JP2023048519A - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマエッチングにおけるボーイングを抑制する技術を提供する。
【解決手段】
プラズマ処理方法が提供される。この方法は、（ａ）シリコン酸化膜とシリコン酸化膜上に形成されたマスク膜とを有する基板を提供する工程と、（ｂ）Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）と水素（Ｈ）含有ガスとを含む第１の処理ガスから生成したプラズマを用いて、シリコン酸化膜をエッチングする工程と、（ｃ）Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）と酸素（Ｏ）含有ガスとを含む第２の処理ガスから生成したプラズマを用いて、シリコン酸化膜をエッチングする工程と、（ｄ）酸素（Ｏ）含有ガスを含む第３の処理ガスから生成したプラズマを用いて、エッチングにより形成される凹部の側壁に堆積した反応生成物を除去する工程とを備える。
【選択図】図３

Description

本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。

特許文献１には、プラズマエッチングにより深さの異なる開口を対象膜に形成する技術が開示されている。

特開２０１９－９２５９号公報

本開示は、プラズマエッチングにおけるボーイングを抑制する技術を提供する。

本開示の一つの例示的実施形態において、プラズマ処理方法であって、（ａ）シリコン酸化膜と前記シリコン酸化膜上に形成されたマスク膜とを有する基板を提供する工程と、（ｂ）Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）と水素（Ｈ）含有ガスとを含む第１の処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、（ｃ）Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）と酸素（Ｏ）含有ガスとを含む第２の処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、（ｄ）酸素（Ｏ）含有ガスを含む第３の処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記エッチングにより形成される凹部の側壁に堆積した反応生成物を除去する工程とを備えるプラズマ処理方法が提供される。

本開示の一つの例示的実施形態によれば、プラズマエッチングにおけるボーイングを抑制することができる。

プラズマ処理装置１を概略的に示す図である。 基板処理システムＰＳを概略的に示す図である。 本処理方法の一例を示すフローチャートである。 工程ＳＴ１で提供される基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。 工程ＳＴ２における処理後の基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。 工程ＳＴ３における処理後の基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。 工程ＳＴ４における処理後の基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。 本処理方法による処理後の基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。 ボーイングの要因を説明するための図である。 実施例にかかるネック位置差とボーイングＣＤとの関係を示す図である。 本処理方法の他の例を示すフローチャートである。

以下、本開示の各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、プラズマ処理方法であって、（ａ）シリコン酸化膜とシリコン酸化膜上に形成されたマスク膜とを有する基板を提供する工程と、（ｂ）Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）と水素（Ｈ）含有ガスとを含む第１の処理ガスから生成したプラズマを用いて、シリコン酸化膜をエッチングする工程と、（ｃ）Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）と酸素（Ｏ）含有ガスとを含む第２の処理ガスから生成したプラズマを用いて、シリコン酸化膜をエッチングする工程と、（ｄ）酸素（Ｏ）含有ガスを含む第３の処理ガスから生成したプラズマを用いて、エッチングにより形成される凹部の側壁に堆積した反応生成物を除去する工程とを備えるプラズマ処理方法が提供される。

一つの例示的実施形態において、第１の処理ガスは、酸素（Ｏ）含有ガスを含み、第１の処理ガス中の酸素（Ｏ）のモル分率は、第２の処理ガス中の酸素（Ｏ）のモル分率よりも小さい。

一つの例示的実施形態において、第２の処理ガスは、水素（Ｈ）含有ガスを含み、第２の処理ガス中の水素（Ｈ）のモル分率は、第１の処理ガス中の水素（Ｈ）のモル分率よりも小さい。

一つの例示的実施形態において、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の各工程をこの順で実行するサイクルを複数回繰り返す。

一つの例示的実施形態において、（ｂ）及び（ｃ）の各工程を複数回繰り返した後に（ｄ）の工程を実行するサイクルを複数回繰り返す。

一つの例示的実施形態において、（ｂ）の工程において、反応生成物は側壁の第１の位置に最も多く堆積し、（ｃ）の工程において、反応生成物は、第１の位置よりも深い側壁の第２の位置に最も多く堆積する。

一つの例示的実施形態において、第１の位置と第２の位置の差は、４５０ｎｍ以上である。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理方法であって（ａ）シリコン酸化膜とシリコン酸化膜上に形成されたマスク膜とを有する基板を提供する工程と、（ｂ）Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）を含む第１の処理ガスから生成したプラズマを用いて、シリコン酸化膜をエッチングする工程と、（ｃ）Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）を含む第２の処理ガスから生成したプラズマを用いて、シリコン酸化膜をエッチングする工程と、（ｄ）酸素（Ｏ）含有ガスを含む第３の処理ガスから生成したプラズマを用いて、エッチングにより形成された凹部の側壁に堆積した反応生成物を除去する工程と、を備え、（ｂ）の工程において、反応生成物は側壁の第１の位置に最も多く堆積し、（ｃ）の工程において、反応生成物は、第１の位置よりも深い側壁の第２の位置に最も多く堆積するプラズマ処理方法が提供される。

一つの例示的実施形態において、Ｃ_xＦ_yガスは、Ｃ₄Ｆ₆ガス、Ｃ₄Ｆ₈ガス、Ｃ₃Ｆ₆ガス、Ｃ₃Ｆ₈ガス及びＣ₇Ｆ₈ガスからなる群から選択される少なくとも１種である。

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Ｃ_xＦ_yガスと、第２の処理ガスに含まれるＣ_xＦ_yガスとは、同一のガス種である。

（ｃ）の工程において第２の処理ガスから生成したプラズマのイオンエネルギーは、（ｂ）の工程において第１の処理ガスから生成したプラズマのイオンエネルギーよりも大きい。

