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JP6928548B2 - エッチング方法 - Google Patents

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Description

本開示の実施形態は、エッチング方法に関するものである。
電子デバイスの製造においては、基板の膜にマスクのパターンを転写するためにプラズマエッチングが行われている。プラズマエッチングにおいては、マスクに対して膜が選択的にエッチングされることが要求される。即ち、プラズマエッチングには、選択性が要求される。
高い選択性を得るために、二種の処理ガスのプラズマを交互に生成するエッチング方法が知られている。二種の処理ガスのうち一方の処理ガスは、堆積ガスであり、他方の処理ガスはエッチングガスである。即ち、一方の処理ガスは、他方の処理ガスよりも高い堆積性を有する。堆積ガスのプラズマが生成されると、マスク上に堆積物が形成される。エッチングガスのプラズマによる膜のエッチング中に、マスクは、堆積物によって保護される。このようなエッチング方法については、特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載されたエッチング方法では、第１のプロセス条件の下でのプラズマエッチングと第２のプロセス条件の下でのプラズマエッチングが交互に実行される。第１のプロセス条件で用いられる第１の処理ガス及び第２のプロセス条件で用いられる第２の処理ガスは双方共に、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣ４Ｆ６ガスを含んでいる。第１のプロセス条件におけるＣ４Ｆ６ガスの流量は、第２のプロセス条件におけるＣ４Ｆ６ガスの流量よりも多く、第２のプロセス条件におけるＣ４Ｆ８ガスの流量は、第１のプロセス条件におけるＣ４Ｆ８ガスの流量よりも多い。
特開２０１２−３９０４８号公報
上述したように、プラズマエッチングには、マスクに対して膜が選択的にエッチングされること、即ち選択性が要求される。特許文献１に記載された技術のように、二種のフルオロカーボンガスを用いるプラズマエッチングにおいても選択性を高めることが要求されている。
一態様においては、基板の膜のエッチング方法が提供される。基板は、パターンを有するマスクを膜上に有している。エッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内に基板が配置された状態で実行される。エッチング方法は、（ｉ）膜をエッチングするために、チャンバ内で、第１のフルオロカーボンを含む第１のガス、第２のフルオロカーボンを含む第２のガス、酸素含有ガス、及びフッ素含有ガスを含む第１の処理ガスのプラズマを生成する工程と、（ｉｉ）膜をエッチングするために、チャンバ内で、第１のガス、第２のガス、酸素含有ガス、及びフッ素含有ガスを含む第２の処理ガスのプラズマを生成する工程と、を含む。第１の処理ガスのプラズマを生成する工程と第２の処理ガスのプラズマを生成する工程は、交互に実行される。第２のフルオロカーボンの分子中の炭素原子の数に対するフッ素原子の数の比の値は、第１のフルオロカーボンの分子中の炭素原子の数に対するフッ素原子の数の比の値よりも大きい。第１の処理ガスにおける第１のガスの流量は、第２の処理ガスにおける第１のガスの流量よりも多い。第２の処理ガスにおける第２のガスの流量は、第１の処理ガスにおける第２のガスの流量よりも多い。第２の処理ガスにおける酸素含有ガスの流量は、第１の処理ガスにおける酸素含有ガスの流量よりも多い。第２の処理ガスにおけるフッ素含有ガスの流量は、第１の処理ガスにおけるフッ素含有ガスの流量よりも少ない。
一態様に係るエッチング方法では、プラズマ中のフッ素の発光強度の時間特性及びプラズマ中の酸素の発光強度の時間特性におけるオーバーシュート及びアンダーシュートが抑制される。また、プラズマ中のフッ素の発光強度及びプラズマ中の酸素の発光強度の各々が、時間的に増減する。即ち、フッ素のプラズマの密度及び酸素のプラズマの密度の過剰な変化を抑制しつつ、フッ素のプラズマの密度及び酸素のプラズマの密度を時間的に増減させることができる。したがって、マスク上に堆積する炭素含有物質の量を制御することができる。故に、マスクに対して膜をより選択的にエッチングすること、即ち高い選択性を得ることが可能となる。
一実施形態では、第１の処理ガスのプラズマを生成する工程と第２の処理ガスのプラズマを生成する工程にわたって、第１の処理ガスのプラズマ及び第２の処理ガスのプラズマを生成するための高周波が連続的に供給される。
一実施形態において、第１の処理ガスにおける第１のガスの流量は、第１の処理ガスにおける第２のガスの流量よりも多く、第２の処理ガスにおける第２のガスの流量は、第２の処理ガスにおける第１のガスの流量よりも多い。
一実施形態において、第１のフルオロカーボンは、パーフルオロカーボン又はハイドロフルオロカーボンであり、第２のフルオロカーボンは、パーフルオロカーボン又はハイドロフルオロカーボンである。第１のフルオロカーボンは、Ｃ４Ｆ６であってもよく、第２のフルオロカーボンは、Ｃ４Ｆ８であってもよい。酸素含有ガスは、酸素ガス（Ｏ２ガス）であってもよい。フッ素含有ガスは、ＮＦ３ガスであってもよい。
以上説明したように、マスクに対して膜をより選択的にエッチングすること、即ち高い選択性を得ることが可能となる。
