(57)【要約】【課題】基板上に形成されるパターンの精密な寸法制御を実現する。【解決手段】プラズマ処理装置が実行するプラズマ処理方法は、第１の工程と第２の工程とを含む。第１の工程において、プラズマ処理装置は、処理対象が有する開口部の側壁上に、対向する側壁対同士の間隔に応じて異なる厚みの第１の膜を形成する。第２の工程において、プラズマ処理装置は、第１の工程後に成膜サイクルを１回以上施し、対向する側壁対同士の間隔に応じて異なる厚みの第２の膜を形成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象が有する開口部の側壁上に、対向する側壁対同士の間隔に応じて異なる厚みの第１の膜を形成する第１の工程と、
前記第１の工程後に成膜サイクルを１回以上施し、前記対向する側壁対同士の間隔に応じて異なる厚みの第２の膜を形成する第２の工程と、
を含むプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記第１の工程は、前記処理対象上に形成される第１の側壁対よりも狭い間隔で対向する第２の側壁対上に、前記第１の側壁対上に形成される第１の膜よりも薄い第１の膜を形成し、
前記第２の工程は、前記第２の側壁対上に、前記第１の側壁対上に形成される第２の膜よりも厚い第２の膜を形成する、
請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記第１の工程は、前記成膜サイクルにおける第２の膜の形成の阻害因子となる成分を含む前記第１の膜を形成する、
請求項１または２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記第１の工程は、疎水性の前記第１の膜を形成する、
請求項３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記第１の工程は、フッ素（Ｆ）を含む前記第１の膜を形成する、
請求項４に記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記第１の工程は、水素を含まずフルオロカーボン（ＣＦ）を含むガスにより前記第１の膜を形成する、
請求項５に記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記第２の工程は、前記第１の膜を除去した後に前記第２の膜を形成する、
請求項１から６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記第１の工程および前記第２の工程を含むシーケンスを１回以上繰り返し実行する、
請求項１から７のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
前記第２の工程の後に、前記第２の膜をマスクとしてエッチングする第３の工程を含む、請求項１から８のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
前記側壁対は、少なくとも一部曲面を含む、請求項１から９のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】
前記第２の工程において、原子層堆積（Atomic  Layer  Deposition、ＡＬＤ）サイクルを１回以上施して前記第２の膜を形成する、請求項１から１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１２】
前記第２の工程において、処理対象の表面上での自己制御的な吸着または反応が完了しない処理条件でサブコンフォーマルＡＬＤサイクルを１回以上施して前記第２の膜を形成する、請求項１から１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１３】
前記第１の工程において、化学気相成長またはプラズマ化学気相成長により前記第１の膜を形成する、請求項１から１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１４】
前記第１の工程は、前記処理対象上に形成される開口部のアスペクト比、立体角、開口部の広狭および深さ、開口部の面積、パターンの粗密、ラインアンドスペースのうち少なくとも一つに応じた厚みの差を有する、前記第１の膜を形成する、
請求項１から１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法を実行するプログラムを記憶する記憶部と、当該プログラムを実行するよう制御する制御部と、
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項１６】
処理対象上に第１の膜を成膜する工程と、
前記処理対象に対して成膜サイクルを実行する工程と、
を備え、
前記成膜サイクルは、前記第１の膜の表面に化学吸着せず、前記処理対象表面に化学吸着する前駆体ガスと、プラズマ化して前記第１の膜を除去するラジカルを生じる反応ガスと、を用いて実行される、プラズマ処理方法。
【請求項１７】
処理対象上において第１の膜を第１の所定量除去する処理と、
処理対象上において第２の膜を前記第１の所定量とは異なる第２の所定量堆積する処理と、
を同一ガスにより同時に実行する工程を含む成膜サイクルを実行する、プラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下の開示は、プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に成膜を行う手法の一種として、プラズマ励起原子層堆積（ＰＥ−ＡＬＤ：Plasma  Enhanced  Atomic  Layer  Deposition）法が知られている。ＰＥ−ＡＬＤ法を含む様々な技術が半導体装置のパターン形成に利用されている。
【０００３】
たとえば、被処理基板に形成される開口部の位置に応じて成膜が選択的に促進されるようにＡＬＤを利用した手法が提案されている（特許文献１）。また、ＳＡＭ（Self-assembled  monolayer:  自己組織化単分子膜）を選択的に形成し、その後、気相エッチングを行う手法が提案されている（特許文献２）。また、イオン注入を用いて３Ｄナノ構造体に対する選択的な成膜を実現する手法が提案されている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１７／０１４０９８３号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１７／０１４８６４２号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Woo-Hee  Kim他、”A  Process  for  Topographically  Selective  Deposition  on  3D  Nanostructures  by  Ion  Implantation”  ACS  Nano  2016,  10,  4451-4458.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、基板上に形成されるパターンの精密な寸法制御を実現することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様によるプラズマ処理装置が実行するプラズマ処理方法は、第１の工程と第２の工程とを含む。