JPWO2020217266A1 - プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

エッチング量の均一性が高く処理の歩留まりが向上したプラズマ処理方法あるいはプラズマ処理方法を提供する。タングステン膜をエッチングする方法において、表面の少なくとも一部にタングステン膜を有する基材に、フッ素を含む有機性ガスのプラズマを供給してフルオロカーボン層を堆積させると共に当該フルオロカーボン層とタングステン膜との間に、タングステン及びフッ素を含み自己飽和性を有した中間層を形成する第１の工程と、酸素ガスのプラズマを用いて前記フルオロカーボン層及び前記中間層を除去する第２工程とを有する。

Description

本発明は、プラズマを用いたタングステン膜のエッチング方法およびエッチング装置に関する。
スマートフォンに代表されるモバイル機器の普及に牽引されて、半導体デバイスの高集積化が進んでいる。記録用半導体の分野では、メモリセルを三次元方向に多段積層する三次元（３Ｄ）ＮＡＮＤフラッシュメモリが量産されており、現在メモリ積層数は９６層である。また、ロジック用半導体デバイスの分野では、回路の構造として、三次元構造をもつフィン型ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が主流となっている。
このように、素子構造の三次元化と加工寸法の微細化が進むに従って、デバイス製造プロセスでは、等方性と、原子層レベルの高い加工寸法制御性を兼ね備えたエッチング技術の必要性が増している。このような等方的なエッチング技術としては、従来からフッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液を用いた二酸化シリコンのエッチングや、熱リン酸を用いた窒化シリコンのエッチング、フッ化水素酸と硝酸の混合液を用いたタングステンのエッチング等の、ウェットエッチング技術が広く用いられてきた。しかしながら、このような薬液を用いたこれら従来のウェットエッチング技術では、パターンの微細化に伴って、リンス液の表面張力に起因するパターン倒壊が顕在化するという問題があった。
例えば、シリコンの高アスペクト比パターンを用いた場合には、パターン間隔を狭くしていった際に、リンス液乾燥時の表面張力で倒壊が始まるパターン間隔の限界値が、アスペクト比の２乗に比例して大きくなると報告されている。このため、薬液を用いずに各種膜を等方的にエッチングするプロセス手法の開発が強く望まれていた。
一方で、上記半導体デバイスの回路に用いられる電極や配線の材料としてタングステンが広く用いられている。このため、次世代の半導体デバイスを製造するプロセスとしては、等方性と原子層レベルの高い加工寸法制御性、高い選択性を兼ね備えたタングステンのエッチング技術が求められている。
薬液を用いずプラズマを用いて等方的にタングステン膜をエッチングする従来の技術としては、特開２００５−２５９８３９号公報（特許文献１）および特開平７−２５４６０６号公報（特許文献２）に記載のものが知られていた。
特許文献１では、タングステンを含む導電性材料を用いたＷ膜を形成した後に当該Ｗ膜上にジルコニウムを含有する材料から構成されたＺｒ膜を形成し、フッ素を含むガス（ＳＦ６）および塩素含むガスを用いてプラズマを形成しＺｒ膜をマスクとしてＷ膜を反応性イオンエッチングによりエッチングする方法が開示されている。また、特許文献２には、多結晶シリコン膜およびタングステン膜が積層された構造に対してフッ素等のハロゲンと酸素（Ｏ２）とを含むガスを供給して形成したプラズマを用いてエッチングする技術が開示されている。
さらに、ＮＦ３／Ｏ２のプラズマを用いてフッ素ラジカルを供給することにより、タングステンを１６０ｎｍ／分を超えるエッチング速度で等方的にエッチングする手法が、非特許文献１に公開されている。
特開２００５−２５９８３９号公報 特開平７−２５４６０６号公報
Patrick Verdonck, Jacobus Swart, Guy Brasseur, and Pascal De Geyter, Journal of Electrochemical Society, vol. 142, No. 6, 1971 (1995).
上記の従来技術では、次の点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。
すなわち、上記従来の技術では、タングステンを含む膜の上方にマスクとしての１つの膜層が配置された構造（膜構造）においてエッチングする技術を開示しているものの、ＦＥＴ等のタングステンを含む膜層とマスク或いは絶縁膜とが交互に複数層積層された所謂３次元の構造においてタングステンを含む膜層を横方向にエッチングする処理の条件については考慮されていなかった。特に、絶縁膜を挟んで上下に配置されたタングステンを含む膜層を横方向（水平方向）にエッチングする際には、上下のタングステンを含む膜層各々にエッチングの速度が異なってしまい処理の結果としての加工後の膜層の寸法には上下方向のバラつきが生じてしまうことについては考慮されていなかった。このため、従来の技術では、膜構造に形成されるパターンの上下（深さ）方向について、処理対象の膜層のエッチング量に大きな分布が生じてしまいデバイスの処理の歩留まりが損なわれてしまうという問題があった。
また、従来の技術は、タングステン膜のエッチングが、例えば１６０ｎｍ／分を超えるエッチング速度で連続的に進むものである。このような高速なエッチング処理においてはエッチングの量の調節は、エッチング処理の開始後の時間を検知しこれを調節することで行われる。このような処理の時間によるエッチングする量の調節では、非常に微細な量のエッチング、例えばエッチングする深さ（幅）が原子層レベルのエッチングを高い精度で調節することあ困難であるため、処理の精度と歩留まりとが損なわれてしまう虞があった。
このように、従来の連続的なプラズマエッチング技術では、エッチング量はラジカルの分布を反映して不均一となり、ウエハ面内方向やパターン深さ方向におけるエッチング量の均一性が低く、またエッチング量をプラズマ処理時間で制御しなくてはならない。このため従来の連続的なプラズマエッチング技術は、原子層レベルの高い寸法制御性が求められる次世代以降のデバイス製造工程においては、その適用が制限されると思われる。
本発明の目的は、エッチング量の均一性が高く処理の歩留まりが向上したプラズマ処理方法あるいはプラズマ処理方法を提供することにある。本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
上記目的を達成するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成と処理手順を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、例えば、タングステン膜をエッチングするプラズマ処理方法において、処理室内に処理対象のウエハを配置し、前記処理室内にフッ素を含む有機性ガスのプラズマを供給し、前記ウエハ上面に予め形成されたタングステンを含む処理対象の膜層の上面にフルオロカーボン層を堆積させると共に、当該フルオロカーボン層と前記処理対象の膜層との間に前記処理対象の膜層のタングステン及びフッ素を含み自己飽和性を有した中間層を形成する第１の処理工程と、酸素を含むガスを用いて前記処理室内に形成されたプラズマ中の粒子を前記処理対象の膜層の上面に供給して前記フルオロカーボン層及び前記中間層を除去する第２工程とを有することを特徴とする。
本願において開示される発明のうち、代表的のものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。本発明によれば、タングステン膜を、ウエハ面内方向やパターン深さ方向における高い均一性、ならびに原子層レベルの高い加工寸法制御性でエッチング加工する、等方性原子層エッチング技術を提供することができる。
本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の実施するウエハ上に予め形成されたタングステンを含む膜のエッチング処理の流れの概略を示すフローチャートである。 図１に示す実施例に係るウエハの処理中の処理の条件に含まれる複数のパラメータの時間の経過に伴う変化を示すタイムチャートである。 図３に示す実施例に係るウエハの処理中におけるタングステンを含む膜を含む膜構造の変化の概略を模式的に示す図である。 図１に示す本実施例に係るプラズマ処理装置が実施したエッチング処理においてサイクル数とエッチングの量との関係を示すグラフである。 図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が実施するエッチング処理の変形例の処理の流れの概略を示すフローチャートである。 図６に示す変形例に係るウエハの処理中の処理の条件に含まれる複数のパラメータの時間の経過に伴う変化を示すタイムチャートである。 図１に示す実施例および図６に示す変形例に係るウエハの処理中におけるタングステンを含む膜を含む膜構造の変化の概略を模式的に示す縦断面図である。 処理対象の半導体ウエハ等の基板上の試料上に形成され複数の膜層が上下に隣接して積層された所定の膜構造に従来の技術によるプラズマエッチングを施した場合の当該膜構造の変化を模式的に示す縦断面図である。 図６に示す実施例に係るウエハの処理中におけるフルオロカーボン層を形成させる処理の時間の長さに対する１サイクル当たりエッチング量の変化を示すグラフである。
