JP7198609B2 - エッチング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、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。
電子デバイスの製造においては、プラズマ処理装置を用いたプラズマエッチングが行われる。プラズマエッチングでは、基板の第１領域が当該基板の第２領域に対して選択的にエッチングされる。第２領域は、第１領域の材料とは異なる材料から形成されている。特許文献１には、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方法が記載されている。
特許文献１に記載された方法では、基板上にフルオロカーボンの堆積物が形成される。堆積物を形成するために、プラズマ処理装置のチャンバ内ではフルオロカーボンガスのプラズマが生成される。次いで、希ガスのイオンが基板に供給される。希ガスのイオンを生成するために、チャンバ内で希ガスのプラズマが生成される。希ガスイオンが基板に供給されることにより、堆積物中のフルオロカーボンと第１領域の酸化シリコンとが反応する。その結果、第１領域がエッチングされる。一方、第２領域は、堆積物によって保護される。
特開２０１６－１３６６０６号公報
基板の第１領域を当該基板の第２領域に対して選択的にエッチングする処理の面内均一性を向上させることが求められている。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置を用いて実行されるエッチング方法が提供される。エッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内に基板が配置された状態で実行される。エッチング方法は、基板上にフルオロカーボンを含む堆積物を形成するために、チャンバ内でフルオロカーボンガスを含む処理ガスのプラズマを生成する工程を含む。基板は、シリコン含有材料から形成された第１領域及び金属含有材料から形成された第２領域を有する。エッチング方法は、基板に希ガスイオンを供給することにより基板上に形成された堆積物中のフルオロカーボンと第１領域のシリコン含有材料とを反応させて第１領域をエッチングするために、チャンバ内で希ガスのプラズマを生成する工程を更に含む。希ガスのプラズマを生成する工程では、電磁石により、基板の中心の上での水平成分よりも大きい水平成分を基板のエッジ側の上で有する磁場の分布が形成される。
一つの例示的実施形態によれば、基板の第１領域を当該基板の第２領域に対して選択的にエッチングする処理の面内均一性を向上させることが可能となる。
一つの例示的実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。 一例の基板の部分断面図である。 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に示すプラズマ処理装置の接地導体の内部の構成の一例を示す平面図である。 図５の（ａ）は図１に示す方法ＭＴの工程ＳＴ１が適用された一例の基板の部分断面図であり、図５の（ｂ）は方法ＭＴの工程ＳＴ２が適用された一例の基板の部分断面図であり、図５の（ｃ）は方法ＭＴの終了後の状態の一例の基板の部分断面図である。
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、プラズマ処理装置を用いて実行されるエッチング方法が提供される。エッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内に基板が配置された状態で実行される。エッチング方法は、基板上にフルオロカーボンを含む堆積物を形成するために、チャンバ内でフルオロカーボンガスを含む処理ガスのプラズマを生成する工程を含む。基板は、シリコン含有材料から形成された第１領域及び金属含有材料から形成された第２領域を有する。エッチング方法は、基板に希ガスイオンを供給することにより基板上に形成された堆積物中のフルオロカーボンと第１領域のシリコン含有材料とを反応させて第１領域をエッチングするために、チャンバ内で希ガスのプラズマを生成する工程を更に含む。希ガスのプラズマを生成する工程では、電磁石により、基板の中心の上での水平成分よりも大きい水平成分を基板のエッジ側の上で有する磁場の分布が形成される。
プラズマ処理装置では、一般的に、基板の中心の上ではプラズマの密度が高くなり、基板のエッジ側の上ではプラズマの密度が低くなる。上記例示的実施形態では、希ガスイオンの生成中に、基板の中心の上での水平成分よりも大きい水平成分を基板のエッジ側の上で有する磁場の分布が形成される。したがって、基板のエッジ側の上でプラズマの密度が高められる。その結果、径方向におけるプラズマの密度の分布が均一化される。このような分布を有するプラズマからの希ガスのイオンが基板に照射されることによって、堆積物中のフルオロカーボンと第１領域のシリコン含有材料との反応が促進される。一方、第２領域は、堆積物によって保護される。故に、基板の第１領域を当該基板の第２領域に対して選択的にエッチングする処理の面内均一性が高められる。
一つの例示的実施形態において、シリコン含有材料は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣ、又はＳｉＯＣＨであってもよい。
一つの例示的実施形態において、金属含有材料は、チタン、タングステン、ジルコニウム、アルミニウム、タンタル、コバルト、若しくはルテニウムのうち何れかの金属材料、又は該金属材料の酸化物、窒化物、若しくは炭化物であってもよい。
一つの例示的実施形態において、フルオロカーボンガスは、Ｃ４Ｆ８ガス及び／又はＣ４Ｆ６ガスを含んでいてもよい。
一つの例示的実施形態において、処理ガスのプラズマを生成する工程と希ガスのプラズマを生成する工程とが交互に繰り返されてもよい。
