JP3889918B2 - プラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
半導体デバイスは、適切な基板上に各種機能性を備えた薄膜を堆積、必要な形状にパターニングすることにより製造される。この際、不要部分を除去するために用いられるのがドライエッチング装置である。このエッチング装置において、処理室内壁にはデバイスのパターン加工を行う際に発生するエッチング生成物が付着する。この生成物は、半導体デバイスのパターン形成に悪影響を及ぼし、その除去はエッチング装置の稼働時間の低下を招くことから、生成物の付着量減少が要求されている。
【０００３】
【従来の技術】
従来、半導体デバイスを構成する材料には、ドライエッチングにおいて選択された所望のエッチングガスと高い反応性を示す、即ち加工しやすい材料が用いられてきた。エッチングガスは、デバイスのパターン加工を行う際に発生するエッチング生成物が高い揮発性を持つように選択される。その反応生成物は真空排気系にて排出され、処理室にはほとんど残留しなかった。また、エッチング生成物の処理室内壁への付着が比較的多い場合も、その処理室内壁を高い温度に保つことで、付着防止に大きな効果が得られていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年、デバイスの更なる微細化、高速化、高機能化において、デバイスを構成する材料として反応性の非常に低い物質が使われ始めている。例えば、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ:Ferroelectric RAM）のキャパシタを構成する電極材料であるイリジウム（Ｉｒ）やプラチナ（Ｐｔ）等の高融点メタルは、他の原子や分子との結合性が非常に低い。同様に、セラミック系の強誘電体材料であるＰＺＴ（Lead Zirconate Titanate:ジルコン酸チタン酸鉛）やＳＢＴ（Strontium,Bismuth,Tantalum：ストロンチウム-ビスマス-タンタル複合酸化物）等も、反応性が低い。
【０００５】
これら反応性が非常に低い材料のエッチングにはイオン衝突によるスパッタエッチングを行い、それにより所望のパターンを形成する。この際に発生するエッチング生成物は不揮発性であるため、真空ポンプ等の排気装置により排気されず、処理室内壁に付着する。このエッチング生成物は、エッチング毎に処理室内壁に堆積し、数十枚から数百枚の処理程度でエッチング中に処理室内壁温度と待機中の内壁温度差による熱ストレスにより剥がれる。この剥がれたエッチング生成物は塵となってウェハ上に降り、パターン形成に悪影響を及ぼす。
【０００６】
このような材料のエッチング方法として、高速な排気系を設け処理圧力の低圧化にて不揮発性のエッチング生成物を排出させることが試みられているが、大きな効果は得られていない。
【０００７】
また、処理室内壁を高い温度に保つことは、従来の材料でエッチング生成物の再付着が多い場合に大きな効果が得られる。しかし、反応性が低い材料は融点が非常に高く、この方法も生成物付着防止に大きな効果は得られない。
【０００８】
処理室の壁を一定温度に保ち堆積物に熱ストレスがかからないようにする方法は、処理室内壁に堆積した生成物の剥離に対して一定の効果が得られる。しかし、この方法では、厚い堆積物により処理室雰囲気が変わり、ウェハ毎のエッチング安定性が得られない。更に、前述のキャパシタの電極材料等のエッチングの場合、誘電体処理室内壁を覆う金属系の堆積物は、高周波電力の処理室内への供給を阻害し、やがてプラズマが点火しにくくなるという問題がある。
【０００９】
これら問題により、従来のエッチング材料に比べ非常に短い周期で処理室を大気開放し、誘電体容器を洗浄しなければならない。洗浄の周期が短いため、生産性が低く、洗浄コストが大きく上昇する。
【００１０】
洗浄方法の一つとして処理室を大気開放せずに、内部の堆積物をそれと反応しやすいガスでプラズマエッチングにより除去する方法があり、この方法は洗浄時間を短くする。しかし、前述のように反応性の低い材料のエッチング生成物もやはり反応し難く、ドライクリーニングが実現できていない。仮にドライクリーニングが実現できたとしても、製品処理とは別にクリーニングシーケンスを組む必要があり、生産性が大きく低下するという問題がある。