一つの例示的実施形態において、酸素（Ｏ）含有ガスは、Ｏ₂ガス、ＣＯガス及びＣＯ₂ガスからなる群から選択される少なくとも１種である。

一つの例示的実施形態において、水素（Ｈ）含有ガスは、Ｈ₂ガス、ＣＨ₄ガス、ＣＨ₃Ｆガス及びＣＨＦ₃ガスからなる群から選択される少なくとも１種である。

一つの例示的実施形態において、マスク膜は、金属含有膜である。

一つの例示的実施形態において、金属含有膜は、タングステン、炭化タングステン、窒化チタン、窒化シリコン及びポリシリコンからなる群から選択される少なくとも１種を含む。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理チャンバ、プラズマ処理チャンバに処理ガスを供給するガス供給部、プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成させるための電力を供給する電源、及び、制御部を備え、制御部は、（ａ）シリコン酸化膜とシリコン酸化膜上に形成されたマスク膜とを有する基板を提供し、（ｂ）Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）と水素（Ｈ）含有ガスとを含む第１の処理ガスから生成したプラズマを用いて、シリコン酸化膜をエッチングし、（ｃ）Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）と酸素（Ｏ）含有ガスとを含む第２の処理ガスから生成したプラズマを用いて、シリコン酸化膜をエッチングし、（ｄ）酸素（Ｏ）含有ガスを含む第３の処理ガスから生成したプラズマを用いて、エッチングにより形成された凹部の側壁に堆積した反応生成物を除去する、制御を実行するプラズマ処理装置が提供される。

以下、図面を参照して、本開示の各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または同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づいて上下左右等の位置関係を説明する。図面の寸法比率は実際の比率を示すものではなく、また、実際の比率は図示の比率に限られるものではない。

＜プラズマ処理装置１の構成＞
図１は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置１を概略的に示す図である。一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法（以下「本処理方法」という）は、プラズマ処理装置１を用いて実行されてよい。

図１に示すプラズマ処理装置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。耐腐食性を有する膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウムなどのセラミックから形成され得る。

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、基板支持器１４を支持している。基板支持器１４は、内部空間１０ｓの中で基板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。基板Ｗは、その静電引力によって静電チャック２０に引き付けられて、静電チャック２０によって保持される。

基板支持器１４上には、エッジリング２５が配置される。エッジリング２５は、リング状の部材である。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。基板Ｗは、静電チャック２０上、且つ、エッジリング２５によって囲まれた領域内に配置される。

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の裏面との間の間隙に供給する。

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９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。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。ガス供給部は、ガスソース群４０を更に含んでいてもよい。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含む。複数のガスソースは、本処理方法で用いられる処理ガスのソースを含む。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に反応副生物が堆積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部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、高周波電源６２及びバイアス電源６４を備えている。高周波電源６２は、高周波電力ＨＦを発生する電源である。高周波電力ＨＦは、プラズマの生成に適した第１の周波数を有する。第１の周波数は、例えば２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。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、高周波電源６２の負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを高周波電源６２の出力インピーダンスに整合させるための回路を有する。なお、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。高周波電源６２は、一例のプラズマ生成部を構成している。

バイアス電源６４は、電気バイアスを発生する電源である。バイアス電源６４は、下部電極１８に電気的に接続されている。電気バイアスは、第２の周波数を有する。第２の周波数は、第１の周波数よりも低い。第２の周波数は、例えば４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。電気バイアスは、高周波電力ＨＦと共に用いられる場合には、基板Ｗにイオンを引き込むために基板支持器１４に与えられる。一例では、電気バイアスは、下部電極１８に与えられる。電気バイアスが下部電極１８に与えられると、基板支持器１４上に載置された基板Ｗの電位は、第２の周波数で規定される周期内で変動する。なお、電気バイアスは、静電チャック２０内に設けられたバイアス電極に与えられてもよい。

一実施形態において、電気バイアスは、第２の周波数を有する高周波電力ＬＦであってもよい。高周波電力ＬＦは、高周波電力ＨＦと共に用いられる場合には、基板Ｗにイオンを引き込むための高周波バイアス電力として用いられる。高周波電力ＬＦを発生するように構成されたバイアス電源６４は、整合器６８及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続される。整合器６８は、バイアス電源６４の負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスをバイアス電源６４の出力インピーダンスに整合させるための回路を有する。

なお、高周波電力ＨＦを用いずに、高周波電力ＬＦ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、高周波電力ＬＦ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。また、この場合には、プラズマ処理装置１は、高周波電源６２及び整合器６６を備えなくてもよい。この場合には、バイアス電源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は、電源７０を更に備える。電源７０は、上部電極３０に接続されている。一例において、電源７０は、プラズマ処理中、上部電極３０に直流電圧又は低周波電力を供給するように構成されてよい。例えば、電源７０は、上部電極３０に負極性の直流電圧を供給してよく、また、低周波電力を周期的に供給してもよい。直流電圧又は低周波電力はパルス波として供給してよく、また、連続波として供給してもよい。

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、処理ガスがガス供給部から内部空間１０ｓに供給される。また、高周波電力ＨＦ及び／又は電気バイアス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の中の処理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ー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。一つの例示的実施形態において、制御部８０の一部又は全てがプラズマ処理装置１の外部の装置の構成の一部として設けられてよい。

＜基板処理システムＰＳの構成＞
図２は、一つの例示的実施形態に係る基板処理システムＰＳを概略的に示す図である。本処理方法は、基板処理システムＰＳを用いて実行されてもよい。

基板処理システムＰＳは、基板処理室ＰＭ１～ＰＭ６（以下、総称して「基板処理モジュールＰＭ」ともいう。）と、搬送モジュールＴＭと、ロードロックモジュールＬＬＭ１及びＬＬＭ２（以下、総称して「ロードロックモジュールＬＬＭ」ともいう。）と、ローダーモジュールＬＭ、ロードポートＬＰ１からＬＰ３（以下、総称して「ロードポートＬＰ」ともいう。）とを有する。制御部ＣＴは、基板処理システムＰＳの各構成を制御して、基板Ｗに所与の処理を実行する。

基板処理モジュールＰＭは、その内部において、基板Ｗに対して、エッチング処理、トリミング処理、成膜処理、アニール処理、ドーピング処理、リソグラフィ処理、クリーニング処理、アッシング処理等の処理を実行する。基板処理モジュールＰＭの一部は、測定モジュールであってよく、基板Ｗ上に形成された膜の膜厚や、基板Ｗ上に形成されたパターンの寸法等を例えば光学的手法を用いて測定してもよい。図１に示すプラズマ処理装置１は、基板処理モジュールＰＭの一例である。

