JP7018331B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本開示の実施形態は、プラズマ処理方法に関するものである。
電子デバイスの製造においては、プラズマ処理装置を用いて基板に対してプラズマ処理が実行される。プラズマ処理装置は、チャンバ及び支持台を備える。支持台はチャンバの中に設けられている。プラズマ処理装置では、基板は、支持台上、且つ、フォーカスリングによって囲まれた領域内に配置される。フォーカスリングは、プラズマ処理の面内均一性を確保するために利用される。具体的に、フォーカスリングは、プラズマからのイオンを基板のエッジ領域に垂直に入射させるようシースの形状を調整するために、利用される。
プラズマ処理はフォーカスリングの消耗をもたらす。プラズマ処理に起因する消耗によって、フォーカスリングの厚みは減少する。フォーカスリングの厚みが減少すると、シースの形状が変化して、プラズマからのイオンの基板のエッジ領域に対する入射方向が垂直方向に対して内向きに傾斜する。その結果、プラズマ処理の面内均一性が損なわれる。特許文献１には、フォーカスリングの厚みの減少に起因して変化したシースの形状を補正するために、負極性の直流電圧をフォーカスリングに印加することが記載されている。
特開２００７－２５８４１７号公報
基板のエッジ領域に対するイオンの入射方向は、必ずしも垂直方向であることが望まれるわけではない。例えば、基板の膜上に設けられたマスクが垂直方向に対して外向きの傾斜を有する開口を基板のエッジ領域において提供している場合に、プラズマエッチングによってエッジ領域において当該膜に垂直に延びる開口を形成するためには、垂直方向に対して内向きに傾斜した方向でイオンを基板のエッジ領域に入射させる必要がある。逆の場合には、垂直方向に対して外向きに傾斜した方向でイオンを基板のエッジ領域に入射させる必要がある。したがって、基板のエッジ領域に対するイオンの入射方向を、垂直方向に対して内向きに傾斜した方向と垂直方向に対して外向きに傾斜した方向との間で所望の方向に制御することが可能であることが求められる。
一態様においては、プラズマ処理方法が提供される。一態様に係るプラズマ処理方法は、（ｉ）プラズマ処理装置のチャンバの中で支持台上に載置された基板のエッジを囲むフォーカスリングの上面の高さ方向の位置を設定する工程と、（ｉｉ）設定されたフォーカスリングの上面の高さ方向の位置を維持した状態で、基板に対してプラズマ処理を行うためにチャンバの中でプラズマを生成する工程と、（ｉｉｉ）プラズマの生成中に、設定されたフォーカスリングの上面の高さ方向の位置を維持した状態において、フォーカスリングに負極性の直流電圧を印加する工程と、を含む。設定する工程では、支持台上の搭載領域上に搭載されたフォーカスリングの上面の高さ方向の位置が支持台上に載置された基板の上面の高さ方向の位置である基準位置よりも低くなるように設定された厚みを有するフォーカスリングが、チャンバの中に運び入れられて、基板のエッジを囲むように搭載領域上に載置される。或いは、設定する工程では、フォーカスリングの上面の高さ方向の位置が基準位置よりも低くなるようにチャンバの中でフォーカスリングが移動される。
フォーカスリングの上面の高さ方向の位置が基板の上面の高さ方向の位置よりも低く、且つ、フォーカスリングに負極性の直流電圧が印加されていない状態では、プラズマからのイオンの基板のエッジ領域に対する入射方向は、垂直方向に対して内向きに傾斜した方向である。一態様に係るプラズマ処理方法では、フォーカスリングの上面の高さ方向の位置が、基板の上面の高さ方向の位置（即ち、基準位置）よりも低くなるように設定された状態で、フォーカスリングに負極性の直流電圧が印加される。この直流電圧の絶対値が、基板のエッジ領域に対して垂直にイオンを入射させるためにフォーカスリングに印加されるべき負極性の直流電圧の絶対値よりも小さい場合には、プラズマからのイオンの基板のエッジ領域に対する入射方向は、垂直方向に対して内向きに傾斜した方向である。フォーカスリングに印加される負極性の直流電圧の絶対値が、基板のエッジ領域に対して垂直にイオンを入射させるためにフォーカスリングに印加されるべき負極性の直流電圧の絶対値よりも大きい場合には、プラズマからのイオンの基板のエッジ領域に対する入射方向は、垂直方向に対して外側に傾斜した方向である。したがって、一態様に係るプラズマ処理方法によれば、フォーカスリングに印加される負極性の直流電圧の絶対値を調整することにより、基板のエッジ領域に対するイオンの入射方向を、垂直方向に対して内向きに傾斜した方向と垂直方向に対して外向きに傾斜した方向との間で所望の方向に制御することが可能である。
一実施形態において、基板は、膜及び該膜上に設けられたマスクを有する。プラズマ処理方法は、当該膜及び当該マスクを有する別の基板に対してプラズマ処理を行う工程と、プラズマ処理によって別の基板のエッジ領域内で膜に形成された開口の傾斜量を測定する工程と、を更に含む。フォーカスリングに印加される負極性の直流電圧の電圧値は、測定された傾斜量に応じて決定される。
一実施形態において、基板は、膜及び該膜上に設けられたマスクを有する。プラズマ処理方法は、基板のエッジ領域におけるマスクの開口の傾斜量を測定する工程を更に含む。フォーカスリングに印加される負極性の直流電圧の電圧値は、測定された傾斜量に応じて決定される。
以上説明したように、基板のエッジ領域に対するイオンの入射方向を、垂直方向に対して内向きに傾斜した方向と垂直方向に対して外向きに傾斜した方向との間で所望の方向に制御することが可能となる。
一実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。 種々の実施形態に係るプラズマ処理方法において用いることが可能なプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 図２に示すプラズマ処理装置の支持台とフォーカスリングの一部拡大断面図である。 図４は、シースの形状と基板のエッジ領域に対するイオンの入射方向との関係を示す図である。 図５の（ａ）は、種々の実施形態に係るプラズマ処理方法が適用され得る一例の基板の一部拡大断面図であり、図５の（ｂ）は、プラズマ処理後の別の基板の状態を示す一部拡大断面図である。 負極性の直流電圧をフォーカスリングに印加しているときのイオンの入射方向の一例を示す図である。 負極性の直流電圧をフォーカスリングに印加しているときのイオンの入射方向の別の一例を示す図である。 別の実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。 種々の実施形態に係るプラズマ処理方法において用いることが可能な別のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。
