JP2023121650A - 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】エッチングにおいてネッキングを抑制するプラズマ処理方法及びシステムを提供する。【解決手段】方法は、エッチング膜が露出した第１の領域及びマスク膜が露出した第２の領域を備える基板を提供しＳＴ１、炭素含有ガスを含む処理ガスをチャンバ内に供給して、処理ガスからプラズマを生成し、エッチング膜をエッチングするとともに、マスク膜上に保護膜を形成しＳＴ２、処理ガスをチャンバ内に供給して処理ガスからプラズマを生成し、エッチング膜をさらにエッチングするとともに、保護膜の少なくとも一部を除去するＳＴ３。ＳＴ２は、第１の期間及び第２の期間を含み、第１の期間における炭素含有ガスの流量が、第２の期間における炭素含有ガスの流量より多い。ＳＴ３は、第３の期間及び第４の期間を含み、第３の期間における炭素含有ガスの流量が、第２の期間における炭素含有ガスの流量及び第４の期間における炭素含有ガスの流量より少ない。【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、マスク膜に対する選択比を向上する技術が開示されている。
国際公開第２０１４／０４６０８３号
本開示は、エッチングにおいてネッキ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、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。プラズマ処理方法は、（ａ）エッチング膜及びマスク膜を有する基板を前記チャンバ内に提供する工程であって、前記基板は、前記エッチング膜が露出した第１の領域と、前記マスク膜が露出した第２の領域とを備える、工程と、（ｂ）炭素含有ガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給して、前記処理ガスからプラズマを生成し、前記エッチング膜をエッチングするとともに、前記マスク膜上に保護膜を形成する工程と、（ｃ）前記処理ガスを前記チャンバ内に供給して前記処理ガスからプラズマを生成し、前記エッチング膜をさらにエッチングするとともに、前記保護膜の少なくとも一部を除去する工程と、を備え、前記（ｂ）の工程は、第１の期間及び第２の期間を含み、前記第１の期間における前記炭素含有ガスの流量が、前記第２の期間における前記炭素含有ガスの流量より多く、前記（ｃ）の工程は、第３の期間及び第４の期間を含み、前記第３の期間における前記炭素含有ガスの流量が、前記第２の期間における前記炭素含有ガスの流量及び前記第４の期間における前記炭素含有ガスの流量より少ない。
本開示の一つの例示的実施形態によれば、エッチングにおいてネッキングを抑制する技術を提供することができる。
例示的なプラズマ処理装置システムを概略的に示す図である。 本処理方法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の第１の期間の処理後の基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。 工程ＳＴ２の第２の期間の処理後の基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。 工程ＳＴ３の第３の期間の処理後の基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。 工程ＳＴ３の第４の期間の処理後の基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。 工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３における炭素含有ガスの流量の一例を示すタイミングチャートである。 工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３における酸素含有ガスの流量の一例を示すタイミングチャートである。 工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３におけるバイアス電圧の一例を示すタイミングチャートである。 工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３における炭素含有ガスの流量の他の一例を示すタイミングチャートである。 工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３における酸素含有ガスの流量の他の一例を示すタイミングチャートである。 工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３におけるバイアス電圧の他の一例を示すタイミングチャートである。 本処理方法の他の例における基板Ｗの断面構造の一例を模式的に示す図である。
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が提供される。プラズマ処理方法は、（ａ）エッチング膜及びマスク膜を有する基板をチャンバ内に提供する工程であって、基板は、エッチング膜が露出した第１の領域と、マスク膜が露出した第２の領域とを備える、工程と、（ｂ）炭素含有ガスを含む処理ガスをチャンバ内に供給して、処理ガスからプラズマを生成し、エッチング膜をエッチングするとともに、マスク膜上に保護膜を形成する工程と、（ｃ）処理ガスをチャンバ内に供給して処理ガスからプラズマを生成し、エッチング膜をさらにエッチングするとともに、保護膜の少なくとも一部を除去する工程と、を備え、（ｂ）の工程は、第１の期間及び第２の期間を含み、第１の期間における炭素含有ガスの流量が、第２の期間における炭素含有ガスの流量より多く、（ｃ）の工程は、第３の期間及び第４の期間を含み、第３の期間における炭素含有ガスの流量が、第２の期間における炭素含有ガスの流量及び第４の期間における炭素含有ガスの流量より少ない。
一つの例示的実施形態において、マスク膜は、エッチング膜上に設けられており、マスク膜は、第２の領域においてエッチング膜を覆う上面と、第１の領域においてエッチング膜が露出する開口を規定する側面とを有し、（ｂ）の工程は、エッチング膜をエッチングして、第１の領域においてエッチング膜に凹部を形成するとともに、マスク膜の上面及び側面並びに凹部に保護膜を形成することを含み、（ｃ）の工程は、保護膜の少なくとも一部を除去することを含む。
一つの例示的実施形態において、第４の期間における炭素含有ガスの流量が第２の期間における炭素含有ガスの流量より少ない。
