JP7277225B2 - 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。
３次元構造を有するＮＡＮＤ型フラッシュメモリデバイスの製造ではシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを含む多層膜のエッチングが行われ得る。例えば、特許文献１に開示されたエッチング方法は、第１の工程及び第２の工程を備える。第１の工程は、被処理体が準備されたプラズマ処理装置の処理容器内で、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を含む第１の処理ガスのプラズマを生成する。第２の工程は、プラズマ処理装置の処理容器内で、水素ガス、ハイドロフルオロカーボンガス、及び窒素ガスを含む第２の処理ガスのプラズマを生成する。この方法では、第１の工程及び第２の工程が交互に繰り返される。
特許文献２に開示されたエッチング方法は、第１プラズマ処理工程、第２プラズマ処理工程を含む。第１プラズマ処理工程は、プラズマ処理装置の処理容器内で、フルオロカーボンガス、及び酸素ガスを含む第１の処理ガスのプラズマを生成する。第２プラズマ処理工程は、処理容器内で、水素ガス、三フッ化窒素ガス、臭化水素ガス、及び炭素含有ガスを含む第２の処理ガスのプラズマを生成する。第１プラズマ処理工程では、静電チャックの温度が第１の温度に設定される。第２プラズマ処理工程では、静電チャックの温度が第１の温度よりも低い第２の温度に設定される。
また、特許文献３にはエッチング処理方法が開示されている。この方法は、プラズマ生成用の高周波電力により水素含有ガス及びフッ素含有ガスからプラズマを生成し、－３０℃以下の極低温環境において、生成されたプラズマによりシリコン酸化膜及び窒化シリコン膜のエッチング対象膜をエッチングする。このエッチングは、一のエッチング対象膜をエッチングする第１のエッチングのエッチングレートと、一のエッチング対象膜と異なる構造の他のエッチング対象膜をエッチングする第２のエッチングのエッチングレートとの差が±２０％以内に制御する。
特開２０１６－１９２４８３号公報 特開２０１６－２２５４３７号公報 特開２０１６－２０７８４０号公報
本開示は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の二種類の膜を含む被加工物に対するエッチングを両膜に共通の条件によって一度に行える技術を提供する。
一つの例示的実施形態において、被加工物をエッチングする方法が提供される。この方法は、プラズマ処理装置の処理容器内に設けられた載置台に被加工物を載置し、被加工物の温度を予め設定された温度範囲に維持する設定を行う。更にこの方法は、被加工物の温度を上記の温度範囲に維持しつつ、処理容器内に処理ガスのプラズマを生成し、プラズマを用いて被加工物に対するエッチング処理を行う。被加工物は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含む。処理ガスは、第１ガス及び第２ガスを含む。第１ガスは、フルオロカーボンガスである。第２ガスは、水素含有ガスである。温度範囲は、-30℃以上30℃以下である。第１ガスは、ｐ種類（ｐは１以上の整数）の第１フルオロカーボンガス～第ｐフルオロカーボンガスを含む。第２ガスは、ｑ種類（ｑは１以上の整数）の第１水素含有ガス～第ｑ水素含有ガスを含む。第１フルオロカーボンガス～第ｐフルオロカーボンガスに含まれる第ｉフルオロカーボンガスのエッチング処理の実行中における流量をＪ（ｉ）とする。第ｉフルオロカーボンガスの元素組成に含まれるフッ素原子の個数をＭ（ｉ）とする。第ｉフルオロカーボンガスの元素組成に含まれる炭素原子の個数をＮ（ｉ）する。ｉが取り得る全ての値（ｉは１以上ｐ以下の整数）についてＪ（ｉ）×Ｎ（ｉ）／Ｍ（ｉ）を加え合わせた値をＵａとする。第１水素含有ガス～第ｑ水素含有ガスに含まれる第ｋ水素含有ガスの該エッチング処理の実行中における流量をＪ（ｋ）とする。第ｋ水素含有ガスの元素組成に含まれる水素原子の個数をＨ（ｋ）とする。ｋが取り得る全ての値（ｋは１以上ｑ以下の整数）についてＪ（ｋ）×Ｈ（ｋ）を加え合わせた値をＵｂとする。Ｕａ／Ｕｂは、0.04＜Ｕａ／Ｕｂ＜0.22を満たす。
本開示によれば、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の二種類の膜を含む被加工物に対するエッチングを両膜に共通の条件によって一度に行える技術を提供できる。
図１は、一つの例示的実施形態に係る方法の一例を示すフローチャートである。 図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す図である。 図３は、図１に示す方法によって処理され得る被処理体の構成の一例を示す図である。 図４は、図１に示す方法に用いられる温度範囲を説明するための図である。 図５は、図１に示す方法に用いられる処理ガスについての条件を説明するための図である。 図６は、図１に示す方法に用いられる処理ガスのうち第２ガスについての条件を説明するための図である。 図７は、図１に示す方法による効果の一例を説明するための図である。
