JP2016207915A - 被処理体を処理する方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】被処理体を処理する方法を提供する。
【解決手段】
一実施形態の方法は、被処理体を収容した処理容器内に、シリコン含有ガスを含む第１のガスを供給する第１工程と、第１工程の実行後に、処理容器内で希ガスのプラズマを生成する第２工程と、第２工程の実行後に、処理容器内で酸素ガスを含む第２のガスのプラズマを生成する第３工程と、第３工程の実行後に、処理容器内で希ガスのプラズマを生成する第４工程と、含む。この方法では、第１〜第４工程を含むシーケンスが繰り返して実行されることにより、シリコン酸化膜が形成される。また、この方法では、第２工程、第３工程、及び第４工程の少なくとも何れかにおいて、容量結合型のプラズマ処理装置の上部電極に負の直流電圧が印加される。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、被処理体を処理する方法に関するものである。
半導体デバイスといった電子デバイスの製造プロセスでは、プラズマ処理装置を用いて被処理体のプラズマ処理が行われることがある。プラズマ処理においては、製品の欠陥の要因となり得るパーティクルの発生を抑制することが求められる。
パーティクルは、プラズマが生成される処理空間を画成するプラズマ処理装置の内壁面から発生し得る。内壁面からのパーティクルの発生を抑制するための一つの対策は、定期的に内壁面を提供する部材を交換することである。また、内壁面からのパーティクルの発生を抑制するための別の対策は、被処理体のプラズマ処理の実行前に内壁面に皮膜を形成することである。後者、即ち、被処理体のプラズマ処理の実行前に内壁面に皮膜を形成する技術は、例えば、下記の特許文献１〜３に記載されている。
ところで、プラズマ処理の一種として、プラズマエッチングがある。プラズマエッチングは、被エッチング層上に設けられたマスクのパターンを当該被エッチング層に転写するために行われる。マスクとしては、一般的に、レジストマスクが用いられる。レジストマスクは、フォトリソグラフィ技術によって形成される。したがって、被エッチング層に形成されるパターンの限界寸法は、フォトリソグラフィ技術によって形成されるレジストマスクの解像度に依存する。しかしながら、レジストマスクの解像度には限界、即ち解像限界がある。
一方、電子デバイスの高集積化に対する要求が益々高まっており、レジストマスクの解像限界よりも小さい寸法のパターンを形成することが要求されるようになっている。このため、特許文献４に記載されているように、レジストマスク上にシリコン酸化膜を形成することにより、当該レジストマスクの寸法を調整し、当該レジストマスクによって提供される開口の幅を縮小する技術が提案されている。
特開２０１４−５３６４４号公報 米国特許第７２０４９１３号明細書 特開２００７−１６５４７９号公報 特開２０１１−８２５６０号公報
上述したように寸法が調整されたマスクを用いて行われるプラズマエッチングにおいてもパーティクルの発生が抑制される必要がある。したがって、プラズマ処理装置の内壁面に皮膜を設けることが求められる。また、このような皮膜を内壁面の全領域に形成するのではなく、当該皮膜を内壁面に選択的に形成することも求められる。さらに、皮膜の形成によって被処理体の処理に要する時間が増加することを避けることも求められる。即ち、スループットの低下を抑制することも求められる。
したがって、マスクの寸法の調整を含む被処理体の処理において、プラズマ処理装置の内壁面に選択的に皮膜を形成し、且つ、スループットの低下を抑制することが必要である。
一態様では、容量結合型のプラズマ処理装置を用いて被処理体を処理する方法が提供される。被処理体は、マスクを有する。プラズマ処理装置は、処理容器、載置台、及び上部電極を有する。処理容器は、処理空間を提供するよう構成されている。載置台は、その上に被処理体が載置されるよう構成されており、下部電極を含んでいる。上部電極は、天板を含む。天板は、シリコン製であり、処理容器内の処理空間を介して載置台に面している。この方法は、（ａ）被処理体を収容した処理容器内に、シリコン含有ガスを含む第１のガスを供給する第１工程と、（ｂ）第１工程の実行後に、処理容器内で希ガスのプラズマを生成する第２工程と、（ｃ）第２工程の実行後に、処理容器内で酸素ガスを含む第２のガスのプラズマを生成する第３工程と、（ｄ）第３工程の実行後に、処理容器内で希ガスのプラズマを生成する第４工程と、含む。この方法では、第１〜第４工程を含むシーケンスが繰り返して実行されることにより、シリコン酸化膜が形成される。また、この方法では、第２工程、第３工程、及び第４工程の少なくとも何れかにおいて、上部電極に負の直流電圧が印加される。
一態様に係る方法では、シーケンス中の第１工程においてシリコンを含む前駆体が被処理体上に形成され、当該シーケンス中の第３工程で前駆体が酸化する。したがって、この方法によれば、シーケンスの繰り返し回数に応じた膜厚を有するシリコン酸化膜が、被処理体上に形成される。これにより、マスクの寸法が調整される。また、当該シリコン酸化膜は、プラズマ処理装置の処理空間を画成する内壁面にも形成される。但し、天板の表面に形成される膜、即ち、シリコン含有膜又はシリコン酸化膜は、上部電極に印加される負の直流電圧によって正イオンが当該膜に衝突することによって、除去される。したがって、この方法によれば、処理空間を画成する内壁面の全領域のうち天板以外の領域に選択的にシリコン酸化膜を皮膜として形成することが可能である。さらに、この方法では、マスクの寸法の調整のためのシーケンスの実行時に内壁面に皮膜が形成されるので、スループットの低下を抑制することも可能である。
さらに、上記方法では、第１工程と第３工程との間の第２工程において、希ガス原子の活性種により前駆体表面における結合が活性化される。また、第４工程において、シリコン酸化膜の表面の結合が活性化される。これにより、シリコン酸化膜中のＳｉ−Ｏのネットワークにおける酸素欠損が解消される。したがって、形成されるシリコン酸化膜が緻密化され、高い密度を有するものとなる。これにより、高いアスペクト比の開口を提供するマスクを有する被処理体であっても、高い面内均一性とコンフォーマルな被覆性を有するシリコン酸化膜が、当該被処理体の表面上に形成される。即ち、被処理体の表面上に形成されるシリコン酸化膜の膜厚のバラツキが低減される。なお、コンフォーマルな被覆性とは、マスクの上面の上のシリコン酸化膜の膜厚、開口を画成するマスクの側面に沿ったシリコン酸化膜の膜厚（幅）、及び、開口の底面上のシリコン酸化膜の膜厚の互いの差異が小さいことをいう。
一実施形態では、シリコン含有ガスはアミノシランガスであってもよい。この実施形態では、第１工程においてプラズマは生成されなくてもよい。
一実施形態では、シリコン含有ガスはハロゲン化ケイ素ガスであってもよく、この実施形態の第１工程では、第１のガスのプラズマが生成される。ハロゲン化ケイ素ガス、例えば、ＳｉＣｌ４ガス、ＳｉＢｒ４ガス、ＳｉＦ４ガス、又はＳｉＨ２Ｃｌ４ガスは、常温で気化状態にあるので、専用の気化器を用いずに前駆体を被処理体上及びプラズマ処理装置の内壁面に堆積させることが可能となる。
一実施形態では、第１工程、第２工程、第３工程、及び第４工程が順に連続して実行され、第１工程、第２工程、第３工程、及び第４工程にわたって、希ガスのプラズマが生成される。この実施形態によれば、第１工程と第３工程との間、第３工程と次の第１工程の間において処理容器内の空間のパージを別途に行う必要がない。また、プラズマの安定化のための期間も省略することが可能となる。したがって、スループットが更に改善される。
一実施形態では、第４工程において処理容器内に供給される希ガスの流量が、第３工程において処理容器内に供給される希ガスの流量よりも大きい流量に設定される。この実施形態では、第３工程において使用された酸素ガスを処理容器内の空間から高速に排出することが可能となる。したがって、スループットが更に改善される。なお、第４工程において処理容器内に供給される希ガスの流量は、第３工程において処理容器内に供給される希ガスの流量の５倍以上の流量に設定されてもよい。かかる流量の希ガスが第４工程において用いられることにより、第３工程において使用された酸素ガスを処理容器内から更に高速に排出することが可能となる。
一実施形態の第１工程では、処理容器内の圧力が１３．３３Ｐａ以上の圧力であり、プラズマ生成用の高周波電源の電力が１００Ｗ以下である高圧低電力の条件が設定されてもよい。このような高圧且つ低パワーの条件でプラズマを生成することにより、過剰なハロゲン元素の活性種の発生を抑制することができる。これにより、マスクの損傷、及び／又は、既に形成されているシリコン酸化膜の損傷を抑制することが可能となる。また、被処理体上の位置によるシリコン酸化膜の膜厚のバラツキを低減することが可能となる。さらに、マスクが密に設けられている領域及び粗に設けられている領域が存在する場合に、即ち、マスクのパターンに粗密が存在する場合に、双方の領域に形成されるシリコン酸化膜の膜厚の差異を低減することが可能である。