【００１１】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は製品処理において反応性の低い材料のエッチングを行い、誘電体よりなる反応管の側壁における反応生成物の付着量を少なくすることができるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１，２，６，７，８に記載の発明によれば、前記高周波アンテナに部分的に大きな容量性結合部分を持たせ、該高周波アンテナと前記反応管とを相対移動させるようにした。反応管内壁には、容量結合によりイオンシース（ion sheath）が形成され、プラズマ中のイオンの極一部は高周波アンテナの方向に向かい反応管内壁に衝突する。高周波アンテナの容量結合によるイオンシースで加速されたイオンと反応管内壁に付着しようとしているエッチング等の処理生成物は衝突し、それら生成物は拡散される。その結果、プラズマによる処理が行われ、アンテナと反応管との相対移動により反応管の全周においてエッチング等の処理生成物の付着量が少なくなる。
【００１３】
立下り部分は、請求項３に記載の発明のように、前記第１及び第２周回部分よりも前記反応管に近接するように形成される。これにより、容量性結合の強い部分を容易に形成できる。
【００１４】
請求項４に記載の発明のように、前記高周波アンテナの前記反応管外周への投影面積を給電側端子から接地側端子にかけて徐々に大きくして両端子間の結合容量を略均一となるように形成した。これにより、付着量が略均一になる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、前記反応管と同軸状にロータリコネクタを備え、該ロータリコネクタの中心軸を整合器を介してプラズマソース用の高周波電源に接続し、前記中心軸に回動可能に支持された出力部に前記高周波アンテナの給電側端子を接続した。これにより、高周波アンテナが反応管外周に沿って精度よく移動する。
請求項９に記載の発明のように、前記第１周回部分は給電側端子に接続され、前記第２周回部分は接地側端子に接続される。
請求項１０に記載の発明によれば、前記第１周回部分及び前記第２周回部分と前記反応管との距離である第１の距離が、前記容量性結合部分と前記反応管との距離である第２の距離よりも大きい。これにより、容量性結合の強い部分を容易に形成できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第一実施形態）
以下、本発明を具体化した第一実施形態を図１〜図５に従って説明する。
【００１７】
図１は、ＩＣＰ方式のプラズマエッチング装置（inductively coupled plasma etching system ）の概略図である。
エッチング装置１０はエッチング室１１を備え、そのエッチング室１１は、上部処理室１２と下部処理室１３とから構成される。
【００１８】
上部処理室１２は、反応管１４と、それの上端を覆うフランジ１５とから構成される。反応管１４は、石英ガラスの誘電体よりなり、円筒形に形成されている。
【００１９】
下部処理室１３は、反応管１４より幅広く形成された処理容器１６と、それの上端を覆うフランジ１７とから構成されている。フランジ１７は反応管１４の内径と略同一の内径を持つ環状に形成され、そのフランジ１７の上面に反応管１４が固定されている。
【００２０】
フランジ１７にはエッチングガスをエッチング室１１内に導入するガス導入ポート１８が形成されている。処理容器１６には真空ポンプ１９に連なる排気ポート２０が形成されている。真空ポンプ１９により、プラズマ中の分子、エッチング生成物等が排気される。
【００２１】
下部処理室１３には試料台２１が設けられている。試料台２１は静電チャックよりなり、その上面には例えばウェハ等の被エッチング対象である試料２２が載置固定される。
【００２２】