第１の工程では、プラズマ処理装置は、処理対象が有する開口部の側壁上に、対向する側壁対同士の間隔に応じて異なる厚みの第１の膜を形成する。第１の工程後の第２の工程では、プラズマ処理装置は、成膜サイクルを１回以上施し、対向する側壁対同士の間隔に応じて異なる厚みの第２の膜を形成する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、基板上に形成されるパターンの精密な寸法制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、ＡＬＤにおける前駆体ガスの化学吸着ステップを説明するための図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ＡＬＤにおける前駆体ガスのパージステップを説明するための図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、ＡＬＤにおける反応ガスによる活性化ステップを説明するための図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、ＡＬＤにおける反応ガスのパージステップを説明するための図である。
【図３Ａ】図３Ａは、一実施形態に係るプラズマ処理方法におけるインキュベーションについて説明するための図（１）である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、一実施形態に係るプラズマ処理方法におけるインキュベーションについて説明するための図（２）である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、一実施形態に係るプラズマ処理方法におけるインキュベーションについて説明するための図（３）である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、一実施形態に係るプラズマ処理方法におけるインキュベーションについて説明するための図（４）である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、一実施形態に係るプラズマ処理方法におけるインキュベーションについて説明するための図（５）である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、一実施形態に係るプラズマ処理方法におけるインキュベーションについて説明するための図（６）である。
【図４Ａ】図４Ａは、マスクに形成される開口部の寸法制御について説明するための図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、マスクに形成される開口部の一例について説明するための図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ｂのマスクを用いてエッチングを行った場合に形成されるパターンの一例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、Ｘ−Ｙパターンについて説明するための図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、Ｘ−Ｙパターンの寸法制御例１について説明するための図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、Ｘ−Ｙパターンの寸法制御例２について説明するための図である。
【図６】図６は、一実施形態に係るプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法の大まかな流れの一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、ローディング効果の一例について説明するための図である。
【図８Ａ】図８Ａは、一実施形態に係るプラズマ処理方法によって得られるＸ＞Ｙシュリンク効果について説明するための図（１）である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、一実施形態に係るプラズマ処理方法によって得られるＸ＞Ｙシュリンク効果について説明するための図（２）である。
【図９】図９は、一実施形態のプラズマ処理方法を適用する処理対象の材料の組み合わせ例を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、変形例２に係るプラズマ処理方法の第１工程について説明するための図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、変形例２に係るプラズマ処理方法の第２工程について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、開示する実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態は限定的なものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【００１１】
＜ＡＬＤにおけるインキュベーションのメカニズム＞
実施形態について説明する前に、ＡＬＤにおけるインキュベーションのメカニズムについて説明する。
【００１２】
図２Ａ乃至図２Ｄは、一般的なＡＬＤの流れの一例を説明するための図である。図２Ａは、ＡＬＤにおける前駆体ガスの化学吸着ステップを説明するための図である。図２Ｂは、ＡＬＤにおける前駆体ガスのパージステップを説明するための図である。図２Ｃは、ＡＬＤにおける反応ガスによる活性化ステップを説明するための図である。図２Ｄは、ＡＬＤにおける反応ガスのパージステップを説明するための図である。ＡＬＤは、図２Ａ乃至図２Ｄに示すように、通常、次の４つのステップを含む。
（１）処理室内に配置した処理対象（たとえば半導体基板）を前駆体ガスに晒す化学吸着ステップ（図２Ａ参照）
（２）処理室内に残留した前駆体ガスをパージするステップ（図２Ｂ参照）
（３）処理室内に配置した処理対象を反応ガスに晒す反応ステップ（図２Ｃ参照）
（４）処理室内に残留した反応ガスをパージするステップ（図２Ｄ参照）
なお、以下の説明では、（３）の反応ステップは反応ガスをプラズマ化させて実行するものとする。ＡＬＤでは上記ステップ（１）から（４）が繰り返し実行され、処理対象上に膜が形成される。なお、パージステップ（２）および（４）は任意のステップであり、必ずしも実行しなくてもよい。
【００１３】
ＡＬＤにおいては、たとえば前駆体ガスとしてシリコン含有ガスを用い反応ガスとしてＯ含有ガスを用いて、処理対象上にＳｉＯ２膜を堆積することができる。この場合、まずステップ（１）において、処理室内に配置された処理対象を前駆体ガスであるシリコン含有ガスに晒す。すると、処理対象の表面にシリコン含有ガスが化学吸着する。処理対象に化学吸着せず処理室内に残存した前駆体ガスは、ステップ（２）においてパージされる。その後、ステップ（３）においてＯ含有ガスがプラズマ化され、酸素ラジカルと処理対象に化学吸着したシリコン含有分子とが反応して（シリコンを酸化させて）、ＳｉＯ２膜１層を形成する。処理室内に残存したＯ含有ガスはステップ（４）においてパージされる。ＡＬＤは基本的に１層ずつ膜を形成していき処理対象上に原子が化学吸着する表面がなくなれば処理が停止するため、自己制御的にコンフォーマルな膜を形成することができる。
【００１４】