搬送モジュールＴＭは、基板Ｗを搬送する搬送装置を有し、基板処理モジュールＰＭ間又は基板処理モジュールＰＭとロードロックモジュールＬＬＭとの間で、基板Ｗを搬送する。基板処理モジュールＰＭ及びロードロックモジュールＬＬＭは、搬送モジュールＴＭに隣接して配置されている。搬送モジュールＴＭと基板処理モジュールＰＭ及びロードロックモジュールＬＬＭは、開閉可能なゲートバルブによって空間的に隔離又は連結される。

ロードロックモジュールＬＬＭ１及びＬＬＭ２は、搬送モジュールＴＭとローダーモジュールＬＭとの間に設けられている。ロードロックモジュールＬＬＭは、その内部の圧力を、大気圧又は真空に切り替えることができる。ロードロックモジュールＬＬＭは、大気圧であるローダーモジュールＬＭから真空である搬送モジュールＴＭへ基板Ｗを搬送し、また、真空である搬送モジュールＴＭから大気圧であるローダーモジュールＬＭへ搬送する。

ローダーモジュールＬＭは、基板Ｗを搬送する搬送装置を有し、ロードロックモジュールＬＬＭとロードボードＬＰとの間で基板Ｗを搬送する。ロードポートＬＰ内の内部には、例えば２５枚の基板Ｗが収納可能なＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）または空のＦＯＵＰが載置できる。ローダーモジュールＬＭは、ロードポートＬＰ内のＦＯＵＰから基板Ｗを取り出して、ロードロックモジュールＬＬＭに搬送する。また、ローダーモジュールＬＭは、ロードロックモジュールＬＬＭから基板Ｗを取り出して、ロードボードＬＰ内のＦＯＵＰに搬送する。

制御部ＣＴは、基板処理システムＰＳの各構成を制御して、基板Ｗに所与の処理を実行する。制御部ＣＴは、プロセスの手順、プロセスの条件、搬送条件等が設定されたレシピを格納しており、当該レシピに従って、基板Ｗに所与の処理を実行するように、基板処理システムＰＳの各構成を制御する。制御部ＣＴは、図１に示すプラズマ処理装置１の制御部８０の一部又は全部の機能を兼ねてもよい。

＜本処理方法の一例＞
図３は、本処理方法の一例を示すフローチャートである。図３に示すように、本処理方法は、基板の提供工程（工程ＳＴ１）と、第１のエッチング工程（工程ＳＴ２）と、第２のエッチング工程（工程ＳＴ３）と、反応生成物の除去工程（工程ＳＴ４）と、繰り返し判定工程（工程ＳＴ５）とを含む。

図４Ａ乃至図４Ｄは、本処理方法の各工程における基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。図４Ａは、工程ＳＴ１で提供される基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。図４Ｂは、工程ＳＴ２における処理後の基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。図４Ｃは、工程ＳＴ３における処理後の基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。図４Ｄは、工程ＳＴ４における処理後の基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。

以下、各図を参照しつつ、図３に示す本処理方法の一例を説明する。各工程における処理は、図１に示すプラズマ処理装置１で実行されてよい。以下では、制御部８０がプラズマ処理装置１の各部を制御して、基板Ｗに対して本処理方法を実行する場合を例に説明する。なお、各工程は、図２に示す基板処理システムＰＳ内における任意の基板処理モジュールＰＭで実行されてもよい。この場合、複数の工程が、１つの基板処理モジュールＰＭで連続して実行されてよい。

（工程ＳＴ１：基板の提供）
工程ＳＴ１において、基板Ｗは、プラズマ処理装置１のチャンバ１０の内部空間１０ｓ内に提供される。基板Ｗは、基板支持器１４の上面に配置され、静電チャック２０により保持される。

図４Ａは、工程ＳＴ１で提供される基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。基板Ｗは、下地膜ＵＦ上に、シリコン酸化膜ＳＦ及びマスク膜ＭＦがこの順で形成されている。基板Ｗは、ＤＲＡＭ、３Ｄ－ＮＡＮＤフラッシュメモリ等の半導体メモリデバイスを含む半導体デバイスの製造に用いられてよい。

下地膜ＵＦは、例えば、シリコンウェハやシリコンウェハ上に形成された有機膜、誘電体膜、金属膜、半導体膜等でよい。下地膜ＵＦは、複数の膜が積層されて構成されてよい。例えば、下地膜ＵＦは、シリコン酸化膜と多結晶シリコン膜又はシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが交互に積層されて構成されてよい。なお、基板Ｗが下地膜ＵＦの下に他の膜をさらに有し、シリコン酸化膜ＳＦ及び下地膜ＵＦの２以上の積層膜が多層マスクとして機能してもよい。すなわち、シリコン酸化膜ＳＦ及び下地膜ＵＦの積層膜を多層マスクとして、当該他の膜をエッチングしてよい。

シリコン酸化膜ＳＦは、本処理方法におけるエッチング対象膜である。

シリコン酸化膜ＳＦの上面にはマスク膜ＭＦが形成されている。マスク膜ＭＦは、少なくとも一つの開口ＯＰを有する。開口ＯＰは、マスク膜ＭＦの側壁Ｓ１によって規定される。開口ＯＰは、側壁Ｓ１に囲まれた、シリコン酸化膜ＳＦ上の空間である。すなわち、図４Ａにおいて、シリコン酸化膜ＳＦの上面は、マスク膜ＭＦによって覆われた部分と、開口ＯＰの底面において露出した部分とを有する。開口ＯＰは、基板Ｗの平面視（基板Ｗを図４Ａの上から下に向かう方向に見た場合）において、任意の形状を有してよい。当該形状は、例えば、円、楕円、矩形、線やこれらの１種類以上を組み合わせた形状であってよい。マスク膜ＭＦは、複数の開口ＯＰを有してよい。複数の開口ＯＰは、それぞれ穴形状を有し、一定の間隔で配列されたアレイパターンを構成してよい。また、複数の開口ＯＰは、それぞれ線形状を有し、一定の間隔で並んでライン＆スペースのパターンを構成してもよい。当該パターンは、工程ＳＴ２や工程ＳＴ３におけるエッチングにおいてシリコン酸化膜ＳＦに転写されるパターンである。

