JP6877316B2 - 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。
電子デバイスの製造では、被加工物の特定の領域を選択的に除去するようにエッチングが実行される。例えば、酸化シリコンから形成された第１の領域が、窒化シリコンから形成された第２の領域に対して選択的にエッチングされる。第２の領域に対して第１の領域を選択的にエッチングする方法は、特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載された方法が適用される被加工物では、第２の領域は、凹部を提供するように下地領域上で延在している。第２の領域は、底部領域を有している。底部領域は、凹部の下側で延在している。第１の領域は、第２の領域を覆うように設けられている。特許文献１に記載された方法では、フルオロカーボンを含む処理ガスのプラズマが生成され、被加工物上にフルオロカーボンを含む堆積物が形成される。次いで、希ガスのプラズマが生成され、希ガス原子のイオンが被加工物に供給される。堆積物は、第２の領域を保護する。一方、堆積物中のフルオロカーボンは、希ガス原子のイオンが被加工物に供給されると、第１の領域をエッチングする。
特開２０１６−１３６６０６号公報
上述した第１の領域のエッチング後には、底部領域を選択的にエッチングすることが求められる。底部領域をエッチングする処理としては、ハイドロフルオロカーボンガスのプラズマを生成し、当該プラズマからのイオンを底部領域に引き込むために、バイアス用の高周波を下部電極に供給する処理が考えられる。下部電極は、その上に被加工物が載置される支持台の一部を構成している。底部領域のエッチング中には、第２の領域に含まれる他の領域のエッチングを抑制する必要がある。しかしながら、バイアス用の高周波の電力が大きいと、底部領域以外の箇所、特に、上部において第２の領域がエッチングされる。バイアス用の高周波の電力を小さい電力に設定すると、底部領域上の堆積物によって底部領域のエッチングが妨害される。したがって、凹部を提供するように下地領域上で延在している第２の領域の底部領域を選択的にエッチングすることを可能とするエッチング方法が求められている。
一態様においては、被加工物のためのエッチング方法が提供される。被加工物は、下地領域、第１の領域、及び第２の領域を有している。第２の領域は、窒化シリコンから形成されており、第１の***領域、第２の***領域、及び底部領域を有している。第１の***領域及び第２の***領域は、下地領域上でそれらの間に凹部を提供するように延在している。底部領域は、凹部の下側で延在している。第１の領域は、酸化シリコンから形成されており、第２の領域を覆うように設けられている。エッチング方法は、（ｉ）第１の領域をエッチングする工程と、（ｉｉ）第１の領域がエッチングされた後に、底部領域を選択的に改質することにより、改質領域を形成する工程と、（ｉｉｉ）改質領域をエッチングする工程と、を含む。
第１の領域をエッチングする工程は、（ａ）第１の領域上にフルオロカーボンの堆積物を形成するために、フルオロカーボンガスを含む第１の処理ガスのプラズマを生成する工程と、（ｂ）その上に堆積物が形成された被加工物に向けて希ガス原子のイオンを供給して第１の領域をエッチングするために、希ガスの第１のプラズマを生成する工程と、を含む。第１の領域をエッチングする工程では、露出された第２の領域上に堆積物が形成され、第２の領域が堆積物によって保護される。第１の***領域の上面及び第２の***領域の上面の上に形成された堆積物の厚みは、底部領域上に形成された堆積物の厚みよりも大きい。改質領域を形成する工程では、水素を含む第２の処理ガスのプラズマが生成され、第１の領域がエッチングされた被加工物に、第２の処理ガスのプラズマから水素のイオンが供給される。改質領域をエッチングする工程は、（ｃ）改質領域を有する被加工物上にフルオロカーボンの堆積物を形成するために、フルオロカーボンガスを含む第３の処理ガスのプラズマを生成する工程と、（ｄ）改質領域を有しその上に堆積物が形成された被加工物に向けて希ガス原子のイオンを供給して改質領域をエッチングするために、希ガスの第２のプラズマを生成する工程と、を含む。
第１の領域のエッチング中には、第１の処理ガスのプラズマが生成されることによって堆積物が形成される。したがって、第１の領域のエッチング後には、第１の***領域の上面及び第２の***領域の上面の上に形成された堆積物の厚みは、底部領域上に形成された堆積物の厚みよりも大きくなる。このような厚みの分布を有するように堆積物が形成されているので、水素のイオンが被加工物に向けて照射されると、第１の***領域の上部及び第２の***領域の上部には水素のイオンが到達しないが、底部領域には水素のイオンが到達し、当該水素のイオンが底部領域の中に供給される。その結果、底部領域が少なくとも部分的に改質されて、改質領域が形成される。しかる後に、フルオロカーボンの堆積物の形成と、希ガス原子のイオンの供給とが実行されることにより、改質領域が選択的にエッチングされる。したがって、一態様に係る方法によれば、底部領域が選択的にエッチングされる。
一実施形態では、第２の処理ガスは、窒素ガスを更に含んでいてもよい。
一実施形態では、改質領域を形成する工程と改質領域をエッチングする工程とが交互に繰り返されてもよい。
一実施形態では、第１の領域をエッチングする工程、改質領域を形成する工程、及び改質領域をエッチングする工程においてプラズマ処理装置が用いられる。プラズマ処理装置は、チャンバ本体、支持台、第１の高周波電源、第２の高周波電源、及び電磁石を有する。チャンバ本体は、内部空間を提供する。支持台は、下部電極を含み、被加工物の載置領域を提供する。支持台は、内部空間の中に設けられている。載置領域の中心はチャンバ本体の中心軸線上に位置する。第１の高周波電源は、プラズマ生成用の高周波を発生するように構成されている。第２の高周波電源は、第２の高周波を発生するように構成されている。第２の高周波は、第１の高周波の周波数よりも低い周波数を有する。第２の高周波電源は、下部電極に電気的に接続されている。電磁石は、内部空間の中に磁場を形成するように構成されている。少なくとも第２の処理ガスのプラズマが生成されているときに、電磁石により、内部空間の中で、第１の領域がエッチングされた被加工物の中心上での水平成分よりも大きい水平成分を該被加工物のエッジ側の上で有する磁場の分布が形成される。内部空間の中では、被加工物の中心の上では高い電界強度を有し、被加工物のエッジ側の上では低い電界強度を有する不均一な電界強度の分布が形成され得る。不均一な電界強度の分布の下では、プラズマ密度は、中心軸線の近傍で高く、中心軸線から離れた箇所で低くなる。即ち、中心軸線に対して放射方向において不均一なプラズマ密度の分布が形成される。上述した水平成分を有する磁場が形成されると、不均一な電界強度の分布が生じていても、プラズマ密度の分布の不均一性が低減される。その結果、面内における底部領域のエッチング速度のバラツキが低減される。