一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。 図１に示すエッチング方法を適用可能な一例の基板の一部拡大断面図である。 図１に示すエッチング方法の実行に用いることが可能な一例のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 図１に示すエッチング方法に関連するタイミングチャートである。 図５の（ａ）は第１の実験において測定した波長７０４ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフであり、図５の（ｂ）は第１の実験において測定した波長７７７ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフであり、図５の（ｃ）は第１の実験において測定した波長５１６ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフである。 図６の（ａ）は第２の実験において測定した波長７０４ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフであり、図６の（ｂ）は第２の実験において測定した波長７７７ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフであり、図６の（ｃ）は第２の実験において測定した波長５１６ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフである。 図７の（ａ）は第１の比較実験において測定した波長７０４ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフであり、図７の（ｂ）は第１の比較実験において測定した波長７７７ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフであり、図７の（ｃ）は第１の比較実験において測定した波長５１６ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフである。 図８の（ａ）は第２の比較実験において測定した波長７０４ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフであり、図８の（ｂ）は第２の比較実験において測定した波長７７７ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフであり、図８の（ｃ）は第２の比較実験において測定した波長５１６ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフである。
以下、図面を参照して種々の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、一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。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実行される。図２は、図１に示すエッチング方法を適用可能な一例の基板の一部拡大断面図である。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、エッチング対象の膜であり、下地領域ＵＲ上に設けられている。膜ＥＦは、シリコン含有膜である。膜ＥＦは、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又は、複数のシリコン酸化膜と複数のシリコン窒化膜の多層膜であり得る。多層膜において、複数のシリコン酸化膜と複数のシリコン窒化膜は交互に積層される。マスクＭＫは、膜ＥＦ上に設けられている。マスクＭＫは、炭素含有材料又は多結晶シリコンから形成される。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のパターンは、膜ＥＦの表面を部分的に露出させている。膜ＥＦは、例えばホール及び／又は溝といった一以上の開口を提供している。
方法ＭＴの実行には、プラズマ処理装置が用いられる。図３は、図１に示すエッチング方法の実行に用いることが可能な一例のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図３に示すプラズマ処理装置１は、容量結合型プラズマエッチング装置である。プラズマ処理装置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は、チャンバ本体１２を含んでいる。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の内側に提供されている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから形成されている。チャンバ本体１２の内壁面には、耐腐食性を有する膜が施されている。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の側壁には、通路１２ｐが形成されている。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。
