JP5357710B2 - 基板処理方法，基板処理装置，プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

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ステップ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，エッチング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例えばＣＨＦ系などの処理ガスを供給してレジストパターンに堆積物を堆積させる堆積ステップを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１，２参照）。

特開２００７−１９４２８４号公報 特開２００７−２７３８６６号公報

ところで，上述した堆積ステップにおいてレジストパターンの開口部の側壁に堆積物を満遍なく良好に堆積させるためにはラジカル密度を高くすればよい。そのためには処理室内の圧力を例えば１００ｍＴｏｒｒ以上に高くして処理ガスを供給することが望ましい。

しかしながら，堆積ステップで処理室内の圧力を高くするほど，エッチング後に形成されたパターンの微小寸法には基板面内で堆積度合いにばらつきが生じることがわかってきた。これは，処理室内の圧力を高くするほど処理ガスの解離が進行し易くなるので，基板の径方向で処理ガスの解離度に差が生じて，基板面内で堆積度合いのばらつきが生じることが主な要因と考えられる。このような微小寸法のばらつきはｎｍオーダー程度ではあるが，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。

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，処理室内の圧力を高くしても，基板面内における堆積度合いのばらつきを効果的に抑制できる基板処理装置等を提供することにある。

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に対して所定の処理を施す基板処理方法であって，被エッチング膜上に形成された反射防止膜上に，複数の開口部を有するレジストパターンが形成された前記基板に対して，前記被エッチング膜をエッチングする前に前記レジストパターンの各開口部の側壁に堆積物を堆積させるステップを有し，前記堆積ステップは，前記処理室内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ以上にし，ＣＨＦ系ガスを１０００ｓｃｃｍ以上導入してプラズマを生起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に対して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，被エッチング膜上に形成された反射防止膜上に，複数の開口部を有するレジストパターンが形成された前記基板に対して，前記被エッチング膜をエッチングする前に前記レジストパターンの各開口部の側壁に堆積物を堆積させるステップを実行する制御部を備え，前記制御部は，前記堆積ステップにおいて前記処理室内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ以上にし，ＣＨＦ系ガスを１０００ｓｃｃｍ以上導入してプラズマを生起することを特徴とす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，上記堆積ステップを実行するプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

また，上記堆積ステップにおいてＣＨＦ系ガスは例えばＣＨＦ_３ガスである。この場合のＣＨＦ_３ガスの流量は，１５００ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。上記堆積ステップにおける前記処理室内の圧力は，１５０ｍＴｏｒｒ以上であることが好ましい。上記堆積ステップにおける前記処理ガスのレジデンスタイムは０．１秒以下であることが好ましい。また，上記基板の被エッチング膜と反射防止膜との間には，下層レジスト膜が形成されていてもよい。

なお，本明細書中１ｍＴｏｒｒは（１０^−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ，１ｓｃｃｍは（１０^−６／６０）ｍ^３／ｓｅｃとする。

本発明によれば，エッチングに先立って行われる堆積ステップにおいて，処理ガスの流量を従来以上に大きく増加することで，処理室内の圧力を高くしても，基板面内における堆積度合いのばらつきを効果的に抑制できる。これにより，レジストパターンの開口の側壁に満遍なく堆積物を堆積させつつ，基板面内における堆積度合いの均一性を向上させることができる。

