JP2006270030A - プラズマ処理方法、および後処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理チャンバー内だけでなく、搬送システムにおける腐食も確実に防止できるようなプラズマ処理方法および後処理方法を提供する。
【解決手段】 チャンバー内の被処理体に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法は、少なくともハロゲン元素を含むガスをプラズマ化して生成した第１のプラズマにより被処理体を処理する第１のプラズマ処理と、第１のプラズマ処理後、前記チャンバー内に酸素を含むガスを供給し、第２のプラズマを生成させて前記チャンバーおよび被処理体を処理する第２のプラズマ処理と、第２のプラズマ処理後の被処理体を、少なくともフッ素を含むガスをプラズマ化して生成した第３のプラズマにより処理する第３のプラズマ処理と、を含むものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマ処理方法および後処理方法に関し、詳細には、例えば半導体ウエハなどに対して、エッチング処理などを行うためのプラズマ処理方法、および後処理方法に関する。

半導体ウエハなどの基板に対し、臭化水素や塩素などの腐食性ガスを用いてドライエッチングを行うプロセスにおいては、処理チャンバー内に付着した反応生成物の剥がれによるパーティクルの発生や、腐食性ガスによる処理チャンバーの劣化などへの対策が必要である。このため、ドライエッチング後にＯ_２プラズマによるクリーニングを行うことが提案されている（例えば、特許文献１）。このＯ_２プラズマによるクリーニングは、チャンバー内のハロゲン雰囲気の置換や、チャンバーの腐食対策に有効であり、また、基板上に吸着している腐食性ガスをスパッタリングにより除去する効果も期待できる。

しかしながら、エッチング処理後の基板上には、反応生成物の堆積がみられ、例えばシリコン基板へのエッチングの場合は、ＳｉＢｒ_４、ＳｉＣｌ_４などの反応生成物が堆積している。上記Ｏ_２プラズマによるクリーニング処理によっては、これらの堆積物を完全に除去することは困難であった。
特開昭６３−５５３２号公報（特許請求の範囲）

上記のように、Ｏ_２プラズマによるクリーニングでは、基板上の堆積物を完全に除去することは困難である。基板上に残留した前記堆積物は、大気開放下におかれるとハロゲンガスなどの腐食性ガスを発生する性質がある。このため、後段のプロセスへ移行する際、搬送システムにおいて基板上の堆積物から腐食性ガスが発生し、これが搬送システムの腐食の原因となるという問題がある。一般に、腐食性ガスを使用するエッチングなどの処理を行うチャンバー内面は、アルミニウムやアルマイト材料で構成されているため、一応の腐食対策が施されているが、元々搬送システム系は腐食性ガスとの接触が想定されていないため、腐食しやすく、腐食による劣化が生じると、パーティクル汚染の原因となるほか、システム全体の耐久性を大きく損なうことになる。ところが、これまで搬送システムの腐食対策については、ほとんど検討されていないのが実情であった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、処理チャンバー内だけでなく、搬送システムにおける腐食も確実に防止できるプラズマ処理方法および後処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点によれば、チャンバー内の被処理体に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
ハロゲン元素を含むガスをプラズマ化して生成した第１のプラズマにより被処理体を処理する第１のプラズマ処理と、
第１のプラズマ処理後、前記チャンバー内に酸素を含むガスを供給し、第２のプラズマを生成させて前記チャンバーおよび被処理体を処理する第２のプラズマ処理と、
第２のプラズマ処理後の被処理体を、フッ素を含むガスをプラズマ化して生成した第３のプラズマにより処理する第３のプラズマ処理と、
を含むことを特徴とする、プラズマ処理方法が提供される。このプラズマ処理方法では、第２のプラズマ処理と第３のプラズマ処理を行うことによって、処理チャンバー内のみならず、搬送システムでのハロゲンによる腐食も防止できる。

上記第１の観点のプラズマ処理方法においては、前記第１のプラズマ処理から第３のプラズマ処理までを同一のチャンバー内で行なってもよい。この場合、単一のチャンバー内でのオール・イン・ワン処理において、チャンバーのクリーニングと被処理体表面の堆積物の除去が行なわれる。

また、前記第１のプラズマ処理と第２のプラズマ処理を同一のチャンバー内で実施し、第３のプラズマ処理を別のチャンバー内で行なってもよい。この場合、被処理体を別のチャンバーに移すことによって、第１のプラズマ処理を行ったチャンバー内のハロゲン雰囲気の影響をほぼ遮断できる。従って、搬送システム系での腐食性ガスの発生をより確実に防止できる。

前記第２のプラズマ処理では、前記チャンバーの内壁、前記チャンバー内部の構成部材および被処理体に付着した前記ハロゲン元素を含むガスを除去することができる。

前記第３のプラズマ処理では、被処理体に付着したハロゲン化合物、特にハロゲン化ケイ素を除去することができる。

前記フッ素を含むガスは、ＣＦ_４、ＮＦ_３またはＳＦ_６であってもよく、あるいは、ＣＦ_４、ＮＦ_３またはＳＦ_６と、Ｏ_２との混合ガスであってもよい。この場合、第３のプラズマ処理では、被処理体上に付着したハロゲン化ケイ素などの付着物が、フッ素ガスプラズマ中のＦラジカルなどの作用で除去される。従って、搬送システム内でのハロゲンの発生を防止できる。

前記ハロゲン元素が、塩素または臭素であり、第１のプラズマ処理が、シリコンのプラズマエッチング処理であってもよい。この場合、前記シリコンのプラズマエッチング処理が、シャロートレンチアイソレーションにおけるシリコンのトレンチエッチング処理であってもよい。

本発明の第２の観点によれば、チャンバー内の被処理体に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
ハロゲン元素を含むガスをプラズマ化して生成した第１のプラズマによりシリコンをエッチング処理する第１のプラズマ処理と、
第１のプラズマ処理後、前記チャンバー内に酸素を含むガスを供給し、第２のプラズマを生成させて前記チャンバーの内壁、前記チャンバー内部の構成部材および被処理体に付着した前記ハロゲン元素を含むガスを除去する第２のプラズマ処理と、
第２のプラズマ処理後の被処理体に付着したハロゲン化ケイ素を、ＣＦ_４、ＮＦ_３またはＳＦ_６を含むガスをプラズマ化して生成した第３のプラズマにより除去する第３のプラズマ処理と、
を含むことを特徴とする、プラズマ処理方法が提供される。

本発明の第３の観点によれば、チャンバー内の被処理体に対して、腐食性ガスを使用する処理の後に施される後処理方法であって、
前記チャンバー内に酸素を含むガスを供給し、Ｏ_２プラズマを生成させて前記チャンバーおよび被処理体を処理するＯ_２プラズマ処理と、
Ｏ_２プラズマ処理後の被処理体を、フッ素を含むガスをプラズマ化して生成したフッ素含有ガスプラズマにより処理するフッ素含有ガスプラズマ処理と、
を含むことを特徴とする、後処理方法が提供される。

上記第３の観点の後処理方法において、前記腐食性ガスを使用する処理プロセス、前記Ｏ_２プラズマ処理および前記フッ素含有ガスプラズマ処理までを同一のチャンバー内で行なってもよい。この場合、単一のチャンバー内でのオール・イン・ワン処理において、チャンバーのクリーニングと被処理体表面堆積物の除去が可能になる。

また、前記Ｏ_２プラズマ処理と前記フッ素含有ガスプラズマ処理を異なるチャンバー内で行なってもよい。この場合、被処理体を別のチャンバーに移すことによって、腐食性ガスによる影響をほぼ遮断できる。従って、フッ素含有ガスプラズマ処理における被処理体表面の堆積物の除去の効率が高まり、搬送システム系への腐食性ガスのキャリーオーバーを確実に防止できる。

前記Ｏ_２プラズマ処理では、前記チャンバーの内壁、前記チャンバー内部の構成部材および被処理体に付着した前記腐食性ガスを除去することができる。

また、前記フッ素含有ガスプラズマ処理では、被処理体に付着したハロゲン化合物、特にハロゲン化ケイ素を除去することができる。

また、前記フッ素を含むガスが、ＣＦ_４、ＮＦ_３またはＳＦ_６であってもよく、あるいは、ＣＦ_４、ＮＦ_３またはＳＦ_６と、Ｏ_２との混合ガスであってもよい。

前記腐食性ガスは、ハロゲン元素を含むガスであり、前記腐食性ガスを使用する処理が、シリコンのエッチング処理であってもよい。この場合、前記シリコンのエッチング処理が、シャロートレンチアイソレーションにおけるシリコンのトレンチエッチング処理であってもよい。

