JP2020141033A - 堆積処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

堆積処理方法及びプラズマ処理装置 Download PDF

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敦司 宇藤
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泰光 昆
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Lifu Li
黎夫 李
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Abstract

【課題】マスクの開口の閉塞を抑制しつつ、エッチングされた凹部形状の適正化を図る。【解決手段】第１の処理条件に基づき生成された第１のプラズマを用いて、基板に対して堆積物を堆積させる工程において、前記堆積させる工程の前に実行される前工程から前記堆積させる工程に移行する際、前記第１のプラズマの状態が安定するまでの間、前記第１の処理条件よりも基板に対して前記堆積物を堆積させない条件に制御する、堆積処理方法が提供される。【選択図】図３

Description

本開示は、堆積処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
コンタクトホールのエッチングにおいて、マスクの開口の閉塞を抑制する技術がある。特許文献１は、酸化層をエッチングする際に、ホールの閉塞を抑制することが可能なプラズマ処理方法及びその装置を提案している。マスクの開口の閉塞を抑制する条件では、ホールサイズを大きくする方向に処理条件を変更するために、ホールサイズが大きくなってしまったり、ホールの底部における削れ量が大きくなってしまったりという相反する課題がある。
特開２０１４−０９００２２号公報
本開示は、マスクの開口の閉塞を抑制しつつ、エッチングされた凹部形状の適正化を図ることができる技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、第１の処理条件に基づき生成された第１のプラズマを用いて、基板に対して堆積物を堆積させる工程において、前記堆積させる工程の前に実行される前工程から前記堆積させる工程に移行する際、前記第１のプラズマの状態が安定するまでの間、前記第１の処理条件よりも基板に対して前記堆積物を堆積させない条件に制御する、堆積処理方法が提供される。
一の側面によれば、マスクの開口の閉塞を抑制しつつ、エッチングされた凹部形状の適正化を図ることができる堆積処理方法及びプラズマ処理装置を提供する。
一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図。 比較例に係る堆積処理の結果の一例を示す図。 一実施形態に係る処理条件におけるプラズマ着火時の状態の一例を示す図。 一実施形態に係る処理条件に含まれるガスの解離を説明するための図。 一実施形態に係るプラズマ着火時の過渡状態を説明するための図。 一実施形態に係るプラズマ着火時と消火時前後の高周波の反射の一例を示す図。 一実施形態に係るプラズマ処理の一例を示すフローチャート。 一実施形態に係る連続プラズマ処理の一例を示すフローチャート。 一実施形態に係る堆積物の堆積量を制御する条件を説明するための図。 一実施形態に係るプラズマ処理の結果の一例を示す図。 一実施形態に係るプラズマ処理の結果の一例を示す図。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
［プラズマ処理装置］
一実施形態に係るプラズマ処理装置１について、図１を用いて説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例を示す断面模式図である。ここでは、プラズマ処理装置１の一例として容量結合型プラズマエッチング装置を挙げて説明する。
プラズマ処理装置１は、例えばアルミニウム等の導電性材料からなるチャンバ２を有する。チャンバ２は電気的に接地されている。チャンバ２は、ステージ２１とステージ２１に対向するシャワーヘッド２２とを有する。ステージ２１は、ウェハＷを載置し、下部電極としても機能する。シャワーヘッド２２は、ガスをシャワー状に供給し、上部電極としても機能する。ステージ２１とシャワーヘッド２２との間には、ウェハＷを処理する処理空間Ｕが形成されている。