反応管１４の外側には、コイルアンテナ２３が設けられている。コイルアンテナ２３は、プラズマ生成と維持のためにエッチング室１１に電力を供給するために設けられている。コイルアンテナ２３は、反応管１４の外周に沿って略２ターン状に形成され、そのコイルの第１端子（入力側端子）２３ａは高周波インピーダンス整合器（マッチングユニット）２４を介して高周波電源２５に接続され、第２端子２３ｂは接地されている。
【００２３】
エッチング装置１０には、プラズマ中のエッチャントであるイオンを試料に向かって加速させるために電力供給源であるバイアス用高周波電源２６が備えられ、その高周波電源２６は高周波インピーダンス整合器２７を介して試料台２１に接続されている。
【００２４】
更に、エッチング装置１０には、コイルアンテナ２３を移動させるための駆動器２８と、それを制御するためのコントローラ２９が備えられている。駆動器２８は、コイルアンテナ２３と反応管１４とを相対移動させるように構成され、本実施形態では、コイルアンテナ２３を反応管１４の外周に沿って水平回動させえるように構成されている。
【００２５】
駆動器２８は、コントローラ２９からの指令に基づいて動作し、コイルアンテナ２３を水平回動させる。コントローラ２９は、試料２２のエッチングが開始されると駆動器２８に指令を出力し、駆動器２８はその指令に応答してコイルアンテナ２３を水平回動させる。
【００２６】
図２はコイルアンテナ２３の形状を示し、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図である。
コイルアンテナ２３は、上下方向に所定の間隔にて配置された第１及び第２周回部分３１，３２と、それらを接続する立下り部分３３とを備える。第１周回部分３１は給電側端子２３ａと接続され、第２周回部分３２は接地側端子２３ｂと接続されている。
【００２７】
第１及び第２周回部分３１，３２は、反応管１４外周との間隔が第１の距離にてその外周に沿って水平に略３／４周するように形成されている。立下り部分３３は、反応管１４外周との間隔が第２の距離にてその外周に沿って略１／４周するように形成されている。そして、第２の距離は、第１の距離に比べて極めて小さく設定されている。
【００２８】
これは、コイルアンテナ２３において、立下り部分３３における容量結合成分を大きくする。誘導結合型と言えどもコイルアンテナ２３が有限であるために若干の結合容量成分が存在する。そして、この結合容量成分は、コイルアンテナ２３と反応管１４との間隔が等しい場合、給電側端子２３ａから接地側端子２３ｂに向かって減少する。このため、立下り部分３３を反応管１４外周に近接させることで、この部分における結合容量成分を、第１及び第２周回部分３１，３２のそれよりも大きくする。更に、第２の距離を第１の距離に比べて遙かに小さくし、立下り部分３３と反応管１４との距離をその上端（第１周回部分３１の終端）から下端（第２周回部分３２の先端）までほぼ等しくすることで、その立下り部分３３における結合容量成分を上端から下端までほぼ均一にしている。
【００２９】
次に、上記のように構成されたエッチング装置１０の作用を説明する。
ガス導入ポート１８より導入されたガスと真空ポンプ１９と排気ポート２０のコンダクタンスにより、エッチング室１１は、所望の雰囲気を形成する。エッチング室１１内のガス雰囲気が安定したところでソース用の第１高周波電源２５よりコイルアンテナ２３に電力が供給され、コイルアンテナ２３より発振された電磁波は反応管１４を透過してガス分子、原子を電離しエッチング室１１内はプラズマ状態となる。
【００３０】
コントローラ２９は第１高周波電源２５の発振とともに駆動器２８を起動し、コイルアンテナ２３を水平回動させる。
プラズマが安定して十分なイオンが生成されたところで、試料台２１にバイアス用の第２高周波電源２６より電力を供給し、試料２２はイオンアシスト反応やイオン衝撃によりエッチングされる。なお、エッチングが開始されるのは、バイアス電力が供給されてからであるため、コントローラ２９は駆動器２８を第２高周波電源２６の発振時に起動するようにしてもよい。
【００３１】
