(57)【要約】【課題】横方向のエッチングを抑制するシリコン含有膜のエッチング方法を提供する。【解決手段】例示的実施形態に係るシリコン含有膜のエッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ本体内に被加工物を準備する工程を含む。被加工物は、シリコン含有膜及びマスクを有する。マスクは、シリコン含有膜上に設けられている。マスクには開口が形成されている。エッチング方法は、シリコン含有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では、シリコン含有膜をエッチングするために、炭素及び七フッ化ヨウ素を含有する処理ガスのプラズマがチャンバ本体内で生成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン含有膜のエッチング方法であって、
前記シリコン含有膜及び該シリコン含有膜上に設けられたマスクを有する被加工物をプラズマ処理装置のチャンバ本体内に準備する工程であり、該マスクには開口が形成されている、該工程と、
前記シリコン含有膜をエッチングする工程であり、該シリコン含有膜をエッチングするために、炭素及び七フッ化ヨウ素を含有する処理ガスのプラズマが前記チャンバ本体内で生成される、該工程と、
を含む、エッチング方法。
【請求項２】
前記処理ガスは、七フッ化ヨウ素ガスを含む、請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記シリコン含有膜をエッチングする前記工程において前記チャンバ本体内に供給される前記処理ガスの全流量に対する前記七フッ化ヨウ素ガスの流量の割合は、１．３％以上である、請求項２に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記処理ガスは、フッ素を更に含有する、請求項１〜３の何れか一項に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記シリコン含有膜をエッチングする前記工程は、
フッ素含有ガスを含む前記処理ガスのプラズマにより、前記シリコン含有膜を部分的にエッチングする工程と、
添加ガスを更に含む前記処理ガスのプラズマにより、前記シリコン含有膜を更にエッチングする工程と、
を含み、
前記添加ガスは、フッ素を含む分子を含有し、該添加ガスに含まれる該分子におけるフッ素の結合エネルギーは、前記フッ素含有ガス中の分子におけるフッ素の結合エネルギーよりも低い、
請求項１〜４の何れか一項に記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記シリコン含有膜を更にエッチングする前記工程は、該シリコン含有膜に形成される開口のアスペクト比が４０以上になっているときに実行される、請求項５に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記シリコン含有膜を部分的にエッチングする前記工程の実行中に前記チャンバ本体内で生成される前記プラズマの発光のシリコンに対応した波長の発光強度に基づき、前記シリコン含有膜からシリコンが放出されていないと判断される場合に、前記シリコン含有膜を更にエッチングする前記工程が開始される、請求項５に記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記シリコン含有膜は、酸化シリコン及び窒化シリコンの少なくとも一方から形成されている、請求項１〜７の何れか一項に記載のエッチング方法。
【請求項９】
前記シリコン含有膜は、交互に積層された複数のシリコン酸化膜と複数のシリコン窒化膜を含む、請求項８に記載のエッチング方法。
【請求項１０】
前記マスクは、炭素を含有する、請求項１〜９の何れか一項に記載のエッチング方法。
【請求項１１】
前記マスクは、タングステンを含有する、請求項１〜９の何れか一項に記載のエッチング方法。
【請求項１２】
チャンバ本体と、
前記チャンバ本体内に設けられた支持台と、
前記チャンバ本体内に、炭素及び七フッ化ヨウ素を含有する処理ガスを供給するように構成されたガス供給部と、
前記処理ガスを励起させるために高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
前記ガス供給部及び前記高周波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、前記処理ガスのプラズマを生成して前記支持台上に載置された被加工物のシリコン含有膜をエッチングするために、前記処理ガスを前記チャンバ本体内に供給するよう、前記ガス供給部の制御を実行し、前記高周波電力を供給するよう、前記高周波電源の制御を実行する、
プラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記処理ガスは、七フッ化ヨウ素ガスを含む、請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記ガス供給部の前記制御において、前記チャンバ本体内に供給される前記処理ガスの全流量に対する前記七フッ化ヨウ素ガスの流量の割合を１．３％以上の割合に調整する、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記処理ガスは、フッ素を更に含有する、請求項１２〜１４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記制御部は、前記ガス供給部の前記制御において、
前記ガス供給部に、フッ素含有ガスを含む前記処理ガスを前記チャンバ本体内に供給させる第１制御を実行し、
次いで、前記ガス供給部に、添加ガスを更に含む前記処理ガスを前記チャンバ本体内に供給させる第２制御を実行し、
前記添加ガスは、フッ素を含む分子を含有し、該添加ガスに含まれる該分子におけるフッ素の結合エネルギーは、前記フッ素含有ガス中の分子におけるフッ素の結合エネルギーよりも低い、
