(57)【要約】【課題】エッチング不良を起こさずに対象膜の開口幅を縮小することを提供する。【解決手段】基板を載置する第１の電極と、前記第１の電極に対向する第２の電極とを有する基板処理装置におけるエッチング方法であって、第１のガスを導入し、基板に形成された対象膜上の所定膜のパターンに該対象膜を途中までエッチングする第１の工程と、前記第１の工程を実行した後にＡｒとＨと堆積性のガスとを含む第２のガスを導入し、前記第２の電極に直流電圧を印加し、保護膜を形成する第２の工程と、前記保護膜を形成する工程を実行した後に第３のガスを導入し、前記対象膜をエッチングする第３の工程と、を有する、エッチング方法が提供される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置する第１の電極と、前記第１の電極に対向する第２の電極とを有する基板処理装置におけるエッチング方法であって、
第１のガスを導入し、基板に形成された対象膜の上の所定膜のパターンに該対象膜を途中までエッチングする第１の工程と、
前記第１の工程を実行した後にＡｒとＨと堆積性のガスを含む第２のガスを導入し、前記第２の電極に直流電圧を印加し、保護膜を形成する第２の工程と、
前記保護膜を形成する工程を実行した後に第３のガスを導入し、前記対象膜をエッチングする第３の工程と、を有する、エッチング方法。
【請求項２】
前記堆積性のガスは、ＣとＦとを含む、
請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記第３のガスは、前記第１のガスと異なる、
請求項１又は２に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記第３のガスは、ＮとＨとを含む、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記第３のガスは、ＮとＨである、
請求項４に記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記第１のガスは、Ｏ、Ｎ、Ｈ、ＣＯ、ＣＯ２及びＡｒの少なくともいずれかを含む、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記保護膜は、ＣとＦとを含む、
請求項１〜６のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記第１の工程、前記第２の工程及び前記第３の工程において印加するプラズマ生成用の高周波電力は、３０ＭＨｚ〜７０ＭＨｚの周波数である、
請求項１〜７のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項９】
前記プラズマ生成用の高周波電力を前記第１の電極又は前記第２の電極に印加する、
請求項８に記載のエッチング方法。
【請求項１０】
前記所定膜は、反射防止膜及びハードマスクの少なくともいずれかであり、
前記対象膜は、有機膜である、
請求項１〜９のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項１１】
前記有機膜は、アモルファスカーボン膜である、
請求項１０に記載のエッチング方法。
【請求項１２】
前記対象膜の下層膜である被エッチング対象膜をエッチングする第４の工程を有し、
前記被エッチング対象膜のアスペクト比は、２０以上である、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項１３】
前記第１の工程と前記第２の工程とを２回以上繰り返し行った後、前記第３の工程を行う、
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項１４】
基板を載置する第１の電極と、前記第１の電極に対向する第２の電極と、プラズマ生成用の高周波電力を前記第１の電極又は前記第２の電極に印加する高周波電源と、制御部とを有する基板処理装置であって、
前記制御部は、
第１のガスを導入し、基板に形成された対象膜の上の所定膜のパターンに該対象膜を途中までエッチングする第１の工程と、
前記第１の工程を実行した後にＡｒとＨと堆積性のガスを含む第２のガスを導入し、前記第２の電極に直流電圧を印加し、保護膜を形成する第２の工程と、
前記保護膜を形成する工程を実行した後に第３のガスを導入し、前記対象膜をエッチングする第３の工程と、
を制御する、基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エッチング方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、シリコン基材上にアモルファスカーボン膜、ＳｉＯＮ膜、反射防止膜及びフォトレジスト層が順に積層され、フォトレジスト層が、反射防止膜の一部を露出させる開口部を有するウェハの処理方法を開示する。特許文献１は、フォトレジスト膜の開口部の側壁面にデポを堆積させて開口部の開口幅を所定幅に縮小させることを提案する。