一つ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、ガス供給部、高周波電源、電磁石、駆動電源、及び制御部を備える。基板支持台は、下部電極を有し、チャンバ内に設けられている。ガス供給部は、チャンバ内にフルオロカーボンガスを含む処理ガス及び希ガスを供給するように構成されている。高周波電源は、チャンバ内のガスを励起させるために高周波電力を発生するように構成されている。電磁石は、チャンバの内部空間の中に磁場を形成するよう構成されている。駆動電源は、電磁石に電流を供給するように構成されている。制御部は、ガス供給部、高周波電源、及び駆動電源を制御するように構成されたている。制御部は、第１の制御及び第２の制御を実行する。第１の制御では、制御部は、処理ガスから形成されるプラズマからのフルオロカーボンの堆積物を基板支持台上に載置された基板上に形成するために、チャンバ内に処理ガスを供給するようガス供給部を制御し、高周波電力を供給するよう高周波電源を制御する。第２の制御では、制御部は、その上に堆積物が形成された基板に希ガスイオンを供給するために、チャンバ内に希ガスを供給するようガス供給部を制御し、高周波電力を供給するよう高周波電源を制御する。第２の制御では、制御部は、電磁石により、基板の中心の上での水平成分よりも大きい水平成分を基板のエッジ側の上で有する磁場の分布を形成するよう駆動電源を制御する。
一つの例示的実施形態において、フルオロカーボンガスは、Ｃ４Ｆ８ガス及び／又はＣ４Ｆ６ガスを含んでいてもよい。
一つの例示的実施形態において、制御部は、第１の制御と第２の制御を交互に繰り返して実行するように構成されていてもよい。
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エッチング方法を示す流れ図である。一実施形態に係るエッチング方法（以下、「方法ＭＴ」という）は、基板の第１領域を第２領域に対して選択的にエッチングするために実行される。
図２は、一例の基板の部分断面図である。図２に示す一例の基板Ｗは、方法ＭＴによって処理され得る。基板Ｗは、ウエハのように円盤形状を有し得る。基板Ｗは、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を有する。基板Ｗは、下地領域ＵＲを更に有していてもよい。第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２は、下地領域ＵＲの上に設けられている。一実施形態において、第１領域Ｒ１は、下地領域ＵＲ上に設けられており、第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１上に設けられている。第２領域Ｒ２は、マスクのようにパターニングされている。即ち、第２領域Ｒ２は、開口を提供している。別の実施形態では、第１領域Ｒ１は、第２領域Ｒ２によって提供される凹部を埋めるように形成されていてもよい。
第１領域Ｒ１は、選択的にエッチングされるべき領域である。第１領域Ｒ１は、シリコン含有材料から形成されている。第１領域Ｒ１のシリコン含有材料は、例えばＳｉＯ２である。第１領域Ｒ１のシリコン含有材料は、低誘電率材料であってもよい。低誘電率材料、例えばＳｉＯＣ又はＳｉＯＣＨである。
第２領域Ｒ２は、金属含有材料から形成されている。金属含有材料は、例えばチタン、タングステン、ジルコニウム、アルミニウム、タンタル、コバルト、若しくはルテニウムのうち何れかの金属材料、又は当該金属材料の酸化物、窒化物、若しくは炭化物である。
方法ＭＴは、プラズマ処理装置のチャンバ内に基板が配置された状態で実行される。図３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に示すプラズマ処理装置１は、チャンバ１０を備えている。チャンバ１０は、内部空間１０ｓを提供する容器である。チャンバ１０は、略円筒形状を有している。図３に示す中心軸線ＡＸは、チャンバ１０及び内部空間１０ｓの中心軸線である。
チャンバ１０は、チャンバ本体１２を有する。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。チャンバ１０の内部空間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、側壁１２ａ及び底部１２ｂを含んでいる。側壁１２ａは、チャンバ１０の側壁を構成している。底部１２ｂは、チャンバ１０の底部を構成している。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムといった金属から形成されている。チャンバ本体１２の内壁面には、耐プラズマ性を有する膜が形成されている。この膜は、アルマイト膜、酸化イットリウム製の膜といったセラミック製の膜であり得る。チャンバ本体１２は、接地されている。
側壁１２ａ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によって開閉可能である。ゲートバルブ１２ｇは、側壁１２ａに沿って設けられている。
内部空間１０ｓの中には、基板支持台、即ち支持台１４が設けられている。支持台１４は、支持体１５によって支持されている。支持体１５は、円筒形状を有している。支持体１５は、チャンバ本体１２の底部１２ｂから上方に延びている。支持体１５は、絶縁性を有している。支持体１５は、例えばセラミックから形成されている。
支持台１４は、基板Ｗを支持するように構成されている。支持台１４は、チャンバ１０と中心軸線ＡＸを共有している。支持台１４は、載置領域１４ｒを提供している。この載置領域１４ｒの中心は、中心軸線ＡＸ上に位置する。基板Ｗは、その中心が中心軸線ＡＸ上に位置するように、載置領域１４ｒ上に載置される。