請求項１２〜１５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記制御部は、前記シリコン含有膜に形成される開口のアスペクト比が４０以上になっているときに、前記第２制御を実行する、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記制御部は、前記第１制御の実行中に、前記チャンバ本体内で生成される前記プラズマの発光のシリコンに対応した波長の発光強度に基づき、前記シリコン含有膜からシリコンが放出されていないと判断される場合に、前記第２制御を開始する、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、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。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスの製造においては、プラズマによるシリコン含有膜のエッチングが行われている。シリコン含有膜は、酸化シリコン、窒化シリコンといったシリコン含有材料から形成されている。例えば、三次元構造を有するＮＡＮＤ型フラッシュメモリの製造においては、シリコン含有膜として、交互に積層された複数のシリコン酸化膜及び複数のシリコン窒化膜を含む多層膜のエッチングが行われている。シリコン含有膜のエッチングでは、マスクとして、アモルファスカーボンといった炭素を含有するマスクが用いられている。マスクには、開口が形成されている。
【０００３】
シリコン含有膜のエッチングでは、当該シリコン含有膜がその膜厚方向にエッチングされることが要求される。即ち、シリコン含有膜のエッチングには、高い垂直性が要求される。高い垂直性を得るために、特許文献１には、エッチングによって形成される開口を画成する側壁面を保護する技術が記載されている。具体的に、特許文献１に記載された一つの技術では、フルオロカーボンガスのプラズマによりシリコン含有膜がエッチングされる。この技術では、フルオロカーボンガスから生成される炭素含有材料により側壁面が保護されつつ、当該フルオロカーボンガスから生成されるフッ素の活性種によりシリコン含有膜がエッチングされる。また、特許文献１に記載された別の技術では、フルオロカーボンガスから生成されるフッ素の活性種によるエッチングと成膜処理による保護膜の形成とが交互に行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０３４３５８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シリコン含有膜のエッチングには、シリコン含有膜の横方向のエッチングを更に抑制することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一つの例示的実施形態において、シリコン含有膜の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本体内に被加工物を準備する工程を含む。被加工物は、シリコン含有膜及びマスクを有する。マスクは、シリコン含有膜上に設けられている。マスクには開口が形成されている、エッチング方法は、シリコン含有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では、シリコン含有膜をエッチングするために、炭素及び七フッ化ヨウ素を含有する処理ガスのプラズマがチャンバ本体内で生成される。
【発明の効果】
【０００７】
以上説明したように、シリコン含有膜のエッチングにおいて、シリコン含有膜の横方向のエッチングを更に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一つの例示的実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。
【図２】図１に示すエッチング方法が適用され得る一例の被加工物の一部拡大断面図である。
【図３】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４】図１に示すエッチング方法が適用された後の状態の一例の被加工物の一部拡大断面図である。
【図５】シミュレーションの結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
【００１０】
一つの例示的実施形態において、シリコン含有膜の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本体内に被加工物を準備する工程を含む。被加工物は、シリコン含有膜及びマスクを有する。マスクは、シリコン含有膜上に設けられている。マスクには開口が形成されている、エッチング方法は、シリコン含有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では、シリコン含有膜をエッチングするために、炭素及び七フッ化ヨウ素を含有する処理ガスのプラズマがチャンバ本体内で生成される。
【００１１】
上記例示的実施形態に係るエッチング方法では、エッチングによって形成されるシリコン含有膜の側壁面が、保護物質によって保護される。保護物質は、シリコン含有膜中のシリコンと処理ガス中のヨウ素から形成されるヨウ化シリコンといったヨウ化物を含み、フッ素の活性種に対して高い耐性を有する。したがって、このエッチング方法によれば、シリコン含有膜の横方向のエッチングが抑制される。
【００１２】
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、七フッ化ヨウ素を含んでいてもよい。シリコン含有膜をエッチングする工程においてチャンバ本体内に供給される処理ガスの全流量に対する七フッ化ヨウ素ガスの流量の割合は、１．３％以上であってもよい。
【００１３】