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。 エッチング後のウエハの膜構造の具体例を示す図である。 処理ガスのガス流量とガス解離率との関係を示す図である。 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ステップ後の膜構造を示す図である。 図５Ａに示す膜構造に対して反射防止膜のエッチングを行った後の膜構造を示す図である。 図５Ｂに示す膜構造に対して被エッチング膜のエッチングを行った後の膜構造を示す図である。 図５Ｃ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ステップの流れを示す図である。 本実施形態にかかる堆積ステップにおいて処理ガスの流量を変えてウエハ面内のデポジションレートを測定した実験結果を示す図である。 図７において処理ガス流量を２００ｓｃｃｍとした場合のウエハＷのセンタ部とエッジ部における開口部を比較した図である。 図７において処理ガス流量を１０００ｓｃｃｍとした場合のウエハＷのセンタ部とエッジ部における開口部を比較した図である。 図７において処理ガス流量を１５００ｓｃｃｍとした場合のウエハＷのセンタ部とエッジ部における開口部を比較した図である。 図７において処理ガス流量を３０００ｓｃｃｍとした場合のウエハＷのセンタ部とエッジ部における開口部を比較した図である。 ウエハのセンタ部とエッジ部の溝幅ＣＤ及びその寸法差ΔＣＤと，処理ガスの流量との関係を示す図であり，トレンチの線幅と溝幅の割合が１：１の密のレジストパターンのウエハを用いた場合である。 ウエハのセンタ部とエッジ部の溝幅ＣＤ及びその寸法差ΔＣＤと，処理ガスの流量との関係を示す図であり，トレンチの線幅と溝幅の割合が１：２の密のレジストパターンのウエハを用いた場合である。 ウエハのセンタ部とエッジ部の溝幅ＣＤ及びその寸法差ΔＣＤと，処理ガスの流量との関係を示す図であり，トレンチの線幅と溝幅の割合が１：３の密のレジストパターンのウエハを用いた場合である。 ウエハのセンタ部とエッジ部の溝幅ＣＤ及びその寸法差ΔＣＤと，処理ガスの流量との関係を示す図であり，トレンチの線幅と溝幅の割合が粗のレジストパターンのウエハを用いた場合である。 堆積ステップにおいて処理室内圧力を変えてウエハのセンタ部において開口部のトップ部とボトム部の溝幅ＣＤを測定した実験結果を示す図である。 図１０における開口部のトップ部とボトム部の溝幅ＣＤをグラフにした図である。 本実施形態を適用可能な他のウエハの層構造の具体例を示す図である。

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１３．５６ＭＨｚ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は例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属から成る円筒形状に成形された処理容器を有する処理室（チャンバ）１０２を備える。処理室１０２は接地されている。処理室１０２内には，基板例えば半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」とも称する。）Ｗを載置する載置台を兼ねた円板状の下部電極（サセプタ）１１０と，下部電極１１０に対向して配設され，処理ガスやパージガスなどを導入するシャワーヘッドを兼ねた上部電極１２０とを備える。

下部電極１１０は例えばアルミニウムからなる。下部電極１１０は処理室１０２の底部から垂直上方に延びる筒状部１０４に絶縁性の筒状保持部１０６を介して保持されている。下部電極１１０の上面には，ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック１１２が設けられている。静電チャック１１２は例えば導電膜からなる静電チャック電極１１４を絶縁膜内に挟み込んで構成される。静電チャック電極１１４には直流電源１１５が電気的に接続されている。この静電チャック１１２によれば，直流電源１１５からの直流電圧により，クーロン力でウエハＷを静電チャック１１２上に吸着保持することができる。

下部電極１１０の内部には冷却機構が設けられている。この冷却機構は，例えば下部電極１１０内の円周方向に延在する冷媒室１１６に，図示しないチラーユニットからの所定温度の冷媒（例えば冷却水）を配管を介して循環供給するように構成される。冷媒の温度によって静電チャック１１２上のウエハＷの処理温度を制御できる。

下部電極１１０と静電チャック１１２には伝熱ガス供給ライン１１８がウエハＷの裏面に向けて配設されている。伝熱ガス供給ライン１１８には例えばＨｅガスなどの伝熱ガス（バックガス）が導入され，静電チャック１１２の上面とウエハＷの裏面との間に供給される。これにより，下部電極１１０とウエハＷとの間の熱伝達が促進される。下部電極１１０上に載置されたウエハＷの周囲を囲むようにフォーカスリング１１９配置されている。フォーカスリング１１９は，例えば石英やシリコンからなり，筒状保持部１０６の上面に設けられている。

上部電極１２０は処理室１０２の天井部に設けられている。上部電極１２０は接地されている。上部電極１２０には処理室１０２内での処理に必要なガスを供給する処理ガス供給部１２２が配管１２３を介して接続されている。処理ガス供給部１２２は，例えば処理室１０２内でのウエハのプロセス処理や処理室１０２内のクリーニング処理などに必要な処理ガスやパージガスなどを供給するガス供給源，ガス供給源からのガスの導入を制御するバルブ及びマスフローコントローラにより構成される。