半導体デバイス例えば次世代３Ｄ―ＮＡＮＤフラッシュメモリを製造する工程においてゲート電極を形成する処理では、高アスペクト比の微細な幅の溝内部に埋め込まれたタングステンを横方向（溝の上下深さ方向に対する水平の方向）にエッチングして電気的に分離する工程において、タングステン膜を等方的に且つ原子層レベルの高い精度でエッチングする技術が求められると考えられる。そこで発明者等は、一例として、図９に示すような構造体を対象に従来の技術によるプラズマを用いたエッチングを行う場合について検討した。
図９は、処理対象の半導体ウエハ等の基板上の試料上に形成され複数の膜層が上下に隣接して積層された所定の膜構造に従来の技術によるプラズマエッチングを施した場合の当該膜構造の変化を模式的に示す縦断面図である。本図の（ａ）ないし（ｃ）は処理が施されて変化する膜構造の形状の３段階の状態を示している。
図９（ａ）は、下地膜９１０上の多結晶シリコン膜９０１に形成された溝内部に、当該溝内部の両側の側壁面の各々に沿って処理対象のタングステン膜９０２と絶縁膜としての二酸化シリコン膜９０３とが交互に境を接して上下方向に積層された積層膜同士の間に高いアスペクト比の溝９１１が形成された膜構造であって、プラズマを用いたエッチング処理が開始されていない状態の膜構造を示す図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の膜構造のタングステン膜９０２をエッチングするためにフッ素を含有するガスを用いてプラズマを形成し当該プラズマ中のフッ素を含む反応種９０４を膜構造の溝９１１内に供給してタングステン膜９０２表面と反応させ、生成されたタングステンを含む反応生成物９０５が上方に除去されてタングステン膜９０２のエッチングが進行した状態を示す図である。図９（ｃ）は、タングステン膜９０２の上記プラズマを用いたエッチングが停止されたた状態を示す図である。なお、本例では多結晶シリコン膜９０１は二酸化シリコンから構成された下地膜９１０の上に予め形成され形成され、その表面は二酸化シリコン膜により被覆されている。
発明者らの検討では、図９（ｂ）に示すように、タングステン膜９０２と二酸化シリコン膜９０３が交互に積層された積層膜が両側の側壁を構成する高いアスペクト比の溝９１１内側において、タングステン膜９０２のみを横方向にエッチングしたところ、有機ガス等のデポジション性を持つガスケミストリを用いていないために、タングステン膜９０２の表面に不揮発性のデポジション膜が生成することはなく、揮発性を有した反応生成物９０５の連続的な脱離により、エッチングが連続的に進行したことが確認された。一方で、試料上方に形成されたプラズマから供給された反応種９０４は溝９１１の上方からその内側に進入し溝９１１上端の開口部付近の積層膜を構成するタングステン膜９０２に消費されて溝９１１下部の領域のタングステン膜９０２まで届く量は少なくなる。このため、エッチング量の分布が溝９１１または積層膜の上下方向について不均一となってしまい、曳いてはエッチング量が上部の開口部付近で大きく下部では小さくなってしまう。この結果、従来の技術によるタングステン膜９０２と二酸化シリコン膜９０３との積層膜のエッチングでは、積層膜に形成された溝や穴の深さ方向にエッチング量の不均一な分布が生じてしまい試料の処理または半導体デバイスの製造の歩留まりが低下してしまう虞があった。
また、従来の技術によるタングステン膜の等方性エッチングでは、例えば１６０ｎｍ／分を超える大きなエッチング速度で連続的に進む。このことから、エッチング量の調節は処理の開始からの時間に基づいて行われるとすると、原子層レベルのエッチング量を実現する程度にプラズマによるエッチングの開始、停止を制御することは実質的に困難でなってしまう。
このように、従来のプラズマを用いたエッチング技術では、エッチング量はラジカルの分布を反映して不均一となり、ウエハ面内方向やパターン深さ方向におけるエッチング量の均一性が低く、またエッチング量をプラズマ処理時間で制御しなくてはならない。このため従来の連続的なプラズマエッチング技術は、原子層レベルの高い寸法制御性が求められる次世代以降のデバイス製造工程においては、その適用が制限されると思われる。
発明者等は、各種ガスのプラズマを用いてタングステン膜のエッチングを試みた。その結果、（１）タングステン膜へフッ素を含有する有機性ガスのプラズマを供給することによってその表面にフルオロカーボン層が形成される際に、タングステン膜の表面にはフッ素やタングステン、炭素などの混成された中間層が形成されること、（２）当該中間層の生成量が自己飽和性を有すること、（３）当該中間層の層厚は温度コントロールにより調整可能であること、（４）当該フルオロカーボン層と当該中間層は酸素を含むプラズマにより除去されること、を見出した。本発明はこの新たな知見に基づいて生まれたものである。具体的には、フッ素を含有する有機ガスのプラズマを形成してエッチング処理対象のタングステン膜の表面にプラズマからの反応性を有した粒子を供給して当該タングステン膜の表面にフルオロカーボン層および中間層を形成する工程と、次に当該フルオロカーボン層および中間層を酸素を含有するガスを用いたプラズマによって除去する工程とを実施する、これらの工程を１纏まりのサイクルとして複数回繰り返すことにより所望の量のタングステン膜のエッチングを実現する。
上記の構成によって、中間層の形成工程および除去工程が自己飽和性を持つことから、ウエハの面内方向および溝あるいは穴等の膜構造のパターンの深さ方向についてのエッチング量の不均一が抑制される。また、一回のサイクルで除去されるタングステンの膜の厚さは高い精度で調節でき、サイクルを繰り返して得られるエッチングの量は繰り返すサイクルの回数によって調節できるため、積層されたタングステン膜を水平方向にエッチングして形成する回路の寸法の精度を向上させることができる。
なお、以下の実施例では、各工程が自己飽和性を持つ反応層の形成工程と除去工程とを含む一纏まりの工程を繰り返して行うエッチング処理を原子層エッチングと呼称する。本実施例において、「原子層」エッチングは１サイクル当たりのエッチング量が対象の膜を構成する物質の単一の原子から構成される層の厚さと同等であるという狭義の原子層エッチングに限定されない。例え１サイクル当たりのエッチングの量がナノメートルまたはこれ以上のオーダーであっても、各工程が処理の時間などに対して自己飽和的、すなわちＳｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇな傾向を有するものに対して当該処理を原子層エッチングとして呼称される。なお、「デジタルエッチング」、「Ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ性サイクルエッチング」、「原子レベルエッチング」、「レイヤーバイレイヤーエッチング」等の呼称も同等の処理に対して用いることができる。
以下、本発明について、図面を用いて実施例を説明する。
本発明の実施例について、図１乃至５を用いて以下に説明する。本実施例は、ＣＨＦ３ガスを用いて形成したプラズマにより処理対象のタングステン膜の表面にフルオロカーボン層と中間層を形成する工程を実施した後、Ｏ２ガスを用いたプラズマによりこれらフルオロカーボン層と中間層を除去する工程を実施することで、シリコン等の半導体ウエハ上に予め形成された処理対象のタングステン膜を等方的に原子層エッチングするものを説明する。
また、本実施例では、フルオロカーボン層と中間層を形成する工程および除去する工程の何れの間でもウエハの温度は一定またはこれと見做せる程度に近似した値となるように調節され、特にこれらの工程の進行を促進または実現するためにウエハ或いはフルオロカーボン層および中間層を加熱する構成を備えていない。このため、当該処理の１サイクル当たりの時間が短くでき、ウエハの処理のスループットを高くすることができる。
図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
処理室１はベースチャンバー１１により構成され、その中には被処理試料であるウエハ２（以下ウエハ２と記す）を戴置するためのウエハステージ４（以下、ステージ４と記す）が設置されている。プラズマ源にはＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合プラズマ）放電方式を用いており、処理室１の上方には、石英チャンバー１２とＩＣＰコイル３４及び高周波電源２０を備えたプラズマ源が設置されている。ここで、ＩＣＰコイル３４は、石英チャンバー１２の外側に設置されている。
ＩＣＰコイル３４にはプラズマ生成のための高周波電源２０が整合器２２を介して接続されている。高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚなどの、数十ＭＨｚの周波数帯を用いるものとする。石英チャンバー１２の上部には天板６が設置されている。天板６にはシャワープレート５が設置されており、その下部にはガス分散板１７が設置されている。処理ガスはガス分散板１７の外周から処理室１内に導入される。
