JP7382848B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

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Description

本開示の種々の側面および実施形態は、基板処理方法および基板処理装置に関する。
異なる高さに位置する複数の下地層と、複数の下地層の上に形成された対象膜とを有する基板を用意し、各下地層の上方に位置する複数の開口を有するマスクを用いて対象膜に深さの異なるホールをエッチングにより形成する技術が知られている（例えば下記特許文献１参照）。
特開２０１９－９２５９号公報
本開示は、エッチングの過程におけるアーキングの発生を抑制することができる基板処理方法および基板処理装置を提供する。
本開示の一側面は、チャンバにおける基板処理方法であって、チャンバは、基板を載置する載置台と、載置台に対向する上部電極と、チャンバ内に処理ガスを供給するためのガス供給口とを備え、下記ａ）～ｄ）を含む。ａ）は、載置台に基板を提供する工程である。ｂ）は、チャンバ内に第１の処理ガスを供給する工程である。ｃ）は、上部電極に負の直流電圧を連続的に供給しながら、ＲＦ信号を連続的に供給することにより、第１の処理ガスからプラズマを生成する工程である。ｄ）は、上部電極に負の直流電圧を連続的に供給しながら、パルス状のＲＦ信号を供給することにより、第１の処理ガスからプラズマを生成する工程である。ｃ）とｄ）とは交互に繰り返し実行される。また、ｃ）の１回あたりの期間は３０秒以下である。
本開示の種々の側面および実施形態によれば、エッチングの過程におけるアーキングの発生を抑制することができる。
図１は、本開示の一実施形態におけるエッチング装置の一例を示す概略断面図である。 図２は、エッチング前の基板の断面の一例を示す図である。 図３は、エッチング後の基板の断面の一例を示す図である。 図４は、プラズマエッチングにおけるチャンバ内の電子の動きの一例を示す模式図である。 図５は、ＲＦ信号の供給を停止した場合のチャンバ内の電子の動きの一例を示す模式図である。 図６は、ＲＦ信号および直流電圧の制御の一例を示す図である。 図７は、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程の実行タイミングの一例を示す図である。 図８は、エッチング時間に対するＶppの大きさの変化の一例を示す図である。 図９は、エッチング時間に対する導電膜のエッチング量の一例を示す図である。 図１０は、エッチングが終了した直後のホールの状態の一例を示す模式図である。 図１１は、導電膜が浸食された状態の一例を示す図である。 図１２は、本実施形態により形成されたホールの状態の一例を示す図である。 図１３は、エッチング方法の一例を示すフローチャートである。
以下に、基板処理方法および基板処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示される基板処理方法および基板処理装置が限定されるものではない。
ところで、近年の半導体装置の微細化に伴い、半導体装置に用いられる基板に形成されるホールのアスペクト比が大きくなる傾向にある。アスペクト比が大きいホールをプラズマエッチングにより基板に形成する場合、エッチングの時間が長くなるため、基板の帯電量が大きくなる場合がある。基板の帯電量が大きくなると、ギャップが小さい構造がある基板の箇所等で放電（アーキング）が発生する場合がある。アーキングが発生すると、基板が損傷したり、アーキングにより飛散した材料がパーティクルとなって基板の他の領域に付着し、欠陥となる場合がある。
そこで、本開示は、エッチングの過程におけるアーキングの発生を抑制することができる技術を提供する。
［エッチング装置１の構成］
図１は、本開示の一実施形態におけるエッチング装置１の一例を示す概略断面図である。エッチング装置１は、装置本体１０と、装置本体１０を制御する制御装置１１とを備える。装置本体１０は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置であり、表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等により形成された略円筒状のチャンバ１２を有する。チャンバ１２は保安接地されている。エッチング装置１は、基板処理装置の一例である。
チャンバ１２は、静電チャック１８および上部電極３０を備える。チャンバ１２内の底部には、絶縁材料によって形成された略円筒状の支持部１４が配置されている。支持部１４は、アルミニウム等の金属によって形成された基台１６を支持している。基台１６は、チャンバ１２内に設けられている。本実施形態において、基台１６は、下部電極としても機能する。
基台１６の上面には、静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、載置台の一例である。静電チャック１８は、導電膜である電極２０を一対の絶縁膜または絶縁シート間に配置した構造を有する。電極２０には、直流電源２２が電気的に接続されている。静電チャック１８は、直流電源２２から供給された直流電圧により生じたクーロン力等の静電気力によって基板Ｗを静電チャック１８の上面に吸着保持する。
基台１６の上面であって、静電チャック１８の周囲には、エッジリングＥＲが配置されている。エッジリングＥＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。エッジリングＥＲは、エッチングされる膜の材料によって適宜選択される材料によって形成される。本実施形態において、エッジリングＥＲは、例えばシリコンまたは石英によって構成されている。
