WO2022196369A1 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

基板処理方法および基板処理装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2022196369A1
WO2022196369A1 PCT/JP2022/009066 JP2022009066W WO2022196369A1 WO 2022196369 A1 WO2022196369 A1 WO 2022196369A1 JP 2022009066 W JP2022009066 W JP 2022009066W WO 2022196369 A1 WO2022196369 A1 WO 2022196369A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plasma
substrate processing
etched
film
frequency power
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/009066
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
▲徳▼榮 ▲黄▼
秀平 小川
セドリック トーマス
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東京エレクトロン株式会社 filed Critical 東京エレクトロン株式会社
Priority to KR1020237034102A priority Critical patent/KR20230156092A/ko
Priority to CN202280019970.9A priority patent/CN116997996A/zh
Publication of WO2022196369A1 publication Critical patent/WO2022196369A1/ja
Priority to US18/368,028 priority patent/US20230420225A1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32091—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/308—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching using masks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31144—Etching the insulating layers by chemical or physical means using masks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32139—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer using masks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching

Definitions

  • the present disclosure relates to a substrate processing method and a substrate processing apparatus.
  • the present disclosure provides a substrate processing method and a substrate processing apparatus capable of performing etching at a higher speed than the gas switching method and capable of improving both the selectivity and the rectangular shape.
  • a substrate processing method is a substrate processing method in a substrate processing apparatus, comprising: a) a processing container in which a mounting table for mounting an object to be processed having a film to be etched is mounted; and b) plasma-treating an object to be processed with a first plasma of the process gas generated under a first plasma generation condition. and c) the object to be processed is heated by the second plasma of the process gas generated under the second plasma generation conditions under the first plasma generation conditions, in which the high-frequency power condition and the processing time are different and the other conditions are the same. and d) repeating b) and c).
  • etching can be performed at a higher speed than the gas switching method and at the same time improving the selectivity and improving the rectangular shape.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the high-frequency power application pattern and etching in this embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the application pattern of high-frequency power and etching in ALE.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between high-frequency power and dissociation cross-sectional area.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of the state of the wafer in phase 1.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing an example of the state of the wafer in phase 2.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of etching processing in this embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the shape at the bottom.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of experimental results regarding the relationship between high-frequency power and silicon recesses and shapes.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • the plasma processing apparatus 100 has a main body 10 and a controller 20 .
  • the plasma processing apparatus 100 according to the present embodiment applies an inductively coupled plasma (ICP) to a film to be etched formed on a semiconductor wafer (hereinafter also referred to as a wafer) W, which is an example of an object to be processed. Etching is performed using
  • the semiconductor wafer W is formed with, for example, a film to be etched and a mask on the film to be etched.
  • ICP inductively coupled plasma
  • the main body 10 has a substantially cylindrical airtight chamber 101 whose inner wall surface is made of anodized aluminum, for example. Chamber 101 is grounded.
  • the chamber 101 is vertically partitioned by an upper ceiling plate 102 .
  • An antenna chamber 103 in which an antenna 113 is accommodated is provided on the upper surface side of the upper top plate 102 .
  • the lower surface side of the upper ceiling plate 102 is a processing chamber 104 in which plasma is generated.
  • the upper ceiling plate 102 is made of quartz and constitutes the ceiling wall of the processing chamber 104 .
  • the upper top plate 102 may be made of ceramics such as Al2O3.
  • a side wall 104 a of the processing chamber 104 is provided with a gas supply pipe 124 , one end of which communicates with the space S in the processing chamber 104 and the other end of which communicates with the gas supply mechanism 120 .
  • the gas supplied from the gas supply mechanism 120 is supplied into the space S via the gas supply pipe 124 .
  • the gas supply mechanism 120 has gas supply sources 121a to 121c, MFCs (Mass Flow Controllers) 122a to 122c, and valves 123a to 123c.
  • the gas supply mechanism 120 is an example of a gas supply section.
  • the MFC 122a is connected to a gas supply source 121a that supplies oxygen-containing gas, and controls the flow rate of the oxygen-containing gas supplied from the gas supply source 121a.
  • the gas supply source 121a supplies O2 gas, for example.
  • the valve 123a controls the supply and stop of supply of the oxygen-containing gas whose flow rate is controlled by the MFC 122a to the gas supply pipe 124 .
  • the MFC 122b is connected to a gas supply source 121b that supplies a halogen-containing gas, and controls the flow rate of the halogen-containing gas supplied from the gas supply source 121b.
  • the gas supply source 121b supplies, for example, Cl2 gas, HCl gas, HBr gas, or HI gas as halogen-containing gas other than fluorine.
  • the valve 123b controls the supply and stop of supply of the halogen-containing gas, the flow rate of which is controlled by the MFC 122b, to the gas supply pipe 124.
  • the MFC 122c is connected to a gas supply source 121c that supplies rare gas, and controls the flow rate of the rare gas supplied from the gas supply source 121c.
  • the gas supply source 121c supplies Ar gas, for example.
  • the valve 123c controls supply and stop of supply of the rare gas whose flow rate is controlled by the MFC 122c to the gas supply pipe 124 .
  • the antenna 113 is arranged in the antenna room 103 .
  • the antenna 113 has an antenna wire 113a made of highly conductive metal such as copper or aluminum.
  • the antenna wire 113a is formed in an arbitrary shape such as a ring shape or a spiral shape.
  • the antenna 113 is separated from the upper top plate 102 by a spacer 117 made of an insulating material.
  • One end of a power feeding member 116 extending upward from the antenna room 103 is connected to a terminal 118 of the antenna wire 113a.
  • One end of a power supply line 119 is connected to the other end of the power supply member 116 , and a high frequency power supply 115 is connected to the other end of the power supply line 119 via a matching box 114 .
  • High-frequency power supply 115 supplies high-frequency power with a frequency of 10 MHz or higher (for example, 27 MHz) to antenna 113 via matching box 114 , feeder line 119 , feeder member 116 , and terminal 118 .
  • an induced electric field is formed in the space S in the processing chamber 104 below the antenna 113, the induced electric field converts the gas supplied from the gas supply pipe 124 into plasma, and an inductively coupled plasma is generated in the space S. is generated.
  • Antenna 113 is an example of a plasma generator.
  • the high-frequency power supplied from the high-frequency power supply 115 may be referred to as second high-frequency power, source, or Source.
  • the bottom wall of the processing chamber 104 is provided with a disc-shaped susceptor 126 made of a conductive material such as aluminum, on which a wafer W to be processed is placed.
  • the susceptor 126 also functions as an electrode for attracting (biasing) ions in the generated plasma.
  • the susceptor 126 is supported by a cylindrical susceptor support 127 made of an insulating material.
  • a high-frequency power source 128 for biasing is connected to the susceptor 126 via a feed rod 130 and a matching device 129 .
  • the susceptor 126 is supplied with high-frequency power having a frequency of 10 MHz or higher (for example, 13 MHz) from a high-frequency power supply 128 .
  • the high frequency power supplied from the high frequency power supply 128 may be referred to as first high frequency power, bias or bias.
  • the high-frequency power supply 128 acts for plasma excitation, and plasma may be generated in the space S.
  • the plasma at this time is capacitively coupled plasma (CCP).
  • An electrostatic chuck 131 is provided on the upper surface of the susceptor 126 to hold the wafer W by electrostatic adsorption force. is provided. Edge ring 132 is sometimes called a focus ring.
  • a channel 133 is formed for flowing a coolant such as cooling water.
  • the flow path 133 is connected to a chiller unit (not shown) via a pipe 134 , and temperature-controlled refrigerant is supplied from the chiller unit to the flow path 133 via the pipe 134 .
  • a gas supply pipe 135 for supplying a heat transfer gas such as He gas is provided between the electrostatic chuck 131 and the wafer W inside the susceptor 126 .
  • the gas supply pipe 135 passes through the electrostatic chuck 131 , and the space inside the gas supply pipe 135 communicates with the space between the electrostatic chuck 131 and the wafer W.
  • the susceptor 126 is provided with a plurality of elevating pins (not shown) for transferring the wafer W so as to protrude from the upper surface of the electrostatic chuck 131 .
  • a side wall 104a of the processing chamber 104 is provided with a loading/unloading port 140 for loading the wafer W into the processing chamber 104 and unloading the wafer W from the processing chamber 104.
  • the loading/unloading port 140 is opened and closed by a gate valve G. It is possible. By controlling the gate valve G to be open, the wafer W can be loaded and unloaded through the loading/unloading port 140 .
  • an annular baffle plate 141 having a large number of through holes is provided.
  • An exhaust port 142 is formed in the bottom wall of the processing chamber 104 , and an exhaust mechanism 143 is provided in the exhaust port 142 .
  • the exhaust mechanism 143 includes an exhaust pipe 144 connected to the exhaust port 142, an APC (Auto Pressure Controller) valve 145 that controls the pressure inside the processing chamber 104 by adjusting the opening degree of the exhaust pipe 144, and the exhaust pipe 144. and a vacuum pump 146 for evacuating the inside of the processing chamber 104 through.
  • the inside of the processing chamber 104 is evacuated by the vacuum pump 146, and the inside of the processing chamber 104 is maintained at a predetermined degree of vacuum by adjusting the degree of opening of the APC valve 145 during the plasma etching process.
  • the control unit 20 has memories such as ROM (Read Only Memory) and RAM (Random Access Memory) and processors such as CPU (Central Processing Unit).
  • the processor within the control unit 20 controls each unit of the main body 10 by reading and executing a program stored in the memory within the control unit 20 . Specific processing performed by the control unit 20 will be described later.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the high-frequency power application pattern and etching in this embodiment.
  • FIG. 2 shows an application pattern 200, schematic diagrams 201 corresponding to phases 1 to 3 of the application pattern 200, and a graph 202 of the etching amount.
  • a silicon film is used as the film 203 to be etched on the wafer W, and a silicon nitride film is used as the mask 204 .
  • a mixed gas of Cl2, O2 and Ar at a predetermined flow rate is used as the process gas.
  • the application pattern 200 is a pattern that changes the output of the first high-frequency power (Bias) and the second high-frequency power (Source) in each of phases 1 to 3.
  • Phases 1 to 3 are represented as Phases I to III.
  • Phase 1 for example, Bias is 30 W, Source is 100 W, and first plasma is generated.
  • Phase 2 for example, Bias is 300 W, Source is 300 W, and the second plasma is generated.
  • Phase 3 for example, Bias and Source are set to 0 W and plasma generation is stopped.
  • the film to be etched 203 silicon film
  • the unit cycle of the application pattern 200 is on the order of ⁇ s to ms.
  • Phase 1 is a phase in which the surface of the film 203 to be etched is modified by adsorbing Cl ions and radicals (active species) with the first plasma.
  • Phase 1 as shown in a schematic diagram 201 , a modified region 205 is formed on the surface of the film 203 to be etched in the opening of the mask 204 to which Cl ions and radicals are adsorbed.
  • Phase 2 is a phase in which the modified region 205 formed on the surface of the film to be etched 203 is etched by the second plasma.
  • the modified region 205 is etched to produce a reaction product (by-product) 206.
  • the reaction product 206 is, for example, SiOCl or the like.
  • Phase 3 is the phase in which the plasma generation is stopped and the reaction products 206 generated in phase 2 are exhausted.
  • reaction products 206 are separated from the film to be etched 203 and are evacuated. Note that part of the reaction product 206 adheres to the film to be etched 203 and the sidewalls of the concave portions of the mask 204 as deposits.
  • a graph 202 shows the amount of etching in phases 1-3.
  • phase 1 since the first high-frequency power (Bias) of 30 W is applied, etching is performed slightly by Cl ions and radicals.
  • Phase 2 the first high-frequency power (Bias) is increased to 300 W, so ions and radicals of Cl and O are attracted to the wafer W side, and etching of the modified region 205 progresses.
  • timing 207 the entire modified region 205 is etched, and thereafter the film to be etched 203 is directly etched, so the slope of the etching amount becomes gentle.
  • Phase 3 plasma generation is stopped, so etching does not proceed.
  • the film to be etched 203 is etched by repeating the application pattern 200 .
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the high-frequency power application pattern and etching in ALE.
  • FIG. 3 shows an application pattern 210, schematic diagrams 211 corresponding to "steps 1 and 2" of the application pattern 210, and a graph 212 of the etching amount.
  • a silicon film is used as the etching target film 214 on the wafer 213, and a silicon nitride film is used as the mask 215 in the same manner as in FIG.
  • the process gas is switched between "Step 1" and "Step 2", and a mixed gas of Cl2 and O2 and Ar gas are used at predetermined flow rates, respectively.
  • the application pattern 210 is a pattern for performing ALE by supplying the second high-frequency power (Source) in “step 1” and supplying the first high-frequency power (Bias) in “step 2".
  • “Steps 1 and 2” are expressed as “Steps 1 and 2”.
  • step 1 for example, the output of Source is increased (High), Bias is set to 0 W, and plasma is generated for reforming the film 214 to be etched.
  • step 2 for example, the output of Bias is reduced (Low), the Source is set to 0 W, and plasma is generated for etching the modified region.
  • the film to be etched 214 (silicon film) can be etched to a desired depth.
  • the unit cycle of the application pattern 210 is on the order of several tens of seconds to several minutes because the process gas is switched in "steps 1 and 2". In other words, the etching process takes longer in ALE than in this embodiment.
