JP2023063106A - プラズマ処理方法及びプラズマ処理システム - Google Patents

プラズマ処理方法及びプラズマ処理システム Download PDF

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Abstract

【課題】エッチングレートを向上させる技術を提供する。【解決手段】チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法が提供される。この方法は、（ａ）シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含むエッチング対象膜と、エッチング対象膜上に開口を規定するマスク膜とを有する基板を、チャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、（ｂ）ＨＦガスと、ＣxＦyガス（ｘ及びｙは１以上の整数である）又はＣsＨtＦuガス（ｓ，ｔ及びｕは１以上の整数である）と、酸素含有ガスとを含む第１の処理ガスからプラズマを生成して、シリコン窒化膜をエッチングする工程と、（ｃ）ＨＦガスと、ＣvＦwガス（ｖ及びｗは１以上の整数である）と、酸素含有ガスとを含む第２の処理ガスからプラズマを生成して、シリコン酸化膜をエッチングする工程と、を含み、（ｂ）及び（ｃ）において、基板支持部の温度は０℃以下に設定される。【選択図】図２

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システムに関する。
特許文献１には、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコンマスクが形成された基板をエッチングする方法が開示されている。
特開２０１６－２１５４６号公報
本開示は、エッチングレートを向上させる技術を提供する。
本開示の一つの例示的実施形態において、チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、（ａ）シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含むエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に開口を規定するマスク膜とを有する基板を、チャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、（ｂ）ＨＦガスと、ＣxＦyガス（ｘ及びｙは１以上の整数である）又はＣsＨtＦuガス（ｓ，ｔ及びｕは１以上の整数である）と、酸素含有ガスとを含む第１の処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン窒化膜をエッチングする工程と、（ｃ）ＨＦガスと、ＣvＦwガス（ｖ及びｗは１以上の整数である）と、酸素含有ガスとを含む第２の処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、を含み、前記（ｂ）及び（ｃ）において、前記基板支持部の温度は０℃以下に設定される、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、エッチングレートを向上させることができる。
例示的なプラズマ処理システム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。 基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。 工程ＳＴ３２の終了後における基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。 工程ＳＴ３４の終了後における基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。 実施例５乃至７にかかるエッチングの結果を示す図である。 実施例８にかかるエッチングの結果を示す図である。 実施例９にかかるエッチングの結果を示す図である。
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、チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、（ａ）シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含むエッチング対象膜と、エッチング対象膜上に開口を規定するマスク膜とを有する基板を、チャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、（ｂ）ＨＦガスと、ＣxＦyガス（ｘ及びｙは１以上の整数である）又はＣsＨtＦuガス（ｓ，ｔ及びｕは１以上の整数である）と、酸素含有ガスとを含む第１の処理ガスからプラズマを生成して、シリコン窒化膜をエッチングする工程と、（ｃ）ＨＦガスと、ＣvＦwガス（ｖ及びｗは１以上の整数である）と、酸素含有ガスとを含む第２の処理ガスからプラズマを生成して、シリコン酸化膜をエッチングする工程と、を含み、（ｂ）及び（ｃ）において、基板支持部の温度は０℃以下に設定され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、第２の処理ガスとは異なる種類のガスを含む。
一つの例示的実施形態において、第１の処理ガスは、ＣsＨtＦuガスを含む。
一つの例示的実施形態において、第１の処理ガスは、ＣxＦyガスを含み、ＣxＦyガスは、第２の処理ガスに含まれるＣvＦwガスとは異なるガスである。
一つの例示的実施形態において、（ｂ）において、基板支持部の温度が第１の温度に設定され、（ｃ）において、基板支持部の温度が第１の温度よりも低い第２の温度に設定される。
一つの例示的実施形態において、（ｂ）において、基板支持部に第１の出力のバイアス信号を供給し、（ｃ）において、基板支持部に第１の出力よりも小さい第２の出力のバイアス信号を供給する又は前記基板支持部にバイアス信号を供給しない。
一つの例示的実施形態において、（ｂ）において、基板支持部に第１のデューティ比のバイアス信号のパルス波を供給し、（ｃ）において、基板支持部に第１のデューティ比よりも小さい第２のデューティ比のバイアス信号のパルス波を供給する。
一つの例示的実施形態において、バイアス信号は、バイアスＤＣ信号である。
一つの例示的実施形態において、（ｂ）において、基板支持部に第１の周波数のバイアスＲＦ信号を供給し、（ｃ）において、基板支持部に第１の周波数よりも低い第２の周波数のバイアスＲＦ信号を供給する。
一つの例示的実施形態において、（ｂ）において、基板と基板支持部との間に第１の圧力の伝熱ガスを供給し、（ｃ）において、基板と基板支持部との間に第１の圧力よりも低い第２の圧力の伝熱ガスを供給する。
一つの例示的実施形態において、（ｂ）において、基板支持部に供給される伝熱流体の温度を第３の温度に設定し、（ｃ）において、基板支持部に供給される伝熱流体の温度を第３の温度よりも低い第４の温度に設定する。
一つの例示的実施形態において、マスク膜は、ポリシリコン膜、ホウ素ドープシリコン膜、タングステン含有膜、アモルファスカーボン膜、酸化スズ膜又はチタン含有膜である。
一つの例示的実施形態において、マスク膜の開口幅は、５０ｎｍ以下である。
一つの例示的実施形態において、ＣxＦyガス又はＣvＦwガスは、Ｃ2Ｆ2ガス、Ｃ2Ｆ4ガス、Ｃ3Ｆ6ガス、Ｃ3Ｆ8ガス、Ｃ4Ｆ6ガス、Ｃ4Ｆ8ガス及びＣ5Ｆ8ガス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、ＣsＨtＦu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、Ｃ3Ｈ2Ｆ4ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ3Ｈ3Ｆ5ガス、Ｃ4Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ4Ｈ5Ｆ5ガス、Ｃ4Ｈ2Ｆ8ガス、Ｃ5Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ5Ｈ2Ｆ10ガス及びＣ5Ｈ3Ｆ7ガス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、第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、ＨＦガスの流量が最も多い。