ところで、前駆体ガスの化学吸着を阻害する因子（以下インヒビターとも呼ぶ）が処理対象表面上に存在すると、ステップ（１）において処理対象に前駆体ガスが化学吸着せずＡＬＤによる成膜が行われない。かかる阻害因子等によって生じる成膜開始の遅れのことを、インキュベーションと呼ぶ。図３Ａ乃至図３Ｆは、一実施形態に係るプラズマ処理方法におけるインキュベーションについて説明するための図（１）乃至（６）である。
【００１５】
図３Ａは、ＣＦ（フルオロカーボン）を用いた化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical  Vapor  Deposition）等により処理対象の表面上にＣＦ膜が形成された状態を示している。図３Ａ中、フッ素原子（ＣＦ：炭素に共有結合したフッ素原子）を黒い丸で示す。また、処理対象（基板）の原子は、白い丸で示す。
【００１６】
図３Ｂは、図３Ａに示す処理対象に対してＡＬＤサイクルを１回実行した状態の一例を示す。処理対象表面にはインヒビターであるＣＦ膜が存在するため、前駆体ガス（シリコン含有ガス）が化学吸着せずＡＬＤによる成膜は行われない。逆にＡＬＤサイクル中の酸素プラズマで生成される酸素ラジカルの影響により処理対象表面からＣＦ膜が少しずつ除去されていく。
【００１７】
図３Ｃは、図３Ａに示す処理対象に対してＡＬＤサイクルを５回実行した状態の一例を示す。図３Ｃの例では、５回のＡＬＤサイクルによりＣＦ膜がすべて除去されている。
【００１８】
図３Ｄ、図３Ｅ、図３Ｆはそれぞれ、図３Ａに示す処理対象に対してＡＬＤサイクルを６回、８回、１０回実行した状態の一例を示す。図３Ｃに示すように、ＡＬＤサイクルを５回実行することでＣＦ膜は除去され、ＣＦ膜の下の層が露出する。この状態の処理対象表面には、前駆体ガスが化学吸着可能な物質が存在するため、前駆体ガスが化学吸着し反応ガスと反応して図３Ｄに示すように成膜が開始する。その後、図３Ｅ，図３Ｆに示すようにＡＬＤサイクルが実行されるごとに膜厚が増加していく。図３Ｄ，図３Ｅ，図３Ｆ中、上から２層目の丸はＳｉ含有前駆体ガス、一番上の丸は酸素原子を示す。
【００１９】
＜Ｘ−Ｙパターンの制御＞
ところで、半導体装置の製造時には、基板上に様々なパターンが形成される。たとえば、一つの基板上に、同様の形状を有する開口部を複数形成する場合がある。かかる場合、開口部の寸法の精密な制御が半導体装置の性能に影響する。
【００２０】
図４Ａは、マスクに形成される開口部の寸法制御について説明するための図である。図４Ａに示す基板Ｓは、自己整合型ダブルパターニングによって形成されている。このため、基板Ｓの表面には、各々異なる種類の材料Ａ（コア）、材料Ｂ（スペーサ）、材料Ｃ（フィル）で形成されるラインがＡ，Ｂ，Ｃ，Ｂ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｂ，Ａの順に並んでいる。以下、材料Ａで形成されるラインをラインＡ、材料Ｂで形成されるラインをラインＢ、材料Ｃで形成されるラインをラインＣと呼ぶ。ここで、図４Ａ中点線で示す形状のマスクを用いて基板Ｓのエッチングを実行することを考える。図４Ａ中には、２つの端部がそれぞれ別のラインＣ上に位置するように形成される開口部Ｏ１，Ｏ２，Ｏ４，Ｏ５，Ｏ６，Ｏ７と、別のラインＡ上に位置するように形成される開口部Ｏ３とが示されている。なお、説明の便宜上、図４Ａ乃至図４Ｃに示すラインの長手方向をＸ１方向、ラインを横切る方向をＹ１方向と呼ぶ。
【００２１】
図４Ａに示す形状通りのマスクを形成することができた場合にはその後エッチングにより形成されるパターンの形状にも大きな問題はない。しかし、図４Ｂに示すように、マスクの開口部が所望の位置からＹ１方向においてずれた位置に形成されたとする。図４Ｂは、マスクに形成される開口部の一例について説明するための図である。この場合、当該マスクを使用して基板Ｓのエッチングを実行すると、図４Ｃに示すように、基板Ｓ上に形成される開口部の位置がさらにＹ１方向にずれてラインＣを繋ぐように形成されない可能性がある。図４Ｃは、図４Ｂのマスクを用いてエッチングを行った場合に形成されるパターンの一例を示す図である。図４Ｂに示すようなマスクが形成された場合、図４Ｃに示すような不良を発生させないためには、一旦形成されたマスクの開口部の寸法を調整することができれば便宜である。特に、図４Ａに示す形状のマスクの場合、開口部の短辺方向の寸法制御よりも長辺方向の寸法制御がその後の配線形成に影響する。このような、上面視で短辺と長辺とを有する略矩形状の開口部をＸ−Ｙパターンと呼ぶことがある。
【００２２】
図５Ａは、Ｘ−Ｙパターンについて説明するための図である。図５Ａは、基板上に形成されたＸ−Ｙパターンの部分上面図である。図５Ａに示す基板には、上面視で略矩形状の開口部が複数整列した状態で形成されている。複数の開口部は略同一の寸法を有する。なお、Ｘ−Ｙパターンは、上面視略矩形状だけでなく、上面視略楕円状であってもよい。Ｘ−Ｙパターンは、上面視で直交する２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）における寸法に差があるパターンを指すものとする。
【００２３】
図５Ｂは、Ｘ−Ｙパターンの寸法制御例１について説明するための図である。図５Ｃは、Ｘ−Ｙパターンの寸法制御例２について説明するための図である。図５Ｂの例は、短辺Ｘの開口寸法を維持しつつ、長辺Ｙの開口寸法を小さくする制御例（Ｘ＜Ｙシュリンク：Ｘ辺よりもＹ辺の減少量が大きくなるように開口部を小さくする）である。図５Ｂの例では、Ｘ−Ｙパターンが形成された後、Ｙ辺が短くなるように基板上に成膜する。他方、図５Ｃの例は、短辺Ｘの開口寸法を小さくしつつ、長辺Ｙの開口寸法を維持する制御例（Ｘ＞Ｙシュリンク：Ｙ辺よりもＸ辺の減少量が大きくなるように開口部を小さくする）である。図５Ｃの例では、Ｘ−Ｙパターンが形成された後、Ｘ辺が短くなるように基板上に成膜する。
【００２４】
図４Ｃに示すような不良を発生させないためには、図４Ｂのマスクの開口部のＸ＞Ｙシュリンク（図５Ｃ）を実行することで、開口部のＹ辺の減少量をできるだけ小さくすることができればよいと考えられる。
【００２５】
＜実施形態＞
上記に鑑みて、本実施形態に係るプラズマ処理装置は、基板上に形成されたパターンの状態に応じた膜厚差を有する第１の膜をＣＶＤで成膜した後、第１の膜がインヒビターとして機能する材料を用いてＡＬＤサイクルを実行して第２の膜を成膜する。プラズマ処理装置は、たとえばローディング効果を利用して膜厚差を有する第１の膜をＣＶＤで成膜する。その後、ＡＬＤサイクルを実行すると、第１の膜は徐々にプラズマの影響で削られていくが、第１の膜の膜厚に応じたインキュベーションタイムが生じる。このため、たとえば、第１の膜が厚く形成される位置には第２の膜が薄く形成され、第１の膜が薄く形成される位置には第２の膜が厚く形成されることになる。このように、本実施形態に係るプラズマ処理装置は、インキュベーションとローディング効果を利用して精密な寸法制御を実現する。
【００２６】
＜実施形態に係るプラズマ処理装置の一例＞
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１０の構成の一例を示す図である。本実施例におけるプラズマ処理装置１０は、例えば図１に示すように、表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等により形成され、内部に略円筒形状の処理空間を画成するチャンバ２１を有する。チャンバ２１は、保安接地されている。本実施例におけるプラズマ処理装置１０は、例えば容量結合型平行平板プラズマ処理装置として構成されている。チャンバ２１内には、セラミックス等で形成された絶縁板２２を介して支持台２３が配置される。支持台２３上には例えばアルミニウム等で形成され、下部電極として機能するサセプタ２４が設けられている。