  • Step 1 is a step of modifying the surface of the film 214 to be etched by adsorbing ions and radicals of Cl and O with plasma from the source.
  • step 1 as shown in a schematic diagram 211 , etchants 216 such as Cl and O ions and radicals are adsorbed on the surface of the film 214 to be etched in the openings of the mask 215 and on the side surfaces of the mask 215 .
  • the surface of the film to be etched 214 is modified by the etchant 216 .
  • Step 2 is a step of etching the etchant 216 adsorbed to the surface of the film 214 to be etched with Ar ions by plasma generated by Bias.
  • a graph 212 shows the etching amount in "steps 1 and 2".
  • step 1 since only the etchant 216 is adsorbed, etching is not performed.
  • step 2 Ar ions are drawn to the wafer W side, and etching of the film to be etched 214 progresses together with the adsorbed etchant 216 .
  • timing 217 when the adsorbed etchant 216 disappears, the etching stops.
  • the film to be etched 214 is etched by repeating the application pattern 210 .
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between high-frequency power and dissociation cross-sectional area.
  • a graph 220 shown in FIG. 4 shows the relationship between Source power and dissociation cross section for Cl2 gas and O2 gas. As shown in graph 220, when the Source is 100 W, that is, in Phase 1 of the application pattern 200, Cl2 gas dissociates into radicals Cl * , but O2 gas does not dissociate.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of the state of the wafer in phase 1.
  • radicals Cl * are drawn into the surface of the film 203 to be etched in the opening of the mask 204 on the wafer W by Bias.
  • Cl is combined with Si, the surface becomes halogen (Cl) terminated, and a mixed layer (modified layer) of SiCl is formed. That is, it becomes self-limited, and adhesion of substances other than halogen (Cl) is suppressed.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing an example of the state of the wafer in phase 2.
  • the reactions shown in FIGS. 6(a) to 6(c) are thought to occur simultaneously.
  • the bias causes radicals Cl * and O * to be drawn to the surface of the wafer W, but since the surface of the bottom surface 221 is terminated with Cl, O is suppressed, and oxidation of the surface of the bottom surface 221 is suppressed.
  • ions and radicals, which are etchants are drawn into the surface of the wafer W by the bias, the surface of the bottom surface 221 is etched, and SiCl is generated as a reaction product. .
  • the generated SiCl reacts with O * to become SiOCl, which adheres as a deposit 222 to the sidewalls of the concave portions of the mask 204 and the film 203 to be etched. Since the deposit 222 protects the side wall of the recess, it contributes to the improvement of selectivity and bowing.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of etching processing in this embodiment.
  • the control unit 20 opens the gate valve G of the loading/unloading port 140, the wafer W having the mask 204 formed on the film to be etched 203 is loaded into the processing chamber 104, and the susceptor 126 is placed on an electrostatic chuck 131 .
  • the wafer W is held by the electrostatic chuck 131 by applying a DC voltage to the electrostatic chuck 131 .
  • the control unit 20 closes the gate valve G and controls the exhaust mechanism 143 to exhaust the gas from the space S so that the atmosphere of the space S reaches a predetermined degree of vacuum.
  • the control unit 20 controls the temperature control module (not shown) to adjust the temperature of the wafer W to a predetermined temperature (step S1).
  • control unit 20 starts supplying the process gas (step S2).
  • the control unit 20 supplies a mixed gas of Cl 2 , O 2 and Ar to the processing chamber 104 through the gas supply pipe 124 as a process gas containing a halogen-containing gas other than fluorine, an oxygen-containing gas and a rare gas.
  • the supplied mixed gas fills the space S in the processing chamber 104 .
  • the halogen-containing gas other than fluorine may be a compound such as HCl, HBr, or HI.
  • the process gas conditions are the same until the etching process is completed.
  • the control unit 20 controls the high frequency power supply 128 and the high frequency power supply 115 to supply the first high frequency power for bias (bias) to the susceptor 126 and the second high frequency power for plasma excitation (source) to the antenna. 113.
  • the induced electric field formed in the space S generates plasma of the mixed gas. That is, in the space S, the surface of the film to be etched 203 is modified by supplying radicals of halogen (Cl) generated by the first plasma generated under the first plasma generation conditions to the surface of the film to be etched 203 . questioned. That is, the controller 20 plasma-processes the wafer W with the first plasma of the process gas generated under the first plasma generation conditions (step S3). The wafer W is exposed to the first plasma, and mainly the bottom surface 221 of the concave portion of the film to be etched 203 is modified.
  • the control unit 20 controls the high frequency power supply 128 and the high frequency power supply 115 to supply the first high frequency power for bias (bias) to the susceptor 126 and the second high frequency power for plasma excitation (source) to the antenna. 113.
  • the induced electric field formed in the space S generates plasma of the mixed gas. That is, in the space S, the etchant generated by the second plasma generated under the second plasma generation conditions, which are the same except for the high-frequency power conditions and the processing time of the first plasma generation conditions, is the same. , the film to be etched 203 is etched.
  • the control unit 20 controls the second plasma of the process gas generated under the second plasma generation conditions, which are different from the first plasma generation conditions in terms of high-frequency power and the processing time, but are otherwise the same.
  • the wafer W is plasma-processed (step S4).
  • the wafer W is exposed to the second plasma, and etchant ions and radicals are drawn toward the wafer W due to the bias potential, and etching of the film 203 not masked by the mask 204 progresses.
  • the time during which etching is performed by the second plasma in step S4 is such that the modified region 205 modified in step S3 is completely etched and the film to be etched 203 is also slightly etched.
  • the control unit 20 determines whether or not a predetermined shape has been obtained through steps S3 and S4 (step S5). When determining that the predetermined shape is not obtained (step S5: No), the control unit 20 returns the process to step S3. On the other hand, when the controller 20 determines that the predetermined shape has been obtained (step S5: Yes), the process ends. Note that the control unit 20 stops the supply of the first high-frequency power and the second high-frequency power corresponding to the phase 3 of the application pattern 200 between steps S4 and S5 to generate plasma for a predetermined time. A step of stopping may be included.
  • the control unit 20 stops the supply of the process gas. Further, the control unit 20 applies a DC voltage having the opposite polarity to the electrostatic chuck 131 to remove the static electricity, and the wafer W is peeled off from the electrostatic chuck 131 .
  • the controller 20 opens the gate valve G. The wafer W is unloaded from the space S of the processing chamber 104 through the loading/unloading port 140 .
  • the plasma processing apparatus 100 can perform etching at a higher speed than the gas switching method and at the same time improving the selectivity and improving the rectangular shape.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the shape at the bottom.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of experimental results regarding the relationship between high-frequency power and silicon recesses and shapes.
  • a shape 230 is formed between the bottom surface 221 of the film to be etched 203 and the sidewall of the recess. It is assumed that the lower the height 231 of the shape 230 is, the more rectangular the concave portion of the film to be etched 203 is.
  • FIG. 9 shows the etching amount (silicon recess) of the concave portion of the film to be etched 203 when the first high-frequency power (Bias) and the second high-frequency power (Source) in phase 1 of the applied pattern 200 are changed. ), and the effect on the height 231 of the shape 230 is summarized as a table 240.
  • Table 240 the upper row shows the case where the second high frequency power (Source) is changed, and the lower row shows the case where the first high frequency power (Bias) is changed.
  • the etching amount (silicon recess) of the concave portion of the film to be etched 203 is represented as "Si recess”
  • the height 231 of the shape 230 is represented as "Shape”.
  • the approximate straight line (y 0.0564x + 42.246) of the etching amount of the concave portion is 0.056, and the etching amount of the concave portion is about 40 to 60 nm, which does not change much. Therefore, it can be seen that the first high-frequency power (Bias) in Phase 1 has little effect on the etching amount of the concave portion.
  • the first plasma and the second plasma are inductively coupled plasma (ICP), but the present invention is not limited to this.
  • the first plasma and the second plasma may be capacitively coupled plasma (CCP).
  • the applied power of the high frequency power under the second plasma generation condition may be set higher than the applied power of the high frequency power under the first plasma generation condition.
  • the frequency of the high-frequency power the frequency of the high-frequency power under the second plasma generation condition may be higher than the frequency of the high-frequency power under the first plasma generation condition.
  • the high-frequency power condition and the processing time in the first plasma generation condition and the second plasma generation condition may be adjusted according to the depth of the etched film 203 to be etched.
  • the etching process is performed on the wafer W having the mask 204 formed on the film to be etched 203, but the present invention is not limited to this.
  • an etching process for etching silicon may be performed on a wafer formed with silicon (Si) surrounded by a silicon nitride film (SiN).
  • the film to be etched 203 is a silicon film, but it is not limited to this.
  • the film to be etched 203 may be a film containing at least silicon or germanium.
  • the film to be etched 203 may be a single-layer film of any one of silicon, germanium, and silicon-germanium, or a laminated film of two or more.
  • a silicon nitride film was used as the mask 204, but it is not limited to this.
  • the mask 204 may use silicon oxide (SiO2) or silicon nitride oxide (SiON) as a silicon compound.
  • the control unit 20 a processes a processing container (chamber 101, processing chamber) in which a mounting table (susceptor 126) for mounting an object to be processed (wafer W) having a film to be etched is placed. 104), supplying a process gas containing a halogen-containing gas other than fluorine and an oxygen-containing gas.
  • the control unit 20 performs b) the step of plasma-processing the object to be processed with the first plasma of the process gas generated under the first plasma generation conditions.
  • the control unit 20 c) uses the second plasma of the process gas generated under the second plasma generation conditions, which are different from the first plasma generation conditions and have different high-frequency power conditions and processing time, but the other conditions are the same, A step of plasma processing the object to be processed is performed.
  • the control unit 20 executes the process of repeating d) b) and c). As a result, it is possible to perform etching that is faster than the gas switching method and that can improve both the selectivity and the rectangular shape.
  • b) supplies halogen radicals generated by the first plasma to the surface of the film to be etched.
  • the film to be etched is etched with an etchant generated by the second plasma.
  • the second plasma generation condition is a condition in which a bias potential is generated on the object to be processed.
  • the film to be etched can be etched.
  • the amount of oxygen radicals generated by the first plasma in b) is less than the amount of oxygen radicals generated by the second plasma in c).
  • control unit 20 performs e) the step of not generating plasma.
  • d), b), c) and e) are repeated in the order of b), c) and e).
  • the produced reaction product can be discharged.
  • the conditions for the process gas introduced in e) are the same as the conditions for the process gas introduced in b) and c). As a result, it is possible to suppress a decrease in throughput due to switching of process gases.
  • the film to be etched is a film containing at least silicon or germanium. As a result, these films can be etched while improving both the selectivity and the rectangular shape.
  • the film to be etched is a single layer film of any one of silicon, germanium, and silicon germanium, or a laminated film of two or more. As a result, these films can be etched while improving both the selectivity and the rectangular shape.
  • the object to be processed further has a mask made of a silicon compound on the film to be etched. Also, the film to be etched is etched through the openings of the mask. As a result, it is possible to etch the film to be etched while improving both the selectivity and the rectangular shape according to the opening of the mask.
  • the object to be processed has the first region made of the film to be etched and the second region made of the silicon compound, and the first region is selectively etched.
  • the first region can be etched while improving both the selectivity and the rectangular shape.
  • the silicon compound is at least one of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride.
  • the first region can be etched while improving both the selectivity and the rectangular shape.
  • the high-frequency power conditions and processing times in the first plasma generation conditions and the second plasma generation conditions are adjusted according to the depth of the etched film to be etched. As a result, it is possible to control the extent of the protective film due to the reaction products (deposits).
  • the applied power of the high frequency power under the second plasma generation condition is higher than the power of the high frequency power applied under the first plasma generation condition.
  • the modification (adsorption) step and the etching step can be repeated.
  • the frequency of the high-frequency power under the second plasma generation condition is higher than the frequency of the high-frequency power under the first plasma generation condition.
  • the first plasma and the second plasma are inductively coupled plasma or capacitively coupled plasma.
  • the modification (adsorption) step and the etching step can be repeated.
  • an inductively coupled plasma is used as a plasma source, but the plasma source is not limited to this.
  • any plasma source may be used such as capacitively coupled plasma (CCP), microwave plasma and magnetron plasma as the plasma source.
  • a silicon film is used as the film to be etched, but the film is not limited to this.
  • various silicon-containing films such as silicon oxide films and silicon nitride films can be used as films to be etched, and the etching can be applied to etching using a silicon-containing film different from the film to be etched, which has a selective ratio with the film to be etched, as a mask. can be done.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

