JP2024001464A - エッチング方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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etching
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隆幸 勝沼
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Abstract

【課題】マスク上に所望の形状又は所望の特性を有する金属含有堆積物を形成できるエッチング方法及びプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】エッチング方法は、（ａ）エッチング対象膜とエッチング対象膜上のマスクとを有する基板を提供する工程と、（ｂ）（ａ）の後、金属含有ガスと水素含有ガスとを含む第１処理ガスから生成される第１プラズマにより、マスク上に金属含有堆積物を形成する工程と、（ｃ）（ｂ）の後、第１処理ガスとは異なる第２処理ガスから生成される第２プラズマにより、金属含有堆積物を変形又は改質する工程と、（ｄ）（ｃ）の後、エッチング対象膜をエッチングする工程と、を含む。【選択図】図３

Description

本開示の例示的実施形態は、エッチング方法及びプラズマ処理装置に関するものである。
特許文献１は、プラズマを用いて絶縁膜をエッチングする方法を開示する。この方法では、エッチング中に絶縁膜表面に導電層を形成しながらエッチングを行う。エッチングでは、ＷＦ６とＣ４Ｆ８との混合ガスから生成されるプラズマが用いられる。
特開平９－５０９８４号公報
本開示は、マスク上に所望の形状又は所望の特性を有する金属含有堆積物を形成できるエッチング方法及びプラズマ処理装置を提供する。
一つの例示的実施形態において、エッチング方法は、（ａ）エッチング対象膜と前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板を提供する工程と、（ｂ）前記（ａ）の後、金属含有ガスと水素含有ガスとを含む第１処理ガスから生成される第１プラズマにより、前記マスク上に金属含有堆積物を形成する工程と、（ｃ）前記（ｂ）の後、前記第１処理ガスとは異なる第２処理ガスから生成される第２プラズマにより、前記金属含有堆積物を変形又は改質する工程と、（ｄ）前記（ｃ）の後、前記エッチング対象膜をエッチングする工程と、を含む。
一つの例示的実施形態によれば、マスク上に所望の形状又は所望の特性を有する金属含有堆積物を形成できるエッチング方法及びプラズマ処理装置が提供される。
図１は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 図３は、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法のフローチャートである。 図４は、図３の方法が適用され得る一例の基板の断面図である。 図５は、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法の一工程を示す断面図である。 図６は、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法の一工程を示す断面図である。 図７は、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法の一工程を示す断面図である。 図８は、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法の一工程を示す断面図である。 図９は、第１条件で第２プラズマにより変形された金属含有堆積物を含む一例の基板の断面図である。 図１０は、第２条件で第２プラズマにより変形された金属含有堆積物を含む一例の基板の断面図である。 図１１は、第３条件で第２プラズマにより変形された金属含有堆積物を含む一例の基板の断面図である。 図１２は、第４条件で第２プラズマにより変形された金属含有堆積物を含む一例の基板の断面図である。 図１３は、第１実験におけるタングステン含有堆積物の表面プロファイルの一例を示す図である。 図１４は、第１実験におけるタングステン含有堆積物の厚みとアスペクト比との関係の一例を示すグラフである。 図１５は、第２実験におけるタングステン含有堆積物の表面プロファイルの一例を示す図である。 図１６は、第２実験におけるタングステン含有堆積物の厚みとアスペクト比との関係の一例を示すグラフである。 図１７は、第３実験におけるタングステン含有堆積物の表面プロファイルの一例を示す図である。 図１８は、第３実験におけるタングステン含有堆積物の厚みとアスペクト比との関係の一例を示すグラフである。 図１９は、第４実験におけるタングステン含有堆積物の表面プロファイルの一例を示す図である。 図２０は、第５実験におけるタングステン含有堆積物の表面プロファイルの一例を示す図である。
以下、種々の例示的実施形態１～１９について説明する。
（実施形態１）
（ａ）エッチング対象膜と前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板を提供する工程と、
（ｂ）前記（ａ）の後、金属含有ガスと水素含有ガスとを含む第１処理ガスから生成される第１プラズマにより、前記マスク上に金属含有堆積物を形成する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）の後、前記第１処理ガスとは異なる第２処理ガスから生成される第２プラズマにより、前記金属含有堆積物を変形又は改質する工程と、
（ｄ）前記（ｃ）の後、前記エッチング対象膜をエッチングする工程と、
を含む、エッチング方法。
（実施形態２）
前記（ｄ）は、前記第１処理ガス及び前記第２処理ガスとは異なる第３処理ガスから生成される第３プラズマにより、前記エッチング対象膜をエッチングする工程を含む、実施形態１に記載のエッチング方法。
（実施形態３）
前記水素含有ガスは、水素ガス、ハイドロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスのうち少なくとも１つを含む、実施形態１又は２に記載のエッチング方法。
（実施形態４）
前記第１処理ガスは貴ガスを含む、実施形態１～３のいずれか１つに記載のエッチング方法。
（実施形態５）
