JP5528363B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。

SiやSi材料を深掘エッチングする技術としては、いわゆるボッシュプロセスが知られている（特許文献１）。このボッシュプロセスでは、等方エッチングを行うエッチングステップと、堆積により側壁に保護膜を形成するデポステップとが交互に繰り返される。しかし、エッチングステップとデポステップでは、ガス種、ガス流量、及びチャンバ内の圧力等のプロセスレシピが異なるため、ステップの切換（エッチングプロセスからデポプロセスへの切換又はその逆の切換）の際にチャンバ内の圧力が一時的ないし過渡的に不安定となり、最適な圧力での処理ができない。

ボッシュプロセスにおいてステップ切換時にチャンバ内の圧力が不安定となることについて、図１６を参照してより具板的に説明する。この図１６において、例えば「ガスＡ」がエッチングステップで使用されるガスで、「ガスＢ」がデポステップで使用されるガスである。この例では、エッチングステップのガス流量はデポステップのガス流量よりも大きい。チャンバ内の圧力は圧力変動の計測結果に基づくバルブの開度により制御される。そのため、例えば、エッチングステップからデポステップに切り換えられてガス流量が変化すると、符号Ａで示すように圧力が不安定な領域が生じる。デポステップからエッチングステップに切り換えられた場合にも、ガス流量の変化による圧力変動に伴ってバルブの開度が制御されるので符号Ａで示すように圧力が不安定な領域が生じる。

ステップ切換時に一時的ないし過渡的であってもチャンバ内の圧力が不安定な領域（符号Ａ，Ａ’）が存在すると、エッチングレートの低下やプラズマの不安定化の原因となる。

特開２００７−１２９２６０号公報

本発明は、エッチングステップとデポステップを交互に繰り返すプラズマ処理において、ステップ切換時のチャンバ内の圧力を安定させることを課題とする。

本発明の第１の態様は、被処理材が収容されたチャンバ内でプラズマを発生させ、前記被処理材をエッチングするエッチングステップと、前記被処理材に対して堆積により保護膜を形成するデポステップとを交互に複数回繰り返すプラズマ処理方法であって、前記チャンバ内を排気する真空排気部と前記チャンバとの間に前記チャンバ内の圧力を制御するためのバルブを設け、前記エッチングステップのうちの少なくともいずれか１つは、予め定められた時間だけ前記バルブの開度を目標値で維持する開度制御モードと、この開度制御モードに続いて前記チャンバ内の圧力を目標値で維持するように前記バルブの開度を制御する圧力制御モードと含み、前記デポステップのうちの少なくともいずれか１つは、予め定められた時間だけ前記バルブの開度を目標値で維持する開度制御モードと、この開度制御モードに続いて前記チャンバ内の圧力を目標値で維持するように前記バルブの開度を制御する圧力制御モードとを含み、前記エッチングステップ及び前記デポステップの前記開度制御モードにおける前記目標値は一定値であり、前記エッチングステップの前記圧力制御モードにおける前記バルブの開度を記憶し、次回以降の前記エッチングステップの前記開度制御モードの前記目標値として使用し、前記デポステップの前記圧力制御モードにおける前記バルブの開度を記憶し、次回以降の前記デポステップの前記開度制御モードの前記目標値として使用する、プラズマ処理方法を提供する。

エッチングステップ及びデポステップの開始時に予め定められた時間だけバルブの開度を目標値で維持する開度制御モードを実行することで、ステップ切換時にもチャンバ内の圧力がオーバーシュートすることなく短時間で安定し、ステップ切換時の一時的ないしは過渡的なチャンバ圧力の変動が抑制される。開度制御モード終了後、目標値で圧力を維持するようにバルブの開度を制御する圧力制御モードを実行するが、開度制御モードを実行することで圧力を安定化させた後であるので、微調整程度のバルブの制御でチャンバ内の圧力を維持できる。このように、ステップ切換時に開度制御モードを実行することで、チャンバ内の圧力を安定させることができる。

エッチングステップ（デポステップ）の圧力制御モードにおけるバルブの開度を記憶し、次回以降のエッチングステップ（デポステップ）の開度制御モードにおける目標値として使用すること、すなわち開度制御モードにおける目標値の更新を行うことで、開度制御モードにおける開度の目標値と最適な開度とのずれのエッチングステップ及びデポステップを繰り返しに伴う増大を抑制し、ステップ切換時にチャンバ内の圧力が安定するまでの時間の増加を抑制できる。

本発明の第２の態様は、被処理材が収容されるチャンバと、前記チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生源と、前記チャンバ内にガスを供給するガス供給部と、前記チャンバ内を排気する真空排気部と前記チャンバとの間に設けられた前記チャンバ内の圧力を制御するためのバルブと、前記被処理材をエッチングするエッチングステップと、前記被処理材に対して堆積により保護膜を形成するデポステップとを交互に複数回繰り返すように、少なくとも前記プラズマ発生源、前記ガス供給部、及び前記バルブを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記エッチングステップのうちの少なくともいずれか１つでは、予め定められた時間だけ前記バルブの開度を目標値で維持する開度制御モードと、この開度制御モードに続いて前記チャンバ内の圧力を目標値で維持するように前記バルブの開度を制御する圧力制御モードとを実行し、前記デポステップのうちの少なくともいずれか１つでは、予め定められた時間だけ前記バルブの開度を目標値で維持する開度制御モードと、この開度制御モードに続いて前記チャンバ内の圧力を目標値で維持するように前記バルブの開度を制御する圧力制御モードとを実行し、前記エッチングステップ及び前記デポステップの前記開度制御モードにおける前記目標値は一定値であり、前記制御部は記憶部を備え、前記制御部は、前記エッチングステップの前記圧力制御モードにおける前記バルブの開度を前記記憶部に記憶し、この記憶部に記憶された前記バルブの開度を次回以降の前記エッチングステップの前記開度制御モードの前記目標値として使用し、前記デポステップの前記圧力制御モードにおける前記バルブの開度を前記記憶部に記憶し、この記憶部に記憶された前記バルブの開度を次回以降の前記デポステップの前記開度制御モードの前記目標値として使用する、プラズマ処理装置を提供する。