ＦｅＲＡＭ等のデバイスに代表されるＰｔ，Ｉｒ，ＰＺＴ，ＳＢＴ等の材料をエッチングした場合、それらの材料はあらゆるエッチャントと反応性が非常に低い。このため、ほとんどがイオン衝撃によるスパッタエッチでの加工となり、揮発性の分子を作らない。従って、エッチング生成物の多くはそれぞれの原子のままで試料２２より削り取られたものであり、エッチング室１１内壁つまり反応管１４の内壁に付着する。
【００３２】
このとき、コイルアンテナ２３の立下り部分３３近傍の反応管１４内壁には、容量結合によりイオンシース（ion sheath）が形成され、プラズマ中のイオンの極一部はエッチング室１１からコイルアンテナ２３の方向に向かい反応管１４内壁に衝突する。アンテナ近傍でのイオンシースの形成は、反応管１４に限らず、使用する電波を透過する誘電体で起こる。
【００３３】
コイルアンテナ２３の容量結合によるイオンシースで加速されたイオンと反応管１４内壁に付着しようとしているエッチング生成物は衝突し、エッチング生成物は拡散される。その結果、コイルアンテナ２３近傍には、エッチング生成物の付着量が少ない。
【００３４】
更に、立下り部分３３において、その上端から下端までの結合容量成分がほぼ均一である。従って、エッチング生成物の拡散は、コイルアンテナ２３の上端から下端までほぼ均一におこり、それに対応する反応管１４へのエッチング生成物の付着量はほぼ均一になる。
【００３５】
イオンシースを大きくすることによりコイルアンテナ２３により生成されたエッチャントであるイオンの反応管１４方向へ向かう量が多くなるのであるが、ＩＣＰ方式により生成されたイオン密度は非常に高く、エッチングレートに影響するほどウェハに向かうイオンは減少しない。
【００３６】
図３（ａ）は本実施形態のエッチング装置１０にてエッチングした試料（ウェハ）２２ａのエッチング特性を示し、図３（ｂ）は従来のエッチング装置にてエッチングした試料２２ｂのエッチング特性を示す。各試料２２ａ，２２ｂ中に示した数値は、ほぼ同一電圧の高周波電源を供給したときの各位置におけるエッチング量を示す。
【００３７】
エッチング結果は、ウェハ間のバラツキの範囲内のものであり、容量結合成分の増加による影響は全くない。仮に反応管１４方向へ向かうイオンが多くなり、エッチングレートに影響が出るようであれば、第１高周波電源２５にて供給する高周波電力を若干上げ、エッチング室１１内のイオン密度を増やすことでその影響をほぼうち消すことができる。
【００３８】
図４は、キャパシタ構造を特徴とするＦｅＲＡＭデバイスの強誘電体ＰＺＴと電極Ｐｔを連続してエッチングした時のその試料（ウェハ）２２の処理枚数に対する発塵量（パーティクル数）の特性を示す。尚、図４において、囲まれた部分のデータは、従来のエッチング装置によるものである。このように、従来の装置では、３５０枚程度の試料２２を処理するとパーティクルが増加するが、本実施形態のエッチング装置１０ではおよそ５００枚を連続してエッチングしてもパーティクル量の急激な増加は見られず、処理室の洗浄が必要ないことが判る。
【００３９】
図５は、コイルアンテナ２３の回転数に対する発塵量の特性を示す。これは、コイルアンテナ２３の移動による既堆積物の剥がれによる発塵を調べるものであるが、サイズの大きなパーティクル（Ｌサイズ）の発塵はほとんど発生せず、既堆積物の剥がれはないことが判る。
【００４０】
以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）コイルアンテナ２３の立下り部分３３を反応管１４外周に近づけて容量性結合を持たせ、該コイルアンテナ２３を反応管１４外周に沿って回動させるようにした。反応管１４内壁には、容量結合によりイオンシース（ion sheath）が形成され、プラズマ中のイオンのほとんどは試料２２に向かい、それをエッチングする。そして、イオンの極一部はコイルアンテナ２３の方向に向かい反応管１４内壁に衝突する。コイルアンテナ２３の容量結合によるイオンシースで加速されたイオンと反応管１４内壁に付着しようとしているエッチング生成物は衝突し、エッチング生成物は拡散される。その結果、エッチング処理を行うと同時に、反応管１４の全周においてエッチング生成物の付着量を少なくし、反応管１４の洗浄周期を長くすることができる。