マスク膜ＭＦは、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３におけるシリコン酸化膜ＳＦ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てよい。また、マスク膜ＭＦは、酸素プラズマに対するエッチング耐性が反応生成物Ｒよりも高い材料から形成されてよい。例えば、マスク膜ＭＦは、金属含有材料から形成された無機系のハードマスクであってよい。当該金属含含有材料としては、タングステン、炭化タングステン、窒化チタン、窒化シリコン及びポリシリコンからなる群から選択される少なくとも１種を含んでよい。なお、マスク膜ＭＦは、１つの層からなる単層マスクでも、２つ以上の層からなる多層マスクであってもよい。多層マスクは、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）膜とタングステン（Ｗ）膜との積層膜でよい。

基板Ｗを構成する各膜（下地膜ＵＦ、シリコン酸化膜ＳＦ及びマスク膜ＭＦ）は、それぞれ、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、スピンコート法等により形成されてよい。上記各膜は、平坦な膜であってよく、また、凹凸を有する膜であってもよい。マスク膜ＭＦの開口ＯＰは、マスク膜ＭＦをエッチングすることで形成されてよい。なお、基板Ｗの各膜を形成するプロセスの少なくとも一部は、内部空間１０ｓ内で行われてよい。また、基板Ｗの各膜の全部又は一部がプラズマ処理装置１の外部の装置やチャンバ（例えば、基板処理システムＰＳ内の基板処理モジュールＰＭ）で形成された後、基板Ｗが内部空間１０ｓ内に搬入され、基板支持器１４の上面に配置されてもよい。

（工程ＳＴ２：第１のエッチング）
工程ＳＴ２において、ガス供給部から第１の処理ガスが内部空間１０ｓに供給される。そして、プラズマ生成部（高周波電源６２及び／又はバイアス電源６４）から高周波電力及び／又は電気バイアスを供給する。これにより、上部電極３０と基板支持器１４との間で高周波電界が生成され、内部空間１０ｓ内の処理ガスからプラズマが生成される。生成されたプラズマ中のイオン、ラジカルといった活性種が基板Ｗに引きよせられてシリコン酸化膜ＳＦがエッチングされる。

図４Ｂは、工程ＳＴ２における処理後の基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。工程ＳＴ２により、マスク膜ＭＦがマスクとして機能し、シリコン酸化膜ＳＦのうち、マスク膜ＭＦの開口ＯＰに対応する部分が深さ方向（図４Ｂ中上から下に向かう方向）にエッチングされ、凹部ＲＣが形成される。凹部ＲＣは、マスク膜ＭＫの側壁Ｓ１とシリコン酸化膜ＳＦの側壁Ｓ２により囲まれた空間である。またマスク膜ＭＦの上面や凹部ＲＣの側壁ＳＷ（側壁Ｓ１及び側壁Ｓ２）の一部には、エッチングに伴って生成されたポリマー等の反応生成物Ｒが堆積する。反応生成物Ｒは、エッチングにおいてマスク膜ＭＦを保護し得る。

第１の処理ガスは、Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）を含む。Ｃ_xＦ_yガスは、主としてシリコン酸化膜ＳＦのエッチングに寄与する。Ｃ_xＦ_yガスは、例えば、Ｃ₄Ｆ₆ガス、Ｃ₄Ｆ₈ガス、Ｃ₃Ｆ₆ガス及びＣ₇Ｆ₈ガスからなる群から選択される少なくとも１種でよい。第１の処理ガスにおいて、Ｃ_xＦ_yガスの流量は、その余のガスに比べて大きくてよい。

第１の処理ガスは、水素（Ｈ）含有ガスを含む。水素（Ｈ）含有ガスは、反応生成物Ｒの堆積位置の制御に寄与する。処理ガス中に含まれる水素（Ｈ）のモル分率が大きくなると、反応生成物Ｒは、凹部ＲＣの上方（入口により近い箇所）に堆積しやすくなる。水素（Ｈ）含有ガスは、例えば、Ｈ₂ガス、ＣＨ₄ガス、ＣＨ₃Ｆガス及びＣＨＦ₃ガスからなる群から選択される少なくとも１種でよい。

第１の処理ガスは、酸素（Ｏ）含有ガスをさらに含んでよい。酸素（Ｏ）含有ガスは、反応生成物Ｒの堆積位置の制御に寄与する。処理ガス中に含まれる酸素（Ｏ）のモル分率が小さくなると、反応生成物Ｒは、凹部ＲＣの上方（入口により近い箇所）に堆積しやすくなる。酸素（Ｏ）含有ガスは、Ｏ₂ガス、ＣＯガス及びＣＯ₂ガスからなる群から選択される少なくとも１種でよい。

第１の処理ガスは、Ａｒ等の不活性ガスをさらに含んでよい。

図４Ｂに示すように、凹部ＲＣの入口近傍の側壁ＳＷには、反応生成物Ｒが凹部の中心軸に向かって凸状に堆積し、ネックＮ１が形成される。ネックＮ１において、反応生成物Ｒが最も多く堆積される位置（凹部ＲＣの開口幅が最小になる位置であり、以下「ネック位置」ともいう）は、マスク膜ＭＦとシリコン酸化膜ＳＦとの境界面からｄ１の位置（第１の位置）である。ここで、ｄ１は境界面を基準に下方を正、上方を負とする。ネック位置は、マスク膜ＭＦの側壁Ｓ１（ｄ１＜０）、マスク膜ＭＦとシリコン酸化膜ＳＦとの境界面（ｄ１＝０）又はシリコン酸化膜ＳＦの側壁Ｓ２（ｄ１＞０）のいずれであってもよい。

（工程ＳＴ３：第２のエッチング）
工程ＳＴ３において、ガス供給部から第２の処理ガスが内部空間１０ｓに供給される。工程ＳＴ２と同様に、プラズマ生成部から高周波電力及び／又は電気バイアスを供給してプラズマを生成し、シリコン酸化膜ＳＦをエッチングする。

図４Ｃは、工程ＳＴ３における処理後の基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。工程ＳＴ３により、シリコン酸化膜ＳＦが深さ方向（図４Ｃ中上から下に向かう方向）にさらにエッチングされ、凹部ＲＣの深さが大きくなる。またマスク膜ＭＦの上面や凹部ＲＣの側壁（側壁Ｓ１及び／又は側壁Ｓ２）の一部には、エッチングに伴って生成されたポリマー等の反応生成物Ｒが堆積する。反応生成物Ｒは、エッチングにおいてマスク膜ＭＦを保護し得る。なお、工程ＳＴ３においては、エッチングの開始時において、工程ＳＴ２で形成された反応生成物Ｒによるマスク保護効果を得られる。工程ＳＴ３のエッチング時間を工程ＳＴ２のエッチング時間よりも長くする等して、シリコン酸化膜ＳＦのエッチング深さを工程ＳＴ２におけるエッチング深さよりも大きくしてよい。

