JPWO2020122259A1 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

試料に成膜された被エッチング膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、試料に形成されたパターンの上部に保護膜を選択的に形成し、この形成された保護膜の幅の試料の面内における分布が所望の分布となるように形成された保護膜の幅を調整する保護膜形成工程と、保護膜形成工程後、被エッチング膜をプラズマエッチングする工程とを有するようにした。

Description

本発明は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に係り、特にウエハ上のパターンの上面に所望のエッチング保護膜を形成する工程を含むプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
半導体素子等の機能素子製品の微細化により、薄膜のスペーサの側壁をマスクとして用いるマルチパターニングを用いた三次元デバイス加工技術の開発が加速されている。これに伴って、三次元デバイス等の半導体素子の加工工程では、薄膜スペーサやメタル等の各種材料をマスクとした溝やホールの加工の技術が重要となっている。
マスクやゲート絶縁膜、エッチストッパ等の厚さは薄くなっており、原子層レベルで形状を制御する加工技術が要求されている。さらに、デバイスの三次元化に伴って、ウエハ表面から異なる深さの層に形成されたパターンを同時に加工したり、開口寸法が深さによって変わるパターンを加工したりする等、複雑な形状を加工する工程が増加している。
図２には一例として、マスクパターン無しで、下層の材料を加工する場合の従来技術の一例を示す。例えば、図２に示したようなマスクの無いパターンで、溝パターン２１３の間の下層の被エッチング層２１１をエッチングすると、溝パターン２１３の上面２１２がエッチングされて溝パターン２１３の深さが浅くなってしまう（溝パターン２１３が低くなってしまう）という課題があった。
あるいは、溝パターン２１３の上面２１２の上層にマスクがある場合でも、マスクパターンの厚さが非常に薄い場合には、溝パターン２１３の間の下層の被エッチング層２１１をエッチングする間にマスクパターンがエッチングされてしまい、溝パターン２１３の上面２１２にまでエッチングが進行してしまうという課題があった。
一方、パターン上に堆積膜を形成してエッチングする従来技術として、特許文献１では、フルオロカーボンガスやハイドロフルオロカーボンガス等の堆積性の高い混合ガスを使用して、エッチングする技術として、エッチング中にマスク上のデポジション（以下、デポと記す）膜の厚さが許容値内になるようにエッチングパラメータを制御する方法が開示されている。この方法は、マスク上にデポ膜を形成すると同時に下層のエッチングを実施するため、マスク上にはエッチングを抑制するために厚いデポ膜を形成すると同時に、下層表面ではエッチングを進行させることが必要である。
次に、非特許文献１では、被エッチング材料上に被エッチング材料と反応性を持つ堆積膜を形成する工程と、イオン照射等によって反応生成物を脱離させる工程とを繰返すことで、原子層レベルの深さ精度でエッチングを実現する手法が知られている。
また、特許文献２では、マスクパターンの溝幅のばらつきを調整するために、マスクパターン上に堆積膜を形成してからエッチングを実施する技術が開示されている。本手法では、堆積膜のデポレートがウエハ温度に依存することを利用して、溝幅のばらつきに対応した厚さの堆積膜を形成してウエハ面内で溝幅が均一になるように調整している。
特開２０１４―２３２８２５号公報 特開２０１７―２１２３３１号公報
Journal of Vacuum Science & Technology A32, 020603 (2014)
上述したように、三次元デバイスでのパターンの微細化と複雑化とともに、微細な高アスペクト比を持つ構造のエッチングが重要となっている。例えば、図２に示したようなマスクレスの溝パターン２１３で、この溝パターンにダメージを与えることなく下層の被エッチング層２１１のエッチングをすることは、従来の方法では困難であった。
また、パターン上層にマスクがあるが、マスクが薄くパターン上面のエッチングが防げない場合や、下層の被エッチング層２１１の材料とマスクの材料が類似材料である場合には、下層の被エッチング層２１１をエッチングする間に薄いマスクを突き抜けてパターンの上面２１２をエッチングしてしまい、所望のパターン形状が得られないという問題があった。
ここで、下層の被エッチング層２１１とマスクの材料が類似の材料である場合の例としては、例えば、ＳｉＯ系の組成の材料に、有機物等のＣ系材料やＨ、Ｎ、Ｂ、Ｐ等を含有している材料がある。あるいは、Ｃ等を含む有機系の材料に、他の有機物等のＣ系材料やＨ、Ｎ、Ｂ、Ｐ等を含有している材料がある。
まず、特許文献１では、マスク上にデポ膜を形成すると同時に、下層をエッチングしており、マスク上のデポ膜が所望の厚さとなるように、デポ膜の厚さを膜厚測定器で測定してエッチング条件を制御している。このため、マスク上にデポ膜を形成してデポ膜厚を確保すると同時に、下層のエッチングが進行するようにプラズマを制御して所望の形状を得ることが必要である。
しかし、例えば、高アスペクト比のパターン構造を加工する場合では、マスクを保護するためのデポ膜を形成すると同時に、下層のエッチングが進行するように、プラズマのラジカル照射とイオン照射のバランスをとることが困難な場合がある。
パターンのアスペクト比が高くなると、プラズマから照射されるイオンのエネルギーを高くして溝パターンの間の下層をエッチングする必要があるが、イオンエネルギーを高くするとマスクのエッチングが進んでしまうため、マスクのエッチングを抑制するためにマスク上のデポ膜を厚くする必要があった。マスク上のデポ膜を厚くするとパターンの側壁や底でのデポ膜も増えるため、所望のパターン形状が得られないという課題があった。
また、マスクレスパターンの場合において、パターン上面と下層の材料が類似、あるいは、同一の場合に、パターン上面のエッチングを抑制し、下層のみをエッチングすることは困難である。
次に、非特許文献１に記載されているような、被エッチング材料と反応性を持つ反応層を吸着させる工程と、イオン照射等によって反応生成物を脱離させる工程とを繰返す手法では、吸着工程でのプラズマ条件と、脱離工程でのイオンエネルギー等の条件を分離して制御することができるが、マスク上への吸着と下層の被エッチング材料上への吸着、及び、下層へのイオン照射とマスクへのイオン照射を同時に行うため、アスペクト比が高くなると、下層がエッチングされるためのイオンエネルギーとイオンフラックスを確保すると同時に、マスクのエッチングを防ぐことが困難であった。