以上説明したように、凹部を提供するように下地領域上で延在している窒化シリコン製の領域の底部領域を選択的にエッチングす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１に示すエッチング方法の実行において用いることが可能な一実施形態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の接地導体の内部の構成を示す平面図である。 図２に示す状態から処理された被加工物の一部拡大断面図である。 図６の（ａ）は、図１に示すエッチング方法の工程ＳＴ１１の実行後の状態の被加工物の一部拡大断面図であり、図６の（ｂ）は、図１に示すエッチング方法の工程ＳＴ１２の実行後の状態の被加工物の一部拡大断面図である。 図１に示すエッチング方法の工程ＳＴ１の実行後の状態の被加工物の一部拡大断面図である。 図１に示すエッチング方法の工程ＳＴ２の実行後の状態の被加工物の一部拡大断面図である。 図１に示すエッチング方法の工程ＳＴ３２の実行後の状態の被加工物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後の状態の被加工物の一部拡大断面図である。 図１１の（ａ）は、第１、第２、及び第７のサンプルに対して行った実験の結果を示すグラフであり、図１１の（ｂ）は、第３、第４、及び第７のサンプルに対して行った実験の結果を示すグラフであり、図１１の（ｃ）は、第５、第６、及び第７のサンプルに対して行った実験の結果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、被加工物の第１の領域を第２の領域に対して選択的にエッチングし、次いで、第２の領域の底部領域を当該第２の領域に含まれる他の領域に対して選択的に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に示す被加工物Ｗは、下地領域ＵＲ、第１の領域Ｒ１、及び第２の領域Ｒ２を有している。一例において、被加工物Ｗは、フィン型電界効果トランジスタの製造中に得られる生産物である。
下地領域ＵＲは、例えば多結晶シリコンから形成されている。下地領域ＵＲは、一例においてはフィン領域であり、略直方体形状を有している。被加工物Ｗは、複数の突出部ＰＴを有している。複数の突出部ＰＴは、下地領域ＵＲ上に設けられており、互いに略平行に配列されている。一例において、複数の突出部ＰＴの各々は、ゲート領域である。
第２の領域Ｒ２は、窒化シリコンから形成されている。第２の領域Ｒ２は、複数の突出部ＰＴ及び下地領域ＵＲを覆うように設けられている。第２の領域Ｒ２は、複数の***領域ＰＲを有している。複数の***領域ＰＲはそれぞれ、複数の突出部ＰＴを覆うように延在しており、下地領域ＵＲから***している。即ち、複数の***領域ＰＲの各々は、突出部ＰＴの側面及び上面に沿って延在している。隣り合う二つの***領域ＰＲのうち一方は第１の***領域ＰＲＡであり、他方は第２の***領域ＰＲＢである。第１の***領域ＰＲＡと第２の***領域ＰＲＢの間には、凹部が提供されている。第２の領域Ｒ２は、底部領域ＢＲを更に有している。底部領域ＢＲは、凹部の下側で延在している。即ち、底部領域ＢＲは、第１の***領域ＰＲＡと第２の***領域ＰＲＢとの間、且つ、下地領域ＵＲ上で延在している。
第１の領域Ｒ１は、酸化シリコンから形成されている。第１の領域Ｒ１は、第２の領域Ｒ２によって提供されている上述の凹部の中に設けられている。また、第１の領域Ｒ１は、第２の領域Ｒ２を覆うように設けられている。第１の領域Ｒ１上には、マスクＭＫが設けられている。マスクＭＫは、第２の領域Ｒ２によって提供された凹部の上方で開口を提供するように、パターニングされている。マスクＭＫの開口の幅は、第２の領域Ｒ２によって提供された凹部の幅よりも大きい。マスクＭＫは、有機膜から形成されたマスクである。マスクＭＫは、フォトリソグラフィ技術によって作成することが可能である。
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。方法ＭＴでは、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おいて用いることが可能な一実施形態のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図３においては、一実施形態のプラズマ処理装置１０が、鉛直方向に延びる面において部分的に破断された状態で示されている。
図３に示すプラズマ処理装置１０は、チャンバ本体１２を備えている。チャンバ本体１２は、筒形状を有しており、側壁１２ａ及び底部１２ｂを含んでいる。チャンバ本体１２は、内部空間１２ｓを提供している。図３に示す中心軸線ＡＸは、チャンバ本体１２及び内部空間１２ｓの中心軸線である。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムといった金属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膜が形成されている。この膜は、アルマイト膜、酸化イットリウム製の膜といったセラミック製の膜であり得る。チャンバ本体１２は接地されている。
側壁１２ａには、通路１２ｐが形成されている。被加工物Ｗは、内部空間１２ｓとチャンバ本体１２の外部との間で搬送されるときに、通路１２ｐを通過する。被加工物Ｗは、ウエハのように円盤形状を有し得る。通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇによって開閉可能となっている。ゲートバルブ１２ｇは、側壁１２ａに沿って設けられている。
内部空間１２ｓの中には、支持台１４が設けられている。支持台１４は、支持体１５によって支持されている。支持体１５は、円筒形状を有しており、チャンバ本体１２の底部１２ｂから上方に延びている。支持体１５は、絶縁性を有しており、例えばセラミックから形成されている。
支持台１４は、被加工物Ｗを支持するように構成されている。支持台１４は、チャンバ本体１２と中心軸線ＡＸを共有している。支持台１４は、載置領域１４ｒを提供している。この載置領域１４ｒの中心は、中心軸線ＡＸ上に位置する。被加工物Ｗは、その中心が中心軸線ＡＸ上に位置するように、載置領域１４ｒ上に載置される。
支持台１４は、電極プレート１６、下部電極１８、及び静電チャック２０を含んでいる。電極プレート１６は、略円盤形状を有している。電極プレート１６は、導電性を有している。電極プレート１６は、アルミニウムといった金属から形成されている。下部電極１８は、円盤形状を有している。下部電極１８は、導電性を有している。下部電極１８は、アルミニウムといった金属から形成されている。下部電極１８は、電極プレート１６上に搭載されている。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。
下部電極１８の中には、流路１８ｐが形成されている。流路１８ｐは、下部電極１８の中で、例えば渦巻状に延びている。流路１８ｐには、熱交換媒体の循環装置２２（例えばチラーユニット）から熱交換媒体（例えば冷媒）が供給される。循環装置２２は、チャンバ本体１２の外部に設けられている。流路１８ｐに供給された熱交換媒体は、循環装置２２に戻される。熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、支持台１４上に載置された被加工物Ｗの温度が制御される。
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は、略円盤形状を有している。静電チャック２０は、セラミック製の本体の中に、膜状の電極を有している。静電チャック２０の電極には、スイッチを介して直流電源２４が接続されている。静電チャック２０は、上述の載置領域１４ｒを提供している。被加工物Ｗが静電チャック２０上（載置領域１４ｒ上）に載置されている状態で、直流電源２４からの直流電圧が静電チャック２０の電極に印加されると、被加工物Ｗと静電チャック２０との間で静電引力が発生する。発生した静電引力によって、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。プラズマ処理装置１０には、静電チャック２０と被加工物Ｗの下面との間に伝熱ガス（例えばＨｅガス）を供給する伝熱ガス供給ラインが設けられていてもよい。