支持台１４は、電極プレート１６、下部電極１８、及び静電チャック２０を含んでいる。電極プレート１６は、略円盤形状を有している。電極プレート１６は、導電性を有している。電極プレート１６は、アルミニウムといった金属から形成されている。下部電極１８は、円盤形状を有している。下部電極１８は、導電性を有している。下部電極１８は、アルミニウムといった金属から形成されている。下部電極１８は、電極プレート１６上に搭載されている。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。
下部電極１８の中には、流路１８ｐが形成されている。流路１８ｐは、下部電極１８の中で、例えば渦巻状に延びている。流路１８ｐには、熱交換媒体の循環装置２２（例えばチラーユニット）から熱交換媒体（例えば冷媒）が供給される。循環装置２２は、チャンバ１０の外部に設けられている。流路１８ｐに供給された熱交換媒体は、循環装置２２に戻される。熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、支持台１４上に載置された基板Ｗの温度が制御される。
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は、略円盤形状を有している。静電チャック２０は、本体及び電極を有している。静電チャック２０の本体は、誘電体製（例えばセラミック製）である。静電チャック２０の電極は、導電性の膜であり、静電チャック２０の本体の中に設けられている。静電チャック２０の電極には、スイッチを介して直流電源２４が接続されている。静電チャック２０は、上述の載置領域１４ｒを提供している。基板Ｗが静電チャック２０上（載置領域１４ｒ上）に載置されている状態で、直流電源２４からの直流電圧が静電チャック２０の電極に印加されると、基板Ｗと静電チャック２０との間で静電引力が発生する。発生した静電引力によって、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。プラズマ処理装置１には、静電チャック２０と基板Ｗの下面との間に伝熱ガス（例えばＨｅガス）を供給する伝熱ガス供給ラインが設けられていてもよい。
静電チャック２０の内部には、一つ以上のヒータ（例えば一つ以上の抵抗加熱素子）が設けられていてもよい。一つ以上のヒータにヒータコントローラからの電力が供給されることにより、当該一つ以上のヒータが発熱し、静電チャック２０の温度、ひいては基板Ｗの温度が調整される。
支持台１４上には、フォーカスリングＦＲが搭載される。フォーカスリングＦＲは、静電チャック２０及び基板Ｗのエッジを囲むように配置される。フォーカスリングＦＲは、環状の板であり、シリコン、石英といったシリコン含有材料から形成されている。フォーカスリングＦＲは、プラズマ処理の均一性を得るために利用される。
支持体１５の周りには、筒状の導体２６が設けられている。導体２６は接地されている。導体２６の上方には、支持台１４を囲むように筒状の絶縁体２８が設けられている。絶縁体２８は、石英といったセラミックから形成されている。支持台１４とチャンバ本体１２の側壁１２ａとの間には、排気路が形成されている。排気路には、バッフルプレート３０が設けられている。バッフルプレート３０は、環状の板である。バッフルプレート３０には、その板厚方向にバッフルプレート３０を貫通する複数の孔が形成されている。バッフルプレート３０は、アルミニウムといった金属から形成された部材の表面に、酸化イットリウムといった耐プラズマ性の被膜を形成することにより構成されている。
バッフルプレート３０の下方では、排気管３２がチャンバ本体１２の底部１２ｂに接続されている。排気管３２は、排気路に連通可能である。排気管３２には、排気装置３４が接続されている。排気装置３４は、自動圧力制御弁、及びターボ分子ポンプといった減圧ポンプを含んでいる。排気装置３４が作動されることにより、内部空間１０ｓの圧力が指定された圧力に設定される。
支持台１４の上方には、上部電極３６が設けられている。上部電極３６と支持台１４との間には、内部空間１０ｓの一部が介在している。上部電極３６は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じるように設けられている。上部電極３６とチャンバ本体１２の上端部との間には部材３７が介在している。部材３７は、絶縁性材料から形成されている。部材３７は、セラミック、例えば石英から形成され得る。一実施形態では、上部電極３６とチャンバ本体１２の上端部との間には、部材３７及び後述する接地導体の一部が介在し得る。
一実施形態において、上部電極３６は、シャワーヘッドを構成している。上部電極３６は、一実施形態では、天板３８及び支持体４０を含んでいる。天板３８は、例えばシリコンから形成されている。或いは、天板３８は、アルミニウムから形成された部材の表面に、酸化イットリウムといったセラミックから形成された被膜を設けることにより構成される。天板３８には、その板厚方向に天板３８を貫通する複数のガス吐出口３８ｈが形成されている。
支持体４０は、天板３８上に設けられている。支持体４０は、天板３８を着脱自在に支持するように構成されている。支持体４０は、アルミニウムといった導電性材料から形成されている。支持体４０の内部には、ガス拡散室４０ｄが形成されている。支持体４０には、複数の孔４０ｈが形成されている。複数の孔４０ｈは、ガス拡散室４０ｄから下方に延びている。複数の孔４０ｈはそれぞれ、複数のガス吐出口３８ｈに連通している。