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、一実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。図１に示すプラズマ処理方法（以下、「方法ＭＴ１」）という）は、フォーカスリングに直流電圧を印加可能なプラズマ処理装置を用いて実行される。一実施形態において、方法ＭＴ１は、図２に示すプラズマ処理装置を用いて実行することができる。図２は、種々の実施形態に係るプラズマ処理方法において用いることが可能なプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図２に示すプラズマ処理装置１は、容量結合型のプラズマ処理装置である。
プラズマ処理装置１は、チャンバ１０を備えている。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供している。一実施形態において、チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含んでいる。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。内部空間１０ｓは、チャンバ本体１２の中に提供されている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから構成されている。チャンバ本体１２は電気的に接地されている。チャンバ本体１２の内壁面、即ち、内部空間１０ｓを画成する壁面には、耐プラズマ性を有する膜が形成されている。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜又は酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。
チャンバ本体１２の側壁には通路１２ｐが形成されている。基板Ｗは、内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送されるときに、通路１２ｐを通過する。この通路１２ｐの開閉のために、ゲートバルブ１２ｇがチャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。
内部空間１０ｓの中には、支持台１６が設けられている。支持台１６は、その上に載置された基板Ｗを支持するように構成されている。支持台１６は、支持部１５によって支持されている。支持部１５は、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１５は、略円筒形状を有している。支持部１５は、石英といった絶縁材料から形成されている。
支持台１６は、下部電極１８及び静電チャック２０を有し得る。支持台１６は、電極プレート２１を更に有していてもよい。電極プレート２１は、アルミニウムといった導電性材料から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８は、電極プレート２１上に設けられている。下部電極１８は、アルミニウムといった導電性材料から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８は、電極プレート２１に電気的に接続されている。
下部電極１８内には、流路１８ｆが形成されている。流路１８ｆは、熱交換媒体用の流路である。熱交換媒体としては、液状の冷媒、或いは、その気化によって下部電極１８を冷却する冷媒（例えば、フロン）が用いられる。流路１８ｆには、熱交換媒体の循環装置（例えば、チラーユニット）が接続されている。この循環装置は、チャンバ１０の外部に設けられている。流路１８ｆには、循環装置から配管２３ａを介して熱交換媒体が供給される。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２３ｂを介して循環装置に戻される。
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。基板Ｗは、内部空間１０ｓの中で処理されるときには、静電チャック２０上に載置され、静電チャック２０によって保持される。静電チャック２０は、本体及び電極を有している。静電チャック２０の本体は、絶縁体から形成されている。静電チャック２０の電極は、膜状の電極であり、静電チャック２０の本体内に設けられている。静電チャック２０の電極には、直流電源が電気的に接続されている。直流電源から静電チャック２０の電極に電圧が印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、基板Ｗは、静電チャック２０に引き付けられ、静電チャック２０によって保持される。
プラズマ処理装置１は、ガス供給ライン２５を更に備え得る。ガス供給ライン２５は、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２０の上面と基板Ｗの裏面（下面）との間に供給する。
プラズマ処理装置１は、筒状部２８及び絶縁部２９を更に備え得る。筒状部２８は、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。筒状部２８は、支持部１５の外周に沿って延在している。筒状部２８は、導電性材料から形成されており、略円筒形状を有している。筒状部２８は、電気的に接地されている。絶縁部２９は、筒状部２８上に設けられている。絶縁部２９は、絶縁性を有する材料から形成されている。絶縁部２９は、例えば石英といったセラミックから形成されている。絶縁部２９は、略円筒形状を有している。絶縁部２９は、電極プレート２１の外周、下部電極１８の外周、及び静電チャック２０の外周に沿って延在している。
