(57)【要約】【課題】マスクパターンのばらつきを抑制することを提供する。【解決手段】被エッチング膜の上にパターン化されたマスク層に堆積物を堆積させる第１の工程と、前記マスク層の一部又は前記堆積物の一部の少なくともいずれかを除去する第２の工程と、を有し、前記第１の工程と前記第２の工程とを１回以上繰り返し、前記マスク層のパターンの側面のテーパ角を所望の角度にする、処理方法が提供される。【選択図】図２
2020077753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被エッチング膜の上にパターン化されたマスク層に堆積物を堆積させる第１の工程と、
前記マスク層の一部又は前記堆積物の一部の少なくともいずれかを除去する第２の工程と、を有し、
前記第１の工程と前記第２の工程とを１回以上繰り返し、前記マスク層のパターンの側面のテーパ角を所望の角度にする、処理方法。
【請求項２】
前記第１の工程は、前記堆積物を堆積させ、前記マスク層のパターンの側面のテーパ角を増加させ、
前記第２の工程は、前記堆積物の一部を除去し、前記マスク層のパターンの側面のテーパ角を減少させる、
請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】
前記マスク層の初期状態の側面のテーパ角をθ０とし、前記第１の工程と前記第２の工程とを所定の回数Ｎ（Ｎは１以上の整数）繰り返し、前記回数がｎ（ｎ≦Ｎ）回目の第１の工程におけるテーパ角の増加分をΔθＤ，ｎとし、前記回数がｎ回目の第２の工程におけるテーパ角の減少分をΔθＴ，ｎとしたとき、式（１）が成り立つ、
【数１】
2020077753.tif 000007
請求項２に記載の処理方法。
【請求項４】
前記式（１）が成り立つように、前記第１の工程と前記第２の工程とのプロセス条件を調整する、
請求項３に記載の処理方法。
【請求項５】
調整する前記プロセス条件は、前記第１の工程及び前記第２の工程の処理時間、前記第１の工程のガスの種類、前記第１の工程の圧力及び前記第１の工程の温度の少なくともいずれかである、
請求項４に記載の処理方法。
【請求項６】
前記第１の工程は、ハイドロカーボン（ＣＨ）、ハイドロフルオロカーボン（ＣＨＦ）及びフルオロカーボン（ＣＦ）の少なくとも一つを含む第１のガスのプラズマによる処理である、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項７】
前記第１のガスは、更に水素（Ｈ２）ガスを含む、
請求項６に記載の処理方法。
【請求項８】
前記第１のガスのＨ原子の含有量は、Ｆ原子の含有量よりも大きい、
請求項６又は７に記載の処理方法。
【請求項９】
前記第１の工程の前に、前記マスク層をＨ２ガスのプラズマ又はＨＢｒのプラズマによりトリートメントする処理を実行する工程を有する、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１０】
前記第１の工程と前記第２の工程とを所定の回数Ｎ繰り返した後、前記マスク層のパターンに前記被エッチング膜をエッチングする工程を有する、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１１】
前記第１の工程と前記第２の工程とを繰り返す回数が２以上の場合、前記回数がｎ回目の第１の工程と、ｎ＋１回目の第１の工程とのプロセス条件は同じである、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１２】
前記第１の工程と前記第２の工程とを繰り返す回数が２以上の場合、前記回数がｎ回目の第１の工程と、ｎ＋１回目の第１の工程とのプロセス条件は異なる、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１３】
前記第１の工程と前記第２の工程とを繰り返す回数が２以上の場合、前記回数がｎ回目の第２の工程と、ｎ＋１回目の第２の工程とのプロセス条件は同じである、
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１４】
前記第１の工程と前記第２の工程とを繰り返す回数が２以上の場合、前記回数がｎ回目の第２の工程と、ｎ＋１回目の第２の工程とのプロセス条件は異なる、
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１５】
処理容器と、前記処理容器内にて被エッチング膜の上にパターン化されたマスク層を有する基板の処理を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、
前記マスク層に堆積物を堆積させる第１の工程と、前記マスク層の一部又は前記堆積物の一部の少なくともいずれかを除去する第２の工程とを１回以上繰り返し、前記マスク層のパターンの側面のテーパ角を所望の角度にするように制御する、基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、処理方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１は、ホール又はラインのパターンの凹部に堆積物を堆積させる工程と、ホール又はラインのパターンの凸部をエッチングにより除去する工程とを有し、パターンの凹凸を減少させることを提案している。
【０００３】
例えば、特許文献２は、パターン形成済みフォトレジストマスクを提供し、フォトレジストマスク上に被覆を配置し、エッチング層に特徴部をエッチングし、マスクを除去することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第９９２２８３９号明細書
