特許 6552849 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6552849

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20190722BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 105A

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-51456(P2015-51456)

(22)【出願日】2015年3月13日

(65)【公開番号】特開2016-171258(P2016-171258A)

(43)【公開日】2016年9月23日

【審査請求日】2018年3月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002428

【氏名又は名称】芝浦メカトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(72)【発明者】

【氏名】本川 剛治

(72)【発明者】

【氏名】板 浩嗣

(72)【発明者】

【氏名】岡本 芳枝

(72)【発明者】

【氏名】中澤 和輝

(72)【発明者】

【氏名】谷口 修一

(72)【発明者】

【氏名】萩原 一希

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１６７１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１６０５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５３１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２４１１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３８９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−３３５６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２１０６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０２４７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２２６３９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２、２１／３０６５、２１／４６１、

Ｇ０３Ｆ １／００− １／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

透光性を有する材料を含み、プラズマ処理が施される側の面にマスクが形成された被処理物をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、
処理容器と、
前記処理容器の内部に設けられ、前記被処理物を載置する載置部と、
前記処理容器の内部を減圧する減圧部と、
前記処理容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
前記処理容器の内部に、前記マスクが形成された被処理物を化学的にエッチングする中性活性種が生成される第１ガスを供給する第１ガス供給部と、
前記処理容器の内部に、前記マスクが形成された被処理物を化学的にエッチングする中性活性種が生成されない第２ガスを供給する第２ガス供給部と、
前記第１ガス供給部および前記第２ガス供給部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第１ガス供給部を制御して、前記第１ガスを供給し、生成された前記中性活性種により前記マスクが形成された被処理物をエッチングする工程と、前記エッチングする工程に引き続き、前記第１ガスの供給を停止または供給量を減少させて前記エッチングされた部分の断面形状を修正する工程と、
を実行させ、
前記制御部は、前記第２ガス供給部を制御して、少なくとも前記エッチングされた部分の断面形状を修正する工程のときにプラズマを維持する供給量の前記第２ガスを供給することを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記マスクが形成された被処理物をエッチングする工程と、前記エッチングされた部分の断面形状を修正する工程と、を交互に実行させる請求項１記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記載置部に載置された前記マスクが形成された被処理物の前記載置部に対峙する側の面に検出光を入射させ、前記マスクが形成された被処理物からの反射光に基づいて、エッチングレートの変化を求める検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記エッチングされた部分の断面形状を修正する工程において、前記検出部により求められた前記エッチングレートが所定の値以下となった場合には、前記エッチングされた部分の断面形状を修正する工程から前記マスクが形成された被処理物をエッチングする工程に切り換える請求項２記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

透光性を有する材料を含み、プラズマ処理が施される側の面にマスクが形成された被処理物をエッチングするプラズマ処理方法であって、
前記マスクが形成された被処理物を化学的にエッチングする中性活性種が生成される第１ガスから生成された前記中性活性種により、前記マスクが形成された被処理物をエッチングする工程と、
前記第１ガスの供給を停止または供給量を減少させて前記エッチングされた部分の断面形状を修正する工程と、
を備え、
少なくとも前記エッチングされた部分の断面形状を修正する工程のときにプラズマを維持する供給量であって、前記マスクが形成された被処理物を化学的にエッチングする中性活性種が生成されない第２ガスを供給することを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項5】

前記マスクが形成された被処理物をエッチングする工程と、前記エッチングされた部分の断面形状を修正する工程と、を交互に実行する請求項４記載のプラズマ処理方法。

【請求項6】

前記エッチングされた部分の断面形状を修正する工程において、エッチングレートが所定の値以下となった場合には、前記エッチングされた部分の断面形状を修正する工程から前記マスクが形成された被処理物をエッチングする工程に切り換える請求項５記載のプラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