【００２７】
サセプタ２４の略中央上部には、処理対象の一例である半導体ウエハＷを静電気力で吸着保持する静電チャック２５が設けられている。静電チャック２５は、導電膜等で形成された電極２６を一対の絶縁層で挟んだ構造を有する。電極２６には直流電源２７が電気的に接続されている。なお、静電チャック２５には、半導体ウエハＷを加熱するための図示しないヒータが設けられてもよい。
【００２８】
サセプタ２４の上部には、静電チャック２５を囲むようにフォーカスリング２５ａが配置されている。フォーカスリング２５ａにより、半導体ウエハＷのエッジ付近におけるプラズマの均一性が向上する。フォーカスリング２５ａは、例えば単結晶シリコン等により形成される。支持台２３およびサセプタ２４の周囲には、支持台２３およびサセプタ２４を囲むように、内壁部材２８が設けられている。内壁部材２８は、例えば石英等により略円筒状に形成されている。
【００２９】
支持台２３の内部には、例えば支持台２３の周方向に沿って冷媒室２９が形成されている。冷媒室２９には、外部に設けられた図示しないチラーユニットから配管３０ａおよび配管３０ｂを介して、所定温度の冷媒が循環供給される。冷媒室２９内を所定温度の冷媒が循環することにより、冷媒との熱交換により静電チャック２５上の半導体ウエハＷを所定の温度に制御することができる。また、図示しないガス供給機構から供給された伝熱ガスが、配管３１を介して静電チャック２５の上面と、静電チャック２５上に載置された半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。伝熱ガスは、例えばヘリウムガスである。
【００３０】
下部電極として機能するサセプタ２４の上方には、チャンバ２１内の処理空間を介してサセプタ２４と対向するように上部電極４０が設けられている。上部電極４０とサセプタ２４との間の空間であって、チャンバ２１に囲まれた空間が、プラズマが生成される処理空間である。上部電極４０は、電極本体部として機能する天板４２と、天板４２を支持する天板支持部４１とを有する。
【００３１】
天板支持部４１は、絶縁性部材４５を介して、チャンバ２１の上部に支持されている。天板支持部４１は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の、熱伝導性が比較的に高い導電性材料により略円板状に形成されている。また、天板支持部４１は、処理空間で生成されたプラズマによって加熱された天板４２を冷却する冷却板としても機能する。天板支持部４１には、処理ガスを導入するガス導入口４６と、ガス導入口４６から導入された処理ガスを拡散させる拡散室４３と、拡散室４３内に拡散された処理ガスを下方に通流させる流路である複数の流通口４３ａとが形成されている。
【００３２】
天板４２は、例えば石英等のケイ素含有物質により略円板状に形成される。天板４２には、天板４２を天板４２の厚さ方向に貫く複数のガス導入口４２ａが形成されている。各ガス導入口４２ａは、天板支持部４１の流通口４３ａのいずれかと連通するように配置されている。これにより、拡散室４３内に供給された処理ガスは、流通口４３ａおよびガス導入口４２ａを介してチャンバ２１内にシャワー状に拡散されて供給される。
【００３３】
天板支持部４１のガス導入口４６には、配管４７を介して複数のバルブ５０ａ〜５０ｃが接続されている。バルブ５０ａには、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４９ａを介して、ガス供給源４８ａが接続されている。バルブ５０ａが開状態、即ちオープン状態に制御された場合、ガス供給源４８ａから供給された処理ガスは、ＭＦＣ４９ａによって流量が制御され、配管４７を介してチャンバ２１内に供給される。ガス供給源４８ａは、例えば前駆体ガスをチャンバ２１内に供給する。
【００３４】
また、バルブ５０ｂには、ＭＦＣ４９ｂを介して、ガス供給源４８ｂが接続されている。バルブ５０ｂが開状態に制御された場合、ガス供給源４８ｂから供給されたガスは、ＭＦＣ４９ｂによって流量が制御され、配管４７を介してチャンバ２１内に供給される。ガス供給源４８ｂは、例えばパージガスをチャンバ２１内に供給する。パージガスとしては、例えば、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスが用いられる。
【００３５】
また、バルブ５０ｃには、ＭＦＣ４９ｃを介して、ガス供給源４８ｃが接続されている。バルブ５０ｃが開状態に制御された場合、ガス供給源４８ｃから供給されたガスは、ＭＦＣ４９ｃによって流量が制御され、配管４７を介してチャンバ２１内に供給される。ガス供給源４８ｃは、例えば反応ガスをチャンバ２１内に供給する。
【００３６】
なお、前駆体ガスおよび反応性ガスをチャンバ２１に供給するに当たって、前駆体ガスおよび反応性ガスの使用量の削減ならびにチャンバ２１の内部におけるガス分布の均一化などの生産性を目的とした添加ガスが用いられてもよい。添加ガスとしては、例えばアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを用いることができる。例えば、バルブ５０ａおよびＭＦＣ４９ａを介してガス供給源４８ａから供給される前駆体ガスに、バルブ５０ｂおよびＭＦＣ４９ｂを介してガス供給源４８ｂから供給される不活性ガスが添加されてもよい。また、例えば、バルブ５０ｃおよびＭＦＣ４９ｃを介してガス供給源４８ｃから供給される反応ガスに、バルブ５０ｂおよびＭＦＣ４９ｂを介してガス供給源４８ｂから供給される不活性ガスが添加されてもよい。
【００３７】
それぞれのＭＦＣ４９ａ〜４９ｃによる各ガスの流量の調整、および、それぞれのバルブ５０ａ〜５０ｃの開閉は、後述する制御装置６０によって制御される。
【００３８】
上部電極４０には、整合器５１を介して高周波電源５２が電気的に接続されている。高周波電源５２は、例えば４０ＭＨｚ程度のプラズマ励起用の高周波電力（ＨＦ：High  Frequency）を上部電極４０に供給する。高周波電源５２から供給される高周波電力は、後述する制御装置６０によって制御される。
【００３９】
下部電極として機能するサセプタ２４には、整合器３３を介して高周波電源３４が電気的に接続されている。高周波電源３４は、バイアス用の高周波電力（ＬＦ：Low  Frequency）をサセプタ２４に印加する。高周波電源３４は、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電力を、整合器３３を介してサセプタ２４に供給する。高周波電力がサセプタ２４に供給されることにより、プラズマ中のイオン等の活性種が静電チャック２５上の半導体ウエハＷに引き込まれる。高周波電源３４から供給される高周波電力は、後述する制御装置６０によって制御される。
【００４０】
チャンバ２１の側壁には開口７８が形成されており、開口７８には、配管３８が接続されている。配管３８は、２つに分岐しており、一方には、バルブ３７ａの一端が接続されており、他方には、バルブ３７ｂの一端が接続されている。バルブ３７ａの他端は、配管３８ａを介して圧力計３６ａに接続されており、バルブ３７ｂの他端は、配管３８ｂを介して圧力計３６ｂに接続されている。圧力計３６ａおよび３６ｂは、例えばキャパシタンスマノメータである。