また、マスクレスパターンの場合において、パターン上面と下層の材料が類似、あるいは、同一の場合に、パターン上面のエッチングを抑制し、下層のみをエッチングすることは困難である。
特許文献２では、パターンの最小線幅のバラツキを抑制する方法として、エッチング前にマスクパターン上にデポ膜を形成する手法が開示されている。デポ膜のデポレートがウエハ温度に依存することを利用して、予め測定したパターン寸法のばらつきを補正するようにウエハ温度を各領域で変化させることで、溝幅のばらつきを補正する厚さのデポ膜を形成してウエハ面内で溝幅を調整している。しかし、この手法はマスクパターン上にコンフォーマルに薄いデポ膜を形成することによって溝幅を調整しているため、微細なパターンの上面のみにパターン上面のエッチングを抑制するのに十分な厚さのデポ膜を形成することができない。
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決して、マスクレス、及び、高アスペクト比等、複雑な構造を持つパターンにおいて、パターン上面がエッチングされること無く下層の被エッチングパターンのエッチングを実施し、ウエハ面内で均一なパターン形状を得るために、エッチング前にパターン上面に、厚さとパターン幅がウエハ面内で均一な保護膜を再現性良く形成可能なプラズマ処理方法、及び、プラズマ処理装置を提供することにある。
上記した従来技術の課題を解決するために、本発明では、試料に成膜された被エッチング膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、試料に形成されたパターンの上部に保護膜を選択的に形成し、この形成された保護膜の幅の試料の面内における分布が所望の分布となるように形成された保護膜の幅を調整する保護膜形成工程と、保護膜形成工程後、被エッチング膜をプラズマエッチングする工程とを有するようにした。
また、上記した従来技術の課題を解決するために、本発明では、試料に成膜された被エッチング膜をマスクを用いてプラズマエッチングする処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、試料が載置される試料台とを備えるプラズマ処理装置において、試料に形成されたパターンの上部に保護膜を選択的に形成し、この形成された保護膜の幅の試料の面内における分布が所望の分布となるように形成された保護膜の幅を調整する保護膜形成工程と、保護膜形成工程後、被エッチング膜をプラズマエッチングする工程とを実行する制御部をさらに備えて構成した。
また、上記した従来技術の課題を解決するために、本発明では、試料に成膜された被エッチング膜をマスクを用いてプラズマエッチングする処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、試料が載置される試料台とを備えるプラズマ処理装置において、試料に形成されたパターンの上部に保護膜を選択的に形成し、形成された保護膜の膜厚の試料の面内における分布が所望の分布となるように形成された保護膜の膜厚を調整する保護膜形成工程と、保護膜形成工程後、被エッチング膜をプラズマエッチングする工程とを実行する制御部をさらに備えて構成した。
本発明によれば、エッチング処理前に溝パターン上面に、厚さ、及び、パターン幅がウエハ面内で均一な保護膜を再現性良く形成することが可能となり、微細パターンを高精度に再現性良くエッチング加工できる。
本発明のプラズマ処理装置の一例。 従来方法の課題を説明するための模式図。 実施例の保護膜形成方法のプロセスフローの一例を示す図。 実施例の保護膜形成方法のプロセスフローの他の一例を示す図。 実施例の保護膜形成方法のウエハ面内均一化の説明図。 実施例の保護膜形成方法のウエハ面内均一化の説明図。 実施例の保護膜のウエハ面内均一性判定方法の一例の説明図。 実施例に係る参照データベースの一例の説明図。 保護膜厚のサイクル毎の変化の一例 実施例に係る１サイクル当たりに堆積された保護膜の厚さの推移の一例 実施例に係るプラズマ処理後のパターンの断面図。 本発明を適用する他のパターンの例の説明図。
本発明者らは、図２に示したようなマスクレスパターンの場合やマスクが薄い場合、パターン上面２１２に保護膜を形成することができれば、マスクレスパターンにおいてもパターン上面２１２をエッチングすることなく下層の被エッチング材料を加工することができると考えた。高アスペクト比のパターンを加工する場合には、マスク上面に保護膜を形成することによって、パターン上面をエッチングすることなく、所望の形状を得られると考えた。
しかし、エッチング前にパターン上面にデポ膜を形成する手法として、下記の課題が明らかになった。
まず、パターン上面のみにデポ膜を形成するとき、ウエハ面内に均一に保護膜を形成することが課題であった。例えば、エッチングチャンバー内でプラズマを生成して保護膜を形成すると、ウエハ面内で保護膜の膜厚に分布が生じる場合がある。保護膜の膜厚に分布が生じた場合、エッチング工程でパターン上面のエッチングを抑制することはできるが、エッチング後のパターン形状が保護膜の厚さや形状に依存して変化してしまい、ウエハ面内で分布を持ってしまうことが問題となった。
また、パターン上面に保護膜を形成したときの保護膜がパターンの横方向にも形成されてしまった場合、パターン幅の寸法がウエハ面内でバラツキを持ってしまう場合があった。保護膜のパターン幅の寸法に分布が生じると、エッチング後のパターン形状がウエハ面内で分布を持ってしまうことが問題となった。
また、堆積性のプラズマを生成すると、エッチングチャンバーの内壁の表面状態が経時変化し、エッチングチャンバー内雰囲気が経時変化し、保護膜を形成するプロセス、及び、エッチングプロセスの再現性が低下するという課題があった。
本発明は、上記したような課題を解決するものであって、エッチング前に高アスペクト比のパターン、及び、マスクレスパターン等の複雑な構造を持つパターンの溝底に堆積させることなくパターン上面に均一な保護膜を形成することのできる保護膜形成方法に関するものであり、パターンの上面に保護膜を形成する保護膜堆積工程と、保護膜堆積工程で生じた過剰な堆積物を除去して面内均一にする過剰堆積物除去工程とを有する保護膜形成方法を提供する。