以下、図２と共に図３を参照する。図３は、図２に示すプラズマ処理装置の支持台とフォーカスリングの一部拡大断面図である。支持台１６は、搭載領域２０ｒを有している。搭載領域２０ｒ上には、フォーカスリングＦＲが搭載される。搭載領域２０ｒは、一例では、静電チャック２０の外周領域である。フォーカスリングＦＲは、略環状板形状を有している。フォーカスリングＦＲは、導電性を有する。フォーカスリングＦＲは、例えばシリコン又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）から形成されている。基板Ｗは、円形の平面形状を有し、静電チャック２０上、且つ、フォーカスリングＦＲによって囲まれた領域内に、配置される。即ち、フォーカスリングＦＲは、支持台１６上に載置された基板Ｗのエッジを囲む。
プラズマ処理装置１を用いて種々の実施形態に係るプラズマ処理方法が実行される場合には、フォーカスリングＦＲが、チャンバ１０の中に運び入れられて、基板のエッジを囲むように搭載領域２０ｒ上に載置される。チャンバ１０の中に運び入れられるフォーカスリングＦＲは、支持台１６上、即ち静電チャック２０上に載置される基板Ｗの上面の高さ方向の位置（以下、「基準位置ＲＨ」という）よりも、搭載領域２０ｒ上に搭載されたフォーカスリングＦＲの上面の高さ方向の位置ＦＨが低くなるように設定された厚みを有する。
図２に示すように、プラズマ処理装置１は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、支持台１６の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２と共にチャンバ本体１２の上部開口を閉じている。部材３２は、絶縁性を有している。上部電極３０は、この部材３２を介してチャンバ本体１２の上部に支持されている。
上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含んでいる。天板３４の下面は、内部空間１０ｓを画成している。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが形成されている。複数のガス吐出孔３４ａの各々は、天板３４を板厚方向（鉛直方向）に貫通している。この天板３４は、限定されるものではないが、例えばシリコンから形成されている。或いは、天板３４は、アルミニウム製の母材の表面に耐プラズマ性の膜を設けた構造を有し得る。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜又は酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持している。支持体３６は、例えばアルミニウムといった導電性材料から形成されている。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。ガス拡散室３６ａからは、複数のガス孔３６ｂが下方に延びている。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス導入ポート３６ｃが形成されている。ガス導入ポート３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入ポート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４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３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含んでいる。バルブ群４１及びバルブ群４３の各々は、複数のバルブ（例えば開閉バルブ）を含んでいる。流量制御器群４２は、複数の流量制御器を含んでいる。流量制御器群４２の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、バルブ群４１の対応のバルブ、流量制御器群４２の対応の流量制御器、及びバルブ群４３の対応のバルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。プラズマ処理装置１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、内部空間１０ｓに供給することが可能である。
筒状部２８とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウム製の母材に酸化イットリウム等のセラミックを被覆することにより構成され得る。このバッフルプレート４８には、多数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方においては、排気管５２がチャンバ本体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、自動圧力制御弁といった圧力制御器、及び、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、内部空間１０ｓの中の圧力を減圧することができる。
プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源６１を更に備えている。第１の高周波電源６１は、プラズマ生成用の第１の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電力は、２７～１００ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば４０ＭＨｚ又は６０ＭＨｚの周波数を有する。第１の高周波電源６１は、第１の高周波電力を下部電極１８に供給するために、第１の整合器６３及び電極プレート２１を介して下部電極１８に接続されている。第１の整合器６３は、第１の高周波電源６１の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための整合回路を有している。なお、第１の高周波電源６１は、下部電極１８に電気的に接続されていなくてもよく、第１の整合器６３を介して上部電極３０に接続されていてもよい。