基台１６の内部には、流路２４が形成されている。流路２４には、外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａおよび２６ｂを介して予め定められた温度に制御された冷媒が循環供給される。冷媒は、例えば冷却水である。流路２４内を循環する冷媒の温度を制御することにより、静電チャック１８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１８および基台１６には、配管２８が設けられている。配管２８は、例えばＨｅガス等の伝熱ガスの供給源に接続されている。伝熱ガスの供給源から供給された伝熱ガスは、配管２８を介して、静電チャック１８と基板Ｗの間に供給される。
上部電極３０は、下部電極として機能する基台１６の上方において、基台１６と上部電極３０とが、互いに略平行になるように配置されている。上部電極３０は、静電チャック１８に対向している。上部電極３０と基台１６との間には、プラズマが生成される処理空間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、チャンバ１２の上部に支持されている。上部電極３０は、電極板３４および電極支持体３６を含む。電極板３４の下面は処理空間Ｓに面している。電極板３４には、電極板３４の厚さ方向に貫通する複数のガス吐出孔３４ａが形成されている。ガス吐出孔３４ａは、チャンバ１２内に処理ガスを供給するためのガス供給口の一例である。
電極支持体３６は、例えばアルミニウム等の導電性材料によって形成され、電極板３４を着脱自在に支持する。電極支持体３６は、水冷構造を有していてもよい。電極支持体３６の内部には、拡散室３６ａが設けられている。拡散室３６ａは、複数のガス流通孔３６ｂを介してガス吐出孔３４ａに連通している。また、電極支持体３６には、拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが設けられている。ガス導入口３６ｃには、配管３８が接続されている。
電極支持体３６には、スイッチ６７およびＬＰＦ（Low Pass Filter）６６を介して可変直流電源６５が接続されている。可変直流電源６５は、負の直流電圧を電極支持体３６に供給する。可変直流電源６５から電極支持体３６に供給される負の直流電圧の絶対値の大きさは、制御装置１１によって制御される。ＬＰＦ６６は、電極支持体３６に供給される負の直流電圧の高周波成分を除去する。スイッチ６７は、可変直流電源６５から電極支持体３６への負の直流電圧の供給および供給遮断を切り替える。スイッチ６７は、制御装置１１によって制御される。可変直流電源６５は、電圧供給部の一例である。
配管３８には、スプリッタ４３、バルブ４２ａ～４２ｅ、および流量制御器４４ａ～４４ｅを介して、ガス供給源４０ａ～４０ｅが接続されている。流量制御器４４ａ～４４ｅは、例えばＭＦＣ（Mass Flow Controller）やＦＣＳ（Flow Control System）等である。ガス供給源４０ａおよび流量制御器４４ｂは、例えば炭素およびフッ素を含有するガスの供給源である。本実施形態において、ガス供給源４０ａは、例えばＣ4Ｆ8ガスを供給し、ガス供給源４０ｂは、例えばＣ4Ｆ6ガスを供給する。ガス供給源４０ｃは、例えば酸素含有ガスの供給源である。本実施形態において、酸素含有ガスは、例えばＯ2ガスである。なお、酸素含有ガスは、ＣＯガス等であってもよい。ガス供給源４０ｄは、例えば希ガスの供給源である。本実施形態において、希ガスは、例えばＡｒガスである。ガス供給源４０ｅは、窒素含有ガスの供給源である。本実施形態において、窒素含有ガスは、例えばＮ2ガスである。
ガス供給源４０ａ～４０ｅから供給されたガスは、流量制御器４４ａ～４４ｅ、バルブ４２ａ～４２ｅ、スプリッタ４３、および配管３８を介して、拡散室３６ａ内に供給される。拡散室３６ａ内に供給されたガスは、拡散室３６ａ内を拡散し、ガス流通孔３６ｂおよびガス吐出孔３４ａを介して処理空間Ｓ内にシャワー状に供給される。
また、チャンバ１２の上部には、チャンバ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導体１２ａが設けられている。導体１２ａは、チャンバ１２を介して接地されている。
また、装置本体１０には、チャンバ１２の内壁に沿ってデポシールド４６が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、チャンバ１２にエッチングの副生成物（いわゆるデポ）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等によって形成され、その表面がＹ2Ｏ3等のセラミックスによって被覆されている。
チャンバ１２の底部側には、支持部１４とチャンバ１２の内壁との間にバッフル板４８が設けられている。バッフル板４８は、例えばアルミニウム等によって形成され、その表面がＹ2Ｏ3等のセラミックスによって被覆されている。チャンバ１２内においてバッフル板４８の下方には、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、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有しており、チャンバ１２内を予め定められた真空度まで減圧することができる。排気装置５０は、チャンバ１２内を例えば１５～４０ｍＴｏｒｒの真空度に維持する。また、チャンバ１２の側壁には基板Ｗを搬入および搬出するための開口部１２ｇが形成されており、開口部１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
チャンバ１２の内壁には、グランドにＤＣ的に接続されている導電性部材５６が設けられている。導電性部材５６は、高さ方向において基板Ｗと略同じ高さの位置に設けられている。導電性部材５６により、異常放電が防止される。なお、導電性部材５６は、プラズマが生成される領域内に設けられていればよく、その設置位置は図１に示される位置に限られるものではない。例えば、導電性部材５６は、基台１６の周囲等、基台１６付近に設けられてもよい。また、導電性部材５６は、上部電極３０の近傍に、上部電極３０の外側にリング状に設けられてもよい。