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、被加工物をエッチングする方法が提供される。この方法は、プラズマ処理装置の処理容器内に設けられた載置台に被加工物を載置し、被加工物の温度を予め設定された温度範囲に維持する設定を行う。更にこの方法は、被加工物の温度を上記の温度範囲に維持しつつ、処理容器内に処理ガスのプラズマを生成し、プラズマを用いて被加工物に対するエッチング処理を行う。被加工物は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含む。処理ガスは、第１ガス及び第２ガスを含む。第１ガスは、フルオロカーボンガスである。第２ガスは、水素含有ガスである。温度範囲は、-30℃以上30℃以下である。第１ガスは、ｐ種類（ｐは１以上の整数）の第１フルオロカーボンガス～第ｐフルオロカーボンガスを含む。第２ガスは、ｑ種類（ｑは１以上の整数）の第１水素含有ガス～第ｑ水素含有ガスを含む。第１フルオロカーボンガス～第ｐフルオロカーボンガスに含まれる第ｉフルオロカーボンガスのエッチング処理の実行中における流量をＪ（ｉ）とする。第ｉフルオロカーボンガスの元素組成に含まれるフッ素原子の個数をＭ（ｉ）とする。第ｉフルオロカーボンガスの元素組成に含まれる炭素原子の個数をＮ（ｉ）する。ｉが取り得る全ての値（ｉは１以上ｐ以下の整数）についてＪ（ｉ）×Ｎ（ｉ）／Ｍ（ｉ）を加え合わせた値をＵａとする。第１水素含有ガス～第ｑ水素含有ガスに含まれる第ｋ水素含有ガスの該エッチング処理の実行中における流量をＪ（ｋ）とする。第ｋ水素含有ガスの元素組成に含まれる水素原子の個数をＨ（ｋ）とする。ｋが取り得る全ての値（ｋは１以上ｑ以下の整数）についてＪ（ｋ）×Ｈ（ｋ）を加え合わせた値をＵｂとする。Ｕａ／Ｕｂは、0.04＜Ｕａ／Ｕｂ＜0.22を満たす。
これまでに、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の二種類の膜を含む被加工物に対するエッチングを両膜に共通の条件によって一度に行える技術についての研究が行われてきた。
このようなエッチングは、被加工物の温度を-30℃以上30℃以下とし、フルオロカーボンガス及び水素含有ガスを含む処理ガスの流量及び元素組成を0.04＜Ｕａ／Ｕｂ＜0.22を満たすようにすることによって実現され得る。
一つの例示的実施形態において、第１ガスは、C4F8ガス、C3F8ガス、C4F6ガスのうち何れか一のガス、又は、C4F8ガス、C3F8ガス、C4F6ガスのうち少なくとも二つからなる混合ガスである。第２ガスは、H2ガス、CH4ガスのうち何れか一のガス、又は、H2ガス及びCH4ガスの混合ガスであり得る。
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、更に、第３ガスを含み得る。第３ガスは、フッ素ではないハロゲン元素を含み得る。第３ガスは、HBrガスであり得る。
一つの例示的実施形態において、被加工物は、第１領域、第２領域、及びマスクを備える。第１領域及び第２領域は、被加工物の主面に沿って並んでいる。第１領域及び第２領域の各々は、主面の下に延びている。マスクは、第１領域及び第２領域の上において主面に設けられ、第１領域及び該第２領域の各々に開口を提供する。第１領域は、第１膜によって構成される。第２領域は、第２膜によって構成される。第１膜は、シリコン酸化膜である。第２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構成を有する。第１領域及び第２領域は、エッチング処理において同時にエッチングされる。
一つの例示的実施形態において、被加工物は、第３領域を更に備える。第３領域は、主面の下に延びており、第１領域及び第２領域と共に該主面に沿って並んでいる。マスクは、第３領域の上において主面に設けられ、第３領域に開口を提供する。第３領域は、第１膜及び第２膜によって構成される。エッチング処理において、第１領域、第２領域、及び第３領域は、同時にエッチングされる。
一つの例示的実施形態において、被加工物に対してエッチング処理を行うプラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、処理容器と、処理容器内に設けられ、エッチング処理の実行時に被加工物が載置される載置台とを備える。プラズマ処理装置は、エッチング処理の実行時に、載置台に載置された被加工物の温度を調整する温度調整機構を備える。プラズマ処理装置は、エッチング処理の実行時に、処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構を備える。プラズマ処理装置は、エッチング処理の実行時に、処理容器内の処理空間において処理ガスのプラズマを生成する高周波電源を備える。プラズマ処理装置は、温度調整機構、ガス供給機構、高周波電源を制御する制御部を備える。制御部は、載置台に載置された被加工物の温度を予め設定された温度範囲に維持しつつ、処理容器内に処理ガスのプラズマを生成し、プラズマを用いて被加工物に対するエッチング処理を行うように、温度調整機構、ガス供給機構、高周波電源を制御する。処理ガスは、第１ガス及び第２ガスを含む。第１ガスは、フルオロカーボンガスである。第２ガスは、水素含有ガスである。温度範囲は、-30℃以上30℃以下である。第１ガスは、ｐ種類（ｐは１以上の整数）の第１フルオロカーボンガス～第ｐフルオロカーボンガスを含む。第２ガスは、ｑ種類（ｑは１以上の整数）の第１水素含有ガス～第ｑ水素含有ガスを含む。第１フルオロカーボンガス～第ｐフルオロカーボンガスに含まれる第ｉフルオロカーボンガスのエッチング処理の実行中における流量をＪ（ｉ）とする。第ｉフルオロカーボンガスの元素組成に含まれるフッ素原子の個数をＭ（ｉ）とする。第ｉフルオロカーボンガスの元素組成に含まれる炭素原子の個数をＮ（ｉ）とする。ｉが取り得る全ての値（ｉは１以上ｐ以下の整数）についてＪ（ｉ）×Ｎ（ｉ）／Ｍ（ｉ）を加え合わせた値をＵａとする。第１水素含有ガス～第ｑ水素含有ガスに含まれる第ｋ水素含有ガスのエッチング処理の実行中における流量をＪ（ｋ）とする。第ｋ水素含有ガスの元素組成に含まれる水素原子の個数をＨ（ｋ）とする。ｋが取り得る全ての値（ｋは１以上ｑ以下の整数）についてＪ（ｋ）×Ｈ（ｋ）を加え合わせた値をＵｂとする。Ｕａ／Ｕｂは、0.04＜Ｕａ／Ｕｂ＜0.22を満たす。
