JP2023181081A - エッチング方法及びプラズマ処理システム - Google Patents

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Abstract

【課題】エッチングの選択比を改善する技術を提供する【解決手段】チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるエッチング方法が提供される。この方法は、（ａ）エッチング対象膜と、エッチング対象膜上のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程であって、マスクは、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む工程と、（ｂ）フッ化水素ガスを含む処理ガスから生成したプラズマを用いて、エッチング対象膜をエッチングする工程と、を含む。【選択図】図２

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システムに関する。
特許文献１には、シリコン含有膜上にポリシリコンマスクが形成された基板をエッチングする方法が開示されている。
特開２０１６－２１５４６号公報
本開示は、エッチングの選択比を改善する技術を提供する。
本開示の一つの例示的実施形態において、チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるエッチング方法であって、（ａ）エッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程であって、前記マスクは、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む工程と、（ｂ）フッ化水素ガスを含む処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記エッチング対象膜をエッチングする工程とを含むエッチング方法が提供される。
本開示の一つの例示的実施形態によれば、エッチングの選択比を改善する技術を提供することができる。
例示的なプラズマ処理システムを概略的に示す図である。 本処理方法の一例を示すフローチャートである。 基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。 工程ＳＴ１２の終了時の基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。 本処理方法の他の例を示すフローチャートである。 基板Ｗ１の断面構造の一例を示す図である。 実験１の結果を示す図である。 エッチング後のマスクＭＫの形状を示す平面図である。
以下、本開示の各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、チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるエッチング方法であって、（ａ）エッチング対象膜と、エッチング対象膜上のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程であって、マスクは、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む工程と、（ｂ）フッ化水素ガスを含む処理ガスから生成したプラズマを用いて、エッチング対象膜をエッチングする工程と、を含むエッチング方法が提供される。
一つの例示的実施形態において、マスクは、金属の炭化物又はケイ化物を含む。
一つの例示的実施形態において、マスクは、Ｒｕ、ＷＳｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ及びＩｎＧａＺｎＯからなる群から選択される少なくとも１つを含む。
一つの例示的実施形態において、マスクは、シリコン、カーボン及び窒素からなる群から選択される少なくとも１種をさらに含む。
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、リン含有ガスをさらに含む。
一つの例示的実施形態において、リン含有ガスは、ハロゲン化リンガスを含む。
一つの例示的実施形態において、リン含有ガスは、フッ素及び塩素の少なくともいずれかを含むガスである。
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、不活性ガスを除き、フッ化水素ガスの流量が最も多い。
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、タングステン含有ガス、チタン含有ガス、及びモリブデン含有ガスからなる群から選択される少なくとも１種のガスをさらに含む。
一つの例示的実施形態において、（ｂ）の工程において、基板を支持する基板支持部の温度は０℃以下に設定される。
一つの例示的実施形態において、エッチング対象膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜並びにこれらの少なくとも２つの膜を含む積層膜からなる群から選択される少なくとも１種を含む。
一つの例示的実施形態において、エッチング対象膜は、シリコン含有膜、炭素含有膜又は金属酸化物膜である。
一つの例示的実施形態において、エッチング対象膜は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを含む積層膜であり、（ｂ）の工程は、（ｂ１）シリコン酸化膜をエッチングする工程と、（ｂ２）シリコン窒化膜をエッチングする工程と、を含み、（ｂ２）の工程における基板の温度が、（ｂ１）の工程における基板の温度より高くなるように温度制御を行う。
一つの例示的実施形態において、温度制御は、（Ｉ）チャンバに供給するソースＲＦ信号のデューティ比が（ｂ１）の工程よりも（ｂ２）の工程において大きくなるようにする制御、（ＩＩ）基板を支持する基板支持部に供給するバイアス信号のデューティ比が（ｂ１）の工程よりも（ｂ２）の工程において大きくなるようにする制御、（ＩＩＩ）基板と基板支持部との間に供給する伝熱ガスの圧力が（ｂ１）の工程よりも（ｂ２）の工程において小さくなるようにする制御、（ＩＶ）基板支持部の静電チャックへ供給する電圧が（ｂ１）の工程よりも（ｂ２）の工程において小さくなるようにする制御、及び、（Ｖ）基板支持部内の流路に供給する伝熱流体の温度が（ｂ１）の工程よりも（ｂ２）の工程において高くなるようにする制御の少なくとも一つの制御を含む。
一つの例示的実施形態において、伝熱流体の温度は、（ｂ１）の工程と（ｂ２）の工程とで同一であり、温度制御は、（Ｉ）乃至（ＩＶ）の少なくとも一つの制御を含む。
一つの例示的実施形態において、チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるエッチング方法であって、（ａ）エッチング対象膜と、エッチング対象膜上のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程であって、マスクは、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム及び亜鉛から選択される少なくとも１種を含む工程と、（ｂ）ＨＦ種を含むプラズマを用いて、エッチング対象膜をエッチングする工程と、を含むエッチング方法が提供される。
一つの例示的実施形態において、ＨＦ種は、フッ化水素ガス又はハイドロフルオロカーボンガスの少なくとも１種のガスから生成される。
一つの例示的実施形態において、ＨＦ種は、炭素数が２以上のハイドロフルオロカーボンガスから生成される。
一つの例示的実施形態において、ＨＦ種は、水素源及びフッ素源を含む混合ガスから生成される。
一つの例示的実施形態において、チャンバを有するプラズマ処理装置と制御部とを備え、制御部は、（ａ）エッチング対象膜と、エッチング対象膜上のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する制御であって、マスクは、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む制御と、（ｂ）フッ化水素ガスを含む処理ガスから生成したプラズマを用いて、エッチング対象膜をエッチングする制御とを実行するプラズマ処理システムが提供される。
以下、図面を参照して、本開示の各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または同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づいて上下左右等の位置関係を説明する。図面の寸法比率は実際の比率を示すものではなく、また、実際の比率は図示の比率に限られるものではない。
＜プラズマ処理システムの構成例＞
以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。図１は、容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。
プラズマ処理システムは、容量結合型のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。容量結合型のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。プラズマ処理チャンバ１０は接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０の筐体とは電気的に絶縁される。
基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。