一つの例示的実施形態において、第１の処理ガス及び第２の処理ガスの少なくとも一方は、リン含有ガスをさらに含む。
一つの例示的実施形態において、第１の処理ガス及び第２の処理ガスの少なくとも一方は、ＷＦ6ガスをさらに含む。
一つの例示的実施形態において、（ｂ）及び（ｃ）において、基板支持部の温度が－５０℃以下に設定される。
一つの例示的実施形態において、チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、（ａ）シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含むエッチング対象膜と、エッチング対象膜上に開口を規定するマスク膜とを有する基板を、チャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、（ｂ）第１の処理ガスから第１のプラズマを生成し、第１のプラズマに含まれるＨＦ種と、ＣxＦy種（ｘ及びｙは１以上の整数である）又はＣsＨtＦu種（ｓ，ｔ及びｕは１以上の整数である）と、酸素活性種とにより、シリコン窒化膜をエッチングする工程と、（ｃ）第２の処理ガスから第２のプラズマを生成して、第２のプラズマに含まれるＨＦ種と、ＣvＦw種（ｖ及びｗは１以上の整数である）と、酸素活性種とにより、シリコン酸化膜をエッチングする工程と、を含み、（ｂ）及び（ｃ）において、基板支持部の温度は０℃以下に設定される、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、ＨＦ種は、ＣＨ2Ｆ2ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ4ガス及びＣ4Ｈ2Ｆ6ガスからなる群から選択される少なくとも１種のガスから生成される。
一つの例示的実施形態において、チャンバ、チャンバ内に設けられた基板支持部、プラズマ生成部、及び、制御部を備え、制御部は、（ａ）シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含むエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に開口を規定するマスク膜とを有する基板を、基板支持部上に提供し、（ｂ）プラズマ生成部から供給する電力により、ＨＦガスと、ＣxＦyガス（ｘ及びｙは１以上の整数である）又はＣsＨtＦuガス（ｓ，ｔ及びｕは１以上の整数である）と、酸素含有ガスとを含む第１の処理ガスからプラズマを生成して、シリコン窒化膜をエッチングし、（ｃ）プラズマ生成部から供給する電力により、ＨＦガスと、ＣvＦwガス（ｖ及びｗは１以上の整数である）と、酸素含有ガスとを含む第２の処理ガスからプラズマを生成して、シリコン酸化膜をエッチングし、（ｂ）及び（ｃ）において、基板支持部の温度は０℃以下に設定される、制御を実行するプラズマ処理システムが提供される。
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。
＜プラズマ処理システムの構成例＞
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。図１は、容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。
プラズマ処理システムは、容量結合型のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。容量結合型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。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。プラズマ処理チャンバ１０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Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。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。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、エッジリングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。
一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。基台１１１０の導電性部材は下部電極として機能し得る。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、ＲＦ又はＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよく、この場合、ＲＦ又はＤＣ電極が下部電極として機能する。後述するバイアスＲＦ信号又はＤＣ信号がＲＦ又はＤＣ電極に接続される場合、ＲＦ又はＤＣ電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、基台１１１０の導電性部材とＲＦ又はＤＣ電極との両方が２つの下部電極として機能してもよい。
リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。
また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、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１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域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、上部電極を含む。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、少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極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信号を少なくとも１つの下部電極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少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に結合され、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、１０ＭＨｚ～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、少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給される。
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少なくとも１つの下部電極に結合され、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。バイアスＲＦ信号の周波数は、ソースＲＦ信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号の周波数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、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚ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、少なくとも１つの下部電極に供給される。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、少なくとも１つの下部電極に接続され、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、少なくとも１つの下部電極に印加される。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、少なくとも１つの上部電極に接続され、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、少なくとも１つの上部電極に印加される。