上部電極１２０には多数のガス通気孔１２５を有する下面の電極板１２４と，この電極板１２４を着脱可能に支持する電極支持体１２６とを有する。電極支持体１２６の内部にバッファ室１２７が設けられている。このバッファ室１２７のガス導入口１２８には上記処理ガス供給部１２２の配管１２３が接続されている。

図１では説明を簡単にするため，ガス供給部１２２を一系統のガスラインで表現しているが，ガス供給部１２２は単一のガス種の処理ガスを供給する場合に限られるものではなく，複数のガス種を処理ガスとして供給するものであってもよい。この場合には，複数のガス供給源を設けて複数系統のガスラインで構成し，各ガスラインにマスフローコントローラを設けてもよい。

このようなガス供給部１２２により処理室１０２内に供給する処理ガスとしては，例えば酸化膜のエッチングでは，Ｃｌなどを含むハロゲン系ガスが用いられる。具体的にはＳｉＯ_２膜などのシリコン酸化膜をエッチングする場合には，ＣＨＦ_３ガスなどが処理ガスとして用いられる。ＨｆＯ_２，ＨｆＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２，ＺｒＳｉＯ_４などの高誘電体薄膜をエッチングする場合には，ＢＣｌ_３ガスを処理ガスとしたり，ＢＣｌ_３ガスとＯ_２ガスとの混合ガスを処理ガスとして用いられる。ポリシリコン膜をエッチングする場合には，ＨＢｒガスとＯ_２ガスの混合ガスなどが処理ガスとして用いられる。

また，エッチング前に行う後述の堆積ステップではその処理ガスとしてＣＨＦ系ガスが用いられる。本実施形態にかかる堆積ステップでは例えばＣＨＦ_３ガスが用いられる。

処理室１０２の側壁と筒状部１０４との間には排気路１３０が形成され，この排気路１３０の入口または途中に環状のバッフル板１３２が取り付けられるとともに，排気路１３０の底部に排気口１３４が設けられている。この排気口１３４には排気管を介して排気部１３６が接続されている。排気部１３６は，例えば真空ポンプを備え，処理室１０２内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。また，処理室１０２の側壁には，ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ１０８が取り付けられている。

下部電極１１０には，２周波重畳電力を供給する電力供給装置１４０が接続されている。電力供給装置１４０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１４２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１５２から構成されている。

第１高周波電力供給機構１４２は，下部電極１１０側から順次接続される第１フィルタ１４４，第１整合器１４６，第１電源１４８を有している。第１フィルタ１４４は，第２周波数の電力成分が第１整合器１４６側に侵入することを防止する。第１整合器１４６は，第１高周波電力成分をマッチングさせる。

第２高周波電力供給機構１５２は，下部電極１１０側から順次接続される第２フィルタ１５４，第２整合器１５６，第２電源１５８を有している。第２フィルタ１５４は，第１周波数の電力成分が第２整合器１５６側に侵入することを防止する。第２整合器１５６は，第２高周波電力成分をマッチングさせる。

処理室１０２にはその周囲を囲むように磁場形成部１７０が配設されている。磁場形成部１７０は，処理室１０２の周囲に沿って上下に離間して配置された上部マグネットリング１７２と下部マグネットリング１７４を備え，処理室１０２内にプラズマ処理空間を囲むカスプ磁場を発生させる。なお，磁場形成部１７０は必ずしも設けなくてもよい。

プラズマ処理装置１００には，制御部（全体制御装置）１６０が接続されており，この制御部１６０によってプラズマ処理装置１００の各部が制御されるようになっている。また，制御部１６０には，オペレータ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１６２が接続されている。

さらに，制御部１６０には，プラズマ処理装置１００で実行される各種処理（ウエハＷに対するプラズマ処理など）を制御部１６０の制御にて実現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処理条件（レシピ）などが記憶された記憶部１６４が接続されている。

記憶部１６４には，例えば複数の処理条件（レシピ）が記憶されている。各処理条件は，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る。各処理条件は例えば処理ガスの流量比，処理室内圧力，高周波電力などのパラメータ値を有する。