一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。基台１１１０の導電性部材は下部電極として機能し得る。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、後述するＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源３１及び／又はＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）電源３２に結合される少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよい。この場合、少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極が下部電極として機能する。後述するバイアスＲＦ信号及び／又はＤＣ信号が少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極に供給される場合、ＲＦ／ＤＣ電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、基台１１１０の導電性部材と少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極とが複数の下部電極として機能してもよい。また、静電電極１１１１ｂが下部電極として機能してもよい。従って、基板支持部１１は、少なくとも１つの下部電極を含む。
リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。
また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域１１１ａとの間の間隙に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。
シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、少なくとも１つの上部電極を含む。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。
ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。
電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を少なくとも１つの下部電極に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。
一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１０ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給される。
第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。バイアスＲＦ信号の周波数は、ソースＲＦ信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。
また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、少なくとも１つの下部電極に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、少なくとも１つの下部電極に印加される。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、少なくとも１つの上部電極に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、少なくとも１つの上部電極に印加される。
種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、ＤＣ信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第１のＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つの下部電極との間に接続される。従って、第１のＤＣ生成部３２ａ及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第２のＤＣ生成部３２ｂ及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも１つの上部電極に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、１周期内に１又は複数の正極性電圧パルスと１又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。
排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、処理部２ａ１、記憶部２ａ２及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａにより実現される。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。
＜プラズマ処理方法の一例＞
図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法（以下「本処理方法」ともいう。）の一例を示すフローチャートである。図２に示すように、本処理方法は、基板を提供する工程ＳＴ１１と、エッチングをする工程ＳＴ１２とを含む。各工程における処理は、図１に示すプラズマ処理システムで実行されてよい。以下では、制御部２がプラズマ処理装置１の各部を制御して、基板Ｗに対して本処理方法を実行する場合を例に説明する。
（工程ＳＴ１１：基板の提供）
工程ＳＴ１１において、基板Ｗは、プラズマ処理装置１のプラズマ処理空間１０ｓ内に提供される。基板Ｗは、基板支持部１１の中央領域１１１ａに提供される。そして、基板Ｗは、静電チャック１１１１により基板支持部１１に保持される。
図３は、工程ＳＴ１１で提供される基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。基板Ｗは、エッチング対象膜としてのシリコン含有膜ＳＦと、シリコン含有膜ＳＦ上に形成されたマスクＭＫとを有している。シリコン含有膜ＳＦは、下地膜ＵＦ上に形成されてよい。基板Ｗは、半導体デバイスの製造に用いられてよい。半導体デバイスは、例えば、ＤＲＡＭ、３Ｄ－ＮＡＮＤフラッシュメモリ等の半導体メモリデバイスを含む。
下地膜ＵＦは、一例では、シリコンウェハやシリコンウェハ上に形成された有機膜、誘電体膜、金属膜、半導体膜等である。一実施形態において、下地膜ＵＦはエッチングストップ膜であってよい。一実施形態において、エッチングストップ膜は、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む。エッチングストップ膜は、例えば、タングステン、モリブデン及びチタンの炭化物又はケイ化物を含んでよい。エッチングストップ膜は、例えば、タングステン含有膜でよい。エッチングストップ膜は、タングステンと、シリコン、カーボン及び窒素からなる群から選択される少なくとも１種とをさらに含んでよい。一例では、エッチングストップ膜は、ＷＣ（タングステンカーバイド）、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、ＷＳｉＮ及びＷＳｉＣからなる群から選択される少なくとも１種を含む。エッチングストップ膜は、例えば、Ｒｕ、ＷＳｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ及びＩｎＧａＺｎＯからなる群から選択される少なくとも１つを含んでよい。下地膜ＵＦは、複数の膜が積層されて構成されてよい。下地膜ＵＦが複数の膜から構成される場合、エッチングストップ膜は、下地膜ＵＦの最上層に形成されてよい。すなわち、シリコン含有膜ＳＦは、エッチングストップ膜に接して形成され得る。
シリコン含有膜ＳＦは、本処理方法によるエッチングの対象となるエッチング対象膜である。シリコン含有膜ＳＦは、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン炭窒化膜、多結晶シリコン膜又は炭素含有シリコン膜でよい。シリコン含有膜ＳＦは、複数の膜が積層されて構成されてよい。例えば、シリコン含有膜ＳＦは、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが交互に積層されて構成されてよい。例えば、シリコン含有膜ＳＦは、シリコン酸化膜と多結晶シリコン膜とが交互に積層されて構成されてよい。例えば、シリコン含有膜ＳＦは、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜及び多結晶シリコン膜を含む積層膜でもよい。例えば、シリコン含有膜ＳＦは、シリコン酸化膜とシリコン炭窒化膜とが積層されて構成されてよい。例えば、シリコン含有膜ＳＦは、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン炭窒化膜を含む積層膜でもよい。一実施形態において、基板Ｗは、シリコン含有膜ＳＦに代えて炭素含有膜又は金属酸化物膜を有してよい。この場合、炭素含有膜又は金属酸化物膜が、本処理方法によるエッチングの対象となる膜である。エッチング対象膜は、ホウ素、窒素、リンなどの不純物を含んでいてもよい。
マスクＭＫは、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む。マスクＭＫは、例えば、タングステン、モリブデン及びチタンの炭化物又はケイ化物を含んでよい。マスクＭＫは、例えば、タングステン含有膜でよい。マスクＭＫは、タングステンと、シリコン、カーボン及び窒素からなる群から選択される少なくとも１種とをさらに含んでよい。一例では、マスクＭＫは、ＷＣ（タングステンカーバイド）、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、ＷＳｉＮ及びＷＳｉＣからなる群から選択される少なくとも１種を含む。マスクＭＫは、例えば、Ｒｕ、ＷＳｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ及びＩｎＧａＺｎＯからなる群から選択される少なくとも１つを含んでよい。マスクＭＫは、１つの層からなる単層マスクでよく、また２つ以上の層からなる多層マスクであってもよい。