プラズマ処理装置１は、第２の高周波電源６２を更に備えている。第２の高周波電源６２は、基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス用の第２の高周波電力を発生する電源である。第２の高周波電力の周波数は、第１の高周波電力の周波数よりも低い。第２の高周波電力の周波数は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、例えば、４００ｋＨｚである。第２の高周波電源６２は、第２の高周波電力を下部電極１８に供給するために、第２の整合器６４及び電極プレート２１を介して下部電極１８に接続されている。第２の整合器６４は、第２の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための整合回路を有している。
このプラズマ処理装置１では、内部空間１０ｓにガスが供給される。そして、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力が供給されることにより、内部空間１０ｓの中でガスが励起される。その結果、内部空間１０ｓの中でプラズマが生成される。生成されたプラズマからのイオン及び／又はラジカルにより、基板Ｗが処理される。
プラズマ処理装置１は、直流電源７０を更に備えている。直流電源７０は、フォーカスリングＦＲに電気的に接続されている。直流電源７０は、内部空間１０ｓの中で生成されるプラズマの状態を調整するために、フォーカスリングＦＲに印加される負極性の直流電圧を発生する。図３に示すように、一実施形態では、フォーカスリングＦＲは、導体２２を介して下部電極１８に電気的に接続されている。導体２２は、静電チャック２０を貫通している。直流電源７０は、電極プレート２１、下部電極１８、及び導体２２を介してフォーカスリングＦＲに電気的に接続されている。なお、直流電源７０は、電極プレート２１、下部電極１８、及び導体２２を介さずに、別の電気的パスを介してフォーカスリングＦＲに電気的に接続されていてもよい。
プラズマ処理装置１は、制御部ＭＣを更に備え得る。制御部ＭＣは、プロセッサ、記憶装置、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１の各部を制御する。具体的に、制御部ＭＣは、記憶装置に記憶されている制御プログラムを実行し、当該記憶装置に記憶されているレシピデータに基づいてプラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部ＭＣによる制御により、プラズマ処理装置１は、レシピデータによって指定されたプロセスを実行することができる。また、制御部ＭＣによる制御により、プラズマ処理装置１は、種々の実施形態に係るプラズマ処理方法を実行することができる。
以下、プラズマ処理装置１を用いて実行される場合を例として、方法ＭＴ１について詳細に説明する。図１に示すように、方法ＭＴ１では、まず、工程ＳＴ１１が実行される。工程ＳＴ１１では、フォーカスリングＦＲの上面の高さ方向の位置ＦＨが設定される。上述したように、プラズマ処理装置１が用いられる場合には、フォーカスリングＦＲが、チャンバ１０の中に運び入れられて、基板のエッジを囲むように搭載領域２０ｒ上に載置される。チャンバ１０の中に運び入れられるフォーカスリングＦＲは、基準位置ＲＨよりも、搭載領域２０ｒ上に搭載されたフォーカスリングＦＲの上面の高さ方向の位置ＦＨが低くなるように設定された厚みを有する（図３参照）。
方法ＭＴ１は、工程ＳＴ１５及び工程ＳＴ１６を更に含んでいる。方法ＭＴ１では、工程ＳＴ１１の実行後、工程ＳＴ１５の実行前に、基板Ｗが、内部空間１０ｓに搬入されて、支持台１６（静電チャック２０）上、且つ、フォーカスリングＦＲによって囲まれた領域内に載置される。工程ＳＴ１５及び工程ＳＴ１６は、基板Ｗが支持台１６上、且つ、フォーカスリングＦＲによって囲まれた領域内に載置されており、工程ＳＴ１１において設定された位置ＦＨが維持された状態で実行される。
工程ＳＴ１５では、基板Ｗに対してプラズマ処理を行うために、チャンバ１０の中でプラズマが生成される。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一以上のガスソースからのガスが内部空間１０ｓに供給されるよう、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３が制御される。工程ＳＴ１５では、内部空間１０ｓの中の圧力が指定された圧力に設定されるよう、排気装置５０が制御される。工程ＳＴ１５では、内部空間１０ｓの中のガスを励起させるために、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力が供給されるよう、第１の高周波電源６１及び／又は第２の高周波電源６２が制御される。
工程ＳＴ１６は、工程ＳＴ１５の実行中、即ち、プラズマの生成中に実行される。工程ＳＴ１６では、フォーカスリングＦＲに負極性の直流電圧を印加するよう、直流電源７０が制御される。
図４は、シースの形状と基板のエッジ領域に対するイオンの入射方向との関係を示す図である。図４において、文字「＋」がその中に記載された円形の図形はイオンを示している。フォーカスリングＦＲの上面の高さ方向の位置ＦＨが基板Ｗの上面の高さ方向の位置、即ち基準位置ＲＨよりも低く、且つ、フォーカスリングＦＲに負極性の直流電圧が印加されていない状態では、シースＳＨは、図４において、実線で示す形状（シースＳＨとプラズマとの境界の形状）を有する。即ち、フォーカスリングＦＲの上面の高さ方向の位置ＦＨが基準位置ＲＨよりも低く、且つ、フォーカスリングＦＲに負極性の直流電圧が印加されていない状態では、基板Ｗの中央領域ＣＲの上方でのシースＳＨの高さ方向の位置よりも、フォーカスリングＦＲの上方でのシースＳＨの高さ方向の位置が低く、基板Ｗのエッジ領域ＥＲの上方では、シースＳＨの高さ方向の位置が基板Ｗの中心からの距離の増加につれて低くなる。したがって、フォーカスリングＦＲの上面の高さ方向の位置ＦＨが基準位置ＲＨよりも低く、且つ、フォーカスリングＦＲに負極性の直流電圧が印加されていない状態では、プラズマからのイオンの基板Ｗのエッジ領域に対する入射方向は、垂直方向に対して内向きに傾斜した方向である。
方法ＭＴ１では、位置ＦＨが基準位置ＲＨよりも低くなるように設定された状態で、フォーカスリングＦＲに負極性の直流電圧が印加される。この直流電圧の絶対値が基板Ｗのエッジ領域ＥＲに対して垂直にイオンを入射させるためにフォーカスリングＦＲに印加されるべき負極性の直流電圧の絶対値よりも小さい場合には、プラズマからのイオンの基板Ｗのエッジ領域に対する入射方向は、垂直方向に対して内向きに傾斜した方向である。なお、フォーカスリングＦＲに印加される負極性の直流電圧の絶対値が調整されて、基板Ｗのエッジ領域ＥＲに対して垂直にイオンが入射する場合には、シースＳＨは、図４において一点鎖線で示す形状を有する。即ち、基板Ｗのエッジ領域ＥＲに対して垂直にイオンが入射する場合には、シースＳＨの高さ方向の位置は、基板Ｗの中央領域からフォーカスリングＦＲの上方まで、一定である。