【特許文献２】特開２０１０−５１６０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、マスクパターンのばらつきを抑制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】
【０００６】
本開示の一の態様によれば、被エッチング膜の上にパターン化されたマスク層に堆積物を堆積させる第１の工程と、前記マスク層の一部又は前記堆積物の一部の少なくともいずれかを除去する第２の工程と、を有し、前記第１の工程と前記第２の工程とを１回以上繰り返し、前記マスク層のパターンの側面のテーパ角を所望の角度にする、処理方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
一の側面によれば、マスクパターンのばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す縦断面図。
【図２】一実施形態に係る基板の処理工程の一例を示す図。
【図３】一実施形態に係る基板の処理方法の一例を示すフローチャート。
【図４】一実施形態に係るサイクル数とパターンのばらつきを示す実験結果例。
【図５】一実施形態に係るパターンのテーパ角とパターンのばらつきを示す実験結果例。
【図６】一実施形態に係る堆積工程及び除去工程における時間依存性を示す実験結果例。
【図７】一実施形態に係る堆積工程におけるガス依存性を示す実験結果例。
【図８】一実施形態に係る堆積工程におけるガス依存性を示す実験結果例。
【図９】一実施形態に係る堆積工程における圧力依存性を示す実験結果例。
【図１０】一実施形態に係る堆積工程における温度依存性を示す実験結果例。
【図１１】一実施形態に係る基板処理におけるテーパ角の調整を説明するための図。
【図１２】一実施形態に係る基板処理におけるテーパ角の調整を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１０】
［基板処理装置の全体構成］
まず、基板処理装置１の一例について、図１を参照しながら説明する。一実施形態にかかる基板処理装置１は、容量結合型の平行平板の基板処理装置であり、略円筒形の処理容器２を有している。処理容器２の内部は、プラズマによりエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理が行われる処理室となっている。処理容器２の内面は、アルマイト処理（陽極酸化処理）されている。
【００１１】
ステージ３は、処理容器２の内部に設けられ、基板の一例であるウェハＷを載置する。ステージ３は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から形成されている。ステージ３は、処理容器２の底部に保持され、下部電極としても機能する。
【００１２】
ステージ３は、基台１２と、基台１２上の静電チャック１０とを有する。静電チャック１０は、絶縁体１０ｂの間にチャック電極１０ａを挟み込んだ構造になっている。直流電源３０は、チャック電極１０ａと接続し、スイッチ３１の開閉に応じてチャック電極１０ａへ直流電圧の印加及び印加の停止が行われる。これにより、直流電圧がチャック電極１０ａに印加されると、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０に吸着される。
【００１３】
エッジリング（「フォーカスリング」とも呼ばれる。）１１は円環状であり、静電チャック１０の外周側にてウェハＷの周囲に設けられる。エッジリング１１は、例えば、シリコンから形成され、プラズマをウェハＷの上方に収束し、プラズマ処理の効率を向上させるように機能する。
【００１４】
冷媒流路１２ａは、基台１２の内部に形成されている。例えば冷却水やブライン等の冷却媒体（以下、「冷媒」ともいう。）は、チラー３６から出力され、冷媒入口配管１２ｂから冷媒流路１２ａを流れ、冷媒出口配管１２ｃから出てチラー３６へ戻される。これにより、ステージ３は抜熱され、冷却される。
【００１５】
伝熱ガス供給源３７は、ヘリウムガス（Ｈｅ）等の伝熱ガスを伝熱ガス供給ライン１６に通して静電チャック１０の表面とウェハＷの裏面との間に供給する。静電チャック１０の温度は、冷媒流路１２ａを循環する冷媒と、ウェハＷの裏面に供給する伝熱ガスとによって制御される。この結果、ウェハＷを所定の温度に制御できる。
【００１６】
高周波電源３４は、整合器３５を介してステージ３に接続され、第２周波数のバイアス電圧発生用の高周波電力ＬＦをステージ３に印加する。第２周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚであってもよい。整合器３５は、高周波電源３４の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。
【００１７】
シャワーヘッド２０は、その外縁部を被覆するシールドリング２１を介して処理容器２の天井部の開口を閉塞するように取り付けられている。シャワーヘッド２０は、シリコンにより形成されてもよい。高周波電源３２は、整合器３３を介してシャワーヘッド２０に接続され、第２周波数よりも高い第１周波数のプラズマ生成用の高周波電力ＨＦをシャワーヘッド２０に印加する。第１周波数は、例えば６０ＭＨｚであってもよい。また、高周波電力ＨＦは、ステージ３に印加されてもよい。
【００１８】
