JP2024039240A - エッチング方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多結晶シリコン製のマスク及びシリコン窒化膜がエッチングされることを抑制しつつ、エッチングにより高い垂直性を有する凹部をシリコン酸化膜に形成する技術を提供する。【解決手段】開示されるエッチング方法におけるシリコン酸化膜のエッチングでは、フルオロカーボンガス、炭素及び水素を含む分子からなるガス、並びに窒素含有ガスを含むエッチングガスからプラズマが生成される。プラズマの生成のために用いられるソース信号のレベルは、第１の期間において高く、第１の期間と交互の第２の期間において低い。プラズマからイオンを引き込むために用いられるバイアス信号のレベルは、第３の期間において低く、第３の期間と交互の第４の期間において高い。第３の期間は、第１の期間と少なくとも部分的に重複する。第４の期間は、第２の期間と少なくとも部分的に重複する。【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。

プラズマによるエッチングが、基板の領域の選択的なエッチングのために行われている。下記の特許文献１は、酸化シリコンから形成された第１領域を窒化シリコンから形成された第２領域に対して選択的にエッチングする技術を開示している。具体的に、特許文献１では、フルオロカーボンを含む堆積物が第１領域及び第２領域上に堆積され、堆積物内のフルオロカーボンのラジカルによって第１領域がエッチングされている。

特開２０１６－１３６６１６号公報

本開示は、多結晶シリコン製のマスク及びシリコン窒化膜がエッチングされることを抑制しつつ、エッチングにより高い垂直性を有する凹部をシリコン酸化膜に形成する技術を提供する。

一つの例示的実施形態において、エッチング方法が提供される。エッチング方法は、ラズマ処理装置のチャンバ内で基板支持部上に基板を準備する工程（ａ）を含む。基板は、下地領域上に設けられたシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜、並びに、シリコン酸化膜上に設けられたマスクを含む。マスクは、多結晶シリコンから形成されている。エッチング方法は、チャンバ内でエッチング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（ｂ）を更に含む。エッチングガスは、フルオロカーボンガス、炭素及び水素を含む分子からなるガス、並びに窒素含有ガスを含む。工程（ｂ）においてプラズマを生成するためにソース信号が供給され、基板にイオンを引き込むためにバイアス信号が基板支持部に供給される。工程（ｂ）が行われるエッチング期間は、第１～第４の期間を含む。第２の期間は、第１の期間と交互の期間である。第４の期間は、第３の期間と交互の期間である。第３の期間は、第１の期間と少なくとも部分的に重複する。第４の期間は、第２の期間と少なくとも部分的に重複する。第１の期間におけるソース信号のレベルは、第２の期間おけるソース信号のレベルよりも高い。第４の期間におけるバイアス信号のレベルは、第３の期間におけるバイアス信号のレベルよりも高い。

一つの例示的実施形態によれば、多結晶シリコン製のマスク及びシリコン窒化膜がエッチングされることを抑制しつつ、エッチングにより高い垂直性を有する凹部をシリコン酸化膜に形成することが可能となる。

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。 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。 一つの例示的実施形態に係るエッチング方法の流れ図である。 一例の基板の部分拡大断面図である。 一つの例示的実施形態に係るエッチング方法に関連するタイミングチャートである。 一つの例示的実施形態に係るエッチング方法の工程ＳＴｂが適用された一例の基板の部分拡大断面図である。 一つの例示的実施形態に係るエッチング方法の工程ＳＴｃが適用された一例の基板の部分拡大断面図である。

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。

以下、図３を参照して一つの例示的実施形態に係るエッチング方法について説明する。図３は、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法の流れ図である。以下、プラズマ処理装置１が用いられる場合を例にとって、図３に示すエッチング方法（以下、「方法ＭＴ」という）について説明する。また、方法ＭＴにおける制御部２によるプラズマ処理装置１の各部の制御について説明する。なお、方法ＭＴは、プラズマ処理装置１以外のプラズマ処理装置を用いて行われてもよい。