本発明の第４の観点によれば、プラズマを発生させるプラズマ供給源と、
前記プラズマにより、被処理体に対しプラズマ処理を行なうためのチャンバーと、
前記チャンバー内で前記被処理体を載置する支持体と、
前記チャンバー内を減圧するための排気手段と、
前記チャンバー内にガスを供給するためのガス供給手段と、
前記チャンバー内で上記第１または第２の観点のプラズマ処理方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置が提供される。

上記第４の観点において、前記チャンバーには、その内部を外部からモニターするための透視窓が設けられており、該透視窓は、リチウム、マグネシウム、カルシウムおよびバリウムよりなる群から選ばれる元素のフッ化物の単結晶体により構成されるものであることが好ましい。

本発明の第５の観点によれば、コンピュータ上で動作し、実行時に、 上記第１または第２の観点のプラズマ処理方法が行なわれるようにプラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラムが提供される。

本発明の第６の観点によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、上記第１または第２の観点のプラズマ処理方法が行なわれるように、プラズマ処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ記憶媒体が提供される。

本発明のプラズマ処理方法および後処理方法によれば、処理チャンバー内のみならず、搬送システムでのハロゲンによる腐食も防止できる。よって、搬送システムの腐食に起因するパーティクル汚染を防止し、信頼性の高い半導体装置を提供することが可能になる。また、システム全体の耐久性を向上させることができる。

本発明において、被処理体としては、例えば半導体ウエハなどの基板を挙げることができる。この基板には、シリコン層やタングステンなどの金属層が形成されていてもよい。

本発明のプラズマ処理方法に使用する「ハロゲン元素を含むガス」は、構成要素に、塩素、臭素などのハロゲン元素を含むガスであり、具体的には、臭化水素ガス、塩化水素ガス、塩素ガスあるいはこれらの混合ガスなどを例示することができる。従って、第１のプラズマ処理としては、例えば、ハロゲンガスを使用するプラズマエッチング処理が挙げられる。具体的には、素子分離技術であるシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ；Shallow Trench Isolation）におけるシリコントレンチエッチングなどを例示できる。また、例えば、タングステンポリサイド（ＷＳｉ／ｐｏｌｙ−Ｓｉの積層膜）や、タングステンポリメタルゲート（Ｗ／ＷＮ／ｐｏｌｙ−Ｓｉの積層構造）などのゲート電極形成過程で行なわれるタングステン層、ＷＳｉ層などの高融点金属層あるいはそのシリサイド層に対するエッチングも対象とすることができる。

また、「酸素を含むガス」としては、例えば、Ｏ_２ガスや、Ｏ_２ガスと希ガスなどの不活性ガスとの混合ガスを使用できる。従って、第２のプラズマ処理としては、例えばＯ_２ガスのプラズマによるＯ_２プラズマ処理などを挙げることができる。この第２のプラズマ処理では、第１のプラズマ処理によって被処理体上に物理吸着しているハロゲンガス成分（Ｃｌ_２、ＨＢｒなど）の除去、処理チャンバー内に残留しているハロゲンガスをＯ_２ガスに置換するチャンバー内雰囲気の置換などが行われる。

本発明のプラズマ処理方法において、「フッ素を含むガス」としては、例えばＣＦ_４などのフルオロカーボンガスや、ＮＦ_３、ＳＦ_６等を使用することができる。
また、ＣＦ_４、ＮＦ_３、ＳＦ_６等のガスに、Ｏ_２や、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆなどのハイドロフルオロカーボンを混合した混合ガスを用いることもできる。Ｏ_２やハイドロフルオロカーボンを添加することによって、堆積物の除去の選択性が高まり、例えば、第１のプラズマ処理が被処理体上のシリコンエッチングである場合に、シリコンをエッチングせずに被処理体に付着した堆積物を除去することができる。

第３のプラズマ処理では、主として、第１のプラズマ処理により半導体ウエハなどの被処理体上に堆積したＳｉＣｌ_４、ＳｉＢｒ_４などのハロゲン化ケイ素（ＳｉＸ_４；ここで、ＸはＣｌ、Ｂｒなどのハロゲン元素を示す。以下同様である）などをＦラジカル等の活性種の作用によって除去する。

本発明方法においては、第１のプラズマ処理から第３のプラズマ処理までを同一のチャンバー内で行うことが可能であり、この場合、第２のプラズマ処理により、第１のプラズマ処理によって生じたチャンバー内ハロゲン雰囲気の置換、チャンバーの腐食防止、被処理体に吸着したハロゲンガス分子の除去が行われ、第３のプラズマ処理によって、被処理体上の堆積物の除去が可能になる。

また、第１のプラズマ処理と第２のプラズマ処理を同一のチャンバー内で実施し、第３のプラズマ処理は被処理体を別のチャンバーに移して実施することもできる。この場合、第２のプラズマ処理によって、第１のプラズマ処理により生じた最初のチャンバー内のハロゲン雰囲気の置換、チャンバーの腐食防止、被処理体に吸着したハロゲンガス分子の除去が行われる。また、第３のプラズマ処理では、別のチャンバーで被処理体表面に堆積した堆積物の除去が行われる。この際、被処理体のチャンバー間の移動は、真空条件下で行うことが好ましい。

プラズマ処理の条件は、特に限定されるものではないが、好適には、後記実施例の条件を選択することができる。
なお、以上の第１のプラズマ処理〜第３のプラズマ処理に加え、必要に応じて、他の処理を含めることもできる。例えば、第１のプラズマ処理がシリコンエッチングプロセスである場合、その前処理としてシリコン表面の自然酸化膜を除去する処理を加えることが好ましい。

本発明の後処理方法は、腐食性ガスを使用する処理プロセスの後に施される後処理方法である。この後処理方法は、腐食性ガスによる処理後の被処理体やチャンバーに対し、酸素を含むガスをプラズマ化して生成したＯ_２プラズマにより処理するＯ_２プラズマ処理（クリーニング処理）と、フッ素含有ガスをプラズマ化させて被処理体を処理するフッ素含有ガスプラズマ処理（堆積物除去処理）により実施できる。ここで、腐食性ガスを使用する処理としては、例えば、前記プラズマ処理方法における第１のプラズマ処理と同様にハロゲン含有ガスを使用するプラズマエッチング処理などを挙げることができる。また、Ｏ_２プラズマ処理は前記プラズマ処理方法における第２のプラズマ処理と同様に実施することができ、フッ素含有ガスプラズマ処理は第３のプラズマ処理と同様に実施することができる。

次に、本発明の作用について、本発明のプラズマ処理方法における原理を説明するための模式図である図１を参照しながら説明する。図１（ａ）は、被処理体としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）Ｗに、第１のプラズマ処理として、腐食性ガスを用いてシリコンエッチングを施した後の基板表面付近の断面の状態を示している。第１のプラズマ処理によって、基板表面には、Ｃｌ_２やＨＢｒなどのハロゲン系の吸着物２０１が物理吸着しており、また、主としてＳｉＸ_４などにより構成される堆積物２０２が付着している。

第１のプラズマ処理後に、第２のプラズマ処理を行うと、Ｏ_２プラズマによって吸着物２０１がスパッタリングされて除去される。その結果、図１（ｂ）に示すように吸着物２０１の大半が除去されることになるが、堆積物２０２は、ほぼそのままウエハＷ上に残存する。なお、第１のプラズマ処理に使用したチャンバー内壁においても、同様の機構によって吸着物２０１の除去が行われるとともに、チャンバー内雰囲気が置換されるので、腐食が防止される。

次に、ウエハＷに対し、第３のプラズマ処理を実施すると、プラズマ中のＦラジカルなどの作用によって、図１（ｃ）のようにウエハＷの表面（シリコン表面）から堆積物２０２が除去される。この第３のプラズマ処理では、エッチングと同様の機構で堆積物２０２の除去が行なわれる。また、同時に残存していたハロゲン系吸着物２０１も除去される。従って、フープ内などの搬送システム中で大気開放状態に曝されてもハロゲンガスを発生させることがないため、搬送システムの腐食を防止することができる。

