JP2023082809A - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチングの加工形状を向上しつつ、高いエッチングレートを実現するプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理方法は、炭素含有膜に形成されたシリコン含有マスクとを有する基板をチャンバ内の基板支持部上に提供しＳ１、冷媒を基板支持部に供給して基板支持部の温度を制御しＳ２、チャンバ内に処理ガスを供給しＳ３、ソースＲＦ信号によってチャンバ内で処理ガスからプラズマを生成するとともに、基板支持部にバイアス信号を供給して、炭素含有膜をエッチングするＳ４。Ｓ２における冷媒は、プラズマエッチング時の基板又は基板支持部表面の温度が－７０℃以上１００℃以下になるように設定される。Ｓ４におけるソースＲＦ信号は、２ｋＷ以上の電力を有するＲＦ信号であり、バイアス信号は、２ｋＷ以上の電力を有するＲＦ信号、又は２ｋＶ以上の電圧パルスを含むＤＣ信号である。【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装置に関する。

エッチングにより形成される溝の形状を改善する技術として、特許文献１に記載された技術がある。

特開２０１５－１２１７８号公報

本開示は、エッチングの加工形状を向上しつつ、高いエッチングレートを実現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、チャンバを有する誘導結合型の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）炭素含有膜と、炭素含有膜に形成されたシリコン含有マスクとを有する基板を、チャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、（ｂ）冷媒を基板支持部に供給して基板支持部の温度を制御する工程と、（ｃ）チャンバ内に処理ガスを供給する工程と、（ｄ）（ｂ）の工程が行われている状態で、ソースＲＦ信号によってチャンバ内で処理ガスからプラズマを生成するとともに、基板支持部にバイアス信号を供給して、炭素含有膜をエッチングする工程と、を有し、（ｄ）の工程において、（ｂ）の工程における冷媒は、プラズマエッチング時の基板又は基板支持部の温度が－７０℃以上１００℃以下の目標温度になるように設定され、（ｄ）の工程におけるソースＲＦ信号は、２ｋＷ以上の電力を有するＲＦ信号であり、（ｄ）の工程におけるバイアス信号は、２ｋＷ以上の電力を有するバイアスＲＦ信号、又は２ｋＶ以上の電圧パルスを含むバイアスＤＣ信号である、
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、エッチングの加工形状を向上しつつ、高いエッチングレートを実現する技術を提供することができる。

プラズマ処理装置の構成の一例を概略的に示す図である。 本プラズマ処理方法の主な工程の一例を示すフローチャートである。 基板の膜構造の断面の一例を示す模式図である。 エッチングされた基板の膜構造の断面の一例を示す模式図である。 条件Ａ、Ｂでエッチングされたエッチング対象膜の一例を描写した図である。 プラズマ処理装置の構成の一例を概略的に示す図である。 プラズマ生成工程の一例を示すフローチャートである。 基板の温度とエッチング形状との関係の一例を説明する図である。

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、チャンバを有する誘導結合型の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）炭素含有膜と、炭素含有膜に形成されたシリコン含有マスクとを有する基板を、チャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、（ｂ）冷媒を基板支持部に供給して基板支持部の温度を制御する工程と、（ｃ）チャンバ内に処理ガスを供給する工程と、（ｄ）（ｂ）の工程が行われている状態で、ソースＲＦ信号によってチャンバ内で処理ガスからプラズマを生成するとともに、基板支持部にバイアス信号を供給して、炭素含有膜をエッチングする工程と、を有し、（ｄ）の工程において、（ｂ）の工程における冷媒は、プラズマエッチング時の基板又は基板支持部の温度が－７０℃以上１００℃以下になるように設定され、（ｄ）の工程におけるソースＲＦ信号は、２ｋＷ以上の電力を有するＲＦ信号であり、（ｄ）の工程におけるバイアス信号は、２ｋＷ以上の電力を有するバイアスＲＦ信号、又は２ｋＶ以上の電圧パルスを含むバイアスＤＣ信号である、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、（ｅ）温度センサにより基板又は基板支持部の少なくともいずれかの温度を測定する工程と、（ｆ）（ｅ）で測定された温度に基づいて、（ｄ）におけるソースＲＦ信号、（ｄ）におけるバイアス信号、（ｂ）における冷媒の設定温度の中の少なくとも一つを制御して、基板又は基板支持部の少なくともいずれかの温度を調整する工程と、をさらに有する。

一つの例示的実施形態において、（ｄ）は、（ｄ１）基板又は基板支持部の少なくともいずれかの温度を第１の温度に調整する工程と、（ｄ２）基板又は基板支持部の少なくともいずれかの温度を第１の温度よりも高い第２の温度に調整する工程と、を有する。この例示的実施形態において、（ｄ１）と（ｄ２）は、どちらを先に行ってもよい。