処理ガスは、マスフローコントローラ制御部５１内に配置されガス種毎に設置されたマスフローコントローラ５０によって供給する流量が調整される。図１では、すくなくともＡｒ、Ｏ２，ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８が処理ガスとして処理室１に供給され、これらガスの種類各々対応してマスフローコントローラ５０−１，５０−２，５０−３，５０−４，５０−５が備えられている。また、供給されるガスはこれらに限られない。なお、マスフローコントローラ制御部５１には、後述の通りウエハ２裏面とこれが載置されるステージ４の誘電体膜上面との間に供給されるＨｅガスの流量を調節するマスフローコントローラ５０−６も含んで配置されている。
処理室１の下部は処理室を減圧するため、真空排気配管１６によって、排気手段１５に接続されている。排気手段１５は、例えば、ターボ分子ポンプやメカニカルブースターポンプやドライポンプで構成されるものとする。また、排気手段１５の動作により処理室１内から排出される内部のガスやプラズマ１０の粒子の流量を真空排気配管１６の軸方向に垂直な面での断面積である流路断面積を増減させて調節して処理室１や放電領域３の圧力を調整するために、流路内に横切る方向に軸を有して配置され軸周りに回転する複数枚の板状のフラップや流路内部をその軸方向を横切って移動する板部材から構成されたが調圧手段１４が排気手段１５の上流側に設置されている。
ステージ４とＩＣＰプラズマ源を構成する石英チャンバー１２との間には、ウエハ２を加熱するためのＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ：赤外線）ランプユニットが設置されている。ＩＲランプユニットは、主にＩＲランプ６２、ＩＲ光を反射する反射板６３、ＩＲ光透過窓７４を備えている。ＩＲランプ６２には円形状のランプを用いる。なお、ＩＲランプ６２から放射される光は、可視光から赤外光領域の光を主とする光を放出するものとする。ここではこのような光をＩＲ光と呼ぶ。図２に示した構成では、ＩＲランプ６２として３周分のＩＲランプ６２−１、６２−２、６２−３が設置されているものとしたが、２周、４周などとしてもよい。ＩＲランプ６２の上方にはＩＲ光を下方に向けて反射するための反射板６３が設置されている。
ＩＲランプ６２にはＩＲランプ用電源６４が接続されており、その途中には、高周波電源２０で発生するプラズマ生成用の高周波電力のノイズがＩＲランプ用電源６４に流入しないようにするための高周波カットフィルタ２５が設置されている。また、ＩＲランプ６２−１、６２−２、６２−３に供給する電力を、互いに独立に制御できるような機能がＩＲランプ用電源６４には付けられており、ウエハの加熱量の径方向分布を調節できるようになっている。
ＩＲランプユニットの中央には、マスフローコントローラ５０から石英チャンバー１２の内部に供給されたガスを処理室1の側に流すための、ガスの流路７５が形成されている。そして、このガスの流路７５には、石英チャンバー１２の内部で発生させたプラズマ中で生成されたイオンや電子を遮蔽し、中性のガスや中性のラジカルのみを透過させてウエハ２に照射するための、複数の穴の開いたスリット板(イオン遮蔽板)７８が設置されている。
ステージ４には、ステージ４を冷却するための冷媒の流路３９が内部に形成されており、チラー３８によって冷媒が循環供給されるようになっている。また、ウエハ２を静電吸着によってステージ４に固定するため、板状の電極板である静電吸着用電極３０がステージ４に埋め込まれており、それぞれに静電吸着用のＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ：直流）電源３１が接続されている。
また、ウエハ２を効率よく冷却するため、ステージ４に載置されたウエハ２の裏面とステージ４との間にＨｅガスを供給できるようになっている。また、静電吸着用電極３０を作動させてウエハ２を静電吸着したまま加熱や冷却を行っても、ウエハ２の裏面に傷がつかないようにするため、ステージ４のウエハ戴置面はポリイミド等の樹脂でコーティングされている。またステージ４の内部には、ステージ４の温度を測定するための熱電対７０が設置されており、この熱電対は熱電対温度計７１に接続されている。
また、ウエハ２の温度を測定するための光ファイバー９２−１、９２−２が、ステージ４に載置されたウエハ２の中心部付近、ウエハ２の径方向ミドル付近、ウエハ２の外周付近の３箇所に設置されている。光ファイバー９２−１は、外部ＩＲ光源９３からのＩＲ光をウエハ２の裏面にまで導いてウエハ２の裏面に照射する。一方、光ファイバー９２−２は、光ファイバー９２−１により照射されたＩＲ光のうちウエハ２を透過・反射したＩＲ光を集めて分光器９６へ伝送する。
外部ＩＲ光源９３で生成された外部ＩＲ光は、光路をオン／オフさせるための光路スイッチ９４へ伝送される。その後、光分配器９５で複数に分岐し（図２の場合は３つに分岐）、３系統の光ファイバー９２−１を介してウエハ２の裏面側のそれぞれの位置に照射される。
ウエハ２で吸収・反射されたＩＲ光は光ファイバー９２−２によって分光器９６へ伝送され、検出器９７でスペクトル強度の波長依存性のデータを得る。そして得られたスペクトル強度の波長依存性のデータは制御部４０の演算部４１に送られて、吸収波長が算出され、これを基準にウエハ２の温度を求めることができる。また、光ファイバー９２−２の途中には光マルチプレクサー９８が設置されており、分光計測する光について、ウエハ中心、ウエハミドル、ウエハ外周のどの計測点における光を分光計測するかを切り替えられるようになっている。これにより演算部では、ウエハ中心、ウエハミドル、ウエハ外周ごとのそれぞれの温度を求めることができる。
図１において、６０は石英チャンバー１２を覆う容器であり、８１はステージ４とベースチャンバー１１の底面との間で真空封止するためのＯリングである。
制御部４０は、高周波電源２０からＩＣＰコイル３４への高周波電力供給のオン／オフを制御する。また、集積マスフローコントローラ制御部５１を制御して、それぞれのマスフローコントローラ５０から石英チャンバー１２の内部へ供給するガスの種類及び流量を調整する。この状態で制御部４０は更に排気手段１５を作動させると共に調圧手段１４を制御して、処理室１の内部が所望の圧力となるように調整する。
更に、制御部４０は、静電吸着用のＤＣ電源３１を作動させてウエハ２をステージ４に静電吸着させ、Ｈｅガスをウエハ２とステージ４との間に供給するマスフローコントローラ５０−６を作動させた状態で、熱電対温度計７１で測定したステージ４の内部の温度、及び検出器９７で計測したウエハ２の中心部付近、半径方向ミドル部付近、外周付近のスペクトル強度情報に基づいて演算部４１で求めたウエハ２の温度分布情報に基づいて、ウエハ２の温度が所定の温度範囲になるようにＩＲランプ用電源６４、チラー３８を制御する。
図２を用いて、本実施例のプラズマ処理装置１００で実施されるウエハ２の処理の流れについて説明する。図２は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の実施するウエハ上に予め形成されたタングステンを含む膜のエッチング処理の流れの概略を示すフローチャートである。
本図において、ウエハ２の処理が開始の前に、表面にタングステンを含む膜層を含む膜構造が予め配置されたウエハ２が処理室１内のステージ４上に載置されＤＣ電源からの直流電力が静電吸着電極３０に供給されて形成された静電気力によって保持される。
処理の開始後、ステップＳ２０１では、処理室１内にフッ素を含有する有機ガスが導入される。ここでタングステンを含む膜とはタングステン単体膜の他、タングステンを含む複数の元素により構成された金属膜を表す。具体的な例を挙げると、ＷＮやＷＳｉ２等である。また、フッ素を含有する有機ガスとしては、Ｃ４Ｆ８やＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆなどの他、これらのガスをアルゴンや窒素、酸素などで希釈した混合ガスでも良い。また、本ステップにおけるウエハ温度は、ウエハが載置されているステージの温度調節機能によって一定に保たれている。
次にステップＳ２０２では、放電領域２内部に有機ガスを用いてプラズマ１０が生成されプラズマ１０中のフッ素を含む有機ガスの原子または分子が活性化されて生成されたＣＦｘ等のラジカル（活性種）等の反応性を有した粒子がガス流路７５およびスリット板７８の貫通孔を通してウエハ２の表面に供給されタングステンを含む膜の表面に付着する。反応性を有した粒子は付着した膜の表面の材料と反応してプラズマ１０の生成の条件やステージ４の温度等の処理の条件によって定まる厚さのフルオロカーボン層が形成される。
タングステンを含む膜の表面に生成するフルオロカーボン層の組成としては、ＣＦｘの他に、水素を含有するプラズマを用いた場合に生成するＣＨｘＦｙなどが挙げられる。ＣＨｘＦｙについてはハイドロフルオロカーボン層と呼ばれる場合もあるが、ここではフルオロカーボン層という用語に統一する。このとき、タングステン膜の表面とフルオロカーボン層の境界には、処理対象の膜層のタングステン及びフッ素を含み自己飽和性を有した中間層が形成される。
ここで形成される中間層の厚みはステージ４あるいはウエハ２の表面の温度に応じて変化する。このことから中間層の厚さがステージ４の温度を調節することにより調整される。一方で、ウエハ２の温度が低過ぎる場合には中間層の厚さが小さくなってしまい、以下説明するエッチング量の単位時間あたりの大きさが小さくなって所定の時間で処理されるウエハ２の枚数（スループット）が低下してしまう。本実施例では、ステップ２０２のウエハ２またはステージ４の温度が０℃以上に調節されている。
