JP2003243362A - プラズマ処理方法及び処理装置 - Google Patents
プラズマ処理方法及び処理装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ファラデーシールドを用いて不揮発性材料を処
理するプラズマ処理装置において、真空容器内壁への反
応生成物の付着を抑制するエッチング方法及び付着した
反応生成物を効率良く除去するクリーニング方法を提供
することを目的とする。 【解決手段】プラズマ生成部を形成する真空容器２に処
理ガスを供給し、前記真空容器２の外周に設けられ高周
波電力を印加可能なアンテナ１及びファラデーシールド
８を用いてプラズマ６を生成し処理を行うプラズマ処理
方法において、前記ファラデーシールド８に少なくとも
５００Ｖ以上の電圧を印加し、前記真空容器２内に設け
られ被エッチング材料が不揮発性材料である試料１２を
エッチングする。
理するプラズマ処理装置において、真空容器内壁への反
応生成物の付着を抑制するエッチング方法及び付着した
反応生成物を効率良く除去するクリーニング方法を提供
することを目的とする。 【解決手段】プラズマ生成部を形成する真空容器２に処
理ガスを供給し、前記真空容器２の外周に設けられ高周
波電力を印加可能なアンテナ１及びファラデーシールド
８を用いてプラズマ６を生成し処理を行うプラズマ処理
方法において、前記ファラデーシールド８に少なくとも
５００Ｖ以上の電圧を印加し、前記真空容器２内に設け
られ被エッチング材料が不揮発性材料である試料１２を
エッチングする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマにより試
料のエッチング及び真空容器内壁のクリーニングを行う
プラズマ処理方法及び処理装置に関する。
料のエッチング及び真空容器内壁のクリーニングを行う
プラズマ処理方法及び処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイス製造分野においては、Ｄ
ＲＡＭ（Dynamic Random AccessMemory）やＬＯＧＩＣ
等の被エッチング材料として用いられてきたＳｉ，Ａ
ｌ，ＳｉＯ2 等の材料に加えて、ＦＲＡＭ（Ferroelect
ric Random Access Memory）やＭＲＡＭ(Magnetic Rand
om Access Memory）などでは不揮発性の材料が被エッチ
ング材料として使用されつつある。不揮発性の材料は、
エッチング時の反応生成物の融点が高いためエッチング
されにくい。また、エッチング後の反応生成物の蒸気圧
が低く真空容器内壁への付着係数が高いため、数枚〜数
百枚の試料を処理することにより真空容器内壁が堆積物
によって覆われ、後に剥がれ落ちることによって異物多
発の原因になっている。また、堆積物によって誘導アン
テナと反応容器内プラズマとの結合状態が変わり、エッ
チング速度や均一性，エッチング垂直性，エッチング側
壁へのサイドウオール付着状況等の経時変化を引き起こ
したりする。不揮発性材料の具体的な例としては、ＭＲ
ＡＭや磁気ヘッドに用いられる強磁性,反強磁性材料の
Ｆｅ,ＮｉＦｅ,ＰｔＭｎ,ＩｒＭｎ。また、ＤＲＡＭの
キャパシタ部やゲート部，ＦＲＡＭのキャパシタ部，Ｍ
ＲＡＭのＴＭＲ(Tunneling Magneto Resistive)素子部
に用いられる貴金属材料のＰｔ，Ｉｒ，Ａｕ，Ｔａ，Ｒ
ｕ。その他にも、高誘電体材料のＡｌ2Ｏ3，ＨｆＯ3，
Ｔａ2Ｏ3，強誘電体材料のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸
鉛），ＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウム），Ｓ
ＢＴ（タンタル酸ストロンチウムビスマス）等が挙げら
れる。
ＲＡＭ（Dynamic Random AccessMemory）やＬＯＧＩＣ
等の被エッチング材料として用いられてきたＳｉ，Ａ
ｌ，ＳｉＯ2 等の材料に加えて、ＦＲＡＭ（Ferroelect
ric Random Access Memory）やＭＲＡＭ(Magnetic Rand
om Access Memory）などでは不揮発性の材料が被エッチ
ング材料として使用されつつある。不揮発性の材料は、
エッチング時の反応生成物の融点が高いためエッチング
されにくい。また、エッチング後の反応生成物の蒸気圧
が低く真空容器内壁への付着係数が高いため、数枚〜数
百枚の試料を処理することにより真空容器内壁が堆積物
によって覆われ、後に剥がれ落ちることによって異物多
発の原因になっている。また、堆積物によって誘導アン
テナと反応容器内プラズマとの結合状態が変わり、エッ
チング速度や均一性，エッチング垂直性，エッチング側
壁へのサイドウオール付着状況等の経時変化を引き起こ
したりする。不揮発性材料の具体的な例としては、ＭＲ
ＡＭや磁気ヘッドに用いられる強磁性,反強磁性材料の
Ｆｅ,ＮｉＦｅ,ＰｔＭｎ,ＩｒＭｎ。また、ＤＲＡＭの
キャパシタ部やゲート部，ＦＲＡＭのキャパシタ部，Ｍ
ＲＡＭのＴＭＲ(Tunneling Magneto Resistive)素子部
に用いられる貴金属材料のＰｔ，Ｉｒ，Ａｕ，Ｔａ，Ｒ
ｕ。その他にも、高誘電体材料のＡｌ2Ｏ3，ＨｆＯ3，
Ｔａ2Ｏ3，強誘電体材料のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸
鉛），ＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウム），Ｓ
ＢＴ（タンタル酸ストロンチウムビスマス）等が挙げら
れる。
【０００３】従来のプラズマ処理方法及び処理装置の一
つとして、真空容器外周に設けたコイル状のアンテナに
よる誘導型のプラズマ処理装置やマイクロ波を導入する