図３に示すとおり、マスクＭＫは、シリコン含有膜ＳＦ上において少なくとも一つの開口ＯＰを規定する。開口ＯＰは、シリコン含有膜ＳＦ上の空間であって、マスクＭＫの側壁に囲まれている。すなわち、シリコン含有膜ＳＦの上面は、マスクＭＫによって覆われた領域と、開口ＯＰの底部において露出した領域とを有する。
開口ＯＰは、基板Ｗの平面視、すなわち、基板Ｗを図３の上から下に向かう方向に見た場合において、任意の形状を有してよい。当該形状は、例えば、円、楕円、矩形、線やこれらの１種類以上を組み合わせた形状であってよい。マスクＭＫは、複数の側壁を有し、複数の側壁が複数の開口ＯＰを規定してもよい。複数の開口ＯＰは、それぞれ線形状を有し、一定の間隔で並んでライン＆スペースのパターンを構成してもよい。また、複数の開口ＯＰは、それぞれ孔形状を有し、アレイパターンを構成してもよい。
基板を構成する各膜（下地膜ＵＦ、シリコン含有膜ＳＦ又はマスクＭＫ）は、それぞれ、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、スピンコート法等により形成されてよい。マスクＭＫは、リソグラフィによって形成されてもよい。またマスクＭＫの開口ＯＰは、マスクＭＫをエッチングすることで形成されてよい。各膜は、それぞれ、平坦な膜であってよく、また凹凸を有する膜であってもよい。なお、基板Ｗは、下地膜ＵＦの下に他の膜をさらに有してよい。この場合、シリコン含有膜ＳＦ及び下地膜ＵＦに開口ＯＰに対応する形状の凹部を形成し、当該他の膜をエッチングするためのマスクとして用いてもよい。
基板Ｗの各膜を形成するプロセスの少なくとも一部は、プラズマ処理チャンバ１０の空間内で行われてよい。一例では、マスクＭＫをエッチングして開口ＯＰを形成する工程は、プラズマ処理チャンバ１０で実行されてよい。すなわち、開口ＯＰ及び後述するシリコン含有膜ＳＦのエッチングは、同一のチャンバ内で連続して実行されてよい。また、基板Ｗの各膜の全部又は一部がプラズマ処理装置１の外部の装置やチャンバで形成された後、基板Ｗがプラズマ処理装置１のプラズマ処理空間１０ｓ内に搬入され、基板支持部１１の中央領域１１１ａに配置されることで、基板Ｗが提供されてもよい。
基板Ｗを基板支持部１１の中央領域１１１ａに提供後、基板支持部１１の温度が温調モジュールにより設定温度に調整される。設定温度は、例えば、０℃以下、－１０℃以下、－２０℃以下、－３０℃以下、－４０℃以下、－５０℃以下、－６０℃以下又は－７０℃以下でよい。一例では、基板支持部１１の温度を調整又は維持することは、流路１１１０ａを流れる伝熱流体の温度やヒータ温度を設定温度にすること、又は、設定温度と異なる温度にすることを含む。なお、流路１１１０ａに伝熱流体が流れ始めるタイミングは、基板Ｗが基板支持部１１に載置される前でも後でもよく、また同時でもよい。また、基板支持部１１の温度は、工程ＳＴ１１の前に設定温度に調整されてよい。すなわち、基板支持部１１の温度が設定温度に調整された後に、基板支持部１１に基板Ｗを提供してよい。
（工程ＳＴ１２：エッチング）
工程ＳＴ１２において、処理ガスから生成したプラズマを用いて、シリコン含有膜ＳＦがエッチングされる。まず、ガス供給部２０から処理ガスがプラズマ処理空間１０ｓ内に供給される。工程ＳＴ１２における処理の間、処理ガスに含まれるガスや各ガスの流量（分圧）は、変更されてよく、また変更されなくてもよい。例えば、シリコン含有膜ＳＦが異なる種類のシリコン含有膜からなる積層膜で構成される場合、処理ガスの構成や各ガスの流量（分圧）は、エッチングの進行に伴って又はエッチングする膜の種類に応じて変更されてよい。工程ＳＴ１２における処理の間、基板支持部１１の温度は、工程ＳＴ１１で調整した設定温度に維持されてよく、またエッチングの進行に伴って又はエッチングする膜の種類に応じて変更されてもよい。
次に、基板支持部１１の下部電極及び／又はシャワーヘッド１３の上部電極にソースＲＦ信号が供給される。これにより、シャワーヘッド１３と基板支持部１１との間で高周波電界が生成され、プラズマ処理空間１０ｓ内の第１の処理ガスから第１のプラズマが生成される。また、基板支持部１１の下部電極にバイアス信号が供給されて、プラズマと基板Ｗとの間にバイアス電位が発生する。バイアス電位によって、プラズマ中のイオン、ラジカル等の活性種が基板Ｗに引きよせられる。これにより、シリコン含有膜ＳＦのうち、マスクＭＫにより覆われていない部分（開口ＯＰにおいて露出した部分）がエッチングされる。
工程ＳＴ１２において、バイアス信号は、第２のＲＦ生成部３１ｂから供給されるバイアスＲＦ信号であってよい。またバイアス信号は、ＤＣ生成部３２ａから供給されるバイアスＤＣ信号であってもよい。ソースＲＦ信号及びバイアス信号は、双方が連続波又はパルス波でよく、また一方が連続波で他方がパルス波でもよい。ソースＲＦ信号及びバイアス信号の双方がパルス波である場合、双方のパルス波の周期は同期してよく、また同期しなくてもよい。ソースＲＦ信号及び／又はバイアス信号パルス波のデューティ比は適宜設定してよく、例えば、１～８０％でよく、また５～５０％でよい。なお、デューティ比は、パルス波の周期における、電力又は電圧レベルが高い期間が占める割合である。またバイアス信号として、バイアスＤＣ信号を用いる場合、パルス波は、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせの波形を有してよい。バイアスＤＣ信号の極性は、プラズマと基板との間に電位差を与えてイオンを引き込むように基板Ｗの電位が設定されれば、負であっても正であってもよい。
工程ＳＴ１２において、処理ガスに含まれるＨＦガスは、処理ガス（処理ガスが不活性ガスを含む場合は当該不活性ガスを除く全てのガス）中で最も流量（分圧）が大きくてよい。一例では、ＨＦガスの流量は、処理ガスの総流量（処理ガスが不活性ガスを含む場合は当該不活性ガスを除く全てのガスの流量、以下、本明細書において同様である）に対して、５０体積％以上、６０体積％以上、７０体積％以上、８０体積％以上、９０体積％以上又は９５体積％以上でよい。ＨＦガスの流量は、処理ガスの総流量に対して、１００体積％未満、９９．５体積％以下、９８体積％以下又は９６体積％以下でよい。一例では、ＨＦガスの流量は、処理ガスの総流量に対して、７０体積％以上９６体積％以下に調整される。
処理ガスは、リン含有ガスをさらに含んでよい。リン含有ガスは、リン含有分子を含むガスである。リン含有分子は、十酸化四リン（Ｐ4Ｏ10）、八酸化四リン（Ｐ4Ｏ8）、六酸化四リン（Ｐ4Ｏ6）等の酸化物であってもよい。十酸化四リンは、五酸化二リン（Ｐ2Ｏ5）と呼ばれることがある。リン含有分子は、三フッ化リン（ＰＦ3）、五フッ化リン（ＰＦ5）、三塩化リン（ＰＣｌ3）、五塩化リン（ＰＣｌ5）、三臭化リン（ＰＢｒ3）、五臭化リン（ＰＢｒ5）、ヨウ化リン（ＰＩ3）のようなハロゲン化物（ハロゲン化リン）であってもよい。すなわち、リン含有分子は、フッ化リン等、ハロゲン元素としてフッ素を含んでもよい。或いは、リン含有分子は、ハロゲン元素としてフッ素以外のハロゲン元素を含んでもよい。リン含有分子は、フッ化ホスホリル（ＰＯＦ3）、塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ3）、臭化ホスホリル（ＰＯＢｒ3）のようなハロゲン化ホスホリルであってよい。リン含有分子は、ホスフィン（ＰＨ3）、リン化カルシウム（Ｃａ3Ｐ2等）、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）、リン酸ナトリウム（Ｎａ3ＰＯ4）、ヘキサフルオロリン酸（ＨＰＦ6）等であってよい。リン含有分子は、フルオロホスフィン類（ＨgＰＦh）であってよい。ここで、ｇとｈの和は、３又は５である。フルオロホスフィン類としては、ＨＰＦ2、Ｈ2ＰＦ3が例示される。処理ガスは、少なくとも一つのリン含有分子として、上記のリン含有分子のうち一つ以上のリン含有分子を含み得る。例えば、処理ガスは、少なくとも一つのリン含有分子として、ＰＦ3、ＰＣｌ3、ＰＦ5、ＰＣｌ5、ＰＯＣｌ3、ＰＨ3、ＰＢｒ3、又はＰＢｒ5の少なくとも一つを含み得る。なお、処理ガスに含まれる各リン含有分子が液体又は固体である場合、各リン含有分子は、加熱等によって気化されてプラズマ処理空間１０ｓ内に供給され得る。
リン含有ガスは、ＰＣｌaＦb（ａは１以上の整数であり、ｂは０以上の整数であり、ａ＋ｂは５以下の整数である）ガス又はＰＣcＨdＦe（ｄ、ｅはそれぞれ１以上５以下の整数であり、ｃは０以上９以下の整数である）ガスであってよい。
ＰＣｌaＦbガスは、例えば、ＰＣｌＦ2ガス、ＰＣｌ2Ｆガス及びＰＣｌ2Ｆ3ガスからなる群から選択される少なくとも１種のガスでよい。
ＰＣcＨdＦeガスは、例えば、ＰＦ2ＣＨ3ガス、ＰＦ（ＣＨ3）2ガス、ＰＨ2ＣＦ3ガス、ＰＨ（ＣＦ3）2ガス、ＰＣＨ3（ＣＦ3）2ガス、ＰＨ2Ｆガス及びＰＦ3（ＣＨ3）2ガスからなる群から選択される少なくとも１種のガスでよい。
リン含有ガスは、ＰＣｌcＦdＣeＨf（ｃ、ｄ、ｅ及びｆはそれぞれ１以上の整数である）ガスであってよい。またリン含有ガスは、Ｐ（リン）、Ｆ（フッ素）及びＦ（フッ素）以外のハロゲン（例えば、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）を分子構造に含むガス、Ｐ（リン）、Ｆ（フッ素）、Ｃ（炭素）及びＨ（水素）を分子構造に含むガス、又は、Ｐ（リン）、Ｆ（フッ素）及びＨ（水素）を分子構造に含むガスであってもよい。
リン含有ガスは、ホスフィン系ガスを用いてよい。ホスフィン系ガスとしては、ホスフィン（ＰＨ3）、ホスフィンの少なくとも１つの水素原子を適当な置換基により置換した化合物、及びホスフィン酸誘導体が挙げられる。
ホスフィンの水素原子を置換する置換基としては、特に限定されず、例えばフッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基；並びにヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基等のヒドロキシアルキル基等が挙げられ、一例では、塩素原子、メチル基、及びヒドロキシメチル基が挙げられる。
