増加に伴ってＨＦガス（エッチャント）の分圧を上げるように制御した場合には、凹部の形状を整えてからエッチングを進めることができる。このため、凹部の形状を維持しつつ、エッチングレートを向上させることができる。
また、上記した実施形態では、プラズマ源の一例として、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）を用いて処理を行うプラズマ処理装置１００を説明したが、プラズマ源はこれに限られない。容量結合型プラズマ以外のプラズマ源としては、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ）、電子サイクロトン共鳴プラズマ（ＥＣＰ）、およびヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ）等が挙げられる。
なお、今回開示された実施形態は全ての点で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。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
Ｗ 基板
１００ プラズマ処理装置
１ 装置本体
２ 制御部
２ａ コンピュータ
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ｅ ガス排出口１０ｓ プラズマ処理空間
１１ 基板支持部
１１１ 本体部
１１１ａ 基板支持面
１１１ｂ リング支持面
１１２ リングアセンブリ
１１３ 石英窓
１１４ 光センサ
１３ａ ガス供給口
２０ ガス供給部
３０ 電源
３１ ＲＦ電源
３２ ＤＣ電源
４０ 排気システム
５０ シリコン含有膜
５１ マスク
５１ａ 開口
５２ 凹部
５３ 反応副生成物

Claims (23)

  1. ａ１） チャンバ内にシリコン含有膜を含む基板を提供する工程と、
    ａ２） 前記チャンバ内にＨＦガスを含む処理ガスを供給する工程と、
    ａ３） 前記処理ガスから生成されたプラズマにより前記シリコン含有膜をエッチングして、前記シリコン含有膜に凹部を形成する工程と、
    ａ４） 前記凹部のアスペクト比の増加に伴って前記ＨＦガスの分圧を下げるように制御する工程と
    を含む基板処理方法。
  2. 前記工程ａ４）では、前記チャンバ内の圧力を下げることにより、前記ＨＦガスの分圧を下げる請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記工程ａ４）では、前記チャンバ内に希釈ガスを添加することにより、前記ＨＦガスの分圧を下げる請求項１に記載の基板処理方法。
  4. 前記工程ａ４）では、前記ＨＦガスの分子に含まれる元素と反応して前記ＨＦガスの分子をスカベンジする反応性ガスを前記チャンバ内に供給することにより、前記チャンバ内の前記ＨＦガスの分圧を下げる請求項１に記載の基板処理方法。
  5. 前記反応性ガスは、塩素含有ガスである請求項４に記載の基板処理方法。
  6. 前記塩素含有ガスは、Ｃｌ２ガス、ＨＣｌガス、ＣＨＣｌ３ガス、ＣＨ２Ｃｌ２ガス、ＣＨ３Ｃｌガス、ＣＣｌ４ガス、ＢＣｌ３ガス、ＳｉＣｌ４ガス、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、およびＳｉ２Ｃｌ６ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスである請求項５に記載の基板処理方法。
  7. 前記工程ａ４）では、前記チャンバ内に供給するＨＦガスの流量を減少させることにより、前記チャンバ内の前記ＨＦガスの分圧を下げる請求項１に記載の基板処理方法。
  8. 前記工程ａ３）では、前記ＨＦガスの分圧が第１の分圧に制御され、
    前記工程ａ４）では、前記ＨＦガスの分圧が前記第１の分圧よりも低い第２の分圧に制御され、
    前記工程ａ３）と前記工程ａ４）とは、交互に繰り返し実行される請求項１から７のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  9. 前記工程ａ４）と交互に繰り返し実行される前記工程ａ３）では、
    前記凹部のアスペクト比の増加に伴って、前記第１の分圧が徐々に小さくなるように制御される請求項８に記載の基板処理方法。
  10. 前記処理ガスは、炭素含有ガスを含む請求項１から９のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  11. 前記炭素含有ガスは、フルオロカーボンガスおよびハイドロフルオロカーボンガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスである請求項１０に記載の基板処理方法。
  12. 前記フルオロカーボンガスは、ＣＦ４ガス、Ｃ２Ｆ２ガス、Ｃ２Ｆ４ガス、Ｃ３Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、およびＣ５Ｆ８ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスである請求項１１に記載の基板処理方法。