一つの例示的実施形態において、（ｄ１）と（ｄ２）は、この順番で行われる。

一つの例示的実施形態において、（ｄ）は、（ｄ１）と（ｄ２）を交互に繰り返す工程を、さらに有する。

一つの例示的実施形態において、（ｄ１）及び（ｄ２）は、以下の（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）、（ｊ）、（ｋ）の中の少なくとも１つの工程を有する。
（ｇ）（ｄ１）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、（ｄ２）において、基板支持部に前記第１の出力よりも大きい第２の出力のバイアス信号を供給する工程、
（ｈ）（ｄ１）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を供給し、（ｄ２）において、基板支持部に第１のデューティ比よりも大きい第２のデューティ比のバイアス信号を供給する工程、
（ｉ）（ｄ１）において、基板支持部に第１の周波数のバイアス信号を供給し、（ｄ２）において、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信号を供給する工程、
（ｊ）（ｄ１）において、基板と基板支持部の間に第１の圧力の伝熱ガスを供給し、（ｄ２）において、基板と基板支持部の間に第１の圧力よりも低い第２の圧力の伝熱ガスを供給する工程、
（ｋ）（ｄ１）において、冷媒の温度を第１の温度に設定し、（ｄ２）において、冷媒の温度を第１の温度よりも高い第２の温度に設定する工程。

一つの例示的実施形態において、処理ガスは、酸素含有ガスと硫黄含有ガスを含む。

一つの例示的実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ以上の周波数を有する。

一つの例示的実施形態において、バイアスＲＦ信号は、１３ＭＨｚ以下の周波数を有する。

一つの例示的実施形態において、炭素含有膜は、アモルファスカーボン膜を含む。

一つの例示的実施形態において、シリコン含有マスクは、酸化窒化シリコン膜を含む。

一つの例示的実施形態において、チャンバを有する誘導結合型のプラズマ処理装置であって、チャンバ内に設けられ、炭素含有膜と、炭素含有膜に形成されたシリコン含有マスクとを有する基板を支持する基板支持部と、基板支持部に冷媒を供給して基板支持部の温度を調整する温度調整部と、チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、ソースＲＦ信号を生成するソースＲＦ信号生成部と、基板支持部にバイアス信号を供給するバイアス信号供給部と、制御部と、を備え、制御部は、（ａ）基板がチャンバ内の基板支持部上に提供された状態で、（ｂ）温度調整部により、冷媒を基板支持部に供給して基板支持部の温度を制御し、（ｃ）処理ガス供給部により、チャンバ内に処理ガスを供給し、（ｄ）（ｂ）が行われている状態で、ソースＲＦ信号生成部により生成されたソースＲＦ信号によってチャンバ内で処理ガスからプラズマを生成するとともに、バイアス信号供給部により、基板支持部にバイアス信号を供給して、炭素含有膜をエッチングし、（ｄ）において、（ｂ）における前記冷媒は、プラズマエッチング時の基板又は基板支持部が－７０℃以上１００℃以下の目標温度になるように設定され、（ｄ）の工程におけるソースＲＦ信号は、２ｋＷ以上の電力を有するＲＦ信号であり、（ｄ）の工程におけるバイアス信号は、２ｋＷ以上の電力を有するバイアスＲＦ信号、又は２ｋＶ以上の電圧パルスを含むバイアスＤＣ信号である、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＞
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、誘導結合型のプラズマ処理装置１の構成例を説明するための図である。一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法（以下「本プラズマ処理方法」という）は、プラズマ処理装置１を用いて実行される。

プラズマ処理システムは、誘導結合型のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。誘導結合型のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ（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。プラズマ処理チャンバ１０は、誘電体窓５０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１、ガス導入部１３及びアンテナ１４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。アンテナ１４は、誘導結合プラズマ（ICP）ソースの一例である。アンテナ１４は、プラズマ処理チャンバ１０上又はその上方（すなわち誘電体窓５０上又はその上方）に配置される。プラズマ処理チャンバ１０は、誘電体窓５０、プラズマ処理チャンバ１０の側壁５１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。