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。この場合、ＤＣに基づく電圧パルスのシーケンスが少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、ＤＣ信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第１のＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つの下部電極との間に接続される。従って、第１のＤＣ生成部３２ａ及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第２のＤＣ生成部３２ｂ及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも１つの上部電極に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、１周期内に１又は複数の正極性電圧パルスと１又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。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からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。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。
＜プラズマ処理方法の一例＞
図２は、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」ともいう。）を示すフローチャートである。図２に示すように、本処理方法は、基板を提供する工程ＳＴ１と、基板支持部の温度を設定する工程ＳＴ２と、基板上のエッチング対象膜をエッチングする工程ＳＴ３とを含む。各工程における処理は、図１に示すプラズマ処理システムで実行されてよい。以下では、制御部２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。
（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のプラズマ処理空間１０ｓ内に提供される。基板Ｗは、基板支持部１１の上面に、上部電極と対向するように配置され、静電チャック１１１１により基板支持部１１に保持される。
図３は、工程ＳＴ１で提供される基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。基板Ｗは、下地膜ＵＦ上に、エッチング対象膜ＥＦ及びマスク膜ＭＦがこの順で形成されている。基板Ｗは、例えば、ＤＲＡＭを製造するための基板でよい。
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。
エッチング対象膜ＥＦは、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯx膜）ＥＦ2と、当該シリコン酸化膜ＥＦ2上に形成されたシリコン窒化膜ＥＦ1を含んでよい。エッチング対象膜ＥＦは、本処理方法によりエッチングされる膜を含む積層膜である。
下地膜ＵＦ及び／又はエッチング対象膜ＥＦは、ＣＶＤ法、スピンコート法等により形成されてよい。下地膜ＵＦ及び／又はエッチング対象膜ＥＦ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は、エッチング対象膜ＥＦ上に形成されている。マスク膜ＭＦは、エッチング対象膜ＥＦ上において少なくとも一つの開口ＯＰを規定する。開口ＯＰは、エッチング対象膜ＥＦ上の空間であって、マスク膜ＭＦの側壁に囲まれている。すなわち、図３において、エッチング対象膜ＥＦの上面は、マスク膜ＭＦによって覆われた領域と、開口ＯＰの底部において露出した領域とを有する。
開口ＯＰは、基板Ｗの平面視、すなわち、基板Ｗを図３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、複数の側壁を有し、複数の側壁が複数の開口ＯＰを規定してもよい。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。また、複数の開口ＯＰは、それぞれ穴形状を有し、アレイパターンを構成してもよい。
開口ＯＰの開口幅は、５０ｎｍ以下でよい。当該開口幅は、３０ｎｍ以下でもよい。当該開口幅は、１５ｎｍ以上２５ｎｍ以下でもよい。
マスク膜ＭＦは、例えば、ポリシリコン膜、ホウ素ドープシリコン膜、タングステン含有膜（例えば、ＷＣ膜、ＷＳｉ膜等）、アモルファスカーボン膜、酸化ズズ膜又はチタン含有膜（例えば、ＴｉＮ膜等）でよい。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。マスク膜ＭＦは、ＣＶＤ法、スピンコート法等により形成されてよい。マスク膜ＭＦは、リソグラフィによって形成されてもよい。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。
基板Ｗの各構成を形成するプロセスの少なくとも一部は、プラズマ処理チャンバ１０内で行われてよい。一例では、マスク膜ＭＦをエッチングして開口ＯＰを形成する工程は、プラズマ処理チャンバ１０で実行されてよい。すなわち、開口ＯＰ及び後述するエッチング対象膜ＥＦのエッチングは、同一のチャンバ内で連続して実行されてよい。また、基板Ｗの各構成の全部又は一部がプラズマ処理装置１の外部の装置又はチャンバで形成された後、基板Ｗがプラズマ処理装置１のプラズマ処理空間１０ｓ内に搬入され、基板支持部１１の上面に配置されてもよい。
（基板ＳＴ２：基板支持部の温度を設定）
工程ＳＴ２において、基板支持部１１の温度を０℃以下の目標温度に設定する。目標温度は、－１０℃以下、－２０℃以下、－３０℃以下、－４０℃以下、－５０℃以下、－６０℃以下又は－７０℃以下でもよい。
基板支持部１１の温度を目標温度に設定することは、基板支持部１１の温度を測定して、基板支持部１１の温度が目標温度になるように、温調モジュールにより基板支持部１１の温度を調整することを含むがこれに限られない。一例では、基板支持部１１の温度を目標温度に設定することは、（ａ）基板支持部１１の温度が目標温度になるように、基板Ｗの温度又は流路１１１０ａを流れる伝熱流体の温度を当該目標温度又は当該目標温度とは異なる温度に設定すること、及び、（ｂ）基板Ｗの温度が目標温度となるように、基板支持部１１又は流路１１１０ａを流れる伝熱流体の温度を、当該目標温度又は当該目標温度とは異なる温度に設定することを含む。また、温度を「設定」することは、制御部２において当該温度が入力、選択又は記憶されることを含む。
なお、本処理方法において、工程ＳＴ２は、工程ＳＴ１の前に行ってもよい。すなわち、基板支持部１１の温度を目標温度に設定した後に、当該基板支持部１１に基板Ｗを提供してよい。
（工程ＳＴ３：エッチング対象膜ＥＦのエッチング）
工程ＳＴ３において、エッチング対象膜ＥＦがエッチングされる。工程ＳＴ３は、第１の処理ガスを供給する工程ＳＴ３１、第１の処理ガスからプラズマを生成する工程ＳＴ３２、第２の処理ガスを供給する工程ＳＴ３３及び第２の処理ガスからプラズマを生成する工程ＳＴ３４を含む。工程ＳＴ３における処理の間、基板支持部１１の温度は、工程ＳＴ２で設定した０℃以下の目標温度に設定される。一実施形態において、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力は、３０ｍＴ（４.０Ｐａ）以下に設定してよい。