下部電極を構成する基台１６には、基台１６にＲＦ（Radio Frequency）信号を供給するための給電棒５８が接続されている。給電棒５８は、同軸二重管構造を有しており、棒状導電部材５８ａおよび筒状導電部材５８ｂを含む。棒状導電部材５８ａは、チャンバ１２外からチャンバ１２の底部を貫通してチャンバ１２内まで略鉛直方向に延在している。棒状導電部材５８ａの上端は、基台１６に接続されている。筒状導電部材５８ｂは、棒状導電部材５８ａの周囲を囲むように棒状導電部材５８ａと同軸に設けられている。筒状導電部材５８ｂは、チャンバ１２の底部に支持されている。棒状導電部材５８ａおよび筒状導電部材５８ｂの間には、略環状の絶縁部材５８ｃが配置されている。絶縁部材５８ｃにより、棒状導電部材５８ａと筒状導電部材５８ｂとが電気的に絶縁される。
棒状導電部材５８ａおよび筒状導電部材５８ｂには、スイッチ６４を介して、整合器６０および整合器６１が接続されている。整合器６０には、第１のＲＦ電源６２が接続されており、整合器６１には、第２のＲＦ電源６３が接続されている。第１のＲＦ電源６２および第２のＲＦ電源６３は、ＲＦ信号供給部の一例である。
第１のＲＦ電源６２は、プラズマ生成用の第１のＲＦ信号を発生する電源であり、２７～１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの周波数のＲＦ信号を発生する。また、第１のＲＦ信号の電力は、一例においては１００～２０００Ｗである。
第２のＲＦ電源６３は、基台１６に高周波バイアスを供給し、基板Ｗにイオンを引き込むための第２のＲＦ信号を発生する。第２のＲＦ信号の周波数は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、一例においては３ＭＨｚである。また、第２のＲＦ信号の電力は、一例においては１００～５０００Ｗである。
スイッチ６４は、第１のＲＦ信号および第２のＲＦ信号の棒状導電部材５８ａおよび筒状導電部材５８ｂへの供給および供給遮断を切り替える。これにより、第１のＲＦ信号および第２のＲＦ信号がパルス状に基台１６に供給される。スイッチ６４は、制御装置１１によって制御される。なお、以下では、第１のＲＦ信号および第２のＲＦ信号を区別せずに総称する場合にＲＦ信号と記載する。
制御装置１１は、メモリ、プロセッサ、および入出力インターフェイスを有する。メモリ内には、レシピ等のデータやプログラムが格納される。メモリは、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、またはＳＳＤ（Solid State Drive）等である。プロセッサは、メモリから読み出されたプログラムを実行することにより、メモリ内に格納されたレシピ等のデータに基づいて、入出力インターフェイスを介して装置本体１０の各部を制御する。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）等である。
エッチング装置１によってプラズマエッチングが行われる場合、ゲートバルブ５４が開けられ、図示しない搬送ロボットにより基板Ｗが静電チャック１８上に載置される。そして、排気装置５０によってチャンバ１２内のガスが排気され、ガス供給源４０ａ～４０ｄからのガスがそれぞれ予め定められた流量でチャンバ１２内に供給され、チャンバ１２内の圧力が予め定められた圧力に調整される。
そして、第１のＲＦ電源６２からの第１のＲＦ信号および第２のＲＦ電源６３からの第２のＲＦ信号が基台１６に供給され、可変直流電源６５からの負の直流電圧が上部電極３０に供給される。これにより、上部電極３０と基台１６との間にＲＦの電界が形成され、処理空間Ｓに供給されたガスからプラズマが生成される。そして、処理空間Ｓ内に生成されたプラズマに含まれるイオンやラジカル等によって基板Ｗがエッチングされる。
［基板Ｗの構造］
次に、図１で説明されたエッチング装置１によってエッチングされる基板Ｗの構造について説明する。本実施形態における基板Ｗは、例えば三次元構造の多層膜を有するＮＡＮＤ型フラッシュメモリの構造を形成するために用いられる。図２は、エッチング前の基板Ｗの断面の一例を示す図である。
絶縁膜１０２内には、絶縁膜１０２の厚さ方向と交差する方向に異なる長さを有する複数の導電膜１０４ａ～１０４ｃが形成されている。本実施形態において、絶縁膜１０２は、例えば酸化膜（シリコン酸化膜）であり、導電膜１０４ａ～１０４ｃのそれぞれは、例えばシリコンまたはタングステンである。絶縁膜１０２上には、マスク膜１００が設けられており、マスク膜１００には、予め定められたホールに対応するパターンＰａ～Ｐｃが形成されている。図２の例において、絶縁膜１０２の厚さ方向において、パターンＰａの下方には導電膜１０４ａが配置され、パターンＰｂの下方には導電膜１０４ｂが配置され、パターンＰｃの下方には導電膜１０４ｃが配置されている。導電膜１０４ａ～１０４ｃのそれぞれは、絶縁膜１０２がエッチングされる際のエッチングストップ層としても機能する。なお、以下では、導電膜１０４ａ～１０４ｃのそれぞれを区別せずに総称する場合に導電膜１０４と記載する。
マスク膜１００をマスクとして、絶縁膜１０２がエッチングされることにより、例えば図３に示されるように絶縁膜１０２にホールＨａ～Ｈｃが形成される。図３は、エッチング後の基板Ｗの断面の一例を示す図である。ホールＨａ～Ｈｃ内に金属が埋め込まれることにより、導電膜１０４ａ～１０４ｃのそれぞれに個別に接続された配線が形成される。
［プラズマ中の電子の挙動］