一実施形態の第１工程では、イオン引き込み用の高周波バイアスが下部電極に供給されない。この実施形態によれば、凹凸部のマスク形状に対してマスクの上面及び側面、及び当該マスクの下地の表面のそれぞれに形成されるシリコン酸化膜の膜厚の均一性がより向上する。
一実施形態では、被処理体は、有機膜を更に有し、前記マスクは該有機膜上に設けられていてもよい。この実施形態の方法は、処理容器内で発生させたプラズマにより、マスクの側壁に沿って形成されたシリコン酸化膜の部分領域が残るように、シリコン酸化膜をエッチングする工程と、処理容器内で発生させたプラズマにより、有機膜をエッチングする工程と、を更に含み得る。この方法によれば、プラズマ処理装置の内壁面に皮膜が形成されているので、有機膜のエッチングの際に生成されるプラズマに起因する内壁面からのパーティクルの発生が抑制される。
一実施形態では、被処理体は、シリコン酸化膜である被エッチング層を更に有し、有機膜は該被エッチング層上に設けられている。この実施形態の方法は、有機膜をエッチングする前記工程の実行後に、処理容器内で発生させたプラズマにより、被エッチング層をエッチングする工程を更に含み得る。この実施形態によれば、被エッチング層のエッチングの際に、プラズマ処理装置の内壁面に形成されているシリコン酸化膜も除去される。
一実施形態において、被処理体は、有機膜上に設けられたシリコン含有反射防止膜を更に有し、マスクは、反射防止膜上に設けられたレジストマスクである。この実施形態の方法は、シリコン酸化膜をエッチングする前記工程の実行後、有機膜をエッチングする前記工程の実行前に、処理容器内で発生させたプラズマにより、反射防止膜をエッチングする工程を更に含んでいてもよい。
一実施形態の方法は、第１〜第４工程を含むシーケンスを繰り返して実行する前に、処理容器内でプラズマを発生させて、上部電極に負の直流電圧を印加することにより、マスクに二次電子を照射する工程を更に含んでいてもよい。この実施形態によれば、レジストマスクを改質し、後続の工程によるレジストマスクの損傷を抑制することが可能である。
一実施形態の方法は、第１〜第４工程を含むシーケンスを繰り返して実行する前に、処理容器内で発生させたプラズマにより、その上にレジストマスクを有する反射防止膜をエッチングする工程であり、該反射防止膜から前記マスクが形成される、該工程を更に含んでいてもよい。
一実施形態の方法は、反射防止膜をエッチングする前記工程の実行前に、処理容器内でプラズマを発生させて、上部電極に負の直流電圧を印加することにより、レジストマスクに二次電子を照射する工程を更に含んでいてもよい。この実施形態によれば、レジストマスクを改質し、後続の工程によるレジストマスクの損傷を抑制することが可能である。
一実施形態の方法は、反射防止膜をエッチングする前記工程の実行後、且つ、第１〜第４工程を含むシーケンスを繰り返して実行する前に、被処理体上に酸化シリコン製の保護膜を形成する工程を更に含んでいてもよい。この実施形態によれば、第３工程において生成される酸素ガスのプラズマから有機膜を保護することが可能である。
以上説明したように、マスクの寸法の調整を含む被処理体の処理において、プラズマ処理装置の内壁面に選択的に皮膜を形成し、且つ、スループットの低下を抑制することが可能となる。
一実施形態に係る被処理体を処理する方法を示す流れ図である。 プラズマ処理装置の一例を示す図である。 図１に示す方法の実施の前の被処理体の状態及びプラズマ処理装置の状態を概略的に示す断面図である。 図１に示す方法の実施の途中段階における被処理体の状態及びプラズマ処理装置の状態を概略的に断面図である。 上部電極に負の直流電圧を印加したときの正イオンの挙動を示す図である。 図１に示す方法の実施の途中段階における被処理体の状態及びプラズマ処理装置の状態を概略的に断面図である。 図１に示す方法の実施の終了時の被処理体の状態及びプラズマ処理装置の状態を概略的に断面図である。 図１に示す方法に関連するタイミングチャートである。 別の実施形態に係る被処理体を処理する方法を示す流れ図である。 図９に示す方法におけるプラズマの生成及び希ガスのガス流量に関するタイミングチャートである。 図１に示す方法又は図９に示す方法を含む被処理体を処理する方法の一実施形態を示す流れ図である。 図１１に示す方法の各工程の実行後の被処理体の状態を示す断面図である。 図１１に示す方法の各工程の実行後の被処理体の状態を示す断面図である。 図１に示す方法又は図９に示す方法を含む被処理体を処理する方法の別の実施形態を示す流れ図である。 図１４に示す方法の各工程の実行後の被処理体の状態を示す断面図である。 図１４に示す方法の各工程の実行後の被処理体の状態を示す断面図である。
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、一実施形態に係る被処理体を処理する方法を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴＡは、被処理体（以下、「ウエハＷ」ということがある）のレジストマスクの寸法を調整して、当該レジストマスクの開口幅を縮小することを含む方法である。一実施形態の方法ＭＴＡでは、一連の工程を単一のプラズマ処理装置を用いて実行することが可能である。
図２は、プラズマ処理装置の一例を示す図である。図２には、被処理体を処理する方法の種々の実施形態で利用可能なプラズマ処理装置１０の断面構造が概略的に示されている。図２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、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、略円筒形状を有している。処理容器１２は、例えば、アルミニウムから構成されている。また、処理容器１２の内壁面、即ち、当該処理容器１２の内部空間を画成する壁面には、陽極酸化処理が施されている。また、処理容器１２の内壁面は、酸化イットリウムといったセラミック材料から構成された被覆を含み得る。また、処理容器１２の側壁１２ｓにはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられている。この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。この処理容器１２は接地されている。
処理容器１２内には、載置台ＰＤが設けられている。載置台ＰＤは、その上面においてウエハＷを保持する。載置台ＰＤは、支持部１４、下部電極ＬＥ、及び静電チャックＥＳＣを含んでいる。支持部１４は、略円筒形状を有しており、石英といった絶縁材料から構成されている。支持部１４は、処理容器１２内において、処理容器１２の底部から鉛直方向に延在している。この支持部１４は、下部電極ＬＥ及び静電チャックＥＳＣを支持している。
下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂは、例えばアルミアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。
第２プレート１８ｂ上には、静電チャックＥＳＣが設けられている。静電チャックＥＳＣは、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。静電チャックＥＳＣの電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。この静電チャックＥＳＣは、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エハＷを吸着する。これにより、静電チャックＥＳＣは、ウエハＷを保持することができる。
第２プレート１８ｂの周縁部上には、ウエハＷのエッジ及び静電チャックＥＳＣを囲むようにフォーカスリングＦＲが配置されている。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、プラズマ処理に応じて適宜選択される材料から構成されており、例えば、石英から構成され得る。
第２プレート１８ｂの内部には、冷媒流路２４が設けられている。冷媒流路２４は、温調機構を構成している。冷媒流路２４には、処理容器１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路２４には、冷媒が循環するよう、供給される。この冷媒の温度を制御することにより、静電チャックＥＳＣによって支持されたウエハＷの温度が制御される。