その後、所定の厚さの中間層が形成されたことが膜厚の検出器により或いは予め定められた時間の経過の確認等により制御部４０によって確認された後、調圧手段１４が真空排気配管１６の流路断面積を大きくして排気量を増大させ処理室１内部を大きく減圧させて処理室１内に供給されたフッ素を含む有機ガスが速やかに排気される。このことによりフルオロカーボン層の形成処理が終了する（ステップＳ２０３）。この際、有機ガスを置換するようにＡｒ等の不活性（希）ガスを処理室１内部に供給して有機ガスの排出を促進させても良い。
次に、ステップＳ２０４では、フルオロカーボン層と中間層を除去するための反応ガスとして、酸素を含むガスが処理室１内に導入される。酸素を含むガスとしては、Ｏ２やＯ３などのほか、これらのガスをアルゴンや窒素などで希釈した混合ガスでもよい。本ステップにおけるウエハ２の温度は、ウエハ２が載置されているステージ４の温度調節機能によって一定に保たれている。
次にステップＳ２０５では、放電領域３に酸素を含むガスが供給されてプラズマ１０が生成され、ガスの原子または分子が活性化されて生成されたラジカル（活性種）等の反応性を有した粒子がガス流路７５およびスリット板７８の貫通孔を通してウエハ２の表面に供給される。その結果、酸素のラジカルを含む活性種とフルオロカーボン層および中間層との反応が生起されて揮発性を有した反応生成物が生成される。当該反応生成物はその揮発性のためにウエハ２またはその表面の膜構造から昇華あるいは脱離してタングステンを含む膜の表面から除去される。
反応生成物の例としては、例えばＣＯやＣＯ２、ＣＯＦｘ、ＷＦｘ、ＷＯｘＦｙなどが挙げられる。ウエハ２から脱離したこれらの反応生成物の粒子は、調圧手段１４あるいは排気手段１５の動作による処理室１内部の排気の動作またはこれによって生じている処理室１内部の粒子の移動の流れによって処理室１内部から排出される。続いて、ステップＳ２０６において処理室１内部から酸素を含むガスが排気される。
上記のステップＳ２０１乃至２０６を一纏まりとした１サイクルが終了する。当該サイクルによってフルオロカーボン層とともに中間層が除去されるために、タングステン膜がこれらの膜層の厚さの分だけ除去されその膜厚さが小さくされる。この膜厚の変化量が、上記の１サイクル当たりのエッチング量である。
この後、制御器４０において、図示しない膜厚検出器からの出力を受信してこれから得られた結果から所望のエッチング量の到達の有無、或いは予めのテスト等から所望のエッチング量が得られることが導出された上記サイクルの実施の回数を含む終了の条件が満たされたかが判定され（ステップＳ２０７）、条件を満たすと判定された場合にはタングステンを含む膜のエッチング処理を終了し、満たしていないと判定された場合にはステップＳ２０１に戻り、再度サイクルを実施する。このように本実施例では、所望のエッチング量が得られるまで上記サイクルが繰り返して実施される。
以下、本実施例のプラズマ処理装置１００を用いたウエハ２上のタングステンを含む膜のエッチングを、フルオロカーボン層および中間層形成用のガスとしてＣＨＦ３を、フルオロカーボン層および中間層の脱離するための反応ガスとしてＯ２ガスを用いて実施する場合について、動作の順序を図３，４を用いて説明する。図３は、図１に示す実施例に係るウエハの処理中の処理の条件に含まれる複数のパラメータの時間の経過に伴う変化を示すタイムチャートである。パラメータは、上から順にガス供給流量、放電電力、静電吸着、ウエハの温度が示されている。
図４は、図３に示す実施例に係るウエハの処理中におけるタングステンを含む膜を含む膜構造の変化の概略を模式的に示す図である。特に、図４では、ウエハ２の下地膜４０１上にタングステン膜４０２が境を接して積層されて配置された膜構造のタングステン膜４０２の表面付近の構造とその変化が模式的に示されている。
まず、処理中の時刻ｔ０において、制御部４０からの指令信号に応じて、処理室１に設けられた搬送口（図示省略）を介して、図４（ａ）に示される下地膜４０１とエッチングすべきタングステン膜４０２とを備えた膜構造が予め形成されたウエハ２が処理室１内部へ搬入されてステージ４に載置された後にＤＣ電源３１からの電力が静電吸着電極３０に供給されウエハ２がステージ４上の誘電体膜上に静電吸着され保持される。さらに、制御部４０からの指令信号に応じてマスフローコントローラ制御部５１のＨｅガス対応のマスフローコントローラ５０−６によりウエハ２の裏面とステージ４との間の隙間に供給されるウエハ冷却用のＨｅガスの流量が調節されて供給され、当該隙間のＨｅガスの圧力が所定の範囲内の値に調節される（３３１の状態）。この結果、ステージ４とウエハ２との間の熱伝達が促進され、ウエハ２の温度が予めチラー３８により所定の温度にされた冷媒が冷媒の流路３９に供給されて循環するステージ４の温度に近い値Ｔ０にされる。本実施例では、ウエハ２の温度Ｔ０は４０℃にされる。
次に、時刻ｔ１において、制御部４０からの指令信号に応じて、マスフローコントローラ５０のＣＨＦ３用のマスフローコントローラ５０−２または５０−３を含む複数のガス種用のマスフローコントローラ各々で供給される流量が調節されてこれら複数の種類の物質のガスが混合されたものが処理用のガスとして処理室１内に予め定められた範囲内の流量で供給されると共に、調圧手段１４の開度が調節されて処理室１の内部および石英チャンバー１２の内部の放電領域３内の圧力が所期の範囲内の値にされる。この状態で、時刻ｔ２において、制御部４０からの指令信号に応じて高周波電源２０からの所定の値Ｗの高周波電力がＩＣＰコイルに供給され（３１２の状態）石英チャンバー１２の内部の放電領域３内にプラズマ放電を開始し、石英チャンバー１２の内部にプラズマ１０が生起される。この際、プラズマ１０の生成されている間のウエハ２の温度を生成前と同等に保つためＩＲランプ６２へ電力は供給されていない。
この状態で、ＣＨＦ３ガスの粒子の少なくとも一部がプラズマ１０にて励起、解離あるいは電離化され、イオン等荷電粒子または活性種等の反応性粒子が形成される。放電領域３において形成された活性種等の反応性粒子および中性のガスはスリット板７８に形成されたスリットまたは貫通孔を通過して処理室１に導入されてウエハ２表面に供給される。図４（ｂ）に示されるように、ＣＦｘなどを含む活性種４０３はウエハ２のタングステン膜４０１の表面に吸着しタングステン膜４０１の材料と相互作用を起こし、フルオロカーボン層４０４が形成される。
本実施例では、放電領域３内のプラズマ１０中に生成されるイオンは、スリット板７８がガスの流路７５内に配置されていることにより、処理室１内への移動が妨げられウエハ２の表面に殆ど入射しない。このため、プラズマ１０で生成されたイオンとウエハ２上の膜構造との相互作用が低減されタングステン膜４０２のエッチングの進行が抑制される。
一方、タングステン膜４０２上に形成されるフルオロカーボン層４０４の厚さはＣＨＦ３の反応性粒子とタングステン膜４０２の表面の材料との間の相互作用の時間に依存し、この時間が長いほど厚さが大きくなる。本実施例では相互作用が生じている時間は放電領域３内にプラズマ１０が形成されている時間と同じかこれと見做せる程度に近似した同等の時間となる。
一方で、タングステン膜４０２の表面とその上に形成されたフルオロカーボン層４０４との境界にはタングステンやフッ素、炭素が混合した中間層４０５が生成される。発明者らの検討によれば、当該中間層４０５の厚さは、フルオロカーボン層４０４と同様に、ＣＨＦ３の反応性粒子とタングステン膜４０２の表面の材料との間の相互作用の時間に依存し、この時間が長いほど厚さが大きくなるが、中間層４０５の形成が開始されてから１０秒以降は中間層４０５の厚さの増加が停止することが確認された。このような中間層４０５の自己飽和性を考慮して、本実施例では、放電領域３内でのＣＨＦ３ガスを用いたプラズマ１０を形成する時間を１０秒とした。
すなわち、図３で時刻ｔ２に高周波電源２０からＩＣＰコイル３４への高周波電力の供給が開始されて１０秒以上経過した後の時刻ｔ３に、制御部４０からの指令信号に応じて、高周波電源２０からの高周波電力の出力が停止されると共に放電領域３へのＣＨＦ３ガスを含む処理ガスの供給が停止される。このことにより、放電領域３内でのプラズマ１０が消失される。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間に、処理室１内のＣＨＦ３ガスを含む処理ガスや反応性粒子やフルオロカーボン層４０４、中間層４０５の形成中に生成された生成物等の粒子は調圧手段１４で開度が調節された真空排気配管１６および排気手段１５を介して処理室１外部に排気される。
制御部４０からの指令信号に応じて、時刻ｔ４において、マスフローコントローラ５０−２によって流量を所定の範囲内の値に調節された酸素ガスを含む処理ガスが放電領域３に供給される。さらに、調圧手段１４が真空排気配管１６の流路の開度を調整して、酸素を含む処理ガスの供給量と真空排気配管１６からの排気の量とのバランスにより、処理室１および石英チャンバー１２の内部の放電領域３の圧力が所定の許容範囲内の値に調節される。この状態で、時刻ｔ５において、制御部４０からの指令信号に応じて高周波電源２０からの高周波電力がＩＣＰコイル３４に供給され（３１２の状態）、石英チャンバー１２内部の放電領域３に酸素を含む処理ガスを用いたプラズマ１０が生成される。