プラズマ処理装置等があった。いずれの装置においても
不揮発性材料をエッチングする際に、真空容器内壁への
堆積物の対策が十分でなかったために大気開放を伴った
洗浄を繰り返し行っていた。一度洗浄を行うと次の試料
の処理着工までに６〜１２時間も要すことから装置の稼
動効率の低下につながっていた。
つとして、真空容器外周に設けたコイル状のアンテナに
よる誘導型のプラズマ処理装置やマイクロ波を導入する
プラズマ処理装置等があった。いずれの装置においても
不揮発性材料をエッチングする際に、真空容器内壁への
堆積物の対策が十分でなかったために大気開放を伴った
洗浄を繰り返し行っていた。一度洗浄を行うと次の試料
の処理着工までに６〜１２時間も要すことから装置の稼
動効率の低下につながっていた。
【０００４】その一方では、アンテナとプラズマとの間
にファラデーシールドを設け、このファラデーシールド
に高周波電源を接続し電力を供給することで、真空容器
内壁への反応生成物の付着を抑制し、かつ真空容器内壁
のクリーニングを可能とした装置が提案されている。そ
の一例として、特開平１０−２７５６９４号公報，特開
２０００−３２３２９８号公報がある。
にファラデーシールドを設け、このファラデーシールド
に高周波電源を接続し電力を供給することで、真空容器
内壁への反応生成物の付着を抑制し、かつ真空容器内壁
のクリーニングを可能とした装置が提案されている。そ
の一例として、特開平１０−２７５６９４号公報，特開
２０００−３２３２９８号公報がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、具体的なエッチング方法及びクリー
ニング方法については、十分な検討が行われていなかっ
た。
来技術においては、具体的なエッチング方法及びクリー
ニング方法については、十分な検討が行われていなかっ
た。
【０００６】そこで、本発明の目的は、このような問題
点に鑑みてなされたもので、誘導アンテナとプラズマと
の間にファラデーシールドを設けたプラズマ処理装置に
おいて、試料処理中に真空容器内壁への反応生成物の付
着を抑制する、または付着した反応生成物を効率良く除
去することのできるプラズマ処理方法及び処理装置を提
供する。
点に鑑みてなされたもので、誘導アンテナとプラズマと
の間にファラデーシールドを設けたプラズマ処理装置に
おいて、試料処理中に真空容器内壁への反応生成物の付
着を抑制する、または付着した反応生成物を効率良く除
去することのできるプラズマ処理方法及び処理装置を提
供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
する為に次のような手段を採用した。プラズマ生成部を
形成する真空容器に処理ガスを供給し、前記真空容器の
外周に設けられ高周波電力を印加可能なアンテナ及びフ
ァラデーシールドを用いてプラズマを生成し処理を行う
プラズマ処理方法において、前記ファラデーシールドに
少なくとも５００Ｖ以上の電圧を印加し、前記真空容器
内に設けられ被エッチング材料が不揮発性材料である試
料をエッチングすることとした。
する為に次のような手段を採用した。プラズマ生成部を
形成する真空容器に処理ガスを供給し、前記真空容器の
外周に設けられ高周波電力を印加可能なアンテナ及びフ
ァラデーシールドを用いてプラズマを生成し処理を行う
プラズマ処理方法において、前記ファラデーシールドに
少なくとも５００Ｖ以上の電圧を印加し、前記真空容器
内に設けられ被エッチング材料が不揮発性材料である試
料をエッチングすることとした。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を用いて説明する。図１は本発明のプラズマ処理装置
の断面図を示す。真空容器２は内部にプラズマ生成部を
形成する絶縁材料（例えば、石英，セラミック等の非導
電性材料）で成る放電部２ａと、被処理物である試料１
２，試料１２を配置するための電極５が配置された処理
部２ｂとから成る。処理部２ｂはアースに設置されてお
り、電極５は絶縁材を介して処理部２ｂに取り付けられ
る。放電部２ａの外周にはコイル状の誘導結合アンテナ
１が配置されている。また、放電部２ａ外側には、プラ
ズマ６と静電容量的に結合する円盤状のファラデーシー
ルド８が設けられている。誘導結合アンテナ１とファラ
デーシールド８は、整合器（マッチングボックス）３を
介して第一の高周波電源１０に直列に接続されている。
また、ファラデーシールド８と並列に、インピーダンス
の大きさが可変可能な回路がアースに接地してある。真
空容器２内にはガス供給装置４から処理ガスが供給され
る一方で、排気装置７によって所定の圧力に減圧排気さ
れる。ガス供給装置４より真空容器２内に処理ガスを供
給し、該処理ガスを誘導結合アンテナ１とファラデーシ
ールド８により発生する電界の作用によってプラズマ化
する。電極５には第二の高周波電源１１が接続されてい
る。また、第一の高周波電源１０により発生する、例え
ば、１３.５６ＭＨｚ，２７.１２ＭＨｚ，４０.６８Ｍ
Ｈｚ等のＨＦ帯や、更に周波数が高いＶＨＦ帯等の高周
波電力を誘導結合アンテナ１とファラデーシールド８に
供給することによりプラズマ生成用の電界を得ている
が、電力の反射を抑えるために整合器（マッチングボッ
クス）３を用いて、誘導結合アンテナ１のインピーダン
スを第一の高周波電源１０の出力インピーダンスに一致
させている。整合器（マッチングボックス）３は、一般
的に逆Ｌ型と呼ばれる、静電容量を可変可能な可変コン
デンサ９を２個用いたものを使用している。また、プラ
ズマ６中に存在するイオンを試料１２上に引き込むため
に電極５に第二の高周波電源１１によりバイアス電圧を
印加する。
面を用いて説明する。図１は本発明のプラズマ処理装置
の断面図を示す。真空容器２は内部にプラズマ生成部を
