JP3739308B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体等の電子デバイスやマイクロマシンの製造に利用されるプラズマ処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体等の電子デバイスやマイクロマシンの製造において、近年プラズマ処理による薄膜加工技術の重要性がますます高まっている。
【0003】
以下、図2を参照しながら、一般的な平行平板型のプラズマ処理装置の概略構成を説明する。
【0004】
図2において、1は真空容器、2は真空容器1内の上部に配設されたアンテナ、3はアンテナ2に対向して真空容器1内の下部に配設された被処理物4を載置する電極であり、後述する対向電極用高周波電源9に接続されている。5は真空容器1内にガスを供給するガス導入口で、ガス供給手段(図示せず)に接続されている。6はターボ分子ポンプなどにて真空容器1内を真空排気して所定の圧力に保持する排気手段であり、6aは真空容器1の真空排気口の開度調整弁である。7はアンテナ2に高周波電力を供給するアンテナ用高周波電源で、インピーダンス整合手段8を介してアンテナ2に接続されている。9は電極3に高周波電力を供給する対向電極用高周波電源である。10はアンテナ2の真空容器1内のプラズマ発生空間に臨む表面を覆うアンテナカバーであり、石英やSiNにて構成されている。アンテナ2は真空容器1の壁面との間に誘電板21を介して配設され、誘電板21の中央に形成された貫通穴を通して高周波電力が供給される。また、アンテナ2は、その中心に対して等配置されたショートピン22によって真空容器1の壁面に短絡される。このような構成によってプラズマ分布の均一化が図られている。
【0005】
以下、プラズマ処理の具体的な動作手順を説明する。まず、真空容器1内にガス導入口5からArガスを135sccm、Cl2 ガスを15sccm導入しつつ、排気手段6により排気し、真空容器1内を所定の圧力0.3Paに保ち、アンテナ用高周波電源7により100MHzの高周波電力1500Wをアンテナ2に供給し、対向電極用高周波電源9により400kHzの高周波電力300Wを電極3に供給することにより、真空容器1内にプラズマを発生させる。このようにして発生させたプラズマの作用によって、電極3上に載置された被処理物4をプラズマ処理することができる。
【0006】
また、図3には一般的な誘導結合型プラズマ処理装置の概略構成を示す。図2に示したプラズマ処理装置と同一の構成要素については同一参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明すると、真空容器1の天井壁が誘電体窓11にて構成され、その上部に誘導結合型(以下「ICP」と称す)プラズマ処理装置用のアンテナ12が配設されている。なお、誘電体窓11は石英やSiNにて構成されている。
【0007】
図3を参照しながらICPを利用したプラズマ処理の動作手順を説明する。まず、真空容器1内にガス導入口5からArガスを135sccm、Cl2 ガスを15sccm導入しつつ、排気手段6により排気し、真空容器1内を所定の圧力0.3Paに保ち、アンテナ用高周波電源7により13.56MHzの高周波電力1500Wをアンテナ12に供給し、対向電極用高周波電源9により13.56MHzの高周波電力300Wを電極3に供給することにより、真空容器1内にプラズマを発生させる。このように発生させたプラズマの作用によって、電極3上に載置した被処理物4をプラズマ処理することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなプラズマ処理方法によって、Pt若しくはIr、又は強誘電体膜を含む被処理物4を連続的に処理する場合、PtやIrなどを含む導電性の付着物がアンテナカバー10に付着し、処理枚数を重ねるにつれて付着物が被処理物4上に剥がれ落ち、歩留りが低下するという問題を生じることになる。本発明者らの実験データによると、図2のプラズマ処理装置においては、わずか15枚の処理において、直径0.20μm以上の大きさのパーティクルが200〜1000個発生する結果となった。
【0009】
また、図3のプラズマ処理装置においても、図2の場合と同条件で実験を行った結果、わずか15枚の処理において、1枚目のエッチングレートの70〜80%にまでエッチングレートが低下する結果となった。
【0010】
本発明は、上記従来の問題に鑑み、アンテナや真空容器内のプラズマ発生空間との間に配設される誘電体に付着する導電性の付着物の発生を低減することを可能とし、処理レートの低下を防止することができるプラズマ処理方法を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理方法は、真空容器内にガスを供給しつつ排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器内に配置された電極に高周波電力を印加することにより、プラズマを発生させ、前記電極に載置された被処理物を処理するプラズマ処理方法であって、貴金属或いは強誘電体の少なくとも一方を含む薄膜が形成された第1の被処理物をCl元素を含むガスで処理する第1の処理工程と、C元素とF元素を含むガスを導入することで第2の被処理物を処理する第2の処理工程とを交互に有し、C元素とF元素を含むガスは、CF4 、CH3 F、CCl2 F2 の少なくとも1つを含むガスであることを特徴とするものであり、貴金属または強誘電体を含む薄膜が形成された被処理物を連続処理しても、アンテナカバーや誘電体窓など、アンテナと真空容器内のプラズマ発生空間との間に配設される誘電体表面に導電性の小さいCF系の付着物があらかじめ付着するなどの推定原因により導電性付着物が発生するのを低減でき、パーティクルの発生を防止し、または処理レートの低下を防止することができる。
