JP5191857B2 - 基板処理方法，基板処理装置，記憶媒体 - Google Patents

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Description

本発明は，例えば半導体ウエハ，ＦＰＤ基板などの基板上に薄膜を堆積させる堆積処理を行う基板処理方法，基板処理装置，記憶媒体に関する。
半導体デバイスや液晶表示装置などのフラットパネルの製造工程においては，例えば半導体ウエハ，ＦＰＤ基板などの基板に対して成膜処理，エッチング処理などのプロセス処理を施すことで，基板上に所望の微小構造（例えばホールやトレンチなど）のパターンが形成される。半導体デバイスは年々高集積化する傾向にあり，例えば基板上に形成されるパターンの微細化に応えるためにレジスト材料や露光技術の改善が進み，レジストパターンの開口寸法も相当小さくなってきている。
このような微細化が進むに連れて，基板上の被エッチング膜をレジストパターンをマスクとしてエッチングする際に，レジストパターンの開口寸法が広がったり，被エッチング膜の凹部の側壁のエッチングが進みすぎてホールやトレンチの微小寸法（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）が目標値とずれてしまったりして，設計通りのデバイス特性が得られないという問題が露見している。
このような問題に対応するため，近年では例えばエッチング前にレジストパターンに堆積物を堆積させる堆積処理を一定時間行うことによってレジストパターンの開口寸法を小さくしておき，その後にエッチングすることで，被エッチング膜に形成されるパターンの微小寸法が目標値からずれることを防止したり，被エッチング膜にレジストパターンの開口寸法よりも狭い開口のパターンを形成したりする技術の開発が進んでいる（例えば特許文献１〜３参照）。
特開２００７−１９４２８４号公報 特開２００７−２７３８６６号公報 特開平８−２３６５０６号公報 特開２００１−８５３８８号公報
しかしながら，複数枚の基板に対して同様のエッチング処理を行う場合に上記堆積処理を同じ時間だけ行ったとしても，エッチング処理後に形成されたパターンの微小寸法には僅かなばらつきが生じることがわかってきた。これは例えばエッチングが行われる処理室内のコンディションなどにより，基板上への堆積の進行度合いが微妙に変わるので，それによってレジストパターンの開口寸法にもばらつきが生じるためと考えられる。このような微小寸法のばらつきは数ｎｍ程度であるため，従来は誤差の範囲と考えられ，それほど問題になることはなかったが，今後更なるパターンの微細化の要請に応えるにはこの程度のばらつきも無視できなくなる。
この場合，もし基板上に堆積する堆積物の膜厚を監視できれば，それによって堆積処理の終了時間を調整することができる。ところが，実際には基板上に堆積した堆積物の膜厚そのものを直接監視するのは非常に困難である。例えばエッチング処理の場合であれば，処理室に設けたモニタ用の窓部を介して光を照射し，基板上からの反射光をモニタ用の窓部を介して検出してそれを解析することで，エッチングによる膜厚の変化を直接監視できる（例えば特許文献４参照）。これに対して，堆積処理の場合には堆積物は基板上だけでなく処理室の側壁の内側やモニタ用の窓部の内側（処理室内側）にまで堆積するので，それが邪魔になって基板上からの反射光を的確に検出できない。
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，堆積処理を行う際にモニタ用の窓部に堆積する堆積物の膜厚から基板上に堆積する堆積物の膜厚を間接的に監視することにより堆積処理の終了時間を調整し，これによって各基板ごとに堆積物の膜厚のばらつきを抑えることができる基板処理方法等を提供することにある。
本発明者らは，堆積処理では基板上と同様にモニタ用の窓部の内側にも堆積物の堆積が進行していくことに着目し，モニタ用の窓部から光を照射したときに受光する反射光の光強度の時間変化率（傾き）が，各基板の堆積処理ごとに異なり，かつエッチング処理後に形成される構造の微小寸法の変化量と相関があることを見出した。以下の本発明はこれを利用して，反射光強度の時間変化率に応じて堆積処理の終了時間を算出するものである。これにより，基板ごとに適切な膜厚で堆積物を堆積させることができる。
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，減圧可能に構成され，上部電極と下部電極が対向して配置された処理室内において，前記電極間に高周波電力を印加して所定のガスのプラズマを生起することで前記下部電極上に載置された基板上に所定の処理を施す基板処理方法であって，前記処理室内を減圧し，所定のガスを導入してプラズマを生起し，前記基板上に薄膜を堆積させる堆積処理を実行するステップと，前記堆積処理を実行しながら，前記処理室に設けられたモニタ用の窓部を介してその窓部を透過する光を前記処理室内に向けて照射し，その反射光を前記窓部を介して受光してその反射光強度を監視するステップと，前記堆積処理中の前記反射光強度の時間変化率を測定し，その測定値に応じて前記堆積処理の終了時間を算出するステップと，前記終了時間を終点として前記堆積処理を終了させるステップとを有することを特徴とする基板処理方法が提供される。