ステージ２１は、整合器３３を介して第１高周波電源３２に接続される。また、ステージ２１は、整合器３５を介して第２高周波電源３４に接続される。第１高周波電源３２は、例えば４０〜１００ＭＨｚの周波数のプラズマ生成用の高周波電力（以下、「ＨＦパワー」ともいう。）をステージ２１に印加する。第２高周波電源３４は、４０ＭＨｚよりも低い、例えば３．２ＭＨｚ〜１３ＭＨｚのイオンを引き込むためのバイアス電圧用の高周波電力（以下、「ＬＦパワー」ともいう。）をステージ２１に印加する。なお、第２高周波電源３４はイオンを引き込むためのバイアス電圧用ではあるが、印加したＬＦパワーの一部は、プラズマ生成にも寄与する場合がある。また、第１高周波電源３２はプラズマ生成用ではあるが、印加したＨＦパワーの一部は、イオン引き込みにも寄与する場合がある。
整合器３３は、第１高周波電源３２の出力インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。整合器３５は、第２高周波電源３４の出力インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。これにより、処理空間Ｕにプラズマが生成されているときには、第１高周波電源３２及び第２高周波電源３４の各々について、出力インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
シャワーヘッド２２は、その周縁に設けられた絶縁体のシールドリング４１を介してチャンバ２の天井部に取り付けられている。シャワーヘッド２２には、ガス供給源１１から導入されたガスを導入するガス導入口４５が形成されている。ガス供給源１１から出力されたガスは、ガス導入口４５を介して拡散室５１に供給され、ガス流路５５を経て、ガス孔２８から処理空間Ｕに供給される。
シャワーヘッド２２は可変直流電源４２に接続される。可変直流電源４２からシャワーヘッド２２に負の直流電圧を印加することにより、シャワーヘッド２２にイオンが引き込こまれ、プラズマ密度が増加する。
チャンバ２の底面には排気口６４を介して排気装置６５が設けられている。排気装置６５は内部を排気し、チャンバ２の内部を所定の真空度に維持する。チャンバ２の側壁には、ゲートバルブＧが設けられ、ゲートバルブＧの開閉に応じて搬送口１９からウェハＷの搬入及び搬出を行う。
プラズマ処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御部７０が設けられている。制御部７０のＣＰＵ７１は、ＲＯＭ７２及びＲＡＭ７３等のメモリに格納されたレシピに従ってエッチング等のプラズマ処理を実行する。レシピには、処理条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量が設定されてもよい。また、レシピには、チャンバ内温度（上部電極温度、チャンバの側壁温度、ウェハＷ温度、静電チャック温度等）、チラーから出力される冷媒の温度、などが設定されてもよい。なお、これらのプロセスの手順や条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
［比較例に係る堆積処理の結果］
かかる構成のプラズマ処理装置１において、以下の処理条件でプラズマを生成し、堆積処理を行った結果の一例を図２に示す。図２は、比較例１，２に係る堆積処理の結果の一例を示す図である。比較例１の処理条件は以下である。
（処理条件）
圧力 ２５ｍＴ（３．３３Ｐａ）
ＨＦパワー／ＬＦパワー ５０００／８０００Ｗ
直流電圧 −３００Ｖ
ガス種 Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２
このとき、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｏ２ガスの総流量に対するＯ２ガスの流量比は、約３７％であった。
図２（ａ）の左上の断面図は、上記処理条件に基づき、アモルファスカーボンのマスク１０１の下地膜であるシリコン酸化膜１０２に堆積性のエッチング処理を施した結果である。図２（ａ）の右の断面図は、図２（ａ）の左上の断面図に対してマスク１０１を除去した後のシリコン酸化膜１０２の状態を示す。シリコン酸化膜１０２の下には、タングステン膜１０３がストップ膜として形成されている。図２（ａ）の左下の図は、図２（ａ）の左上の断面図を上から見た図である。これによれば、上記処理条件では、ホール１０４の一部が閉塞（Ｃｌｏｇｇｉｎｇ）している。
そこで、マスク１０１の開口の閉塞を回避するために、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｏ２ガスの総流量に対するＯ２ガスの流量比を、約３９％に上げてエッチング処理を行った。比較例２のその他の処理条件は、比較例１の処理条件と同じである。