ホスフィン酸誘導体としては、ホスフィン酸（Ｈ3Ｏ2Ｐ）、アルキルホスフィン酸（ＰＨＯ（ＯＨ）Ｒ）、及びジアルキルホスフィン酸（ＰＯ（ＯＨ）Ｒ2）が挙げられる。
ホスフィン系ガスとしては、例えば、ＰＣＨ3Ｃｌ2（ジクロロ（メチル）ホスフィン）ガス、Ｐ（ＣＨ3）2Ｃｌ（クロロ（ジメチル）ホスフィン）ガス、Ｐ（ＨＯＣＨ2）Ｃｌ2（ジクロロ（ヒドロキシルメチル）ホスフィン）ガス、Ｐ（ＨＯＣＨ2）2Ｃｌ（クロロ（ジヒドロキシルメチル）ホスフィン）ガス、Ｐ（ＨＯＣＨ2）（ＣＨ3）2（ジメチル（ヒドロキシルメチル）ホスフィン）ガス、Ｐ（ＨＯＣＨ2）2（ＣＨ3）（メチル（ジヒドロキシルメチル）ホスフィン）ガス、Ｐ（ＨＯＣＨ2）3（トリス（ヒドロキシルメチル）ホスフィン）ガス、Ｈ3Ｏ2Ｐ（ホスフィン酸）ガス、ＰＨＯ（ＯＨ）（ＣＨ3）(メチルホスフィン酸)ガス及びＰＯ（ＯＨ）（ＣＨ3）2（ジメチルホスフィン酸）ガスからなる群から選択される少なくとも１種のガスを用いてよい。
処理ガスに含まれるリン含有ガスの流量は、処理ガスの総流量のうち、２０体積％以下、１０体積％以下、５体積％以下でよい。
処理ガスは、タングステン含有ガスをさらに含んでよい。タングステン含有ガスは、タングステンとハロゲンとを含有するガスでよく、一例では、ＷＦxＣｌyガスである（ｘ及びｙはそれぞれ０以上６以下の整数であり、ｘとｙとの和は２以上６以下である）。具体的には、タングステン含有ガスとしては、２フッ化タングステン（ＷＦ2）ガス、４フッ化タングステン（ＷＦ4）ガス、５フッ化タングステン（ＷＦ5）ガス、６フッ化タングステン（ＷＦ6）ガス等のタングステンとフッ素とを含有するガス、２塩化タングステン（ＷＣｌ2）ガス、４塩化タングステン（ＷＣｌ4）ガス、５塩化タングステン（ＷＣｌ5）ガス、６塩化タングステン（ＷＣｌ6）ガス等のタングステンと塩素とを含有するガスであってよい。これらの中でも、ＷＦ6ガス及びＷＣｌ6ガスの少なくともいずれかのガスであってよい。タングステン含有ガスの流量は、処理ガスの総流量のうち５体積％以下でよい。なお、処理ガスは、タングステン含有ガスに代えて又は加えて、チタン含有ガス及びモリブデン含有ガスの少なくとも一つを含んでよい。
処理ガスは、炭素含有ガスをさらに含んでよい。炭素含有ガスは、例えば、フルオロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスのいずれかまたは両方でよい。一例では、フルオロカーボンガスは、ＣＦ4ガス、Ｃ2Ｆ2ガス、Ｃ2Ｆ4ガス、Ｃ3Ｆ6ガス、Ｃ3Ｆ8ガス、Ｃ4Ｆ6ガス、Ｃ4Ｆ8ガス及びＣ5Ｆ8ガスからなる群から選択される少なくとも１種でよい。一例では、ハイドロフルオロカーボンガスは、ＣＨＦ3ガス、ＣＨ2Ｆ2ガス、ＣＨ3Ｆガス、Ｃ2ＨＦ5ガス、Ｃ2Ｈ2Ｆ4ガス、Ｃ2Ｈ3Ｆ3ガス、Ｃ2Ｈ4Ｆ2ガス、Ｃ3ＨＦ7ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ2ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ4ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ3Ｈ3Ｆ5ガス、Ｃ4Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ4Ｈ5Ｆ5ガス、Ｃ4Ｈ2Ｆ8ガス、Ｃ5Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ5Ｈ2Ｆ10ガス及びＣ5Ｈ3Ｆ7ガスからなる群から選択される少なくとも１種でよい。また、炭素含有ガスは、不飽和結合を有する直鎖状のものであってよい。不飽和結合を有する直鎖状の炭素含有ガスは、例えば、Ｃ3Ｆ6（ヘキサフルオロプロぺン）ガス、Ｃ4Ｆ8（オクタフルオロ－１－ブテン、オクタフルオロ－２－ブテン）ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ4（１，３，３，３－テトラフルオロプロペン）ガス、Ｃ4Ｈ2Ｆ6（トランス－１，１，１，４，４，４－ヘキサフルオロ－２－ブテン）ガス、Ｃ4Ｆ8Ｏ（ペンタフルオロエチルトリフルオロビニルエーテル）ガス、ＣＦ3ＣＯＦガス（１，２，２，２－テトラフルオロエタン－１－オン）、ＣＨＦ2ＣＯＦ（ジフルオロ酢酸フルオライド）ガス及びＣＯＦ2（フッ化カルボニル）ガスからなる群から選択される少なくとも１種でよい。
処理ガスは、酸素含有ガスを更に含んでよい。酸素含有ガスは、例えば、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ及びＨ2Ｏ2からなる群から選択される少なくとも１種のガスでよい。一例では、酸素含有ガスは、Ｈ2Ｏ以外の酸素含有ガス、例えばＯ2、ＣＯ、ＣＯ2及びＨ2Ｏ2からなる群から選択される少なくとも１種のガスでよい。酸素含有ガスの流量は、炭素含有ガスの流量に応じて調整されてよい。
処理ガスは、フッ素以外のハロゲン含有ガスをさらに含んでよい。フッ素以外のハロゲン含有ガスは、塩素含有ガス、臭素含有ガス及び／又はヨウ素含有ガスでよい。塩素含有ガスは、一例では、Ｃｌ2、ＳｉＣｌ2、ＳｉＣｌ4、ＣＣｌ4、ＳｉＨ2Ｃｌ2、Ｓｉ2Ｃｌ6、ＣＨＣｌ3、ＳＯ2Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＰＣｌ3、ＰＣｌ5及びＰＯＣｌ3からなる群から選択される少なくとも１種のガスでよい。臭素含有ガスは、一例では、Ｂｒ2、ＨＢｒ、ＣＢｒ2Ｆ2、Ｃ2Ｆ5Ｂｒ、ＰＢｒ3、ＰＢｒ5、ＰＯＢｒ3及びＢＢｒ3からなる群から選択される少なくとも１種のガスでよい。ヨウ素含有ガスは、一例では、ＨＩ、ＣＦ3Ｉ、Ｃ2Ｆ5Ｉ、Ｃ3Ｆ7Ｉ、ＩＦ5、ＩＦ7、Ｉ2、ＰＩ3からなる群から選択される少なくとも１種のガスでよい。一例では、フッ素以外のハロゲン含有ガスは、Ｃｌ2ガス、Ｂｒ2ガス及びＨＢｒガスからなる群から選択される少なくとも１種でよい。一例では、フッ素以外のハロゲン含有ガスは、Ｃｌ2ガス又はＨＢｒガスである。
処理ガスは、不活性ガスをさらに含んでよい。不活性ガスは、一例では、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｋｒガス等の貴ガス又は窒素ガスでよい。
なお、処理ガスは、ＨＦガスの一部又は全部に代えて、プラズマ中にフッ化水素種（ＨＦ種）を生成可能なガスを含んでよい。ＨＦ種は、フッ化水素のガス、ラジカル及びイオンの少なくともいずれかを含む。
ＨＦ種を生成可能なガスは、例えば、ハイドロフルオロカーボンガスでよい。ハイドロフルオロカーボンガスは、炭素数が２以上、３以上又は４以上でもよい。ハイドロフルオロカーボンガスは、一例では、ＣＨ2Ｆ2ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ4ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ3Ｈ3Ｆ5ガス、Ｃ4Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ4Ｈ5Ｆ5ガス、Ｃ4Ｈ2Ｆ8ガス、Ｃ5Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ5Ｈ2Ｆ10ガス及びＣ5Ｈ3Ｆ7ガスからなる群から選択される少なくとも１種である。ハイドロフルオロカーボンガスは、一例では、ＣＨ2Ｆ2ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ4ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ6ガス及びＣ4Ｈ2Ｆ6ガスからなる群から選択される少なくとも１種である。
ＨＦ種を生成可能なガスは、例えば、水素源及びフッ素源を含む混合ガスでよい。水素源は、例えば、Ｈ2ガス、ＮＨ3ガス、Ｈ2Ｏガス、Ｈ2Ｏ2ガス及びハイドロカーボンガス（ＣＨ4ガス、Ｃ3Ｈ6ガス等）からなる群から選択される少なくとも一種でよい。フッ素源は、例えば、ＮＦ3ガス、ＳＦ6ガス、ＷＦ6ガス又はＸｅＦ2ガスのように炭素を含まないフッ素含有ガスでよい。またフッ素源は、フルオロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスのように炭素を含むフッ素含有ガスでもよい。フルオロカーボンガスは、一例では、ＣＦ4ガス、Ｃ2Ｆ2ガス、Ｃ2Ｆ4ガス、Ｃ3Ｆ6ガス、Ｃ3Ｆ8ガス、Ｃ4Ｆ6ガス、Ｃ4Ｆ8ガス及びＣ5Ｆ8ガスからなる群から選択される少なくとも１種でよい。ハイドロフルオロカーボンガスは、一例では、ＣＨＦ3ガス、ＣＨ2Ｆ2ガス、ＣＨ3Ｆガス、Ｃ2ＨＦ5ガス及びＣを３つ以上含むハイドロフルオロカーボンガス（Ｃ3Ｈ2Ｆ4ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ6ガス、Ｃ4Ｈ2Ｆ6ガス等）からなる群から選択される少なくとも１種でよい。
工程ＳＴ１２によるエッチングにより、マスクＭＫの開口ＯＰの形状に基づいてシリコン含有膜ＳＦに凹部が形成される。そして、所与の停止条件が満たされると、工程ＳＴ１２によるエッチングが停止され、本処理方法が終了する。停止条件は、例えば、エッチング時間や凹部の深さ等に基づいて設定されてよい。
図４は、工程ＳＴ１２の終了時の基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。図４に示すように、工程ＳＴ１２における処理により、シリコン含有膜ＳＦのうち、開口ＯＰにおいて露出した部分が深さ方向（図４で上から下に向かう方向）にエッチングされ、凹部ＲＣが形成される。図４は、工程ＳＴ１２によるエッチングにより、凹部ＲＣの底部が下地膜ＵＦに到達し、下地膜ＵＦが露出した例である。この状態における凹部ＲＣのアスペクト比は、例えば、２０以上でよく、３０以上、４０以上、５０以上、又は１００以上でもよい。