工程ＳＴ３１において、第１の処理ガスがプラズマ処理空間１０ｓ内に供給される。第１の処理ガスは、ＨＦガスと、ＣxＦyガス（ｘ及びｙは１以上の整数である）又はＣsＨtＦuガス（ｓ，ｔ及びｕは１以上の整数である）と、酸素含有ガスとを含む。
第１の処理ガスにおいて、ＨＦガスの流量が最も多くてよい。一例では，ＨＦガスは、第１の処理ガスの総流量に対して７０体積％以上でよく、また８０体積％以上でもよい。なお、第１の処理ガスにおいて、ＨＦガスに代えて又はＨＦガスとともに、チャンバ内で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。ＨＦ種を生成可能なガスとしては、例えば、ＣＨ2Ｆ2ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ4ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ3Ｈ3Ｆ5ガス、Ｃ4Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ4Ｈ5Ｆ5ガス、Ｃ4Ｈ2Ｆ8ガス、Ｃ5Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ5Ｈ2Ｆ10ガス及びＣ5Ｈ3Ｆ7ガスからなる群から選択される少なくとも１種を用いてよい。一例では、ＨＦ種を生成可能なガスとして、ＣＨ2Ｆ2ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ4ガス及びＣ4Ｈ2Ｆ6ガスからなる群から選択される少なくとも１種が用いられる。
ＣxＦyガスは、Ｃ2Ｆ2ガス、Ｃ2Ｆ4ガス、Ｃ3Ｆ6ガス、Ｃ3Ｆ8ガス、Ｃ4Ｆ6ガス、Ｃ4Ｆ8ガス及びＣ5Ｆ8ガス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。
ＣsＨtＦu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、Ｃ3Ｈ2Ｆ4ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ3Ｈ3Ｆ5ガス、Ｃ4Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ4Ｈ5Ｆ5ガス、Ｃ4Ｈ2Ｆ8ガス、Ｃ5Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ5Ｈ2Ｆ10ガス及びＣ5Ｈ3Ｆ7ガス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。また、第１の処理ガスは、ＣxＦyガスとＣsＨtＦuガスとの双方のガスを含んでよい。
酸素含有ガスは、例えば、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ及びＨ2Ｏ2からなる群から選択される少なくとも１種のガスを使用してよい。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及びＨ2Ｏ2からなる群から選択される少なくとも１種のガスを含んでよい。酸素含有ガスの流量は、ＣxＦyガスやＣsＨtＦuガスの流量に応じて調整してよい。
工程ＳＴ３２において、第１のＲＦ生成部３１ａからソースＲＦ信号（ＲＦ電力）が下部電極及び／又は上部電極に供給される。これにより、第１の処理ガスからプラズマが生成される。またバイアス信号（電力）として、第２のＲＦ生成部３１ｂから、バイアスＲＦ信号が下部電極に供給され、基板にバイアス電位が発生する。これにより、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、マスク膜ＭＦの開口ＯＰを通ってシリコン窒化膜ＥＦ1がエッチングされる。なお、上述のとおり、エッチングの間、基板支持部１１の温度は０℃以下の目標温度に設定されている。
なお、バイアス信号の供給を開始するタイミングは、ソースＲＦ信号の供給を開始するタイミングと同時でも異なってもよい。また、バイアス信号（電力）として、バイアスＤＣ信号を用いてよい。すなわち、ＤＣ生成部３２ａから負極性のバイアスＤＣ信号を下部電極に供給して、基板Ｗにバイアス電位を発生させてよい。ソースＲＦ信号及びバイアス信号は、双方が連続波であってよく、また一方が連続波で他方がパルス波であってよい。
図４は、工程ＳＴ３２の終了後の基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。図４に示すように、エッチングによりシリコン窒化膜ＥＦ1に形成される凹部の底部ＢＴがシリコン酸化膜ＥＦ2に到達し、シリコン酸化膜ＥＦ2の表面が露出すると、工程ＳＴ３２が終了される。なお、シリコン酸化膜ＥＦ2の一部がエッチングされた後に工程ＳＴ３２を終了してもよい。すなわち、工程ＳＴ３２において、シリコン酸化膜ＥＦ2の一部が深さ方向にオーバーエッチングされてよい。
工程ＳＴ３３において、第２の処理ガスがプラズマ処理空間１０ｓ内に供給される。第２の処理ガスは、ＨＦガスと、ＣvＦwガス（ｖ及びｗは１以上の整数である）と、酸素含有ガスとを含む。
第２の処理ガスにおいて、ＨＦガスの流量が最も多くてよい。一例では，ＨＦガスは、第２の処理ガスの総流量に対して
７０体積％以上でよく、また８０体積％以上以上でもよい。なお、第１の処理ガスと同様に、第２の処理ガスにおいて、ＨＦガスに代えて又はＨＦガスとともに、チャンバ内でＨＦ種を生成可能なガスを用いてもよい。
ＣvＦwガスは、Ｃ2Ｆ2ガス、Ｃ2Ｆ4ガス、Ｃ3Ｆ6ガス、Ｃ3Ｆ8ガス、Ｃ4Ｆ6ガス、Ｃ4Ｆ8ガス及びＣ5Ｆ8ガス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。
酸素含有ガスは、例えば、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ及びＨ2Ｏ2からなる群から選択される少なくとも１種のガスを使用してよい。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及びＨ2Ｏ2からなる群から選択される少なくとも１種のガスを含んでよい。酸素含有ガスの流量は、ＣvＦwガスの流量に応じて調整してよい。
第２の処理ガスに含まれるガスの種類は、第１の処理ガスと異なってよい。一例では、第１の処理ガスがＣxＦyガスを含む場合、第２の処理ガスに含まれるＣvＦwガスは、ＣxＦyガスと異なる種類のガスでよい。また、第１の処理ガスがＣsＨtＦuガスを含む場合、第２の処理ガスは、ＣsＨtＦuガスを含まなくてよい。
第２の処理ガスに含まれるガスの種類は、第１の処理ガスに含まれるガスの種類と同一でもよい。一例では、第１の処理ガスがＣxＦyガスを含む場合、第２の処理ガスに含まれるＣvＦwガスは、ＣxＦyガスと同一の種類のガスでよい。
第１の処理ガス及び第２の処理ガスに共通して含まれる同一種類のガスの流量は、同一でも異なってもよい。例えば、第１の処理ガスと第２の処理ガスとに含まれるＨＦガスの流量は同一でも異なってもよい。
工程ＳＴ３４において、第１のＲＦ生成部３１ａからソースＲＦ信号（ＲＦ電力）が下部電極及び／又は上部電極に供給される。これにより、第２の処理ガスからプラズマが生成される。またバイアス信号（電力）として、第２のＲＦ生成部３１ｂから、バイアスＲＦ信号が下部電極に供給され、基板にバイアス電位が発生する。これにより、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、マスク膜ＭＦの開口ＯＰを通ってシリコン酸化膜ＥＦ2が深さ方向にエッチングされる。なお、上述のとおり、エッチングの間、基板支持部１１の温度は０℃以下の目標温度に設定されている。
なお、バイアス信号の供給を開始するタイミングは、ソースＲＦ信号の供給を開始するタイミングと同時でも異なってもよい。また、バイアス信号（電力）として、バイアスＤＣ信号を用いてよい。すなわち、ＤＣ生成部３２ａから負極性のバイアスＤＣ信号を下部電極に供給して、基板Ｗにバイアス電位を発生させてよい。ソースＲＦ信号及びバイアス信号は、双方が連続波であってよく、また一方が連続波で他方がパルス波であってよい。