形成する絶縁材料（例えば、石英，セラミック等の非導
電性材料）で成る放電部２ａと、被処理物である試料１
２，試料１２を配置するための電極５が配置された処理
部２ｂとから成る。処理部２ｂはアースに設置されてお
り、電極５は絶縁材を介して処理部２ｂに取り付けられ
る。放電部２ａの外周にはコイル状の誘導結合アンテナ
１が配置されている。また、放電部２ａ外側には、プラ
ズマ６と静電容量的に結合する円盤状のファラデーシー
ルド８が設けられている。誘導結合アンテナ１とファラ
デーシールド８は、整合器（マッチングボックス）３を
介して第一の高周波電源１０に直列に接続されている。
また、ファラデーシールド８と並列に、インピーダンス
の大きさが可変可能な回路がアースに接地してある。真
空容器２内にはガス供給装置４から処理ガスが供給され
る一方で、排気装置７によって所定の圧力に減圧排気さ
れる。ガス供給装置４より真空容器２内に処理ガスを供
給し、該処理ガスを誘導結合アンテナ１とファラデーシ
ールド８により発生する電界の作用によってプラズマ化
する。電極５には第二の高周波電源１１が接続されてい
る。また、第一の高周波電源１０により発生する、例え
ば、１３.５６ＭＨｚ，２７.１２ＭＨｚ，４０.６８Ｍ
Ｈｚ等のＨＦ帯や、更に周波数が高いＶＨＦ帯等の高周
波電力を誘導結合アンテナ１とファラデーシールド８に
供給することによりプラズマ生成用の電界を得ている
が、電力の反射を抑えるために整合器（マッチングボッ
クス）３を用いて、誘導結合アンテナ１のインピーダン
スを第一の高周波電源１０の出力インピーダンスに一致
させている。整合器（マッチングボックス）３は、一般
的に逆Ｌ型と呼ばれる、静電容量を可変可能な可変コン
デンサ９を２個用いたものを使用している。また、プラ
ズマ６中に存在するイオンを試料１２上に引き込むため
に電極５に第二の高周波電源１１によりバイアス電圧を
印加する。
【０００９】次に、ファラデーシールド８について詳し
く説明する。図２に示すように、たて縞状のスリットを
有する金属導体からなり、真空容器に重なる形で配置さ
れる。ファラデーシールド８への電圧印加は、図１のＶ
Ｃ３で表される可変コンデンサ９ｃで調節可能としてい
る。ファラデーシールド８への電圧印加は、試料の処理
レシピによって所定の値に設定可能とした。
く説明する。図２に示すように、たて縞状のスリットを
有する金属導体からなり、真空容器に重なる形で配置さ
れる。ファラデーシールド８への電圧印加は、図１のＶ
Ｃ３で表される可変コンデンサ９ｃで調節可能としてい
る。ファラデーシールド８への電圧印加は、試料の処理
レシピによって所定の値に設定可能とした。
【００１０】次に、ファラデーシールド８の印加電圧の
最適化を図るために、ファラデーシールド８に印加され
た電圧と真空容器内壁にかかるシース電圧との関係をシ
ミュレーションにより算出した。
最適化を図るために、ファラデーシールド８に印加され
た電圧と真空容器内壁にかかるシース電圧との関係をシ
ミュレーションにより算出した。
【００１１】ファラデーシールド８に高周波電圧Ｖｆｓ
を印加したとき、真空容器内壁には直流電圧Ｖｓｈが印
加される。このため、プラズマ中のイオンが真空容器内
壁に向かって加速され壁を叩くことになる。このイオン
加速電圧Ｖｓｈは、 Ｖｓｈ＝Ｖｆｓ／２＊Ｄｓｈ／((Ｄｆｓ＋Ｄｃｈ／ε)＋Ｄｓｈ）＋Ｖｓ …（１式） で与えられる。ここでＤｓｈは真空容器内壁にできるシ
ース厚みであり、Ｄｃｈは真空容器の厚み、εは真空容
器の比誘電率、Ｖｓはプラズマ空間電位（通常約１５Ｖ
程度）である。また、真空容器内壁に形成されるシース
厚みＤｓｈは、 Ｄｓｈ＝１Ｅ３＊（２5/4）／３ ＊(ＩＣＦ／８.８５Ｅ−１２)-0.5 ＊((Ｍｉ／１.６０２Ｅ−１９)-0.25＊Ｖｓｈ0.75 …（２式） で与えられる。ここでＩＣＦはプラズマの飽和電流密
度、Ｍｉはイオン質量である。上式、ＶｓｈとＤｓｈの
式は連立しており、非線形な依存性を持っている。
を印加したとき、真空容器内壁には直流電圧Ｖｓｈが印
加される。このため、プラズマ中のイオンが真空容器内
壁に向かって加速され壁を叩くことになる。このイオン
加速電圧Ｖｓｈは、 Ｖｓｈ＝Ｖｆｓ／２＊Ｄｓｈ／((Ｄｆｓ＋Ｄｃｈ／ε)＋Ｄｓｈ）＋Ｖｓ …（１式） で与えられる。ここでＤｓｈは真空容器内壁にできるシ
ース厚みであり、Ｄｃｈは真空容器の厚み、εは真空容
器の比誘電率、Ｖｓはプラズマ空間電位（通常約１５Ｖ
程度）である。また、真空容器内壁に形成されるシース
厚みＤｓｈは、 Ｄｓｈ＝１Ｅ３＊（２5/4）／３ ＊(ＩＣＦ／８.８５Ｅ−１２)-0.5 ＊((Ｍｉ／１.６０２Ｅ−１９)-0.25＊Ｖｓｈ0.75 …（２式） で与えられる。ここでＩＣＦはプラズマの飽和電流密
度、Ｍｉはイオン質量である。上式、ＶｓｈとＤｓｈの
式は連立しており、非線形な依存性を持っている。
【００１２】図３は、厚みが１０mm，１５mmのアルミナ
真空容器、また、厚みが１０mmの石英真空容器である場
合の、ファラデーシールド８への印加電圧Ｖｆｓとシー
ス電圧Ｖｓｈとの関係を求めた結果を示す。ここでは、
プラズマは塩素プラズマ、飽和イオン電流は４ｍＡ／cm
2 とした。１０mmのアルミナ真空容器においては、ファ
ラデーシールド８に５００Ｖの電圧を印加した場合はシ
ース電圧が約６０Ｖとなり、１５００Ｖの電圧を印加し
た場合はシース電圧が約３６０Ｖとなることが分かる。
また、１５mmのアルミナ真空容器や１０mmの石英真空容
器においては、シース電圧が１０mmのアルミナ真空容器
に比べ、それぞれ約７割，４割に低下しており、同等の
効果を得るためには、より高い電圧を印加する必要があ
ることが分かる。
真空容器、また、厚みが１０mmの石英真空容器である場
合の、ファラデーシールド８への印加電圧Ｖｆｓとシー