また、保護膜堆積工程は堆積性ガスの高解離プラズマを用いて行われ、過剰堆積物除去工程は反応性イオンアシストを用いて行われる。
また、過剰堆積物除去工程において、ウエハ面内の少なくとも２カ所以上に光を照射してそれぞれの反射スペクトルを取得し、取得した反射スペクトルをマッチングしてウエハ面内の保護膜の均一性を判定する。
また、過剰デポ除去の際には、保護膜の不均一性を補正するためのデータベースを持ち、保護膜の不均一性を補正するためのデポ除去条件を決定する。
さらに、本発明においては、プラズマ処理装置を、減圧雰囲気内でウエハをプラズマ処理する処理容器と、処理室内に保護膜形成用のガスを供給する第１のガス供給装置と、処理室内に保護膜を除去可能なガスを供給する第２のガス供給装置と、処理室内にエッチング用のガスを供給する第３のガス供給装置と、処理室内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ生成装置と、第１ないし第３のガス供給装置を切り替える切替装置と、第２のガス供給装置に切り替えられるときに、ウエハ面内の少なくとも２カ所以上に光を照射しそれぞれの反射スペクトルを取得する発光スペクトル装置と、取得した反射スペクトルをマッチングしてウエハ面内の保護膜の均一性を判定する判定装置とを備えて構成した。
また、過剰堆積物の除去の際に、保護膜の面内不均一性を補正するためにデータベースを持ち、保護膜の不均一性を補正するための反応性イオンアシストを生じさせるバイアス印加装置も備えて構成した。
また、被エッチング材料の膜厚が厚い場合には、保護膜堆積工程と過剰堆積物除去工程と堆積させた保護膜をマスクとして、被エッチング材料を加工する工程とをサイクリックに行う。サイクリックな処理を実施しても、所望の膜厚の堆積膜を形成できない場合には、チャンバー内をクリーニングする工程を実施する。
また、保護膜形成工程と過剰堆積物除去工程をサイクルで実施した場合、堆積した保護膜厚が一定値以上であること反射スペクトルをマッチングすることによって判定し、一定値以下である場合には、処理室内をクリーニングする工程を実施する。
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。なお、全ての図において、同一の機能を有するものは同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
本実施例に係るエッチング装置は、ウエハ上に形成された微細なパターン（溝パターン）の表面に保護膜を堆積させ、この堆積させた保護膜のうち過剰堆積物を除去してウエハ面内に均一な保護膜を形成し、溝パターンの間の下層の被エッチング材料をエッチングして除去するものである。
図１に、本実施例のプラズマ処理装置の一例の一全体構成を示す。プラズマ処理装置であるエッチング装置３０は、処理室３１、ウエハステージ３２、ガス供給部３３、光学系３８、光学系制御部３９、バイアス電源４０、高周波印加部４１、装置制御部４２などを備えている。
装置制御部４２は、ガス制御部４３、排気系制御部４４、高周波制御部４５、バイアス制御部４６、膜厚制御部４７、記憶部５０、クロック５１などの機能ブロックを備えている。これらの装置制御部４２を構成する各機能ブロックは、一台のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）で実現することができる。
膜厚制御部４７は膜厚算出部４８、データベース４９を含んでおり、光学系制御部３９から送られた信号をデータベース４９と参照することによって、膜厚算出部４８で膜厚を算出することができる。なお、本実施例において、膜厚制御部４７、装置制御部４２を総称して、単に制御部４２と呼ぶ場合がある。
エッチング装置３０は、処理室３１内に設けられたウエハステージ３２と、ガスボンベやバルブを備えたガス供給部３３が設けられており、装置制御部４２からの制御信号５４に基づき、保護膜形成用ガス３４、保護膜として形成された膜のうち過剰に形成された膜を除去するための過剰堆積物除去用ガス３５、エッチング用ガス３６、それぞれが、処理ステップに応じて処理室３１に供給される。
処理室３１に供給された処理ガスは、装置制御部４２で制御された高周波電源３７から高周波印加部４１に印加される高周波電力５２によって、処理室３１内でプラズマに分解される。また、処理室３１内の圧力は、処理室３１に接続された、図示を省略した可変コンダクタンスバルブと真空ポンプにより、所望の流量の処理ガスを流した状態で、一定に保つことができる。
光学系３８は、ウエハ１８上に堆積して形成された保護膜２０の膜厚情報を取得するためのものであって、光学系３８から発射されてウエハ１８で反射した光スペクトルを光学系３８で取得することによって、保護膜２０の断面形状（膜厚）のウエハ面内分布を取得することができる。
この保護膜２０の断面形状（膜厚）のウエハ面内分布情報を取得するには、まず、参照データとして所望形状に保護膜２０が形成された参照溝パターンがパターニングされたウエハ１８を処理室３１に導入する。保護膜２０の形状の情報は予め、ウエハ情報としてデータベース４９や、装置制御部４２の記憶部５０などに記憶しておく。
次に、光学系３８において、光源５６から発射した入射光５７を、ウエハ１８上の参照溝パターン上に照射する。光源５６として、例えば、１９０nmから９００nmの波長領域の光が用いられる。参照パターンで反射された反射光（干渉光）５８は検出器５９で検出され、光ファイバー６０を通って、分光器６１で分光されて反射スペクトルとして光学系制御部３９に送られる。
光学系制御部３９に送られた反射スペクトル情報は、膜厚制御部４７に参照データとして送られて予めデータベース４９として保存されている。
まず、本実施例のエッチング方法の実施例として、保護膜の堆積工程と過剰堆積物を除去する工程とを実施して、ウエハ面内に均一な保護膜を形成す
る手法について説明する。
図３は本実施例の保護膜形成方法のプロセスフローの一例を示す図である。また、図５、及び、図６は本実施例の保護膜形成方法における保護膜のウエハ面内均一化方法の説明図である。
本実施例では、被エッチングパターン１０の一例として、マスクレスのパターン上に保護膜を形成してエッチングする場合について説明する。被エッチングパターン１０は、基板としてのウエハ１８上に形成された下地層１５の上で溝パターン１３の間に下層の非エッチング層１４、下層の被エッチング層１１が形成されており、溝パターン１３の上面１２にはマスクが形成されていない。被エッチングパターン１０の下層の被エッチング層１１のみをエッチングするために、本発明ではウエハ１８の面内に均一な保護膜２０を溝パターン１３の上面１２に形成する手法について、図３のフロー図に基づいて説明する。