なお，これらのプログラムや処理条件はハードディスクや半導体メモリ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１６４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１６０は，操作部１６２からの指示等に基づいて所望のプログラム，処理条件を記憶部１６４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１６２からの操作により処理条件を編集できるようになっている。

（プラズマ処理装置の動作）
次に，プラズマ処理装置１００の動作について説明する。例えばウエハＷに対してプラズマ処理を行う場合には，図示しない搬送アームによって未処理ウエハＷを処理室１０２にゲートバルブ１０８から搬入する。ウエハＷが下部電極１１０上，すなわち静電チャック１１２上に載置されると，直流電源１１５をオンしてウエハＷを静電チャック１１２に吸着保持し，プラズマ処理を開始する。

プラズマ処理は，予め設定された処理条件（レシピ）に基づいて実行される。具体的には処理室１０２内が所定の圧力に減圧され，上部電極１２０から所定の処理ガスを所定の流量および流量比で処理室１０２内に導入される。

この状態で，下部電極１１０に，第１電源１４８から第１高周波として１０ＭＨｚ以上，例えば１００ＭＨｚを供給し，第２電源１５８から第２高周波として２ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ未満，例えば３ＭＨｚの第２の高周波電力を供給する。これにより，第１高周波の働きで下部電極１１０と上部電極１２０との間に処理ガスのプラズマが発生するとともに，第２高周波の働きで下部電極１１０にセルフバイアス電圧（−Ｖｄｃ）が発生し，ウエハＷに対してプラズマ処理を実行することができる。このように，下部電極１１０に第１高周波および第２高周波を供給してこれらを重畳させることにより，プラズマを適切に制御して良好なプラズマ処理を行うことができる。

プラズマ処理が終了すると，直流電源１１５をオフして静電チャック１１２の吸着保持力を除去し，図示しない搬送アームによってウエハＷをゲートバルブ１０８から搬出する。

（ウエハのプラズマ処理）
次に，ウエハＷに対するプラズマ処理について図面を参照しながらより具体的に説明する。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や溝幅）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。図３は，トレンチの線幅ｄ’が目標値ｄより小さくなってしまった例である。

このため，本実施形態では，エッチングを行う前に，レジストパターン２５０に堆積物を堆積させる堆積ステップ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に移るようにする。この堆積ステップでは，例えば所定圧力にした処理室１０２内にＣＨＦ系ガスなどの処理ガスを供給してプラズマを発生させる。

ところで，このような堆積ステップにおいてレジストパターンに堆積物を良好に堆積させるためにはプリカーサであるラジカルの密度を高くすればよい。そのためには処理室１０２内の圧力を高くして処理ガスを供給することが望ましい。

しかしながら，堆積ステップで処理室１０２内の圧力を高くするほど，エッチング後に形成されるトレンチの線幅又は溝幅の微小寸法（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）にｎｍオーダー程度の僅かなばらつきが生じることがわかってきた。

そこで，発明者は様々な実験を行ってみたところ，処理ガスの流量を増大することで，ウエハ面内の堆積度合いのばらつきを大幅に抑制できることを見出した。これは，処理ガスの流量を増大することでウエハ径方向における処理ガスの解離度の差を抑制できるのでウエハ面内の堆積度合いのばらつきを抑制できると推察できる。

すなわち，処理室１０２内の圧力が高いほど処理ガスの解離が進行しすぎてウエハの径方向の解離度に差が生じるため，ウエハ面内に堆積度合いのばらつきが生じやすい。これに対して，処理ガスの流量を増大することでウエハの径方向の解離度の差を抑制することでウエハ面内に生じる堆積度合いのばらつきを抑制できると考えられる。

この点を処理ガスの流量と解離度との関係を用いてより具体的に説明する。一般にガス流量とガス解離度との関係は，横軸にガス流量の逆数をとり，縦軸に解離度の百分率をとると，図４に示すような曲線になる。図４において，黒丸はウエハ面内のセンタ部（中央部）での解離度であり，白四角はエッジ部（周縁部）の解離度である。

図４に示す傾向を大局的に見れば，曲線の領域Ｂに示すように処理ガスの流量が少ないほどガス解離率も大きくなる傾向にある。ところが，その領域Ｂよりも処理ガスの流量をさらに増大すると，ガス解離率がほとんど変化しない領域Ａがある。