これまでに、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の二種類の膜を含む被加工物に対するエッチングを両膜に共通の条件によって一度に行える技術についての研究が行われてきた。このようなエッチングは、被加工物の温度を-30℃以上30℃以下とし、フルオロカーボンガス及び水素含有ガスを含む処理ガスの流量及び元素組成を0.04＜Ｕａ／Ｕｂ＜0.22を満たすようにすることによって実現され得る。
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には、エッチング方法の一つの例示的実施形態に係る方法ＭＴのフローチャートが示されている。方法ＭＴは、例えば、３次元構造を有するＮＡＮＤフラッシュメモリの製造に用い得る。方法ＭＴは、例えば図２に示すプラズマ処理装置１０を用いて、例えば図３に示す構成のウエハＷ（被加工物）をエッチングする方法である。
図２には、プラズマ処理装置の一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置１０の構成が示されている。プラズマ処理装置１０は、プラズマを用いてウエハＷに対するエッチング処理（方法ＭＴに含まれる処理）を行い得る。
図２に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型プラズマエッチング装置である。プラズマ処理装置１０は、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２の材料は、例えば、アルミニウムであり得る。処理容器１２の内壁面は、陽極酸化処理が施されている。処理容器１２は、保安接地されている。
支持部１４は、処理容器１２の底部上に設けられている。支持部１４は、略円筒形状を有している。支持部１４の材料は、石英又は酸化アルミニウム等の絶縁材料であり得る。支持部１４は、処理容器１２内において、処理容器１２の底部から鉛直方向に延在している。
載置台ＰＤは、処理容器１２内に設けられ、エッチング処理（方法ＭＴに含まれる処理）の実行時にウエハＷが載置される。載置台ＰＤは、処理容器１２内に設けられている。載置台ＰＤは、支持部１４によって支持されている。載置台ＰＤは、下部電極１６及び静電チャック１８を備える。
下部電極１６は、第１部材１６ａ及び第２部材１６ｂを備える。第１部材１６ａ及び第２部材１６ｂの各々の材料は、何れも、アルミニウム等の金属であり得る。第１部材１６ａ及び第２部材１６ｂの各々は、略円盤形状を有している。第２部材１６ｂは、第１部材１６ａ上に設けられている。第２部材１６ｂは、第１部材１６ａに電気的に接続されている。
静電チャック１８は、下部電極１６上に設けられている。具体的には、静電チャック１８は、第２部材１６ｂ上に設けられている。静電チャック１８は、静電チャック１８の上面の上に載置されたウエハＷを保持するように構成されている。
具体的に、静電チャック１８は、略円盤状の絶縁膜を有している。電極１８ａは、静電チャック１８の絶縁膜の内部に含まれる。直流電源２２は、スイッチＳＷを介して電極１８ａに接続されている。
静電チャック１８は、直流電源２２からの直流電圧が電極１８ａに印加されると、クーロン力等の静電力を発生する。静電チャック１８は、発生した静電力によってウエハＷを吸着して保持する。
フォーカスリングＦＲは、下部電極１６の周縁部の上に設けられている。フォーカスリングＦＲは、環状板形状を有している。フォーカスリングＦＲは、ウエハＷのエッジ及び静電チャック１８のエッジを囲むように配置されている。
フォーカスリングＦＲの材料は、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択され得る。フォーカスリングＦＲの材料は、例えば、シリコン、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、石英であり得る。
プラズマ処理装置１０は、静電チャック１８の温度を制御するための温度調整機構ＴＳを備える。温度調整機構ＴＳは、エッチング処理（方法ＭＴに含まれる処理）の実行時に、ウエハＷの温度を調整する。温度調整機構ＴＳは、チラーユニットＣＵ、ヒータ１８ｈ、ヒータ電源ＨＰ、温度検出器１８ｔを備える。
温度検出器１８ｔは、載置台ＰＤに載置されたウエハＷの温度を検出し、この検出結果を制御部Ｃｎｔに送信する。制御部Ｃｎｔは、温度検出器１８ｔから送信された検出結果に基づいて、チラーユニットＣＵ、ヒータ電源ＨＰを制御する。
チラーユニットＣＵは、処理容器１２の外部に設けられている。チラーユニットＣＵは、配管２６ａ及び配管２６ｂに接続されている。配管２６ａ及び配管２６ｂは、流路１６ｆに接続されている。流体用の流路１６ｆは、下部電極１６の内部に形成されている。
チラーユニットＣＵは、配管２６ａを介して流路１６ｆに熱媒体を供給する。流路１６ｆに供給された熱媒体は、配管２６ｂを介してチラーユニットＣＵに戻される。流路１６ｆとチラーユニットＣＵとの間では、熱媒体が循環される。
ヒータ１８ｈは、静電チャック１８の内部に設けられている。ヒータ１８ｈは、ヒータ電源ＨＰに接続されている。ヒータ１８ｈは、ヒータ電源ＨＰから供給される電力によって発熱する。なお、プラズマ処理中、載置台ＰＤに対してプラズマからの入熱が大きい場合、ヒータ１８ｈ及びヒータ電源ＨＰは無くてもよい。
また、ガス供給ライン２８は、温度調整機構ＴＳの一部として、プラズマ処理装置１０に設けられている。ガス供給ライン２８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１８の上面とウエハＷの裏面との間に供給する。