図４は、プラズマエッチングにおけるチャンバ１２内の電子の動きの一例を示す模式図である。第１のＲＦ電源６２からの第１のＲＦ信号および第２のＲＦ電源６３からの第２のＲＦ信号が基台１６に供給されることにより、チャンバ１２内に供給されたガスからプラズマが生成される。プラズマ中にはイオン２００やラジカル等が含まれる。チャンバ１２内にプラズマが生成されることにより、基台１６付近にシース２０３が発生する。シース２０３により、プラズマに含まれるイオン２００が基板Ｗに引き込まれ、基板Ｗがエッチングされる。
また、イオン２００が基板Ｗに過剰に引き込まれると、基板Ｗにダメージを与える場合がある。そのため、上部電極３０に負の直流電圧が供給される。これにより、上部電極３０付近にシース２０１が発生し、プラズマ中のイオン２００の一部が上部電極３０に引き込まれる。これにより、基板Ｗに衝突するイオン２００が低減され、基板Ｗのダメージが低減される。また、上部電極３０に引き込まれたイオン２００によって上部電極３０から電子２０２が放出される。
ここで、プラズマエッチングが行われると、基板Ｗに引き込まれたイオン２００により基板Ｗが帯電する。上部電極３０に引き込まれたイオン２００によって上部電極３０から電子２０２が放出されるが、放出された電子２０２は、例えば図４に示されるように、シース２０３によって基板Ｗへの到達が妨げられる。そのため、電子２０２によって基板Ｗの帯電を中和することができない。従って、プラズマエッチングの時間が長くなると、基板Ｗでアーキングが発生する場合がある。実験では、プラズマエッチングが３０秒以上継続されると、基板Ｗにアーキングが発生する場合があった。
ここで、例えば図５に示されるように、ＲＦ信号の基台１６への供給が遮断された場合、基台１６付近のシース２０３がなくなる。そのため、上部電極３０に引き込まれたイオン２００によって上部電極３０から放出された電子２０２が基板Ｗに到達しやすくなる。これにより、基板Ｗの帯電量が減少する。図５は、ＲＦ信号の供給を停止した場合のチャンバ１２内の電子２０２の動きの一例を示す模式図である。
この時、上部電極３０に供給される負の直流電圧の絶対値を大きくすると、上部電極３０付近のシース２０１が厚くなり上部電極３０に引き込まれるイオン２００の量が増加する。これにより、上部電極３０に引き込まれたイオン２００によって上部電極３０から放出される電子２０２の量も増加する。これにより、基板Ｗに到達する電子２０２の量が多くなり、基板Ｗの帯電量が早期に減少する。
そこで、ＲＦ信号および負の直流電圧を例えば図６に示されるように制御することが考えられる。図６は、ＲＦ信号および直流電圧の制御の一例を示す図である。
ＲＦ信号は、例えば図６（ａ）に示されるように、予め定められた周期毎に供給（ＯＮ）および供給遮断（ＯＦＦ）される。これにより、ＲＦ信号が供給されている第１の期間ΔＴ1においてエッチングが進行し、ＲＦ信号の供給が遮断されている第２の期間ΔＴ2において、基板Ｗの帯電が中和される。
本実施形態において、ＲＦ信号の供給および供給遮断を含む１周期ΔＴ0の長さは、例えば５０ミリ秒以下であることが好ましい。即ち、ＲＦ信号の供給および供給遮断の周波数は、例えば２０Ｈｚ以上であることが好ましい。
また、本実施形態において、ＲＦ信号のデューティ比は９０％以上であることが好ましい。ＲＦ信号のデューティ比とは、ＲＦ信号の供給および供給遮断を含む１周期ΔＴ0に対する、ＲＦ信号が供給される第１の期間ΔＴ1の比である。
また、例えば図６（ｂ）に示されるように、ＲＦ信号の供給が遮断されている第２の期間ΔＴ2では、ＲＦ信号が供給されている第１の期間ΔＴ1において供給される負の直流電圧Ｖ1の絶対値よりも大きい絶対値の負の直流電圧Ｖ2が供給される（｜Ｖ1｜＜｜Ｖ2｜）。具体的には、第２の期間ΔＴ2における負の直流電圧Ｖ2は、例えば－１０００Ｖであり、第１の期間ΔＴ1における負の直流電圧Ｖ1は、例えば－２００Ｖである。これにより、第２の期間ΔＴ2において基板Ｗに十分な量の電子を供給することができ、基板Ｗの帯電量を迅速に減少させることができる。
ここで、図６に示すようなＲＦ信号および負の直流電圧の制御を行えば、基板Ｗのアーキングを低減することが可能である。しかし、図６に示されたＲＦ信号の制御において、ＲＦ信号の供給が遮断される第２の期間ΔＴ2では、導電膜１０４上にポリマーが形成されない。そのため、絶縁膜１０２に対する導電膜１０４の選択比が低下し、導電膜１０４がエッチングされやすくなってしまう。そのため、図６に示されたＲＦ信号の制御では、導電膜１０４におけるエッチングストップ層の機能が低下し、ホールが導電膜１０４を突き抜けて形成される場合がある。これにより、設計通りに基板Ｗにホールを形成することが困難になる。
そこで、本実施形態では、例えば図７に示されるように、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とが交互に切り替えて繰り返し実行される。第１のエッチング工程では、ＲＦ信号および負の直流電圧が連続的に供給された状態でエッチングが行われる。第２のエッチング工程では、図６に例示されたＲＦ信号および負の直流電圧の制御によりエッチングが行われる。これにより、基板Ｗのアーキングを抑制しつつ、導電膜１０４のエッチング量を低減することができる。
［ＲＦ信号のＶpp］
また、ＲＦ信号の電圧のピークツーピーク（Ｖpp）の大きさは、チャンバ１２内の状態によって変化する。例えば、プラズマエッチングの実行時間が長くなると、チャンバ１２の内壁に付着したデポの影響や、チャンバ１２内の部品の消耗等により、チャンバ１２とプラズマとの間のインピーダンスが変化する。これにより、整合器６０および６１の制御量が変化し、ＲＦ信号のＶppの大きさが変化する場合がある。ＲＦ信号のＶppの大きさが変化すると、導電膜１０４上に形成されるポリマーの量が変化する。