ス電圧Ｖｓｈとの関係を求めた結果を示す。ここでは、
プラズマは塩素プラズマ、飽和イオン電流は４ｍＡ／cm
2 とした。１０mmのアルミナ真空容器においては、ファ
ラデーシールド８に５００Ｖの電圧を印加した場合はシ
ース電圧が約６０Ｖとなり、１５００Ｖの電圧を印加し
た場合はシース電圧が約３６０Ｖとなることが分かる。
また、１５mmのアルミナ真空容器や１０mmの石英真空容
器においては、シース電圧が１０mmのアルミナ真空容器
に比べ、それぞれ約７割，４割に低下しており、同等の
効果を得るためには、より高い電圧を印加する必要があ
ることが分かる。
【００１３】図４は、１０mmのアルミナ真空容器におい
て、試料上の被エッチング材料のＰｔをエッチングした
時の、真空容器内壁に堆積する反応生成物堆積速度とフ
ァラデーシールド８に電圧を印加することで真空容器内
壁に付着した反応生成物を除去する反応生成物クリーニ
ング速度を示す。図４から、ファラデーシールド電圧約
５００Ｖにて、反応生成物堆積速度と反応生成物クリー
ニング速度がほぼ釣り合うことが分かる。すなわち、Ｐ
ｔを処理する際に、約５００Ｖのファラデーシールド電
圧を印加することで、真空容器内壁には反応生成物が堆
積しないことが分かる。また、真空容器内壁は過剰にク
リーニングされることもないため、真空容器内壁のアル
ミナを損傷することなく、長期にわたって安定した処理
が可能である。これにより、エッチング中に反応生成物
が真空容器内壁に付着することを抑制することができ
る。
て、試料上の被エッチング材料のＰｔをエッチングした
時の、真空容器内壁に堆積する反応生成物堆積速度とフ
ァラデーシールド８に電圧を印加することで真空容器内
壁に付着した反応生成物を除去する反応生成物クリーニ
ング速度を示す。図４から、ファラデーシールド電圧約
５００Ｖにて、反応生成物堆積速度と反応生成物クリー
ニング速度がほぼ釣り合うことが分かる。すなわち、Ｐ
ｔを処理する際に、約５００Ｖのファラデーシールド電
圧を印加することで、真空容器内壁には反応生成物が堆
積しないことが分かる。また、真空容器内壁は過剰にク
リーニングされることもないため、真空容器内壁のアル
ミナを損傷することなく、長期にわたって安定した処理
が可能である。これにより、エッチング中に反応生成物
が真空容器内壁に付着することを抑制することができ
る。
【００１４】次に、図５を用いて様々なプラズマ処理方
法について説明する。Ａに示す処理方法は、試料をエッ
チングする際に真空容器内壁への反応生成物の付着を抑
制するために、ファラデーシールド電圧を印加しつつ処
理を行う方法である。この方法では反応生成物の真空容
器内壁への付着を低減できるため、安定した放電を得る
ことが可能である。また、洗浄やクリーニングの回数を
低減できるため装置の稼動効率が良い。
法について説明する。Ａに示す処理方法は、試料をエッ
チングする際に真空容器内壁への反応生成物の付着を抑
制するために、ファラデーシールド電圧を印加しつつ処
理を行う方法である。この方法では反応生成物の真空容
器内壁への付着を低減できるため、安定した放電を得る
ことが可能である。また、洗浄やクリーニングの回数を
低減できるため装置の稼動効率が良い。
【００１５】Ｂに示す処理方法は、試料をｎ枚エッチン
グする毎にクリーニングを行う方法である。ファラデー
シールドに電圧を印加しながらエッチングを行っても完
全に反応生成物を除去できない場合や、ファラデーシー
ルドに電圧を印加せずにエッチング速度を優先した処理
等に用いる処理方法である。この方法であれば、クリー
ニングする時は、試料のエッチングガスとは異なるガス
を用いることができる。よって、クリーニング効果の高
いガスを選択すれば、完全に反応生成物を除去すること
もできる。また、クリーニング時間を短縮することも可
能である。
グする毎にクリーニングを行う方法である。ファラデー
シールドに電圧を印加しながらエッチングを行っても完
全に反応生成物を除去できない場合や、ファラデーシー
ルドに電圧を印加せずにエッチング速度を優先した処理
等に用いる処理方法である。この方法であれば、クリー
ニングする時は、試料のエッチングガスとは異なるガス
を用いることができる。よって、クリーニング効果の高
いガスを選択すれば、完全に反応生成物を除去すること
もできる。また、クリーニング時間を短縮することも可
能である。
【００１６】Ｃに示す処理方法は、Ａの処理方法の前に
エージング処理を実施する方法である。大気開放を伴う
洗浄を実施した後に、いち早く安定した装置状態を得る
ために用いる方法である。洗浄後の装置は真空容器内壁
に様々な物質が付着しており異物が発生し易い。そのた
め、電極５にダミーウエハを搬送しファラデーシールド
に少なくとも５００Ｖ以上の電圧を印加しながら塩素ガ
スを中心としたプラズマ放電を発生させることにより、
真空容器内の異物を低減させる処理を行う。その後に、
エッチングを行うことにより異物による影響を低減する
ことができる。
エージング処理を実施する方法である。大気開放を伴う
洗浄を実施した後に、いち早く安定した装置状態を得る
ために用いる方法である。洗浄後の装置は真空容器内壁
に様々な物質が付着しており異物が発生し易い。そのた
め、電極５にダミーウエハを搬送しファラデーシールド
に少なくとも５００Ｖ以上の電圧を印加しながら塩素ガ
スを中心としたプラズマ放電を発生させることにより、
真空容器内の異物を低減させる処理を行う。その後に、
エッチングを行うことにより異物による影響を低減する
ことができる。
【００１７】Ｄに示す処理方法は、Ｃで説明したエージ
ング処理方法とＢで説明したクリーニングとの組み合わ
せである。異物の発生や放電状態の変化，プロセスの経
時変化が特に問題となる場合に適した処理方法である。
従来、頻繁に大気開放を伴う洗浄を実施しなければなら
なかったプロセスにおいても、この処理方法を用いるこ