本処理方法によれば、基板ＷのマスクＭＫは、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む。これらの金属は、工程ＳＴ１２のエッチングで生成されるＨＦ種を含むプラズマに対するエッチング耐性が高い。そのため、工程ＳＴ１２において、ＨＦ種を含むプラズマを用いてシリコン含有膜ＳＦをエッチングする際に、マスクＭＫのエッチングを抑制することができる。これにより、マスクＭＫに対するシリコン含有膜ＳＦのエッチングの選択比を改善することができる。基板Ｗがシリコン含有膜ＳＦに代えて炭素含有膜又は金属酸化物膜を有する場合（エッチング対象膜が炭素含有膜又は金属酸化物膜である場合）も同様である。すなわち、本処理方法によれば、マスクＭＫに対するエッチング対象膜の選択比を改善することができる。また基板Ｗが下地膜ＵＦとして、上記金属を含むエッチングストップ膜を有する場合、工程ＳＴ１２において下地膜ＵＦがエッチングされてしまうことを抑制できる。
図５は、本処理方法の他の例を示すフローチャートである。本例は、基板Ｗ１を提供する工程ＳＴ２１と、第１のエッチング工程ＳＴ２２と、第２のエッチング工程ＳＴ２３とを備える。本例では、第１のエッチング工程ＳＴ２２と第２のエッチング工程ＳＴ２３とを異なる条件で行う。
例えば、ＤＲＡＭ等の半導体メモリデバイスを製造する場合、工程ＳＴ２２と工程ＳＴ２３において、基板Ｗ１の温度が異なるように温度制御を行ってよい。以下、この点を中心に説明し、図２に示すフローチャートと同様の点については、説明は省略する。
図６は、工程ＳＴ２１で提供される基板Ｗ１の断面構造の一例を示す図である。基板Ｗ１は、下地膜ＵＦ上に、シリコン含有膜ＳＦとマスクＭＫとがこの順で積層されている。シリコン含有膜ＳＦは、第２のシリコン含有膜ＳＦ２と、第２のシリコン含有膜上に形成された第１のシリコン含有膜ＳＦ１とで構成されている。
第１のシリコン含有膜ＳＦ１と第２のシリコン含有膜ＳＦ２とは、互いに異なる種類の膜である。例えば、第１のシリコン含有膜ＳＦ１は、シリコン窒化膜であり、第２のシリコン含有膜ＳＦ２は、シリコン酸化膜でよい。また例えば、第１のシリコン含有膜ＳＦ１は、シリコン炭窒化膜であり、第２のシリコン含有膜ＳＦ２は、シリコン酸化膜でよい。
本例では、基板Ｗ１を基板支持部１１に提供した後、第１のエッチング工程ＳＴ２２において、フッ化水素ガスを含む処理ガスを用いて第１のシリコン含有膜ＳＦ１をエッチングする。そして、第２のエッチング工程ＳＴ２３においてフッ化水素ガスを含む処理ガスを用いて第２のシリコン含有膜ＳＦ２をエッチングする。工程ＳＴ２２及び工程ＳＴ２３で用いる処理ガスの構成や各ガスの流量（分圧）は同一でも異なっていてもよい。
本例では、工程ＳＴ２２において基板Ｗ１が第１の温度となるように温度制御し、工程ＳＴ２３において基板Ｗ１が第１の温度と異なる第２の温度となるように温度制御する。第１の温度及び第２の温度は、第１のシリコン含有膜ＳＦ１の材料と、第２のシリコン含有膜ＳＦ２の材料によって適宜設定してよい。例えば、第１のシリコン含有膜ＳＦ１がシリコン窒化膜であり、第２のシリコン含有膜ＳＦ２がシリコン酸化膜である場合、第２の温度を第１の温度よりも低くなるように制御してよい。この場合、第１の温度を－２０℃以上３０℃以下に温度制御し、第２の温度を－７０℃以上－３０℃以下に制御してよい。第１の温度と第２の温度との温度差は、１０℃以上５０℃以下としてよく、２０℃以上４０℃以下としてよい。このように第１の温度と第２の温度とを制御することにより、シリコン酸化膜のエッチングレートを高めることができる。シリコン酸化膜は、シリコン窒化膜に比べてより低い温度域において、エッチャント（フッ化水素種）の吸着が促進されるためである。
温度制御は、例えば、工程ＳＴ２２及び工程ＳＴ２３において、以下の（Ｉ）乃至（Ｖ）のいずれか一つ以上の制御により行ってよい。すなわち、（Ｉ）プラズマ処理チャンバ１０の上部電極及び／下部電極に供給するソースＲＦ信号のデューティ比を変更する。（ＩＩ）下部電極に供給するバイアス信号（バイアスＲＦ信号やバイアスＤＣ信号）のデューティ比を変更する。（ＩＩＩ）静電チャック１１１１と基板Ｗ１の裏面との間の伝熱ガス（例えばＨｅ）圧力を変更する。（ＩＶ）静電チャック１１１１へ供給する電圧（吸着電圧）を変更する。（Ｖ）流路１１１０ａを流れる伝熱流体の温度を変更する。
上記（Ｉ）及び（ＩＩ）の各信号のデューティ比や上記（ＩＶ）の伝熱流体の温度の値が大きくなると、基板Ｗ１への入熱量が増加して基板Ｗ１の温度が上昇する。また上記（ＩＩＩ）の伝熱ガスの圧力や上記（ＩＶ）の吸着電圧の値が小さくなると、基板Ｗの吸熱量（基板支持部１１への伝熱量）が抑制され、基板Ｗ１の温度が上昇する。そこで、例えば、工程ＳＴ２３における基板Ｗ１の温度が、工程ＳＴ２２における基板Ｗ１の温度と比べて高くなるようにするには、工程ＳＴ２３において、以下のいずれか一つ以上の制御を行えばよい。すなわち（Ｉ）ソースＲＦ信号のデューティ比を大きくする。（ＩＩ）バイアス信号のデューティ比を大きくする。（ＩＩＩ）伝熱ガスの圧力を小さくする。（ＩＶ）吸着電圧を小さくする。（Ｖ）伝熱流体の温度を高くする。これらの温度制御は、その応答性（基板Ｗ１の温度が実際に変化するまでの時間）に基づいて選択されてよい。例えば、（Ｖ）の温度制御の応答性がその余の制御の応答性に比べて低い場合は、（Ｖ）の温度制御は行わず（伝熱流体の温度は一定としつつ）、その余の（Ｉ）～（ＩＶ）の制御を行うようにしてよい。
なお、工程ＳＴ２２及び工程ＳＴ２３における基板Ｗ１の温度制御は、基板Ｗ１への入熱及び／又は吸熱を調整できれば、上記温度制御に限られない。例えば、ソースＲＦ信号やバイアス信号の電力又は電圧を増減させることで基板Ｗ１の温度制御を行ってよい。また、温調モジュールにおける温度設定を一定に維持する温度制御を行ってよい。
本例によれば、第１のシリコン含有膜ＳＦ１及び第２のシリコン含有膜ＳＦ２を、それぞれ、エッチャント（ＨＦ種）の吸着がより促進され得る温度域でエッチングし得る。これにより、シリコン含有膜ＳＦのエッチングレートが向上し得る。他方、マスクＭＫは、上述のとおり、ＨＦ種を含むプラズマに対するエッチング耐性が高く、マスクＭＫのエッチングは抑制される。以上より、本例によれば、マスクＭＫに対するシリコン含有膜ＳＦのエッチングの選択比を改善することができる。
なお、本例において、工程ＳＴ２２と工程ＳＴ２３とで変更する条件は、基板Ｗ１の温度に限らない。例えば、３Ｄ－ＮＡＮＤ等の半導体メモリデバイスの製造では、工程ＳＴ２３と工程ＳＴ２２とで処理ガスに含まれるガスの分圧を変更する制御を行ってもよい。例えば、処理ガスがリン含有ガスを含む場合、工程ＳＴ２２と工程ＳＴ２３とでリン含有ガスの分圧を変更してもよく、工程ＳＴ２３におけるリン含有ガスの分圧が、工程ＳＴ２２におけるリン含有ガスの分圧よりも低くなるよう制御してもよい。例えば、処理ガスが、タングステン含有ガス、チタン含有ガス、ルテニウム含有ガス及びモリブデン含有ガスからなる群から選択される少なくとも１種の金属含有ガスを含む場合、工程ＳＴ２２と工程ＳＴ２３とで金属含有ガスの分圧を変更してもよく、工程ＳＴ２３における金属含有ガスの分圧が、工程ＳＴ２２における金属含有ガスの分圧よりも低くなるよう制御してもよい。例えば、処理ガスが炭素含有ガスを含む場合、工程ＳＴ２２と工程ＳＴ２３とで炭素含有ガスの分圧を変更してもよく、工程ＳＴ２３における炭素含有ガスの分圧が、工程ＳＴ２２における炭素含有ガスの分圧よりも低くなるよう制御してもよい。各例において、工程ＳＴ２２と工程ＳＴ２３とを繰り返しもよい。また、凹部ＲＣのアスペクト比に応じて、工程ＳＴ２２の条件から工程ＳＴ２３の条件に段階的に又は連続的に変更してもよい。
以上の各実施形態は種々の変形をなし得る。一実施形態において、本処理方法は、容量結合型のプラズマ処理装置１以外にも、誘導結合型プラズマやマイクロ波プラズマ等、任意のプラズマ源を用いたプラズマ処理装置を用いて実行されてよい。
一実施形態において、エッチング対象膜（シリコン含有膜ＳＦ、炭素含有膜、金属酸化物膜等）のエッチング中に、ガス供給部２０からデクロッキングガスがプラズマ処理空間１０ｓ内に供給されてよい。デクロッキングガスは、マスクＭＫの開口閉塞の抑制に寄与するガスである。一実施形態において、デクロッキングガスは、水素、窒素、酸素、ハロゲン、及び貴ガスから選択される少なくとも１つのガスを含んでよい。一実施形態において、デクロッキングガスは、リンと反応して揮発性化合物を生成するガスでよい。一実施形態において、デクロッキングガスは、Ｈ2ガス、ＨＢｒガス、ＣＢ2Ｆ2ガス、Ｃｌ2ガス、ＢＣｌ3ガス、ＳｉＣｌガス、ＣＯガス、ＣＦ4ガス、ＣＨ4ガス、ＣＨ2Ｆ2ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ4ガス、Ｎ2ガス、ＮＦ3ガス及びＯ2ガスからなる群から選択される少なくとも１つのガスであってよい。これらのガスから生成したプラズマ中の活性種は、リンと反応して揮発性化合物を生成し得る。これにより、エッチング中にマスクＭＫの側壁にリン含有堆積物が形成され、開口ＯＰが閉塞することが抑制され得る。一実施形態において、デクロッキングガスは、当該ガスから生成したプラズマによるマスクＭＫのエッチングが進みにくいガスであってよい。このようなデクロッキングガスとしては、例えば、Ｈ2ガス、ＣＦ4ガス、ＣＨ2Ｆ2ガス又はＣ3Ｈ2Ｆ4ガスが挙げられる。一実施形態において、デクロッキングガスは、硫黄（Ｓ）を含有ガスしないガスであってよい。
一実施形態において、デクロッキングガスは、エッチングの処理ガスの一部としてプラズマ処理空間１０ｓに供給されてよい。例えば、工程ＳＴ１２、工程ＳＴ２２、工程ＳＴ２３で用いる処理ガスとして、デクロッキングガスが含まれてよい。この場合、処理ガスに含まれるデクロッキングガスの流量は、エッチング中に一定であってよく、またエッチングの進行に伴って増減されてもよい。一例では、処理ガスは、エッチングのある期間においてデクロッキングガスを含み、エッチングの別のある期間においてデクロッキングガスを含まなくてよい。一例では、処理ガスは、エッチングのある期間において第１の流量のデクロッキングガスを含み、エッチングの別のある期間において、第１の流量より小さい第２の流量のデクロッキングガスを含んでよい。