方法ＭＴは、工程ＳＴａで開始する。工程ＳＴａでは、基板Ｗがチャンバ１０内で基板支持部１１上に載置される。基板Ｗは、静電チャック１１１１上に載置されて、静電チャック１１１１によって保持される。

図４の（ａ）及び図４の（ｂ）の各々は、一例の基板の部分拡大断面図である。図４の（ｂ）は、図４の（ａ）のＩＶＢ－ＩＶＢ線に沿ってとった一例の基板の部分拡大断面図である。方法ＭＴが適用される基板Ｗは、下地領域ＵＲ、シリコン酸化膜ＯＸＦ、シリコン窒化膜ＳＮＦ、及びマスクＭＫを含んでいる。

シリコン酸化膜ＯＸＦ及びシリコン窒化膜ＳＮＦは、下地領域ＵＲ上に設けられている。マスクＭＫは、シリコン酸化膜ＯＸＦ上に設けられている。マスクＭＫは、多結晶シリコンから形成されている。マスクＭＫは、方法ＭＴの後述する工程ＳＴｂにおけるエッチングによりシリコン酸化膜ＯＸＦに転写されるパターンを有している。即ち、マスクＭＫは、シリコン酸化膜ＯＸＦを部分的に露出させる一つ以上の開口を提供している。

図４の（ａ）及び図４の（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜ＳＮＦは、後述する工程ＳＴｂが行われる前に、シリコン酸化膜ＯＸＦの中に埋め込まれていてもよい。また、シリコン窒化膜ＳＮＦは、下地領域ＵＲ上で互いに平行に延びる複数の凸部として形成されていてもよい。

方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴｂが行われる。工程ＳＴｂでは、チャンバ１０内でエッチングガスからプラズマが生成される。工程ＳＴｂでは、生成されたプラズマからのイオン、ラジカルといった化学種によりシリコン酸化膜ＯＸＦがエッチングされる。

工程ＳＴｂで用いられるエッチングガスは、フルオロカーボンガス、炭素及び水素を含む分子からなるガス、並びに窒素含有ガスを含む。エッチングガスに含まれるフルオロカーボンガスは、Ｃ_４Ｆ_６ガス、Ｃ_４Ｆ_８ガス、Ｃ_５Ｆ_８ガス、又はＣ_３Ｆ_８ガスであってもよい。エッチングガス中の炭素及び水素を含む分子において、水素原子の数は、炭素原子の数よりも多くてもよい。エッチングガス中の炭素及び水素を含む分子からなるガスは、ハイドロフルオロカーボンガス又は炭化水素ガスであってもよい。ハイドロフルオロカーボンガスは、例えばＣＨ_３Ｆがスである。炭化水素ガスは、例えばＣＨ_４ガスである。また、エッチングガスに含まれる窒素含有ガスは、Ｎ_２ガスであってもよい。

工程ＳＴｂでは、プラズマを生成するためにソース信号ＳＳが供給され、基板Ｗにプラズマからイオンを引き込むためにバイアス信号ＢＳが基板支持部１１に供給される。ソース信号ＳＳは、第１のＲＦ生成部３１ａから基板支持部１１（例えば、少なくとも１つの下部電極）又は少なくとも１つの上部電極に供給されるソースＲＦ信号であり得る。バイアス信号ＢＳは、第２のＲＦ生成部３１ｂから基板支持部１１（例えば、少なくとも１つの下部電極）に供給されるバイアスＲＦ信号であってもよい。或いは、バイアス信号ＢＳは、第１のＤＣ生成部３２ａから基板支持部１１（例えば、少なくとも１つの下部電極）に供給される電圧パルスのシーケンスであってもよい。

図５は、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法に関連するタイミングチャートである。工程ＳＴｂが行われるエッチング期間ＥＰにおいて、制御部２は、エッチングガスをチャンバ１０内に供給するよう、ガス供給部２０を制御する。また、エッチング期間ＥＰにおいて、制御部２は、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するよう、排気システム４０を制御する。