チャンバ本体１２の底部上には、支持部１３が設けられている。支持部１３は、絶縁材料から形成されている。支持部１３は、略円筒形状を有している。支持部１３は、内部空間１０ｓの中で、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１３は、支持台１４を支持している。支持台１４は、内部空間１０ｓの中に設けられている。支持台１４は、内部空間１０ｓの中で、基板Ｗを支持するように構成されている。
支持台１４は、下部電極１８及び静電チャック２０を有している。支持台１４は、電極プレート１６を更に有し得る。電極プレート１６は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８は、電極プレート１６上に設けられている。下部電極１８は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８は、電極プレート１６に電気的に接続されている。
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。静電チャック２０の上面の上には、基板Ｗが載置される。静電チャック２０は、本体及び電極を有する。静電チャック２０の本体は、誘電体から形成されている。静電チャック２０の電極は、膜状の電極であり、静電チャック２０の本体内に設けられている。静電チャック２０の電極は、スイッチ２０ｓを介して直流電源２０ｐに接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２０ｐからの電圧が印加されると、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。
下部電極１８の周縁部上には、基板Ｗのエッジを囲むように、フォーカスリングＦＲが配置される。フォーカスリングＦＲは、基板Ｗに対するプラズマ処理の面内均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、限定されるものではないが、シリコン、炭化シリコン、又は石英から形成され得る。
下部電極１８の内部には、流路１８ｆが設けられている。流路１８ｆには、チャンバ１０の外部に設けられているチラーユニット２２から配管２２ａを介して熱交換媒体（例えば冷媒）が供給される。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２２ｂを介してチラーユニット２２に戻される。プラズマ処理装置１では、静電チャック２０上に載置された基板Ｗの温度が、熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、調整される。
プラズマ処理装置１には、ガス供給ライン２４が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス（例えばＨｅガス）を、静電チャック２０の上面と基板Ｗの裏面との間に供給する。
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、支持台１４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。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが形成されている。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の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。支持体３６には、複数のガス孔３６ｂが形成されている。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には、ガス導入口３６ｃが形成されている。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、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３を介して、ガスソース群４０が接続されている。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、方法ＭＴで利用される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では、チャンバ本体１２の内壁面に沿って、シールド４６が着脱自在に設けられている。シールド４６は、支持部１３の外周にも設けられている。シールド４６は、チャンバ本体１２にエッチング副生物が付着することを防止する。シールド４６は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面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。
支持部１３とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面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。バッフルプレート４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方、且つ、チャンバ本体１２の底部には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、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、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波を発生する電源である。第１の高周波の周波数は、例えば２７ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源６２は、整合器６６及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して、上部電極３０に接続されていてもよい。