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，減圧可能に構成され，上部電極と下部電極が対向して配置された処理室内において，前記電極間に高周波電力を印加して所定のガスのプラズマを生起することで前記下部電極上に載置された基板上に所定の処理を施す基板処理装置であって，前記下部電極に所定の高周波電力を印加する電力供給装置と，前記処理室内に所定のガスを供給するガス供給部と，前記処理室内を排気して所定の圧力に減圧する排気部と，前記処理室内に設けられたモニタ用の窓部と，前記窓部を介してその窓部を透過する光を前記処理室内に向けて照射し，その反射光を前記窓部を介して受光してその反射光強度を監視する光学装置と，前記排気部により前記処理室内を減圧し，前記ガス供給部から所定のガスを供給して前記電力供給装置から前記下部電極に所定の高周波電力を印加することで前記ガスのプラズマを生起して前記基板上に薄膜を堆積させる堆積処理を実行し，その堆積処理中に前記光学装置で監視された前記反射光強度の時間変化率を測定し，その測定値に応じて前記堆積処理の終了時間を算出する制御部とを備えることを特徴とする基板処理装置が提供される。
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，減圧可能に構成され，上部電極と下部電極が対向して配置された処理室内において，前記電極間に高周波電力を印加して所定のガスのプラズマを生起することで前記下部電極上に載置された基板に所定の処理を施す基板処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータ読取り可能な記憶媒体であって，前記処理室内を減圧し，所定のガスを導入してプラズマを生起し，前記基板上に薄膜を堆積させる堆積処理を実行するステップと，前記堆積処理を実行しながら，前記処理室に設けられたモニタ用の窓部を介してその窓部を透過する光を前記処理室内に向けて照射し，その反射光を前記窓部を介して受光してその反射光強度を監視するステップと，前記堆積処理中の前記反射光強度の時間変化率を測定し，その測定値に応じて前記堆積処理の終了時間を算出するステップと，前記終了時間を終点として前記堆積処理を終了させるステップとを有することを特徴とする記憶媒体が提供される。
このような本発明によれば，堆積処理を実行しながら，窓部を介して光を照射し，その反射光を受光してその反射光強度を監視することで，基板上に堆積する堆積物の量を間接的に監視して堆積処理の終了時間を調整することができる。これにより，各基板の堆積処理ごとに堆積物の堆積量のばらつきを抑えることができる。
また，上記堆積処理は，例えば前記基板に形成された被エッチング膜をマスクするレジストパターンに堆積物を堆積させる処理であり，この場合の前記終了時間は，前記反射光強度の時間変化率と前記被エッチング膜のエッチング処理後に形成される構造の微小寸法（例えばホールの径やトレンチの線幅）の変化量との相関関係に基づいて算出することが好ましい。これによれば，エッチング処理後の構造の目標寸法に合わせて最適な堆積量を堆積させることができるので，基板上に設計通りの構造をより高精度で形成できる。
また，前記堆積処理を前記終了時間で終了した後，前記被エッチング膜のエッチング処理を連続して実行してもよい。本発明によれば，基板処理装置から基板を取り出して基板上の堆積物の膜厚を測定しなくても，堆積量の膜厚を高精度で制御できるので，そのまま連続して高精度なエッチング処理を行うことができる。これにより，処理のスループットを低下させることなく，基板上に形成される構造の微小寸法のばらつきを高精度で抑えることができる。
また，上記反射光強度を監視するステップは，前記堆積処理の初期段階の反射光強度を基準として規格化した反射光強度を監視することが好ましい。これにより，光源の発光強度の経時変化などの影響を受けることなく，反射光強度の変化を監視できる。
なお，上記堆積処理は，前記基板上に薄膜を成膜する成膜処理であってもよく，その場合の前記終了時間は，前記反射光強度の時間変化率と前記成膜後の膜厚の変化量との相関関係に基づいて算出することが好ましい。これによれば，成膜処理後の膜厚の目標寸法に合わせて薄膜を成膜させることができるので，基板上に設計通りの膜厚の薄膜をより高精度で形成できる。
本発明によれば，堆積処理を実行しながら，窓部を介して光を照射し，その反射光を受光してその反射光強度を監視することで，基板上に堆積する堆積物の量を間接的に監視して堆積処理の終了時間を調整することで，各基板の堆積処理ごとに堆積量のばらつきを抑えることができる。
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（基板処理装置の構成例）
先ず，本発明の実施形態にかかる基板処理装置の構成例について図面を参照しながら説明する。ここでは，基板処理装置として，載置台を兼ねる１つの電極（下部電極）に例えば４０ＭＨｚの比較的高い周波数を有する第１高周波電力（プラズマ生起用高周波電力）と，例えば３．２ＭＨｚの比較的低い周波数を有する第２高周波電力（バイアス電圧用高周波電力）を重畳して印加して，ウエハ上に形成された被エッチング膜のエッチングを行うプラズマ処理装置を例に挙げて説明する。図１は本実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