【０００３】
特許文献２は、形成されるパターンのアスペクト比が高くてもパターンが歪むのを防止することができるエッチング処理方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４１０２８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９９２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、エッチング不良を起こさずに対象膜の開口幅を縮小することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一の態様によれば、基板を載置する第１の電極と、前記第１の電極に対向する第２の電極とを有する基板処理装置におけるエッチング方法であって、第１のガスを導入し、基板に形成された対象膜上の所定膜のパターンに該対象膜を途中までエッチングする第１の工程と、前記第１の工程を実行した後にＡｒとＨと堆積性のガスとを含む第２のガスを導入し、前記第２の電極に直流電圧を印加し、保護膜を形成する第２の工程と、前記保護膜を形成する工程を実行した後に第３のガスを導入し、前記対象膜をエッチングする第３の工程と、を有する、エッチング方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
一の側面によれば、エッチング不良を起こさずに対象膜の開口幅を縮小することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す図。
【図２】従来のエッチング方法と一実施形態のエッチング方法とを説明する図。
【図３】従来のエッチング処理の一例を示すフローチャート。
【図４】従来のエッチング処理によりパターニングされる膜を説明する図。
【図５】一実施形態に係るエッチング処理の一例を示すフローチャート。
【図６】一実施形態に係るエッチング処理によりパターニングされる膜を説明する図。
【図７】一実施形態の変形例に係るエッチング処理の一例を示すフローチャート。
【図８】一実施形態に係るエッチング工程を説明する図。
【図９】一実施形態に係るエッチング方法による実験結果の一例を示す図。
【図１０】一実施形態に係るエッチング方法による実験結果の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１０】
［基板処理装置の全体構成］
図１は、一実施形態に係る基板処理装置１の一例を示す図である。本実施形態にかかる基板処理装置１は、容量結合型の平行平板基板処理装置であり、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる円筒状の処理容器１０を有している。処理容器１０は接地されている。
【００１１】
処理容器１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状の支持台１４が配置され、この支持台１４の上に例えばアルミニウムからなる載置台１６が設けられている。載置台１６は下部電極を構成し、その上の静電チャック２０に基板の一例であるウェハＷが載置される。
【００１２】
静電チャック２０は、ウェハＷを静電力で吸着保持する。静電チャック２０は、導電膜からなる電極２０ａを絶縁層２０ｂで挟んだ構造を有し、電極２０ａには直流電源２２が接続されている。そして、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウェハＷが静電チャック２０に吸着保持される。静電チャック２０は、ヒータを有し、温度制御が可能であってもよい。
【００１３】
載置台１６上であってウェハＷの周縁には、例えばシリコンからなる導電性のエッジリング２４が配置されている。載置台１６および支持台１４の外周側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材２６が設けられている。エッジリング２４の外周側面にはインシュレータリング２５が設けられている。
【００１４】
支持台１４の内部には、例えば円周上に冷媒室２８が設けられている。冷媒室２８には、外部に設けられたチラーユニットより配管３０ａ，３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によって載置台１６上のウェハＷの処理温度が制御される。さらに、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン３２を介して静電チャック２０の上面とウェハＷの裏面との間に供給される。