また、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ＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。
また、プラズマ処理装置１０には、加熱素子であるヒータＨＴが設けられている。ヒータＨＴは、例えば、第２プレート１８ｂ内に埋め込まれている。ヒータＨＴには、ヒータ電源ＨＰが接続されている。ヒータ電源ＨＰからヒータＨＴに電力が供給されることにより、載置台ＰＤの温度が調整され、当該載置台ＰＤ上に載置されるウエハＷの温度が調整されるようになっている。なお、ヒータＨＴは、静電チャックＥＳＣに内蔵されていてもよい。
また、プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を備えている。上部電極３０は、載置台ＰＤの上方において、当該載置台ＰＤと対向配置されている。下部電極ＬＥと上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。
上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。絶縁性遮蔽部材３２は、絶縁材料から構成されており、例えば、石英から構成され得る。上部電極３０は、天板３４及び電極支持体３６を含んでいる。天板３４は処理空間Ｓに面しており、当該天板３４には複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。この天板３４は、シリコンから構成されている。
電極支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介して、ガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０は、複数のガスソースを有している。複数のガスソースは、シリコン含有ガスのソース、酸素ガスのソース、窒素ガスのソース、フルオロカーボンガスのソース、希ガスのソース、及び、不活性ガスのソースを含み得る。一実施形態では、シリコン含有ガスは、アミノシランガスである。また、別の実施形態では、シリコン含有ガスは、ハロゲン化ケイ素ガスである。ハロゲン化ケイ素ガスとしては、例えば、ＳｉＣｌ４ガスが用いられ得る。また、ハロゲン化ケイ素ガスとしては、ＳｉＢｒ４ガス、ＳｉＦ４ガス、又はＳｉＨ２Ｃｌ４ガスが用いられてもよい。また、フルオロカーボンガスとしては、ＣＦ４ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガスといった任意のフルオロカーボンガスが用いられ得る。また、希ガスとしては、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガスといった任意の希ガスが用いられ得る。また、不活性ガスとしては、限定されるものではないが、窒素ガスが用いられ得る。
バルブ群４２は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群４４はマスフローコントローラといった複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースはそれぞれ、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。したがって、プラズマ処理装置１０は、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択された一以上のガスソースからのガスを、個別に調整された流量で、処理容器１２内に供給することが可能である。
処理容器１２内、且つ、支持部１４と処理容器１２の側壁１２ｓとの間には、排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材に酸化イットリウム等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８には、多数の貫通孔が形成されている。排気プレート４８の下方においては、排気管５２が処理容器１２の底部に接続されている。この排気管５２には、排気装置５０が接続されている。排気装置５０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１２内の空間を所望の真空度まで減圧することができる。
また、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の高周波を発生する電源であり、２７〜１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの高周波を発生する。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（上部電極３０側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極ＬＥに接続されていてもよい。
第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための第２の高周波、即ち高周波バイアスを発生する電源であり、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、一例においては３．２ＭＨｚの高周波バイアスを発生する。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極ＬＥ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ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。
また、プラズマ処理装置１０は、電源７０を更に備えている。電源７０は、上部電極３０に接続されている。電源７０は、処理空間Ｓ内に存在する正イオンを天板３４に引き込むための負の直流電圧を、上部電極３０に印加する。
このプラズマ処理装置１０を用いたプラズマ処理の実行の際には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースからのガスが、処理容器１２内において供給される。処理容器１２内に供給されたガスは、第１の高周波電源６２からの高周波によって発生する高周波電界によって励起される。これにより、処理容器１２内の処理空間Ｓにおいてプラズマが生成される。なお、処理空間Ｓは、プラズマ処理装置１０においてプラズマが生成される空間であり、排気プレート４８よりも上方の処理容器１２内の空間である。この処理空間Ｓを画成するプラズマ処理装置１０の内壁面は、処理容器１２の側壁１２ｓの内壁面１２ｉ、載置台ＰＤの表面、及び、天板３４の下面３４ｉを含んでいる。このような処理空間Ｓにおいてプラズマが生成されると、イオン及びラジカルといった活性種によって載置台ＰＤ上に載置されたウエハＷが処理される。なお、プラズマ処理においてウエハＷに対するイオンの引き込みが必要とされる場合には、当該プラズマ処理の実行の際に、第２の高周波電源６４からの高周波バイアスが下部電極ＬＥに与えられてもよい。また、プラズマ処理において上部電極３０に対する正イオンの引き込みが必要とされる場合には、当該プラズマ処理の実行の際に、電源７０から上部電極３０に負の直流電圧が印加されてもよい。
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部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、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。具体的に、制御部Ｃｎｔは、バルブ群４２、流量制御器群４４、排気装置５０、第１の高周波電源６２、整合器６６、第２の高周波電源６４、整合器６８、電源７０、ヒータ電源ＨＰ、及びチラーユニットに接続されている。
制御部Ｃｎｔは、入力されたレシピに基づくプログラムに従って動作し、制御信号を送出する。制御部Ｃｎｔからの制御信号により、ガスソース群４０からのガスの供給、排気装置５０の排気、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４からの高周波の供給、電源７０からの電圧印加、ヒータ電源ＨＰの電力供給、チラーユニットからの冷媒流量及び冷媒温度が制御される。なお、本明細書において開示される被処理体を処理する方法の各工程は、制御部Ｃｎｔによる制御によってプラズマ処理装置１０の各部を動作させることにより、実行され得る。