図２（ｂ）は、比較例２のエッチング結果を示す。比較例２では、マスク１０１の間口の閉塞は解消された。しかしながら、シリコン酸化膜１０２のホール１０４の直径ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｔｉｏｎ）が広がり、シリコン酸化膜１０２に形成されたホール１０４の形状の幅の最大値が比較例１よりも広がった。比較例２では、比較例１よりもホール１０４の形状がお椀状になるＢｏｗｉｎｇが進んでいることがわかる。ホール１０４のＢｏｗｉｎｇが進むと、隣り合うホール１０４の壁同士が近くなり、ホール１０４間が導通状態となったり、コンタクト不良が生じたりする場合がある。
また、比較例２では、ホール１０４の底部の削れ量が大きくなって（図２（ｂ）のＷ recess）、タングステン膜１０３でエッチングが完全にはストップしていない。このように、マスク１０１の開口の閉塞を抑制する条件では、ホール１０４のサイズを大きくする方向に処理条件を変更する。このため、ホール１０４のサイズが大きくなってしまったり、ホール１０４の底部の削れ量が大きくなってしまったりという相反する課題が生じる場合がある。
そこで、以下に説明する一実施形態に係る堆積処理を含むプラズマ処理では、マスクの開口の閉塞を抑制しつつ、エッチングされた凹部形状の適正化を図ることが可能な手法を提案する。
[プラズマ着火時]
図３を参照しながら、プラズマ着火時のプラズマ状態の過渡状態及び安定状態について説明し、マスクの開口の閉塞について考察する。図３（ａ）のグラフの横軸は時間を示し、縦軸はＨＦパワー又はＬＦパワー（反射パワーを含む）を示す。時刻Ｔ１になるまでの時間は、プラズマ未着火の状態である。
プラズマ着火後は、後述する第１の処理条件に基づき生成された第１のプラズマを用いて、ウエハＷに対してエッチングにより堆積物を堆積させる工程（以下、「第１のエッチング工程」ともいう。）が実行される。プラズマ着火前は、第１のエッチング工程の前に実行される前工程である。
プラズマが着火した時刻Ｔ１後、プラズマが安定状態になるまでの時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２の間は過渡状態であり、プラズマの状態が刻々と変化して、安定状態へ向かう。
グラフ中のＡは、第１高周波電源３２からステージ２１に印加されたＨＦパワーである。Ｂは、プラズマ生成に使用されずに第１高周波電源３２側に反射したＨＦ反射パワーである。Ｃは、第２高周波電源３４からステージ２１に印加されたＬＦパワーのうち、プラズマ生成（イオンの引き込み）に使用されずに第２高周波電源３４側に反射したＬＦ反射パワーである。なお、ＨＦ反射パワー及びＬＦ反射パワーは、反射パワーを検知するセンサにより監視する。また、図示していないが、ＬＦパワーとして、第２高周波電源３４からステージ２１に印加される。さらに、図示していないが、可変直流電源４２からシャワーヘッド２２に負の直流電圧が印加される。
つまり、Ａで示すＨＦパワーとＢで示すＨＦ反射パワーとの差分が実際にプラズマの生成に使用されたＨＦ電力である。また、図示しないＬＦパワーとＣで示すＬＦ反射パワーとの差分が実際にプラズマ生成（イオンの引き込み）に使用されたＬＦ電力である。
よって、Ｂに示すＨＦ反射パワー及び／又はＣに示すＬＦ反射パワーが発生している過渡状態の間（時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２の間）、図３（ｂ）に示すように、場所的にかつ時間的にプラズマ状態が変化しているものと考えられる。つまり、過渡状態では、プラズマの生成が安定せず、プラズマ密度やプラズマの電子温度が局所的に高くなったり、低くなったりして、処理空間Ｕの全体及び局所において空間的にプラズマ状態が変化していると考えられる。例えば、処理空間Ｕの場所ａ〜ｃにおいてプラズマの電子温度Ｔｅが異なるとともに、各場所ａ〜ｃにおけるプラズマの電子温度Ｔｅが時間的に変化している。
言い換えれば、ＨＦ反射パワー及びＬＦ反射パワーの両方が０（Ｗ）となった時刻Ｔ２以降が「プラズマが安定した状態」であると判断できる。ただし、これに限られず、ＨＦ反射パワー及びＬＦ反射パワーの両方が予め定められた規定値よりも下がったとき、プラズマが安定したと判断してもよい。
