JP7101096B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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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ものである。
電子デバイスの製造では、プラズマ処理装置を用いてプラズマ処理が行われる。プラズマ処理装置は、チャンバ及び基板支持台を備える。基板支持台は、下部電極を含み、チャンバ内に設けられている。プラズマ処理においては、チャンバ内のガスを励起させるために高周波電力が供給されて、当該ガスからプラズマが生成される。
プラズマ処理の実行中には、別の高周波電力が下部電極に供給され得る。別の高周波電力は、プラズマ生成用の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。即ち、別の高周波電力はバイアス高周波電力である。一般的に、バイアス高周波電力は、基板支持台上に設けられた基板に衝突するイオンのエネルギーを調整するために用いられる。基板に衝突するイオンのエネルギーは、高い電力レベルを有するバイアス高周波電力が下部電極に供給されている場合には、高くなる。一方、基板に衝突するイオンのエネルギーは、低い電力レベルを有するバイアス高周波電力が下部電極に供給されている場合には、低くなる。
特許文献1には、シリコン窒化膜のエッチングのためのプラズマ処理について記載されている。特許文献1に記載された技術では、シリコン窒化膜のエッチング中にバイアス高周波電力の電力レベルが高いレベルに設定される。また、特許文献1に記載された技術では、シリコン窒化膜のエッチングによってシリコン窒化膜とシリコン酸化膜が共に露出されている状態が形成されている場合に、バイアス高周波電力の電力レベルが、高いレベルと低いレベルに交互に切り替えられる。
特開平6-267895号公報
プラズマ処理として、基板上に堆積物を形成するプラズマ処理を行い、しかる後に基板の膜をエッチングするプラズマ処理を行うことが考えられる。かかるプラズマ処理では、エッチングに用いられるイオンのエネルギーを設定することが要求される。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理方法は、第1の期間においてチャンバ内で第1のプラズマ処理を実行する工程と、第2の期間においてチャンバ内で第2のプラズマ処理を実行する工程と、を含む。第2の期間は、第1の期間の後の期間又は第1の期間に続く期間である。第1のプラズマ処理を実行する工程と第2のプラズマ処理を実行する工程は、チャンバ内に設けられた基板支持台上に基板が載置された状態で実行される。このプラズマ処理方法では、第1のプラズマ処理を実行する工程と第2のプラズマ処理を実行する工程とを含むシーケンスが複数回実行される。第2の期間内では、第1の高周波電力が、基板支持台の下部電極に供給される。第1の高周波電力は、第1の周波数を有する。第1の期間内では、下部電極に対する第1の高周波電力の供給が停止される。第2の期間内の第1の高周波電力の各周期内において、プラズマ生成用の第2の高周波電力が、パルス状の高周波電力として供給される。第2の高周波電力は、第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する。第2の高周波電力は、第1の期間内において連続的に供給されるか、或いは、パルス状の高周波電力として供給される。
一つの例示的実施形態によれば、エッチングに用いられるイオンのエネルギーを設定することが可能となる。
一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。 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の(a)は図1に示す方法MTが適用され得る一例の基板の部分断面図、図3の(b)は方法MTの工程ST1の実行後の状態の一例の基板の部分断面図、図3の(c)は方法MTのシーケンスSQの実行後の状態の一例の基板の部分断面図、図3の(d)は方法MTの工程ST4の実行後の状態の一例の基板の部分断面図である。 図1に示すプラズマ処理方法に関連する一例のタイミングチャートである。 図1に示すプラズマ処理方法に関連する別の例のタイミングチャートである。 図1に示すプラズマ処理方法に関連する更に別の例のタイミングチャートである。 図1に示すプラズマ処理方法に関連する更に別の例のタイミングチャートである。 図8の(a)は図1に示す方法MTが適用され得る別の例の基板の部分断面図、図8の(b)は方法MTの工程ST1の実行後の状態の別の例の基板の部分断面図、図8の(c)は方法MTのシーケンスSQの実行後の状態の別の例の基板の部分断面図、図8の(d)は方法MTの工程ST4の実行後の状態の別の例の基板の部分断面図である。 図1に示すプラズマ処理方法に関連する更に別の例のタイミングチャートである。
以下、種々の例示的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、プラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理方法は、第1の期間においてチャンバ内で第1のプラズマ処理を実行する工程と、第2の期間においてチャンバ内で第2のプラズマ処理を実行する工程と、を含む。第2の期間は、第1の期間の後の期間又は第1の期間に続く期間である。第1のプラズマ処理を実行する工程と第2のプラズマ処理を実行する工程は、チャンバ内に設けられた基板支持台上に基板が載置された状態で実行される。このプラズマ処理方法では、第1のプラズマ処理を実行する工程と第2のプラズマ処理を実行する工程とを含むシーケンスが複数回実行される。第2の期間内では、第1の高周波電力が、基板支持台の下部電極に供給される。第1の高周波電力は、第1の周波数を有する。第1の期間内では、下部電極に対する第1の高周波電力の供給が停止される。第2の期間内の第1の高周波電力の各周期内において、プラズマ生成用の第2の高周波電力が、パルス状の高周波電力として供給される。第2の高周波電力は、第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する。第2の高周波電力は、第1の期間内において連続的に供給されるか、或いは、パルス状の高周波電力として供給される。