基板支持部１１は、本体部６０及びリングアセンブリ６１を含む。本体部６０は、基板Ｗを支持するための中央領域６０ａと、リングアセンブリ６１を支持するための環状領域６０ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。本体部６０の環状領域６０ｂは、平面視で本体部６０の中央領域６０ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部６０の中央領域６０ａ上に配置され、リングアセンブリ６１は、本体部６０の中央領域６０ａ上の基板Ｗを囲むように本体部６０の環状領域６０ｂ上に配置される。従って、中央領域６０ａ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６０ｂは、リングアセンブリ６１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６０は、基台７０及び静電チャック７１を含む。基台７０は、導電性部材を含む。基台７０の導電性部材はバイアス電極として機能し得る。静電チャック７１は、基台７０の上に配置される。静電チャック７１は、セラミック部材７１ａとセラミック部材７１ａ内に配置される静電電極７１ｂとを含む。セラミック部材７１ａは、中央領域６０ａを有する。一実施形態において、セラミック部材７１ａは、環状領域６０ｂ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７１を囲む他の部材が環状領域６０ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ６１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７１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７１ａ内に配置されてもよく、この場合、ＲＦ又はＤＣ電極がバイアス電極として機能する。なお、基台７０の導電性部材とＲＦ又はＤＣ電極との両方が２つのバイアス電極として機能してもよい。

リングアセンブリ６１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７１、リングアセンブリ６１及び基板のうち少なくとも１つを目標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７０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路７０ａ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７０ａが基台７０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック７１のセラミック部材７１ａ内に配置される。

温度調整部８０は、温調モジュールの一例である。一実施形態において、温度調整部８０は、流路７０ａと、流路７０ａに接続された冷媒循環機９０を有している。冷媒循環機９０は、冷媒を所定の温度に設定し、当該冷媒を流路７０ａに供給し循環させることができる。一実施形態において、冷媒循環機９０は、冷媒の温度を－５０℃以下の温度に設定することができる。冷媒の温度の設定は、冷媒の温度を設定温度にすることだけではく、冷媒が設定温度になるように冷媒循環機９０において設定することも含む。温度調整部８０は、冷媒循環機９０で温度設定された冷媒を、流路７０ａを通じて基板支持部１１に供給し、基板支持部１１の温度を調整することができる。

また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域６０ａ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１００を含んでもよい。一実施形態において、伝熱ガス供給部１００は、基板支持部１１に設けられたガス供給ライン１０１を有している。ガス供給ライン１０１は、伝熱ガス供給機構１０２からの伝熱ガス（例えばＨｅガス）を、静電チャック７１の上面と基板Ｗの裏面との間の間隙に供給する。伝熱ガス供給部１００は、所定の圧力の伝熱ガスを供給することができる。

基板支持部１１には、図示しないリフター（リフトピン）が設けられている。一実施形態において、リフターは、基板支持部１１を上下方向に貫通する複数の貫通孔に配置され、図示しない駆動装置により貫通孔内を上下方向に移動する。一実施形態において、基板Ｗは、図示しない搬送アームによってチャンバ１０内に搬入出される。リフターは、基板支持部１１上で基板Ｗを支持し昇降させ、搬送アームとの間で基板Ｗをやり取りし、基板Ｗを基板支持部１１上に載置することができる。

ガス導入部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。ガス導入部１３は、処理ガス供給部の一例である。一実施形態において、ガス導入部１３は、中央ガス注入部（ＣＧＩ：Ｃｅｎｔｅｒ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）１１０を含む。中央ガス注入部１１０は、基板支持部１１の上方に配置され、誘電体窓５０に形成された中央開口部に取り付けられる。中央ガス注入部１１０は、少なくとも１つのガス供給口１１０ａ、少なくとも１つのガス流路１１０ｂ、及び少なくとも１つのガス導入口１１０ｃを有する。ガス供給口１１０ａに供給された処理ガスは、ガス流路１１０ｂを通過してガス導入口１１０ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。一実施形態において、処理ガスは、酸素含有ガス（一例としてＯ₂含むガス）と硫黄含有ガス（一例としてＣＯＳを含むガス）を含む。なお、ガス導入部１３は、中央ガス注入部１１０に加えて又はその代わりに、側壁５１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を介してガス導入部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よい。ガス供給部２０は、ガス導入部１３の一部に含まれてよい。

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（高周波）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つのバイアス電極及びアンテナ１４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つのバイアス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、ソースＲＦ信号を生成するソースＲＦ信号生成部の一例である。第１のＲＦ生成部３１ａは、アンテナ１４に結合され、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、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ以上の周波数を有する。ソースＲＦ電力は、２ｋＷ以上の電力を有する。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、アンテナ１４に供給される。

第２のＲＦ生成部３１ｂは、基板支持部１１に、バイアスＲＦ信号であるバイアス信号を供給するバイアス信号供給部の一例である。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の少なくとも１つのバイアス電極に結合され、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、バイアスＲＦ信号は、１３ＭＨｚ以下の周波数を有する。バイアスＲＦ信号は、２ｋＷ以上の電力を有するバイアスＲＦ信号を含む。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つのバイアス電極に供給される。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、バイアスＤＣ生成部３２ａを含む。バイアスＤＣ生成部３２ａは、基板支持部１１に、電圧パルスを含むバイアスＤＣ信号であるバイアス信号を供給するバイアス信号供給部の一例である。一実施形態において、バイアスＤＣ生成部３２ａは、基板支持部１１の少なくとも１つのバイアス電極に接続され、バイアスＤＣ信号（バイアスＤＣ電力）を生成するように構成される。生成されたバイアスＤＣ信号は、少なくとも１つのバイアス電極に印加される。