ウエハＷの面内位置（ここではセンタ部とエッジ部）によってはガスの解離の種類も若干変わるので図４に示す曲線上の位置も若干ずれることになる。このため，例えば従来のようにガス流量が２００ｓｃｃｍ程度の場合には領域Ｂになるので，この領域Ｂで堆積ステップを行うとウエハ面内のセンタ部（黒丸）とエッジ部（白四角）の解離度には差が生じる。

これに対して，例えばガス流量を１０００ｓｃｃｍ以上に増大すると領域Ａになるので，曲線上の位置がずれていても，ウエハ面内のセンタ部とエッジ部の解離度にはほとんど差が生じなくなる。このため，ガス流量を増大することで，ウエハ面内に堆積度合いのばらつきも抑制されると考えられる。なお，図４に示す領域Ｃでは，ガス解離率がほとんど変化しないものの，ガス流量が少なすぎて所望量の堆積物が堆積しないためこの領域は使えない。

そこで，本実施形態では，処理ガスの流量を１０００ｓｃｃｍ以上に増大して堆積ステップを行った上でエッチングを行う。これによれば，ウエハ面内における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微小寸法（ＣＤ）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ステップ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，先ず堆積ステップ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を堆積する堆積ステップを行った上でエッチングステップを行い，最後にアッシングステップを行うことによってトレンチを形成する。

この場合の各ステップにおける膜構造の模式図を図５Ａ〜図５Ｄに示す。図６は本実施形態の堆積ステップ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１６０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。

（堆積ステップ）
先ず，処理室１０２内にウエハＷを搬入して図６に示す堆積ステップを実行する。堆積ステップでは，ステップＳ１１０にて処理室１０２内を例えば１００ｍＴｏｒｒ以上の高い圧力にする。次いでステップＳ１２０にて処理室１０２内に堆積ステップ用の処理ガス（例えばＣＨＦ_３ガス）を１０００ｓｃｃｍ以上の大流量で供給し，下部電極１１０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，堆積ステップが開始され，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。

続いてステップＳ１３０にて堆積ステップの終了時間が経過したか否かを判断する。終了時間が経過したと判断した場合は，一連の堆積ステップを終了する。これにより，例えば図５Ａ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の上部とともに，開口部２６０の側壁に堆積する。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，凹部の寸法Ｄ（又は図２に示す凸部の寸法ｄ）を調整することができる。なお，堆積ステップの終了時間は，例えば記憶部１６４に処理レシピとして記憶されているものを読み出して用いることができる。

（エッチングステップ）
次に，このように堆積物２７０が堆積した状態でエッチングステップを連続して行う。ここでのエッチングステップでは，先ず堆積物２７０をマスクとして反射防止膜２４０をエッチングし，その後に被エッチング膜２３０をエッチングする。反射防止膜２４０のエッチングでは，処理室１０２内の圧力を調整してエッチングガスとして例えばＣＨＦ_３ガスとＣＦ_３ｌガスの混合ガスを供給し，下部電極１１０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５Ｂに示すように開口部２６０の底部に被エッチング膜２３０が露出する。

なお，開口部２６０の底部に堆積物２７０が残留している場合には，それが無くなるまではＣＦ_３ｌガスの流量を減らすように流量比（ＣＨＦ_３ガス／ＣＦ_３ｌガス）を制御して，堆積物のエッチングレートを低下させるようにしてもよい。これによれば開口部２６０の底部の堆積物が無くなるまで開口部２６０の側壁に堆積物を堆積させることができるので，より開口部２６０の径を小さくすることができる。

続いて，被エッチング膜２３０のエッチングでは，被エッチング膜２３０が例えばＳｉＮ膜の場合には，エッチングガスとして例えばＣＨＦ_３ガス，ＣＦ_４ガス，及びＡｒガスの混合ガスを供給し，下部電極１１０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５Ｃ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，エッチングステップが終了すると，アッシングステップを行って，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５Ｄに示すように所望の溝幅微小寸法Ｄのトレンチが形成される。