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、フッ素を更に含有していてもよい。
【００１４】
一つの例示的実施形態において、シリコン含有膜をエッチングする工程は、フッ素含有ガスを含む処理ガスのプラズマにより、シリコン含有膜を部分的にエッチングする工程を含む。シリコン含有膜をエッチングする工程は、添加ガスを更に含む処理ガスのプラズマにより、シリコン含有膜を更にエッチングする工程を含む。添加ガスは、フッ素を含む分子を含有する。添加ガスに含まれる分子におけるフッ素の結合エネルギーは、フッ素含有ガス中の分子におけるフッ素の結合エネルギーよりも低い。この実施形態では、エッチングによってシリコン含有膜に形成される開口の深さが大きくなると、処理ガスに添加ガスが加えられる。添加ガスは、処理ガス中のフッ素含有ガスよりも、小さい質量のフッ素の活性種を多く発生する。小さい質量のフッ素の活性種は、開口の深くまで到達し易い。したがって、この実施形態によれば、シリコン含有膜のエッチングレートの低下が抑制される。
【００１５】
一つの例示的実施形態において、シリコン含有膜を更にエッチングする工程は、シリコン含有膜に形成される開口のアスペクト比が４０以上になっているときに実行される。別の例示的実施形態においては、シリコン含有膜を部分的にエッチングする工程の実行中にチャンバ本体内で生成されるプラズマの発光のシリコンに対応した波長の発光強度に応じて、シリコン含有膜を更にエッチングする工程が開始される。この例示的実施形態では、シリコンに対応した波長の発光強度に基づき、シリコン含有膜からシリコンが放出されていないと判断される場合に、シリコン含有膜を更にエッチングする工程が開始される。
【００１６】
一つの例示的実施形態において、シリコン含有膜は、酸化シリコン及び窒化シリコンの少なくとも一方から形成され得る。一つの例示的実施形態において、シリコン含有膜は、交互に積層された複数のシリコン酸化膜と複数のシリコン窒化膜を含む。
【００１７】
一つの例示的実施形態において、マスクは、炭素を含有する。この実施形態では、処理ガス中のヨウ素が、炭素及びフッ素と反応して揮発性の化合物を形成するので、マスクの開口の閉塞が抑制される。別の例示的実施形態において、マスクは、タングステンを含有する。この実施形態では、フッ素によるマスクのエッチングが抑制される。
【００１８】
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、チャンバ本体、支持台、ガス供給部、高周波電源、及び制御部を備える。支持台は、チャンバ本体内に設けられている。ガス供給部は、チャンバ本体内に、炭素及び七フッ化ヨウ素を含有する処理ガスを供給するように構成されている。高周波電源は、処理ガスを励起させるために高周波電力を供給するように構成されている。制御部は、ガス供給部及び高周波電源を制御するように構成されている。制御部は、処理ガスのプラズマを生成して支持台上に載置された被加工物のシリコン含有膜をエッチングするために、処理ガスをチャンバ本体内に供給するよう、ガス供給部の制御を実行し、高周波電力を供給するよう、高周波電源の制御を実行する。
【００１９】
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、七フッ化ヨウ素ガスを含んでいてもよい。制御部は、ガス供給部の制御において、チャンバ本体内に供給される処理ガスの全流量に対するフッ化ヨウ素ガスの流量の割合を１．３％以上の割合に調整してもよい。
【００２０】
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、フッ素を更に含有していてもよい。
【００２１】
一つの例示的実施形態において、制御部は、ガス供給部の制御において、第１制御及び第２制御を実行してもよい。第１制御では、制御部は、ガス供給部に、フッ素含有ガスを含む処理ガスをチャンバ本体内に供給させる。続く第２制御では、制御部は、ガス供給部に、添加ガスを更に含む処理ガスをチャンバ本体内に供給させる。添加ガスは、フッ素を含む分子を含有する。添加ガスに含まれる分子におけるフッ素の結合エネルギーは、フッ素含有ガス中の分子におけるフッ素の結合エネルギーよりも低い。
【００２２】
一つの例示的実施形態において、制御部は、シリコン含有膜に形成される開口のアスペクト比が４０以上になっているときに、第２制御を実行してもよい。別の例示的実施形態において、制御部は、第１制御の実行中に、チャンバ本体内で生成されるプラズマの発光のシリコンに対応した波長の発光強度に基づき、シリコン含有膜からシリコンが放出されていないと判断される場合に、第２制御を開始してもよい。
【００２３】
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。
【００２４】
図１は、一つの例示的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、シリコン含有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が適用され得る一例の被加工物の一部拡大断面図である。図２に示す一例の被加工物Ｗは、マスクＭＫ及びシリコン含有膜ＳＦを有している。シリコン含有膜ＳＦは、下地層ＵＬ上に設けられていてもよい。
【００２５】
シリコン含有膜ＳＦは、任意のシリコン含有材料から形成され得る。一実施形態において、シリコン含有膜ＳＦは、酸化シリコン及び窒化シリコンの少なくとも一方から形成されてもよい。一例において、シリコン含有膜ＳＦは、図２に示すように、複数の第１の膜Ｆ１及び複数の第２の膜Ｆ２を有している。複数の第１の膜Ｆ１及び複数の第２の膜Ｆ２は、交互に積層されており、多層膜を構成している。複数の第１の膜Ｆ１は、酸化シリコンから形成されている。複数の第２の膜Ｆ２は、窒化シリコンから形成されている。即ち、被加工物Ｗは、交互に積層された複数のシリコン酸化膜及び複数のシリコン窒化膜を有している。図２に示す例では、第１の膜Ｆ１が、下地層ＵＬの直上に設けられた多層膜内の最下層の膜である。しかしながら、第２の膜Ｆ２が、下地層ＵＬの直上に設けられた多層膜内の最下層の膜であってもよい。また、図２に示す例では、第１の膜Ｆ１が、マスクＭＫの直下に設けられた多層膜内の最上層の膜である。しかしながら、第２の膜Ｆ２が、マスクＭＫの直下に設けられた多層膜内の最上層の膜であってもよい。