例えば、ＲＦ信号のＶppが小さくなると、導電膜１０４上に形成されるポリマーの量が少なくなる。導電膜１０４上に形成されるポリマーの量が少なくなると、絶縁膜１０２に対する導電膜１０４の選択比が低下する。これにより、導電膜１０４がエッチングされやすくなってしまう。
これを回避するために、本実施形態では、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程において、ＲＦ信号のＶppが予め定められた範囲内の大きさとなるように制御される。これにより、導電膜１０４上に十分な量のポリマーを形成することができ、絶縁膜１０２に対する導電膜１０４の選択比を向上させ、導電膜１０４のエッチング量を低減することができる。
図８は、エッチング時間に対するＶppの大きさの変化の一例を示す図である。ＲＦ信号のＶppの調整が行われない場合、図８の比較例に示されるように、エッチング時間の経過に伴って、ＲＦ信号のＶppが小さくなっている。
これに対し、本実施形態では、ＲＦ信号のＶppが予め定められた範囲内の大きさとなるように制御される。これにより、例えば図８に示されるように、エッチング時間が３５０ｈｒを超えても、ＲＦ信号のＶppの大きさの変動が約８Ｖ以内に抑えられている。
図９は、エッチング時間に対する導電膜１０４のエッチング量の一例を示す図である。ＲＦ信号のＶppの調整が行われない場合、図９の比較例に示されるように、エッチング時間の経過に伴って、導電膜１０４のエッチング量が多くなっている。導電膜１０４のエッチング量が１００％に達した状態は、ホールが導電膜１０４を貫通した状態を意味する。
これに対し、本実施形態では、ＲＦ信号のＶppが予め定められた範囲内の大きさとなるように制御されることにより、例えば図９に示されるように、導電膜１０４のエッチング量の増加が抑えられている。図９の例では、エッチング時間が３００ｈｒを超えても、導電膜１０４のエッチング量が３０％未満に抑えられている。このように、本実施形態では、ＲＦ信号のＶppが予め定められた範囲内の大きさとなるように制御されることにより、導電膜１０４上に十分な量のポリマーを形成することができる。そのため、絶縁膜１０２に対する導電膜１０４の選択比を向上させ、導電膜１０４のエッチング量を低減することができる。
［ポリマーの除去］
図１０は、エッチングが終了した直後のホールＨの状態の一例を示す模式図である。エッチングが終了した直後は、例えば図１０に示されるように、ホールＨの底部にポリマー１０６が形成されている。ポリマー１０６と導電膜１０４との間には、酸素含有ガスとの反応によって酸化膜１０８が形成されている。
ここで、図１０に示された状態の基板Ｗが大気に晒されると、大気中に含まれる水分とポリマー１０６とが反応してホールＨの底部にフッ酸が生成される。これにより、ホールＨの底部が、例えば図１１に示されるようにさらに浸食される。図１１は、導電膜１０４が浸食された状態の一例を示す図である。これにより、導電膜１０４が設計値よりも過剰にエッチングされてしまう。
そこで、本実施形態では、基板Ｗのエッチングが終了した図１０の状態の基板Ｗが、窒素含有ガスのプラズマに晒される。これにより、例えば図１２に示されるように、ホールＨの底部に残存するポリマー１０６が除去される。図１２は、本実施形態により形成されたホールＨの状態の一例を示す図である。この後、アッシングにより酸化膜１０８が除去され、次の工程の処理が行われる。これにより、基板Ｗに設計値に近い形状のホールＨを形成することができる。
［エッチング方法］
図１３は、エッチング方法の一例を示すフローチャートである。図１３に例示されたエッチング方法は、例えば、制御装置１１のプロセッサが制御装置１１のメモリに格納されたプログラムを読み出して実行し、制御装置１１の入出力インターフェイスを介して装置本体１０の各部を制御することによって実現される。図１３に例示されたエッチング方法は、基板処理方法の一例である。
まず、基板Ｗがチャンバ１２内に搬入される（Ｓ１０）。ステップＳ１０では、ゲートバルブ５４が開けられ、図示しない搬送ロボットにより基板Ｗがチャンバ１２内に搬入され、静電チャック１８上に載置される。そして、ゲートバルブ５４が閉じられる。ステップＳ１０は、ａ）の工程の一例である。
次に、チャンバ１２内に処理ガスが供給される（Ｓ１１）。ステップＳ１１では、排気装置５０によってチャンバ１２内のガスが排気される。そして、ガス供給源４０ａからのＣ4Ｆ8ガス、ガス供給源４０ｂからのＣ4Ｆ6ガス、ガス供給源４０ｃからのＯ2ガス、およびガス供給源４０ｄからのＡｒガスが、それぞれ予め定められた流量でチャンバ１２内に供給される。そして、チャンバ１２内の圧力が予め定められた圧力に調整される。以下では、Ｃ4Ｆ8ガス、Ｃ4Ｆ6ガス、Ｏ2ガス、およびＡｒガスを含むガスを第１の処理ガスと記載する。ステップＳ１１は、ｂ）の工程の一例である。
次に、第１のエッチング工程が実行される（Ｓ１２）。第１のエッチング工程では、上部電極３０に負の直流電圧が連続的に供給されながら、チャンバ１２内にＲＦ信号が連続的に供給される。これにより、チャンバ１２内に供給された第１の処理ガスからプラズマが生成され、第１の処理ガスのプラズマにより静電チャック１８に載置された基板Ｗがエッチングされる。ステップＳ１２は、ｃ）の工程の一例である。
第１のエッチング工程における主な処理条件は、以下の通りである。
圧力：１０～３０ｍＴｏｒｒ
第１のＲＦ信号の電力：１０００～２０００Ｗ
第２のＲＦ信号の電力：３０００～６０００Ｗ
負の直流電圧：－３００～－１００Ｖ
Ｃ4Ｆ8ガス：２０～４０ｓｃｃｍ
Ｃ4Ｆ6ガス：５～２０ｓｃｃｍ
Ｏ2ガス：１０～３０ｓｃｃｍ
Ａｒガス：３００～６００ｓｃｃｍ
