JP7575201B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents

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Description

以下の開示は、プラズマ処理方法に関する。
半導体装置の集積が水平方向だけでなく垂直方向にも進むに伴い、半導体装置の製造過程において形成されるパターンのアスペクト比も大きくなっている。例えば、３Ｄ ＮＡＮＤの製造では多数の金属配線層を貫通する方向にチャネルホールを形成する。６４層のメモリセルを形成する場合であれば、チャネルホールのアスペクト比は４５にもなる。
高アスペクト比のパターンを高精度に形成するため様々な手法が提案されている。例えば、基板の誘電体材料に形成された開口にエッチングと成膜とを繰り返し実行することで、横方向へのエッチングを抑制する手法が提案されている（特許文献１）。また、エッチングと成膜とを組み合わせて、誘電体層の横方向へのエッチングを防止するための保護膜を形成する手法が提案されている（特許文献２）。
米国特許出願公開第２０１６／０３４３５８０号明細書 米国特許出願公開第２０１８／０１７４８５８号明細書
本開示は、プラズマを用いた成膜処理の性能を安定させることができる技術を提供する。
本開示の一態様による、プラズマ処理装置が実現するプラズマ処理方法は、工程ａ）と、工程ｂ）と、工程ｃ）と、を含む。工程ａ）において、処理容器内に、凹部を有する基板を提供する。工程ｂ）において、処理容器内でプラズマを生成し、凹部上に膜を形成する。工程ｃ）において、工程ｂ）において生成するプラズマの状態をモニタする。モニタしたプラズマの状態に基づき、工程ｂ）の再実行要否および再実行時の処理条件を決定する。
本開示によれば、プラズマを用いた成膜処理の性能を安定させることができる。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理システムの構成の一例を示す図である。 図２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３は、一実施形態に係るプラズマ処理の大まかな流れを示すフローチャートである。 図４は、サブコンフォーマル原子層堆積（Atomic Layer Deposition：ALD）の流れの一例について説明するための図である。 図５は、サブコンフォーマルＡＬＤの流れの他の例について説明するための図である。 図６は、一実施形態に係るプラズマ処理をさらに説明するためのフローチャートである。 図７は、一実施形態に係るモニタ処理および判定処理について説明するためのフローチャートである。 図８は、一実施形態に係るモニタ処理において得られるモニタ結果について説明するための図である。 図９Ａは、一実施形態に係るモニタ処理において物理量を検知する手法例２について説明するための図である。 図９Ｂは、図９Ａの手法例２によって得られた画像を数値化した例を示す図である。 図１０は、図９Ａおよび図９Ｂの手法例２に基づくモニタ処理の流れの例を示すフローチャートである。 図１１は、一実施形態に係るプラズマ処理において記憶部に記憶される情報の一例を示す図である。
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。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を付する。
なお、以下の説明中、「パターン」とは基板上に形成された形状全般を指す。パターンは例えば、ホール、トレンチ、ラインアンドスペース等、基板上に形成された複数の形状全体を指す。また、「凹部」とは基板上に形成されたパターンのうち、基板の厚み方向に窪んだ形状の部分を指す。また、凹部は、窪んだ形状の内周面である「側壁」、窪んだ形状の底部分である「底部」、および、側壁と連続する、側壁近傍の基板表面である「頂部」を有する。また、頂部に囲まれた空間を「開口」と呼ぶ。なお、「開口」という用語は、凹部の底部および側壁により囲まれる空間全体または空間の任意の位置を指すためにも使用する。
ＨＡＲＣ（High Aspect Ratio Contact）等、アスペクト比の高い深穴を形成するときに形状異常が発生しやすいことが知られている。例えばボーイングと呼ばれる形状異常が知られている。ボーイングとは、縦方向に開口を形成する際に開口の内周面が横方向に樽状に膨らむ形状異常である。本実施形態では、ボーイングのような形状異常の発生を抑制するため開口側壁に膜を形成する。成膜手法としては、例えば、原子層堆積（Atomic Layer Deposition: ALD）、プラズマ強化ＡＬＤ（Plasma-enhanced ALD: PEALD）、化学気相成長（Chemical Vapor Deposition: CVD）、プラズマ強化ＣＶＤ（Plasma-enhanced CVD: PECVD）、プラズマ環状化学気相成長法（ＰＥＣＣＶＤ）等がある。
（実施形態に係るプラズマ処理システムの構成例）
図１は、実施形態に係るプラズマ処理の実施に用いることが可能なプラズマ処理システムの一例を示す図である。
図１に示すプラズマ処理システム１０００は、制御部Ｃｎｔ、台１１２２ａ、台１１２２ｂ、台１１２２ｃ、台１１２２ｄ、収容容器１１２４ａ、収容容器１１２４ｂ、収容容器１１２４ｃ、収容容器１１２４ｄ、ローダモジュールＬＭ、ロードロックチャンバＬＬ１、ロードロックチャンバＬＬ２、トランスファーチャンバ１１２１、プラズマ処理装置１０１０を備えている。プラズマ処理装置１０１０は例えば、図２に示すプラズマ処理装置１であってもよい。
制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理システム１０００の後述する各部を制御する。制御部Ｃｎｔは、搬送ロボットＲｂ１、搬送ロボットＲｂ２、観察装置ＯＣ、プラズマ処理装置１０１０等に接続されている。制御部Ｃｎｔは、図２に示すプラズマ処理装置１の制御部１００を兼ねてもよい。
制御部Ｃｎｔは、プラズマ処理システム１０００の各部を制御するためのコンピュータプログラム（入力されたレシピに基づくプログラム）に従って動作し、制御信号を送出する。制御部Ｃｎｔからの制御信号により、プラズマ処理システム１０００の各部、例えば、搬送ロボットＲｂ１，Ｒｂ２、観察装置ＯＣ、および、プラズマ処理装置１０１０の各部を制御する。プラズマ処理装置１０１０においては、制御部Ｃｎｔからの制御信号により、ガス供給源１５から供給されるガスの選択および流量、排気装置６５の排気、高周波電源３２、３４からの電力供給、冷媒流量および冷媒温度を制御することが可能である。なお、上記第１、第２の実施形態に係る基板処理方法の各工程は、制御部Ｃｎｔによる制御によってプラズマ処理システム１０００の各部を動作させることによって実行され得る。制御部Ｃｎｔの記憶部には、実施形態に係るプラズマ処理方法を実行するためのコンピュータプログラム、および、実行に用いられる各種のデータが、読出し自在に格納されている。
台１１２２ａ～１１２２ｄは、ローダモジュールＬＭの一縁に沿って配列されている。台１１２２ａ～１１２２ｄのそれぞれの上には、収容容器１１２４ａ～１１２４ｄがそれぞれ設けられている。収容容器１１２４ａ～１１２４ｄ内には、ウェハＷが収容され得る。
ローダモジュールＬＭ内には、搬送ロボットＲｂ１が設けられている。搬送ロボットＲｂ１は、収容容器１１２４ａ～１１２４ｄの何れかに収容されているウェハＷを取り出して、ウェハＷを、ロードロックチャンバＬＬ１またはＬＬ２に搬送する。
ロードロックチャンバＬＬ１およびＬＬ２は、ローダモジュールＬＭの別の一縁に沿って設けられており、ローダモジュールＬＭに接続されている。ロードロックチャンバＬＬ１およびＬＬ２は、予備減圧室を構成している。ロードロックチャンバＬＬ１およびＬＬ２は、トランスファーチャンバ１１２１にそれぞれ接続されている。
トランスファーチャンバ１１２１は、減圧可能なチャンバであり、トランスファーチャンバ１１２１内には搬送ロボットＲｂ２が設けられている。トランスファーチャンバ１１２１には、プラズマ処理装置１０１０が接続されている。搬送ロボットＲｂ２は、ロードロックチャンバＬＬ１またはロードロックチャンバＬＬ２からウェハＷを取り出して、当該ウェハＷをプラズマ処理装置１０１０に搬送する。
プラズマ処理システム１０００は、観察装置ＯＣを備える。観察装置ＯＣはプラズマ処理システム１０００内の任意の場所に設置することができる。一例では、観察装置ＯＣは、ローダモジュールＬＭに隣接する観察モジュールＯＭ内に設置される。ウェハＷは、搬送ロボットＲｂ１および搬送ロボットＲｂ２によって、観察モジュールＯＭとプラズマ処理装置１０１０との間で移動され得る。搬送ロボットＲｂ１によってウェハＷが観察モジュールＯＭ内に収容され、観察モジュールＯＭ内においてウェハＷの位置合わせが行われた後に、観察装置ＯＣは、ウェハＷのマスク等のパターンの溝幅を測定し、測定結果を制御部Ｃｎｔに送信する。観察装置ＯＣでは、ウェハＷ表面の複数の領域に形成されたマスク等のパターンの溝幅が測定され得る。観察装置ＯＣによる測定結果は、例えば、後述する実施形態における「検知結果」（図１１参照）として使用される。観察装置ＯＣとしては、例えば、光学観察装置、重量計、超音波顕微鏡などを使用することができる。
（実施形態に係るプラズマ処理装置の構成例）