【００１５】
載置台１６の上方には、載置台１６と対向して上部電極３４が設けられている。上部電極３４と下部電極の間はプラズマ処理空間となる。上部電極３４は、載置台１６上のウェハＷと対向してプラズマ処理空間と接する面、つまり対向面を形成する。載置台１６（下部電極）は、基板を載置する第１の電極の一例であり、上部電極３４は、第１の電極に対向する第２の電極の一例である。
【００１６】
上部電極３４は、絶縁性の遮蔽部材４２を介して、処理容器１０の上部に支持されている。上部電極３４は、載置台１６との対向面を構成しかつ多数のガス吐出孔３７を有する電極板３６と、この電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる電極支持体３８とを有する。電極板３６は、シリコンやＳｉＣ等のシリコン含有物で構成されることが好ましい。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０ａ、４０ｂが設けられ、このガス拡散室４０ａ、４０ｂからはガス吐出孔３７に連通する多数のガス通流孔４１ａ、４１ｂが下方に延びている。
【００１７】
電極支持体３８には、ガス拡散室４０ａ、４０ｂへガスを導くガス導入口６２が形成されており、このガス導入口６２にはガス供給管６４が接続され、ガス供給管６４には処理ガス供給源６６が接続されている。ガス供給管６４には、処理ガス供給源６６が配置された上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８および開閉バルブ７０が設けられている。そして、処理ガス供給源６６から、エッチングのためのガスがガス供給管６４を介してガス拡散室４０ａ、４０ｂに至り、ガス通流孔４１ａ、４１ｂ、ガス吐出孔３７からシャワー状にプラズマ処理空間に吐出される。このようにして上部電極３４はガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。
【００１８】
上部電極３４には、可変直流電源５０が接続され、可変直流電源５０からの直流電圧が上部電極３４に印加される。可変直流電源５０の極性および電流・電圧と、電流や電圧をオン・オフする電子スイッチの制御は、制御部２００により行われる。
【００１９】
上部電極３４には、給電棒８９及び整合器８８を介して第１の高周波電源９０が接続されている。第１の高周波電源９０は、ＨＦ（High Frequency）電力を上部電極３４に印加する。整合器８８は、第１の高周波電源９０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させる。これにより、プラズマ処理空間においてガスからプラズマが生成される。なお、第１の高周波電源９０から供給されるＨＦ電力を、載置台１６に印加してもよい。
【００２０】
ＨＦ電力を上部電極３４に印加する場合、ＨＦの周波数は、３０ＭＨｚ〜７０ＭＨｚの範囲であればよく、例えば４０ＭＨｚであってもよい。ＨＦ電力を載置台１６に印加する場合、ＨＦの周波数は、３０ＭＨｚ〜７０ＭＨｚの範囲であればよく、例えば６０ＭＨｚであってもよい。
【００２１】
載置台１６には、給電棒４７及び整合器４６を介して第２の高周波電源４８が接続されている。第２の高周波電源４８は、ＬＦ（Low Frequency）電力を載置台１６に印加する。整合器４６は、第２の高周波電源４８の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させる。これにより、載置台１６上のウェハＷにイオンが引き込まれる。第２の高周波電源４８は、２００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数の高周波電力を出力する。整合器４６は第２の高周波電源４８の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させる。載置台１６には、所定の高周波をグランドに通すためのフィルタが接続されてもよい。
【００２２】
ＬＦの周波数はＨＦの周波数よりも低く、ＬＦの周波数は、２００ｋＨｚ〜４０ＭＨｚの範囲であればよく、例えば１２．８８ＭＨｚであってもよい。ＬＦ及びＨＦの電圧又は電流は、連続波であってもよく、パルス波であってもよい。
【００２３】
処理容器１０の底部には排気口８０が設けられ、この排気口８０に排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１０内を所望の真空度まで減圧可能にできる。また、処理容器１０の側壁にはウェハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能である。また、処理容器１０の内壁に沿って処理容器１０にエッチング時に生成される副生成物（デポ）が付着することを防止するためのデポシールド１１が着脱自在に設けられ、デポシールド１１が処理容器の壁部を構成している。また、デポシールド１１は、内壁部材２６の外周にも設けられている。側壁側のデポシールド１１と内壁部材２６側のデポシールド１１との間にはバッフル板８３が設けられている。デポシールド１１およびバッフル板８３には、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆したものを用いることができる。