図５は、工程ＳＴ３４の終了後の基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。図５に示すように、エッチングによりシリコン酸化膜ＥＦ2に形成される凹部の底部ＢＴが下地膜ＵＦに到達し、下地膜ＵＦの表面が露出すると、工程ＳＴ３４が終了される。なお、下地膜ＵＦの一部がエッチングされた後に工程ＳＴ３４を終了してもよい。すなわち、工程ＳＴ３４において、下地膜ＵＦの一部が深さ方向にオーバーエッチングされてよい。以上により、本処理方法が終了される。
本処理方法では、基板支持部１１を０℃以下の温度に設定した状態で、ＨＦガスを含む第１の処理ガスから生成したプラズマを用いてシリコン窒化膜ＥＦ1をエッチングする（工程ＳＴ３２）。また、基板支持部１１を０℃以下の温度に設定した状態で、ＨＦガスを含む第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ＥＦ2をエッチングする（工程ＳＴ３４）。シリコン窒化膜ＥＦ1及びシリコン酸化膜ＥＦ2に対するプラズマ中のＨＦ種の吸着係数はいずれも０℃以下の低温においてより高くなる。そのため、工程ＳＴ３２及び工程ＳＴ３４において、シリコン窒化膜ＥＦ1及びシリコン酸化膜ＥＦ2へのプラズマ中のＨＦ種の吸着が促進され得る。これにより、本処理方法は、エッチングレートを向上し得る。
一実施形態において、第１の処理ガス及び第２の処理ガスの少なくとも一方は、リン含有ガスをさらに含んでよい。リン含有ガスは、プラズマ中のＨＦ種のシリコン窒化膜ＥＦ1又はシリコン酸化膜ＥＦ2への吸着を促進し、エッチングレート向上に寄与し得る。
リン含有ガスは、リン含有分子を含むガスである。リン含有分子は、十酸化四リン（Ｐ4Ｏ10）、八酸化四リン（Ｐ4Ｏ8）、六酸化四リン（Ｐ4Ｏ6）等の酸化物であってもよい。十酸化四リンは、五酸化二リン（Ｐ2Ｏ5）と呼ばれることがある。リン含有分子は、三フッ化リン（ＰＦ3）、五フッ化リン（ＰＦ5）、三塩化リン（ＰＣｌ3）、五塩化リン（ＰＣｌ5）、三臭化リン（ＰＢｒ3）、五臭化リン（ＰＢｒ5）、ヨウ化リン（ＰＩ3）のようなハロゲン化物（ハロゲン化リン）であってもよい。すなわち、リン含有分子は、フッ化リン等、ハロゲン元素としてフッ素を含んでもよい。或いは、リン含有分子は、ハロゲン元素としてフッ素以外のハロゲン元素を含んでもよい。リン含有分子は、フッ化ホスホリル（ＰＯＦ3）、塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ3）、臭化ホスホリル（ＰＯＢｒ3）のようなハロゲン化ホスホリルであってよい。リン含有分子は、ホスフィン（ＰＨ3）、リン化カルシウム（Ｃａ3Ｐ2等）、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）、リン酸ナトリウム（Ｎａ3ＰＯ4）、ヘキサフルオロリン酸（ＨＰＦ6）等であってよい。リン含有分子は、フルオロホスフィン類（ＨgＰＦh）であってよい。ここで、ｇとｈの和は、３又は５である。フルオロホスフィン類としては、ＨＰＦ2、Ｈ2ＰＦ3が例示される。処理ガスは、少なくとも一つのリン含有分子として、上記のリン含有分子のうち一つ以上のリン含有分子を含み得る。例えば、処理ガスは、少なくとも一つのリン含有分子として、ＰＦ3、ＰＣｌ3、ＰＦ5、ＰＣｌ5、ＰＯＣｌ3、ＰＨ3、ＰＢｒ3、又はＰＢｒ5の少なくとも一つを含み得る。なお、処理ガスに含まれる各リン含有分子が液体又は固体である場合、各リン含有分子は、加熱等によって気化されてプラズマ処理空間１０ｓ内に供給され得る。
一実施形態において、第１の処理ガス及び第２の処理ガスの少なくとも一方は、六フッ化タングステン（ＷＦ6）ガスをさらに含んでよい。ＷＦ6ガスは、工程ＳＴ３２や工程ＳＴ３４のエッチング処理において、ボーイングの抑制に寄与し得る。
一実施形態において、第１の処理ガス及び第２の処理ガスの少なくとも一方は、ＡｒやＫｒ等の希ガスをさらに含んでよい。
一実施形態において、シリコン窒化膜ＥＦ1のエッチング（工程ＳＴ３２）における基板支持部１１の温度を第１の温度に設定してよい。そして、シリコン酸化膜ＥＦ2のエッチング（工程ＳＴ３４）における基板支持部１１の温度を第１の温度より低い第２の温度に設定してよい。シリコン窒化膜に対するＨＦ種の吸着係数は、シリコン酸化膜に対するＨＦ種の吸着係数に比べてより高い温度において最大化する。そのため、工程ＳＴ３２において基板支持部１１の温度が第２の温度よりも高い第１の温度に設定されることで、シリコン窒化膜ＥＦ1に対するＨＦ種の吸着が促進され得る。逆に、シリコン酸化膜に対するＨＦ種の吸着係数は、シリコン窒化膜に対するＨＦ種の吸着係数に比べてより低い温度において最大化する。そのため、工程ＳＴ３４において基板支持部の温度が第１の温度より低い第２の温度に設定されることで、シリコン酸化膜ＥＦ2に対するＨＦ種の吸着が促進され得る。以上より、エッチング対象膜ＥＦのエッチングレートがより向上し得る。
一実施形態において、基板支持部１１の温度を第１の温度及び第２の温度に設定することは、以下の制御１乃至制御５により、基板Ｗや基板支持部１１への入熱量を変化させることで、基板支持部１１の温度を調整することを含む。一実施形態において、制御１乃至５の中の一つの制御が行われる。一実施形態において、制御１乃至５の中の複数の制御が行われる。
（制御１）工程ＳＴ３２において、基板支持部１１に第１の出力のバイアス信号が供給されてよい。そして、工程ＳＴ３４において、基板支持部１１に第１の出力よりも小さい第２の出力のバイアス信号が供給されてよい。バイアス信号は、バイアスＲＦ信号でよく、またバイアスＤＣ信号でもよい。バイアス信号の出力の調整は、第２のＲＦ生成部３１ｂ又はバイアスＤＣ生成部３２ａにより行われてよい。またバイアス信号は、パルス波でも連続波でもよい。なお、バイアス信号の「出力」は、バイアス信号がバイアスＲＦ信号の場合は、バイアスＲＦ信号の電力の実効値である。バイアス信号の「出力」は、バイアス信号がバイアスＤＣ信号の場合は、バイアスＤＣ信号の電圧の絶対値（バイアスＤＣ信号がパルス波の場合は電圧の絶対値の実効値）である。
（制御２）工程ＳＴ３２において、基板支持部１１に第１のデューティ比のバイアス信号のパルス波が供給されてよい。そして、工程ＳＴ３４において、基板支持部１１に第１のデューティ比よりも小さい第２のデューティ比のバイアス信号のパルス波が供給されてよい。バイアス信号は、バイアスＲＦ信号でよく、またバイアスＤＣ信号でもよい。バイアス信号のデューティ比の調整は、第２のＲＦ生成部３１ｂ、又はバイアスＤＣ生成部３２ａにより行われてよい。なお、バイアス信号のデューティ比は、パルス波の周期における、電力又は電圧レベルが高い期間が占める割合である。
（制御３）工程ＳＴ３２において、基板支持部１１に第１の周波数のバイアス信号が供給されてよい。そして、工程ＳＴ３４において、基板支持部１１に第１の周波数よりも低い第２の周波数のバイアス信号が供給されてよい。バイアス信号は、バイアスＲＦ信号でよく、またバイアスＤＣ信号でもよい。バイアス信号の周波数の調整は、第２のＲＦ生成部３１ｂ、又はバイアスＤＣ生成部３２ａにより行われてよい。
（制御４）工程ＳＴ３２において、伝熱ガス供給部から基板Ｗと基板支持部１１（中央領域１１１ａ）との間に第１の圧力の伝熱ガスが供給されてよい。そして、工程ＳＴ３４において、伝熱ガス供給部から基板Ｗと基板支持部１１（中央領域１１１ａ）との間に第１の圧力よりも低い第２の圧力の伝熱ガスが供給されてよい。伝熱ガスの供給圧力の調整は、伝熱ガス供給部により行われてよい。
（制御５）工程ＳＴ３２において、流路１１１０ａを流れる伝熱流体の温度を第３の温度に設定してよい。そして、工程ＳＴ３４において、当該伝熱流体の温度を第３の温度よりも低い第４の温度に設定してよい。第３の温度は、第１の温度と同じ温度でも異なる温度でもよい。第４の温度は、第２の温度と同じ温度でも異なる温度でもよい。
＜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）
実施例１では、プラズマ処理装置１を用いて本処理方法を適用し、図３に示す基板Ｗと同様の構造を有する基板をエッチングした。マスク膜ＭＦとしては、ポリシリコン膜を用いた。実施例１におけるシリコン窒化膜ＥＦ1及びシリコン酸化膜ＥＦ2のエッチング条件は以下のとおりである。また、第１の処理ガスは、ＨＦガスを８０体積％以上含み、第２の処理ガスは、ＨＦガスを８５体積％以上含んでいた。