基板処理方法は、基板処理装置における基板処理方法であって、ａ）被エッチング膜を有する被処理体を載置する載置台が配置された処理容器に、フッ素を除くハロゲンを含有するガスと酸素を含有するガスとを含むプロセスガスを供給する工程と、ｂ）第１のプラズマ生成条件で生成したプロセスガスの第１のプラズマによって、被処理体をプラズマ処理する工程と、ｃ）第１のプラズマ生成条件のうち高周波電力の条件および処理時間が異なり、他の条件が同一である第２のプラズマ生成条件で生成したプロセスガスの第２のプラズマによって、被処理体をプラズマ処理する工程と、ｄ）ｂ）とｃ）とを繰り返す工程と、を有する。

Description

基板処理方法および基板処理装置
　本開示は、基板処理方法および基板処理装置に関する。
　近年、半導体の微細化が進むにつれて、ドライエッチングプロセスにおける穴部の形状について、制御性の向上が求められている。例えば、シリコンのエッチング加工において、Ｃｌ２ガスおよびＯ２ガスを含む混合ガスを用いることで、マイクロトレンチの発生を防止するとともに、形状の垂直加工性の向上やマスク選択比（以下、単に「選択比」ともいう。）の向上を図ることが提案されている（特許文献１）。また、被処理体へのダメージを低減しつつ、エッチング量の制御性に優れたＡＬＥ（Atomic　Layer　Etching）法を用いてエッチングを行うことが提案されている（特許文献２）。
特開２０１０－０８０８４６号公報 特開２０１３－２３５９１２号公報
　本開示は、ガス切り替え方式よりも高速かつ選択比および矩形形状の改善が両立可能なエッチングを行う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。
　本開示の一態様による基板処理方法は、基板処理装置における基板処理方法であって、ａ）被エッチング膜を有する被処理体を載置する載置台が配置された処理容器に、フッ素を除くハロゲンを含有するガスと酸素を含有するガスとを含むプロセスガスを供給する工程と、ｂ）第１のプラズマ生成条件で生成したプロセスガスの第１のプラズマによって、被処理体をプラズマ処理する工程と、ｃ）第１のプラズマ生成条件のうち高周波電力の条件および処理時間が異なり、他の条件が同一である第２のプラズマ生成条件で生成したプロセスガスの第２のプラズマによって、被処理体をプラズマ処理する工程と、ｄ）ｂ）とｃ）とを繰り返す工程と、を有する。
　本開示によれば、ガス切り替え方式よりも高速かつ選択比および矩形形状の改善が両立可能なエッチングを行うことができる。
図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す図である。 図２は、本実施形態における高周波電力の印加パターンとエッチングとの関係の一例を示す図である。 図３は、ＡＬＥにおける高周波電力の印加パターンとエッチングとの関係の一例を示す図である。 図４は、高周波電力と解離断面積との関係の一例を示す図である。 図５は、フェーズ１におけるウエハの状態の一例を模式的に示す図である。 図６は、フェーズ２におけるウエハの状態の一例を模式的に示す図である。 図７は、本実施形態におけるエッチング処理の一例を示すフローチャートである。 図８は、底部におけるシェイプの一例を示す図である。 図９は、高周波電力とシリコンのリセスおよびシェイプとの関係に関する実験結果の一例を示す図である。
　以下に、開示する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技術が限定されるものではない。
　マスクを通じたシリコン膜のエッチングでは、エッチング後の凹部において底部が矩形形状であり、かつ、マスクの残膜が多くなるような、垂直かつ高選択比なエッチングが求められる。しかしながら、底部の矩形形状と選択比とはトレードオフの関係にあり、上述のように、Ｃｌ２ガスにＯ２ガスを添加することによって選択比は向上するものの、底部がテーパ形状になりやすい。また、エッチング処理において、保護膜を堆積させるステップと、エッチングステップとを繰り返す場合、使用するプロセスガスを切り替えるので、処理容器内のプロセスガスの置換に時間を要する。このため、プロセス処理時間も長くなり、スループットが低下する。そこで、ガス切り替え方式よりも高速かつ選択比および矩形形状の改善が両立可能なエッチングを行うことが期待されている。
［プラズマ処理装置１００の構成］
　図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す図である。プラズマ処理装置１００は、本体１０および制御部２０を有する。本実施形態におけるプラズマ処理装置１００は、被処理体の一例である半導体ウエハ（以下、ウエハともいう。）Ｗ上に形成された被エッチング膜を、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively　Coupled　Plasma）を用いてエッチング処理する。本実施形態において、半導体ウエハＷには、例えば被エッチング膜と被エッチング膜上のマスクとが形成されている。
　本体１０は、例えば内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウムによって形成された略円筒形状の気密なチャンバ１０１を有する。チャンバ１０１は接地されている。チャンバ１０１は、上部天板１０２により上下に区画されている。上部天板１０２の上面側は、アンテナ１１３が収容されるアンテナ室１０３となっている。また、上部天板１０２の下面側は、プラズマが生成される処理室１０４となっている。本実施形態において、上部天板１０２は石英で形成されており、処理室１０４の天井壁を構成する。なお、上部天板１０２は、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックスで構成されてもよい。
　処理室１０４の側壁１０４ａには、一端が処理室１０４内の空間Ｓに連通し、他端がガス供給機構１２０に連通するガス供給管１２４が設けられている。ガス供給機構１２０から供給されたガスは、ガス供給管１２４を介して、空間Ｓ内に供給される。ガス供給機構１２０は、ガス供給源１２１ａ～１２１ｃ、ＭＦＣ（Mass　Flow　Controller）１２２ａ～１２２ｃ、およびバルブ１２３ａ～１２３ｃを有する。ガス供給機構１２０は、ガス供給部の一例である。
　ＭＦＣ１２２ａは、酸素含有ガスを供給するガス供給源１２１ａに接続され、ガス供給源１２１ａから供給される酸素含有ガスの流量を制御する。本実施形態において、ガス供給源１２１ａは、例えばＯ２ガスを供給する。バルブ１２３ａは、ＭＦＣ１２２ａによって流量が制御された酸素含有ガスのガス供給管１２４への供給および供給停止を制御する。
　ＭＦＣ１２２ｂは、ハロゲン含有ガスを供給するガス供給源１２１ｂに接続され、ガス供給源１２１ｂから供給されるハロゲン含有ガスの流量を制御する。本実施形態において、ガス供給源１２１ｂは、フッ素を除くハロゲン含有ガスとして、例えばＣｌ２ガス、ＨＣｌガス、ＨＢｒガス、または、ＨＩガス等を供給する。バルブ１２３ｂは、ＭＦＣ１２２ｂによって流量が制御されたハロゲン含有ガスのガス供給管１２４への供給および供給停止を制御する。
　ＭＦＣ１２２ｃは、希ガスを供給するガス供給源１２１ｃに接続され、ガス供給源１２１ｃから供給される希ガスの流量を制御する。本実施形態において、ガス供給源１２１ｃは、例えばＡｒガスを供給する。バルブ１２３ｃは、ＭＦＣ１２２ｃによって流量が制御された希ガスのガス供給管１２４への供給および供給停止を制御する。
　アンテナ室１０３内には、アンテナ１１３が配設されている。アンテナ１１３は、銅やアルミニウム等の導電性の高い金属により形成されたアンテナ線１１３ａを有する。アンテナ線１１３ａは、環状や渦巻状等の任意の形状に形成される。アンテナ１１３は絶縁部材で構成されたスペーサ１１７により上部天板１０２から離間している。
　アンテナ線１１３ａの端子１１８には、アンテナ室１０３の上方へ延びる給電部材１１６の一端が接続されている。給電部材１１６の他端には、給電線１１９の一端が接続されており、給電線１１９の他端には、整合器１１４を介して高周波電源１１５が接続されている。高周波電源１１５は、整合器１１４、給電線１１９、給電部材１１６、および端子１１８を介して、アンテナ１１３に、１０ＭＨｚ以上（例えば２７ＭＨｚ。）の周波数の高周波電力を供給する。これにより、アンテナ１１３の下方にある処理室１０４内の空間Ｓに誘導電界が形成され、この誘導電界により、ガス供給管１２４から供給されたガスがプラズマ化され、空間Ｓ内に誘導結合型プラズマが生成される。アンテナ１１３は、プラズマ生成部の一例である。なお、以下の説明では、高周波電源１１５から供給される高周波電力を、第２の高周波電力、ソースまたはＳｏｕｒｃｅと表す場合がある。
　処理室１０４の底壁には、アルミニウム等の導電性の材料で構成され、処理対象のウエハＷが載置される円板形状のサセプタ１２６が設けられている。サセプタ１２６は、生成されたプラズマ中のイオンの引き込み用（バイアス用）の電極としても機能する。サセプタ１２６は、絶縁体からなる円筒形状のサセプタ支持部１２７によって支持される。
　また、サセプタ１２６には、給電棒１３０および整合器１２９を介してバイアス用の高周波電源１２８が接続されている。サセプタ１２６には、高周波電源１２８から、１０ＭＨｚ以上（例えば１３ＭＨｚ。）の周波数の高周波電力が供給される。なお、以下の説明では、高周波電源１２８から供給される高周波電力を、第１の高周波電力、バイアスまたはＢｉａｓと表す場合がある。また、高周波電源１２８は、プラズマ励起用として作用し、空間Ｓ内にプラズマが生成される場合がある。この時のプラズマは、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively　Coupled　Plasma）である。