一つの例示的実施形態において、第１の期間から第４の期間のうちの一の期間から他の期間に移行するときに、炭素含有ガスの流量は、連続的又は段階的に変化する。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、チャンバ内に基板支持部をさらに有し、（ａ）は、基板を基板支持部上に提供することを含み、（ｂ）及び（ｃ）は、基板支持部にバイアス信号を供給することを含む。
一つの例示的実施形態において、（ｂ）及び（ｃ）において、バイアス信号の電力の実効値は一定である。
一つの例示的実施形態において、（ｂ）において、第１の期間におけるバイアス信号の電力の実効値が、第２の期間におけるバイアス信号の電力の実効値より大きい。
一つの例示的実施形態において、（ｃ）において、第３の期間におけるバイアス信号の電力の実効値が、第４の期間におけるバイアス信号の電力の実効値より小さい。
一つの例示的実施形態において、第１の期間から第４の期間のうちの一の期間から他の期間に移行するときに、バイアス信号の電力の実効値は、連続的又は段階的に変化する。
一つの例示的実施形態において、（ｂ）は、ソースＲＦ信号をチャンバに供給してプラズマを生成することを含み、第１の期間におけるソースＲＦ信号の電力の実効値が、第２の期間におけるソースＲＦ信号の電力の実効値より小さい。
一つの例示的実施形態において、（ｃ）は、ソースＲＦ信号をチャンバに供給してプラズマを生成することを含み、第３の期間におけるソースＲＦ信号の電力の実効値が、第４の期間におけるソースＲＦ信号の電力の実効値より大きい。
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、酸素含有ガスを含み、（ｂ）において、第１の期間における酸素含有ガスの流量が、第２の期間における酸素含有ガスの流量より多い。
一つの例示的実施形態において、（ｃ）において、第３の期間における酸素含有ガスの流量が、第４の期間における酸素含有ガスの流量より少ない。
一つの例示的実施形態において、基板は、下地膜をさらに備え、エッチング膜は、第１の領域に設けられ、マスク膜は、エッチング膜がエッチングされる方向と垂直な方向において、エッチング膜と互いに隣接するように第２の領域に設けられる。
一つの例示的実施形態において、エッチング膜は、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜である。
一つの例示的実施形態において、マスク膜は、ホウ素含有シリコン膜、炭素含有膜、窒素含有膜及びタングステンシリコン膜のうち、少なくとも１種を含む。
一つの例示的実施形態において、炭素含有ガスは、ＣａＦｂ（ａ及びｂは１以上の整数）ガス又はＣｃＨｄＦｅ（ｃ、ｄ及びｅは１以上の整数）ガスである。
一つの例示的実施形態において、（ｂ）及び（ｃ）の工程を複数回繰り返す。
一つの例示的実施形態において、第１の期間から第４の期間の少なくとも一部において、マスク膜の側面に形成された保護膜の頂部は、エッチング膜のエッチングが進むにつれて、エッチング膜がエッチングされる方向に推移する。
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が提供される。プラズマ処理方法は、（ａ）エッチング膜が露出した部分を含む第１の領域と、マスク膜が露出した第２の領域を備える基板をチャンバ内に提供する工程と、（ｂ）チャンバ内に第１の流量の炭素含有ガスを含む処理ガスを供給してプラズマを生成し、エッチング膜をエッチングするとともに、マスク膜上に保護膜を形成する第１の工程と、（ｃ）第１の流量より多い第２の流量の炭素含有ガスを含む処理ガスをチャンバ内に供給してプラズマを生成し、エッチング膜をさらにエッチングするとともに、マスク膜上に保護膜を形成する第２の工程と、（ｄ）第３の流量の炭素含有ガスを含む処理ガスをチャンバ内に供給してプラズマを生成し、エッチング膜をさらにエッチングするとともに、マスク膜上の保護膜を除去する第３の工程と、（ｅ）第２の流量よりも少なく、かつ、第３の流量より多い第４の流量の炭素含有ガスをチャンバ内に供給してプラズマを生成し、エッチング膜をさらにエッチングするとともに、マスク膜上の保護膜をさらに除去する第４の工程と、を備える。
一つの例示的実施形態において、チャンバ、処理ガス供給部、プラズマ生成部及び制御部を有するプラズマ処理システムが提供される。プラズマ処理システムにおいて、制御部は、（ａ）エッチング膜及びマスク膜を有する基板をチャンバ内に提供し、（ｂ）処理ガス供給部が、炭素含有ガスを含む処理ガスをチャンバ内に供給し、プラズマ生成部が、処理ガスからプラズマを生成して、エッチング膜をエッチングするとともに、マスク膜上に保護膜を形成し、（ｃ）処理ガス供給部が、処理ガスをチャンバ内に供給し、プラズマ生成部が処理ガスからプラズマを生成して、エッチング膜をさらにエッチングするとともに、保護膜の少なくとも一部を除去する、制御を実行し、基板は、エッチング膜が露出した第１の領域と、マスク膜が露出した第２の領域とを備え、（ｂ）の工程は、第１の期間及び第２の期間を含み、第１の期間における炭素含有ガスの流量が、第２の期間における炭素含有ガスの流量より多く、（ｃ）の工程は、第３の期間及び第４の期間を含み、第３の期間における炭素含有ガスの流量が、第２の期間における炭素含有ガスの流量及び第４の期間における炭素含有ガスの流量より少ない。
＜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の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、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、後述するＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源３１及び／又はＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）電源３２に結合される少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよい。この場合、少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極が下部電極として機能する。後述するバイアスＲＦ信号及び／又はＤＣ信号が少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極に供給される場合、ＲＦ／ＤＣ電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、基台１１１０の導電性部材と少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極とが複数の下部電極として機能してもよい。また、静電電極１１１１ｂが下部電極として機能してもよい。従って、基板支持部１１は、少なくとも１つの下部電極を含む。