エッチング期間ＥＰは、ソース信号ＳＳの供給に関連する第１の期間Ｐ１及び第２の期間Ｐ２を含む。第２の期間Ｐ２は、第１の期間Ｐ１と交互の期間である。また、エッチング期間ＥＰは、バイアス信号ＢＳの供給に関連する第３の期間Ｐ３及び第４の期間Ｐ４を含む。第４の期間Ｐ４は、第３の期間Ｐ３と交互の期間である。第１の期間Ｐ１と第２の期間Ｐ２の交互の繰り返しの周波数は、第３の期間Ｐ３と第４の期間Ｐ４の交互の繰り返しの周波数と同一である。第３の期間Ｐ３は、第１の期間Ｐ１と少なくとも部分的に重複している。第４の期間Ｐ４は、第２の期間Ｐ２と少なくとも部分的に重複している。一実施形態において、第１の期間Ｐ１と第３の期間Ｐ３は互いに一致していてもよく、第２の期間Ｐ２と第４の期間Ｐ４は互いに一致していてもよい。即ち、第１の期間Ｐ１と第２の期間Ｐ２からなる周期と第３の期間Ｐ３と第４の期間Ｐ４からなる周期は、同一の周期ＣＹであってもよい。

図５に示すように、第１の期間Ｐ１におけるソース信号ＳＳのレベルＬ１は、第２の期間Ｐ２おけるソース信号ＳＳのレベルＬ２よりも高い。なお、ソース信号ＳＳのレベルは、ソース信号ＳＳのパワーレベルである。第２の期間Ｐ２おけるソース信号ＳＳのレベルＬ２は、ゼロパワーレベル、即ち０（Ｗ）よりも大きくてもよい。

また、第４の期間Ｐ４におけるバイアス信号ＢＳのレベルＬ４は、第３の期間Ｐ３におけるバイアス信号のレベルＬ３よりも高い。なお、バイアス信号ＢＳがバイアスＲＦ信号である場合には、バイアス信号ＢＳのレベルは、そのパワーレベルである。バイアス信号ＢＳが電圧パルスのシーケンスである場合には、バイアス信号ＢＳのレベルは、基準レベル（例えば０（Ｖ））対する電圧パルスの負方向への大きさであり、基板Ｗに引き込まれるイオンのエネルギーが高くなるほど高い。第３の期間Ｐ３おけるバイアス信号ＢＳのレベルＬ３は、ゼロ、即ち０Ｗ又は基準レベル（例えば０（Ｖ））であってもよい。

制御部２は、第１の期間Ｐ１におけるソース信号ＳＳのレベルを第２の期間Ｐ２おけるソース信号のレベルよりも高いレベルに設定するようにソース電源（一例では第１のＲＦ生成部３１ａ）を制御する。制御部２は、第４の期間Ｐ４におけるバイアス信号ＢＳのレベルを第３の期間Ｐ３におけるバイアス信号ＢＳのレベルよりも高いレベルに設定するようにバイアス電源（一例では第２のＲＦ生成部３１ｂ又は第１のＤＣ生成部３２ａ）を制御する。

一実施形態において、第１の期間Ｐ１の時間長と第２の期間Ｐ２の時間長の和に対する第１の期間Ｐ１の時間長の比の値は、第３の期間Ｐ３の時間長と第４の期間Ｐ４の時間長の和に対する第４の期間Ｐ４の時間長の比の値よりも小さくてもよい。なお、第１の期間Ｐ１の時間長と第２の期間Ｐ２の時間長の和に対する第１の期間Ｐ１の時間長の比の値は、ソース信号ＳＳのデューティー比である。また、第３の期間Ｐ３の時間長と第４の期間Ｐ４の時間長の和に対する第４の期間Ｐ４の時間長の比の値は、バイアス信号ＢＳのデューティー比である。