なお、図３に示す実施例では、プラズマが確実に着火するため、また処理空間Ｕにおけるパーティクル発生を抑制するために、時刻Ｔ１のタイミングでＨＦパワーを印加し、０．２秒後にＬＦパワーを印加している。さらに、ＬＦパワーを印加した０．２秒後に直流電圧が印加される。しかし、本実施例としては、これに限定されるものではなく、同時印加でもよく、１〜２秒程度の間隔を空けてもよい。また先にＬＦパワーを印加した後にＨＦパワーを印加するなど、順番を入れ替えてもよい。
また、ＨＦパワー、ＬＦパワー、直流電圧の実効値を段階的に印加する場合がある。さらに、ＨＦパワー、ＬＦパワー、直流電圧以外にも、その他、寄与率が低くともプラズマ生成に関わる装置パラメータを可変にする場合がある。いずれにしても、プラズマが安定するまでの時刻Ｔ１〜Ｔ２の間に印加等を終了する。
図３のプラズマ着火後、安定状態になると、第１の処理条件に基づき生成された第１のプラズマを用いて、ウエハＷに対して堆積物を堆積させる工程を実行する。第１の処理条件は以下である。
（第１の処理条件）
圧力 ２５ｍＴ（３．３３Ｐａ）
ＨＦパワー／ＬＦパワー ５０００／８０００Ｗ
直流電圧 −３００Ｖ
ガス種 Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２
この工程では、マスク１０１の開口にシリコン酸化膜１０２をタングステン膜１０３が露出するまでエッチングする。その際、主にＣＦ系のガス（Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８）によりエッチングが促進され、シリコン酸化膜１０２にホール１０４が形成される。また、エッチング工中、主にカーボンを含む堆積物がマスク１０１の上面や側面、ホールの側面等に付着することで、マスク選択比を確保し、ホール１０４形状の垂直性を確保できる。
上記堆積工程の前に実行される前工程の一例である、図３（ａ）のプラズマ未着火の時間における工程では、プラズマを生成しない。前工程では、第１の処理条件のうち、ＨＦパワー、ＬＦパワー、及び直流電圧が印加されない第２の処理条件に設定される。ガスの流量については後述する。
そして、本実施形態に係るプラズマ処理では、前工程から堆積工程に移行する際、プラズマ着火直後の過渡状態、つまり、第１のプラズマの状態が安定するまでの間、第１の処理条件よりもウエハＷに対して堆積物を堆積させない条件に制御する。
この処理条件の一例としては、図３のＤに示すようにＯ２ガスの流量を増やして、上記第１の処理条件のガス種のうちのＯ２ガスの他のＣＦ系ガスに対する流量比を高くする。Ｏ２ガスを増やすと、Ｃ４Ｆ６又はＣ４Ｆ８等のＣＦ系ガスのＣと、Ｏとが反応して、ＣＯ又はＣＯ２となり、揮発する。これにより、前工程から堆積工程に移行する過渡状態の間の堆積量を、安定状態における堆積量よりも減らすことができる。なお、Ｏ２ガスの流量の増加は、図３のＤに示すように前工程の第２の処理条件の時から増加させてもよいし、プラズマ着火直後に増加させてもよい。また、プラズマの着火を促すＡｒガスなどの不活性ガスの流量を増加してもよい。さらに過渡状態から安定状態に移行した際、ＣＦ系のガスの導入によって、再びプラズマ状態が不安定にならない場合には、第２の処理条件および過渡状態でのガスは不活性ガスのみでもよい。
なお、Ｏ２ガスの流量を増やすタイミングは、前工程が実行されるいずれかのタイミング（図３の時刻０〜Ｔ１）であってもよいし、プラズマ着火時（時刻Ｔ１）又はその所定時間前であってもよい。なお、Ｏ２ガスの流量は、安定状態に入ってから所定時間経過後に元の流量に戻される。Ｏ２ガスの流量は、安定状態に入った直後に元の流量に制御してもよい。
このように、プラズマ立ち上げ時は、ＨＦパワー及びＬＦパワーがオーバーシュートしたり、アンダーシュートしたりして安定しない。また、プラズマ立ち上げ時にはガスのラジカルの状態が変化し易い。各ラジカルの寿命も異なる。このため、ＨＦパワー及びＬＦパワーの反射の状態が変化したり、処理空間Ｕにおいて全体及び局所的にプラズマ密度が高くなったり、低くなったりする。このため、マスク１０１の開口が閉塞し易く、またマスク１０１の開口の場所によってサイズが異なるといったバラつきが生じ易い。
例えば、図４にＣ４Ｆ８ガスの解離パターンの一例を示す。横軸は、左から右に解離の回数を示す。ここでは、解離後の各ラジカルの寿命が同じように示されているが、実際には、各ラジカルの寿命は異なる。
Ｃ４Ｆ８ガスは、プラズマ着火後に一次解離すると、Ｃ４Ｆ７、Ｃ３Ｆ６、Ｃ２Ｆ４、ＣＦ２、Ｆのラジカル状態に変化する。その後も短時間のうちに二次解離及び三次解離する。例えば、Ｃ４Ｆ８ガスから一次解離した状態のＣ２Ｆ４は、再び解離してＣＦ２、ＣＦ、Ｆのラジカル状態に変化する。このような解離のパターンはプラズマの電子温度Ｔｅに起因する。そのため、図３（ｂ）に示すプラズマ着火直後の過渡状態では、Ｃ４Ｆ８ガスが短時間に様々なラジカル状態に変化し、生成される堆積物のプリカーサの種類及び堆積場所が様々な状態にばらつく。