石英ガラスなどの透光性を有する材料からなる基板に所定の断面形状を有する溝が形成される場合がある。
この様な溝は、プラズマエッチング法（ドライエッチング法）を用いて形成される。
この場合、形成される溝の断面形状の精度が高いことが求められている。
ここで、半導体ウェーハに断面形状の精度が高い溝を形成する技術が提案されている。 例えば、半導体ウェーハに溝を形成する際に、溝の側壁面に保護膜を形成して溝の側壁面のエッチングを抑制するとともに、溝の底面のエッチングを促進させるようにする。
そして、保護膜を形成するためのガスを処理容器の内部にパルス状に繰り返し供給することで、溝の底面に過度に保護膜が形成されるのを抑制するようにしている。（例えば、特許文献１を参照）
この様にすれば、異方性の高いエッチングを行うことができるので、形成される溝の断面形状の精度を向上させることができる。
ところが、近年においては、エッチングされた部分の断面形状の精度をさらに向上させることが望まれていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０７−２２６３９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、エッチングされた部分の断面形状の精度を向上させることができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係るプラズマ処理装置は、透光性を有する材料を含み、プラズマ処理が施される側の面にマスクが形成された被処理物をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、処理容器と、前記処理容器の内部に設けられ、前記被処理物を載置する載置部と、前記処理容器の内部を減圧する減圧部と、前記処理容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記処理容器の内部に、前記マスクが形成された前記被処理物を化学的にエッチングする中性活性種が生成される第１ガスを供給する第１ガス供給部と、前記処理容器の内部に、前記マスクが形成された前記被処理物を化学的にエッチングする中性活性種が生成されない第２ガスを供給する第２ガス供給部と、前記第１ガス供給部および前記第２ガス供給部を制御する制御部と、を備えている。
前記制御部は、前記第１ガス供給部を制御して、前記第１ガスを供給し、生成された前記中性活性種により前記マスクが形成された前記被処理物をエッチングする工程と、前記エッチングする工程に引き続き、前記第１ガスの供給を停止または供給量を減少させて前記エッチングされた部分の断面形状を修正する工程と、
を実行させ、
前記制御部は、前記第２ガス供給部を制御して、少なくとも前記エッチングされた部分の断面形状を修正する工程のときにプラズマを維持する供給量の前記第２ガスを供給する。

【発明の効果】

【0006】

本発明の実施形態によれば、エッチングされた部分の断面形状の精度を向上させることができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施の形態に係るプラズマ処理装置１を例示するための模式断面図である。

【図2】検出部９を例示するための模式図である。

【図3】検出部９の作用を例示するための模式断面図である。

【図4】工程の切り換えを例示するための模式図である。

【図5】（ａ）、（ｂ）は、溝１００ｃの形成を例示するための模式工程断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。
なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
また、被処理物１００は、例えば、透光性を有する材料を含む基板とすることができる。
透光性を有する材料を含む基板は、例えば、石英ガラス基板などとすることができる。
石英ガラス基板に所定の溝を形成することで、例えば、インプリント法に用いられるテンプレートやレベンソン型位相シフトマスクなどを形成することができる。
なお、以下においては、一例として、被処理物１００が石英ガラス基板である場合を例示する。
また、一例として、溝１００ｃが形成される場合を例示するが、孔が形成される場合も同様とすることができる。

【0009】

図１は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１を例示するための模式断面図である。 図１に示すように、プラズマ処理装置１には、処理容器２、載置部３、電源部４、電源部５、減圧部６、第１ガス供給部７、第２ガス供給部８、検出部９および制御部１０が設けられている。

【0010】

処理容器２は、本体部２０および窓部２１を有する。
本体部２０は、略円筒形状を呈している。
本体部２０は、例えば、アルミニウム合金などの金属から形成することができる。
また、本体部２０は、接地されている。

【0011】

窓部２１は、板状を呈し、本体部２０の天板に設けられている。
窓部２１は、電磁場を透過させることができ、プラズマ処理を行った際にエッチングされにくい材料から形成されている。
窓部２１は、例えば、石英などの誘電体材料から形成することができる。
処理容器２は、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な気密構造となっている。
処理容器２の内部には、被処理物１００をプラズマ処理するための空間である処理空間２２が設けられている。

【0012】

本体部２０には、被処理物１００を搬入搬出するための搬入搬出口２０ａが設けられている。
搬入搬出口２０ａは、ゲートバルブ２０ｂにより気密に閉鎖できるようになっている。 ゲートバルブ２０ｂは、扉２０ｂ１およびシール部材２０ｂ２を有する。
シール部材２０ｂ２は、例えば、Ｏ（オー）リングなどとすることができる。
扉２０ｂ１は、図示しないゲート開閉機構により開閉される。
扉２０ｂ１が閉まった時には、シール部材２０ｂ２が搬入搬出口２０ａの近傍にある壁面に押しつけられ、搬入搬出口２０ａが気密に閉鎖されるようになっている。

【0013】

載置部３は、処理容器２の内部であって、処理容器２（本体部２０）の底面の上に設けられている。
載置部３は、電極３０、台座３１、および絶縁リング３２を有する。
電極３０は、処理空間２２の下方に設けられている。電極３０の上面は被処理物１００を載置するための載置面となっている。
電極３０は、金属などの導電性材料から形成することができる。

【0014】

台座３１は、電極３０と、本体部２０の底面の間に設けられている。
台座３１は、電極３０と、本体部２０の間を絶縁するために設けられている。
台座３１は、例えば、石英などの誘電体材料から形成することができる。