（ガス流量を変えた実験結果）
ここで，本実施形態にかかる堆積ステップをプラズマ処理装置１００を用いて行った実験結果を図面を参照しながら説明する。ここでは，処理室１０２内の圧力を１５０ｍＴｏｒｒに固定して，ＣＨＦ_３ガスを処理ガスとしてその流量を変えてそれぞれ堆積ステップを行った。ＣＨＦ_３ガスを１０００ｓｃｃｍ以上の大流量（ここでは１０００ｓｃｃｍ，１５００ｓｃｃｍ，３０００ｓｃｃｍ）供給した場合を２００ｓｃｃｍの小流量供給した場合と比較する。

図７はそれぞれの堆積ステップ後にウエハＷの高さ方向のデポジションレートを測定してプロットしたものである。図７では，横軸にウエハ面内位置をとり，縦軸にデポジションレートをとっている。なお，その他の堆積ステップの処理条件は以下の通りである。

［堆積ステップの処理条件］
第１高周波電力：７５０Ｗ
第２高周波電力：３００Ｗ
上部電極温度：６０ｄｅｇ
側壁温度：６０ｄｅｇ
下部電極温度：４０ｄｅｇ
処理時間：６０ｓｅｃ

図７によれば，ＣＨＦ_３ガスを１０００ｓｃｃｍ以上の大流量供給した場合は，２００ｓｃｃｍの小流量供給した場合に比してデポジションレートの面内均一性が大幅に向上していることがわかる。

また，２００ｓｃｃｍ，１０００ｓｃｃｍ，１５００ｓｃｃｍ，３０００ｓｃｃｍの各実験においてウエハＷのセンタ部とエッジ部における開口部を比較したものをそれぞれ図８Ａ〜図８Ｄに示す。図８Ａ〜図８Ｄにおいて，センタ部の開口底部の溝幅微小寸法（溝幅ＣＤ）をＣ，エッジ部の開口底部の溝幅微小寸法（溝幅ＣＤ）をＥとし，その寸法差をΔＣＤ（＝Ｃ−Ｅ）とすると，ΔＣＤは，２００ｓｃｃｍの場合には１８ｎｍであるのに対して，１０００ｓｃｃｍ，１５００ｓｃｃｍ，３０００ｓｃｃｍと流量を増大していくほど，６ｎｍ，４ｎｍ，０ｎｍと大幅に減少していることがわかる。

さらに，上記と同様の実験をレジストパターンを変えて行った場合の実験結果を図９Ａ〜図９Ｄに示す。図９Ａ，図９Ｂ，図９Ｃは密のレジストパターンの場合であり，図９Ｄは粗のレジストパターンの場合である。さらに図９Ａ，図９Ｂ，図９Ｃはそれぞれ，線幅と溝幅の割合が１：１，１：２，１：３の場合である。図９Ａ〜図９Ｄはそれぞれのレジストパターンが形成されたウエハに対して上記と同様の実験を行って，横軸にＣＨＦ_３ガスの流量をとり，縦軸にセンタ部とエッジ部の溝幅ＣＤとこれらの寸法差ΔＣＤをとってグラフにしたものである。

図９Ａ〜図９Ｄによれば，すべての場合においてＣＨＦ_３ガスを１０００ｓｃｃｍ以上の大流量供給した場合は，２００ｓｃｃｍの小流量供給した場合に比してセンタ部とエッジ部の寸法差ΔＣＤが大幅に減少している。さらに，ＣＨＦ_３ガスを１０００ｓｃｃｍ以上供給した場合は，３０００ｓｃｃｍまでの範囲では流量が大きくなるほどセンタ部とエッジ部の寸法差ΔＣＤが減少する。しかも，寸法差ΔＣＤの減少する変化率はレジストパターンが密から粗になるに連れて大きくなる。

このように，本実施形態では，堆積ステップにおいて処理室１０２内の圧力を例えば１００ｍＴｏｒｒ以上の高い圧力にすることでラジカル密度を高めつつ，処理ガスを１０００ｓｃｃｍ以上の大流量で供給することでウエハ面内における堆積物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微小寸法（ＣＤ）変化量のばらつきを抑えることができるので，ウエハ面内の全域にわたって設計通りのトレンチを形成できる。