可変直流電源２６は、シャワーヘッド２０に接続され、負の直流電圧（ＤＣ）をシャワーヘッド２０に印加する。シャワーヘッド２０は、ステージ３（下部電極）に対向する対向電極（上部電極）としても機能する。整合器３３は、高周波電源３２の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。
【００１９】
ガス供給源２３は、ガス導入口２２を介してプラズマ処理に使用するガスをセンター側の拡散室２４ａ及びエッジ側の拡散室２４ｂに供給する。センター側の拡散室２４ａ及びエッジ側の拡散室２４ｂの内部で拡散されたガスは、ガス供給孔２５からステージ３に導入される。
【００２０】
排気口１８は、処理容器２の底面に形成されている。排気装置３８は、排気口１８に接続し、処理容器２内を排気する。これにより、処理容器２内が所定の真空度に維持される。ゲートバルブ１７は、処理容器２の側壁にて搬送口１９を開閉し、未処理のウェハＷを処理容器２へ搬入又は処理容器２から搬出する。
【００２１】
制御部４０は、装置全体の動作を制御する。制御部４０は、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２及びＲＡＭ４３を有する。ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２又はＲＡＭ４３に記憶されたレシピに従い、プラズマを用いてエッチングや成膜等のプラズマ処理を制御する。レシピは、プロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、処理容器内温度（上部電極温度、処理容器の側壁温度、ウェハＷ温度、静電チャック温度等）、冷媒温度等を設定する。なお、レシピは、ハードディスク、半導体メモリ、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所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
【００２２】
プラズマ処理を実行する際、制御部４０は、ゲートバルブ１７を開いて搬送口１９からウェハＷを搬入し、ステージ３に載置させる。制御部４０は、チャック電極１０ａに正又は負の極性の直流電圧を印加し、ウェハＷを静電チャック１０に吸着する。
【００２３】
制御部４０は、ガス供給源２３から処理容器２内に所望のガスを供給し、シャワーヘッド２０に高周波電力ＨＦと負の直流電圧を印加し、ステージ３に高周波電力ＬＦを印加する。これにより、ウェハＷの上方にてガスが乖離してプラズマが生成され、ウェハＷにプラズマ処理が施される。
【００２４】
プラズマ処理後、制御部４０は、チャック電極１０ａにウェハＷの吸着時とは正負の極性が逆の直流電圧を印加し、ウェハＷの電荷の除電を制御する。除電後、制御部４０は、ウェハＷを静電チャック１０から剥がし、ゲートバルブ１７を開いて搬送口１９から処理容器２の外に搬出する。
【００２５】
［パターンの微細化］
ウェハＷ上に形成される半導体デバイスの微細化が進むにつれて、配線又はコンタクト抵抗が増大している。そのため、配線及びコンタクト抵抗のばらつきがデバイス性能のばらつきに影響するようになってきており、そのばらつきを抑制することが重要になっている。
【００２６】
そこで、以下に説明する一実施形態に係る基板の処理方法では、コンタクトホールパターンのLocal Critical Dimension Uniformity（以下、「Ｌ−ＣＤＵ」とも表記する。）を改善する。Ｌ−ＣＤＵは、隣接するコンタクトホールのＣＤ（Critical Dimension）サイズのばらつきを示す。また、ラインパターンにおけるパターンのばらつきを示す指標の一例としては、ＬＷＲ（line width roughness）、ＬＥＲ（line edge roughness）などが挙げられる。
【００２７】
［基板処理の工程］
図２及び図３を参照して、一実施形態に係る基板の処理工程の一例について説明する。図２は、一実施形態に係る基板の処理工程の一例を示す。図３は、一実施形態に係る基板の処理方法の一例を示すフローチャートである。図３に示す各ステップの処理は、制御部４０により制御される。
【００２８】
（初期状態）
図２（ａ）は、初期状態のウェハＷ上の積層膜を示す。ウェハＷは、シリコン基板１００上に順に積層されたシリコン酸化膜１０２、ＳＯＣ膜１０４（Spin On Carbon）、ＳＯＧ膜１０６（Spin On Glass）、レジスト膜１０８を有する。
【００２９】
レジスト膜１０８は、コンタクトホールのパターン（以下、「マスクパターン」ともいう。）が形成された有機膜であって、パターン化されたマスク層として機能する。ＳＯＧ膜１０６、ＳＯＣ膜１０４、シリコン酸化膜１０２は、被エッチング膜の一例である。
【００３０】
図３のステップＳ１において、制御部４０は、まず、図２（ａ）の形状のウェハＷを準備する。
【００３１】
（トリートメント工程）
次に、ステップＳ２において、制御部４０は、レジスト膜１０８をＨ２ガスのプラズマ又はＨＢｒのプラズマによりトリートメントする。図２（ｂ）では、Ｈ２ガス及びＡｒガスを供給する例が示されている。これにより、レジスト膜１０８の表面をトリートメントし、パターン形状を良好にすることができる。ただし、ステップＳ２の処理は省略してもよい。
【００３２】
（サイクルステップ／堆積工程及び除去工程）