【0015】

絶縁リング３２は、リング状を呈し、電極３０および台座３１の側面を覆うように設けられている。
絶縁リング３２は、例えば、石英などの誘電体材料から形成することができる。

【0016】

また、載置部３には図示しない静電チャックなどの被処理物１００を保持する機構を設けることもできる。

【0017】

電源部４は、電源４０および整合器４１を有する。
電源部４は、いわゆるバイアス制御用の高周波電源である。すなわち、電源部４は、載置部３に載置、保持された被処理物１００に引き込むイオンのエネルギーを制御するために設けられている。
電極３０と電源４０は、整合器４１を介して電気的に接続されている。

【0018】

電源４０は、イオンを引き込むために適した比較的低い周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数）を有する高周波電力を電極３０に印加する。
整合器４１は、電極３０と電源４０の間に設けられている。整合器４１は、電源４０側のインピーダンスと、プラズマＰ側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合回路などを備えている。

【0019】

電源部５は、電極５０、電源５１、および整合器５２を有する。
電源部５は、プラズマＰを発生させるための高周波電源である。すなわち、電源部５は、処理空間２２において高周波放電を生じさせてプラズマＰを発生させるために設けられている。
本実施の形態においては、電源部５が、処理容器２の内部にプラズマＰを発生させるプラズマ発生部となる。
電極５０、電源５１、および整合器５２は、配線により電気的に接続されている。

【0020】

電極５０は、処理容器２の外部であって、窓部２１の上に設けられている。
電極５０は、電磁場を発生させる複数の導体部と複数の容量部（コンデンサ）とを有したものとすることができる。

【0021】

電源５１は、１００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ程度の周波数を有する高周波電力を電極５０に印加する。この場合、電源５１は、プラズマＰの発生に適した比較的高い周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚの周波数）を有する高周波電力を電極５０に印加する。
また、電源５１は、出力する高周波電力の周波数を変化させるものとすることもできる。

【0022】

整合器５２は、電極５０と電源５１の間に設けられている。整合器５２は、電源５１側のインピーダンスと、プラズマＰ側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合回路などを備えている。

【0023】

プラズマ処理装置１は、上部に誘導結合型電極を有し、下部に容量結合型電極を有する二周波プラズマエッチング装置である。
ただし、プラズマの発生方法は例示をしたものに限定されるわけではない。
プラズマ処理装置１は、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）を用いたプラズマ処理装置や、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）を用いたプラズマ処理装置などであってもよい。

【0024】

減圧部６は、ポンプ６０および圧力制御部６１を有する。
減圧部６は、処理容器２の内部が所定の圧力となるように減圧する。
ポンプ６０は、例えば、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Turbo Molecular Pump）などとすることができる。
ポンプ６０と圧力制御部６１は、配管を介して接続されている。

【0025】

圧力制御部６１は、処理容器２の内圧を検出する図示しない真空計などの出力に基づいて、処理容器２の内圧が所定の圧力となるように制御する。
圧力制御部６１は、例えば、ＡＰＣ（Auto Pressure Controller）などとすることができる。
圧力制御部６１は、配管を介して、本体部２０に設けられた排気口２０ｂに接続されている。

【0026】

第１ガス供給部７は、処理容器２の内部の処理空間２２に第１ガスＧ１を供給する。
第１ガス供給部７は、ガス収納部７０、ガス制御部７１、および開閉弁７２を有する。 ガス収納部７０は、第１ガスＧ１を収納し、収納した第１ガスＧ１を処理容器２の内部に供給する。
ガス収納部７０は、例えば、第１ガスＧ１を収納した高圧ボンベなどとすることができる。
ガス収納部７０とガス制御部７１は、配管を介して接続されている。

【0027】

ガス制御部７１は、ガス収納部７０から処理容器２の内部に第１ガスＧ１を供給する際に流量や圧力などを制御する。
ガス制御部７１は、例えば、ＭＦＣ（Mass Flow Controller）などとすることができる。
ガス制御部７１と開閉弁７２は、配管を介して接続されている。
開閉弁７２は、配管を介して、処理容器２に設けられたガス供給口２０ｃに接続されている。
開閉弁７２は、第１ガスＧ１の供給と停止を制御する。
開閉弁７２は、例えば、２ポート電磁弁などとすることができる。
なお、開閉弁７２の機能をガス制御部７１に持たせることもできる。

【0028】

第１ガスＧ１は、プラズマＰにより励起、活性化された際に被処理物１００を化学的にエッチングすることができる中性活性種（ラジカル）が生成されるものとすることができる。
なお、第１ガスＧ１に関する詳細は後述する。