本実施例では、時刻ｔ５に高周波電源２０から出力される高周波電力の大きさは時刻ｔ２の出力と同じＷ１にされているが、処理の条件に応じて異なる値にしても良い。さらに、本実施例ではプラズマ１０が生成されている間もウエハ２の温度を生成前と同等のＴ０＝４０℃に保つため、ＩＲランプ６２を動作させる電力は供給されていない。
この状態で、酸素（Ｏ２）ガスの粒子の少なくとも一部がプラズマ１０にて励起、解離あるいは電離化され、イオン等荷電粒子または活性種等の反応性粒子が形成される。放電領域３において形成された中性のガスおよび活性種等の反応性粒子はスリット板７８に形成されたスリットまたは貫通孔を通過して処理室１に導入されてウエハ２表面に供給される。図４（ｃ）に示されるように、酸素のラジカルを含む活性種４０３はウエハ２のフルオロカーボン層４０４および中間層４０５の材料と相互作用を生起して揮発性を有した反応生成物４０６が生成され、反応生成物４０６は揮発してウエハ２の膜構造の表面から脱離することで当該表面から除去される。
本実施例では、放電領域３内のプラズマ１０中に生成されるイオンは、スリット板７８がガスの流路７５内に配置されていることにより、処理室１内への移動が妨げられウエハ２の表面に殆ど入射しない。このため、フルオロカーボン層４０４および中間層４０５を除きプラズマ１０で生成されたイオンとウエハ２上の膜構造との相互作用が低減され下地として残るタングステン膜４０２のエッチングの進行が抑制される。
一方、フルオロカーボン層４０４および中間層４０５が除去される量は、酸素ラジカルを含む反応性粒子とこれらの層の表面の材料との間の相互作用の時間および相互作用が生じているウエハ２の表面の温度に依存し、この時間が長いほど大きくなる。本実施例では、相互作用が生じている時間は放電領域３内にプラズマが形成されている時間と同じかこれと見做せる程度に近似した同等の時間となる。発明者らの検討によれば、本実施例のウエハ２の温度を含む処理の条件の下では、当該時間が１０秒を経過すると、図２のステップＳ２０３に対応する時刻ｔ２からｔ３の間の処理の工程で形成されたフルオロカーボン層４０４および中間層４０５はほぼ全て反応生成物４０６に変化して膜構造の表面から脱離して除去される。
すなわち、図３で時刻ｔ５に高周波電源２０からＩＣＰコイル３４への高周波電力の供給が開始されて１０秒またはこれ以降の時刻ｔ６までの間にフルオロカーボン層４０４および中間層４０５のエッチングが自己飽和的に終了する。時刻ｔ６において、制御部４０からの指令信号に応じて、高周波電源２０からＩＣＰコイル３４への高周波電力の出力が停止されると共に放電領域３へのＯ２ガスを含む処理ガスの供給が停止されて放電領域３内部でのプラズマ１０の形成が停止される。本実施例で時刻ｔ５から時刻ｔ６までの工程は図２に示すステップＳ２０６に対応し、上記の通りその時間は１０秒またはこれより長い時間にされている。
次に、制御部４０からの指令信号に応じて、時刻ｔ６から時刻ｔ７の間に、処理室１内のガスは調圧手段１４で開度が調節された真空排気配管１６および排気手段１５を介して処理室１外部に排気される。さらに、時刻ｔ６以降の時間で、図２において説明の通り、ウエハ２上のタングステン膜４０２のエッチング量あるいは残り膜厚さが所望の値に到達したか判定され（ステップＳ２０７に対応）、判定結果に応じて次のサイクルの開始またはウエハ２の処理の終了の工程が行われる。
次のサイクルを開始する場合は、時刻ｔ７あるいはこれ以降の任意の時刻ｔ８において、制御部４０からの指令信号に応じて、時刻ｔ１からの動作と同様にＣＨＦ３ガスを含む処理ガスの放電領域３への導入が開始される。ウエハ２の処理を終了する場合は、時刻ｔ７においてウエハ２の裏面とステージ４条面との間の隙間に供給されていたＨｅガスの供給を停止するとともに、バルブ５２を開いて当該隙間からＨｅガスを排出して隙間内の圧力を処理室内の圧力と同程度にするとともに、静電気の除去を含むウエハ２の静電吸着の解除の工程を実施する。以上でタングステン膜４０２のエッチング処理の工程を終了する。
本実施例において１５ｎｍのエッチング量が必要な場合には、上記のサイクルを１５回繰り返してエッチングを終了した。図５は、図１に示す本実施例に係るプラズマ処理装置が実施したエッチング処理においてサイクル数とエッチングの量との関係を示すグラフである。本図は、横軸にサイクルの回数を採り縦軸に実施された各サイクル終了後で次のサイクルの開始前にＩｎ−ｓｉｔｕエリプロメトリを用いて検出したエッチング量（エッチングの深さ）を示したものである。
本図に示す通り、本例ではサイクルの回数の増加に伴ってほぼ線形にエッチング量が変化している。この図から、本実施例におけるタングステン膜の１サイクル当たりのエッチング量は、１．０ｎｍ／サイクルであることが判った。
以上の通り、本実施例のフルオロカーボン層４０４および中間層４０５を形成する第１の工程とフルオロカーボン層４０４と中間層４０５とを除去する第２の工程は、共に自己飽和的な性質を持つ。特に、中間層４０５の形成は自己飽和性を有し、このため反応生成物４０６の形成および脱離の工程が自己飽和的に終了する。このことから、本実施例において、回路パターンを有する膜構造が予め形成されたウエハ２をエッチングした場合の、一回のサイクルを終えた際のタングステン膜４０２表面のエッチング量はウエハ２の面内方向および深さ方向についてバラつきが低減されより均一に近づけることができる。
上記の自己飽和性を利用していることから、ウエハ２上面の水平方向や深さ方向の位置によってウエハ２に供給されるラジカル等の反応性粒子の密度が異なる分布を有した場合でも、エッチング量が必要以上に大きくなったり不足したりすることが抑制され、エッチング量のバラつきが低減される。また、全体のエッチング量は上記第１および第２の工程を含む１つのサイクルの繰り返す回数の増減で調節することができ、本実施例の当該エッチング量は１サイクル当たりのエッチング量を回数倍または回数分の和となる。結果として、本実施例では、従来の連続的なプラズマ処理によるエッチングと比較して、エッチング処理による加工後の寸法の制御性さらには処理の歩留まりを向上させることができる。
以上本実施例によれば、タングステン膜を、ウエハ面内方向やパターン深さ方向における高い均一性、ならびに原子層レベルの高い加工寸法制御性でエッチング加工する、等方性原子層エッチング技術を提供することができる。
〔変形例〕
上記実施例の変形例について、図６乃至８および図１０を用いて説明する。なお、実施例１の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。本例は、上記実施例と同様にタングステンを含む膜を等方的に原子層エッチングする例を説明するものである。
上記実施例と本例との差異は、フルオロカーボン層４０４を形成する工程においてＣ４Ｆ８／Ａｒガスを含むガスを用いたプラズマ１０を形成すること、およびＩＲランプ６２からの赤外線の放射によりウエハ２を加熱して中間層４０５を形成すること、さらにフルオロカーボン層４０４および中間層４０５を除去する工程においてＯ２／Ａｒガスを含むガスを用いたプラズマ１０を形成すると共にＩＲランプ６２の赤外線の放射加熱によるウエハ２を加熱することにあり、熱サイクルを用いてタングステンを含む膜のエッチングを実施した点にある。本例では、中間層４０５の膜厚さの調節の精度、すなわち１サイクル当たりのエッチング量の制御性を向上することができる。
図６は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が実施するエッチング処理の変形例の処理の流れの概略を示すフローチャートである。本図の変形例においても、プラズマ処理装置１００において、ウエハ２の処理が開始の前に、表面にタングステンを含む膜層を含む膜構造が予め配置されたウエハ２が処理室１内のステージ４上に載置されＤＣ電源からの直流電力が静電吸着電極３０に供給されて形成された静電気力によって保持される。
処理の開始後、ステップＳ６０１では、表面側にタングステンを含む膜を有するウエハ２が載置された処理室１内にフッ素を含む有機ガスが導入される。本例では、フッ素を含む有機ガスとしては、Ｃ４Ｆ８およびＡｒを含むガスを用いた。本ステップにおけるウエハ２の温度は、ウエハ２が載置されているステージ４の温度調節機能によって所定の許容範囲内の値に保持され、とくに本例ではステージ４上面あるいはウエハ２の温度が−５℃になるように調節される。
次にステップＳ６０２では、放電領域２内に有機ガスを用いてプラズマ１０が生成され、プラズマ１０中のＣ４Ｆ８およびＡｒのガスを含む処理ガスの原子または分子が活性化されて生成されたＣＦｘ等を含むラジカル（活性種）等の反応性を有した粒子がガス流路７５およびスリット板７８の貫通孔を通してウエハ２表面のタングステンを含む膜の表面に付着する。反応性を有した粒子は付着した膜の表面の材料と反応して当該膜の上面にプラズマ１０生成の条件やステージ４の温度等の処理の条件によって定まる厚さのフルオロカーボン層が形成される。
形成されたフルオロカーボン層の最下面とタングステンを含む膜の上面と境界には、処理の対象であるタングステンやフッ素、炭素が混合した中間層が生成されるが、本例の場合ステージ４の温度が−５℃という上記実施例より相対的に低い値に保たれているために、当該中間層の膜厚は実施例より小さい０．１ｎｍ以下となる。本例では、上記の有機ガスを用いたプラズマからの反応性粒子との相互作用によりフルオロカーボン層を形成するステップで形成した中間層を、次のＩＲランプ６２からの赤外線の照射により加熱する工程で所望の厚さに制御性良く増大させる。