とにより、異物低減を図れると共に、安定したエッチン
グ性能が得ることができ、装置の稼働効率を向上させる
ことができる。
ング処理方法とＢで説明したクリーニングとの組み合わ
せである。異物の発生や放電状態の変化，プロセスの経
時変化が特に問題となる場合に適した処理方法である。
従来、頻繁に大気開放を伴う洗浄を実施しなければなら
なかったプロセスにおいても、この処理方法を用いるこ
とにより、異物低減を図れると共に、安定したエッチン
グ性能が得ることができ、装置の稼働効率を向上させる
ことができる。
【００１８】以下、種々の不揮発性材料を本発明の処理
方法にて、エッチングした例について述べる。
方法にて、エッチングした例について述べる。
【００１９】図６は、ファラデーシールドに約６００Ｖ
の電圧を印加して１ロット（８枚）連続してＡｕを処理
した時のエッチング速度を示す。ファラデーシールド電
圧を印加せずに処理を行うと、処理ウエハ８枚目で反応
生成物の影響によりプラズマが消失しエッチングの続行
が不可能であったが、ファラデーシールドに電圧を印加
した処理を行うことで、エッチング速度のロット内均一
性が２.６％ という安定した処理が実施できることが分
かる。ロット内均一性とは、１ロット（例えば、ウエハ
８枚，１２枚，２５枚毎の単位）内のウエハ毎のエッチ
ング速度のバラツキを示し、数値が低い程、安定したエ
ッチングが行われたことになる。また、ＮｉＦｅのエッ
チングにおいてもＡｕと同様に、安定したエッチング速
度が得られ、ロット内均一性が１.３％ であった。ま
た、ＦｅＮのエッチングにおいても、ロット内均一性は
約３％となり安定したエッチングを得ることができる。
の電圧を印加して１ロット（８枚）連続してＡｕを処理
した時のエッチング速度を示す。ファラデーシールド電
圧を印加せずに処理を行うと、処理ウエハ８枚目で反応
生成物の影響によりプラズマが消失しエッチングの続行
が不可能であったが、ファラデーシールドに電圧を印加
した処理を行うことで、エッチング速度のロット内均一
性が２.６％ という安定した処理が実施できることが分
かる。ロット内均一性とは、１ロット（例えば、ウエハ
８枚，１２枚，２５枚毎の単位）内のウエハ毎のエッチ
ング速度のバラツキを示し、数値が低い程、安定したエ
ッチングが行われたことになる。また、ＮｉＦｅのエッ
チングにおいてもＡｕと同様に、安定したエッチング速
度が得られ、ロット内均一性が１.３％ であった。ま
た、ＦｅＮのエッチングにおいても、ロット内均一性は
約３％となり安定したエッチングを得ることができる。
【００２０】図７は、ファラデーシールドに電圧を印加
せずに１ロット（８枚）連続してＴａを処理した時のエ
ッチング速度を示す。Ｔａの処理においては、経時変化
よりもエッチング速度を優先するため、ファラデーシー
ルド電圧は印加せずに処理を行う。その後で、真空容器
内壁に付着した反応生成物を除去するために、１ロット
処理後にクリーニングを行った。ロット内の均一性は約
４.８％程度であり、クリーニング実施によるロット間
均一性は約１.７％となった。ロット間均一性とは、例
えば、各ロット１枚目のウエハのエッチング速度のバラ
ツキを示し、数値が低い程、安定したクリーニングが行
われたことになる。
せずに１ロット（８枚）連続してＴａを処理した時のエ
ッチング速度を示す。Ｔａの処理においては、経時変化
よりもエッチング速度を優先するため、ファラデーシー
ルド電圧は印加せずに処理を行う。その後で、真空容器
内壁に付着した反応生成物を除去するために、１ロット
処理後にクリーニングを行った。ロット内の均一性は約
４.８％程度であり、クリーニング実施によるロット間
均一性は約１.７％となった。ロット間均一性とは、例
えば、各ロット１枚目のウエハのエッチング速度のバラ
ツキを示し、数値が低い程、安定したクリーニングが行
われたことになる。
【００２１】図８は、ファラデーシールドに約７００Ｖ
の電圧を印加してＰｔを処理した時のエッチング速度を
示す。１ロット（２５枚）処理後に、ファラデーシール
ドに１５００Ｖの電圧を印加するクリーニングを約１０
分行った結果、ロット内均一性，ロット間均一性共に約
１.３％の安定した処理が実施することができる。ま
た、Ｉｒにおいても、ファラデーシールドに約６００Ｖ
の電圧を印加して処理を行い、１ロット（２５枚）処理
後に、上記クリーニングを行えば、ロット内均一性は約
２.９％ 、ロット間均一性は約３％を得ることができ
る。
の電圧を印加してＰｔを処理した時のエッチング速度を
示す。１ロット（２５枚）処理後に、ファラデーシール
ドに１５００Ｖの電圧を印加するクリーニングを約１０
分行った結果、ロット内均一性，ロット間均一性共に約
１.３％の安定した処理が実施することができる。ま
た、Ｉｒにおいても、ファラデーシールドに約６００Ｖ
の電圧を印加して処理を行い、１ロット（２５枚）処理
後に、上記クリーニングを行えば、ロット内均一性は約
２.９％ 、ロット間均一性は約３％を得ることができ
る。
【００２２】次に、ファラデーシールドを用い真空容器
内壁に付着した反応生成物を適切な時間でクリーニング
するためのクリーニング時間の終点を検出する終点判定
方法について図９，図１０を用いて説明する。横軸はク
リーニング時間、縦軸は発光強度を示す。
内壁に付着した反応生成物を適切な時間でクリーニング
するためのクリーニング時間の終点を検出する終点判定
方法について図９，図１０を用いて説明する。横軸はク
リーニング時間、縦軸は発光強度を示す。
【００２３】図９は、反応生成物の波長を観測した場合
の終点判定方法である。ファラデーシールドに電圧を印
加することで、真空容器内壁に付着した反応生成物が除
去され始める。これにより、反応生成物が電離し真空容
器内を漂うため、反応生成物の発光強度が強くなる。徐