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との間の間隙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、少なくとも１つの上部電極を含む。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、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（バイアス信号）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（バイアス電力）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、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、処理部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。制御部２は、例えばコンピュータ２ａにより実現される。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。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）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。
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、第１のエッチング工程ＳＴ２と、第２のエッチング工程ＳＴ３とを有する。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が、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の中央領域１１１ａに提供される。そして、基板Ｗは、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、エッチング膜ＥＦ及びマスク膜ＭＦがこの順で積層されている。基板Ｗは、半導体デバイスの製造に用いられてよい。半導体デバイスは、例えば、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。
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。
エッチング膜ＥＦは、本処理方法においてエッチングの対象となる膜である。一例では、エッチング膜ＥＦは、シリコン含有膜である。一例では、シリコン含有膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等である。また、エッチング膜ＥＦは、２つ以上の層からなる多層膜であってよい。
マスク膜ＭＦは、エッチング膜ＥＦのエッチングにおいてマスクとして機能する膜である。一例では、マスク膜ＭＦは、炭素含有膜、シリコン含有膜でよい。シリコン含有膜としては、例えば、シリコン膜であってもよく、さらに金属又は非金属を含む膜であってもよい。金属としては、タングステンを含んでもよい。非金属としてはホウ素を含んでもよい。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。また、マスク膜ＭＦは、有機膜を含んでよい。一例では、有機膜はフォトレジスト膜である。
図３に示すとおり、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、領域ＲＥ１に設けられている。開口ＯＰは、エッチング膜ＥＦ上において、マスク膜ＭＦの側面ｓｓに囲まれた空間である。すなわち、図３において、エッチング膜ＥＦの上面の一部は、開口ＯＰにおいて露出した部分を有する。すなわち、エッチング膜ＥＦは、領域ＲＥ１において露出している。また、エッチング膜ＥＦは、領域ＲＥ２において、マスク膜ＭＦに覆われている。エッチング膜ＥＦの上面は、エッチング膜ＥＦがマスク膜ＭＦと接する面である。開口ＯＰは、基板Ｗの平面視（基板Ｗを図３の上から下へ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、円形状、楕円形状、矩形形状、線形状であってよい。また、当該形状は、これらの形状の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。一例では、複数の開口ＯＰは、それぞれ穴形状を有してよい。そして、穴形状を有する複数の開口ＯＰが一定の間隔で配列され、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てよい。そして、線形状を有する複数の開口ＯＰが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。
なお、図３における領域ＲＥ１は、第１の領域の一例である。また、領域ＲＥ２は、第２の領域の一例である。領域ＲＥ１は、基板Ｗの平面視において、エッチング膜ＥＦが露出した領域である。また、領域ＲＥ２は、基板Ｗの平面視において、マスク膜ＭＦが露出した領域である。すなわち、領域ＲＥ２は、基板Ｗの平面視において、マスク膜ＭＦがエッチング膜ＥＦを覆う領域である。
基板Ｗを構成する各膜（下地膜ＵＦ、エッチング膜ＥＦ、マスク膜ＭＦ）は、それぞれ、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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。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が下地膜ＵＦの下に他の膜をさらに有し、エッチング膜ＥＦ及び下地膜ＵＦの積層膜が多層マスクとして機能してもよい。すなわち、エッチング膜ＥＦ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もよい。