再び図１を参照し、方法ＭＴＡについて詳細に説明する。以下では、方法ＭＴＡの実施にプラズマ処理装置１０が用いられる例について説明を行う。また、以下の説明においては、図３〜図８を参照する。図３は、図１に示す方法の実施の前の被処理体の状態及びプラズマ処理装置の状態を概略的に示す断面図である。図４及び図６は、図１に示す方法の実施の途中段階における被処理体の状態及びプラズマ処理装置の状態を概略的に断面図である。図５は、上部電極に負の直流電圧を印加したときの正イオンの挙動を示す図である。図７は、図１に示す方法の実施の終了時の被処理体の状態及びプラズマ処理装置の状態を概略的に断面図である。図８は、図１に示す方法に関連するタイミングチャートである。図８には、ハロゲン化ケイ素ガスのプラズマの生成、酸素ガスのプラズマの生成、及び、希ガスのプラズマの生成、及びパージの実行のタイミングチャートが示されている。図８のプラズマに関するタイミングチャートにおいて、Ｈｉｇｈレベル（図中、「Ｈ」で表記）は、各ガスのプラズマが生成されていることを示しており、Ｌｏｗレベル（図中、「Ｌ」で表記）は、各ガスのプラズマが生成されていないことを示している。また、図８には、パージに関するタイミングチャートも示されている。パージに関するタイミングチャートにおいて、Ｈｉｇｈレベル（図中、「Ｈ」で表記）は、パージが行われていることを示しており、Ｌｏｗレベル（図中、「Ｌ」で表記）は、パージが行われていないことを示している。
図１に示す方法ＭＴＡでは、まず、図３の（ａ）に示すウエハＷが準備される。ウエハＷは、下地領域ＵＲ及びマスクＭＫを含んでいる。下地領域ＵＲは、マスクＭＫの下地であり、被エッチング層を含む領域である。方法ＭＴＡでは、このようなウエハＷが、プラズマ処理装置１０の処理容器１２内に収容され、図３の（ｂ）に示すように、載置台ＰＤ上に載置される。
そして、方法ＭＴＡでは、シーケンスＳＱＡが繰り返して実行される。シーケンスＳＱＡは、工程ＳＴＡ１、工程ＳＴＡ２、工程ＳＴＡ３、及び工程ＳＴＡ４を含んでいる。また、シーケンスＳＱＡは、パージを実行する工程ＳＴＰ１、工程ＳＴＰ２、工程ＳＴＰ３、及び工程ＳＴＰ４を更に含み得る。
図１に示すように、工程ＳＴＡ１では、処理容器１２内に第１のガスが供給される。工程ＳＴＡ１の一実施形態では、第１のガスは、シリコン含有ガスとして、ハロゲン化ケイ素ガスを含む。第１のガスは、ハロゲン化ケイ素ガスとして、例えば、ＳｉＣｌ４ガスを含む。なお、第１のガスは、ハロゲン化ケイ素ガスとして、ＳｉＢｒ４ガス、ＳｉＦ４ガス、又はＳｉＨ２Ｃｌ４ガスを含んでいてもよい。また、第１のガスは、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、又はＫｒガスといった希ガスを更に含み得る。
第１のガスがシリコンが入ガスとしてハロゲン化ケイ素を含む実施形態の工程ＳＴＡ１では、図８に示すように、第１のガスのプラズマが生成される。具体的に、工程ＳＴＡ１では、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから、第１のガス（ハロゲン化ケイ素ガス及び希ガス）が処理容器１２内に供給される。また、排気装置５０を動作させることにより、処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。また、第１の高周波電源６２から高周波が供給される。これにより、第１のガスのプラズマが生成される。工程ＳＴＡ１において第１のガスのプラズマが生成されると、第１のガスに含まれるハロゲン化ケイ素の解離種といった反応前駆体が生成される。生成された前駆体はウエハＷに付着して、図４の（ａ）に示すように、ウエハＷの表面上にシリコン含有膜ＳＦを形成する。また、生成された前駆体は、図４の（ｂ）に示すように、処理容器１２の内壁面１２ｉ、天板３４の下面３４ｉといったプラズマ処理装置１０の内壁面にも、シリコン含有膜ＳＦを形成する。
工程ＳＴＡ１の別の実施形態では、第１のガスはシリコン含有ガスとしてアミノシランガスを含む。この実施形態、即ち、第１のガスがアミノシランガスを含む実施形態では、工程ＳＴＡ１において、プラズマは生成されない。アミノシランガスを含む第１のガスが用いられる実施形態においても、ハロゲン化ケイ素ガスを含む第１のガスのプラズマが生成される実施形態と同様に、シリコン含有膜ＳＦをウエハＷの表面上、及び、プラズマ処理装置１０の内壁面に形成することができる。
図１及び図８に示すように、続く工程ＳＴＰ１では、処理容器１２内の空間がパージされる。具体的には、工程ＳＴＡ１において供給された第１のガスが排気される。工程ＳＴＰ１では、パージガスとして窒素ガスといった不活性ガスがプラズマ処理装置の処理容器１２内に供給されてもよい。即ち、工程ＳＴＰ１では、不活性ガスを処理容器１２内に流すガスパージ、真空引きによるパージ、又はガスパージ及び真空引きによるパージの双方が実行される。この工程ＳＴＰ１では、ウエハＷ上に過剰に付着した前駆体が除去される。
続く工程ＳＴＡ２では、処理容器１２内において、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、又はＫｒガスといった希ガスのプラズマが生成される。具体的には、工程ＳＴＡ２では、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから、希ガスが処理容器１２内に供給される。また、排気装置５０を動作させることにより、処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。さらに、第１の高周波電源６２から高周波が供給される。これにより、希ガスのプラズマが生成される。続く工程ＳＴＰ２では、工程ＳＴＰ１と同様に処理容器１２内の空間がパージされる。
続く工程ＳＴＡ３では、処理容器１２内において酸素ガスを含む第２のガスのプラズマが生成される。一実施形態では、第２のガスは、酸素ガスに加えて、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、又はＫｒガスといった希ガスを含み、工程ＳＴＡ３では、図８に示すように、酸素ガスのプラズマ及び希ガスのプラズマが生成される。具体的に、工程ＳＴＡ３では、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから、第２のガスが処理容器１２内に供給される。また、排気装置５０を動作させることにより、処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。さらに、第１の高周波電源６２から高周波が供給される。また、一実施形態の工程ＳＴＡ３では、上部電極３０に電源７０からの負の直流電圧が印加される。電源７０から上部電極３０に印加される負の直流電圧は、−５００Ｖ以下の電圧値を有する。
図５に示すように、工程ＳＴＡ３では、第２のガスのプラズマＰＬが生成される。そして、上部電極３０に印加された負の直流電圧によって、正イオン（図中、円で囲んだ「＋」によって示す）が、天板３４の下面３４ｉに形成されているシリコン含有膜ＳＦに衝突する。これにより、図６の（ｂ）に示すように、天板３４の下面３４ｉに形成されているシリコン含有膜ＳＦが除去される。一方、天板３４の下面３４ｉ以外のプラズマ処理装置１０の内壁面、即ち、処理容器１２の内壁面１２ｉ等に形成されているシリコン含有膜ＳＦは、酸素との反応によって、シリコン酸化膜ＳＸに変質する。また、図６の（ａ）に示すように、ウエハＷ上のシリコン含有膜ＳＦもシリコン酸化膜ＳＸに変質する。
続く工程ＳＴＰ３では、工程ＳＴＰ１及び工程ＳＴＰ２と同様に処理容器１２内の空間のパージが行われる。続く工程ＳＴＡ４では、工程ＳＴＡ２と同様に処理容器１２内において希ガスのプラズマが生成される。続く工程ＳＴＰ４では、工程ＳＴＰ１、工程ＳＴＰ２、及び工程ＳＴＰ３と同様に処理容器１２内の空間のパージが行われる。
続く工程ＳＴＪでは、シーケンスＳＱＡの実行を終了するか否かが判定される。具体的には、工程ＳＴＪでは、シーケンスＳＱＡの実行回数が所定回数に達したか否かが判定される。シーケンスＳＱＡの実行回数は、ウエハＷの表面及びプラズマ処理装置１０の内壁面に形成されるシリコン酸化膜ＳＸの膜厚を決定する。即ち、１回のシーケンスＳＱＡの実行によって形成されるシリコン酸化膜の膜厚とシーケンスＳＱＡの実行回数との積により、最終的に形成されるシリコン酸化膜ＳＸの膜厚が実質的に決定される。したがって、ウエハＷの表面上に形成されるシリコン酸化膜の所望の膜厚に応じて、シーケンスＳＱＡの実行回数が設定される。
工程ＳＴＪにおいてシーケンスＳＱＡの実行回数が所定回数に達していないと判定される場合には、シーケンスＳＱＡの実行が工程ＳＴＡ１から再び繰り返される。一方、工程ＳＴＪにおいてシーケンスＳＱＡの実行回数が所定回数に達していると判定される場合には、シーケンスＳＱＡの実行が終了する。このようなシーケンスＳＱＡの繰り返しにより、図７の（ａ）に示すように、所望の膜厚を有するシリコン酸化膜ＳＸがウエハＷの表面上に形成される。また、図７の（ｂ）に示すように、プラズマ処理装置１０の内壁面の全領域のうち天板３４の下面３４ｉ以外の領域、即ち、処理容器１２の内壁面１２ｉ等にシリコン酸化膜ＳＸが皮膜として選択的に形成される。