本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１について、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係るプラズマ処理装置１の構成の一例を縦断面で示す。本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、処理容器１０内に載置台２０とガスシャワーヘッド２５とを対向配置した平行平板型のプラズマ処理装置（容量結合型プラズマ処理装置）である。載置台２０は、半導体基板（以下、単に「ウェハＷ」という。）を保持する機能を有するとともに下部電極として機能する。ガスシャワーヘッド２５は、ガスを処理容器１０内にシャワー状に供給する機能を有するとともに上部電極として機能する。
処理容器１０は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなり、円筒形である。処理容器１０は、電気的に接地されている。載置台２０は、処理容器１０の底部に設置され、ウェハＷを載置する。ウェハＷは、プラズマ処理の対象である基板の一例である。
載置台２０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から形成されている。載置台２０の上面には、基板を静電吸着するための静電チャック１０６が設けられている。静電チャック１０６は、絶縁体１０６ｂの間にチャック電極１０６ａを挟み込んだ構造になっている。
チャック電極１０６ａには直流電圧源１１２が接続され、直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａに直流電流が供給される。これにより、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着される。
静電チャック１０６には、ウェハＷの周縁部を囲うように、円環状のフォーカスリング１０３が載置される。フォーカスリング１０３は、導電性部材、例えば、シリコンからなり、処理容器１０の内部においてプラズマをウェハＷの表面に向けて収束し、エッチングの効率を向上させる。
載置台２０は、支持体１０４により支持されている。支持体１０４の内部には、冷媒流路１０４ａが形成されている。冷媒流路１０４ａには、冷媒入口配管１０４ｂ及び冷媒出口配管１０４ｃが接続されている。チラー１０７から出力された例えば冷却水やブライン等の冷却媒体は、冷媒入口配管１０４ｂ、冷媒流路１０４ａ及び冷媒出口配管１０４ｃを循環する。これにより、載置台２０及び静電チャック１０６は冷却される。
伝熱ガス供給源８５は、ヘリウムガス（Ｈｅ）やアルゴンガス（Ａｒ）等の伝熱ガスをガス供給ライン１３０に通して静電チャック１０６上のウェハＷの裏面に供給する。係る構成により、静電チャック１０６は、冷媒流路１０４ａに循環させる冷却媒体と、ウェハＷの裏面に供給する伝熱ガスとによって温度制御される。この結果、基板を所定の温度に制御することができる。
第１高周波電源３４は、整合器３５を介してガスシャワーヘッド２５に電気的に接続される。第１高周波電源３４は、例えば、６０ＭＨｚのプラズマ励起用の高周波電力ＨＦを載置台２０に印加する。なお、本実施形態では、高周波電力ＨＦはガスシャワーヘッド２５に印加されるが、載置台２０に印加されてもよい。第２高周波電源３２は、整合器３３を介して載置台２０に電気的に接続される。第２高周波電源３２は、例えば、１３．５６ＭＨｚのバイアス用の高周波電力ＬＦを載置台２０に印加する。
整合器３５は、第１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。整合器３３は、第２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。整合器３５及び整合器３３は、処理容器１０内にプラズマが生成されているときに第１高周波電源３４及び第２高周波電源３２の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
ガスシャワーヘッド２５は、多数のガス供給孔５５を有する天井電極板４１と、天井電極板４１を着脱可能に釣支するクーリングプレート４２とを有する。ガスシャワーヘッド２５は、その周縁部を被覆するシールドリング４０を介して処理容器１０の天井部の開口を閉塞するように取り付けられている。ガスシャワーヘッド２５には、ガスを導入するガス導入口４５が形成されている。ガスシャワーヘッド２５の内部にはガス導入口４５から分岐したセンタ側の拡散室５０ａ及びエッジ側の拡散室５０ｂが設けられている。ガス供給源１５から出力されたガスは、ガス導入口４５を介して拡散室５０ａ、５０ｂに供給され、それぞれの拡散室５０ａ、５０ｂにて拡散されて多数のガス供給孔５５から載置台２０に向けて導入される。
処理容器１０の底面には排気口６０が形成されており、排気口６０に接続された排気装置６５によって処理容器１０内が排気される。これにより、処理容器１０内を所定の真空度に維持することができる。処理容器１０の側壁にはゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧの開閉により処理容器１０からウェハＷの搬入及び搬出が行われる。
プラズマ処理装置１には、石英窓１０９を通して処理容器１０内のプラズマ中の各波長の光の強度を測定可能な光センサ１０８が取り付けられている。光センサ１０８は、第１センサ１０８ａと第２センサ１０８ｂとを備える。第１センサ１０８ａは、処理容器１０内で生成されるプラズマの状態を検知する。第１センサ１０８ａの検知結果は後述するモニタ処理および判定処理において用いられる。また、第２センサ１０８ｂは、載置台２０上に載置されたウェハＷ表面のパターン形状を検知する。第２センサ１０８ｂの検知結果は、後述する第１～第３検知処理において使用される。
プラズマ処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御部１００が設けられている。制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０５、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１０及びＲＡＭ（Random Access Memory）１１５を有している。ＣＰＵ１０５は、これらの記憶領域に格納された各種レシピに従って、後述される成膜処理、モニタ処理、判定処理、エッチング処理及び第１～第３検知処理等の所望の処理を実行する。レシピに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１０内温度（上部電極温度、処理容器の側壁温度、静電チャック温度など）、チラー１０７の温度などが記載されている。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、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記憶領域の所定位置にセットするようにしてもよい。
制御部１００は、第１センサ１０８ａに処理容器１０内のプラズマの状態をモニタさせるモニタ処理（後述）を実行する。また、制御部１００は、第１センサ１０８ａの検知結果に基づき成膜処理の再実行要否を決定し再実行時の処理条件を決定する判定処理（後述）を実行する。また、制御部１００は、第２センサ１０８ｂの検知結果に基づきウェハＷのパターン形状を検知し第１～第３検知処理（後述）を行う。
プラズマ処理時には、ゲートバルブＧの開閉が制御され、ウェハＷが処理容器１０に搬入され、載置台２０に載置される。直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａに直流電流が供給されることにより、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着され、保持される。
次いで、プラズマ処理用のガス、プラズマ励起用の高周波電力ＨＦ及びバイアス用の高周波電力ＬＦが処理容器１０内に供給され、プラズマが生成される。生成されたプラズマによりウェハＷにプラズマ処理（例えば成膜、エッチング）が施される。
プラズマ処理後、直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａにウェハＷの吸着時とは正負が逆の直流電圧ＨＶを印加してウェハＷの電荷を除電し、ウェハＷを静電チャック１０６から剥がす。ゲートバルブＧの開閉が制御され、ウェハＷが処理容器１０から搬出される。
（ＡＬＤとサブコンフォーマルＡＬＤ）
本実施形態では、成膜処理として、プラズマを用いた処理を実行する。成膜処理は、プラズマを用いた処理であれば特に限定されない。例えば、上述のＰＥＡＬＤ，ＰＥＣＶＤ、ＰＥＣＣＶＤ等を用いることができる。
まず図３～図５を参照し、ＡＬＤおよびサブコンフォーマルＡＬＤについて説明する。図３は、一実施形態に係るプラズマ処理の大まかな流れを示すフローチャートである。図３に示す処理の流れは、ＡＬＤの場合とサブコンフォーマルＡＬＤの場合とに共通である。図４は、サブコンフォーマルＡＬＤの流れの一例について説明するための図である。図５は、サブコンフォーマルＡＬＤの流れの他の例について説明するための図である。