図５に一例を示すように、Ｃ４Ｆ８ガスから一次解離した状態のＣ４Ｆ７は、Ｃ４Ｆ８よりもＦに対するＣの割合が多いため、Ｃ４Ｆ８よりも堆積量が多く、かつＣ４Ｆ８ガスから二次解離した状態のＣＦ２等よりも付着係数が高い。このため、Ｃ４Ｆ７のプリカーサ等から構成される堆積物１０５はマスク１０１に付着して堆積し、堆積量が多くなるとマスク１０１を閉塞させる。
一方、Ｃ４Ｆ８ガスから二次解離した状態のＣＦ２は、付着係数がＣ４Ｆ７等よりも低いため、マスク１０１上に付着しても留まることなく脱離し、堆積されない。以上から、過渡状態では、マスク１０１上に不均一にプリカーサが供給され、マスク１０１に対して不揃いな形状に堆積物１０５が堆積してしまう。ただし、図５は、説明の分かり易さのために状態の一例を簡単に記載したものであり、過渡状態はラジカルの状態が刻一刻と変化し、これに限られない。
そこで、本実施形態に係るプラズマ処理の堆積工程では、プラズマが時間的及び空間的に不安定な過渡状態において、第１の処理条件よりも堆積物を堆積させない条件に制御する。これにより、過渡状態の期間に局所的にプラズマ密度が高い箇所が生じることにより、局所的にマスクの開口が閉塞することを回避できる。このように、プラズマが不安定なときにマスク１０１の閉塞が起きやすいことから、過渡状態に限定して処理条件を第１の処理条件よりも「堆積物を堆積させない条件」に調整する。これにより、マスクの開口の閉塞を回避しながら、シリコン酸化膜１０２のホール１０４の垂直性を確保し、ホール１０４の底部の削れ量を抑制し、ホール１０４の形状の適正化を図ることができる。
更に、図６を参照すると、図６のＳ枠内は、図３にて説明したように、プラズマ着火時にＨＦ反射パワー及びＬＦ反射パワーが発生し、プラズマが不安定な状態を示す。これに対して、図６のＥ枠内は、プラズマが消火する際にもＨＦ反射パワー及びＬＦ反射パワーが発生し、プラズマが不安定な状態になっていることを示す。例えば、プラズマを消火させるときにも処理空間Ｕにおけるパーティクル発生を抑制する等のためにＨＦパワー及びＬＦパワーをオフする時刻Ｔ４の前、約２秒前のＴ３に、可変直流電源４２からの直流電圧をオフするとチャンバ２内のプラズマ状態が変わる。よって、プラズマ消火時のＥ枠内の状態においても、過渡状態に限定して処理条件を「堆積物を堆積させない条件」に調整する。
つまり、第１の処理条件に基づき生成された第１のプラズマを用いて、ウエハＷに対して堆積物を堆積させる工程において、図６のＥに示す第１のプラズマの状態を停止する際、第１の処理条件よりもウエハＷに対して堆積物を堆積させない条件に制御する。当該制御のタイミングは、第１のプラズマの状態を停止する時刻Ｔ４よりも予め定められた時間だけ前の時刻Ｔ３から第１のプラズマの状態を停止するまでの間である。
これにより、Ｓに示すプラズマの立ち上げ時だけでなく、Ｅに示すプラズマの立ち下げ時においても、プラズマが時間的及び空間的に不安定な過渡状態において、堆積物を堆積させない条件に制御する。これにより、過渡状態の期間に局所的にプラズマ密度が高い箇所が生じることにより、局所的にマスクの開口が閉塞することを回避できる。
なお、図６に示す実施例では、プラズマの消火時に直流電圧をオフしたのち、ＨＦパワーとＬＦパワーを同時にオフしているが、これに限定されるものではなく、順番を入れ替えてもよい。いずれにしても、プラズマが不安定な過渡状態を生じるならば、処理条件を「堆積物を堆積させない条件」に調整することが望ましい。
また、プラズマが消火した後、生成されたラジカルの量は減衰するが、各ラジカルの寿命は異なるため、減衰する間、残留する堆積物のプリカーサの種類及び堆積場所が様々な状態にばらつき、時間変化する。そのため、プラズマを消火する直前の処理条件を「堆積物を堆積させない条件」に調整することが望ましい。
プラズマの立ち上げ、プラズマの立ち下げ及び後述する連続プラズマ処理において、Ｏ２ガスを増やすタイミングは、プラズマ状態が変わるとき又はその前である。プラズマ状態が変わるときの具体例としては、ＨＦパワーのオン・オフを変えたときや高低を変えたとき、ＬＦパワーのオン・オフを変えたときや高低を変えたとき、直流電圧をオン・オフしたとき、ガスを変えたときが挙げられる。例えば、プラズマの立ち下げ時におけるＯ２ガスの供給タイミングは、プラズマ消火時、つまり、図６の第１のプラズマの状態を停止する時刻Ｔ４よりも予め定められた時間だけ前の時刻Ｔ３又はそれよりも前の時刻が好ましい。
［堆積工程を含むプラズマ処理］