一実施形態において、デクロッキングガスは、エッチングの処理ガスとは別にプラズマ処理空間１０ｓに供給されてよい。例えば、本処理方法のエッチング工程は、リンとハロゲンを含む処理ガスから第１のプラズマを生成することによりエッチング対象膜をエッチングする第１工程と、デクロッキングガスから第２のプラズマを生成することにより、マスクの側壁に形成されるリン含有堆積物を除去する第２工程と、を含んでよい。一実施形態において、第１工程と第２工程とは複数回繰り返し実行されてよい。
以下、本処理方法を評価するために行った実験１について説明する。本開示は、以下の実験１によって何ら限定されるものではない。
実験１では、プラズマ処理装置１を用いて、ＨＦガスを含む処理ガスから生成したプラズマに対する各種膜のエッチング耐性を評価した。具体的には、評価する各種膜がそれぞれ形成された基板を基板支持部１１に提供し、処理ガスからプラズマを生成して当該膜をエッチングしてそのエッチングレートを測定した。エッチング処理中、基板支持部１１の温度は－７０℃に設定した。
図７は、実験１の結果を示す図である。図７において、横軸は、実験１で評価した各種膜であり、「ＡＣＬ」はアモルファスカーボン膜、「Ｂ」はボロン膜、「ＢＳｉ」はボロンドープシリコン膜、「Ｐｏｌｙ」はポリシリコン膜、「ＴｉＮ」は窒化チタン膜、「Ｗ」はタングステン膜、「ＷＣ」はタングステンカーバイド膜を示す。縦軸（ＥＲ）は、各種膜のエッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ］である。「Ｇａｓ Ａ」は、ＨＦガス、フルオロカーボンガス及び酸素ガスからなる処理ガスＡを用いてプラズマを生成した場合のエッチングレートである。また「Ｇａｓ Ｂ」は、ＨＦガスからなる処理ガスＢを用いてプラズマを生成した場合のエッチングレートである。
図７に示すとおり、処理ガスＡからプラズマを生成した場合、タングステン膜及びタングステンカーバイド膜は、その他の膜に比べて、エッチングレートが低く抑えられおり、エッチング耐性が高かった。また、処理ガスＢからプラズマを生成した場合、窒化チタン膜、タングステン膜及びタングステンカーバイド膜は、その他の膜に比べて、エッチングレートが低く抑えられおり、エッチング耐性が高かった。このことから、タングステン又はタングステンカーバイドを含むマスクＭＫは、処理ガスＡ又はＢを用いたシリコン含有膜ＳＦのエッチングにおいて、アモルファスカーボン膜等のマスクに比べて選択比を改善し得ることが分かる。また、窒化チタンを含むマスクＭＫは、処理ガスＢを用いたシリコン含有膜ＳＦのエッチングにおいて、アモルファスカーボン等のマスクに比べ選択比を改善し得ることが分かる。
＜実施例＞
次に、本処理方法の実施例について説明する。本開示は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
（実施例１）
実施例１では、プラズマ処理装置１を用いて、図２で説明したフローチャットに沿って、基板Ｗをエッチングした。マスクＭＫとしては、孔状の開口パターンを有するタングステンシリサイド膜を用いた。シリコン含有膜ＳＦとしては、シリコン酸化膜と、当該シリコン酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜とからなる積層膜を用いた。工程ＳＴ１２においては、はじめに、ＨＦガス、Ｃ4Ｆ8ガス及び酸素ガスからなる処理ガスから生成したプラズマを用いてシリコン窒化膜をエッチングした。次に、ＨＦガスからなる処理ガスから生成したプラズマを用いてシリコン酸化膜をエッチングした。工程ＳＴ１２において、基板支持部１１の温度は、－７０℃に設定された。
（実施例２）
実施例２は、工程ＳＴ１２において、ＨＦガス及びリン含有ガスからなる処理ガスから生成したプラズマを用いてシリコン酸化膜をエッチングしたことを除き、実施例１と同様である。リン含有ガスの流量は、処理ガスの総流量に対して２体積％であった。
表１に、実施例１及び実施例２にかかるエッチング結果を示す。表１において、「対マスク選択比」は、シリコン含有膜ＳＦのマスクＭＫに対する選択比である。ＭＫ ＥＲ」及び「ＳＦ ＥＲ」は、それぞれ、マスクＭＫ及びシリコン含有膜ＳＦのエッチングレートである。
表１に示すとおり、実施例１及び実施例２いずれにおいても、マスクＭＫのエッチングレートは抑制されており、対マスク選択比は良好なものであった。実施例２、すなわちリン含有ガスを処理ガスとして含む場合、実施例１に比べてマスクＭＫのエッチングレートがさらに抑えられるとともに、シリコン含有膜ＳＦのエッチングレートはさらに高くなった。そのため、実施例２は、実施例１に比べて対マスク選択比がさらに向上していた。また実施例１及び実施例２ともにエッチングによる開口ＯＰや凹部ＲＣの形状異常は観察されなかった。
図８は、エッチング後のマスクＭＫの形状を示す平面図である。図８に示すように、実施例２では、実施例１に比べて、エッチング後のマスクＭＫの開口形状が真円により近く、エッチングによる形状異常がより抑制されていた。
（実施例３）
実施例３では、プラズマ処理システム１を用いて、図２で説明したフローチャットに沿って、基板Ｗをエッチングした。マスクＭＫとしては、孔状の開口パターンを有するタングステンシリサイド膜を用いた。シリコン含有膜ＳＦとしては、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜が交互に繰り返し積層された積層膜を用いた。工程ＳＴ１２においては、ＨＦガス及びリン含有ガスからなる処理ガスから生成したプラズマを用いてエッチングを行った。工程ＳＴ１２におけるエッチング処理中、基板支持部１１の温度は、－２０℃に設定された。リン含有ガスの流量は、処理ガスの総流量に対して３体積％であった。
参考例１では、実施例３のマスクＭＫをアモルファスカーボンマスクに変更した基板を、実施例３と同一の条件でエッチングした。
表２に、実施例３及び参考例１にかかるエッチング結果を示す。表２において、「対マスク選択比」は、シリコン含有膜ＳＦのマスクＭＫ又はアモルファスカーボンマスクに対する選択比である。「ＭＫ ＥＲ」は、マスクＭＫ又はアモルファスカーボンマスクのエッチングレートである。「ＳＦ ＥＲ」は、シリコン含有膜ＳＦのエッチングレートである。「ボーイングＣＤ」は、エッチングによりシリコン含有膜ＳＦに形成された凹部ＲＣの最大開口幅である。「ＴＢバイアス」は、当該凹部ＲＣの最大開口幅と、凹部ＲＣの頂部（マスクＭＫ又はアモルファスカーボンマスクとの境界部分）における開口幅との差である。
表２に示すとおり、実施例３は、シリコン含有膜ＳＦのエッチングは高いが、マスクＭＫのエッチングレートは低く抑えられており、対マスク選択比は、顕著に高くなっていた。これに対し、参考例１では、シリコン含有膜ＳＦのエッチングレートは、実施例３と同程度であるものの、アモルファスカーボンマスクのエッチングレートも高くなっており、対マスク選択比は、実施例３の４分の１程度であった。また、実施例３ではボーイングＣＤ及びＴＢバイアスともに低く抑えられ、ボーイングが抑制されていた。これに対し、参考例１では、ボーイングＣＤ及びＴＢバイアスともに大きく、ボーイングが抑制できていなかった。
（実施例４）
実施例４では、プラズマ処理システム１を用いて、図２で説明したフローチャットに沿って、基板Ｗをエッチングした。マスクＭＫとしては、孔状の開口パターンを有するタングステンシリサイド膜を用いた。シリコン含有膜ＳＦとしては、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜が交互に繰り返し積層された積層膜を用いた。工程ＳＴ１２においては、ＨＦガス及びリン含有ガスからなる処理ガスから生成したプラズマを用いてエッチングを行った。エッチング処理中、基板支持部１１の温度は、－５０℃に設定された。
（実施例５～１１）
実施例５～１１は、処理ガスに表３に示すガスをそれぞれ添加した点を除き実施例４と同一の条件で、実施例４と同一の構成の基板Ｗをエッチングした。
表３は、実施例４～１１のエッチング結果を示す。表３において、「添加ガス」は、処理ガスに添加したガスである。「対マスク選択比」は、シリコン含有膜ＳＦのマスクＭＫに対する選択比である。「ネッキングＣＤ」は、マスクＭＫの開口ＯＰの最小開口幅である。
表３に示すとおり、いずれの実施例も対マスク選択比は良好なものであった。また処理ガスに添加ガスとして、Ｈ2ガス、ＣＨ4ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ4ガス、ＣＦ4ガス、ＮＦ3ガス又はＯ2ガスを添加した実施例５～１０は、実施例４に比べて、ネッキングＣＤが大きく、マスクＭＫの開口閉塞が抑制されていた。処理ガスとしてＨ2ガス、ＣＨ4ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ4ガスを添加した実施例５～７は、対マスク選択比も実施例４と比べて遜色はなかった。処理ガスとしてＣＯＳガスを添加した実施例１１は、実施例４に比べて、対マスク選択比が低下し、かつ、ネッキングＣＤも小さくなっていた。
（実施例１２）
実施例１２では、プラズマ処理システム１を用いて、図２で説明したフローチャットに沿って、基板Ｗをエッチングした。マスクＭＫとしては、孔状の開口パターンを有するルテニウム膜を用いた。シリコン含有膜ＳＦとしては、シリコン酸化膜を用いた。工程ＳＴ１２においては、ＨＦガスからなる処理ガスから生成したプラズマを用いてエッチングを３０秒行った。エッチング処理中、基板支持部１１の温度は、－７０℃に設定された。
（実施例１３）
実施例１３では、処理ガスがさらにリン含有ガスを含む点を除いて、実施例１２と同一の条件で、実施例１２と同一の構成の基板Ｗをエッチングした。
表４は、実施例１２及び実施例１３のエッチング結果を示す。「対マスク選択比」は、シリコン含有膜ＳＦのマスクＭＫに対する選択比である。「ＭＫ ＥＲ」は、マスクＭＫのエッチングレートである。「ＳＦ ＥＲ」は、シリコン含有膜ＳＦのエッチングレートである。「ボーイングＣＤ」は、エッチングによりシリコン含有膜ＳＦに形成された凹部ＲＣの最大開口幅である。