このように、第３のプラズマ処理においては、ＳｉＸ_４などの堆積物２０２に対してエッチングと同様の機構で堆積物２０２の除去が行なわれるので、下地（例えば、シリコン基板の場合はＳｉ）との選択比を十分にとることが好ましい。第３のプラズマ処理で下地が削られてしまうと、第１のプラズマ処理で形成されたエッチング形状が変化し、半導体装置の信頼性を低下させてしまうおそれがあるためである。そこで、第３のプラズマ処理においては、フッ素含有ガスに、例えば、Ｏ_２や、ハイドロフルオロカーボンなどのシリコンとの選択比を高める作用を持つガスを混合することが好ましい。ここで、ハイドロフルオロカーボンとしては、例えば、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆなどを挙げることができる。

次に、プラズマ処理装置の具体的構成を示す図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図２は、本発明方法の実施に適したプラズマ処理装置を概略的に示す水平断面図である。このプラズマ処理装置は、所定の真空下で被処理体としてのウエハＷに対して、エッチング処理および後処理を行うものである。

このプラズマ処理装置１は、二つの処理ユニット２，３を備えており、各処理ユニット２，３では、それぞれ独立してウエハＷのエッチング処理および後処理までを一貫して行うオール・イン・ワンプロセスが実施できるように構成されている。各処理ユニット２，３には、それぞれロードロック室６，７がゲートバルブＧ１を介して接続されている。これらロードロック室６，７の処理ユニット２，３と反対側には、ウエハ搬入出室８が設けられており、ウエハ搬入出室８のロードロック室６，７と反対側にはウエハＷを収容可能なフープ（ＦＯＵＰ）Ｆを取り付ける３つの接続ポート９，１０，１１が設けられている。

二つの処理ユニット２，３は、各ゲートバルブＧ１を開放することにより、ロードロック室６，７と連通され、各ゲートバルブＧ１を閉じることによりロードロック室６，７から遮断される。また、ロードロック室６，７のウエハ搬入出室８に接続される部分にも、ゲートバルブＧ２が設けられており、ロードロック室６，７は、ゲートバルブＧ２を開放することによりウエハ搬入出室８に連通され、これらを閉じることにより、ウエハ搬入出室８から遮断される。

ロードロック室６，７内には、処理ユニット２，３と、ウエハ搬入出室８との間で、被処理体であるウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送装置４，５がそれぞれ設けられている。

ウエハ搬入出室８の天井部には、ＨＥＰＡフィルタ（図示せず）が設けられており、このＨＥＰＡフィルタを通過した清浄な空気がウエハ搬入出室８内にダウンフロー状態で供給され、大気圧の清浄空気雰囲気でウエハＷの搬入出が行われるようになっている。ウエハ搬入出室８のフープＦ取付け用の３つの接続ポート９，１０，１１には、それぞれシャッター（図示せず）が設けられており、これら接続ポート９，１０，１１にウエハＷを収容したフープＦまたは空のフープＦが直接取付けられ、取付けられた際にシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつウエハ搬入出室８と連通するようになっている。また、ウエハ搬入出室８の片方の側面には、アライメントチャンバー１４が設けられており、そこでウエハＷのアライメントが行われる。

ウエハ搬入出室８内には、フープＦに対するウエハＷの搬入出およびロードロック室６，７に対するウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送装置１６が設けられている。このウエハ搬送装置１６は、多関節アーム構造を有しており、フープＦの配列方向に沿ってレール１８上を走行可能となっており、その先端のピック１７上にウエハＷを載せてその搬送を行う。ウエハ搬送装置１６の動作等のシステム全体の制御や、処理ユニット２，３における処理条件の設定などは、制御部１９によって行われる。

処理ユニット２には、後述するチャンバー２２（図４参照）内へのガス導入や排気を制御するためのモジュールコントローラ（Ｍｏｄｕｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；以下、「ＭＣ」と略記する）３０５ａが接続されている。また、処理ユニット３にも、同様にチャンバー２２内へのガス導入や排気を制御するためのＭＣ３０５ｂが接続されている。

また、プラズマ処理装置１は、ウエハ搬入出室８の長手方向の一端に配置されたユーザーインターフェース５０２を備えている。ユーザーインターフェース５０２は、入力部（キーボード）と例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）からなる表示部（モニター）を有し、該表示部はプラズマ処理装置１の各構成要素の動作状況を表示する。

プラズマ処理装置１における全体の制御や、各処理ユニット２，３におけるガス導入や排気などの制御は、制御部１９によって行われる。制御部１９の概略構成を図３に示す。図３に示すように、制御部１９は、統括制御部であるＥＣ（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）３０１と、処理ユニット２，３に対応して設けられた複数例えば２つのＭＣ３０５ａ，３０５ｂと、ＥＣ３０１及びＭＣ３０５ａ，３０５ｂを接続するスイッチングハブ３０４とを備えている。なお、ＭＣは、処理ユニット２，３だけでなく、例えばロードロック室６，７や、ウエハ搬入出室８にも配備することが可能であり、これらもＥＣ３０１の下で統括されるが、ここでは図示および説明を省略する。

なお、制御部１９は、ＥＣ３０１からＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介してプラズマ処理装置１が設置されている工場全体の製造工程を管理するＭＥＳ（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）としてのホストコンピュータ５０１に接続されている。ホストコンピュータ５０１は制御部１９と連携して工場における工程に関するリアルタイム情報を基幹業務システム（図示省略）にフィードバックすると共に、工場全体の負荷等を考慮して工程に関する判断を行う。

ＥＣ３０１は、各ＭＣ３０５ａ，３０５ｂを統括してプラズマ処理装置１全体の動作を制御する統括制御部である。また、ＥＣ３０１は、ＣＰＵ（図示せず）と、ＲＡＭ、ＨＤＤ等の記憶部３０３を有しており、ユーザーインターフェース５０２においてユーザ等によって指定されたウエハＷの処理方法（すなわち、処理ガス流量や圧力条件を含むレシピ）に対応するプログラムをＣＰＵが記憶部３０３から読み出して、各ＭＣ３０５ａ，３０５ｂにそのレシピに対応する制御プログラムを送信することにより、各処理ユニット２，３での処理を制御できるように構成されている。

ＭＣ３０５ａ，３０５ｂは、各処理ユニット２，３の動作を制御する通常の制御部である。各ＭＣ３０５ａ，３０５ｂは、ＧＨＯＳＴ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ Ｏｐｔｉｍｕｍ Ｓｃａｌａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）と称されるＬＳＩによって実現されるネットワーク３０９を介して各Ｉ／Ｏ（入出力）モジュール３０８にそれぞれ接続されている。ＧＨＯＳＴネットワーク３０９では、ＭＣ３０５ａ，３０５ｂがマスタノードに該当し、Ｉ／Ｏモジュール３０８がスレーブノードに該当する。

Ｉ／Ｏモジュール３０８は、各処理ユニット２，３のチャンバー２２内へのガス供給や圧力制御に携わる各構成要素（エンドデバイス）に接続された複数のＩ／Ｏ部３１０（４つのみ図示）を有し、エンドデバイスへの制御信号及びエンドデバイスからの出力信号の伝達を行う。ここで、ガス供給や圧力制御に関するエンドデバイスとしては、例えば、後述するマスフローコントローラー（ＭＦＣ）５３、バルブ（ＶＡＬ）５４、排気装置（ＥＸＨＴ）５６（以上、図４参照）、圧力ゲージ（図示せず）、スイッチボックス（ＳＷ ＢＯＸ）３１３などを挙げることができる。なお、図３では、便宜上、一部のエンドデバイスとＩ／Ｏ部３１０との接続のみを代表的に図示している。なお、ＧＨＯＳＴネットワーク３０９には、Ｉ／Ｏ部３１０におけるデジタル信号、アナログ信号及びシリアル信号の入出力を制御するＩ／Ｏボート（図示せず）も接続されている。