第２の高周波電源６４は、基板Ｗにイオンを引き込むための第２の高周波を発生する電源である。第２の高周波の周波数は、第１の高周波の周波数よりも低い。第２の高周波の周波数は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。第２の高周波電源６４は、整合器６８及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
プラズマ処理装置１は、直流電源７０を更に備え得る。直流電源７０は、上部電極３０に接続されている。直流電源７０は、負の直流電圧を発生し、当該直流電圧を上部電極３０に印加するように構成されている。
プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備え得る。制御部８０は、プロセッサ、メモリといった記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部８０は、プラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部８０では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部８０では、表示装置により、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部８０の記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、プラズマ処理装置１で各種処理を実行するために、制御部８０のプロセッサによって実行される。制御部８０のプロセッサが、制御プログラムを実行し、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１の各部を制御することにより、方法ＭＴがプラズマ処理装置１で実行される。
以下、方法ＭＴがプラズマ処理装置１を用いて図２に示す基板Ｗに適用される場合を例として、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、膜及び当該膜に転写されるべきパターンを有するマスクを有するものであれば、任意の基板であってもよい。以下の説明では、図１に加えて図４を参照する。図４は、図１に示すエッチング方法に関連するタイミングチャートである。
方法ＭＴは、プラズマ処理装置１のチャンバ内、即ち、内部空間１０ｓの中に基板Ｗが配置された状態で実行される。内部空間１０ｓの中では、基板Ｗは、静電チャック２０上に載置され、静電チャック２０によって保持される。図１及び図４に示すように、方法ＭＴは、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含む。工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２は、交互に実行される。
工程ＳＴ１では、膜ＥＦをエッチングするために、チャンバ１０内、即ち内部空間１０ｓの中で、第１の処理ガスのプラズマが生成される。工程ＳＴ２では、膜ＥＦをエッチングするために、チャンバ１０内、即ち内部空間１０ｓの中で、第２の処理ガスのプラズマが生成される。第１の処理ガス及び第２の処理ガスの各々は、第１のガス、第２のガス、酸素含有ガス、及びフッ素含有ガスを含む。
第１のガスは、第１のフルオロカーボンを含む。第１のフルオロカーボンは、パーフルオロカーボン又はハイドロフルオロカーボンである。第２のガスは、第２のフルオロカーボンを含む。第２のフルオロカーボンは、パーフルオロカーボン又はハイドロフルオロカーボンである。第２のフルオロカーボンの分子中の炭素原子の数に対するフッ素原子の数の比の値は、第１のフルオロカーボンの分子中の炭素原子の数に対するフッ素原子の数の比の値よりも大きい。一例では、第１のフルオロカーボンはＣ４Ｆ６であり、第２のフルオロカーボンはＣ４Ｆ８である。別の例では、一例では、第１のフルオロカーボンはＣ４Ｆ６であり、第２のフルオロカーボンはＣＨＦ３である。第１の処理ガス及び第２の処理ガスの各々に含まれる酸素含有ガスは、酸素ガス（Ｏ２ガス）、一酸化炭素ガス、又は二酸化炭素ガスであり得る。第１の処理ガス及び第２の処理ガスの各々に含まれるフッ素含有ガスは、任意のフッ素含有ガスであり、例えばＮＦ３ガス又はＳＦ６ガスである。一例では、第１の処理ガス及び第２の処理ガスの各々は、Ｃ４Ｆ６を含む第１のガス、Ｃ４Ｆ８を含む第２のガス、酸素ガス（Ｏ２ガス）、及びＮＦ３ガスを含む。
図４に示すように、第１の処理ガスにおける第１のガスの流量は、第２の処理ガスにおける第１のガスの流量よりも多い。即ち、工程ＳＴ１における第１のガスの流量は、工程ＳＴ２における第１のガスの流量よりも多い。また、第２の処理ガスにおける第２のガスの流量は、第１の処理ガスにおける第２のガスの流量よりも多い。即ち、工程ＳＴ２における第２のガスの流量は、工程ＳＴ１における第２のガスの流量よりも多い。また、第２の処理ガスにおける酸素含有ガスの流量は、第１の処理ガスにおける酸素含有ガスの流量よりも多い。即ち、工程ＳＴ２における酸素含有ガスの流量は、工程ＳＴ１における酸素含有ガスの流量よりも多い。また、第２の処理ガスにおけるフッ素含有ガスの流量は、第１の処理ガスにおけるフッ素含有ガスの流量よりも少ない。即ち、工程ＳＴ２におけるフッ素含有ガスの流量は、工程ＳＴ１におけるフッ素含有ガスの流量よりも少ない。また、第１の処理ガスにおける第１のガスの流量は、第１の処理ガスにおける第２のガスの流量よりも多く、第２の処理ガスにおける第２のガスの流量は、第２の処理ガスにおける第１のガスの流量よりも多い。