々に真空容器内の反応生成物が除去され始めると発光強
度も下がり、２次差分も減少する。次第に２次差分が上
昇し始め０を横切るところが終点となる。
の終点判定方法である。ファラデーシールドに電圧を印
加することで、真空容器内壁に付着した反応生成物が除
去され始める。これにより、反応生成物が電離し真空容
器内を漂うため、反応生成物の発光強度が強くなる。徐
々に真空容器内の反応生成物が除去され始めると発光強
度も下がり、２次差分も減少する。次第に２次差分が上
昇し始め０を横切るところが終点となる。
【００２４】図１０は、真空容器自体から発生する生成
物の波長を観測した場合の終点判定方法である。例え
ば、真空容器がアルミナ製であれば発光波長は３０８ｎ
ｍ(Al)，３９６ｎｍ(Ａｌ）等であり、石英製であれば
３９１ｎｍ(ＳｉＣｌ），４３７ｎｍ（ＳｉＦ）等であ
る。ファラデーシールドに電圧を印加することで、真空
容器内壁に付着した反応生成物が除去され始めるが、反
応生成物が真空容器内壁を覆っているため発光強度は低
い。徐々に真空容器内壁に付着した反応生成物が減少す
るため、真空容器の表層部が現れる。これにより、発光
強度が上昇し、２次差分も上昇する。次第に２次差分が
下降し始め０を横切るところが終点となる。
物の波長を観測した場合の終点判定方法である。例え
ば、真空容器がアルミナ製であれば発光波長は３０８ｎ
ｍ(Al)，３９６ｎｍ(Ａｌ）等であり、石英製であれば
３９１ｎｍ(ＳｉＣｌ），４３７ｎｍ（ＳｉＦ）等であ
る。ファラデーシールドに電圧を印加することで、真空
容器内壁に付着した反応生成物が除去され始めるが、反
応生成物が真空容器内壁を覆っているため発光強度は低
い。徐々に真空容器内壁に付着した反応生成物が減少す
るため、真空容器の表層部が現れる。これにより、発光
強度が上昇し、２次差分も上昇する。次第に２次差分が
下降し始め０を横切るところが終点となる。
【００２５】このような方法を用いることにより、真空
容器内壁に反応生成物を残すこと無く、また過剰なクリ
ーニングにより真空容器内壁を損傷することが無いた
め、長期に渡って安定した処理を行うことが可能となり
真空容器の寿命も延ばすことができる。
容器内壁に反応生成物を残すこと無く、また過剰なクリ
ーニングにより真空容器内壁を損傷することが無いた
め、長期に渡って安定した処理を行うことが可能となり
真空容器の寿命も延ばすことができる。
【００２６】次に、異物モニタを用いた真空容器内壁の
クリーニング間隔の最適化について説明する。従来は、
不安定なエッチングによる製品不良を防止するために、
予め設定した間隔、例えば、１ロット毎にクリーニング
を強制的に実施していた。本実施例では、試料の処理中
にリアルタイムに異物の測定を行い、予め定めておいた
上限値（例えば、エッチングに支障をきたす恐れのある
異物個数）及び下限値（例えば、試料処理前の異物個
数）に基づいて、クリーニング間隔の最適化を図る。図
１１は、処理時間と異物個数との関係を示す。試料の処
理を重ねるに従いプラズマ中の異物個数は上昇する。ｎ
枚目の試料の処理中に所定の異物個数の上限を超えた場
合、ｎ枚目の試料の処理後、次のｎ＋１枚目の試料の処
理は行わず、ここで、ファラデーシールドに電圧を印加
したクリーニングを実施する。このクリーニングは自動
的に実施できるように設定しておくほうが望ましい。こ
のクリーニングにおいても、異物個数のモニタを行い、
異物個数が所定の下限を超えたらクリーニングを中止
し、ｎ＋１枚目の試料の処理を開始する。これを繰り返
すことにより、クリーニング間隔の最適化が図られ、装
置の稼動効率が向上する。
クリーニング間隔の最適化について説明する。従来は、
不安定なエッチングによる製品不良を防止するために、
予め設定した間隔、例えば、１ロット毎にクリーニング
を強制的に実施していた。本実施例では、試料の処理中
にリアルタイムに異物の測定を行い、予め定めておいた
上限値（例えば、エッチングに支障をきたす恐れのある
異物個数）及び下限値（例えば、試料処理前の異物個
数）に基づいて、クリーニング間隔の最適化を図る。図
１１は、処理時間と異物個数との関係を示す。試料の処
理を重ねるに従いプラズマ中の異物個数は上昇する。ｎ
枚目の試料の処理中に所定の異物個数の上限を超えた場
合、ｎ枚目の試料の処理後、次のｎ＋１枚目の試料の処
理は行わず、ここで、ファラデーシールドに電圧を印加
したクリーニングを実施する。このクリーニングは自動
的に実施できるように設定しておくほうが望ましい。こ
のクリーニングにおいても、異物個数のモニタを行い、
異物個数が所定の下限を超えたらクリーニングを中止
し、ｎ＋１枚目の試料の処理を開始する。これを繰り返
すことにより、クリーニング間隔の最適化が図られ、装
置の稼動効率が向上する。
【００２７】次に、三塩化ホウ素と塩素の混合ガスによ
るクリーニングについて説明する。図１２の（ａ）は、
Ｒｕをエッチングする前のアルミナ製真空容器の放電部
２ａの内側を表す。また、（ｂ）はエッチング後の様子
を表す。黒く見える部分が反応生成物が堆積している箇
所である。この反応生成物を除去するために、クリーニ
ングガスとして塩素と酸素の混合ガスを使用して約３０
分間クリーニングを行った結果を（ｃ）に表す。反応生
成物を完全に取り除くことができなかった。次に同じ条
件においてエッチングを行い、後に三塩化ホウ素と塩素
の混合ガスを使用して約３０分間のクリーニングを行っ
た結果を（ｄ）に表す。ほぼ完全に反応生成物を除去す
ることができた。
るクリーニングについて説明する。図１２の（ａ）は、
Ｒｕをエッチングする前のアルミナ製真空容器の放電部
２ａの内側を表す。また、（ｂ）はエッチング後の様子
を表す。黒く見える部分が反応生成物が堆積している箇
所である。この反応生成物を除去するために、クリーニ
ングガスとして塩素と酸素の混合ガスを使用して約３０