前記（ｂ）において、前記基板を支持するための基板支持部の温度が０℃以上２５０℃以下である、実施形態１～４のいずれか１つに記載のエッチング方法。
（実施形態６）
前記金属含有ガスの流量に対する前記水素含有ガスの流量の比は２以上４０以下である、実施形態１～５のいずれか１つに記載のエッチング方法。
（実施形態７）
前記第２処理ガスは、フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス及びハロゲン含有ガスのうち少なくとも１つを含む、実施形態１～６のいずれか１つに記載のエッチング方法。
（実施形態８）
前記第２処理ガスは、Ｃ４Ｆ６ガス、ＣＨ３Ｆガス及びＣＨＦ３ガスのうち少なくとも１つを含む、実施形態７に記載のエッチング方法。
（実施形態９）
前記第２処理ガスは、シリコンを含むハロゲン含有ガスを含む、実施形態７又は８に記載のエッチング方法。
（実施形態１０）
前記第２処理ガスはＮＦ３ガスを含む、実施形態７～９のいずれか１つに記載のエッチング方法。
（実施形態１１）
前記（ｃ）において、前記基板を支持するための基板支持部にバイアス電力が供給される、実施形態１～１０のいずれか１つに記載のエッチング方法。
（実施形態１２）
前記マスクは、シリコン含有膜、炭素含有膜及び金属含有膜のうち少なくとも１つを含む、実施形態１～１１のいずれか１つに記載のエッチング方法。
（実施形態１３）
前記マスクは開口を有し、前記開口のアスペクト比は１以上１００以下である、実施形態１～１２のいずれか１つに記載のエッチング方法。
（実施形態１４）
前記エッチング対象膜は、シリコン含有膜及び炭素含有膜のうち少なくとも１つを含む、実施形態１～１３のいずれか１つに記載のエッチング方法。
（実施形態１５）
前記エッチング対象膜は、ホウ素を含むシリコン含有膜、シリコン膜、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜のうち少なくとも１つを含む、実施形態１４に記載のエッチング方法。
（実施形態１６）
前記（ｄ）は、プラズマを用いずにガスを利用した化学的エッチングとウェットエッチングとのうち少なくとも１つにより、前記エッチング対象膜をエッチングする工程を含む、実施形態１～１５のいずれか１つに記載のエッチング方法。
（実施形態１７）
前記金属含有ガスは、タングステン、モリブデン及びジルコニウムのうち少なくとも１つを含む、実施形態１～１６のいずれか１つに記載のエッチング方法。
（実施形態１８）
（ａ）シリコン含有膜を含むエッチング対象膜と前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板を提供する工程と、
（ｂ）前記（ａ）の後、六フッ化タングステンガスと水素含有ガスとを含む第１処理ガスから生成される第１プラズマにより、前記マスク上にタングステン含有堆積物を形成する工程であり、前記水素含有ガスは、水素ガス、ハイドロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスのうち少なくとも１つを含む、工程と、
（ｃ）前記（ｂ）の後、前記第１処理ガスとは異なる第２処理ガスから生成される第２プラズマにより、前記タングステン含有堆積物を変形又は改質する工程であり、前記第２処理ガスは、フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス及びハロゲン含有ガスのうち少なくとも１つを含む、工程と、
（ｄ）前記（ｃ）の後、前記第１処理ガス及び前記第２処理ガスとは異なる第３処理ガスから生成される第３プラズマにより、前記エッチング対象膜をエッチングする工程と、
を含む、エッチング方法。
（実施形態１９）
チャンバと、
前記チャンバ内において基板を支持するための基板支持部であり、前記基板は、エッチング対象膜と前記エッチング対象膜上のマスクとを有する、基板支持部と、
金属含有ガスと水素含有ガスとを含む第１処理ガスと前記第１処理ガスとは異なる第２処理ガスとを前記チャンバ内に供給するように構成されたガス供給部と、
前記チャンバ内で前記第１処理ガス及び前記第２処理ガスから第１プラズマ及び第２プラズマをそれぞれ生成するように構成されたプラズマ生成部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１プラズマにより、前記マスク上に金属含有堆積物を形成し、
前記金属含有堆積物を形成した後、前記第２プラズマにより、前記金属含有堆積物を変形又は改質し、
前記金属含有堆積物を変形又は改質した後、前記エッチング対象膜をエッチングするように、
前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御するように構成される、プラズマ処理装置。
以下、図面を参照して種々の例示的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又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、プラズマ処理システムの構成例を説明するための図である。一実施形態において、プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理システムは、基板処理システムの一例であり、プラズマ処理装置１は、基板処理装置の一例である。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持部１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、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。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持部１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。
プラズマ生成部１２は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ；ＣａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）等であってもよい。また、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部及びＤＣ（ＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ＡＣプラズマ生成部で用いられるＡＣ信号（ＡＣ電力）は、１００ｋＨｚ～１０ＧＨｚの範囲内の周波数を有する。従って、ＡＣ信号は、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、ＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。