前記スイッチングハブ３０４は、ＥＣ３０１からの制御信号に応じてＥＣ３０１の接続先としてのＭＣ３０５ａ，３０５ｂを切り替える。

前記したように、ＭＣ３０５ａ，３０５ｂは、各処理ユニット２，３において、圧力ゲージ（図示せず）によって計測されたチャンバー２２内の圧力値を収集すると共に、該圧力値に基づき排気装置（ＥＸＨＴ）５６の調節などを行ってチャンバー２２内の圧力を制御する。
例えば、各ＭＣ３０５ａ，３０５ｂは、それぞれＩ／Ｏモジュール３０８を介して排気装置（ＥＸＨＴ）５６の起動／停止などの各種の信号や、アラームなどを交換できるように構成されている。これにより、例えば排気装置（ＥＸＨＴ）５６から、ポンプステータス信号やアラーム信号が、Ｉ／Ｏモジュール３０８に供給されると、Ｉ／Ｏ部３１０でシリアル信号に変換され、ローカルＧＨＯＳＴライン経由で、バルブカウント部（ＶＣＮＴ）３１１、スイッチ部（ＳＷ）３１２を経由して、スイッチボックス（ＳＷ ＢＯＸ）３１３へ送られる。そして、スイッチボックス３１３の発光ダイオード（ＬＥＤ）などの表示手段を点灯／点滅／消灯させる。また、同様に各ＭＣ３０５ａ，３０５ｂによってマスフローコントローラー（ＭＦＣ）５３やバルブ（ＶＡＬ）５４の制御も行われる。

図３に示す制御部１９では、複数のエンドデバイスがＥＣ３０１に直接接続されることなく、該複数のエンドデバイスに接続されたＩ／Ｏ部３１０がモジュール化されてＩ／Ｏモジュール３０８を構成し、該Ｉ／Ｏモジュール３０８がＭＣ３０５ａ，３０５ｂ及びスイッチングハブ３０４を介してＥＣ３０１に接続されるため、通信系統を簡素化することができる。

また、ＭＣ３０５ａ，３０５ｂのＣＰＵが送信する制御信号には、所望のエンドデバイスに接続されたＩ／Ｏ部３１０のアドレス、及び当該Ｉ／Ｏ部３１０を含むＩ／Ｏモジュール３０８のアドレスを参照し、ＭＣ３０５ａ，３０５ｂのＧＨＯＳＴが制御信号におけるＩ／Ｏ部３１０のアドレスを参照することによって、スイッチングハブ３０４などがＣＰＵに制御信号の送信先の問合せを行う必要を無くすことができ、これにより、制御信号の円滑な伝達を実現することができる。

また、制御部１９は、圧力測定手段である圧力ゲージ（図示せず）から出力されるデータを経済的に収集記録するデータ収集記録部としてのデータ収集用のサーバー３１４を備えていてもよい。この場合、圧力ゲージ（図示せず）から出力されるデータ信号は、アナログ信号として取り出されてＩ／Ｏ部３１０に入力され、ＧＨＯＳＴネットワーク３０９やＬＡＮを介してデータ収集用のサーバー３１４に入力される。

以上のように構成されたプラズマ処理装置１によれば、総括制御部であるＥＣ３０１の支配の下で制御を行うＭＣ３０５ａ，３０５ｂを備えているため、マスフローコントローラー（ＭＦＣ）５３やバルブ（ＶＡＬ）５４を介してのＣｌ_２ガス、ＣＦ_４ガス、Ｏ_２ガスなどの流量制御や、排気装置（ＥＸＨＴ）５６のコンダクタンス調整や、ポンプの作動／非作動などの切替えを高い信頼性をもって制御できる。

このようなプラズマ処理装置１においては、まず、大気圧の清浄空気雰囲気に保持されたウエハ搬入出室８内のウエハ搬送装置１６により、いずれかのフープＦからウエハＷを一枚取り出してアライメントチャンバー１４に搬入し、ウエハＷの位置合わせを行う。次いで、ウエハＷをロードロック室６，７のいずれかに搬入し、そのロードロック室内を真空引きした後、ウエハ搬送装置４または５によりそのロードロック室内のウエハＷを処理ユニット２または処理ユニット３に装入して、エッチング処理を行い、引き続き、同一の処理ユニット内で後処理を行う。その後、ウエハＷをウエハ搬送装置４，５のいずれかによりロードロック室６，７のいずれかに搬入し、その中を大気圧に戻した後、ウエハ搬入出室８内のウエハ搬送装置１６によりロードロック室内のウエハＷを取出し、フープＦのいずれかに収容する。このような操作を１ロットのウエハＷに対して行い、１ロットの処理が終了する。

次に、処理ユニット２の詳細について、図４により説明する。図４は、処理ユニット２の概略断面図である。この処理ユニット２では、前記したように、「第１のプラズマ処理」としてのドライエッチングに引き続き、その「後処理」である、「第２のプラズマ処理」としてのＯ_２プラズマ処理および「第３のプラズマ処理」としてのフッ素含有ガスプラズマ処理を同一チャンバー内で行うことができるように構成されている。なお、処理ユニット３も、処理ユニット２と同様の構成である。

処理ユニット２は、電極板が上下平行に対向し、一方にプラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されている。

この処理ユニット２は、例えば表面がセラミック溶射処理されたアルミニウムからなる円筒形状に成形された処理容器としてのチャンバー２２を有しており、このチャンバー２２は保安接地されている。前記チャンバー２２内には、例えばシリコンからなり、その上に所定の膜が形成されたウエハＷを載置し、下部電極として機能するサセプタ２３が支持部材２４に支持された状態で設けられている。この支持部材２４はセラミックなどの絶縁板２５を介して、図示しない昇降機構を備えた支持台２６により支持されており、この昇降機構によってサセプタ２３が昇降可能となっている。支持台２６の下方中央の大気部分は、ベローズ２７で覆われており、チャンバー２２内と大気部分とが分離されている。

前記支持部材２４の内部には、冷媒室２８が設けられており、この冷媒室２８には、例えばガルデンなどの冷媒が冷媒導入管２８ａを介して導入されて循環し、その冷熱が前記サセプタ２３を介して前記ウエハＷに対して伝熱され、これによりウエハＷの処理面が所望の温度に制御される。また、チャンバー２２が真空に保持されていても、冷媒室２８に循環される冷媒によりウエハＷを有効に冷却可能なように、被処理体であるウエハＷの裏面に、伝熱媒体、例えばＨｅガスなどを供給するためのガス通路２９が設けられており、この伝熱媒体を介してサセプタ２３の冷熱がウエハＷに有効に伝達され、ウエハＷを精度よく温度制御することができる。

サセプタ２３は、その上部中央部が凸状の円板状に成形され、その上に絶縁材の間に電極３２が介在されてなる静電チャック３１が設けられており、電極３２に接続された直流電源３３から直流電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によってウエハＷを静電吸着する。前記サセプタ２３の上端周縁部には、静電チャック３１上に載置されたウエハＷを囲むように、エッチングの均一性を向上させるための環状のフォーカスリング３５が配置されている。

前記サセプタ２３の上方には、このサセプタ２３と平行に対向して上部電極として機能するシャワーヘッド４１が設けられている。このシャワーヘッド４１は、絶縁材４２を介して、チャンバー２２の上部に支持されており、サセプタ２３との対向面４４には、多数の吐出孔４３を有している。なお、ウエハＷ表面とシャワーヘッド４１とは、例えば３０〜９０ｍｍ程度離間され、この距離は前記昇降機構により調節可能である。

前記シャワーヘッド４１の中央には、ガス導入口４６が設けられ、さらにこのガス導入口４６には、ガス供給管４７が接続されており、さらにこのガス供給管４７には、バルブ４８を介して、エッチングガスおよびクリーニングガス等を供給するガス供給系が接続されている。ガス供給系は、例えば、Ｃｌ_２ガス供給源５０、ＣＦ_４ガス供給源５１、Ｏ_２ガス供給源５２を有しており、これらのガス供給源からの配管には、それぞれマスフローコントローラー５３およびバルブ５４が設けられている。

そして、エッチングガスとしてのＣｌ_２ガス、後処理ガスとしてのＣＦ_４ガスおよびＯ_２ガスは、ガス供給系のそれぞれのガス供給源からガス供給配管４７、ガス導入口４６を介してシャワーヘッド４１内の空間に至り、ガス吐出孔４３から吐出される。

前記チャンバー２２の側壁底部近傍には、排気管５５が接続されており、この排気管５５には、排気装置５６が接続されている。排気装置５６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバー２２の側壁には、ウエハＷの搬入出口５７と、この搬入出口５７を開閉するゲートバルブＧ１とが設けられており、このゲートバルブＧ１を開にした状態で搬入出口５７を介してウエハＷが隣接するロードロック室６（図２参照）との間で搬送されるようになっている。