　サセプタ１２６の上面には、静電吸着力によりウエハＷを保持するための静電チャック１３１が設けられており、静電チャック１３１の外周側には、ウエハＷの周囲を囲むようにエッジリング１３２が設けられている。エッジリング１３２は、フォーカスリングと呼ばれることもある。
　また、サセプタ１２６の内部には、例えば冷却水等の冷媒を通流させるための流路１３３が形成されている。流路１３３は、配管１３４を介して不図示のチラーユニットと接続されており、当該チラーユニットから温度調節された冷媒が配管１３４を介して流路１３３内に供給される。
　サセプタ１２６の内部には、静電チャック１３１とウエハＷとの間に、例えばＨｅガス等の伝熱ガスを供給するためのガス供給管１３５が設けられている。ガス供給管１３５は、静電チャック１３１を貫通しており、ガス供給管１３５内の空間は、静電チャック１３１とウエハＷとの間の空間に連通している。さらに、サセプタ１２６には、ウエハＷの受け渡しを行うための複数の昇降ピン（図示せず）が静電チャック１３１の上面に対して突没可能に設けられている。
　処理室１０４の側壁１０４ａには、ウエハＷを処理室１０４内へ搬入し、ウエハＷを処理室１０４内から搬出するための搬入出口１４０が設けられており、搬入出口１４０はゲートバルブＧによって開閉可能となっている。ゲートバルブＧが開状態に制御されることにより、搬入出口１４０を介してウエハＷの搬入および搬出が可能となる。また、サセプタ支持部１２７の外側壁と処理室１０４の側壁１０４ａとの間には、多数の貫通孔が形成された環状のバッフル板１４１が設けられている。
　処理室１０４の底壁には排気口１４２が形成されており、排気口１４２には排気機構１４３が設けられている。排気機構１４３は、排気口１４２に接続された排気管１４４と、排気管１４４の開度を調整することにより処理室１０４内の圧力を制御するＡＰＣ（Auto　Pressure　Controller）バルブ１４５と、排気管１４４を介して処理室１０４内を排気するための真空ポンプ１４６とを有する。真空ポンプ１４６により処理室１０４内が排気され、プラズマによるエッチング処理中において、ＡＰＣバルブ１４５の開度が調整されることにより、処理室１０４内が所定の真空度に維持される。
　制御部２０は、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）やＲＡＭ（Random　Access　Memory）等のメモリおよびＣＰＵ（Central　Processing　Unit）等のプロセッサを有する。制御部２０内のプロセッサは、制御部２０内のメモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、本体１０の各部を制御する。制御部２０によって行われる具体的な処理については、後述する。
［高周波電力の印加パターン］
　ここで、図２および図３を用いて、本実施形態およびＡＬＥにおける高周波電力の印加パターンとエッチングとの関係について説明する。なお、図３に示すＡＬＥにおける高周波電力の印加パターンは、本実施形態の高周波電力の印加パターンと比較するためのものである。図２は、本実施形態における高周波電力の印加パターンとエッチングとの関係の一例を示す図である。図２では、印加パターン２００と、印加パターン２００のフェーズ１～３のそれぞれに対応する模式図２０１と、エッチング量のグラフ２０２とを示している。また、図２では、ウエハＷ上の被エッチング膜２０３としてシリコン膜、マスク２０４としてシリコン窒化膜を用いている。なお、図２では、プロセスガスは、所定流量のＣｌ２、Ｏ２およびＡｒの混合ガスを用いている。
　印加パターン２００は、第１の高周波電力（Ｂｉａｓ）と、第２の高周波電力（Ｓｏｕｒｃｅ）とについて、フェーズ１～３のそれぞれにおいて出力を変更するパターンである。なお、図２では、フェーズ１～３をＰｈａｓｅＩ～ＩＩＩと表している。フェーズ１は、例えば、Ｂｉａｓを３０Ｗ、Ｓｏｕｒｃｅを１００Ｗとし、第１のプラズマを生成する。フェーズ２は、例えば、Ｂｉａｓを３００Ｗ、Ｓｏｕｒｃｅを３００Ｗとし、第２のプラズマを生成する。フェーズ３は、例えば、ＢｉａｓおよびＳｏｕｒｃｅを０Ｗとし、プラズマの生成を停止する。印加パターン２００のフェーズ１～３を単位サイクルとして繰り返すことで、所望の深さまで被エッチング膜２０３（シリコン膜）をエッチングすることができる。なお、印加パターン２００の単位サイクルは、μｓ～ｍｓのオーダである。
　フェーズ１は、第１のプラズマにより、被エッチング膜２０３の表面に対してＣｌのイオンやラジカル（活性種）を吸着させて改質するフェーズである。フェーズ１では、模式図２０１に示すように、マスク２０４の開口部の被エッチング膜２０３の表面に、Ｃｌイオンやラジカルが吸着した改質領域２０５が形成される。フェーズ２は、第２のプラズマにより、被エッチング膜２０３の表面に形成された改質領域２０５をエッチングするフェーズである。フェーズ２では、模式図２０１に示すように、改質領域２０５がエッチングされ、反応生成物（バイプロダクト）２０６が生成される。反応生成物２０６は、例えば、ＳｉＯＣｌ等である。フェーズ３は、プラズマの生成が停止され、フェーズ２で生成された反応生成物２０６を排気するフェーズである。フェーズ３では、模式図２０１に示すように、反応生成物２０６が被エッチング膜２０３から離れて排気される。なお、反応生成物２０６の一部は、被エッチング膜２０３やマスク２０４の凹部の側壁にデポとして付着する。
　グラフ２０２は、フェーズ１～３におけるエッチング量を示す。フェーズ１では、第１の高周波電力（Ｂｉａｓ）が３０Ｗ印加されているので、Ｃｌイオンやラジカルによって若干エッチングされる。フェーズ２では、第１の高周波電力（Ｂｉａｓ）が３００Ｗへと大きくなるため、ＣｌとＯのイオンやラジカル等がウエハＷ側に引き込まれ、改質領域２０５のエッチングが進む。タイミング２０７において、改質領域２０５が全てエッチングされ、その後は被エッチング膜２０３が直接エッチングされるため、エッチング量の傾きが緩やかになる。フェーズ３では、プラズマの生成が停止されるため、エッチングは進まない。このように、本実施形態では、印加パターン２００を繰り返すことにより、被エッチング膜２０３のエッチングを行う。
　図３は、ＡＬＥにおける高周波電力の印加パターンとエッチングとの関係の一例を示す図である。図３では、印加パターン２１０と、印加パターン２１０の「ステップ１，２」のそれぞれに対応する模式図２１１と、エッチング量のグラフ２１２とを示している。また、図３では、図２と同様にウエハ２１３上の被エッチング膜２１４としてシリコン膜、マスク２１５としてシリコン窒化膜を用いている。なお、図３では、プロセスガスは、「ステップ１」と「ステップ２」とで切り替えており、それぞれ所定流量のＣｌ２およびＯ２の混合ガスとＡｒガスとを用いている。
　印加パターン２１０は、「ステップ１」において第２の高周波電力（Ｓｏｕｒｃｅ）を供給し、「ステップ２」において第１の高周波電力（Ｂｉａｓ）を供給することで、ＡＬＥを行うパターンである。なお、図３では、「ステップ１，２」を「Ｓｔｅｐ１，２」と表している。「ステップ１」は、例えば、Ｓｏｕｒｃｅの出力を大きく（Ｈｉｇｈ）、Ｂｉａｓを０Ｗとし、被エッチング膜２１４の改質を行うためのプラズマを生成する。「ステップ２」は、例えば、Ｂｉａｓの出力を小さく（Ｌｏｗ）、Ｓｏｕｒｃｅを０Ｗとし、改質領域をエッチングするためのプラズマを生成する。印加パターン２１０の「ステップ１，２」を単位サイクルとして繰り返すことで、所望の深さまで被エッチング膜２１４（シリコン膜）をエッチングすることができる。なお、印加パターン２１０の単位サイクルは、プロセスガスを「ステップ１，２」で切り替えるため、数十秒～数分のオーダである。つまり、本実施形態と比較して、ＡＬＥでは、エッチング処理の時間が長くなる。
　「ステップ１」は、Ｓｏｕｒｃｅによるプラズマにより、被エッチング膜２１４の表面に対してＣｌおよびＯのイオンやラジカルを吸着させて改質するステップである。「ステップ１」では、模式図２１１に示すように、マスク２１５の開口部の被エッチング膜２１４の表面、および、マスク２１５の側面に、ＣｌおよびＯのイオンやラジカル等のエッチャント２１６が吸着する。このとき、被エッチング膜２１４の表面は、エッチャント２１６により改質される。「ステップ２」は、Ｂｉａｓによるプラズマにより、被エッチング膜２１４の表面に吸着したエッチャント２１６を、Ａｒイオンでエッチングするステップである。
　グラフ２１２は、「ステップ１，２」におけるエッチング量を示す。「ステップ１」では、エッチャント２１６の吸着だけであるので、エッチングはされない。「ステップ２」では、ＡｒイオンがウエハＷ側に引き込まれ、吸着したエッチャント２１６とともに被エッチング膜２１４のエッチングが進む。タイミング２１７において、吸着したエッチャント２１６がなくなると、エッチングは進まなくなる。このように、ＡＬＥでは、印加パターン２１０を繰り返すことにより、被エッチング膜２１４のエッチングを行う。
［反応メカニズム］