【００２６】
マスクＭＫは、シリコン含有膜ＳＦ上に設けられている。一実施形態において、マスクＭＫは、炭素を含有する材料から形成されていてもよい。マスクＭＫは、例えばアモルファスカーボンから形成されていてもよい。或いは、マスクＭＫは、タングステンを含有する材料から形成されていてもよい。マスクＭＫは、例えばタングステンから形成されていてもよい。なお、マスクＭＫは、シリコン含有膜ＳＦのエッチングに対して耐性を有する任意の材料から形成されていてもよい。マスクＭＫには、開口ＯＭが形成されている。開口ＯＭは、シリコン含有膜ＳＦの表面を部分的に露出させている。開口ＯＭは、ホール又はトレンチである。方法ＭＴでは、マスクＭＫのパターンがプラズマによるエッチングによりシリコン含有膜ＳＦに転写される。
【００２７】
図１を再び参照する。以下、図２に示す被加工物Ｗに方法ＭＴが適用される場合を例として、方法ＭＴについて説明する。しかしながら、方法ＭＴが適用される被加工物は、図２に示す被加工物に限定されるものではない。
【００２８】
図１に示すように、方法ＭＴでは、工程ＳＴ１が実行される。工程ＳＴ１では、プラズマ処理装置のチャンバ本体内に被加工物Ｗが準備される。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１０は、容量結合型のプラズマエッチング装置である。プラズマ処理装置１０は、チャンバ本体１２を備えている。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有しており、内部空間１２ｓを提供している。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、耐プラズマ性を有する処理が施されている。例えば、チャンバ本体１２の内壁面には、陽極酸化処理が施されている。チャンバ本体１２は、電気的に接地されている。
【００２９】
チャンバ本体１２の側壁には、通路１２ｐが形成されている。被加工物Ｗは、内部空間１２ｓの中に搬入されるとき、また、内部空間１２ｓから搬出されるときに、通路１２ｐを通る。この通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇにより開閉可能となっている。
【００３０】
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１２ｓの中で、チャンバ本体１２の底部から鉛直方向に延在している。支持部１３は、ステージ１４を支持している。ステージ１４は、内部空間１２ｓの中に設けられている。
【００３１】
ステージ１４は、下部電極１８及び静電チャック２０を有している。ステージ１４は、電極プレート１６を更に備え得る。電極プレート１６は、例えばアルミニウムといった導電性材料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電性材料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。
【００３２】
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、被加工物Ｗが載置される。静電チャック２０は、誘電体から形成された本体を有する。静電チャック２０の本体内には、膜状の電極が設けられている。静電チャック２０の電極は、スイッチを介して直流電源２２に接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２２からの電圧が印加されると、静電チャック２０と被加工物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、被加工物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。
【００３３】
ステージ１４上には、被加工物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、エッチング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。
【００３４】
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、チャンバ本体１２の外部に設けられているチラーユニット２６から配管２６ａを介して冷媒が供給される。流路１８ｆに供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニット２６に戻される。プラズマ処理装置１０では、静電チャック２０上に載置された被加工物Ｗの温度が、冷媒と下部電極１８との熱交換により、調整される。
【００３５】
プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８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の上面と被加工物Ｗの裏面との間に供給する。
【００３６】
プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、ステージ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１２ｓ側の下面であり、内部空間１２ｓ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、当該天板３４をその板厚方向に貫通している。
【００３７】