シリコン窒化膜ＥＦ1のエッチング条件（工程ＳＴ３２）：
基板支持部の温度：－７０℃
チャンバ圧力：２３ｍＴ
第１の処理ガス：ＨＦガス、Ｃ4Ｈ2Ｆ6ガス、Ｏ2ガス

シリコン酸化膜ＥＦ2のエッチング条件（工程ＳＴ３４）：
基板支持部の温度：－７０℃
チャンバ圧力：１５ｍＴ
第２の処理ガス：ＨＦガス、Ｃ4Ｆ8ガス、Ｃ4Ｆ6ガス、Ｏ2ガス
（参考例１）
参考例１では、プラズマ処理装置１を用いて、実施例１と同様の基板をエッチングした。参考例１におけるシリコン窒化膜ＥＦ1及びシリコン酸化膜ＥＦ2のエッチング条件は以下のとおりである。

シリコン窒化膜ＥＦ1のエッチング条件：
基板支持部の温度：５０℃
チャンバ圧力：１０ｍＴ
第１の処理ガス：Ｃ4Ｆ8ガス、Ｃ4Ｆ6ガス、ＮＦ3ガス、ＣＨ2Ｆ2ガス、Ｏ2ガス

シリコン酸化膜ＥＦ2のエッチング条件：
基板支持部の温度：７０℃
チャンバ圧力：１０ｍＴ
第２の処理ガス：Ｃ4Ｆ8ガス、Ｃ4Ｆ6ガス、ＮＦ3ガス、Ｏ2ガス
実施例１のエッチング対象膜ＥＦのエッチングレートは５４６［ｎｍ／ｍｉｎ］であり、マスク膜ＭＦに対する選択比は６．１であった。これに対し、参考例１のエッチング対象膜ＥＦのエッチングレートは１３０［ｎｍ／ｍｉｎ］であり、マスク膜ＭＦに対する選択比は４．７であった。すなわち、実施例１においては、参考例１に比べて、エッチングレートが約４倍となり大幅に向上した。また実施例１においては、参考例１に比べて選択比も約１．３倍となり向上した。
（実施例２乃至４）
実施例２乃至４では、プラズマ処理装置１を用いて本処理方法を適用し、実施例１と同様の基板をエッチングした。実施例２におけるシリコン窒化膜ＥＦ1及びシリコン酸化膜ＥＦ2のエッチング条件は以下のとおりである。第１の処理ガスと第２の処理ガスは同一であり、いずれもＨＦガスを８０体積％以上含んでいた。

シリコン窒化膜ＥＦ1のエッチング条件（工程ＳＴ３２）：
基板支持部の温度：－７０℃
チャンバ圧力：２３ｍＴ
第１の処理ガス：ＨＦガス、Ｃ4Ｆ8ガス、Ｃ4Ｆ6ガス、Ｏ2ガス

シリコン酸化膜ＥＦ2のエッチング条件（工程ＳＴ３４）：
基板支持部の温度：－７０℃
チャンバ圧力：２３ｍＴ
第２の処理ガス：ＨＦガス、Ｃ4Ｆ8ガス、Ｃ4Ｆ6ガス、Ｏ2ガス
実施例３は、第１の処理ガス及び第２の処理ガスとして、リン含有ガスを１．６体積％含むこと以外は、実施例２と同一の条件でエッチングを行った。実施例４は、第１の処理ガス及び第２の処理ガスとして、リン含有ガスを３．２体積％含むこと以外は、実施例２と同一の条件でエッチングを行った。実施例３及び実施例４では、リン含有ガスとして、ＰＦ3ガスを用いた。
実施例２のエッチング対象膜ＥＦのエッチングレートは３７２［ｎｍ／ｍｉｎ］であり、マスク膜ＭＦに対する選択比は３．０であった。実施例３のエッチング対象膜ＥＦのエッチングレートは４７１［ｎｍ／ｍｉｎ］であり、マスク膜ＭＦに対する選択比は３．４であった。実施例４のエッチング対象膜ＥＦのエッチングレートは５３０［ｎｍ／ｍｉｎ］であり、マスク膜ＭＦに対する選択比は３．２であった。すなわち、第１の処理ガス及び第２の処理ガスとして、リン含有ガスを含む実施例３及び実施例４では、リン含有ガスを含まない実施例２に比べてエッチングレート及び選択比がさらに向上した。
（実施例５乃至７）
実施例５乃至７では、プラズマ処理装置１を用いて本処理方法を適用し、実施例１と同様の基板をエッチングした。実施例５におけるシリコン窒化膜ＥＦ1及びシリコン酸化膜ＥＦ2のエッチング条件は以下のとおりである。第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、いずれもＨＦガスを８５体積％以上含んでいた。