図１に示すように，プラズマ処理装置１００は，例えばアルミニウム等の導電性材料からなる処理室１１０を備える。処理室１１０は接地されている。処理室１１０内の底部には，ウエハＷを載置する載置台を兼ねた下部電極（サセプタ）１２０が絶縁部材１２２を介して設けられている。なお，下部電極１２０は，図示しない温度調節機構により所定温度に維持され，ウエハＷと下部電極１２０との間には図示しない伝熱ガス供給機構から伝熱ガスが所定の圧力で供給されるようになっている。
下部電極１２０には，２周波重畳電力を供給する電力供給装置１３０が接続されている。電力供給装置１３０は，第１周波数の第１高周波電力（プラズマ生起用高周波電力）を供給する第１高周波電力供給機構１３２と，第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力（バイアス電圧発生用高周波電力）を供給する第２高周波電力供給機構１４２から構成されている。
第１高周波電力供給機構１３２は，下部電極１２０側から順次接続される第１フィルタ１３４，第１整合器１３６，第１電源１３８を有している。第１フィルタ１３４は，第２周波数の電力成分が第１整合器１３６側に侵入することを防止する。第１整合器１３６は，第１高周波電力成分をマッチングさせる。第１周波数は例えば４０ＭＨｚである。
第２高周波電力供給機構１４２は，下部電極１２０側から順次接続される第２フィルタ１４４，第２整合器１４６，第２電源１４８を有している。第２フィルタ１４４は，第１周波数の電力成分が第２整合器１４６側に侵入することを防止する。第２整合器１４６は，第２高周波電力成分をマッチングさせる。第２周波数は例えば３．２ＭＨｚである。
下部電極１２０の上方には所定の間隔を隔てて上部電極１５０が対向して設けられている。上部電極は接地されている。処理室１１０の側壁の上方にはガス供給源（図示せず）が接続されたガス供給部１５２が設けられている。ガス供給部１５２には，後述する堆積処理ガス，エッチング処理ガスなどウエハの処理に必要な処理ガスが供給されるようになっている。
処理室１１０の側壁の下方には図示しない排気装置（例えば真空ポンプなど）が接続された排気部１５４が設けられている。排気装置を動作させて排気部１５４により処理室１１０内を排気することで処理室１１０内を所定の真空圧力に減圧できるようになっている。
その他，処理室１１０の側壁には，図示はしないがウエハ搬出入口を介してゲートバルブが設けられている。このゲートバルブを開放することにより，ウエハ搬出入口からウエハを図示しない搬送アームなどの搬送機構により搬出入することができるようになっている。
上記処理室１１０には天井から上部電極１５０に貫通するように筒状の観察部１６０が装着されている。観察部１６０の上端には石英ガラス等の透明体からなるモニター用の窓部１６２が取り付けられている。観察部１６０の下端部は上部電極１５０の貫通孔１６４に嵌入されている。
観察部１６０には，光学装置１７０が接続されている。光学装置１７０は，観察部１６０に，集光レンズ１７２を介して光ファイバ１７４により連結されている。光ファイバ１７４の基端側は２つに分岐し，一方には光源１７６が接続され，他方にはポリクロメータ１７８が接続されている。ポリクロメータ１７８には演算部１８０が接続されている。演算部１８０は，例えばポリクロメータ１７８を介して受光した反射光の光強度を基準化して監視する。なお，反射光強度の基準化についての具体例は後述する。
光源１７６としては，白色光を照射できるものを用いる。このような光源としては，例えばキセノンランプやタングステンランプ等が挙げられる。また，ポリクロメータ１７８を介して受光する反射光としては，少なくとも窓部１６２に堆積する堆積物の膜厚を測定できる波長の光であることが好ましい。例えば堆積物が炭素原子Ｃとフッ素原子Ｆを含むＣＦ系膜の場合には２００ｎｍ〜３００ｎｍ波長（例えば２２９ｎｍ）の反射光を受光することが好ましい。
プラズマ処理装置１００の各構成部は，制御部（全体制御装置）１９０に接続されて制御される構成となっている。また，制御部１９０には，工程管理者などがプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや，プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる操作部１９２が接続されている。
さらに，制御部１９０には，プラズマ処理装置１００の各部を制御して各種処理を実行するためのプログラムやプログラムを実行するために必要なレシピデータなどが記憶された記憶部１９４が接続されている。
記憶部１９４には，例えばウエハＷの堆積処理，エッチング処理などのプロセス処理を実行させるための処理レシピ，クリーニングを実行させるための処理レシピなどが記憶されている。処理レシピは，プラズマ処理装置１００の各部を制御する制御パラメータ，設定パラメータなどの複数のパラメータ値をまとめたものであり，例えばプロセス処理レシピは，処理ガスの流量比，処理室内圧力，第１高周波，第２高周波の各高周波電力などのパラメータ値を有する。その他，記憶部１９４には本実施形態における堆積処理の終了時間を算出するために用いるデータも予め記憶されている。