本発明に係るプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置では、交互に繰り返されるエッチングステップやデポステップにおいて、ステップ切換時に予め定められた時間だけバルブの開度を目標値で維持する開度制御モードを実行した後、目標値で圧力を維持するようにバルブの開度を制御する圧力制御モードを実行することで、ステップ切換時のチャンバ内の圧力を安定させることができる。その結果、一定時間内のエッチングステップとデポステップの繰り返し回数が増加してエッチングレートが向上する。また、ステップ切換時のチャンバ内の圧力が安定することでステップ切換時におけるプラズマの挙動が安定するので、処理品質が向上する。また、エッチングステップ（デポステップ）の圧力制御モードにおけるバルブの開度を記憶し、次回以降のエッチングステップ（デポステップ）の開度制御モードにおける目標値として使用すること、すなわち開度制御モードにおける目標値の更新を行うことで、開度制御モードにおける開度の目標値と最適な開度とのずれのエッチングステップ及びデポステップを繰り返しに伴う増大を抑制し、ステップ切換時にチャンバ内の圧力が安定するまでの時間の増加を抑制できる。

本発明の第１実施形態に係るドライエッチング装置の模式図。 第１実施形態に係るドライエッチング装置のブロック図。 第１実施形態における深掘エッチング処理のフローチャート。 図３の第１のエッチングステップのフローチャート。 図３の第１のデポステップのフローチャート。 図３の第２のエッチングステップのフローチャート。 図３の第２のデポステップのフローチャート。 第１実施形態における深掘エッチング処理を示すタイムチャート。 本発明の第２実施形態に係るドライエッチング装置のブロック図。 第２実施形態における深掘エッチング処理のフローチャート。 図１０の第１のエッチングステップのフローチャート。 図１０の第１のデポステップのフローチャート。 第２実施形態における深掘エッチング処理を示すタイムチャート。 開度制御モードのブロック図。 圧力制御モードのブロック図。 従来の深掘エッチング処理を示すタイムチャート。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１及び図２は本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理方法（ドライエッチング方法）を実行するプラズマ処理装置であるドライエッチング装置１を示す。本実施形態のドライエッチング装置１は、Si又はSi系材料の基板に対し、等方エッチングを行うエッチングステップと、堆積により側壁に保護膜を形成するデポステップとを交互に複数回繰り返すことで、高アスペクト比のエッチング（深堀エッチング）を実行する。

ドライエッチング装置１はチャンバ（真空容器）２を備える。チャンバ２の頂部の上方には上部電極としてのアンテナ３が配置されている。アンテナ３は整合回路４Ａを介して第１の高周波電源部５Ａに電気的に接続されている。一方、チャンバ２内の底部側には、基板（被処理材）２１が配置されるステージ６がアンテナ３と対向するように配置されている。本実施形態におけるステージ６は下部電極としても機能し、整合回路４Ｂを介して第２の高周波電源部５Ｂに電気的に接続されている。

チャンバ２のガス導入口２ａには、ガス源７Ａからの「ガスＡ」を流量を制御してチャンバ２内に供給する第１の流量調整部８Ａと、ガス源７Ｂからの「ガスＢ」を流量を制御してチャンバ２内に供給する第２の流量調整部８Ｂとが接続されている。第１及び第２の流量調整部８Ａ，８Ｂは、それぞれマスフローコントローラを備える。本実施形態では、ガス源７Ａの「ガスＡ」がエッチングステップに使用され、ガス源７Ｂの「ガスＢ」がデポステップに使用される。

チャンバ２の排気口２ｂには、チャンバ２内を真空排気するための真空ポンプを含む真空排気部１１が排気口２ｂに接続された排気路９の末端に接続されている。また、排気路９の中間部にはチャンバ２内の圧力を制御するための圧力制御バルブ１２が配置されている。圧力制御バルブ１２は、例えばバタフライバルブのような開度調整可能なバルブである。排気口２ｂの圧力制御バルブ１２と真空排気部１１の間の領域の圧力を検出する圧力計１３が設けられている。

主制御部１４は、第１及び第２の流量調整部８Ａ，８Ｂと第１及び第２の高周波電源部５Ａ，５Ｂとを含むドライエッチング装置１の全体の動作を制御して深堀エッチングを実行する深堀エッチング処理部１４ａを備える。また、主制御部１４は圧力制御バルブ１２の開度を含む処理条件を記憶する記憶部１４ｂを備える。本実施形態では、主制御部１４の記憶部１４ｂには、それぞれバルブ開度Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２が記憶される開度記憶領域１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが設けられている。

圧力制御バルブ制御部１５は圧力制御バルブ１２の制御を行う。圧力制御バルブ制御部１５による圧力制御バルブ１２の制御には、２種類の制御モード、すなわち開度制御モードと圧力制御モードとがある。圧力制御バルブ制御１５は主制御部１４と共に本発明における制御部を構成する。