【００４１】
バルブ３７ａが開状態に制御されることにより、配管３８と配管３８ａとが連通する。これにより、チャンバ２１の側壁に形成された開口７８を介して、圧力計３６ａがチャンバ２１内の処理空間に曝露される。これにより、圧力計３６ａは、処理空間内の圧力を測定することができる。一方、バルブ３７ａが閉状態、即ちクローズ状態に制御されることにより、配管３８と配管３８ａとが遮断される。これにより、チャンバ２１内の処理空間に対して圧力計３６ａが遮蔽される。
【００４２】
また、バルブ３７ｂが開状態に制御されることにより、配管３８と配管３８ｂとが連通する。これにより、チャンバ２１の側壁に形成された開口７８を介して、圧力計３６ｂがチャンバ２１内の処理空間に曝露される。これにより、圧力計３６ｂは、処理空間内の圧力を測定することができる。一方、バルブ３７ｂが閉状態に制御されることにより、配管３８と配管３８ｂとが遮断される。これにより、チャンバ２１内の処理空間に対して圧力計３６ｂが遮蔽される。バルブ３７ａおよび３７ｂの開閉制御は、後述する制御装置６０によって行われる。    
【００４３】
チャンバ２１の底部には排気口７１が設けられ、排気口７１には排気管７２を介して排気装置７３が接続されている。排気装置７３は、例えばＤＰ（Dry  Pump）やＴＭＰ（Turbo  Molecular  Pump）等の真空ポンプを有しており、チャンバ２１内を所望の真空度まで減圧することができる。排気装置７３の排気量等は、後述する制御装置６０によって制御される。例えば、ガス供給源４８ａから前駆体ガスがチャンバ２１内に供給される場合、制御装置６０は、バルブ３７ａを開状態に制御し、バルブ３７ｂを閉状態に制御する。そして、圧力計３６ａによって測定されたチャンバ２１内の圧力に基づいて、排気装置７３の排気量等を制御することにより、チャンバ２１内の圧力を所定の圧力に制御する。また、例えば、ガス供給源４８ｃから反応ガスがチャンバ２１内に供給される場合、制御装置６０は、バルブ３７ａを閉状態に制御し、バルブ３７ｂを開状態に制御する。そして、圧力計３６ｂによって測定されたチャンバ２１内の圧力に基づいて、排気装置７３の排気量等を制御することにより、チャンバ２１内の圧力を所定の圧力に制御する。
【００４４】
チャンバ２１の側壁には半導体ウエハＷの搬入および搬出を行うための開口７４が設けられている。開口７４は、ゲートバルブＧにより開閉可能となっている。また、チャンバ２１の内壁には、壁面に沿ってデポシールド７６が着脱自在に設けられている。また、内壁部材２８の外周面には、内壁部材２８の外周面に沿って、デポシールド７７が着脱自在に設けられている。デポシールド７６および７７は、チャンバ２１の内壁および内壁部材２８に反応副生成物(デポ)が付着することを防止する。静電チャック２５上に載置された半導体ウエハＷと略同じ高さのデポシールド７６の位置には、グランドに接続された導電性部材(ＧＮＤブロック)７９が設けられている。ＧＮＤブロック７９により、チャンバ２１内の異常放電が防止される。
【００４５】
上記したプラズマ処理装置１０は、制御装置６０によって、その動作が統括的に制御される。制御装置６０は、例えばＲＯＭ（Read  Only  Memory）やＲＡＭ（Random  Access  Memory）等のメモリ６１と、例えばＣＰＵ（Central  Processing  Unit）やＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）等のプロセッサ６２と、ユーザインターフェイス６３とを有する。ユーザインターフェイス６３は、例えば、工程管理者等のユーザがプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置１０の稼動状況を可視化して表示するディスプレイ等を含む。
【００４６】
メモリ６１には、プラズマ処理装置１０において各種処理を実現するための処理条件データ等を含むレシピや、制御プログラム（ソフトウエア）が格納されている。そして、プロセッサ６２が、ユーザインターフェイス６３を介したユーザからの指示に応じて任意のレシピをメモリ６１から呼び出して実行することにより、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。これにより、プラズマ処理装置１０によって成膜等の所望の処理が行われる。なお、処理条件データ等を含むレシピや制御プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体等に格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば通信回線を介して伝送されたものを利用したりすることも可能である。コンピュータで読み取り可能な記録媒体とは、例えば、ハードディスク、ＣＤ（Compact  Disc）、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disc）、フレキシブルディスク、半導体メモリ等である。
【００４７】
なお、ここでは一例としてプラズマ源として容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively  Coupled  Plasma）を用いたプラズマ処理装置１０を説明するが、開示の技術はこれに限られず、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively  Coupled  Plasma）や、マイクロ波プラズマなど、任意のプラズマ源を用いたプラズマ処理装置１０を採用することができる。
【００４８】
＜一実施形態に係るプラズマ処理方法の流れの一例＞
図６は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１０におけるプラズマ処理方法の大まかな流れの一例を示すフローチャートである。
【００４９】
まず、プラズマ処理装置１０のチャンバ２１内に処理対象（たとえばウエハＷ）が載置される。プラズマ処理装置１０はまず、処理対象の表面上にマスク層を形成する（ステップＳ６１）。次に、プラズマ処理装置１０は、エッチングによりマスク層にパターンを形成する（ステップＳ６２）。パターンはたとえば、Ｘ−Ｙパターンを有する開口部を含む。ここで、ステップＳ６１およびＳ６２は、プラズマ処理装置１０内で実行せず、他の装置において実行するものとしてもよい。たとえば、他の装置においてウエハＷにマスク層とパターンとを形成した後、ウエハＷをプラズマ処理装置１０のチャンバ２１内に移動させて以下の処理を実行してもよい。
【００５０】
次に、プラズマ処理装置１０は、形成したパターンの上から、成膜してインヒビターとなるガスを用いたＣＶＤを実行する（ステップＳ６３、第１の工程）。ＣＶＤにより、処理対象上のパターンの形状に応じて異なる厚みを有する第１の膜（以下、インヒビター層とも呼ぶ）が形成される。次に、プラズマ処理装置１０は、第１の膜の上からＡＬＤサイクルを所定回数実行する（ステップＳ６４、第２の工程）。ＡＬＤサイクルによって、処理対象上に第２の膜が形成される。その後、プラズマ処理装置１０は所定条件が満足されたか否かを判定する（ステップＳ６５）。所定条件が満足されたと判定する（ステップＳ６５、Ｙｅｓ）と、プラズマ処理装置１０は処理を終了する。他方、所定条件が満足されていないと判定する（ステップＳ６５、Ｎｏ）と、プラズマ処理装置１０はステップＳ６３に戻って処理を繰り返す。これが一実施形態に係るプラズマ処理方法の大まかな流れである。なお、ステップＳ６４の後に別の処理を実行するように構成してもよい。以下の説明中、ステップＳ６３からステップＳ６４までの処理１回を１シーケンスとも呼ぶ。
