JP2022049667A - エッチング方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】膜に形成される開口の垂直性とマスクのエッチングに対する膜のエッチングの選択性を高める技術を提供する。【解決手段】開示されるエッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内で処理ガスのプラズマを生成する工程（ａ）を含む。プラズマは、チャンバ内で下部電極を有する基板支持器上に基板が載置されている状態で生成される。基板は、膜とマスクを有する。マスクは、膜の上に設けられている。エッチング方法は、負の直流電圧のパルスを周期的に下部電極に印加してプラズマからのイオンを基板に供給することにより膜をエッチングする工程（ｂ）を更に含む。工程（ｂ）において、基板の負の電位の絶対値が膜のエッチングの進行に応じた増加傾向を有するようにパルスの電圧のレベルが少なくとも一回変更される。【選択図】図１

Description

本開示の例示的実施形態は、エッチング方法及びプラズマ処理装置に関するものである。

プラズマ処理装置が基板に対するプラズマ処理において用いられている。プラズマ処理装置は、チャンバ及び基板保持電極を備える。基板保持電極は、チャンバ内に設けられている。基板保持電極は、その主面上に載置された基板を保持する。このようなプラズマ処理装置の一種は、特開２００９－１８７９７５号公報（以下、「特許文献１」という）に記載されている。

特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、高周波発生装置及びＤＣ負パルス発生装置を更に備えている。高周波発生装置は、基板保持電極に対して高周波電圧を印加する。高周波発生装置は、高周波電圧のオンとオフを交互に切り替える。ＤＣ負パルス発生装置は、高周波電圧のオンとオフのタイミングに応じて基板保持電極にＤＣ負パルス電圧を印加する。特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、基板に供給されるイオンのエネルギーは、ＤＣ負パルス電圧が基板保持電極に印加されているときに最大となる。基板に供給されるイオンのエネルギーは、ＤＣ負パルス電圧が基板に印加されていないときに最小となる。

特開２００９－１８７９７５号公報

本開示は、膜に形成される開口の垂直性とマスクのエッチングに対する膜のエッチングの選択性を高める技術を提供する。

一つの例示的実施形態において、エッチング方法が提供される。エッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持器上に基板を載置する工程を含む。基基板は、膜とマスクを有する。マスクは、膜の上に設けられている。エッチング方法は、基板支持器上に載置された基板の膜をエッチングする工程を更に含む。エッチングする工程は、チャンバ内で処理ガスのプラズマを生成する工程（ａ）を含む。エッチングする工程は、電圧のパルスを周期的に基板支持器内の下部電極に印加してプラズマからのイオンを基板に供給することにより膜をエッチングする工程（ｂ）を更に含む。工程（ｂ）において、基板の負の電位の絶対値が膜のエッチングの進行に応じた増加傾向を有するように、パルスの電圧のレベルが少なくとも一回変更される。

一つの例示的実施形態によれば、膜に形成される開口の垂直性とマスクのエッチングに対する膜のエッチングの選択性が高められる。

一つの例示的実施形態に係るエッチング方法の流れ図である。 図１に示すエッチング方法が適用される一例の基板の部分拡大断面図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 図４の（ａ）～図４の（ｄ）の各々は、電圧のパルスの時間変化の例を示す図である。 図１に示すエッチング方法が適用された一例の基板の部分拡大断面図である。 第１の実験で得た、四つの時間の区間と選択比との関係を示すグラフである。 第１の実験で得た、膜ＥＦに形成された開口の深さと膜ＦＢにおける開口の最大幅との関係を示すグラフである。 第１の実験で得た、膜ＥＦに形成された開口の深さと膜ＦＡにおける開口の最大幅との関係を示すグラフである。 第１の実験で得た、パルスＮＰのデューティー比と膜ＦＡのエッチングレートとの関係を示すグラフである。 第１の実験で得た、パルスＮＰのデューティー比とマスクＭＫのエッチングレートとの関係を示すグラフである。

以下、種々の例示的実施形態について説明する。

一つの例示的実施形態において、エッチング方法が提供される。エッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持器上に基板を載置する工程を含む。基基板は、膜とマスクを有する。マスクは、膜の上に設けられている。エッチング方法は、基板支持器上に載置された基板の膜をエッチングする工程を更に含む。エッチングする工程は、チャンバ内で処理ガスのプラズマを生成する工程（ａ）を含む。エッチングする工程は、電圧のパルスを周期的に基板支持器内の下部電極に印加してプラズマからのイオンを基板に供給することにより膜をエッチングする工程（ｂ）を更に含む。工程（ｂ）において、基板の負の電位の絶対値が膜のエッチングの進行に応じた増加傾向を有するように、パルスの電圧のレベルが少なくとも一回変更される。

上記実施形態では、基板の膜に形成されている開口の深さが浅いときには、基板の負の電位の絶対値は比較的小さいので、膜は比較的低いエネルギーを有するイオンを用いてエッチングされる。また、基板の膜に形成されている開口の深さが深いときには、基板の負の電位の絶対値は比較的大きいので、膜は比較的高いエネルギーを有するイオンを用いてエッチングされる。開口の深さが浅いときに用いられる比較的低いエネルギーを有するイオンは、マスクのエッチンを抑制するので、マスクのエッチングに対する膜のエッチングの選択性を高める。また、開口の深さが浅いときに用いられる比較的低いエネルギーを有するイオンは、膜に形成される開口の垂直性の劣化を抑制し得る。また、開口の深さが深いときに用いられる比較的高いエネルギーを有するイオンは、膜のエッチングレートを高めることにより、マスクのエッチングに対する膜のエッチングの選択性を高める。また、開口の深さが深いときに用いられる比較的高いエネルギーを有するイオンは、膜に形成される開口の垂直性を高める。したがって、上記実施形態によれば、膜に形成される開口の垂直性とマスクのエッチングに対する膜のエッチングの選択性が高められる。