種々の実施形態において、バイアスＤＣ信号は、パルス化されてもよい。一実施形態において、バイアスＤＣ生成部３２ａは、基板支持部１１に、３ｋＶ（実効値）以上の電圧パルスを含むバイアスＤＣ信号を供給することができる。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つのバイアス電極に印加される。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バイアスＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つのバイアス電極との間に接続される。従って、バイアス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。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、バイアスＤＣ生成部３２ａは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。

アンテナ１４は、１又は複数のコイルを含む。一実施形態において、アンテナ１４は、同軸上に配置された外側コイル及び内側コイルを含んでもよい。この場合、ＲＦ電源３１は、外側コイル及び内側コイルの双方に接続されてもよく、外側コイル及び内側コイルのうちいずれか一方に接続されてもよい。前者の場合、同一のＲＦ生成部が外側コイル及び内側コイルの双方に接続されてもよく、別個のＲＦ生成部が外側コイル及び内側コイルに別々に接続されてもよい。

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は、ガス導入部、電源３０（第１のＲＦ生成部３１ａ、第２のＲＦ生成部３１ｂ、バイアスＤＣ生成部３２ａを含む）、温度調整部８０、排気システム４０、伝熱ガス供給部１００などの動作を制御する。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。

＜本プラズマ処理方法の一例＞
図２は、プラズマ処理装置１で行われる本プラズマ処理方法の主な工程を示すフローチャートである。一実施形態において、本プラズマ処理方法は、誘導結合型のプラズマ処理装置１を用いて、炭素含有膜（有機膜）と、炭素含有膜上に形成されたシリコン含有マスクとを有する基板Ｗをエッチング処理する。一実施形態において、本プラズマ処理方法は、３０以上の高いアスペクト比（加工凹部の幅に対する深さの比（深さ／幅））の深穴加工を行うことを含む。

先ず、一実施形態において、図３Ａに示すような下地膜１３０と、炭素含有膜１３１及びシリコン含有マスク１３２を有する基板Ｗが用意される。炭素含有膜１３１の一例は、アモルファスカーボン膜である。シリコン含有マスク１３２の一例は、ＳｉＯＮのマスクである。基板Ｗは、搬送アームにより、チャンバ１０内に搬入され、リフターにより基板支持部１１に載置され、基板支持部１１上に吸着保持される。これにより、図１に示すように、基板Ｗは、基板支持部１１上に提供される（図２の工程Ｓ１）。なお、炭素含有膜１３１及びシリコン含有マスク１３２は、チャンバ１０内で基板Ｗに形成されてよい。

次に、冷媒循環機９０において、冷媒は、プラズマエッチング時の基板Ｗ又は基板支持部１１が－７０℃以上１００℃以下の目標温度になるように設定される。一例として、基板支持部１１の表面が上記目標温度となるように、冷媒は、－５０℃以下の所定温度（極低温）に設定される。冷媒は、冷媒循環機９０から流路７０ａに供給され、当該冷媒により基板支持部１１の温度が制御される（図２の工程Ｓ２）。なお、基板支持部１１に冷媒が供給され始めるタイミングは、基板Ｗが基板支持部１１に提供された後に限られず、基板Ｗが基板支持部１１に提供される前であってもよいし、基板Ｗが基板支持部１１に提供されると同時であってもよい。

基板支持部１１が冷媒により温度制御された状態で、ガス導入部１３によりチャンバ１０の処理空間１０ｓに処理ガスが供給される（図２の工程Ｓ３）。一実施形態において、処理ガスは、炭素含有膜１３１をエッチングするための酸素含有ガス（一例としてＯ₂含むガス）と硫黄含有ガス（一例としてＣＯＳを含むガス）を含む。

次に、一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａにより、アンテナ１４にソースＲＦ信号が供給され、当該ソースＲＦ信号によってチャンバ１０内で処理ガスからプラズマが生成される。また第２のＲＦ生成部３１ｂにより、基板支持部１１にバイアス信号が供給される（図２の工程Ｓ４（プラズマ生成工程Ｓ４））。このプラズマ生成工程Ｓ４は、極低温の冷媒により基板支持部１１が温度制御された状態で行われる。これにより、一実施形態において、図３Ｂに示すように基板Ｗの炭素含有膜１３１がエッチングされ、凹部１３３が形成される。凹部１３３は、炭素含有膜の加工形状の一例である。このときのソースＲＦ信号は、２ｋＷ以上の電力を有する高ソースＲＦ信号であり、バイアス信号は、２ｋＷ以上の電力を有する高バイアスＲＦ信号である。なお、ソースＲＦ信号は、４ｋＷ以上の電力を有してよい。ソースＲＦ信号は、３０ｋＷ以下の電力を有してよい。バイアス信号は、４ｋＷ以上の電力を有してよい。バイアス信号は、３０ｋＷ以下の電力を有してよい。