なお，これらの処理レシピはハードディスクや半導体メモリーに記憶されていてもよく，また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記憶部１９４の所定位置にセットするようになっていてもよい。
制御部１９０は，操作部１９２からの指示等に基づいて所望のレシピを記憶部１９４から読み出して各部を制御することで，プラズマ処理装置１００での所望の処理を実行する。また，操作部１９２からの操作によりレシピを編集できるようになっている。
このような構成のプラズマ処理装置１００により行われるウエハＷの処理について図面を参照しながら説明する。ここでは，例えば図２に示すような膜構造２００を有するウエハＷに対してエッチング処理を実行することで，図３に示すような被エッチング膜２３０にトレンチのパターンを形成する場合を例に挙げる。図２に示す膜構造２００は，シリコン（Ｓｉ）基材２１０上に酸化膜２２０，被エッチング膜２３０，反射防止膜２４０，レジストパターン２５０が積層して構成される。レジストパターン２５０にはトレンチを形成するための開口部２６０がパターニングされている。
このようなウエハＷ上の被エッチング膜２３０をエッチングする場合には，先ず反射防止膜２４０をレジストパターン２５０をマスクとしてエッチングし，続いて被エッチング膜２３０をエッチングし，最後に残った反射防止膜２４０とレジストパターン２５０とを除去することにより，図３に示すようなトレンチを形成することができる。
このとき，ウエハＷの膜構造２００に対してそのままエッチング処理を行うと，例えばレジストパターンの開口寸法が広がったり，被エッチング膜の凹部の側壁のエッチングが進みすぎてホールやトレンチの微小寸法（例えばホールの径やトレンチの線幅）が目標値とずれてしまったりして，設計通りのデバイス特性が得られないという問題がある。
このため，本実施形態では，エッチング処理を行う前に，レジストパターン２５０に堆積物を堆積させる堆積処理を行うことによってレジストパターン２５０の開口寸法を小さくしておき，その後にエッチング処理に移るようにする。本実施形態では，複数（例えば１ロット２５枚分）のウエハＷに対して，１枚ずつ堆積処理とエッチング処理とを連続して行う。
ところで，この場合，各ウエハＷの堆積処理を同じ時間だけ行ったとしても，そのウエハＷを処理する際の処理室１１０内のコンディションなどにより，ウエハＷ上への堆積の進行度合いが微妙に変わるので，それによってレジストパターンの開口寸法にもばらつきが生じる。このため，エッチング後に形成されるトレンチのＣＤ値（線幅寸法）に数ｎｍ程度の僅かなばらつきが生じる場合がある。
このような微小寸法のばらつきをなくすには，堆積処理中に光学装置１７０により窓部１６２を介して光を照射しその反射光を監視することで，ウエハＷ上の堆積物の膜厚を監視することができれば，それに応じて堆積処理の時間を調整することができる。ところが，実際には堆積処理中にウエハＷ上の堆積物の膜厚そのものを直接監視するのは非常に困難である。というのも，堆積物はウエハＷ上だけでなく処理室１１０の内壁の内側や窓部１６２の内側にまで堆積するので，それが邪魔になって基板上からの反射光を的確に検出できないからである。
しかしながら，堆積処理中はウエハＷへの堆積が進行するに連れて，窓部１６２への堆積も進行するため，ウエハＷへの堆積と相関があるはずである。しかも，窓部１６２の堆積の進行度合いは，光学装置１７０で窓部１６２に向けて光を照射したときの反射光の変化により容易に監視できる。
本発明者らは，この点に着目して実験を重ねたところ，光学装置１７０で測定される反射光強度の時間変化率（傾き）はウエハＷの処理ごとに変化し，しかもエッチング処理後に形成されるトレンチのＣＤ変化量（ここでは線幅の変化量）との間に一定の相関があることがわかった。
ここで，その実験結果について図面を参照しながら説明する。この実験では，１ロット２５枚分のウエハＷに対して１枚ずつ，同じ終了時間で堆積処理を行った後にエッチング処理を行ってトレンチを形成し，各トレンチのＣＤ値（ここでは線幅の寸法）を測定した。図４は，ウエハＷの１枚目，２枚目，５枚目，１２枚目，２５枚目の反射光強度の時間変化をグラフにしたものである。図４では，縦軸に反射光強度をとり，横軸に処理時間をとっている。ここでの反射光強度の大きさは，堆積処理の初期段階，すなわち最初の数秒の反射光強度の平均値を１００とし，これを基準値としたときの基準値に対する反射光強度の割合を示している。
図５は，図４に示すウエハＷの１枚目，２枚目，５枚目，１２枚目，２５枚目における反射光強度の時間変化率（傾き）とエッチング処理後に形成されるトレンチのＣＤ変化量Δｄ１，Δｄ２，Δｄ５，Δｄ１２，Δｄ２５をプロットし，これらの相関関係を求めたものである。なお，図５に示すＣＤ変化量Δｄは，図３に示すようにトレンチの目標ＣＤ値をｄとし，エッチング後の実際のＣＤ値ｄ′とすると，Δｄ＝ｄ′−ｄにより求めたものである。