基板Ｗの各膜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の空間内で行われてよい。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で形成された後、基板Ｗがプラズマ処理空間１０ｓ内に搬入され、基板支持部１１の中央領域１１１ａに配置されることで基板が提供されてもよい。
（工程ＳＴ２：第１のエッチング）
工程ＳＴ２において、エッチング膜ＥＦをエッチングする。エッチング膜ＥＦは、プラズマ処理チャンバ１０に供給された処理ガスから生成されたプラズマによってエッチングされる。すなわち、まず、ガス供給部２０から処理ガスがプラズマ処理空間１０ｓ内に供給される。そして、基板支持部１１の下部電極にソースＲＦ信号が供給される。これにより、シャワーヘッド１３と基板支持部１１との間で高周波電界が生成され、プラズマ処理空間１０ｓ内の処理ガスからプラズマが生成される。また、基板支持部１１の下部電極（バイアス電極）にバイアスＲＦ信号（バイアス信号）が供給されて、プラズマと基板Ｗとの間にバイアス電位（バイアス電位）が発生する。バイアス電位によって、プラズマ中のイオン、ラジカル等の活性種が基板Ｗに引きよせられ、当該活性種によってエッチング膜ＥＦがエッチングされる。
本処理方法は、後述する図６Ａから図７Ｃに示すとおり、第１の期間から第４の期間を有する。工程ＳＴ２は、図６Ａから図７Ｃに示すとおり、第１の期間及び第２の期間を含む。第１の期間及び第２の期間の双方において、エッチング膜ＥＦがエッチングされる。また、第１の期間及び第２の期間のそれぞれにおいて、エッチング膜ＥＦは、異なるエッチング条件でエッチングされる。
図４Ａは、工程ＳＴ２における第１の期間の処理後の基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。工程ＳＴ２において、エッチング膜ＥＦのうち、開口ＯＰにおいて露出した部分が深さ方向（図４Ａ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、エッチング膜ＥＦの側壁により囲まれた空間である。また、当該側壁は、マスク膜ＭＦの側面ｓｓから連続している。またマスク膜の上面ｔｓ、マスク膜の側面ｓｓ及び凹部ＲＣの一部には、エッチングに伴って生成された保護膜ＰＦが形成される。保護膜ＰＦは、エッチング膜ＥＦのエッチングにおいてマスク膜ＭＦを保護し得る。保護膜ＰＦは、マスク膜の上面ｔｓに形成された保護膜ＰＦ１、及びマスク膜の側面ｓｓに形成された保護膜ＰＦ２を含む。また、保護膜ＰＦ２は、側面ｓｓから凹部ＲＣの少なくとも一部に亘って形成されてよい。保護膜ＰＦは、処理ガスに含まれる炭素含有ガスから生成された堆積物であってよい。また、保護膜ＰＦは、エッチング膜ＥＦのエッチングによる副生成物を含んだ堆積物であってよい。
処理ガスは、炭素含有ガスを含む。炭素含有ガスは、少なくとも保護膜ＰＦの堆積に寄与する。すなわち、プラズマによって炭素含有ガスから生成された生成物が堆積して、保護膜ＰＦが形成されてよい。処理ガス中の炭素含有ガスの流量が多くなると、後述する酸素含有ガスによる保護膜ＰＦの除去速度よりも、保護膜ＰＦの堆積速度の方が大きくなり得る。炭素含有ガスは、ＣａＦｂ（ａ及びｂは１以上の整数）ガス、又はＣｃＨｄＦｅ（ｃ、ｄ及びｅは１以上の整数）ガスで表される、例えば、ＣＦ４ガス、Ｃ２Ｆ６ガス、Ｃ２Ｆ４ガス、Ｃ３Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、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。
また、処理ガスは、エッチングガスを含む。エッチングガスは、主としてエッチング膜ＥＦのエッチングに寄与する。エッチングガスは、フッ素を含有する、例えば、ＨＦガス、ＮＦ３ガス及びＷＦ６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。また、炭素含有ガスは、エッチング膜ＥＦのエッチングに寄与してよい。すなわち、プラズマによって炭素含有ガスから生成された活性種によって、エッチング膜ＥＦがエッチングされてよい。一例として、当該活性種は、フッ素の活性種を含む。
また、処理ガスは酸素含有ガスを含む。酸素含有ガスは、エッチング中に堆積した保護膜ＰＦの除去に寄与し得る。処理ガス中の酸素含有ガスの流量が多くなると、保護膜ＰＦの堆積速度よりも、保護膜ＰＦの除去速度の方が大きくなり得る。なお、酸素含有ガスは、酸素を含むガスであり、例えば、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。また、処理ガスは、Ａｒ等の不活性ガスをさらに含んでよい。
図４Ｂは、工程ＳＴ２における第２の期間の処理後の基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。工程ＳＴ２における第１の期間の処理と同様に、プラズマ処理空間１０ｓにおいて、処理ガスからプラズマが生成され、エッチング膜ＥＦがエッチングされる。これにより、エッチング膜ＥＦがさらにエッチングされる。すなわち、図４Ｂにおけるエッチング膜ＥＦの凹部ＲＣは、図４Ａの凹部ＲＣより深い。
第１の期間及び第２の期間では、エッチング膜ＥＦのエッチングが進行するにつれて、保護膜ＰＦの形成が進行する。すなわち、第１の期間及び第２の期間では、保護膜ＰＦの形成及び保護膜ＰＦの除去の双方が発生し得る。そして、第１の期間及び第２の期間では、保護膜ＰＦの堆積速度が、保護膜ＰＦの除去速度を上回るように、炭素含有ガスの流量及び酸素含有ガスの流量が制御される。また、第２の期間における保護膜ＰＦの堆積速度は、第１の期間における保護膜ＰＦの堆積速度よりも小さい。一例では、第２の期間の炭素含有ガスの流量を、第１の期間の炭素含有ガスの流量より少なくして、第２の期間における保護膜ＰＦの堆積速度を、第１の期間における保護膜ＰＦの堆積速度より小さくする。また、第２の期間における保護膜ＰＦの除去速度は、第１の期間における保護膜ＰＦの除去速度よりも小さい。一例では、第２の期間の酸素含有ガスの流量を、第１の期間の酸素含有ガスの流量より少なくして、第２の期間における保護膜ＰＦの除去速度を、第１の期間における保護膜ＰＦの除去速度より小さくする。
（工程ＳＴ３：第２のエッチング）
工程ＳＴ３において、エッチング膜ＥＦをさらにエッチングする。エッチング膜ＥＦは、工程ＳＴ２と同様に、プラズマ処理チャンバ１０に供給された処理ガスから生成されたプラズマによってさらにエッチングされる。