一実施形態において、基板支持部１１に供給されるバイアス信号は、第２のＲＦ生成部３１ｂにより供給されるバイアスＲＦ信号に代えて、バイアスＤＣ生成部３２ａにより供給される電圧パルスを含むバイアスＤＣ信号であってもよい。かかる場合のバイアスＤＣ信号は、２ｋＶ（実効値）以上の電圧パルスを含んでよい。バイアスＤＣ信号は、３ｋＶ以上の電圧パルスを含んでよい。バイアスＤＣ信号は、２０ｋＶ以下の電圧パルスを含んでよい。

所定時間経過後、ソースＲＦ信号とバイアス信号の供給、処理ガスの供給等が停止され、炭素含有膜１３１に対するエッチングが終了する。その後、基板Ｗがリフターにより持ち上げられ、搬送アームに受け渡され、チャンバ１０から搬出される。これにより、本プラズマ処理方法が終了する。

本例示的実施形態によれば、本プラズマ処理方法が、プラズマエッチング時の基板Ｗ又は基板支持部１１が－７０℃以上１００℃以下の目標温度となるように設定された冷媒により基板支持部１１の温度を制御しながら、アンテナ１４に、２ｋＷ以上の高ソースＲＦ信号を供給し、基板支持部１１に、２ｋＷ以上の電力を有する高バイアスＲＦ信号、或いは２ｋＶ以上の電圧パルスを含む高バイアスＤＣ信号を供給している。そして、処理ガスからプラズマを生成し、炭素含有膜１３１をエッチングしている。これにより、エッチングの加工形状が向上しつつ、高いエッチングレートが実現される。本プラズマ処理方法は、高アスペクト比の深穴加工でよい。

＜実施例＞
上述のプラズマ処理装置を用いて、下記２つエッチング条件Ａ、Ｂでエッチング処理を実施した。条件Ａ、Ｂのプラズマエッチング時の基板又は基板支持部は、同じ目標温度になるよう冷媒温度によって制御した。エッチング対象膜は、表面にシリコン含有マスクＭ１を有する炭素含有膜Ｍ２である。

条件Ａ：
ソースＲＦ信号：２０００Ｗ
バイアス信号：１８５０Ｗ
冷媒温度：０℃
処理時間：４min

条件Ｂ：
ソースＲＦ信号：４５００Ｗ
バイアス信号：４０００Ｗ
冷媒温度：－６０℃
処理時間：４min
条件Ｂは、本プラズマ処理方法の条件を満たすものである。

図４は、条件Ａ、Ｂでエッチングされたエッチング対象膜を描写した図である。図４の上部に、エッチング対象膜の上部の拡大図を示し、図４の下部に、エッチング対象膜の全体図を示す。条件Ｂのエッチングでは、条件Ａのエッチングよりも、凹部Ｑのエッチング深さＣが深く、凹部Ｑの穴幅Ｄが狭かった。条件Ａでは、エッチングレートが２９３nm/minであり、ボーイング部分の穴幅Ｄが９５ｎｍであった。条件Ｂでは、エッチングレートが６０７nm/minであり、穴幅Ｄが７４ｎｍであった。条件Ｂでは、凹部Ｑの垂直形状が向上し、高いエッチングレートが得られることが確認できる。

＜本プラズマ処理方法の他の例示的実施形態＞
図５は、本例示的実施形態の本プラズマ処理方法が行われるプラズマ処理装置１の構成の一例を概略的に示す図である。

一実施形態として、プラズマ処理装置１は、温度センサ１５０をさらに有する。一実施形態において、温度センサ１５０は、光干渉温度計であり、誘電体窓５０の上方に配置される。温度センサ１５０は、基板支持部１１上の基板Ｗに光を照射し、その反射光を受光することで、基板Ｗの温度を非接触で測定することができる。温度センサ１５０の測定結果は、制御部２に出力され、制御部２は、アンテナ１４に供給されるソースＲＦ信号、基板支持部１１に供給されるバイアス信号、基板支持部１１に供給される冷媒の設定温度を制御して、基板Ｗの温度を調整することができる。なお、プラズマ処理装置１の他の構成は、上述のとおりである。