上部電極として機能するシャワーヘッド４１には、高周波電源６０が接続されており、その給電線には整合器６１が介在されている。この高周波電源６０は、例えば６０ＭＨｚの周波数の高周波電力を上部電極であるシャワーヘッド４１に供給し、上部電極であるシャワーヘッド４１と下部電極であるサセプタ２３との間にプラズマ形成用の高周波電界を形成する。また、シャワーヘッド４１には、ローパスフィルター（ＬＰＦ）６２が接続されている。

下部電極として機能するサセプタ２３には、高周波電源７０が接続されており、その給電線には、整合器７１が介在されている。この高周波電源７０は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電力を下部電極であるサセプタ２３に供給し、プラズマ中のイオンをウエハＷに向けて引き込み、異方性の高いエッチングを実現する。また、このサセプタ２３には、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）３６が接続されている。

図４の装置を用いてエッチングする際には、まず、ゲートバルブＧ１を開にして、ウエハＷをチャンバー２２内に搬入し、サセプタ２３に載置した後、ゲートバルブＧ１を閉じ、サセプタ２３を上昇させてサセプタ２３上のウエハＷ表面とシャワーヘッド４１との距離を３０〜９０ｍｍ程度に調整し、排気装置５６の真空ポンプにより排気管５５を介してチャンバー２２内を排気し、チャンバー２２内を減圧した後、直流電源３３から直流電圧を静電チャック３１内の電極３２に印加する。これにより、ウエハＷは静電チャック３１上に静電吸着される。

次いで、チャンバー２２内を所定の圧力、例えば、１．３〜１３．３Ｐａ程度の圧力に維持し、Ｃｌ_２ガス供給源５０からエッチングガスとしてのＣｌ_２ガスをチャンバー２２内に導入する。そして、高周波電源６０からシャワーヘッド４１に、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を印加し、これにより、上部電極としてのシャワーヘッド４１と下部電極としてのサセプタ２３との間に高周波電界を生じさせ、Ｃｌ_２ガスをプラズマ化する。

このようにして、エッチングガスのプラズマにより、ウエハＷに対してエッチングを行う。このとき、高周波電源７０から下部電極であるサセプタ２３に所定の周波数の高周波電極を印加してプラズマ中のイオンをサセプタ２３側へ引き込むようにする。

処理ユニット２において、後処理としてのＯ_２ガスによるクリーニング処理やＣＦ_４ガスによる堆積物除去処理を行う場合は、エッチングガスとしてのＣｌ_２ガスに代えて、それぞれＯ_２ガス、ＣＦ_４ガスを用いて、同様のプラズマ処理が行われる。

Ｏ_２ガスによるクリーニング処理は、例えばチャンバー２２内の圧力を１．３〜１３．３Ｐａ程度とし、上部電極としてのシャワーヘッド４１に５００〜８００Ｗ、下部電極としてのサセプタ２３に０Ｗ（印加せず）の高周波電力を印加し、Ｏ_２ガスを５０〜４００ｍＬ／ｍｉｎ程度の流量で供給することにより行なうことができる。なお、チャンバー２２内の温度は、シャワーヘッド４１で７０〜９０℃、側壁で５０〜７０℃、サセプタ２３（ウエハＷ）で１０〜８０℃程度とすることが好ましい。以上の条件でＯ_２ガスによるクリーニング処理を３〜１０秒間程度実施することができる。

ＣＦ_４ガスによる堆積物除去処理は、Ｏ_２ガスに代えてＣＦ_４ガスを５０〜４００ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給する以外は、上記Ｏ_２ガスによるクリーニング処理と同様の条件で実施できる。なお、ＣＦ_４ガスに所定比率でＯ_２ガスを混合することによって、シリコンとの選択比が高くなり、堆積物のみを優勢的に除去できるので有利である。
以上のようにして、単一のチャンバー２２内でのオール・イン・ワン処理において、チャンバー２２のクリーニングと被処理体であるウエハＷ表面の堆積物の除去が可能になる。

図５は、マルチチャンバータイプのプラズマ処理装置を示す概略構成図である。このプラズマ処理装置１００は、ウエハＷに対してエッチング処理およびＯ_２プラズマ処理を行うエッチング処理ユニット８２，８３と、フッ素含有ガスプラズマ処理を行うＣＦ_４プラズマ処理ユニット８４，８５と、を有している。また、プラズマ処理装置１００は、六角形をなすウエハ搬送室８１を有しており、その４つの壁には、それぞれ所定の処理ユニットが接続される接続ポート８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄを有している。接続ポート８１ａにはエッチング処理ユニット８２が接続され、接続ポート８１ｂにはエッチング処理ユニット８３が接続され、接続ポート８１ｃにはＣＦ_４プラズマ処理ユニット８４が接続され、接続ポート８１ｄにはＣＦ_４プラズマ処理ユニット８５が接続されている。エッチング処理ユニット８２，８３、ＣＦ_４プラズマ処理ユニット８４，８５には、チャンバー２２内へのガス導入や圧力などを制御するためのモジュールコントローラであるＭＣ３０５ｃ〜３０５ｆが接続されている。これらのＭＣ３０５ｃ〜３０５ｆは、前述のＭＣ３０５ａ，３０５ｂと同様の構成と機能を有するので、説明を省略する（図３参照）。

また、ウエハ搬送室８１の他の二つの壁には、それぞれロードロック室８６，８７が設けられている。これらロードロック室８６，８７のウエハ搬送室８１と反対側には、ウエハ搬入出室８８が設けられており、ウエハ搬入出室８８のロードロック室８６，８７と反対側にはウエハＷを収容可能なフープ（ＦＯＵＰ）Ｆを取り付ける３つの接続ポート８９，９０，９１が設けられている。

エッチング処理ユニット８２，８３、ＣＦ_４プラズマ処理ユニット８４，８５およびロードロック室８６，８７は、ゲートバルブＧ３，Ｇ４を介して接続され、これらは各ゲートバルブＧ３，Ｇ４を開放することにより、ウエハ搬送室８１と連通され、各ゲートバルブＧ３，Ｇ４を閉じることによりウエハ搬送室８１から遮断される。また、ロードロック室８６，８７のウエハ搬入出室８８に接続される部分にも、ゲートバルブＧ５が設けられており、ロードロック室８６，８７は、ゲートバルブＧ５を開放することによりウエハ搬入出室８８に連通され、これらを閉じることにより、ウエハ搬入出室８８から遮断される。

ウエハ搬送室８１内には、エッチング処理ユニット８２，８３、ＣＦ_４プラズマ処理ユニット８４，８５、およびロードロック室８６，８７に対して、被処理体であるウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送装置９２が設けられている。このウエハ搬送装置９２は、ウエハ搬送室８１の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部９３の先端にウエハＷを保持する２つのブレード９３ａ，９３ｂを有しており、これら２つのブレード９３ａ，９３ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部９３に取付けられている。なお、このウエハ搬送室８１内は、所定の真空度に保持されるようになっている。

ウエハ搬送装置としては、図示のものに限らず、例えば、２つのスカラアームタイプの搬送アームを備えたウエハ搬送装置を採用することも可能である。該２つのスカラアームタイプの搬送アームを備えたウエハ搬送装置は、図５よりも細長く形成されたウエハ搬送室内に配設されたガイドレールに沿って往復移動し、エッチング処理ユニット８２，８３、ＣＦ_４プラズマ処理ユニット８４，８５やロードロック室８６，８７の間でウエハＷを搬送するものである。

ウエハ搬入出室８８の天井部には、ＨＥＰＡフィルタ（図示せず）が設けられており、このＨＥＰＡフィルタを通過した清浄な空気がウエハ搬入出室８８内にダウンフロー状態で供給され、大気圧の清浄空気雰囲気でウエハＷの搬入出が行われるようになっている。ウエハ搬入出室８８のフープＦ取付け用の３つの接続ポート８９，９０，９１には、それぞれシャッター（図示せず）が設けられており、これら接続ポート８９，９０，９１にウエハＷを収容したフープＦまたは空のフープＦが直接取付けられ、取付けられた際にシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつウエハ搬入出室８８と連通するようになっている。