【0029】

第２ガス供給部８は、処理容器２の内部の処理空間２２に第２ガスＧ２を供給する。
第２ガス供給部８は、ガス収納部８０、ガス制御部８１、および開閉弁８２を有する。 ガス収納部８０は、第２ガスＧ２を収納し、収納した第２ガスＧ２を処理容器２の内部に供給する。
ガス収納部８０は、例えば、第２ガスＧ２を収納した高圧ボンベなどとすることができる。
ガス収納部８０とガス制御部８１は、配管を介して接続されている。

【0030】

ガス制御部８１は、ガス収納部８０から処理容器２の内部に第２ガスＧ２を供給する際に流量や圧力などを制御する。
ガス制御部８１は、例えば、ＭＦＣ（Mass Flow Controller）などとすることができる。
ガス制御部８１と開閉弁８２は、配管を介して接続されている。
開閉弁８２は、配管を介して、処理容器２に設けられたガス供給口２０ｃに接続されている。
開閉弁８２は、第２ガスＧ２の供給と停止を制御する。
開閉弁８２は、例えば、２ポート電磁弁などとすることができる。
なお、開閉弁８２の機能をガス制御部８１に持たせることもできる。

【0031】

第２ガスＧ２は、プラズマＰにより励起、活性化された際に被処理物１００を化学的にエッチングすることができる中性活性種が生成されないものとすることができる。
なお、第２ガスＧ２に関する詳細は後述する。
また、２種類のガスを供給する場合を例示したが、ガス収納部、ガス制御部、および開閉弁を３組以上設けて３種類以上のガスを供給するようにしてもよい。

【0032】

検出部９は、被処理物１００のエッチング処理が施される側の面（溝１００ｃが形成される側の面）とは反対側の面に対して垂直な方向から検出光Ｌ１を入射させる。また、検出部９は、底面１００ａからの反射光Ｌ２に基づいて底面１００ａの位置の変化、ひいてはエッチングレートの変化を演算する。
なお、検出部９に関する詳細は後述する。

【0033】

制御部１０は、プラズマ処理装置１に設けられた各要素の動作を制御する。
制御部１０は、例えば、ゲートバルブ２０ｂに設けられた図示しないゲート開閉機構を制御して、扉２０ｂ１を開閉させる。
制御部１０は、例えば、載置部３に設けられた図示しない保持機構を制御して、載置された被処理物１００の保持と解放を行わせる。
制御部１０は、例えば、電源４０および整合器４１を制御して、バイアス制御用の高周波電力を電極３０に印加させる。

【0034】

制御部１０は、例えば、電源５１および整合器５２を制御して、プラズマＰ発生用の高周波電力を電極５０に印加させる。
制御部１０は、例えば、処理容器２の内圧を検出する図示しない真空計などの出力に基づいて、圧力制御部６１を制御して、処理容器２の内部が所定の圧力となるように減圧させる。

【0035】

制御部１０は、例えば、ガス制御部７１を制御して、処理空間２２に供給する第１ガスＧ１の流量や圧力などを制御させる。
制御部１０は、例えば、開閉弁７２を制御して、第１ガスＧ１の供給と供給の停止を行わせる。
制御部１０は、例えば、ガス制御部８１を制御して、処理空間２２に供給する第２ガスＧ２の流量や圧力などを制御させる。
制御部１０は、例えば、開閉弁８２を制御して、第２ガスＧ２の供給と供給の停止を行わせる。
この場合、第２ガスＧ２は常時供給するようにしてもよい。
後述する様に、制御部１０は、第１ガス供給部７を制御して、第１ガスＧ１を供給し、生成された中性活性種により被処理物１００をエッチングする工程（以降、被処理物１００をエッチングする工程と称する）と、第１ガスＧ１の供給を停止または供給量を減少させてエッチングされた部分の断面形状を修正する工程（以降、エッチングされた部分の断面形状を修正する工程と称する）と、を実行させる。
この場合、制御部１０は、被処理物１００をエッチングする工程と、エッチングされた部分の断面形状を修正する工程と、を交互に実行させることができる。
制御部１０は、エッチングされた部分の断面形状を修正する工程において、検出部９により求められたエッチングレートが所定の値以下となった場合には、エッチングされた部分の断面形状を修正する工程から被処理物１００をエッチングする工程に切り換える。

【0036】

次に、検出部９についてさらに説明する。
図２は、検出部９を例示するための模式図である。
図２に示すように、検出部９には窓部９０、接続部９１、レンズ９２、ホルダ９３、伝送部９４、光源９５、分光部９６、演算部９７が設けられている。
検出部９は、載置部３に載置された被処理物１００の載置部３に対峙する側の面に検出光Ｌ１を入射させ、被処理物１００からの反射光Ｌ２に基づいて、エッチングレートの変化を求める。