一つの例示的実施形態において、パルスは、負の電圧のパルスであるか、負の直流電圧のパルスであってもよい。工程（ｂ）において、パルスの電圧の絶対値が膜のエッチングの進行に応じた増加傾向を有するようにパルスの電圧の絶対値が少なくとも一回増加されてもよい。

上記実施形態では、基板の膜に形成されている開口の深さが浅いときには、比較的低い絶対値を有する負の電圧のパルスが下部電極に供給され、膜は比較的低いエネルギーを有するイオンを用いてエッチングされる。また、基板の膜に形成されている開口の深さが深いときには、比較的高い絶対値を有する負の電圧のパルスが下部電極に供給され、膜は比較的高いエネルギーを有するイオンを用いてエッチングされる。

一つの例示的実施形態では、工程（ｂ）において、パルスのデューティー比が２０％以下に設定されてもよい。

一つの例示的実施形態では、工程（ｂ）において、パルスのデューティー比が、膜のエッチングの進行に応じた減少傾向を有するように少なくとも一回減少されてもよい。一つの例示的実施形態では、工程（ｂ）において、パルスのデューティー比が、１５％以上、２０％以下の比を有するように、減少されてもよい。この実施形態によれば、膜のエッチングレートの低下を抑制しつつ、マスクのエッチングを更に抑制することが可能となる。

一つの例示的実施形態では、工程（ｂ）において、パルスのデューティー比が、段階的に又は徐々に減少されてもよい。

一つの例示的実施形態では、工程（ｂ）において、パルスの電圧の絶対値が、段階的に又は徐々に増加されてもよい。

別の例示的実施形態に係るエッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持器上に基板を載置する工程を含む。基板は、膜とマスクを有する。マスクは、膜の上に設けられている。エッチング方法は、基板支持器上に載置された基板の膜をエッチングする工程を更に含む。エッチングする工程は、プラズマ処理装置のチャンバ内で処理ガスのプラズマを生成する工程（ａ）を含む。エッチングする工程は、電圧のパルスを周期的に基板支持器内の下部電極に印加してプラズマからのイオンを基板に供給することにより膜をエッチングする工程（ｂ）を更に含む。工程（ｂ）において、パルスのデューティー比が、膜のエッチングの進行に応じた減少傾向を有するように少なくとも一回減少される。一つの例示的実施形態において、パルスは、負の電圧のパルスであるか、負の直流電圧のパルスであってもよい。

一つの例示的実施形態において、膜は、シリコン含有膜を含んでいてもよい。膜は、シリコン含有誘電体膜を含んでいてもよい。膜は、シリコン酸化膜を含んでいてもよい。膜は、シリコン窒化膜を更に含んでいてもよい。マスクは、多結晶シリコンから形成されていてもよい。

更に別の例示的実施形態においては、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、ガス供給部、プラズマ生成部、バイアス電源、及び制御部を備える。基板支持器は、下部電極を有し、チャンバ内に設けられている。ガス供給部は、チャンバ内に処理ガスを供給するように構成されている。プラズマ生成部は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するように構成されている。バイアス電源は、下部電極に電気的に接続されており、電圧のパルスを周期的に発生するように構成されている。制御部は、（ａ）チャンバ内で処理ガスのプラズマを生成するよう、ガス供給部及びプラズマ生成部を制御する。制御部は、（ｂ）プラズマからのイオンを基板支持器上の基板に供給して該基板の膜をエッチングするために、パルスを周期的に下部電極に印加するよう、バイアス電源を制御する。制御部は、（ｂ）の制御において、基板の負の電位の絶対値が膜のエッチングの進行に応じた増加傾向を有するようにパルスの電圧のレベルを少なくとも１回変更させるよう、バイアス電源を制御する。一つの例示的実施形態において、バイアス電源は、パルスとして、負の電圧のパルス又は負の直流電圧のパルスを発生するように構成されていてもよい。

以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法の流れ図である。図１に示すエッチング方法（以下、「方法ＭＴ」という）は、基板の膜をエッチングするために行われる。

図２は、図１に示すエッチング方法が適用される一例の基板の部分拡大断面図である。図２に示す基板Ｗは、膜ＥＦ及びマスクＭＫを有している。膜ＥＦは、方法ＭＴにおいてエッチングされる。膜ＥＦは、シリコン含有膜及び／又はシリコン含有誘電体膜を含んでいてもよい。膜ＥＦは、シリコン酸化膜及び／又はシリコン窒化膜を含んでいてもよい。マスクＭＫは、膜ＥＦ上に設けられている。マスクＭＫは、膜ＥＦに転写されるパターンを有している。マスクＭＫは、膜ＥＦがマスクＭＫに対して選択的にエッチングされる限り、任意の材料から形成され得る。膜ＥＦがシリコン酸化膜及び／又はシリコン窒化膜を含む場合には、マスクＭＫは、多結晶シリコンから形成されていてもよい。

膜ＥＦは、単層の膜であってもよく、或いは、多層膜であってもよい。一実施形態において、膜ＥＦは、膜ＦＡ及び膜ＦＢを含んでいてもよい。膜ＦＢは膜ＦＡ上に設けられており、マスクＭＫは膜ＦＢ上に設けられている。膜ＦＡはシリコン酸化膜であってもよく、膜ＦＢは窒化シリコン膜であってもよい。一実施形態において、基板Ｗは、下地領域ＵＲを更に有していてもよい。膜ＥＦは、下地領域ＵＲ上に設けられていてもよい。