また、ウエハ搬入出室８８の片方の側面には、アライメントチャンバー９４が設けられており、そこでウエハＷのアライメントが行われる。また、ウエハ搬入出室８８のアライメントチャンバー９４と同じ側には、ユーザーインターフェース５０３が備えられている。ユーザーインターフェース５０３は、入力部（キーボード）と例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）からなる表示部（モニター）を有し、該表示部は、プラズマ処理装置１００の各構成要素の動作状況を表示する。

ウエハ搬入出室８８を間に挟んでアライメントチャンバー９４の反対側には、ＩＭ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）５０４が配備されている。このＩＭ５０４は、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｔｉｏｎ）のばらつきや、ゲート絶縁膜、容量絶縁膜などの膜厚のばらつきを的確に把握するための計測部である。ＩＭ５０４には、ウエハ載置台５０５と、センサ５０６が配備されている。センサ５０６としては、例えばＣＤ値を測定する場合には、ウエハＷ上のパターン加工寸法を測定するための光学的測定手段を使用できるほか、ＣＤ−ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）や、電子線ホログラフィーなども使用できる。また、膜厚測定を行う場合には、センサ５０６としてＸ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ）、オージェ電子分光分析装置（ＡＥＳ）、真空紫外光（ＶＵＶ）エリプソメトリ等を用いることができる。

また、ウエハ搬入出室８８のフープＦが配備されている側には、パーティクル検査部５０７が設けられている。パーティクル検査部５０７は、ウエハＷ表面上のパーティクル（微粒子）検出部であり、ウエハ載置台５０８と、例えば散乱光検出方式、光学像比較方式などによる光学的測定手段５０９を具備している。

ウエハ搬入出室８８内には、フープＦに対するウエハＷの搬入出およびロードロック室８６，８７に対するウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送装置９６が設けられている。このウエハ搬送装置９６は、多関節アーム構造を有しており、フープＦの配列方向に沿ってレール９８上を走行可能となっており、その先端のピック９７上にウエハＷを載せてその搬送を行う。

プラズマ処理装置１００におけるウエハ搬送装置９２，９６の動作等のシステム全体の制御や、エッチング処理ユニット８２，８３およびＣＦ_４プラズマ処理ユニット８４，８５における処理条件の設定などは、制御部９９によって行われる。制御部９９の構成は、プラズマ処理装置１における図３に示す制御部１９と同様であるので説明を省略するが、プラズマ処理装置１００では、制御部９９を備え、総括制御部であるＥＣ３０１の支配の下で制御を行うＭＣ３０５ｃ〜３０５ｆを備えているため、例えば、チャンバー２２内に導入する処理ガスの流量比やガス種の切替え、チャンバー内圧力などを高い信頼性をもって制御できる。

このようなプラズマ処理装置１００においては、まず、大気圧の清浄空気雰囲気に保持されたウエハ搬入出室８８内のウエハ搬送装置９６により、いずれかのフープＦからウエハＷを一枚取り出してアライメントチャンバー９４に搬入し、ウエハＷの位置合わせを行う。次いで、ウエハＷをロードロック室８６，８７のいずれかに搬入し、そのロードロック室内を真空引きした後、ウエハ搬送室８１内のウエハ搬送装置９２によりそのロードロック室内のウエハＷを取り出す。

次に、取り出したウエハＷを、エッチング処理ユニット８２または８３に装入してエッチング処理を行い、引き続きＯ_２プラズマ処理を行う。その後、ウエハＷをウエハ搬送装置９２によりエッチング処理ユニット８２または８３から取り出し、ＣＦ_４プラズマ処理ユニット８４または８５に装入してＣＦ_４プラズマ処理を行う。すなわち、このプラズマ処理装置１００では、エッチング処理およびＯ_２プラズマ処理をエッチング処理ユニット８２または８３で行い、引き続き真空を破ることなくＣＦ_４プラズマ処理ユニット８４または８５においてＣＦ_４プラズマ処理を行う。その後、ウエハＷをウエハ搬送装置９２によりロードロック室８６，８７のいずれかに搬入し、その中を大気圧に戻した後、ウエハ搬入出室８８内のウエハ搬送装置９６によりロードロック室内のウエハＷを取出し、フープＦのいずれかに収容する。このような操作を１ロットのウエハＷに対して行い、１ロットの処理が終了する。

プラズマ処理装置１００におけるエッチング処理ユニット８２，８３およびＣＦ_４プラズマ処理ユニット８４，８５の構造は、ガス供給系が異なる点を除き、図４とほぼ同様の構成を採用することができる。すなわち、エッチング処理ユニット８２，８３は、エッチングガスとしてのＣｌ_２供給系およびクリーニングガスとしてのＯ_２ガス供給系を備えており、ＣＦ_４プラズマ処理ユニット８４，８５では、ＣＦ_４ガス供給系を備えた構成となっている。また、プラズマ処理装置１００におけるエッチング処理、Ｏ_２プラズマ処理、ＣＦ_４プラズマ処理も、それぞれ図４に示す処理ユニット２における処理に準じて実施できる。

そして、第２のプラズマ処理としてのＯ_２プラズマ処理によって、第１のプラズマ処理としてのエッチング処理により生じた最初のチャンバー（つまり、エッチング処理ユニット８２，８３）内のハロゲン雰囲気の置換、チャンバーの腐食防止、ウエハＷに吸着したハロゲンガス分子の除去が行われる。また、第３のプラズマ処理としてのＣＦ_４プラズマ処理によって、別のチャンバー（つまり、ＣＦ_４プラズマ処理ユニット８４，８５）でウエハＷの表面に堆積した堆積物の除去が行われる。この場合、ウエハＷを別のチャンバーに移してＣＦ_４プラズマ処理を行なうことによって、エッチング処理を行ったチャンバー内のハロゲン雰囲気の影響をほぼ遮断できる。従って、搬送システム系での腐食性ガスの発生をより確実に防止できる。

次に、本発明のプラズマ処理方法について、具体的な適用例を挙げて説明する。図６は、ウエハＷの縦断面の要部を拡大して模式的に示すもので、ＳＴＩにおけるシリコントレンチエッチングとその後処理に本発明のプラズマ処理方法を適用した例を説明するものである。図６（ａ）に示すとおり、ウエハＷを構成するシリコン基板１０１上には、例えばＳｉＯ_２などの絶縁膜１０２が形成され、さらにその上には、例えばＳｉ_３Ｎ_４などのマスク膜１０３が形成されている。このマスク膜１０３は、フォトリソグラフィー技術により所定形状にパターニングされており、ハードマスクとして機能する。
そして、図６（ｂ）に示すように、マスク膜１０３をマスクとして、シリコン基板１０１をプラズマエッチングし、トレンチ１１０を形成する（第１のプラズマ処理）。このトレンチ１１０の形成過程では、Ｓｉとエッチングガス中のハロゲンとが反応し、ＳｉＸ_４などの堆積物Ｄが生成する。

次に、チャンバー内をＯ_２プラズマによって処理することにより、チャンバー２２の内壁、チャンバー内部の構成部材、ウエハＷなどに付着しているハロゲンガスを除去する（第２のプラズマ処理）。この段階では、堆積物Ｄは大半が除去されずトレンチ１１０の壁に付着している。この堆積物Ｄは、大気開放されると、大気中の水分と反応してＨＢｒやＨＣｌなどの腐食性ガスを生成するので、搬送系の腐食原因となるものである。

続いて、同一チャンバー内あるいは別のチャンバーにウエハＷを移してＣＦ_４プラズマによる処理を行なう（第３のプラズマ処理）。これにより、図６（ｃ）に示すように堆積物Ｄを除去することができる。この際、ＣＦ_４ガスに所定比率でＯ_２ガスを混合することにより、シリコン基板１０１の不要なエッチングが抑制され、高い選択性で堆積物Ｄのみを効果的に除去できるので、信頼積の高い半導体装置が得られる。

本発明のプラズマ処理方法は、例えば図７（ａ）、（ｂ）に示すような構造のゲート電極の形成過程でのエッチング処理にも適用することができる。図７（ａ）は、ポリシリコン層１０５上にタングステンシリサイド（ＷＳｉ）層１０６を積層したタングステンポリサイド構造であり、同図（ｂ）は、ポリシリコン層１０５上にバリア層１０８を介してタングステン層１０９を積層したタングステンポリメタル構造のゲート電極である。なお、図７において符号１０１は、Ｓｉ基板（シリコン基板）を、符号１０４はＳｉＯ_２などのゲート絶縁膜を、符号１０７は窒化シリコンなどのハードマスク層１０７を、それぞれ示している。