図６は、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法の工程ＳＴｂが適用された一例の基板の部分拡大断面図である。図６に示すように、工程ＳＴｂでは、フルオロカーボンガスから生成されたフッ素含有化学種（イオン及び／又はラジカル）により、マスクＭＫのパターンを転写するように、シリコン酸化膜ＯＸＦがエッチングされて、シリコン酸化膜ＯＸＦに凹部が形成される。

工程ＳＴｂでは、炭素及び水素を含む分子からなるガスから生成された炭素含有物質が、マスクＭＫ及びシリコン窒化膜ＳＮＦ上に堆積して、堆積物ＤＰを形成する。堆積物ＤＰは、工程ＳＴｂにおいて、マスクＭＫ及びシリコン窒化膜ＳＮＦがエッチングされることを抑制する。

堆積物ＤＰの量が過多である場合には、シリコン酸化膜ＯＸＦの凹部の垂直性が低くなる。即ち、堆積物ＤＰの量が過多である、凹部の幅は、凹部の深さにつれて減少する。しかしながら、工程ＳＴｂでは、窒素含有ガスから形成された窒素含有化学種により堆積物ＤＰの量が調整される。したがって、工程ＳＴｂのエッチングにより高い垂直性を有する凹部をシリコン酸化膜ＯＸＦに形成することが可能となる。なお、窒素含有ガスは、その流量の調整による堆積物ＤＰの量の制御性に優れる。したがって、工程ＳＴｂによれば、マスクＭＫ及びシリコン窒化膜ＳＮＦの保護とシリコン酸化膜ＯＸＦの凹部の垂直性の向上を両立することが可能である。

一実施形態では、図３に示すように、方法ＭＴは、工程ＳＴｃを更に含んでいてもよい。工程ＳＴｃでは、チャンバ１０内で除去ガスからプラズマが生成される。図７は、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法の工程ＳＴｃが適用された一例の基板の部分拡大断面図である。工程ＳＴｃでは、生成されたプラズマからのラジカル及び／又はイオンのような化学種により、図７に示すように、堆積物ＤＰが基板Ｗから除去される。除去ガスは、フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスと酸素含有ガスを含む。除去ガスに含まれるフルオロカーボンガスは、ＣＦ_４ガス、Ｃ_４Ｆ_８ガス、又はＣ_４Ｆ_６ガス等である。除去ガスに含まれるハイドロフルオロカーボンガスは、ＣＨＦ_３ガス又はＣＨ_２Ｆ_２ガス等である。除去ガスに含まれる酸素含有ガスは、Ｏ_２ガスであってもよい。

工程ＳＴｃにおいて、制御部２は、除去ガスをチャンバ１０内に供給するよう、ガス供給部２０を制御する。また、工程ＳＴｃにおいて、制御部２は、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するよう、排気システム４０を制御する。工程ＳＴｃにおいて、制御部２は、ソース信号ＳＳを供給するよう、ソース電源（一例では第１のＲＦ生成部３１ａ）を制御する。工程ＳＴｃにおいて、制御部２は、バイアス信号ＢＳを供給するよう、バイアス電源（一例では第２のＲＦ生成部３１ｂ又は第１のＤＣ生成部３２ａ）を制御してもよい。なお、工程ＳＴｃにおいて、バイアス信号ＢＳは供給されなくてもよい。

工程ＳＴｃにおいては、フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスを含まない除去ガスが用いられる場合に比べて、堆積物ＤＰのエッチングレートが高められる。したがって、工程ＳＴｃの処理時間を短くすることができる。その結果、工程ＳＴｃにおいて、マスクＭＫ及びシリコン窒化膜ＳＮＦがエッチングされることが抑制される。また、工程ＳＴｃにおいて堆積物ＤＰを除去することにより、基板Ｗに形成された凹部の垂直性が更に高くなる。