方法ＭＴでは、プラズマ処理装置が基板の膜のエッチングのために用いられる。図３は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。方法ＭＴでは、図３に示すプラズマ処理装置１が用いられ得る。プラズマ処理装置１は、容量結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１は、チャンバ１０を備えている。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供している。チャンバ１０の中心軸線は、鉛直方向に延びる軸線ＡＸである。

一実施形態において、チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含んでいてもよい。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。内部空間１０ｓは、チャンバ本体１２の中に提供されている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから構成されている。チャンバ本体１２は、電気的に接地されている。チャンバ本体１２の内壁面上には、耐腐食性を有する膜が設けられている。耐腐食性を有する膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。

チャンバ本体１２の側壁は、通路１２ｐを提供している。基板Ｗは、内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送されるときに、通路１２ｐを通過する。通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇにより開閉可能となっている。ゲートバルブ１２ｇは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。

プラズマ処理装置１は、基板支持器１６を更に備えている。基板支持器１６は、チャンバ１０内で基板Ｗを支持するように構成されている。基板Ｗは、略円盤形状を有し得る。基板支持器１６は、支持体１５によって支持されていてもよい。支持体１５は、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持体１５は、略円筒形状を有している。支持体１５は、石英といった絶縁材料から形成されている。

基板支持器１６は、下部電極１８を含んでいる。基板支持器１６は、静電チャック２０を更に含んでいてもよい。基板支持器１６は、電極プレート１９を更に含んでいてもよい。電極プレート１９は、アルミニウムといった導電性材料から形成されている。電極プレート１９は、略円盤形状を有しており、その中心軸線は軸線ＡＸである。下部電極１８は、電極プレート１９上に設けられている。下部電極１８は、アルミニウムといった導電性材料から形成されている。下部電極１８は、略円盤形状を有しており、その中心軸線は軸線ＡＸである。下部電極１８は、電極プレート１９に電気的に接続されている。

下部電極１８は、その中に流路１８ｆを提供している。流路１８ｆは、熱交換媒体の供給装置（例えば、チラーユニット）に接続されている。この供給装置は、チャンバ１０の外部に設けられている。流路１８ｆは、供給装置から配管２３ａを介して供給される熱交換媒体を受ける。熱交換媒体は、流路１８ｆを流れて、配管２３ｂを介して供給装置に戻される。供給装置は、プラズマ処理装置１の温度調整機構を構成する。

静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。基板Ｗは、静電チャック２０の上面の上に載置される。静電チャック２０は、本体及び電極を有する。本体は、誘電体から形成されている。静電チャック２０及びその本体の各々は、略円盤形状を有しており、その中心軸線は軸線ＡＸである。電極は、導電性を有する膜であり、本体内に設けられている。電極は、スイッチを介して直流電源に接続されている。直流電源からの電圧が電極に印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、基板Ｗは、静電チャック２０に引き付けられ、静電チャック２０によって保持される。

基板支持器１６は、その周縁部上に搭載されるエッジリングＥＲを支持してもよい。エッジリングＥＲは、シリコン、炭化シリコン、又は石英から形成され得る。基板Ｗは、静電チャック２０上且つエッジリングＥＲによって囲まれた領域内に配置される。

プラズマ処理装置１は、ガス供給ライン２５を更に備えていてもよい。ガス供給ライン２５は、ガス供給機構からの伝熱ガス（例えばＨｅガス）を、静電チャック２０の上面と基板Ｗの裏面（下面）との間の間隙に供給する。

プラズマ処理装置１は、筒状部２８及び絶縁部２９を更に備えていてもよい。筒状部２８は、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。筒状部２８は、支持体１５の外周に沿って延在している。筒状部２８は、導電性材料から形成されており、略円筒形状を有している。筒状部２８は、電気的に接地されている。絶縁部２９は、筒状部２８上に設けられている。絶縁部２９は、絶縁性を有する材料から形成されている。絶縁部２９は、例えば石英といったセラミックから形成されている。絶縁部２９は、略円筒形状を有している。絶縁部２９は、電極プレート１９の外周、下部電極１８の外周、及び静電チャック２０の外周に沿って延在している。

プラズマ処理装置１は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、基板支持器１６の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２を介して、チャンバ本体１２の上部に支持されている。部材３２は、絶縁性を有する材料から形成されている。上部電極３０と部材３２は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じている。

上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、内部空間１０ｓの側の下面であり、内部空間１０ｓを画成している。天板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から形成され得る。一実施形態において、天板３４は、シリコンから形成されている。天板３４は、複数のガス吐出孔３４ａを提供している。複数のガス吐出孔３４ａは、天板３４をその板厚方向に貫通している。

支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６は、アルミニウムといった導電性材料から形成される。支持体３６は、その中にガス拡散室３６ａを提供している。支持体３６は、複数のガス孔３６ｂを更に提供している。複数のガス孔３６ｂは、ガス拡散室３６ａから下方に延びている。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６は、ガス導入口３６ｃを更に提供している。ガス導入口３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。

ガス供給管３８には、ガスソース群４０が、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３を介して、接続されている。ガスソース群４０、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３は、ガス供給部ＧＳを構成している。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースは、複数のガスのソースを含んでいる。バルブ群４１及びバルブ群４３の各々は、複数の開閉バルブを含んでいる。流量制御器群４２は、複数の流量制御器を含んでいる。流量制御器群４２の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、バルブ群４１の対応の開閉バルブ、流量制御器群４２の対応の流量制御器、及びバルブ群４３の対応の開閉バルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。

プラズマ処理装置１は、バッフル部材４８を更に備えていてもよい。バッフル部材４８は、筒状部２８とチャンバ本体１２の側壁との間に設けられている。バッフル部材４８は、板状の部材であり得る。バッフル部材４８は、例えば、アルミニウムから形成された部材の表面上に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。バッフル部材４８は、複数の貫通孔を提供している。チャンバ本体１２の底部は、バッフル部材４８の下方で排気口１２ｅを提供している。排気口１２ｅには、排気装置５０が排気管５２を介して接続されている。排気装置５０は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。