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持するものであり、アルミニウムといった導電性材料から形成され得る。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。ガス拡散室３６ａからは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。支持体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
【００３８】
ガス供給管３８には、ガス供給部ＧＳが接続されている。一実施形態では、ガス供給部ＧＳは、ガスソース群４０、バルブ群４２、及び流量制御器群４４を含む。ガスソース群４０は、流量制御器群４４及びバルブ群４２を介して、ガス供給管３８に接続されている。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含んでいる。複数のガスソースは、方法ＭＴで利用される処理ガスを構成する複数のガスのソースを含んでいる。バルブ群４２は、複数の開閉バルブを含んでいる。流量制御器群４４は、複数の流量制御器を含んでいる。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は、バルブ群４２の対応のバルブ及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。
【００３９】
プラズマ処理装置１０では、チャンバ本体１２の内壁に沿って、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、アルミニウム製の部材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成される。
【００４０】
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、アルミニウム製の部材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成される。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、圧力制御弁、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。
【００４１】
プラズマ処理装置１０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（高周波電力）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。
【００４２】
第２の高周波電源６４は、被加工物Ｗにイオンを引き込むための第２の高周波（別の高周波電力）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。
【００４３】
プラズマ処理装置１０は、直流電源部７０を更に備え得る。直流電源部７０は、上部電極３０に接続されている。直流電源部７０は、負の直流電圧を発生し、当該直流電圧を上部電極３０に与えることが可能である。
【００４４】
チャンバ本体１２の側壁には、光学窓７２が設けられている。光学窓７２は、内部空間１２ｓで生成されるプラズマからの光に対して透明な材料から形成されている。光学窓７２は、例えば石英から形成されている。チャンバ本体１２の外側では、光学窓７２に対面するように分光分析器７４が設けられている。分光分析器７４は、光学窓７２を介して受けた光のスペクトル、即ち、プラズマの発光のスペクトルを測定し、当該スペクトルを表すスペクトルデータを出力するように構成されている。
【００４５】
プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり得る。制御部Ｃｎｔは、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０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Ｃｎｔでは、表示装置により、プラズマ処理装置１０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Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御部Ｃｎｔのプロセッサが制御プログラムを実行して、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１０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１０で実行される。
【００４６】
再び図１を参照し、プラズマ処理装置１０が用いられる場合を例として、方法ＭＴについて説明する。しかしながら、方法ＭＴの実行において用いられるプラズマ処理装置は、プラズマ処理装置１０に限定されるものではない。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が適用された後の状態の一例の被加工物の一部拡大断面図である。
【００４７】
上述したように、方法ＭＴの工程ＳＴ１では、プラズマ処理装置１０のチャンバ本体１２内に被加工物Ｗが準備される。被加工物Ｗは、内部空間１２ｓ内において、ステージ１４の静電チャック２０上に載置される。被加工物Ｗは、静電チャック２０によって保持される。
【００４８】
次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ２が実行される。工程ＳＴ２では、プラズマ処理装置１０のチャンバ本体１２内で、シリコン含有膜ＳＦがエッチングされる。工程ＳＴ２では、内部空間１２ｓの中で、処理ガスのプラズマが生成される。工程ＳＴ２では、処理ガスのプラズマからのイオン及び／又はラジカルといった化学種により、シリコン含有膜ＳＦがエッチングされる。
【００４９】