まず、処理容器１０内に、パターンが形成されたウェハＷを提供する（ステップＳ１１）。ウェハＷは、ゲートバルブＧから搬送ロボットＲｂ２により自動的に搬入される。そして、第１ガス（プリカーサとも呼ぶ。）をガス供給源１５からウェハＷが配置された処理容器１０に導入する（ステップＳ１２）。第１ガスに含まれる第１成分は、ウェハＷの表面に吸着する。そして排気装置６５により処理容器１０内を排気（パージ）する（ステップＳ１３）。次に、第１成分と反応する第２成分を含む第２ガス（反応ガスとも呼ぶ）をガス供給源１５から処理容器１０に導入し、第２ガスのプラズマを生成する（ステップＳ１４）。第２成分は、ウェハＷ上の第１成分と反応して膜を形成する。その後、再び排気装置６５により処理容器１０内を排気する（ステップＳ１５）。制御部１００は、ステップＳ１２～Ｓ１５による成膜の後、エッチングなどの処理をさらに各部に実行させる（ステップＳ１６）。そして制御部１００は、プラズマ処理装置１各部の処理を終了させる。
なお、ここでは、一つのプラズマ処理装置１内で各処理を実行するものとして説明した。ただし、プラズマ処理システム１０００が複数のプラズマ処理装置１０１０を有する場合は、成膜処理とエッチング処理とは異なるプラズマ処理装置１０１０内で実行してもよい。
ＡＬＤは、所定の成分が基板表面に予め存在する物質に対して自己制御的に吸着、反応することで膜を形成する。このため、ＡＬＤは通常、十分な処理時間を設けることでコンフォーマルな成膜を実現する。図３の場合、ステップＳ１２およびステップＳ１４の処理時間を十分長くする。つまり、ステップＳ１２およびステップＳ１４の処理条件を飽和条件に設定する。これにより、ウェハＷへの第１ガスの成分の吸着と、第１ガスの成分と第２ガスの成分との反応と、がウェハＷ表面上で飽和に達しコンフォーマルな膜が形成される。コンフォーマルな膜とは、ウェハＷ上の位置（例えば上下方向の位置）に関わらず一様な厚みを有する膜である。
これに対して、サブコンフォーマルＡＬＤは、ＡＬＤと同様の処理手順を用いつつ、成膜成分の吸着および反応の少なくともいずれか一方が飽和に達しないように制御する。つまり、サブコンフォーマルＡＬＤは、ＡＬＤと同様の処理手順を用いつつ、ウェハＷの表面上での自己制御的な吸着または反応を完了させないことでサブコンフォーマルな膜を形成する。サブコンフォーマルな膜とは、ウェハＷ上の位置（例えば上下方向の位置）に応じて膜厚が変動する膜である。
サブコンフォーマルＡＬＤの処理態様としては、少なくとも以下の二通りの態様がある。
（１）プリカーサをウェハＷの表面全体に吸着させる。その後導入する反応ガスが、ウェハＷの表面全体にいきわたらないように制御する。
（２）プリカーサをウェハＷ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。
上記（１）または（２）の手法を用いることで、ウェハＷ上に形成されたパターンの側壁上に上から下に向けて徐々に厚みが減少する膜を形成できる。
図４に示すウェハＷは、エッチング対象膜ＥＬ１と、マスクＭＡと、を含む。エッチング対象膜ＥＬ１およびマスクＭＡの積層体には開口ＯＰを有する凹部が形成されている。
まず、ウェハＷを処理容器１０内に提供する（図３のステップＳ１１）。そして、ウェハＷが配置された処理容器１０内にプリカーサＰを導入する（図４の（Ａ）、図３のステップＳ１２）。プリカーサＰの吸着のために十分な処理時間を設けることで、プリカーサＰはウェハＷの表面全体に吸着する（図４の（Ｂ））。プリカーサＰの吸着が完了すると、処理容器１０をパージする。次に、反応ガスＲを処理容器１０内に導入する（図４の（Ｃ）、図３のステップＳ１４）。導入された反応ガスＲは、ウェハＷ上のプリカーサＰと反応してマスクＭＡの上方から徐々に膜Ｆを形成する。ここで、膜Ｆの形成がエッチング対象膜ＥＬ１下方に到達する前に、反応ガスＲをパージする。このように処理することで、ＡＬＤの手法を用いつつ、凹部の側壁全体に膜Ｆを形成するのではなく、マスクＭＡとエッチング対象膜ＥＬ１の上部とのみに膜Ｆを形成することができる（図４の（Ｄ））。図４の（Ｄ）では、膜Ｆは凹部の側壁上方と頂部に形成され、側壁下方と底部には形成されていない。
次に図５を参照し、第２の手法について説明する。図５に示すウェハＷは図４のウェハＷと同様の形状である。
図５の例では、プリカーサＰをウェハＷの上部のみに吸着させる（図５の（Ａ））。プリカーサＰをパージした後、反応ガスＲを処理容器１０に導入する（図５の（Ｂ））。このとき、反応ガスＲは、プリカーサＰが吸着している位置でのみ反応して成膜するため、ウェハＷのパターン上方のみに膜Ｆが形成される（図５の（Ｃ））。
（選択的吸着および反応のための処理条件）
図４は、図３のステップＳ１４を不飽和条件で実行した場合である。また、図５は、図３のステップＳ１２を不飽和条件で実行した場合である。
ステップＳ１２およびステップＳ１４の処理時間を十分に長くすると、形成される膜はサブコンフォーマルではなくコンフォーマルになる。このため、サブコンフォーマルＡＬＤでは、成膜成分の吸着および反応の少なくとも一方が飽和に達しないように処理条件を設定する。
サブコンフォーマルＡＬＤを実現するために調整する処理パラメータは例えば、ウェハＷを載置する載置台２０の温度、処理容器１０内の圧力、導入するプリカーサの流量および導入時間、導入する反応ガスのガス流量および導入時間、処理時間等である。また、プラズマを使用する処理の場合は、プラズマ生成のために印加する高周波（ＲＦ）電力の値を調整することでも成膜位置を調整できる。図３の処理の場合、ステップＳ１４において第２ガスをプラズマ化しているが、ステップＳ１２の第１ガスもプラズマ化してもよい。
（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方法をさらに説明するためのフローチャートである。本実施形態に係るプラズマ処理方法は、成膜処理（図３のステップＳ１２～Ｓ１５）中に生成されるプラズマの状態をモニタすることで、成膜処理の終了タイミングの精度高い判定を実現する。
まず、処理容器１０内にウェハＷを提供する（ステップＳ６１）。ウェハＷ上には予めパターンが形成されている。例えば、図４，図５と同様の凹部が形成されている。なお、プラズマ処理装置１内でエッチングと成膜の双方を実行できる場合は、凹部の形成もプラズマ処理装置１内で実行してもよい。
次に、プラズマ処理装置１は、第１検知処理を実行する（ステップＳ６２）。第１検知処理は、ウェハＷ上のパターン形状を第２センサ１０８ｂまたは観察装置ＯＣが検知し、検知結果に基づき制御部１００が後続する成膜処理（ステップＳ６３）の処理条件を決定する処理である。なお、パターン形状には、凹部のアスペクト比や表面のプロファイルなどが含まれる。第１検知処理は、成膜処理（ステップＳ６３）の前であれば、ウェハＷを提供する工程（ステップＳ６１）の前後のいずれに行ってもよい。成膜処理（ステップＳ６３）の処理条件としては、例えば、第１ガスの導入量、第２ガスの導入量、第１ガスと第２ガスの反応時間、パージ時間、サイクル数等がある。第１検知処理については後述する。
制御部１００は、第１検知処理によって決定された処理条件に基づき、プラズマ処理装置１の各部に指示を送り、成膜処理（ステップＳ６３）を開始する。まず、制御部１００は、ガス供給源１５から第１ガスを処理容器１０内に導入する（ステップＳ６３１）。処理条件により決定された処理時間が経過すると、制御部１００は、第１ガスの導入を終了させる。第１ガスは、載置台２０上のウェハＷ表面に吸着する。
次に、制御部１００は、排気装置６５を制御し処理容器１０内のガスをパージする（ステップＳ６３２）。
次に、制御部１００は、ガス供給源１５から第２ガスを処理容器１０内に導入する（ステップＳ６３３）。制御部１００はまた、第１高周波電源３４から、ガスシャワーヘッド２５にプラズマ励起用の高周波電力ＨＦを印加させる。制御部１００はまた、第２高周波電源３２から、載置台２０に高周波電力ＬＦを印加させる。なお、高周波電力ＨＦも載置台２０に印加してもよい。高周波電力ＬＦ，ＨＦの印加により、処理容器１０内で第２ガスのプラズマが生成される。そして、第１検知処理によって決定された処理条件に基づく処理時間が経過すると、制御部１００は、第２ガスの導入およびプラズマの生成を終了させる。第２ガスのプラズマに含まれる成分は、ウェハＷ表面の第１ガスの成分と反応し、ウェハＷ表面に膜を形成する。
第２ガスの導入中、制御部１００は並行してモニタ処理を実行する（ステップＳ６４Ａ）。モニタ処理は、第１センサ１０８ａが処理容器１０内のプラズマの状態をモニタし、モニタ結果を制御部１００に送信し、記憶する処理である。モニタ処理の詳細は後述する。
次に、制御部１００は、排気装置６５を制御し処理容器１０内のガスをパージする（ステップＳ６３４）。これで成膜処理（ステップＳ６３）１サイクルが完了する。
制御部１００は次に、モニタ処理（ステップＳ６４Ａ）のモニタ結果に基づき、判定処理を実行する（ステップＳ６４Ｂ）。判定処理は、制御部１００が、第１センサ１０８ａから送信されるモニタ結果に基づき後続する処理および処理条件を決定する処理である。判定処理は、成膜処理（ステップＳ６３）のサイクルごとに実行してもよく、予め決定したサイクル数だけ成膜処理（ステップＳ６３）を行った後に実行してもよい。
判定処理において、制御部１００は、成膜処理を再実行するか否かを決定する。また、制御部１００は、成膜処理を再実行すると決定した場合、第１ガス導入（ステップＳ６３１）から処理を繰り返すか、または、第２ガス導入（ステップＳ６３３）から処理を繰り返すか、を決定する。また、制御部１００は、成膜処理を再実行すると決定した場合、成膜処理（ステップＳ６３）の処理条件を選択する。