プラズマ処理装置１は、高周波電源６１を更に備えている。高周波電源６１は、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦを発生する電源である。高周波電力ＨＦは、第１の周波数を有する。第１の周波数は、例えば２７～１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。一例において、第１の周波数は、４０ＭＨｚである。高周波電源６１は、高周波電力ＨＦを下部電極１８に供給するために、整合器６１ｍ及び電極プレート１９を介して下部電極１８に接続されている。整合器６１ｍは、整合回路を有している。整合器６１ｍの整合回路は、可変インピーダンスを有する。整合器６１ｍの整合回路のインピーダンスは、高周波電源６１の負荷からの反射を低減させるように調整される。なお、高周波電源６１は、下部電極１８に電気的に接続されていなくてもよく、整合器６１ｍを介して上部電極３０に接続されていてもよい。高周波電源６１は、一実施形態のプラズマ生成部を構成している。

プラズマ処理装置１は、バイアス電源６２を更に備えている。バイアス電源６２は、電極プレート１９を介して下部電極１８に接続されている。バイアス電源６２は、電圧のパルスＮＰを周期的に発生するように構成されている。パルスＮＰの電圧の極性は、パルスＮＰが下部電極１８に印加されることにより設定される基板Ｗの電位が負の電位である限り、負又は正の何れであってもよい。一実施形態においては、バイアス電源６２は、電圧のパルスＮＰとして、負の電圧のパルス又は負の直流電圧のパルスを発生する。パルスＮＰの周期、即ちパルスＮＰが発生される時間間隔は、第２の周波数の逆数の時間長を有する。第２の周波数は、第１の周波数よりも低い。第２の周波数は、例えば、１ｋＨｚ～２７ＭＨｚの範囲内の周波数である。一例において、第２の周波数は４００ｋＨｚである。一周期の時間長においてパルスＮＰが下部電極１８に印加される時間が占める割合、即ちデューティー比は、２０％以下であってもよい。

一実施形態において、バイアス電源６２は、フィルタ６２ｆを介して下部電極１８に接続されていてもよい。フィルタ６２ｆは、ローパスフィルタであり、バイアス電源６２に流入し得る高周波電力ＨＦを低減させる。

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、分析器７２を更に備えていてもよい。分析器７２は、チャンバ１０内で生成されたプラズマの分光分析を実行する。例えば、分析器７２は、チャンバ本体１２の側壁に設けられた窓７４を介して、プラズマの発光を観察する。窓７４は、石英等の光学的に透明な部材から構成されている。

プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備える。制御部８０は、プロセッサ、記憶装置、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１の各部を制御する。具体的に、制御部８０は、記憶装置に記憶されている制御プログラムを実行し、当該記憶装置に記憶されているレシピデータに基づいてプラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部８０は、例えば、ガス供給部ＧＳ、排気装置５０、高周波電源６１、バイアス電源６２等を制御する。制御部８０による制御により、レシピデータによって指定されたプロセス、例えば方法ＭＴがプラズマ処理装置１において実行される。

以下、図１を再び参照して、方法ＭＴについて説明する。以下の説明では、プラズマ処理装置１を用いてそれが図２に示す基板Ｗに適用される場合を例にとって、方法ＭＴについて説明する。なお、方法ＭＴが適用される基板は、図２に示す基板とは異なる基板であってもよい。また、方法ＭＴでは、プラズマ処理装置１とは異なるプラズマ処理装置が用いられてもよい。

図１に示すように方法ＭＴは、工程ＳＴｐ及び工程ＳＴｅを含む。工程ＳＴｐでは、基板Ｗが基板支持器１６上に載置される。工程ＳＴｅは、基板Ｗが基板支持器１６に載置されている状態で実行される。工程ＳＴｅでは、膜ＥＦがエッチングされる。工程ＳＴｅは、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含む。工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２は、基板Ｗがチャンバ１０内で基板支持器１６上に載置された状態で実行される。

工程ＳＴ１では、プラズマ処理装置のチャンバ内で処理ガスのプラズマが生成される。処理ガスは、エッチングされるべき膜ＥＦの膜種に応じて選択される。膜ＥＦがシリコン酸化膜及び／又はシリコン窒化膜を含む場合には、処理ガスはフルオロカーボンガスを含み得る。処理ガスは、アルゴンガスのような希ガス、Ｏ_２ガスのような酸素ガス、及び他のフッ素含有ガスのうち少なくとも一つを含んでいてもよい。工程ＳＴ１では、処理ガスは、プラズマ生成部によって与えられるエネルギーによりチャンバ内で励起される。その結果、チャンバ内でプラズマが生成される。

プラズマ処理装置１が用いられる場合には、制御部８０は、工程ＳＴ１において、処理ガスをチャンバ１０内に供給するよう、ガス供給部ＧＳを制御する。また、制御部８０は、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するよう、排気装置５０を制御する。また、制御部８０は、高周波電力ＨＦを供給するよう、高周波電源６１を制御する。制御部８０の制御により、プラズマがチャンバ１０内で処理ガスから生成される。なお、工程ＳＴｅの実行中の高周波電力ＨＦの周波数は、一定であってもよい。工程ＳＴｅの実行中の高周波電力ＨＦの周波数は、例えば４０ＭＨｚであってもよい。