開度制御モードでは、主制御部１４によって設定された圧力制御バルブ１２の開度（目標値）を一定に保つ制御が行われる。本実施形態では開度制御モードにおける目標値はエッチングステップやデポステップの繰り返しに伴って更新される一定値である。しかし、開度制御モードにおける目標値は固定値であってもよいし、関数（ステップ関数、ランプ関数等）であってもよい。図１４を併せて参照すると、開度制御モードでは、圧力制御バルブ制御部１５が目標値（開度）に対応する操作量（開度）を圧力制御バルブ１２に指示し、それによって制御量としてのチャンバ２内の圧力が変化する。開度制御モードは一種のオープンループ制御としてとらえることができる。

一方、圧力制御モードでは、主制御部１４によって設定された圧力（目標値）を一定に保つように、圧力制御バルブ１２の開度が制御される。本実施形態では圧力制御モードにおける目標値はエッチングステップやデポステップの繰り返しに伴って更新される一定値である。しかし、圧力制御モードにおける目標値は固定値であってもよいし、関数（ステップ関数、ランプ関数等）であってもよい。図１５を併せて参照すると、圧力制御モードで、圧力制御バルブ制御部１５は圧力計１３の測定値（圧力）を参照しつつ目標値（圧力）に対応する操作量（開度）を圧力制御バルブ１２に指示し、それによって制御量としてのチャンバ２内の圧力が変化する。圧力制御モードは一種のフィードバック制御としてとらえることができる。

次に、図３から図７のフローチャートと図８のタイムチャートをさらに参照して、本実施形態のドライエッチング装置１により実行される深掘エッチング処理を説明する。

まず、基板２１をチャンバ２内に搬入してステージ６上に載置する基板受入処理が実行される（図３のステップＳ３−１）。次に、プラズマ着火処理が実行される（図３のステップＳ３−２，図８の時刻ｔ０〜ｔ１）。本実施形態におけるプラズマ着火処理では、ガス源７Ａ，７Ｂから第１及び第２の流量調整部８Ａ，８Ｂを介してチャンバ２内にガスＡとガスＢを所定流量で導入しつつ、真空排気部１１による排気を行い圧力制御バルブ１２の開度制御によってチャンバ２内を所定圧力に維持する。その後、アンテナ３に対して高周波電源５Ａから高周波電力を供給してチャンバ２内にプラズマを発生させる。なお、エッチングステップとデポステップではステージ６に対して高周波電源５Ｂから高周波電力（バイアス電力）が供給されるが、プラズマ着火処理ではステージ６に対するバイアス電圧の供給は行われない。

プラズマ着火後、エッチングステップとデポステップを交互に繰り返すこと深掘エッチングが実行される（図３のステップＳ３−３〜Ｓ３−６，図８の時刻ｔ１〜時刻ｔ７）。エッチングの終点が検知されてプロセス終了となると（図３のステップＳ３−７）、第１及び第２の高周波電源５Ａ，５Ｂからアンテナ３とステージ６への高周波電力の供給は停止されてチャンバ２のプラズマは消滅する（図３のステップＳ３−８）。その後、チャンバ２内から基板２１を搬出する処理が実行される（図３のステップＳ３−９）。

以上が１回の深掘エッチング処理の開始から終了までの概要であり、通常この深掘エッチング処理は複数回繰り返される。以下の説明では、基板２１のロット変更、基板２１の品種変更、又は処理条件（ガス種、ガス流量、チャンバ２内の圧力）等の条件が変更があった後の最初に実行される深掘エッチング処理を「１回目の深掘エッチング処理（１回目のプラズマ処理）」と呼び、この「１回目の深掘エッチング処理」の後にさらに繰り返される同一条件の深掘エッチングを「２回目以降の深掘エッチング処理（２回目以降のプラズマ処理）」という。

１回の深掘エッチング処理に着目した場合、前述のようにエッチングステップとデポステップが交互に繰り返される（図３のステップＳ３−３，図８の時刻ｔ１〜時刻ｔ７）。以下の説明では、１回の深掘エッチング処理を開始後に最初に実行されるエッチングステップ、すなわち１回の深掘エッチング処理を開始後に実行される１回目のエッチングステップを「第１のエッチングステップ」と呼ぶ。同様に、１回の深掘エッチング処理を開始後に最初に実行されるデポステップ、すなわち１回の深掘エッチング処理を開始後に実行される１回目のデポステップを「第１のデポステップ」と呼ぶ。また、以下の説明では、１回の深掘エッチング処理を開始後に実行される２回目以降のエッチングステップ、すなわち第１のエッチングステップ終了後に実行される後続のエッチングステップを、「第２のエッチングステップ」と呼ぶ。同様に、１回の深掘エッチング処理を開始後に実行される２回目以降のデポステップ、すなわち第１のデポステップ終了後に実行される後続のデポステップを「第２のデポステップ」と呼ぶ。

プラズマ着火処理後に第１のエッチングステップが実行される（図３のステップＳ３−３，図８の時刻ｔ１〜ｔ２）。第１のエッチングステップでは、まず開度制御モードＭｖでの圧力制御バルブ１２の制御が実行され、その後で圧力制御モードＭｐでの圧力制御バルブ１２の制御が実行される。第１のエッチングステップの詳細は、図４に示す通りである。まず、主制御部１４は、圧力制御バルブ制御部１５による圧力制御バルブ１２の制御モードを開度制御モードＭｖに設定する（ステップＳ４−１）。また、主制御部１４は、この開度制御モードＭｖにおけるバルブ開度を、記憶部１４ｂの記憶領域１６ａに記憶された初期値であるバルブ開度Ａ１に設定する（ステップＳ４−２）。圧力制御バルブ制御部１５は、圧力制御バルブ１２の開度を設定されたバルブ開度Ａ１（目標値）に維持ないし固定する。