上記例示的実施形態では、第1の期間において、第1の高周波電力、即ちバイアス高周波電力が下部電極に供給されないので、チャンバ内で生成される化学種が基板支持台上に載置された基板上に堆積する。第2の期間においては、第1の高周波電力が下部電極に供給されるので、チャンバ内で生成されるイオンにより基板の膜がエッチングされる。また、第2の期間内の第1の高周波電力の各周期内においてプラズマ生成用の第2の高周波電力がパルス状の高周波電力として供給される期間を設定することにより、エッチングに用いられるイオンのエネルギーが設定され得る。
一つの例示的実施形態において、第2の高周波電力は、第2の期間内の第1の高周波電力の各周期内で第1の高周波電源部から出力される第1の高周波電力が負の電位を有する期間内で、パルス状の高周波電力として供給されてもよい。この実施形態では、膜のエッチング時のイオンのエネルギーが比較的高いエネルギーに設定され得る。
一つの例示的実施形態において、第2の高周波電力は、第2の期間内の第1の高周波電力の各周期内で第1の高周波電源部から出力される第1の高周波電力が正の電位を有する期間内で、パルス状の高周波電力として供給される。この実施形態では、膜のエッチング時のイオンのエネルギーが比較的低いエネルギーに設定され得る。
一つの例示的実施形態において、第2の高周波電力は、第2の期間内でパルス状の高周波電力が供給される周期と同じ周期で、第1の期間内において、パルス状の高周波電力として供給されてもよい。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理方法は、第1の高周波電力及び第2の高周波電力の供給を停止した状態で、チャンバを排気する工程を更に含む。チャンバを排気する工程は、シーケンス内で第2のプラズマ処理を実行する工程が実行された後に、実行され得る。
一つの例示的実施形態において、第1のプラズマ処理に用いられる処理ガスと第2のプラズマ処理に用いられる処理ガスは同一であってもよい。一つの例示的実施形態において、第1のプラズマ処理に用いられる処理ガスと第2のプラズマ処理に用いられる処理ガスは互いに異なっていてもよい。
別の例示的実施形態においては、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持台、第1の高周波電源部、第2の高周波電源部、及び制御部を備える。基板支持台は、下部電極を含み、チャンバ内に設けられている。第1の高周波電源部は、第1の周波数を有する第1の高周波電力を下部電極に供給するように構成されている。第2の高周波電源部は、プラズマを生成するために第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の高周波電力を供給するように構成されている。制御部は、第1の高周波電源部及び第2の高周波電源部を制御するように構成されている。制御部は、制御シーケンスを繰り返して実行する。制御シーケンスは、第1の制御及び第2の制御を含む。第1の制御は、第1の期間においてチャンバ内で第1のプラズマ処理を実行するために実行される。第2の制御は、第2の期間においてチャンバ内で第2のプラズマ処理を実行するために実行される。第2の期間は、第1の期間の後の期間又は第1の期間に続く期間である。第1の制御は、第1の期間において、下部電極に対する第1の高周波電力の供給を停止するよう、第1の高周波電源部を制御することを含む。第1の制御は、第1の期間内において、第2の高周波電力を、連続的に供給するか、或いは、パルス状の高周波電力として供給するよう、第2の高周波電源部を制御することを更に含む。第2の制御は、第2の期間において、第1の高周波電力を下部電極に供給するよう、第1の高周波電源部を制御することを含む。第2の制御は、第2の期間内の第1の高周波電力の各周期内において、第2の高周波電力を、パルス状の高周波電力として供給するよう、第2の高周波電源部を制御することを更に含む。
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、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。図1に示すプラズマ処理方法(以下、「方法MT」という)は、プラズマ処理装置を用いて実行される。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。本開示における種々の実施形態に係るプラズマ処理方法の実行には、図2に示すプラズマ処理装置が用いられ得る。
図2に示すプラズマ処理装置1は、容量結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置1は、チャンバ10を備えている。チャンバ10は、その中に内部空間10sを提供している。
チャンバ10は、チャンバ本体12を含んでいる。チャンバ本体12は、略円筒形状を有している。内部空間10sは、チャンバ本体12の内側に提供されている。チャンバ本体12は、例えばアルミニウムから形成されている。チャンバ本体12の内壁面上には、耐腐食性を有する膜が設けられている。耐腐食性を有する膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。
チャンバ本体12の側壁には、通路12pが形成されている。基板Wは、内部空間10sとチャンバ10の外部との間で搬送されるときに、通路12pを通過する。通路12pは、ゲートバルブ12gにより開閉可能となっている。ゲートバルブ12gは、チャンバ本体12の側壁に沿って設けられている。