工程ＳＴ２は、工程ＳＴ１において生成されたプラズマがチャンバ内に存在するときに行われる。工程ＳＴ２は、工程ＳＴ１におけるプラズマの生成と同時に行われ得る。工程ＳＴ２は、工程ＳＴ２１を含む。工程ＳＴ２１では、パルスＮＰが、基板支持器の下部電極に印加される。工程ＳＴ２１は、周期的に繰り返される。即ち、工程ＳＴ２では、パルスＮＰが、基板支持器の下部電極に周期的に印加される。工程ＳＴ２では、プラズマからのイオンが基板に供給されることにより、膜ＥＦがエッチングされる。

プラズマ処理装置１が用いられる場合には、制御部８０は、工程ＳＴ２においてパルスＮＰを下部電極１８に周期的に印加するよう、バイアス電源６２を制御する。パルスＮＰが下部電極１８に印加される周期、即ち時間間隔は、第２の周波数の逆数の時間長を有する。第２の周波数は、上述したように、例えば１ｋＨｚ～２７ＭＨｚの範囲内の周波数である。一例において、第２の周波数は４００ｋＨｚである。一周期の時間長においてパルスＮＰが下部電極１８に印加される時間が占める割合、即ちデューティー比は、２０％以下であってもよい。

工程ＳＴ２では、パルスＮＰの一つ以上のパラメータの各々が、膜ＥＦのエッチングの進行に応じて変更される。パルスＮＰの一つ以上のパラメータの各々は、工程ＳＴ２１の繰り返し中に、少なくとも一回変更される。パルスＮＰの一つ以上のパラメータの各々は、工程ＳＴ２１の繰り返し中に、段階的に又は徐々に変更されてもよい。パルスＮＰの一つ以上のパラメータは、パルスＮＰの電圧のレベル及びパルスＮＰのデューティー比のうち少なくとも一つを含んでいてもよい。

パルスＮＰの電圧のレベルは、工程ＳＴ２において、基板Ｗの負の電位の絶対値が膜ＥＦのエッチングの進行に応じた増加傾向を有するように、少なくとも一回変更され得る。パルスＮＰの電圧のレベルは、工程ＳＴ２において、基板Ｗの負の電位の絶対値が膜ＥＦのエッチングの進行に応じた増加傾向を有するように、段階的に又は徐々に変更されてもよい。

図４の（ａ）～図４の（ｄ）の各々は、電圧のパルスの時間変化の例を示す図である。図４の（ａ）においては、パルスＮＰの電圧のレベルの段階的な変更が示されている。図４の（ａ）に示すように、工程ＳＴ２において、パルスＮＰの電圧のレベルは、二つ以上の周期毎に変更されてもよい。図４の（ｂ）においては、パルスＮＰの電圧のレベルの徐々の変化が示されている。図４の（ｂ）に示すように、工程ＳＴ２において、パルスＮＰの電圧のレベルは、一周期毎に変更されてもよい。

一実施形態では、工程ＳＴ２において、パルスＮＰの負の電圧又は負の直流電圧の絶対値が、膜ＥＦのエッチングの進行に応じた増加傾向を有するように、少なくとも一回増加されてもよい。工程ＳＴ２において、パルスＮＰの負の電圧又は負の直流電圧の絶対値は、膜ＥＦのエッチングの進行に応じた増加傾向を有するように、段階的に又は徐々に増加されてもよい。

パルスＮＰのデューティー比は、工程ＳＴ２において、膜ＥＦのエッチングの進行に応じた減少傾向を有するように、少なくとも一回減少され得る。パルスＮＰのデューティー比は、工程ＳＴ２において、膜ＥＦのエッチングの進行に応じた減少傾向を有するように、段階的に又は徐々に減少されてもよい。図４の（ｃ）においては、パルスＮＰのデューティー比の段階的な減少が示されている。図４の（ｃ）に示すように、工程ＳＴ２において、パルスＮＰのデューティー比は、二つ以上の周期毎に減少されてもよい。図４の（ｄ）においては、パルスＮＰのデューティー比の徐々の変化が示されている。図４の（ｄ）に示すように、工程ＳＴ２において、パルスＮＰのデューティー比は、一周期毎に減少されてもよい。

一実施形態において、パルスＮＰのデューティー比は、工程ＳＴ２において、１５％以上、２０％以下の範囲内の比を有するように、減少されてもよい。なお、工程ＳＴ２の実行中に、パルスＮＰの電圧の絶対値及びパルスＮＰのデューティー比は、同時に変更されてもよく、異なるタイミングで変更されてもよい。

工程ＳＴ２において、制御部８０は、膜ＥＦのエッチングの進行に応じてパルスＮＰの一つ以上のパラメータの各々を少なくとも一回変更するよう、バイアス電源６２を制御する。工程ＳＴ２において、制御部８０は、基板Ｗの負の電位の絶対値が膜ＥＦのエッチングの進行に応じた増加傾向を有するように、パルスＮＰの電圧のレベルを少なくとも一回変更させるよう、バイアス電源６２を制御し得る。パルスＮＰの電圧が負の極性を有する場合には、工程ＳＴ２において、制御部８０は、パルスＮＰの電圧の絶対値が膜ＥＦのエッチングの進行に応じた増加傾向を有するように、パルスＮＰの電圧の絶対値を少なくとも一回増加させるよう、バイアス電源６２を制御してもよい。工程ＳＴ２において、制御部８０は、パルスＮＰのデューティー比が膜ＥＦのエッチングの進行に応じた減少傾向を有するように、パルスＮＰのデューティー比を少なくとも一回減少させるよう、バイアス電源６２を制御してもよい。