【0037】

窓部９０は、石英などの透光性を有する材料から形成され、電極３０の内部に設けられている。また、窓部９０の一端は電極３０の上面から露出し、他端は接続部９１の端部に接続されている。
接続部９１は、軸方向の端面間を貫通する段付きの孔部９１ａを有している。孔部９１ａの一方の開口部には窓部９０が設けられ、孔部９１ａの他方の開口部近傍にはホルダ９３が保持されている。

【0038】

ホルダ９３は、軸方向の端面間を貫通する段付きの孔部９３ａを有し、一方の端部近傍が接続部９１に保持されている。接続部９１に保持される側の孔部９３ａの開口部近傍にはレンズ９２が設けられている。また、接続部９１に保持される側とは反対側の孔部９３ａの開口部近傍には伝送部９４が保持されている。
レンズ９２は、検出光Ｌ１、反射光Ｌ２を集光する。例えば、レンズ９２は、伝送部９４から出射された検出光Ｌ１を被処理物１００における検出位置に集光させる。また、レンズ９２は、被処理物１００からの反射光Ｌ２を集光して伝送部９４に入射させる。なお、１つのレンズ９２が設けられる場合を例示したがこれに限定されるわけではない。例えば、複数のレンズが設けられたり、フィルタなどの他の光学要素などが設けられたりすることもできる。なお、レンズ９２は、伝送部９４を検出位置に接近させるようにして設置すれば設けなくてもよい。

【0039】

伝送部９４は、検出光Ｌ１、反射光Ｌ２を伝送する。例えば、伝送部９４は、光源９５から出射した検出光Ｌ１を伝送し、レンズ９２に向けて出射する。また、伝送部９４は、レンズ９２から出射した反射光Ｌ２を伝送し、分光部９６に向けて出射する。伝送部９４は、例えば、光ファイバーなどを用いたものとすることができる。

【0040】

光源９５は、検出光Ｌ１を出射する。検出光Ｌ１は、波長が４００ｎｍ以下の光、例えば、紫外光とすることができる。光源９５は、例えば、高い光量を有する紫外光を出射することができる水銀キセノンランプを備えたものとすることができる。

【0041】

分光部９６は、入射した反射光Ｌ２から特定の波長の光を分離する。光源９５から出射する検出光Ｌ１の波長を単一のものとすることが難しい場合がある。その様な場合には、分光部９６により特定の波長の光を分離するようにすれば、検出精度を向上させることができる。なお、分光部９６は必ずしも必要ではなく、必要に応じて設けるようにすればよい。

【0042】

演算部９７は、反射光Ｌ２のうち、分光部９６により分離された光に基づいて、底面１００ａの位置の変化、ひいてはエッチングレートを演算する。また、演算部９７は、例えば、所定の時間毎にエッチングレートを演算することでエッチングレートの変化を求める。求められたエッチングレートの変化に関する情報は、プラズマ処理装置１の動作を制御する制御部１０に送られる。
制御部１０は、エッチングレートの変化に関する情報に基づいて、後述する工程の切り換え時期を判断し、工程の切り換えを実行する。
なお、演算部９７の機能を制御部１０に持たせることもできる。

【0043】

図３は、検出部９の作用を例示するための模式断面図である。
被処理物１００は、石英などの透光性を有する材料から形成されている。
被処理物１００のエッチング処理が施される側の面には、ハードマスク（エッチングマスク）１０１が設けられている。
ハードマスク１０１は、クロムなどの金属を含み、被処理物１００に所望の溝１００ｃを形成するためのパターンを有する。
ハードマスク１０１により覆われた領域はエッチングされず、ハードマスク１０１から露出した領域はエッチングされる。そのため、ハードマスク１０１から露出した領域に所望の溝１００ｃを形成することができる。

【0044】

ここで、図３に示すように、被処理物１００の主面に対して傾いた方向から検出光Ｌ３を入射させると、底面１００ａを透過した光が溝１００ｃの側壁面１００ｂやハードマスク１０１の側面などにおいて反射される。そのため、底面１００ａからの反射光に、溝１００ｃの側壁面１００ｂやハードマスク１０１の側面などからの反射光が混入するおそれがある。

【0045】

近年においては、被処理物１００に形成される溝１００ｃが微細化される傾向にあり、被処理物１００の主面に対して傾いた方向から検出光Ｌ３を入射させると底面１００ａ以外からの反射光の影響が大きなものとなる。そのため、検出精度が悪化して、後述する工程の切り換えタイミングがずれるおそれがある。