チャンバ本体12の底部上には、支持部13が設けられている。支持部13は、絶縁材料から形成されている。支持部13は、略円筒形状を有している。支持部13は、内部空間10sの中で、チャンバ本体12の底部から上方に延在している。支持部13は、基板支持台、即ち支持台14を支持している。支持台14は、内部空間10sの中に設けられている。支持台14は、チャンバ10内、即ち内部空間10sの中で、基板Wを支持するように構成されている。
支持台14は、下部電極18及び静電チャック20を有している。支持台14は、電極プレート16を更に有し得る。電極プレート16は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極18は、電極プレート16上に設けられている。下部電極18は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極18は、電極プレート16に電気的に接続されている。
静電チャック20は、下部電極18上に設けられている。静電チャック20の上面の上には、基板Wが載置される。静電チャック20は、本体及び電極を有する。静電チャック20の本体は、略円盤形状を有し、誘電体から形成されている。静電チャック20の電極は、膜状の電極であり、静電チャック20の本体内に設けられている。静電チャック20の電極は、スイッチ20sを介して直流電源20pに接続されている。静電チャック20の電極に直流電源20pからの電圧が印加されると、静電チャック20と基板Wとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、基板Wは、静電チャック20に引き付けられ、静電チャック20によって保持される。
下部電極18の周縁部上には、基板Wのエッジを囲むように、フォーカスリングFRが配置される。フォーカスリングFRは、基板Wに対するプラズマ処理の面内均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングFRは、限定されるものではないが、シリコン、炭化シリコン、又は石英から形成され得る。
下部電極18の内部には、流路18fが設けられている。流路18fには、チャンバ10の外部に設けられているチラーユニット22から配管22aを介して熱交換媒体(例えば冷媒)が供給される。流路18fに供給された熱交換媒体は、配管22bを介してチラーユニット22に戻される。プラズマ処理装置1では、静電チャック20上に載置された基板Wの温度が、熱交換媒体と下部電極18との熱交換により、調整される。
プラズマ処理装置1には、ガス供給ライン24が設けられている。ガス供給ライン24は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス(例えばHeガス)を、静電チャック20の上面と基板Wの裏面との間に供給する。
プラズマ処理装置1は、上部電極30を更に備えている。上部電極30は、支持台14の上方に設けられている。上部電極30は、部材32を介して、チャンバ本体12の上部に支持されている。部材32は、絶縁性を有する材料から形成されている。上部電極30と部材32は、チャンバ本体12の上部開口を閉じている。
上部電極30は、天板34及び支持体36を含み得る。天板34の下面は、内部空間10sの側の下面であり、内部空間10sを画成している。天板34は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から形成され得る。天板34には、複数のガス吐出孔34aが形成されている。複数のガス吐出孔34aは、天板34をその板厚方向に貫通している。
支持体36は、天板34を着脱自在に支持する。支持体36は、アルミニウムといった導電性材料から形成される。支持体36の内部には、ガス拡散室36aが設けられている。支持体36には、複数のガス孔36bが形成されている。複数のガス孔36bは、ガス拡散室36aから下方に延びている。複数のガス孔36bは、複数のガス吐出孔34aにそれぞれ連通している。支持体36には、ガス導入口36cが形成されている。ガス導入口36cは、ガス拡散室36aに接続している。ガス導入口36cには、ガス供給管38が接続されている。
プラズマ処理装置1は、ガス供給部GSを更に備えている。ガス供給部GSは、ガスソース群40、バルブ群41、流量制御器群42、及びバルブ群43を含む。ガスソース群40は、バルブ群41、流量制御器群42、及びバルブ群43を介して、ガス供給管38に接続されている。ガスソース群40は、複数のガスソースを含んでいる。複数のガスソースは、種々の実施形態の各々で利用される複数のガスのソースを含む。バルブ群41及びバルブ群43の各々は、複数の開閉バルブを含んでいる。流量制御器群42は、複数の流量制御器を含んでいる。流量制御器群42の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群40の複数のガスソースの各々は、バルブ群41の対応の開閉バルブ、流量制御器群42の対応の流量制御器、及びバルブ群43の対応の開閉バルブを介して、ガス供給管38に接続されている。
プラズマ処理装置1では、チャンバ本体12の内壁面に沿って、シールド46が着脱自在に設けられている。シールド46は、支持部13の外周にも設けられている。シールド46は、チャンバ本体12にエッチング副生物が付着することを防止する。シールド46は、例えば、アルミニウムから形成された部材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。
支持部13とチャンバ本体12の側壁との間には、バッフルプレート48が設けられている。バッフルプレート48は、例えば、アルミニウムから形成された部材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。バッフルプレート48には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート48の下方、且つ、チャンバ本体12の底部には、排気口12eが設けられている。排気口12eには、排気管52を介して排気装置50が接続されている。排気装置50は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。