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。
以下に、プラズマ処理装置１の一例としての容量結合型のプラズマ処理装置の構成例について説明する。図２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。
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電源３１及び／又はＤＣ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少なくとも１つ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、プラズマ生成部１２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。
図３は、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法のフローチャートである。図３に示されるエッチング方法ＭＴ１（以下、「方法ＭＴ１」という）は、上記実施形態のプラズマ処理装置１により実行され得る。方法ＭＴ１は、基板Ｗに適用され得る。
図４は、図３の方法が適用され得る一例の基板の断面図である。図４に示されるように、一実施形態において、基板Ｗは、エッチング対象膜ＲＥとエッチング対象膜ＲＥ上のマスクＭＫとを有する。エッチング対象膜ＲＥは、下地膜ＵＲ上に設けられてもよい。マスクＭＫは少なくとも１つの開口ＯＰを有してもよい。開口ＯＰのアスペクト比は１以上１００以下であってもよい。
エッチング対象膜ＲＥは、シリコン含有膜及び炭素含有膜のうち少なくとも１つを含んでもよい。シリコン含有膜は、ホウ素を含むシリコン含有膜、シリコン膜、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜のうち少なくとも１つを含んでもよい。シリコン含有膜は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが交互に積層された積層膜であってもよい。炭素含有膜は、アモルファスカーボン膜であってもよい。エッチング対象膜ＲＥは、例えばＤＲＡＭ又は３Ｄ－ＮＡＮＤ等のメモリデバイスのための膜であってもよい。
マスクＭＫは、シリコン含有膜、炭素含有膜及び金属含有膜のうち少なくとも１つを含んでもよい。シリコン含有膜は、ポリシリコン膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸窒化膜のうち少なくとも１つを含んでもよい。炭素含有膜は、アモルファスカーボン膜及びフォトレジスト膜のうち少なくとも１つを含んでもよい。金属含有膜は、窒化チタン（ＴｉＮｘ）膜、タングステンシリサイド（ＷｘＳｉｙ）膜、タングステンシリコンナイトライド（ＷｘＳｉｙＮｚ）膜、タングステンシリコンボロン（ＷｘＳｉｙＢｚ）膜及びタングステンシリコンカーボン（ＷｘＳｉｙＣｚ）膜のうち少なくとも１つを含んでもよい。組成比ｘ、ｙ及びｘは０より大きい実数であってもよい。
下地膜ＵＲは、エッチング対象膜ＲＥと異なる材料を含んでもよい。下地膜ＵＲは、シリコン含有膜、炭素含有膜及び金属含有膜のうち少なくとも１つを含んでもよい。
以下、方法ＭＴ１について、方法ＭＴ１が上記実施形態のプラズマ処理装置１を用いて基板Ｗに適用される場合を例にとって、図３～図８を参照しながら説明する。図５～図８のそれぞれは、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法の一工程を示す断面図である。プラズマ処理装置１が用いられる場合には、制御部２によるプラズマ処理装置１の各部の制御により、プラズマ処理装置１において方法ＭＴ１が実行され得る。方法ＭＴ１では、図２に示されるように、プラズマ処理チャンバ１０内に配置された基板支持部１１上の基板Ｗを処理する。
図３に示されるように、方法ＭＴ１は、工程ＳＴ１～工程ＳＴ５を含み得る。工程ＳＴ１～工程ＳＴ５は順に実行され得る。方法ＭＴ１は、工程ＳＴ５を含まなくてもよい。
（工程ＳＴ１）
工程ＳＴ１では、図４に示される基板Ｗを提供する。基板Ｗは、プラズマ処理チャンバ１０内に提供され得る。基板Ｗは、プラズマ処理チャンバ１０内において基板支持部１１により支持され得る。下地膜ＵＲは、基板支持部１１とエッチング対象膜ＲＥとの間に配置され得る。
（工程ＳＴ２）
工程ＳＴ２では、図５に示されるように、第１処理ガスから生成される第１プラズマＰＬ１により、マスクＭＫ上に金属含有堆積物ＤＰ１を形成する。金属含有堆積物ＤＰ１は、マスクＭＫの上面ＴＰに形成されてもよい。金属含有堆積物ＤＰ１は、マスクＭＫの開口ＯＰの側壁ＳＤ及び底部ＢＴに形成されてもよい。マスクＭＫの上面ＴＰにおける金属含有堆積物ＤＰ１の厚みは、マスクＭＫの開口ＯＰの側壁ＳＤにおける金属含有堆積物ＤＰ１の厚みより大きくてもよい。金属含有堆積物ＤＰ１は、タングステン含有堆積物、モリブデン含有堆積物及びジルコニウム含有堆積物のうち少なくとも１つを含んでもよい。金属含有堆積物ＤＰ１はフッ素を含んでもよい。金属含有堆積物ＤＰ１は、Ｗ－Ｆ結合を含んでもよい。
第１処理ガスは、金属含有ガスと水素含有ガスとを含む。金属含有ガスは、タングステン含有ガス、モリブデン含有ガス及びジルコニウム含有ガスのうち少なくとも１つを含んでもよい。タングステン含有ガスは、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガス、六臭化タングステン（ＷＢｒ６）ガス、六塩化タングステン（ＷＣｌ６）ガス、ＷＦ５Ｃｌガス及びヘキサカルボニルタングステン（Ｗ（ＣＯ）６）ガスのうち少なくとも１つを含んでもよい。モリブデン含有ガスは、六フッ化モリブデン（ＭｏＦ６）ガスを含んでもよい。ジルコニウム含有ガスは、フッ化ジルコニウムガスを含んでもよい。水素含有ガスは、水素（Ｈ２）ガス、ハイドロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスのうち少なくとも１つを含んでもよい。水素含有ガスは、水素ガス、ＣＨ４ガス、ＣＨ３Ｆガス、Ｃ２Ｈ２ガス、Ｃ３Ｈ６ガス及びＣ２Ｈ４ガスのうち少なくとも１つを含んでもよい。第１処理ガスは貴ガスを含んでもよい。貴ガスの例は、アルゴンを含む。