第２の処理ガスは、Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）を含む。Ｃ_xＦ_yガスは、主としてシリコン酸化膜ＳＦのエッチングに寄与する。Ｃ_xＦ_yガスは、例えば、Ｃ₄Ｆ₆ガス、Ｃ₄Ｆ₈ガス、Ｃ₃Ｆ₆ガス、Ｃ₃Ｆ₈ガス及びＣ₇Ｆ₈ガスからなる群から選択される少なくとも１種でよい。第２の処理ガスにおいて、Ｃ_xＦ_yガスの流量は、その余のガスに比べて大きくてよい。

第２の処理ガスに含まれるＣ_xＦ_yガスは、第１の処理ガスに含まれるＣ_xＦ_yガスと同じ種類のガスでよい。また、第２の処理ガスに含まれるＣ_xＦ_yガスは、第１の処理ガスに含まれるＣ_xＦ_yガスと異なる種類のガスでもよい。例えば、第２の処理ガスに含まれるＣ_xＦ_yガスは、第１の処理ガスに含まれるＣ_xＦ_yガスよりも吸着係数が低いガスでよい。なお、Ｃ_xＦ_yガスの吸着係数は、同一温度では、Ｃ／Ｆ比が小さいほど小さい。例えば、第１の処理ガスとして、Ｃ₄Ｆ₆ガスを選択した場合、第２の処理ガスとして、Ｃ₃Ｆ₈ガスを選択してよい。この場合、Ｃ₃Ｆ₈ガスは、同一温度においてＣ₄Ｆ₆ガスよりも吸着係数が低いので、反応生成物Ｒが第２の工程に比べて凹部ＲＣのより下方に堆積し得る。

第２の処理ガスは、酸素（Ｏ）含有ガスを含む。酸素（Ｏ）含有ガスは、反応生成物Ｒの堆積位置の制御に寄与する。処理ガス中に含まれる酸素（Ｏ）のモル分率が大きくなると、反応生成Ｒは、凹部ＲＣの入口からより深い箇所に堆積しやすくなる。酸素（Ｏ）含有ガスは、Ｏ₂ガス、ＣＯガス及びＣＯ₂ガスからなる群から選択される少なくとも１種でよい。第２の処理ガスに含まれる酸素（Ｏ）のモル分率は、第１の処理ガスに含まれる酸素（Ｏ）のモル分率よりも大きくてよい。なお、第２の処理ガスに含まれる酸素（Ｏ）含有ガスは、第１の処理ガスに含まれる酸素（Ｏ）含有ガスと同じ種類でも異なる種類でもよい。

第２の処理ガスは、水素（Ｈ）含有ガスをさらに含んでよい。水素（Ｈ）含有ガスは、反応生成物Ｒの堆積位置の制御に寄与する。第２の処理ガス中に含まれる水素（Ｈ）のモル分率が小さくなると、反応生成物Ｒは、凹部ＲＣの入口からより深い箇所に堆積しやすくなる。水素（Ｈ）含有ガスは、例えば、Ｈ₂ガス、ＣＨ₄ガス、ＣＨ₃Ｆガス及びＣＨＦ₃ガスからなる群から選択される少なくとも１種でよい。第２の処理ガスに含まれる水素（Ｈ）含有ガスのモル分率は、第１の処理ガスに含まれる水素（Ｈ）含有ガスのモル分率よりも小さくてよい。なお、第２の処理ガスに含まれる水素（Ｈ）含有ガスは、第１の処理ガスに含まれる水素（Ｈ）含有ガスと同じ種類でも異なる種類でもよい。

第２の処理ガスは、Ａｒ等の不活性ガスをさらに含んでよい。

図４Ｃに示すように、凹部ＲＣの入口近傍の側壁ＳＷには、反応生成物Ｒが凹部の中心軸に向かって凸状に堆積し、ネックＮ２が形成される。ネックＮ２のネック位置は、マスク膜ＭＦとシリコン酸化膜ＳＦとの境界面からｄ２の位置（第２の位置）である。ここで、ｄ２は境界面を基準に下方を正、上方を負とする。ネックＮ２のネック位置（ｄ２）は、ネックＮ１のネック位置（ｄ１）よりも下方に位置する。すなわち、ｄ２＞ｄ１の関係が成り立つ。なお、ネックＮ２のネック位置は、ｄ２＞ｄ１の関係が成り立つ限り、マスク膜ＭＦの側壁Ｓ１（ｄ２＜０）、マスク膜ＭＦとシリコン酸化膜ＳＦとの境界面（ｄ２＝０）又はシリコン酸化膜ＳＦの側壁Ｓ２（ｄ２＞０）のいずれであってもよい。

ネックＮ１のネック位置（ｄ１）とネックＮ２のネック位置（ｄ２）との間の距離Δｄ（以下「ネック位置差」ともいう）は、所与の値以上でよく、一例では、２００ｎｍ以上、２５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以上、３５０ｎｍ以上、４００ｎｍ以上又は４５０ｎｍ以上でよい。ネック位置差は、開口ＯＰのＣＤ（Critical Dimension）に基いて設定されてよい。