次に、第１のエッチング工程を開始してから予め定められた時間ｔ1が経過したか否かが判定される（Ｓ１３）。本実施形態において、時間ｔ1は、例えば３０秒である。時間ｔ1が経過していない場合（Ｓ１３：Ｎｏ）、エッチングを開始してから予め定められた時間ｔ0が経過したか否かが判定される（Ｓ１４）。時間ｔ0が経過していない場合（Ｓ１４：Ｎｏ）、再びステップＳ１２に示された処理が実行される。一方、時間ｔ0が経過した場合（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、後述するステップＳ１８の処理が実行される。時間ｔ0は、トータルのエッチング時間であり、最も深いホールの形成に要する時間である。
一方、時間ｔ1が経過した場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、第２のエッチング工程が実行される（Ｓ１５）。第２のエッチング工程では、上部電極３０に負の直流電圧を連続的に供給しながら、ＲＦ信号の供給および供給遮断を予め定められた周期で繰り返すことにより、静電チャック１８に載置された基板Ｗがエッチングされる。また、第２のエッチング工程では、ＲＦ信号の供給が行われる第１の期間ΔＴ1に絶対値が小さい負の直流電圧Ｖ1が上部電極３０に供給され、ＲＦ信号の供給が遮断される第２の期間ΔＴ2に絶対値が大きい負の直流電圧Ｖ2が上部電極３０に供給される。第１の期間ΔＴ1では、例えば－２００Ｖの負の直流電圧Ｖ1が上部電極３０に供給され、第２の期間ΔＴ2では、例えば－１０００Ｖの負の直流電圧Ｖ2が上部電極３０に供給される。第２のエッチング工程において、ＲＦ信号の供給が断続する点と、負の直流電圧の絶対値が切り替わる点以外の主な処理条件は、第１のエッチング工程における主な処理条件と同一である。ステップＳ１５は、ｄ）の工程の一例である。
次に、第２のエッチング工程を開始してから予め定められた時間ｔ2が経過したか否かが判定される（Ｓ１６）。本実施形態において、時間ｔ2は、例えば６０秒である。時間ｔ2が経過していない場合（Ｓ１６：Ｎｏ）、エッチングを開始してから予め定められた時間ｔ0が経過したか否かが判定される（Ｓ１７）。時間ｔ0が経過していない場合（Ｓ１７：Ｎｏ）、再びステップＳ１４に示された処理が実行される。
一方、時間ｔ0が経過した場合（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、チャンバ１２内に第２の処理ガスが供給される（Ｓ１８）。ステップＳ１８では、排気装置５０によってチャンバ１２内のガスが排気される。そして、ガス供給源４０ｄからのＡｒガスおよびガス供給源４０ｅからのＮ2ガスが、それぞれ予め定められた流量でチャンバ１２内に供給され、チャンバ１２内の圧力が予め定められた圧力に調整される。以下では、ＡｒガスおよびＮ2ガスを含むガスを第２の処理ガスと記載する。ステップＳ１８は、ｅ）の工程の一例である。
次に、除去工程が実行される（Ｓ１９）。除去工程では、チャンバ１２内にＲＦ信号が連続的に供給される。これにより、チャンバ１２内に供給された第２の処理ガスからプラズマが生成され、第２の処理ガスのプラズマによりホール内のポリマーが除去される。ステップＳ１９は、ｆ）の工程の一例である。
除去工程の主な処理条件は、以下の通りである。
圧力：１０～３０ｍＴｏｒｒ
第１のＲＦ信号の電力：２００～２０００Ｗ
第２のＲＦ信号の電力：１００～１０００Ｗ
Ｎ2ガス：５０～２００ｓｃｃｍ
Ａｒガス：１００～５００ｓｃｃｍ
処理時間：５～２０秒
そして、排気装置５０によってチャンバ１２内のガスが排気され、ゲートバルブ５４が開けられ、図示しない搬送ロボットにより基板Ｗがチャンバ１２内から搬出される（Ｓ１８）。そして、本フローチャートに示されたエッチング方法が終了する。
以上、一実施形態について説明した。上記したように、本実施形態における基板処理方法は、チャンバ１２における基板処理方法であって、チャンバ１２は、基板Ｗを載置する静電チャック１８と、静電チャック１８に対向する上部電極３０と、チャンバ１２内に処理ガスを供給するためのガス吐出孔３４ａとを備え、下記ａ）～ｄ）を含む。ａ）は、静電チャック１８に基板を提供する工程である。ｂ）は、チャンバ１２内に第１の処理ガスを供給する工程である。ｃ）は、上部電極３０に負の直流電圧を連続的に供給しながら、ＲＦ信号を連続的に供給することにより、第１の処理ガスからプラズマを生成する工程である。ｄ）は、上部電極３０に負の直流電圧を連続的に供給しながら、パルス状のＲＦ信号を供給することにより、第１の処理ガスからプラズマを生成する工程である。ｃ）とｄ）とは交互に繰り返し実行される。また、ｃ）の１回あたりの期間は３０秒以下である。これにより、エッチングの過程におけるアーキングの発生を抑制することができる。
また、上記した実施形態において、ｄ）の工程の１回あたりの期間は６０秒以下である。これにより、過剰なエッチングを抑制することができる。
また、上記した実施形態のｄ）の工程において、パルス状のＲＦ信号１周期に対するＲＦ信号が供給される期間の比は９０％以上である。これにより、ｄ）の工程においても、アーキングの発生を抑えながらエッチングを進めることができる。
また、上記した実施形態のｄ）の工程において、パルス状のＲＦ信号の１周期の期間は、５０ミリ秒以下である。これにより、ｄ）の工程においても、アーキングの発生を抑えることができる。
また、上記した実施形態のｄ）の工程において、ＲＦ信号の供給が遮断されている第２の期間ΔＴ2に上部電極３０に供給される負の直流電圧Ｖ2の絶対値は、ＲＦ信号が供給されている第１の期間ΔＴ1に上部電極３０に供給される負の直流電圧Ｖ1の絶対値より大きい。これにより、短期間で効率よく基板Ｗを除電することができる。
また、上記した実施形態において、基板Ｗは、導電膜１０４と、導電膜１０４上に設けられた絶縁膜１０２と、絶縁膜１０２上に設けられ、予め定められたパターンＰが形成されたパターンＰＲ膜とを有する。また、絶縁膜１０２は、例えば酸化膜（シリコン酸化膜）であり、導電膜１０４は、シリコンまたはタングステンの膜である。このような構造の基板Ｗのエッチングにおいて、アーキングの発生を抑制することができる。