工程ＳＴ２において、基板Ｗを支持するための基板支持部１１の温度は、０℃以上２５０℃以下であってもよいし、１０℃以上１２０℃以下であってもよい。
金属含有ガスの流量に対する水素含有ガスの流量の比は２以上４０以下であってもよいし、２以上２０以下であってもよい。
工程ＳＴ２は以下のように行われ得る。まず、ガス供給部２０により、第１処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に供給する。次に、プラズマ生成部１２により、プラズマ処理チャンバ１０内で第１処理ガスから第１プラズマＰＬ１を生成する。制御部２は、第１プラズマＰＬ１によりマスクＭＫ上に金属含有堆積物ＤＰ１を形成するように、ガス供給部２０及びプラズマ生成部１２を制御する。
（工程ＳＴ３）
工程ＳＴ３では、図６に示されるように、第２処理ガスから生成される第２プラズマＰＬ２により、金属含有堆積物ＤＰ１を変形又は改質する。これにより、変形又は改質された金属含有堆積物ＤＰ２が得られる。変形とは、金属含有堆積物の全部又は一部の形状を変えること、特に金属含有堆積物の少なくとも表面の形状（プロファイル）を変えることを意味する。改質とは、金属含有堆積物の全部又は一部の化学組成を変えること、特に金属含有堆積物の少なくとも表面の化学組成を変えることを意味する。金属含有堆積物ＤＰ１が変形される場合、金属含有堆積物ＤＰ２の表面プロファイルは金属含有堆積物ＤＰ１の表面プロファイルと異なる。金属含有堆積物ＤＰ２の表面における材料は、金属含有堆積物ＤＰ１の表面における材料と同じでもよい。金属含有堆積物ＤＰ１が改質される場合、金属含有堆積物ＤＰ２の表面における材料は、金属含有堆積物ＤＰ１の表面における材料と異なる。第２プラズマＰＬ２中の活性種が金属含有堆積物ＤＰ１の表面における材料と反応することによって、金属含有堆積物ＤＰ２の表面における材料が得られる。金属含有堆積物ＤＰ１の表面の近傍が改質されてもよい。金属含有堆積物ＤＰ１がタングステンを含み、第２処理ガスが、シリコンを含むハロゲン含有ガスを含んでもよい。この場合、タングステンシリサイドを含む金属含有堆積物ＤＰ２が得られる。金属含有堆積物ＤＰ１がタングステンを含み、第２処理ガスが、フルオロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスのうち少なくとも１つを含んでもよい。この場合、タングステンカーバイドを含む金属含有堆積物ＤＰ２が得られる。金属含有堆積物ＤＰ１がタングステンを含み、第２処理ガスが、酸素含有ガスを含んでもよい。この場合、タングステン酸化物を含む金属含有堆積物ＤＰ２が得られる。金属含有堆積物ＤＰ２の表面プロファイルは、金属含有堆積物ＤＰ１の表面プロファイルと同じでもよいし、異なってもよい。
第２処理ガスは、第１処理ガスとは異なる。工程ＳＴ２と工程ＳＴ３との間において、第１処理ガスの供給が停止され、第２処理ガスの供給が開始されてもよい。第２処理ガスは、タングステンを含まなくてもよい。第２処理ガスは、炭素及びハロゲンのうち少なくとも１つを含んでもよい。第２処理ガスは、フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス及びハロゲン含有ガスのうち少なくとも１つを含んでもよい。第２処理ガスは、Ｃ４Ｆ６ガス、ＣＨ３Ｆガス及びＣＨＦ３ガスのうち少なくとも１つを含んでもよい。第２処理ガスは、シリコンを含むハロゲン含有ガスを含んでもよい。第２処理ガスは、シリコンを含む塩素含有ガスを含んでもよいし、シリコンを含むフッ素含有ガスを含んでもよい。第２処理ガスは、ＳｉＣｌ４ガス、Ｓｉ２Ｃｌ６ガス及びＳｉＦ４ガスのうち少なくとも１つを含んでもよい。第２処理ガスは三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスを含んでもよい。第２処理ガスは、塩素含有ガスを含んでもよい。第２処理ガスは、塩素（Ｃｌ２）ガスを含んでもよい。第２処理ガスは、不活性ガス及び酸素含有ガスのうち少なくとも１つを含んでもよい。不活性ガスの例は、貴ガス及び窒素ガスを含む。酸素含有ガスの例は酸素ガス及び一酸化炭素ガスを含む。
工程ＳＴ３において、基板Ｗを支持するための基板支持部１１にバイアス電力が供給されてもよいし、供給されなくてもよい。工程ＳＴ３の処理時間は、工程ＳＴ２の処理時間より短くてもよい。工程ＳＴ３の処理時間は１０秒以上２００秒以下であってもよい。工程ＳＴ３において、基板Ｗを支持するための基板支持部１１の温度は、１０℃以上１２０℃以下であってもよく、３０℃以上８０℃以下であってもよい。
工程ＳＴ３は以下のように行われ得る。まず、ガス供給部２０により、第２処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に供給する。次に、プラズマ生成部１２により、プラズマ処理チャンバ１０内で第２処理ガスから第２プラズマＰＬ２を生成する。制御部２は、第２プラズマＰＬ２により金属含有堆積物ＤＰ１を変形又は改質するように、ガス供給部２０及びプラズマ生成部１２を制御する。
工程ＳＴ３は、工程ＳＴ２のプラズマ処理チャンバ１０と同じプラズマ処理チャンバ１０内において行われてもよいし、工程ＳＴ２のプラズマ処理チャンバ１０とは異なるプラズマ処理チャンバ内において行われてもよい。
（工程ＳＴ４）
工程ＳＴ４では、エッチング対象膜ＲＥをエッチングする。エッチング対象膜ＲＥに凹部ＲＳが形成されてもよい。凹部ＲＳはマスクＭＫの開口ＯＰに対応する形状を有する。凹部ＲＳの底部は、下地膜ＵＲに到達してもよいし、下地膜ＵＲに到達しなくてもよい。
工程ＳＴ４は、図７に示されるように、第３処理ガスから生成される第３プラズマＰＬ３により、エッチング対象膜ＲＥをエッチングする工程を含んでもよい。第３処理ガスは、第１処理ガス及び第２処理ガスとは異なる。工程ＳＴ３と工程ＳＴ４との間において、第２処理ガスの供給が停止され、第３処理ガスの供給が開始されてもよい。
工程ＳＴ４は以下のように行われ得る。まず、ガス供給部２０により、第３処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に供給する。次に、プラズマ生成部１２により、プラズマ処理チャンバ１０内で第３処理ガスから第３プラズマＰＬ３を生成する。制御部２は、第３プラズマＰＬ３によりエッチング対象膜ＲＥをエッチングするように、ガス供給部２０及びプラズマ生成部１２を制御する。