本実施例では、保護膜のウエハ面内均一性を判定するために、ウエハ１８上の少なくとも２カ所に光を照射し、反射光のスペクトルを取得し、保護膜のウエハ面内均一性を判定するための手段を設けた。反射光のスペクトルを取得する位置は、例えば、図５(a)に示したように、ウエハ１８の中心部Ｘ0とウエハ端Ｘnを含む少なくとも２カ所で取得することが可能な構成となっている。
ここで、反射スペクトルの強度は、光源５６の出力や光学系３８の経時変化によって変動する。また、光源５６からの光を処理室３１に導入させる際に、光を透過させる石英等の窓６２を使用している場合、処理室３１内で生成したプラズマ等によって、窓６２の表面状態が変化し、入射光５７や反射光（干渉光）５８のスペクトルに影響を与える可能性がある。
それらの変動を校正するために、プラズマ処理の前に、リファレンスとなるスペクトルを取得する（Ｓ３０１）。まず、リファレンスとなるウエハを処理室３１内に導入し、光源５６から発生した入射光５７を光透過用の窓６２を通して処理室３１に導入し、リファレンスウエハに照射する。そして、反射された反射光（干渉光）５８は再び窓６２を通過し、検出器５９で検出される。
検出器５９で検出された光は、光ファイバー６０を通って分光器６１で分光される。この分光器６１で分光された反射スペクトルはリファレンススペクトルとしてデータベース４９に保存される。このとき、リファレンススペクトルはウエハ内分布を取得するための計測点毎に取得される。例えば、図５に示したように、ウエハ中央部Ｘ0、及び、ウエハ端Ｘｎでウエハ内分布を計測する場合には、リファレンスウエハ上のウエハ中央部Ｘ0、及び、ウエハ端Ｘｎで測定される。
次に、エッチング用のウエハ１８上に形成された溝パターン１３と被エッチングパターン１０に対して、光学系３８で初期の反射スペクトルのウエハ面内分布を測定する（Ｓ３０２）。取得したエッチングウエハの初期の反射スペクトルは、リファレンススペクトルと同様にデータベース４９に保存されるエッチング用のウエハ１８の溝パターン１３と被エッチングパターン１０の初期バラツキ校正用スペクトルを取得したら、保護膜の堆積工程を開始する（Ｓ３０３）。
まず、装置制御部４２からの制御信号５４に基づき、保護膜形成用ガス３４が所定の流量で処理室３１に供給される。供給された保護膜形成用ガス３４は、高周波印加部４１に印加される高周波電力５２によってプラズマとなり、ラジカル、イオン等に分解される。
この間の処理室３１内の圧力は、可変コンダクタンスバルブと真空ポンプにより、所望の流量の処理ガスを流した状態で、一定に保つことができる。プラズマで生成したラジカルやイオンはウエハ１８の表面に到達し、図６の(ａ)及び(ｂ)に示した保護膜２０を形成する。
堆積させる保護膜の材料としては、例えば、ＳｉＯ２, Ｓｉ, ＳｉＮ, Ｃ,フロロカーボン系ポリマー, ＢＣｌ, ＢＮ, ＢＯ，ＢＣ等を堆積させることができる。
例えば、ＳｉＯ２を保護膜として堆積させる場合には、例えば、ガスとして、ＳｉＦ４、あるいは、ＳｉＣｌ４等のＳｉ系ガスとＯ２，ＣＯ２，Ｎ２等のガス，及び、Ａｒ，Ｈｅ等の混合ガスが用いられる。Ｓｉを保護膜として堆積させる場合には、例えば、ＳｉＨ４，ＳｉＦ４、あるいは、ＳｉＣｌ４等のＳｉ系ガスとＨ２，ＮＨ３，ＣＨ３Ｆ等のガス，及び、Ａｒ，Ｈｅ等の混合ガスが用いられる。ＳｉＮを保護膜として堆積させる場合には、例えば、ガスとして、ＳｉＦ４、あるいは、ＳｉＣｌ４等のＳｉ系ガスとＮ２，ＮＦ３等のガス，及び、Ｈ２，Ａｒ，Ｈｅ等の混合ガスが用いられる。
また、Ｃ系ポリマー、または、ＣＦ系ポリマーを保護膜として堆積させる場合には、フロロカーボンガス、ハイドロフロロカーボンガスとＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希ガスと、Ｏ２、ＣＯ２、ＣＦ４、Ｎ２、Ｈ２、無水ＨＦ、ＣＨ４、ＣＨＦ３、ＮＦ３、ＳＦ6等の混合ガスが用いられる。
また、ＢＣｌ, ＢＮ, ＢＯ，ＢＣ等を保護膜として堆積させる場合には、ＢＣｌ３等とＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希ガスと、Ｃｌ２、Ｏ２、ＣＯ２、ＣＦ４、Ｎ２、Ｈ２、無水ＨＦ、ＣＨ４、ＣＨＦ３、ＮＦ３、ＳＦ３等の混合ガスが用いられる。
デポする膜は、下層の非エッチング層１４、下層の被エッチング層１１の材料に対応して、異なる材料をデポすることができる。
保護膜堆積工程（Ｓ３０３）後の保護膜２０の厚さのウエハ面内分布４０１の一例を図５(b)に示す。ウエハ面内分布４０１では、ウエハ中央部Ｘ0の保護膜２０の膜厚がウエハ端Ｘnでの保護膜２０の膜厚よりも厚く形成されている。
図６(a)には、ウエハ中央部Ｘ0、及び、ウエハ端Ｘｎの位置でのパターンの断面図を示す。例えば、ウエハの中心部Ｘ0の位置では、溝パターン１３の上面１２にデポされた保護膜２０の厚さＴX01は、ウエハ端Ｘｎでの溝パターン１３の上面１２にデポされた保護膜２０の厚さＴXn0よりも厚くなっている。このとき、ウエハの中心部Ｘ0での保護膜２０の幅ＤX01は溝パターン１３の幅ＷX01よりも大きくなっている。
同様に、ウエハ端Ｘｎでの保護膜２０の幅ＤXnN1は溝パターン１３の幅ＷXn1よりも大きくなっている。また、ウエハ中心部Ｘ0での保護膜２０の幅ＤX01はウエハ端Ｘｎでの保護膜２０の幅ＤXn1はよりも厚くなっている。
保護膜形成後、反射スペクトルのウエハ面内分布を取得する（Ｓ３０４）。ウエハ位置Ｘ0、及び、Ｘｎでの反射スペクトルを取得し、その情報は膜厚制御部４７内の膜厚算出部４８に送られる。膜厚算出部４８に送られた反射スペクトル情報はステップ１で取得したリファレンススペクトルの情報によって、スペクトルの強度が規格化される。
さらに、データベース４９に予め保存された参照パターンからの反射スペクトルから、保護膜２０の厚さＴ、及び、保護膜２０のパターン幅Ｗがスペクトルフィッテングによって算出される。そして、ウエハ内に２カ所以上に設定された測定位置でのＴ、及び、Ｗから、それぞれウエハ内の分布が算出される。この分布データは、エッチレートのウエハ面内分布データとしてみることもできる。
これにより、上記の保護膜２０のウエハ面内分布を簡易的に評価することができる。図７には、反射スペクトルの保護膜の断面形状による変化の一例を示す。図７(a)には、保護膜２０の厚さが変化したときの反射スペクトル変化の例として、保護膜２０をデポする前の溝パターン１３からの反射スペクトル２２と、溝パターン１３上に、例えば、厚さ5ｎｍのＳｉＯ２膜をデポした時の反射スペクトル２３を示す。