記憶部１４ｂの記憶領域１６ａには、基板２１の材質、種類、処理条件（ガス種、ガス流量、チャンバ２内の圧力）等に応じ、実験的に求めた値、理論的に算出した値、統計的ないしは経験的に得られた値がバルブ開度Ａ１として予め記憶されている。ステップＳ４−２において、現在実行中の深掘エッチング処理が１回目の深掘エッチング処理であれば、この予め記憶されたバルブ開度Ａ１が圧力制御バルブ制御部１５に出力される。後述するように深掘エッチング処理を実行する度に、記憶部１４ｂの記憶領域１６ａに記憶されるバルブ開度Ａ１の値は更新される。ステップＳ４−２において、現在実行中の深掘エッチング処理が２回目以降の深掘エッチング処理であれば、直前の深掘エッチング処理で更新されたバルブ開度Ａ１が圧力制御バルブ制御部１５に出力される。

また、主制御部１４は、第１の流量調整部８Ａからチャンバ２に供給されるエッチングステップ用のガスＡを所定の流量（流量ＦＡ１）に設定し、第２の流量調整部８Ｂからチャンバ２に供給されるデポステップ用のガスＢの流量を０に設定する（ステップＳ４−３）。

開度制御モードＭｖ、すなわち圧力制御バルブ１２の開度が開度Ａ１で固定された状態は、エッチングステップの初期段階、すなわち時刻ｔ１から所定時間が経過するまで（図８の時刻ｔ１’まで）継続する（ステップＳ４−４）。

ステップＳ４−４で所定時間が経過すると、主制御部１４は圧力制御バルブ制御部１５による圧力制御バルブ１２の制御モードを圧力制御モードＭｐに設定する（ステップＳ４−５）。また、主制御部１４は、この圧力制御モードにおけるチャンバ２内の圧力の目標値を圧力Ｖａに設定する（ステップＳ４−６）。圧力制御バルブ制御部１５は、設定された圧力Ｖａにチャンバ２内の圧力を保つように、圧力計１３で検出された圧力を参照しつつ圧力制御バルブ１２の開度を制御する。圧力制御モードＭｐは、所定時間が経過して第１のエッチングステップの終了となるまで（図８の時刻ｔ２まで）継続する（ステップＳ４−７）。これにより圧力制御バルブ１２のバルブ開度は、ガスＡが流量ＦＡ１で供給されるチャンバ２内の圧力を圧力Ｖａで維持するのに最適な開度で安定する。

第１のエッチングステップが終了すると、その時点での圧力制御バルブ１２のバルブ開度が、バルブ開度Ａ１として記憶部１４ｂの記憶領域１６ａに記憶され、かつバルブ開度Ａ２として記憶部１４ｂの記憶部１６ｂに記憶される。つまり、現在の圧力制御バルブ１２のバルブ開度でバルブ開度Ａ１，Ａ２が更新される。

第１のエッチングステップが終了すると、引き続いて第１のデポステップが実行される（図３のステップＳ３−４，図８の時刻ｔ２〜ｔ３）。言い換えれば、第１のエッチングステップから第１のデポステップに制御が切り換えられる。

第１デポステップでは、まず開度制御モードＭｖでの圧力制御バルブ１２の制御が実行され、その後で圧力制御モードＭｐでの圧力制御バルブ１２の制御が実行される。第１のデポステップの詳細は、図５に示す通りである。まず、主制御部１４は、圧力制御バルブ制御部１５による圧力制御バルブ１２の制御モードを開度制御モードＭｖに設定する（ステップＳ５−１）。また、主制御部１４は、この開度制御モードＭｖにおけるバルブ開度を、記憶部１４ｂの記憶領域１６ｃに記憶された初期値であるバルブ開度Ｂ１に設定する（ステップＳ５−２）。圧力制御バルブ制御部１５は、圧力制御バルブ１２の開度を設定されたバルブ開度Ｂ１（目標値）に維持ないし固定する。

記憶部１４ｂの記憶領域１６ｃには、基板２１の材質、種類、処理条件（ガス種、ガス流量、チャンバ２内の圧力）等に応じ、実験的に求めた値、理論的に算出した値、統計的ないしは経験的に得られた値がバルブ開度Ｂ１として予め記憶されている。ステップＳ５−２において、現在実行中の深掘エッチング処理が１回目の深掘エッチング処理であれば、この予め記憶されたバルブ開度Ａ１が圧力制御バルブ制御部１５に出力される。後述するように深掘エッチング処理を実行する度に、記憶部１４ｂの記憶領域１６ｃに記憶されるバルブ開度Ｂ１の値は更新される。ステップＳ５−２において、現在実行中の深掘エッチング処理が２回目以降の深掘エッチング処理であれば、直前の深掘エッチング処理で更新されたバルブ開度Ｂ１が圧力制御バルブ制御部１５に出力される。

また、主制御部１４は、第２の流量調整部８Ｂからチャンバ２に供給されるエッチングステップ用のガスＢを所定の流量（流量ＦＢ１）に設定し、第１の流量調整部８Ａからチャンバ２に供給されるデポステップ用のガスＡの流量を０に設定する（ステップＳ５−３）。

開度制御モードＭｖ、すなわち圧力制御バルブ１２の開度が開度Ａ１で固定された状態は、エッチングステップの初期段階、すなわち時間ｔ２から所定時間が経過するまで（図８の時刻ｔ２’まで）継続する（ステップＳ５−４）。