なお、温度検出器１８ｔに含まれる図示されない温度センサー又は温度測定器は、ウエハＷの温度を直接測定することができるが、これに限定されない。例えば、載置台ＰＤの温度の値又はチラーユニットＣＵから流路１６ｆに供給される熱媒体の温度の値を用いる場合があり得る。プラズマ処理中、ウエハＷはプラズマに曝され、プラズマからのイオン照射又は光によってウエハＷの温度が上昇し、ウエハＷと載置台ＰＤ又は熱媒体との間に温度差が生じることがある。このため、ウエハＷと載置台ＰＤ又は熱媒体との間の構造と、プロセス条件との関係から推測される温度差データ又は予め計測した温度差データとから、ウエハＷの温度を推測してもよい。
上部電極３０は、載置台ＰＤの上方に設けられており、載置台ＰＤと対向配置されている。上部電極３０と載置台ＰＤとの間には、ウエハＷにプラズマ処理を行うための処理空間Ｓが画成されている。
上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。
天板３４は、処理空間Ｓに面している。天板３４は、複数のガス吐出孔３４ａを提供している。天板３４の材料は、ジュール熱の比較的に少ない低抵抗の導電体又は半導体であり得る。
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６の材料は、例えばアルミニウム等の導電性材料であり得る。支持体３６は、水冷構造を有し得る。
プラズマ処理装置１０は、ガス供給機構ＧＳを備える。ガス供給機構ＧＳは、方法ＭＴに含まれるエッチング処理（後述の工程ＳＴ３）の実行時に処理容器１２内に処理ガス（以下、処理ガスＧという場合がある）を供給する。
処理ガスＧは、第１ガス、第２ガス、第３ガスを含む。ガスソース群４０は、第１ガス、第２ガス、第３ガスの各々に対応した複数のガスソースを含む。
第１ガスは、フルオロカーボンガスである。第１ガスは、ｐ種類（ｐは１以上の整数であり、以下同様）の第１フルオロカーボンガス～第ｐフルオロカーボンガスを含む。第２ガスは、水素含有ガスである。第２ガスは、ｑ種類（ｑは１以上の整数であり、以下同様）の第１水素含有ガス～第ｑ水素含有ガスを含む。第３ガスは、フッ素ではないハロゲン元素を含む。
より具体的に、第１ガスは、一例として、C4F8ガス、C3F8ガス、C4F6ガスのうち何れか一のガス（ｐ＝１の場合）、又は、C4F8ガス、C3F8ガス、C4F6ガスのうち少なくとも二つからなる混合ガス（ｐ＝２又は３の場合）、であり得る。第２ガスは、一例として、H2ガス（ｑ＝１の場合）、又は、H2ガス及びCH4ガスの混合ガス（ｑ＝２の場合）であり得る。第３ガスは、HBrガスであり得る。
ガス供給機構ＧＳは、ガスソース群４０、バルブ群４２、流量制御器群４４を備える。ガスソース群４０は、バルブ群４２及び流量制御器群４４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、エッチング処理（方法ＭＴに含まれる処理）の実行時に処理空間Ｓ内に処理ガスＧを供給する。
バルブ群４２は、複数のバルブを有している。流量制御器群４４は、マスフローコントローラ等の複数の流量制御器を有している。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、流量制御器群４４の対応の流量制御器及びバルブ群４２の対応のバルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。
ガス拡散室３６ａは、支持体３６の内部に設けられている。複数のガス通流孔３６ｂは、ガス拡散室３６ａから下方に延びている。ガス通流孔３６ｂは、ガス吐出孔３４ａに連通する。
ガス導入口３６ｃは、支持体３６に形成されている。ガス導入口３６ｃは、ガス拡散室３６ａに処理ガスＧを導く。ガス供給管３８は、ガス導入口３６ｃに接続されている。
接地導体１２ａは、略円筒形状を有している。接地導体１２ａは、処理容器１２の側壁から上部電極３０の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。
デポシールド４６は、処理容器１２の内壁に沿って着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。
デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物が付着することを防止する。デポシールド４６は、例えば、アルミニウム材にY2O3等のセラミックスが被覆されて構成され得る。
排気プレート４８は、支持部１４と処理容器１２の内壁との間に設けられている。排気プレート４８には、その板厚方向に貫通する複数の貫通孔が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にY2O3等のセラミックスが被覆されて構成され得る。
排気口１２ｅは、排気プレート４８の下方において、処理容器１２に設けられている。排気装置５０は、排気管５２を介して排気口１２ｅに接続されている。
排気装置５０は、圧力調整弁、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有している。排気装置５０は、処理容器１２内を所望の真空度まで減圧することができる。
開口１２ｇは、処理容器１２の側壁に設けられている。開口１２ｇは、ウエハＷの搬送用に設けられている。開口１２ｇは、ゲートバルブ５４により開閉可能である。
導電性部材５６は、処理容器１２の内壁に設けられている。導電性部材５６は、高さ方向においてウエハＷと略同じ高さに位置するように、処理容器１２の内壁に取り付けられている。導電性部材５６は、グランドにＤＣ的に接続されており、異常放電防止効果を発揮する。導電性部材５６はプラズマ生成領域に設けられていればよく、導電性部材５６の設置位置は図２に示す位置に限られない。