図５Ａは、工程ＳＴ３における第３の期間の処理後の基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。工程ＳＴ３における処理と同様に、処理ガスは、炭素含有ガス、エッチングガス及び酸素含有ガスを含む。プラズマ処理空間１０ｓ内に供給された処理ガスからプラズマが生成し、エッチング膜ＥＦがエッチングされる。マスク膜ＭＦの上面ｔｓに形成された保護膜ＰＦ１並びにマスク膜の側面ｓｓ及び凹部ＲＣにおけるエッチング膜ＥＦの側壁の一部に形成された保護膜ＰＦ２は、エッチング膜ＥＦのエッチングに伴い、除去されていく。なお、図５Ａにおけるエッチング膜ＥＦの凹部ＲＣは、図４Ｂの凹部ＲＣより深い。
図５Ｂは、工程ＳＴ３における第４の期間の処理中の基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。工程ＳＴ３における処理と同様に、処理ガスは、炭素含有ガス、エッチングガス及び酸素含有ガスを含む。プラズマ処理空間１０ｓ内に供給された処理ガスからプラズマが生成し、エッチング膜ＥＦがエッチングされる。マスク膜ＭＦの上面ｔｓに形成された保護膜ＰＦ１並びにマスク膜の側面ｓｓ及び凹部ＲＣにおけるエッチング膜ＥＦの側壁の一部に形成された保護膜ＰＦ２は、エッチング膜ＥＦのエッチングに伴い、除去される。第４の期間において、保護膜ＰＦは、その一部又は全部が除去され得る。また、図５Ｂにおけるエッチング膜ＥＦの凹部ＲＣは、図５Ａの凹部ＲＣより深い。なお、凹部ＲＣは下地膜ＵＦに到達する深さでもよい。
第３及び第４の期間では、エッチング膜ＥＦのエッチングが進行するにつれて、保護膜ＰＦの除去が進行する。すなわち、第３の期間及び第４の期間では、保護膜ＰＦの形成及び保護膜ＰＦの除去の双方が発生し得る。そして、第３の期間及び第４の期間では、保護膜ＰＦの除去速度が、保護膜ＰＦの堆積速度を上回るように、炭素含有ガスの流量及び酸素含有ガスの流量が制御される。また、第４の期間における保護膜ＰＦの除去速度は、第３の期間における保護膜ＰＦの除去速度よりも大きい。一例では、第４の期間の酸素含有ガスの流量を、第３の期間の酸素含有ガスの流量より多くして、第４の期間においてネッキングのコントロールを行う。また、第４の期間における保護膜ＰＦの堆積速度は、第３の期間における保護膜ＰＦの堆積速度よりも大きい。一例では、第４の期間の炭素含有ガスの流量を、第３の期間の炭素含有ガスの流量より多くして、第４の期間における保護膜ＰＦの堆積速度を、第３の期間における保護膜ＰＦの堆積速度より大きくする。
工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３は、繰り返し実行されてよい。工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を繰り返す回数は、任意に設定されてよい。例えば、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を１サイクルとして、サイクル数が予め設定された繰り返し回数に達したか否かを判定し、当該回数に達するまで工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を繰り返してよい。なお、繰り返し回数は、エッチング膜ＥＦの膜厚（すなわち、形成される凹部ＲＣの深さ）に基いて設定されてよい。また、最初のサイクルは、第１の期間以外の期間から開始されてよい。
図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、それぞれ、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３において供給される炭素含有ガスの流量、酸素含有ガスの流量及びバイアス電圧の一例を示すタイミングチャートである。図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃにおいて、横軸は時間を示す。また、縦軸は、それぞれ、炭素含有ガスの流量、酸素含有ガスの流量及びバイアス電圧を示す。
図６Ａに示すとおり、本例において、第１の期間及び第２の期間における炭素含有ガスの流量は、第３の期間及び第４の期間における炭素含有ガスの流量より多い。また、第１の期間における炭素含有ガスの流量は、第２の期間における炭素含有ガスの流量より多い。また、第３の期間における炭素含有ガスの流量は、第４の期間における炭素含有ガスの流量より少ない。また、第４の期間における炭素含有ガスの流量は、第２の期間における炭素含有ガスの流量より少ない。このように、本処理方法では、第２の期間における炭素含有ガスの流量が、第１の期間における炭素含有ガスの流量よりも少ないので、第２の期間おいて保護膜ＰＦの堆積を抑制できる。これにより、開口ＯＰにおける保護膜ＰＦのネッキングを制御して、開口ＯＰに斜めに入射するイオンを抑制又は分散できる。また、第４の期間における炭素含有ガスの流量が、第３の期間における炭素含有ガスの流量よりも多い。これにより、特にエッチング膜ＥＦをエッチングする元素が炭素含有ガスに含まれている場合、第４の期間においてネッキングが低減した状態でエッチング膜ＥＦに当該元素のイオンを多く供給できるので、エッチング膜ＥＦのエッチングレートを向上させることができる。
また、図６Ｂに示すとおり、本例では、第１の期間における酸素含有ガスの流量は、第２の期間における酸素含有ガスの流量より多い。第３の期間及び第４の期間における酸素含有ガスの流量は、第１の期間及び第２の期間における酸素含有ガスの流量より多い。また、第３の期間における酸素含有ガスの流量は、第２の期間における酸素含有ガスの流量より多い。また、第４の期間における酸素含有ガスの流量は、第３の期間における酸素含有ガスの流量より多い。また、第３の期間における酸素含有ガスの流量は第１の期間における酸素含有ガスの流量より多い。このように、本処理方法では、酸素含有ガスの流量を各期間において制御することにより、保護膜ＰＦの堆積及び除去を制御できる。これにより、開口ＯＰにおける保護膜ＰＦのネッキングを制御することができる。
また、図６Ｃに示すとおり、本例では、第１の期間から第４の期間において、バイアス電圧は一定である。なお、本例では、基板支持部１１に、バイアス信号の一例としてバイアスＤＣ信号が供給される。図６Ｃに示すバイアス電圧は、負極性を有する。図６Ｃに示すバイアス電圧は、バイアス電力の一例である。また、バイアス電圧の絶対値は、バイアス信号の電力の実効値の一例である。バイアス信号は、バイアスＲＦ信号であってよい。この場合、バイアスＲＦ信号の電力の実効値が、バイアス信号の電力の実効値の一例である。バイアス電圧を一定として、炭素含有ガスの流量及び酸素含有ガスの流量をそれぞれ段階的に増減させることで、保護膜ＰＦによりマスク膜ＭＦを保護しつつ、エッチング膜ＥＦのエッチングを行うことができる。これにより、マスク膜ＭＦに対する選択比を向上させることができる。