工程ＳＴ４は、図８に示されるように、プラズマを用いずにガスを利用した化学的エッチングとウェットエッチングとのうち少なくとも１つにより、エッチング対象膜ＲＥをエッチングする工程を含んでもよい。この場合、工程ＳＴ４は以下のように行われ得る。まず、基板Ｗをプラズマ処理チャンバ１０から取り出す。次に、基板Ｗをウェットエッチング装置内に提供する。ウェットエッチング装置において、エッチャントによりエッチング対象膜ＲＥをエッチングする。
工程ＳＴ４は、工程ＳＴ２のプラズマ処理チャンバ１０と同じプラズマ処理チャンバ１０内において行われてもよいし、工程ＳＴ２のプラズマ処理チャンバ１０とは異なるプラズマ処理チャンバ内において行われてもよい。工程ＳＴ４は、工程ＳＴ３のプラズマ処理チャンバと同じプラズマ処理チャンバ内において行われてもよいし、工程ＳＴ３のプラズマ処理チャンバとは異なるプラズマ処理チャンバ内において行われてもよい。例えば、工程ＳＴ２においてはＣＣＰ用チャンバを用い、工程ＳＴ３においてはＩＣＰ用チャンバを用い、工程ＳＴ４においてはＣＣＰ用チャンバまたはＩＣＰ用チャンバを用いてもよい。２以上のチャンバの間にさらに搬送モジュールが設けられ、該搬送モジュールが、その内部空間が減圧可能に構成された搬送チャンバを備えていてもよい。このような搬送モジュールを用いることによって、真空環境を破ることなくチャンバ間における基板Ｗの搬送が可能となる。
（工程ＳＴ５）
工程ＳＴ５では、終了条件が満たされるまで工程ＳＴ２～工程ＳＴ４を繰り返す。例えば、工程ＳＴ２～工程ＳＴ４を含む１サイクルの実行回数が閾値に到達した場合に工程ＳＴ５を終了してもよい。
上述のプラズマ処理装置１及び方法ＭＴ１によれば、マスクＭＫ上に所望の形状又は所望の特性を有する金属含有堆積物ＤＰ２（図６参照）を形成できる。これにより、工程ＳＴ４において形成される凹部ＲＳの形状を制御できる。
図９は、第１条件で第２プラズマにより変形された金属含有堆積物を含む一例の基板の断面図である。第１条件では、工程ＳＴ３において基板支持部１１にバイアス電力が供給される。第２処理ガスは、Ｃ４Ｆ６ガス、ＣＨ３Ｆガス及びＣＨＦ３ガスのうち少なくとも１つを含む。
図９に示されるように、第１条件では、図６の金属含有堆積物ＤＰ２の一例として、金属含有堆積物ＤＰ２１が得られる。第１条件では、マスクＭＫの開口ＯＰの側壁ＳＤに金属含有堆積物が堆積する傾向にある。工程ＳＴ３の前において、マスクＭＫの上面ＴＰにおける金属含有堆積物ＤＰ１の厚みは、マスクＭＫの開口ＯＰの側壁ＳＤにおける金属含有堆積物ＤＰ１の厚みより大きい。よって、工程ＳＴ３の後において、コンフォーマルに近い膜である金属含有堆積物ＤＰ２１が得られる。金属含有堆積物ＤＰ２１は、マスクＭＫの上面ＴＰ及び開口ＯＰの側壁ＳＤにおいて実質的に同じ厚みを有してもよい。
上記形状を有する金属含有堆積物ＤＰ２１が得られるメカニズムは以下のように推定されるが、これに限定されない。工程ＳＴ３では、バイアス電力によってマスクＭＫの上面ＴＰにおける金属含有堆積物ＤＰ１がスパッタリングされる。その後、スパッタリング粒子がマスクＭＫの開口ＯＰの側壁ＳＤに再付着する。これにより、マスクＭＫの上面ＴＰにおける金属含有堆積物ＤＰ１が薄くなる一方、マスクＭＫの開口ＯＰの側壁ＳＤにおける金属含有堆積物ＤＰ１は厚くなる。その結果、上記形状を有する金属含有堆積物ＤＰ２１が得られる。
図１０は、第２条件で第２プラズマにより変形された金属含有堆積物を含む一例の基板の断面図である。第２条件では、工程ＳＴ３において基板支持部１１にバイアス電力が供給されない。第２処理ガスは、Ｃ４Ｆ６ガス、ＣＨ３Ｆガス及びＣＨＦ３ガスのうち少なくとも１つを含む。
図１０に示されるように、第２条件では、図６の金属含有堆積物ＤＰ２の一例として、金属含有堆積物ＤＰ２２が得られる。第２条件では、マスクＭＫの開口ＯＰの側壁ＳＤにおける金属含有堆積物がエッチングされ難く、増加もしない傾向にある。工程ＳＴ３の前において、マスクＭＫの上面ＴＰにおける金属含有堆積物ＤＰ１の厚みは、マスクＭＫの開口ＯＰの側壁ＳＤにおける金属含有堆積物ＤＰ１の厚みより大きい。よって、工程ＳＴ３の後において、金属含有堆積物ＤＰ２２は、マスクＭＫの上面ＴＰにおいて第１厚みを有し、マスクＭＫの開口ＯＰの側壁ＳＤにおいて第１厚みよりも小さい第２厚みを有する。
上記形状を有する金属含有堆積物ＤＰ２２が得られるメカニズムは以下のように推定されるが、これに限定されない。工程ＳＴ３では、基板支持部１１にバイアス電力が供給されないので、マスクＭＫの上面ＴＰにおける金属含有堆積物ＤＰ１のスパッタリングが生じ難い。その結果、上記形状を有する金属含有堆積物ＤＰ２２が得られる。
図１１は、第３条件で第２プラズマにより変形された金属含有堆積物を含む一例の基板の断面図である。第３条件では、第２処理ガスは、シリコンを含むハロゲン含有ガスを含む。
図１１に示されるように、第３条件では、図６の金属含有堆積物ＤＰ２の一例として、金属含有堆積物ＤＰ２３が得られる。第３条件では、マスクＭＫの開口ＯＰの側壁ＳＤにおける金属含有堆積物がエッチングされる傾向にある。一方、マスクＭＫの上面ＴＰ及び開口ＯＰの底部ＢＴにおける金属含有堆積物ＤＰ１はエッチングされ難い。そのため、工程ＳＴ３の後において、金属含有堆積物ＤＰ２３は、マスクＭＫの開口ＯＰの側壁ＳＤにおいて厚みを有していない。
上記形状を有する金属含有堆積物ＤＰ２３が得られるメカニズムは以下のように推定されるが、これに限定されない。工程ＳＴ３では、シリコン及びハロゲンを含む活性種がマスクＭＫの開口ＯＰの側壁ＳＤにおける金属含有堆積物ＤＰ１と反応する。例えば、側壁ＳＤにおける金属含有堆積物ＤＰ１中のフッ素の組成比は、マスクＭＫの上面ＴＰにおける金属含有堆積物ＤＰ１中のフッ素の組成比よりも大きい。この場合、シリコン及び塩素を含むラジカルがフッ素と反応することによって、側壁ＳＤにおける金属含有堆積物ＤＰ１が選択的にエッチングされる。
図１２は、第４条件で第２プラズマにより変形された金属含有堆積物を含む一例の基板の断面図である。第４条件では、第２処理ガスはＮＦ３ガスを含む。
図１２に示されるように、第４条件では、図６の金属含有堆積物ＤＰ２の一例として、金属含有堆積物ＤＰ２４が得られる。第４条件では、金属含有堆積物ＤＰ２４がマスクＭＫの上面ＴＰに形成され難い傾向にある。