図３に戻り、次に、制御部４０は、レジスト膜１０８のマスクパターンのＣＤサイズを均一にするために、堆積工程と除去工程とを繰り返し実行するサイクルステップを制御する。ステップＳ３の処理において、制御部４０は、レジスト膜１０８の上面、側面及び底面（ＳＯＧ膜１０６の上面）に堆積物を堆積させ（堆積工程）、レジスト膜１０８のマスクパターンの側面のテーパ角を増加（大きく）させる（図５のテーパ角参照）。テーパ角とは、マスクパターンの側面を通る接線とマスクパターン底部の通る接線によってなす角度である（図５のθ）。この結果、図２（ｃ）に示すように、レジスト膜１０８の上面、側面及び底面に有機膜の保護膜１１０が形成される。
【００３３】
次に、図３のステップＳ４において、制御部４０は、堆積工程において堆積させた保護膜１１０のトリミングによりその一部を除去し（除去工程）、レジスト膜１０８のマスクパターンの側面のテーパ角を減少させる（図５のテーパ角参照）。
【００３４】
制御部４０は、上記サイクルステップを１回以上繰り返し、レジスト膜１０８のマスクパターンの側面のテーパ角を所望の角度に制御し、ＣＤサイズのばらつきをなくす。この結果、図２（ｄ）に示すように、レジスト膜１０８の主に側面に残った保護膜１１０により、レジスト膜１０８のマスクパターンのＣＤ（例えば、ＣＤ１，ＣＤ２）のサイズを均一にすることができる。なお、堆積工程は、マスク層に堆積物を堆積させる第１の工程に相当する。除去工程は、マスク層の一部又は堆積物の一部の少なくともいずれかを除去する第２の工程に相当する。なお、第１の工程と第２の工程とは、いずれが先に行われてもよい。
【００３５】
次に、図３のステップＳ５において、制御部４０は、堆積工程と除去工程の両ステップ（以下、「サイクルステップ」ともいう。）を所定回数（以下、「サイクル数」ともいう。）繰り返したかを判定する。
【００３６】
次に、制御部４０は、サイクルステップを所定回数繰り返していないと判定した場合、ステップＳ３〜Ｓ５の処理を繰り返す。これにより、レジスト膜１０８のマスクパターンの側面のテーパ角を所望の角度に制御する。所定回数は、１回以上であって予め設定された回数である。
【００３７】
（エッチング工程）
ステップＳ５において、制御部４０は、サイクルステップを所定回数繰り返したと判定した場合、ステップＳ６において、ＳＯＧ膜１０６をエッチングする。その結果、図２（ｅ）に示すように、レジスト膜１０８のマスクパターンにＳＯＧ膜１０６がエッチングされ、ＣＤサイズ（例えば、ＣＤ１，ＣＤ２）が均一なコンタクトホールが形成される。そして、制御部４０は、更にＳＯＣ膜１０４、シリコン酸化膜１０２の順にエッチングする。これにより、図２（ｆ）に示すように、シリコン酸化膜１０２にＣＤサイズが均一なコンタクトホールが形成される。次に、図３のステップＳ７において、制御部４０は、ウェハＷを処理容器２外に搬出し、本処理を終了する。
【００３８】
なお、処理容器２外に搬出されたウェハＷはアッシング装置やウェット洗浄装置に搬送され、シリコン酸化膜１０２上のＳＯＣ膜１０４やウェハＷの残渣物を除去されるが、これに限定されるものではない。例えば、ステップＳ６の終了後からステップＳ７の間に、制御部４０は、更にＳＯＣ膜１０４をアッシングにより除去してもよい。
【００３９】
［プロセス条件］
以上に説明した基板の処理方法における各工程のプロセス条件に付いて説明する。
（トリートメント工程）
まず、図３のステップＳ２のトリートメント工程のプロセス条件は以下である。
【００４０】
ガス種類：Ｈ２ガス、Ａｒガス
ただし、トリートメント工程では、上記ガスに限られず、ＨＢｒガス、Ａｒガスを供給してもよい。
【００４１】
（堆積工程）
次に、ステップＳ３の堆積工程のプロセス条件は以下である。
【００４２】
ガス種類：ＣＨ４ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガス
ただし、堆積工程では、上記ガスに限られず、例えば、ＣＨ４ガスは、その他のハイドロカーボン（ＣＨ）ガス、ハイドロフルオロカーボン（ＣＨＦ）ガス及びフルオロカーボン（ＣＦ）ガスの少なくとも一つを含むガスを使用してもよい。堆積工程で使用するガスを第１のガスといい、堆積工程では、第１のガスを用いてプラズマ処理が実行される。第１のガスは、Ｈ２ガスを含まなくてもよい。また、Ａｒガスに替えてＮ２ガスやその他の不活性ガスを使用してもよい。
【００４３】
（除去工程）
次に、ステップＳ４の除去工程のプロセス条件は以下である。
【００４４】
ガス種類：ＣＯ２ガス、ＣＨ４ガス
ただし、除去工程では、上記ガスに限られず、例えば、ＣＯ２ガスに替えてＯ２ガス、ＣＯガス、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスを使用してもよい。また、ＣＨ４ガスは、その他のハイドロカーボン（ＣＨ）ガス、ハイドロフロロカーボン（ＣＨＦ）ガス、フロロカーボン（ＣＦ）ガスであってもよい。
【００４５】
（エッチング工程）
次に、ステップＳ６のエッチング工程のプロセス条件は以下である。
【００４６】
ガス種類：ＣＨＦ３ガス、ＣＦ４ガス
ただし、エッチング工程では、上記ガスに限られない。
【００４７】
［サイクル数］
堆積工程では、コンタクトホールの側面に堆積物を付着させる。このとき、堆積物は狭いホールよりも広いホールにより多く付着する（Ｌｏａｄｉｎｇ効果）。本実施形態では、この堆積物のＬｏａｄｉｎｇ効果を利用する。
【００４８】
除去工程では堆積工程においてコンタクトホールの側面に付着した堆積物を均等に除去する。この堆積工程と除去工程とを繰り返すことでコンタクトホールのＣＤサイズを揃えてＬ−ＣＤＵを改善することができる。
【００４９】