なお、図６では、判定処理（ステップＳ６４Ｂ）をパージ（ステップＳ６３４）の後に実行しているが、判定処理（ステップＳ６４Ｂ）は、パージの前またはパージと並行して実行してもよい。
制御部１００は、判定処理における判定結果に基づき、処理を続ける。ステップＳ６３１から繰り返すと決定した場合（ステップＳ６４Ｂ、リピートＳ６３１）、制御部１００は上述のステップＳ６３１～Ｓ６３４の処理を繰り返す。他方、ステップＳ６３３から繰り返すと決定した場合（ステップＳ６４Ｂ、リピートＳ６３３）、制御部１００は上述のステップＳ６３３～Ｓ６３４の処理を繰り返す。また、成膜処理を再実行しないと決定した場合（ステップＳ６４Ｂ、再実行なし）、制御部１００は、第２検知処理に進む（ステップＳ６５）。
第２検知処理は、第１検知処理と同様、ウェハＷ上のパターン形状を第２センサ１０８ｂまたは観察装置ＯＣが検知し、検知結果に基づき制御部１００が後続する処理（成膜処理（ステップＳ６３）又はエッチング（ステップＳ６６））および処理条件を決定する処理である。エッチング（ステップＳ６６）の処理条件としては、エッチングガスの導入量、高周波電力、基板温度等がある。第２検知処理については後述する。
第２検知処理において、成膜処理を再実行すると判定した場合（ステップＳ６５、再実行）、制御部１００はステップＳ６３に戻って処理を繰り返す。他方、第２検知処理において成膜処理を再実行しないと判定した場合（ステップＳ６５、再実行なし）、制御部１００は決定した処理条件でエッチングを実行させる（ステップＳ６６）。この際、第２ガス導入時と同様に、制御部１００は並行してモニタ処理を実行してもよい。
エッチングが終了すると、制御部１００は、第３検知処理を実行する（ステップＳ６７）。第３検知処理は、第１、第２検知処理と同様、ウェハＷ上のパターン形状を第２センサ１０８ｂまたは観察装置ＯＣが検知し、検知結果に基づき制御部１００が後続する処理および処理条件を決定する処理である。第３検知処理については後述する。
第３検知処理において、成膜処理を再実行すると判定した場合（ステップＳ６７、成膜再実行）、制御部１００はステップＳ６３に戻って処理を繰り返す。また、第３検知処理において、エッチング処理を再実行すると判定した場合（ステップＳ６７、エッチング再実行）、制御部１００はステップＳ６６に戻って処理を繰り返す。他方、第３検知処理において成膜処理およびエッチング処理を再実行しないと判定した場合（ステップＳ６７、再実行なし）、制御部１００は処理を終了する。これで、実施形態のプラズマ処理は終了する。
（モニタ処理／判定処理）
次に、ステップＳ６４Ａのモニタ処理およびステップＳ６４Ｂの判定処理について説明する。図７は、一実施形態に係るモニタ処理および判定処理について説明するためのフローチャートである。本実施形態に係るプラズマ処理では、制御部１００は、モニタ処理により、成膜処理中に生成されるプラズマの状態をモニタする。そして、制御部１００は、モニタ処理の結果に基づき、成膜処理を終了するタイミングを決定する判定処理を実行する。
モニタ処理（ステップＳ６４Ａ）は、上述の通り、成膜処理（ステップＳ６３）において第２ガスを処理容器１０内に導入しプラズマ化させる処理と並行して実行される。ここでは、モニタ処理は、一つのウェハＷの処理が開始した時点で開始されるものとする。
制御部１００は、ウェハＷの処理を開始すると、第１センサ１０８ａにモニタ処理を開始させる。第１センサ１０８ａは、第２ガスが処理容器１０内に導入されステップＳ６３３が開始すると、処理容器１０内のプラズマの状態を検知する（ステップＳ７１）。なお、第１センサ１０８ａが動作を開始するタイミングは特に限定されず、ウェハＷの処理レシピに基づき制御部１００が第１センサ１０８ａを制御して処理を開始させればよい。モニタ処理において、第１センサ１０８ａは例えば、第２ガスのプラズマ生成により生じるラジカルの量をモニタする。
ところで、成膜処理においてパターン上に形成される膜のカバレッジは、処理容器１０内の温度、処理対象であるパターンのアスペクト比、処理容器１０内で生成されるラジカルのドーズ量により決定される。実施形態の成膜処理においては、処理容器１０内の温度は予め定められた処理条件により制御され、パターンのアスペクト比は予め設計値から導出できる。このため、成膜処理中のラジカルのドーズ量が分かれば、成膜処理により形成される膜のカバレッジを推定することができる。なお、ここでカバレッジとは、形成される膜の厚み、位置を含めた膜の状態を指す。例えば、カバレッジとはアスペクト比に応じた膜厚の変化を意味する。
プラズマが含むラジカルの量は、プラズマの電子密度、イオン密度等から推定できる。このため、直接ラジカル量をモニタするのではなく、プラズマの状態を示す他の物理量をモニタすればよい。プラズマの状態を示す物理量としては、電子密度、イオン密度、分子・ラジカル密度、原子・分子イオン質量等が挙げられる。
これらのプラズマの状態を示す物理量は、分光法（レーザを利用するもの含む）、干渉・反射法等により測定できる。分光法としては、放射束、発光スペクトル強度、連続スペクトル強度等を測定する発光分光法が利用できる。また、全吸収法、自己吸収法、フック法などの吸収分光法が利用できる。また、レーザを利用した分光法を用いてもよい。例えば、レーザ有機蛍光法、レーザ吸収分光法、レーザ散乱法等を利用できる。また、マイクロ波干渉法／反射法、レーザ干渉法／偏光法、シュリーレン／シャドウグラフ法等を用いてもよい。
第１センサ１０８ａは、上記プラズマの状態を示す物理量をモニタできる検知装置である。プラズマの状態を示す物理量をモニタすることができれば、第１センサ１０８ａの具体的な構成は特に限定されない。例えば、第１センサ１０８ａとして発光分光（Optical Emission Spectroscopy: OES）センサを用いてもよい。また、第１センサ１０８ａとして超高解像度イメージセンサを用いてもよい。そして、第１センサ１０８ａが取得した情報例えば画像を制御部１００が解析することで物理量を算出してもよい。
第１センサ１０８ａは、ステップＳ６３３の処理中生成されるプラズマの状態を示す物理量をモニタし、モニタ結果を制御部１００に送信する。制御部１００は受信したモニタ結果をタイミングに対応付けて記憶する。
制御部１００は、成膜処理（ステップＳ６３１～Ｓ６３４）が終了したか否かを判定する（ステップＳ７２）。成膜処理が終了していないと判定した場合（ステップＳ７２、Ｎｏ）は、制御部１００はステップＳ７１に戻り、第１センサ１０８ａによるモニタ処理を継続する。他方、成膜処理が終了したと判定した場合（ステップＳ７２、Ｙｅｓ）、制御部１００はステップＳ７３に進み判定処理を実行する。
（判定処理）
判定処理において制御部１００は、モニタ処理によって得られた各タイミングの物理量の積分値を算出する。モニタ処理によって得られた物理量は、制御部１００にタイミングと対応付けて記憶されている。図８は、一実施形態に係るモニタ処理において得られるモニタ結果について説明するための図である。図８の例では、第１センサ１０８ａは、プラズマ中のラジカル量を所定時間（ｔ１、ｔ２、ｔ３…）ごとにモニタして数値として制御部１００に送っているものとする。ここで、モニタされるラジカル量は図８の曲線を描いて変化する。制御部１００は、ウェハＷの処理開始からその時点までのモニタ結果の積分値を算出する。図８の例であれば、制御部１００は、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…を合算した値を算出する。
次に、制御部１００は、算出した積分値が所定値以上か否かを判定する（ステップＳ７３）。ここで、「所定値」は、予め、ウェハＷ上のパターンのアスペクト比、処理容器１０内の温度、所望のカバレッジに基づき、所望のカバレッジに到達するまでに必要なラジカル量として算出しておく。
制御部１００は、算出した積分値が所定値以上と判定した場合（ステップＳ７３、Ｙｅｓ）、成膜処理を終了する（ステップＳ７４）。つまり、制御部１００は、図６のステップＳ６４Ｂにおいて「再実行なし」の分岐に進み、次にステップＳ６５を実行する。
他方、制御部１００は、算出した積分値が所定値未満と判定した場合（ステップＳ７３、Ｎｏ）、成膜処理を再実行する際の処理条件を決定する（ステップＳ７５）。決定する処理条件は、ステップＳ６３１、Ｓ６３３の再実行時の処理時間を含んでもよい。例えば、ステップＳ７３で算出した積分値から、次に実行するステップＳ６３１、Ｓ６３３の処理時間を前回と同じ長さに設定すると、所望のカバレッジを超える場合は、制御部１００はステップＳ６３１、Ｓ６３３の処理時間を短く設定する。また、決定する処理条件は、再実行をステップＳ６３１から開始するか、ステップＳ６３３から開始するか、の決定を含んでもよい。そして、制御部１００は、決定した処理条件で、成膜処理を再実行する（ステップＳ７６）。そして、制御部１００は、決定した処理条件に応じて、ステップＳ６３１またはステップＳ６３３に進む。
なお、制御部１００は、ウェハＷの成膜処理の進行度合いを上記積分値によって判定するため、処理途中でプラズマ処理装置１が強制終了した場合等に、プラズマ処理装置１の復帰後の処理条件を判定することができる。
（第１センサ１０８ａのモニタ手法例１）