静電チャック２０の内部には、一以上のヒータ（例えば一以上の抵抗加熱素子）が設けられていてもよい。一以上のヒータにヒータコントローラからの電力が供給されることにより、当該一以上のヒータが発熱し、静電チャック２０の温度、ひいては被加工物Ｗの温度が調整される。
チャンバ本体１２の内部空間１２ｓの中では、フォーカスリングＦＲが、静電チャック２０及び被加工物Ｗのエッジを囲むように配置される。フォーカスリングＦＲは、環状の板であり、シリコン、石英といったシリコン含有材料から形成されている。フォーカスリングＦＲは、プラズマ処理の均一性を得るために利用される。
支持体１５の周りには、筒状の導体２６が設けられている。導体２６は接地されている。導体２６の上方には、支持台１４を囲むように筒状の絶縁体２８が設けられている。絶縁体２８は、石英といったセラミックから形成されている。支持台１４とチャンバ本体１２の側壁１２ａとの間には、排気路が形成されている。排気路には、バッフルプレート３０が設けられている。バッフルプレート３０は、環状の板である。バッフルプレート３０には、当該バッフルプレート３０をその板厚方向に貫通する多数の孔が形成されている。バッフルプレート３０は、アルミニウムといった金属から形成された母材の表面に、酸化イットリウムといった耐プラズマ性の被膜を形成することにより構成されている。
バッフルプレート３０の下方では、排気管３２がチャンバ本体１２の底部１２ｂに接続されている。排気管３２は、排気路に連通可能である。排気管３２には、排気装置３４が接続されている。排気装置３４は、自動圧力制御弁、及びターボ分子ポンプといった減圧ポンプを含んでいる。排気装置３４が作動されることにより、内部空間１２ｓの圧力が指定された圧力に設定される。
支持台１４の上方には、上部電極３６が設けられている。上部電極３６と支持台１４との間には、内部空間１２ｓの一部が介在している。上部電極３６は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じるように設けられている。上部電極３６とチャンバ本体１２の上端部との間には部材３７が介在している。部材３７は、絶縁性材料から形成されている。部材３７は、セラミック、例えば石英から形成され得る。なお、一実施形態では、上部電極３６とチャンバ本体１２の上端部との間には、部材３７及び後述する接地導体の一部が介在し得る。
一実施形態において、上部電極３６は、シャワーヘッドを構成している。上部電極３６は、一実施形態では、天板３８及び支持体４０を含んでいる。天板３８は、例えばシリコンから形成されている。或いは、天板３８は、アルミニウムから形成された母材の表面に、酸化イットリウムといったセラミックから形成された被膜を設けることにより構成される。天板３８には、当該天板３８をその板厚方向に貫通する複数のガス吐出口３８ｈが形成されている。
支持体４０は、天板３８上に設けられている。支持体４０は、天板３８を着脱自在に支持するように構成されている。支持体４０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。支持体４０の内部には、ガス拡散室４０ｄが形成されている。支持体４０には、ガス拡散室４０ｄから下方に延びる複数の孔４０ｈが形成されている。複数の孔４０ｈはそれぞれ、複数のガス吐出口３８ｈに連通している。
ガス拡散室４０ｄには、ガス供給部４１が接続されている。ガス供給部４１は、内部空間１２ｓにガスを供給するように構成されている。ガス供給部４１は、方法ＭＴにおいて用いられる複数のガスを出力可能に構成されている。また、ガス供給部４１は、複数の流量制御器及び複数のバルブを有し、出力すべき一以上のガスの流量を個別に調整するように構成されている。ガス供給部４１から出力されたガスは、ガス拡散室４０ｄ及び複数の孔４０ｈを介して、複数のガス吐出口３８ｈから内部空間１２ｓに吐出される。
支持体４０には、流路４０ｐが形成されている。流路４０ｐには、チラーユニット４２が接続されている。流路４０ｐとチラーユニット４２との間では、冷却水といった冷媒が循環される。チラーユニット４２から流路４０ｐに供給される冷媒と上部電極３６との間の熱交換により、上部電極３６の温度が調整される。
プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源４３及び第２の高周波電源４４を更に備えている。第１の高周波電源４３及び第２の高周波電源４４は、チャンバ本体１２の外部に設けられている。第１の高周波電源４３は、主としてプラズマの生成のための第１の高周波を発生するよう構成されている。第１の高周波は、限定されるものではないが、例えば１００ＭＨｚといった周波数を有し得る。第１の高周波電源４３は、整合器４５及び給電導体４８を介して、上部電極３６に電気的に接続されている。整合器４５は、第１の高周波電源４３の出力インピーダンスと負荷側（上部電極３６側）のインピーダンスとを整合させるための整合回路を有している。給電導体４８は、その下端で上部電極３６に接続されている。給電導体４８は、上部電極３６から上方に延びている。給電導体４８は筒状又は棒状の導体であり、その中心軸線は中心軸線ＡＸに略一致している。
第２の高周波電源４４は、主として被加工物Ｗにイオンを引き込むための第２の高周波、即ち、バイアス用の高周波を発生するように構成されている。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。一実施形態では、第２の高周波の周波数は、１３．５６ＭＨよりも高い。一実施形態では、第２の高周波の周波数は、４０ＭＨｚ以上であってもよい。一実施形態では、第２の高周波の周波数は、６０ＭＨｚ以上であってもよい。第２の高周波電源４４は、整合器４６を介して、下部電極１８に電気的に接続されている。整合器４６は、第２の高周波電源４４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスとを整合させるための整合回路を有している。
プラズマ処理装置１０は、接地導体５０を更に備えている。接地導体５０は、導電性を有する。接地導体５０は、アルミニウムといった金属から形成されている。接地導体５０は、接地されている。接地導体５０は、チャンバ本体１２の上方で上部電極３６を覆うように延びている。給電導体４８は、接地導体５０によって囲まれた空間を通って接地導体５０の外部まで上方へ延びて、接地導体５０の外部で整合器４５を介して第１の高周波電源４３に接続されている。
プラズマ処理装置１０のチャンバ本体１２の内部空間１２ｓの中では、被加工物Ｗの中心の上では高い電界強度を有し、被加工物Ｗのエッジ側の上では低い電界強度を有する電界強度の分布が形成され得る。即ち、内部空間１２ｓの中では、放射方向（即ち、径方向）における中心軸線ＡＸからの距離の増加に応じて電界強度が減少する不均一な電界強度の分布が形成され得る。不均一な電界強度の分布の下では、プラズマ密度は、中心軸線の近傍で高く、中心軸線から離れた箇所で低くなる。即ち、中心軸線に対して放射方向において不均一なプラズマ密度の分布が形成される。プラズマ処理装置１０は、均一なプラズマ密度の分布を得るために、電磁石６０を更に備えている。
図３に示すように、電磁石６０は、上部電極３６の上方に配置されている。電磁石６０は、チャンバ本体１２の内部空間１２ｓの中で、中心軸線ＡＸ上での水平成分よりも大きい水平成分を中心軸線ＡＸから離れた位置で有する磁場の分布を形成する。即ち、電磁石６０は、中心軸線ＡＸから放射方向への距離の増加に応じてその大きさが増加する水平成分を有する磁場の分布を、内部空間１２ｓの中に形成する。大きい水平成分の磁場が形成されている箇所では、電子の滞在時間が長くなる。その結果、大きい水平成分の磁場が形成されている箇所では、プラズマの密度が上昇する。したがって、プラズマ処理装置１０によれば、中心軸線ＡＸに対して放射方向において均一なプラズマ密度の分布が得られる。故に、プラズマ処理装置１０によれば、被加工物Ｗに対する処理の面内均一性が向上される。