この方法ＭＴＡでは、シリコン酸化膜ＳＸの膜厚をシーケンスＳＱＡの実行回数に応じた所望の膜厚に調整できるので、マスクＭＫの寸法を調整して当該マスクＭＫの開口の幅を所望の幅に調整することが可能である。また、プラズマ処理装置１０の内壁面の全領域のうち天板３４の下面３４ｉ以外の領域にシリコン酸化膜ＳＸを選択的に形成することが可能である。また、マスクＭＫの寸法の調整のためのシーケンスＳＱＡの実行時にプラズマ処理装置１０の内壁面にシリコン酸化膜ＳＸを選択的に形成することができるので、スループットの低下を抑制することも可能である。
なお、上記説明では、工程ＳＴＡ３において上部電極３０に電源７０からの負の直流電圧が印加される例について述べたが、電源７０からの負の直流電圧は、工程ＳＴＡ２、工程ＳＴＡ３、及び工程ＳＴＡ４のうち少なくとも一つの工程において、上部電極３０に印加され得る。これにより、シーケンスＳＱＡの実行中に天板３４の下面３４ｉに形成された膜を選択的に除去することが可能となる。
また、方法ＭＴＡによれば、工程ＳＴＡ１と工程ＳＴＡ３の間の工程ＳＴＡ２において、希ガス原子の活性種によりシリコン含有膜ＳＦの前駆体表面における結合が活性化される。また、工程ＳＴＡ４において、シリコン酸化膜ＳＸの表面の結合が活性化される。これにより、シリコン酸化膜ＳＸ中のＳｉ−Ｏのネットワークにおける酸素欠損が解消される。したがって、形成されるシリコン酸化膜ＳＸが緻密化され、高い密度を有するものとなる。これにより、高いアスペクト比で形成された開口を提供するマスクＭＫを有するウエハＷであっても、高い面内均一性とコンフォーマルな被覆性を有するシリコン酸化膜ＳＸが当該ウエハＷの表面上にコンフォーマルに形成される。即ち、ウエハＷの表面上に形成されるシリコン酸化膜ＳＸの膜厚のバラツキが低減される。
より具体的には、図７の（ａ）に示すように、ウエハＷ上に形成されたシリコン酸化膜ＳＸは、領域Ｒ１、領域Ｒ２及び領域Ｒ３を含んでいる。領域Ｒ３は、マスクＭＫの側面、即ち開口ＯＰを画成する側壁面上で当該側面に沿って延在する領域である。領域Ｒ１は、マスクＭＫ１の上面の上及び領域Ｒ３上で延在している。また、領域Ｒ２は、隣接する領域Ｒ３の間、且つ、下地領域ＵＲの表面上で延在している。方法ＭＴＡによれば、高いアスペクト比の開口ＯＰを有するマスクＭＫを備えたウエハＷであっても、領域Ｒ１、領域Ｒ２、及び領域Ｒ３のそれぞれのシリコン酸化膜の膜厚Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の差異を低減させることが可能となる。
また、一実施形態の工程ＳＴＡ１では、前駆体用のガスとしてハロゲン化ケイ素ガスが用いられている。ハロゲン化ケイ素ガス、例えば、ＳｉＣｌ４ガス、ＳｉＢｒ４ガス、ＳｉＦ４ガス、又はＳｉＨ２Ｃｌ４ガスは、常温で気化状態にある。したがって、一実施形態の工程ＳＴＡ１では、気化器を有する専用の成膜装置を用いずに、シリコンを含む前駆体を、低温でウエハＷ上及びプラズマ処理装置１０の内壁面に堆積させることが可能である。
なお、前駆体用のガスとしてハロゲン化ケイ素ガスを用いる実施形態では、工程ＳＴＡ１の実行時の処理容器１２内の圧力は、限定されるものではないが、１３．３３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）以上の圧力に設定される。また、この実施形態の工程ＳＴＡ１の実行時の第１の高周波電源６２の高周波の電力は、１００Ｗ以下の電力に設定される。このような高圧且つ低パワーの条件でプラズマを生成することにより、ハロゲン化ケイ素ガスの過剰な解離を抑制することができる。即ち、ハロゲン元素の活性種の過剰な発生を抑制することができる。なお、過剰解離を抑制した同様なプラズマ状態を生成する手法として第２の高周波電源６４を用いてもよい。これにより、マスクＭＫの損傷、及び／又は、既に形成されているシリコン酸化膜の損傷を抑制することが可能となる。また、領域Ｒ１、領域Ｒ２、及び領域Ｒ３の膜厚の差異を低減することが可能となる。さらに、マスクＭＫが密に設けられている領域及び粗に設けられている領域が存在する場合に、即ち、マスクＭＫのパターンに粗密が存在する場合に、双方の領域に形成されるシリコン酸化膜の膜厚の差異を低減することが可能である。
また、前駆体用のガスとしてハロゲン化ケイ素ガスを用いる実施形態では、工程ＳＴＡ１の実行時に、第２の高周波電源６４からの高周波バイアスは下部電極ＬＥに殆ど供給されないか、又は供給されない。これは、高周波バイアスを印加すると異方性成分が生じることによる。このように高周波バイアスの電力を最小限にすることにより、前駆体を等方的にウエハＷに付着させることができる。その結果、マスクＭＫの上面及び側面、及び当該マスクＭＫ１の下地の表面のそれぞれに形成されるシリコン酸化膜の膜厚の均一性が更に向上される。なお、第２の高周波電源６４を用いてプラズマを生成する場合には、前駆体を等方的に付着させるためにイオンエネルギーを最小限にする条件の選択が必要となる。また、工程ＳＴＡ３の実行は工程ＳＴＡ１で付着した前駆体をシリコン酸化膜に置換するため、前述の工程ＳＴＡ１と同様な等方的な反応が必要となる。そのため、工程ＳＴＡ３においても第２の高周波電源６４からの高周波バイアスは下部電極ＬＥに殆ど供給されないか、又は供給されない。
以下、被処理体を処理する方法の別の実施形態について説明する。図９は、別の実施形態に係る被処理体を処理する方法を示す流れ図である。図１０は、図９に示す方法におけるプラズマの生成及び希ガスのガス流量に関するタイミングチャートである。図１０においては、ハロゲン化ケイ素ガスのプラズマ、酸素ガスのプラズマ、及び希ガスのプラズマに関するタイミングチャートが示されている。図１０のプラズマに関するタイミングチャートにおいて、Ｈｉｇｈレベル（図中、「Ｈ」で表記）は、各ガスのプラズマが生成されていることを示しており、Ｌｏｗレベル（図中、「Ｌ」で表記）は、各ガスのプラズマが生成されていないことを示している。また、図１０においては、プラズマ処理装置の処理容器内に供給される希ガスの流量に関するタイミングチャートも示されている。希ガスの流量に関するタイミングチャートでは、レベルが高いほど希ガスの流量が高いことが示されている。
図９に示す方法ＭＴＢは、シーケンスＳＱＢを繰り返して実行することにより、ウエハＷの表面上にシリコン酸化膜ＳＸを形成するものである。なお、方法ＭＴＢの工程ＳＴＪは、方法ＭＴＡの工程ＳＴＪと同様にシーケンスの実行の終了を判定する工程である。
シーケンスＳＱＢは、工程ＳＴＢ１、工程ＳＴＢ２、工程ＳＴＢ３、及び工程ＳＴＢ４を含んでいる。工程ＳＴＢ１はシーケンスＳＱＡの一実施形態の工程ＳＴＡ１と同様の工程であり、当該工程ＳＴＢ１では、プラズマ処理装置１０の処理容器１２内においてハロゲン化ケイ素ガス及び希ガスを含む第１のガスのプラズマが生成される。工程ＳＴＢ２はシーケンスＳＱＡの工程ＳＴＡ２と同様の工程であり、当該工程ＳＴＢ２では、処理容器１２内において希ガスのプラズマが生成される。工程ＳＴＢ３はシーケンスＳＱＡの工程ＳＴＡ３と同様の工程であり、当該工程ＳＴＢ３では、処理容器１２内において第２のガスのプラズマが生成される。また、工程ＳＴＢ４はシーケンスＳＱＡの工程ＳＴＡ４と同様の工程であり、当該工程ＳＴＢ４では、処理容器１２内において希ガスのプラズマが生成される。なお、上部電極３０への負の直流電圧の印加、工程ＳＴＢ２、工程ＳＴＢ３、及び工程ＳＴＢ４のうち少なくとも一つの工程において実行され得る。
シーケンスＳＱＢでは、工程ＳＴＢ１、工程ＳＴＢ２、工程ＳＴＢ３、及び工程ＳＴＢ４が順に連続して実行される。即ち、シーケンスＳＱＢでは、シーケンスＳＱＡの工程ＳＴＰ１、工程ＳＴＰ２、工程ＳＴＰ３、及び工程ＳＴＰ４のようなパージが、実行されない。
また、シーケンスＳＱＢでは、図１０に示すように、工程ＳＴＢ１、工程ＳＴＢ２、工程ＳＴＢ３、及び工程ＳＴＢ４にわたって、希ガスのプラズマが生成される。即ち、シーケンスＳＱＢの実行期間中にわたって、処理容器１２内に希ガスが供給され、当該希ガスのプラズマが生成される。一実施形態では、最初に実行されるシーケンスＳＱＢの工程ＳＴＢ１の実行に先立って、処理容器１２内に希ガスが供給され、しかる後にプラズマ生成用の高周波が供給されることにより、希ガスのプラズマが生成される。その後に、処理容器１２内にハロゲン化ケイ素ガスが供給されることにより、第１のガスのプラズマが生成されてもよい。