分間クリーニングを行った結果を（ｃ）に表す。反応生
成物を完全に取り除くことができなかった。次に同じ条
件においてエッチングを行い、後に三塩化ホウ素と塩素
の混合ガスを使用して約３０分間のクリーニングを行っ
た結果を（ｄ）に表す。ほぼ完全に反応生成物を除去す
ることができた。
【００２８】また図１３の（ａ）は、Ａｕをエッチング
する前のアルミナ製真空容器の放電部２ａの内側を表
す。また、（ｂ）はファラデーシールドに電圧を印加せ
ずにエッチングしたため、反応生成物が全面に付着して
いる様子が分かる。この反応生成物を除去するために、
三塩化ホウ素と塩素の混合ガスを使用して約１０分間の
クリーニングを行ったところ、（ｃ）のように、ほぼ完
全に反応生成物を除去することができた。
する前のアルミナ製真空容器の放電部２ａの内側を表
す。また、（ｂ）はファラデーシールドに電圧を印加せ
ずにエッチングしたため、反応生成物が全面に付着して
いる様子が分かる。この反応生成物を除去するために、
三塩化ホウ素と塩素の混合ガスを使用して約１０分間の
クリーニングを行ったところ、（ｃ）のように、ほぼ完
全に反応生成物を除去することができた。
【００２９】上述のように、クリーニングガスは、三塩
化ホウ素と塩素の混合ガスが効率が良く、特に三塩化ホ
ウ素＝２０％，塩素＝８０％に設定し、クリーニングし
た時が最も有効である。また、三塩化ホウ素と塩素の混
合ガスは様々な不揮発性材料のエッチングによって発生
する反応生成物に対してもクリーニングの効果があるこ
とが分かった。
化ホウ素と塩素の混合ガスが効率が良く、特に三塩化ホ
ウ素＝２０％，塩素＝８０％に設定し、クリーニングし
た時が最も有効である。また、三塩化ホウ素と塩素の混
合ガスは様々な不揮発性材料のエッチングによって発生
する反応生成物に対してもクリーニングの効果があるこ
とが分かった。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、何
れの不揮発性材料の試料においても、最適なファラデー
シールド電圧を印加することで、試料処理中に真空容器
内壁への反応生成物の付着を抑制でき、また、真空容器
内壁に堆積した反応生成物を効率良く取り除くことがで
きるプラズマ処理方法及び処理装置を提供することがで
きる。
れの不揮発性材料の試料においても、最適なファラデー
シールド電圧を印加することで、試料処理中に真空容器
内壁への反応生成物の付着を抑制でき、また、真空容器
内壁に堆積した反応生成物を効率良く取り除くことがで
きるプラズマ処理方法及び処理装置を提供することがで
きる。
【図１】本発明に用いたプラズマ処理装置の断面図であ
る。
る。
【図２】本発明に用いたファラデーシールドの概略図で
ある。
ある。
【図３】ファラデーシールド電圧とシース電圧との関係
を示す図である。
を示す図である。
【図４】ファラデーシールド電圧と反応生成物クリーニ
ング速度及び反応生成物堆積速度との関係を示す図であ
る。
ング速度及び反応生成物堆積速度との関係を示す図であ
る。
【図５】本発明のプラズマ処理方法を示す図である。
【図６】処理枚数とＡｕのエッチング速度との関係を示
す図である。
す図である。
【図７】処理枚数とＴａのエッチング速度との関係を示
す図である。
す図である。
【図８】処理枚数とＰｔのエッチング速度との関係を示
す図である。
す図である。
【図９】本発明の終点判定方法を示す図である。
【図１０】本発明の終点判定方法を示す図である。
【図１１】本発明のプラズマ処理方法を示す図である。
【図１２】本発明のクリーニング結果を示す図である。
【図１３】本発明のクリーニング結果を示す図である。
１…誘導結合アンテナ、２…真空容器、２ａ…放電部、
２ｂ…処理部、３…整合器（マッチングボックス）、４
…ガス供給装置、５…電極、６…プラズマ、７…排気装
置、８…ファラデーシールド、９…可変コンデンサ、１
０，１１…高周波電源、１２…試料。
２ｂ…処理部、３…整合器（マッチングボックス）、４
…ガス供給装置、５…電極、６…プラズマ、７…排気装
置、８…ファラデーシールド、９…可変コンデンサ、１
０，１１…高周波電源、１２…試料。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 金清 任光
山口県下松市大字東豊井794番地 株式会
社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括
本部笠戸事業所内
(72)発明者 光田 明彦
山口県下松市大字東豊井794番地 株式会
社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括
本部笠戸事業所内
(72)発明者 島田 剛
山口県下松市大字東豊井794番地 株式会
社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括
本部笠戸事業所内
(72)発明者 金井 三郎
山口県下松市大字東豊井794番地 株式会
社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括
本部笠戸事業所内
Ｆターム(参考） 5F004 AA01 AA15 BA20 BB11 BB13
BB28 BC02 BD03 CA03 CA06
CB02 CB16 DA04 DA11 DA26
DB08 DB12 DB29
Claims (9)
- 【請求項１】プラズマ生成部を形成する真空容器に処理
ガスを供給し、前記真空容器の外周に設けられ高周波電
力を印加可能なアンテナ及びファラデーシールドを用い
てプラズマを生成し処理を行うプラズマ処理方法におい
て、 前記ファラデーシールドに少なくとも５００Ｖ以上の電
圧を印加し、 前記真空容器内に設けられ被エッチング材料が不揮発性