ガス拡散室４０ｄには、ガス供給部４１が接続されている。ガス供給部４１は、チャンバ１０内に、即ち内部空間１０ｓにガスを供給するように構成されている。ガス供給部４１は、方法ＭＴにおいて用いられる複数のガスを出力可能であるように構成されている。方法ＭＴで用いられる複数のガスは、フルオロカーボンガス及び希ガスを含む。フルオロカーボンガスは、例えばＣ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、及びＣ６Ｆ８ガスのうち一つ以上のガスを含むが、他のフルオロカーボンガスであってもよい。希ガスは、例えばＡｒガスであるが、他の希ガスであってもよい。方法ＭＴで用いられる複数のガスは、その他のガスを更に含んでいてもよい。方法ＭＴで用いられる複数のガスは、窒素ガス（Ｎ２ガス）及び酸素含有ガス（例えばＯ２ガス又はＣＯガス）のうち一つ以上のガスを更に含んでいてもよい。ガス供給部４１は、複数の流量制御器及び複数のバルブを有する。ガス供給部４１は、出力すべき一つ以上のガスの流量を個別に調整するように構成されている。ガス供給部４１から出力されたガスは、ガス拡散室４０ｄ及び複数の孔４０ｈを介して、複数のガス吐出口３８ｈから内部空間１０ｓに吐出される。
支持体４０には、流路４０ｐが形成されている。流路４０ｐには、チラーユニット４２が接続されている。流路４０ｐとチラーユニット４２との間では、冷却水といった冷媒が循環される。チラーユニット４２から流路４０ｐに供給される冷媒と上部電極３６との間の熱交換により、上部電極３６の温度が調整される。
プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源４３及び第２の高周波電源４４を更に備えている。第１の高周波電源４３及び第２の高周波電源４４は、チャンバ１０の外部に設けられている。第１の高周波電源４３は、主としてプラズマの生成のための第１の高周波電力を発生するよう構成されている。第１の高周波電力の周波数は、限定されるものではないが、例えば１００ＭＨｚである。第１の高周波電源４３は、整合器４５及び給電導体４８を介して、上部電極３６に電気的に接続されている。整合器４５は、第１の高周波電源４３の出力インピーダンスと負荷側（上部電極３６側）のインピーダンスとを整合させるための整合回路を有している。給電導体４８は、その下端で上部電極３６に接続されている。給電導体４８は、上部電極３６から上方に延びている。給電導体４８は筒状又は棒状の導体であり、その中心軸線は中心軸線ＡＸに略一致している。なお、第１の高周波電源４３は、上部電極３６ではなく、整合器４５を介して下部電極１８に電気的に接続されていてもよい。
第２の高周波電源４４は、主として基板Ｗにイオンを引き込むための第２の高周波電力、即ち、バイアス用の高周波電力を発生するように構成されている。第２の高周波電力の周波数は、第１の高周波電力の周波数よりも低い。一実施形態では、第２の高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨよりも高くてもよい。一実施形態では、第２の高周波電力の周波数は、４０ＭＨｚ以上であってもよい。一実施形態では、第２の高周波電力の周波数は、６０ＭＨｚ以上であってもよい。第２の高周波電源４４は、整合器４６を介して、下部電極１８に電気的に接続されている。整合器４６は、第２の高周波電源４４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスとを整合させるための整合回路を有している。
プラズマ処理装置１は、接地導体５０を更に備えている。接地導体５０は、導電性を有する。接地導体５０は、アルミニウムといった金属から形成されている。接地導体５０は、接地されている。接地導体５０は、チャンバ本体１２の上方で上部電極３６を覆うように延びている。給電導体４８は、接地導体５０によって囲まれた空間を通って上方へ延びて、接地導体５０の外部で整合器４５を介して第１の高周波電源４３に接続されている。
プラズマ処理装置１の内部空間１０ｓの中では、基板Ｗの中心の上では高い電界強度を有し、基板Ｗのエッジ側の上では低い電界強度を有する電界強度の分布が形成され得る。即ち、内部空間１０ｓの中では、放射方向（即ち、径方向）における中心軸線ＡＸからの距離の増加に応じて電界強度が減少する不均一な電界強度の分布が形成され得る。不均一な電界強度の分布の下では、プラズマの密度は、中心軸線ＡＸの近傍で高く、中心軸線ＡＸから離れた箇所で低くなる。即ち、中心軸線ＡＸに対して放射方向において不均一なプラズマの密度の分布が形成される。プラズマ処理装置１は、均一なプラズマの密度の分布を得るために、電磁石６０を更に備えている。
図３に示すように、電磁石６０は、上部電極３６の上方に配置されている。電磁石６０は、内部空間１０ｓの中で、中心軸線ＡＸ上での水平成分よりも大きい水平成分を中心軸線ＡＸから離れた位置で有する磁場の分布を形成する。即ち、電磁石６０は、中心軸線ＡＸから放射方向への距離の増加に応じてその大きさが増加する水平成分を有する磁場の分布を、内部空間１０ｓの中に形成する。大きい水平成分の磁場が形成されている箇所では、電子の滞在時間が長くなる。その結果、大きい水平成分の磁場が形成されている箇所では、プラズマの密度が上昇する。したがって、プラズマ処理装置１によれば、中心軸線ＡＸに対して放射方向において均一なプラズマ密度の分布が得られる。故に、プラズマ処理装置１によれば、基板Ｗに対する処理の面内均一性が向上される。
一実施形態では、電磁石６０は、ヨーク６２及びコイル６４を有している。ヨーク６２は、磁性材料から形成されている。ヨーク６２は、ベース部６２ａ及び複数の筒状部６２ｂを有している。ベース部６２ａは、略環状且つ略板状をなしており、中心軸線ＡＸに対して直交する方向に延在している。複数の筒状部６２ｂの各々は、筒形状を有しており、ベース部６２ａから下方に延在している。複数の筒状部６２ｂは、中心軸線ＡＸに対して同軸状に設けられている。コイル６４は、中心軸線ＡＸの周りで巻かれている。コイル６４は、径方向において隣り合う二つの筒状部６２ｂの間に設けられている。なお、電磁石６０は、一つ以上のコイル６４を有し得る。電磁石６０におけるコイル６４の個数が複数個である場合には、複数個のコイル６４は、中心軸線ＡＸに対して同軸状に設けられる。