表４に示すように、実施例１２では、シリコン含有膜ＳＦのエッチング中、マスクＭＫ（ルテニウム膜）はほとんどエッチングがされなかった。結果として、対マスク選択比が十分に大きくなった。プラズマ中のＨＦ種によりシリコン含有膜ＳＦのエッチングが促進される一方で、ルテニウム膜からなるマスクＭＫは当該ＨＦ種に対する耐性が高くほとんどエッチングがされなかったと考えられる。実施例１３は、実施例１２よりもさらにこの傾向が高まった。すなわち実施例１３は、実施例１２に比べてシリコン含有膜ＳＦのエッチングレートがさらに大きくなる一方で、マスクＭＫのエッチングレートがさらに小さくなった。結果として対マスク選択比が顕著に大きくなった。実施例１３は、実施例１２に比べて、ボーイングＣＤも改善した。
本開示の実施形態は、以下の態様をさらに含む。
（付記１）
チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるエッチング方法であって、
（ａ）エッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程であって、前記マスクは、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む工程と、
（ｂ）フッ化水素ガスを含む処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記エッチング対象膜をエッチングする工程と、を含むエッチング方法。
（付記２）
前記マスクは、前記金属の炭化物又はケイ化物を含む、付記１に記載のエッチング方法。
（付記３）
前記マスクは、Ｒｕ、ＷＳｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ及びＩｎＧａＺｎＯからなる群から選択される少なくとも１つを含む、付記１に記載のエッチング方法。
（付記４）
前記マスクは、シリコン、カーボン及び窒素からなる群から選択される少なくとも１種をさらに含む、付記３に記載のエッチング方法。
（付記５）
前記処理ガスは、リン含有ガスをさらに含む、付記１乃至付記４のいずれか一つに記載のエッチング方法。
（付記６）
前記リン含有ガスは、ハロゲン化リンガスを含む、付記５に記載のエッチング方法。
（付記７）
前記リン含有ガスは、フッ素及び塩素の少なくともいずれかを含むガスである、付記５又は付記６に記載のエッチング方法。
（付記８）
前記処理ガスは、不活性ガスを除き、前記フッ化水素ガスの流量が最も多い、付記１乃至付記７のいずれか一つに記載のエッチング方法。
（付記９）
前記処理ガスは、タングステン含有ガス、チタン含有ガス、及びモリブデン含有ガスからなる群から選択される少なくとも１種のガスをさらに含む、付記１乃至付記８のいずれか一つに記載のエッチング方法。
（付記１０）
前記（ｂ）の工程において、前記基板を支持する基板支持部の温度は０℃以下に設定される、付記１乃至付記９のいずれか一つに記載のエッチング方法。
（付記１１）
前記エッチング対象膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜並びにこれらの少なくとも２つの膜を含む積層膜からなる群から選択される少なくとも１種を含む、付記１乃至付記１０のいずれか一つに記載のエッチング方法。
（付記１２）
前記エッチング対象膜は、シリコン含有膜、炭素含有膜又は金属酸化物膜である、付記１乃至付記１０のいずれか一つに記載のエッチング方法。
（付記１３）
前記エッチング対象膜は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを含む積層膜であり、前記（ｂ）の工程は、（ｂ１）前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、（ｂ２）前記シリコン窒化膜をエッチングする工程と、を含み、
前記（ｂ２）の工程における前記基板の温度が、前記（ｂ１）の工程における前記基板の温度より高くなるように温度制御を行う、付記１乃至付記１０のいずれか一つに記載のエッチング方法。
（付記１４）
前記温度制御は、
（Ｉ）前記チャンバに供給するソースＲＦ信号のデューティ比が前記（ｂ１）の工程よりも前記（ｂ２）の工程において大きくなるようにする制御、
（ＩＩ）前記基板を支持する基板支持部に供給するバイアス信号のデューティ比が前記（ｂ１）の工程よりも前記（ｂ２）の工程において大きくなるようにする制御、
（ＩＩＩ）前記基板と前記基板支持部との間に供給する伝熱ガスの圧力が前記（ｂ１）の工程よりも前記（ｂ２）の工程において小さくなるようにする制御、
（ＩＶ）前記基板支持部の静電チャックへ供給する電圧が前記（ｂ１）の工程よりも前記（ｂ２）の工程において小さくなるようにする制御、及び、
（Ｖ）前記基板支持部内の流路に供給する伝熱流体の温度が前記（ｂ１）の工程よりも前記（ｂ２）の工程において高くなるようにする制御の少なくとも一つの制御を含む、付記１３に記載のエッチング方法。
（付記１５）
前記伝熱流体の温度は、前記（ｂ１）の工程と前記（ｂ２）の工程とで同一であり、前記温度制御は、前記（Ｉ）乃至（ＩＶ）の少なくとも一つの制御を含む、付記１４に記載のエッチング方法。
（付記１６）
チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるエッチング方法であって、
（ａ）エッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程であって、前記マスクは、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム及び亜鉛から選択される少なくとも１種を含む工程と、
（ｂ）ＨＦ種を含むプラズマを用いて、前記エッチング対象膜をエッチングする工程と、を含むエッチング方法。
（付記１７）
前記ＨＦ種は、フッ化水素ガス又はハイドロフルオロカーボンガスの少なくとも１種のガスから生成される、付記１６に記載のエッチング方法。
（付記１８）
前記ＨＦ種は、炭素数が２以上のハイドロフルオロカーボンガスから生成される、付記１６に記載のエッチング方法。
（付記１９）
前記ＨＦ種は、水素源及びフッ素源を含む混合ガスから生成される、付記１６に記載のエッチング方法。
（付記２０）
チャンバを有するプラズマ処理装置と制御部とを備え、
前記制御部は、
（ａ）エッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する制御であって、前記マスクは、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む制御と、
（ｂ）フッ化水素ガスを含む処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記エッチング対象膜をエッチングする制御と、を実行するプラズマ処理システム。
（付記２１）
前記マスクは、タングステンを含む、付記１から付記１９のいずれか一つに記載のエッチング方法。
（付記２２）
前記エッチング対象膜は、シリコン含有膜である、付記１から付記１９のいずれか１つに記載のエッチング方法。
（付記２３）
前記シリコン含有膜は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを含む積層膜である、請求項２２に記載のエッチング方法。
（付記２４）
チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるデバイス製造方法であって、
（ａ）エッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程であって、前記マスクは、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む工程と、
（ｂ）フッ化水素ガスを含む処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記エッチング対象膜をエッチングする工程と、を含むデバイス製造方法。
（付記２５）
チャンバを有するプラズマ処理装置と制御部とを備えるプラズマ処理システムのコンピュータに、
（ａ）エッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する制御であって、前記マスクは、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む制御と、
（ｂ）フッ化水素ガスを含む処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記エッチング対象膜をエッチングする制御と、を実行させるプログラム。
（付記２６）
付記２５に記載のプログラムを格納した、記憶媒体。
（付記２７）
チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるエッチング方法であって、
（ａ）エッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程であって、前記マスクは、タングステン、モリブデン、ルテニウム、及びチタン、インジウム、ガリウム、及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む工程と、
（ｂ）リンとハロゲンを含む第１のガスと、リンと反応して揮発性化合物を生成する第２のガスと、を含む処理ガスから生成されるプラズマを前記基板に供給することにより、前記エッチング対象膜をエッチングする工程と、
を含む、エッチング方法。
（付記２８）
チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるエッチング方法であって、
（ａ）エッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程であって、前記マスクは、前記エッチング対象膜上に開口を規定する側壁を有し、かつ、タングステン、モリブデン、ルテニウム、及びチタン、インジウム、ガリウム、及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む工程と、
（ｂ）リンとハロゲンを含む第１のガスから生成される第１のプラズマを前記基板に供給することにより、前記エッチング対象膜をエッチングする工程であって、前記マスクの前記側壁にリン含有堆積物が形成される工程と、