以下、方法ＭＴの評価のために行った種々の実験について説明する。

＜第１～第３の実験＞

第１～第３の実験の各々では、図４の（ａ）及び図４の（ｂ）に示した一例の基板Ｗと同じサンプル基板を準備して、工程ＳＴｂと同様にサンプル基板のシリコン酸化膜ＯＸＦのエッチングを行った。第１の実験では、Ｃ_４Ｆ_６ガス、Ｏ_２ガス、及びＡｒガスを含むエッチングガスを用いた。第２の実験では、第１の実験のエッチングガスのガス成分に加えて５ｓｃｃｍのＣＨ_３Ｆガスを含むエッチングガスを用いた。第３の実験では、第２の実験のエッチングガスのガス成分に加えて５５ｓｃｃｍのＮ_２ガスを含むエッチングガスを用いた。なお、第１の実験及び第２の実験の各々のエッチングガスにおいてＯ_２ガスの流量は５５ｓｃｃｍであり、第３の実験のエッチングガスにおいてＯ_２ガスの流量は５３ｓｃｃｍであった。以下、第１～第３の実験の各々の他の条件を示す。
＜第１～第３の実験の各々の他の条件＞
・第１の期間Ｐ１におけるソース信号ＳＳのレベル：１５００Ｗ
・第２の期間Ｐ２におけるソース信号ＳＳのレベル：３０Ｗ
・第３の期間Ｐ３におけるバイアスＲＦ信号のレベル：１５００Ｗ
・第４の期間Ｐ４におけるバイアスＲＦ信号のレベル：０Ｗ
・ソース信号ＳＳのデューティー比：２０％
・バイアスＲＦ信号のデューティー比：８０％

第１～第３の実験の各々では、エッチング後のマスクＭＫの厚さＴ_ＭＫ及びシリコン窒化膜ＳＮＦの厚さＴ_ＳＮＦを求めた（図６参照）。また、エッチング後の凹部の上部の幅（ＣＤ_Ｔ）と底部の幅（ＣＤ_Ｂ）の差ΔＣＤを求めた。その結果、第１～第３の実験で求めたＴ_ＭＫはそれぞれ、１４．８ｎｍ、１７．５ｎｍ、１６．０ｎｍであった。また、第１～第３の実験で求めたＴ_ＳＮＦはそれぞれ、３９．７ｎｍ、４５．３ｎｍ、４１．０ｎｍであった。また、第１～第３の実験で求めたΔＣＤはそれぞれ、２．７ｎｍ、４．２ｎｍ、１.３ｎｍであった。第１～第３の実験の結果から、エッチングガスにＣＨ_３Ｆガス、即ち、炭素及び水素を含む分子からなるガスを含めることにより、マスクＭＫ及びシリコン窒化膜ＳＮＦのエッチングが抑制されることが確認された。また、エッチングガスにＮ_２ガス、即ち窒素含有ガスを含めることにより、ΔＣＤを小さくすることが可能なこと、即ち、凹部の垂直性を高めることが可能であることが確認された。

＜第４～第９の実験＞

第４～第９の実験の各々では、図４の（ａ）及び図４の（ｂ）に示した一例の基板Ｗと同じサンプル基板を準備して、第３の実験と同様にサンプル基板のシリコン酸化膜ＯＸＦのエッチングを行った。そして、工程ＳＴｃと同様にサンプル基板上の堆積物ＤＰの除去を行った。第４の実験において、Ｏ_２ガスのみを含む除去ガスを用いた。第５～第９の実験において用いた除去ガスは、Ｏ_２ガスを含んでいた。また、第５～第９の実験において用いた除去ガスは、除去ガスは、ＣＦ_４ガス、Ｃ_４Ｆ_８ガス、Ｃ_４Ｆ_６ガス、ＣＨＦ_３ガス又はＣＨ_２Ｆ_２ガスをそれぞれ含んでいた。第４～第９の実験の各々において堆積物ＤＰの除去のために、１００Ｗのソース信号を供給した。なお、第４～第９の実験の各々では、バイアス信号ＢＳは供給しなかった。