ステップＳ５−４で所定時間が経過すると、主制御部１４は圧力制御バルブ制御部１５による圧力制御バルブ１２の制御モードを圧力制御モードＭｐに設定する（ステップＳ５−５）。また、主制御部１４は、この圧力制御モードにおけるチャンバ２内の圧力の目標値を圧力Ｖｂに設定する（ステップＳ５−６）。圧力制御バルブ制御部１５は、設定された圧力Ｖｂにチャンバ２内の圧力を保つように、圧力計１３で検出された圧力を参照しつつ圧力制御バルブ１２の開度を制御する。圧力制御モードＭｐは、所定時間が経過して第１のエッチングステップの終了となるまで（図８の時刻ｔ３まで）継続する（ステップＳ４−７）。これにより圧力制御バルブ１２のバルブ開度は、ガスＢが流量ＦＢ１で供給されるチャンバ２内の圧力を圧力Ｖｂで維持するのに最適な開度で安定する。

第１のデポステップが終了すると、その時点での圧力制御バルブ１２のバルブ開度が、バルブ開度Ｂ１として記憶部１４ｂの記憶領域１６ｃに記憶され、かつバルブ開度Ｂ２として記憶部１４ｂの記憶部１６ｃに記憶される。つまり、現在の圧力制御バルブ１２のバルブ開度でバルブ開度Ｂ１，Ｂ２が更新される。

再度図３を参照すると、第１のエッチングステップ（Ｓ３−３）とそれに続く第１のデポステップ（Ｓ３−４）の終了後、プロセス終了となるまで、第２のエッチングステップと第２のデポステップとが交互に繰り返して実行される（ステップＳ３−５〜Ｓ３−７）。

第２のエッチングステップ及び第２のデポステップのいずれについても、まず開度制御モードＭｖでの圧力制御バルブ１２の制御が実行され、その後で圧力制御モードＭｐでの圧力制御バルブ１２の制御が実行される。要するに、第２のエッチングステップと第２のデポステップ間でのステップ切換時には、直ちに圧力制御モードＭｐを実行するのではなく、予め定められた時間だけ開度制御モードＭｖが実行される。

第２のエッチングステップの詳細は、図６に示す通りである。まず、主制御１４は、圧力制御バルブ制御部１５による圧力制御バルブ１２の制御モードを開度制御モードＭｖに設定する（ステップＳ６−１）。また、主制御部１４は、この開度制御モードＭｖにおけるバルブ開度を、記憶部１４ｂの記憶領域１６ｂに記憶された初期値であるバルブ開度Ａ２に設定する（ステップＳ４−２）。圧力制御バルブ制御部１５は、圧力制御バルブ１２の開度を設定されたバルブ開度Ａ２（目標値）に維持ないし固定する。

ステップＳ６−２において、現在実行中の第２のエッチングステップが１回目の第２のエッチングステップ（図８において時刻ｔ３〜ｔ４）であれば、第１のエッチングステップの終了時に記憶領域１６ｂに記憶されたバルブ開度Ａ２（図４のステップＳ４−８）が、圧力制御バルブ制御部１５に出力される。一方、ステップＳ６−２において、現在実行中の第２のエッチングステップが２回目以降の第２のエッチングステップ（図８において時刻ｔ５〜ｔ６）であれば、直前の第２のエッチングステップで更新された記憶領域１６ｂのバルブ開度Ａ２（図６のステップＳ６−８）が圧力制御バルブ制御部１５に出力される。

ステップＳ６−３において、主制御部１４は、第１の流量調整部８Ａからチャンバ２に供給されるエッチングステップ用のガスＡを所定の流量（流量ＦＡ２）に設定し、第２の流量調整部８Ｂからチャンバ２に供給されるデポステップ用のガスＢの流量を０に設定する。

開度制御モードＭｖ、すなわち圧力制御バルブ１２の開度が開度Ａ２で固定された状態は、エッチングステップの初期段階、すなわち時刻ｔ３，ｔ５から所定時間が経過するまで（図８の時刻ｔ３’，ｔ５’まで）継続する（ステップＳ６−４）。

ステップＳ６−４で所定時間が経過すると、主制御部１４は圧力制御バルブ制御部１５による圧力制御バルブ１２の制御モードを圧力制御モードＭｐに設定する（ステップＳ６−５）。また、主制御部１４は、この圧力制御モードにおけるチャンバ２内の圧力の目標値を圧力Ｖａに設定する（ステップＳ６−６）。圧力制御バルブ制御部１５は、設定された圧力Ｖａにチャンバ２内の圧力を保つように、圧力計１３で検出された圧力を参照しつつ圧力制御バルブ１２の開度を制御する。圧力制御モードＭｐは、所定時間が経過して第２のエッチングステップの終了となるまで（図８の時刻ｔ４，ｔ６まで）継続する（ステップＳ６−７）。これにより圧力制御バルブ１２のバルブ開度は、ガスＡが流量ＦＡ２で供給されるチャンバ２内の圧力を圧力Ｖａで維持するのに最適な開度で安定する。

第２のエッチングステップが終了すると、その時点での圧力制御バルブ１２のバルブ開度が、バルブ開度Ａ２として記憶部１６ｂに記憶される。つまり、現在の圧力制御バルブ１２のバルブ開度でバルブ開度Ａ２が更新される。

第２のデポステップの詳細は、図７に示す通りである。まず、主制御１４は、圧力制御バルブ制御部１５による圧力制御バルブ１２の制御モードを開度制御モードＭｖに設定する（ステップＳ７−１）。また、主制御部１４は、この開度制御モードＭｖにおけるバルブ開度を、記憶部１４ｂの記憶領域１６ｄに記憶された初期値であるバルブ開度Ｂ２に設定する（ステップＳ７−２）。圧力制御バルブ制御部１５は、圧力制御バルブ１２の開度を設定されたバルブ開度Ｂ２（目標値）に維持ないし固定する。