一実施形態では、電磁石６０は、ヨーク６２及びコイル６４を有している。ヨーク６２は、磁性材料から形成されている。ヨーク６２は、ベース部６２ａ及び複数の筒状部６２ｂを有している。ベース部６２ａは、略円盤形状を有しており、中心軸線ＡＸに対して直交する方向に延在している。複数の筒状部６２ｂの各々は、筒形状を有しており、ベース部６２ａから下方に延在している。複数の筒状部６２ｂは、中心軸線ＡＸに対して同軸状に設けられている。コイル６４は、中心軸線ＡＸの周りで巻かれている。コイル６４は、径方向において隣り合う二つの筒状部６２ｂの間に設けられている。なお、電磁石６０は、一以上のコイル６４を有し得る。電磁石６０におけるコイル６４の個数が複数個である場合には、複数個のコイル６４は、中心軸線ＡＸに対して同軸状に設けられる。
電磁石６０のコイル６４は、配線６８を介して電流源６６に接続されている。電流源６６からの電流がコイル６４に与えられると、電磁石６０によって磁場が形成される。電磁石６０によって形成される磁場のベクトルの角度が４５°である箇所では、放射方向（径方向）における電子の閉じ込め効果（電子の拡散の抑制効果）と、電子の消滅の抑制効果（電極への電子の到達を抑制する効果）とが良好に両立されるので、当該箇所ではプラズマの密度が高くなる。したがって、被加工物Ｗの半径が１５０ｍｍである場合に、電磁石６０は、磁場のベクトルの角度が４５°である箇所と中心軸線ＡＸとの間の距離が、１３５ｍｍ以上、１８５ｍｍ以下となるように、構成され得る。このため、一実施形態では、電磁石６０の一つのコイル６４の内径と外径の平均値は、中心軸線ＡＸと被加工物Ｗのエッジとの間の距離以上である。被加工物Ｗの半径が１５０ｍｍである場合には、電磁石６０の一つのコイル６４の内径と外径の平均値は、１５０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下である。なお、磁場のベクトルの角度は、当該磁場が下方向の成分のみを有する場合には０°であり、放射方向の成分（水平成分）のみを有する場合には９０°である。したがって、磁場のベクトルの角度が４５°である場合には、当該磁場は、水平成分と垂直成分の双方を有する。
電磁石６０が、上部電極を覆う接地導体によって囲まれた空間内に配置されると、第１の高周波が、電磁石６０、及び／又は、電磁石６０と電源（電流源）とを接続する配線に流入する。その結果、チャンバ本体１２の内部空間１２ｓの中での電界強度が局所的に変動する。したがって、電磁石６０は、接地導体の外側に配置される。但し、接地導体の上端に対して上方の空間に電磁石６０が配置されると、電磁石６０から内部空間１２ｓまでの鉛直方向の距離が長くなり、大きな電流をコイル６４に与えなければ内部空間１２ｓの中に十分な大きさを有する磁場を効率的に形成することができない。また、電磁石６０が、接地導体の側方に（中心軸線から放射方向において接地導体の外側に）に配置されると、大きな水平成分を有する磁場が形成される箇所、或いは、そのベクトルが４５°の角度を有する磁場が形成される箇所が内部空間１２ｓの中に形成されない。均一なプラズマ密度の分布を得るのに適した磁場の分布を効率的に内部空間１２ｓの中で形成するために、接地導体５０は、その中に電磁石６０が配置される外部空間ＥＳを提供している。外部空間ＥＳは、接地導体５０の上端よりも内部空間１２ｓの側にあり、上部電極３６に対して上方に離れており、且つ、上部電極３６に対して接地導体５０により遮蔽されている。
接地導体５０は、第１の部分５１、第２の部分５２、及び第３の部分５３を備えている。第１の部分５１は、筒形状を有している。第１の部分５１の中心軸線は、中心軸線ＡＸと略一致している。第１の部分５１は、チャンバ本体１２から上方に延びている。図３に示す例では、第１の部分５１は、チャンバ本体１２の側壁１２ａの上端から上方に延びている。第１の部分５１の下端部分は、部材３７と側壁１２ａの上端との間に介在している。
第２の部分５２は、上部電極３６から上方に離間し、且つ、第１の部分５１から中心軸線ＡＸに向けて延びている。第２の部分５２は、中心軸線ＡＸに対して交差又は直交する方向に延びる板状をなしている。第１の部分５１と第２の部分５２は、上部電極３６の上に第１の空間ＩＳ１を提供している。第１の空間ＩＳ１は、接地導体５０の内側（即ち、上部電極３６側）の空間の一部である。この第１の空間ＩＳ１により、鉛直方向において上部電極３６と接地導体５０との間に距離が確保される。したがって、接地導体５０と上部電極３６との間の容量的結合が抑制される。上部電極３６の上面と接地導体５０の第２の部分５２の下面との間の鉛直方向の距離は、例えば６０ｍｍ以上の距離に設定される。
第３の部分５３は、筒形状を有している。第３の部分５３の中心軸線は、中心軸線ＡＸと略一致している。第３の部分５３は、第１の部分５１よりも中心軸線の近くで延在している。第３の部分５３は、第２の部分５２から上方に延びている。第３の部分５３は、第２の空間ＩＳ２を提供している。第２の空間ＩＳ２は、第２の部分５２の内側の空間であり、接地導体５０の内側（即ち、上部電極３６側）の空間の一部である。第２の空間ＩＳ２は、第１の空間ＩＳ１に連続している。なお、給電導体４８は、第１の空間ＩＳ１及び第２の空間ＩＳ２を通って上方に延びている。
外部空間ＥＳは、第３の部分５３の外側、第２の部分５２上、且つ、内部空間１２ｓの上方に接地導体５０によって提供されている。外部空間ＥＳは、第３の部分５３の外側、且つ、第２の部分５２上で、中心軸線ＡＸを中心に周方向に延びている。この外部空間ＥＳに電磁石６０が配置されている。なお、外部空間ＥＳの中に配置された電磁石６０の下端と上部電極３６の上面との間の鉛直方向の距離は６０ｍｍより大きく、電磁石６０の下端と支持台１４上に載置された被加工物Ｗとの間の鉛直方向の距離は、２３０ｍｍ以下であり得る。
外部空間ＥＳの中に配置された電磁石６０と内部空間１２ｓとの間の距離は比較的短い。また、上述したように、電磁石６０は、中心軸線ＡＸの近傍では低い水平成分を有し、中心軸線から離れた位置で大きい水平成分を有する磁場の分布を内部空間１２ｓの中に形成する。したがって、接地導体５０に対して外側に配置された電磁石６０によって、均一なプラズマ密度の分布を得るのに適した磁場の分布が効率的に内部空間１２ｓの中に形成され得る。
電磁石６０のコイル６４には、上述したように電流源６６が接続されている。電磁石６０及び電流源６６は、接地導体５０に対して外側に配置されている。したがって、電流源６６への高周波の流入を防止するためのフィルタが、コイル６４と電流源６６との間に設けられていなくてもよい。
一実施形態では、接地導体５０は、第４の部分５４、第５の部分５５、及び第６の部分５６を更に有する。第４の部分５４は、第２の部分５２の上方で、中心軸線ＡＸに対して放射方向に第３の部分５３から延びている。第４の部分５４は、中心軸線ＡＸに対して交差又は直交する方向に延びる板状をなしている。第５の部分５５は、筒形状を有している。第５の部分５５の中心軸線は、中心軸線ＡＸに略一致している。第５の部分５５は、第３の部分５３よりも中心軸線から離れており、第４の部分５４から上方に延びている。第６の部分５６は、第４の部分５４の上方で、第５の部分５５から中心軸線ＡＸに向けて延びている。第６の部分５６は、中心軸線ＡＸに対して交差又は直交する方向に延びる板状をなしている。一実施形態では、接地導体５０は、第６の部分から給電導体４８の近傍まで延びる蓋部５７を更に有している。