【００５１】
＜第１の膜の膜厚＞
プラズマ処理装置１０がＣＶＤにより形成するインヒビター層となる第１の膜の膜厚は、種々の要因によって決定される。たとえば、ローディング効果を利用することで、プラズマ処理装置１０は、第１の膜を所望の膜厚に形成することができる。ローディング効果は、パターンの粗密度によって成膜される膜の膜厚等が変動する現象である。たとえば、パターン自体の大きさ、たとえば開口部の開口面積によって成膜後の開口寸法が変動する。また、当該パターンの周囲にあるパターンの形状や配置によって成膜後の開口寸法が変動する。
【００５２】
ローディング効果が生じる一つの理由は、開口部のアスペクト比によって、開口側からガス等の成膜材料が開口部内に侵入できる角度が決定され、結果的に開口部に入り込む成膜材料の量が決定されるためであると考えられる。図７は、ローディング効果の一例について説明するための図である。図７に示すように、処理対象上の開口部のアスペクト比が小さい場合、材料の侵入角度（Ω）が大きくなる。他方、開口部のアスペクト比が大きい場合、材料の侵入角度が小さくなる。このため、各開口部の成膜量は侵入角度に応じて変動する。結果として、小さな開口のＸ辺における成膜量は、大きな開口のＹ辺における成膜量よりも小さくなる。
【００５３】
このように、第１の膜の膜厚は、たとえば開口部のアスペクト比が小さいほど厚くなる。またたとえば、第１の膜の膜厚は、開口部の立体角が大きいほど厚くなる。またたとえば、第１の膜の膜厚は、開口部の広狭や深さに応じて変動する。たとえば、開口部が広く浅いほど第１の膜の膜厚は厚くなる。また、第１の膜の膜厚は、処理対象上に形成されるパターンの粗密、ラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）等に応じて変動する。
【００５４】
なお、実施形態に係るプラズマ処理において形成する第１の膜の材料は、第２の膜の成膜を阻害する材料であれば特に限定されない。たとえば、第１の膜は疎水性の膜である。またたとえば、第１の膜はフッ素（Ｆ）を含む膜である。またたとえば、第１の膜はフルオロカーボンを含むガスにより形成される膜である。またたとえば、第１の膜は水素を含まないガスにより形成される膜である。またたとえば、第１の膜は処理対象表面を改質する改質膜である。
【００５５】
＜第２の膜の膜厚＞
第２の膜の形成時、第１の膜はインヒビター層として機能し、前駆体ガスの化学吸着を阻害する。このため、第２の膜の膜厚は、第１の膜の膜厚に応じて制御される。
【００５６】
たとえば、上記ローディング効果によって第１の膜がＸ辺上には薄く形成され、Ｙ辺上には厚く形成されたとする。この場合に、第１の膜の上からＡＬＤサイクルを実行して第２の膜を形成すると、Ｘ辺上の第１の膜がＡＬＤサイクルにより除去されるのにかかる時間よりも、Ｙ辺上の第１の膜がＡＬＤサイクルにより除去されるのにかかる時間の方が長くなる。すると、Ｘ辺上でＡＬＤサイクルによる第２の膜の形成が開始するタイミングは、Ｙ辺上でＡＬＤサイクルによる第２の膜の形成が開始するタイミングよりも早くなる。結果的に、Ｘ辺およびＹ辺のいずれにおいても同じ数のＡＬＤサイクルが実行されるとすれば、Ｘ辺上に形成される第２の膜の膜厚の方がＹ辺上に形成される第２の膜の膜厚よりも厚くなる。
【００５７】
たとえば、Ｙ辺上に形成された第１の膜の膜厚がＡ、Ｘ辺上に形成された第１の膜の膜厚がＢ（ただしＡ＞Ｂ）とする。そして、第２の工程（ステップＳ６４）においてＡＬＤサイクル１回につき除去される第１の膜の膜厚をｘ、ＡＬＤサイクル１回につき形成される第２の膜の膜厚をｙとする。そして、Ａ＝１０ｘ、Ｂ＝２ｘとする。この場合に、ステップＳ６４においてＡＬＤサイクルを１２回実行すると、Ｙ辺上に形成される第２の膜の膜厚は２ｙ、Ｘ辺上に形成される第２の膜の膜厚は１０ｙとなる。ただし、第１の工程（ステップＳ６３）において形成された第１の膜がＡＬＤサイクル１回で除去される量（膜厚）は、ＡＬＤサイクル１回で形成される第２の膜の膜厚と同じではない（ｘ≠ｙ）。このため、第２の工程における第１の膜の除去量と、第２の膜の形成量とを考慮して、第１の工程および第２の工程の処理条件たとえば処理時間やサイクル数を調整することができる。
【００５８】
したがって、ローディング効果を用いて図５Ｂの基板上に形成される膜と同様の形状のインヒビター層を形成することができれば、その後のＡＬＤサイクルによりＸ＞Ｙシュリンクを実現することができる。また、図５Ｃの基板上に形成される膜と同様の形状のインヒビター層を形成することができれば、その後のＡＬＤサイクルによりＸ＜Ｙシュリンクを実現することができる。
【００５９】
図８Ａおよび図８Ｂは、一実施形態に係るプラズマ処理方法によって得られるＸ＞Ｙシュリンク効果について説明するための図である。図８Ａは、図６に示すステップＳ６３およびＳ６４を３回繰り返してＸ辺に第２の膜を形成した状態を概略的に示す。また、図８Ｂは、図６に示すステップＳ６３およびＳ６４を３回繰り返してＹ辺に第２の膜を形成した状態を概略的に示す。何れの場合も、ステップＳ６３において１回のＣＶＤを実行してＣＦ膜を形成した後、ステップＳ６４において所定回数のＡＬＤサイクルを繰り返し実行し、このステップＳ６３とステップＳ６４のシーケンスを３回繰り返して実行した。
【００６０】
図８Ａに示すように、Ｘ辺においては、Ｘ辺を挟んで対向する側壁上に形成された第２の膜により、Ｘ辺の長さは平均して８．１２ナノメートル［ｎｍ］減少している。すなわち、側壁上に平均８．１２ナノメートルの第２の膜が形成されている。他方、Ｙ辺においては、Ｙ辺を挟んで対向する側壁上に形成された第２の膜により、Ｙ辺の長さは平均して６．３７ナノメートル減少している。すなわち、側壁上に平均６．３７ナノメートルの第２の膜が形成されている。図８Ａおよび図８Ｂから、ステップＳ６３およびＳ６４を繰り返し実行することで、Ｘ辺の開口寸法をＹ辺の開口寸法よりも大きく減少させつつ、両者の開口寸法を減少させることができることが分かる。すなわち、Ｘ＞Ｙシュリンクを実現できることが分かる。また、ステップＳ６３およびＳ６４の実行回数をさらに増加させることでＸ＞Ｙシュリンク効果を増加させることができる。
【００６１】
＜基板他の材料例＞
本実施形態のプラズマ処理方法は様々な材料で形成される処理対象に適用することができる。
【００６２】
図９は、本実施形態のプラズマ処理方法を適用する処理対象の材料の組み合わせ例を示す図である。ここでは、基板上に被エッチング層とマスクが順番に形成された処理対象に対して、マスクの寸法制御のために本実施形態のプラズマ処理方法を適用して第２の膜を形成するものとする。なお、被エッチング層と基板との間にはストップ層が形成されてもよい。
【００６３】
この場合、たとえば、シリコン基板上に、窒化シリコン（ＳｉＮ）、シリコン（Ｓｉ）またはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）の被エッチング層を形成し、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のマスクを形成することができる。この場合、第２の膜として二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を使用することができる。