フォーカスリングＦＲに印加される負極性の直流電圧の絶対値が、基板Ｗのエッジ領域ＥＲに対して垂直にイオンを入射させるためにフォーカスリングＦＲに印加されるべき負極性の直流電圧の絶対値よりも大きい場合には、シースＳＨは、図４において破線で示す形状（シースＳＨとプラズマとの境界の形状）を有する。即ち、フォーカスリングＦＲに印加される負極性の直流電圧の絶対値が、基板Ｗのエッジ領域ＥＲに対して垂直にイオンを入射させるためにフォーカスリングＦＲに印加されるべき負極性の直流電圧の絶対値よりも大きい場合には、基板Ｗの中央領域ＣＲの上方でのシースＳＨの高さ方向の位置よりも、フォーカスリングＦＲの上方でのシースＳＨの高さ方向の位置が高く、基板Ｗのエッジ領域ＥＲの上方では、シースＳＨの高さ方向の位置が基板Ｗの中心からの距離の増加につれて高くなる。したがって、フォーカスリングＦＲに印加される負極性の直流電圧の絶対値が、基板Ｗのエッジ領域ＥＲに対して垂直にイオンを入射させるためにフォーカスリングＦＲに印加されるべき負極性の直流電圧の絶対値よりも大きい場合には、プラズマからのイオンの基板Ｗのエッジ領域ＥＲに対する入射方向は、垂直方向に対して外側に傾斜した方向である。
したがって、方法ＭＴ１によれば、フォーカスリングＦＲに印加される負極性の直流電圧の絶対値を調整することにより、基板Ｗのエッジ領域ＥＲに対するイオンの入射方向を、垂直方向に対して内向きに傾斜した方向と垂直方向に対して外向きに傾斜した方向との間で所望の方向に制御することが可能である。なお、「内向きに傾斜した方向」とは、基板からの距離の減少に伴い基板の中心に近付く方向である。また、「外側に傾斜した方向」とは、基板からの距離の減少に伴い基板の中心から遠ざかる方向である。
図１に示すように、方法ＭＴ１は、工程ＳＴ１２、工程ＳＴ１３、及び工程ＳＴ１４を更に含んでいてもよい。工程ＳＴ１２、工程ＳＴ１３、及び工程ＳＴ１４は、工程ＳＴ１１と工程ＳＴ１５との間で実行される。図５の（ａ）は、種々の実施形態に係るプラズマ処理方法が適用され得る一例の基板の一部拡大断面図である。図５の（ａ）に示す基板Ｗは、中央領域ＣＲ及びエッジ領域ＥＲを有する。中央領域ＣＲは、エッジ領域ＥＲに対して基板Ｗの径方向内側の領域である。図５の（ａ）に示す基板Ｗは、膜ＴＦ及びマスクＭＫを有している。膜ＴＦは、下地領域ＵＲ上に設けられている。マスクＭＫは、膜ＴＦ上に設けられている。マスクＭＫは、パターニングされており、中央領域ＣＲ及びエッジ領域ＥＲの各々において開口ＭＫＯを提供している。マスクＭＫは、例えばレジストマスクである。
図１に示す方法ＭＴ１では、工程ＳＴ１１の実行後、工程ＳＴ１２の実行前に、基板ＡＷが、内部空間１０ｓに搬入されて、支持台１６（静電チャック２０）上、且つ、フォーカスリングＦＲによって囲まれた領域内に載置される。基板ＡＷは、工程ＳＴ１５においてプラズマ処理が適用される基板Ｗと同じ構成を有する。即ち、基板ＡＷは、膜ＴＦ及びマスクＭＫを有する。工程ＳＴ１２では、工程ＳＴ１１において設定されたフォーカスリングＦＲの位置ＦＨが維持された状態で、プラズマ処理が基板ＡＷに対して実行される。工程ＳＴ１２において基板ＡＷに対して実行されるプラズマ処理は、工程ＳＴ１５において基板Ｗに対して実行されるプラズマ処理と同じである。図５の（ｂ）は、プラズマ処理後の別の基板の状態を示す一部拡大断面図である。工程ＳＴ１２が実行されると、図５の（ｂ）に示すように、別の基板ＡＷの膜ＴＦに開口ＴＦＯが形成される。即ち、工程ＳＴ１２及び工程ＳＴ１５のプラズマ処理は、プラズマエッチングである。
続く工程ＳＴ１３では、別の基板ＡＷのエッジ領域ＥＲ内で膜ＴＦに形成された開口ＴＦＯの傾斜量が測定される。傾斜量は、例えば光学的に取得された別の基板ＡＷの画像から求められる。傾斜量は、別の基板ＡＷのエッジ領域ＥＲ内で膜ＴＦに形成された開口ＴＦＯの垂直方向に対する傾斜の程度を表す量であれば任意の量であることができる。傾斜量は、例えば別の基板ＡＷのエッジ領域ＥＲ内で膜ＴＦに形成された開口ＴＦＯの垂直方向に対する傾斜角であってもよい。或いは、傾斜量は、別の基板ＡＷのエッジ領域ＥＲ内で膜ＴＦに形成された開口ＴＦＯの上端の中心位置と下端の中心位置との間の水平方向におけるずれ量であってもよい。なお、傾斜量は、プラズマ処理装置１に設けられた測定器によって測定されてもよく、プラズマ処理装置１の外部に存在する測定器によって測定されてもよい。
工程ＳＴ１４では、工程ＳＴ１６においてフォーカスリングＦＲに印加される負極性の直流電圧の電圧値が決定される。負極性の直流電圧の電圧値は、工程ＳＴ１３において測定された傾斜量に応じて決定される。例えば、制御部ＭＣが、傾斜量と負極性の直流電圧の電圧値との間の関係を予め定めたテーブル又は関数を用いて、測定された傾斜量に応じた負極性の直流電圧の電圧値を特定する。
工程ＳＴ１４では、例えば基板Ｗのエッジ領域ＥＲ内の膜ＴＦに垂直に延びる開口が形成されるよう、負極性の直流電圧の電圧値が、測定された傾斜量に応じて決定される。図６は、負極性の直流電圧をフォーカスリングに印加しているときのイオンの入射方向の一例を示す図である。図７は、負極性の直流電圧をフォーカスリングに印加しているときのイオンの入射方向の別の一例を示す図である。図６及び図７において、文字「＋」がその中に記載された円形の図形はイオンを表しており、当該図形から延びる矢印はイオンの入射方向を表している。
一例では、別の基板ＡＷのエッジ領域ＥＲ内で膜ＴＦに形成された開口ＴＦＯが垂直方向に対して内向きに傾斜した方向に延びている場合に、基板Ｗのエッジ領域ＥＲに対するイオンの入射方向が、図６に示すように外向きに傾斜した方向となるように、工程ＳＴ１３において測定された傾斜量から負極性の直流電圧の電圧値が決定される。その結果、工程ＳＴ１５のプラズマ処理によって基板Ｗのエッジ領域ＥＲ内で膜ＴＦに略垂直に延びる開口が形成される。図６に示すイオンの入射方向を得るために、負極性の直流電圧の絶対値は、基板Ｗのエッジ領域ＥＲに対して垂直にイオンを入射させるためにフォーカスリングＦＲに印加されるべき負極性の直流電圧の絶対値よりも大きい値に設定される。