電磁石６０のコイル６４は、配線６８を介して駆動電源６６に接続されている。駆動電源６６からの電流がコイル６４に与えられると、電磁石６０によって磁場が形成される。電磁石６０によって形成される磁場のベクトルの角度が４５°である箇所では、放射方向（径方向）における電子の閉じ込め効果（電子の拡散の抑制効果）と、電子の消滅の抑制効果（電極への電子の到達を抑制する効果）とが良好に両立される。したがって、当該箇所ではプラズマの密度が高くなる。故に、基板Ｗの半径が例えば１５０ｍｍである場合に、電磁石６０は、磁場のベクトルの角度が４５°である箇所と中心軸線ＡＸとの間の距離が、１３５ｍｍ以上、１８５ｍｍ以下となるように、構成され得る。一実施形態では、電磁石６０の一つのコイル６４の内径と外径の平均値は、中心軸線ＡＸと基板Ｗのエッジとの間の距離以上に設定される。基板Ｗの半径が１５０ｍｍである場合には、電磁石６０の一つのコイル６４の内径と外径の平均値は、１５０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下に設定される。なお、磁場のベクトルの角度は、当該磁場が下方向の成分のみを有する場合には０°であり、放射方向の成分（水平成分）のみを有する場合には９０°である。したがって、磁場のベクトルの角度が４５°である場合には、当該磁場は、水平成分と垂直成分の双方を有する。
電磁石６０が、上部電極を覆う接地導体によって囲まれた空間内に配置されると、第１の高周波が、電磁石６０、及び／又は、電磁石６０と電源（駆動電源）とを接続する配線に流入する。その結果、内部空間１０ｓの中での電界強度が局所的に変動する。したがって、電磁石６０は、接地導体の外側に配置される。但し、接地導体の上端に対して上方の空間に電磁石６０が配置されると、電磁石６０から内部空間１０ｓまでの鉛直方向の距離が長くなり、大きな電流をコイル６４に与えなければ内部空間１０ｓの中に十分な大きさの磁場を効率的に形成することができない。また、電磁石６０が接地導体の側方に（中心軸線から放射方向において接地導体の外側に）に配置されると、大きな水平成分を有する磁場が形成される箇所、或いは、そのベクトルが４５°の角度を有する磁場が形成される箇所は内部空間１０ｓの外部の箇所となる。均一なプラズマ密度の分布を得るのに適した磁場の分布を効率的に内部空間１０ｓの中で形成するために、接地導体５０は、その中に電磁石６０が配置される外部空間ＥＳを提供している。外部空間ＥＳは、接地導体５０の上端よりも内部空間１０ｓの近くにあり、上部電極３６に対して上方に離れており、且つ、上部電極３６に対して接地導体５０により遮蔽されている。
接地導体５０は、第１の部分５１、第２の部分５２、及び第３の部分５３を備えている。第１の部分５１は、筒形状を有している。第１の部分５１の中心軸線は、中心軸線ＡＸと略一致している。第１の部分５１は、チャンバ本体１２から上方に延びている。図３に示す例では、第１の部分５１は、チャンバ本体１２の側壁１２ａの上端から上方に延びている。第１の部分５１の下端部分は、部材３７と側壁１２ａの上端との間に介在している。
第２の部分５２は、上部電極３６から上方に離間し、且つ、第１の部分５１から中心軸線ＡＸに向けて延びている。第２の部分５２は、中心軸線ＡＸに対して交差又は直交する方向に延びる板状をなしている。第１の部分５１と第２の部分５２は、上部電極３６の上に第１の空間ＩＳ１を提供している。第１の空間ＩＳ１は、接地導体５０の内側（即ち、上部電極３６側）の空間の一部である。この第１の空間ＩＳ１により、鉛直方向において上部電極３６と接地導体５０との間に距離が確保される。したがって、接地導体５０と上部電極３６との間の容量的結合が抑制される。上部電極３６の上面と接地導体５０の第２の部分５２の下面との間の鉛直方向の距離は、例えば６０ｍｍ以上の距離に設定される。
第３の部分５３は、筒形状を有している。第３の部分５３の中心軸線は、中心軸線ＡＸと略一致している。第３の部分５３は、第１の部分５１よりも中心軸線の近くで延在している。第３の部分５３は、第２の部分５２から上方に延びている。第３の部分５３は、第２の空間ＩＳ２を提供している。第２の空間ＩＳ２は、第２の部分５２の内側の空間であり、接地導体５０の内側（即ち、上部電極３６側）の空間の一部である。第２の空間ＩＳ２は、第１の空間ＩＳ１に連続している。なお、給電導体４８は、第１の空間ＩＳ１及び第２の空間ＩＳ２を通って上方に延びている。
外部空間ＥＳは、第３の部分５３の外側、第２の部分５２上、且つ、内部空間１０ｓの上方に接地導体５０によって提供されている。外部空間ＥＳは、第３の部分５３の外側、且つ、第２の部分５２上で、中心軸線ＡＸを中心に周方向に延びている。この外部空間ＥＳに電磁石６０が配置されている。なお、外部空間ＥＳの中に配置された電磁石６０の下端と上部電極３６の上面との間の鉛直方向の距離は６０ｍｍより大きい。また、電磁石６０の下端と支持台１４上に載置された基板Ｗとの間の鉛直方向の距離は、２３０ｍｍ以下であり得る。
外部空間ＥＳの中に配置された電磁石６０と内部空間１０ｓとの間の距離は比較的短い。また、上述したように、電磁石６０は、中心軸線ＡＸの近傍では低い水平成分を有し、中心軸線から離れた位置で大きい水平成分を有する磁場の分布を内部空間１０ｓの中に形成する。したがって、接地導体５０に対して外側に配置された電磁石６０によって、均一なプラズマの密度の分布を得るのに適した磁場の分布が効率的に内部空間１０ｓの中に形成され得る。
電磁石６０のコイル６４には、上述したように駆動電源６６が接続されている。電磁石６０及び駆動電源６６は、接地導体５０に対して外側に配置されている。したがって、駆動電源６６への高周波の流入を防止するためのフィルタが、コイル６４と駆動電源６６との間に設けられていなくてもよい。