　次に、図４から図６を用いて、本実施形態における印加パターン２００のフェーズ１，２における反応メカニズムを説明する。図４は、高周波電力と解離断面積との関係の一例を示す図である。図４に示すグラフ２２０は、Ｃｌ２ガスとＯ２ガスにおけるＳｏｕｒｃｅの電力と解離断面積との関係を示す。グラフ２２０に示すように、Ｓｏｕｒｃｅが１００Ｗの場合、つまり印加パターン２００のフェーズ１の場合、Ｃｌ２ガスは解離してラジカルＣｌ＊となるが、Ｏ２ガスは解離しない。一方、Ｓｏｕｒｃｅが３００Ｗの場合、つまり印加パターン２００のフェーズ２の場合、Ｃｌ２ガスとＯ２ガスとは、いずれも解離してラジカルＣｌ＊およびＯ＊となる。フェーズ２では、Ｃｌ２ガスが解離してＯ２ガスが解離しない場合、被エッチング膜２０３のシリコンと、マスク２０４のシリコン窒化膜とで選択比がとれない。一方、Ｏ２ガスが多く解離した場合、被エッチング膜２０３の凹部がテーパ形状となってしまう。そのため、フェーズ２では、ラジカルＯ＊の量が多くならないように調整している。また、印加パターン２００では、フェーズ１とフェーズ２とで高周波電力を変えることで、各フェーズにおけるラジカルＣｌ＊およびＯ＊の量を変え、改質とエッチングとを切り替えている。
　図５は、フェーズ１におけるウエハの状態の一例を模式的に示す図である。図５に示すように、フェーズ１では、ウエハＷ上のマスク２０４の開口部の被エッチング膜２０３の表面に、ラジカルＣｌ＊がＢｉａｓにより引き込まれる。このとき、被エッチング膜２０３に形成された凹部の底面２２１では、ＣｌがＳｉと結び付いて、表面がハロゲン（Ｃｌ）終端となり、ＳｉＣｌのミックスレイヤ（改質層）が形成される。つまり、セルフリミテッドとなり、ハロゲン（Ｃｌ）以外の付着を抑制する。
　図６は、フェーズ２におけるウエハの状態の一例を模式的に示す図である。フェーズ２では、図６（ａ）～（ｃ）に示す反応が同時に起きていると考えられる。図６（ａ）に示すように、フェーズ２では、ＢｉａｓによりラジカルＣｌ＊およびＯ＊がウエハＷの表面に引き込まれるが、底面２２１の表面はＣｌで終端されているので、底面２２１へのＯの付着を抑制し、底面２２１の表面の酸化が抑制される。また、図６（ｂ）に示すように、フェーズ２では、ＢｉａｓによりエッチャントであるイオンやラジカルがウエハＷの表面に引き込まれ、底面２２１の表面がエッチングされ、反応生成物としてＳｉＣｌが生成される。また、図６（ｃ）に示すように、フェーズ２では、生成されたＳｉＣｌがＯ＊と反応してＳｉＯＣｌとなり、マスク２０４や被エッチング膜２０３の凹部の側壁にデポ２２２として付着する。デポ２２２は、凹部の側壁を保護することから、選択比向上やボーイングの改善に寄与するとともに、凹部の底面２２１付近には付着しにくいため、凹部の底面２２１の矩形形状化にも寄与する。
［エッチング方法］
　次に、本実施形態に係るエッチング方法について説明する。図７は、本実施形態におけるエッチング処理の一例を示すフローチャートである。
　本実施形態に係るエッチング方法では、制御部２０は、搬入出口１４０のゲートバルブＧを開放し、処理室１０４内に、マスク２０４が被エッチング膜２０３上に形成されたウエハＷが搬入され、サセプタ１２６の静電チャック１３１に載置される。ウエハＷは、静電チャック１３１に直流電圧が印加されることで静電チャック１３１に保持される。制御部２０は、その後、ゲートバルブＧを閉鎖して排気機構１４３を制御することにより、空間Ｓの雰囲気が所定の真空度になるように、空間Ｓから気体を排気する。また、制御部２０は、図示しない温調モジュールを制御することにより、ウエハＷの温度が所定の温度となるように、温度調整される（ステップＳ１）。
　次に、制御部２０は、プロセスガスの供給を開始する（ステップＳ２）。制御部２０は、フッ素を除くハロゲン含有ガス、酸素含有ガスおよび希ガスを含むプロセスガスとして、Ｃｌ２、Ｏ２およびＡｒの混合ガスを、ガス供給管１２４を介して処理室１０４に供給する。供給された混合ガスは、処理室１０４内の空間Ｓに充填される。なお、フッ素を除くハロゲン含有ガスは、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ等の化合物であってもよい。なお、本実施形態では、エッチング処理が完了するまでプロセスガスの条件は同一としている。
　制御部２０は、高周波電源１２８および高周波電源１１５を制御することにより、バイアス用の第１の高周波電力（バイアス）をサセプタ１２６に供給し、プラズマ励起用の第２の高周波電力（ソース）をアンテナ１１３に供給する。空間Ｓに形成された誘導電界により、混合ガスのプラズマが発生する。つまり、空間Ｓでは、第１のプラズマ生成条件で生成した第１のプラズマによって生成されたハロゲン（Ｃｌ）のラジカルを被エッチング膜２０３の表面に供給することにより、被エッチング膜２０３の表面が改質される。すなわち、制御部２０は、第１のプラズマ生成条件で生成したプロセスガスの第１のプラズマによって、ウエハＷをプラズマ処理する（ステップＳ３）。ウエハＷは、第１のプラズマに晒され、主に被エッチング膜２０３の凹部の底面２２１が改質される。
　制御部２０は、高周波電源１２８および高周波電源１１５を制御することにより、バイアス用の第１の高周波電力（バイアス）をサセプタ１２６に供給し、プラズマ励起用の第２の高周波電力（ソース）をアンテナ１１３に供給する。空間Ｓに形成された誘導電界により、混合ガスのプラズマが発生する。つまり、空間Ｓでは、第１のプラズマ生成条件のうち高周波電力の条件および処理時間が異なり、他の条件が同一である第２のプラズマ生成条件で生成した第２のプラズマによって生成されたエッチャントにより、被エッチング膜２０３がエッチングされる。すなわち、制御部２０は、第１のプラズマ生成条件のうち高周波電力の条件および処理時間が異なり、他の条件が同一である第２のプラズマ生成条件で生成したプロセスガスの第２のプラズマによって、ウエハＷをプラズマ処理する（ステップＳ４）。ウエハＷは、第２のプラズマに晒されるとともに、バイアス電位によりウエハＷ側にエッチャントであるイオンやラジカルが引き込まれ、マスク２０４でマスクされていない被エッチング膜２０３のエッチングが進行する。なお、ステップＳ４の第２のプラズマによってエッチングが行われる時間は、ステップＳ３で改質された改質領域２０５が全てエッチングされ、被エッチング膜２０３も若干エッチングされる程度の時間としている。
　制御部２０は、ステップＳ３，Ｓ４によって、所定の形状が得られたか否かを判定する（ステップＳ５）。制御部２０は、所定の形状が得られていないと判定した場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、処理をステップＳ３に戻す。一方、制御部２０は、所定の形状が得られたと判定した場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、処理を終了する。なお、制御部２０は、ステップＳ４とステップＳ５の間に、印加パターン２００のフェーズ３に対応する、第１の高周波電力および第２の高周波電力の供給を停止して、所定時間プラズマの生成を停止するステップを含むようにしてもよい。
　制御部２０は、処理を終了する場合、プロセスガスの供給を停止する。また、制御部２０は、静電チャック１３１へ正負が逆の直流電圧を印加して除電し、ウエハＷが静電チャック１３１から剥がされる。制御部２０は、ゲートバルブＧを開放する。ウエハＷは、搬入出口１４０を介して処理室１０４の空間Ｓから搬出される。このように、プラズマ処理装置１００では、ガス切り替え方式よりも高速かつ選択比および矩形形状の改善が両立可能なエッチングを行うことができる。
［実験結果］
　続いて、図８および図９を用いて、被エッチング膜２０３の凹部における底部の矩形形状に関する実験結果について説明する。図８は、底部におけるシェイプの一例を示す図である。図９は、高周波電力とシリコンのリセスおよびシェイプとの関係に関する実験結果の一例を示す図である。図８に示すように、被エッチング膜２０３の底面２２１と凹部の側壁との間には、シェイプ２３０が形成される。シェイプ２３０の高さ２３１が低いほど、被エッチング膜２０３の凹部が矩形形状であるとする。
　図９は、印加パターン２００のフェーズ１における第１の高周波電力（Ｂｉａｓ）、および、第２の高周波電力（Ｓｏｕｒｃｅ）を変化させた場合における、被エッチング膜２０３の凹部のエッチング量（シリコンのリセス）、および、シェイプ２３０の高さ２３１への影響を表２４０として纏めたものである。なお、表２４０では、上段に第２の高周波電力（Ｓｏｕｒｃｅ）を変化させた場合を示し、下段に第１の高周波電力（Ｂｉａｓ）を変化させた場合を示している。また、図９では、被エッチング膜２０３の凹部のエッチング量（シリコンのリセス）を「Ｓｉ　ｒｅｃｅｓｓ」と表し、シェイプ２３０の高さ２３１を「Ｓｈａｐｅ」と表している。
　まず、上段の第２の高周波電力（Ｓｏｕｒｃｅ）を変化させた場合を見ると、高周波電力を１００Ｗから６００Ｗまで変化させても、凹部のエッチング量の近似直線（ｙ＝－０．０１０７ｘ＋７１．０１７）の傾きは－０．０１１であり、凹部のエッチング量は、６０ｎｍ程度とほぼ変化していない。従って、フェーズ１の第２の高周波電力（Ｓｏｕｒｃｅ）は、１００Ｗでも十分な量のラジカルを供給できていることがわかる。一方、シェイプ２３０の高さ２３１の近似直線（ｙ＝０．００５９ｘ＋４．３８８１）の傾きは０．００６であるが、高さ２３１の変化の範囲が小さいため影響が大きく出て、高周波電力が小さいほど、高さ２３１が小さくなる。つまり、枠２４１で示すように、第２の高周波電力（Ｓｏｕｒｃｅ）が１００Ｗの場合に最も矩形形状となることがわかる。