第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波を発生する電源である。第１の高周波電源６２は、エッチング処理（方法ＭＴに含まれる処理）の実行時に、処理容器１２内の処理空間Ｓにおいて、第１の高周波によって処理ガスＧのプラズマを生成する。第１の高周波は、27～100[MHz]、一例においては40[MHz]であり得る。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極１６に接続されている。
整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１６側）の入力インピーダンスとを整合させるための回路を、有している。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して、上部電極３０に接続されてもよい。
第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための第２の高周波、すなわち、高周波バイアスを発生する電源である。第２の高周波は、400[kHz]～13.56[MHz]の範囲内の周波数、一例においては3[MHz]であり得る。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極１６に接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１６側）の入力インピーダンスとを整合させるための回路を、有している。
直流電源部７０は、上部電極３０に接続されている。直流電源部７０は、負の直流電圧を発生し、当該直流電圧を上部電極３０に与えることが可能である。
制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を統括的に制御する。制御部Ｃｎｔは、特に、温度調整機構ＴＳ、ガス供給機構ＧＳ、第１の高周波電源６２を制御する。制御部Ｃｎｔの記憶部には、コンピュータプログラムが格納されている。このコンピュータプログラムは、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサが制御するための制御プログラム、特に、プロセッサが処理条件に応じてプラズマ処理装置１０の各部に処理を実行させるためのプログラム（処理レシピ）を含む。
制御部Ｃｎｔは、方法ＭＴの処理レシピに従って、方法ＭＴの各工程において、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。より具体的に、制御部Ｃｎｔは、載置台ＰＤに載置されたウエハＷの温度を予め設定された温度範囲に維持しつつ、処理容器１２の処理空間Ｓ内に処理ガスＧのプラズマを生成する。制御部Ｃｎｔは、生成したプラズマを用いてウエハＷに対するエッチング処理（方法ＭＴに含まれる処理）を行うように、温度調整機構ＴＳ、ガス供給機構ＧＳ、第１の高周波電源６２を制御する。
図３には、被加工物の一つの例示的実施形態に係るウエハＷの構成が示されている。ウエハＷは、下地層ＵＬ、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３、マスクＭＳＫを備える。下地層ＵＬは、例えば、基板上に設けられた多結晶シリコン層であり得る。第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３は、下地層ＵＬ上に設けられている。
第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３は、ウエハＷの主面ＰＳに沿って並んでいる。第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３の各々は、主面ＰＳの下に延びている。
第１領域Ｒ１は、第１膜ＦＬ１によって構成される。第２領域Ｒ２は、第２膜ＦＬ２によって構成される。第３領域Ｒ３は、第１膜ＦＬ１及び第２膜ＦＬ２によって構成される。第１膜ＦＬ１は、シリコン酸化膜ＩＬ１である。第２膜ＦＬ２は、シリコン酸化膜ＩＬ１とシリコン窒化膜ＩＬ２とが交互に積層された構成を有する。
マスクＭＳＫは、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３の上において主面ＰＳに設けられる。マスクＭＳＫは、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３の各々に開口を提供する。マスクＭＳＫの材料は、例えば、アモルファスカーボンであり得る。マスクＭＳＫの材料は、有機ポリマーであってもよい。
図１に示す方法ＭＴを説明する。方法ＭＴは、制御部Ｃｎｔの制御のもとで、プラズマ処理装置１０によって実行され得る。方法ＭＴは、工程ＳＴ１～工程ＳＴ４を備える。まず、工程ＳＴ１は、ウエハＷを載置台ＰＤに載置する（工程ＳＴ１）。
工程ＳＴ１に引き続く工程ＳＴ２は、予め設定された温度範囲（以下、温度範囲ＴＥという）にウエハＷの温度を維持する設定を行う（工程ＳＴ２）。工程ＳＴ２に引き続く工程ＳＴ３は、ウエハＷの温度を温度範囲ＴＥに維持しつつ、処理容器１２の処理空間Ｓ内に処理ガスＧのプラズマを生成し、このプラズマを用いて後述のプロセス条件ＰＰのもとでウエハＷに対するエッチング処理を行う（工程ＳＴ３）。第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３は、工程ＳＴ３のエッチング処理によって同時に（同じタイミングで）エッチングされる。