図４に示す実験結果によれば，反射光強度の時間変化は直線的であり，しかもその傾きは，ウエハＷの１枚目，２枚目，５枚目，１２枚目，２５枚目と処理が繰り返されるうちに傾きが徐々に大きくなる傾向があることがわかる。しかも，図５に示す実験結果によれば，反射光強度の時間変化率（傾き）とエッチング処理後に形成されるトレンチのＣＤ変化量には一定の相関があることがわかる。これは，ウエハＷの１枚目，２枚目と処理が繰り返されるに連れて徐々に処理室１１０内のコンディションなども安定していくので，最初のウエハＷに比べて後のウエハＷでは堆積物が堆積し易くなり，それに伴って堆積量も増えてレジストパターンの開口寸法が狭くなり，トレンチのＣＤ値（線幅の寸法）が増加したものと考えられる。
そこで，本実施形態においては，このような反射光強度の時間変化率（傾き）とトレンチのＣＤ変化量との相関関係に基づいて，堆積処理中に光学装置１７０で測定される反射光強度の時間変化率（傾き）から堆積処理の最適な終了時間を算出する。これにより，ウエハＷ上の堆積物の膜厚を制御することができる。これによれば，レジストパターンの開口寸法のばらつきを抑制することができ，それによりエッチング後に形成されるトレンチのＣＤ値のばらつきを抑制することができる。
（ウエハ処理の具体例）
次に，このような本実施形態における堆積処理を含むウエハ処理をプラズマ処理装置１００により実行する場合の具体例について図面を参照しながら説明する。ここでは，図２に示すような膜構造２００を有するウエハＷに対して，先ず堆積工程にてトレンチ形状の開口部２６０を有するレジストパターン２５０に堆積物２７０を堆積する堆積処理を行った上でエッチング工程を行い，最後にアッシング工程を行うことによってトレンチを形成する。
この場合の各工程における膜構造の模式図を図６Ａ〜図６Ｄに示す。図７は本実施形態の堆積工程における処理の流れの概略を示す図である。なお，ここでのウエハ処理は，制御部１９０が所定のプログラムに基づいてプラズマ処理装置１００の各部を制御することにより実行される。
（堆積工程）
先ず，処理室１１０内にウエハＷを搬入して堆積工程を実行する。堆積工程は，例えば図７に示すようにステップＳ１１０にて堆積処理を実行しながら光学装置１７０で反射光強度を監視する。具体的には，処理室内を所定の真空圧力に減圧し，処理室１１０内に堆積処理ガス（例えばＣＨ４ガス及びＣＦ４ガス）を供給する。下部電極１２０に第１高周波，第２高周波の各高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化する。こうして，堆積処理が開始され，ウエハＷ上には例えばＣとＨとからなる堆積物が堆積し始める。
このとき，光学装置１７０において窓部１６２を介して処理室１１０内に向けて光Ｌを照射してその反射光Ｌ′を受光してその反射光Ｌ′の光強度の時間変化を監視する。なお，この場合，堆積処理の初期段階，すなわち堆積処理の最初の数秒（例えば３秒〜１０秒）程度の反射光強度の平均値を求め，この平均値を基準として規格化した反射光強度を監視するようにしてもよい。例えば図４に示したように，堆積処理の最初の数秒の反射光強度の平均値を１００とし，これを基準値としたときの基準値に対する反射光強度の割合を規格化した反射光強度としてもよい。これにより，光源１７６の発光強度の経時変化などの影響を受けることなく，反射光強度の変化を監視することができる。
次いでステップＳ１２０にて反射光強度の時間変化率（傾き）を測定する。反射光強度は，例えば図４に示すように堆積処理の処理時間の経過に伴い直線的に減少する。これは堆積処理が進むに連れて窓部１６２にも堆積物が徐々に堆積していくからである。従って，例えば所定時間（例えば数秒〜十数秒）の間の反射光強度の時間変化量から反射光強度の時間変化率（傾き）を測定できる。
続いてステップＳ１３０にて反射光強度の時間変化率（傾き）の測定値に基づいて堆積処理の終了時間を算出する。ここでは，図５に示すように予め設定された設定時間で複数枚のウエハＷに対して堆積処理を含む一連の処理を行った場合の反射光強度の時間変化率とＣＤ変化量との相関関係を求めて記憶部１９４に予め記憶しておき，この相関関係を用いて終了時間を算出する。具体的にはいずれかのウエハＷを基準としてそのウエハＷのＣＤ値を目標値にするための調整時間を基準調整時間とし，この基準調整時間から１秒当たりのＣＤ変化量を求め，これに基づいて他のウエハＷについての反射光強度の時間変化率（傾き）に応じた調整時間を算出し，設定時間に調整時間を加えて終了時間とする。
ここでは，最もＣＤ変化量が大きい２５枚目のウエハＷを基準とし，その基準調整時間を３０秒とした場合の終了時間の算出例を図８に示す。ここでの基準調整時間は３０秒であるので１秒当たりのＣＤ変化量（＝２．２７／３０）は約０．０７５となる。従って，例えば１２枚目のウエハＷの調整時間は，２５枚目のウエハＷと１２枚目のウエハＷの反射光強度の時間変化率（傾き）の差（＝０．０３）を１秒当たりのＣＤ変化量（＝０．０７５）で割り算し，これに基準調整時間３０秒を加えた３０．４秒がそのウエハＷの調整時間となる。従って，これに設定時間を加えることにより終了時間が求まる。なお，堆積処理の終了時間の求め方は上述した方法に限られるものではない。