このため、本例ではステージ４曳いてはウエハ２の温度を実施例より低い温度に維持して上記ステップＳ６０２を実施することが好適である。しかしながら、ステップＳ６０２でのステージ４の温度が低過ぎると加熱する工程等の後に実施される１サイクル内の工程での温度の条件の差が大きくなって、昇温および冷却に要する時間を長く要して処理のスループットが低下してしまう虞がある。このことから、本例ではステージ温度は上記のステップＳ６０２の工程の実施中はウエハ２の温度を−３０℃以上に維持することが好ましい。
ステップＳ６０２の終了後、制御部４０からの指令信号に応じて、調圧手段１４および排気手段１５の動作により速やかに処理室１内が排気され反応性粒子や有機ガス等の処理室１内の処理ガスの粒子が除去されて、フルオロカーボン膜を形成する工程が終了する（ステップＳ６０３）。この際に、有機ガスを置換するようにＡｒ等の不活性（希）ガスを処理室１内部に供給して有機ガスの排出を促進させても良い。
次に、ステップＳ６０４において、ウエハ２上面を５０℃またはこれ以上の値に昇温させこれを所定の時間維持することで、タングステンを含む膜とフルオロカーボン層との境界面にタングステンやフッ素を含有する中間層を所望の厚さに形成する。ウエハ２の昇温の過程でフルオロカーボン層のＣＦｘ中に含まれるフッ素などがタングステンを含む膜内に拡散して中間層が形成される。この後、ウエハ２を冷却して速やかに続くステップＳ６０５の処理を開始する温度以下になるまでウエハ２の温度を低減する。
ステップＳ６０５では、放電領域３にＯ２およびＡｒガスを含む処理ガスが供給される。次にステップＳ６０６において、処理ガス用いてプラズマ１０が形成され、ガスの原子または分子が活性化されて形成されたラジカル（活性種）等の反応性粒子が処理室１内内に導入されてウエハ２のタングステンを含む膜の表面に反応性を有した粒子が供給される。その結果、Ｏ２ラジカルを含む活性種とフルオロカーボン層および中間層の材料との反応が生起され、揮発性を有した反応生成物が生成され、当該反応生成物はその揮発性のためにウエハ２またはその表面の膜構造から昇華あるいは脱離してタングステンを含む膜の表面から除去される。
この際に揮発する反応生成物としては、例えばＣＯやＣＯ２などが挙げられる。本ステップにおけるウエハ２の温度は、ウエハ２が載置されているステージ４の温度調節機能によって−５℃に調整されている。ウエハ２から脱離したこれらの反応生成物の粒子は、調圧手段１４あるいは排気手段１５の動作による処理室１内部のＯ２あるいはＡｒガスの粒子を排出する動作またはこれによって生じている処理室１内部の粒子の移動の流れによって処理室１内部から排出され、フルオロカーボン層を除去する工程が終了する。続いて、ステップＳ６０７において処理室１内部からＯ２およびＡｒを含むガスが排気される。
次に、ステップＳ６０８では、ウエハ２を加熱してその表面の温度を１５０℃またはこれ以上の値まで昇温して所定の時間これを維持することにより、タングステンを含む膜の表面に残っている中間層を除去する。ウエハ２の昇温の過程で中間層は分解されて揮発してタングステンを含む膜の表面から除去される。
上記のステップＳ６０１乃至６０８を一纏まりとした１サイクルが終了する。当該サイクルによってフルオロカーボン層とともに中間層が除去されるために、タングステンを含む膜がこれらの膜層の厚さの分だけ除去されその膜厚さが小さくされる。この膜厚の変化量が、上記の１サイクル当たりのエッチング量である。
続いて、ウエハ２が冷却されてその温度が速やかにステップＳ６０１を開始できる値まで低減される。この後、制御器４０において、図示しない膜厚検出器からの出力を受信してこれから得られた結果から所望のエッチング量の到達の有無、或いは予めのテスト等から所望のエッチング量が得られることが導出された上記サイクルの実施の回数を含む終了の条件が満たされたかが判定され（ステップＳ６０９）、条件を満たすと判定された場合にはタングステンを含む膜のエッチング処理を終了し、満たしていないと判定された場合にはステップＳ６０１に戻り、再度サイクルを実施する。このように本実施例では、所望のエッチング量が得られるまで上記サイクルが繰り返して実施される。
以下、本例に係るタングステンを含む膜（タングステン膜）のエッチングを、図１のプラズマ処理装置１００を用いて、フルオロカーボン層形成用のガスとしてＣ４Ｆ８およびＡｒを含む処理ガスを用いて、中間層を形成する加熱にＩＲランプ６２を用いて、フルオロカーボン層の除去にＯ２およびＡｒガスを含む処理ガスを用いて、中間層を除去する加熱にＩＲランプ６２を用いた行う例について、動作の順序を図７を用いて説明する。図７は、図６に示す変形例に係るウエハの処理中の処理の条件に含まれる複数のパラメータの時間の経過に伴う変化を示すタイムチャートである。パラメータは、上段から順にガス供給流量、放電電力、静電吸着、ウエハの温度が示されている。
まず、処理中の時刻ｔ０において、制御部４０からの指令信号に応じて、処理室１に設けられた搬送口（図示省略）を介して、タングステン膜を備えた膜構造が予め上面に形成されたウエハ２が処理室１内部へ搬入されてステージ４に載置された後にＤＣ電源３１からの電力が静電吸着電極３０に供給されウエハ２がステージ４上の誘電体膜上に静電吸着され保持される。さらに、制御部４０からの指令信号に応じてマスフローコントローラ制御部５１のＨｅガス対応のマスフローコントローラ５０−６によりウエハ２の裏面とステージ４との間の隙間に供給されるウエハ冷却用のＨｅガスの流量が調節されて供給され、当該隙間のＨｅガスの圧力が所定の範囲内の値に調節される（７３１の状態）。この結果、ステージ４とウエハ２との間の熱伝達が促進され、ウエハ２の温度が予めチラー３８により所定の温度にされた冷媒が冷媒の流路３９に供給されて循環するステージ４の温度に近い値Ｔ１にされる。本実施例では、ウエハ２の温度Ｔ１は−５℃にされる。
次に、時刻ｔ１において、制御部４０からの指令信号に応じて、マスフローコントローラ５０の複数のマスフローコントローラ５０−１および５０−５により処理室１内に供給するＣ４Ｆ８ガスおよびＡｒガスの各々流量が所定の範囲内の値に調節され、これら複数の種類の物質のガスが混合されたものが処理用のガスとして処理室１内に予め定められた範囲内の流量で供給されると共に、調圧手段１４の開度が調節されて処理室１の内部および石英チャンバー１２の内部の放電領域３内の圧力が所期の範囲内の値にされる。この状態で、時刻ｔ２において、制御部４０からの指令信号に応じて高周波電源２０からの所定の値Ｗ２の高周波電力がＩＣＰコイルに供給され（３１２の状態）石英チャンバー１２の内部の放電領域３内にプラズマ放電を開始し、石英チャンバー１２の内部にプラズマ１０が生起される。この際、プラズマ１０の生成されている間のウエハ２の温度を生成前と同等に保つためＩＲランプ６２へ電力は供給されておらず、ウエハ２の温度は−５℃を含む所定の許容範囲内の値に維持される。
この状態で、Ｃ４Ｆ８およびＡｒを含むガスの粒子の少なくとも一部がプラズマ１０よって励起、解離あるいは電離化され、イオン等荷電粒子または活性種等の反応性粒子が形成される。放電領域３において形成された活性種および中性のガスはスリット板７９のスリットまたは貫通孔を通して処理室１に導入されウエハ２表面に供給され、当該ウエハ２のタングステン膜の表面に付着または吸着して当該膜の材料と相互作用を起こし、フルオロカーボン層ＣＦｘが形成される。
本例においても、放電領域３内のプラズマ１０中に生成されるイオンは、スリット板７８がガスの流路７５内に配置されていることにより、処理室１内への移動が妨げられウエハ２の表面に殆ど入射しない。このため、プラズマ１０で生成されたイオンとウエハ２上の膜構造との相互作用が低減されタングステン膜のエッチングの進行が抑制される。
タングステン膜上に形成されるフルオロカーボン層の厚さは、このＣ４Ｆ８及びＡｒを含む処理ガスを用いたプラズマ１０からの反応性粒子とタングステン膜の表面の材料との相互作用が生じている時間に依存し、この時間が長いほど厚さが大きくなる。当該相互作用の時間は、放電領域３内にプラズマ１０が形成されている時間と同じかこれと見做せる程度に近似した同等の時間となる。発明者らの知見として本例の中間層を形成するための時間としては１５秒で十分であることが判っており、本例では放電領域３内でのＣ４Ｆ８及びＡｒを含む処理ガスを用いたプラズマ１０を形成する時間を１５秒とした。
すなわち、図７で時刻ｔ２に高周波電源２０からＩＣＰコイル３４への高周波電力の供給が開始されて１５秒以上経過後の時刻ｔ３に、制御部４０からの指令信号に応じて、高周波電源２０からの高周波電力の出力が停止されると共に放電領域３へのＣ４Ｆ８及びＡｒを含む処理ガスの供給が停止される。このことにより、放電領域３内でのプラズマ１０が消失される。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間に、処理室１内の処理ガスや反応性粒子、フルオロカーボン層４０４、中間層４０５の形成中に生成された生成物等の粒子は、制御部４０からの指令信号に応じて調圧手段１４で開度が調節された真空排気配管１６および排気手段１５を介して処理室１外部に排気される。さらに、ウエハ２裏面とステージ４上面との間の隙間へのＨｅガスの供給が停止されると共に、ＤＣ電源３１から静電吸着電極３０に供給されていた直流電力が停止されてウエハ２の静電吸着力が解除または低減され、バルブ５２が開かれて隙間内のＨｅガスが外部に排出され隙間内の圧力が処理室１内の値と同じかこれと見做せる程度に近似した同等ものにされる。