第４～第９の実験の各々では、堆積物ＤＰの除去後のマスクＭＫの厚さＴ_ＭＫ及びシリコン窒化膜ＳＮＦの厚さＴ_ＳＮＦを求めた（図７参照）。また、堆積物ＤＰの除去後の凹部の上部の幅（ＣＤ_Ｔ）と底部の幅（ＣＤ_Ｂ）の差ΔＣＤを求めた。その結果、第４～第９の実験で求めたＴ_ＭＫはそれぞれ、１６．８ｎｍ、１７．６ｎｍ、１６．７ｎｍ、１６．３ｎｍ、１７．７ｎｍ、１７．８ｎｍであった。また、第４～第９の実験で求めたＴ_ＳＮＦはそれぞれ、４７．８ｎｍ、４８．７ｎｍ、４８．４ｎｍ、５０．６ｎｍ、５０．５ｎｍ、５１．０ｎｍであった。また、第４～第９の実験で求めたΔＣＤはそれぞれ、２．５ｎｍ、１．９ｎｍ、１．７ｎｍ、１．２ｎｍ、１．４ｎｍ、１．７ｎｍであった。第４～第９の実験の結果から、除去ガスにフルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスを含めることにより、マスクＭＫ及びシリコン窒化膜ＳＮＦのエッチングを抑制しつつ、堆積物ＤＰを除去可能であることが確認された。また、フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスを含む除去ガスを用いることにより、基板Ｗの凹部の垂直性を高めることが可能であることが確認された。

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。

ここで、本開示に含まれる種々の例示的実施形態を、以下の［Ｅ１］～［Ｅ１２］に記載する。

［Ｅ１］
（ａ） プラズマ処理装置のチャンバ内で基板支持部上に基板を準備する工程であり、該基板は、下地領域上に設けられたシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜、並びに、該シリコン酸化膜上に設けられたマスクを含み、該マスクは多結晶シリコンから形成されている、該工程と、
（ｂ） 前記チャンバ内でエッチング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であり、該エッチングガスは、フルオロカーボンガス、炭素及び水素を含む分子からなるガス、並びに窒素含有ガスを含む、該工程と、
を含み、
前記（ｂ）において前記プラズマを生成するためにソース信号が供給され、前記基板にイオンを引き込むためにバイアス信号が前記基板支持部に供給され、
前記（ｂ）が行われるエッチング期間は、第１の期間と該第１の期間と交互の第２の期間、並びに、該第１の期間と少なくとも部分的に重複する第３の期間と該第３の期間と交互の第４の期間であり前記第２の期間と少なくとも部分的に重複する該第４の期間を含み、
前記第１の期間における前記ソース信号のレベルは、前記第２の期間おける前記ソース信号のレベルよりも高く、
前記第４の期間における前記バイアス信号のレベルは、前記第３の期間における前記バイアス信号のレベルよりも高い、
エッチング方法。

［Ｅ２］
前記チャンバ内で除去ガスからプラズマをして、前記（ｂ）において前記基板上に形成された炭素を含有する堆積物を除去する工程を更に含み、
前記除去ガスは、フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスと酸素含有ガスとを含む、
［Ｅ１］に記載のエッチング方法。

［Ｅ３］
前記酸素含有ガスは、Ｏ_２ガスである、［Ｅ２］に記載のエッチング方法。

［Ｅ４］
前記エッチングガスに含まれる前記フルオロカーボンガスは、Ｃ_４Ｆ_６ガス、Ｃ_４Ｆ_８ガス、Ｃ_５Ｆ_８ガス、又はＣ_３Ｆ_８ガスである、［Ｅ１］～［Ｅ３］の何れか一項に記載のエッチング方法。