図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃは、それぞれ、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３における炭素含有ガス流量、酸素含有ガスの流量及びバイアス電圧の他の一例を示すタイミングチャートである。図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃにおいて、横軸は時間を示す。また、縦軸は、炭素含有ガスの流量、酸素含有ガスの流量及びバイアス電圧の絶対値を示す。
図７Ａに示すとおり、本例において、第１の期間及び第２の期間における炭素含有ガスの流量は、第３の期間及び第４の期間における炭素含有ガスの流量より多い。また、第１の期間における炭素含有ガスの流量は、第２の期間における炭素含有ガスの流量より多い。また、第３の期間における炭素含有ガスの流量は、第４の期間における炭素含有ガスの流量より少ない。また、第４の期間における炭素含有ガスの流量は、第２の期間における炭素含有ガスの流量より少ない。
また、図７Ｂに示すとおり、本例では、第１の期間における酸素含有ガスの流量は、第２の期間における酸素含有ガスの流量より多い。第３の期間及び第４の期間における酸素含有ガスの流量は、第１の期間及び第２の期間における酸素含有ガスの流量より多い。また、第３の期間における酸素含有ガスの流量は、第２の期間における酸素含有ガスの流量より多い。また、第４の期間における酸素含有ガスの流量は、第３の期間における酸素含有ガスの流量より多い。また、第３の期間における酸素含有ガスの流量は第１の期間における酸素含有ガスの流量より多い。
図７Ｃに示すとおり、本例では、第１の期間から第４の期間において、バイアス電圧の絶対値は段階的に変化する。なお、本例では、基板支持部１１に、バイアス信号の一例としてバイアスＤＣ信号が供給される。図７Ｃに示すバイアス電圧は、負極性を有してよい。図７Ｃに示すバイアス電圧は、バイアス電力の一例である。また、バイアス電圧の絶対値は、バイアス信号の電力の実効値の一例である。バイアス信号は、バイアスＲＦ信号であってよい。この場合、バイアスＲＦ信号の電力の実効値が、バイアス信号の電力の実効値の一例である。本例において、第１の期間及び第２の期間におけるバイアス電圧の絶対値は、第３の期間及び第４の期間におけるバイアス電圧の絶対値より大きい。また、第１の期間におけるバイアス電圧の絶対値は、第２の期間におけるバイアス電圧の絶対値より大きい。また、第３の期間におけるバイアス電圧の絶対値は、第４の期間におけるバイアス電圧の絶対値より小さい。また、第４の期間におけるバイアス電圧の絶対値は、第１の期間におけるバイアス電圧の絶対値と同じ大きさである。なお、第４の期間におけるバイアス電圧の絶対値は、第１の期間におけるバイアス電圧の絶対値より、大きくてよく、また、小さくてもよい。バイアス電圧を炭素含有ガスの流量と同様に段階的に増減させることで、堆積物ＰＦのマスク膜ＭＦの保護効果を高めつつ、マスク膜ＭＦに対する選択比をより向上させることができる。また、本例では、第２の期間におけるバイアス電圧の絶対値を、第１の期間におけるバイアス電圧の絶対値よりも小さくすることにより、開口ＯＰにおける保護膜ＰＦのネッキングを制御することができる。保護膜ＰＦのネッキングの制御は、例えば、ネッキングの頂部をエッチング方向に推移させることや、ネッキングの厚さ又は幅を変化させることを含み得る。また、本例では、第４の期間におけるバイアス電圧の絶対値が、第３の期間におけるバイアス電圧の絶対値よりも大きい。これにより、第４の期間でネッキングが低減した状態において、イオンの持つエネルギーを上げて、エッチング膜ＥＦのエッチングレートを向上させることができる。また、第４の期間ではネッキングが低減した状態にあるため、バイアス電圧の絶対値を大きくしても、イオンが散乱されにくい。
なお、第１の期間から第４の期間において、ソースＲＦ信号の電力の実効値を制御してもよい。一例では、第１の期間におけるソースＲＦ信号の電力の実効値は、第２の期間におけるソースＲＦ信号の電力の実効値より高くてよい。また、第３の期間におけるソースＲＦ信号の電力の実効値は、第２の期間におけるソースＲＦ信号の電力の実効値より高くてよい。また、第４の期間におけるソースＲＦ信号の電力の実効値は、第３の期間におけるソースＲＦ信号の電力の実効値より高くてよい。また、第３の期間におけるソースＲＦ信号の電力の実効値は、第１の期間におけるソースＲＦ信号の電力の実効値より高くてよい。このように、本処理方法では、ソースＲＦ信号の電力の実効値を各期間において制御することにより、炭素含有ガスから生成されるイオンの量を制御して、保護膜ＰＦの堆積及び除去を制御できる。これにより、開口ＯＰにおける保護膜ＰＦのネッキングを制御することができる。
なお、各サイクルに含まれる期間の数及び期間の長さは、エッチング条件に応じて、適宜定められてよい。当該エッチング条件は、一例では、マスク膜ＭＦやエッチング膜ＥＦの種類、処理ガスに含まれるガスの種類、ソースＲＦ信号及びバイアス信号の電力の実効値等を含む。また、各期間におけるガスの流量、ソースＲＦ信号及びバイアス信号の電力の実効値、期間の長さ等は、エッチングの対象や目的に応じて、適宜定められてよい。
第１の期間から第４の期間において、一の期間から他の期間に移行するときに、炭素含有ガスの流量は一の期間における流量から他の期間における流量に、段階的に変化してもよい。また、第１の期間から第４の期間において、一の期間から他の期間に移行するときに、炭素含有ガスの流量は一の期間における流量から他の期間における流量に、連続的に変化してもよい。すなわち、炭素含有ガスの流量は、ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３及び／又はｔ４において、即時に変化してよく、また、段階的又は連続的に漸次に変化してもよい。
第１の期間から第４の期間において、一の期間から他の期間に移行するときに、酸素含有ガスの流量は一の期間における流量から他の期間における流量に、段階的に変化してもよい。また、第１の期間から第４の期間において、一の期間から他の期間に移行するときに、酸素含有ガスの流量は一の期間における流量から他の期間における流量に、連続的に変化してもよい。すなわち、酸素含有ガスの流量は、ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３及び／又はｔ４において、即時に変化してよく、また、段階的又は連続的に漸次に変化してもよい。