ネック位置差の調整は、第１の処理ガスに含まれる水素（Ｈ）含有ガス及び／又は酸素（Ｏ）含有ガスの種類や流量を選択することで行ってよい。例えば、第１の処理ガスに含まれる水素（Ｈ）のモル分率を大きくし、工程ＳＴ２においてネックＮ１がより上方に形成されるようにする。これによりネック位置差を大きくしてよい。これに加えて又は替えて、第２の処理ガスに含まれる水素（Ｈ）含有ガス及び／又は酸素（Ｏ）含有ガスの種類や流量を調整することでネック位置差を調整してもよい。例えば、第２の処理ガスに含まれる酸素（Ｏ）のモル分率を大きくして工程ＳＴ３においてネックＮ２がより下方に形成されるようにする。これにより、ネック位置差を大きくしてよい。以上に加えて又は替えて、ネック位置差は、工程ＳＴ２及びＳＴ３において生成されるプラズマのイオンエネルギーを調整することで調整してよい。ネック位置は、プラズマのイオンエネルギーが小さくなると、凹部ＲＣのより上方に生成され、プラズマのイオンエネルギーが大きくなる凹部ＲＣのより下方に生成され得る。したがって、例えば、工程ＳＴ３において生成されるプラズマのイオンエネルギーを、工程ＳＴ２において生成されるプラズマのイオンエネルギーよりも大きくすることで、ネック位置差を調整してよい。なお、プラズマのイオンエネルギーは、基板支持器１４に供給される電気バイアスのレベルを変化させることで調整してよい。例えば、工程ＳＴ３における電気バイアスのレベルを工程ＳＴ２に比べて大きくすることで、プラズマのイオンエネルギーを大きくしてよい。ここで、電気バイアスが高周波電力ＬＦである場合は、電気バイアスのレベルは、高周波電力ＬＦの電力レベルの実効値である。また電気バイアスが負極性の直流電圧である場合は、電気バイアスのレベルは、負極性の直流電圧の絶対値である。また、基板支持器１４に供給される電気バイアスがパルス波である場合、プラズマのイオンエネルギーは、電気バイアスのパルス波のデューティ比によって調整してよい。例えば、基板支持器１４に電気バイアスのパルス波を供給する場合において、工程ＳＴ３における電気バイアスのパルス波のデューティ比を工程ＳＴ２に比べて大きくすることで、プラズマのイオンエネルギーを大きくしてよい。

（工程ＳＴ４：反応生成物の除去）
工程ＳＴ４において、ガス供給部から第３の処理ガスが内部空間１０ｓに供給される。プラズマ生成部から高周波電力及び／又は電気バイアスを供給してプラズマを生成し、このプラズマを用いて、凹部ＲＣの側壁ＳＷに堆積した反応生成物Ｒを除去する。

図４Ｄは、工程ＳＴ４における処理後の基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。工程ＳＴ４により、マスク膜ＭＦの上面やマスク膜ＭＦの上面や凹部ＲＣの側壁（側壁Ｓ１及び／又は側壁Ｓ２）に堆積した反応生成物Ｒが除去される。

第３の処理ガスは、酸素（Ｏ）含有ガスを含む。酸素（Ｏ）含有ガスは、反応生成物Ｒの除去に寄与する。酸素（Ｏ）含有ガスから生成した酸素プラズマは、ポリマー等からなる反応生成物Ｒ中の炭素と結合し、ＣＯ₂として気化、分解（アッシング）させる。酸素（Ｏ）含有ガスは、Ｏ₂ガス、ＣＯガス及びＣＯ₂ガスからなる群から選択される少なくとも１種でよい。第３の処理ガスに含まれる酸素（Ｏ）含有ガスの流量（体積）は、第１の処理ガスや第２の処理ガスに含まれる酸素（Ｏ）含有ガスの流量（体積）よりも大きくてよく、一例では、５倍以上、１０倍以上、２０倍以上、３０倍以上、５０倍以上でよい。第３の処理ガスは、酸素（Ｏ）含有ガスを、主として含んでよく、例えば、５０体積％以上、６０体積％以上、７０体積％以上、８０体積％以上、９０体積％以上含んでよい。

第３の処理ガスは、水素（Ｈ）含有ガスをさらに含んでよい。水素（Ｈ）含有ガスは、反応生成物Ｒの除去中に反応雰囲気中の炭素と反応してＣＨ系ポリマーを形成し、マスク膜ＭＦを保護し得る。水素（Ｈ）含有ガスは、例えば、Ｈ₂ガス、ＣＨ₄ガス、ＣＨ₃Ｆガス及びＣＨＦ₃ガスからなる群から選択される少なくとも１種でよい。水素（Ｈ）含有ガスの流量（体積）は、酸素（Ｏ）含有ガスの流量よりも小さくてよい。

（工程ＳＴ５：繰り返し判定）
工程ＳＴ５において、シリコン酸化膜ＳＦのエッチングを終了するか否かを判断する。所与の条件を満たしていると判断された場合（工程ＳＴ５：ＹＥＳ）、本処理方法を終了する。所与の条件を満たしていないと判断された場合（工程ＳＴ５：ＮＯ）、工程ＳＴ２に戻る。すなわち、所与の条件を満たしていると判断されるまで、工程ＳＴ２（第１のエッチング）、工程ＳＴ３（第２のエッチング）及び工程ＳＴ４（反応生成物の除去）を繰り返す。なお、一回のサイクルでシリコン酸化膜ＳＦのエッチングが完了するような場合は、工程ＳＴ５は設けなくてもよい。

工程ＳＴ５における所与の条件は、適宜定められてよい。例えば、所与の条件は、工程ＳＴ２、工程ＳＴ３及び工程ＳＴ４を１サイクルとした場合のサイクル数に関する条件でよい。すなわち、サイクル数が、予め設定された繰り返し回数（例えば、１０回、２０回、３０回、５０回等）に達したか否か判定し、当該回数に達するまで工程ＳＴ２、工程ＳＴ３及び工程ＳＴ４を繰り返してよい。なお、繰り返し回数は、シリコン酸化膜ＳＦの膜厚（エッチングすべき深さ）に基いて設定されてよい。

例えば、所与の条件は、工程ＳＴ４（反応生成物の除去）による処理後の凹部ＲＣの寸法に関する条件でもよい。すなわち、工程ＳＴ４後に、凹部ＲＣの深さや底部の幅が所与の値に達したか否かを判断し、当該所与の範囲に達するまで工程ＳＴ２、工程ＳＴ３及び工程ＳＴ４のサイクルを繰り返してよい。凹部ＲＣの寸法は、光学的な測定装置で測定されてよい。当該測定装置は、図２に示す基板処理モジュールＰＭの１つであってよい。なお、本処理方法が複数の基板Ｗ（例えば２５枚）を１つの単位（以下「ロット」という）として処理する場合、ロットに含まれる１又は複数枚の基板についてのみ、処理後の凹部ＲＣの寸法に基づいてサイクルの繰り返しを判断してもよい。このとき繰り返したサイクル数を記憶しておき、当該ロットに含まれる他の基板についての所与の条件として用いてよい。すなわち、他の基板については、当該記憶したサイクル数に達しているかを判断し、達していない場合、工程ＳＴ２、工程ＳＴ３及び工程ＳＴ４を繰り返すようにしてよい。