ステップＳ７−２において、現在実行中の第２のデポステップが１回目の第２のデポステップ（図８において時刻ｔ４〜ｔ５）であれば、第１のデポステップの終了時に記憶領域１６ｄに記憶されたバルブ開度Ｂ２（図５のステップＳ５−８）が、圧力制御バルブ制御部１５に出力される。一方、ステップＳ７−２において、現在実行中の第２のエッチングステップが２回目以降の第２のエッチングステップ（図８において時刻ｔ６〜ｔ７）であれば、直前の第２のエッチングステップで更新された記憶領域１６ｄのバルブ開度Ｂ２（図７のステップＳ７−８）が圧力制御バルブ制御部１５に出力される。

ステップＳ７−３において、主制御部１４は、第２の流量調整部８Ｂからチャンバ２に供給されるデポステップ用のガスＢを所定の流量（流量ＦＢ２）に設定し、第１の流量調整部８Ａからチャンバ２に供給されるエッチングステップ用のガスＡの流量を０に設定する。

開度制御モードＭｖ、すなわち圧力制御バルブ１２の開度が開度Ｂ２で固定された状態は、エッチングステップの初期段階、すなわち時刻ｔ４，ｔ６から所定時間が経過するまで（図８の時刻ｔ４’，ｔ６’まで）継続する（ステップＳ７−４）。

ステップＳ７−４で所定時間が経過すると、主制御部１４は圧力制御バルブ制御部１５による圧力制御バルブ１２の制御モードを圧力制御モードＭｐに設定する（ステップＳ７−５）。また、主制御部１４は、この圧力制御モードにおけるチャンバ２内の圧力の目標値を圧力Ｖｂに設定する（ステップＳ７−６）。圧力制御バルブ制御部１５は、設定された圧力Ｖｂにチャンバ２内の圧力を保つように、圧力計１３で検出された圧力を参照しつつ圧力制御バルブ１２の開度を制御する。圧力制御モードＭｐは、所定時間が経過して第２のデポステップの終了となるまで（図８の時刻ｔ５，ｔ７まで）継続する（ステップＳ７−７）。これにより圧力制御バルブ１２のバルブ開度は、ガスＢが流量ＦＢ２で供給されるチャンバ２内の圧力を圧力Ｖｂで維持するのに最適な開度で安定する。

第２のデポステップが終了すると、その時点での圧力制御バルブ１２のバルブ開度が、バルブ開度Ｂ２として記憶部１６ｄに記憶される。つまり、現在の圧力制御バルブ１２のバルブ開度でバルブ開度Ｂ２が更新される。

エッチングステップ及びデポステップの時間、並びに開度制御モード及び圧力制御モードは特に限定されない。通常、エッチングステップ及びデポステップの継続時間はそれぞれ２秒以上５秒以下程度である。この場合には開度制御モードの継続時間は少なくとも０．３秒以上程度必要であり、好ましくは０．３秒以上１．０秒以下に設定される。エッチングステップやデポステップの継続時間から開度制御モードの継続時間を引いた残りの時間が圧力制御モードの継続時間となる。

本実施形態では、第２のエッチングステップについて、第１のデポステップからの切換時には予め定められた時間だけ（図８において時刻ｔ３〜ｔ３’）、圧力制御バルブ１２の開度を第１のエッチングステップの終了時の開度Ａ２で維持する。また、第２のエッチングステップについて、第２のデポステップからの切換時には、予め定められた時間だけ（図８において時刻ｔ５〜ｔ５’）、圧力制御バルブ１２の開度を直前の第２のエッチングステップの終了時の開度Ａ２で維持する。同様に、第２のデポステップについて、第２のエッチングステップからの切換時には予め定められた時間だけ（図８において時刻ｔ４〜ｔ４’，時刻ｔ６〜ｔ６’）、圧力制御バルブ１２の開度を第１のデポステップ終了時又は第２のエッチングステップの終了時の開度Ｂ２で維持する。つまり、第２のエッチングステップ及び第２のデポステップにおいて予め定められた時間だけ圧力制御バルブ１２の開度を直前のステップにおける開度で維持している。その結果、エッチングステップからデポステップへ、又はその逆のステップ切換時にもチャンバ２内の圧力がオーバーシュートすることなく短時間で安定する。つまり、予め定められた時間だけバルブの開度を固定する開度制御モードＭｖとすることで、ステップ切換時の一時的ないしは過渡的なチャンバ２内の圧力の変動が抑制される。その後、予め定められた圧力を維持するように圧力制御バルブ１２の開度を制御する圧力制御モードＭｐとなるが、一定時間だけ開度制御モードＭｖとすることで圧力を安定化させた後であるので、微調整程度の圧力制御バルブ１２の制御でチャンバ２内の圧力を維持できる。このように、ステップ切換時に予め定めた時間だけ圧力制御バルブ１２の開度を維持（固定）することで、チャンバ２内の圧力を安定させることができる。その結果、一定時間内のエッチングステップとデポステップの繰り返し回数が増加してエッチングレートが向上する。また、ステップ切換時のチャンバ２内の圧力が安定することでステップ切換時におけるプラズマの挙動が安定するので、処理品質が向上する。

エッチングステップ及びデポステップを繰り返し実行すると、デポの付着等によりチャンバ２内部の状態が変化する。このチャンバ２内部の状態変化に伴いチャンバ２内を所望の圧力にするための最適な圧力制御バルブ１２の開度も徐々に変化する。従って、開度制御モードにおける開度の目標値を固定すると、エッチングステップ及びデポステップを繰り返すうちに目標値と最適な開度とのずれが増大するのでステップ切換時にチャンバ内の圧力が安定するまでの時間が長くなる。これに対し、本実施形態では、第２のエッチングステップ（第２のデポステップ）の圧力制御モードにおける圧力制御バルブのバルブ開度Ａ２（Ｂ２）を記憶し、直後の第２のエッチングステップ（第２のデポステップ）の開度制御モードにおける目標値として使用すること、すなわち開度制御モードにおける目標値の更新を行うことで、開度制御モードにおける開度の目標値と最適な開度とのずれのエッチングステップ及びデポステップを繰り返しに伴う増大を抑制している。その結果、ステップ切換時にチャンバ２内の圧力が安定するまでの時間の増加を抑制できる。