工程ＳＴ１では、ガスソース群４０から第１の処理ガスが内部空間１０ｓに供給される。工程ＳＴ１では、内部空間１０ｓの中の圧力が指定された圧力に設定されるよう、排気装置５０が制御される。工程ＳＴ１では、第１の処理ガスのプラズマを生成するために、第１の高周波が供給される。また、工程ＳＴ１では、第２の高周波が下部電極１８に供給されてもよい。
工程ＳＴ２では、ガスソース群４０から第２の処理ガスが内部空間１０ｓに供給される。工程ＳＴ２では、内部空間１０ｓの中の圧力が指定された圧力に設定されるよう、排気装置５０が制御される。工程ＳＴ２では、第２の処理ガスのプラズマを生成するために、第１の高周波が供給される。また、工程ＳＴ２では、第２の高周波が下部電極１８に供給される。一実施形態において、第１の高周波は、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２にわたって、即ち、工程ＳＴ１と工程ＳＴ２の交互の繰り返しにわたって、連続的に供給される。第２の高周波も、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２にわたって、即ち、工程ＳＴ１と工程ＳＴ２の交互の繰り返しにわたって、連続的に供給されてもよい。
第２の処理ガスに比べて、第１の処理ガスでは第１のガスの流量が多い。第１のガスは比較的多くの炭素原子を含む。したがって、工程ＳＴ１の実行中には、炭素含有物質を含む堆積物、即ち炭素及び／又は炭素とフッ素を含む堆積物がマスクＭＫ上に形成される。第１の処理ガスに比べて、第２の処理ガスでは第２のガスの流量が多い。第２のガスは比較的多くのフッ素原子を含む。したがって、工程ＳＴ２の実行中には、膜ＥＦがエッチングされる。また、工程ＳＴ２の実行中には、工程ＳＴ１で形成された堆積物によってマスクＭＫが保護される。
方法ＭＴでは、その実行中に、プラズマ中のフッ素の発光強度の時間特性及びプラズマ中の酸素の発光強度の時間特性におけるオーバーシュート及びアンダーシュートが抑制される。また、プラズマ中のフッ素の発光強度及びプラズマ中の酸素の発光強度の各々が、時間的に増減する。即ち、フッ素のプラズマの密度及び酸素のプラズマの密度の過剰な変化を抑制しつつ、フッ素のプラズマの密度及び酸素のプラズマの密度を時間的に増減させることができる。したがって、方法ＭＴによれば、マスクＭＫ上に堆積する炭素含有物質の量を制御することができる。故に、マスクＭＫに対して膜ＥＦをより選択的にエッチングすること、即ち高い選択性を得ることが可能となる。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、方法ＭＴは、誘導結合型のプラズマ処理装置マイクロ波といった表面波を用いてガスを励起させるプラズマ処理装置といった任意のタイプのプラズマ処理装置を用いて実行されてもよい。また、方法ＭＴにおいて、工程ＳＴ１と工程ＳＴ２の何れが先に実行されてもよい。
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。なお、本開示は以下の実験に限定されるものではない。
（第１及び第２の実験並びに第１及び第２の比較実験）
第１及び第２の実験では、プラズマ処理装置１を用いて下記の条件で方法ＭＴを実行した。そして、内部空間１０ｓにおける波長７０４ｎｍの発光強度（フッ素（Ｆ）の発光強度）、波長７７７ｎｍの発光強度（酸素（Ｏ）の発光強度）、及び波長５１６ｎｍの発光強度（Ｃ２の発光強度）の時間特性（時間変化）を測定した。
＜第１の実験の条件＞
工程ＳＴ１
Ｃ４Ｆ６ガス：８７ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：１７ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：４７ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガス：３５ｓｃｃｍ
内部空間１０ｓの中の圧力：１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波：４０ＭＨｚ、１５００Ｗ
第２の高周波：４００ｋＨｚ、１４０００Ｗ
処理時間：６０秒
工程ＳＴ２
Ｃ４Ｆ６ガス：１７ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：８７ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：８７ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガス：５ｓｃｃｍ
内部空間１０ｓの中の圧力：１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波：４０ＭＨｚ、１５００Ｗ
第２の高周波：４００ｋＨｚ、１４０００Ｗ
処理時間：６０秒
＜第２の実験の条件＞
工程ＳＴ１
Ｃ４Ｆ６ガス：８７ｓｃｃｍ