また、上記した実施形態において、第１の処理ガスには、炭素およびフッ素を含有するガス、酸素含有ガス、および希ガスが含まれる。炭素およびフッ素を含有するガスは、Ｃ4Ｆ8ガスまたはＣ4Ｆ6ガスであり、酸素含有ガスは、Ｏ2ガスまたはＣＯガスであり、希ガスは、Ａｒガスである。これにより、第１の処理ガスからプラズマが生成され、生成されたプラズマにより基板Ｗをエッチングすることができる。
また、上記した実施形態における基板処理方法には、ｅ）およびｆ）の工程がさらに含まれる。ｅ）の工程は、ｃ）およびｄ）の繰り返しの後に実行され、チャンバ１２内に窒素含有ガスおよび希ガスを含む第２の処理ガスを供給する工程である。ｆ）の工程は、チャンバ１２内にＲＦ信号が供給されることにより第２の処理ガスからプラズマが生成され、生成されたプラズマにより、ｃ）およびｄ）の工程によって基板Ｗに形成されたホールＨ内に残存するポリマーが除去される。窒素含有ガスは、Ｎ2ガスであり、希ガスは、Ａｒガスである。これにより、基板Ｗに設計値に近い形状のホールＨを形成することができる。
また、上記した実施形態のｃ）およびｄ）の工程において、パルス状のＲＦ信号の電圧のＶppの大きさが予め定められた範囲内となるように制御される。これにより、導電膜１０４上に十分な量のポリマーを形成することができ、絶縁膜１０２に対する導電膜１０４の選択比を向上させ、導電膜１０４のエッチング量を低減することができる。
また、上記した実施形態におけるエッチング装置１は、チャンバ１２と、チャンバ１２内に設けられた上部電極３０と、上部電極３０に対向し、基板Ｗを載置する静電チャック１８と、ＲＦ信号を供給する第１のＲＦ電源６２および第２のＲＦ電源６３と、上部電極３０に負の直流電圧を供給する可変直流電源６５と、制御装置１１とを備える。制御装置１１は、以下のａ）～ｄ）の工程を実行する。ａ）の工程は、静電チャック１８に基板Ｗを提供する工程である。ｂ）の工程は、チャンバ１２内に第１の処理ガスを供給する工程である。ｃ）の工程は、上部電極３０に負の直流電圧を連続的に供給しながら、チャンバ１２内にＲＦ信号を連続的に供給することにより、第１の処理ガスからプラズマを生成する工程である。ｄ）の工程は、上部電極３０に負の直流電圧を連続的に供給しながら、パルス状のＲＦ信号供給することにより、第１の処理ガスからプラズマを生成する工程である。ｃ）の工程とｄ）の工程とは交互に繰り返し実行される。ｃ）の工程の１回あたりの期間は３０秒以下である。これにより、エッチングの過程におけるアーキングの発生を抑制することができる。
［その他］
なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記した各実施形態では、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）をプラズマ源として用いるエッチング装置１を例に説明したが、プラズマ源はこれに限られない。容量結合型プラズマ以外のプラズマ源としては、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ）、電子サイクロトン共鳴プラズマ（ＥＣＰ）、およびヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ）等が挙げられる。
なお、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
ＥＲ エッジリング
Ｈ ホール
Ｐ パターン
Ｓ 処理空間
Ｗ 基板
１ エッチング装置
１０ 装置本体
１１ 制御装置
１２ チャンバ
１２ａ 導体
１２ｅ 排気口
１２ｇ 開口部
１４ 支持部
１６ 基台
１８ 静電チャック
２０ 電極
２２ 直流電源
２４ 流路
２６ 配管
２８ 配管
３０ 上部電極
３２ 絶縁性遮蔽部材
３４ 電極板
３４ａ ガス吐出孔
３６ 電極支持体
３６ａ 拡散室
３６ｂ ガス流通孔
３６ｃ ガス導入口
３８ 配管
４０ ガス供給源
４２ バルブ
４３ スプリッタ
４４ 流量制御器
４６ デポシールド
４８ バッフル板
５０ 排気装置
５２ 排気管
５４ ゲートバルブ
５６ 導電性部材
５８ 給電棒
５８ａ 棒状導電部材
５８ｂ 筒状導電部材
５８ｃ 絶縁部材
６０ 整合器
６１ 整合器
６２ 第１のＲＦ電源
６３ 第２のＲＦ電源
６４ スイッチ
６５ 可変直流電源
６６ ＬＰＦ
６７ スイッチ
１００ マスク膜
１０２ 絶縁膜
１０４ 導電膜
１０６ ポリマー
１０８ 酸化膜
２００ イオン
２０１ シース
２０２ 電子
２０３ シース

Claims (17)

  1. チャンバにおける基板処理方法であって、
    前記チャンバは、基板を載置する載置台と、前記載置台に対向する上部電極と、前記チャンバ内に処理ガスを供給するためのガス供給口とを備え、
    ａ）前記載置台に基板を提供する工程と、
    ｂ）前記チャンバ内に第１の処理ガスを供給する工程と、
    ｃ）前記上部電極に負の直流電圧を連続的に供給しながら、ＲＦ信号を連続的に供給することにより、前記第１の処理ガスからプラズマを生成する工程と、
    ｄ）前記上部電極に負の直流電圧を連続的に供給しながら、パルス状のＲＦ信号を供給することにより、前記第１の処理ガスからプラズマを生成する工程と
    を含み、
    前記ｃ）と前記ｄ）とは交互に繰り返し実行され、
    前記ｃ）の１回あたりの期間は３０秒以下である、基板処理方法。
  2. 前記ｄ）の１回あたりの期間は６０秒以下である、請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記ｄ）において、
    前記パルス状のＲＦ信号の１周期に対する前記ＲＦ信号が供給される期間の比は、９０％以上である、請求項１または２に記載の基板処理方法。
  4. 前記ｄ）において、