［Ｅ５］
炭素及び水素を含む前記分子において、水素原子の数は、炭素原子の数よりも多い、［Ｅ１］～［Ｅ４］の何れか一項に記載のエッチング方法。

［Ｅ６］
炭素及び水素を含む分子からなる前記ガスは、ハイドロフルオロカーボンガス又は炭化水素ガスである、［Ｅ１］～［Ｅ５］の何れか一項に記載のエッチング方法。

［Ｅ７］
前記窒素含有ガスは、Ｎ_２ガスである、［Ｅ１］～［Ｅ６］の何れか一項に記載のエッチング方法。

［Ｅ８］
前記第１の期間と前記第３の期間は互いに一致しており、前記第２の期間と前記第４の期間は互いに一致している、［Ｅ１］～［Ｅ７］の何れか一項に記載のエッチング方法。

［Ｅ９］
前記第１の期間の時間長と前記第２の期間の時間長の和に対する前記第１の期間の時間長の比の値は、前記第３の期間の時間長と前記第４の期間の時間長の和に対する前記第４の期間の時間長の比の値よりも小さい、［Ｅ１］～［Ｅ８］の何れか一項に記載のエッチング方法。

［Ｅ１０］
前記ソース信号は、ソースＲＦ信号であり、
前記バイアス信号は、バイアスＲＦ信号であるか、電圧パルスのシーケンスである、
［Ｅ１］～［Ｅ９］の何れか一項に記載のエッチング方法。

［Ｅ１１］
前記シリコン窒化膜は、前記（ｂ）が行われる前に前記シリコン酸化膜の中に埋め込まれており、前記（ｂ）における前記シリコン酸化膜のエッチングにより部分的に露出される、［Ｅ１］～［Ｅ１０］の何れか一項に記載のエッチング方法。

［Ｅ１２］
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
前記チャンバ内にガスを供給するように構成されたガス供給部と、
前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するためにソース信号を供給するように構成されたソース電源と、
前記基板支持部にバイアス信号を供給するように構成されたバイアス電源と、
前記ガス供給部、ソース電源、及びバイアス電源を制御するように構成された制御部と、
を備え、
前記制御部は、エッチング期間において、エッチングガスを前記チャンバ内に供給するようにガス供給部を制御するよう構成されており、
前記エッチングガスは、フルオロカーボンガス、炭素及び水素を含む分子からなるガス、並びに窒素含有ガスを含み、
前記エッチング期間は、第１の期間と該第１の期間と交互の第２の期間、並びに、該第１の期間と少なくとも部分的に重複する第３の期間と該第３の期間と交互の第４の期間であり前記第２の期間と少なくとも部分的に重複する該第４の期間を含み、
前記制御部は、前記第１の期間における前記ソース信号のレベルを前記第２の期間おける前記ソース信号のレベルよりも高いレベルに設定するように前記ソース電源を制御し、前記第４の期間における前記バイアス信号のレベルを前記第３の期間における前記バイアス信号のレベルよりも高いレベルに設定するように前記バイアス電源を制御するよう構成されている、
プラズマ処理装置。

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…チャンバ、１１…基板支持部、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。

Claims (12)