図７（ｂ）に示すゲート電極を例に挙げ、その作製手順を示すと、まず、Ｓｉ基板１０１に、Ｐ＋またはＮ＋がドープされウエル領域（拡散領域；図示せず）を形成し、次いで熱酸化処理等によりゲート絶縁膜１０４を形成する。ゲート絶縁膜１０４上にはＣＶＤによりポリシリコン層１０５を成膜し、その上にバリア層１０８を成膜し、さらに高融点電極材料であるタングステンによりタングステン層１０９を形成する。タングステン層１０９の形成には、例えばＣＶＤ法やスパッタ法が利用できる。なお、この例では、バリア層１０８としてタングステンナイトライドを用いている。

タングステン層１０９の上には、窒化シリコンなどのハードマスク層１０７を形成し、さらにフォトレジスト膜（図示せず）を形成しておく。そして、フォトリソグラフィー技術によりフォトレジスト膜をマスクとしてハードマスク層１０７をエッチングし、さらにフォトレジスト膜＋ハードマスク層１０７またはハードマスク層１０７をマスクとしてタングステン層１０９、バリア層１０８、ポリシリコン層１０５を順次エッチングしてゲート電極を形成する。

このような一連のエッチングの過程で、タングステン層１０９をエッチングする際（第１のプラズマ処理）には、Ｃｌ_２などのハロゲン系のガスを用いることが多く、ＷＣｌ_６などの反応生成物が堆積物として生成し、ウエハＷ表面に付着する。そこで、Ｏ_２プラズマによる第２のプラズマ処理に加え、ＣＦ_４ガスによる第３のプラズマ処理を行なうことによって、ウエハＷ上から堆積物を除去することができる。これにより、ウエハＷを媒介とする搬送系の腐食を防止することができる。

以下、実施例、比較例を挙げ、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって制約されるものではない。なお、以下の実施例、比較例では、図４と同様の構成の処理ユニットを用い、以下の条件でプラズマ処理を実施した。
＜第１のプラズマ処理（エッチング処理）＞
エッチングガスとして腐食性ガスであるＣｌ_２とＨＢｒを含むガスを用い、ＳＴＩのシリコントレンチエッチングを実施した。
＜第２のプラズマ処理（Ｏ_２プラズマ処理）＞
処理圧力；２．６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）
高周波パワー；上部電極６５０Ｗ、下部電極０Ｗ
Ｏ_２ガス流量；２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
バックプレッシャー；ウエハＷのセンター部／エッジ部＝４００Ｐａ／４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ／３Ｔｏｒｒ）
チャンバー内温度；シャワーヘッド８０℃、側壁６０℃、サセプタ２０℃
＜第３のプラズマ処理（ＣＦ_４プラズマ処理）＞
Ｏ_２ガスに代えて、ＣＦ_４ガスを２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で用いた以外は、上記と同様に実施した。なお、処理ガスとして４％Ｈ_２を用いた場合も同様に実施した。

図６と同様の積層構造を有するウエハＷに対し、エッチングガスとして、腐食性ガスであるＣｌ_２およびＨＢｒを含むガスを使用してシリコンウエハのエッチングプロセスを実施するとともに、後処理を試験区分により条件を変えて実施した。試験区分は、表１に示すとおりであり、Ｏ_２プラズマ処理のみを１０秒間実施した場合（比較例１）、Ｏ_２プラズマ処理を５秒間実施した後に４％Ｈ_２プラズマ処理を５秒間実施した場合（比較例２）、Ｏ_２プラズマ処理を５秒間実施した後にＣＦ_４プラズマ処理を５秒間実施した場合（実施例１）のそれぞれの条件でブランケットシリコンウエハを１０枚ずつ処理し、その後１０分間放置した後で、ハロゲン検知管を用いて搬送経路（フープ内）雰囲気中の塩素量を測定した。フープ内の測定は、ウエハ載置位置より上方６５ｍｍのフープ上部および下方４５ｍｍのフープ下部の２カ所にて行なった。その結果を表１に示した。

表１から、Ｏ_２プラズマ処理のみ実施した比較例１と、Ｏ_２プラズマ処理（５秒間）の後に４％Ｈ_２プラズマ処理（５秒間）を実施した場合（比較例２）では、フープ内の塩素量が高かった。これは、ウエハ上に残存した堆積物から塩素が大気開放状態で揮散したものと考えられ、搬送システムの腐食が懸念された。
一方、Ｏ_２プラズマ処理後にＣＦ_４プラズマ処理を実施した実施例１では、フープ内の塩素は僅かしか検出されず（０．３ｐｐｍ以下／フープ）、本発明方法が搬送システムの腐食防止に有効であることが示された。なお、Ｏ_２プラズマ処理とＣＦ_４プラズマ処理を組み合わせて実施した結果、チャンバー内の堆積物も殆ど除去され、チャンバーの腐食防止にも有効であった。

次に、上記実施例１、比較例１、２の各々の処理を施した後のシリコンウエハについて、シリコンウエハ上のハロゲン量（Ｃｌ⁻およびＢｒ⁻）を測定した。シリコンウエハ上のハロゲン量は、シリコンウエハを１００ｍＬの水に浸漬してハロゲンを溶出させ、この溶出液をイオンクロマトグラフィーで測定することにより行なった。その結果を表２に示す。

表２から、実施例１は比較例１、２に比べて有意にハロゲンの付着が少ないことが確認された。

また、実施例１、比較例１、２のそれぞれの試験区分について、プロセス特性を評価した結果を表３に示す。表３には、マスク層（ＳｉＮ）の膜厚低下量（後処理前の膜厚−後処理後の膜厚）と、シリコンのトレンチ深さ（マスク層も含む全深さ−１０ｎｍ−残存マスク層膜厚）を示している。

表３から、Ｏ_２プラズマ処理の後にＣＦ_４プラズマ処理を実施した実施例１は、Ｏ_２プラズマ処理のみを実施した比較例１と比較して略同等のエッチングプロファイルを示した。このことから、第３のプラズマ処理を行なっても、エッチングプロファイルに大きな変化は生じないことが確認された。

図８および図９は、プラズマ処理装置１やプラズマ処理装置１００に適用可能な処理ユニットの別の構成例を示している。
図８に示す処理ユニット２ａは、チャンバー２２内をモニターするために、該チャンバー２２の上部壁からシャワーヘッド４１までを貫通する窓６３が形成されている。この窓６３には、窓材としての透光性部材６４ａ，６４ｂが配備されている。この窓６３の透光性部材６４ａ，６４ｂを介して、チャンバー２２の外部に配備されたプラズマ発光測定器６５により、チャンバー２２内のプラズマ形成空間におけるプラズマ中のラジカルなどの発光強度を計測することによって、エッチング終点の検出などを行うことが可能になっている。

同様に、図９に示す処理ユニット２ｂでは、チャンバー２２内をモニターするための窓６６がチャンバー２２の側壁に形成されている。この窓６６には、窓材としての透光性部材６７が配備されており、この透光性部材６７を介して、チャンバー２２の外部に配備されたプラズマ発光測定器６８により、チャンバー２２内のプラズマ形成空間におけるプラズマ中のラジカルなどの発光強度を計測することによって、エッチング終点の検出などを行うことが可能になっている。

上記図８および図９の処理ユニット２ａ，２ｂでは、透光性部材６４ａ，６４ｂ，６７の材質として、例えば、リチウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム等のフッ化物の単結晶体を使用している。かかるフッ化物単結晶としては、具体的にはフッ化リチウム（ＬｉＦ）単結晶、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）単結晶、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）単結晶、フッ化バリウム（ＢａＦ_２）単結晶などが例示される。これらのフッ化物は、従来の窓材の代表的な材質である石英に比べて耐プラズマ性に優れており、また、サファイヤに比べてもＡｌなどの金属汚染やパーティクルの発生などを大幅に抑制できる材質である。

例えば、一定期間のプラズマ処理の前後において、サファイヤとフッ化カルシウムとのパーティクル数の増加率を比べた試験の結果では、サファイヤが処理前から処理後のパーティクル増加数が６９個の増加であったのに対し、フッ化カルシウムの場合は同１６個に抑制されたことが確認された。さらに、上記フッ化物の単結晶は、短波長側、例えば４００ｎｍ以下の波長の透過率に優れているので、これらを窓材として用いることで、プラズマ発光の測定感度を向上させることが可能になる。