プラズマ処理装置1は、発光分析器54を更に備え得る。発光分析器54は、チャンバ10の外側に設けられている。発光分析器54は、チャンバ10に形成された光学的に透明な窓部材を介して、プラズマからの光を受ける。発光分析器54は、プラズマの一以上の波長の発光強度を取得する。後述する制御部80は、発光分析器54によって取得された発光強度に基づいて工程を終了させることができる。
プラズマ処理装置1は、第1の高周波電源部61を更に備えている。第1の高周波電源部61は、第1の高周波電力LFを出力するように構成されている。第1の高周波電力LFは、主としてイオンを基板Wに引き込むことに適した周波数を有する。第1の高周波電力LFの基本周波数である第1の周波数は、例えば50kHz~13.56MHzの範囲内の周波数である。
第1の高周波電源部61は、整合器63を介して下部電極18に電気的に接続されている。整合器63は、整合回路を有している。整合器63の整合回路は、第1の高周波電源部61の負荷側(下部電極側)のインピーダンスを、第1の高周波電源部61の出力インピーダンスに整合させるよう構成されている。一実施形態において、プラズマ処理装置1は、方向性結合器65を更に備え得る。方向性結合器65は、第1の高周波電源部61と整合器63との間に設けられている。
プラズマ処理装置1は、第2の高周波電源部62を更に備えている。第2の高周波電源部62は、チャンバ10内でガスからプラズマを生成するために、第2の高周波電力HFを出力するように構成されている。第2の高周波電力HFの基本周波数である第2の周波数は、第1の周波数よりも高い。第2の周波数は、例えば27MHz~300MHzの範囲内の周波数である。
第2の高周波電源部62は、整合器64を介して下部電極18に電気的に接続されている。整合器64は、整合回路を有している。整合器64の整合回路は、第2の高周波電源部62の負荷側(下部電極側)のインピーダンスを、第2の高周波電源部62の出力インピーダンスに整合させるよう構成されている。プラズマ処理装置1は、方向性結合器66を更に備えていてもよい。方向性結合器66は、第2の高周波電源部62と整合器64との間に設けられている。別の実施形態では、第2の高周波電源部62は、整合器64を介して上部電極30に電気的に接続されていてもよい。
プラズマ処理装置1は、制御部80を更に備え得る。制御部80は、プロセッサ、メモリといった記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部80は、プラズマ処理装置1の各部を制御する。制御部80では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置1を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部80では、表示装置により、プラズマ処理装置1の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部80の記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、プラズマ処理装置1で各種処理を実行するために、制御部80のプロセッサによって実行される。制御部80のプロセッサが、制御プログラムを実行し、レシピデータに従ってプラズマ処理装置1の各部を制御することにより、種々の実施形態の各々のプラズマ処理方法が、プラズマ処理装置1で実行される。
第1の高周波電源部61は、制御部80から指定された期間において、第1の高周波電力LFの出力を停止するよう構成されている。また、第1の高周波電源部61は、制御部80から指定された別の期間において、第1の高周波電力LF(連続的な高周波電力)を連続的に出力するよう構成されている。
一実施形態において、第1の高周波電源部61は、信号発生器61g及び増幅器61aを有している。信号発生器61gは、第1の高周波信号を生成するよう構成されている。第1の高周波信号は、第1の周波数を有する。信号発生器61gは、制御部80から指定された期間において、第1の高周波信号の出力を停止するよう構成されている。信号発生器61gは、制御部80から指定された別の期間において、第1の高周波信号を連続的に出力するように構成されている。信号発生器61gは、同期信号発生器60sからの同期信号SSを受けるように構成されている。同期信号SSは、同期パルスを含む。同期パルスは、第1の周波数で規定される周期で出力される。信号発生器61gは、同期信号SSに含まれる同期パルスに同期するように第1の高周波信号を生成する。増幅器61aの入力は、信号発生器61gの出力に接続されている。増幅器61aは、第1の高周波信号を増幅して、第1の高周波電力LFを生成する。
第2の高周波電源部62は、制御部80からの制御信号及び同期信号発生器60sからの同期信号SSに応じて、第1の高周波電力LFの各周期内で第2の高周波電力HFを連続的に出力するよう構成されている。また、第2の高周波電源部62は、制御部80からの制御信号及び同期信号発生器60sからの同期信号SSに応じて、第1の高周波電力LFの各周期内で第2の高周波電力HFをパルス状の高周波電力として出力するよう構成されている。第1の高周波電力LFの各周期は、同期信号発生器60sからの同期信号SSから特定される。パルス状の高周波電力は、ある期間内の特定の期間内でその電力レベルが増加された高周波電力である。例えば、パルス状の高周波電力の電力レベルは、ある期間内の特定の期間においてゼロよりも大きく、当該特定の期間の前後の期間ではゼロである。第1の高周波電力LFの各周期内で第2の高周波電力HFがパルス状の高周波電力として出力される期間は、制御部80からの制御信号によって指定される。