材料である試料をエッチングすることを特徴とするプラ
ズマ処理方法。 - 【請求項２】プラズマ生成部を形成する真空容器に処理
ガスを供給し、前記真空容器の外周に設けられ高周波電
力を印加可能なアンテナ及びファラデーシールドを用い
てプラズマを生成し処理を行うプラズマ処理方法におい
て、 前記ファラデーシールドに少なくとも５００Ｖ以上の電
圧を印加し、 前記真空容器内壁に付着した反応生成物をクリーニング
することを特徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項３】請求項２に記載のプラズマ処理方法におい
て、前記処理ガスは、三塩化ホウ素及び塩素を含む混合
ガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項４】請求項３に記載のプラズマ処理方法におい
て、前記混合ガスの割合は、三塩化ホウ素が２０％、塩
素が８０％となるようにガスを供給しクリーニングする
ことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項５】請求項２に記載のプラズマ処理方法におい
て、前記ファラデーシールドに少なくとも１５００Ｖ以
上の電圧を印加することを特徴とするプラズマ処理方
法。 - 【請求項６】プラズマ生成部を形成する真空容器に処理
ガスを供給し、前記真空容器の外周に設けられ高周波電
力を印加可能なアンテナ及びファラデーシールドを用い
てプラズマを生成し処理を行うプラズマ処理方法におい
て、 ダミーウエハを試料台上へ搬送し、前記ファラデーシー
ルドに少なくとも500Ｖ以上の電圧を印加し、塩素を含
むガスを用いたプラズマによって、真空容器内の異物を
除去する第１のステップと、 前記第１のステップ後、前記真空容器内の試料台上に設
けられ被エッチング材料が不揮発材料である試料をエッ
チングする第２のステップと、 前記第２のステップ後、前記ファラデーシールドに少な
くとも１５００Ｖ以上の電圧を印加し、三塩化ホウ素及
び塩素を含む混合ガスを用いて、真空容器内の反応生成
物を除去する第３のステップとを有することを特徴とす
るプラズマ処理方法。 - 【請求項７】プラズマ生成部を形成する真空容器に処理
ガスを供給し、前記真空容器の外周に設けられ高周波電
力を印加可能なアンテナ及びファラデーシールドを用い
てプラズマを生成し処理を行うプラズマ処理方法におい
て、 真空容器内の異物個数を異物モニタにより検出し、異物
個数が所定の上限値を超えた場合は、ファラデーシール
ドに電圧を印加したクリーニング行い、異物個数が所定
の下限値を超えたらクリーニングを終了することを特徴
とするプラズマ処理方法。 - 【請求項８】プラズマ生成部を形成する真空容器と、前
記真空容器にガスを供給するガス供給手段と、前記プラ
ズマ生成部に電界を発生するアンテナと、前記真空容器
の外周に設けられたファラデーシールドと、前記アンテ
ナ及びファラデーシールドに高周波電力を供給する高周
波電源と終点判定検出手段とを備え、 前記終点判定検出手段においては、反応生成物の発光波
長を検出することにより、前記真空容器内壁のクリーニ
ングの終点を検出することを特徴とするプラズマ処理装
置。 - 【請求項９】プラズマ生成部を形成する真空容器と、前
記真空容器にガスを供給するガス供給手段と、前記プラ
ズマ生成部に電界を発生するアンテナと、前記真空容器
の外周に設けられたファラデーシールドと、前記アンテ
ナ及びファラデーシールドに高周波電力を供給する高周
波電源と終点判定検出手段とを備え、 前記終点判定検出手段においては、前記真空容器の材質
の発光波長を検出することにより、前記真空容器内壁の
クリーニングの終点を検出することを特徴とするプラズ
マ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002038730A JP3630666B2 (ja) | 2002-02-15 | 2002-02-15 | プラズマ処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002038730A JP3630666B2 (ja) | 2002-02-15 | 2002-02-15 | プラズマ処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003243362A true JP2003243362A (ja) | 2003-08-29 |
| JP3630666B2 JP3630666B2 (ja) | 2005-03-16 |
Family
ID=27779966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002038730A Expired - Lifetime JP3630666B2 (ja) | 2002-02-15 | 2002-02-15 | プラズマ処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3630666B2 (ja) |
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-
2002
- 2002-02-15 JP JP2002038730A patent/JP3630666B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US9281470B2 (en) | 2014-05-30 | 2016-03-08 | Hitachi High-Technologies Corporation | Plasma processing method |
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