【0012】
また、第2の処理工程で処理される被処理物は、貴金属或いは強誘電体を含有しない被処理物、好適にはSi基板であると、導電性の小さいCF系の付着物が効果的に発生して確実に付着し、より高い効果が発揮される。
【0013】
また、電極に対向して配置される誘電体の表面のプラズマに曝される側がC元素を含有すると、同じくC元素を含むCF系の付着物が比較的付着し易くなるという推定原因により、導電性付着物の付着を防止でき、より効果的である。
【0014】
また、貴金属または強誘電体が、ロジウム、レニウム、ビスマス、ニッケル、銀、銅、ルテニウム、白金、イリジウム、ストロンチウム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブ、金のうち、少なくとも1種類の元素を含む場合に、効果的である。
【0016】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
本発明のプラズマ処理方法の第1の実施形態について、図1、図2を参照して説明する。
【0017】
本実施形態における平行平板型のプラズマ処理装置自体の構成は、図2を参照して説明した従来例と同じあるため、その説明を援用する。
【0018】
次に、プラズマ処理動作を図1、図2を参照して説明する。まず、電極3上にSi基板を載置した状態で、真空容器1内にガス導入口5からCF4 を150sccm導入しつつ、排気手段6により排気を行い、真空容器1内を所定の圧力0.3Paに保ち、アンテナ用高周波電源7により100MHzの高周波電力1500Wをアンテナ2に供給し、対向電極用高周波電源9により400kHzの高周波電力300Wを電極3に供給することにより真空容器1内にプラズマ処理を発生させ、電極3上のSi基板に対して30secのプラズマ処理(CFポリマーデポジション)を行った。
【0019】
次いで、その直後に電極3上に被処理物4を載置し、ガス導入口5からArガスを135sccm、Cl2 ガスを15sccm導入し、ガス種以外は上記Si基板に対するプラズマ処理時と同じ条件にて被処理物4に対するプラズマ処理(エッチング)を行った。
【0020】
以降、上記したSi基板に対するプラズマ処理と被処理物4に対するプラズマ処理を交互に繰り返すことで、25枚の被処理物4を連続処理した。
【0021】
以上のプラズマ処理方法により、Pt若しくはIr、またはバリウム、ストロンチム、チタン酸ジルコニウム鉛、タンタル酸ビスマスなどのセラミック系酸化物から成る強誘電体膜を含む被処理物4を25枚連続処理したところ、直径0.20μm以上の大きさのパーティクルの発生を50個以下に抑制することができた。
【0022】
(第2の実施形態)
本発明のプラズマ処理方法の第2の実施形態について、図1、図3を参照して説明する。
【0023】
本実施形態における誘導結合型のプラズマ処理装置自体の構成は、図3を参照して説明した従来例と同じあるため、その説明を援用する。
【0024】
次に、プラズマ処理動作を図1、図3を参照して説明する。まず、電極3上にSi基板を載置した状態で、真空容器1内にガス導入口5からCF4 を150sccm導入しつつ、排気手段6により排気を行い、真空容器1内を所定の圧力0.3Paに保ち、アンテナ用高周波電源7により13.56MHzの高周波電力1500Wをアンテナ12に供給し、対向電極用高周波電源9により13.56MHzの高周波電力300Wを電極3に供給することにより真空容器1内にプラズマ処理を発生させ、電極3上のSi基板に対して30secのプラズマ処理(CFポリマーデポジション)を行った。
【0025】
次いで、その直後に電極3上に被処理物4を載置し、ガス導入口5からArガスを135sccm、Cl2 ガスを15sccm導入し、ガス種以外は上記Si基板に対するプラズマ処理時と同じ条件にて被処理物4に対するプラズマ処理(エッチング)を行った。
【0026】
以降、上記したSi基板に対するプラズマ処理と被処理物4に対するプラズマ処理を交互に繰り返すことで、25枚の被処理物4を連続処理した。
【0027】
以上のプラズマ処理方法により、Pt若しくはIr、または強誘電体膜を含む被処理物4を25枚連続処理したところ、25枚目におけるPt若しくはIrのエッチングレートは1枚目のエッチングレートの85〜95%に留まることができた。
【0028】
なお、上記実施形態の説明では、CとF元素含むガスとして、CF4 を単体で使用した例を示したが、それ以外にC2 F6 、C3 F8 、C4 F8 、C5 F8 、CHF3 、CH3 F、CCl2 F2 などを単体ガスとして、又は混合ガスとして好適に使用することができる。
【0029】