【００２４】
かかる構成の基板処理装置１においてエッチング処理を行う際には、まず、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介してウェハＷを処理容器１０内に搬入し、載置台１６の上に載置する。そして、処理ガス供給源６６からエッチング等の所定の処理のためのガスを所定の流量でガス拡散室４０ａ、４０ｂへ供給し、ガス通流孔４１ａ、４１ｂおよびガス吐出孔３７を介して処理容器１０内へ供給する。また、排気装置８４により処理容器１０内を排気し、内部の圧力を例えば０．１〜１５０Ｐａの範囲内の設定値とする。
【００２５】
このように処理容器１０内に所定のガスを導入した状態で、第１の高周波電源９０からＨＦ電力を上部電極３４に印加する。また、第２の高周波電源４８からＬＦ電力を載置台１６に印加する。また、直流電源２２から直流電圧を電極２０ａに印加し、ウェハＷを載置台１６に保持する。また、可変直流電源５０から直流電圧を上部電極３４に印加する。
【００２６】
上部電極３４のガス吐出孔３７から吐出されたガスは、主にＨＦ電力により解離及び電離しプラズマが生成される。プラズマ中のラジカルやイオンによってウェハＷの被処理面がエッチング等される。また、載置台１６にＬＦ電力を印加することで、プラズマ中のイオンを制御し、２０以上のアスペクト比の穴のエッチングを可能とする等、プラズマの制御マージンを広くできる。
【００２７】
基板処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御部２００が設けられている。制御部２００は、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）等のメモリに格納されたレシピに従って、エッチング等の所望のプラズマ処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、ＨＦ及びＬＦの高周波電力や電圧、各種ガス流量が設定されてもよい。また、レシピには、処理容器内温度（上部電極温度、処理容器の側壁温度、ウェハＷ温度、静電チャック温度等）、チラーから出力される冷媒の温度などが設定されてもよい。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
【００２８】
［三層レジストビア工程］
フォトレジスト膜の下に反射防止膜、ハードマスク（反射防止絶縁膜）、有機膜が順に積層された三層レジストビア工程がある。例えば、反射防止膜の一例としてはＢＡＲＣ（Bottom Anti−Reflective Coating）膜が挙げられ、ハードマスクの一例としてはＤＡＲＣ（Dielectric Anti-Reflective Coating）膜が挙げられる。有機膜の一例としてはアモルファスカーボン膜が挙げられる。
【００２９】
三層レジストビア工程では、フォトレジスト露光後の楕円形状の穴の短径に対して、アモルファスカーボン膜の下層膜をエッチングした後の開口幅を数ｎｍ〜数十ｎｍ縮小させることが要求されることがある。
【００３０】
従来のエッチング方法では、図２（ａ）に示すように、ＤＡＲＣ膜１０３上のＢＡＲＣ膜１０２に形成した穴に保護膜１０４を堆積し、穴の開口幅（以下、「ビア径」ともいう。）を縮小させると、エッチング不良が発生することがある。エッチング不良の理由の一つに、穴の底部（以下、「ビア底」ともいう。）に堆積される保護膜１０４が厚いことが挙げられる。また、保護膜１０４を形成した後の次ステップに使用される主なエッチングガスが、ＣＦ系の堆積物であるビア底の保護膜１０４と同種のＣＦ系やＣＨＦ系のガスであることが挙げられる。ＣやＦが含まれる同種のガスを使用すると、保護膜１０４のエッチングが進まず、エッチストップ等のエッチング不良が発生し易い。
【００３１】
具体的に、従来のエッチング方法の一例について図３及び図４を参照して説明する。図３は、従来のエッチング処理の一例を示すフローチャートである。図４は、従来のエッチング処理によりパターニングされる膜を説明する図である。
【００３２】
図４（ａ）は、初期状態の積層膜の一例を示す。ウェハＷには下から順にＳｉＯ２膜１０６、有機膜１０５、ＤＡＲＣ膜１０３、ＢＡＲＣ膜１０２が形成され、ＢＡＲＣ膜１０２の上にパターン化されたフォトレジスト膜１０１が形成されている。かかる積層膜を一例として、最終的な被エッチング対象膜であるＳｉＯ２膜１０６をフォトレジスト膜１０１のパターンにエッチングするにあたり、ＳｉＯ２膜１０６の開口幅を数ｎｍ〜数十ｎｍ縮小させる必要があることがある。