図４のグラフは、堆積工程と除去工程とを繰り返すときのサイクル数とマスクパターンのばらつきの実験結果の一例を示す。図４（ａ）及び（ｂ）のグラフの横軸はサイクル数であり、縦軸は図４の右側に示すＣＤ値が異なる４つのパターン１〜４についてのＣＤ値及びＬ−ＣＤＵ（３σ）の実験結果である。Ｌ−ＣＤＵ（３σ）は、３σ（σ：標準偏差）の値を示す。
【００５０】
図４（ａ）の線Ａのパターン１（ＣＤ＝２９ｎｍ）、線Ｂのパターン２（ＣＤ＝２６ｎｍ）、線ＣＢのパターン３（ＣＤ＝２３ｎｍ）、線ＤＢのパターン４（ＣＤ＝２０ｎｍ）の初期状態におけるＣＤ値の差分の最大値は９ｎｍ（＝２９ｎｍ−２０ｎｍ）であった。
【００５１】
サイクルステップを繰り返し、サイクル数が増加すると、図４（ａ）に示すように、ＣＤ値の差分の最大値が小さくなり、サイクル数が１５回のとき、ＣＤ値の差分の最大値は４ｎｍ（＝２６ｎｍ−２２ｎｍ）になった。同様にして、サイクル数が増加すると、図４（ｂ）に示すように、パターンＡ〜ＤのいずれにおいてもＬ−ＣＤＵ（３σ）の値が小さくなり、サイクル数が１５回のとき最もＬ−ＣＤＵ（３σ）が改善された。
【００５２】
［テーパ角］
図５の右側に示すように、マスクパターンの側面が垂直のときのテーパ角を９０°とする。マスクパターンが逆テーパ形状になるときのテーパ角は９０°よりも大きく（増加）、マスクパターンがテーパ形状になるときのテーパ角は９０°よりも小さい（減少）と定義する。
【００５３】
図５のグラフは、横軸のマスクパターンのテーパ角に対する縦軸のマスクパターンのばらつき（Ｌ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤ）の実験結果の一例を示す。図５の縦軸に示すＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤは、単位長さ当たりのＬ−ＣＤＵ（３σ）である。Ｌ−ＣＤＵは、３σの値であるが、これに限られない。
【００５４】
ここで、線Ｙは、サイクルステップ後のテーパ角に対するＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤを示す。線Ｚは、ＳＯＧ膜１０６のエッチング後のテーパ角に対するＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤを示す。いずれの場合にも、マスクパターンのテーパ角を８５°〜９５°に調整するとマスクパターン及びＳＯＧ膜１０６のパターンにばらつきが少ないことがわかる。
【００５５】
Ｌ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤを小さくするには、サイクルステップ後のマスクパターンのテーパ角が８５°〜９０°になるように調整することが望ましい（枠Ｏ内参照）。
【００５６】
図６は、一実施形態に係る堆積工程及び除去工程における時間依存性を示す実験結果の一例である。図６（ａ）の実験結果では、堆積工程ではマスクパターンの上部に堆積物が付着し易く、堆積工程の時間が長くなるほどテーパ角が増加し、９０°よりも大きくなってマスクパターンは逆テーパ形状になることが分かった。
【００５７】
また、図６（ｂ）の実験結果では、除去工程ではマスクパターンの上部の保護膜１１０を除去し易く、除去工程の時間が長くなるほどテーパ角が減少し、９０°よりも小さくなってマスクパターンはテーパ形状になることがわかった。
【００５８】
以上から、堆積工程では、コンタクトホールの側面に堆積物を付着させ、テーパ角を増加させることができ、除去工程では、コンタクトホールの側面の堆積物の一部を除去し、テーパ角を減少させることができる。これにより、堆積工程と除去工程とを繰り返すことで、マスクパターンのテーパ角を制御することができる。また、堆積工程と除去工程とを繰り返すときのサイクル数を制御することで、堆積工程時間と除去工程時間を制御し、これにより、テーパ角を８５°〜９５°に調整することで、Ｌ−ＣＤＵを改善することができる。
【００５９】
つまり、制御部４０は、堆積工程と除去工程とを繰り返すことで、サイクルステップの処理時間を制御し、サイクルステップ後のテーパ角が８５°〜９５°になるようにマスク形状を調整することが可能となる。これにより、Ｌ−ＣＤＵを改善することができる。このようにしてレジスト膜１０８のＣＤサイズのばらつきをなくす処理を行うことで、ＳＯＧ膜１０６をエッチングする際のＣＤサイズのばらつきを抑制することができる。更に、ＳＯＧ膜１０６をマスクとしてＳＯＣ膜１０４、シリコン酸化膜１０２を順にエッチングする際のＣＤサイズのばらつきを抑制することができる。これにより、シリコン酸化膜１０２のエッチング形状を垂直にするとともにエッチング形状のＣＤのばらつきをなくすことでデバイス性能を向上させることができる。
【００６０】
［ガス依存性］
次に、堆積工程におけるガス依存性について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７及び図８は、一実施形態に係る堆積工程におけるガス依存性を示す実験結果の一例を示す。
【００６１】