工程ＳＴ２で利用される処理ガスは、炭素及び七フッ化ヨウ素（ＩＦ７）を含有する。工程ＳＴ２で利用される処理ガスは、フッ素を更に含有していてもよい。一実施形態では、処理ガスは、七フッ化ヨウ素（ＩＦ７）を含有するガス、即ち七フッ化ヨウ素ガス（ＩＦ７ガス）を含んでいてもよい。一実施形態では、処理ガスの全流量に対するＩＦ７ガスの流量の割合は、１．３％以上の割合に設定されてもよい。一実施形態では、処理ガスは、ＩＦ７ガスに加えて、炭素含有ガスを更に含んでいてもよい。炭素含有ガスは、ＣＨ４ガスといった炭化水素ガスであり得る。一実施形態では、処理ガスは、ＩＦ７ガスに加えて、フッ素含有ガスを更に含んでいてもよい。フッ素含有ガスは、フルオロカーボンガス及び／又はハイドロフルオロカーボンガスであり得る。フルオロカーボンガスは、例えばＣＦ４ガス又はＣ４Ｆ８ガスである。ハイドロフルオロカーボンガスは、例えばＣＨＦ３ガス、ＣＨ２Ｆ２ガス、又はＣＨ３Ｆガスである。一実施形態では、処理ガスは、水素含有ガスを更に含んでいてもよい。水素含有ガスは、例えばＨ２ガスである。一実施形態では、処理ガスは、添加ガスを更に含んでいてもよい。添加ガスについては、後述する。
【００５０】
工程ＳＴ２において、制御部Ｃｎｔは、処理ガスを内部空間１２ｓに供給するよう、ガス供給部ＧＳの制御を実行する。一実施形態の工程ＳＴ２では、制御部Ｃｎｔは、チャンバ本体１２内に供給される処理ガスの全流量に対するＩＦ７ガスの流量の割合を１．３％以上の割合に調整するよう、ガス供給部ＧＳを制御してもよい。工程ＳＴ２において、制御部Ｃｎｔは、内部空間１２ｓの圧力を指定された圧力に設定するよう、排気装置５０の制御を実行する。また、工程ＳＴ２において、制御部Ｃｎｔは、第１の高周波及び第２の高周波を下部電極１８に供給するよう、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４の制御を実行する。なお、第１の高周波は、下部電極１８ではなく、上部電極３０に供給されてもよい。
【００５１】
さらに、工程ＳＴ２では、流路１８ｆに冷媒が供給されることにより、被加工物Ｗの温度が調整されてもよい。工程ＳＴ２において被加工物Ｗの温度は、例えば０℃以下の温度に設定される。被加工物Ｗの温度を調整するために、制御部Ｃｎｔは、チラーユニットを制御し得る。
【００５２】
工程ＳＴ２では、処理ガスのプラズマが内部空間１２ｓの中で生成される。工程ＳＴ２では、プラズマからのフッ素の活性種（イオン及び／又はラジカル）によって、シリコン含有膜ＳＦがその膜厚方向にエッチングされる。この工程ＳＴ２の実行の結果、図４に示すように、シリコン含有膜ＳＦに開口ＯＰが形成される。開口ＯＰは、エッチングによって形成されたシリコン含有膜ＳＦの側壁面ＳＷによって画成される。
【００５３】
工程ＳＴ２の実行中には、側壁面ＳＷは、保護物質によって保護される。保護物質は、シリコン含有膜ＳＦ中のシリコンと処理ガス中のヨウ素から形成されるヨウ化シリコンといったヨウ化物を含む。この保護物質は、フッ素の活性種に対して高い耐性を有する。したがって、方法ＭＴによれば、シリコン含有膜ＳＦの横方向のエッチングが抑制される。
【００５４】
一実施形態では、工程ＳＴ２の実行中に、被加工物Ｗの温度が０℃以下の温度に設定される。フッ素のラジカルはシリコン含有膜ＳＦを化学的且つ等方的にエッチングし得る活性種であるが、被加工物Ｗの温度が０℃以下の温度に設定されると、フッ素のラジカルとシリコン含有膜ＳＦとの反応が抑制される。したがって、シリコン含有膜ＳＦの横方向のエッチングが更に抑制される。
【００５５】
さらに、マスクＭＫが炭素を含有する場合には、工程ＳＴ２の実行中に、処理ガス中のヨウ素が炭素及びフッ素と反応して揮発性の化合物を形成する。したがって、マスクＭＫの開口の閉塞が抑制される。或いは、マスクＭＫがタングステンを含有する場合には、フッ素によるマスクＭＫのエッチングが抑制されて、工程ＳＴ２におけるマスクＭＫの形状の変化が抑制される。
【００５６】
上述したように、処理ガスは炭素を含有する。工程ＳＴ２の実行中には、処理ガス中のヨウ素が炭素及びフッ素と反応して揮発性の化合物を形成することにより、マスクＭＫがエッチングされるが、マスク上には炭素を含む堆積物が形成される。その結果、マスクＭＫの減少が抑制される。
【００５７】
一実施形態において、工程ＳＴ２は、工程ＳＴ２１と工程ＳＴ２２を含んでいてもよい。工程ＳＴ２１では、フッ素含有ガス及びＩＦ７ガスを含む上述の処理ガスのプラズマがチャンバ本体１２内で生成されて、当該プラズマからの化学種によりシリコン含有膜ＳＦが部分的にエッチングされる。工程ＳＴ２１において、処理ガスは、添加ガスを含まない。或いは、工程ＳＴ２１において、処理ガスは、工程ＳＴ２２における処理ガス中の添加ガスの割合よりも少ない割合で添加ガスを含む。以下、工程ＳＴ２１において用いられる処理ガスを、第１の処理ガスということがある。
【００５８】
この実施形態において、制御部Ｃｎｔは、工程ＳＴ２の実行のために、第１制御及び第２制御を実行する。工程ＳＴ２１の実行のために、制御部Ｃｎｔは、第１制御を実行する。第１制御において、制御部Ｃｎｔは、ガス供給部ＧＳに、第１の処理ガスをチャンバ本体１２内に供給させる。その他の点において第１制御は、工程ＳＴ２の実行のための上述の制御と同様である。
【００５９】
続く工程ＳＴ２２では、フッ素含有ガス及びＩＦ７ガスを含む上述の処理ガスのプラズマがチャンバ本体１２内で生成されて、当該プラズマからの化学種によりシリコン含有膜ＳＦが更にエッチングされる。工程ＳＴ２２において、処理ガスは、添加ガスを含む。工程ＳＴ２１で用いられる処理ガス、即ち第１の処理ガスが添加ガスを含む場合には、工程ＳＴ２２で用いられる処理ガスは、第１の処理ガス中の添加ガスの割合よりも多い割合で添加ガスを含む。
【００６０】
工程ＳＴ２２の実行のために、制御部Ｃｎｔは、第２制御を実行する。第２制御において、制御部Ｃｎｔは、ガス供給部ＧＳに、第２の処理ガスをチャンバ本体１２内に供給させる。その他の点において第２制御は、工程ＳＴ２の実行のための上述の制御と同様である。