　次に、下段の第１の高周波電力（Ｂｉａｓ）を変化させた場合を見ると、高周波電力を３０Ｗから３００Ｗまで変化させても、凹部のエッチング量の近似直線（ｙ＝０．０５６４ｘ＋４２．２４６）の傾きは０．０５６であり、凹部のエッチング量は、４０～６０ｎｍ程度と、あまり変化していない。従って、フェーズ１の第１の高周波電力（Ｂｉａｓ）は、凹部のエッチング量にあまり影響がないことがわかる。一方、シェイプ２３０の高さ２３１の近似直線（ｙ＝０．００８８ｘ＋８．０９８８）の傾きは０．００９であるが、高さ２３１の変化の範囲が小さいため影響が大きく出て、高周波電力が小さいほど、高さ２３１が小さくなる。つまり、枠２４２で示すように、第１の高周波電力（Ｂｉａｓ）が３０Ｗの場合に最も矩形形状となることがわかる。
　このように、表２４０の実験結果からは、フェーズ１の第２の高周波電力（Ｓｏｕｒｃｅ）は１００Ｗで十分であり、それ以上高周波電力を上げても凹部の底部がテーパ形状になることがわかる。また、フェーズ１の第１の高周波電力（Ｂｉａｓ）は、低い程、凹部の底部が矩形形状になるので３０Ｗがよいことがわかる。従って、図２に示す印加パターン２００のフェーズ１では、第２の高周波電力（Ｓｏｕｒｃｅ）を１００Ｗ、第１の高周波電力（Ｂｉａｓ）を３０Ｗとしている。
［変形例］
　上記の実施形態では、第１のプラズマおよび第２のプラズマを誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）としたが、これに限定されない。プラズマ生成方法としては、第１のプラズマおよび第２のプラズマを容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）としてもよい。また、高周波電力の出力について、第２のプラズマ生成条件における高周波電力の印加電力を、第１のプラズマ生成条件における高周波電力の印加電力よりも高くするようにしてもよい。また、高周波電力の周波数について、第２のプラズマ生成条件における高周波電力の周波数を、第１のプラズマ生成条件における高周波電力の周波数よりも高くするようにしてもよい。また、第１のプラズマ生成条件および第２のプラズマ生成条件における、高周波電力の条件および処理時間は、エッチングされた被エッチング膜２０３の深さに応じて調整されるようにしてもよい。
　また、上記の実施形態では、被エッチング膜２０３の上にマスク２０４が形成されたウエハＷに対してエッチング処理を行ったが、これに限定されない。例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）に囲まれたシリコン（Ｓｉ）が形成されたウエハに対して、シリコンをエッチングするエッチング処理を行うようにしてもよい。
　また、上記の実施形態では、被エッチング膜２０３としてシリコン膜を挙げたが、これに限定されない。例えば、被エッチング膜２０３は、少なくともシリコンまたはゲルマニウムを含む膜であってもよい。また、被エッチング膜２０３は、シリコン、ゲルマニウム、および、シリコンゲルマニウムのうち、いずれか１つの単層膜、または、２つ以上の積層膜であってもよい。
　また、上記の実施形態では、マスク２０４としてシリコン窒化膜を挙げたが、これに限定されない。例えば、マスク２０４は、シリコン化合物として、酸化シリコン（ＳｉＯ２）や窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）を用いてもよい。
　以上、本実施形態によれば、制御部２０は、ａ）被エッチング膜を有する被処理体（ウエハＷ）を載置する載置台（サセプタ１２６）が配置された処理容器（チャンバ１０１，処理室１０４）に、フッ素を除くハロゲンを含有するガスと酸素を含有するガスとを含むプロセスガスを供給する工程を実行する。制御部２０は、ｂ）第１のプラズマ生成条件で生成したプロセスガスの第１のプラズマによって、被処理体をプラズマ処理する工程を実行する。制御部２０は、ｃ）第１のプラズマ生成条件のうち高周波電力の条件および処理時間が異なり、他の条件が同一である第２のプラズマ生成条件で生成したプロセスガスの第２のプラズマによって、被処理体をプラズマ処理する工程を実行する。制御部２０は、ｄ）ｂ）とｃ）とを繰り返す工程を実行する。その結果、ガス切り替え方式よりも高速かつ選択比および矩形形状の改善が両立可能なエッチングを行うことができる。
　また、本実施形態によれば、ｂ）は、第１のプラズマによって生成されたハロゲンのラジカルを被エッチング膜の表面に供給する。また、ｃ）は、第２のプラズマによって生成されたエッチャントにより、被エッチング膜をエッチングする。その結果、ガス切り替え方式よりも高速かつ選択比および矩形形状の改善が両立可能なエッチングを行うことができる。
　また、本実施形態によれば、第２のプラズマ生成条件は、被処理体上にバイアス電位が生じる条件である。その結果、被エッチング膜をエッチングすることができる。
　また、本実施形態によれば、ｂ）において、第１のプラズマによって生成された酸素のラジカルの生成量は、ｃ）において、第２のプラズマによって生成された酸素のラジカルの生成量より少ない。その結果、被エッチング膜の凹部において底面がテーパ形状となることを抑制することができる。
　また、本実施形態によれば、制御部２０は、ｅ）プラズマを生成しない工程を実行する。また、ｄ）は、ｂ）、ｃ）、ｅ）の順番で、ｂ）とｃ）とｅ）とを繰り返す。その結果、生成された反応生成物を排出することができる。
　また、本実施形態によれば、ｅ）で導入するプロセスガスの条件は、ｂ）およびｃ）で導入するプロセスガスの条件と同一の条件である。その結果、プロセスガスの切り替えによるスループットの低下を抑えることができる。
　また、本実施形態によれば、被エッチング膜は、少なくともシリコンまたはゲルマニウムを含む膜である。その結果、これらの膜を選択比および矩形形状の改善を両立してエッチングすることができる。
　また、本実施形態によれば、被エッチング膜は、シリコン、ゲルマニウム、および、シリコンゲルマニウムのうち、いずれか１つの単層膜、または、２つ以上の積層膜である。その結果、これらの膜を選択比および矩形形状の改善を両立してエッチングすることができる。
　また、本実施形態によれば、被処理体は、さらに被エッチング膜上にシリコン化合物からなるマスクを有する。また、被エッチング膜は、マスクの開口部を通じてエッチングされる。その結果、マスクの開口部に応じて被エッチング膜を選択比および矩形形状の改善を両立してエッチングすることができる。
　また、本実施形態によれば、被処理体は、被エッチング膜によって構成された第１領域と、シリコン化合物によって構成された第２領域とを有し、第２領域に対して第１領域が選択的にエッチングされる。その結果、第１領域を選択比および矩形形状の改善を両立してエッチングすることができる。
　また、本実施形態によれば、シリコン化合物は、酸化シリコン、窒化シリコン、および、窒化酸化シリコンのうち少なくとも１つである。その結果、第１領域を選択比および矩形形状の改善を両立してエッチングすることができる。
　また、本実施形態によれば、第１のプラズマ生成条件および第２のプラズマ生成条件における、高周波電力の条件および処理時間は、エッチングされた被エッチング膜の深さに応じて調整される。その結果、反応生成物（堆積物）による保護膜の範囲を制御することができる。
　また、本実施形態によれば、第２のプラズマ生成条件における高周波電力の印加電力は、第１のプラズマ生成条件における高周波電力の印加電力よりも高い。その結果、改質（吸着）ステップとエッチングステップとを繰り返すことができる。
　また、本実施形態によれば、第２のプラズマ生成条件における高周波電力の周波数は、第１のプラズマ生成条件における高周波電力の周波数よりも高い。その結果、改質（吸着）ステップとエッチングステップとを繰り返すことができる。
　また、本実施形態によれば、第１のプラズマおよび第２のプラズマは、誘導結合型プラズマまたは容量結合型プラズマである。その結果、改質（吸着）ステップとエッチングステップとを繰り返すことができる。
　今回開示された実施形態は、すべ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。上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。
　また、上記した実施形態では、プラズマ源として誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）を挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、プラズマ源として容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）、マイクロ波プラズマおよびマグネトロンプラズマ等、任意のプラズマ源を用いてもよい。
　また、上記した実施形態では、被エッチング膜としてシリコン膜を挙げたが、これに限定されない。例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の各種のシリコン含有膜等を被エッチング膜とし、被エッチング膜と選択比が取れ、被エッチング膜と異なるシリコン含有膜をマスクとしたエッチングにも適用することができる。
　１０　本体
　２０　制御部
　１００　プラズマ処理装置
　１０１　チャンバ
　１０３　アンテナ室
　１０４　処理室
　１１５，１２８　高周波電源
　１２０　ガス供給機構
　１２４　ガス供給管
　１２６　サセプタ
　１３１　静電チャック
　Ｓ　空間
　Ｗ　ウエハ