図７のグラフの線Ｅは、堆積工程においてＡｒガス、Ｈ２ガス、ＣＨ４ガスを使用した場合の堆積工程後のテーパ角に対するＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤを示す。線Ｆは、堆積工程においてＡｒガス、ＣＨ４ガスを使用した場合の堆積工程後のテーパ角に対するＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤを示す。線Ｇは、堆積工程においてＡｒガス、ＣＨ３Ｆガスを使用した場合の堆積工程後のテーパ角に対するＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤを示す。線Ｈは、堆積工程においてＡｒガス、ＣＨ２Ｆ２ガスを使用した場合の堆積工程後のテーパ角に対するＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤを示す。線Ｉは、堆積工程においてＡｒガス、Ｃ４Ｆ８ガスを使用した場合の堆積工程後のテーパ角に対するＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤを示す。
【００６２】
これによれば、線Ｅ〜線Ｉに示すいずれのガスを使用しても、テーパ角を８５°〜９５°に調整することで、Ｌ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤを小さくできることがわかった。つまり、堆積工程においてハイドロカーボン（ＣＨ）ガス、ハイドロフルオロカーボン（ＣＨＦ）ガス及びフルオロカーボン（ＣＦ）ガスの少なくとも一つを含む第１のガスのプラズマ処理によってテーパ角を８５°〜９５°に調整する。これにより、Ｌ−ＣＤＵを改善できることがわかった。
【００６３】
図８のグラフは、堆積工程における堆積時間に対するテーパ角の実験結果の一例を示す。これによれば、線Ｅ〜線Ｉに示すいずれのガスを使用しても、堆積時間によってテーパ角を制御できることが分かった。つまり、前記第１のガスのプラズマによる処理を行う堆積工程において、サイクル数によって堆積時間を制御することでテーパ角を制御できることがわかった。
【００６４】
特に、図７の線Ｅに示すＡｒガス、Ｈ２ガス、ＣＨ４ガス、線Ｆに示すＡｒガス、ＣＨ４ガス及び線Ｇに示すＡｒガス、ＣＨ３Ｆガスは、線Ｈに示すＡｒガス、ＣＨ２Ｆ２ガス及び線Ｉに示すＡｒガス、Ｃ４Ｆ８ガスよりもＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤを小さくできた。以上から、堆積工程に使用する第１のガスのＨ原子の含有量は、Ｆ原子の含有量よりも大きいことが好ましく、テーパ角を８５°〜９５°に調整するとより好ましいことがわかった。例えば、堆積工程に使用するガスとして、ＣＨ４ガス、ＣＨ３Ｆガスは、ＣＨ２Ｆ２ガス、Ｃ４Ｆ８ガスよりも好ましいことがわかった。
【００６５】
［圧力依存性］
次に、堆積工程における圧力依存性について、図９を参照しながら説明する。図９は、一実施形態に係る堆積工程における圧力依存性を示す実験結果の一例を示す。図９（ａ）のグラフは、処理容器２内の圧力を変動させたときのテーパ角の変化を示す。図９（ｂ）は、処理容器２内の圧力を変動させたときのＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤの変化を示す。
【００６６】
図９の線Ｊは、堆積工程においてＡｒガス、Ｈ２ガス、ＣＨ４ガスを使用した場合の堆積工程後のテーパ角とＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤを示す。線Ｋは、堆積工程においてＡｒガス、ＣＨ４ガスを使用した場合の堆積工程後のテーパ角とＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤを示す。線Ｌは、堆積工程においてＡｒガス、ＣＨ３Ｆガスを使用した場合の堆積工程後のテーパ角とＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤを示す。
【００６７】
これによれば、上記のいずれのガスを使用した場合にも、テーパ角とＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤとは、圧力の変動によって変動することがわかった。また、図９（ａ）に示すように、テーパ角が８５°〜９５°の間になる圧力条件では、図９（ｂ）に示すように、Ｌ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤが概ね１１％以下になった。つまり、テーパ角が８５°〜９５°の間になる圧力条件では、Ｌ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤが良好になることがわかった。他方、Ｌ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤの一部は１１％よりも大きくなった。よって、テーパ角が８５°〜９５°の間になる圧力条件のうち、Ｌ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤが１１％以下になる圧力条件に制御することが好ましいことがわかった。
【００６８】
［温度依存性］
次に、堆積工程における温度依存性について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、一実施形態に係る堆積工程における温度依存性を示す実験結果の一例を示す。図１０（ａ）のグラフは、ウェハの温度を変動させたときのテーパ角の変化を示す。図１０（ｂ）のグラフは、ウェハの温度を変動させたときのＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤの変化を示す。図１０の線Ｌに示す堆積工程において使用したガスは、図９の線Ｌに示す堆積工程において使用したガスと同じであり、堆積工程においてＡｒガス、ＣＨ３Ｆガスを使用した場合の堆積工程後のテーパ角とＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤを示す。