工程ＳＴ３に引き続く工程ＳＴ４は、方法ＭＴを終了するか否かを判定する（工程ＳＴ４）。より具体的に、工程ＳＴ４では、工程ＳＴ３において予め定められたエッチング深さまでエッチング処理が完了されたか否かの判定（方法ＭＴを終了するか否かの判定に対応）が行われる。エッチング深さは、エッチングレートと処理時間とによって求められてもよく、ＥＰＤ(End Point Detector)などを用いた終点検出結果でもよい。予め定められたエッチング深さは、制御部Ｃｎｔの記憶部に格納され得る。
工程ＳＴ４において、方法ＭＴを終了しないと判定された場合（工程ＳＴ４：ＮＯ）、工程ＳＴ３が継続的に実行される。工程ＳＴ４において、方法ＭＴを終了すると判定された場合（工程ＳＴ４：ＹＥＳ）、方法ＭＴが終了される。
図４を参照して、温度範囲ＴＥについて説明する。図４には、方法ＭＴのエッチング処理におけるウエハＷの温度[℃]と第１膜ＦＬ１及び第２膜ＦＬ２のエッチングレート比との相関の一例が示されている。図４の横軸は、ウエハＷの温度［℃］を表す。図４の縦軸は、第１膜ＦＬ１のエッチングレート（ＥＲ１[nm/min]）と第２膜ＦＬ２のエッチングレート（ＥＲ２[nm/min]）との比（ＥＲ１／ＥＲ２）を表す。ＥＲ１／ＥＲ２は、ＥＲ１の値をＥＲ２の値で割って得られる商の値を表す。
ウエハＷの温度が-30[℃]以上30[℃]以下の場合に、ＥＲ１／ＥＲ２は、1（ＥＲ１＝ＥＲ２）を含む0.8～1.2の範囲内の値となり得る。従って、ＥＲ１＝ＥＲ２を実現するためのウエハＷの温度範囲ＴＥとして、-30[℃]以上30[℃]以下の範囲が採用され得る。
図４、更には後述する図５～図７のそれぞれに示されている結果は、下記の条件Ｐａを含むプロセス条件ＰＰのもとで得られた。なお、プロセス条件ＰＰは工程ＳＴ３（エッチング処理）の実行に用いられ得るが、工程ＳＴ３に用いられる場合のプロセス条件ＰＰにおいて、条件Ｐａの内容は下記の内容に限られない。
（条件Ｐａ）
・処理容器１２内の圧力：15～30[mTorr]。
・第１の高周波電源６２の周波数、電力：40[MHz]、2～5[kW]。
・第２の高周波電源６４の周波数、電力：3[MHz]、7～9[kW]。
・直流電源部７０の直流電圧：0[V]。
図４に示されている結果は、条件Ｐａと共に処理ガスＧの流量についての下記条件を更に含むプロセス条件ＰＰのもとでエッチング処理（工程ＳＴ３）を行って得られた。第１ガスにはC4F8ガスが用いられた（ｐ＝１）。第２ガスにはH2ガスが用いられた（ｑ＝１）。処理ガスＧに係る後述の不等式ＩＥＱは満たされていた。
・処理ガスＧの流量：（C4F8ガス）50[sccm]、（H2ガス）160[sccm]、（HBrガス）20[sccm]。
処理ガスＧには、更にO2ガスが含まれ得る。O2ガスの流量は、工程ＳＴ３のエッチング処理に用いるマスクＭＳＫの所望の形状に応じて決定され得る。
工程ＳＴ３のエッチング処理において用いられ条件Ｐａを含むプロセス条件ＰＰのうち、処理ガスＧに係る条件は、0.04＜Ｕａ／Ｕｂ＜0.22（以下、不等式ＩＥＱという場合がある）が満たされるように用いられ得る。Ｕａ／Ｕｂは、Ｕａの値をＵｂの値で割って得られる商の値を表す。Ｕａ、Ｕｂの各々の値は、以下のように規定される。
（Ｕａの値について）
処理ガスＧの第１ガスの第１フルオロカーボンガス～第ｐフルオロカーボンガスに含まれる第ｉフルオロカーボンガス（ｉは１以上ｐ以下の整数）のエッチング処理の実行中における流量をＪ（ｉ）とする。第ｉフルオロカーボンガスの元素組成に含まれるフッ素原子の個数をＭ（ｉ）、第ｉフルオロカーボンガスの元素組成に含まれる炭素原子の個数をＮ（ｉ）とする。Ｕａは、ｉが取り得る全ての値についてＪ（ｉ）×Ｎ（ｉ）／Ｍ（ｉ）を加え合わせて得られる値である。
（Ｕｂの値について）
処理ガスＧの第２ガスの第１水素含有ガス～第ｑ水素含有ガスに含まれる第ｋ水素含有ガスのエッチング処理の実行中における流量をＪ（ｋ）（ｋは１以上ｑ以下の整数）とする。第ｋ水素含有ガスの元素組成に含まれる水素原子の個数をＨ（ｋ）とする。Ｕｂは、ｋが取り得る全ての値についてＪ（ｋ）×Ｈ（ｋ）を加え合わせて得られる値である。
不等式ＩＥＱは、図５に示す結果に基づいて採用される。図５には、Ｕａ／ＵｂとＥＲ１／ＥＲ２との相関を測定した結果が示されている。図５の横軸は、Ｕａ／Ｕｂを表す。図５の縦軸は、ＥＲ１／ＥＲ２を表す。
図５に示されている結果は、条件Ｐａと共に処理ガスＧの流量についての下記条件を更に含むプロセス条件ＰＰのもとでエッチング処理（工程ＳＴ３）を行って得られた。第１ガスには、エッチング処理毎に別々に三種類のフルオロカーボンガス（C4F8ガス、C3F8ガス、C4F6ガス）が用いられた（ｐ＝１）。第２ガスには、H2ガスが用いられた（ｑ＝１）。ウエハＷの温度は0[℃]程度であり、温度範囲ＴＥは満たされていた。
・処理ガスＧの流量：（第１ガス）30～80[sccm]、（H2ガス）50～240[sccm]、（HBrガス）20[sccm]。
処理ガスＧには、更にO2ガスが含まれ得る。O2ガスの流量は、エッチング処理に用いるマスクＭＳＫの所望の形状に応じて、決定され得る。
複数の測定結果ＰＬ１ａは、図５において黒色の三角形によって示されており、第１ガスにC4F8ガスを用いた場合の測定結果である。複数の測定結果ＰＬ１ｂは、図５において白色の四角形によって示されており、第１ガスにC3F8ガスを用いた場合の測定結果である。複数の測定結果ＰＬ１ｃは、図５において白色の円形によって示されており、第１ガスにC4F6ガスを用いた場合の測定結果である。
直線ＬＮ１は、図５に示されている全ての測定結果ＰＬ１ａ，ＰＬ１ｂ，ＰＬ１ｃを用いて得られた回帰直線である。一つの例示的実施形態において、直線ＬＮ１は、最小二乗法によって算出されて得られたＥＲ１／ＥＲ２＝2.2943×Ｕａ／Ｕｂ＋0.7066によって表される一次関数である。