そして，ステップＳ１４０にて上述したように算出した終了時間で堆積処理を終了する。これにより，例えば図６Ａに示すようにウエハＷ上に堆積物２７０が適切な膜厚で堆積する。堆積物２７０はレジストパターン２５０の上部のみならず，その開口部２６０の側壁や反射防止膜２４０が露出する底部まで適切な膜厚で堆積する。これにより，レジストパターン２５０の開口部２６０を調整することによって，凸部の寸法を調整することができる。
（エッチング工程）
次に，このように堆積物２７０が堆積した状態でエッチング工程を連続して行う。ここでのエッチング工程では，先ずレジストパターン２５０をマスクとして反射防止膜２４０をエッチング処理し，その後に被エッチング膜２３０をエッチング処理する。反射防止膜２４０のエッチング処理では，処理室１１０内の圧力を調整してエッチング処理ガスとして例えばＣＦ４ガスを供給し，下部電極１２０に第１高周波，第２高周波の各高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化する。このプラズマにより，反射防止膜２４０がエッチングされる。この反射防止膜２４０は，レジストパターン２５０と堆積物２７０と同様の有機系膜であるため，反射防止膜２４０のエッチングを行うと，レジストパターン２５０と堆積物２７０の露出部分もエッチングされて，例えば図６Ｂに示すようにレジストパターン２５０の凸部の寸法はｄまで減少する。
続いて，被エッチング膜２３０のエッチング処理では，被エッチング膜２３０が例えばＳｉＮ膜の場合には，エッチング処理ガスとして例えばＣＨＦ３ガス，ＣＦ４ガス，及びＡｒガスの混合ガスを供給し，下部電極１２０に第１高周波，第２高周波の各高周波電力を印加して処理ガスのプラズマを形成する。このプラズマにより，図６Ｃに示すように被エッチング膜２３０がエッチングされ，トレンチが形成される。
なお，エッチング工程が終了すると，アッシング工程を行って，残りのレジストパターン２５０と反射防止膜２４０をすべて除去することにより，図６Ｄに示すように所望のＣＤ値（線幅ｄ）のトレンチが形成される。
このように，本実施形態では，堆積工程においてウエハＷ上に堆積する堆積物２７０の量を間接的に監視して堆積処理の終了時間を調整することで，各ウエハＷの堆積処理ごとに堆積物２７０の堆積量のばらつきを抑えることができる。これにより，エッチング後に形成されるトレンチのＣＤ変化量のばらつきを抑えることができるので，各ウエハＷに対して設計通りのトレンチを形成できる。
また，本実施形態では，反射防止膜２４０のエッチングによりレジストパターン２５０の開口部２６０の減少量の分だけ堆積物２７０を堆積させることにより，設計通りのＣＤ値のトレンチを形成する場合を例に挙げて説明したが，必ずしもこれに限定されるものではない。例えば図２に示す膜構造２００を有するウエハＷにおいて，レジストパターン２５０の開口部２６０が所定寸法だけ狭くなるように堆積物２７０を堆積させることにより，より狭いトレンチのパターンを形成する場合に適用してもよい。この場合にも，各ウエハＷごとに堆積処理の終了時間を算出することによって，堆積物２７０の堆積量のばらつきを抑えることができる。これにより，エッチング後に形成されるトレンチのＣＤ変化量のばらつきを抑えることができるので，各ウエハＷに対して設計通りのトレンチを形成できる。
また，ウエハＷ上にトレンチを形成する代わりに，ホールを形成する場合に本発明を適用してもよい。ここで，図２に示す膜構造２００においてレジストパターン２５０の開口部２６０をホール形状にした場合のウエハＷに一連の処理を施す場合を例に挙げて図面を参照しながら説明する。図９Ａ〜図９Ｄは，ウエハＷ上にホールを形成する場合の各工程における膜構造の模式図を示す。図９Ａは堆積工程後の膜構造であり，図６Ａに対応する。図９Ｂは反射防止膜２４０をエッチング処理した後の膜構造であり，図６Ｂに対応する。図９Ｃは被エッチング膜２３０をエッチング処理した後の膜構造であり，図６Ｃに対応する。図９Ｄは，アッシング処理後の膜構造であり，図６Ｄに対応する。
これによれば，先ず上述した図７に示す堆積処理を実行することで，膜厚の厚い堆積物２７０を堆積させる。この場合には図９Ｂに示すように反射防止膜２４０のエッチング後でも堆積物２７０の一部が残るため，レジストパターン２５０の開口部２６０の寸法よりも小さくすることができる。このため，レジストパターン２５０の開口部２６０の寸法よりも小さい寸法ｄをホールの目標ＣＤ値とすることができる。この状態で被エッチング膜２３０をエッチング処理することによって，図９Ｃに示すようにより狭い開口部２６０によりエッチングを進行させることができるので，図９Ｄに示すようにホールのＣＤ値（ホール径）を小さくすることができる。これにより，レジストパターン２５０の開口部の径よりも狭いホールを形成できる。
また，この場合にも，各ウエハＷごとに堆積処理の終了時間を算出することによって，堆積物２７０の堆積量のばらつきを抑えることができる。これにより，エッチング後に形成されるホールのＣＤ変化量のばらつきを抑えることができるので，各ウエハＷに対して設計通りのホールを形成できる。また，本実施形態によればレジストパターン２５０の開口部２６０の寸法をより高い精度で制御できるので，上記具体例のようにレジストパターン２５０の開口部２６０よりも小さい寸法ｄを目標ＣＤ値とする場合には設計通りのホール形状をより高い精度で形成できる点で効果が大きい。