上記形状を有する金属含有堆積物ＤＰ２４が得られるメカニズムは以下のように推定されるが、これに限定されない。工程ＳＴ３では、マスクＭＫの上面ＴＰにおける金属含有堆積物ＤＰ１がエッチングされる。第４条件では、第２処理ガスに含まれる炭素の含有割合が小さいので、マスクＭＫの上面ＴＰに炭素含有堆積物が形成され難い。そのため、マスクＭＫの上面ＴＰにおける金属含有堆積物ＤＰ１のエッチング量が大きくなる。一方、マスクＭＫの開口ＯＰの側壁ＳＤ及び底部ＢＴにおける金属含有堆積物ＤＰ１はエッチングされ難い。その結果、上記形状を有する金属含有堆積物ＤＰ２４が得られる。
工程ＳＴ３において、図９～図１２に示される第１条件～第４条件のうち２以上の条件が組み合わされてもよい。これにより、金属含有堆積物の形状制御の自由度が向上する。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。例えば、上述した実施形態１～１７のいずれか１つに記載のエッチング方法を含む半導体装置の製造方法も、本開示に含まれる。
以下、方法ＭＴ１の評価のために行った種々の実験について説明する。以下に説明する実験は、本開示を限定するものではない。
（第１実験）
第１実験では、シリコン膜及びシリコン膜上のマスクを有する基板を準備した。マスクは開口を有するシリコン酸化膜である。次に、プラズマ処理装置のプラズマ処理チャンバ内に基板を提供した。
次に、ＷＦ６ガスとＡｒガスとＨ２ガスとを含む第１処理ガスから生成される第１プラズマにより、マスク上にタングステン含有堆積物を形成した。タングステン含有堆積物は、マスクの上面、マスクの開口の側壁及び底壁に形成された。
次に、Ｃ４Ｆ６ガス、Ａｒガス及びＯ２ガスを含む第２処理ガスから生成される第２プラズマに基板を６０秒間又は１２０秒間晒した。プラズマ処理装置として容量結合プラズマ処理装置を用いた。基板支持部にバイアス電力を印加した。このようにして、タングステン含有堆積物を変形した。
（第１実験結果）
図１３は、第１実験におけるタングステン含有堆積物の表面プロファイルの一例を示す図である。プロファイルＰＲ０は、基板の断面におけるマスクの表面プロファイルを示す。プロファイルＰＲ０は、マスクの上面、マスクの開口の側壁及び底部を示す。プロファイルＰＲ１～ＰＲ３は、基板の断面におけるタングステン含有堆積物の表面プロファイルを示す。プロファイルＰＲ１は、第１プラズマにより形成されたタングステン含有堆積物の表面を示す。プロファイルＰＲ２は、第２プラズマに基板を６０秒間晒した後における変形されたタングステン含有堆積物の表面を示す。プロファイルＰＲ３は、第２プラズマに基板を１２０秒間晒した後における変形されたタングステン含有堆積物の表面を示す。
図１３に示されるように、プロファイルＰＲ２及びＰＲ３では、プロファイルＰＲ１に比べて、マスクの開口の側壁におけるタングステン含有堆積物の厚みが大きくなっている。プロファイルＰＲ２及びＰＲ３では、プロファイルＰＲ１に比べて、マスクの上面におけるタングステン含有堆積物の厚みが小さくなっている。プロファイルＰＲ２は、タングステン含有堆積物がコンフォーマルに近い膜であることを示す。プロファイルＰＲ３では、マスクの開口の底部におけるタングステン含有堆積物の厚みがゼロである。
図１３から、第１実験の第２プラズマに基板を晒すことによって、マスクの開口の側壁にタングステン含有堆積物を形成しながら、マスクの上面及びマスクの開口の底部におけるタングステン含有堆積物をエッチングできることが分かる。
図１４は、第１実験におけるタングステン含有堆積物の厚みとアスペクト比との関係の一例を示すグラフである。グラフの縦軸は、マスクの開口の底部におけるタングステン含有堆積物の規格化された厚み（ｎｍ）を示す。規格化された厚みは、マスクの上面におけるタングステン含有堆積物の厚みに対するマスクの開口の底部におけるタングステン含有堆積物の厚みの比である。グラフの横軸は、マスクの開口のアスペクト比を示す。プロットＤＡ１は、図１３のプロファイルＰＲ１において算出された厚みを示す。プロットＤＡ２は、図１３のプロファイルＰＲ２において算出された厚みを示す。プロットＤＡ３は、図１３のプロファイルＰＲ３において算出された厚みを示す。
図１４から、第１実験の第２プラズマに基板を晒す時間を長くするに連れて、マスクの開口の底部におけるタングステン含有堆積物の規格化された厚みが減少することが分かる。また、アスペクト比が増加するに連れて、マスクの開口の底部におけるタングステン含有堆積物の規格化された厚みが減少することが分かる。これは、マスクのアスペクト比が高い場合、第１プラズマによりタングステン含有堆積物を形成する際に、第１プラズマ中の活性種がマスクの開口の底部まで到達し難くなるからであると考えられる。
（第２実験）
タングステン含有堆積物を変形する工程以外は第１実験と同じように第２実験を行った。第２実験では、ＣＨ３Ｆガス、ＣＨＦ３ガス、ＮＦ３ガス、Ｎ２ガス及びＡｒガスを含む第２処理ガスから生成される第２プラズマに基板を３０秒間又は６０秒間晒した。プラズマ処理装置として誘導結合プラズマ処理装置を用いた。基板支持部にバイアス電力を印加しなかった。このようにして、タングステン含有堆積物を変形した。
（第２実験結果）
図１５は、第２実験におけるタングステン含有堆積物の表面プロファイルの一例を示す図である。プロファイルＰＲ０及びＰＲ１は、図１３のプロファイルＰＲ０及びＰＲ１と同じである。プロファイルＰＲ１２は、基板の断面において、第２プラズマに基板を３０秒間晒した後における変形されたタングステン含有堆積物の表面を示す。プロファイルＰＲ１３は、基板の断面において、第２プラズマに基板を６０秒間晒した後における変形されたタングステン含有堆積物の表面を示す。
図１５に示されるように、プロファイルＰＲ１２及びＰＲ１３では、プロファイルＰＲ１に比べて、マスクの上面及びマスクの開口の底部におけるタングステン含有堆積物の厚みが小さくなっている。一方、プロファイルＰＲ１、ＰＲ１２及びＰＲ１３において、マスクの開口の側壁におけるタングステン含有堆積物の厚みは殆ど変化していない。
図１５から、第２実験の第２プラズマに基板を晒すことによって、マスクの開口の側壁におけるタングステン含有堆積物のエッチングを抑制しながら、マスクの上面及びマスクの開口の底部におけるタングステン含有堆積物をエッチングできることが分かる。
図１６は、第２実験におけるタングステン含有堆積物の厚みとアスペクト比との関係の一例を示すグラフである。グラフの縦軸及び横軸は、図１４のグラフの縦軸及び横軸と同じである。プロットＤＡ１は、図１５のプロファイルＰＲ１において算出された厚みを示す。プロットＤＡ１２は、図１５のプロファイルＰＲ１２において算出された厚みを示す。プロットＤＡ１３は、図１５のプロファイルＰＲ１３において算出された厚みを示す。