一実施形態の本プラズマ処理方法において、プラズマ生成工程Ｓ４中に、温度センサ１５０により基板支持部１１上の基板Ｗの温度が測定される。そして、その温度の測定結果に基づいて、ソースＲＦ信号、バイアス信号、冷媒の設定温度の中の少なくとも一つが制御される。これにより、基板支持部１１上の基板Ｗの温度が調整される。一実施形態において、温度センサ１５０により測定された基板Ｗの温度が例えば目標温度よりも低い場合には、ソースＲＦ信号やバイアス信号が上げられ、冷媒の設定温度が上げられる。また、温度センサ１５０により測定された基板Ｗの温度が目標温度よりも高い場合には、ソースＲＦ信号やバイアス信号が下げられ、冷媒の設定温度が下げられる。なお、基板Ｗの目標温度は、基板Ｗの温度と、エッチングの加工形状及びエッチングレート等の相関を予め求めておき、当該相関から算出されてよいし、解析ソフトにより計算されてもよいし、ユーザが任意に定めてもよい。また、温度センサ１５０による基板Ｗの温度の測定は、プラズマ生成工程Ｓ４において継続的に行われてもよいし、断続的に行われてもよいし、１以上の所定回数行われてもよい。本プラズマ処理方法の他の工程は、上述のとおりである。

本例示的実施態様によれば、プラズマ生成工程Ｓ４中の基板Ｗの温度が目標温度に近づけられる。すなわち、基板Ｗに対する高ソースＲＦ信号や高バイアス信号による入熱と、極低温の冷媒による抜熱とのバランスが適切になる。この結果、エッチングの加工形状がさらに向上し、さらに高いエッチングレートが得られる。

なお、本例示的実施態様において、温度センサ１５０により基板支持部１１の温度が測定されてよい。この場合、基板支持部１１の温度の測定結果に基づいて、ソースＲＦ信号、バイアス信号、冷媒の設定温度の中の少なくとも一つが制御される。これにより、基板支持部１１上の基板Ｗ、或いは基板支持部１１の温度が調整される。さらに、基板Ｗと基板支持部１１の両方の温度が測定され、その測定温度に基づいて基板Ｗ又は基板支持部１１の温度が調整されてよい。

＜本プラズマ処理方法の他の例示的実施形態＞
高アスペクト比の深穴加工において、穴が十分な垂直形状を有しつつ、真円に近いボトム形状を有することは好ましい。そこで、本例示的実施形態の本プラズマ処理方法では、プラズマ生成工程Ｓ４において基板Ｗ又は基板支持部１１の少なくともいずれかの温度を調整する。なお、この基板Ｗや基板支持部１１の温度は、基板Ｗに対し出入りする熱量（入熱と抜熱を合算した熱量）に異存する。

図６は、本例示的実施形態のプラズマ生成工程の一例を示すフローチャートである。一実施形態において、プラズマ生成工程Ｓ４は、基板Ｗの温度を第１の温度（低）に調整する工程Ｓ４－１と、基板Ｗの温度を第１の温度よりも高い第２の温度（高）に調整する工程Ｓ４－２を有する。一実施形態において、第１の温度（低）は、４０℃以下であり、第２の温度（高）は、４０℃以上である。この基板Ｗの温度の調整は、基板Ｗの温度が実際に第１の温度や第２の温度に調整される場合だけでなく、基板Ｗの温度が第１の温度や第２の温度に近づくように調整される場合も含む。一実施形態において、基板Ｗの温度の代わりに基板支持部１１の温度を調整してよく、基板Ｗの温度と基板支持部１１の温度の両方を調整してもよい。なお、本例示的実施形態のプラズマ生成工程Ｓ４においても、プラズマエッチング時の基板Ｗ又は基板支持部１１の温度が－７０℃以上１００℃以下になるよう設定された冷媒により基板支持部１１の温度を制御しながら、アンテナ１４に、２ｋＷ以上の高ソースＲＦ信号を供給し、基板支持部１１に、２ｋＷ以上の高バイアスＲＦ信号、或いは２ｋＶ以上の電圧パルスの高バイアスＤＣ信号を供給する。

一実施形態として、工程Ｓ４－１と工程Ｓ４－２はこの順番で行われる。一実施形態として、工程Ｓ４－１と工程Ｓ４－２は、所定回数交互に繰り返される。所定回数は、１回又は複数回であってもよい。一実施形態において、工程Ｓ４－１と工程Ｓ４－２はこの逆の順番、すなわち工程Ｓ４－２が先に行われ、次に工程Ｓ４－１が行われてもよい。そして工程Ｓ４－１と工程Ｓ４－２がこの順番で所定回数交互に繰り返されてもよい。