ところで、第１センサ１０８ａは、プラズマの状態を点でモニタしてもよく、面でモニタしてもよく、３次元的にモニタしてもよい。次に、モニタ処理におけるモニタ手法の例について説明する。
一実施形態に係るモニタ処理において物理量を検知する手法例１では、図２に示すように第１センサ１０８ａを処理容器１０の側面に配置して、プラズマの状態を処理容器１０の側面方向から面でモニタした場合に得られる画像を用いる。第１センサ１０８ａは例えば、超高解像度イメージセンサである。
手法例１では、プラズマは得られた画像中時間の経過とともに処理空間内を徐々に広がっていく白っぽい物体として表示される。プラズマの広がりや強度は画像中の白い部分の彩度や明度に対応する。このため、制御部１００は、得られた画像中、白い部分の明度や彩度を解析することでプラズマの状態を示す値を取得できる。
第１センサ１０８ａは、取得した画像を制御部１００に送信する。制御部１００は、受信した画像を解析して、画像の彩度や明度等に基づきプラズマの状態を数値に換算して算出する。そして、算出した数値の積分値を、予め定めた閾値（図７の「所定値」）と比較する。このように処理することで、制御部１００は、処理容器１０内に載置されたウェハＷ近傍のプラズマの状態に基づき、ウェハＷ上の成膜状態を推定し、成膜処理の終了タイミングを決定することができる。
（第１センサ１０８ａのモニタ手法例２）
また、第１センサ１０８ａは、図２に示すように処理容器１０の横方向からウェハＷ近傍の処理空間をモニタするのではなく、処理容器１０の上方から下方をモニタするように配置してもよい。図９Ａは、一実施形態に係るモニタ処理において物理量を検知する手法例２について説明するための図である。
図９Ａに示すように、手法例２では、第１センサ１０８ａは、ウェハＷ面全体を上方からモニタする。図９Ａに示す画像中、ラジカル量の相対的に多い部分Ｒ１は濃い模様で表示され、ラジカル量の相対的に少ない部分Ｒ２は薄い模様で表示されている。第１センサ１０８ａは、かかる画像を所定時間ごと（例えば５０ナノ秒ごと）に取得する。そして、第１センサ１０８ａは取得した画像を制御部１００に送信する。
制御部１００は、第１センサ１０８ａから受信した画像を解析し、ラジカル量に対応する色の濃淡を数値化する。図９Ｂは、図９Ａの手法例２によって得られた画像を数値化した例を示す図である。図９Ｂに示す例では、図９Ａの領域Ｒ１およびＲ２に対応する位置に、色の濃淡を数値化した値１，２，３が表示されている。制御部１００は、まず、ウェハＷの面を含む領域を均一な面積の複数エリアに分割する。そして、各エリアに対応する画像を解析して数値化する。これによって制御部１００は、各画像について、エリア毎にプラズマの状態を表す値の積分値を得ることができる。
図９Ａ，図９Ｂのように、ウェハＷ面内を複数エリアに分割して各エリアのプラズマの状態を表す数値を得る場合は、制御部１００は、ウェハＷ面内の位置ごとに成膜状態を判定することができる。このため、制御部１００は、モニタ処理の結果をプラズマ処理の面内均一性の向上にも利用できる。例えば、モニタ処理結果に応じて、制御部１００は、後続する処理の処理条件のうち、載置台２０およびガスシャワーヘッドに印加する高周波電力を、面内の位置に応じて異なる値に調整することができる。
図１０は、図９Ａおよび図９Ｂの手法例２に基づくモニタ処理の流れの例を示すフローチャートである。図１０の例では、まず、モニタ処理が開始すると、第１センサ１０８ａは、プラズマの状態のモニタを開始し、取得した情報を制御部１００に送信して記憶させる（ステップＳ１１０１）。このとき、第１センサ１０８ａは、ウェハＷの面全体をモニタする。
制御部１００は、受信した情報例えば画像を解析して、予め設定された複数エリア各々についてプラズマの状態を示す数値を算出する（ステップＳ１１０２）。そして、制御部１００は、算出した数値に基づき、複数エリア各々についてそれまでに実行された成膜処理の間の積分値を算出する（ステップＳ１１０３）。さらに、制御部１００は、算出した積分値の複数エリア間の差分を算出する（ステップＳ１１０４）。
次に、制御部１００は、ステップＳ１１０３で算出した積分値が予め定められた所定値以上か否かを判定する（ステップＳ１１０５）。そして、所定値以上と判定した場合（ステップＳ１１０５、Ｙｅｓ）、制御部１００は、ステップＳ１１０４で算出した差分が所定値以下か否かを判定する（ステップＳ１１０６）。そして、所定値以下と判定した場合（ステップＳ１１０６、Ｙｅｓ）、制御部１００は成膜処理を終了する（ステップＳ１１０７）。そして、制御部１００はステップＳ６５に進む。
他方、制御部１００は、ステップＳ１１０３で算出した積分値が所定値未満と判定した場合（ステップＳ１１０５、Ｎｏ）、成膜処理を再実行するための処理条件を決定する（ステップＳ１１０８）。そして、決定した処理条件に基づく成膜処理を実行させる（ステップＳ１１０９）。この場合、ステップＳ１１０８で決定された処理条件および再実行の対象となる処理ステップ（Ｓ６３１またはＳ６３３）に基づき、成膜処理が再実行される。
他方、制御部１００は、ステップＳ１１０４で算出した差分が所定値より大きいと判定した場合（ステップＳ１１０６、Ｎｏ）、面内均一性を向上させるために、差分を相殺する処理条件を決定する（ステップＳ１１１０）。そして、制御部１００は決定した処理条件に基づき成膜処理を再実行させる（ステップｓ１１０９）。この後は、処理はステップＳ６３１またはＳ６３３に進む。これで、手法例２のモニタ処理は終了する。
このように、本実施形態に係るプラズマ処理によれば、処理容器１０内のプラズマの状態をモニタすることで、ウェハＷ上のパターン自体を検査することなく、成膜状態を推定できる。このため、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、成膜処理を終了するタイミングを精度高く、かつ、簡便に判定することができる。
次に、第１～第３検知処理について説明する。ここでは、第１～第３検知処理における検知は、第２センサ１０８ｂが実行するものとして説明する。ただし、第１～第３検知処理における検知は、図１に示す観察モジュールＯＭまでウェハＷを搬送して観察装置ＯＣにより実行してもよい。
（第１検知処理）
第１検知処理は、ウェハＷ上のパターン形状や寸法を第２センサ１０８ｂが検知する処理と、第２センサ１０８ｂの検知結果に基づき制御部１００が後続する処理の処理条件を決定する処理と、を含む。
第２センサ１０８ｂは、光学的な方法でウェハＷ上のパターンの形状や寸法を検知する。第２センサ１０８ｂによる検知手法は特に限定されない。第２センサ１０８ｂによる検知結果は、制御部１００に送信され、ＲＯＭ１１０、ＲＡＭ１１５等の記憶部に記憶される。
制御部１００は、検知結果を受信すると、検知結果と予め定められたパターン寸法とを比較する。そして、予め定められたパターン寸法と検知した寸法との差分を算出する。制御部１００は算出した差分に基づき、後続する処理の処理条件を調整する。そして、制御部１００は、後続する処理で用いる処理条件を決定する。
ウェハＷが処理容器１０内に配置された時点で、ウェハＷ上に形成されているパターンが設計値からずれている場合、その後の処理を設計通りの処理条件で実行すると、最終的に形成される膜の状態は設計値から外れる可能性が高い。そこで、本実施形態では、第１検知処理において、設計値と実測値との差分に基づき、処理条件を調整する。
（第２検知処理）
第２検知処理は、ウェハＷ上のパターン形状や寸法を第２センサ１０８ｂが検知する処理と、第２センサ１０８ｂの検知結果に基づき制御部１００が後続する処理と処理条件とを決定する処理と、を含む。
第２検知処理における第２センサ１０８ｂの検知処理は第１検知処理における検知処理と同様である。ただし、第２検知処理が実行されるときは、成膜処理が終了しているため、ウェハＷ上に形成されているパターン形状は第１検知処理時と異なる。また、制御部１００の処理において、検知結果と比較する予め定められたパターン寸法も第１検知処理時と異なる。
制御部１００は、検知結果を受信すると、検知結果と予め定められたパターン寸法とを比較する。そして、予め定められたパターン寸法と検知した寸法との差分を算出する。制御部１００は、算出した差分に基づき、成膜処理（ステップＳ６３）を再実行するか否かを判定する。例えば、算出した差分が閾値以上の場合、制御部１００は成膜処理を再実行すると判定する。他方、算出した差分が閾値未満の場合、制御部１００は成膜処理を再実行しないと判定する。
成膜処理を再実行しないと判定した場合、制御部１００は次に、後続するエッチング（ステップＳ６６）の処理条件を決定する。例えば、検知結果から得られる、パターン上に形成された膜厚の数値が設定値よりも大きい場合、エッチングの効果が強くなるよう処理条件を調整する。そして、制御部１００は、調整後の処理条件を、エッチング（ステップＳ６６）の処理条件と決定する。
なお、第２検知処理において使用する第２センサ１０８ｂが赤外線センサ等である場合、第２センサ１０８ｂはパターン上に形成された膜の厚みを直接測定できる。この場合、制御部１００は、第２センサ１０８ｂによる検知結果と予め定められた膜厚とを比較し差分を算出する。そして、制御部１００は、算出した差分に基づき、成膜処理（ステップＳ６３）を再実行するか否かを判定する。そして、制御部１００は、後続する処理および処理条件を決定する。
（第３検知処理）
第３検知処理は、ウェハＷ上のパターン形状や寸法を第２センサ１０８ｂが検知する処理と、第２センサ１０８ｂの検知結果に基づき、制御部１００が後続する処理と処理条件とを決定する処理と、を含む。