別の一例では、別の基板ＡＷのエッジ領域ＥＲ内で膜ＴＦに形成された開口ＴＦＯが垂直方向に対して外向きに傾斜した方向に延びている場合に、基板Ｗのエッジ領域ＥＲに対するイオンの入射方向が、図７に示すように内向きに傾斜した方向となるように、工程ＳＴ１３において測定された傾斜量から負極性の直流電圧の電圧値が決定される。その結果、工程ＳＴ１５のプラズマ処理によって基板Ｗのエッジ領域ＥＲ内で膜ＴＦに略垂直に延びる開口が形成される。図７に示すイオンの入射方向を得るためには、負極性の直流電圧の絶対値は、基板Ｗのエッジ領域ＥＲに対して垂直にイオンを入射させるためにフォーカスリングＦＲに印加されるべき負極性の直流電圧の絶対値よりも小さい値に設定される。
なお、工程ＳＴ１４では、基板Ｗのエッジ領域ＥＲ内で膜ＴＦに形成される開口の傾斜量が指定された量になるように、負極性の直流電圧の電圧値が決定されてもよい。
方法ＭＴ１では、工程ＳＴ１５の実行前に、工程ＳＴ１４において決定された電圧値を有する直流電圧をフォーカスリングＦＲに印加した状態で工程ＳＴ１２のプラズマ処理、即ちエッチングが更に別の基板に対して実行されてもよい。そして、更に別の基板に対して実行されたエッチングの特性が所望の特性になっている場合に、工程ＳＴ１５が基板Ｗに対して実行されてもよい。なお、エッチングの特性は、上述した傾斜量によって表されてもよい。或いは、エッチングの特性は、更に別の基板に対して実行されたエッチングの状態を表す特性であって、シースの状態を表す特性であれば、任意の特性であってもよい。そのような特性としては、エッチングの面内均一性を表す特性が例示される。
以下、別の実施形態に係るプラズマ処理方法について説明する。図８は、別の実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。図８に示すプラズマ処理方法（以下、「方法ＭＴ２」という）も、フォーカスリングに直流電圧を印加可能なプラズマ処理装置、例えばプラズマ処理装置１を用いて実行される。方法ＭＴ２は、工程ＳＴ１１と同様の工程ＳＴ２１、工程ＳＴ１５と同様の工程ＳＴ２５、及び工程ＳＴ１６と同様の工程ＳＴ２６を含んでいる。工程ＳＴ２１、工程ＳＴ２５、及び工程ＳＴ２６についての詳細については、工程ＳＴ１１、工程ＳＴ１５、及び工程ＳＴ１６の説明を参照されたい。
方法ＭＴ２は、図５の（ａ）に示した基板Ｗに対して適用され得る。方法ＭＴ２は、工程ＳＴ２３及び工程ＳＴ２４を更に含んでいる。工程ＳＴ２３及び工程ＳＴ２４は、工程ＳＴ２１と工程ＳＴ２５との間で実行される。工程ＳＴ２３は、工程ＳＴ２１の前に実行されてもよい。
工程ＳＴ２３では、基板Ｗのエッジ領域ＥＲにおけるマスクＭＫの開口ＭＫＯの傾斜量が測定される。傾斜量は、例えば光学的に取得された別の基板ＡＷの画像から求められる。傾斜量は、基板Ｗのエッジ領域ＥＲにおけるマスクＭＫの開口ＭＫＯの垂直方向に対する傾斜の程度を表す量であれば任意の量であることができる。傾斜量は、例えば基板Ｗのエッジ領域ＥＲにおけるマスクＭＫの開口ＭＫＯの垂直方向に対する傾斜角であってもよい。或いは、傾斜量は、基板Ｗのエッジ領域ＥＲにおけるマスクＭＫの開口ＭＫＯの上端の中心位置と下端の中心位置との間の水平方向におけるずれ量であってもよい。
工程ＳＴ２４では、工程ＳＴ２６においてフォーカスリングＦＲに印加される負極性の直流電圧の電圧値が決定される。負極性の直流電圧の電圧値は、工程ＳＴ２３において測定された傾斜量に応じて決定される。例えば、制御部ＭＣが、傾斜量と負極性の直流電圧の電圧値との間の関係を予め定めたテーブル又は関数を用いて、測定された傾斜量に応じた負極性の直流電圧の電圧値を特定する。
工程ＳＴ２４では、例えば基板Ｗのエッジ領域ＥＲ内の膜ＴＦに垂直に延びる開口が形成されるよう、負極性の直流電圧の電圧値が、測定された傾斜量に応じて決定される。一例では、図６に示すように、基板Ｗのエッジ領域ＥＲ内でマスクＭＫの開口ＭＫＯが垂直方向に対して内向きに傾斜した方向に延びている場合に、基板Ｗのエッジ領域ＥＲに対するイオンの入射方向が、外向きに傾斜した方向となるように、工程ＳＴ２３において測定された傾斜量から負極性の直流電圧の電圧値が決定される。その結果、工程ＳＴ２５のプラズマ処理によって基板Ｗのエッジ領域ＥＲ内で膜ＴＦに略垂直に延びる開口が形成される。図６に示すイオンの入射方向を得るためには、負極性の直流電圧の絶対値は、基板Ｗのエッジ領域ＥＲに対して垂直にイオンを入射させるためにフォーカスリングＦＲに印加されるべき負極性の直流電圧の絶対値よりも大きい値に設定される。
別の一例では、図７に示すように、基板Ｗのエッジ領域ＥＲ内でマスクＭＫの開口ＭＫＯが垂直方向に対して外向きに傾斜した方向に延びている場合に、基板Ｗのエッジ領域ＥＲに対するイオンの入射方向が、内向きに傾斜した方向となるように、工程ＳＴ２３において測定された傾斜量から負極性の直流電圧の電圧値が決定される。その結果、工程ＳＴ２５のプラズマ処理によって基板Ｗのエッジ領域ＥＲ内で膜ＴＦに略垂直に延びる開口が形成される。図７に示すイオンの入射方向を得るためには、負極性の直流電圧の絶対値は、基板Ｗのエッジ領域ＥＲに対して垂直にイオンを入射させるためにフォーカスリングＦＲに印加されるべき負極性の直流電圧の絶対値よりも小さい値に設定される。
なお、工程ＳＴ２４では、基板Ｗのエッジ領域ＥＲ内で膜ＴＦに形成される開口の傾斜量が指定された量になるように、負極性の直流電圧の絶対値が決定されてもよい。
以下、方法ＭＴ１及び方法ＭＴ２の双方においてプラズマ処理装置１の代わりに用いることが可能な別のプラズマ処理装置について説明する。図９は、種々の実施形態に係るプラズマ処理方法において用いることが可能な別のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図９に示すプラズマ処理装置１Ｂは、フォーカスリングＦＲの昇降機構を有する点で、プラズマ処理装置１と異なっている。
プラズマ処理装置１ＢにおけるフォーカスリングＦＲの昇降機構は、支持体８０及び駆動部８２を有している。支持体８０は、支持台１６の上方でフォーカスリングＦＲを支持するように構成されている。支持体８０は、一つ以上の柱状体から構成され得る。支持体８０は、支持台１６の下方から、支持台１６を垂直方向に貫通する貫通孔を通って、支持台１６の上方まで延びている。支持台１６の下方では、支持体８０は駆動部８２に接続されている。駆動部８２は、支持体８０を介してフォーカスリングＦＲを昇降させるための動力を発生する。駆動部８２は、例えばモータから構成される。或いは、駆動部８２は、エアシリンダであり得る。