【００３３】
このとき、従来のエッチング方法では、まず、図３のステップＳ１０においてＢＡＲＣ膜１０２をフォトレジスト膜１０１のパターンにエッチングする。図４（ｂ）は、ＢＡＲＣ膜１０２がエッチングされた状態を示す。
【００３４】
次に、図３のステップＳ１２においてＣＦ系の保護膜１０４を形成する。図４（ｃ）は、保護膜１０４が形成された状態を示す。これにより、ＢＡＲＣ膜１０２に形成された穴の開口幅が縮小される。
【００３５】
次に、図３のステップＳ１４においてＤＡＲＣ膜１０３をエッチングし、ステップＳ１６において有機膜１０５をエッチングし、ステップＳ１８においてＳｉＯ２膜１０６をエッチングし、本処理が終了する。
【００３６】
ところが、従来のエッチング方法を実行した結果、ステップＳ１４においてＤＡＲＣ膜１０３をエッチングしたとき、前工程（ステップＳ１２）で形成された保護膜１０４の側壁への堆積に対してビア底への堆積量が多くなる。このため、次工程（ステップＳ１４）においてビア底の保護膜１０４がエッチングされ難く、エッチング不良が発生する。
【００３７】
又、図４（ｃ）の工程でＣＦ系の堆積物が堆積するのに対し、次工程で使用する主なエッチングガスは、例えば、ＣＦ４、ＣＨＦ３及びＯ２ガスなどのＣＦ系又はＣＨＦ系のガスを含むガスである。このため、図４（ｄ）に示すように、当該ガスと同種のＣ及びＦ成分を含む堆積物を上手くエッチングできないことがある。
【００３８】
そこで、以下に説明する一実施形態に係るエッチング方法では、保護膜１０４を形成するタイミングとガスの種類とを適正化する。これにより、ビア底の保護膜１０４を薄くし、かつ、特定のガスを用いてエッチング不良を起こさずに被エッチング対象膜のビア径を縮小することを可能にする。
【００３９】
以下、一実施形態に係るエッチング方法について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、一実施形態に係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６は、一実施形態に係るエッチング処理によりパターニングされる膜を説明する図である。
【００４０】
一実施形態にかかるエッチング方法では、図６（ａ）に示す初期状態の積層膜をエッチングする。初期状態の積層膜は、下から順にＳｉＯ２膜１０６、有機膜１０５、ＤＡＲＣ膜１０３、ＢＡＲＣ膜１０２が積層され、ＢＡＲＣ膜１０２の上にパターン化されたフォトレジスト膜１０１が形成されている。一実施形態では、フォトレジスト膜１０１は、ＣＨＯや公知の材料を用いることができる。ＢＡＲＣ膜１０２は反射防止膜の一例である。ＤＡＲＣ膜１０３はハードマスクの一例である。ＤＡＲＣ膜１０３は、シリコン含有膜（例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣＮ）等から形成されてもよい。ハードマスクは、ＤＡＲＣ膜１０３に限らず、他の無機膜であってもよい。
【００４１】
有機膜１０５は、例えば、アモルファスカーボン膜であってもよい。一実施形態では、有機膜１０５を対象膜として、対象膜のエッチングの途中でエッチングの開口幅を縮小する工程が実行される。その後、縮小された開口幅で対象膜の下層のＳｉＯ２膜１０６がエッチングされる。
【００４２】
実験に使用したサンプル例では、シリコン基板上に埋め込まれたタングステン電極の上に３５０ｎｍのＳｉＯ２膜１０６が形成され、その上に３００ｎｍの有機膜１０５が形成される。また、その上に２６ｎｍのＤＡＲＣ膜１０３が形成され、その上に２５ｎｍのＢＡＲＣ膜１０２が形成される。最上部には、膜厚９００ｎｍのフォトレジスト膜１０１が形成され、フォトレジスト膜１０１には、長径１５０ｎｍ、短径４５ｎｍの楕円形状のビアパターンが形成される。本実施形態では、以上の構成の積層膜のサンプルを使用して一実施形態に係るエッチング方法を実施した。
【００４３】
ただし、上記ＢＡＲＣ膜１０２、ＤＡＲＣ膜１０３、有機膜１０５が順に積層された三層レジストビア構造は、一実施形態にかかるエッチング方法を実行するために使用した積層膜の一例であり、これに限らない。例えば、各膜の厚さやパターンの形状や開口幅等は限定されず、類似の構造であれば適用可能である、また、必ずしも三層構造でなくてもよく、ＢＡＲＣ膜１０２とＤＡＲＣ膜１０３とのいずれかと有機膜１０５とを有する二層構造でもよい。また、下記全ての工程において、ＨＦ電力は下部電極又は上部電極のいずれかに印加すればよい。
（ＢＡＲＣ膜／ＤＡＲＣ膜エッチング工程）