シリコン窒化膜ＥＦ1のエッチング条件（工程ＳＴ３２）：
基板支持部の温度：－７０℃
チャンバ圧力：１５ｍＴ
第１の処理ガス：ＨＦガス、Ｃ4Ｆ8ガス、Ｏ2ガス

シリコン酸化膜ＥＦ2のエッチング条件（工程ＳＴ３４）：
基板支持部の温度：－７０℃
チャンバ圧力：１５ｍＴ
第２の処理ガス：ＨＦガス、Ｃ4Ｆ8ガス、Ｏ2ガス
実施例６は、第２の処理ガスとして、１ｓｃｃｍのＷＦ6ガスをさらに含む以外は、実施例５と同一の条件でエッチングを行った。実施例７は、実施例６に比べてＷＦ6ガスの流量を３倍（３ｓｃｃｍ）にした以外は、実施例６と同一の条件でエッチングを行った。
図６は、実施例５乃至７にかかるエッチングの結果を示す図である。図６において縦軸は、マスク膜ＭＦの開口ＯＰ及びエッチング対象膜ＥＦに形成された凹部の深さＤ［μｍ］を示す。縦軸の０μｍ付近はマスク膜ＭＦとシリコン窒化膜ＥＦ1との間の境界である。縦軸の－０．２μｍ付近は、シリコン窒化膜ＥＦ1とシリコン酸化膜ＥＦ2との境界である。図６において、横軸は、マスク膜ＭＦの開口ＯＰ及びエッチング対象膜ＥＦに形成された凹部の開口幅ＣＤ［ｎｍ］を示す。図６に示すように、第２の処理ガスとしてＷＦ6ガスをさらに含む実施例６及び実施例７においては、ＷＦ6ガスを含まない実施例５に比べて、マスク膜ＭＦ及びシリコン酸化膜ＥＦ2のボーイングＣＤ（最大開口幅）が小さく、ボーイングが抑制されていた。なお、シリコン酸化膜ＥＦ2のボーイングＣＤは、実施例６（ＷＦ6ガス：１ｓｃｃｍ）と実施例７（ＷＦ6ガス：３ｓｃｃｍ）とで同じであった。すなわち、シリコン酸化膜ＥＦ2のボーイング抑制効果は、１ｓｃｃｍ程度の微量のＷＦ6ガスを添加することでも得られた。
（実施例８及び９）
実施例８乃至９では、プラズマ処理装置１を用いて本処理方法を適用し、実施例１と同様の基板をエッチングした。実施例８及び９では、工程ＳＴ３４において５０％のオーバーエッチングを行った。すなわち、工程ＳＴ３４において、下地膜ＵＦが露出するまでシリコン酸化膜ＥＦ2のエッチングを行い、さらに、当該シリコン酸化膜ＥＦ2のエッチングに要した時間の半分だけ下地膜ＵＦを深さ方向にエッチングした。
実施例８におけるシリコン窒化膜ＥＦ1及びシリコン酸化膜ＥＦ2のエッチング条件は以下のとおりである。第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、いずれもＨＦガスを８５体積％以上含んでいた。
シリコン窒化膜ＥＦ1のエッチング条件（工程ＳＴ３２）：
基板支持部の温度：－７０℃
チャンバ圧力：１５ｍＴ
第１の処理ガス：ＨＦガス、Ｃ4Ｆ8ガス、Ｏ2ガス

シリコン酸化膜ＥＦ2のエッチング条件（工程ＳＴ３４）：
基板支持部の温度：－７０℃
チャンバ圧力：１５ｍＴ
第２の処理ガス：ＨＦガス、Ｃ4Ｆ8ガス、Ｃ4Ｆ6ガス、Ｏ2ガス
実施例９は、第２の処理ガスとして、２ｓｃｃｍのＷＦ6ガスをさらに含む以外は、実施例８と同一の条件でエッチングを行った。
図７は、実施例８にかかるエッチングの結果を示す図である。図７において、「実施例８（ＯＥ０％）」は、工程ＳＴ３４におけるオーバーエッチング前の結果である。「実施例８（ＯＥ５０％）」は、工程ＳＴ３４におけるオーバーエッチング後の結果である。図８は、実施例９にかかるエッチングの結果を示す図である。図８において、「実施例９（ＯＥ０％）」は、工程ＳＴ３４におけるオーバーエッチング前の結果である。「実施例９（ＯＥ５０％）」は、工程ＳＴ３４におけるオーバーエッチング後の結果である。図７及び図８において、縦軸は、マスク膜ＭＦの開口ＯＰ及びエッチング対象膜ＥＦに形成された凹部の深さＤ［μｍ］を示す。縦軸の０μｍ付近はマスク膜ＭＦとシリコン窒化膜ＥＦ1との間の境界である。縦軸の－０．２μｍ付近は、シリコン窒化膜ＥＦ1とシリコン酸化膜ＥＦ2との境界である。図７及び図８において、横軸は、マスク膜ＭＦの開口ＯＰ及びエッチング対象膜ＥＦに形成された凹部の開口幅ＣＤ［ｎｍ］を示す。
図８に示すように、実施例８では、工程ＳＴ３４におけるオーバーエッチングにより、マスク膜ＭＦ及びシリコン酸化膜ＥＦ2のボーイングＣＤが拡大した。これに対し、第２の処理ガスとして、ＷＦ6ガスを含む実施例９では、工程ＳＴ３４におけるオーバーエッチングの前後でマスク膜ＭＦ及びシリコン酸化膜ＥＦ2のボーイングＣＤにほとんど変化はみられなかった。すなわち、ＷＦ6ガスを含む実施例９は、オーバーエッチングによるボーイングの拡大を抑制することができた。
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、２……制御部、１０……プラズマ処理チャンバ、１０ｓ……プラズマ処理空間、１１……基板支持部、１３……シャワーヘッド、２０……ガス供給部、３１ａ……第１のＲＦ生成部、３１ｂ……第２のＲＦ生成部、３２ａ……第１のＤＣ生成部、ＭＦ…マスク膜、ＯＰ…開口、ＥＦ…エッチング対象膜、ＥＦ1……シリコン窒化膜、ＥＦ2……シリコン酸化膜、ＵＦ…下地膜、Ｗ…基板

Claims (22)