第４の部分５４、第５の部分５５、及び第６の部分５６は、第３の空間ＩＳ３を提供している。第３の空間ＩＳ３は、第４の部分５４、第５の部分５５、及び第６の部分５６によって囲まれた空間であり、接地導体５０の内側の空間の一部である。第３の空間ＩＳ３は、第２の空間ＩＳ２に連続している。給電導体４８は、第３の空間ＩＳ３を更に通って、上方に延びている。なお、図３に示す例では、第１〜第６の部分は、三つの部材で構成されているが、接地導体５０を構成する部材の個数は、任意の個数であり得る。
以下、図３と共に、図４を参照する。図４は、図３に示すプラズマ処理装置の接地導体の内部の構成を示す平面図である。図４においては、接地導体５０の第５の部分５５が水平な面で破断された状態が示されている。一実施形態において、プラズマ処理装置１０は、図３及び図４に示すように、管７１を更に備えている。管７１は、上部電極３６から、第１の空間ＩＳ１及び第２の空間ＩＳ２を通って上方に延び、第３の空間ＩＳ３を通って、接地導体５０に対して側方且つ外側まで延びている。管７１は、接地導体５０に対して外側で、チラーユニット４２に接続される。チラーユニット４２からの冷媒は、管７１を介して、流路４０ｐに供給される。第３の空間ＩＳ３内では、管７１が、接地導体５０の第４の部分５４によって上部電極３６から実質的に遮蔽されている。
プラズマ処理装置１０は、管７２を更に備えている。管７２は、第１の空間ＩＳ１及び第２の空間ＩＳ２を通って上方に延び、第３の空間ＩＳ３を通って、接地導体５０に対して側方且つ外側まで延びている。管７２は、接地導体５０に対して外側で、チラーユニット４２に接続される。冷媒は流路４０ｐから管７２を介してチラーユニット４２に戻される。第３の空間ＩＳ３内では、管７２が、接地導体５０の第４の部分５４によって上部電極３６から実質的に遮蔽されている。
一実施形態において、プラズマ処理装置１０は、管７３を更に備えている。管７３は、上部電極３６から、第１の空間ＩＳ１及び第２の空間ＩＳ２を通って上方に延び、第３の空間ＩＳ３を通って、接地導体５０に対して側方且つ外側まで延びている。管７３は、接地導体５０に対して外側で、ガス供給部４１に接続されている。ガス供給部４１から出力されるガスは、管７３を介して、上部電極３６、即ちシャワーヘッドに供給される。第３の空間ＩＳ３内では、管７３が、接地導体５０の第４の部分５４によって上部電極３６から実質的に遮蔽されている。なお、ガス供給部４１と上部電極３６（即ち、シャワーヘッド）は、複数の管を介して互いに接続されていてもよい。
一実施形態において、プラズマ処理装置１０は直流電源７４及び配線７５を更に備えている。直流電源７４は、上部電極３６に印加される負極性の直流電圧を発生するよう構成されている。配線７５は、直流電源７４と上部電極３６とを互いに接続している。配線７５は、コイル７５ｃを含み得る。コイル７５ｃは、第３の空間ＩＳ３の中に設けられている。配線７５は、上部電極３６から第１の空間ＩＳ１及び第２の空間ＩＳ２を通って上方に延び、第３の空間ＩＳ３を通って、接地導体５０に対して側方且つ外側まで延びている。配線７５は、第５の部分５５及び接地導体５０から電気的に絶縁されている。配線７５は、接地導体５０に対して外側で、直流電源７４に接続されている。第３の空間ＩＳ３内では、配線７５が、接地導体５０の第４の部分５４によって上部電極３６から実質的に遮蔽される。
一実施形態において、プラズマ処理装置１０は、制御部８０を更に備えている。制御部８０は、プラズマ処理装置１０の各部を制御するように構成されている。制御部８０は、コンピュータ装置であり得る。制御部８０は、プロセッサ、メモリといった記憶装置、キーボード、マウス、タッチパネルといった入力装置、表示装置、制御信号の入出力インタフェイス等を有し得る。記憶装置には、制御プログラム及びレシピデータが記憶されている。制御部８０のプロセッサは、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１０の各部を制御するために制御信号を送出する。制御部８０は、方法ＭＴの実行のために、プラズマ処理装置１０の各部を制御することが可能である。
再び図１を参照して、図２に示した被加工物Ｗに対してプラズマ処理装置１０を用いて方法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。以下、図１に加えて、図５、図６の（ａ）、図６の（ｂ）、図７、図８、図９、及び図１０を参照する。図５は、図２に示す状態から処理された被加工物の一部拡大断面図である。図６の（ａ）は、図１に示すエッチング方法の工程ＳＴ１１の実行後の状態の被加工物の一部拡大断面図であり、図６の（ｂ）は、図１に示すエッチング方法の工程ＳＴ１２の実行後の状態の被加工物の一部拡大断面図である。図７は、図１に示すエッチング方法の工程ＳＴ１の実行後の状態の被加工物の一部拡大断面図である。図８は、図１に示すエッチング方法の工程ＳＴ２の実行後の状態の被加工物の一部拡大断面図である。図９は、図１に示すエッチング方法の工程ＳＴ３２の実行後の状態の被加工物の一部拡大断面図である。図１０は、図１に示すエッチング方法の実行後の状態の被加工物の一部拡大断面図である。
方法ＭＴは、工程ＳＴ１、工程ＳＴ２、及び工程ＳＴ３を含んでいる。工程ＳＴ１では、第１の領域Ｒ１がエッチングされる。第１の領域Ｒ１は、工程ＳＴ１のみによってエッチングされてもよい。或いは、工程ＳＴ１を実行する前に、第２の領域Ｒ２が露出するまで（図５参照）、又は、第２の領域Ｒ２が露出する直前まで、別のプラズマエッチング処理によって、第１の領域Ｒ１がエッチングされてもよい。例えば、第２の領域Ｒ２が露出するまで、又は、第２の領域Ｒ２が露出する直前まで、フルオロカーボン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活性種によって、第１の領域Ｒ１がエッチングされてもよい。
工程ＳＴ１は、工程ＳＴ１１及び工程ＳＴ１２を含んでいる。工程ＳＴ１１では、第１の領域Ｒ１上にフルオロカーボンの堆積物ＤＰを形成するために、第１の処理ガスのプラズマが生成される。第１の処理ガスは、フルオロカーボンガスを含む。第１の処理ガスは、フルオロカーボンガスに加えて、酸素ガス、及びＡｒガスといった希ガスを含んでいてもよい。工程ＳＴ１１では、露出された第２の領域Ｒ２（複数の***領域ＰＲ）上にも堆積物ＤＰが形成される。図６の（ａ）に示すように、工程ＳＴ１１では、第１の領域Ｒ１上でのその厚みよりも、第２の領域Ｒ２上でのその厚みが大きくなるように、堆積物ＤＰが形成される。
工程ＳＴ１１では、内部空間１２ｓに第１の処理ガスが供給され、内部空間１２ｓの中の圧力が指定された圧力に設定されるように、排気装置３４が制御される。工程ＳＴ１１では、第１の高周波が供給されることにより、第１の処理ガスが内部空間１２ｓの中で励起される。その結果、内部空間１２ｓの中で第１の処理ガスのプラズマが生成される。工程ＳＴ１１では、第２の高周波の電力は、工程ＳＴ１２における第２の高周波の電力よりも低い電力に設定される。工程ＳＴ１１では、第２の高周波は下部電極１８に供給されなくてもよい。
工程ＳＴ１１では、被加工物Ｗの温度が２０℃以上、２５０℃以下の温度に設定される。被加工物Ｗの温度は、流路１８ｐに供給される熱交換媒体及び静電チャック２０内に設けられた上述の一以上のヒータによって、調整される。かかる温度に被加工物Ｗの温度が設定されると、図６の（ａ）に示すように、フルオロカーボンを含む堆積物ＤＰが、被加工物Ｗ上に形成される。図６の（ａ）に示すように、堆積物ＤＰの厚みは、第２の領域Ｒ２上では大きく、第１の領域Ｒ１上では小さい。なお、２５０℃を超える温度は、マスクＭＫのガラス転移温度であり、当該温度では、第１の領域Ｒ１上に形成される堆積物ＤＰの厚みと第２の領域Ｒ２上に形成される堆積物ＤＰの厚みとの間の差が少なくなる。また、２０℃より低い温度でも、第１の領域Ｒ１上に形成される堆積物ＤＰの厚みと第２の領域Ｒ２上に形成される堆積物ＤＰの厚みとの間の差が少なくなる。