以上のサンプル例の積層膜が形成されたウェハＷを基板処理装置１に搬入し、制御部２００の制御により一実施形態にかかるエッチング方法を実行する。一実施形態にかかるエッチング方法では、まず、図５のステップＳ２０においてＢＡＲＣ膜１０２及びＤＡＲＣ膜１０３をフォトレジスト膜１０１のパターンにエッチングする。図６（ｂ）は、ＢＡＲＣ膜１０２及びＤＡＲＣ膜１０３がエッチングされた状態を示す。本工程のエッチング条件は以下である。
【００４４】
＜エッチング条件＞
圧力      ４５ｍＴ〜５５ｍＴ（６．００Ｐａ〜７．３３Ｐａ）
ＨＦ電力  ４５０Ｗ〜５５０Ｗ
ＬＦ電力  ０Ｗ
直流電圧（上部電極印加）  ４０５Ｖ〜４９５Ｖ
ガス種    ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｏ２
本工程では、ＢＡＲＣ膜１０２及びＤＡＲＣ膜１０３をエッチングし、下層の有機膜１０５に少しリセスが入ったところで終了する。
（有機膜エッチング工程／途中まで）
次に、図５のステップＳ２２において有機膜１０５を途中までエッチングする。図６（ｃ）は、有機膜１０５が途中までエッチングされた状態を示す。本工程のエッチング条件は以下である。
【００４５】
＜エッチング条件＞
圧力      １３．５ｍＴ〜１６．５ｍＴ（１．８０Ｐａ〜２．２０Ｐａ）
ＨＦ電力  ４５０Ｗ〜５５０Ｗ
ＬＦ電力  ０Ｗ
直流電圧（上部電極印加）  ０Ｖ
ガス種    Ｏ２、Ａｒ
本工程では、有機膜１０５を途中までエッチングしたところで終了する。本工程は、第１のガスを導入し、ウェハＷに形成された対象膜上の所定膜のパターンに該対象膜を途中までエッチングする第１の工程の一例である。対象膜上の所定膜は、ＤＡＲＣ膜１０３に限られず、反射防止膜及びハードマスクの少なくともいずれかであればよい。
【００４６】
また、第１のガスは、Ｏ２ガス及びＡｒガスに限られず、Ｏ、Ｎ、Ｈ、ＣＯ、ＣＯ２及びＡｒの少なくともいずれかを含むガスであればよい。
（堆積工程）
次に、図５のステップＳ２４においてＣＦ系の保護膜１０４を形成する。図６（ｄ）は、保護膜１０４が形成された状態を示す。これにより、有機膜１０５にエッチングされた穴の開口幅が縮小される。本工程のエッチング条件は以下である。
【００４７】
＜エッチング条件＞
圧力      ４５ｍＴ〜５５ｍＴ
ＨＦ電力  ９０Ｗ〜１１０Ｗ
ＬＦ電力  ０Ｗ
直流電圧（上部電極印加）  ８１０Ｖ〜９９０Ｖ
ガス種    ＣＦ４、Ｈ２、Ａｒ
本工程では、Ａｒ及びＨ２だけでなく、堆積性ガスであるＣＦ４ガスを供給する。ガス中のＣＦ４ガスがプラズマ中でＣＦ系の堆積物となり有機膜１０５の側壁及びＤＡＲＣ膜１０３上に堆積して保護膜１０４が形成される（Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）。これにより、有機膜１０５の開口幅、すなわちビア径が縮小する。
【００４８】
上述したとおり、アスペクト比が２０程度又はそれ以上の深穴を形成することによりビア底には堆積物が堆積し難く、エッチング不良などの問題が起こりにくい。さらに堆積性ガスによるＣＦ系の堆積物の堆積量はビア径が大きいほど多く、ビア径が小さいほど少なくなるため、結果としてビア径のバラつきを改善できる。
【００４９】
また、本工程では、上部電極３４に直流電圧を印加する。これにより、上部電極３４の近傍におけるプラズマ密度を高める。これによりプラズマ中のイオンが上部電極３４をスパッタし、上部電極３４を形成するシリコンが削れて、シリコンの堆積物が堆積し、保護膜１０４となる。本工程において、ＣとＦが含まれるガス又はＣとＦとＨが含まれるガスを導入すると、ＣとＦとシリコンとが含有する保護膜１０４が成膜される。これにより、ビア径を縮小できる。また、これにより、最終的な被エッチング対象膜であるＳｉＯ２膜１０６をエッチングする際に選択比が高くなるため、ＳｉＯ２膜１０６をエッチングする間、有機膜１０５をマスクとして機能させることができる。
【００５０】
本工程は、第１の工程を実行した後にＡｒとＨと堆積性のガスとを含む第２のガスを導入し、前記第２の電極に直流電圧を印加し、保護膜を形成する第２の工程の一例である。第２のガスは、ＣＦ４ガス、Ｈ２ガス及びＡｒガスに限られない。第２のガスは、ＡｒとＨと堆積性のガスを含むガスであればよい。堆積性のガスは、ＣとＦとを含むガスに限られず、ＣとＦとＨとを含むガスであってもよい。例えば、第２のガス中のＣとＦを含むガス又はＣとＦとＨとを含むガスの一例としては、ＣＦ４ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＨＦｘガスが挙げられる。
（有機膜エッチング工程／最後まで）
次に、図５のステップＳ２６において有機膜１０５のエッチングを完了する。図６（ｅ）は、有機膜１０５のエッチングが完了した状態を示す。本工程のエッチング条件は以下である。
【００５１】