【００６４】
また、被エッチング層にＳｉＯ２を、マスクにＳｉＮを、第２の膜にＳｉＮを使用することができる。また、被エッチング層にＳｉＯ２を、マスクに窒化チタン（ＴｉＮ）、タングステンカーバイド（ＷＣ）または二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を使用することができる。この場合、第２の膜としてＴｉＮまたはＷＣを使用することができる。
【００６５】
いずれの材料の組み合わせの場合であってもＣＣＰ等の装置を用いて処理を実現することができる。
【００６６】
また、上記実施形態のプラズマ処理方法は、基板上に被エッチング層とマスクとが順次形成された処理対象だけでなく、他の構成の処理対象に適用することができる。たとえば、シリコン基板上に被エッチング層、有機層、シリコン含有反射防止層等が順次形成され、反射防止層上にフォトレジスト等のマスク層が形成された処理対象に適用できる。この場合、たとえば、基板上にマルチパターニングにより形成された層を介在させてもよい。そして、マスクに形成するパターンが、マルチパターニングにより形成された層の各ラインと整列されるように、上記実施形態のプラズマ処理方法を用いてマスクのパターン寸法を調整してもよい。上記実施形態のプラズマ処理方法はマスクのパターン寸法を調整することにより、ビアやコンタクトを形成する位置を精密に調整するために利用できる。
【００６７】
＜実施形態の効果＞
上記実施形態に係るプラズマ処理方法は、第１の工程と第２の工程とを含む。第１の工程において、プラズマ処理装置は、処理対象が有する開口部の側壁上に、対向する側壁対同士の間隔に応じて異なる厚みの第１の膜を形成する。第１の工程後の第２の工程において、プラズマ処理装置は、成膜サイクルを１回以上施し、前記対向する側壁対同士の間隔に応じて異なる厚みの第２の膜を形成する。このため、プラズマ処理装置は、処理対象上に、パターンの状態に応じた膜厚差を有する第２の膜を形成することができる。このため、実施形態にかかるプラズマ処理装置は、所望の膜厚差を有する第２の膜を１回の工程で形成することが困難な場合であっても、ローディング効果やインキュベーションを利用して所望の膜厚差を有する第２の膜を形成することができる。このため、実施形態に係るプラズマ処理装置は、基板上に形成されるパターンの精密な寸法制御を実現することができる。
【００６８】
また、実施形態に係るプラズマ処理方法において、プラズマ処理装置は、第１の工程において、処理対象上に形成される第１の側壁対よりも狭い間隔で対向する第２の側壁対上に、第１の側壁対上に形成される第１の膜よりも薄い第１の膜を形成する。また、プラズマ処理装置は、第２の工程において、第２の側壁対上に、第１の側壁対上に形成される第２の膜よりも厚い第２の膜を形成する。このため、実施形態に係るプラズマ処理装置は、異なる間隔をおいて対向する側壁対ごとに、膜厚を調整して寸法制御することができ、パターン精度を向上させることができる。
【００６９】
また、実施形態に係るプラズマ処理方法において、プラズマ処理装置は、第１の工程において、成膜サイクルにおける第２の膜の形成の阻害因子となる成分を含む第１の膜を形成する。このため、実施形態に係るプラズマ処理装置は、第１の膜の膜厚によって、その後形成される第２の膜の膜厚を精密に制御することができる。
【００７０】
また、実施形態に係るプラズマ処理方法において、プラズマ処理装置は、第１の工程において、疎水性の第１の膜を形成する。また、プラズマ処理装置は、第１の工程において、フッ素（Ｆ）を含む第１の膜を形成する。また、プラズマ処理装置は、第１の工程において、水素を含まずフルオロカーボン（ＣＦ）を含むガスにより第１の膜を形成する。このように実施形態に係るプラズマ処理装置は、第２の膜のインキュベーションを生じる材料を選択して第１の膜を形成することができ、パターンの寸法を精密に制御することができる。
【００７１】
また、実施形態に係るプラズマ処理方法において、プラズマ処理装置は、第２の工程において、第１の膜を除去した後に第２の膜を形成する。このため、実施形態に係るプラズマ処理装置は、第１の膜の膜厚により、第２の膜の膜厚を精密に制御することができる。
【００７２】
また、実施形態に係るプラズマ処理方法において、プラズマ処理装置は、第１の工程および第２の工程を含むシーケンスを１回以上繰り返し実行する。このため、実施形態に係るプラズマ処理装置は、シーケンスを繰り返す数を調整することにより、形成する第２の膜の膜厚を精密に制御することができる。
【００７３】
また、実施形態に係るプラズマ処理方法は、第２の工程の後に、第２の膜をマスクとしてエッチングする第３の工程を含む。このため、実施形態に係るプラズマ処理装置は、マスクである第２の膜の寸法を精密に制御した上で、エッチングを実行することができ、エッチングにより形成されるパターンの寸法を精密に制御することができる。
【００７４】
また、実施形態に係るプラズマ処理方法における処理対象の側壁対は、少なくとも一部曲面を含む。このため、実施形態に係るプラズマ処理装置は、直線的に形成されたパターンのみならず曲線的に形成されたパターンの寸法も精密に制御することができる。
【００７５】
また、実施形態に係るプラズマ処理方法は、第２の工程において、原子層堆積サイクルを１回以上施して第２の膜を形成する。このため、実施形態に係るプラズマ処理装置は、原子層堆積の自己制御性を利用して第２の膜の膜厚を容易に制御できる。
【００７６】
また、実施形態に係るプラズマ処理方法の第１の工程において、プラズマ処理装置は、化学気相成長またはプラズマ化学気相成長により第１の膜を形成する。このため、実施形態に係るプラズマ処理装置は、効率的に処理を実行することができる。
【００７７】
また、実施形態に係るプラズマ処理方法の第１の工程において、プラズマ処理装置は、処理対象上に形成される開口部のアスペクト比、立体角、開口部の広狭および深さ、開口部の面積、パターンの粗密、ラインアンドスペースのうち少なくとも一つに応じた厚みの差を有する、第１の膜を形成する。このため、実施形態に係るプラズマ処理装置は、様々な要因で発生するローディング効果を利用して、パターンの寸法を精密に制御することができる。
【００７８】
また、実施形態に係るプラズマ処理方法は、処理対象上に第１の膜を成膜する工程と、処理対象に対して成膜サイクルを実行する工程と、を備える。そして、成膜サイクルは、第１の膜の表面に化学吸着せず、処理対象表面に化学吸着する前駆体ガスと、プラズマ化して第１の膜を除去するラジカルを生じる反応ガスと、を用いて実行される。このため、実施形態に係るプラズマ処理方法は、第１の膜を利用して成膜サイクルにおいて形成される膜の膜厚を制御することができる。このため、実施形態に係るプラズマ処理方法は、パターンの寸法を精密に制御することができる。
【００７９】
また、実施形態に係るプラズマ処理方法は、処理対象上において第１の膜を第１の所定量除去する処理と、処理対象上において第２の膜を第１の所定量とは異なる第２の所定量堆積する処理と、を同一ガスにより同時に実行する工程を含む成膜サイクルを実行する。このため、実施形態に係るプラズマ処理方法は、一つの工程において膜の除去と膜の形成という二つの異なる処理を実現することができる。このため、実施形態に係るプラズマ処理方法は、パターンの寸法を効率よく制御することができる。
【００８０】