（第２実施形態）
図９に示す本発明の第２実施形態のドライエッチング装置１は、第１のエッチングステップと第２のエッチングステップのいずれについても開度制御モードＭｖを実行せず、圧力制御モードＭｐのみを実行する。言い換えれば、第１実施形態では予めバルブ開度Ａ１，Ａ２を、実験等で求めた上で記憶部１４ｂに記憶させておく事前の準備が必要であったが、本実施形態ではそのような事前の準備を必要としない点で第１実施形態よりも優れている。そのため、主制御部１４の記憶部１４ｂはバルブ開度Ａ１，Ｂ１を記憶するための記憶領域１６ａ，１６ｃ（図２参照）を備えていない。なお、ドライエッチング装置１の他の構成は図１に示す第１実施形態の場合と同じである。

図１０から図１２のフローチャートと図１３のタイムチャートをさらに参照して、本実施形態のドライエッチング装置１により実行される深掘エッチング処理を説明する。

まず、図１０のステップＳ１０−１〜Ｓ１０−９に示す深掘エッチン処理の開始から終了までの概要は、図３のステップＳ３−１〜Ｓ３−９に示す第１実施形態の場合と同様であるが、第１のエッチングステップ（Ｓ１０−３）と第１のデポステップ（Ｓ１０−４）は第１実施形態と異なる。

図１１は、本実施形態における第１のエッチングステップの詳細を示す。まず、主制御１４は、圧力制御バルブ制御部１５による圧力制御バルブ１２の制御モードを圧力制御モードＭｐに設定する（ステップＳ１１−１）。また、主制御部１４は、この圧力制御モードＭｐにおけるチャンバ２内の圧力の目標値をＶａに設定する（ステップＳ１１−２）。圧力制御バルブ制御部１５は、設定された圧力Ｖａにチャンバ２内の圧力を保つように、圧力計１３で検出された圧力を参照しつつ圧力制御バルブ１２の開度を制御する。また、主制御部１４は、第１の流量調整部８Ａからチャンバ２に供給されるエッチングステップ用のガスＡを所定の流量（流量ＦＡ１）に設定し、第２の流量調整部８Ｂからチャンバ２に供給されるデポステップ用のガスＢの流量を０に設定する（ステップＳ１１−３）。圧力制御モードＭｐは、第１のエッチングステップ開始から所定時間が経過するまで（図１３の時刻ｔ１〜ｔ２）継続する（ステップＳ１１−４）。圧力制御バルブ１２のバルブ開度は、第１のエッチングステップの初期段階では不安定であるが、第１のエッチングステップの終了に近い段階ではガスＡが流量ＦＡ１で供給されるチャンバ２内の圧力を圧力Ｖａで維持するのに最適な開度となって安定する。第１のエッチングステップが終了すると、その時点での圧力制御バルブ１２のバルブ開度が、バルブ開度Ａ２として記憶部１４ｂの記憶部１６ｂに記憶される。つまり、現在の圧力制御バルブ１２のバルブ開度でバルブ開度Ａ２が更新される（ステップＳ１１−５）。

図１２は、本実施形態における第１のデポステップの詳細を示す。まず、主制御１４は、圧力制御バルブ制御部１５による圧力制御バルブ１２の制御モードを圧力制御モードＭｐに設定する（ステップＳ１２−１）。また、主制御部１４は、この圧力制御モードＭｐにおけるチャンバ２内の圧力の目標値をＶｂに設定する（ステップＳ１２−２）。圧力制御バルブ制御部１５は、設定された圧力Ｖｂにチャンバ２内の圧力を保つように、圧力計１３で検出された圧力を参照しつつ圧力制御バルブ１２の開度を制御する。また、主制御部１４は、第２の流量調整部８Ｂからチャンバ２に供給されるデポステップ用のガスＢを所定の流量（流量ＦＢ１）に設定し、第１の流量調整部８Ａからチャンバ２に供給されるエッチングステップ用のガスＡの流量を０に設定する（ステップＳ１２−３）。圧力制御モードＭｐは、第１のデポステップ開始から所定時間が経過するまで（図１３の時刻ｔ２〜ｔ３）継続する（ステップＳ１２−４）。圧力制御バルブ１２のバルブ開度は、第１のデポステップ初期段階では不安定であるが、第１のデポステップの終了に近い段階ではガスＢが流量ＦＢ１で供給されるチャンバ２内の圧力を圧力Ｖｂで維持するのに最適な開度となって安定する。第１のデポステップが終了すると、その時点での圧力制御バルブ１２のバルブ開度が、バルブ開度Ｂ２として記憶部１４ｂの記憶部１６ｄに記憶される。つまり、現在の圧力制御バルブ１２のバルブ開度でバルブ開度Ｂ２が更新される（ステップＳ１２−５）。

第１のエッチングステップ及び第１のデポステップの実行後に交互に繰り返される第２のエッチングステップと第２のデポステップ（図１０のステップ１０−５，Ｓ１０−６，図１３の時刻ｔ３〜ｔ４）は、第１実施形態と同様である（図６〜図８参照）。