工程ＳＴ１２では、その上に堆積物ＤＰが形成された被加工物Ｗに向けて希ガス原子のイオンを供給して、第１の領域Ｒ１をエッチングするために、希ガスの第１のプラズマが生成される。工程ＳＴ１２では、内部空間１２ｓに希ガスが供給され、内部空間１２ｓの中の圧力が指定された圧力に設定されるように、排気装置３４が制御される。また、工程ＳＴ１２では、第１の高周波が供給されることにより、内部空間１２ｓの中で希ガスの第１のプラズマが生成される。また、工程ＳＴ１２では、第２の高周波が下部電極１８に供給される。工程ＳＴ１２では、第２の高周波の電力は、工程ＳＴ１１における第２の高周波の電力よりも高い電力に設定される。
工程ＳＴ１２では、第１のプラズマからの希ガス原子のイオンが被加工物Ｗに照射される。希ガス原子のイオンが堆積物ＤＰに照射されると、堆積物ＤＰに含まれるフルオロカーボンのラジカルにより、第１の領域Ｒ１がエッチングされる。一方、第２の領域Ｒ２上では、堆積物ＤＰが、その量は減少するものの、第２の領域Ｒ２のエッチングを抑制するように第２の領域Ｒ２を保護する。工程ＳＴ１２が実行されると、図６の（ａ）に示された被加工物Ｗは、図６の（ｂ）に示された状態になる。
続く工程ＳＴ１３では、停止条件が満たされるか否かが判定される。工程ＳＴ１３では、工程ＳＴ１１及び工程ＳＴ１２を含むシーケンスの実行回数が所定回数に達している場合に、停止条件が満たされるものと判定される。工程ＳＴ１３において停止条件が満たされていないと判定されると、再び工程ＳＴ１１及び工程ＳＴ１２を含むシーケンスが実行される。一方、工程ＳＴ１３において停止条件が満たされているものと判定されると、工程ＳＴ１の実行が終了する。
工程ＳＴ１では、工程ＳＴ１１及び工程ＳＴ１２の交互の繰り返しにより、図７に示すように、第２の領域Ｒ２によって提供された凹部の中の第１の領域Ｒ１が除去されて、開口ＨＬが形成される。即ち、自己整合的に開口ＨＬが形成される。また、工程ＳＴ１の実行により、図７に示すように、第２の領域Ｒ２の表面を含む一部領域は、炭素を含有する変質領域ＴＲとなる。なお、工程ＳＴ１１及び工程ＳＴ１２を含むシーケンスの実行の回数は、１回であってもよい。また、工程ＳＴ１１及び工程ＳＴ１２の各種の条件は、被加工物Ｗ上での堆積物ＤＰの量が過剰である結果、第１の領域Ｒ１のエッチングが停止することがないように、且つ、堆積物ＤＰの不足に起因して第２の領域Ｒ２がエッチングされることがないように、設定される。
ところで、第２の領域Ｒ２によって提供される凹部の幅が狭い場合には、工程ＳＴ１１の実行によって、狭い凹部の中に存在する第１の領域Ｒ１上に厚く堆積物が形成される。第１の領域Ｒ１上に厚く堆積物が形成されると、工程ＳＴ１２において第１の領域Ｒ１のエッチングが進行しなくなる。したがって、第２の領域Ｒ２によって提供される凹部の幅が狭い場合には、被加工物Ｗ上に形成される堆積物の厚みを薄くする必要がある。堆積物の厚みが薄い場合には、第２の領域Ｒ２のエッチングを抑制するために、被加工物Ｗに照射される希ガス原子のイオンのエネルギーを低くする必要がある。イオンのエネルギーは、高い周波数を有する第２の高周波を用いることにより、低下する。例えば、１３．５６ＭＨｚより大きい周波数、４０ＭＨｚ以上の周波数、又は、６０ＭＨｚ以上の周波数を有する第２の高周波が用いられる。高い周波数を有する第２の高周波を用いると、工程ＳＴ１２で形成される上述した電界強度の分布の不均一性はより顕著なものとなる。一実施形態では、かかる不均一性に起因したプラズマ密度の分布の不均一性は、工程ＳＴ１２において電磁石６０により上述の磁場を形成することで、解消又は抑制される。即ち、工程ＳＴ１２の一実施形態では、電磁石６０により、被加工物Ｗの中心上での水平成分よりも大きい水平成分を被加工物Ｗのエッジ側の上で有する磁場の分布が形成される。
上述したように、工程ＳＴ１の実行中には、第１の処理ガスのプラズマが生成されることによって堆積物ＤＰが形成される。堆積物ＤＰは、被加工物の表面に近い位置では厚く形成され、表面から遠い位置、即ち深い位置では、薄く形成される。したがって、工程ＳＴ１の実行後には、図７に示すように、複数の***領域ＰＲの上面の上に形成された堆積物ＤＰの厚みは、底部領域ＢＲ上に形成された堆積物ＤＰの厚みよりも大きくなる。即ち、工程ＳＴ１の実行後には、被加工物Ｗ１（第１の領域Ｒ１がエッチングされた後の被加工物Ｗ）上の堆積物ＤＰの厚みは分布を有している。
方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ２が実行される。工程ＳＴ２では、底部領域ＢＲを選択的に改質することにより、図８に示すように、改質領域ＭＲが形成される。工程ＳＴ２では、第２の処理ガスのプラズマが生成される。第２の処理ガスは、水素を含む。第２の処理ガスは、水素ガスを含み得る。第２の処理ガスは、水素ガスに加えて、窒素ガスを含んでいてもよい。或いは、第２の処理ガスは、水素ガスに加えて、希ガスを含んでいてもよい。工程ＳＴ２では、第２の処理ガスのプラズマから水素のイオンが被加工物Ｗ１に供給される。工程ＳＴ２では、高周波バイアスによって、水素のイオンが被加工物Ｗ１に引き込まれる。
具体的に、工程ＳＴ２では、内部空間１２ｓに第２の処理ガスが供給され、内部空間１２ｓの中の圧力が指定された圧力に設定されるように、排気装置３４が制御される。また、工程ＳＴ２では、第１の高周波が供給されることにより、内部空間１２ｓの中で第２の処理ガスのプラズマが生成される。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。
被加工物Ｗ１上では堆積物ＤＰが上述したような厚みの分布を有している。したがって、水素のイオンが被加工物Ｗ１に照射されると、堆積物ＤＰがその上に厚く形成されている複数の***領域ＰＲの上部には水素のイオンが到達しない。一方、底部領域ＢＲ上では堆積物ＤＰの厚みが小さいので、底部領域ＢＲ上の堆積物ＤＰは水素のイオンによって除去される。そして、水素のイオンは底部領域ＢＲの中に供給される。その結果、水素のイオンによって、底部領域ＢＲ内の変質領域ＴＲから炭素が除去され、底部領域ＢＲが少なくとも部分的に改質されて、改質領域ＭＲが形成される。具体的には、底部領域ＢＲ内で水素が取り込まれた領域が改質領域ＭＲとなる。
一実施形態の工程ＳＴ２では、電磁石６０により、被加工物Ｗの中心上での水平成分よりも大きい水平成分を被加工物Ｗのエッジ側の上で有する磁場の分布が形成される。かかる磁場が形成されると、不均一な電界強度の分布が内部空間１２ｓの中で生じていても、プラズマ密度の分布の不均一性が低減される。その結果、面内における工程ＳＴ２の処理のバラツキが低減される。故に、後述する工程ＳＴ３の実行時の底部領域ＢＲのエッチング速度のバラツキが低減される。
方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ３が実行される。工程ＳＴ３では、改質領域ＭＲがエッチングされる。工程ＳＴ３は、工程ＳＴ１と同様の工程であり、工程ＳＴ３１及び工程ＳＴ３２を含んでいる。工程ＳＴ３１では、被加工物Ｗ２（改質領域ＭＲを有する被加工物Ｗ）上にフルオロカーボンの堆積物ＤＰを形成するために、第３の処理ガスのプラズマが生成される。第３の処理ガスは、第１の処理ガスと同様のガスであり、フルオロカーボンガスを含む。第３の処理ガスは、フルオロカーボンガスに加えて、酸素ガス、及びＡｒガスといった希ガスを含んでいてもよい。工程ＳＴ３１で形成される堆積物ＤＰの厚みは、複数の***領域ＰＲの上面の上では厚く、改質領域ＭＲの上では薄い。