一実施形態において、第2の高周波電源部62は、信号発生器62g及び増幅器62aを有している。信号発生器62gは、第2の高周波信号を生成するよう構成されている。第2の高周波信号は、第2の周波数を有する。信号発生器62gは、同期信号発生器60sからの同期信号SSを受けるように構成されている。信号発生器62gは、制御部80からの制御信号に応じて、第2の高周波電力HFを連続波として出力する場合には、第2の高周波信号を連続波として出力する。信号発生器62gは、制御部80からの制御信号に応じて、第2の高周波電力HFをパルス状の高周波電力として出力する場合には、第2の高周波信号をパルス状の高周波信号として出力する。信号発生器62gは、同期パルスによって特定される時点を基準にして制御部80から指定されたタイミングで第2の高周波信号を出力する。増幅器62aの入力は、信号発生器62gの出力に接続されている。増幅器62aは、信号発生器62gからの高周波信号を増幅して、第2の高周波電力HFを生成する。
上述の同期信号発生器60s、信号発生器61g、及び信号発生器62gは、一つのシグナルジェネレータ60によって提供されていてもよい。シグナルジェネレータ60は、制御部60cを更に含み得る。制御部60cは、制御部80からの制御信号に応じて、同期信号発生器60s、信号発生器61g、及び信号発生器62gを制御するよう構成されている。
以下、プラズマ処理装置1が用いられる場合を例として、種々の実施形態に係るプラズマ処理方法について詳細に説明する。以下の説明では、図1と共に、図3の(a)、図3の(b)、図3の(c)、図3の(d)、図4、図5、図6、及び図7を参照する。図3の(a)は図1に示す方法MTが適用され得る一例の基板の部分断面図である。図3の(b)は方法MTの工程ST1の実行後の状態の一例の基板の部分断面図、図3の(c)は方法MTのシーケンスSQの実行後の状態の一例の基板の部分断面図、図3の(d)は方法MTの工程ST4の実行後の状態の一例の基板の部分断面図である。図4、図5、図6、及び図7の各々は、図1に示すプラズマ処理方法に関連する一例のタイミングチャートである。図4、図5、図6、及び図7の各々に示すタイミングチャートにおいて、横軸は時間を表している。図4、図5、図6、及び図7の各々に示すタイミングチャートにおいて、縦軸は、同期信号SS、第1の高周波電力LF、及び第2の高周波電力HFを示している。
図3の(a)に示すように、方法MTが適用され得る一例の基板Wは、下地領域URA、膜FA1、膜FA2、及びマスクMKAを有する。下地領域URAは、例えばシリコンから形成されている。膜FA2は、下地領域URA上に設けられている。下地領域URAは、例えば酸化シリコンから形成されている。膜FA1は、膜FA2上に設けられている。膜FA1は、例えばシリコンを含有する反射防止膜である。マスクMKAは、膜FA1上に設けられている。マスクMKAは、例えばフォトレジストマスクである。マスクMKAは、膜FA1を部分的に露出させるようにパターニングされている。即ち、マスクMKAは、開口を提供している。
方法MTは、工程ST1及び工程ST2を含む。工程ST1及び工程ST2は、基板Wがチャンバ10内で配置された状態で実行される。チャンバ10内では、基板Wは、支持台14上に載置される。工程ST1は、第1の期間Pにおいて実行される。第1の期間Pの時間長は、第1の高周波電力LFの一周期の時間長のm倍であり得る。mは1以上の整数である。工程ST1では、チャンバ10内で第1のプラズマ処理が実行される。工程ST2は、第2の期間Pにおいて実行される。第2の期間Pは、第1の期間Pの後の期間又は第1の期間Pに続く期間である。工程ST2では、チャンバ10内で第2のプラズマ処理が実行される。第2の期間Pの時間長は、第1の高周波電力LFの一周期の時間長のn倍であり得る。nは1以上の整数である。
方法MTの実行のために、制御部80は、第1の制御及び第2の制御を含む制御シーケンスを繰り返して実行する。第1の制御は、工程ST1の実行のための制御である。第2の制御は、工程ST2の実行のための制御である。
工程ST1では、チャンバ10内に処理ガスが供給される。工程ST1で用いられる処理ガス(以下、「第1の処理ガス」ということがある)は、限定されるものではないが、Cガスといったフルオロカーボンガスを含み得る。第1の処理ガスは、Oガスといった酸素含有ガス及び/又はアルゴンガスといった希ガスを更に含んでいてもよい。
別の例では、第1の処理ガスは、ハイドロフルオロカーボンガス及びフルオロカーボンガスを含んでいてもよい。ハイドロフルオロカーボンガスは、例えばCHFガスである。フルオロカーボンガスは、例えばCガスである。第1の処理ガスは、アルゴンガスといった希ガスを更に含んでいてもよい。
工程ST1では、ガス供給部GSが、第1の処理ガスを供給するために、制御部80によって制御される。工程ST1では、排気装置50が、チャンバ10内の圧力を指定された圧力に設定するよう、制御部80によって制御される。チャンバ10内の圧力は、例えば数mTorr~1000mTorrの範囲内の圧力に設定される。
工程ST1が実行される第1の期間Pでは、下部電極18への第1の高周波電力LFの供給は停止される。工程ST1が実行される第1の期間Pにおいて、第1の高周波電源部61は、下部電極18への第1の高周波電力LFの供給を停止するよう、制御部80によって制御される。
図4に示す例及び図5に示す例では、第2の高周波電力HFは、工程ST1が実行される第1の期間Pにおいて、パルス状の高周波電力として、下部電極18(又は上部電極30)に供給される。一実施形態では、第2の高周波電力HFは、第2の期間P内で第2の高周波電力HFがパルス状の高周波電力として供給される周期と同じ周期で、第1の期間Pにおいて、パルス状の高周波電力として供給され得る。図6に示す例及び図7に示す例では、第2の高周波電力HFは、工程ST1が実行される第1の期間Pにおいて、連続的に下部電極18(又は上部電極30)に供給される。第2の高周波電源部62は、第1の期間Pにおいて第2の高周波電力HFを供給するために、制御部80によって制御される。
工程ST2では、チャンバ10内に処理ガス(以下、「第2の処理ガス」ということがある)が供給される。第2の処理ガスは、Cガスといったフルオロカーボンガスを含み得る。第2の処理ガスは、Oガスといった酸素含有ガス及び/又はアルゴンガスといった希ガスを更に含んでいてもよい。即ち、第2の処理ガスは、第1の処理ガスと同じであってもよく、第1の処理ガスと異なっていてもよい。