次に、一実施形態に係る堆積工程を含むプラズマ処理の一例について、図７を参照しながら説明する。図７は、一実施形態に係るプラズマ処理の一例を示すフローチャートである。本処理は、制御部７０により制御される。
本処理が開始されると、まず、制御部７０はウエハＷを提供する。具体的には、制御部７０は、ゲートバルブＧを開き、搬送口１９から図示しない搬送アームをチャンバ２内に挿入し、ウエハＷをステージ２１に載置する（ステップＳ１）。
次に、制御部７０は、第２の処理条件に従いガスを供給し、ＨＦパワー及びＬＦパワーを印加する（ステップＳ２）。次に、制御部７０は、プラズマ着火したかを判定する（ステップＳ３）。なお、制御部７０は、プラズマが着火したか否かを、プラズマの発光強度の測定結果から判定することができる。ただし、これに限られず、制御部７０は、プラズマが着火したか否か判定することが可能な他の測定方法を使用することができる。
制御部７０は、プラズマ着火したと判定するまで待ち、プラズマ着火したと判定すると、第１の処理条件よりも堆積性の低い条件に従いガスを供給する（ステップＳ４）。
次に、制御部７０は、プラズマの状態が安定したかを判定する（ステップＳ５）。制御部７０は、プラズマの状態が安定したと判定するまで待ち、プラズマの状態が安定したと判定すると、第１の処理条件に従いガスを供給し、エッチング処理を実行し、堆積物を堆積させる（ステップＳ６）。
次に、制御部７０は、連続プラズマ処理があるかを判定する（ステップＳ７）。連続プラズマ処理は、エッチングの一のステップから次のステップにプラズマを消火させずに移行するプラズマ処理であり、移行の際にそれぞれのステップに応じてガスを切り替える。制御部７０は、かかる連続プラズマ処理があると判定すると、ステップＳ８の連続プラズマ処理を実行する。連続プラズマ処理については、図８のフローチャートを参照して後述する。
ステップＳ７において、制御部７０は、連続プラズマ処理がないと判定すると、プラズマ状態の停止の所定時間前であるかを判定する（ステップＳ９）。制御部７０は、プラズマ状態の停止の所定時間前になるまで待機し、プラズマ状態の停止の所定時間前になったと判定した場合、第１の処理条件よりも堆積性の低い条件に従いガスを供給する（ステップＳ１０）。
次に、制御部７０は、プラズマ状態の停止を実行するかを判定する（ステップＳ１１）。制御部７０は、プラズマ状態の停止を実行すると判定するまで待ち、プラズマ状態の停止を実行すると判定すると、ＨＦパワー及びＬＦパワーの供給を停止して、本処理を終了する。
［連続プラズマ処理］
図７のステップＳ８にて呼び出される連続プラズマ処理について、図８を参照して説明する。図８は、一実施形態に係る連続プラズマ処理の一例を示すフローチャートである。
連続プラズマ処理では、制御部７０は、変数ｎに３を設定し（ステップＳ２１）、次のステップに移行するかを判定する（ステップＳ２２）。制御部７０は、次のステップに移行する時間まで待ち、次のステップに移行すると判定すると、次のステップの処理条件である第ｎの処理条件（ここでは、第３の処理条件）よりも堆積性の低い条件に従いガスを供給する（ステップＳ２３）。
次に、制御部７０は、プラズマの状態が安定したかを判定する（ステップＳ２４）。制御部７０は、プラズマの状態が安定したと判定するまで、ステップＳ２３、Ｓ２４の処理を繰り返す。制御部７０は、プラズマの状態が安定したと判定すると、第ｎの処理条件に従いガスを供給し、次のステップのエッチング処理を実行し、堆積物を堆積させる（ステップＳ２５）。
次に、制御部７０は、連続プラズマ処理の次のステップ（工程）があるかを判定する（ステップＳ２６）。制御部７０は、連続プラズマ処理の次のステップがないと判定すると、本処理を終了する。制御部７０は、連続プラズマ処理の次のステップがあると判定すると、変数ｎに１を加算し（ステップＳ２７）、ステップＳ２２に戻り、連続プラズマの次のステップ（工程）について、ステップＳ２２〜Ｓ２７の処理を実行する。ステップＳ２２〜Ｓ２７の処理は、ステップＳ２６にて連続プラズマ処理の次のステップ（工程）がないと判定されるまで繰り返される。
これによれば、例えば、ステップＡ→ステップＢと連続プラズマ処理によりガスが変わる工程の切り替え時に、ステップＳ２３において、ステップＡの最後やステップＢの最初に例えば数秒程度、Ｏ２ガスを増やす処理が実行される。