1. （ａ） プラズマ処理装置のチャンバ内で基板支持部上に基板を準備する工程であり、該基板は、下地領域上に設けられたシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜、並びに、該シリコン酸化膜上に設けられたマスクを含み、該マスクは多結晶シリコンから形成されている、該工程と、
   （ｂ） 前記チャンバ内でエッチング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であり、該エッチングガスは、フルオロカーボンガス、炭素及び水素を含む分子からなるガス、並びに窒素含有ガスを含む、該工程と、
   を含み、
   前記（ｂ）において前記プラズマを生成するためにソース信号が供給され、前記基板にイオンを引き込むためにバイアス信号が前記基板支持部に供給され、
   前記（ｂ）が行われるエッチング期間は、第１の期間と該第１の期間と交互の第２の期間、並びに、該第１の期間と少なくとも部分的に重複する第３の期間と該第３の期間と交互の第４の期間であり前記第２の期間と少なくとも部分的に重複する該第４の期間を含み、
   前記第１の期間における前記ソース信号のレベルは、前記第２の期間おける前記ソース信号のレベルよりも高く、
   前記第４の期間における前記バイアス信号のレベルは、前記第３の期間における前記バイアス信号のレベルよりも高い、
   エッチング方法。
2. 前記チャンバ内で除去ガスからプラズマをして、前記（ｂ）において前記基板上に形成された炭素を含有する堆積物を除去する工程を更に含み、
   前記除去ガスは、フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスと酸素含有ガスとを含む、
   請求項１に記載のエッチング方法。
3. 前記酸素含有ガスは、Ｏ_２ガスである、請求項２に記載のエッチング方法。
4. 前記エッチングガスに含まれる前記フルオロカーボンガスは、Ｃ_４Ｆ_６ガス、Ｃ_４Ｆ_８ガス、Ｃ_５Ｆ_８ガス、又はＣ_３Ｆ_８ガスである、請求項１～３の何れか一項に記載のエッチング方法。
5. 炭素及び水素を含む前記分子において、水素原子の数は、炭素原子の数よりも多い、請求項１～３の何れか一項に記載のエッチング方法。
6. 炭素及び水素を含む分子からなる前記ガスは、ハイドロフルオロカーボンガス又は炭化水素ガスである、請求項１～３の何れか一項に記載のエッチング方法。
7. 前記窒素含有ガスは、Ｎ_２ガスである、請求項１～３の何れか一項に記載のエッチング方法。
8. 前記第１の期間と前記第３の期間は互いに一致しており、前記第２の期間と前記第４の期間は互いに一致している、請求項１～３の何れか一項に記載のエッチング方法。
9. 前記第１の期間の時間長と前記第２の期間の時間長の和に対する前記第１の期間の時間長の比の値は、前記第３の期間の時間長と前記第４の期間の時間長の和に対する前記第４の期間の時間長の比の値よりも小さい、請求項１～３の何れか一項に記載のエッチング方法。
10. 前記ソース信号は、ソースＲＦ信号であり、
    前記バイアス信号は、バイアスＲＦ信号であるか、電圧パルスのシーケンスである、
    請求項１～３の何れか一項に記載のエッチング方法。
11. 前記シリコン窒化膜は、前記（ｂ）が行われる前に前記シリコン酸化膜の中に埋め込まれており、前記（ｂ）における前記シリコン酸化膜のエッチングにより部分的に露出される、請求項１～３の何れか一項に記載のエッチング方法。
12. チャンバと、
    前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
    前記チャンバ内にガスを供給するように構成されたガス供給部と、
    前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するためにソース信号を供給するように構成されたソース電源と、
    前記基板支持部にバイアス信号を供給するように構成されたバイアス電源と、
    前記ガス供給部、ソース電源、及びバイアス電源を制御するように構成された制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、エッチング期間において、エッチングガスを前記チャンバ内に供給するようにガス供給部を制御するよう構成されており、
    前記エッチングガスは、フルオロカーボンガス、炭素及び水素を含む分子からなるガス、並びに窒素含有ガスを含み、
    前記エッチング期間は、第１の期間と該第１の期間と交互の第２の期間、並びに、該第１の期間と少なくとも部分的に重複する第３の期間と該第３の期間と交互の第４の期間であり前記第２の期間と少なくとも部分的に重複する該第４の期間を含み、
    前記制御部は、前記第１の期間における前記ソース信号のレベルを前記第２の期間おける前記ソース信号のレベルよりも高いレベルに設定するように前記ソース電源を制御し、前記第４の期間における前記バイアス信号のレベルを前記第３の期間における前記バイアス信号のレベルよりも高いレベルに設定するように前記バイアス電源を制御するよう構成されている、
    プラズマ処理装置。

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