一実施形態として、工程Ｓ４－１と工程Ｓ４－２（基板Ｗ又は基板支持部１１の温度の調整）は、次の制御１～５により行われる。

工程Ｓ４－１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、工程Ｓ４－２において、基板支持部１１に第１の出力よりも大きい第２の出力のバイアス信号が供給される（制御１）。一実施形態において、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により行われる。

工程Ｓ４－１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が供給され、工程Ｓ４－２において、基板支持部１１に第１のデューティ比よりも大きい第２のデューティ比のバイアス信号が供給される（制御２）。第２のデューティ比は、第１のデューティ比よりもバイアス信号（バイアス電力）が高くなるものである。バイアス信号のパルス波の周期は、パルスのレベルが高い期間とパルスのレベルが低い期間を有する。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、レベルが高い期間が占める割合である。一実施形態において、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により行われる。

工程Ｓ４－１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、工程Ｓ４－２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る（制御３）。一実施形態において、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により行われる。

一実施形態のプラズマ生成工程Ｓ４において、伝熱ガス供給部１００により基板Ｗと基板支持部１１との間に伝熱ガスが供給される。工程Ｓ４－１において、基板Ｗと基板支持部１１との間に第１の圧力の伝熱ガスが供給され、工程Ｓ４－２において、基板Ｗと基板支持部１１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る（制御４）。一実施形態において、伝熱ガスの供給圧力の調整は、伝熱ガス供給部１００により行われる。

工程Ｓ４－１において、基板支持部１１の温度を制御する冷媒の温度が第１の温度に設定され、工程Ｓ４－２において、冷媒の温度が第１の温度よりも高い第２の温度に設定される（制御５）。一実施形態において、冷媒の設定温度の調整は、温度調整部８０により行われる。

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。

図７は、基板の温度とエッチング形状との関係を説明する図である。プラズマ生成工程が、基板の設定温度が一定の高い温度（Ｈ）（基板に対する出入り熱量（大））で行われた場合には、エッチングの凹部Ｑのボトム形状ＢＴが真円に近づく傾向にあるが、一部の穴幅Ｄが広がって凹部Ｑの垂直形状が低下する傾向がある。一方、プラズマ生成工程が、基板の設定温度が一定の低い温度（Ｌ）（基板に対する出入り熱量（小））で行われた場合には、穴幅Ｄの広がりが小さくなり穴の垂直形状が向上する傾向にあるが、凹部Ｑのボトム形状ＢＴが真円から遠のく傾向がある。本プラズマ処理方法のように、第１の温度（Ｈ）と第２の温度（Ｌ）を組み合わせたプラズマ生成工程Ｓ４を行うことで、エッチングの凹部Ｑを十分な垂直形状を有しつつ、真円に近いボトム形状ＢＴを有するものにすることができる。

本例示的実施形態において、工程Ｓ４－１と工程Ｓ４－２が、繰り返されず、１回ずつ行われてもよい。１回の工程Ｓ４－１と１回の工程Ｓ４－２が１セットと定義され、当該１セットが１回、或いは複数回行われ、その後、最後に１回の工程Ｓ４－１が行われてもよい。一実施形態において、工程Ｓ４－１と工程Ｓ４－２がこの順番で交互に行われ、最後に工程Ｓ４－１が行われてもよい。

本プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置は、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、当業者の通常の創作能力の範囲内で、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態に追加することができる。また、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態の対応する構成要素と置換することができる。

１……プラズマ処理装置、２……制御部、１０……チャンバ、１１……基板支持部、１３……ガス導入部、１４……アンテナ、３１ａ……第１のＲＦ生成部、３１ｂ……第２のＲＦ生成部、３２ａ……バイアスＤＣ生成部、８０……温度調整部、１３１……炭素含有膜、１３２……シリコン含有マスク、Ｗ…基板

Claims (12)