上記実験結果に鑑みれば，処理ガスがＣＨＦ_３ガスの場合にはその流量が３０００ｓｃｃｍまでの範囲では１０００ｓｃｃｍ以上にすることが好ましく，１５００ｓｃｃｍ以上にすることがより好ましい。

また，上記実験では処理室１０２内の圧力を１５０ｍＴｏｒｒに固定したが，これに限られるものではなく１５０ｍＴｏｒｒより高い圧力に設定してもよい。なお，処理室１０２内の圧力が高い方が開口部の側壁に満遍なく堆積物を堆積させることができる。

（処理室内圧力を変えた実験結果）
ここで，ＣＨＦ_３ガスの流量を固定して処理室１０２内の圧力を変えてそれぞれ堆積ステップを行った実験結果について図面を参照しながら説明する。ここでは，ＣＨＦ_３ガスの流量を少量の１００ｓｃｃｍに固定して，処理室１０２内の圧力を１５０ｍＴｏｒｒ以上（ここでは，１５０ｍＴｏｒｒ，２００ｍＴｏｒｒ，２５０ｍＴｏｒｒ）の場合を，７５ｍＴｏｒｒにした場合と比較する。

図１０はそれぞれの堆積ステップ後に開口部のトップ部とボトム部の溝幅ＣＤを測定して比較したものである。図１１はこれらの溝幅ＣＤを縦軸にとって，横軸に処理室内圧力をとってグラフにしたものである。なお，その他の堆積ステップの処理条件は上述したものと同様である。

図１０，図１１によれば，処理室１０２内の圧力が７５ｍＴｏｒｒのように低い場合には，開口部の側壁にトップ部からボトム部にかけて溝幅が小さくなるように傾斜して堆積物が堆積する。

これに対して，１５０ｍＴｏｒｒ以上の高い圧力の場合には，開口部の側壁にトップ部からボトム部にかけて溝幅がほぼ変わらず，ほぼ垂直に堆積物が堆積する。しかも，２５０ｍＴｏｒｒまでの範囲では処理室１０２内の圧力が高くなるほど，トップ部とボトム部との寸法差が小さくなることがわかる。

このように図１０，図１１に示す実験結果によれば，開口部のトップ部からボトム部の寸法差を少なくするには，処理室１０２内の圧力は１５０ｍＴｏｒｒ以上がより好ましい。なお，図１０，図１１に示す実験のようにＣＨＦ_３ガスが１００ｓｃｃｍ程度の少量の場合には，１５０ｍＴｏｒｒ以上では処理室１０２内の圧力を高くするほど開口部の底部への堆積量が増加する。

この点，ＣＨＦ_３ガスの流量を１０００ｓｃｃｍ以上に増大させると，図８Ｂ〜図８Ｄに示すように，開口部の側壁に垂直に堆積物を堆積させることができるとともに，開口部の底部に堆積物が堆積することを抑制できる。

なお，本実施形態ではウエハＷ上にトレンチのパターンを形成した場合について説明したが，トレンチの代わりに，ホールを形成する場合に本発明を適用してもよい。また，上記実施形態にかかる堆積ステップでは，被エッチング膜上にレジストパターンを形成したウエハを用いた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。例えば被エッチング膜とレジストパターンとの間に有機膜からなる下層レジスト膜を形成したウエハを用いてもよい。具体的には図１２に示すように被エッチング膜２３０の上に下層レジスト膜２５２，そのマスク２５４を形成した上に反射防止膜２４０，レジストパターン２５０を形成したウエハを用いてそのレジストパターン２５０に堆積物を堆積させてもよい。

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ＳｉＯ_２などの酸化膜，ＳｉＮなどの窒化膜，Ｓｉ膜の他，ＴＥＯＳ膜，Ｔｉ膜，ＴｉＮ膜などのメタル膜が挙げられる。

また，堆積ステップにおいて処理ガスのレジデンスタイムは，開口部の底部よりも側壁に堆積物を堆積させ易くする観点から，例えば０．１秒以下にすることが好ましい。

ここで，レジデンスタイムとは，処理ガスの処理室１０２内の処理に寄与する部分における滞留時間を意味し，下部電極面積（図１では，ウエハＷの面積とフォーカスリング１５の面積の合計）に上下の電極間距離を乗算して求めた処理室内の有効体積，すなわち処理ガスがプラズマ化する空間の体積をＶ［ｍ^３］，排気速度をＳ［ｍ^３／秒］，処理室１０２内の圧力をｐ［Ｐａ］，処理ガスの総流量をＱ（Ｐａ・ｍ^３／秒）とすれば，レジデンスタイムτ［秒］は，下記（１）式に基づいて求めることができる。