かかるシーケンスＳＱＢを含む方法ＭＴＢでは、工程ＳＴＢ１において処理容器１２内に供給されたハロゲン化ケイ素ガスが、工程ＳＴＢ２の希ガスのプラズマの生成中に、処理容器１２内の空間から排出される。一実施形態の工程ＳＴＢ２では、処理容器１２内のプラズマの発光を、発光分光計測（ＯＥＳ）により計測し、ハロゲン化ケイ素ガスに基づく発光が略観察されない状態となったときに、当該工程ＳＴＢ２を終了することができる。また、工程ＳＴＢ３において処理容器１２内に供給された酸素ガスが、工程ＳＴＢ４の希ガスのプラズマの生成中に、処理容器１２内の空間から排出される。一実施形態の工程ＳＴＢ４では、処理容器１２内のプラズマの発光を、ＯＥＳにより計測し、酸素ガスに基づく発光が略観察されない状態となったときに、当該工程ＳＴＢ４を終了することができる。
上記説明から明らかなように、方法ＭＴＢでは、パージを別途に行う必要がない。また、プラズマの安定化のための期間を省略することが可能である。即ち、プラズマを利用する各工程の実行前にプラズマを安定化させるための期間を確保する必要がなくなる。したがって、方法ＭＴＢによれば、スループットが改善される。
この方法ＭＴＢでは、シーケンスＳＱＢの実行期間中にわたって供給される希ガスの流量は、一定であってもよく、変更されてもよい。一実施形態では、図１０に示すように、工程ＳＴＢ４において処理容器１２内に供給される希ガスの流量が、工程ＳＴＢ３において処理容器１２内に供給される希ガスの流量よりも大きい流量に設定される。これにより、工程ＳＴＢ３において使用された酸素ガスを処理容器１２内の空間から高速に排出することが可能となる。したがって、スループットが更に改善される。
また、一実施形態では、工程ＳＴＢ４において処理容器１２内に供給される希ガスの流量は、工程ＳＴＢ３において処理容器１２内に供給される希ガスの流量の５倍以上の流量に設定されてもよい。かかる流量の希ガスが工程ＳＴＢ４において用いられることにより、工程ＳＴＢ３において使用された酸素ガスを処理容器１２内の空間から更に高速に排出することが可能となる。
以下、方法ＭＴＡ又は方法ＭＴＢを含む被処理体を処理する方法の一実施形態について説明する。図１１は、図１に示す方法又は図９に示す方法を含む被処理体を処理する方法の一実施形態を示す流れ図である。また、図１２及び図１３は、図１１に示す方法の各工程の実行後の被処理体の状態を示す断面図である。
図１１に示す方法ＭＴ１では、まず、工程ＳＴ１においてウエハＷが準備される。工程ＳＴ１において準備されるウエハＷは、図１２の（ａ）に示すように、下地領域ＵＲとして、基板ＳＢ、被エッチング層ＥＬ、有機膜ＯＬ、及び反射防止膜ＡＬを有しており、マスクＭＫ１を更に有している。被エッチング層ＥＬは、基板ＳＢ上に設けられている。被エッチング層ＥＬは、一実施形態では、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から構成された層である。有機膜ＯＬは、被エッチング層ＥＬ上に設けられている。有機膜ＯＬは、炭素を含む層であり、例えば、ＳＯＨ（スピンオンハードマスク）層である。反射防止膜ＡＬは、シリコン含有反射防止膜であり、有機膜ＯＬ上に設けられている。
マスクＭＫ１は、反射防止膜ＡＬ上に設けられている。マスクＭＫ１は、レジスト材料から構成されたレジストマスクであり、フォトリソグラフィ技術によってレジスト層がパターニングされることにより作成される。マスクＭＫ１は、反射防止膜ＡＬを部分的に覆っている。また、マスクＭＫ１は、反射防止膜ＡＬを部分的に露出させる開口ＯＰ１を提供している。マスクＭＫ１のパターンは、例えば、ライン・アンド・スペースパターンである。なお、マスクＭＫ１は、平面視において円形の開口を提供するパターンを有していてもよい。或いは、マスクＭＫ１は、平面視において楕円形状の開口を提供するパターンを有していてもよい。
工程ＳＴ１では、図１２の（ａ）に示すウエハＷが準備され、当該ウエハＷがプラズマ処理装置１０の処理容器１２内に収容され、載置台ＰＤ上に載置される。
方法ＭＴ１では、次いで、工程ＳＴ２が実行される。工程ＳＴ２では、ウエハＷに二次電子が照射される。具体的には、処理容器１２内に水素ガス及び希ガスが供給され、第１の高周波電源６２から高周波が供給されることにより、プラズマが生成される。また、電源７０によって、上部電極３０に負の直流電圧が印加される。これにより、処理空間Ｓ中の正イオンが上部電極３０に引き込まれて、当該正イオンが上部電極３０の天板３４に衝突する。正イオンが天板３４に衝突することにより、天板３４からは二次電子が放出される。そして、放出された二次電子がウエハＷに照射されることにより、マスクＭＫ１が改質される。なお、上部電極３０に印加される負の直流電圧の絶対値のレベルが高い場合には、天板３４に正イオンが衝突することにより、当該天板３４の構成材料であるシリコンが、二次電子と共に放出される。放出されたシリコンは、プラズマに晒されたプラズマ処理装置１０の構成部品から放出される酸素と結合する。当該酸素は、例えば、支持部１４、及び、絶縁性遮蔽部材３２といった部材から放出される。このようなシリコンと酸素の結合により、酸化シリコン化合物が生成され、当該酸化シリコン化合物がウエハＷ上に堆積してマスクＭＫ１を覆い保護する。これら改質と保護の効果により、後続の工程によるマスクＭＫ１の損傷が抑制される。なお、工程ＳＴ２では二次電子の照射による改質や保護膜の形成のため、第２の高周波電源６４の高周波バイアスの電力を最小限にして、シリコンの放出を抑制してもよい。
次いで、方法ＭＴ１では工程ＳＴ３が実行される。工程ＳＴ３では、上述した方法ＭＴＡ又は方法ＭＴＢが実行される。これにより、図１２の（ｂ）に示すように、マスクＭＫ１の表面上及び反射防止膜ＡＬ上にシリコン酸化膜ＳＸが形成される。また、図７の（ｂ）に示したように、シリコン酸化膜ＳＸは、天板３４の下面３４ｉ以外のプラズマ処理装置１０の内壁面に選択的に形成される。
方法ＭＴ１では、次いで、工程ＳＴ４が実行される。工程ＳＴ４では、領域Ｒ１、領域Ｒ２、及び領域Ｒ３のうち、領域Ｒ３が残されるように、ウエハＷ上のシリコン酸化膜ＳＸがエッチングされる。即ち、領域Ｒ１及び領域Ｒ２を除去するように、ウエハＷ上のシリコン酸化膜ＳＸがエッチングされる。これら領域Ｒ１及び領域Ｒ２の除去のためには、異方性のエッチング条件が必要である。このため、工程ＳＴ４では、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから、フルオロカーボンガスを含む処理ガスが処理容器１２内に供給される。また、排気装置５０を動作させることにより、処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。また、第１の高周波電源６２から高周波が供給されてプラズマが生成される。さらに、第２の高周波電源６４から高周波バイアスが供給される。これにより、フルオロカーボンガスのプラズマが生成される。生成されたプラズマ中のフッ素を含む活性種は、高周波バイアスによる鉛直方向への引き込みにより、領域Ｒ１及び領域Ｒ２を優先的にエッチングする。その結果、図１２の（ｃ）に示すように、領域Ｒ１及び領域Ｒ２が除去され、残された領域Ｒ３からマスクＭＳが形成される。マスクＭＳはマスクＭＫ１と共に、マスクＭＫ１の開口ＯＰ１の幅を縮小させるように構成されたマスクＭＫ２を形成する。このマスクＭＫ２によって、開口ＯＰ１の幅よりも小さい幅の開口ＯＰ２が提供される。
続く工程ＳＴ５では、反射防止膜ＡＬがエッチングされる。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから、フルオロカーボンガスを含む処理ガスが処理容器１２内に供給される。また、排気装置５０を動作させることにより、処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。また、第１の高周波電源６２から高周波が供給される。さらに、第２の高周波電源６４から高周波バイアスが供給される。これにより、フルオロカーボンガスのプラズマが生成される。生成されたプラズマ中のフッ素を含む活性種は、反射防止膜ＡＬの全領域のうちマスクＭＫ２から露出した領域をエッチングする。これにより、図１３の（ａ）に示すように、反射防止膜ＡＬからマスクＡＬＭが形成される。この後、マスクＭＫ２は除去されてもよい。
続く工程ＳＴ６では、有機膜ＯＬがエッチングされる。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから、酸素ガスを含む処理ガスが処理容器１２内に供給される。また、排気装置５０を動作させることにより、処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。また、第１の高周波電源６２から高周波が供給される。さらに、第２の高周波電源６４から高周波バイアスが供給される。これにより、酸素ガスを含む処理ガスのプラズマが生成される。生成されたプラズマ中の酸素の活性種は、有機膜ＯＬの全領域のうちマスクＡＬＭから露出した領域をエッチングする。これにより、図１３の（ｂ）に示すように、有機膜ＯＬからマスクＯＬＭが形成される。このマスクＯＬＭが提供する開口ＯＰ３の幅は、開口ＯＰ２（図１２の（ｃ）を参照）の幅と略同一となる。なお、有機膜ＯＬをエッチングするガスとしては、窒素ガスと水素ガスを含む処理ガスを用いてもよい。