（ｃ）水素、窒素、酸素、ハロゲン、及び貴ガスからなる群から選択される少なくとも１つのガスを含む第２のガスから生成される第２のプラズマを前記基板に供給することにより、前記リン含有堆積物を除去する工程と、を含むエッチング方法。
（付記２９）
前記（ｂ）と前記（ｃ）とを交互に繰り返す、付記２８に記載のエッチング方法。
（付記３０）
前記第１のガスは、フッ化水素ガスを含む、付記２７から付記２９のいずれか１つに記載のエッチング方法。
（付記３１）
前記第２のガスは、水素含有ガスである、付記２７から付記２９のいずれか１つに記載のエッチング方法。
（付記３２）
前記水素含有ガスは、Ｈ2ガス、ＣＨ4ガス、ＣＨ2Ｆ2ガス、Ｃ3Ｈ2Ｆ4ガスからなる群から選択される少なくとも１種のガスを含む、付記３１に記載のエッチング方法。
（付記３３）
前記第２のガスは、窒素含有ガスである、付記２７から付記２９のいずれか１つに記載のエッチング方法。
（付記３４）
前記窒素含有ガスは、Ｎ2ガス及びＮＦ3ガスの少なくともいずれかである、付記３３に記載のエッチング方法。
（付記３５）
前記第２のガスは、硫黄を含まない、付記２７から付記２９のいずれか１つに記載のエッチング方法。
（付記３６）
チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるエッチング方法であって、
（ａ）エッチングストップ膜と、前記エッチングストップ膜上のエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程であって、前記エッチングストップ膜は、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム、亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む工程と、
（ｂ）フッ化水素ガスを含む処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記エッチング対象膜をエッチングする工程と、を含むエッチング方法。
（付記３７）
前記エッチングストップ膜は、Ｒｕ、ＷＳｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ及びＩｎＧａＺｎＯからなる群から選択される少なくとも１つを含む、付記３６に記載のエッチング方法。
以上の各実施形態は、説明の目的で記載されており、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。以上の各実施形態は、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく種々の変形をなし得る。例えば、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態に追加することができる。また、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態の対応する構成要素と置換することができる。
１……プラズマ処理装置、２……制御部、１０……プラズマ処理チャンバ、１０ｓ……プラズマ処理空間、１１……基板支持部、１３……シャワーヘッド、２０……ガス供給部、３１ａ……第１のＲＦ生成部、３１ｂ……第２のＲＦ生成部、３２ａ……第１のＤＣ生成部、ＳＦ……シリコン含有膜、ＭＫ……マスク、ＯＰ……開口、ＲＣ……凹部、ＵＦ……下地膜、Ｗ、Ｗ１……基板

Claims (20)

  1. チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるエッチング方法であって、
    （ａ）エッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程であって、前記マスクは、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む工程と、
    （ｂ）フッ化水素ガスを含む処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記エッチング対象膜をエッチングする工程と、を含むエッチング方法。
  2. 前記マスクは、前記金属の炭化物又はケイ化物を含む、請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 前記マスクは、Ｒｕ、ＷＳｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ及びＩｎＧａＺｎＯからなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１に記載のエッチング方法。
  4. 前記マスクは、シリコン、カーボン及び窒素からなる群から選択される少なくとも１種をさらに含む、請求項３に記載のエッチング方法。
  5. 前記処理ガスは、リン含有ガスをさらに含む、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  6. 前記リン含有ガスは、ハロゲン化リンガスを含む、請求項５に記載のエッチング方法。
  7. 前記リン含有ガスは、フッ素及び塩素の少なくともいずれかを含むガスである、請求項５に記載のエッチング方法。
  8. 前記処理ガスは、不活性ガスを除き、前記フッ化水素ガスの流量が最も多い、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  9. 前記処理ガスは、タングステン含有ガス、チタン含有ガス、及びモリブデン含有ガスからなる群から選択される少なくとも１種のガスをさらに含む、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  10. 前記（ｂ）の工程において、前記基板を支持する基板支持部の温度は０℃以下に設定される、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  11. 前記エッチング対象膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜並びにこれらの少なくとも２つの膜を含む積層膜からなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  12. 前記エッチング対象膜は、シリコン含有膜、炭素含有膜又は金属酸化物膜である、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  13. 前記エッチング対象膜は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを含む積層膜であり、前記（ｂ）の工程は、（ｂ１）前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、（ｂ２）前記シリコン窒化膜をエッチングする工程と、を含み、
    前記（ｂ２）の工程における前記基板の温度が、前記（ｂ１）の工程における前記基板の温度より高くなるように温度制御を行う、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  14. 前記温度制御は、
    （Ｉ）前記チャンバに供給するソースＲＦ信号のデューティ比が前記（ｂ１）の工程よりも前記（ｂ２）の工程において大きくなるようにする制御、
    （ＩＩ）前記基板を支持する基板支持部に供給するバイアス信号のデューティ比が前記（ｂ１）の工程よりも前記（ｂ２）の工程において大きくなるようにする制御、
    （ＩＩＩ）前記基板と前記基板支持部との間に供給する伝熱ガスの圧力が前記（ｂ１）の工程よりも前記（ｂ２）の工程において小さくなるようにする制御、
    （ＩＶ）前記基板支持部の静電チャックへ供給する電圧が前記（ｂ１）の工程よりも前記（ｂ２）の工程において小さくなるようにする制御、及び、
    （Ｖ）前記基板支持部内の流路に供給する伝熱流体の温度が前記（ｂ１）の工程よりも前記（ｂ２）の工程において高くなるようにする制御の少なくとも一つの制御を含む、請求項１３に記載のエッチング方法。
  15. 前記伝熱流体の温度は、前記（ｂ１）の工程と前記（ｂ２）の工程とで同一であり、前記温度制御は、前記（Ｉ）乃至（ＩＶ）の少なくとも一つの制御を含む、請求項１４に記載のエッチング方法。
  16. チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるエッチング方法であって、
    （ａ）エッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する工程であって、前記マスクは、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム及び亜鉛から選択される少なくとも１種を含む工程と、
    （ｂ）ＨＦ種を含むプラズマを用いて、前記エッチング対象膜をエッチングする工程と、を含むエッチング方法。
  17. 前記ＨＦ種は、フッ化水素ガス又はハイドロフルオロカーボンガスの少なくとも１種のガスから生成される、請求項１６に記載のエッチング方法。
  18. 前記ＨＦ種は、炭素数が２以上のハイドロフルオロカーボンガスから生成される、請求項１６に記載のエッチング方法。
  19. 前記ＨＦ種は、水素源及びフッ素源を含む混合ガスから生成される、請求項１６に記載のエッチング方法。
  20. チャンバを有するプラズマ処理装置と制御部とを備え、
    前記制御部は、
    （ａ）エッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上のマスクとを有する基板をチャンバ内に提供する制御であって、前記マスクは、タングステン、モリブデン、ルテニウム、チタン、インジウム、ガリウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む制御と、
    （ｂ）フッ化水素ガスを含む処理ガスから生成したプラズマを用いて、前記エッチング対象膜をエッチングする制御と、を実行するプラズマ処理システム。
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