第１の期間から第４の期間において、一の期間から他の期間に移行するときに、バイアス電圧は一の期間における電圧から他の期間における電圧に、段階的に変化してもよい。また、第１の期間から第４の期間において、一の期間から他の期間に移行するときに、バイアス電圧は一の期間における電圧から他の期間における電圧に、連続的に変化してもよい。すなわち、バイアス電圧は、ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３及び／又はｔ４において、即時に変化してよく、また、段階的又は連続的に漸次に変化してもよい。
図８は、本処理方法の他の例における基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。本例における基板Ｗは、下地膜ＵＦ上に、シリコン窒化膜ＮＦとシリコン酸化膜ＯＦが、シリコン酸化膜ＯＦのエッチング方向（すなわち、図８における横方向）において互いに隣接して設けられている。シリコン窒化膜ＮＦは、マスク膜の一例である。また、シリコン酸化膜ＯＦは、エッチング膜の一例である。本例においても、図３から図７において説明した例と同様に、シリコン窒化膜ＮＦ上に保護膜ＰＦを形成しつつ、シリコン酸化膜ＯＦをエッチングすることができる。これにより、シリコン窒化膜ＮＦに対するシリコン酸化膜ＯＦの選択比を向上させることができる。なお、シリコン窒化膜ＮＦ上にさらに別のマスク膜が形成されていてもよい。
なお、図８における領域ＲＥ１は、第１の領域の一例である。また、領域ＲＥ２は、第２の領域の一例である。領域ＲＥ１は、基板Ｗの平面視において、下地膜ＵＦ上にシリコン酸化膜ＯＦが設けられた領域である。また、領域ＲＥ２は、基板Ｗの平面視において、下地膜ＵＦ上にシリコン窒化膜ＮＦが設けられた領域である。
本処理方法によれば、マスク膜ＭＦ及び保護膜ＰＦのネッキングの位置や形状を制御し得る。これにより、ネッキングを抑制しつつ、マスク膜ＭＦ及び保護膜ＰＦとエッチング膜ＥＦとのエッチング選択比を向上させることができる。例えば、本処理方法では、エッチング中にネッキングの頂部の位置を推移させて、開口ＯＰに斜めに入射したイオンが凹部ＲＣの側壁に衝突する位置が分散される。これにより、エッチング膜ＥＦに形成される凹部ＲＣのボウイングを抑制し得る。また、ネッキングが下方に推移すると共に、エッチング膜ＥＦのエッチングがより進行し得る。ネッキングが下方に推移すると共に、開口ＯＰの閉塞が解消されていき、プラズマ中のイオンが入射しやすくなることでエッチング膜ＥＦのエッチングレートが大きくなる。
さらに、本処理方法ではエッチング膜ＥＦに対する、選択比を向上させ得る。なお、選択比とは、マスク膜ＭＦのエッチングレートに対するエッチング膜ＥＦのエッチングレートの比である。特に、凹部ＲＣの深さが深いほど、選択比が高くなり得る。また、凹部ＲＣの垂直性も高くなり得る。
以上の各実施形態は、説明の目的で説明されており、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、誘導結合型の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、２０……ガス供給部、ＰＦ……保護膜、ＭＦ……マスク膜、ＥＦ……エッチング膜、ＵＦ…下地膜、Ｗ…基板、ＯＰ……開口、ＲＣ……凹部、ｔｓ……マスク膜の上面、ｓｓ……マスク膜の側面

Claims (20)

  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）エッチング膜及びマスク膜を有する基板を前記チャンバ内に提供する工程であって、前記基板は、前記エッチング膜が露出した第１の領域と、前記マスク膜が露出した第２の領域とを備える、工程と、
    （ｂ）炭素含有ガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給して、前記処理ガスからプラズマを生成し、前記エッチング膜をエッチングするとともに、前記マスク膜上に保護膜を形成する工程と、
    （ｃ）前記処理ガスを前記チャンバ内に供給して前記処理ガスからプラズマを生成し、前記エッチング膜をさらにエッチングするとともに、前記保護膜の少なくとも一部を除去する工程と、を備え、
    前記（ｂ）の工程は、第１の期間及び第２の期間を含み、前記第１の期間における前記炭素含有ガスの流量が、前記第２の期間における前記炭素含有ガスの流量より多く、
    前記（ｃ）の工程は、第３の期間及び第４の期間を含み、前記第３の期間における前記炭素含有ガスの流量が、前記第２の期間における前記炭素含有ガスの流量及び前記第４の期間における前記炭素含有ガスの流量より少ない、
    プラズマ処理方法。
  2. 前記マスク膜は、前記エッチング膜上に設けられており、
    前記マスク膜は、前記第２の領域において前記エッチング膜を覆う上面と、前記第１の領域において前記エッチング膜が露出する開口を規定する側面とを有し、
    前記（ｂ）の工程は、前記エッチング膜をエッチングして、前記第１の領域において前記エッチング膜に凹部を形成するとともに、前記マスク膜の少なくとも前記上面に前記保護膜を形成することを含み、
    前記（ｃ）の工程は、前記保護膜の少なくとも一部を除去することを含む、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  3. 前記第４の期間における前記炭素含有ガスの流量が前記第２の期間における前記炭素含有ガスの流量より少ない、請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
  4. 前記第１の期間から前記第４の期間のうちの一の期間から他の期間に移行するときに、前記炭素含有ガスの流量は、連続的又は段階的に変化する、請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
  5. 前記プラズマ処理装置は、前記チャンバ内に基板支持部をさらに有し、
    前記（ａ）は、前記基板を前記基板支持部上に提供することを含み、
    前記（ｂ）及び（ｃ）は、前記基板支持部にバイアス信号を供給することを含む、請求項１から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、前記第１の期間における前記バイアス信号の電力の実効値が、前記第２の期間における前記バイアス信号の電力の実効値より大きい、請求項５に記載のプラズマ処理方法。