プラズマ処理装置１Ｂを用いて方法ＭＴ１が実行される場合には、工程ＳＴ１１において、フォーカスリングＦＲの上面の高さ方向の位置ＦＨが基準位置ＲＨよりも低くなるようにチャンバ１０の中でフォーカスリングＦＲが移動される。工程ＳＴ１１では、プラズマ処理装置１ＢにおけるフォーカスリングＦＲの昇降機構により、フォーカスリングＦＲが移動される。プラズマ処理装置１Ｂを用いて方法ＭＴ２が実行される場合には、工程ＳＴ２１において、フォーカスリングＦＲの上面の高さ方向の位置ＦＨが基準位置ＲＨよりも低くなるようにチャンバ１０の中でフォーカスリングＦＲが移動される。工程ＳＴ２１では、プラズマ処理装置１ＢにおけるフォーカスリングＦＲの昇降機構により、フォーカスリングＦＲが移動される。
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、方法ＭＴ１及び方法ＭＴ２の各々において用いることが可能なプラズマ処理装置は、容量結合型のプラズマ処理装置に限定されない。方法ＭＴ１及び方法ＭＴ２の各々において用いることが可能なプラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置又はマイクロ波といった表面波を用いるプラズマ処理装置であってもよい。
１，１Ｂ…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１６…支持台、２０ｒ…搭載領域、７０…直流電源、ＦＲ…フォーカスリング、Ｗ…基板。

Claims (17)

  1. プラズマ処理装置のチャンバの中で支持台上に載置されたフォーカスリングの上面の高さ方向の位置を設定する工程と、
    設定された前記フォーカスリングの前記上面の前記高さ方向の前記位置を維持した状態で、膜及び該膜上に設けられたマスクを有する第１の基板に対してプラズマ処理を行う工程であり、該第１の基板は、前記フォーカスリングによって囲まれた領域内に載置される、該工程と、
    前記プラズマ処理によって前記第１の基板のエッジ領域内で前記膜に形成された開口の傾斜量を測定する工程であり、該傾斜量は、前記プラズマ処理装置に設けられた測定器によって測定される、該工程と、
    設定された前記フォーカスリングの前記上面の前記高さ方向の前記位置を維持した状態で、前記膜及び該膜上に設けられた前記マスクを有する第２の基板に対してプラズマ処理を行うために前記チャンバの中でプラズマを生成する工程と、
    前記プラズマの生成中に、設定された前記フォーカスリングの前記上面の前記高さ方向の前記位置を維持した前記状態において、前記フォーカスリングに負極性の直流電圧を印加する工程と、
    を含み、
    前記負極性の直流電圧の電圧値は前記傾斜量に応じて決定され、
    設定する前記工程では、前記支持台上の搭載領域上に搭載された前記フォーカスリングの前記上面の前記高さ方向の位置が前記支持台上に載置された前記第２の基板の上面の前記高さ方向の位置である基準位置よりも低くなるように設定された厚みを有する該フォーカスリングを、前記チャンバの中に運び入れて、前記搭載領域上に載置するか、又は、前記フォーカスリングの前記上面の前記高さ方向の前記位置が前記基準位置よりも低くなるように前記チャンバの中でフォーカスリングを移動させる、
    プラズマ処理方法。
  2. 前記傾斜量は、前記第１の基板の前記膜に形成された前記開口の垂直方向に対する傾斜角である、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  3. 前記傾斜量は、前記第１の基板の前記膜に形成された前記開口の上端と下端との水平方向におけるずれ量である、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  4. 前記第１の基板の前記エッジ領域内で前記膜に形成された前記開口が、垂直方向に対して内向きに傾斜した方向に延びている場合に、プラズマを生成する前記工程において処理される前記第２の基板の前記エッジ領域に対するイオンの入射方向が、外向きに傾斜した方向となるように、前記負極性の直流電圧の前記電圧値が決定される、請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  5. 前記第１の基板の前記エッジ領域内で前記膜に形成された前記開口が、垂直方向に対して外向きに傾斜した方向に延びている場合に、プラズマを生成する前記工程において処理される前記第２の基板の前記エッジ領域に対するイオンの入射方向が、内向きに傾斜した方向となるように、負極性の直流電圧の電圧値が決定される、請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  6. 前記負極性の直流電圧の前記電圧値は、前記傾斜量と前記負極性の直流電圧の前記電圧値との間の関係を予め定めたテーブル又は関数を用いて決定される、請求項１～５の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  7. プラズマ処理装置のチャンバの中で支持台上に載置された基板のエッジを囲むフォーカスリングの上面の高さ方向の位置を設定する工程であり、該基板は、膜及び該膜上に設けられたマスクを有する、該工程と、
    設定された前記フォーカスリングの前記上面の前記高さ方向の前記位置を維持した状態で、前記基板に対してプラズマ処理を行うために前記チャンバの中でプラズマを生成する工程と、
    前記プラズマの生成中に、設定された前記フォーカスリングの前記上面の前記高さ方向の前記位置を維持した前記状態において、前記フォーカスリングに負極性の直流電圧を印加する工程と、
    を含み、
    前記基板のエッジ領域における前記マスクの開口の傾斜量を測定する工程を更に含み、
    前記負極性の直流電圧の電圧値は前記傾斜量に応じて決定され、