1. チャンバを有する誘導結合型の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）炭素含有膜と、前記炭素含有膜に形成されたシリコン含有マスク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）冷媒を前記基板支持部に供給して前記基板支持部の温度を制御する工程と、
   （ｃ）前記チャンバ内に処理ガスを供給する工程と、
   （ｄ）前記（ｂ）の工程が行われている状態で、ソースＲＦ信号によって前記チャンバ内で前記処理ガスからプラズマを生成するとともに、前記基板支持部にバイアス信号を供給して、前記炭素含有膜をエッチングする工程と、を有し、
   前記（ｄ）の工程において、前記（ｂ）の工程における前記冷媒は、プラズマエッチング時の基板又は基板支持部が－７０℃以上１００℃以下の目標温度になるように設定され、
   前記（ｄ）の工程における前記ソースＲＦ信号は、２ｋＷ以上の電力を有するＲＦ信号であり、
   前記（ｄ）の工程における前記バイアス信号は、２ｋＷ以上の電力を有するバイアスＲＦ信号、又は２ｋＶ以上の電圧パルスを含むバイアスＤＣ信号である、
   プラズマ処理方法。
2. （ｅ）温度センサにより前記基板又は前記基板支持部の少なくともいずれかの温度を測定する工程と、
   （ｆ）前記（ｅ）で測定された温度に基づいて、前記（ｄ）における前記ソースＲＦ信号、前記（ｄ）における前記バイアス信号、前記（ｂ）における前記冷媒の設定温度の中の少なくとも一つを制御して、前記基板又は前記基板支持部の少なくともいずれかの温度を調整する工程と、をさらに有する、
   請求項１に記載のプラズマ処理方法。
3. 前記（ｄ）は、
   （ｄ１）前記基板又は前記基板支持部の少なくともいずれかの温度を第１の温度に調整する工程と、
   （ｄ２）前記基板又は前記基板支持部の少なくともいずれかの温度を前記第１の温度よりも高い第２の温度に調整する工程と、を有する、
   請求項１または２に記載のプラズマ処理方法。
4. 前記（ｄ１）と前記（ｄ２）は、この順番で行われる、
   請求項３に記載のプラズマ処理方法。
5. 前記（ｄ）は、
   前記（ｄ１）と前記（ｄ２）を交互に繰り返す工程を、さらに有する、
   請求項３または４に記載のプラズマ処理方法。
6. 前記（ｄ１）及び前記（ｄ２）は、以下の（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）、（ｊ）、（ｋ）の中の少なくとも１つの工程を有する、
   （ｇ）前記（ｄ１）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（ｄ２）において、前記基板支持部に前記第１の出力よりも大きい第２の出力のバイアス信号を供給する工程、
   （ｈ）前記（ｄ１）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を供給し、前記（ｄ２）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大きい第２のデューティ比のバイアス信号を供給する工程、
   （ｉ）前記（ｄ１）において、前記基板支持部に第１の周波数のバイアス信号を供給し、前記（ｄ２）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信号を供給する工程、
   （ｊ）前記（ｄ１）において、前記基板と前記基板支持部の間に第１の圧力の伝熱ガスを供給し、前記（ｄ２）において、前記基板と前記基板支持部の間に前記第１の圧力も低い第２の圧力の伝熱ガスを供給する工程、
   （ｋ）前記（ｄ１）において、前記冷媒の温度を第１の温度に設定し、前記（ｄ２）において、前記冷媒の温度を前記第１の温度よりも高い第２の温度に設定する工程、
   請求項３から５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
7. 前記処理ガスは、酸素含有ガスと硫黄含有ガスを含む、
   請求項１から６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
8. 前記ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ以上の周波数を有する、
   請求項１から７のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
9. 前記バイアスＲＦ信号は、１３ＭＨｚ以下の周波数を有する、
   請求項１から８のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
10. 前記炭素含有膜は、アモルファスカーボン膜を含む、
    請求項１から９のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
11. 前記シリコン含有マスクは、酸化窒化シリコン膜を含む、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
12. チャンバを有する誘導結合型のプラズマ処理装置であって、
    前記チャンバ内に設けられ、炭素含有膜と、前記炭素含有膜に形成されたシリコン含有マスクとを有する基板を支持する基板支持部と、
    前記基板支持部に冷媒を供給して前記基板支持部の温度を調整する温度調整部と、
    前記チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    ソースＲＦ信号を生成するソースＲＦ信号生成部と、
    前記基板支持部にバイアス信号を供給するバイアス信号供給部と、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    （ａ）前記基板がチャンバ内の基板支持部上に提供された状態で、
    （ｂ）前記温度調整部により、冷媒を前記基板支持部に供給して前記基板支持部の温度を制御し、
    （ｃ）前記処理ガス供給部により、前記チャンバ内に処理ガスを供給し、
    （ｄ）前記（ｂ）が行われている状態で、前記ソースＲＦ信号生成部により生成されたソースＲＦ信号によって前記チャンバ内で前記処理ガスからプラズマを生成するとともに、前記バイアス信号供給部により、前記基板支持部にバイアス信号を供給して、前記炭素含有膜をエッチングし、
    前記（ｄ）において、前記（ｂ）における前記冷媒は、プラズマエッチング時の基板又は基板支持部が－７０℃以上１００℃以下の目標温度となるように設定され、
    前記（ｄ）の工程における前記ソースＲＦ信号は、２ｋＷ以上の電力を有するＲＦ信号であり、
    前記（ｄ）の工程における前記バイアス信号は、２ｋＷ以上の電力を有するバイアスＲＦ信号、又は２ｋＶ以上の電圧パルスを含むバイアスＤＣ信号である、
    制御を実行する、
    プラズマ処理装置。

Images