  13. 前記ハイドロフルオロカーボンガスは、ＣＨＦ３ガス、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガス、Ｃ２ＨＦ５ガス、Ｃ２Ｈ２Ｆ４ガス、Ｃ２Ｈ３Ｆ３ガス、Ｃ２Ｈ４Ｆ２ガス、Ｃ３ＨＦ７ガス、Ｃ３Ｈ２Ｆ２ガス、Ｃ３Ｈ２Ｆ６ガス、Ｃ３Ｈ２Ｆ４ガス、Ｃ３Ｈ３Ｆ５ガス、Ｃ４Ｈ５Ｆ５ガス、Ｃ４Ｈ２Ｆ６ガス、Ｃ４Ｈ２Ｆ８ガス、Ｃ５Ｈ２Ｆ６ガス、Ｃ５Ｈ２Ｆ１０ガス、およびＣ５Ｈ３Ｆ７ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスである請求項１１に記載の基板処理方法。
  14. 前記処理ガスは、リン含有ガス、硫黄含有ガス、およびホウ素含有ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスを含む請求項１から１３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  15. 前記リン含有ガスは、ＰＦ３ガス、ＰＦ５ガス、ＰＯＦ３ガス、ＨＰＦ６ガス、ＰＣｌ３ガス、ＰＣｌ５ガス、ＰＯＣｌ３ガス、ＰＢｒ３ガス、ＰＢｒ５ガス、ＰＯＢｒ３ガス、ＰＩ３ガス、Ｐ４Ｏ１０ガス、Ｐ４Ｏ８ガス、Ｐ４Ｏ６ガス、ＰＨ３ガス、Ｃａ３Ｐ２ガス、Ｈ３ＰＯ４ガス、およびＮａ３ＰＯ４ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスである請求項１４に記載の基板処理方法。
  16. 前記硫黄含有ガスは、ＳＦ６ガス、ＳＯ２ガス、およびＣＯＳガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスである請求項１４に記載の基板処理方法。
  17. 前記ホウ素含有ガスは、ＢＣｌ３ガス、ＢＦ３ガス、ＢＢｒ３ガス、およびＢ２Ｈ６ガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスである請求項１４に記載の基板処理方法。
  18. 前記シリコン含有膜は、シリコン酸化膜と、シリコン窒化膜およびポリシリコン膜からなる群から選択される少なくとも１種類の膜とを含む請求項１から１７のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  19. 前記シリコン含有膜は、シリコン酸化膜、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の多層膜、または、シリコン酸化膜とポリシリコン化膜の多層膜である請求項１から１８のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  20. 前記工程ａ４）では、プラズマの発光状態をモニタリングすることにより前記ＨＦガスの分圧を推定し、前記推定したＨＦガスの分圧を下げるように制御する、請求項１から１９のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  21. ｂ１） チャンバ内にシリコン含有膜を含む基板を提供する工程と、
    ｂ２） 前記チャンバ内にＨＦ種を生成可能なガスを含む処理ガスを供給する工程と、
    ｂ３） 前記処理ガスから生成されたプラズマにより前記シリコン含有膜をエッチングして、前記シリコン含有膜に凹部を形成する工程と、
    ｂ４） 前記凹部のアスペクト比の増加に伴って前記ＨＦ種の分圧を下げるように制御する工程と
    を含む基板処理方法。
  22. ｃ１） チャンバ内にシリコン含有膜を含む基板を提供する工程と、
    ｃ２） 前記チャンバ内に、フッ素原子を含むガス、炭素およびフッ素を含むガス、ならびに、炭素、水素、およびフッ素原子を含むガスからなる群から選択される少なくとも１種類のガスであるエッチャントを含む処理ガスを供給する工程と、
    ｃ３） 前記処理ガスから生成されたプラズマにより前記シリコン含有膜をエッチングして、前記シリコン含有膜に凹部を形成する工程と、
    ｃ４） 前記凹部のアスペクト比の増加に伴って前記エッチャントの分圧を変更する工程と
    を含む基板処理方法。
  23. ガス供給口およびガス排出口を有するチャンバと、
    前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
    前記チャンバ内に供給された処理ガスからプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    制御部と
    を備え、
    前記制御部は、
    ｄ１） 前記基板支持部にシリコン含有膜を含む基板を配置する工程と、
    ｄ２） 前記チャンバ内にＨＦガスを含む処理ガスを供給する工程と、
    ｄ３） 前記処理ガスからプラズマを生成し、生成された前記プラズマにより前記シリコン含有膜をエッチングして、前記シリコン含有膜に凹部を形成する工程と、
    ｄ４） 前記凹部のアスペクト比の増加に伴って前記ＨＦガスの分圧を下げるように制御する工程と
    を含む処理を実行するように構成される、基板処理装置。
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