Ｕａ／Ｕｂの範囲は、直線ＬＮ１を用いて、ＥＲ１／ＥＲ２の値が1（ＥＲ１＝ＥＲ２）を含む0.8～1.2程度の範囲内にあるように、定められる。Ｕａ／Ｕｂが不等式ＩＥＱを満たす場合に、ＥＲ１／ＥＲ２の値が1（ＥＲ１＝ＥＲ２）を含む0.8～1.2程度の範囲内にあり得る。従って、方法ＭＴの工程ＳＴ３（エッチング処理）において、Ｕａ／Ｕｂが不等式ＩＥＱを満たす場合、第１膜ＦＬ１、第２膜ＦＬ２のそれぞれのエッチングレートは同等であり得る。
方法ＭＴの工程ＳＴ３において用いられる処理ガスＧに含まれる第２ガスは、水素含有ガスとして、H2ガスだけではなく、例えばCH4ガスも含み得る。図６には、Ｕａ／ＵｂとＥＲ１／ＥＲ２との相関を測定した結果が示されている。図６の横軸は、Ｕａ／Ｕｂを表す。図６の縦軸は、ＥＲ１／ＥＲ２を表す。
図６に示されている結果は、条件Ｐａと共に処理ガスＧの流量についての下記条件を更に含むプロセス条件ＰＰのもとでエッチング処理（工程ＳＴ３）を行って得られた。第１ガスには三種類のフルオロカーボンガス（C4F8ガス、C3F8ガス、C4F6ガス）の各々が個別に用いられた（ｐ＝１）。ウエハＷの温度は0[℃]程度であり、温度範囲ＴＥは満たされていた。処理ガスＧに係る不等式ＩＥＱは満たされていた。
（第２ガスにH2ガスを用いた場合）
・処理ガスＧの流量：（第１ガス）30～80[sccm]、（H2ガス）50～240[sccm]、（HBrガス）20[sccm]。
（第２ガスにH2ガス及びCH4ガスの混合ガスを用いた場合）
・処理ガスＧの流量：（第１ガス）30～80[sccm]、（H2ガス）10～30[sccm]、（CH4ガス）50～70[sccm]、（HBrガス）10～30[sccm]。
処理ガスＧには、更にO2ガスが含まれ得る。O2ガスの流量は、エッチング処理に用いるマスクＭＳＫの所望の形状に応じて、決定され得る。
複数の測定結果ＰＬ２ａは、図６において黒色の円形によって示されており、第２ガスにH2ガスを用いた場合の測定結果であり、図５に示す複数の測定結果ＰＬ１ａ、ＰＬ１ｂ、ＰＬ１ｃのすべてをプロットしたものである。一つの測定結果ＰＬ２ｂは、図６において白色の三角形によって示されており、第２ガスにH2ガス及びCH4ガスの混合ガスを用いた場合の測定結果である。また、直線ＬＮ２は、図６に示される複数の測定結果ＰＬ２ａを用いて得られた回帰直線であり、図５に示す直線ＬＮ１と同一である。
第２ガスにH2ガス及びCH4ガスの混合ガスを用いた場合の測定結果ＰＬ２ｂは、第２ガスにH2ガスを用いた場合の測定結果ＰＬ２ａを用いて得られた回帰直線である直線ＬＮ２の付近にプロットされる。すなわち、第２ガスにH2ガス及びCH4ガスの混合ガスを用いた場合であっても、Ｕａ／Ｕｂが不等式ＩＥＱを満たす場合に、ＥＲ１／ＥＲ２の値が1（ＥＲ１＝ＥＲ２）を含む0.8～1.2程度の範囲内にあり得る。従って、工程ＳＴ３において、第２ガスにH2ガスを用いた場合、第２ガスにH2ガス及びCH4ガスの混合ガスを用いた場合の何れであっても、Ｕａ／Ｕｂが不等式ＩＥＱを満たす場合、第１膜ＦＬ１、第２膜ＦＬ２の各々のエッチングレートは同等であり得る。
図７には、開口面積が互いに異なるマスクＭＳＫの二種類の開口を用いたウエハＷに対するエッチング処理（工程ＳＴ３）において、エッチング時間[min]と規格化されたエッチング深さ[a.u.]との相関を測定した結果が示されている。図７の横軸は、エッチング時間[min]を表す。図７の縦軸は、規格化されたエッチング深さ[a.u.]を表す。
図７に示されている結果は、条件Ｐａと共に処理ガスＧの流量についての下記条件を更に含むプロセス条件ＰＰのもとで得られた。第１ガスにはC4F8ガスが用いられた（ｐ＝１）。第２ガスにはH2ガスが用いられた（ｑ＝１）。ウエハＷの温度は0[℃]程度であり、温度範囲ＴＥは満たされていた。処理ガスＧに係る不等式ＩＥＱは満たされていた。
・処理ガスＧの流量：（C4F8ガス）70[sccm]、（H2ガス）140[sccm]、（HBrガス）20[sccm]。処理ガスＧには、更にO2ガスが含まれ得る。
複数の測定結果ＰＬ３ａは、図７において白色の円形によって示されており、マスクＭＳＫの第１開口面積の開口を介して行われた第２膜ＦＬ２に対するエッチング処理による測定結果である。一つの測定結果ＰＬ３ｂは、図７において黒色の三角形によって示されており、マスクＭＳＫの第２開口面積の開口を介して行われた第２膜ＦＬ２に対するエッチング処理による測定結果である。第１開口面積と第２開口面積とは、互いに異なる。なお、図７では、複数の測定結果ＰＬ３ａのうち、エッチング時間が10[min]でのエッチング深さを1と規格化して、複数の測定結果ＰＬ３ａのそれぞれがプロットされている。
図７に示す結果から、マスクＭＳＫの第１開口面積の開口を介したエッチング処理とマスクＭＳＫの第２開口面積の開口を介したエッチング処理とにおいて、エッチング時間とエッチング深さとの相関が互いに同等であることがわかる。従って、方法ＭＴの工程ＳＴ３（エッチング処理）によれば、第２膜ＦＬ２に対するエッチング処理がマスクＭＳＫの種々の開口面積の開口を介して行われる場合であっても、概ね等しいエッチングレートが実現され得ることがわかる。また、複数の測定結果ＰＬ３ａによると、エッチング時間の増加に伴い、エッチング深さが直線的に増加していることから、アスペクト比の依存性がないエッチングが実現され得ることがわかる。
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、異なる例示的実施形態における要素を組み合わせて他の例示的実施形態を形成することが可能である。