なお，上記実施形態にかかる堆積処理では，ウエハ上のレジストパターンに堆積物を堆積させる場合を例に挙げて説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，堆積処理はウエハＷに所定の膜厚で薄膜を堆積させる成膜処理であってもよい。また，本実施形態では被エッチング膜がＳｉＮ膜の場合を例に挙げて説明したが，これに限られるものではない。例えばレジストパターン２５０をマスクとしてエッチングする薄膜であればどのような被エッチング膜２３０に適用してもよい。被エッチング膜２３０としては例えば酸化膜，ＴＥＯＳ膜，Ｔｉ膜，ＴｉＮ膜などなどが挙げられる。
また，上述した実施形態の機能を実現するソフトウエアのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体をシステムあるいは装置に供給し，そのシステムあるいは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体等の媒体に記憶されたプログラムを読み出して実行することによっても，本発明が達成され得る。
この場合，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラム自体が上述した実施形態の機能を実現することになり，そのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体は本発明を構成することになる。プログラムを供給するための記憶媒体等の媒体としては，例えば，フロッピー（登録商標）ディスク，ハードディスク，光ディスク，光磁気ディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ＋ＲＷ，磁気テープ，不揮発性のメモリカード，ＲＯＭなどが挙げられる。また，媒体に対してプログラムを，ネットワークを介してダウンロードして提供することも可能である。
なお，コンピュータが読み出したプログラムを実行することにより，上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく，そのプログラムの指示に基づき，コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部又は全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。
さらに，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラムが，コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後，そのプログラムの指示に基づき，その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば上記実施形態では基板処理装置として，下部電極のみに２種類の高周波電力を重畳して印加してプラズマを生起させるタイプのプラズマ処理装置を例に挙げて説明したが，これに限定されるものではなく，別のタイプ例えば下部電極のみに１種類の高周波電力を印加するタイプや２種類の高周波電力を上部電極と下部電極にそれぞれ印加するタイプのプラズマ処理装置に適用してもよい。さらに，本発明を適用可能な基板処理装置としては，プラズマ処理装置に限定されることはなく，成膜処理を行う熱処理装置に適用してもよい。
本発明は，例えば半導体ウエハ，ＦＰＤ基板などの基板上に薄膜を堆積させる堆積処理を行う基板処理方法，基板処理装置，記憶媒体に適用可能である。
本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置を示す断面図である。 エッチング処理前のウエハの膜構造の具体例を示す図である。 エッチング処理後のウエハの膜構造の具体例を示す図である。 各ウエハに堆積処理を実行したときの反射光強度の時間変化を示す図である。 図４に示す各ウエハにおけるエッチング後の目標ＣＤ値に対するＣＤ変化量と反射光強度の時間変化率（傾き）との相関を示す図である。 ウエハ上の被エッチング膜にトレンチを形成する際の堆積工程後の膜構造を示す図である。 図６Ａに示す膜構造に対して反射防止膜のエッチング処理を行った後の膜構造を示す図である。 図６Ｂに示す膜構造に対して被エッチング膜のエッチング処理を行った後の膜構造を示す図である。 図６Ｃに示す膜構造に対してアッシングを行った後の膜構造を示す図である。 本実施形態にかかる堆積処理の流れを示す図である。 本実施形態において堆積処理の終了時間の算出方法を説明するために具体例を表にまとめた図である。 ウエハ上の被エッチング膜にホールを形成する際の堆積工程後の膜構造を示す図である。 図９Ａに示す膜構造に対して反射防止膜のエッチング処理を行った後の膜構造を示す図である。 図９Ｂに示す膜構造に対して被エッチング膜のエッチング処理を行った後の膜構造を示す図である。 図９Ｃに示す膜構造に対してアッシングを行った後の膜構造を示す図である。
符号の説明
１００ プラズマ処理装置
１１０ 処理室
１２０ 下部電極
１２２ 絶縁部材
１３０ 電力供給装置
１３２ 第１高周波電力供給機構
１３４ 第１フィルタ
１３６ 第１整合器
１３８ 第１電源
１４２ 第２高周波電力供給機構