このように、透光性部材６４ａ，６４ｂ，６７の材質として、リチウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム等のフッ化物の単結晶体、特に好ましくは耐プラズマ性に優れたフッ化カルシウム単結晶を用いた図８および図９の処理ユニット２ａ，２ｂでは、プラズマ中のラジカル発光強度などを高感度に測定することが可能であるとともに、チャンバー２２内のパーティクル汚染や金属汚染を確実に低減することができる。なお、図８および図９の処理ユニット２ａ，２ｂの他の構成は、図４に示す処理ユニット２と同様であるため、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、第１のプラズマ処理および腐食性ガスを使用する処理として、プラズマエッチング処理を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、ハロゲンガス等の腐食性ガスを用いるプロセスであれば同様に適用できる。

また、上記実施形態では、平行平板型のプラズマエッチング装置を使用する例を挙げたが、これに限るものではなく、上部電極のみ、または下部電極のみに高周波電力を印加するタイプの装置であってもよく、永久磁石を用いたマグネトロンＲＩＥプラズマエッチング装置であってもよい。また、容量結合型のプラズマエッチング装置に限らず、誘導結合型等の他の種々のプラズマエッチング装置を用いることができる。

本発明方法は、半導体デバイスの製造プロセスなど処理過程で腐食性ガスを用いるプロセスにおいて利用可能である。

第１〜第３のプラズマ処理後のウエハ表面の状態を説明する模式図。 本発明方法の実施に適したプラズマ処理装置を示す概略構成図。 図２のプラズマ処理装置における制御部の概略構成を示す図面。 処理ユニットの断面構造を示す図。 本発明方法の実施に適した別のプラズマ処理装置を示す概略構成図。 本発明方法を適用したＳＴＩのトレンチエッチングにおけるウエハ断面の模式図。 エッチング過程で本発明方法を適用可能なゲート電極の断面構造を示す模式図。 処理ユニットの別の構成例の断面構造を示す図。 処理ユニットのさらに別の構成例の断面構造を示す図。

符号の説明

１；プラズマ処理装置
２，２ａ，２ｂ；処理ユニット
３；処理ユニット
８２，８３；エッチング処理ユニット
８４，８５；ＣＦ_４プラズマ処理ユニット
１００；プラズマ処理装置
２０１；吸着物
２０２；堆積物
Ｗ；ウエハ

Claims (25)

1. チャンバー内の被処理体に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
   ハロゲン元素を含むガスをプラズマ化して生成した第１のプラズマにより被処理体を処理する第１のプラズマ処理と、
   第１のプラズマ処理後、前記チャンバー内に酸素を含むガスを供給し、第２のプラズマを生成させて前記チャンバーおよび被処理体を処理する第２のプラズマ処理と、
   第２のプラズマ処理後の被処理体を、フッ素を含むガスをプラズマ化して生成した第３のプラズマにより処理する第３のプラズマ処理と、
   を含むことを特徴とする、プラズマ処理方法。
2. 前記第１のプラズマ処理から第３のプラズマ処理までを同一のチャンバー内で行うことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
3. 前記第１のプラズマ処理と第２のプラズマ処理を同一のチャンバー内で実施し、第３のプラズマ処理を別のチャンバー内で行うことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
4. 前記第２のプラズマ処理では、前記チャンバーの内壁、前記チャンバー内部の構成部材および被処理体に付着した前記ハロゲン元素を含むガスを除去することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
5. 前記第３のプラズマ処理では、被処理体に付着したハロゲン化合物を除去することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
6. 前記第３のプラズマ処理では、被処理体に付着したハロゲン化ケイ素を除去することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
7. 前記フッ素を含むガスが、ＣＦ_４、ＮＦ_３またはＳＦ_６であることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
8. 前記フッ素を含むガスが、ＣＦ_４、ＮＦ_３またはＳＦ_６と、Ｏ_２との混合ガスであることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
9. 前記ハロゲン元素が、塩素または臭素であり、第１のプラズマ処理が、シリコンのプラズマエッチング処理であることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
10. 前記シリコンのプラズマエッチング処理が、シャロートレンチアイソレーションにおけるシリコンのトレンチエッチング処理であることを特徴とする、請求項９に記載のプラズマ処理方法。
11. チャンバー内の被処理体に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
    ハロゲン元素を含むガスをプラズマ化して生成した第１のプラズマによりシリコンをエッチング処理する第１のプラズマ処理と、
    第１のプラズマ処理後、前記チャンバー内に酸素を含むガスを供給し、第２のプラズマを生成させて前記チャンバーの内壁、前記チャンバー内部の構成部材および被処理体に付着した前記ハロゲン元素を含むガスを除去する第２のプラズマ処理と、
    第２のプラズマ処理後の被処理体に付着したハロゲン化ケイ素を、ＣＦ_４、ＮＦ_３またはＳＦ_６を含むガスをプラズマ化して生成した第３のプラズマにより除去する第３のプラズマ処理と、
    を含むことを特徴とする、プラズマ処理方法。
12. チャンバー内の被処理体に対して、腐食性ガスを使用する処理の後に施される後処理方法であって、
    前記チャンバー内に酸素を含むガスを供給し、Ｏ_２プラズマを生成させて前記チャンバーおよび被処理体を処理するＯ_２プラズマ処理と、
    Ｏ_２プラズマ処理後の被処理体を、フッ素を含むガスをプラズマ化して生成したフッ素含有ガスプラズマにより処理するフッ素含有ガスプラズマ処理と、
    を含むことを特徴とする、後処理方法。
13. 前記腐食性ガスを使用する処理プロセス、前記Ｏ_２プラズマ処理および前記フッ素含有ガスプラズマ処理までを同一のチャンバー内で行うことを特徴とする、請求項１２に記載の後処理方法。
14. 前記Ｏ_２プラズマ処理と前記フッ素含有ガスプラズマ処理を異なるチャンバー内で行うことを特徴とする、請求項１２に記載の後処理方法。
15. 前記Ｏ_２プラズマ処理では、前記チャンバーの内壁、前記チャンバー内部の構成部材および被処理体に付着した前記腐食性ガスを除去することを特徴とする、請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の後処理方法。
16. 前記フッ素含有ガスプラズマ処理では、被処理体に付着したハロゲン化合物を除去することを特徴とする、請求項１５に記載の後処理方法。
17. 前記フッ素含有ガスプラズマ処理では、被処理体に付着したハロゲン化ケイ素を除去することを特徴とする、請求項１５に記載の後処理方法。
18. 前記フッ素を含むガスが、ＣＦ_４、ＮＦ_３またはＳＦ_６であることを特徴とする、請求項１２から請求項１７のいずれか１項に記載の後処理方法。
19. 前記フッ素を含むガスが、ＣＦ_４、ＮＦ_３またはＳＦ_６と、Ｏ_２との混合ガスであることを特徴とする、請求項１２から請求項１７のいずれか１項に記載の後処理方法。
20. 前記腐食性ガスが、ハロゲン元素を含むガスであり、前記腐食性ガスを使用する処理が、シリコンのエッチング処理であることを特徴とする請求項１２から請求項１９のいずれか１項に記載の後処理方法。
21. 前記シリコンのエッチング処理が、シャロートレンチアイソレーションにおけるシリコンのトレンチエッチング処理であることを特徴とする、請求項２０に記載の後処理方法。
22. プラズマを発生させるプラズマ供給源と、
    前記プラズマにより、被処理体に対しプラズマ処理を行なうためのチャンバーと、
    前記チャンバー内で前記被処理体を載置する支持体と、
    前記チャンバー内を減圧するための排気手段と、
    前記チャンバー内にガスを供給するためのガス供給手段と、
    前記チャンバー内で請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載されたプラズマ処理方法が行なわれるように制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置。
23. 前記チャンバーには、その内部を外部からモニターするための透視窓が設けられており、該透視窓は、リチウム、マグネシウム、カルシウムおよびバリウムよりなる群から選ばれる元素のフッ化物の単結晶体により構成されることを特徴とする、請求項２２に記載のプラズマ処理装置。
24. コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載されたプラズマ処理方法が行なわれるようにプラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラム。
25. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
    前記制御プログラムは、実行時に、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載されたプラズマ処理方法が行なわれるように、プラズマ処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ記憶媒体。

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