＜変形例１＞
さて、上記実施形態においては、第１の膜の膜厚によって成膜サイクルたとえばＡＬＤサイクルのインキュベーションタイムを制御した。これに代えて、たとえば、第１の膜の膜厚は一定として、第１の膜にＡＬＤサイクルによる改質処理を施すことで第２の膜の膜厚を変動させてもよい。
【００８１】
たとえば、図６のステップＳ６３において、処理対象上のパターンの形状に応じて異なる厚みを有する第１の膜を形成するのに代えて、処理対象上に均一な厚みを有する第１の膜を形成する。このとき、成膜手法は、熱ＣＶＤ（thermal  chemical  vapor  deposition）、２種の有機ガスを供給して温度制御により重合反応させて成膜する手法などを用いることができる。
【００８２】
そして、図６のステップＳ６４において、ローディング効果を利用した改質処理を実行する。たとえば、ＡＬＤサイクル中、化学吸着ステップ（図２Ａ参照）において前駆体ガスとしてシリコン含有ガスをチャンバ２１に供給する。そして、反応ステップ（図２Ｃ参照）において、反応ガスとしてフルオロカーボン（ＣｘＦｙ、たとえばＣ４Ｆ６））とＯ含有ガスとをチャンバ２１に供給する。化学吸着ステップと反応ステップ各々の後にチャンバ２１内をパージするパージステップを実行してもよい。
【００８３】
この場合、第１の膜が形成された箇所には化学吸着ステップにおいてシリコン含有ガスが化学吸着せず、反応ステップにおいてＯ含有プラズマによって第１の膜が除去される。また、反応ステップにおいて、反応ガスに含まれるフルオロカーボンが第１の膜上に堆積する。他方、第１の膜（および第１の膜上に堆積したフルオロカーボンの膜）がＯ含有プラズマによって除去された箇所には、化学吸着ステップにおいてシリコン含有ガスが化学吸着し、反応ステップにおいて酸素ラジカルとシリコン含有分子とが反応してＳｉＯ２膜を形成する。
【００８４】
反応ステップにおいて、処理対象上のパターン中、処理対象上のパターン中、パターンが密な部分にはＣｘＦｙが入り込みにくく、パターンが疎な部分にはＣｘＦｙが入り込みやすい。したがって、パターンが密な部分（Ｘ辺）ほどＣｘＦｙによる成膜量が少なく、パターンが疎な部分（Ｙ辺）ほどＣｘＦｙによる成膜量が多くなる。また、パターンが密な部分にはＯ含有プラズマが入り込みにくく、パターンが疎な部分にはＯ含有プラズマが入りこみやすい。したがって、パターンが密な部分（Ｘ辺）ほどＯ含有ガスから生成されるＯ含有プラズマによる第１の膜の除去量が少なく、パターンが疎な部分（Ｙ辺）ほど第１の膜の除去量が多くなる。反応ガスに含まれるフルオロカーボンとＯ含有ガスの割合を調整して、Ｘ辺における第１の膜の除去速度がＹ辺における第１の膜の除去速度より速くなるようにすることで、Ｘ＞Ｙシュリンク効果（図５Ｃ）を得ることができる。このため、変形例に係るプラズマ処理方法によっても、Ｘ＞Ｙシュリンク効果（図５Ｃ参照）を実現することができる。
【００８５】
＜変形例２＞
また、上記実施形態においては、ＡＬＤサイクルの処理条件は処理対象の表面上での自己制御的な吸着、反応を完了させるために十分な処理時間を設けるものとした。これに限らず、ＡＬＤサイクルの処理条件を、処理対象の表面上での自己制御的な吸着、反応が完了しないように設定してもよい。たとえば、いわゆる不飽和ＡＬＤ（以下、サブコンフォーマルＡＬＤとも呼ぶ。）を第２工程において用いてもよい。サブコンフォーマルＡＬＤは、たとえば、以下の２態様で実現できる。
（１）プリカーサを処理対象の表面全体に吸着させる。その後導入する反応ガスが、処理対象の表面全体にいきわたらないように制御する。
（２）プリカーサを処理対象の表面の一部のみに吸着させる。その後導入する反応ガスは、プリカーサが吸着した表面部分のみで成膜する。
サブコンフォーマルＡＬＤを利用することで、第２の膜の厚みが頂部から底部に向けて徐々に減少するように第２の膜を形成することができる。
【００８６】
図１０Ａは、変形例２に係るプラズマ処理方法の第１工程について説明するための図である。図１０Ｂは、変形例２に係るプラズマ処理方法の第２工程について説明するための図である。図１０Ａに示すＸ−Ｙパターンは、図５Ｂに示すＸ−Ｙパターンと同様であるが、短辺Ｘの成膜量が図５Ｂの例よりも少なく設定されている。
【００８７】
変形例２の第１工程は、ＣＶＤを用いて、短辺Ｘの開口寸法を維持しつつ、長辺Ｙの開口寸法を小さくする制御を行う（Ｘ＜Ｙシュリンク）。その後、第２工程において、サブコンフォーマルＡＬＤを用いて、短辺Ｘの開口寸法を小さくしつつ、長辺Ｙの開口寸法を維持する制御を行う（Ｘ＞Ｙシュリンク）。このとき、短辺Ｘにおいては、不飽和ＡＬＤにより頂部から底部にかけて徐々に膜厚が薄くなるように第２の膜が形成される。また、短辺Ｘの底部には第２の膜が成膜されない。このように、サブコンフォーマルＡＬＤを利用することで、処理対象の底部への成膜量を抑制することができる。また、サブコンフォーマルＡＬＤを利用した場合も、第１の膜の膜厚が厚いほど、同じ部分に形成される第２の膜の膜厚が薄くなるという関係が維持される。このため、係るプラズマ処理方法によれば、Ｘ−Ｙパターンの寸法制御を実現できる。
【００８８】
変形例２のように、本実施形態のプラズマ処理方法は、第２の工程において、処理対象の表面上での自己制御的な吸着または反応が完了しない処理条件でサブコンフォーマルＡＬＤサイクルを１回以上施して第２の膜を形成してもよい。このため、プラズマ処理方法は、単にＸ−Ｙパターンを制御するだけでなく、パターン底部の成膜量を抑制することができ、後続処理たとえばエッチングを容易に実行することができる。
【００８９】
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１０  プラズマ処理装置
２１  チャンバ
２４  サセプタ
２５  静電チャック
４０  上部電極
４８ａ〜４８ｃ  ガス供給源
６０  制御装置
６１  メモリ
６２  プロセッサ
６３  ユーザインターフェイス
７３  排気装置
Ｗ  ウエハ
【図１】
2020025079.tif 000003
【図２Ａ】
2020025079.tif 000004
【図２Ｂ】
2020025079.tif 000005
【図２Ｃ】
2020025079.tif 000006
【図２Ｄ】
2020025079.tif 000007
【図３Ａ】
2020025079.tif 000008
【図３Ｂ】
2020025079.tif 000009
【図３Ｃ】
2020025079.tif 000010
【図３Ｄ】
2020025079.tif 000011
【図３Ｅ】
2020025079.tif 000012
【図３Ｆ】
2020025079.tif 000013
【図４Ａ】
2020025079.tif 000014
【図４Ｂ】
2020025079.tif 000015
【図４Ｃ】
2020025079.tif 000016
【図５Ａ】
2020025079.tif 000017
【図５Ｂ】
2020025079.tif 000018
【図５Ｃ】
2020025079.tif 000019
【図６】
2020025079.tif 000020
【図７】
2020025079.tif 000021
【図８Ａ】
2020025079.tif 000022
【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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