【００６１】
添加ガスは、フッ素を含む分子を含有する。添加ガス中の当該分子におけるフッ素の結合エネルギーは、処理ガス（第１の処理ガス及び第２の処理ガス）に含まれるフッ素含有ガス中の分子におけるフッ素の結合エネルギーよりも低い。ここで、ＣＦ４における炭素とフッ素の結合エネルギーは４５３ｋＪ／ｍｏｌである。ＳＦ６における硫黄とフッ素の結合エネルギーは３２７ｋＪ／ｍｏｌである。ＮＦ３における窒素とフッ素の結合エネルギーは２７２ｋＪ／ｍｏｌである。Ｆ２におけるフッ素とフッ素の間の結合エネルギーは１５４ｋＪ／ｍｏｌである。したがって、一例として、処理ガス中のフッ素含有ガスがＣＦ４ガスであれば、添加ガスとして、ＳＦ６ガス、ＮＦ３ガス、又はＦ２ガスを用いることができる。
【００６２】
工程ＳＴ２１のエッチングによってシリコン含有膜ＳＦに形成される開口の深さが大きくなると、開口の深部までフッ素の活性種が到達し難くなり、エッチングレートが低下する。エッチングレートの低下を抑制するために、工程ＳＴ２２では、処理ガスに添加ガスが加えられる。添加ガスは、処理ガス中のフッ素含有ガスよりも、小さい質量のフッ素の活性種を多く発生する。小さい質量のフッ素の活性種は、開口の深くまで到達し易い。したがって、工程ＳＴ２１から工程ＳＴ２２に処理が移されることにより、シリコン含有膜ＳＦのエッチングレートの低下が抑制される。
【００６３】
一実施形態では、工程ＳＴ２２は、シリコン含有膜ＳＦに形成される開口のアスペクト比が４０以上になっているときに実行される。換言すると、工程ＳＴ２１は、アスペクト比が４０より小さい開口をシリコン含有膜ＳＦに形成している期間において、実行される。例えば、工程ＳＴ２１の実行期間の時間長が所定の時間長になったときに、工程ＳＴ２１から工程ＳＴ２２に処理が移される。この実施形態では、制御部Ｃｎｔは、シリコン含有膜ＳＦに形成される開口のアスペクト比が４０以上になっているときに、第２制御を実行する。例えば、制御部Ｃｎｔは、第１制御の実行期間の時間長が所定の時間長になったときに、第１制御を終了して、第２制御の実行を開始する。
【００６４】
別の実施形態では、工程ＳＴ２１の実行中に内部空間１２ｓの中で生成されるプラズマの発光のスペクトルを表すスペクトルデータが分光分析器７４によって取得される。そして、工程ＳＴ２１から工程ＳＴ２２に遷移するタイミングが、スペクトルデータから特定されるシリコンに対応した波長の発光強度（以下、「シリコンの発光強度」という）に基づき決定される。具体的には、シリコンの発光強度に基づきシリコン含有膜ＳＦからシリコンが放出されていないと判断される場合に、工程ＳＴ２１から工程ＳＴ２２に処理が移されて、工程ＳＴ２２が開始される。この実施形態において、制御部Ｃｎｔは、第１制御の実行中に分光分析器７４によって取得されるスペクトルデータ中のシリコンの発光強度を利用して、第１制御から第２制御に遷移するタイミングを決定する。制御部Ｃｎｔは、決定したタイミングで第２制御を開始する。
【００６５】
なお、シリコンに対応した波長は、例えば、２２１．１ｎｍ、２２１．２ｎｍ、２２１．７ｎｍ、２５０．７ｎｍ、２５１．６ｎｍ、２５２．４ｎｍ、２５２．９ｎｍ、又は２８８．２ｎｍである。一実施形態では、シリコンの発光強度が基準値以下となったときに、工程ＳＴ２１から工程ＳＴ２２に処理が移される。より具体的な一例では、処理ガスに数ｓｃｃｍのアルゴンガスが添加され、工程ＳＴ２１の実行中に、シリコンの発光強度とアルゴンに対応した波長の発光強度（以下、「アルゴの発光強度」という）の比が取得される。取得された比が、工程ＳＴ２１の実行開始から３０秒間の当該比の平均の約５０％以下に低下した場合に、工程ＳＴ２１から工程ＳＴ２２に処理が移される。なお、アルゴンに対応した波長は、例えば７３８．４ｎｍ，７５０．４ｎｍ、７６３.５ｎｍ、又は８１１．５ｎｍである。上述の比、即ち、シリコンの発光強度をアルゴンの発光強度で除することにより得た値を取得することにより、プラズマの状態に依存しない活性種由来の発光強度を表すパラメータを求めることができる。また、シリコンの発光強度の代わりに、反応生成物であるフッ化シリコン（ＳｉＦ）の波長に対応した発光強度が用いられてもよい。フッ化シリコンに対応した波長は、例えば４３６．８ｎｍ、４４０．１ｎｍ、又は４４３．０ｎｍである。
【００６６】
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、シリコン含有膜ＳＦは、酸化シリコン又は窒化シリコンから形成された単一の膜であってもよい。また、方法ＭＴの実行に用いられるプラズマ処理装置は、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によりプラズマを生成するプラズマ処理装置といった任意のプラズマ処理装置であってもよい。
【００６７】
以下、方法ＭＴの評価のために行ったシミュレーションについて説明する。シミュレーションでは、シリコン酸化膜の温度と当該シリコン酸化膜のフッ素ラジカルによるエッチングレートとの関係を求めた。具体的には、下記の式（１）により、シリコン酸化膜のエッチングレートＥＳｉＯ２（オングストローム／分）を求めた。
ＥＳｉＯ２＝０．６１×１０−１２ｎＦＳＴ１／２ｅ−１８９２／Ｔ      …（１）
（１）式において、ｎＦＳはフッ素原子の密度（ｃｍ−３）であり、Ｔ（Ｋ）はシリコン酸化膜の温度である。
【００６８】
図５は、シミュレーションの結果を示すグラフである。図５のグラフにおいて、横軸は、シリコン酸化膜の温度を示しており、縦軸は、シリコン酸化膜のエッチングレートを示している。図５に示すように、フッ素ラジカルによるシリコン酸化膜のエッチングレートは、当該シリコン酸化膜の温度が０℃以下であるときに、相当に小さくなっている。したがって、シリコン含有膜ＳＦを有する被加工物Ｗの温度が０℃以下の温度に設定されている場合には、シリコン含有膜ＳＦを横方向にエッチングし得るフッ素のラジカルとシリコン含有膜ＳＦの反応が抑制されることが確認された。