第３検知処理における第２センサ１０８ｂの検知処理は第１、第２検知処理における検知処理と同様である。ただし、第３検知処理が実行されるときは、成膜処理およびエッチング処理が終了しているため、ウェハＷ上に形成されているパターン形状は第１、第２検知処理時と異なる。また、制御部１００の処理において、検知結果と比較する予め定められたパターン寸法も第１、第２検知処理時と異なる。
制御部１００は、検知結果を受信すると、検知結果と予め定められたパターン寸法とを比較する。そして、予め定められたパターン寸法と検知した寸法との差分を算出する。制御部１００は、算出した差分に基づき、成膜処理（ステップＳ６３）を再実行するか否かを判定する。例えば、算出した差分が閾値以上であり、検知した寸法が予め定められたパターン寸法より小さい場合、制御部１００は成膜処理を再実行すると判定する。他方、算出した差分が閾値未満の場合、制御部１００は成膜処理を再実行しないと判定する。また、制御部１００は、算出した差分に基づき、エッチング処理（ステップＳ６６）を再実行するか否かを判定する。例えば、算出した差分が閾値以上であり、検知した寸法が予め定められたパターン寸法より大きい場合、制御部１００はエッチング処理を再実行すると判定する。
成膜処理を再実行すると判定した場合、制御部１００は次に、当該成膜処理の処理条件を決定する。例えば、検知結果から得られるパターン形状と予め定められたパターン寸法との差分が小さくなる処理条件を決定する。そして、制御部１００は、決定した処理条件を用いて、成膜処理を実行する（図６、ステップＳ６７、「成膜再実行」）。
また、エッチング処理を再実行すると判定した場合、制御部１００は次に、当該エッチング処理の処理条件を決定する。例えば、検知結果から得られるパターン形状と予め定められたパターン寸法との差分が小さくなる処理条件を決定する。そして、制御部１００は、決定した処理条件を用いて、エッチング処理を実行する（図６、ステップＳ６７、「エッチング再実行」）。成膜処理およびエッチング処理のいずれも再実行しないと判定した場合（図６、ステップＳ６７、「再実行なし」）、制御部１００は、処理を終了する。
なお、上記第１検知処理、第２検知処理および第３検知処理はいずれも同一の検知部例えば第２センサ１０８ｂまたは観察装置ＯＣを用いて実現してもよく、処理毎に別の検知部を用いてもよい。また、判定処理は、制御部１００が実行してもよく、第１センサ１０８ａに判定機能を持たせて数値とタイムスタンプを制御部１００に送信させてもよい。
図１１は、一実施形態に係るプラズマ処理において記憶部に記憶される情報の一例を示す図である。図１１の（Ａ）に示す例では、「タイムスタンプ」に対応付けて、第１検知処理、第２検知処理、第３検知処理において検知された結果が記憶されている。ここで、検知結果は、具体的な寸法であってもよい。また、予め形状異常を類型化して複数のタイプを規定しておき、検知結果が該当するタイプを記憶するようにしてもよい。図１１の（Ａ）では、検知結果を類型化して「寸法Ａ」、「寸法Ｂ」等として記憶している。また、モニタ処理の結果は、タイムスタンプに対応付けてステップＳ６３３が１回実行されるごとに複数のタイムスタンプに対応づけた数値を記憶してもよい。また、第１センサ１０８ａがイメージセンサである場合は、画像自体を複数記憶してもよい。図１１の（Ａ）では、モニタ結果として、ステップＳ６３３中に取得された複数の画像を各々数値化し、積分した値「Ｖ１」が記憶されている。また、図１１の（Ａ）では、「判定結果」として、第１～第３検知処理および判定処理の結果が記憶されている。例えば、第１検知処理においては、後続する処理の処理条件「Ｘ」が記憶される。また例えば、第２検知処理においては、成膜処理の再実行を示す「再実行」と、再実行時の処理条件「Ｙ」が記憶される。「Ｙ」は処理を実行するステップを特定する情報も含む。また、第３検知処理においては、エッチングおよび成膜のいずれも再実行しないことを示す「再実行なし」が記憶されている。また、再実行がないため、処理条件の欄は「ＮＡ」（該当なし）と記憶されている。また、モニタ処理「Ｖ１」に対応付けて、「再実行」と「条件Ｘ」が記憶されている。これは、判定処理において、成膜処理を再実行すること、その処理条件が「Ｘ」であることを示す。
また、図１１の（Ｂ）は、各処理において、検知結果と比較する寸法や閾値を記憶部に記憶する際の構成例である。例えば、第１検知処理において、検知結果と「寸法ＡＡ」とを比較して、後続する処理の処理条件を判定する。なお、図１１は一例であって、第１検知処理～第３検知処理、モニタ処理および判定処理の実行のために記憶部に記憶される情報の構成は特に限定されない。
（変形例）
上述の実施形態では、第１検知処理（ステップＳ６２）の検知結果、モニタ処理（ステップＳ６４）のモニタ結果、第２検知処理（ステップＳ６５）の検知結果及び第３検知処理（ステップＳ６７）の検知結果は、当該処理が実行されたウェハＷに対する処理条件の調整及び各処理の再実行の要否判定等に利用される。しかしながら、これらの検知結果及びモニタ結果は、当該処理が実行されたウェハＷのほか、ウェハＷの次に処理するウェハＷ´に対して適用することも可能である。すなわち、ウェハＷに対して一連の処理（ステップＳ６１～Ｓ６７）を実行し、成膜処理前の凹部の形状、成膜処理におけるプラズマの状態、成膜処理により形成された膜の状態並びにエッチング後の膜の状態及びパターンの形状等に関するデータを取得し、これらの相関関係を求める。一例では、成膜処理前の凹部の形状と、成膜処理におけるプラズマの状態と、成膜処理により形成された膜の状態との相関関係を求める。他の例では、成膜処理におけるプラズマの状態と、成膜処理に形成された膜の状態と、エッチング後の膜の状態及びパターン形状との相関関係を求める。これらの相関関係は、物理モデルとして制御部Ｃｎｔ内の記憶部に記憶することができる。そして、これらの物理モデルに基づいて、成膜処理（ステップＳ６３）又はエッチング（ステップＳ６６）の条件を修正し、修正後の条件を基板Ｗ´の処理に適用する。一例では、物理モデルは、処理の実行、相関関係の取得及び条件の修正を含むサイクルを繰り返すことにより構築される。物理モデルの構築は、機械学習により行ってもよい。このような、変形例によれば、ウェハＷ´に対する処理を、ウェハＷに対する処理よりも短時間かつ高精度に行うことができる。
（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、工程ａ）、工程ｂ）、工程ｃ）、および工程ｄ）を含む。工程ａ）において、処理容器内に、凹部を有する基板を提供する。工程ｂ）において、処理容器内でプラズマを生成し、凹部上に膜を形成する。工程ｃ）において、工程ｂ）において生成するプラズマの状態をモニタする。工程ｄ）において、モニタしたプラズマの状態に基づき、工程ｂ）の再実行要否および再実行時の処理条件を決定する。このため、上記実施形態に係るプラズマ処理方法によれば、基板上のパターン自体を調べる必要なく、成膜状態を推定して、成膜処理の再実行の要否および再実行する場合に適した処理条件を判定できる。また、本プラズマ処理方法によれば、成膜処理中のプラズマの状態をモニタするため、基板を処理容器外に搬出することなく、成膜状態を推定できる。このため、本プラズマ処理方法によれば、成膜処理の終了タイミングを高い精度で容易に判定できる。このため、本プラズマ処理方法によれば、プラズマを用いた成膜処理の性能を安定させることができる。
また、上記実施形態に係るプラズマ処理方法において、工程ｂ）は、工程ｂ－１）と工程ｂ－２）と、を含んでもよい。工程ｂ－１）において、処理容器内に第１ガスを導入し凹部上に吸着させてもよい。工程ｂ－２）において、処理容器内に第２ガスを導入し第２ガスのプラズマを生成して凹部上に吸着した第１ガスの成分と反応させて成膜してもよい。そして、工程ｃ）は、工程ｂ－２）において生成するプラズマの状態をモニタしてもよい。このように、実施形態に係るプラズマ処理方法は、第１ガスの吸着と、第２ガスの反応の２段階で実現される成膜処理例えばＡＬＤに適用できる。
また、上記実施形態に係るプラズマ処理方法において、工程ｂ）は、凹部の表面全体での第１ガスの成分と第２ガスの成分との反応が飽和する前に終了してもよい。このように、上記実施形態に係るプラズマ処理方法は、サブコンフォーマルＡＬＤにおける成膜処理の終了タイミングを判定するために用いることができる。このため、実施形態に係るプラズマ処理方法によれば、成膜処理の終了タイミングを高精度で推定し、サブコンフォーマルＡＬＤにおいて形成される膜が飽和状態に達する前に、成膜処理を終了できる。
また、上記実施形態に係るプラズマ処理方法において、工程ｃ）は、プラズマの状態を示す物理量をモニタしてもよい。そして、工程ｄ）は、モニタによって得られた当該物理量の積分値が所定値未満の場合、工程ｂ）を再実行すると判定してもよい。このため、上記実施形態に係るプラズマ処理方法によれば、成膜処理中にモニタによって得られる物理量の積分値に基づき、処理開始からその時点までに形成された膜の状態を高精度に推定できる。このため、実施形態によれば、仮に成膜処理が何らかの理由で中断された場合であっても、モニタ結果に基づき、その時点での成膜状態を推定し、不足分を補うため成膜処理を再開できる。