【0046】

そこで、検出部９においては、被処理物１００の主面に対して垂直な方向から検出光Ｌ１を入射させるようにしている。被処理物１００の主面に対して垂直な方向から検出光Ｌ１を入射させれば、溝１００ｃの側壁面１００ｂやハードマスク１０１の側面などからの反射光による影響を抑制することができる。なお、図３においては、検出光Ｌ１のうち、底面１００ａに入射するものを検出光Ｌ１１、ハードマスク１０１に入射するものを検出光Ｌ１２としている。また、反射光Ｌ２のうち、底面１００ａからのものを反射光Ｌ２１、ハードマスク１０１からのものを反射光Ｌ２２としている。

【0047】

この場合、ハードマスク１０１により覆われた領域はエッチングされないので、ハードマスク１０１からの反射光Ｌ２２の位相の変化は極めて少ないことになる。一方、底面１００ａはエッチングされることによりその位置が変化するため、底面１００ａからの反射光Ｌ２１の位相は変化することになる。この場合、反射光Ｌ２は、反射光Ｌ２１と反射光Ｌ２２とにより干渉光となる。

【0048】

次に、エッチングレートの演算方法を例示する。
反射光Ｌ２の一周期Ｔの間にエッチングされた量Ｈは以下の式で求めることができる。

【数1】

ここで、Ｈは反射光Ｌ２の一周期Ｔの間にエッチングされる量、Ｓは検出光Ｌ１の波長、ｎは被処理物１００の屈折率である。
反射光Ｌ２の一周期Ｔにおける処理時間と、エッチングされた量Ｈとからエッチングレートを演算することができる。
また、例えば、所定の時間毎にエッチングレートの演算を行うことでエッチングレートの変化を求めることができる。

【0049】

すなわち、演算部９７は、反射光Ｌ２の強度変化、変化時間などから反射光Ｌ２の一周期Ｔの間にエッチングされた量Ｈを演算し、反射光Ｌ２の一周期Ｔにおける処理時間と演算されたエッチングされた量Ｈとからエッチングレートを演算する。
また、演算部９７は、例えば、所定の時間毎にエッチングレートの演算を行うことでエッチングレートの変化を求める。

【0050】

次に、被処理物１００における溝１００ｃの形成（エッチング処理）についてさらに説明する。
被処理物１００が石英ガラス基板である場合には、第１ガスＧ１は、例えば、炭素原子とフッ素原子を有するガスとすることができる。
例えば、第１ガスＧ１は、ＣＨＦ_３、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８などとすることができる。
そのため、第１ガスＧ１をプラズマＰにより励起、活性化すると、被処理物１００を化学的にエッチングすることができる中性活性種が生成される。

【0051】

ここで、中性活性種による化学的なエッチングは、等方性を有するエッチングであるため、溝１００ｃの深さ方向と、溝１００ｃの深さ方向に直交する方向において、ほぼ同量のエッチングが行われる。
また、溝１００ｃの底部側には中性活性種が到達し難いので、溝１００ｃの側壁面１００ｂは傾斜面となる。（図５（ａ）を参照）
そのため、第１ガスＧ１を用いてエッチング処理を施せば、溝１００ｃの断面形状が所定のものとなるように制御することが困難となる。

【0052】

ここで、本発明者らの得た知見によれば、処理空間２２に含まれる第１ガスＧ１の量が多ければ第１ガスＧ１から多くの種類の中性活性種が生成される。中性活性種の種類が多ければ、等方性を有するエッチングとなりやすくなる。
一方、処理空間２２に含まれる第１ガスＧ１の量（濃度）を極めて少なくすれば、第１ガスＧ１から生成される中性活性種の種類が少なくなる。そのため、異方性を有するエッチングとなりやすくなる。

【0053】

例えば、第１ガスＧ１がＣＨＦ_３の場合、処理空間２２に含まれる第１ガスＧ１の量が少なければ生成された中性活性種全体に占めるＣＦ３ラジカルの割合が多くなり、処理空間２２に含まれる第１ガスＧ１の量が多ければ生成された中性活性種全体に占めるＣＦ３ラジカルの割合が少なくなる。ＣＦ３ラジカルの割合が多くなれば、異方性を有するエッチングとなりやすくなる。

【0054】

そのため、処理空間２２に含まれる第１ガスＧ１の量を変化させることで、等方性を有するエッチングと、異方性を有するエッチングとを切り換えることができる。
すなわち、処理空間２２に含まれる第１ガスＧ１の量を極めて少なくすれば、異方性を有するエッチングとすることができる。
そして、異方性を有するエッチングにより、傾斜面となっている側壁面１００ｂを除去することで、溝１００ｃの断面形状が所定のものとなるように修正することができる。（図５（ｂ）を参照）
ただし、処理空間２２に含まれる第１ガスＧ１の量を極めて少なくすれば、プラズマＰの維持が困難となる。
そのため、処理空間２２に含まれる第１ガスＧ１の量を極めて少なくする際には、第１ガスＧ１の供給を停止もしくは供給量を減少させるとともに、第２ガスＧ２を供給するようにしている。