工程ＳＴ３１では、内部空間１２ｓに第３の処理ガスが供給され、内部空間１２ｓの中の圧力が指定された圧力に設定されるように、排気装置３４が制御される。また、工程ＳＴ３１では、第１の高周波が供給されることにより、第３の処理ガスが内部空間１２ｓの中で励起される。その結果、内部空間１２ｓの中で第３の処理ガスのプラズマが生成される。工程ＳＴ３１では、第２の高周波の電力は、工程ＳＴ３２における第２の高周波の電力よりも低い電力に設定される。工程ＳＴ３１では、第２の高周波は下部電極１８に供給されなくてもよい。
工程ＳＴ３１では、被加工物Ｗの温度が２０℃以上、２５０℃以下の温度に設定される。被加工物Ｗの温度は、流路１８ｐに供給される熱交換媒体及び静電チャック２０内に設けられた上述の一以上のヒータによって、調整される。
続く工程ＳＴ３２では、その上に堆積物ＤＰが形成された被加工物Ｗ２に向けて希ガス原子のイオンを供給して、改質領域ＭＲをエッチングするために、希ガスの第２のプラズマが生成される。工程ＳＴ３２では、内部空間１２ｓに希ガスが供給され、内部空間１２ｓの中の圧力が指定された圧力に設定されるように、排気装置３４が制御される。また、工程ＳＴ３２では、第１の高周波が供給されることにより、内部空間１２ｓの中で希ガスの第２のプラズマが生成される。また、工程ＳＴ３２では、第２の高周波が下部電極１８に供給される。工程ＳＴ３２では、第２の高周波の電力は、工程ＳＴ３１における第２の高周波の電力よりも高い電力に設定される。
工程ＳＴ３２では、第２のプラズマからの希ガス原子のイオンが、被加工物Ｗ２に照射される。希ガス原子のイオンが堆積物ＤＰに照射されると、堆積物ＤＰに含まれるフルオロカーボンのラジカルにより、改質領域ＭＲがエッチングされる。一方、複数の***領域ＰＲ上では、堆積物ＤＰが、その量は減少するものの、複数の***領域ＰＲのエッチングを抑制するように複数の***領域ＰＲを保護する。
続く工程ＳＴ３３では、停止条件が満たされるか否かが判定される。工程ＳＴ３３では、工程ＳＴ３１及び工程ＳＴ３２を含むシーケンスの実行回数が所定回数に達している場合に、停止条件が満たされるものと判定される。工程ＳＴ３３において停止条件が満たされていないと判定されると、再び工程ＳＴ３１及び工程ＳＴ３２を含むシーケンスが実行される。一方、工程ＳＴ３３において停止条件が満たされているものと判定されると、工程ＳＴ３の実行が終了する。
工程ＳＴ３では、工程ＳＴ３１及び工程ＳＴ３２の交互の繰り返しにより、図９に示すように、改質領域ＭＲが除去される。なお、工程ＳＴ３１及び工程ＳＴ３２を含むシーケンスの実行の回数は、１回であってもよい。また、工程ＳＴ３１及び工程ＳＴ３２の各種の条件は、被加工物上での堆積物ＤＰの量が過剰である結果、改質領域ＭＲのエッチングが停止することがないように、且つ、堆積物ＤＰの不足に起因して複数の***領域ＰＲがエッチングされることがないように、設定される。
一実施形態では、工程ＳＴ４において、停止条件が満たされるか否かが判定される。工程ＳＴ４では、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を含むシーケンスの実行回数が所定回数に達している場合に、停止条件が満たされるものと判定される。工程ＳＴ４において停止条件が満たされていないと判定されると、再び工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３が実行される。一方、工程ＳＴ４において停止条件が満たされているものと判定されると、方法ＭＴの実行が終了する。なお、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を含むシーケンスの実行回数は、１回であってもよく、複数回であってもよい。
方法ＭＴの実行が終了すると、図１０に示すように、底部領域ＢＲが除去される。この方法ＭＴでは、改質領域ＭＲが選択的にエッチングされる。したがって、方法ＭＴによれば、第２の領域Ｒ２に含まれる他の領域に対して、底部領域ＢＲが選択的にエッチングされる。
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、プラズマ処理装置１０以外のプラズマ処理装置、例えば、プラズマ処理装置１０とは別の容量結合型のプラズマ処理装置、誘導結合型のプラズマ処理装置、又は、マイクロ波といった表面波によりガスを励起させるように構成されたプラズマ処理装置を用いて実行されてもよい。また、工程ＳＴ１の実行に用いられるプラズマ処理装置と工程ＳＴ２の実行に用いられるプラズマ処理装置は、互いに異なっていてもよい。また、工程ＳＴ２の実行に用いられるプラズマ処理装置と工程ＳＴ３の実行に用いられるプラズマ処理装置は、互いに異なっていてもよい。
以下、一実施形態のエッチング方法を評価するために行った実験について説明する。実験では、図２に示した被加工物の構造と同じ構造を有する七つのサンプル、即ち第１〜第７のサンプルを準備した。そして、図３に示したプラズマ処理装置を用いて、第１〜第６のサンプルに方法ＭＴを適用した。第７のサンプルに対しては、図３に示したプラズマ処理装置を用い、工程ＳＴ２を省略して方法ＭＴを適用した。第１及び第２のサンプルに適用した方法ＭＴの工程ＳＴ２では、第２の処理ガスとして３００ｓｃｃｍの水素ガス（Ｈ２ガス）を用いた。第３及び第４のサンプルに適用した方法ＭＴの工程ＳＴ２では、第２の処理ガスとして１３０ｓｃｃｍの水素ガス（Ｈ２ガス）と９５０ｓｃｃｍのＡｒガスの混合ガスを用いた。第５及び第６のサンプルに適用した方法ＭＴの工程ＳＴ２では、第２の処理ガスとして２２５ｓｃｃｍの水素ガス（Ｈ２ガス）と７５ｓｃｃｍの窒素ガス（Ｎ２ガス）の混合ガスを用いた。また、第１、第３、及び第５のサンプルに対して適用した方法ＭＴの工程ＳＴ２の実行時間は５秒であり、第２、第４、及び第６のサンプルに対して適用した方法ＭＴの工程ＳＴ２の実行時間は１０秒であった。
以下、七つのサンプルに適用した方法ＭＴの他の条件を示す。
＜実験における方法ＭＴの条件＞
工程ＳＴ１におけるシーケンスの実行回数：１４０回
工程ＳＴ１１の条件
第１の処理ガス
３．４ｓｃｃｍのＣ４Ｆ６ガス
３．２ｓｃｃｍのＯ２ガス
４００ｓｃｃｍのＡｒガス
第１の高周波：６０ＭＨｚ、５０Ｗ
第２の高周波：４０ＭＨｚ、５０Ｗ
内部空間１２ｓの圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ）
各シーケンスにおける工程ＳＴ１１の実行時間：４秒
工程ＳＴ１２
希ガス：４００ｓｃｃｍのＡｒガス
第１の高周波：６０ＭＨｚ、５０Ｗ
第２の高周波：４０ＭＨｚ、２００Ｗ
内部空間１２ｓの圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ）
各シーケンスにおける工程ＳＴ１２の実行時間：３秒
工程ＳＴ２（第１〜第６のサンプルのみに適用）
第１の高周波：６０ＭＨｚ、３００Ｗ
第２の高周波：４０ＭＨｚ、５０Ｗ
内部空間１２ｓの圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６６Ｐａ）
工程ＳＴ３におけるシーケンスの実行回数：２０回
工程ＳＴ３１の条件
第１の処理ガス
３．４ｓｃｃｍのＣ４Ｆ６ガス
３．２ｓｃｃｍのＯ２ガス
４００ｓｃｃｍのＡｒガス
第１の高周波：６０ＭＨｚ、５０Ｗ
第２の高周波：４０ＭＨｚ、５０Ｗ
内部空間１２ｓの圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ）
各シーケンスにおける工程ＳＴ３１の実行時間：４秒
工程ＳＴ３２