第２実施形態のその他の構成及び作用も第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変形可能である。

例えば、１回目の深掘エッチング処理における第１のエッチングステップと第１のデポステップのいずれについても開度制御モードＭｖを実行せず、圧力制御モードＭｐのみを実行する一方、２回目以降の深掘エッチング処理における第１のエッチングステップと第１のデポステップのいずれについても、まず開度制御モードＭｖでの圧力制御バルブ１２の制御を実行し、その後で圧力制御モードＭｐでの圧力制御バルブ１２の制御を実行してもよい。

図４のステップＳ４−８、図５のステップＳ５−８、図６のステップＳ６−８、図７のステップＳ７−８、図１１のステップＳ１１−５、図１２のステップＳ１２−５、図１６のステップＳ１６−５、及び図１７のステップＳ１７−５における、記憶部１４ｂの記憶領域１６ａ〜１６ｄに記憶されたるバルブ開度Ａ１〜Ｂ２の更新は、必ずしもエッチングステップやデポステップが終了した時点での圧力制御バルブ１２の開度を使用する必要はない。つまり。エッチングステップやデポステップにおいて圧力制御モードＭｐに移行した後であってチャンバ２内の圧力が安定した時点での圧力制御バルブ１２の開度でバルブ開度Ａ１〜Ｂ２の更新を行っても良い。要するに、エッチングステップ（デポステップ）の圧力制御モードでの圧力制御バルブ１２の開度を記憶しておき、次回以降のいずれのエッチングステップ（デポステップ）で開度制御モードで使用される目標値としてもよい。より具体的には、記憶しておいた圧力制御モードでの開度を、第１実施形態の第２のエッチングステップ（第２のデポステップ）のように直後の第２のエッチングステップ（第２のデポステップ）の開度制御モードの目標値として使用してもよく、何回目か後のエッチングステップ（デポステップ）の開度制御モードの目標値としてもよく、次にの深掘処理１回目のエッチングステップ（デポステップ）の開度制御モードの目標値としてもよい。

１ ドライエッチング装置
２ チャンバ
２ａ ガス導入口
２ｂ 排気口
３ アンテナ
４Ａ，４Ｂ 整合回路
５Ａ 第１の高周波電源部
５Ｂ 第２の高周波電源部
６ ステージ
７Ａ，７Ｂ ガス源
８Ａ 第１の流量調整部
８Ｂ 第２の流量調整部
９ 排気路
１１ 真空排気部
１２ 圧力制御バルブ
１３ 圧力計
１４ 主制御部
１４ａ 深堀エッチング処理部
１４ｂ 記憶部
１５ 圧力制御バルブ制御部
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ 開度記憶領域
２１ 基板

Claims (2)

1. 被処理材が収容されたチャンバ内でプラズマを発生させ、前記被処理材をエッチングするエッチングステップと、前記被処理材に対して堆積により保護膜を形成するデポステップとを交互に複数回繰り返すプラズマ処理方法であって、
   前記チャンバ内を排気する真空排気部と前記チャンバとの間に前記チャンバ内の圧力を制御するためのバルブを設け、
   前記エッチングステップのうちの少なくともいずれか１つは、予め定められた時間だけ前記バルブの開度を目標値で維持する開度制御モードと、この開度制御モードに続いて前記チャンバ内の圧力を目標値で維持するように前記バルブの開度を制御する圧力制御モードと含み、
   前記デポステップのうちの少なくともいずれか１つは、予め定められた時間だけ前記バルブの開度を目標値で維持する開度制御モードと、この開度制御モードに続いて前記チャンバ内の圧力を目標値で維持するように前記バルブの開度を制御する圧力制御モードとを含み、
   前記エッチングステップ及び前記デポステップの前記開度制御モードにおける前記目標値は一定値であり、
   前記エッチングステップの前記圧力制御モードにおける前記バルブの開度を記憶し、次回以降の前記エッチングステップの前記開度制御モードの前記目標値として使用し、
   前記デポステップの前記圧力制御モードにおける前記バルブの開度を記憶し、次回以降の前記デポステップの前記開度制御モードの前記目標値として使用する、プラズマ処理方法。
2. 被処理材が収容されるチャンバと、
   前記チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生源と、
   前記チャンバ内にガスを供給するガス供給部と、
   前記チャンバ内を排気する真空排気部と前記チャンバとの間に設けられた前記チャンバ内の圧力を制御するためのバルブと、
   前記被処理材をエッチングするエッチングステップと、前記被処理材に対して堆積により保護膜を形成するデポステップとを交互に複数回繰り返すように、少なくとも前記プラズマ発生源、前記ガス供給部、及び前記バルブを制御する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、
   前記エッチングステップのうちの少なくともいずれか１つでは、予め定められた時間だけ前記バルブの開度を目標値で維持する開度制御モードと、この開度制御モードに続いて前記チャンバ内の圧力を目標値で維持するように前記バルブの開度を制御する圧力制御モードとを実行し、
   前記デポステップのうちの少なくともいずれか１つでは、予め定められた時間だけ前記バルブの開度を目標値で維持する開度制御モードと、この開度制御モードに続いて前記チャンバ内の圧力を目標値で維持するように前記バルブの開度を制御する圧力制御モードとを実行し、
   前記エッチングステップ及び前記デポステップの前記開度制御モードにおける前記目標値は一定値であり、
   前記制御部は記憶部を備え、
   前記制御部は、
   前記エッチングステップの前記圧力制御モードにおける前記バルブの開度を前記記憶部に記憶し、この記憶部に記憶された前記バルブの開度を次回以降の前記エッチングステップの前記開度制御モードの前記目標値として使用し、
   前記デポステップの前記圧力制御モードにおける前記バルブの開度を前記記憶部に記憶し、この記憶部に記憶された前記バルブの開度を次回以降の前記デポステップの前記開度制御モードの前記目標値として使用する、プラズマ処理装置。

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