ＣＨＦ３ガス：３４ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：４７ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガス：３５ｓｃｃｍ
内部空間１０ｓの中の圧力：１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波：４０ＭＨｚ、１５００Ｗ
第２の高周波：４００ｋＨｚ、１４０００Ｗ
処理時間：６０秒
工程ＳＴ２
Ｃ４Ｆ６ガス：１７ｓｃｃｍ
ＣＨＦ３ガス：１７４ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：８７ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガス：５ｓｃｃｍ
内部空間１０ｓの中の圧力：１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波：４０ＭＨｚ、１５００Ｗ
第２の高周波：４００ｋＨｚ、１４０００Ｗ
処理時間：６０秒
第１及び第２の比較実験では、プラズマ処理装置１を用いて下記の第１工程及び第２工程を交互に繰り返した。そして、内部空間１０ｓにおける波長７０４ｎｍの発光強度（フッ素（Ｆ）の発光強度）、波長７７７ｎｍの発光強度（酸素（Ｏ）の発光強度）、及び波長５１６ｎｍの発光強度（Ｃ２の発光強度）の時間特性（時間変化）を測定した。
＜第１の比較実験の条件＞
第１工程
Ｃ４Ｆ６ガス：８７ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：１７ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：４７ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガス：３５ｓｃｃｍ
内部空間１０ｓの中の圧力：１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波：４０ＭＨｚ、１５００Ｗ
第２の高周波：４００ｋＨｚ、１４０００Ｗ
処理時間：６０秒
第２工程
Ｃ４Ｆ６ガス：１７ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：８７ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：４７ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガス：３５ｓｃｃｍ
内部空間１０ｓの中の圧力：１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波：４０ＭＨｚ、１５００Ｗ
第２の高周波：４００ｋＨｚ、１４０００Ｗ
処理時間：６０秒
＜第２の比較実験の条件＞
第１工程
Ｃ４Ｆ６ガス：８７ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：１７ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：４７ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガス：３５ｓｃｃｍ
内部空間１０ｓの中の圧力：１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波：４０ＭＨｚ、１５００Ｗ
第２の高周波：４００ｋＨｚ、１４０００Ｗ
処理時間：６０秒
第２工程
Ｃ４Ｆ６ガス：１７ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：８７ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：８７ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガス：３５ｓｃｃｍ
内部空間１０ｓの中の圧力：１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波：４０ＭＨｚ、１５００Ｗ
第２の高周波：４００ｋＨｚ、１４０００Ｗ
処理時間：６０秒
図５の（ａ）は第１の実験において測定した波長７０４ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフであり、図５の（ｂ）は第１の実験において測定した波長７７７ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフであり、図５の（ｃ）は第１の実験において測定した波長５１６ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフである。図６の（ａ）は第２の実験において測定した波長７０４ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフであり、図６の（ｂ）は第２の実験において測定した波長７７７ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフであり、図６の（ｃ）は第２の実験において測定した波長５１６ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフである。図７の（ａ）は第１の比較実験において測定した波長７０４ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフであり、図７の（ｂ）は第１の比較実験において測定した波長７７７ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフであり、図７の（ｃ）は第１の比較実験において測定した波長５１６ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフである。図８の（ａ）は第２の比較実験において測定した波長７０４ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフであり、図８の（ｂ）は第２の比較実験において測定した波長７７７ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフであり、図８の（ｃ）は第２の比較実験において測定した波長５１６ｎｍの発光強度の時間特性を示すグラフである。
第１の比較実験では、第１工程と第２工程にわたってＯ２ガスの流量とＮＦ３ガスの流量を変化させなかった。第１の比較実験では、図７の（ａ）及び図７の（ｂ）に示すように、フッ素の発光強度の時間特性と酸素の発光強度の時間特性にオーバーシュート及びアンダーシュートが発生していた。第２の比較実験では、第１工程におけるＯ２ガスの流量に対して第２工程におけるＯ２ガスの流量を増加させたが、第１工程及び第２工程にわたってＮＦ３ガスの流量を変化させなかった。かかる第２の比較実験においては、図８の（ａ）に示すように、フッ素の発光強度の時間特性にオーバーシュート及びアンダーシュートが発生していた。第１の比較実験及び第２の比較実験では、第１工程の処理時間と第２工程の処理時間の各々が６０秒であり比較的長かったが、第１工程の処理時間と第２工程の処理時間の各々が短い場合には、オーバーシュートの影響により、フッ素の発光強度及び酸素の発光強度が比較的高い状態が、第１工程及び第２工程のそれぞれにおいて維持される。即ち、第１工程の処理時間と第２工程の処理時間の各々が短い場合には、フッ素のプラズマの密度及び酸素のプラズマの密度が比較的高い状態が、第１工程及び第２工程のそれぞれにおいて維持される。したがって、第１工程と第２工程にわたってＯ２ガスの流量とＮＦ３ガスの流量を変化させない場合、及び第１工程と第２工程にわたってＮＦ３ガスの流量を変化させない場合には、マスクがエッチングされ、選択性が低くなる。
一方、図５の（ａ）及び図５の（ｂ）並びに図６の（ａ）及び図６の（ｂ）に示すように、第１の実験及び第２の実験では、フッ素の発光強度の時間特性と酸素の発光強度の時間特性はオーバーシュート及びアンダーシュートを有していなかった。また、フッ素の発光強度の時間特性においてフッ素の発光強度が明確に増減しており、酸素の発光強度の時間特性において酸素の発光強度が明確に増減していた。したがって、方法ＭＴによれば、フッ素のプラズマの密度及び酸素のプラズマの密度の過剰な変化を抑制しつつ、フッ素のプラズマの密度及び酸素のプラズマの密度を時間的に増減させることが可能であることが確認された。
（第３の実験及び第３の比較実験）
第３の実験では、プラズマ処理装置１を用いて下記の条件で方法ＭＴを実行して、サンプル基板の膜をエッチングした。サンプル基板は、エッチング対象の膜と当該膜の上に設けられたマスクを有していた。サンプル基板のエッチング対象の膜は、シリコン酸化膜であった。サンプル基板のマスクは、多結晶シリコンから形成されたマスクであった。第３の実験では、サンプル基板のマスクの膜厚のエッチングによる減少量に対するサンプル基板のエッチング対象の膜の膜厚のエッチングによる減少量の比の値、即ち選択比を求めた。
＜第３の実験の条件＞
工程ＳＴ１
Ｃ４Ｆ６ガス：９７ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：７ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：２７ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガス：３５ｓｃｃｍ
内部空間１０ｓの中の圧力：１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波：４０ＭＨｚ、１５００Ｗ
第２の高周波：４００ｋＨｚ、１４０００Ｗ
処理時間：５秒
工程ＳＴ２
Ｃ４Ｆ６ガス：２７ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：７７ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：６７ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガス：５ｓｃｃｍ
内部空間１０ｓの中の圧力：１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波：４０ＭＨｚ、１５００Ｗ
第２の高周波：４００ｋＨｚ、１４０００Ｗ
処理時間：５秒
工程ＳＴ１と工程ＳＴ２の交互の繰り返しの回数：９回
第３の比較実験では、プラズマ処理装置１を用いて下記の第１工程及び第２工程を交互に実行して、第３の実験のサンプル基板と同じサンプル基板のエッチング対象の膜のエッチングを行った。第３の比較実験では、サンプル基板のマスクの膜厚のエッチングによる減少量に対するサンプル基板のエッチング対象の膜の膜厚のエッチングによる減少量の比の値、即ち選択比を求めた。