工程ST2では、ガス供給部GSが、処理ガスを供給するために、制御部80によって制御される。工程ST2では、排気装置50が、チャンバ10内の圧力を指定された圧力に設定するよう、制御部80によって制御される。チャンバ10内の圧力は、例えば数mTorr~1000mTorrの範囲内の圧力に設定される。
工程ST2が実行される第2の期間Pでは、第1の高周波電力LFは、連続的に下部電極18に供給される。工程ST2が実行される第2の期間Pにおいて、第1の高周波電源部61は、下部電極18に第1の高周波電力LFを連続的に供給するよう、制御部80によって制御される。
図4~図7の各々に示す例において、第2の高周波電力HFは、第2の期間P内の第1の高周波電力LFの各周期PLF内において、パルス状の高周波電力として、下部電極18(又は上部電極30)に供給される。第2の高周波電源部62は、第2の期間Pにおいて第2の高周波電力HFを供給するために、制御部80によって制御される。
第2の高周波電力HFがパルス状の高周波電力として供給される期間は、第2の期間P内の各周期PLF内の部分的な期間である。第2の高周波電力HFがパルス状の高周波電力として供給される部分的な期間は、任意に設定され得る。各周期PLFは、負電圧出力期間Pと正電圧出力期間Pを含む。負電圧出力期間Pは、第1の高周波電源部61から出力される第1の高周波電力LFが負の電位を有する期間である。正電圧出力期間Pは、第1の高周波電源部61から出力される第1の高周波電力LFが正の電位を有する期間である。図4~図7の各々に示す例では、第2の高周波電力HFは、第2の期間P内の各周期PLF内の負電圧出力期間Pにおいてパルス状の高周波電力として供給される。
第2の高周波電源部62は、同期信号SSから特定される各周期PLFにおいて、制御部80から指定されたタイミングで、パルス状の高周波電力を供給するように構成されている。したがって、第2の高周波電力HFは、第1の高周波電力LFの周期に対して相対的に同じ位相でパルス状の高周波電力として供給され得る。
工程ST1では、チャンバ10内で第1の処理ガスからプラズマが形成される。工程ST1では、第1の高周波電力LFが下部電極18に供給されない。したがって、図3の(b)に示すように、チャンバ10内で第1の処理ガスから生成される化学種が、基板W上に堆積して、堆積物DPAを形成する。
工程ST2では、第1の高周波電力LFが下部電極18に供給されるので、チャンバ10内で第2の処理ガスから生成されるイオンにより基板Wの膜(膜FA1及び膜FA2)がエッチングされる。また、工程ST2では、第2の高周波電力HFは、各周期PLF内でパルス状の高周波電力として供給される。第2の高周波電力HFが各周期PLF内でパルス状の高周波電力として供給される期間を設定することにより、エッチングに用いられるイオンのエネルギーが設定され得る。
図4~図7の各々に示す例では、上述したように、第2の高周波電力HFは、第2の期間P内の各周期PLF内の負電圧出力期間Pにおいてパルス状の高周波電力として供給される。したがって、支持台14上の基板のVpp(電圧の波高値)が高くなり、プラズマから基板Wに向かうイオンのエネルギーが比較的高くなる。したがって、基板Wの膜が高速にエッチングされる。
工程STJでは、停止条件が満たされるか否かが判定される。即ち、工程STJでは、工程ST1及び工程ST2を含むシーケンスSQを停止させるか否かが判定される。停止条件は、例えば、発光分析器54によって取得されるCOの発光強度が所定値以下であると判定される場合に、満たされる。或いは、停止条件は、シーケンスSQの実行回数が所定回数に達している場合に、満たされる。工程STJにおいて停止条件が満たされていないと判定されると、シーケンスSQが再び実行される。一方、工程STJにおいて停止条件が満たされているものと判定されると、シーケンスSQの実行が終了される。このようなシーケンスSQの繰り返しにより、膜FA1及び膜FA2がエッチングされる。その結果、図3の(c)に示すように、マスクMKAの開口に連続する開口が膜FA1及び膜FA2に形成され、下地領域URAが露出される。
一実施形態において、方法MTは、工程ST3を更に含んでいてもよい。工程ST3は、シーケンスSQにおいて、工程ST2の後に実行される。即ち、図5及び図7に示すように、工程ST3は、第2の期間Pの後の第3の期間Pにおいて実行される。工程ST3では、第1の高周波電力LF及び第2の高周波電力HFの供給を停止した状態で、チャンバ10の排気が行われる。工程ST3においては、制御部80は、第1の高周波電力LF及び第2の高周波電力HFの供給を停止するよう、第1の高周波電源部61及び第2の高周波電源部62を制御し、チャンバ10の排気を行うよう、排気装置50を制御する。シーケンスSQにおいて、工程ST2の後に工程ST3が実行されると、工程ST2で生成される反応生成物の排気が促進される。その結果、基板Wの側壁面に反応生成物が付着することが抑制される。
一実施形態において、方法MTは、工程ST4を更に含んでいてもよい。工程ST4は、シーケンスSQの繰り返しの終了後の期間POEにおいて実行される。工程ST4では、オーバーエッチングが実行される。
工程ST4では、チャンバ10内に処理ガスが供給される。工程ST4で用いられる処理ガスは、第2の処理ガスと同じ処理ガスであり得る。工程ST4では、ガス供給部GSが、処理ガスを供給するために、制御部80によって制御される。工程ST4では、排気装置50が、チャンバ10内の圧力を指定された圧力に設定するよう、制御部80によって制御される。チャンバ10内の圧力は、例えば数mTorr~1000mTorrの範囲内の圧力に設定される。
工程ST4が実行される期間POEでは、第1の高周波電力LFは、連続的に下部電極18に供給される。工程ST2が実行される第2の期間Pにおいて、第1の高周波電源部61は、下部電極18に第1の高周波電力LFを連続的に供給するよう、制御部80によって制御される。