Claims (16)

  1. 　基板処理装置における基板処理方法であって、
    　ａ）被エッチング膜を有する被処理体を載置する載置台が配置された処理容器に、フッ素を除くハロゲンを含有するガスと酸素を含有するガスとを含むプロセスガスを供給する工程と、
    　ｂ）第１のプラズマ生成条件で生成した前記プロセスガスの第１のプラズマによって、前記被処理体をプラズマ処理する工程と、
    　ｃ）前記第１のプラズマ生成条件のうち高周波電力の条件および処理時間が異なり、他の条件が同一である第２のプラズマ生成条件で生成した前記プロセスガスの第２のプラズマによって、前記被処理体をプラズマ処理する工程と、
    　ｄ）前記ｂ）と前記ｃ）とを繰り返す工程と、
    　を有する基板処理方法。
  2. 　前記ｂ）は、前記第１のプラズマによって生成された前記ハロゲンのラジカルを前記被エッチング膜の表面に供給し、
    　前記ｃ）は、前記第２のプラズマによって生成されたエッチャントにより、前記被エッチング膜をエッチングする、
    　請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 　前記第２のプラズマ生成条件は、前記被処理体上にバイアス電位が生じる条件である、
    　請求項１または２に記載の基板処理方法。
  4. 　前記ｂ）において、前記第１のプラズマによって生成された前記酸素のラジカルの生成量は、前記ｃ）において、前記第２のプラズマによって生成された前記酸素のラジカルの生成量より少ない、
    　請求項１～３のいずれか１つに記載の基板処理方法。
  5. 　ｅ）プラズマを生成しない工程、
    　を有し、
    　前記ｄ）は、前記ｂ）、前記ｃ）、前記ｅ）の順番で、前記ｂ）と前記ｃ）と前記ｅ）とを繰り返す、
    　請求項１～４のいずれか１つに記載の基板処理方法。
  6. 　前記ｅ）で導入する前記プロセスガスの条件は、前記ｂ）および前記ｃ）で導入する前記プロセスガスの条件と同一の条件である、
    　請求項５に記載の基板処理方法。
  7. 　前記被エッチング膜は、少なくともシリコンまたはゲルマニウムを含む膜である、
    　請求項１～６のいずれか１つに記載の基板処理方法。
  8. 　前記被エッチング膜は、シリコン、ゲルマニウム、および、シリコンゲルマニウムのうち、いずれか１つの単層膜、または、２つ以上の積層膜である、
    　請求項７に記載の基板処理方法。
  9. 　前記被処理体は、さらに前記被エッチング膜上にシリコン化合物からなるマスクを有し、
    　前記被エッチング膜は、前記マスクの開口部を通じてエッチングされる、
    　請求項１～８のいずれか１つに記載の基板処理方法。
  10. 　前記被処理体は、被エッチング膜によって構成された第１領域と、シリコン化合物によって構成された第２領域とを有し、前記第２領域に対して前記第１領域が選択的にエッチングされる、
    　請求項１～８のいずれか１つに記載の基板処理方法。
  11. 　前記シリコン化合物は、酸化シリコン、窒化シリコン、および、窒化酸化シリコンのうち少なくとも１つである、
    請求項９または１０に記載の基板処理方法。
  12. 　前記第１のプラズマ生成条件および前記第２のプラズマ生成条件における、高周波電力の条件および処理時間は、エッチングされた前記被エッチング膜の深さに応じて調整される、
    　請求項１～１１のいずれか１つに記載の基板処理方法。
  13. 　前記第２のプラズマ生成条件における高周波電力の印加電力は、前記第１のプラズマ生成条件における高周波電力の印加電力よりも高い、
    　請求項１～１２のいずれか１つに記載の基板処理方法。
  14. 　前記第２のプラズマ生成条件における高周波電力の周波数は、前記第１のプラズマ生成条件における高周波電力の周波数よりも高い、
    　請求項１～１２のいずれか１つに記載の基板処理方法。
  15. 　前記第１のプラズマおよび前記第２のプラズマは、誘導結合型プラズマまたは容量結合型プラズマである、
    　請求項１～１４のいずれか１つに記載の基板処理方法。
  16. 　基板処理装置であって、
    　処理容器と、
    　前記処理容器内に配置され、被エッチング膜を有する被処理体を載置する載置台と、
    　制御部と、を有し、
    　ａ）前記制御部は、前記処理容器に、フッ素を除くハロゲンを含有するガスと酸素を含有するガスとを含むプロセスガスを供給するよう前記基板処理装置を制御するように構成され、
    　ｂ）前記制御部は、第１のプラズマ生成条件で生成した前記プロセスガスの第１のプラズマによって、前記被処理体をプラズマ処理するよう前記基板処理装置を制御するように構成され、
    　ｃ）前記制御部は、前記第１のプラズマ生成条件のうち高周波電力の条件および処理時間が異なり、他の条件が同一である第２のプラズマ生成条件で生成した前記プロセスガスの第２のプラズマによって、前記被処理体をプラズマ処理するよう前記基板処理装置を制御するように構成され、
    　ｄ）前記制御部は、前記ｂ）と前記ｃ）とを繰り返すよう前記基板処理装置を制御するように構成される、
    　基板処理装置。
PCT/JP2022/009066 2021-03-15 2022-03-03 基板処理方法および基板処理装置 WO2022196369A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020237034102A KR20230156092A (ko) 2021-03-15 2022-03-03 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
CN202280019970.9A CN116997996A (zh) 2021-03-15 2022-03-03 基板处理方法和基板处理装置
US18/368,028 US20230420225A1 (en) 2021-03-15 2023-09-14 Substrate processing method and substrate processing apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021041001A JP2022140924A (ja) 2021-03-15 2021-03-15 基板処理方法および基板処理装置
JP2021-041001 2021-03-15