一実施形態では、接地導体５０は、第４の部分５４、第５の部分５５、及び第６の部分５６を更に有する。第４の部分５４は、第２の部分５２の上方で、中心軸線ＡＸに対して放射方向に第３の部分５３から延びている。第４の部分５４は、中心軸線ＡＸに対して交差又は直交する方向に延びる板状をなしている。第５の部分５５は、筒形状を有している。第５の部分５５の中心軸線は、中心軸線ＡＸに略一致している。第５の部分５５は、第３の部分５３よりも中心軸線から離れており、第４の部分５４から上方に延びている。第６の部分５６は、第４の部分５４の上方で、第５の部分５５から中心軸線ＡＸに向けて延びている。第６の部分５６は、中心軸線ＡＸに対して交差又は直交する方向に延びる板状をなしている。一実施形態では、接地導体５０は、第６の部分から給電導体４８の近傍まで延びる蓋部５７を更に有している。
第４の部分５４、第５の部分５５、及び第６の部分５６は、第３の空間ＩＳ３を提供している。第３の空間ＩＳ３は、第４の部分５４、第５の部分５５、及び第６の部分５６によって囲まれた空間であり、接地導体５０の内側の空間の一部である。第３の空間ＩＳ３は、第２の空間ＩＳ２に連続している。給電導体４８は、第３の空間ＩＳ３を更に通って、上方に延びている。なお、図３に示す例では、第１～第６の部分は、三つの部材で構成されているが、接地導体５０を構成する部材の個数は、任意の個数であり得る。
以下、図３と共に、図４を参照する。図４は、図３に示すプラズマ処理装置の接地導体の内部の構成の一例を示す平面図である。図４においては、接地導体５０の第５の部分５５が水平な面で破断された状態が示されている。一実施形態において、プラズマ処理装置１は、図３及び図４に示すように、管７１を更に備えている。管７１は、上部電極３６から、第１の空間ＩＳ１及び第２の空間ＩＳ２を通って上方に延び、第３の空間ＩＳ３を通って、接地導体５０に対して側方且つ外側まで延びている。管７１は、接地導体５０に対して外側で、チラーユニット４２に接続される。チラーユニット４２からの冷媒は、管７１を介して、流路４０ｐに供給される。第３の空間ＩＳ３内では、管７１が、接地導体５０の第４の部分５４によって上部電極３６から実質的に遮蔽されている。
プラズマ処理装置１は、管７２を更に備えている。管７２は、第１の空間ＩＳ１及び第２の空間ＩＳ２を通って上方に延び、第３の空間ＩＳ３を通って、接地導体５０に対して側方且つ外側まで延びている。管７２は、接地導体５０に対して外側で、チラーユニット４２に接続される。冷媒は流路４０ｐから管７２を介してチラーユニット４２に戻される。第３の空間ＩＳ３内では、管７２が、接地導体５０の第４の部分５４によって上部電極３６から実質的に遮蔽されている。
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、管７３を更に備えている。管７３は、上部電極３６から、第１の空間ＩＳ１及び第２の空間ＩＳ２を通って上方に延び、第３の空間ＩＳ３を通って、接地導体５０に対して側方且つ外側まで延びている。管７３は、接地導体５０に対して外側で、ガス供給部４１に接続されている。ガス供給部４１から出力されるガスは、管７３を介して、上部電極３６、即ちシャワーヘッドに供給される。第３の空間ＩＳ３内では、管７３が、接地導体５０の第４の部分５４によって上部電極３６から実質的に遮蔽されている。なお、ガス供給部４１と上部電極３６（即ち、シャワーヘッド）は、複数の管を介して互いに接続されていてもよい。
一実施形態において、プラズマ処理装置１は直流電源７４及び配線７５を更に備えている。直流電源７４は、上部電極３６に印加される負極性の直流電圧を発生するよう構成されている。配線７５は、直流電源７４と上部電極３６とを互いに接続している。配線７５は、コイル７５ｃを含み得る。コイル７５ｃは、第３の空間ＩＳ３の中に設けられている。配線７５は、上部電極３６から第１の空間ＩＳ１及び第２の空間ＩＳ２を通って上方に延び、第３の空間ＩＳ３を通って、接地導体５０に対して側方且つ外側まで延びている。配線７５は、第５の部分５５及び接地導体５０から電気的に絶縁されている。配線７５は、接地導体５０に対して外側で、直流電源７４に接続されている。第３の空間ＩＳ３内では、配線７５が、接地導体５０の第４の部分５４によって上部電極３６から実質的に遮蔽される。
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備えている。制御部８０は、プラズマ処理装置１の各部を制御するように構成されている。制御部８０は、コンピュータ装置であり得る。制御部８０は、プロセッサ、メモリといった記憶装置、キーボード、マウス、タッチパネルといった入力装置、表示装置、制御信号の入出力インタフェイス等を有し得る。記憶装置には、制御プログラム及びレシピデータが記憶されている。制御部８０のプロセッサは、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の各部を制御するために制御信号を送出する。制御部８０は、方法ＭＴの実行のために、プラズマ処理装置１の各部を制御することが可能である。
再び図１を参照する。また、図１に加えて図５の（ａ）、図５の（ｂ）、及び図５の（ｃ）を参照する。図５の（ａ）は、図１に示す方法ＭＴの工程ＳＴ１が適用された一例の基板の部分断面図である。図５の（ｂ）は、方法ＭＴの工程ＳＴ２が適用された一例の基板の部分断面図である。図５の（ｃ）は、方法ＭＴの終了後の状態の一例の基板の部分断面図である。以下では、プラズマ処理装置１を用いて図２に示す基板Ｗに方法ＭＴが適用される場合を例として、方法ＭＴについて詳細に説明する。また、以下では、制御部８０によるプラズマ処理装置１の各部の制御についても説明する。