図１６から、第２実験の第２プラズマに基板を晒す時間を長くするに連れて、マスクの開口の底部におけるタングステン含有堆積物の規格化された厚みが減少することが分かる。また、アスペクト比が増加するに連れて、マスクの開口の底部におけるタングステン含有堆積物の規格化された厚みが減少することが分かる。これは、マスクのアスペクト比が高い場合、第１プラズマによりタングステン含有堆積物を形成する際に、第１プラズマ中の活性種がマスクの開口の底部まで到達し難くなるからであると考えられる。
（第３実験）
タングステン含有堆積物を変形する工程以外は第１実験と同じように第３実験を行った。第３実験では、ＳｉＣｌ４ガス、Ｃｌ２ガス及びＡｒガスを含む第２処理ガスから生成される第２プラズマに基板を６０秒間晒した。プラズマ処理装置として誘導結合プラズマ処理装置を用いた。基板支持部にバイアス電力を印加しなかった。このようにして、タングステン含有堆積物を変形した。
（第３実験結果）
図１７は、第３実験におけるタングステン含有堆積物の表面プロファイルの一例を示す図である。プロファイルＰＲ０及びＰＲ１は、図１３のプロファイルＰＲ０及びＰＲ１と同じである。プロファイルＰＲ２２は、基板の断面において、変形されたタングステン含有堆積物の表面を示す。
図１７に示されるように、プロファイルＰＲ２２では、プロファイルＰＲ１に比べて、マスクの開口の側壁におけるタングステン含有堆積物の厚みが小さくなっている。一方、プロファイルＰＲ１及びＰＲ２２において、マスクの上面及びマスクの開口の底部におけるタングステン含有堆積物の厚みは殆ど変化していない。
図１７から、第３実験の第２プラズマに基板を晒すことによって、マスクの上面及びマスクの開口の底部におけるタングステン含有堆積物のエッチングを抑制しながら、マスクの開口の側壁におけるタングステン含有堆積物をエッチングできることが分かる。
図１８は、第３実験におけるタングステン含有堆積物の厚みとアスペクト比との関係の一例を示すグラフである。グラフの縦軸及び横軸は、図１４のグラフの縦軸及び横軸と同じである。プロットＤＡ１は、図１７のプロファイルＰＲ１において算出された厚みを示す。プロットＤＡ２２は、図１７のプロファイルＰＲ２２において算出された厚みを示す。
図１８から、第３実験の第２プラズマに基板を晒しても、マスクの開口の底部におけるタングステン含有堆積物の規格化された厚みは殆ど変わらないことが分かる。また、アスペクト比が増加するに連れて、マスクの開口の底部におけるタングステン含有堆積物の規格化された厚みが減少することが分かる。これは、マスクのアスペクト比が高い場合、第１プラズマによりタングステン含有堆積物を形成する際に、第１プラズマ中の活性種がマスクの開口の底部まで到達し難くなるからであると考えられる。
（第４実験）
タングステン含有堆積物を変形する工程以外は第１実験と同じように第４実験を行った。第４実験では、Ｃｌ２ガス、ＮＦ３ガス、Ａｒガス及びＯ２ガスを含む第２処理ガスから生成される第２プラズマに基板を６０秒間晒した。プラズマ処理装置として誘導結合プラズマ処理装置を用いた。基板支持部にバイアス電力を印加しなかった。このようにして、タングステン含有堆積物を変形した。
（第４実験結果）
図１９は、第４実験におけるタングステン含有堆積物の表面プロファイルの一例を示す図である。プロファイルＰＲ０及びＰＲ１は、図１３のプロファイルＰＲ０及びＰＲ１と同じである。プロファイルＰＲ３２は、基板の断面において、変形されたタングステン含有堆積物の表面を示す。
図１９に示されるように、プロファイルＰＲ３２では、プロファイルＰＲ１に比べて、マスクの上面におけるタングステン含有堆積物の厚みが小さくなっている。一方、プロファイルＰＲ１及びＰＲ３２において、マスクの開口の側壁及び底部におけるタングステン含有堆積物の厚みは殆ど変化していない。
図１９から、第４実験の第２プラズマに基板を晒すことによって、マスクの開口の側壁及び底部におけるタングステン含有堆積物のエッチングを抑制しながら、マスクの上面におけるタングステン含有堆積物をエッチングできることが分かる。
（第５実験）
タングステン含有堆積物を変形する工程以外は第１実験と同じように第５実験を行った。第５実験では、第３実験におけるタングステン含有堆積物を変形する工程と第２実験におけるタングステン含有堆積物を変形する工程との両方を行った。すなわち、ＳｉＣｌ４ガス、Ｃｌ２ガス及びＡｒガスを含む第２処理ガスから生成される第２プラズマに基板を晒した。その後、ＣＨ３Ｆガス、ＣＨＦ３ガス、ＮＦ３ガス、Ｎ２ガス及びＡｒガスを含む第２処理ガスから生成される第２プラズマに基板を晒した。プラズマ処理装置として誘導結合プラズマ処理装置を用いた。基板支持部にバイアス電力を印加しなかった。このようにして、タングステン含有堆積物を変形した。
（第５実験結果）
図２０は、第５実験におけるタングステン含有堆積物の表面プロファイルの一例を示す図である。プロファイルＰＲ０及びＰＲ１は、図１３のプロファイルＰＲ０及びＰＲ１と同じである。プロファイルＰＲ４２は、基板の断面において、変形されたタングステン含有堆積物の表面を示す。
図２０に示されるように、プロファイルＰＲ４２では、プロファイルＰＲ１に比べて、マスクの開口の側壁及び底部におけるタングステン含有堆積物の厚みが小さくなっている。プロファイルＰＲ４２では、マスクの上面におけるタングステン含有堆積物の厚みがあまり小さくなっていない。
図２０から、第５実験の第２プラズマに基板を晒すことによって、マスクの上面におけるタングステン含有堆積物のエッチングを抑制しながら、マスクの開口の側壁及び底部におけるタングステン含有堆積物をエッチングできることが分かる。
以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
１…プラズマ処理装置、２…制御部、１０…プラズマ処理チャンバ、１１…基板支持部、１２…プラズマ生成部、２０…ガス供給部、ＤＰ１，ＤＰ２，ＤＰ２１，ＤＰ２２，ＤＰ２３，ＤＰ２４…金属含有堆積物、ＭＫ…マスク、ＰＬ１…第１プラズマ、ＰＬ２…第２プラズマ、ＲＥ…エッチング対象膜、Ｗ…基板。

Claims (19)

  1. （ａ）エッチング対象膜と前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板を提供する工程と、