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/368,028 Continuation US20230420225A1 (en) 2021-03-15 2023-09-14 Substrate processing method and substrate processing apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022196369A1 true WO2022196369A1 (ja) 2022-09-22

Family

ID=83322307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/009066 WO2022196369A1 (ja) 2021-03-15 2022-03-03 基板処理方法および基板処理装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230420225A1 (ja)
JP (1) JP2022140924A (ja)
KR (1) KR20230156092A (ja)
CN (1) CN116997996A (ja)
TW (1) TW202301463A (ja)
WO (1) WO2022196369A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000091321A (ja) * 1998-09-10 2000-03-31 Hitachi Ltd 表面処理方法および装置
JP2010153702A (ja) * 2008-12-26 2010-07-08 Tokyo Electron Ltd 基板処理方法
JP2012142495A (ja) * 2011-01-05 2012-07-26 Ulvac Japan Ltd プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置
JP2013033856A (ja) * 2011-08-02 2013-02-14 Tokyo Electron Ltd プラズマエッチング方法
US20140024138A1 (en) * 2012-07-20 2014-01-23 Hyungjoon Kwon Method for etching metal layer and method for manufacturing a semiconductor device using the same
JP2017112350A (ja) * 2015-11-04 2017-06-22 ラム リサーチ コーポレーションＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ プラズマ電力レベルに応じて二様態プロセスガス組成を使用するプラズマエッチングのための方法及びシステム

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010080846A (ja) 2008-09-29 2010-04-08 Tokyo Electron Ltd ドライエッチング方法
JP2013235912A (ja) 2012-05-08 2013-11-21 Tokyo Electron Ltd 被処理基体をエッチングする方法、及びプラズマエッチング装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000091321A (ja) * 1998-09-10 2000-03-31 Hitachi Ltd 表面処理方法および装置
JP2010153702A (ja) * 2008-12-26 2010-07-08 Tokyo Electron Ltd 基板処理方法
JP2012142495A (ja) * 2011-01-05 2012-07-26 Ulvac Japan Ltd プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置
JP2013033856A (ja) * 2011-08-02 2013-02-14 Tokyo Electron Ltd プラズマエッチング方法
US20140024138A1 (en) * 2012-07-20 2014-01-23 Hyungjoon Kwon Method for etching metal layer and method for manufacturing a semiconductor device using the same
JP2017112350A (ja) * 2015-11-04 2017-06-22 ラム リサーチ コーポレーションＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ プラズマ電力レベルに応じて二様態プロセスガス組成を使用するプラズマエッチングのための方法及びシステム

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230156092A (ko) 2023-11-13
CN116997996A (zh) 2023-11-03
TW202301463A (zh) 2023-01-01
JP2022140924A (ja) 2022-09-29
US20230420225A1 (en) 2023-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20190026589A (ko) 에칭 방법
US11380551B2 (en) Method of processing target object
CN110544628A (zh) 对膜进行蚀刻的方法和等离子体处理装置
US11462412B2 (en) Etching method
US10580655B2 (en) Plasma etching method for selectively etching silicon oxide with respect to silicon nitride
JP2018200925A (ja) エッチング方法およびエッチング装置
WO2017199946A1 (ja) エッチング方法
US20210025060A1 (en) Apparatus for processing substrate
KR20230129345A (ko) 플라즈마 처리 장치 및 에칭 방법
US20210327719A1 (en) Method for processing workpiece
US20230335409A1 (en) Substrate processing method and substrate processing apparatus
JP7418632B2 (ja) プラズマ処理装置
WO2022196369A1 (ja) 基板処理方法および基板処理装置
US7883631B2 (en) Plasma etching method, plasma etching apparatus, control program and computer-readable storage medium
US20230386787A1 (en) Substrate processing method and substrate processing apparatus
JP2022067033A (ja) 基板処理方法および基板処理装置
CN112786442A (zh) 等离子体处理方法及等离子体处理装置
JP2024001464A (ja) エッチング方法及びプラズマ処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22771123

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280019970.9

Country of ref document: CN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20237034102

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020237034102

Country of ref document: KR

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22771123

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1