  7. 前記（ｃ）において、前記第３の期間における前記バイアス信号の電力の実効値が、前記第４の期間における前記バイアス信号の電力の実効値より小さい、請求項５又は６に記載のプラズマ処理方法。
  8. 前記第１の期間から前記第４の期間のうちの一の期間から他の期間に移行するときに、前記バイアス信号の電力の前記実効値は、連続的又は段階的に変化する、請求項６又は７のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
  9. 前記（ｂ）は、ソースＲＦ信号を前記チャンバに供給してプラズマを生成することを含み、前記第１の期間における前記ソースＲＦ信号の電力の実効値が、前記第２の期間における前記ソースＲＦ信号の電力の実効値より小さい、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（ｃ）は、ソースＲＦ信号を前記チャンバに供給してプラズマを生成することを含み、前記第３の期間における前記ソースＲＦ信号の電力の実効値が、前記第４の期間における前記ソースＲＦ信号の電力の実効値より大きい、請求項９に記載のプラズマ処理方法。
  11. 前記処理ガスは、酸素含有ガスを含み、前記（ｂ）において、前記第１の期間における前記酸素含有ガスの流量が、前記第２の期間における前記酸素含有ガスの流量より多い、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. 前記処理ガスは、酸素含有ガスを含み、前記（ｃ）において、前記第３の期間における前記酸素含有ガスの流量が、前記第４の期間における前記酸素含有ガスの流量より少ない、請求項１から１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
  13. 前記基板は、下地膜をさらに備え、
    前記エッチング膜は、前記第１の領域に設けられ、
    前記マスク膜は、前記エッチング膜がエッチングされる方向と垂直な方向において、前記エッチング膜と互いに隣接するように前記第２の領域に設けられる、請求項１から１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
  14. 前記エッチング膜は、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜である、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
  15. 前記マスク膜は、ホウ素含有シリコン膜、炭素含有膜、窒素含有膜及びタングステンシリコン膜のうち、少なくとも１種を含む、請求項１から１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
  16. 前記炭素含有ガスは、ＣａＦｂ（ａ及びｂは１以上の整数）ガス又はＣｃＨｄＦｅ（ｃ、ｄ及びｅは１以上の整数）ガスである、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
  17. 前記（ｂ）及び（ｃ）の工程を複数回繰り返す、請求項１から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の期間から前記第４の期間の少なくとも一部において、前記マスク膜の前記側面に形成された保護膜の頂部は、前記エッチング膜のエッチングが進むにつれて、前記エッチング膜がエッチングされる方向に推移する、請求項２に記載のプラズマ処理方法。
  19. 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）エッチング膜が露出した部分を含む第１の領域と、マスク膜が露出した第２の領域を備える基板をチャンバ内に提供する工程と、
    （ｂ）前記チャンバ内に第１の流量の炭素含有ガスを含む処理ガスを供給してプラズマを生成し、前記エッチング膜をエッチングするとともに、前記マスク膜上に保護膜を形成する第１の工程と、
    （ｃ）前記第１の流量より少ない第２の流量の炭素含有ガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給してプラズマを生成し、前記エッチング膜をさらにエッチングするとともに、前記マスク膜上に前記保護膜を形成する第２の工程と、
    （ｄ）第３の流量の炭素含有ガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給してプラズマを生成し、前記エッチング膜をさらにエッチングするとともに、前記マスク膜上の前記保護膜を除去する第３の工程と、
    （ｅ）前記第２の流量よりも少なく、かつ、前記第３の流量より多い第４の流量の炭素含有ガスを前記チャンバ内に供給してプラズマを生成し、前記エッチング膜をさらにエッチングするとともに、前記マスク膜上の前記保護膜をさらに除去する第４の工程と、を備えるプラズマ処理方法。
  20. チャンバ、処理ガス供給部、プラズマ生成部及び制御部を有するプラズマ処理システムであって、
    前記制御部は、
    （ａ）エッチング膜及びマスク膜を有する基板を前記チャンバ内に提供し、
    （ｂ）前記処理ガス供給部が、炭素含有ガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給し、前記プラズマ生成部が、前記処理ガスからプラズマを生成して、前記エッチング膜をエッチングするとともに、前記マスク膜上に保護膜を形成し、
    （ｃ）前記処理ガス供給部が、前記処理ガスを前記チャンバ内に供給し、前記プラズマ生成部が前記処理ガスからプラズマを生成して、前記エッチング膜をさらにエッチングするとともに、前記保護膜の少なくとも一部を除去する、
    制御を実行し、
    前記基板は、前記エッチング膜が露出した第１の領域と、前記マスク膜が露出した第２の領域とを備え、
    前記（ｂ）の工程は、第１の期間及び第２の期間を含み、前記第１の期間における前記炭素含有ガスの流量が、前記第２の期間における前記炭素含有ガスの流量より多く、
    前記（ｃ）の工程は、第３の期間及び第４の期間を含み、前記第３の期間における前記炭素含有ガスの流量が、前記第２の期間における前記炭素含有ガスの流量及び前記第４の期間における前記炭素含有ガスの流量より少ない、プラズマ処理システム。
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