方法ＭＴでは、基板Ｗが支持台１４上（静電チャック２０上）に載置されて、静電チャック２０によって保持される。そして、方法ＭＴでは、工程ＳＴ１が実行される。工程ＳＴ１では、図５の（ａ）に示すように基板Ｗ上に堆積物ＤＰを形成するために、チャンバ１０内で処理ガスのプラズマが生成される。工程ＳＴ１で用いられる処理ガスは、フルオロカーボンガスを含む。堆積物ＤＰは、フルオロカーボンを含む。堆積物ＤＰのフルオロカーボンは、処理ガスから形成されたプラズマから供給される。
工程ＳＴ１で用いられるフルオロカーボンガスは、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、及びＣ６Ｆ８ガスのうち一つ以上のガスを含み得る。工程ＳＴ１で用いられる処理ガスは、フルオロカーボンガスに加えて、一つ以上の他のガスを更に含んでいてもよい。基板Ｗの第１領域Ｒ１が低誘電率材料（例えばＳｉＯＣ又はＳｉＯＣＨ）から形成されている場合に、工程ＳＴ１で用いられる処理ガスは、フルオロカーボンガスに加えて、希ガス（例えばＡｒガス）を更に含んでいてもよい。或いは、基板Ｗの第１領域Ｒ１が低誘電率材料（例えばＳｉＯＣ又はＳｉＯＣＨ）から形成されている場合に、工程ＳＴ１で用いられる処理ガスは、フルオロカーボンガスに加えて、希ガス（例えばＡｒガス）及び窒素ガス（Ｎ２ガス）を更に含んでいてもよい。
基板Ｗの第１領域Ｒ１がＳｉＯ２から形成されている場合に、工程ＳＴ１で用いられる処理ガスは、フルオロカーボンガスに加えて、希ガス（例えばＡｒガス）を更に含んでいてもよい。或いは、基板Ｗの第１領域Ｒ１がＳｉＯ２から形成されている場合に、工程ＳＴ１で用いられる処理ガスは、フルオロカーボンガスに加えて、希ガス（例えばＡｒガス）及び酸素含有ガス（例えばＯ２ガス又はＣＯガス）を更に含んでいてもよい。
工程ＳＴ１の実行のために、制御部８０は、第１の制御を実行する。第１の制御では、制御部８０は、チャンバ１０内に処理ガスを供給するよう、ガス供給部４１を制御し、第１の高周波電力を供給するよう、第１の高周波電源４３を制御する。第１の制御では、制御部８０は、チャンバ１０内の圧力を調整するよう、排気装置３４を更に制御し得る。第１の制御において、制御部８０は、第２の高周波電力の出力を停止するよう、第２の高周波電源４４を更に制御してもよい。或いは、第１の制御において、制御部８０は、第２の高周波電力を供給するよう、第２の高周波電源４４を更に制御してもよい。但し、第１の制御における第２の高周波電力の電力レベルは、後述の第２の制御（工程ＳＴ２の制御）における第２の高周波電力の電力レベルよりも低いレベルに設定される。
工程ＳＴ１では、チャンバ１０内で処理ガスが励起されて、処理ガスからプラズマが形成される。プラズマ中のフルオロカーボンは基板Ｗ上に堆積して、図５の（ａ）に示すように、基板Ｗ上に堆積物ＤＰを形成する。
続く工程ＳＴ２では、チャンバ１０内で希ガスのプラズマが生成される。工程ＳＴ２では、希ガスがチャンバ１０内に供給される。工程ＳＴ２では、希ガスに加えてＮ２ガス及び／又はＯ２ガスがチャンバ１０内に供給されてもよい。基板Ｗの第１領域Ｒ１のシリコン含有材料が低誘電率材料（例えばＳｉＯＣ又はＳｉＯＣＨ）である場合に、工程ＳＴ２では、Ａｒガス、Ｎ２ガス及びＡｒガスの混合ガス、又は、Ｎ２ガス、Ｏ２ガス、及びＡｒガスの混合ガスがチャンバ１０内に供給されてもよい。基板Ｗの第１領域Ｒ１のシリコン含有材料がＳｉＯ２である場合に、工程ＳＴ２では、Ａｒガスがチャンバ１０内に供給されてもよい。
工程ＳＴ２では、チャンバ内で希ガスを含む上述のガスが励起されて、プラズマが生成される。工程ＳＴ２では、プラズマからの希ガスイオンが基板Ｗに供給される。その結果、堆積物ＤＰ中のフルオロカーボンと第１領域Ｒ１のシリコン含有材料とが反応して、図５の（ｂ）に示すように第１領域Ｒ１がエッチングされる。工程ＳＴ２では、プラズマが生成されている際に、電磁石６０により、チャンバ１０内で磁場の分布が形成される。具体的には、電磁石６０により、基板Ｗの中心の上での水平成分よりも大きい水平成分を基板のエッジ側の上で有する磁場の分布が形成される。
工程ＳＴ２の実行のために、制御部８０は、第２の制御を実行する。第２の制御では、制御部８０は、チャンバ１０内に希ガスを含む上述のガスを供給するよう、ガス供給部４１を制御し、第１の高周波電力を供給するよう、第１の高周波電源４３を制御する。第２の制御では、制御部８０は、チャンバ１０内の圧力を調整するよう、排気装置３４を更に制御し得る。第２の制御において、制御部８０は、第２の高周波電力を供給するよう、第２の高周波電源４４を更に制御する。また、第２の制御では、制御部８０は、電磁石６０により、上述の磁場の分布を形成するよう、駆動電源６６を制御する。
一実施形態では、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２が交互に繰り返される。この実施形態において、制御部８０は、第１の制御及び第２の制御を交互に繰り返して実行する。この実施形態では、工程ＳＴ３が実行される。工程ＳＴ３では、停止条件が満たされるか否かが判定される。停止条件は、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２の交互の繰り返しを停止させるか否かの判定に用いられる条件である。停止条件は、例えば工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２の交互の繰り返しの回数が所定回数に達している場合に満たされる。工程ＳＴ３において停止条件が満たされていないと判定される場合には、再び工程ＳＴ１と工程ＳＴ２が順に実行される。一方、工程ＳＴ３において停止条件が満たされていると判定される場合には、方法ＭＴが終了する。その結果、図５の（ｃ）に示すように、第１領域Ｒ１がエッチングされる。なお、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２の各々は１回だけ実行されてもよい。この場合には、方法ＭＴは、工程ＳＴ３を含まない。