第2の高周波電力HFは、期間POE内の第1の高周波電力LFの各周期PLF内において、パルス状の高周波電力として、下部電極18(又は上部電極30)に供給される。第2の高周波電力HFは、期間POE内の各周期PLF内の正電圧出力期間Pにおいてパルス状の高周波電力として供給される。第2の高周波電源部62は、期間POEにおいて第2の高周波電力HFを供給するために、制御部80によって制御される。工程ST4では、支持台14上の基板のVpp(電圧の波高値)が低くなり、プラズマから基板Wに向かうイオンのエネルギーが比較的低くなる。したがって、工程ST4では、下地領域URAのエッチングを抑制しつつ、膜FA1及び膜FA2のオーバーエッチングが実行される。
以下、図1と共に、図8の(a)、図8の(b)、図8の(c)、及び図8の(d)、及び図9を参照する。図8の(a)は図1に示す方法MTが適用され得る別の例の基板の部分断面図である。図8の(b)は方法MTの工程ST1の実行後の状態の別の例の基板の部分断面図、図8の(c)は方法MTのシーケンスSQの実行後の状態の別の例の基板の部分断面図、図8の(d)は方法MTの工程ST4の実行後の状態の別の例の基板の部分断面図である。図9は、図1に示すプラズマ処理方法に関連する更に別の例のタイミングチャートである。
図8の(a)に示すように、方法MTが適用され得る別の例の基板WBは、下地領域URB、隆起領域PR、及びオフセット領域ORを有する。下地領域URBは、例えばシリコンから形成されている。隆起領域PRは、下地領域URB上に設けられている。隆起領域PRは、下地領域URBから突き出るように延在している。隆起領域PRは、略直方体形状を有し得る。隆起領域PRは、第1領域R1、第2領域R2、及び第3領域R3を含んでいる。第1領域R1は、下地領域URB上で延在している。第1領域R1は、例えばゲート酸化膜である。第2領域R2は、第1領域R1上で延在している。第2領域R2は、例えば多結晶シリコンから形成されている。第3領域R3は、第2領域R2上で延在している。第3領域R3は、例えば窒化シリコンから形成されている。オフセット領域ORは、隆起領域PR及び下地領域URBを覆うように、隆起領域PRの表面及び下地領域URBの表面に沿って延在している。オフセット領域ORは、例えば、酸化シリコンから形成されている。なお、オフセット領域ORは、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜を含む多層膜であってもよい。
図9に示す例の場合に、方法MTの工程ST1は、図4~図7の各々に示す例における工程ST1と同様である。図9に示す例の場合に、方法MTの工程ST1では、図8の(b)に示すように、チャンバ10内で生成されたプラズマからの化学種が、基板WB上に堆積し、堆積物DPBを形成する。
図4~図7の各々に示す例における工程ST2とは異なり、図9に示す例における工程ST2では、第2の高周波電力HFは、第2の期間P内の各周期PLF内の正電圧出力期間Pにおいてパルス状の高周波電力として供給される。他の点では、図9に示す例における工程ST2は、図4~図7の各々に示す例における工程ST2と同様である。
図9に示す例の方法MTでは、シーケンスSQが繰り返されることにより、基板WBの異方性エッチング、即ち垂直方向へのエッチングが進行する。その結果、図8の(c)に示すように、第3領域R3上及び下地領域URB上において、オフセット領域ORが除去される。なお、シーケンスSQは、上述した工程ST3を更に含んでいてもよい。
しかる後に、工程ST4が実行される。図9に示す例の場合に、方法MTの工程ST4は、図4~図7の各々に示す例における工程ST4と同様である。図9に示す例における工程ST4の実行により、図8の(d)に示すように、基板WBのオーバーエッチングが行われる。
図9に示す例におけるシーケンスSQでは、隆起領域PRの側面に沿った部分においてオフセット領域ORが堆積物DPBによって保護されつつ、基板WBの異方性エッチングが進行する。したがって、隆起領域PRの側面に沿った部分においてオフセット領域ORの幅が狭くなることが抑制される。また、図9に示す例における工程ST2では、支持台14上の基板のVpp(電圧の波高値)が低くなり、プラズマから基板Wに向かうイオンのエネルギーが比較的低くなる。したがって、第3領域R3及び下地領域URBのエッチングが抑制される。
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、種々の実施形態に係るプラズマ処理方法は、誘導結合型のプラズマ処理装置を用いて実行されてもよい。誘導結合型のプラズマ処理装置では、第2の高周波電力は、チャンバ10の中に誘導磁場を形成するために、アンテナに供給される。
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、10…チャンバ、14…支持台、18…下部電極、LF…第1の高周波電力、HF…第2の高周波電力、MT…方法、SQ…シーケンス、P…第1の期間、P…第2の期間、PLF…周期。

Claims (8)

  1. 第1の周波数を有する第1の高周波電力と前記第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の高周波電力とを用いてプラズマ処理チャンバにおいて基板支持台上に配置された基板を処理するプラズマ処理方法であり、前記基板支持台は下部電極を含み、該プラズマ処理方法は、
    (a)第1の期間において第1のプラズマ処理を実行する工程であり、前記第1のプラズマ処理は、前記第1の高周波電力を供給することなく前記第2の高周波電力をパルス状に供給することを含む、該工程と、
    (b)前記第1の期間とは異なる第2の期間において第2のプラズマ処理を実行する工程であり、前記第2の期間は複数の周期を含み、該複数の周期の各々は第1の電圧出力期間及び該第1の電圧出力期間とは異なる第2の電圧出力期間を含み、前記第2のプラズマ処理は、前記複数の周期の各々において前記第1の高周波電力を前記下部電極に供給すること、前記第1の電圧出力期間において前記第2の高周波電力を供給すること、及び、前記第2の電圧出力期間において前記第2の高周波電力を停止すること、を含む、該工程と、