保護膜２０の厚さが変化すると反射スペクトルが変化することから、予め取得した反射スペクトルとスペクトルをマッチングすることによって、保護膜２０の厚さの変化のウエハ面内分布を評価することができる。あるいは、予め測定した保護膜２０の反射率を用いて計算したスペクトルとマッチングすることによって、保護膜２０の厚さのウエハ面内分布を評価することができる。
また、図７(b)には、保護膜２０のパターン幅Ｄが変化した場合の例として、厚さ5ｎｍのＳｉＯ２膜を溝パターン１３上に形成したとき、保護膜２０の幅Ｄが溝パターン１３の幅Ｗと同じ場合の反射スペクトル２４と，保護膜２０の幅Ｄが溝パターン１３の幅Ｗよりも大きい場合の反射スペクトル２５を示す。
保護膜厚形成工程後において、溝パターン１３上に堆積した保護膜２０の幅Ｄの寸法が変化すると反射スペクトル形状が変化することから、予め取得した反射スペクトルとスペクトルマッチングをすることによって、保護膜２０の幅Ｄの変化のウエハ面内分布を評価することができる。さらに、予め測定した保護膜２０の反射率を用いて計算したスペクトルとマッチングすることによって、保護膜２０の幅Ｄの変化のウエハ面内分布を評価することができる。
保護膜堆積工程後の反射スペクトルから保護膜２０の厚さＴ、及び、保護膜２０の幅Ｗのウエハ面内内分布が算出されたら、データベース４９に予め保存されているエッチレートのウエハ面内分布から、保護膜２０の厚さＴのウエハ面内分布を緩和するようなエッチレートの分布（除去条件）を持つ過剰堆積膜除去の条件を探索する（Ｓ３０５）。
例えば、過剰堆積物除去工程のエッチング量のウエハ面内分布４０２は、図５(c)に示したようなエッチレート分布となるように処理条件を設定する。まず、ガス種は保護膜の膜種、及び、下層の非エッチング層１４によって決定される。
まず、測定された保護膜２０の幅Ｄが目標とする溝パターン１３の幅Ｗ0よりも大きい場合、例えば、ウエハバイアスがＶ0以上に保護膜部分除去条件を決定する。ウエハバイアスＶ0は保護膜２０の種類と保護膜２０の厚さから決定される。
さらに、予めデータベース４９に記憶してあるウエハバイアスＶ0の場合における保護膜２０の幅Ｄの時間依存性のデータベースから、保護膜２０の幅Ｄが目標値Ｗ0となる時間txを算出し、そのときの保護膜２０の膜厚のウエハ面内分布を算出する。
さらに、データベース４９に予め保存されているエッチレートのウエハ面内分布から、保護膜２０の厚さのウエハ面内分布を緩和するようなエッチレートの面内分布を持つ過剰堆積物除去の条件を探索する。
図８(a)には、一例として、保護膜厚分布制御データベース７００を示す。過剰堆積物除去工程の処理条件は主に、ガス圧力７０１、ガス流量７０２、マイクロ波パワー７０３、マイクロ波Ｄｕｔｙ７０４、及び、コイル電流７０５に対するエッチレートのウエハ面内分布からなる膜厚分布制御データベースより、所望のエッチング分布が得られる条件を探索し、最適条件を決定することができる。
また図８(b)には、保護膜２０の幅Ｄの制御データベース７１０の一例を示す。保護膜２０の幅Ｄの分布７１１を均一にするために、例えば、所望のエッチング時間で保護膜２０の幅Ｄが均一となるように、ウエハバイアス電圧７１２、及び、Duty比（図示せず）を決定することができる。
過剰堆積物を除去するエッチング条件を決定したら、過剰堆積物除去工程を実施する（Ｓ３０６）。過剰堆積物除去条件工程（Ｓ３０６）が開始すると、過剰堆積物除去用ガス３５が所定の流量で処理室３１に供給される。供給された過剰堆積物除去用ガス３５は高周波印加部４１に印加される高周波電力５２によってプラズマとなり、イオンやラジカルに分解され、ウエハ１８表面に照射される。
このとき、プラズマから照射されるイオンによってエッチングする場合、例えば、ウエハステージ３２にバイアス電源４０から供給されるバイアス電圧５３を印加して、イオンエネルギーを制御して、保護膜２０の不均一性を補正するための反応性イオンアシストによるエッチングを行うことができる。
過剰堆積物除去工程を実施後の保護膜２０の厚さのウエハ面内分布４０３の一例を図５(d)に、ウエハ内位置Ｘ0、及び、Ｘnでのパターンの断面形状の一例を図６(b)に示す。保護膜２０の厚さのウエハ面内分布４０３は過剰堆積物除去工程によって均一化され、断面形状の面内分布も保護膜２０の幅Ｄｘ02,とＤｘn2は等しくなり、ウエハ面内に均一な保護膜２０を形成できた。
過剰デポ除去工程（Ｓ３０６）が終了したら、保護膜２０のウエハ面内分布が所定の範囲内であるかどうか判定するために、ウエハ位置Ｘ0、及び、Ｘｎでの反射スペクトルを取得する。例えば、図５に示したウエハ内位置Ｘ0及びＸｎの反射スペクトルが取得され、その情報は膜厚制御部４７内の膜厚算出部４８に送られる。
次に、この取得した反射スペクトルを、予め測定した保護膜２０の反射率を用いて計算したスペクトルとマッチングすることによって、保護膜２０の幅Ｄの変化のウエハ面内分布を評価する。マッチングし、マッチングしたときの誤差から、ウエハ面内分布が所定の範囲となったかどうかを判定する（Ｓ３０７）。そして、異なる位置で取得された反射スペクトルが規定値内でのばらつきで一致した場合、ウエハ面内で均一な保護膜２０が形成されたと判定できる（Ｓ３０７でＹｅｓ）。
ここで、反射スペクトルのマッチング誤差が規定値以上であった場合（Ｓ３０７でＮｏ）、取得した反射スペクトルから保護膜２０の厚さのウエハ面内分布を評価する。さらに、予め測定した保護膜２０の反射率を用いて計算したスペクトルとマッチングすることによって、保護膜２０の幅Ｄの変化のウエハ面内分布を評価する（Ｓ３１０）。
Ｓ３１０で保護膜２０の厚さのウエハ面内分布と保護膜２０の幅Ｗの変化のウエハ面内分布を評価した結果、過剰デポの除去が十分でなく、保護膜デポ工程後にＴx0＞Ｔxnであり、過剰デポ工程後もＴx0＞Ｔxnである場合には、Ｓ３０５に戻り、再び、保護膜２０のウエハ面内分布を無くすように、過剰堆積物除去工程で保護膜２０のウエハ面内分布を打ち消すことが可能な除去条件を探索し、過剰デポ除去工程（Ｓ３０６）を実行する。
一方、過剰デポをエッチングしすぎて、保護膜デポ工程後にＴx0＞Ｔxnであったが、過剰デポ除去工程後はＴx0＜Ｔxnとなった場合は、保護膜デポ工程（Ｓ３０３）に戻る。これは、ウエハ面内が均一となるまで繰り返される。