一実施形態において、工程ＳＴ２は、工程ＳＴ２１に加えて、工程ＳＴ２２を含んでいてもよい。工程ＳＴ２は、工程ＳＴ２ａ及び工程ＳＴ２ｂを更に含んでいてもよい。工程ＳＴ２ａでは、停止条件が満たされるか否かが判定される。停止条件は、例えば工程ＳＴ２１の繰り返し回数が所定回数に達している場合に満たされるものと判定される。所定回数は、レシピデータの一部として指定されていてもよい。工程ＳＴ２ａにおいて停止条件が満たされないものと判定されると、次いで工程ＳＴ２ｂの判定が行われる。

工程ＳＴ２ｂでは、パルスＮＰの一つ以上のパラメータの何れかが変更されるべきか否かが判定される。パルスＮＰの一つ以上のパラメータの各々の変更のタイミングは、レシピデータの一部として規定されていてもよい。工程ＳＴ２ｂにおいてパルスＮＰの一つ以上のパラメータの何れもが変更されるべきでないと判定される場合には、処理は、工程ＳＴ２１に進む。

一方、工程ＳＴ２ｂにおいてパルスＮＰの一つ以上のパラメータの何れかが変更されるべきと判定される場合には、処理は、工程ＳＴ２２に進む。一例では、同じレベルのパルスＮＰが続けて出力された回数（即ち、同じレベルのパルスＮＰが出力された連続する周期の数）が所定回数に達している場合に、処理は、工程ＳＴ２２に進む。別の例では、分析器７２によって取得される複数の波長の光それぞれの発光強度から、エッチングされている膜の種類が切り替わっているものと判断される場合に、処理は工程ＳＴ２２に進む。例えば、膜ＥＦがシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層を含むである場合には、シリコン酸化膜がエッチングされているときには４８３ｎｍの波長の発光強度が大きく、シリコン窒化膜がエッチングされているときには３８７ｎｍの波長の発光強度が大きくなる。膜ＥＦがシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層を含む場合には、これらの波長の光の発光強度を観察することにより、エッチングされている膜の種類が切り替わるタイミングが特定され、かかるタイミングで工程ＳＴ２２が行われる。

工程ＳＴ２２においては、変更されるべきパルスＮＰのパラメータが変更される。パルスＮＰの電圧のレベルが変更されるべきパラメータである場合には、工程ＳＴ２２において当該レベルが変更される。例えば、パルスＮＰの電圧が負の極性を有する場合には、工程ＳＴ２２においてパルスＮＰの電圧の絶対値が増加される。パルスＮＰのデューティー比が変更されるべきパラメータである場合には、工程ＳＴ２２において当該デューティー比が減少される。なお、パルスＮＰの変更されるべきパラメータの変更値は、レシピデータの一部として規定されていてもよい。工程ＳＴ２２の後に、処理は、工程ＳＴ２１に進む。

工程ＳＴ２１が周期的に繰り返された後に工程ＳＴ２ａにおいて停止条件が満たされるものと判定されると、工程ＳＴ２が終了し、方法ＭＴが終了する。図５は、図１に示すエッチング方法が適用された一例の基板の部分拡大断面図である。工程ＳＴ２では、膜ＥＦはそれにマスクＭＫのパターンを転写するようにエッチングされる。その結果、開口が膜ＥＦに形成される。工程ＳＴ２では、図５に示すように、膜ＥＦは、下地領域ＵＲを部分的に露出させるようにエッチングされてもよい。

方法ＭＴでは、基板Ｗの膜ＥＦに形成されている開口の深さが浅いときには、基板Ｗの負の電位の絶対値は比較的小さいので、膜ＥＦは比較的低いエネルギーを有するイオンを用いてエッチングされる。また、基板Ｗの膜ＥＦに形成されている開口の深さが深いときには、基板Ｗの負の電位の絶対値は比較的大きいので、膜ＥＦは比較的高いエネルギーを有するイオンを用いてエッチングされる。開口の深さが浅いときに用いられる比較的低いエネルギーを有するイオンは、マスクＭＫのエッチンを抑制するので、マスクＭＫのエッチングに対する膜ＥＦのエッチングの選択性を高める。また、開口の深さが浅いときに用いられる比較的低いエネルギーを有するイオンは、膜ＥＦに形成される開口の垂直性の劣化を抑制し得る。また、開口の深さが深いときに用いられる比較的高いエネルギーを有するイオンは、膜ＥＦのエッチングレートを高めることにより、マスクＭＫのエッチングに対する膜ＥＦのエッチングの選択性を高める。また、開口の深さが深いときに用いられる比較的高いエネルギーを有するイオンは、膜ＥＦに形成される開口の垂直性を高める。したがって、方法ＭＴによれば、膜ＥＦに形成される開口の垂直性とマスクＭＫのエッチングに対する膜ＥＦのエッチングの選択性が高められる。

一実施形態においては、周期的に印加されるパルスＮＰの電圧は、負の極性を有する。周期的に印加されるパルスＮＰの電圧の絶対値が増加傾向を有する場合には、基板Ｗの膜ＥＦに形成されている開口の深さが浅いときに、比較的低い絶対値を有する負の電圧のパルスＮＰが下部電極１８に供給される。したがって、膜ＥＦは比較的低いエネルギーを有するイオンを用いてエッチングされる。また、膜ＥＦに形成されている開口の深さが深いときには、比較的高い絶対値を有する負の電圧のパルスＮＰが下部電極１８に供給され、膜ＥＦは比較的高いエネルギーを有するイオンを用いてエッチングされる。

周期的に印加されるパルスＮＰのデューティー比が減少傾向を有する場合には、膜ＥＦのエッチングの進行につれてマスクＭＫのエッチングレートが低下する。したがって、マスクＭＫのエッチングに対する膜ＥＦのエッチングの選択性が高められる。また、パルスＮＰのデューティー比が、１５％以上、２０％以下の比を有するように減少される場合には、膜ＥＦのエッチングレートの低下を抑制しつつ、マスクＭＫのエッチングを更に抑制することが可能となる。