【００４１】
（２）コイルアンテナ２３の立下り部分３３を第１及び第２周回部分３１，３２よりも反応管１４外周に近づけたため、結合容量の強い部分を容易に形成することができる。そして、コイルアンテナ２３を反応管１４外周に沿って回動させるようにしたため、その反応管１４全周に渡り上下方向に幅広くエッチング生成物の付着量を略均一に少なくすることができる。
【００４２】
（第二実施形態）
以下、本発明を具体化した第二実施形態を図６に従って説明する。
尚、説明の便宜上、図１と同様の構成については同一の符号を付してその説明を一部省略する。
【００４３】
図６は、ＩＣＰ方式のプラズマエッチング装置の概略図である。
エッチング装置４０は、駆動器４１がエッチング室１１のフランジ１５に固定されている。駆動器４１はモータ４２及びそれにより回動駆動されるロータリコネクタ４３を備える。
【００４４】
ロータリコネクタ４３は、中空の軸４４と、それに対してベアリング４５により回動可能に支持されたリング状の出力部４６とから構成され、中空軸４４がフランジ１５上面に固定されている。
【００４５】
ロータリコネクタ４３は、中空軸４４と出力部４６との間が高周波電源の導通可能に構成され、中空軸４４が整合器２４を介して第１高周波電源２５に接続され、出力部４６がコイルアンテナ２３の給電側端子２３ａに接続されている。これにより、第１高周波電源２５から整合器２４及びロータリコネクタ４３を介してコイルアンテナ２３に電力供給がなされる。
【００４６】
フランジ１５には、エッチング室１１内部と中空軸４４内部とを連通する連通孔１５ａが設けられ、その連通孔１５ａにはガス導入ポート４７が連なるように設けられ、そのガス導入ポート４７及び連通孔１５ａを介してエッチング室１１内にエッチングガスが導入される。また、ガス導入ポート４７は、フランジ１５の温度調整を行うための温調ケーブルが挿入可能に形成されている。
【００４７】
ロータリコネクタ４３の出力部４６にはプーリー４８が同軸状に固定され、そのプーリー４８にはモータ４２の出力軸に固定されたプーリー４９との間にタイミングベルト５０が掛け渡されている。
【００４８】
下部処理室１３内には、試料としてのウェハ２２を固定する試料台としての静電チャック５１が設けられ、その静電チャック５１は整合器２７を介してバイアス用電源を供給する第２高周波電源２６に接続されている。
【００４９】
静電チャック５１は、略円盤状に形成され、中央にウェハ２２の径より小さな径の載置部が形成されており、段差となる外周部にはそれを覆う略円環状の石英プレート５２が固定されている。
【００５０】
次に、上記のように構成されたエッチング装置４０の作用を説明する。
ガス導入ポート１８，４７より導入されたガスは、エッチング室１１中で所望の圧力雰囲気にコントロールされる。エッチング室１１内のガス雰囲気が安定したところで第１高周波電源２５よりコイルアンテナ２３に電力が供給され、コイルアンテナ２３より発振された電磁波は反応管１４を透過してガス分子、原子を電離しエッチング室１１内はプラズマ状態となる。
【００５１】
図示しないコントローラは、第１高周波電源２５の発振とともにモータ４２を起動し、タイミングベルト５０を経由してプーリー４８に回転動作が伝達される。プーリー４８にはロータリコネクタ４３が固定されており、その先に固定されているコイルアンテナ２３が同時に回転する。
【００５２】
プラズマが安定して十分なイオンが生成されたところで、第２高周波電源２６より電力を供給し、ウェハ２２はイオンアシスト反応やイオン衝撃によりエッチングされる。
【００５３】
ＦｅＲＡＭ等のデバイスに代表されるＰｔ，Ｉｒ，ＰＺＴ，ＳＢＴ等の材料をエッチングした場合、それらの材料はあらゆるエッチャントと反応性が非常に低い。このため、ほとんどがイオン衝撃によるスパッタエッチでの加工となり、揮発性の分子を作らない。従って、エッチング生成物の多くはそれぞれの原子のままで試料２２より削り取られたものであり、エッチング室１１内壁つまり反応管１４の内壁に付着する。
【００５４】