ここで、Ｓ３１０において過剰デポの除去が十分でないと判定されてＳ３０５に戻る場合、保護膜２０の厚さが薄いため、これ以上過剰堆積物除去工程（Ｓ３０６）でウエハ面内分布をなくす次の条件が探索不可能となる場合がある。そこで、保護膜２０の厚さをチェックして（Ｓ３１１），保護膜２０の厚さが不足している場合（Ｓ３１１でＮｏの場合）は、Ｓ３０２に戻り、リファレンスとなる反射スペクトルを取得した後、保護膜堆積工程（Ｓ３０３）へ戻り、保護膜２０の堆積工程から再度開始する。
Ｓ３０７でウエハ内位置Ｘ0とＸｎからの反射スペクトルのマッチング誤差が所定の範囲内となり、ウエハ面内に均一な保護膜２０が形成されたと判定された場合（Ｓ３０７でＹｅｓの場合）、さらに、同反射スペクトルをデータベース４９に予め保存されている参照データを比較して、保護膜２０の厚さ、及び、保護膜２０の幅が算出され、予め設定された所定の膜厚に達したかどうか判定される（Ｓ３０８）。
算出された厚さが所定の膜厚となっていない場合（Ｓ３０８でＮｏの場合）、保護膜堆積工程（Ｓ３０３）に戻り、所定の膜厚に達するまで繰り返される。
ここで、保護膜堆積工程（Ｓ３０３）と過剰デポ除去工程（Ｓ３０６）を繰り返して実施しても、形成された保護膜の厚さが増加しない場合がある。図９には、保護膜堆積工程（Ｓ３０３）と過剰デポ除去工程（Ｓ３０６）を繰り返して実施した場合について、サイクル毎の保護膜厚の変化の評価結果の一例を示した。このように、サイクル数を増加して繰り返し保護膜を形成しても、保護膜厚が飽和して増加しなくなる場合がある。
これは、保護膜堆積（Ｓ３０３）と過剰堆積物除去（Ｓ３０６）を繰り返すことによって、処理室３内に堆積物が付着して、保護膜の堆積（Ｓ３０３）時に保護膜を除去する成分がプラズマ中に放出されて、ウエハ上に保護膜を堆積ができなくなったことが原因であることが明らかとなった。
そこで、図４に示したように、反射スペクトルを取得（Ｓ３０７）した後、反射スペクトルの変化量から保護膜厚が飽和したかどうかを判定する工程（Ｓ３１２）を実施し、保護膜厚が飽和している場合には、処理室３内のクリーニング処理を実施する工程を設けた（Ｓ３１３）。
図４には、保護膜の堆積工程（Ｓ３０３）と過剰堆積物除去（Ｓ３０６）を繰り返して保護膜を形成するプロセスフローの他の一例を示す。保護膜の堆積工程（Ｓ３０３）と過剰堆積物除去（Ｓ３０６）を繰り返しても保護膜厚の増加が見込まれず、保護膜厚が飽和したと判定され場合（Ｓ３１２でＹｅｓの場合）には、ウエハを処理室３１から取り出し、処理室３１の内壁に付着した堆積物を除去するためのクリーニング処理を実施する（Ｓ３１３）。
クリーニング処理を行うガスとして、例えば、堆積させた保護膜がＳｉＯ２、Ｓｉ、ＳｉＮ、Ｃ系の膜である場合、ＳＦ６、ＮＦ３等のＦを含むガス、及び、Ｏ２、Ｈ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ等の混合ガスが用いられる。また、堆積させた保護膜がＢＣｌ, ＢＮ, ＢＯ，ＢＣ等の場合には、ＢＣｌ３、Ｃｌ２、Ｏ２、ＣＯ２、ＣＦ４、Ｎ２、Ｈ２等の混合ガスが用いられる。
これらのクリーニング処理中には、処理室内のプラズマからの発光を取得する。処理室内のクリーニングの終了は、例えば、堆積物から発生する物質の発光をモニタし、堆積物から発生する発光が測定されなくなることで判定できる。例えば、Ｓｉを含む保護膜を堆積させた場合、ＳｉＦｘからの発光の波長の信号をモニタし、その信号が規定値以下となった場合にクリーニングを終了する。例えば、Ｃを含む保護膜を堆積させた場合は、ＣＯｘからの発光をモニタし、その信号が規定値以下となった場合にクリーニングを終了する。例えば、Ｂを含む保護膜を堆積させた場合は、ＢＣｌｘ、ＢＦｘからの発光をモニタし、その信号が規定値以下となった場合にクリーニングを終了する。
あるいは、ウエハに保護膜を堆積させたときに、同時に信号取得用のサンプル上に保護膜を堆積させておき、前記信号取得用のサンプルからの反射スペクトルを取得する。クリーニング後に再度反射スペクトルを取得し、保護膜の無い場合の初期のスペクトルと一致した場合に、クリーニングを終了することもできる。処理室内のクリーニングが終了したら、次の保護膜堆積工程の前に、リファレンスとなる反射スペクトルを取得する（Ｓ３０１）。
図９では、保護膜堆積（Ｓ３０３）と過剰堆積物除去（Ｓ３０６）を１枚のウエハに対して実施した場合について、保護膜厚が飽和する場合について述べたが、１枚のウエハを処理する場合には保護膜厚を所望の厚さに形成することができたとしても、量産プロセスにおいて、多くの枚数のウエハを長期間に渡って処理した場合に、所望の厚さの保護膜が形成できなくなることがある。
図１０には、多数のウエハを続けて処理した場合について、１サイクル当たりに堆積された保護膜の厚さの推移を示した。図１０に示したように、何枚ものウエハを処理するうちに、１サイクル当たりに堆積できる保護膜厚が徐々に薄くなってくる場合がある。そのような場合に、反射スペクトルを取得（Ｓ３０７）し、1サイクル当たりに堆積される保護膜厚が規定値以下となった場合を判定し（Ｓ３１２）、処理室３１のクリーニングを実施する機能を設けた（Ｓ３１３）。
1サイクル当たりに堆積される保護膜厚が規定値以下となったかどうかは、１サイクル前に取得した反射スペクトルからの変化量によって判定される（Ｓ３１２）。このように、１サイクル当たりの堆積膜厚の推移を取得し、規定値以下となった場合にクリーニングを実施することによって、１サイクル当たりの堆積膜厚を回復させることが可能となり、長期間安定して保護膜を形成することが可能となった。
以上に述べた処理を実施して、保護膜の厚さが所定の膜厚に達した場合は（図３、及び、図４のＳ３０８でＮｏの場合）、保護膜形成工程を終了し、形成した保護膜２０をマスクとして、下層のエッチング工程が開始される。（Ｓ３０９）
下層のエッチング工程（Ｓ３０９）においては、先ず、装置制御部４２でガス供給部３３を制御して、エッチング用ガス３６を所定の流量で処理室３１に供給する。エッチング用ガス３６が供給されて処理室３１の内部が所定の圧力になった状態で、装置制御部４２で高周波電源３７を制御して、高周波印加部４１に高周波電力５２を印加して、処理室３１の内部にエッチング用ガス３６によるプラズマを発生させる。
この処理室３１の内部に発生させたエッチング用ガス３６のプラズマにより、保護膜２０が形成されたウエハ１８のエッチング処理を行う。このエッチング処理を行いながら、光学系３８で保護膜２０の膜厚を測定し、ウエハ上のパターンが所望の深さにエッチングされるまで保護膜２０の膜厚を測定し、所定のエッチングの処理時間または、所望の深さに到達した時点で、エッチングを終了する。