一般的に、基板Ｗの中心の上ではプラズマの密度が高くなり、基板Ｗのエッジ側の上ではプラズマの密度が低くなる。方法ＭＴでは、工程ＳＴ２での希ガスイオンの生成中に、基板Ｗの中心の上での水平成分よりも大きい水平成分を基板Ｗのエッジ側の上で有する磁場の分布が形成される。したがって、基板Ｗのエッジ側の上でプラズマの密度が高められる。その結果、径方向におけるプラズマの密度の分布が均一化される。このような分布を有するプラズマからの希ガスのイオンが基板Ｗに照射されることによって、堆積物ＤＰ中のフルオロカーボンと第１領域のシリコン含有材料との反応が促進される。一方、第２領域Ｒ２は、堆積物ＤＰによって保護される。故に、基板Ｗの第１領域Ｒ１を基板Ｗの第２領域Ｒ２に対して選択的にエッチングする処理の面内均一性が高められる。
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、方法ＭＴでは、上述した磁場を形成可能なプラズマ処理装置であれば、別のプラズマ処理装置が用いられてもよい。別のプラズマ処理装置としては、プラズマ処理装置１とは別の容量結合型のプラズマ処理装置、誘導結合型のプラズマ処理装置、又はマイクロ波といった表面波を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置が例示される。
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、６０…電磁石、Ｗ…基板、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、ＭＴ…方法。

Claims (8)

  1. プラズマ処理装置を用いて実行されるエッチング方法であって、該エッチング方法は、該プラズマ処理装置のチャンバ内に基板が配置された状態で実行され、
    前記基板上にフルオロカーボンを含む堆積物を形成するために、前記チャンバ内でフルオロカーボンガスを含む処理ガスのプラズマを生成する工程であり、前記基板は、シリコン含有材料から形成された第１領域及び金属含有材料から形成された第２領域を有する、該工程と、
    前記基板に希ガスイオンを供給することにより前記基板上に形成された前記堆積物中のフルオロカーボンと前記第１領域の前記シリコン含有材料とを反応させて前記第１領域をエッチングするために、前記チャンバ内で希ガスのプラズマを生成する工程と、
    を含み、
    処理ガスのプラズマを生成する工程において、電磁石による前記チャンバ内の磁場の形成は行われず、
    希ガスのプラズマを生成する工程では、前記電磁石により、前記基板の中心の上での水平成分よりも大きい水平成分を前記基板のエッジ側の上で有する磁場の分布が形成される、
    エッチング方法。
  2. 前記シリコン含有材料は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣ、又はＳｉＯＣＨである、請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 前記金属含有材料は、チタン、タングステン、ジルコニウム、アルミニウム、タンタル、コバルト、若しくはルテニウムのうち何れかの金属材料、又は該金属材料の酸化物、窒化物、若しくは炭化物である、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
  4. 前記フルオロカーボンガスは、Ｃ４Ｆ８ガス及び／又はＣ４Ｆ６ガスを含む、請求項１～３の何れか一項に記載のエッチング方法。
  5. 処理ガスのプラズマを生成する前記工程と希ガスのプラズマを生成する前記工程とが交互に繰り返される、請求項１～４の何れか一項に記載のエッチング方法。
  6. チャンバと、
    下部電極を有し、前記チャンバ内に設けられた基板支持台と、
    前記チャンバ内にフルオロカーボンガスを含む処理ガス及び希ガスを供給するように構成されたガス供給部と、
    前記チャンバ内のガスを励起させるために高周波電力を発生するように構成された高周波電源と、
    前記チャンバの内部空間の中に磁場を形成するよう構成された電磁石と、
    前記電磁石に電流を供給するように構成された駆動電源と、
    前記ガス供給部、前記高周波電源、及び前記駆動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、
    前記処理ガスから形成されるプラズマからのフルオロカーボンの堆積物を前記基板支持台上に載置された基板上に形成するために、前記電磁石による前記チャンバ内の磁場の形成を行わずに、前記チャンバ内に前記処理ガスを供給するよう前記ガス供給部を制御し、前記高周波電力を供給するよう前記高周波電源を制御する第１の制御を実行し、
    その上に前記堆積物が形成された前記基板に希ガスイオンを供給するために、前記チャンバ内に前記希ガスを供給するよう前記ガス供給部を制御し、前記高周波電力を供給するよう前記高周波電源を制御し、前記電磁石により、前記基板の中心の上での水平成分よりも大きい水平成分を前記基板のエッジ側の上で有する磁場の分布を形成するよう前記駆動電源を制御する第２の制御を実行する、
    よう構成されている、プラズマ処理装置。
  7. 前記フルオロカーボンガスは、Ｃ４Ｆ８ガス及び／又はＣ４Ｆ６ガスを含む、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記制御部は、前記第１の制御と前記第２の制御を交互に繰り返して実行するように構成されている、請求項６又は７に記載のプラズマ処理装置。
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