【0055】

この場合、第２ガスＧ２を常時供給し、第１ガスＧ１の供給と、供給の停止（もしくは供給量の減少）を行うようにしてもよい。

【0056】

第２ガスＧ２は、主に、プラズマＰの維持のために供給される。
そのため、第２ガスＧ２は、プラズマＰにより励起、活性化された際に被処理物１００を化学的にエッチングすることができる中性活性種が生成されないものとしている。
例えば、第２ガスＧ２は、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどとすることができる。

【0057】

ここで、第１ガスＧ１の供給を停止すれば、中性活性種が生成されずエッチングが進まないように思える。
しかしながら、処理空間２２には第１ガスＧ１が残留しているのでしばらくの間は中性活性種が生成される。また、溝１００ｃの側壁面１００ｂには、フッ素などを含む副生成物が付着しており、副生成物が分解することで被処理物１００がエッチングされる成分が生成される。
そのため、第１ガスＧ１の供給を停止もしくは供給量を極めて少なくしても、エッチングが進むことになる。
この場合、第２ガスＧ２は、残留する第１ガスＧ１から生成された中性活性種を被処理物１００に搬送するキャリアガスの機能をも有することになる。

【0058】

ただし、第１ガスＧ１の供給を停止もしくは供給量を極めて少なくすれば、エッチングレートは徐々に低下することになる。
そのため、溝１００ｃの深さをさらに深くしたい場合には、被処理物１００をエッチングする工程に切り換えて、以降は前述した工程を交互に繰り返す様にすればよい。

【0059】

前述した工程を交互に繰り返す場合、エッチングされた部分の断面形状を修正する工程における処理時間が長くなると、生産効率の低下が顕著になるおそれがある。
また、エッチングされた部分の断面形状を修正する工程における処理時間が長くなると、第２ガスＧ２から生成されたイオンによりハードマスク１０１にダメージが発生するおそれがある。
一方、エッチングされた部分の断面形状を修正する工程における処理時間が短すぎると、溝１００ｃの断面形状が所定のものとなるように修正することが困難となる。

【0060】

この場合、エッチングされた部分の断面形状を修正する工程から、被処理物１００をエッチングする工程への切り換えは、エッチングレートの変化、すなわち、エッチングレートの低下に基づいて判断することができる。

【0061】

図４は、工程の切り換えを例示するための模式図である。
図４中における０からＴ１の期間、Ｔ２からＴ３の期間は、被処理物１００をエッチングする工程である。
Ｔ１からＴ２の期間、Ｔ３からＴ４の期間は、エッチングされた部分の断面形状を修正する工程である。
図４中における線の傾きがエッチングレートとなる。

【0062】

例えば、被処理物１００を石英ガラス基板、第１ガスＧ１をＣＨＦ_３、第２ガスＧ２を窒素ガス、被処理物１００をエッチングする工程におけるエッチングレートをαとした場合に、図４に示すように、エッチングされた部分の断面形状を修正する工程におけるエッチングレートが０．９・αとなった時点で、被処理物１００をエッチングする工程へ切り換えるようにすることができる。
この様にすれば、形成される溝１００ｃの断面形状の精度を向上させることができ、かつ、生産効率の向上を図ることができる。

【0063】

図５（ａ）、（ｂ）は、溝１００ｃの形成を例示するための模式工程断面図である。
前述したように、被処理物１００をエッチングする工程においては、等方性を有するエッチングが行われる。
この場合、溝１００ｃの底部側には中性活性種が到達し難いので、溝１００ｃの断面形状は、図５（ａ）に示すように台形となる。すなわち、溝１００ｃの側壁面１００ｂは傾斜面となる。

【0064】

エッチングされた部分の断面形状を修正する工程においては、異方性を有するエッチングが行われる。
そのため、異方性を有するエッチングにより、溝１００ｃの側壁面１００ｂが除去されて、図５（ｂ）に示すように、傾斜角度θを小さくすることができる。
すなわち、溝１００ｃの断面形状が所定のものとなるように修正することができる。
そして、前述した工程を交互に繰り返すことで、所定の断面形状を有し、深さの深い溝１００ｃを形成することができる。
また、本発明者らの得た知見によれば、被処理物１００が石英ガラス基板の場合には、第１ガスＧ１をＣＨＦ３、第２ガスを窒素ガスとすれば、断面形状の制御が容易となる。