これにより、プラズマ着火時及びプラズマ消火時だけでなく、プラズマの状態がかわる連続プラズマの工程の切り替え時に処理条件を「堆積物を堆積させない条件」に調整する。つまり、連続プラズマ処理のステップの切り替え時において、ガス種、Ｆパワー等を変更することで、プラズマが時間的及び空間的に不安定になる過渡状態において、堆積物を堆積させない条件に制御する。これにより、局所的にプラズマ密度が高い箇所が生じることにより、局所的にマスクの開口が閉塞することを回避できる。また、次のステップの安定状態では、ウエハＷに対して堆積物を堆積させない条件から堆積物を堆積させる第ｎの処理条件にする。これにより、ホール１０４にＢｏｗｉｎｇが生じたり、ホール１０４の底部の削れ量が大きくなることを回避しつつ、マスクの開口の閉塞を抑制できる。
処理条件を「堆積物を堆積させない条件」に調整する方法の一例について、図９を参照して説明する。図９は、一実施形態に係る堆積物の堆積量を制御する条件を説明するための図である。図９（ａ）は、ガス全体に対するＯ２ガスの分圧ＰＯ２に対する堆積量、又はＣ４Ｆ８／Ｃ４Ｆ６の流量比に対する堆積物の堆積量の一例を示すグラフである。図９（ｂ）は、チャンバ内の圧力Ｐに対する堆積物の堆積量の一例を示すグラフである。
図９（ａ）に示すように、Ｃ４Ｆ６ガスに対するＣ４Ｆ８ガスの割合を上げることで、堆積性のプリカーサの割合を下げる、又は反応性のプリカーサの割合を上げることができる。また、ガス全体に対するＯ２ガスの分圧ＰＯ２を上げることで、堆積性のプリカーサを除去することができる。
また、図９（ｂ）に示すように、チャンバ内の圧力Ｐを制御することで、堆積性のプリカーサの割合を下げる、反応性のプリカーサの割合を上げる又は堆積性のプリカーサを除去することができる。ただし、プラズマ状態が大きく変わらない程度にＯ２ガス及びその他の処理条件を調整する必要がある。
［結果］
最後に、一実施形態に係るプラズマ処理の結果の一例について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、一実施形態に係るプラズマ処理の結果の一例を示す断面図及び上面図である。図１１は、一実施形態に係るプラズマ処理の結果のエッチング形状について、図１１の上面図から計測できるホール１０４（５６個）のＣＤのサイズのバラツキ及びホール１０４の真円度を示す度数分布（ヒストグラム）である。
本実施形態に係るプラズマ処理では、プラズマの状態が不安定な過渡状態の間、Ｏ２ガスの供給を増やす又はＯ２ガスの供給を開始する。比較例では、プラズマの状態が不安定な過渡状態の間においてもＯ２ガスの供給を増やさない又はＯ２ガスの供給を開始しない。これにより、図１０（ｂ）に示すように、本実施形態では、図１０（ａ）の比較例と比較して、マスク１０１の開口の閉塞（クロッギング）が生じなかった。
また、図１１（ｂ）に示すように、本実施形態では、図１１（ａ）の比較例と比較して、ホール１０４のＣＤのバラツキが小さくなった。更に、図１１（ｄ）に示すように、本実施形態では、図１１（ｃ）の比較例と比較して、ホール１０４の真円度がより「０」に近づいた。
なお、図１１の結果を得るための計算では、各ホールの開口のＳＥＭ画像からホールの開口の対向角度で寸法を測り、その寸法の平均値を各ホールの寸法（ＣＤのサイズ）とした。また、その平均値に対する偏差（３σ）の割合を真円度とした。
［プラズマが安定したと判定する方法］
「プラズマが安定した」と判定する方法の一例として、ＨＦパワーの反射波及びＬＦパワーの反射波がなくなった又は規定値以下になったときに、プラズマが安定したと判定する方法がある。しかし、プラズマが安定したと判定する方法は、これに限られず、次の各種の判定方法を用いることができる。
・整合器３３、３５のマッチング位置が、予め記憶しているプラズマ安定時と同じ位置になったとき又は規定する範囲に入ったとき
・終点検出装置等、発光分光分析（ＯＥＳ）によるプラズマモニターが可能な装置がプラズマ処理装置１に併設されている場合、測定されたプラズマモニター値が予め記憶しているプラズマ安定時と同じ値になったとき又は規定する範囲に入ったとき
・電圧値や電流値を測定可能なＶＩセンサ等の電極に通電する高周波（ＲＦ）の電圧／電流／位相をモニターする機器が併設されている場合、機器によるそれぞれのモニター値が予め記憶しているプラズマ安定時と同じ値になったとき又は規定する範囲に入ったとき
以上の手法だけでなく、ＨＦパワー、ＬＦパワー、プラズマの状態をモニターする方法を用いても構わない。
以上に説明したように、本実施形態のプラズマ処理によれば、マスクの開口の閉塞を回避しつつ、エッチング形状においてＢｏｗｉｎｇやホールの底部のリセスを抑制することができる。
今回開示された一実施形態に係る堆積処理方法及びプラズマ処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