τ＝Ｖ／Ｓ＝ｐＶ／Ｑ ・・・（１）

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ステップ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。

１００ プラズマ処理装置
１０２ 処理室
１０４ 筒状部
１０６ 筒状保持部
１０８ ゲートバルブ
１１０ 下部電極
１１２ 静電チャック
１１４ 静電チャック電極
１１５ 直流電源
１１６ 冷媒室
１１８ 伝熱ガス供給ライン
１１９ フォーカスリング
１２０ 上部電極
１２２ 処理ガス供給部
１２３ 配管
１２４ 電極板
１２５ ガス通気孔
１２６ 電極支持体
１２７ バッファ室
１２８ ガス導入口
１３０ 排気路
１３２ バッフル板
１３４ 排気口
１３６ 排気部
１４０ 電力供給装置
１４２ 第１高周波電力供給機構
１４４ 第１フィルタ
１４６ 第１整合器
１４８ 第１電源
１５２ 第２高周波電力供給機構
１５４ 第２フィルタ
１５６ 第２整合器
１５８ 第２電源
１６０ 制御部
１６２ 操作部
１６４ 記憶部
１７０ 磁場形成部
１７２ 上部マグネットリング
１７４ 下部マグネットリング
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
２５２ 下層レジスト膜
２５４ マスク
２６０ 開口部
２７０ 堆積物
Ｗ ウエハ

Claims (13)

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に対して所定の処理を施す基板処理方法であって，
   被エッチング膜上に形成された反射防止膜上に，複数の開口部を有するレジストパターンが形成された前記基板に対して，前記被エッチング膜をエッチングする前に前記レジストパターンの各開口部の側壁に堆積物を堆積させるステップを有し，
   前記堆積ステップ後に前記エッチングを連続して行い，
   前記堆積ステップは，前記処理室内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ以上にし，ＣＨＦ系ガスを１０００ｓｃｃｍ以上導入してプラズマを生起することを特徴とする基板処理方法。
2. 前記ＣＨＦ系ガスはＣＨＦ_３ガスであることを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記堆積ステップにおける前記ＣＨＦ_３ガスの流量は，１５００ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の基板処理方法。
4. 前記堆積ステップにおける前記処理室内の圧力は，１５０ｍＴｏｒｒ以上であることを特徴とする請求項３に記載の基板処理方法。
5. 前記堆積ステップにおける前記ＣＨＦ系ガスのレジデンスタイムは０.１秒以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理方法。
6. 前記基板の被エッチング膜と反射防止膜との間には，下層レジスト膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理方法。
7. 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対して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，
   被エッチング膜上に形成された反射防止膜上に，複数の開口部を有するレジストパターンが形成された前記基板に対して，前記被エッチング膜をエッチングする前に前記レジストパターンの各開口部の側壁に堆積物を堆積させるステップを実行する制御部を，備え，
   前記制御部は，前記堆積ステップ後に前記エッチングを連続して行い，前記堆積ステップにおいて前記処理室内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ以上にし，ＣＨＦ系ガスを１０００ｓｃｃｍ以上導入してプラズマを生起することを特徴とすることを特徴とする基板処理装置。
8. 前記ＣＨＦ系ガスはＣＨＦ_３ガスであることを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
9. 前記堆積ステップにおける前記ＣＨＦ_３ガスの流量は，１５００ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
10. 前記堆積ステップにおける前記処理室内の圧力は，１５０ｍＴｏｒｒ以上であることを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
11. 前記堆積ステップにおける前記ＣＨＦ系ガスのレジデンスタイムは０．１秒以下であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の基板処理装置。
12. 前記基板の被エッチング膜と反射防止膜との間には，下層レジスト膜が形成されていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の基板処理装置。
13. 請求項１に記載の堆積ステップを実行するプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
    

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