    (c)前記(a)と前記(b)とを繰り返す工程と、
    を含
    前記第2の高周波電力は、前記第2の期間においてパルス状に供給され、前記第2の高周波電力は、前記第1の期間内と前記第2の期間内で同じ周期でパルス状に供給される、
    プラズマ処理方法。
  2. 前記第1の高周波電力は、前記第1の電圧出力期間において負の電位を有する、請求項1に記載のプラズマ処理方法。
  3. 前記第1の高周波電力は、前記第1の電圧出力期間において正の電位を有する、請求項1に記載のプラズマ処理方法。
  4. (d)前記(a)及び(b)の後に、前記第1の高周波電力及び前記第2の高周波電力を停止し、前記チャンバを排気する工程を更に含み、
    前記(c)は、前記(a)、前記(b)、及び前記(d)を繰り返すことを含む、
    請求項1に記載のプラズマ処理方法。
  5. 前記第1のプラズマ処理と前記第2のプラズマ処理は同一の処理ガスを用いて行われる、請求項1に記載のプラズマ処理方法。
  6. 第1の周波数を有する第1の高周波電力と前記第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の高周波電力とを用いてプラズマ処理チャンバにおいて基板支持台上に配置された基板を処理するプラズマ処理方法であり、前記基板支持台は下部電極を含み、該プラズマ処理方法は、
    (a)第1の期間において第1のプラズマ処理を実行する工程であり、前記第1のプラズマ処理は、前記第1の高周波電力を供給することなく前記第2の高周波電力を連続的に又はパルス状に供給することを含む、該工程と、
    (b)前記第1の期間とは異なる第2の期間において第2のプラズマ処理を実行する工程であり、前記第2の期間は複数の周期を含み、該複数の周期の各々は第1の電圧出力期間及び該第1の電圧出力期間とは異なる第2の電圧出力期間を含み、前記第2のプラズマ処理は、前記複数の周期の各々において前記第1の高周波電力を前記下部電極に供給すること、前記第1の電圧出力期間において前記第2の高周波電力を供給すること、及び、前記第2の電圧出力期間において前記第2の高周波電力を停止すること、を含む、該工程と、
    (c)前記(a)と前記(b)とを繰り返す工程と、
    を含み、
    前記第1のプラズマ処理と前記第2のプラズマ処理は同一の処理ガスを用いて行われる、プラズマ処理方法。
  7. プラズマ処理チャンバと、
    下部電極を含み、前記チャンバ内に設けられた基板支持台と、
    第1の周波数を有する第1の高周波電力を前記下部電極に供給するように構成された第1の高周波電源部と、
    前記プラズマ処理チャンバにおいてプラズマを生成するために前記第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の高周波電力を供給するように構成された第2の高周波電源部と、
    制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    (a)第1の期間において第1のプラズマ処理を実行し、
    (b)前記第1の期間とは異なる第2の期間において第2のプラズマ処理を実行し、
    (c)前記(a)と前記(b)とを繰り返す
    ように、前記第1の高周波電源部及び前記第2の高周波電源部を制御するように構成され、
    前記第1のプラズマ処理は、前記第1の高周波電力を供給することなく前記第2の高周波電力をパルス状に供給することを含み、
    前記第2の期間は、複数の周期を含み、該複数の周期の各々は、第1の電圧出力期間及び前記第1の電圧出力期間とは異なる第2の電圧出力期間を含み、
    前記第2のプラズマ処理は、前記複数の周期の各々において前記第1の高周波電力を前記下部電極に供給すること、前記第1の電圧出力期間において前記第2の高周波電力を供給すること、及び、前記第2の電圧出力期間において前記第2の高周波電力を停止すること、を含
    前記第2の高周波電力は、前記第2の期間においてパルス状に供給され、前記第2の高周波電力は、前記第1の期間内と前記第2の期間内で同じ周期でパルス状に供給される、
    プラズマ処理装置。
  8. プラズマ処理チャンバと、
    下部電極を含み、前記チャンバ内に設けられた基板支持台と、
    第1の周波数を有する第1の高周波電力を前記下部電極に供給するように構成された第1の高周波電源部と、
    前記プラズマ処理チャンバにおいてプラズマを生成するために前記第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の高周波電力を供給するように構成された第2の高周波電源部と、
    制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    (a)第1の期間において第1のプラズマ処理を実行し、
    (b)前記第1の期間とは異なる第2の期間において第2のプラズマ処理を実行し、
    (c)前記(a)と前記(b)とを繰り返す
    ように、前記第1の高周波電源部及び前記第2の高周波電源部を制御するように構成され、
    前記第1のプラズマ処理は、前記第1の高周波電力を供給することなく前記第2の高周波電力を連続的又はパルス状に供給することを含み、
    前記第2の期間は、複数の周期を含み、該複数の周期の各々は、第1の電圧出力期間及び前記第1の電圧出力期間とは異なる第2の電圧出力期間を含み、
    前記第2のプラズマ処理は、前記複数の周期の各々において前記第1の高周波電力を前記下部電極に供給すること、前記第1の電圧出力期間において前記第2の高周波電力を供給すること、及び、前記第2の電圧出力期間において前記第2の高周波電力を停止すること、を含み、
    前記第1のプラズマ処理と前記第2のプラズマ処理は同一の処理ガスを用いて行われる、
    プラズマ処理装置。
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