【００６９】
以下、方法ＭＴの評価のために行った実験について説明する。なお、本開示の内容は以下に説明する実験によって限定されるものではない。
【００７０】
（第１の実験）
【００７１】
第１の実験では、図２に示した三つの被加工物Ｗの各々のシリコン含有膜ＳＦをプラズマ処理装置１０を用いてエッチングした。第１の実験では、処理ガスの全流量に対するＩＦ７ガスの流量の割合が互いに異なる三つの条件の下で、シリコン含有膜ＳＦをエッチングした。処理ガス中の全流量に対するＩＦ７ガスの流量の割合は、三つの条件のそれぞれで、１．３％、１．８％、２．３％であった。以下、第１の実験の他の条件を示す。
【００７２】
＜第１の実験の条件＞
・チャンバ本体１２の内部空間の圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）
・第１の高周波：４０ＭＨｚ、４．５ｋＷ
・第２の高周波：０．４ＭＨｚ、５ｋＷ
・処理ガス：ＣＦ４ガス、Ｈ２ガス、Ｏ２ガス、及びＩＦ７ガスの混合ガス
・静電チャックの温度：−５０℃
・処理時間長：６００秒
【００７３】
また、第１の比較実験として、図２に示した被加工物Ｗのシリコン含有膜ＳＦをプラズマ処理装置１０を用いてエッチングした。第１の比較実験では、ＣＦ４ガス、Ｈ２ガス、及びＯ２ガスを含む混合ガスを用いた。混合ガスにおける各ガスの流量は、シリコン含有膜ＳＦの横方向のエッチング量を可能な限り抑制するように最適化した流量であった。第１の比較実験の他の条件は、第１の実験の対応の条件と同じ条件であった。
【００７４】
第１の実験及び第１の比較実験の各々では、エッチングによってシリコン含有膜ＳＦに形成された開口の最大の幅を求めた。第１の実験の結果、ＩＦ７ガスの流量の割合が、１．３％、１．８％、２．３％の場合のそれぞれで、最大の幅は、９６．３ｎｍ、９７．０ｎｍ、９２．０ｎｍであった。一方、第１の比較実験の結果、最大の幅は、１０８ｎｍであった。したがって、ＩＦ７ガスを処理ガスに含めることにより、シリコン含有膜ＳＦの横方向のエッチングを効果的に抑制することができることが確認された。また、処理ガスの全流量に対するＩＦ７ガスの流量の割合を１．３％以上の範囲で増加させると、シリコン含有膜ＳＦの横方向のエッチング量が更に減少することが確認された。
【００７５】
（第２の実験）
【００７６】
第２の実験では、図２に示した二つの被加工物Ｗのシリコン含有膜ＳＦをプラズマ処理装置１０を用いてエッチングした。第２の実験において、処理ガスの全流量に対するＩＦ７ガスの流量の割合は、１．３％であった。第２の実験では、処理時間長が互いに異なる二つの条件の下で、シリコン含有膜ＳＦをエッチングした。処理時間長は、二つの条件のそれぞれで、６００秒、１２００秒であった。以下、第２の実験の他の条件を示す。
【００７７】
＜第２の実験の条件＞
・チャンバ本体１２の内部空間の圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）
・第１の高周波：４０ＭＨｚ、４．５ｋＷ
・第２の高周波：０．４ＭＨｚ、５ｋＷ
・処理ガス：ＣＦ４ガス、Ｈ２ガス、ＮＦ３ガス、及びＩＦ７ガスの混合ガス
・静電チャックの温度：−５０℃
【００７８】
また、第２の比較実験として、図２に示した二つの被加工物Ｗの各々のシリコン含有膜ＳＦをプラズマ処理装置１０を用いてエッチングした。第２の比較実験では、ＣＦ４ガス、Ｈ２ガス、ＮＦ３ガス、及びＨＩガスの混合ガスを処理ガスとして用いた。第２の比較実験において、処理ガスの全流量に対するＨＩガスの流量の割合は、１．７％であった。第２の比較実験では、処理時間長が互いに異なる二つの条件の下で、シリコン含有膜ＳＦをエッチングした。処理時間長は、二つの条件のそれぞれで、６００秒、１０２０秒であった。第２の比較実験の他の条件は、第２の実験の対応の条件と同じ条件であった。
【００７９】
第２の実験及び第２の比較実験の各々では、エッチングによってシリコン含有膜ＳＦに形成された開口の深さ及び最大の幅を求めた。第２の実験の結果、処理時間長が６００秒の場合に、開口の深さ及び最大の幅は、それぞれ、４３４２ｎｍ、９５．６ｎｍであった。また、第２の実験の結果、処理時間長が１２００秒の場合に、開口の深さ及び最大の幅は、それぞれ、６６１０ｎｍ、１０６ｎｍであった。また、第２の比較実験の結果、処理時間長が６００秒の場合に、開口の深さ及び最大の幅は、それぞれ、４０２７ｎｍ、９９．４ｎｍであった。また、第２の比較実験の結果、処理時間長が１０２０秒の場合に、開口の深さ及び最大の幅は、それぞれ、６４６０ｎｍ、１１４ｎｍであった。したがって、ＩＦ７ガスを含む処理ガスを用いた場合には、ＨＩガスを含む処理ガスと比較して、シリコン含有膜ＳＦに形成される開口の深さが深くても、シリコン含有膜ＳＦの横方向のエッチングがより効果的に抑制されることが確認された。
【００８０】
また、第２の実験及び第２の比較実験の各々では、エッチングされた被加工物Ｗの断面のＳＥＭ写真を取得した。取得したＳＥＭ写真によれば、ＩＦ７ガスを含む処理ガスを用いた場合には、ＨＩガスを含む処理ガスと比較して、シリコン含有膜ＳＦに形成された開口を画成する側壁面に付着している残渣の量が大幅に低減されることが確認された。
【００８１】
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。
【符号の説明】
【００８２】
１０…プラズマ処理装置、１２…チャンバ本体、Ｗ…被加工物、ＳＦ…シリコン含有膜、ＭＫ…マスク、ＯＭ…開口。
【図１】
2020068221.tif 000003
【図２】
2020068221.tif 000004
【図３】
2020068221.tif 000005
【図４】
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【図５】
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