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。

例えば、第１の期間と第２の期間が交互に繰り返され、第２の期間における高周波電力ＨＦの電力レベルが第１の期間にける高周波電力ＨＦの電力レベルよりも低くなるように、設定されてもよい。第２の期間において高周波電力ＨＦの電力レベルはゼロに設定されてもよい。即ち、第２の期間において高周波電力ＨＦの供給が停止されてもよい。また、第２の期間において周期的に印加されるパルスＮＰの電圧の絶対値が、第１の期間において周期的に印加されるパルスＮＰの電圧の絶対値よりも低くなるように設定されてもよい。第２の期間においてパルスＮＰの印加は停止されてもよい。なお、方法ＭＴにおいてエッチングされる膜がシリコン酸化膜である場合には、第１の期間と第２の期間を含む一周期の時間長の逆数、即ちパルス周波数は、２ｋＨｚであってもよい。方法ＭＴにおいてエッチングされる膜がシリコン窒化膜である場合には、パルス周波数は、５ｋＨｚ以上、１０ｋＨｚ以下であってもよい。

また、方法ＭＴでは、基板支持器の下部電極に対して周期的に印加されるパルスＮＰの一つ以上のパラメータを変更することができる限り、任意のプラズマ処理装置が用いられてもよい。そのようなプラズマ処理装置としては、誘導結合型のプラズマ処理装置、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置が例示される。

以下、方法ＭＴの評価のために行った種々の実験について説明する。本開示は、これらの実験によって限定されるものではない。

（第１の実験）

第１の実験では、プラズマ処理装置１を用いて図２に示す基板Ｗと同じ複数のサンプル基板に方法ＭＴを適用した。サンプル基板の各々において、マスクＭＫは、多結晶シリコン膜から形成されマスクであった。膜ＦＡは、シリコン酸化膜であり、膜ＦＢは、シリコン窒化膜であった。第１の実験では、エッチングの時間（工程ＳＴ２の時間長）及びパルスＮＰの負の直流電圧の絶対値の互いに異なる条件の下で、複数のサンプル基板の膜ＥＦをエッチングした。以下、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２の他の条件を示す。
＜工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２の条件＞
高周波電力ＨＦ：４０ＭＨｚ、１５００Ｗ
パルスＮＰの第２の周波数：４００ｋＨｚ
パルスＮＰのデューティー比：１５％
処理ガス：フルオロカーボンガス、Ｏ_２ガス、アルゴンガスを含む混合ガス

第１の実験では、各サンプル基板の膜ＥＦのエッチング結果から、エッチングの開始からの四つの時間の区間における選択比を求めた。四つの時間の区間は、エッチングの開始時点を基準として、０秒～６０秒、６０秒～１２０秒、１２０秒～１８０秒、１８０秒～２４０秒であった。選択比は、膜ＥＦのエッチングレートをマスクＭＫのエッチングレートで除すことにより求めた。四つの時間の区間と選択比との関係を図６に示す。図６に示すように、エッチングの開始からの経過時間が短いとき、即ち膜ＥＦに形成されている開口が浅いときには、小さい絶対値を有する負の直流電圧のパルスＮＰを用いることにより、高い選択比が得られることが確認された。また、エッチングの開始からの経過時間が長いとき、即ち膜ＥＦに形成されている開口が深いときには、大きい絶対値を有する負の直流電圧のパルスＮＰを用いることにより、高い選択比が得られることが確認された。このことから、工程ＳＴ２においてパルスＮＰの電圧の絶対値が増加傾向を有するようにパルスＮＰの電圧の絶対値を少なくとも一回増加させることにより、高い選択比が得られることが確認された。

また、第１の実験では、各サンプル基板の膜ＥＦのエッチング結果から、膜ＥＦに形成された開口の深さと膜ＦＡにおける開口の最大幅（Ｂｏｗｉｎｇ ＣＤ）及び膜ＦＢにおける開口の最大幅（Ｂｏｗｉｎｇ ＣＤ）の各々との関係を求めた。図７は、膜ＥＦに形成された開口の深さと膜ＦＢにおける開口の最大幅（Ｂｏｗｉｎｇ ＣＤ）との関係を示すグラフである。図８は、膜ＥＦに形成された開口の深さと膜ＦＡにおける開口の最大幅（Ｂｏｗｉｎｇ ＣＤ）との関係を示すグラフである。図７及び図８に示すように、膜ＥＦに形成された開口の深さが浅いときには、パルスＮＰの電圧の絶対値に対する膜ＦＡ及び膜ＦＢの各々のＢｏｗｉｎｇ ＣＤの依存性は小さかった。膜ＥＦに形成された開口の深さが深いときには、パルスＮＰの電圧の絶対値が大きいほど、膜ＦＡ及び膜ＦＢの各々のＢｏｗｉｎｇ ＣＤは小さくなっていた。このことから、工程ＳＴ２においてパルスＮＰの電圧の絶対値が増加傾向を有するようにパルスＮＰの電圧の絶対値を少なくとも一回増加させることにより、高い選択比と共に膜ＥＦの開口の高い垂直性を得られることが確認された。

（第２の実験）

第２の実験では、プラズマ処理装置１を用いて複数のサンプル基板に方法ＭＴを適用した。第２の実験で用いた複数のサンプル基板の各々は、第１の実験で用いたサンプル基板と同じ構成を有するものであった。第２の実験では、パルスＮＰの電圧の絶対値及びデューティー比の異なる条件の下で、複数のサンプル基板の膜ＥＦをエッチングした。以下、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２の他の条件を示す。
＜工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２の条件＞
高周波電力ＨＦ：４０ＭＨｚ、１５００Ｗ
パルスＮＰの第２の周波数：４００ｋＨｚ
処理ガス：フルオロカーボンガス、Ｏ_２ガス、アルゴンガスを含む混合ガス