    前記パルス状のＲＦ信号の１周期の期間は、５０ミリ秒以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  5. 前記ｄ）において、
    前記パルス状のＲＦ信号の周波数は２０Ｈｚ以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  6. 前記ｄ）において、
    前記パルス状のＲＦ信号のデューティ比は９０％以上である、請求項１から５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  7. 前記ｄ）において、
    前記ＲＦ信号の供給が遮断されている期間に前記上部電極に供給される負の直流電圧の絶対値は、前記ＲＦ信号が供給されている期間に前記上部電極に供給される負の直流電圧の絶対値より大きい、請求項１から６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  8. 前記基板は、導電膜と、前記導電膜上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられ、予め定められたパターンが形成されたマスク膜とを有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  9. 前記絶縁膜は、酸化膜であり、
    前記導電膜は、シリコンまたはタングステンの膜である、請求項８に記載の基板処理方法。
  10. 前記第１の処理ガスには、
    炭素およびフッ素を含有するガス、酸素含有ガス、および希ガスが含まれる、請求項１から９のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  11. 前記炭素およびフッ素を含有するガスは、Ｃ4Ｆ8ガスまたはＣ4Ｆ6ガスであり、
    前記酸素含有ガスは、Ｏ2ガスまたはＣＯガスであり、
    前記希ガスは、Ａｒガスである、請求項１０に記載の基板処理方法。
  12. ｅ）前記ｃ）および前記ｄ）の繰り返しの後に実行される、前記チャンバ内に窒素含有ガスおよび希ガスを含む第２の処理ガスを供給する工程と、
    ｆ）前記チャンバ内に前記ＲＦ信号を供給することにより前記第２の処理ガスからプラズマを生成し、前記ｃ）および前記ｄ）によって前記基板に形成されたホール内に残存するポリマーを除去する工程と
    をさらに含む、請求項１０または１１に記載の基板処理方法。
  13. 前記窒素含有ガスは、Ｎ2ガスであり、
    前記希ガスは、Ａｒガスである、請求項１２に記載の基板処理方法。
  14. 前記ｃ）および前記ｄ）において、
    前記パルス状のＲＦ信号の電圧のピークツーピークの大きさが予め定められた範囲内となるように制御される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  15. ａ）チャンバに配置された基板載置台に基板を提供する工程と、
    ｂ）前記チャンバ内に第１の処理ガスを供給する工程と、
    ｃ）前記基板載置台に対向するように設けられた上部電極に負の直流電圧を連続的に供給しながら、ＲＦ信号を前記チャンバに連続的に供給することにより、前記チャンバ内で前記第１の処理ガスからプラズマを生成する工程と、
    ｄ）前記上部電極に負の直流電圧を連続的に供給しながら、パルス状のＲＦ信号を供給することにより、前記第１の処理ガスからプラズマを生成する工程と、
    を含み、
    前記ｃ）と前記ｄ）とは交互に繰り返し実行され、
    前記ｃ）の処理期間が前記ｄ）の処理期間よりも短い、基板処理方法。
  16. チャンバと、
    前記チャンバ内に設けられた上部電極と、
    前記上部電極に対向し、基板を載置する載置台と、
    ＲＦ信号を供給するＲＦ信号供給部と、
    前記上部電極に負の直流電圧を供給する電圧供給部と、
    制御装置と
    を備え、
    前記制御装置は、
    ａ）前記載置台に前記基板を提供する工程と、
    ｂ）前記チャンバ内に第１の処理ガスを供給する工程と、
    ｃ）前記上部電極に負の直流電圧を連続的に供給しながら、前記チャンバ内にＲＦ信号を連続的に供給することにより、前記第１の処理ガスからプラズマを生成する工程と、
    ｄ）前記上部電極に負の直流電圧を連続的に供給しながら、パルス状の前記ＲＦ信号を供給することにより、前記第１の処理ガスからプラズマを生成する工程と
    を含み、
    前記ｃ）と前記ｄ）とは交互に繰り返し実行され、
    前記ｃ）の１回あたりの期間は３０秒以下である、基板処理装置。
  17. チャンバと、
    前記チャンバ内に設けられた上部電極と、
    前記上部電極に対向し、基板を載置する載置台と、
    ＲＦ信号を供給するＲＦ信号供給部と、
    前記上部電極に負の直流電圧を供給する電圧供給部と、
    制御装置と
    を備え、
    前記制御装置は、
    ａ）チャンバに配置された基板載置台に基板を提供する工程と、
    ｂ）前記チャンバ内に第１の処理ガスを供給する工程と、
    ｃ）前記基板載置台に対向するように設けられた上部電極に負の直流電圧を連続的に供給しながら、ＲＦ信号を前記チャンバに連続的に供給することにより、前記チャンバ内で前記第１の処理ガスからプラズマを生成する工程と、
    ｄ）前記上部電極に負の直流電圧を連続的に供給しながら、パルス状のＲＦ信号を供給することにより、前記第１の処理ガスからプラズマを生成する工程と、
    を含み、
    前記ｃ）と前記ｄ）とは交互に繰り返し実行され、
    前記ｃ）の処理期間が前記ｄ）の処理期間よりも短い、基板処理方法。
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