また、上記実施形態に係るプラズマ処理方法において、工程ｃ）は、工程ｂ）において生成するプラズマ中のラジカル量をモニタしてもよい。ラジカル量は、例えば、電子密度、イオン密度等に基づき算出できる。また、処理容器内の温度と処理の対象である基板上のパターン形状が既知の場合、ラジカル量に基づき、成膜状態を推定できる。このため、上記実施形態によれば、発光分光センサ等により取得できる物理量を用いて、基板上の成膜状態を容易に推定することができる。
また、上記実施形態に係るプラズマ処理方法において、工程ｃ）は、基板載置面内に設定される複数エリア各々のプラズマの状態をモニタしてもよい。工程ｄ）は、複数エリア各々のプラズマの状態を示す物理量の積分値が所定値未満の場合に、工程ｂ）を再実行すると判定してもよい。このため、上記実施形態によれば、基板面内の各エリアにおける成膜状態を推定して成膜処理の再実行要否を判定することができる。
また、上記実施形態に係るプラズマ処理方法において、工程ｃ）は、基板載置面内に設定される複数エリア各々のプラズマの状態をモニタしてもよい。そして、工程ｄ）は、複数エリア各々のプラズマの状態を示す物理量を比較し、差分が所定値より大きい場合に、工程ｂ）を再実行すると判定してもよい。このため、上記実施形態によれば、基板面内の各エリアについて成膜状態が均一になるよう、成膜処理を再実行することができる。このため、上記実施形態に係るプラズマ処理方法は、成膜処理の面内均一性を向上させることができる。
また、上記実施形態に係るプラズマ処理方法は、工程ｅ）と、工程ｆ）とをさらに含んでもよい。工程ｅ）は、工程ｂ）の実行後に、凹部上の膜の状態を検知する。工程ｆ）は、工程ｅ）の検知結果に応じて、工程ｂ）を再実行する。このため、実施形態に係るプラズマ処理方法によれば、プラズマの状態のモニタだけでなく、膜の状態を検知してさらに成膜処理を再実行するか否かを判定できる。このため、実施形態によれば、プラズマを用いた成膜処理の性能を安定させ、高精度な成膜を実現できる。
また、上記実施形態に係るプラズマ処理方法は、工程ｅ）と、工程ｆ）と、工程ｇ）とをさらに含んでもよい。工程ｅ）は、工程ｂ）の実行後に、凹部上の膜の状態を検知する。工程ｆ）は、工程ｅ）の検知結果に応じた処理条件を決定する。工程ｇ）は、工程ｆ）において決定された処理条件により、凹部上に膜が形成された層をマスクとして当該層の下地層をエッチングする。このため、実施形態によれば、成膜結果に応じて、後続するエッチングの処理条件を調整することができ、高精度なパターン形成を実現できる。
また、上記実施形態に係るプラズマ処理方法はさらに、工程ｈ）を含んでもよい。工程ｈ）は、工程ｇ）の実行後にエッチングにより形成されたパターンの形状および／または凹部上の膜の状態を検知し、検知した形状と所定形状との一致度が所定値以下の場合に、工程ｂ）または工程ｇ）を再実行する。このため、実施形態によれば、エッチング後の形状に応じて、さらにエッチングを実行するか否かを判定することができる。このため、実施形態によれば、高精度なパターン形成を実現できる。
また、上記実施形態に係るプラズマ処理方法はさらに、工程ｉ）と工程ｊ）とを含んでもよい。工程ｉ）は、工程ｂ）の実行前に、凹部の形状を検知する。工程ｊ）は、工程ｉ）の検知結果に応じて、工程ｂ）の処理条件を決定する。このため、実施形態によれば、成膜やエッチングを実行する前の基板上のパターンの状態に応じて処理条件を決定することができる。このため、実施形態によれば、高精度なパターン形成を実現できる。
また、上記実施形態に係るプラズマ処理方法はさらに、工程ｋ）と、工程ｌ）と、工程ｍ）とを含んでもよい。工程ｋ）は、工程ｂ）の実行前の基板の凹部の形状と、工程ｃ）でモニタしたプラズマの状態と、工程ｂ）の実行後の基板の凹部の状態とに基づいて、成膜前の凹部の形状と、プラズマの状態と、工程ｂ）で形成される膜の状態との相関関係を求める。工程ｌ）は、求めた相関関係に基づいて、工程ｂ）における処理条件を修正する。工程ｍ）は、工程ｋ）、工程ｌ）及び工程ｍ）等を実行した基板と異なる基板（当該基板の次に処理する基板）に対して、修正した処理条件を適用して、プラズマ処理を実行する。このため、実施形態によれば、基板に対して成膜処理を実行するごとに、成膜条件を最適化することができる。
また、上記実施形態に係るプラズマ処理方法は、工程ｎ）と、工程о）と、工程ｐ）と、工程ｑ）とを含んでもよい。工程ｎ）は、工程ｇ）の実行後にエッチングにより形成されたパターンの形状及び／または凹部上の膜の状態を検知する。工程о）は、工程ｅ）で検知した膜の状態と、工程ｎ）でモニタしたプラズマの状態と、工程о）で検知したパターンの形状及び／または凹部上の膜の状態とに基づいて、工程ｇ）の前後における膜の状態と、プラズマの状態と、工程ｇ）後のパターンの形状との相関関係を求める。工程ｐ）は、求めた相関関係に基づいて、工程ｇ）における処理条件を修正する。工程ｑ）は、修正した処理条件により、工程ｎ）、工程о）及び工程ｐ）等を実行した基板と異なる基板をエッチングする。このため、実施形態によれば、基板をエッチングするごとに、エッチング条件を最適化することができる。
また、上記実施形態に係るプラズマ処理装置は、１つまたは複数の処理容器と、制御部とを備える。１つまたは複数の処理容器のうち、少なくとも一つの処理容器はエッチングをするように構成されている。また、１つまたは複数の処理容器のうち、少なくとも一つの処理容器が成膜するように構成されている。１つの処理容器が、エッチングおよび成膜をするように構成されていてもよい。処理容器は、内部に処理ガスを供給するためのガス供給部を有する。制御部は、工程ａ）と、工程ｂ）と、工程ｃ）と、工程ｄ）と、を含むプラズマ処理方法を各部に実行させる。工程ａ）は、処理容器内に、凹部を有する基板を提供する。工程ｂ）は、処理容器内でプラズマを生成し、凹部上に膜を形成する。工程ｃ）は、工程ｂ）において生成するプラズマの状態をモニタする。工程ｄ）は、モニタしたプラズマの状態に基づき、工程ｂ）の再実行要否および再実行時の処理条件を決定する。このため、実施形態に係るプラズマ処理装置は、プラズマを用いた成膜処理の性能を安定させることができ、高精度なパターン形成を実現できる。
なお、上記実施形態に係るプラズマ処理方法の適用対象は、プラズマを用いる基板処理であれば特に限定されない。また、上記実施形態に係るプラズマ処理方法は、３Ｄ ＮＡＮＤやＤＲＡＭの製造過程で使用できる。また、上記実施形態に係るプラズマ処理方法は、高ＡＲ（アスペクト比）有機膜の加工時や、ロジック向けのマスク加工時などに使用できる。
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、添付の請求の範囲およ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。
１ プラズマ処理装置
１０ 処理容器
１５ ガス供給源
２０ 載置台
２５ ガスシャワーヘッド
３２ 第２高周波電源
３４ 第１高周波電源
１００ 制御部
１０３ フォーカスリング
１０６ 静電チャック
１０８ 光センサ
１０８ａ 第１センサ
１０８ｂ 第２センサ
１０００ プラズマ処理システム
ＯＣ 観察装置
ＥＬ１ エッチング対象膜
Ｆ 膜
ＭＡ マスク
ＯＰ 開口
Ｐ プリカーサ
Ｒ 反応ガス
Ｗ ウェハ

Claims (18)

  1. （ａ）複数のプラズマ処理装置と、観察装置とを提供する工程であって、
    少なくとも一つの前記プラズマ処理装置は、
    載置台と前記載置台に対向するプラズマ発生器とを含むチャンバであって、
    前記チャンバ内の前記載置台上に凹部を有する基板が配置されるチャンバと、
    前記チャンバ内で発生するプラズマの状態を監視する第１のセンサと、
    制御部と
    を備え、
    前記観察装置は、少なくとも１つの前記プラズマ処理装置の外部に設けられた第２のセンサを含み、
    （ｂ）前記第２のセンサを用いて前記基板上のパターン形状を検出する工程と、
    （ｃ）前記（ｂ）の結果に基づいて決定された第１の処理条件で前記チャンバ内にプラズマを発生させることにより、前記凹部の側壁の上側および前記凹部に隣接する前記凹部の外側の上面に形成され、前記凹部の側壁の下側および前記凹部の底面に形成されない膜を形成する工程と、
    （ｄ）前記第１のセンサを用いて前記（ｃ）で発生したプラズマの状態をモニタリングする工程と、
    （ｅ）前記（ｄ）でモニタリングしたプラズマの状態に基づいて、前記（ｃ）の再実行の必要性と、前記（ｃ）の再実行の際の第２の処理条件を決定する工程と、
    （ｆ）前記（ｅ）において前記（ｃ）の再実行が行わないと判定された場合に、前記第２のセンサを用いて、前記膜が形成された前記基板のパターン形状を検出する工程と、
    （ｇ）前記（ｆ）の結果に基づいて決定された第３の処理条件で、前記膜の上に形成された層をマスクとして下地層をエッチングする工程と
    を含み、
    前記（ｃ）は、
    （ｃ－１）前記チャンバ内に第１のガスを導入し、前記第１のガスを前記凹部に吸着させる工程と、
    （ｃ－２）前記チャンバ内をパージする工程と、
    （ｃ－３）前記チャンバ内に第２のガスを供給し、前記第２のガスからプラズマを発生させ、前記第２のガスの成分と前記凹部に吸着された前記第１のガスの成分とを反応させて、前記膜を形成する工程と、
    （ｃ－４）前記チャンバ内をパージする工程と、
    （ｃ－５）前記（ｃ－１）、前記（ｃ－２）、前記（ｃ－３）、および前記（ｃ－４）を繰り返す工程とを含み、