図５は、本処理方法による処理後の基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。処理後の基板Ｗにおいては、シリコン酸化膜ＳＦが深さ方向にエッチングされ、凹部ＲＣの底部が下地膜ＵＦに到達している。この状態における凹部ＲＣのアスペクト比は、例えば、２０以上であってよく、３０以上、４０以上、５０以上、又は１００以上であってもよい。本処理方法によれば、工程ＳＴ２、工程ＳＴ３及び工程ＳＴ４のサイクルを１又は複数回繰り返すことで、エッチングによるボーイング（エッチングにより形成される凹部の開口幅が一部で広くなること）が抑制され得る。ボーイングは、開口の形状不良の一つであり、デバイスの特性を悪化させ得る。

図６は、ボーイングの要因を説明するための図である。エッチングの進行に伴って、凹部ＲＣの入口近傍には、凹部ＲＣの中心軸に向かって凸状に堆積するネックＮが形成される。凹部ＲＣから入射して直進するイオンＩは、ネックＮにより反射されて軌道が曲げれる。軌道が曲げられたイオンＩは、ネックＮの下方において、凹部ＲＣの側壁ＳＷに角度を持って衝突する。これにより、側壁ＳＷが幅方向（図６の左右方向）にエッチングされ、ボーイングが生じ得る。エッチングの実行中にネックＮのネック位置が変わらない場合、ネックＮに反射されるイオンＩの軌道も大きくは変化しない。すなわち、エッチングの進行に伴って、側壁ＳＷの特定の箇所にイオンＩが集中して衝突する。これによりボーイングが進行すると考えられる。

これに対し、本処理方法においては、工程ＳＴ２において形成されるネックＮ１のネック位置（第１の位置：ｄ１）と、工程ＳＴ３において形成されるネックＮ２のネック位置（第２の位置：ｄ２）とが異なる。そのため、工程ＳＴ２においてネックＮ１により反射されるイオンの軌道と、工程ＳＴ３においてネックＮ２により反射されるイオンの軌道が異なる。すなわち、工程ＳＴ２と工程ＳＴ３のエッチングにおいて、側壁ＳＷの特定の箇所にイオンが集中して衝突することが回避される。これにより、ボーイングの発生が抑制される。

本処理方法は、工程ＳＴ４において、凹部ＲＣの側壁ＳＷに堆積した反応生成物Ｒを除去する。反応生成物Ｒが一旦除去されるので、工程ＳＴ４の後に工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を繰り返す場合でも、反応生成物Ｒが凹部ＲＣの側壁ＳＷに過剰に堆積することが抑制される。また反応生成物Ｒが一旦除去されるので、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３において形成されるネックＮ１及びネックＮ２の形状や位置がサイクル毎に大きく変動することが抑制される。これにより、シリコン酸化膜ＳＦに形成すべき凹部ＲＣのアスペクト比が大きい場合（工程ＳＴ２乃至工程ＳＴ４のサイクル回数が多い場合）であっても、ボーイングの発生を抑制し得る。

＜実施例＞
次に、本処理方法の実施例について説明する。本開示は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

実施例１乃至７において、図４Ａに示す基板Ｗに本処理方法を適用して、膜厚１０μｍのシリコン酸化膜ＳＦをエッチングした。各実施例において、下地膜ＵＦは、シリコンウェハであり、マスク膜ＭＦは、Ｗ（タングステン）からなるハードマスクである。マスク膜ＭＦの開口パターンは、ホールパターンであり、ホールの直径は、２２０ｎｍであった。

各実施例において、第１の処理ガスは、Ｃ₄Ｆ₆ガスを８０ｓｃｃｍ含むとともに、Ｏ₂ガス、ＣＨ₄ガスを表１に示す流量含んでいた。各実施例において、第２の処理ガスは、Ｃ₄Ｆ₆ガスを８０ｓｃｃｍ含むとともに、Ｏ₂ガス、ＣＨ₄ガスをそれぞれ表１に示す流量含んでいた。各実施例において、第３の処理ガスは、Ｏ₂ガス及びＣＯガスをそれぞれ６００ｓｃｃｍ含み、ＣＨ₄ガスを１００ｓｃｃｍ含んでいた。各実施例における工程ＳＴ２及びＳＴ３の処理時間は、表１に示すとおりであり、工程ＳＴ４の処理時間はいずれも１６秒である。

参考例においては、実施例における基板Ｗと同一の構造及びホールパターンを有する基板Ｗについて、シリコン酸化膜ＳＦを以下の方法でエッチングした。すなわち、Ｃ₄Ｆ₆ガス、Ｏ₂ガス及びＣＨ₄ガスをそれぞれ８０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ及び１５ｓｃｃｍ含む処理ガスを用いてシリコン酸化膜ＳＦをエッチングする工程（処理時間４５秒）と、Ｏ₂ガス、ＣＯガス及びＣＨ₄ガスをそれぞれ６００ｓｃｃｍ、６００ｓｃｃｍ及び１００ｓｃｃｍ含む処理ガスを用いてエッチングによる反応生成物を除去する工程（処理時間１２秒）とを、５１サイクル繰り返した。

表２は、各実施例及び参考例にかかる各種測定結果を示す。表２において、「ｄ１」は工程ＳＴ２後のネック位置、「ｄ２」は工程ＳＴ３後のネック位置である。「Δｄ」は、ネック位置差（Δｄ＝｜ｄ１－ｄ２｜）である。「サイクル数」は、シリコン酸化膜ＳＦのエッチング完了（凹部ＲＣが下地膜ＵＲに到達した状態）までに要した総サイクル数である。「ＢｗＣＤ」は、エッチング完了時における凹部ＲＣの最大開口幅（ボーイングＣＤ）である。また図６は、ネック位置差とボーイングＣＤとの関係を示す図である。図６は、表２の各実施例におけるネック位置差（Δｄ）とボーイングＣＤ（ＢｗＣＤ）とをプロットしたものである。

表２に示すとおり、実施例におけるボーイングＣＤは、いずれも参考例におけるボーイングＣＤよりも改善した。また図６に示すとおり、ネック位置差が大きくなるほど、ボーイングＣＤは改善した。特にネック位置差が４５０ｎｍ以になるとボーイングＣＤが顕著に改善された。