工程ＳＴ６の実行時に発生する活性種は、プラズマ処理装置１０の内壁面がシリコン酸化膜ＳＸによって覆われていないと、当該内壁面に損傷を与え得るので、当該内壁面からパーティクルが放出され得る。しかしながら、方法ＭＴ１の工程ＳＴ６の実行時には、プラズマ処理装置１０の内壁面がシリコン酸化膜ＳＸによって覆われているので、当該内壁面からのパーティクルの発生が抑制される。
続く、工程ＳＴ７では、被エッチング層ＥＬがエッチングされる。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから、処理ガスが処理容器１２内に供給される。処理ガスは、被エッチング層ＥＬを構成する材料、即ち酸化シリコンをエッチングするために適宜選択され得る。例えば、処理ガスは、フルオロカーボンガスを含み得る。また、排気装置５０を動作させることにより、処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。また、工程ＳＴ７では、第１の高周波電源６２から高周波が供給される。さらに、第２の高周波電源６４から高周波バイアスが供給される。これにより、処理ガスのプラズマが生成される。生成されたプラズマ中の活性種は、被エッチング層ＥＬの全領域のうち、マスクＯＬＭから露出した領域をエッチングする。これにより、図１３の（ｃ）に示すように、マスクＯＬＭのパターンが被エッチング層ＥＬに転写される。また、工程ＳＴ７では、プラズマ処理装置１０の内壁面に形成されているシリコン酸化膜ＳＸも除去される。これにより、工程ＳＴ７の終了後には、プラズマ処理装置１０の内壁面の状態は、図３の（ｂ）に示したような初期の状態と略同様の状態となる。
この方法ＭＴ１では、工程ＳＴ２〜工程ＳＴ７、即ち、レジストマスクに基づくマスクの作成から被エッチング層のエッチングまでの全工程を、単一のプラズマ処理装置１０を用いて実行することが可能である。したがって、ウエハＷの搬送の時間を省略することができ、被エッチング層ＥＬの高解像度のエッチングを、高いスループットで実現することが可能である。
以下、方法ＭＴＡ又は方法ＭＴＢを含む被処理体を処理する方法の別の実施形態について説明する。図１４は、図１に示す方法又は図９に示す方法を含む被処理体を処理する方法の別の実施形態を示す流れ図である。また、図１５及び図１６は、図１４に示す方法の各工程の実行後の被処理体の状態を示す断面図である。
図１４に示す方法ＭＴ２では、まず、工程ＳＴ２１が実行される。工程ＳＴ２１は、方法ＭＴ１の工程ＳＴ１と同様の工程である。したがって、工程ＳＴ２１では、図１５の（ａ）に示すウエハＷ、即ち図１２の（ａ）に示すウエハと同様のウエハＷが準備され、当該ウエハＷが処理容器１２内に収容されて、載置台ＰＤ上に載置される。
次いで、方法ＭＴ２では、方法ＭＴ１の工程ＳＴ２と同様の工程ＳＴ２２が実行される。即ち、ウエハＷに二次電子が照射されマスクＭＫ１が改質される。また、上部電極３０に印加される負の直流電圧の絶対値のレベルが高い場合には、工程ＳＴ２に関して上述したように、天板３４のスパッタリングにより当該天板３４から放出されるシリコンとプラズマに晒されたプラズマ処理装置１０の構成部品から放出される酸素との結合により酸化シリコン化合物が生成され、当該酸化シリコン化合物がウエハＷ上に堆積してマスクＭＫ１を保護してもよい。
続く工程ＳＴ２３では、反射防止膜ＡＬがエッチングされる。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから、フルオロカーボンガスを含む処理ガスが処理容器１２内に供給される。また、排気装置５０を動作させることにより、処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。また、第１の高周波電源６２から高周波が供給される。さらに、第２の高周波電源６４から高周波バイアスが供給される。これにより、フルオロカーボンガスのプラズマが生成される。生成されたプラズマ中のフッ素を含む活性種は、反射防止膜ＡＬの全領域のうちマスクＭＫ１から露出した領域をエッチングする。これにより、図１５の（ｂ）に示すように、反射防止膜ＡＬからマスクＡＬＭ２が形成される。
続く工程ＳＴ２４では、図１５の（ｂ）に示すウエハＷの表面上に保護膜ＰＦが形成される。この保護膜ＰＦは、後の方法ＭＴＡ又は方法ＭＴＢの実行時に生成される酸素の活性種から有機膜ＯＬを保護するために形成される。
一実施形態の工程ＳＴ２４では、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから、例えば、水素ガス及び希ガスを含む混合ガスが処理容器１２内に供給される。また、排気装置５０を動作させることにより、処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。また、第１の高周波電源６２から高周波が供給される。これにより、処理容器１２内においてプラズマが生成される。さらに、電源７０から上部電極３０に負の直流電圧が印加される。これにより、プラズマ中の正イオンが天板３４に衝突し、当該天板３４からシリコンが放出される。また、プラズマに晒されたプラズマ処理装置１０の部品から酸素が放出される。このように放出された酸素と天板３４から放出されたシリコンとが結合し、酸化シリコンが生成され、当該酸化シリコンがウエハＷ上に堆積して、図１５の（ｃ）に示すように、酸化シリコン製の保護膜ＰＦが形成される。
別の実施形態の工程ＳＴ２４では、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから、ハロゲン化ケイ素ガス、及び酸素ガスを含む混合ガスが処理容器１２内に供給される。また、第１の高周波電源６２から高周波が供給される。また、排気装置５０を動作させることにより、処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。これにより、酸化シリコンが生成され、当該酸化シリコンがウエハＷ上に堆積して、図１５の（ｃ）に示すように、保護膜ＰＦが形成される。
方法ＭＴ２では、次いで、工程ＳＴ２５が実行される。工程ＳＴ２５では、上述した方法ＭＴＡ又は方法ＭＴＢが実行される。これにより、図１５の（ｄ）に示すように、ウエハＷの表面上に、シリコン酸化膜ＳＸ２が形成される。シリコン酸化膜ＳＸ２は、領域Ｒ１、領域Ｒ２及び領域Ｒ３を含んでいる。領域Ｒ３は、マスクＭＫ１及びマスクＡＬＭ２の側面上で当該側面に沿って延在する領域である。領域Ｒ３は、有機膜ＯＬ上に形成された保護膜ＰＦの表面から領域Ｒ１の下側まで延在している。領域Ｒ１は、マスクＭＫ１の上面の上及び領域Ｒ３上で延在している。また、領域Ｒ２は、隣接する領域Ｒ３の間、且つ、有機膜ＯＬの表面上（即ち、有機膜ＯＬ上の保護膜ＰＦ上）で延在している。また、工程ＳＴ２５では、シリコン酸化膜は、天板３４の下面３４ｉ以外のプラズマ処理装置１０の内壁面にも選択的に形成される。図７の（ｂ）において参照符号ＳＸで示す領域を参照されたい。
次いで、方法ＭＴ２では、工程ＳＴ２６が実行される。工程ＳＴ２６では、領域Ｒ１、領域Ｒ２、及び領域Ｒ３のうち、領域Ｒ３が残されるように、ウエハＷ上のシリコン酸化膜ＳＸ２がエッチングされる。即ち、領域Ｒ１及び領域Ｒ２を除去するように、シリコン酸化膜ＳＸ２がエッチングされる。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから、フルオロカーボンガスを含む処理ガスが処理容器１２内に供給される。また、排気装置５０を動作させることにより、処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。また、第１の高周波電源６２から高周波が供給される。さらに、第２の高周波電源６４から高周波バイアスが供給される。これにより、フルオロカーボンガスのプラズマが生成される。生成されたプラズマ中のフッ素を含む活性種は、高周波バイアスによる鉛直方向への引き込みにより、領域Ｒ１及び領域Ｒ２を優先的にエッチングする。その結果、図１６の（ａ）に示すように、領域Ｒ１及び領域Ｒ２が除去され、残された領域Ｒ３からマスクＭＳ２が形成される。マスクＭＳ２はマスクＡＬＭ２と共に、マスクＭＫ１の開口ＯＰ１の幅を縮小させるように構成されたマスクＭＫ２２を形成する。このマスクＭＫ２２によって、開口ＯＰ１の幅よりも小さい幅の開口ＯＰ２が提供される。