次に、時刻ｔ４において、制御部４０からの指令信号に応じて、ＩＲランプ用電源６４からＩＲランプ６２に電力が出力Ｐ１で供給されＩＲランプ６２から赤外線が処理室１内のウエハ２に放射される。ＩＲランプ６２から放射されたＩＲ光はＩＲ光透過窓７４を透過してウエハ２に照射されウエハ２が加熱されての温度が上昇する。時刻ｔ４から所定の時間（本例では１０秒）後の時刻ｔ５にウエハ２の温度はＴ２＝５０℃またはこれ以上の値に到達する。時刻ｔ５に、制御部４０からの指令信号に応じて、ＩＲランプ用電源６４からの電力の出力が停止されＩＲランプ６２からのＩＲ光の照射が停止される。
本例では、時刻ｔ４からｔ５の間に、ウエハ２の温度が−５℃から５０℃以上に昇温することで、フルオロカーボン層ＣＦｘに含有されるフッ素等の粒子をフルオロカーボン層との境界を通してタングステン膜に拡散させこれらの膜層の間にタングステンやフッ素を含有する中間層を生成させる。この中間層の膜厚は、当該中間層の形成の初期においてＩＲランプ６２によるウエハ２を加熱する時間に依存しその時間が大きいほど厚さが増大するが、所定の時間の経過後は中間層の形成の量は漸減して厚さが一定の値に漸近する。すなわち、中間層の加熱による形成は自己飽和的に停止する特性を有している。
なお、上記ウエハ２を加熱する工程では、時刻ｔ４からｔ５の間でウエハ２を加熱してその温度が５０℃またはこれ以上の値に到達した後にＩＲランプ６２の放射が停止されたが、ＩＲランプ用電源６４の出力を一旦大きくした後低減させる等の調節をして所定の時間だけウエハ２の温度を一定に維持しても良い。また、ウエハ２はウエハステージ４の上に載置した状態で加熱されていたがステージ４内部に収納されてステージ４上面から先端を上方に突出または下方に沈降するリフトピンを用いてウエハ２をウエハステージ４上面と離間させて保持させた状態でＩＲ光を照射して加熱しても良い。この場合は、ＩＲランプ６２から放射され、ウエハ２を透過してステージ４内部に配置されたファイバー９２−２に到達した光を用いて、ウエハ２の温度を測定しても良い。また、ウエハの面内の径方向の温度分布に基づき、ＩＲランプ６２−１、６２−２、６２−３の電力比を制御すると良い。
次に、時刻ｔ５において、制御部４０からの指令信号に応じて、マスフローコントローラ５０−１及びマスフローコントローラ５０−２の動作により流量が調節されたＡｒガス及びＨｅガスの各々が処理室１の内部及びウエハ２裏面とステージ４との間の隙間に供給される。Ｈｅガスが供給されることにより、ウエハ２とステージ４との間の熱伝達が促進され、ウエハ２の温度は温度Ｔ２からＴ１＝−５℃まで冷却される。なお、本例では、当該冷却に要した時間は２０秒であった。
次に、制御部４０からの指令信号に応じて、時刻ｔ６において複数のマスフローコントローラ５０内部のマスフローコントローラ５０−１，５０−２の動作よって流量が調節されたＯ２及びＡｒガスを含む処理ガスが放電領域３に供給される。さらに、調圧手段１４が真空排気配管１６の流路の開度を調整して、酸素を含む処理ガスの供給量と真空排気配管１６からの排気の量とのバランスにより、処理室１および石英チャンバー１２の内部の放電領域３の圧力が所定の許容範囲内の値に調節される。この状態で、時刻ｔ７において、制御部４０からの指令信号に応じて高周波電源２０からの高周波電力がＩＣＰコイル３４に供給され（３１２の状態）、石英チャンバー１２内部の放電領域３に酸素を含む処理ガスを用いたプラズマ１０が生成される。
本実施例では、時刻ｔ７に高周波電源２０から出力される高周波電力の大きさは時刻ｔ２の出力と同じＷ２にされているが、処理の条件に応じて異なる値にしても良い。さらに、本例ではプラズマ１０が生成されている間もウエハ２の温度を生成前と同等のＴ１＝−５℃に保つため、ＩＲランプ６２を動作させる電力は供給されていない。
この状態で、Ｏ２ガス及びＡｒガスの粒子の少なくとも一部がプラズマ１０にて励起、解離あるいは電離化され、イオン等荷電粒子または活性種等の反応性粒子が形成される。さらに、放電領域３において形成された中性のガスおよび活性種等の反応性粒子はスリット板７８に形成されたスリットまたは貫通孔を通過して処理室１に導入されてウエハ２表面に供給される。酸素のラジカルを含む反応性粒子はウエハ２のフルオロカーボン層の材料と相互作用を生起して揮発性を有した反応生成物が生成され、反応生成物は揮発してウエハ２の表面から脱離することで当該表面から除去されることで、図６のステップＳ６０６に示したフルオロカーボン層のエッチング処理が進行する。
本例では、放電領域３内のプラズマ１０中に生成されるイオンは、スリット板７８がガスの流路７５内に配置されていることにより、処理室１内への移動が妨げられウエハ２の表面に殆ど入射しない。このため、フルオロカーボン層を除きプラズマ１０で生成されたイオンとウエハ２上の膜構造との相互作用が低減され下地として残るタングステン膜のエッチングの進行が抑制される。
一方、フルオロカーボン層が除去される量は、酸素ラジカルを含む反応性粒子とこれらの層の表面の材料との間の相互作用の時間および相互作用が生じているウエハ２の表面の温度に依存し、この時間が長いほど大きくなる。本実施例では、相互作用が生じている時間は放電領域３内にプラズマが形成されている時間と同じかこれと見做せる程度に近似した同等の時間となる。
発明者らの検討によれば、本変形例のウエハ２の温度を含む処理の条件の下では、当該時間が１０秒を経過すると、図６のステップＳ６０２に対応する時刻ｔ２からｔ３の間の処理の工程で形成されたフルオロカーボン層のほぼ全ては反応生成物に変化して膜構造の表面から脱離して除去される。なお、この除去はフルオロカーボン層がなくなると終了するので、時刻ｔ７からのステップＳ６０６の工程は自己飽和的であると言える。すなわち、時刻ｔ７に高周波電源２０からＩＣＰコイル３４への高周波電力の供給が開始されて１０秒またはこれ以降の時刻ｔ８までの間にフルオロカーボン層のエッチングが自己飽和的に終了する。
時刻ｔ８において、制御部４０からの指令信号に応じて、高周波電源２０からＩＣＰコイル３４への高周波電力の出力が停止されると共に放電領域３へのＯ２ガスを含む処理ガスの供給が停止されて放電部３内部のプラズマ１０の形成が停止される。さらに、制御部４０からの指令信号に応じて、処理室１内のガスは調圧手段１４で開度が調節された真空排気配管１６および排気手段１５を介して処理室１外部に排気される。
また、ウエハ２裏面とステージ４上面との間の隙間へのＨｅガスの供給が停止されると共に、ＤＣ電源３１から静電吸着電極３０に供給されていた直流電力が停止されてウエハ２の静電吸着力が解除または低減され、バルブ５２が開かれて隙間内のＨｅガスが外部に排出され隙間内の圧力が処理室１内の値と同じかこれと見做せる程度に近似した同等のものにされる。以上の工程は、図６のステップＳ６０７に対応する。
さらに、時刻ｔ９において、制御部４０からの指令信号に応じて、ＩＲランプ用電源６４からＩＲランプ６２に電力が出力Ｐ１で供給されＩＲランプ６２から赤外線が処理室１内のウエハ２に放射される。ＩＲランプ６２から放射されたＩＲ光はＩＲ光透過窓７４を透過してウエハ２に照射されウエハ２が加熱されての温度が上昇する。本例では、時刻ｔ９から所定の時間（本例では２５秒）後にウエハ２の温度はＴ３＝１５０℃またはこれ以上の値に到達する。
当該所定の時間経過後の時刻ｔ１０に、制御部４０からの指令信号に応じて、ＩＲランプ用電源６４からの電力の出力が停止されＩＲランプ６２からのＩＲ光の照射が停止される。ウエハ２の温度が−５℃から１５０℃以上に昇温することで、中間層の材料が分解され、ＷＦｘやＷＯｘＦｙなどの揮発性を有した物質が生成される。本例では、時刻ｔ９からｔ１０の間のウエハ２の加熱の間に、ほぼ全てのタングステン膜上に形成された中間層はこれらの物質に変化してウエハ２のタングステン膜の表面から揮発または脱離してタングステン膜上から除去される。つまり、中間層の加熱による除去は自己飽和的に停止する特性を有している。
なお、この加熱工程に際しては、ウエハ２の温度が１５０℃以上に到達したのち、ＩＲランプ６２の放射を停止させたが、制御部４０によりＩＲランプ用電源６４の出力を一旦大きくした後に低減させ、所定の時間だけウエハ２の温度が一定となるようにしても良い。また、リフトピンなどを用いてウエハ２をウエハステージ４の上面上方で離間させてＩＲ光により加熱しても良い。また、この場合はＩＲランプ６２から放射されウエハ２を透過しステージ４内部のファイバー９２−２に到達したＩＲ光を用いて、ウエハ２の温度を測定しても良い。また、ウエハの面内の径方向の温度分布に基づき、ＩＲランプ６２−１、６２−２、６２−３の電力の大きさ又はこれらの比率を制御すると良い。
次に、時刻ｔ１０において、制御部４０からの指令信号に応じて、マスフローコントローラ５０−１及びマスフローコントローラ５０−２の動作により流量が調節されたＡｒガス及びＨｅガスの各々が処理室１の内部及びウエハ２裏面とステージ４との間の隙間に供給される。Ｈｅガスが供給されることにより、ウエハ２とステージ４との間の熱伝達が促進され、ウエハ２の温度は温度Ｔ３からＴ１＝−５℃まで冷却される。なお、本例では、当該冷却に要した時間は３０秒であった。以上の工程が、図６のＳ６０８に対応する。