  1. チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、
    （ａ）シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含むエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に開口を規定するマスク膜とを有する基板を、チャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、
    （ｂ）ＨＦガスと、ＣxＦyガス（ｘ及びｙは１以上の整数である）又はＣsＨtＦuガス（ｓ，ｔ及びｕは１以上の整数である）と、酸素含有ガスとを含む第１の処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン窒化膜をエッチングする工程と、
    （ｃ）ＨＦガスと、ＣvＦwガス（ｖ及びｗは１以上の整数である）と、酸素含有ガスとを含む第２の処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、を含み、
    前記（ｂ）及び（ｃ）において、前記基板支持部の温度は０℃以下に設定される、プラズマ処理方法。
  2. 前記第１の処理ガスは、前記第２の処理ガスとは異なる種類のガスを含む、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  3. 前記第１の処理ガスは、前記ＣsＨtＦuガスを含む、請求項２に記載のプラズマ処理方法。
  4. 前記第１の処理ガスは、前記ＣxＦyガスを含み、当該ＣxＦyガスは、前記第２の処理ガスに含まれる前記ＣvＦwガスとは異なるガスである、請求項２に記載のプラズマ処理方法。
  5. 前記（ｂ）において、基板支持部の温度が第１の温度に設定され、前記（ｃ）において、基板支持部の温度が第１の温度よりも低い第２の温度に設定される、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
  6. 前記（ｂ）において、前記基板支持部に第１の出力のバイアス信号を供給し、前記（ｃ）において、前記基板支持部に前記第１の出力よりも小さい第２の出力のバイアス信号を供給する又は前記基板支持部にバイアス信号を供給しない、請求項５に記載のプラズマ処理方法。
  7. 前記（ｂ）において、前記基板支持部に第１のデューティ比のバイアス信号のパルス波を供給し、前記（ｃ）において、前記基板支持部に前記第１のデューティ比よりも小さい第２のデューティ比のバイアス信号のパルス波を供給する、請求項５又は請求項６のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
  8. 前記バイアス信号は、バイアスＤＣ信号である、請求項６又は請求項７のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
  9. 前記（ｂ）において、前記基板支持部に第１の周波数のバイアスＲＦ信号を供給し、前記（ｃ）において、前記基板支持部に前記第１の周波数よりも低い第２の周波数のバイアスＲＦ信号を供給する、請求項５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。
  10. 前記（ｂ）において、前記基板と前記基板支持部との間に第１の圧力の伝熱ガスを供給し、前記（ｃ）において、前記基板と前記基板支持部との間に前記第１の圧力よりも低い第２の圧力の伝熱ガスを供給する、請求項５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（ｂ）において、前記基板支持部に供給される伝熱流体の温度を第３の温度に設定し、前記（ｃ）において、前記基板支持部に供給される伝熱流体の温度を前記第３の温度よりも低い第４の温度に設定する、請求項５乃至請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
  12. 前記マスク膜は、ポリシリコン膜、ホウ素ドープシリコン膜、タングステン含有膜、アモルファスカーボン膜、酸化スズ膜又はチタン含有膜である、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. 前記マスク膜の開口幅は、５０ｎｍ以下である、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
  14. 前記ＣxＦyガス又は前記ＣvＦwガスは、Ｃ2Ｆ2ガス、Ｃ2Ｆ4ガス、Ｃ3Ｆ6ガス、Ｃ3Ｆ8ガス、Ｃ4Ｆ6ガス、Ｃ4Ｆ8ガス及びＣ5Ｆ8ガス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ＣsＨtＦu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、Ｃ3Ｈ2Ｆ4ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ3Ｈ3Ｆ5ガス、Ｃ4Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ4Ｈ5Ｆ5ガス、Ｃ4Ｈ2Ｆ8ガス、Ｃ5Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ5Ｈ2Ｆ10ガス及びＣ5Ｈ3Ｆ7ガス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１乃至請求項１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
  16. 前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスは、ＨＦガスの流量が最も多い、請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
  17. 前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスの少なくとも一方は、リン含有ガスをさらに含む、請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
  18. 前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスの少なくとも一方は、ＷＦ6ガスをさらに含む、請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
  19. 前記（ｂ）及び前記（ｃ）において、前記基板支持部の温度が－５０℃以下に設定される、請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
  20. チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、
    （ａ）シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含むエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に開口を規定するマスク膜とを有する基板を、チャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、
    （ｂ）第１の処理ガスから第１のプラズマを生成し、前記第１のプラズマに含まれるＨＦ種と、ＣxＦy種（ｘ及びｙは１以上の整数である）又はＣsＨtＦu種（ｓ，ｔ及びｕは１以上の整数である）と、酸素活性種とにより、前記シリコン窒化膜をエッチングする工程と、
    （ｃ）第２の処理ガスから第２のプラズマを生成して、前記第２のプラズマに含まれるＨＦ種と、ＣvＦw種（ｖ及びｗは１以上の整数である）と、酸素活性種とにより、前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、を含み、
    前記（ｂ）及び（ｃ）において、前記基板支持部の温度は０℃以下に設定される、プラズマ処理方法。
  21. 前記ＨＦ種は、ＣＨ2Ｆ2ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ4ガス及びＣ4Ｈ2Ｆ6ガスからなる群から選択される少なくとも１種のガスから生成される、請求項２０に記載のプラズマ処理方法。
  22. チャンバ、前記チャンバ内に設けられた基板支持部、プラズマ生成部、及び、制御部を備え、
    前記制御部は、
    （ａ）シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含むエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に開口を規定するマスク膜とを有する基板を、前記基板支持部上に提供し、
    （ｂ）前記プラズマ生成部から供給する電力により、ＨＦガスと、ＣxＦyガス（ｘ及びｙは１以上の整数である）又はＣsＨtＦuガス（ｓ，ｔ及びｕは１以上の整数である）と、酸素含有ガスとを含む第１の処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン窒化膜をエッチングし、
    （ｃ）前記プラズマ生成部から供給する電力により、ＨＦガスと、ＣvＦwガス（ｖ及びｗは１以上の整数である）と、酸素含有ガスとを含む第２の処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン酸化膜をエッチングし、
    前記（ｂ）及び（ｃ）において、前記基板支持部の温度は０℃以下に設定される、
    制御を実行する、プラズマ処理システム。
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