希ガス：４００ｓｃｃｍのＡｒガス
第１の高周波：６０ＭＨｚ、５０Ｗ
第２の高周波：４０ＭＨｚ、２００Ｗ
内部空間１２ｓの圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ）
各シーケンスにおける工程ＳＴ３２の実行時間：３秒
実験では、七つのサンプルの各々について、***領域ＰＲの上部の減少量（ｎｍ）と底部領域ＢＲの減少量（ｎｍ）を測定した。***領域ＰＲの上部の減少量は、***領域ＰＲの上部が、実験においてその上面から厚み方向にエッチングされた量である。底部領域ＢＲの減少量（ｎｍ）は、底部領域ＢＲが、実験においてその上面から厚み方向にエッチングされた量である。結果を図１１に示す。図１１の（ａ）は、第１、第２、及び第７のサンプルに対して行った実験の結果を示しており、図１１の（ｂ）は、第３、第４、及び第７のサンプルに対して行った実験の結果を示しており、図１１の（ｃ）は、第５、第６、及び第７のサンプルに対して行った実験の結果を示している。図１１の（ａ）、図１１の（ｂ）、及び図１１の（ｃ）の各々のグラフにおいて、横軸は、工程ＳＴ２の実行時間（秒）を示しており、縦軸は減少量（ｎｍ）を示している。図１１の（ａ）、図１１の（ｂ）、及び図１１の（ｃ）に示すように、工程ＳＴ２において水素ガスを含む第２の処理ガスを用いることにより、底部領域ＢＲの減少量を、***領域ＰＲ、即ち、第２の領域Ｒ２に含まれる他の領域の減少量よりも大きくすることができた。したがって、工程ＳＴ２において水素ガスを含む第２の処理ガスを用いることにより、底部領域ＢＲを第２の領域Ｒ２に含まれる他の領域に対して選択的にエッチングすることができることが確認された。また、図１１の（ａ）、図１１の（ｂ）、及び図１１の（ｃ）を比較すると、水素ガスと窒素ガスの混合ガスを第２の処理ガスとして用いることにより、底部領域ＢＲのエッチングの高い選択性が得られることが確認された。
１０…プラズマ処理装置、１２…チャンバ本体、１２ｓ…内部空間、１４…支持台、１８…下部電極、２０…静電チャック、３４…排気装置、３６…上部電極、４３…第１の高周波電源、４４…第２の高周波電源、６０…電磁石、Ｗ…被加工物、Ｒ１…第１の領域、Ｒ２…第２の領域、ＰＲ…***領域、ＰＲＡ…第１の***領域、ＰＲＢ…第２の***領域、ＢＲ…底部領域、ＭＲ…改質領域、ＤＰ…堆積物。

Claims (11)

  1. 被加工物をエッチングするエッチング方法であって、
    前記被加工物は、下地領域、第１の領域、及び第２の領域を有しており、
    前記第２の領域は、窒化シリコンから形成されており、前記下地領域上でそれらの間に凹部を提供するように延在する第１の***領域及び第２の***領域、並びに、該凹部の下側で延在する底部領域を含み、
    前記第１の領域は、酸化シリコンから形成されており、前記第２の領域を覆うように設けられており、
    該エッチング方法は、
    前記第１の領域をエッチングする工程と、
    前記第１の領域がエッチングされた後に、前記底部領域を選択的に改質することにより、改質領域を形成する工程と、
    前記改質領域をエッチングする工程と、
    を含み、
    前記第１の領域をエッチングする前記工程は、
    前記第１の領域上にフルオロカーボンの堆積物を形成するために、フルオロカーボンガスを含む第１の処理ガスのプラズマを生成する工程と、
    その上に前記堆積物が形成された前記被加工物に向けて希ガス原子のイオンを供給して前記第１の領域をエッチングするために、希ガスの第１のプラズマを生成する工程と、
    を含み、
    前記第１の領域をエッチングする前記工程では、露出された前記第２の領域上に前記堆積物が形成され、該第２の領域が前記堆積物によって保護され、
    前記第１の***領域の上面及び前記第２の***領域の上面の上に形成された前記堆積物の厚みは、前記底部領域上に形成された前記堆積物の厚みよりも大きく、
    前記改質領域を形成する前記工程では、水素を含み、フッ素を含まない第２の処理ガスのプラズマが生成され、前記第１の領域がエッチングされた前記被加工物に、該第２の処理ガスの該プラズマから水素のイオンが供給され、
    前記改質領域をエッチングする前記工程は、
    前記改質領域を有する前記被加工物上にフルオロカーボンの堆積物を形成するために、フルオロカーボンガスを含む第３の処理ガスのプラズマを生成する工程と、
    前記改質領域を有しその上に前記堆積物が形成された前記被加工物に向けて希ガス原子のイオンを供給して前記改質領域をエッチングするために、希ガスの第２のプラズマを生成する工程と、
    を含む、
    エッチング方法。
  2. 前記第２の処理ガスは、水素ガスであるか、水素ガスと窒素ガスの混合ガスであるか、水素ガスと希ガスの混合ガスであるか、水素ガスと窒素ガスと希ガスの混合ガスである、請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 改質領域を形成する前記工程と前記改質領域をエッチングする前記工程とが交互に繰り返される、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
  4. 第１の処理ガスのプラズマを生成する前記工程において、前記被加工物の温度が、２０℃以上、２５０℃以下の範囲内にあるように設定される、請求項１〜３の何れか一項に記載のエッチング方法。
  5. 前記第２の処理ガスは希ガスを更に含む、請求項１〜４の何れか一項に記載のエッチング方法。
  6. 第３の処理ガスのプラズマを生成する前記工程において、前記被加工物の温度が、２０℃以上、２５０℃以下の範囲内にあるように設定される、請求項１〜５の何れか一項に記載のエッチング方法。
  7. 前記第１の領域をエッチングする前記工程、改質領域を形成する前記工程、及び前記改質領域をエッチングする前記工程はプラズマ処理装置において実行され、
    該プラズマ処理装置は、
    内部空間を提供するチャンバ本体と、
    下部電極を含み、前記内部空間の中に設けられており、その上に前記被加工物が載置される載置領域を提供する支持台であり、前記載置領域の中心は前記チャンバ本体の中心軸線上に位置する、該支持台と、
    プラズマ生成用の第１の高周波を発生するように構成された第１の高周波電源と、
    前記下部電極に電気的に接続されており、前記第１の高周波の周波数よりも低い周波数を有する第２の高周波を発生するように構成された第２の高周波電源と、
    前記内部空間の中に磁場を形成するように構成された電磁石と、
    を備え、
    少なくとも前記第２の処理ガスの前記プラズマが生成されているときに、前記電磁石により、前記内部空間の中で、前記第１の領域がエッチングされた前記被加工物の中心上での水平成分よりも大きい水平成分を該被加工物のエッジ側の上で有する磁場の分布が形成される、
    請求項１〜６の何れか一項に記載のエッチング方法。
  8. 第３の処理ガスのプラズマを生成する前記工程において供給される前記第２の高周波の電力は、前記第２の処理ガスの前記プラズマの生成において供給される前記第２の高周波の電力よりも小さい、請求項７に記載のエッチング方法。
  9. 第３の処理ガスのプラズマを生成する前記工程において、前記第２の高周波が供給されない、請求項７に記載のエッチング方法。
  10. 前記電磁石はヨーク及びコイルを含む、請求項７に記載のエッチング方法。
  11. 前記ヨークは磁性材料から形成されており、ベース部及び複数の筒状部を有する、請求項１０に記載のエッチング方法。
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