以上の説明から、本開示の種々の例示的実施形態は、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例示的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。
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１２ａ…接地導体、１２ｅ…排気口、１２ｇ…開口、１４…支持部、１６…下部電極、１６ａ…第１部材、１６ｂ…第２部材、１６ｆ…流路、１８…静電チャック、１８ａ…電極、１８ｈ…ヒータ、１８ｔ…温度検出器、２２…直流電源、２６ａ…配管、２６ｂ…配管、２８…ガス供給ライン、３０…上部電極、３２…絶縁性遮蔽部材、３４…天板、３４ａ…ガス吐出孔、３６…支持体、３６ａ…ガス拡散室、３６ｂ…ガス通流孔、３６ｃ…ガス導入口、３８…ガス供給管、４０…ガスソース群、４２…バルブ群、４４…流量制御器群、４６…デポシールド、４８…排気プレート、５０…排気装置、５２…排気管、５４…ゲートバルブ、５６…導電性部材、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、６６…整合器、６８…整合器、７０…直流電源部、Ｃｎｔ…制御部、ＣＵ…チラーユニット、ＦＬ１…第１膜、ＦＬ２…第２膜、ＦＲ…フォーカスリング、ＧＳ…ガス供給機構、ＨＰ…ヒータ電源、ＩＬ１…シリコン酸化膜、ＩＬ２…シリコン窒化膜、ＭＳＫ…マスク、ＭＴ…方法、ＰＤ…載置台、ＰＳ…主面、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、Ｒ３…第３領域、Ｓ…処理空間、ＳＷ…スイッチ、ＴＳ…温度調整機構、ＵＬ…下地層、Ｗ…ウエハ。

Claims (5)

  1. 被加工物をエッチングするエッチング方法であって、該エッチング方法は、
    プラズマ処理装置の処理容器内に設けられた載置台に被加工物を載置し、
    前記被加工物の温度を予め設定された温度範囲に維持する設定を行い、
    前記被加工物の温度を前記温度範囲に維持しつつ、前記処理容器内に処理ガスのプラズマを生成し、該プラズマを用いて前記被加工物に対するエッチング処理を行い、
    前記被加工物は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含み、
    前記処理ガスは、第１ガス及び第２ガスを含み、
    前記第１ガスは、フルオロカーボンガスであり、
    前記第２ガスは、水素含有ガスであり、
    前記温度範囲は、-30℃以上30℃以下であり、
    前記第１ガスは、第１フルオロカーボンガスとしてＣ４Ｆ８ガス、第２フルオロカーボンガスとしてＣ３Ｆ８、及び第３フルオロカーボンガスとしてＣ４Ｆ６ガスを含み、
    前記第２ガスは、第１水素含有ガスとしてＨ２ガス及び第２水素含有ガスとしてＣＨ４ガスを含み、
    前記第１フルオロカーボンガス～第３フルオロカーボンガスに含まれる第ｉフルオロカーボンガスの前記エッチング処理の実行中における流量をＪ（ｉ）、該第ｉフルオロカーボンガスの元素組成に含まれるフッ素原子の個数をＭ（ｉ）、該第ｉフルオロカーボンガスの元素組成に含まれる炭素原子の個数をＮ（ｉ）としてｉが取り得る全ての値（ｉは１以上３以下の整数）についてＪ（ｉ）×Ｎ（ｉ）／Ｍ（ｉ）を加え合わせた値をＵａとし、前記第１水素含有ガス～第２水素含有ガスに含まれる第ｋ水素含有ガスの該エッチング処理の実行中における流量をＪ（ｋ）、該第ｋ水素含有ガスの元素組成に含まれる水素原子の個数をＨ（ｋ）としてｋが取り得る全ての値（ｋは１又は２の整数）についてＪ（ｋ）×Ｈ（ｋ）を加え合わせた値をＵｂとした場合に、Ｕａ／Ｕｂは、0.04＜Ｕａ／Ｕｂ＜0.22を満たす、
    エッチング方法。
  2. 前記処理ガスは、更に、第３ガスを含み、
    前記第３ガスは、フッ素ではないハロゲン元素を含む、
    請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 前記第３ガスは、HBrガスである、
    請求項２に記載のエッチング方法。
  4. 前記被加工物は、第１領域、第２領域、及びマスクを備え、
    前記第１領域及び前記第２領域は、前記被加工物の主面に沿って並んでおり、
    前記第１領域及び前記第２領域の各々は、前記主面の下に延びており、
    前記マスクは、前記第１領域及び前記第２領域の上において前記主面に設けられ、該第１領域及び該第２領域の各々に開口を提供し、
    前記第１領域は、第１膜によって構成され、
    前記第２領域は、第２膜によって構成され、
    前記第１膜は、シリコン酸化膜であり、
    前記第２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構成を有し、
    前記第１領域及び前記第２領域は、前記エッチング処理において同時にエッチングされる、
    請求項１～３の何れか一項に記載のエッチング方法。
  5. 前記被加工物は、第３領域を更に備え、
    前記第３領域は、前記主面の下に延びており、前記第１領域及び前記第２領域と共に該主面に沿って並んでおり、
    前記マスクは、前記第３領域の上において前記主面に設けられ、該第３領域に開口を提供し、
    前記第３領域は、前記第１膜及び前記第２膜によって構成され、
    前記エッチング処理において、前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域は、同時にエッチングされる、
    請求項４に記載のエッチング方法。
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