    （ｂ）前記（ａ）の後、金属含有ガスと水素含有ガスとを含む第１処理ガスから生成される第１プラズマにより、前記マスク上に金属含有堆積物を形成する工程と、
    （ｃ）前記（ｂ）の後、前記第１処理ガスとは異なる第２処理ガスから生成される第２プラズマにより、前記金属含有堆積物を変形又は改質する工程と、
    （ｄ）前記（ｃ）の後、前記エッチング対象膜をエッチングする工程と、
    を含む、エッチング方法。
  2. 前記（ｄ）は、前記第１処理ガス及び前記第２処理ガスとは異なる第３処理ガスから生成される第３プラズマにより、前記エッチング対象膜をエッチングする工程を含む、請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 前記水素含有ガスは、水素ガス、ハイドロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスのうち少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
  4. 前記第１処理ガスは貴ガスを含む、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
  5. 前記（ｂ）において、前記基板を支持するための基板支持部の温度が０℃以上２５０℃以下である、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
  6. 前記金属含有ガスの流量に対する前記水素含有ガスの流量の比は２以上４０以下である、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
  7. 前記第２処理ガスは、フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス及びハロゲン含有ガスのうち少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
  8. 前記第２処理ガスは、Ｃ４Ｆ６ガス、ＣＨ３Ｆガス及びＣＨＦ３ガスのうち少なくとも１つを含む、請求項７に記載のエッチング方法。
  9. 前記第２処理ガスは、シリコンを含むハロゲン含有ガスを含む、請求項７に記載のエッチング方法。
  10. 前記第２処理ガスはＮＦ３ガスを含む、請求項７に記載のエッチング方法。
  11. 前記（ｃ）において、前記基板を支持するための基板支持部にバイアス電力が供給される、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
  12. 前記マスクは、シリコン含有膜、炭素含有膜及び金属含有膜のうち少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
  13. 前記マスクは開口を有し、前記開口のアスペクト比は１以上１００以下である、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
  14. 前記エッチング対象膜は、シリコン含有膜及び炭素含有膜のうち少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
  15. 前記エッチング対象膜は、ホウ素を含むシリコン含有膜、シリコン膜、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜のうち少なくとも１つを含む、請求項１４に記載のエッチング方法。
  16. 前記（ｄ）は、プラズマを用いずにガスを利用した化学的エッチングとウェットエッチングとのうち少なくとも１つにより、前記エッチング対象膜をエッチングする工程を含む、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
  17. 前記金属含有ガスは、タングステン、モリブデン及びジルコニウムのうち少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
  18. （ａ）シリコン含有膜を含むエッチング対象膜と前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板を提供する工程と、
    （ｂ）前記（ａ）の後、六フッ化タングステンガスと水素含有ガスとを含む第１処理ガスから生成される第１プラズマにより、前記マスク上にタングステン含有堆積物を形成する工程であり、前記水素含有ガスは、水素ガス、ハイドロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスのうち少なくとも１つを含む、工程と、
    （ｃ）前記（ｂ）の後、前記第１処理ガスとは異なる第２処理ガスから生成される第２プラズマにより、前記タングステン含有堆積物を変形又は改質する工程であり、前記第２処理ガスは、フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス及びハロゲン含有ガスのうち少なくとも１つを含む、工程と、
    （ｄ）前記（ｃ）の後、前記第１処理ガス及び前記第２処理ガスとは異なる第３処理ガスから生成される第３プラズマにより、前記エッチング対象膜をエッチングする工程と、
    を含む、エッチング方法。
  19. チャンバと、
    前記チャンバ内において基板を支持するための基板支持部であり、前記基板は、エッチング対象膜と前記エッチング対象膜上のマスクとを有する、基板支持部と、
    金属含有ガスと水素含有ガスとを含む第１処理ガスと前記第１処理ガスとは異なる第２処理ガスとを前記チャンバ内に供給するように構成されたガス供給部と、
    前記チャンバ内で前記第１処理ガス及び前記第２処理ガスから第１プラズマ及び第２プラズマをそれぞれ生成するように構成されたプラズマ生成部と、
    制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記第１プラズマにより、前記マスク上に金属含有堆積物を形成し、
    前記金属含有堆積物を形成した後、前記第２プラズマにより、前記金属含有堆積物を変形又は改質し、
    前記金属含有堆積物を変形又は改質した後、前記エッチング対象膜をエッチングするように、
    前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御するように構成される、プラズマ処理装置。

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