    設定する前記工程では、前記支持台上の搭載領域上に搭載された前記フォーカスリングの前記上面の前記高さ方向の位置が前記支持台上に載置された前記基板の上面の前記高さ方向の位置である基準位置よりも低くなるように設定された厚みを有する該フォーカスリングを、前記チャンバの中に運び入れて、前記基板のエッジを囲むように前記搭載領域上に載置するか、又は、前記フォーカスリングの前記上面の前記高さ方向の前記位置が前記基準位置よりも低くなるように前記チャンバの中でフォーカスリングを移動させる、
    プラズマ処理方法。
  8. 前記傾斜量は、前記マスクの前記開口の垂直方向に対する傾斜角である、請求項７に記載のプラズマ処理方法。
  9. 前記傾斜量は、前記マスクの前記開口の上端と下端との水平方向におけるずれ量である、請求項７に記載のプラズマ処理方法。
  10. 前記基板の前記エッジ領域内で前記マスクの前記開口が垂直方向に対して内向きに傾斜した方向に延びている場合に、前記基板の前記エッジ領域に対するイオンの入射方向が、外向きに傾斜した方向となるように、前記負極性の直流電圧の前記電圧値が決定される、請求項７～９の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  11. 前記基板の前記エッジ領域内で前記マスクの前記開口が垂直方向に対して外向きに傾斜した方向に延びている場合に、前記基板の前記エッジ領域に対するイオンの入射方向が、内向きに傾斜した方向となるように、前記負極性の直流電圧の前記電圧値が決定される、請求項７～９の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  12. 前記負極性の直流電圧の前記電圧値は、前記傾斜量と前記負極性の直流電圧の前記電圧値との間の関係を予め定めたテーブル又は関数を用いて決定される、請求項７～１１の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  13. 前記傾斜量は、前記プラズマ処理装置の外部に設けられた測定器によって測定される、請求項７～１２の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  14. 前記傾斜量は、前記プラズマ処理装置に設けられた測定器によって測定される、請求項７～１２の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  15. 前記マスクは、レジストマスクである、請求項１～１４の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  16. チャンバと、
    前記チャンバの中に設けられており、その上に載置される基板を支持するように構成された支持台と、
    前記チャンバ内でのプラズマ生成のために高周波電力を発生するように構成された高周波電源と、
    前記支持台上に載置されるフォーカスリングに電気的に接続される直流電源と、
    測定器と、
    前記高周波電源及び前記直流電源を制御するように構成された制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記支持台上に載置された前記フォーカスリングの上面の高さ方向の位置を維持した状態で、膜及び該膜上に設けられたマスクを有し前記フォーカスリングによって囲まれた領域内に載置された第１の基板に対してプラズマ処理を行うために、前記高周波電力を供給するよう、前記高周波電源を制御し、
    前記プラズマ処理によって前記第１の基板のエッジ領域内で前記膜に形成された開口の傾斜量を、前記測定器を用いて測定し、
    前記フォーカスリングの前記上面の前記高さ方向の前記位置を維持した状態で、前記チャンバの中でプラズマを生成して、前記膜及び該膜上に設けられた前記マスクを有する第２の基板に対してプラズマ処理を行うために、前記高周波電力を供給するよう、前記高周波電源を制御し、
    前記プラズマの生成中に、前記フォーカスリングの前記上面の前記高さ方向の前記位置を維持した前記状態において、前記傾斜量に応じて決定された電圧値を有する負極性の直流電圧を前記フォーカスリングに印加するよう、前記直流電源を制御し、
    前記支持台上の搭載領域上に搭載された前記フォーカスリングの前記上面の前記高さ方向の前記位置は、前記支持台上に載置された前記第２の基板の上面の前記高さ方向の位置である基準位置よりも低くなるように設定された厚みを有する該フォーカスリングを前記搭載領域上に載置するか、又は、前記フォーカスリングの前記上面の前記高さ方向の前記位置が前記基準位置よりも低くなるように前記チャンバの中でフォーカスリングが移動されることにより、設定される、
    プラズマ処理装置。
  17. チャンバと、
    前記チャンバの中に設けられており、その上に載置される基板を支持するように構成された支持台と、
    前記チャンバ内でのプラズマ生成のために高周波電力を発生するように構成された高周波電源と、
    前記支持台上に載置されるフォーカスリングに電気的に接続される直流電源と、
    前記高周波電源及び前記直流電源を制御するように構成された制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記支持台上に載置された前記フォーカスリングの上面の高さ方向の位置を維持した状態で、前記チャンバの中でプラズマを生成して、膜及び該膜上に設けられたマスクを有し前記フォーカスリングによって囲まれた領域内に載置された基板に対してプラズマ処理を行うために、前記高周波電力を供給するよう、前記高周波電源を制御し、
    前記プラズマの生成中に、前記フォーカスリングの前記上面の前記高さ方向の前記位置を維持した前記状態において、前記基板のエッジ領域における前記マスクの開口の測定された傾斜量に応じて決定された電圧値を有する負極性の直流電圧を前記フォーカスリングに印加するよう、前記直流電源を制御し、
    前記支持台上の搭載領域上に搭載された前記フォーカスリングの前記上面の前記高さ方向の前記位置は、前記支持台上に載置された前記基板の上面の前記高さ方向の位置である基準位置よりも低くなるように設定された厚みを有する該フォーカスリングを前記搭載領域上に載置するか、又は、前記フォーカスリングの前記上面の前記高さ方向の前記位置が前記基準位置よりも低くなるように前記チャンバの中でフォーカスリングが移動されることにより、設定される、
    プラズマ処理装置。
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