    下記（１）および（２）の少なくともいずれかが行われ、
    前記（１）では、前記（ｃ－１）において、前記第１のガスが前記凹部の一部のみに吸着され、
    前記（２）では、前記（ｃ－３）において、前記第１のガスの成分と前記第２のガスの成分との反応が前記凹部の全面にわたって飽和する前に、前記（ｃ－３）が終了し、
    前記（ｃ）において、前記側壁の上側から前記凹部の底部に向かって前記膜の厚さが徐々に薄くなるように前記側壁に前記膜が形成され、
    前記（ｄ）では、前記基板が配置される複数の領域のそれぞれにおけるプラズマの状態を監視することを含み、
    前記（ｅ）では、前記（ｄ）において得られた、前記複数の領域のそれぞれにおける前記プラズマの状態を示す物理量の積分値が所定値未満である場合に前記（ｃ）が再実行されると判定され、前記物理量は、電子密度、イオン密度、分子ラジカル密度、および原子分子イオン質量からなるパラメータ群から選択される少なくとも１つのパラメータを含み、
    前記（ｅ）は、前記（ｃ－４）の前、前記（ｃ－４）の後、または前記（ｃ－４）と並行して実行され、
    前記（ｇ）は、前記（ｃ）とは異なるプラズマ処理装置で行われ、
    前記第１の処理条件は、前記基板が配置される載置台の温度、前記チャンバの圧力、前記第１のガスの流量、前記第１のガスの供給時間、および処理時間とからなるパラメータ群から選択される少なくとも１つを含み、
    前記第２の処理条件は、前記（ｃ－１）を再実行する際の処理時間、前記（ｃ－３）を再実行する際の処理時間、前記（ｃ－１）から前記（ｃ）の再実行を開始すること、および前記（ｃ－３）から前記（ｃ）の再実行を開始すること、の少なくとも１つを含み、
    前記第３の処理条件は、エッチングガスの供給量、高周波電力、および基板温度の少なくともいずれか１つを含む、プラズマ処理方法。
  2. 前記凹部にサブコンフォーマルな膜が形成されている、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  3. 前記（ｃ－３）では、前記基板が配置される載置台の温度、前記チャンバの圧力、前記第２のガスの流量、前記第２のガスの導入時間、処理時間、およびプラズマ生成のための高周波電力からなるパラメータ群から選ばれる少なくとも１つのパラメータを調整することにより、前記凹部上に前記膜が形成される位置が制御される、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  4. 前記（ｄ）では、前記（ｃ）において生成されるプラズマ中のラジカル量がモニタリングされる、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  5. 前記（ｅ）では、各領域におけるプラズマの状態を示す物理量を比較し、その差が所定値よりも大きい場合に、前記差を相殺する前記第２の処理条件を決定し、決定された前記第２の処理条件で前記（ｃ）の再実行が実行される、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  6. 前記（ｆ）は、
    （ｆ－１）前記（ｃ）の後に前記凹部上の前記膜の状態を検出する工程と、
    （ｆ－２）前記（ｆ－１）の検出結果に従って前記（ｃ）を再実行する工程と
    を含む、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  7. （ｉ）前記（ｃ）の前に前記凹部の形状を検出する工程と、
    （ｊ）前記（ｉ）の検出結果に応じて前記（ｃ）の処理条件を決定する工程と
    をさらに含む、請求項６に記載のプラズマ処理方法。
  8. （ｋ）前記（ｉ）で検出した前記凹部の形状、前記（ｄ）でモニタリングされたプラズマの状態、および前記（ｆ）で検出した前記基板のパターン形状に基づいて、成膜前の前記凹部の形状、前記プラズマの状態、前記（ｃ）で形成した前記膜の状態との相関関係を求める工程と、
    （ｌ）前記相関関係に基づいて前記（ｃ）の処理条件を補正する工程と、
    （ｍ）前記（ｌ）で補正した処理条件で前記基板と異なる基板の凹部に膜を形成する工程と
    を含む、請求項７に記載のプラズマ処理方法。
  9. 前記（ｆ）は、
    （ｆ－１）前記（ｃ）の後に前記凹部上の前記膜の状態を検出する工程と、
    （ｆ－２）前記（ｆ－１）の検出結果に従って処理条件を決定する工程と
    を含み、
    前記（ｇ）は、前記（ｆ－２）で決定した処理条件で前記下地層をエッチングする、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  10. （ｈ）前記（ｇ）の後に、前記エッチングにより形成されたパターンの形状および／または前記凹部上の膜の状態を検出し、前記（ｈ）で検出された形状と所定形状との間の一致の程度が所定値以下である場合に、前記（ｃ）または前記（ｇ）を再実行する工程
    をさらに含む、請求項９に記載のプラズマ処理方法。
  11. （ｉ）前記（ｃ）の前に前記凹部の形状を検出する工程と、
    （ｎ）前記エッチングにより形成されたパターンの形状および／または前記（ｇ）の後の前記凹部上の前記膜の状態を検出する工程と、
    （ｏ）前記（ｆ）で検出した前記膜の状態、前記（ｄ）でモニタリングした前記プラズマの状態、および前記（ｎ）で検出した前記凹部上の前記膜のパターンの形状および／または前記膜の状態に基づいて、前記（ｇ）の前後の前記膜の状態、前記プラズマの状態、および前記（ｇ）の後の前記パターンの形状との間の相関関係を求める工程と、
    （ｐ）前記相関関係に基づいて前記（ｇ）の処理条件を補正する工程と、
    （ｑ）前記（ｐ）で補正した処理条件で前記基板と異なる基板をエッチングする工程と
    をさらに含む、請求項９に記載のプラズマ処理方法。
  12. 前記第１のセンサは、前記プラズマの状態を示す物理量をモニタリングし、
    前記第２のセンサは、前記基板上のパターン形状に関する量を光学的に判定する、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  13. 前記プラズマの状態を示す物理量は、前記プラズマ中のラジカル量を推定できる量である、請求項１２に記載のプラズマ処理方法。
  14. 前記（ｅ）では、前記（ｄ）でモニタリングした前記プラズマの状態に基づいて面内均一性のばらつきを決定し、さらに、判定された面内均一性のばらつきに基づいて前記（ｃ）の再実行を行う際の前記第２の処理条件を変更する、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  15. 凹部を有する基板が収容されるチャンバを有するプラズマ処理装置を提供する工程と、
    前記チャンバ内でプラズマを生成することにより前記凹部上に、前記凹部の側壁の上側および前記凹部に隣接する前記凹部の外側の上面に形成され、前記凹部の側壁の下側および前記凹部の底面には形成されない膜を形成する工程と、
    前記生成する工程で生成された前記プラズマの状態を第１のセンサを用いてモニタリングを実行する工程と、
    第２のセンサを用いて前記基板上のパターン形状を検出する工程と、
    前記プラズマの生成の再実行の必要性を決定する工程と、
    前記プラズマの生成が再実行されない場合に、前記第２のセンサを用いて前記膜が形成される前記基板のパターン形状を検出する工程と、
    前記膜の上に形成された層をマスクとして下地層をエッチングする工程と
    を含み、
    前記プラズマを生成する工程では、
    前記チャンバ内に第１のガスを供給し、前記第１のガスを前記凹部の一部のみに吸着させる工程と、
    前記チャンバ内に第２のガスを供給し、前記第２のガスの成分と前記凹部に吸着した前記第１のガスの成分とを反応させて前記膜を形成する工程と
    を含み、
    前記プラズマを生成する工程では、前記第１のガスの成分と前記第２のガスの成分との反応が前記凹部の全面にわたって飽和する前に、前記プラズマの発生が停止され、
    前記膜は、前記側壁の上側から前記凹部の底部に向かって膜厚が徐々に薄くなっていくように前記側壁に形成される、プラズマ処理方法。
  16. 前記第１のセンサは、前記プラズマ中のラジカル量を推定できる物理量をモニタリングし、
    前記第２のセンサは、前記パターン形状に関する量を光学的に判定する、請求項１５に記載のプラズマ処理方法。
  17. 前記モニタリングの結果に基づいて、面内均一性の変動が決定され、
    前記プラズマの生成が再実行されると、決定された面内均一性の変化に基づいて、少なくとも１つのプラズマ条件が変更される、請求項１５に記載のプラズマ処理方法。
  18. 前記第２のセンサを用いた検出に基づいて、前記プラズマの生成を再実行するか、または前記プラズマの生成を再実行しないかの判断がなされ、
    前記プラズマの生成を再実行する決定に応じて、前記プラズマの生成は、直ちに進行する前記プラズマの生成と比較して、少なくとも１つの処理条件を変更して再実行され、
    前記プラズマの生成を再実行しない決定に応じて、エッチングが行われる、請求項１５に記載のプラズマ処理方法。
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