ここで、エッチング所望のエッチング深さに到達する前に、保護膜２０の厚さが規定値以下となる場合がある。そのような場合（Ｓ３１０でＮｏの場合）、保護膜堆積工程（Ｓ３０３）へ戻り、保護膜２０の堆積工程から再度開始し、再び所定の膜厚に達するまで保護膜の堆積が実施される。さらに、過剰デポ除去工程（Ｓ３０６）を実行することにより、ウエハ面内で均一な膜厚、及び、膜幅を持つ保護膜２０を形成する。
前記のように、Ｓ３０３からＳ３１０を繰り返して、保護膜２０が形成されたウエハ１８上のパターンが所定の深さにエッチングされるまで繰り返される。Ｓ３１０にて、所定の深さまでにエッチング深さに到達した時点で、エッチングを終了する。さらに、パターンをエッチング後、パターン表面に堆積させた保護膜を除去することができる。保護膜のみを除去することもできるし、マスク材料上に保護膜が形成されている場合は、マスク材料と同時にマスク表面上に残った保護膜を除去しても良い。
このようなプラズマ処理をウエハ１８に施すことにより、溝パターン１３の上面１２がエッチングされてパターンの深さが浅くなってしまうという従来技術の課題や、下層の被エッチング層１１をエッチングする間にマスクパターンがエッチングされてしまい、溝パターン１３の上面まで１２でエッチングが進行してしまうという課題を解決して、図１１に示すような、所望のエッチング形状を得ることができる。
なお、上記実施例では被エッチングパターン１０として、非エッチング層１４、下層の被エッチング層１１が形成されており、溝パターン１３の上面１２にはマスクが形成されていない場合において、被エッチングパターン１０の下層の被エッチング層１１のみをエッチングする場合について、ウエハ面内に均一な保護膜２０を溝パターン１３の上面１２に形成する手法を述べた。
図１２には、本実施例の保護膜形成手法を用いてエッチング可能なパターンの他の例を示す。図１２(a)には、下地層２８の上に形成された被エッチング層２６の上にマスク１６が形成されているが、マスク１６が薄い場合に高アスペクト比で被エッチング層２６をエッチングする場合、均一な保護膜２０をマスク１６上に形成することで溝パターン１３の上面１２をエッチングすることなく、所望のパターンを加工できるようになった。
図１２(b)には、マスク１６で形成されたパターンの溝下にストッパー層２７である非エッチング層が形成されており、その下層の被エッチング層をエッチングする場合を示す。この場合、マスク１６上とストッパー層２７上に均一な保護膜２０を形成することによって、段差のある複雑な形状のパターンを加工することができるようになった。
図１２(c)には、マスク１６で形成されたパターンの溝の中に微細な凸パターンを形成する場合について示す。凸パターンの上面にある非エッチング層１４をエッチングすることなく、下地層２８まで被エッチング層２６をエッチングする場合には、マスク１６上と非エッチング層１４上に均一な保護膜２０を形成することによって、段差のある複雑な形状のパターンを加工することができるようになった。
本実施例によれば、ウエハ上に形成されたパターン上部に、保護膜を過剰な堆積物を除去してウエハ面内で均一に形成した状態でウエハをエッチング処理するようにしたことにより、パターン上面がエッチングされてパターンの深さが浅くなってしまうという課題や、下層の被エッチング材料をエッチングする間にマスクパターンがエッチングされてしまい、パターン上面まででエッチングが進行してしまうという課題が解決でき、所望のエッチング形状を得ることができるようになった。
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１０・・・被エッチングパターン １１・・・被エッチング層 １２・・・溝パターンの上面 １３・・・溝パターン １４・・・非エッチング層 １５・・・下地層 １６・・・マスク １７・・・エッチング深さ １８・・・ウエハ ２０・・・保護膜 ２６・・・被エッチング層 ２７・・・ストッパー層 ２８・・・下地層 ３０・・・エッチング装置 ３１・・・処理室 ３２・・・ウエハステージ ３３・・・ガス供給部 ３４・・・保護膜形成用ガス ３５・・・過剰堆積物除去用ガス ３６・・・エッチング用ガス ３７・・・高周波電源 ３８・・・光学系 ３９・・・光学系制御部 ４０・・・バイアス電源 ４１・・・高周波印加部 ４２・・・装置制御部 ４３・・・ガス制御部 ４４・・・排気系制御部 ４５・・・高周波制御部 ４６・・・バイアス制御部 ４７・・・膜厚膜幅制御部 ４８・・・膜厚膜幅算出部 ４９・・・データベース ５０・・・記憶部 ５１・・・クロック ５６・・・光源 ５９・・・検出器 ６０・・・光ファイバー ６１・・・分光器 ６２・・・窓
本実施例では、保護膜のウエハ面内均一性を判定するために、ウエハ１８上の少なくとも２カ所に光を照射し、反射光のスペクトルを取得し、保護膜のウエハ面内均一性を判定するための手段を設けた。反射光のスペクトルを取得する位置は、例えば、図５(a)に示したように、ウエハ１８の中央部Ｘ0とウエハ端Ｘnを含む少なくとも２カ所で取得することが可能な構成となっている。
図６(a)には、ウエハ中央部Ｘ0、及び、ウエハ端Ｘｎの位置でのパターンの断面図を示す。例えば、ウエハの中央部Ｘ0の位置では、溝パターン１３の上面１２にデポされた保護膜２０の厚さＴX01は、ウエハ端Ｘｎでの溝パターン１３の上面１２にデポされた保護膜２０の厚さＴXn0よりも厚くなっている。このとき、ウエハの中央部Ｘ0での保護膜２０の幅ＤX01は溝パターン１３の幅ＷX01よりも大きくなっている。
同様に、ウエハ端Ｘｎでの保護膜２０の幅ＤXnN1は溝パターン１３の幅ＷXn1よりも大きくなっている。また、ウエハ中央部Ｘ0での保護膜２０の幅ＤX01はウエハ端Ｘｎでの保護膜２０の幅ＤXn1よりも厚くなっている。
保護膜形成後、反射スペクトルのウエハ面内分布を取得する（Ｓ３０４）。ウエハ内位置Ｘ0、及び、Ｘｎでの反射スペクトルを取得し、その情報は膜厚制御部４７内の膜厚算出部４８に送られる。膜厚算出部４８に送られた反射スペクトル情報はステップ１で取得したリファレンススペクトルの情報によって、スペクトルの強度が規格化される。
保護膜堆積工程後の反射スペクトルから保護膜２０の厚さＴ、及び、保護膜２０の幅Ｗのウエハ面内分布が算出されたら、データベース４９に予め保存されているエッチレートのウエハ面内分布から、保護膜２０の厚さＴのウエハ面内分布を緩和するようなエッチレートの分布（除去条件）を持つ過剰堆積膜除去の条件を探索する（Ｓ３０５）。
まず、測定された保護膜２０の幅Ｄが目標とする溝パターン１３の幅Ｗ0よりも大きい場合、例えば、ウエハバイアスＶ0以上に保護膜部分除去条件を決定する。ウエハバイアスＶ0は保護膜２０の種類と保護膜２０の厚さから決定される。