第２の実験では、複数のサンプル基板のエッチング結果から、パルスＮＰのデューティー比と膜ＦＡのエッチングレート及びマスクＭＫのエッチグレートの各々との関係を求めた。図９に、パルスＮＰのデューティー比と膜ＦＡのエッチングレートとの関係を示す。図１０に、パルスＮＰのデューティー比とマスクＭＫのエッチングレートとの関係を示す。図１０に示すように、マスクＭＫのエッチングレートは、パルスＮＰのデューティー比の減少に応じて低下していた。図９に示すように、パルスＮＰのデューティー比の減少に応じた膜ＦＡのエッチングレートの低下は、パルスＮＰのデューティー比が２０％から１５％の範囲内で減少される限りにおいては、小さかった。したがって、周期的に印加されるパルスＮＰのデューティー比が減少傾向を有する場合には、選択性が高められることが確認された。また、パルスＮＰのデューティー比が、２０％以上、１５％以下の比を有するように減少される場合には、膜ＥＦのエッチングレートの低下を抑制しつつ、マスクＭＫのエッチングを更に抑制することが可能となることが確認された。

以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。

１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１６…基板支持器、１８…下部電極、６１…高周波電源、６２…バイアス電源。

Claims (16)

1. プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持器上に基板を載置する工程であり、該基板は、膜と該膜上に設けられたマスクを有する、該工程と、
   前記基板支持器上に載置された前記基板の前記膜をエッチングする工程であり、
   （ａ）前記チャンバ内で処理ガスのプラズマを生成する工程と、
   （ｂ）電圧のパルスを周期的に前記基板支持器内の下部電極に印加して前記プラズマからのイオンを前記基板に供給することにより前記膜をエッチングする工程と、
   を含み、
   前記（ｂ）において、前記基板の負の電位の絶対値が前記膜のエッチングの進行に応じた増加傾向を有するように、前記パルスの電圧のレベルが少なくとも一回変更される、エッチング方法。
2. 前記パルスは、負の電圧のパルスであるか、負の直流電圧のパルスであり、
   前記（ｂ）において、前記パルスの電圧の絶対値が前記膜のエッチングの進行に応じた増加傾向を有するように前記パルスの電圧の絶対値が少なくとも一回増加される、請求項１に記載のエッチング方法。
3. 前記（ｂ）において、前記パルスのデューティー比が２０％以下に設定される、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
4. 前記（ｂ）において、前記パルスのデューティー比が、前記膜のエッチングの進行に応じた減少傾向を有するように少なくとも一回減少される、請求項１～３の何れか一項に記載のエッチング方法。
5. 前記（ｂ）において、前記パルスの前記デューティー比が、１５％以上、２０％以下の比を有するように減少される、請求項４に記載のエッチング方法。
6. 前記（ｂ）において、前記パルスの前記デューティー比が、段階的に又は徐々に減少される、請求項４又は５に記載のエッチング方法。
7. 前記（ｂ）において、前記パルスの前記電圧の前記レベルが、段階的に又は徐々に変更される、請求項１～６の何れか一項に記載のエッチング方法。
8. プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持器上に基板を載置する工程であり、該基板は、膜と該膜上に設けられたマスクを有する、該工程と、
   前記基板支持器上に載置された前記基板の前記膜をエッチングする工程であり、
   （ａ）プラズマ処理装置のチャンバ内で処理ガスのプラズマを生成する工程と、
   （ｂ）電圧のパルスを周期的に前記基板支持器内の下部電極に印加して前記プラズマからのイオンを前記基板に供給することにより前記膜をエッチングする工程と、
   を含み、
   前記（ｂ）において、前記パルスのデューティー比が、前記膜のエッチングの進行に応じた減少傾向を有するように少なくとも一回減少される、エッチング方法。
9. 前記パルスは、負の電圧のパルスであるか、負の直流電圧のパルスである、請求項８に記載のエッチング方法。
10. 前記膜は、シリコン含有膜を含む、請求項１～９の何れか一項に記載のエッチング方法。
11. 前記膜は、シリコン含有誘電体膜を含む、請求項１～９の何れか一項に記載のエッチング方法。
12. 前記膜は、シリコン酸化膜を含む、請求項１～９の何れか一項に記載のエッチング方法。
13. 前記膜は、シリコン窒化膜を更に含む、請求項１２に記載のエッチング方法。
14. 前記マスクは、多結晶シリコンから形成されている、請求項１２又は１３に記載のエッチング方法。
15. チャンバと、
    下部電極を有し、前記チャンバ内に設けられた基板支持器と、
    前記チャンバ内に処理ガスを供給するように構成されたガス供給部と、
    前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するように構成されたプラズマ生成部と、
    前記下部電極に電気的に接続されており、電圧のパルスを周期的に発生するように構成されたバイアス電源と、
    前記ガス供給部、前記プラズマ生成部、及び前記バイアス電源を制御するように構成された制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    （ａ）前記チャンバ内で前記処理ガスのプラズマを生成するよう、前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御し、
    （ｂ）前記プラズマからのイオンを前記基板支持器上の基板に供給して該基板の膜をエッチングするために、前記パルスを周期的に前記下部電極に印加するよう、前記バイアス電源を制御し、
    前記（ｂ）の制御において、前記基板の負の電位の絶対値が前記膜のエッチングの進行に応じた増加傾向を有するように前記パルスの電圧のレベルを少なくとも１回変更させるよう、前記バイアス電源を制御する、
    プラズマ処理装置。
16. 前記バイアス電源は、前記パルスとして、負の電圧のパルス又は負の直流電圧のパルスを発生するように構成されている、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。

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