＜第３の比較実験の条件＞
第１工程
Ｃ４Ｆ６ガス：７７ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：２７ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：４７ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガス：５ｓｃｃｍ
内部空間１０ｓの中の圧力：１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波：４０ＭＨｚ、１５００Ｗ
第２の高周波：４００ｋＨｚ、１４０００Ｗ
処理時間：５秒
工程ＳＴ２
Ｃ４Ｆ６ガス：２７ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：７７ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：４７ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガス：５ｓｃｃｍ
内部空間１０ｓの中の圧力：１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波：４０ＭＨｚ、１５００Ｗ
第２の高周波：４００ｋＨｚ、１４０００Ｗ
処理時間：５秒
第１工程と第２工程の交互の繰り返しの回数：９回
第３の実験では、選択比は４．０３であった。一方、第３の比較実験では、選択比は３．１８であった。したがって、第３の実験では、第３の比較実験に比べて選択比が約２７％改善されていた。故に、方法ＭＴによれば、選択比を高めることが可能であることが確認された。
１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１０ｓ…内部空間、ＭＴ…方法、Ｗ…基板、ＥＦ…膜、ＭＫ…マスク。

Claims (10)

  1. 基板の膜のエッチング方法であり、該膜は、シリコン含有膜であり、該基板は、パターンを有するマスクを前記膜上に有しており、該エッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内に前記基板が配置された状態で実行され、
    前記膜をエッチングするために、前記チャンバ内で、第１のフルオロカーボンを含む第１のガス、第２のフルオロカーボンを含む第２のガス、酸素含有ガス、及びフッ素含有ガスを含む第１の処理ガスのプラズマを生成する工程と、
    前記膜をエッチングするために、前記チャンバ内で、前記第１のガス、前記第２のガス、前記酸素含有ガス、及び前記フッ素含有ガスを含む第２の処理ガスのプラズマを生成する工程と、
    を含み、
    第１の処理ガスのプラズマを生成する前記工程と第２の処理ガスのプラズマを生成する前記工程は、交互に実行され、
    前記第２のフルオロカーボンの分子中の炭素原子の数に対するフッ素原子の数の比の値は、前記第１のフルオロカーボンの分子中の炭素原子の数に対するフッ素原子の数の比の値よりも大きく、
    前記第１の処理ガスにおける前記第１のガスの流量は、前記第２の処理ガスにおける前記第１のガスの流量よりも多く、
    前記第２の処理ガスにおける前記第２のガスの流量は、前記第１の処理ガスにおける前記第２のガスの流量よりも多く、
    前記第２の処理ガスにおける前記酸素含有ガスの流量は、前記第１の処理ガスにおける前記酸素含有ガスの流量よりも多く、
    前記第２の処理ガスにおける前記フッ素含有ガスの流量は、前記第１の処理ガスにおける前記フッ素含有ガスの流量よりも少ない、
    エッチング方法。
  2. 第１の処理ガスのプラズマを生成する前記工程と第２の処理ガスのプラズマを生成する前記工程にわたって、前記第１の処理ガスのプラズマ及び前記第２の処理ガスのプラズマを生成するための高周波が連続的に供給される、請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 前記第１の処理ガスにおける前記第１のガスの流量は、前記第１の処理ガスにおける前記第２のガスの流量よりも多く、
    前記第２の処理ガスにおける前記第２のガスの流量は、前記第２の処理ガスにおける前記第１のガスの流量よりも多い、
    請求項１又は２に記載のエッチング方法。
  4. 前記第１のフルオロカーボンは、パーフルオロカーボン又はハイドロフルオロカーボンであり、
    前記第２のフルオロカーボンは、パーフルオロカーボン又はハイドロフルオロカーボンである、
    請求項１〜３の何れか一項に記載のエッチング方法。
  5. 前記第１のフルオロカーボンは、Ｃ４Ｆ６である、請求項４に記載のエッチング方法。
  6. 前記第２のフルオロカーボンは、Ｃ４Ｆ８である、請求項４又は５に記載のエッチング方法。
  7. 前記酸素含有ガスは、酸素ガスである、請求項１〜６の何れか一項に記載のエッチング方法。
  8. 前記フッ素含有ガスは、ＮＦ３ガスである、請求項１〜７の何れか一項に記載のエッチング方法。
  9. 前記シリコン含有膜は、シリコン酸化膜である、請求項１〜８の何れか一項に記載のエッチング方法。
  10. 前記シリコン含有膜は、複数のシリコン酸化膜と複数のシリコン窒化膜が交互に積層された多層膜である、請求項１〜８の何れか一項に記載のエッチング方法。
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