過剰デポ除去工程（Ｓ３０６）が終了したら、保護膜２０のウエハ面内分布が所定の範囲内であるかどうか判定するために、ウエハ内位置Ｘ0、及び、Ｘｎでの反射スペクトルを取得する。例えば、図５に示したウエハ内位置Ｘ0及びＸｎの反射スペクトルが取得され、その情報は膜厚制御部４７内の膜厚算出部４８に送られる。
図４には、保護膜の堆積工程（Ｓ３０３）と過剰堆積物除去（Ｓ３０６）を繰り返して保護膜を形成するプロセスフローの他の一例を示す。保護膜の堆積工程（Ｓ３０３）と過剰堆積物除去（Ｓ３０６）を繰り返しても保護膜厚の増加が見込まれず、保護膜厚が飽和したと判定された場合（Ｓ３１２でＹｅｓの場合）には、ウエハを処理室３１から取り出し、処理室３１の内壁に付着した堆積物を除去するためのクリーニング処理を実施する（Ｓ３１３）。
ここで、所望のエッチング深さに到達する前に、保護膜２０の厚さが規定値以下となる場合がある。そのような場合（Ｓ３１０でＮｏの場合）、保護膜堆積工程（Ｓ３０３）へ戻り、保護膜２０の堆積工程から再度開始し、再び所定の膜厚に達するまで保護膜の堆積が実施される。さらに、過剰デポ除去工程（Ｓ３０６）を実行することにより、ウエハ面内で均一な膜厚、及び、膜幅を持つ保護膜２０を形成する。
このようなプラズマ処理をウエハ１８に施すことにより、溝パターン１３の上面１２がエッチングされてパターンの深さが浅くなってしまうという従来技術の課題や、下層の被エッチング層１１をエッチングする間にマスクパターンがエッチングされてしまい、溝パターン１３の上面１２までエッチングが進行してしまうという課題を解決して、図１１に示すような、所望のエッチング形状を得ることができる。

Claims (11)

  1. 試料に成膜された被エッチング膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、
    前記試料に形成されたパターンの上部に保護膜を選択的に形成し、前記形成された前記保護膜の幅の前記試料の面内における分布が所望の分布となるように前記形成された前記保護膜の幅を調整する保護膜形成工程と、
    前記保護膜形成工程後、前記被エッチング膜をプラズマエッチングする工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
  2. 請求項１に記載のプラズマ処理方法において、
    前記保護膜形成工程は、前記保護膜が形成された前記試料から反射された干渉光のスペクトルをモニタし、前記試料の面内における前記保護膜の幅の分布が所望の分布である場合の前記試料から反射された干渉光のスペクトルのパターンと前記モニタされた前記干渉光のスペクトルのパターンとの比較結果に基づいて前記保護膜の幅を調整することを特徴とするプラズマ処理方法。
  3. 請求項１に記載のプラズマ処理方法において、
    前記保護膜形成工程は、前記試料の面内における前記保護膜の膜厚の分布が所望の分布となるように前記保護膜の前記膜厚をさらに調整することを特徴とするプラズマ処理方法。
  4. 請求項２に記載のプラズマ処理方法において、
    前記保護膜形成工程は、前記被エッチング膜の前記試料の面内における前記保護膜の膜厚の分布が所望の分布である場合の前記保護膜が形成された前記試料から反射された前記干渉光のスペクトルのパターンと前記モニタされた前記干渉光のスペクトルのパターンとの比較結果に基づいて前記形成された前記保護膜の前記膜厚をさらに調整することを特徴とするプラズマ処理方法。
  5. 請求項１に記載のプラズマ処理方法において、
    前記パターンは、溝のパターンであり、
    前記被エッチング膜は、前記溝に埋め込まれていることを特徴とするプラズマ処理方法。
  6. 請求項２に記載のプラズマ処理方法において、
    上部に前記保護膜を選択的に形成した前記試料上に形成された前記パターンは、溝のパターンであり、
    前記被エッチング膜は、前記溝に埋め込まれていることを特徴とするプラズマ処理方法。
  7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法において、
    前記所望の分布は、前記試料の面内にて均一な分布であることを特徴とするプラズマ処理方法。
  8. 請求項１に記載のプラズマ処理方法において、
    前記保護膜形成工程と前記被エッチング膜をプラズマエッチングする工程とを繰り返すことにより所望の深さまで前記被エッチング膜をプラズマエッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法。
  9. 請求項３に記載のプラズマ処理方法において、
    前記保護膜の膜厚が飽和している場合、前記被エッチング膜がプラズマエッチングされる処理室をプラズマクリーニングすることを特徴とするプラズマ処理方法。
  10. 試料に成膜された被エッチング膜をマスクを用いてプラズマエッチングする処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記試料が載置される試料台とを備えるプラズマ処理装置において、
    前記試料に形成されたパターンの上部に保護膜を選択的に形成し、前記形成された前記保護膜の幅の前記試料の面内における分布が所望の分布となるように前記形成された前記保護膜の幅を調整する保護膜形成工程と、前記保護膜形成工程後、前記被エッチング膜をプラズマエッチングする工程とを実行する制御部をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
  11. 試料に成膜された被エッチング膜をマスクを用いてプラズマエッチングする処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記試料が載置される試料台とを備えるプラズマ処理装置において、
    前記試料に形成されたパターンの上部に保護膜を選択的に形成し、前記形成された前記保護膜の膜厚の前記試料の面内における分布が所望の分布となるように前記形成された前記保護膜の膜厚を調整する保護膜形成工程と、前記保護膜形成工程後、前記被エッチング膜をプラズマエッチングする工程とを実行する制御部をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
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