＜エッチング条件＞
圧力      １３．５ｍＴ〜１６．５ｍＴ
ＨＦ電力  ６３０Ｗ〜７７０Ｗ
ＬＦ電力  ０Ｗ
直流電圧（上部電極印加）  ０Ｖ
ガス種    Ｈ２、Ｎ２
本工程では、有機膜１０５及びビア底に堆積した保護膜１０４をＳｉＯ２膜１０６が露出するまでエッチングする。上述したとおり、このステップではＣ、Ｆ及びシリコンを含む保護膜１０４をエッチング可能なＨ２ガス及びＮ２ガスが供給される。このため、図２（ｂ）及び図６（ｅ）に示すように、ＮとＨのガスから生成されたプラズマにより、ビア底の保護膜１０４をエッチングすることができる。これにより、本実施形態では、ビア底の保護膜１０４が残ってしまうなどのエッチング不良を防止できる。
【００５２】
本工程は、保護膜を形成する工程を実行した後に第３のガスを導入し、前記対象膜をエッチングする第３の工程の一例である。また、第３のガスは、Ｈ２ガス及びＮ２ガスに限られず、ＮとＨを含むガスであればよい。ただし、第３のガスは、Ｃ、Ｆ及びシリコンを含む保護膜１０４をスムーズにエッチングするためには、ＣやＦを含まないＮとＨのガスであることが好ましい。また、第３のガスは、第１のガスと異なるガスであることが好ましい。
（ＳｉＯ２膜エッチング工程）
次に、図５のステップＳ２８において最終的な被エッチング対象膜であるＳｉＯ２膜１０６をエッチングし、本処理が終了する。本工程のエッチング条件は以下である。
【００５３】
＜エッチング条件＞
圧力      １３．５ｍＴ〜１６．５ｍＴ
ＨＦ電力  ４５０Ｗ〜５５０Ｗ
ＬＦ電力  ２２５０Ｗ〜２７５０Ｗ
直流電圧（上部電極印加）  ２７０Ｖ〜３３０Ｖ
ガス種    Ｃ４Ｆ６、Ｏ２、Ａｒ（これらのガスは、ガス通流孔４１ａからプラズマ処理空間のセンタ側に導入）、Ｏ２、Ｃ４Ｆ８（これらのガスは、ガス通流孔４１ｂからプラズマ処理空間のエッジ側に導入）
本工程では、前工程までにエッチングされた有機膜１０５をマスクとして、下層のタングステン電極が露出するまでＳｉＯ２膜１０６をエッチングする。本工程は、有機膜１０５の下層膜である被エッチング対象膜をエッチングする第４の工程の一例である。第４の工程において、被エッチング対象膜のアスペクト比は、２０以上になる。
【００５４】
上述のサンプルに対し、基板処理装置１を用いて、上述の条件でエッチングすることでエッチング不良を起こすことなく、ビア径を３０ｎｍ程度縮小することが可能である。
【００５５】
一実施形態にかかるエッチング方法では、有機膜１０５のエッチングの途中にビア径を縮小させる工程を追加した。これにより、エッチング不良を起こさずにＳｉＯ２膜１０６の開口幅を５ｎｍ〜３０ｎｍ程度縮小させることが可能である。
【００５６】
本実施形態では、有機膜１０５は、第１の工程及び第３の工程の２つの工程を実行することでエッチングされる。最初の工程（第１の工程）ではＯを含むガスで有機膜１０５を途中までエッチングする。次の工程（第３の工程）ではＮとＨとを含むガスで有機膜１０５をＳｉＯ２膜１０６が露出するまでエッチングする。
【００５７】
ただし、有機膜１０５は、上記２つの工程でエッチングすることに限られず、２つ以上の工程でエッチングしてもよい。図７は、一実施形態の変形例に係るエッチング処理の一例を示すフローチャートである。変形例に係るエッチング方法では、有機膜１０５を途中までエッチングする工程（ステップＳ２２）と、保護膜１０４を形成する工程（ステップＳ２４）とを１回以上の予め定められた回数繰り返す（ステップＳ３０）。その後、有機膜１０５を最後までエッチングする（ステップＳ２６）。
【００５８】
以上に説明したように、一実施形態では、図８の下段に示すように、有機膜１０５を途中までエッチングする第１の工程の後に保護膜１０４を堆積する第２の工程を追加し、その後さらに有機膜１０５をエッチングする第３の工程を実行した。これによれば、第１の工程の有機膜１０５のエッチング後に保護膜１０４を形成する本実施形態のエッチング方法では、図８の下段中央の第２の工程後に示すようにビア底へのデポ堆積が抑制された。
【００５９】
また、第３の工程の有機膜１０５をエッチングするガスが、ＮとＨを含むためビア底のＣＦ系堆積物をエッチングすることが可能になった。その結果、エッチング不良なく、図８の下段右のＢｏｔｔｏｍ−ＣＤで示す第３の工程後のビア径を５ｎｍ〜３０ｎｍ程度縮小することができた。
【００６０】
また、変形例にかかるエッチング方法では、図８の下段左及び中央の第１の工程及び第２の工程を１回以上繰り返した後、第３の工程を実行する。これによっても、エッチング不良を起こさずにビア径を縮小することができる。さらに、変形例にかかるエッチング方法では、第１の工程と第２の工程とを繰り返すことで、保護膜１０４を形成する第２の工程が複数回実行される。これにより、有機膜１０５の側壁をより保護しながら有機膜１０５をエッチングすることができ、エッチング形状をより垂直にすることができる。