【００６９】
これによれば、上記のいずれのガスを使用した場合にも、テーパ角とＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤとは、温度の変動によって変動することがわかった。また、図１０（ａ）に示すように、テーパ角が８５°〜９５°の間になる温度条件では、図１０（ｂ）に示すように、Ｌ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤは概ね１１％以下になった。よって、テーパ角が８５°〜９５°の間になる温度条件のうち、Ｌ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤが１１％以下になる温度条件に制御することが好ましいことがわかった。ただし、図９及び図１０において、許容できるＬ−ＣＤＵ（３σ）／ＣＤの値は１１％以下であったが、これに限られず、１１％よりも大きい値や小さい値等、他の閾値を用いてもよい。
【００７０】
［テーパ角の調整］
次に、基板処理のサイクルステップにおけるテーパ角の調整について、図１１及び図１２を参照しながら説明する。図１１及び図１２は、一実施形態に係る基板の処理方法におけるテーパ角の調整を説明するための図である。
【００７１】
図１１（ａ）〜図１２（ｅ）に示すように、レジスト膜１０８の初期状態の側面のテーパ角をθ０とし、堆積工程と除去工程とを所定の回数Ｎ（Ｎ＝サイクル数、Ｎは１以上の整数）繰り返す。サイクル数がｎ（ｎ≦Ｎ）回目の堆積工程におけるテーパ角の増加分をΔθＤ，ｎとし、サイクル数がｎ回目の除去工程におけるテーパ角の減少分をΔθＴ，ｎとしたとき、下記式（１）が成り立つ。また、制御部４０は、下記式（１）が成り立つように堆積工程と除去工程とのプロセス条件（処理時間、ガス種類、圧力、温度等）を調整する。
【００７２】
【数１】
2020077753.tif 000003
【００７３】
図１１（ａ）〜図１２（ｅ）において、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３・・・は堆積工程Ｄを示し、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３・・・は除去工程Ｔを示す。堆積工程Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３・・・では、レジスト膜１０８の側面のテーパ角が増加し、除去工程Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３・・・では、レジスト膜１０８の側面のテーパ角が減少する。
【００７４】
式（１）は、図１１（ａ）に示すようにテーパ角の変化量が毎回異なる場合にテーパ角が８５°〜９５°の間になる条件式が示されている。
【００７５】
式（２）は、図１１（ｂ）に示すようにテーパ角の変化量が毎回同じ場合にテーパ角が８５°〜９５°の間になる条件式が示されている。
８５°≦（ΔθＤ−ΔθＴ）×Ｎ＋θ０≦９５°・・・（２）
【００７６】
調整するプロセス条件は、堆積工程及び除去工程の処理時間、堆積工程のガス種類、堆積工程の圧力及び堆積工程の温度の少なくともいずれかである。例えば、堆積工程及び除去工程の処理時間は、図６（ａ）及び（ｂ）のグラフのように予め得られた処理時間（堆積工程時間）とテーパ角との関係を示すデータをＲＯＭ４２又はＲＡＭ４３に記憶して、ＣＰＵ４１がこれらのデータに基づきプロセス調整してもよい。
【００７７】
また、例えば、堆積工程のガス種類は、図８のグラフのように予め得られたガスの種類毎の処理時間（堆積工程時間）とテーパ角との関係を示すデータをＲＯＭ４２又はＲＡＭ４３に記憶して、ＣＰＵ４１がこれらのデータに基づきプロセスの調整を行ってもよい。
【００７８】
また、例えば、堆積工程の圧力は、図９（ａ）のグラフのように予め得られた圧力とテーパ角との関係を示すデータをＲＯＭ４２又はＲＡＭ４３に記憶して、ＣＰＵ４１がこれらのデータに基づきプロセスの調整を行ってもよい。
【００７９】
また、例えば、堆積工程の温度は、図１０（ａ）のグラフのように予め得られた温度とテーパ角との関係を示すデータをＲＯＭ４２又はＲＡＭ４３に記憶して、ＣＰＵ４１がこれらのデータに基づきプロセスの調整を行ってもよい。
【００８０】
調整するプロセス条件の実施例として、堆積工程及び除去工程の処理時間、堆積工程のガス種類、堆積工程の圧力及び堆積工程の温度について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、除去工程のガス種類、除去工程の圧力及び除去工程の温度、その他の処理パラメータとテーパ角との関係を示すデータを予めＲＯＭ４２又はＲＡＭ４３に記憶して、ＣＰＵ４１がこれらのデータに基づきプロセスの調整を行ってもよい。
【００８１】
このとき、堆積工程と除去工程とを繰り返す回数が２以上の場合、前記回数がｎ回目の堆積工程と、ｎ＋１回目の堆積工程とのプロセス条件は同じであってもよいし、異なってもよい。
【００８２】
更に、堆積工程と除去工程とを繰り返す回数が２以上の場合、前記回数がｎ回目の堆積工程と、ｎ＋１回目の堆積工程とのプロセス条件が同じ場合及び異なる場合のいずれであっても、前記回数がｎ回目の除去工程と、ｎ＋１回目の除去工程とのプロセス条件は同じであってもよいし、異なってもよい。
【００８３】