【0065】

次に、プラズマ処理装置１の作用とともに本実施の形態に係るプラズマ処理方法について例示をする。
ゲートバルブ２０ｂの扉２０ｂ１を、図示しないゲート開閉機構により開く。
図示しない搬送部により、搬入搬出口２０ａから被処理物１００を処理容器２内に搬入する。搬入された被処理物１００は載置部３上に載置され、載置部３に内蔵された図示しない静電チャックなどにより保持される。
被処理物１００のエッチング処理が施される側の面には、ハードマスク１０１が設けられている。

【0066】

図示しない搬送部を処理容器２の外に退避させる。
図示しないゲート開閉機構によりゲートバルブ２０ｂの扉２０ｂ１を閉じる。
減圧部６により処理容器２内が所定の圧力となるように減圧される。この際、処理容器２の内圧を検出する図示しない真空計などの出力に基づいて、処理容器２の内圧が所定の圧力となるように圧力制御部６１により制御される。

【0067】

次に、第１ガス供給部７から処理容器２内の処理空間２２に第１ガスＧ１を供給する。 次に、電源５１により所定の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚの周波数）を有する高周波電力が電極５０に印加される。また、電源４１により所定の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数）を有する高周波電力が電極３０に印加される。

【0068】

すると、電極５０が誘導結合型電極を構成するので、窓部２１を介して電磁場が処理容器２の内部に導入される。そのため、処理容器２の内部に導入された電磁場により処理空間２２にプラズマＰが発生する。発生したプラズマＰにより第１ガスＧ１が励起、活性化されて中性活性種が生成される。生成された中性活性種は、処理空間２２内を下降して被処理物１００の表面に到達し、等方性を有するエッチング処理が施される。

【0069】

所定の時間の経過後、または、検出部９により検出されたエッチング量に基づいて、被処理物１００をエッチングする工程から、エッチングされた部分の断面形状を修正する工程に切り換える。

【0070】

すなわち、第１ガス供給部７により第１ガスＧ１の供給を停止もしくは供給量を極めて少なくする。
この場合、第１ガスＧ１の供給を停止もしくは供給量を極めて少なくすることに併せて第２のガスＧ２を供給することもできるが、第２のガスＧ２は常時供給することもできる。
すると、等方性を有するエッチングから、異方性を有するエッチングに切り換わり、溝１００ｃの断面形状が所定のものとなるように修正される。

【0071】

また、必要に応じて、前述した工程を交互に繰り返すことができる。
この場合、エッチングされた部分の断面形状を修正する工程から、被処理物１００をエッチングする工程への切り換えは、エッチングレートの変化、すなわち、エッチングレートの低下に基づいて判断することができる。

【0072】

検出部９は、底面１００ａからの反射光Ｌ２に基づいて底面１００ａの位置の変化、ひいてはエッチングレートの変化を演算する。
制御部１０は、演算されたエッチングレートの変化に関する情報に基づいて、工程の切り換えを行う。

【0073】

以上に説明したように、本実施の形態に係るプラズマ処理方法は、以下の工程を備えることができる。
第１ガスＧ１から生成された中性活性種により、被処理物１００をエッチングする工程。
第１ガスＧ１の供給を停止または供給量を減少させてエッチングされた部分の断面形状を修正する工程。

【0074】

この場合、被処理物１００をエッチングする工程と、エッチングされた部分の断面形状を修正する工程とを交互に実行することができる。
エッチングされた部分の断面形状を修正する工程において、エッチングレートが所定の値以下となった場合には、エッチングされた部分の断面形状を修正する工程から被処理物１００をエッチングする工程に切り換えることができる。

【0075】

以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、プラズマ処理装置１が備える各要素の形状、寸法、材質、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
例えば、本実施形態においては、干渉光の強度変化をモニタすることによりエッチングレートを求めたが、他の実施形態として、事前に取得したスペクトルデータと、モニタしているスペクトルデータを比較することによってエッチングレートを求めるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0076】

１ プラズマ処理装置、２ 処理容器、３ 載置部、４ 電源部、５ 電源部、６ 減圧部、７ 第１ガス供給部、８ 第２ガス供給部、９ 検出部、１０ 制御部、２２ 処理空間、３０ 電極、４０ 電源、５０ 電極、５１ 電源、７０ ガス収納部、７１ ガス制御部、７２ 開閉弁、８０ ガス収納部、８１ ガス制御部、８２ 開閉弁、９５ 光源、９６ 分光部、９７ 演算部、１００ 被処理物、１００ａ 底面、１００ｂ 側壁面、１００ｃ 溝、１０１ ハードマスク、Ｇ１ 第１ガス、Ｇ２ 第２ガス、Ｐ プラズマ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】