また、CFポリマーデポジション処理において、Si基板を電極3上に配置して処理を行ったが、貴金属または強誘電体を含んでいない基板であれば、同様の効果を得ることができる。また、貴金属または強誘電体を含んでいる基板でも効果を奏することができる場合もある。
【0030】
また、貴金属または強誘電体を含んでいる被処理物4として、上記実施形態の説明ではPt(白金)若しくはIr(イリジウム)、またはバリウム、ストロンチウム、チタン酸ジルコニウム鉛、タンタル酸ビスマスなどのセラミック系酸化物から成る強誘電体を含む薄膜が形成された基板を例示したが、ロジウム、レニウム、ビスマス、ニッケル、銀、銅、ルテニウム、白金、イリジウム、ストロンチウム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブ、金のうち、少なくとも1種類の元素を含むものである場合に効果的である。
【0031】
また、上記第1の実施形態においては、平行平板型プラズマ処理装置において、アンテナカバー10を石英やSiNにて構成したものを示したが、図4に示すように、SiCから成るアンテナカバー13を配設してもよい。そうすると、アンテナカバー13がCを含む物質からなることにより、同じくC元素を含むCF系の付着物が比較的付着し易くなるという推定原因により、一層導電性付着物の付着を低減できる効果が予想される。
【0032】
また、同様に上記第2の実施形態においては、誘導結合型プラズマ処理装置において、誘電体窓11を石英やSiNにて構成したものを示したが、図5に示すように、SiCから成る誘電体窓14を配設してもよい。そうすると、誘電体窓14がCを含む物質からなることにより、同じくC元素を含むCF系の付着物が比較的付着し易くなるという推定原因により、一層導電性付着物の付着を低減できる効果が予想される。
【0033】
なお、第1の実施形態は、VHFアンテナを想定しており、第2の実施形態はICPアンテナを想定しているが、VHF、ICP以外に、RIE(反応性エッチング)にも応用可能である。
【0034】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理方法によれば、以上のように貴金属或いは強誘電体の少なくとも一方を含む薄膜が形成された第1の被処理物をCl元素を含むガスで処理する第1の処理工程と、C元素とF元素を含むガスを導入することで第2の被処理物を処理する第2の処理工程とを交互に有し、C元素とF元素を含むガスは、CF4 、CH3 F、CCl2 F2 の少なくとも1つを含むガスであるので、貴金属または強誘電体を含む薄膜が形成された被処理物を連続処理しても、アンテナカバーや誘電体窓など、アンテナと真空容器内のプラズマ発生空間との間に配設される誘電体表面に導電性の小さいCF系の付着物があらかじめ付着するなどの推定原因により導電性付着物が発生するのを低減でき、パーティクルの発生を防止し、または処理レートの低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1及び第2の実施形態のプラズマ処理方法の説明図である。
【図2】本発明のプラズマ処理方法の第1の実施形態におけるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図3】本発明のプラズマ処理方法の第2の実施形態におけるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図4】本発明のプラズマ処理方法の第1の実施形態におけるプラズマ処理装置の変形例の縦断面図である。
【図5】本発明のプラズマ処理方法の第2の実施形態におけるプラズマ処理装置の変形例の縦断面図である。
【符号の説明】
1 真空容器
2 アンテナ
3 電極
4 被処理物
5 ガス導入口
6 排気手段
7 アンテナ用高周波電源
9 対向電極用高周波電源
10 アンテナカバー(石英又はSiN)
11 誘電体窓(石英又はSiN)
12 アンテナ
13 アンテナカバー(SiC)
14 誘電体窓(SiC)
Claims (2)
- 真空容器内にガスを供給しつつ排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器内に配置された電極に高周波電力を印加することにより、プラズマを発生させ、前記電極に載置された被処理物を処理するプラズマ処理方法であって、貴金属或いは強誘電体の少なくとも一方を含む薄膜が形成された第1の被処理物をCl元素を含むガスで処理する第1の処理工程と、C元素とF元素を含むガスを導入することで第2の被処理物を処理する第2の処理工程とを交互に有し、C元素とF元素を含むガスは、CF4 、CH3 F、CCl2 F2 の少なくとも1つを含むガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。
- 貴金属または強誘電体は、ロジウム、レニウム、ビスマス、ニッケル、銀、銅、ルテニウム、白金、イリジウム、ストロンチウム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブ、金のうち、少なくとも1種類の元素を含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理方法。
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