以上に説明した処理方法では、最初に堆積工程を行った後、除去工程を行い、その後、堆積工程と除去工程とを複数回繰り返しているが、これに限定されるものではなく、図１２（ｃ）に示すように最初に除去工程を行った後、堆積工程を行ってもよい。特に、イニシャルのテーパ角が９０°より大きい場合、除去工程によるテーパ角を減少させる工程から始めることになるので、より早い段階で規定の角度に到達することができる。
【００８４】
式（３）は、図１２（ｃ）に示すようにテーパ角の変化量が毎回同じ場合にテーパ角が８５°〜９５°の間になる条件式を示す。
【００８５】
【数２】
2020077753.tif 000004
【００８６】
また、堆積工程と除去工程を繰り返す場合、以上に説明した処理方法では、各工程を行う回数は同じであったが、それに限定されるものではない。例えば、図１２（ｄ）に示すように最初に堆積工程を行った後、除去工程を行う場合、堆積工程をＮ回実行するのに対して、除去工程をＮ−１回実行するようにしてもよい。
【００８７】
式（４）は、図１２（ｄ）に示すようにテーパ角の変化量が毎回同じ場合にテーパ角が８５°〜９５°の間になる条件式を示す。
【００８８】
【数３】
2020077753.tif 000005
【００８９】
なお、最初に除去工程を行った後、堆積工程を行う場合、除去工程がＮ回実行するに対して、堆積工程をＮ−１回実行するようにしてもよい。
【００９０】
また、ｎ回目の堆積工程を実行している間、およびｎ回目の除去工程を実行している間において、単一のプロセス条件にて処理しているがこれに限定されるものではない。例えばｎ回目の堆積工程を実行する間を複数のステップに分けて、ガス種、圧力、温度などのパラメータを切り替えてもよい。また、ｎ回目の除去工程を実行する間を複数のステップに分けて、ガス種、圧力、温度をなどのパラメータを切り替えてもよい。
【００９１】
更に、制御部４０は、堆積工程及び除去工程のサイクルステップを、図１２（ｅ）に示す２段階に制御してもよい。この場合、１段階目のサイクルステップＰでは、制御部４０は、レジスト膜１０８の側面を概ね垂直形状にするように制御する。例えば、図１１（ｃ）の例では、制御部４０は、テーパ角が８５°〜９５°の間になるように制御する。その後、２段階目のサイクルステップＱでは、制御部４０は、レジスト膜１０８の側面を概ね垂直形状にしつつ、式（５）を満たすように制御する。図１２（ｅ）の例では、制御部４０は、テーパ角が８５°〜９５°の間になるように制御しつつ、式（５）を満たすように制御する。
【００９２】
【数４】
2020077753.tif 000006
【００９３】
これにより、１段階目のサイクルステップＰにてレジスト膜１０８の側面が概ね垂直形状になるように調整し、２段階目のサイクルステップＱにてレジスト膜１０８の側面の垂直形状を維持しながら、パターン表面の凹凸を減らし、滑らかにすることができる。つまり、１段階目のサイクルステップＰではテーパ角を制御することができる。また、２段階目のサイクルステップＱの堆積工程では、パターン表面の凹部に優先的にデポを堆積させ、除去工程ではパターン表面の凸部からエッチングを進行させる。これによって、テーパ角を概ね垂直形状に維持しつつ、パターン表面の凹凸を減少させることができる。
【００９４】
今回開示された一実施形態に係る処理方法及び基板処理装置は、すべての点において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主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００９５】
本開示の基板処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプでも適用可能である。
【００９６】
本明細書では、基板の一例としてウェハＷを挙げて説明した。しかし、基板は、これに限らず、ＦＰＤ（Flat Panel Display）に用いられる各種基板、プリント基板等であっても良い。
【符号の説明】
【００９７】
１          基板処理装置
２          処理容器
３          ステージ
１０        静電チャック
１０ａ      チャック電極
１１        エッジリング
１２        基台
１２ａ      冷媒流路
１７        ゲートバルブ
２０        シャワーヘッド
２２        ガス導入口
２３        ガス供給源
２５        ガス供給孔
２６        可変直流電源
３０        直流電源
３２、３４  高周波電源
３３、３５  整合器
３６        チラー
３７        伝熱ガス供給源
３８        排気装置
４０        制御部
１０２      シリコン酸化膜
１０４      ＳＯＣ膜
１０６      ＳＯＧ膜
１０８      レジスト膜
１１０      保護膜
【図１】
2020077753.tif 000008
【図２】
2020077753.tif 000009
【図３】
2020077753.tif 000010
【図４】
2020077753.tif 000011
【図５】
2020077753.tif 000012
【図６】
2020077753.tif 000013
【図７】
2020077753.tif 000014
【図８】
2020077753.tif 000015
【図９】
2020077753.tif 000016
【図１０】
2020077753.tif 000017
【図１１】
2020077753.tif 000018
【図１２】
2020077753.tif 000019