１４４ 第２フィルタ
１４６ 第２整合器
１４８ 第２電源
１５０ 上部電極
１５２ ガス供給部
１５４ 排気部
１６０ 観察部
１６２ 窓部
１６４ 貫通孔
１７０ 光学装置
１７２ 集光レンズ
１７４ 光ファイバ
１７６ 光源
１７８ ポリクロメータ
１８０ 演算部
１９０ 制御部
１９２ 操作部
１９４ 記憶部
２００ 膜構造
２１０ シリコン基材
２２０ 酸化膜
２３０ 被エッチング膜
２４０ 反射防止膜
２５０ レジストパターン
２６０ 開口部
２７０ 堆積物
Ｗ ウエハ

Claims (5)

  1. 減圧可能に構成され，上部電極と下部電極が対向して配置された処理室内において，前記電極間に高周波電力を印加して所定のガスのプラズマを生起することで前記下部電極上に載置された基板上に所定の処理を施す基板処理方法であって，
    前記処理室内を減圧し，所定のガスを導入してプラズマを生起し，前記基板上に薄膜を堆積させる堆積処理を実行するステップと，
    前記堆積処理を実行しながら，前記処理室に設けられたモニタ用の窓部を介してその窓部を透過する光を前記処理室内に向けて照射し，その反射光を前記窓部を介して受光してその反射光強度を監視するステップと，
    前記堆積処理中の前記反射光強度の時間変化率を測定し，その測定値に応じて前記堆積処理の終了時間を算出するステップと，
    前記終了時間を終点として前記堆積処理を終了させるステップと，を有し，
    前記堆積処理は，前記基板に形成された被エッチング膜をマスクするレジストパターンに堆積物を堆積させる処理であり，前記堆積処理の終了時間は，前記反射光強度の時間変化率と前記被エッチング膜のエッチング処理後に形成される構造の微小寸法の変化量との相関関係に基づいて算出することを特徴とする基板処理方法。
  2. 前記堆積処理を前記終了時間で終了した後，前記被エッチング膜のエッチング処理を連続して実行することを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記反射光強度を監視するステップは，前記堆積処理の初期段階の反射光強度を基準として規格化した反射光強度を監視することを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理方法。
  4. 減圧可能に構成され，上部電極と下部電極が対向して配置された処理室内において，前記電極間に高周波電力を印加して所定のガスのプラズマを生起することで前記下部電極上に載置された基板上に所定の処理を施す基板処理装置であって，
    前記下部電極に所定の高周波電力を印加する電力供給装置と，
    前記処理室内に所定のガスを供給するガス供給部と，
    前記処理室内を排気して所定の圧力に減圧する排気部と，
    前記処理室内に設けられたモニタ用の窓部と，
    前記窓部を介してその窓部を透過する光を前記処理室内に向けて照射し，その反射光を前記窓部を介して受光してその反射光強度を監視する光学装置と，
    前記排気部により前記処理室内を減圧し，前記ガス供給部から所定のガスを供給し，前記電力供給装置から前記下部電極に所定の高周波電力を印加することで前記ガスのプラズマを生起して前記基板上に薄膜を堆積させる堆積処理を実行し，その堆積処理中に前記光学装置で監視された前記反射光強度の時間変化率を測定し，その測定値に応じて前記堆積処理の終了時間を算出する制御部と，を備え，
    前記堆積処理は，前記基板に形成された被エッチング膜をマスクするレジストパターンに堆積物を堆積させる処理であり，前記堆積処理の終了時間は，前記反射光強度の時間変化率と前記被エッチング膜のエッチング処理後に形成される構造の微小寸法の変化量との相関関係に基づいて算出することを特徴とする基板処理装置。
  5. 減圧可能に構成され，上部電極と下部電極が対向して配置された処理室内において，前記電極間に高周波電力を印加して所定のガスのプラズマを生起することで前記下部電極上に載置された基板に所定の処理を施す基板処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータ読取り可能な記憶媒体であって，
    前記処理室内を減圧し，所定のガスを導入してプラズマを生起し，前記基板上に薄膜を堆積させる堆積処理を実行するステップと，
    前記堆積処理を実行しながら，前記処理室に設けられたモニタ用の窓部を介してその窓部を透過する光を前記処理室内に向けて照射し，その反射光を前記窓部を介して受光してその反射光強度を監視するステップと，
    前記堆積処理中の前記反射光強度の時間変化率を測定し，その測定値に応じて前記堆積処理の終了時間を算出するステップと，
    前記終了時間を終点として前記堆積処理を終了させるステップと，を有し，
    前記堆積処理は，前記基板に形成された被エッチング膜をマスクするレジストパターンに堆積物を堆積させる処理であり，前記堆積処理の終了時間は，前記反射光強度の時間変化率と前記被エッチング膜のエッチング処理後に形成される構造の微小寸法の変化量との相関関係に基づいて算出することを特徴とする記憶媒体。
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