＜本処理方法の他の例＞
図７は、本処理方法の他の例を示すフローチャートである。本例では、工程ＳＴ３（第２のエッチング）から工程ＳＴ４（反応生成物の除去）に進む際に、所与の条件を満たしているかを判断する工程ＳＴ３１を更に有する。そして当該所与の条件を満たしていると判断されるまで、工程ＳＴ２（第１のエッチング）と工程ＳＴ３（第２のエッチング）とを繰り返す。この点で本例は図３に示す例と異なる。工程ＳＴ３１における所与の条件は、適宜定められてよい。所与の条件は、例えば、工程ＳＴ２と工程ＳＴ３の繰り返し回数が予め定められた回数に達しているか否かでよい。所与の条件は、例えば、工程ＳＴ３後による処理後の凹部ＲＣの寸法（開口幅等）が所与の範囲内又は範囲外にあるか否かでもよい。

本処理方法は、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく種々の変形をなし得る。例えば、本処理方法は、容量結合型のプラズマ処理装置１以外にも、誘導結合型プラズマやマイクロ波プラズマ等、任意のプラズマ源を用いたプラズマ処理装置を用いて実行してよい。

１……プラズマ処理装置、１０……チャンバ、１０ｓ……内部空間、１４……基板支持器、１６……電極プレート、１８……下部電極、２０……静電チャック、３０……上部電極、６２……高周波電源、６４……バイアス電源、８０……制御部、ＣＴ……制御部、ＭＦ…マスク膜、ＯＰ…開口、ＳＦ…シリコン酸化膜、Ｎ１、Ｎ２……ネック、Ｒ……反応生成物、ＲＣ……凹部、ＳＷ……側壁、ＵＦ…下地膜、Ｗ…基板

Claims (16)

1. プラズマ処理方法であって、
   （ａ）シリコン酸化膜と前記シリコン酸化膜上に形成されたマスク膜とを有する基板を提供する工程と、
   （ｂ）Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）と水素（Ｈ）含有ガスとを含む第１の処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、
   （ｃ）Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）と酸素（Ｏ）含有ガスとを含む第２の処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、
   （ｄ）酸素（Ｏ）含有ガスを含む第３の処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記エッチングにより形成される凹部の側壁に堆積した反応生成物を除去する工程と
   を備えるプラズマ処理方法。
2. 前記第１の処理ガスは、酸素（Ｏ）含有ガスを含み、前記第１の処理ガス中の酸素（Ｏ）のモル分率は、前記第２の処理ガス中の酸素（Ｏ）のモル分率よりも小さい、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
3. 前記第２の処理ガスは、水素（Ｈ）含有ガスを含み、前記第２の処理ガス中の水素（Ｈ）のモル分率は、前記第１の処理ガス中の水素（Ｈ）のモル分率よりも小さい、請求項１又は請求項２のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
4. 前記（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の各工程をこの順で実行するサイクルを複数回繰り返す、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
5. 前記（ｂ）及び（ｃ）の各工程を複数回繰り返した後に前記（ｄ）の工程を実行するサイクルを複数回繰り返す、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
6. 前記（ｂ）の工程において、前記反応生成物は前記側壁の第１の位置に最も多く堆積し、前記（ｃ）の工程において、前記反応生成物は、前記第１の位置よりも深い前記側壁の第２の位置に最も多く堆積する、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
7. 前記第１の位置と前記第２の位置の差は、４５０ｎｍ以上である、請求項６に記載のプラズマ処理方法。
8. プラズマ処理方法であって
   （ａ）シリコン酸化膜と前記シリコン酸化膜上に形成されたマスク膜とを有する基板を提供する工程と、
   （ｂ）Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）を含む第１の処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、
   （ｃ）Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）を含む第２の処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、
   （ｄ）酸素（Ｏ）含有ガスを含む第３の処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記エッチングにより形成された凹部の側壁に堆積した反応生成物を除去する工程と、を備え、
   前記（ｂ）の工程において、前記反応生成物は前記側壁の第１の位置に最も多く堆積し、前記（ｃ）の工程において、前記反応生成物は、前記第１の位置よりも深い前記側壁の第２の位置に最も多く堆積する、プラズマ処理方法。
9. 前記Ｃ_xＦ_yガスは、Ｃ₄Ｆ₆ガス、Ｃ₄Ｆ₈ガス、Ｃ₃Ｆ₆ガス、Ｃ₃Ｆ₈ガス及びＣ₇Ｆ₈ガスからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
10. 前記第１の処理ガスに含まれるＣ_xＦ_yガスと、前記第２の処理ガスに含まれるＣ_xＦ_yガスとは、同一のガス種である、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
11. 前記（ｃ）の工程において前記第２の処理ガスから生成したプラズマのイオンエネルギーは、前記（ｂ）の工程において前記第１の処理ガスから生成したプラズマのイオンエネルギーよりも大きい、請求項１０に記載のプラズマ処理方法。
12. 前記酸素（Ｏ）含有ガスは、Ｏ₂ガス、ＣＯガス及びＣＯ₂ガスからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
13. 前記水素（Ｈ）含有ガスは、Ｈ₂ガス、ＣＨ₄ガス、ＣＨ₃Ｆガス及びＣＨＦ₃ガスからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
14. 前記マスク膜は、金属含有膜である、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
15. 前記金属含有膜は、タングステン、炭化タングステン、窒化チタン、窒化シリコン及びポリシリコンからなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１４に記載のプラズマ処理方法。
16. プラズマ処理チャンバ、前記プラズマ処理チャンバに処理ガスを供給するガス供給部、前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成させるための電力を供給する電源、及び、制御部を備え、
    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に形成されたマスク膜とを有する基板を提供し、
    （ｂ）Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）と水素（Ｈ）含有ガスとを含む第１の処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記シリコン酸化膜をエッチングし、
    （ｃ）Ｃ_xＦ_yガス（ｘ、ｙは正の整数）と酸素（Ｏ）含有ガスとを含む第２の処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記シリコン酸化膜をエッチングし、
    （ｄ）酸素（Ｏ）含有ガスを含む第３の処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記エッチングにより形成された凹部の側壁に堆積した反応生成物を除去する、制御を実行する
    プラズマ処理装置。

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