さらに、時刻ｔ１０以降の時刻ｔ１１で、図６において説明の通り、ウエハ２上のタングステン膜のエッチング量あるいは残り膜厚さが所望の値に到達したか判定され（ステップＳ６０９に対応）、判定結果に応じて次のサイクルの開始またはウエハ２の処理の終了の工程が行われる。
以上のように、Ｃ４Ｆ８およびＡｒガスを含む処理ガスを用いたプラズマ１０を形成してウエハ２上面にフルオロカーボン層を形成する工程、ＩＲランプ６２を用いてウエハ２を加熱して中間層を形成する工程、Ｏ２及びＡｒガスを含む処理ガスを用いたプラズマを形成してフルオロカーボン層を除去する工程、ＩＲランプ６２を用いてウエハ２を加熱して中感想を除去する工程から構成されたステップＳ６０１乃至Ｓ６０９を含む１つのサイクルのエッチング処理が終了した。本例における１サイクル当たりのタングステン膜のエッチング量は２ｎｍ／サイクルであった。例えば、２０ｎｍのエッチング量が必要な場合は、上記の１つのサイクルを１０回繰り返して所期のエッチング量を得たことを制御部４０が検出してウエハ２のタングステン膜のエッチング処理が終了した。
図８は，上記実施例および変形例に係るウエハの処理中におけるタングステンを含む膜を含む膜構造の変化の概略を模式的に示す縦断面図である。本図に示す膜構造は、図９に示したものと同一である。また同様に、膜構造は下地膜９１１上に配置された多結晶シリコン膜９０１に形成された溝内にタングステン膜９０２及び二酸化シリコン膜９０３が交互に積層された積層膜を上下に貫通して形成された高アスペクト比の溝９１１の内側壁の表面において，二酸化シリコン膜９０３に対しタングステン膜９０２のみが横方向に選択的にエッチングされる工程を示している。
図８（ａ）は、エッチング処理が開始される前の膜構造の状態を示している。図８（ｂ）は、図２に示す実施例のステップＳ２０２または図６に示す変形例のステップＳ６０２乃至Ｓ６０４が実施された状態の膜構造を、図８（ｃ）は、図２に示すステップＳ２０５または図６に示すステップＳ６０６乃至Ｓ６０８が実施された状態の膜構造を示している。図８（ｄ）は、図２または図６に示す工程の１サイクルが複数回実施された状態の膜構造を示している。
図８（ｃ）に示すように、上記実施例及び変形例では、タングステン膜９０２の表面に形成される中間層４０５の形成される量（特に厚さ）に自己飽和性を有する特性のため、フルオロカーボン層形成と中間層形成さらにフルオロカーボン層除去と中間層除去を組合せた１サイクルを終了した時点におけるエッチング量は、溝９１１の深さ方向の複数のタングステン膜９０２でバラつきが抑制されて、より均一に近づけられている。このため、図８（ｄ）に示す上記サイクルを複数回繰り返した後のエッチング量の溝９１１の深さ方向のバラつきも抑制され、より均一に近づけられたエッチング量の分布を得ることができる。なお、変形例においては、１サイクル当たりのエッチング量は、求められる加工寸法に応じて、フルオロカーボン層４０４を形成した後に行うＩＲランプ６２を用いたウエハ２を加熱する工程の時間の長さを増減することで適宜調節できる。
図１０は、図６に示す実施例に係るウエハの処理中におけるフルオロカーボン層を形成させる処理の時間の長さに対する１サイクル当たりエッチング量の変化を示すグラフである。パラメータとしてフルオロカーボン層を形成する工程の後に実施するＩＲランプ６２を用いたウエハ２を加熱する時間を用いて、当該加熱する時間ごとにフルオロカーボン層を形成させる処理の時間の変化に対するエッチング量の変化が実戦で示されている。
本図に示す通り、フルオロカーボン層を形成させる処理の時間の長さが小さい場合には当該時間の長さが増大するに伴って１サイクル当たりのエッチング量は増大するものの、当該処理の時間の長さをさらに大きくするとエッチング量は漸減して特定の値に漸近する自己飽和性を持つことが判る。また、ＩＲランプ６２によるウエハ２を加熱する時間、すなわち加熱の量または温度の変化を増大させると、１サイクル当たりのエッチング量が増大することが判る。本図に示す結果から、１サイクル当たりのエッチング量はウエハ２を加熱する時間の増減により調節できることが判る。
また、上記の変形例では、フルオロカーボン層を形成するための処理ガスとしてＣ４Ｆ８及びＡｒガスを含むものを用いたが、ＣＨ２Ｆ２あるいはＣＨ３ＦとＡｒとを含むもの等、他のフッ素を含んだ有機ガスを用いることも可能である。なお、本発明は、上記の例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記実施例で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えても良い。
例えば上記変形例では、フルオロカーボン層の形成の後に、ＩＲランプ６２によるウエハ２の加熱を行ったが、フルオロカーボン層の形成とＩＲランプ６２による加熱を同時に行っても良い。また、上記の例では、フルオロカーボン層を除去する工程の後にＩＲランプ６２によるウエハ２を加熱して中間層の除去を行ったが、フルオロカーボン層の除去とＩＲランプ６２のウエハ２の加熱による中間層の除去とを同時に行っても良い。
また、上記図１のプラズマ処理装置１００においては、ＩＲランプ６２を放電領域３を囲む石英チャンバー１２の外周の処理室１上方の真空容器外部に配置したが、石英チャンバー１２または真空容器の内部に配置しても良い。また、上記した例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
１・・・処理室、
２・・・ウエハ、
３・・・放電領域、
４・・・ステージ、
５・・・シャワープレート、
６・・・天板、
１０・・・プラズマ、
１１・・・ベースチャンバー、
１２・・・石英チャンバー、
１４・・・調圧手段、
１５・・・排気手段、
１６・・・真空排気配管、
１７・・・ガス分散板、
２０・・・高周波電源、
２２・・・整合器、
２５・・・高周波カットフィルタ、
３０・・・静電吸着用電極、
３１・・・ＤＣ電源、
３４・・・ＩＣＰコイル、
３８・・・チラー、
３９・・・冷媒の流路、
４０・・・制御部、
４１・・・演算部、
５０・・・マスフローコントローラ、
５１・・・マスフローコントローラ制御部、
５２，５３，５４・・・バルブ、
６０・・・容器、
６２・・・ＩＲランプ、
６３・・・反射板、
６４・・・ＩＲランプ用電源、
７０・・・熱電対、
７１・・・熱電対温度計、
７４・・・光透過窓、
７５・・・ガスの流路、
７８・・・スリット板、
８１・・・Ｏリング、
９２・・・光ファイバー、
９３・・・外部ＩＲ光源、
９４・・・光路スイッチ、
９５・・・光分配器、
９６・・・分光器、
９７・・・検出器、
９８・・・光マルチプレクサー、
１００・・・プラズマ処理装置、
２００・・・ガス供給流量、
２１０・・・放電電力、
２２０・・・ＩＲランプ電力、
２３０・・・静電吸着および裏面Ｈｅ圧、
２４０・・・ウエハ温度、
４０１・・・シリコン基板、
４０２・・・タングステン膜、
４０３・・・活性種、
４０４・・・フルオロカーボン層、
４０５・・・中間層、
４０６・・・反応生成物。

Claims (5)

  1. 処理室内に処理対象のウエハを配置し、前記処理室内にフッ素を含む有機性ガスのプラズマを供給し、前記ウエハ上面に予め形成されたタングステンを含む処理対象の膜層の上面にフルオロカーボン層を堆積させると共に当該フルオロカーボン層と前記処理対象の膜層との間に前記処理対象の膜層のタングステン及びフッ素を含み自己飽和性を有した中間層を形成する第１の処理工程と、酸素を含むガスを用いて前記処理室内に形成されたプラズマ中の粒子を前記処理対象の膜層の上面に供給して前記フルオロカーボン層及び前記中間層を除去する第２工程とを備えたプラズマ処理方法。
  2. 請求項１に記載のプラズマ処理方法であって、
    前記第１の工程が前記フルオロカーボン層を堆積させた後に前記ウエハの上面を加熱して前記自己飽和性を有した中間層を形成する工程を含み、前記第２の工程が前記酸素を含むガスを用いたプラズマ中の粒子を供給して前記フルオロカーボン層を除去した後に前記ウエハを加熱して前記中間層を除去する工程とを含むプラズマ処理方法。
  3. 請求項２に記載のプラズマ処理方法であって、
    前記第１の工程または第２の工程において赤外線を前記ウエハ上面に照射して当該ウエハを加熱するプラズマ処理方法。
  4. 請求項２または３に記載のプラズマ処理方法であって、
    前記第２の工程において前記フルオロカーボン層を除去する工程及び前記ウエハを加熱して前記中間層を除去する工程を含む複数の工程を１つのサイクルとして複数回当該サイクルを繰り返すプラズマ処理方法。
  5. タングステン膜をエッチングするエッチング装置において、処理室と、前記処理室内に設けられ、表面の少なくとも一部にタングステン膜を有する被処理体と、前記被処理体を戴置するステージと、前記被処理体を冷却するための冷却手段と、前記処理室にフッ素を含む有機ガスのプラズマおよび酸素ガスのプラズマを供給するためのプラズマ源と、前記処理室を減圧するための真空ポンプと、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、を有することを特徴とするエッチング装置。
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