続く工程ＳＴ２７では、有機膜ＯＬがエッチングされる。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから、酸素ガスを含む処理ガスが処理容器１２内に供給される。また、排気装置５０を動作させることにより、処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。また、第１の高周波電源６２から高周波が供給される。さらに、第２の高周波電源６４から高周波バイアスが供給される。これにより、酸素ガスを含む処理ガスのプラズマが生成される。生成されたプラズマ中の酸素の活性種は、有機膜ＯＬの全領域のうちマスクＭＫ２２から露出した領域をエッチングする。これにより、図１６の（ｂ）に示すように、有機膜ＯＬからマスクＯＬＭが形成される。このマスクＯＬＭが提供する開口ＯＰ３の幅は、開口ＯＰ２（図１２の（ａ）を参照）の幅と略同一となる。なお、有機膜ＯＬをエッチングするガスとしては、窒素ガスと水素ガスを含む処理ガスを用いてもよい。この工程ＳＴ２７においても、方法ＭＴ１の工程ＳＴ６と同様に、プラズマ処理装置１０の内壁面がシリコン酸化膜によって覆われているので、当該内壁面からのパーティクルの発生が抑制される。
続く、工程ＳＴ２８では、被エッチング層ＥＬがエッチングされる。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから、処理ガスが処理容器１２内に供給される。処理ガスは、被エッチング層ＥＬを構成する材料、即ち酸化シリコンをエッチングするために適宜選択され得る。例えば、処理ガスは、フルオロカーボンガスを含み得る。また、工程ＳＴ２８では、排気装置５０を動作させることにより、処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。また、工程ＳＴ２８では、第１の高周波電源６２から高周波が供給される。さらに、第２の高周波電源６４から高周波バイアスが供給される。これにより、処理ガスのプラズマが生成される。生成されたプラズマ中の活性種は、被エッチング層ＥＬの全領域のうち、マスクＯＬＭから露出した領域をエッチングする。これにより、図１６の（ｃ）に示すように、マスクＯＬＭのパターンが被エッチング層ＥＬに転写される。また、工程ＳＴ２８では、プラズマ処理装置１０の内壁面に形成されているシリコン酸化膜も除去される。これにより、工程ＳＴ２８の終了後には、プラズマ処理装置１０の内壁面の状態は、図３の（ｂ）に示したような初期の状態と略同様の状態となる。
この方法ＭＴ２では、工程ＳＴ２２〜工程ＳＴ２８、即ち、レジストマスクに基づくマスクの作成から被エッチング層のエッチングまでの全工程を、単一のプラズマ処理装置１０を用いて実行することが可能である。したがって、ウエハＷの搬送の時間を省略することができ、被エッチング層ＥＬの高解像度のエッチングを、高いスループットで実現することが可能である。
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、上述した方法ＭＴＡ、方法ＭＴＢ、方法ＭＴ１、及び方法ＭＴ２の説明では、プラズマ処理装置１０を用いる例を示したが、方法ＭＴＡ、方法ＭＴＢ、方法ＭＴ１、及び方法ＭＴ２は、シリコン製の天板を有する上部電極を備えた任意の容量結合型のプラズマ処理装置を用いて実施することが可能である。
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、ＰＤ…載置台、ＥＳＣ…静電チャック、ＬＥ…下部電極、３０…上部電極、３４…天板、４０…ガスソース群、５０…排気装置、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、７０…電源、Ｃｎｔ…制御部、Ｗ…ウエハ、ＭＫ…マスク、ＵＲ…下地領域、ＳＢ…基板、ＥＬ…被エッチング層、ＯＬ…有機膜、ＡＬ…反射防止膜、ＭＫ１…マスク、ＳＸ，ＳＸ２…シリコン酸化膜。

Claims (15)

  1. 容量結合型のプラズマ処理装置を用いて被処理体を処理する方法であって、
    前記被処理体は、マスクを有し、
    前記プラズマ処理装置は、処理空間を提供する処理容器、下部電極を含み、その上に前記被処理体が載置される載置台、及び、該処理容器内の処理空間を介して前記載置台に面するシリコン製の天板を含む上部電極を備え、
    前記被処理体を収容した前記処理容器内に、シリコン含有ガスを含む第１のガスを供給する第１工程と、
    前記第１工程の実行後に、前記処理容器内で希ガスのプラズマを生成する第２工程と、
    前記第２工程の実行後に、前記処理容器内で酸素ガスを含む第２のガスのプラズマを生成する第３工程と、
    前記第３工程の実行後に、前記処理容器内で希ガスのプラズマを生成する第４工程と、
    含み、
    前記第１工程、前記第２工程、前記第３工程、及び前記４工程を含むシーケンスを繰り返して実行することによりシリコン酸化膜を形成し、
    前記第２工程、前記第３工程、及び、前記第４工程の少なくとも何れかにおいて、前記上部電極に負の直流電圧が印加される、
    方法。
  2. 前記シリコン含有ガスは、アミノシランガスであり、前記第１工程では、プラズマは生成されない、請求項１に記載の方法。
  3. 前記シリコン含有ガスは、ハロゲン化ケイ素ガスであり、前記第１工程では、前記第１のガスのプラズマが生成される、請求項１に記載の方法。
  4. 前記シリコン含有ガスは、ＳｉＣｌ４ガスであり、請求項３に記載の方法。
  5. 前記第１工程、前記第２工程、前記第３工程、及び前記第４工程が順に連続して実行され、
    前記第１工程、前記第２工程、前記第３工程、及び前記第４工程にわたって、前記希ガスのプラズマが生成される、
    請求項３又は４に記載の方法。
  6. 前記第４工程において前記処理容器内に供給される前記希ガスの流量が、前記第３工程において前記処理容器内に供給される前記希ガスの流量よりも大きい、請求項５に記載の方法。
  7. 前記第１工程では、前記処理容器内の圧力が１３．３３Ｐａ以上の圧力であり、プラズマ生成用の高周波電源の電力が１００Ｗ以下である高圧低電力の条件に設定される、請求項３〜６の何れか一項に記載の方法。
  8. 前記第１工程では、イオンを引き込み用の高周波バイアスが前記下部電極に供給されない、請求項３〜７の何れか一項に記載の方法。
  9. 前記被処理体は、有機膜を更に有し、前記マスクは該有機膜上に設けられており、
    前記処理容器内で発生させたプラズマにより、前記マスクの側壁に沿って形成された前記シリコン酸化膜の部分領域が残るように、前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、
    前記処理容器内で発生させたプラズマにより、前記有機膜をエッチングする工程と、
    を更に含む、
    請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
  10. 前記被処理体は、シリコン酸化膜である被エッチング層を更に有し、前記有機膜は該被エッチング層上に設けられており、
    前記有機膜をエッチングする前記工程の実行後に、前記処理容器内で発生させたプラズマにより、前記被エッチング層をエッチングする工程を更に含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記被処理体は、前記有機膜上に設けられたシリコン含有反射防止膜を更に有し、
    前記マスクは、前記反射防止膜上に設けられたレジストマスクであり、
    該方法は、シリコン酸化膜をエッチングする前記工程の実行後、前記有機膜をエッチングする前記工程の実行前に、前記処理容器内で発生させたプラズマにより、前記反射防止膜をエッチングする工程を更に含む、
    請求項９又は１０に記載の方法。
  12. 前記シーケンスを繰り返して実行する前に、前記処理容器内でプラズマを発生させて、前記上部電極に負の直流電圧を印加することにより、前記マスクに二次電子を照射する工程を更に含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記シーケンスを繰り返して実行する前に、前記処理容器内で発生させたプラズマにより、その上にレジストマスクを有する反射防止膜をエッチングする工程であり、該反射防止膜から前記マスクが形成される、該工程を更に含む、請求項９又は１０に記載の方法。
  14. 反射防止膜をエッチングする前記工程の実行前に、前記処理容器内でプラズマを発生させて、前記上部電極に負の直流電圧を印加することにより、前記レジストマスクに二次電子を照射する工程を更に含む、
    請求項１３に記載の方法。
  15. 反射防止膜をエッチングする前記工程の実行後、且つ、前記シーケンスを繰り返して実行する前に、前記被処理体上に酸化シリコン製の保護膜を形成する工程を更に含む、請求項１３又は１４に記載の方法。
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