【００６１】
（実験結果の一例）
以上に説明した各工程の各条件に基づき、一実施形態に係るエッチング方法の手順でエッチングされた上記サンプルのエッチングの実験結果の一例について、図９及び図１０を参照して説明する。
【００６２】
図９は、第３の工程（有機膜１０５を最後までエッチング）後のエッチングの実験結果の一例を示す。図１０は、第４の工程（ＳｉＯ２膜１０６をタングステン電極が露出するまでエッチング）後のエッチング形状の実験結果の一例を示す。
【００６３】
図９は、ウェハＷのセンタ側とエッジ側の楕円形状の穴について、第２の工程（堆積工程）がない場合とある場合に、有機膜１０５にエッチングされた穴の断面形状の実験結果の一例を示す。これによれば、第２の工程がある場合には、有機膜１０５をエッチングした穴の側壁に保護膜１０４が付いた状態で有機膜１０５をエッチングすることができた。
【００６４】
第３の工程において有機膜１０５をエッチングする第３のガスは、エッチングの異方性が弱く、等方向であり、横方向にエッチングされる傾向がある。しかし、本実験結果では、有機膜１０５のエッチング途中で第２の工程を実行し、保護膜１０４を形成した。この結果、その保護膜１０４により穴の側壁が守られた状態で、第３の工程において第３のガスにより有機膜１０５をエッチングすることができた。これにより、第３の工程において有機膜１０５をエッチングした後のＢｏｔｔｏｍ−ＣＤは、ウェハＷのセンタ側とエッジ側のいずれにおいても、第２の工程がない場合と比較して２ｎｍ〜５ｎｍ程度縮小できた。なお、Ｂｏｔｔｏｍ−ＣＤは、ビア底の短径側の幅を示す。
【００６５】
第３の工程後に第４の工程（ＳｉＯ２膜１０６をエッチング）を実行した。図１０は、ウェハＷのセンタ側とエッジ側の楕円形状の穴について、第２の工程がない場合とある場合に、ＳｉＯ２膜１０６にエッチングされた穴の断面形状の実験結果の一例を示す。Ｔｏｐ−ＣＤは、ＳｉＯ２膜１０６の上面に形成された開口の短径側の開口幅を示す。Ｍａｘ−ＣＤは、ＳｉＯ２膜１０６に形成された穴の最も広い短径側の幅を示す。
【００６６】
これによれば、エッチストップ等のエッチング不良を起こさずに、ＳｉＯ２膜１０６をエッチングし、アスペクト比が２０以上の穴を形成することができた。また、第２の工程がない場合とある場合とを比較すると、第２の工程がある場合には、センタ側とエッジ側とのいずれの場合にも、Ｔｏｐ−ＣＤ、Ｍａｘ−ＣＤ及びＢｏｔｔｏｍ−ＣＤがそれぞれ５ｎｍ〜６ｎｍ程度縮小した。また、センタ側の穴とエッジ側の穴のＢｏｔｔｏｍ−ＣＤのバラツキが３０％程度が改善された。これに対して、第２の工程がない場合には、各ＣＤの縮小は１ｎｍ程度であり、ほぼ縮小されなかった。
【００６７】
以上に説明したように、本実施形態のエッチング方法によれば、エッチング不良を起こさずに対象膜の開口幅を縮小することができる。
【００６８】
今回開示された一実施形態に係るエッチング方法及び基板処理装置は、すべての点において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、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００６９】
本開示の基板処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプでも適用可能である。
【００７０】
本明細書では、基板の一例としてウェハＷを挙げて説明した。しかし、基板は、これに限らず、LCD(Liquid Crystal Display)、FPD(Flat Panel Display)に用いられる各種基板、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
【符号の説明】
【００７１】
１  基板処理装置
１０  処理容器
１６  載置台
２０  静電チャック
２２  直流電源
３４  上部電極
４８  第２の高周波電源
５０  可変直流電源
９０  第１の高周波電源
１０１  フォトレジスト膜
１０２  ＢＡＲＣ膜
１０３  ＤＡＲＣ膜
１０４  保護膜
１０５  有機膜
１０６  ＳｉＯ２膜
２００  制御部
【図１】
2020009840.tif 000003
【図２】
2020009840.tif 000004
【図３】
2020009840.tif 000005
【図４】
2020009840.tif 000006
【図５】
2020009840.tif 000007
【図６】
2020009840.tif 000008
【図７】
2020009840.tif 000009
【図８】
2020009840.tif 000010
【図９】
2020009840.tif 000011
【図１０】
2020009840.tif 000012