本開示のプラズマ処理装置は、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition ）装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP),Inductively Coupled Plasma(ICP),Radial Line Slot Antenna, Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR),Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプでも適用可能である。
１ プラズマ処理装置
２ チャンバ
２１ ステージ
２２ シャワーヘッド
３２ 第１高周波電源
３４ 第２高周波電源
４２ 可変直流電源
７０ 制御部
１０１ マスク
１０２ シリコン酸化膜
１０３ タングステン膜
１０４ ホール

Claims (10)

  1. 第１の処理条件に基づき生成された第１のプラズマを用いて、基板に対して堆積物を堆積させる工程において、
    前記堆積させる工程の前に実行される前工程から前記堆積させる工程に移行する際、前記第１のプラズマの状態が安定するまでの間、前記第１の処理条件よりも基板に対して前記堆積物を堆積させない条件に制御する、
    堆積処理方法。
  2. 第１の処理条件に基づき生成された第１のプラズマを用いて、基板に対して堆積物を堆積させる工程において、
    前記第１のプラズマの状態を停止する際、前記第１のプラズマの状態を停止する時刻よりも予め定められた時間だけ前の時刻から前記第１のプラズマの状態を停止するまでの間、前記第１の処理条件よりも基板に対して前記堆積物を堆積させない条件に制御する、
    堆積処理方法。
  3. 前記前工程は、第２の処理条件に基づき実行され、
    前記第２の処理条件は、前記第１の処理条件と異なる、
    請求項１に記載の堆積処理方法。
  4. 前記前工程ではプラズマを生成しない、
    請求項３に記載の堆積処理方法。
  5. 前記第１の処理条件と異なる第ｎ（ｎ≧３）の処理条件に基づき生成された第ｎのプラズマを用いて、基板に対して堆積物を堆積させる工程において、
    前記第１のプラズマを用いて前記堆積させる工程から前記第ｎのプラズマを用いて前記堆積させる工程に移行する際、前記第ｎのプラズマの状態が安定するまでの間、前記第ｎの処理条件よりも基板に対して前記堆積物を堆積させない条件に制御する、
    請求項３又は４に記載の堆積処理方法。
  6. 第ｎ（ｎ＝１又はｎ≧３）のプラズマの状態を示す値が、予め定められた正常な範囲内に所定以上収まるまでの間、前記第ｎの処理条件よりも基板に対して前記堆積物を堆積させない条件に制御する、
    請求項１〜５のいずれか一項に記載の堆積処理方法。
  7. 第ｎ（ｎ＝１又はｎ≧３）の処理条件よりも基板に対して前記堆積物を堆積させない条件は、
    堆積性のプリカーサを除去するガスを含む、
    請求項１〜６のいずれか一項に記載の堆積処理方法。
  8. 第ｎ（ｎ＝１又はｎ≧３）の処理条件よりも基板に対して前記堆積物を堆積させない条件は、
    前記第ｎの処理条件に含まれるガスよりも堆積性のプリカーサの割合を下げるガスを含む及び／又は前記第１の処理条件に含まれるガスよりも反応性のプリカーサの割合を上げるガスを含む、
    請求項１〜７のいずれか一項に記載の堆積処理方法。
  9. チャンバと、制御部とを有し、
    前記制御部は、
    前記チャンバ内に基板を提供し、
    第１の処理条件に基づき生成された第１のプラズマを用いて、基板に対して堆積物を堆積させる工程において、前記堆積させる工程の前に実行される前工程から前記堆積させる工程に移行する際、前記第１のプラズマの状態が安定するまでの間、前記第１の処理条件よりも基板に対して前記堆積物を堆積させない条件に制御する、
    プラズマ処理装置。
  10. チャンバと、制御部とを有し、
    前記制御部は、
    前記チャンバ内に基板を提供し、
    第１の処理条件に基づき生成された第１のプラズマを用いて、基板に対して堆積物を堆積させる工程において、前記第１のプラズマの状態を停止する際、前記第１のプラズマの状態を停止する時刻よりも予め定められた時間だけ前の時刻から前記第１のプラズマの状態を停止するまでの間、前記第１の処理条件よりも基板に対して前記堆積物を堆積させない条件に制御する、
    プラズマ処理装置。
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