このとき、コイルアンテナ２３の立下り部分３３近傍の反応管１４内壁には、容量結合によりイオンシース（ion sheath）が形成され、プラズマ中のイオンの極一部はエッチング室１１からコイルアンテナ２３の方向に向かい反応管１４内壁に衝突する。アンテナ近傍でのイオンシースの形成は、石英反応管１４に限らず、使用する電波を透過する誘電体で起こる。
【００５５】
コイルアンテナ２３の容量結合によるイオンシースで加速されたイオンと反応管１４内壁に付着しようとしているエッチング生成物は衝突し、エッチング生成物は拡散される。その結果、コイルアンテナ２３近傍には、エッチング生成物の付着量が少ない。
【００５６】
以上記述したように、本実施形態によれば、第一実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（１）フランジ１５上面に固定したロータリコネクタ４３にコイルアンテナ２３を接続し、モータ４２にてロータリコネクタ４３に同軸状に固定したプーリー４８を回動させ、コイルアンテナ２３を反応管１４外周に沿って回動させるようにした。その結果、コイルアンテナ２３を反応管１４外周に沿って精度良く回動させ、反応管１４内壁に付着するエッチング生成物の堆積レートのバラツキを抑えることができる。
【００５７】
（２）中空軸４４を有するロータリコネクタ４３を用いることで、フランジ１５の温度調節と、エッチング室１１の上部からのガス導入とを行うことが可能となる。
【００５８】
尚、前記各実施形態は、以下の態様に変更してもよい。
・上記各実施形態のコイルアンテナ２３の形状を、適宜変更して実施しても良い。
【００５９】
例えば、図７（ａ），（ｂ）に示すように、コイルアンテナ６１は、反応管１４外周と第２の距離を離してその反応管１４に沿って略１／４周するように形成された立下り部分６２と、反応管１４外周と第１の距離を離してその反応管１４に沿うように形成され、立下り部分６２との接続点において反応管１４から第２の距離だけ離間するように形成された第１及び第２周回部分６３，６４とを備える。このようにしても、上記各実施形態と同様に、立下り部分６２の接合容量成分を、第１及び第２周回部分６３，６４のそれよりも大きくし、反応管１４内壁へのエッチング生成物の付着量を低減することができる。
【００６０】
また、図８（ａ），（ｂ）に示すように、コイルアンテナ７１は、電力供給側から徐々に太くした立下り部分７２と、それに接続された第１及び第２周回部分６３，６４を備える。このようにすれば反応管１４に対して容量性結合量の分布が均一となる。これにより、エッチング生成物の堆積レートを低くし、反応管１４内壁の堆積分布も均一となり、堆積物は剥がれ難くなる。
【００６１】
更に、コイルアンテナを、それが反応管１４外周に投影される面積を給電側端子から接地側端子に向かって徐々に大きくするように形成しても良い。
例えば、図９（ａ），（ｂ）に示すように、均一の板厚を持つアンテナ用板材８１を給電側端子８１ａから接地側端子８１ｂに向かって幅を徐々に太くし、それを反応管１４の外周に沿ってその外周から等距離に略２ターン巻くように形成する。また、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、均一の板厚及び幅を持つアンテナ用板材８２を９０°ひねり、それを反応管１４の外周に沿ってその外周から等距離に略２ターン巻くように形成する。
【００６２】
板材８１，８２を反応管１４外周と等距離に略２ターン巻くと、それの容量性結合量は、反応管１４の投影面積を給電側端子８１ａ，８２ａから接地側端子８１ｂ，８２ｂに向かって徐々に大きくすることで、容量性結合量の分布が均一となる。これにより、エッチング生成物の堆積レートを低くし、反応管１４内壁の堆積分布も均一となり、堆積物は剥がれ難くなる。
【００６３】
このように、コイルアンテナ２３を反応管１４に近づけたり、アンテナ２３の反応管１４に投影される面積を大きくすることにより、イオンシースの大きさを変えることができ、エッチング材料やエッチャントの違いによる生成物の付着量の違いに対応して生成物の付着をコントロール可能となり、付着レートを減少させ反応管１４の洗浄周期を長期化することが可能となる。
【００６４】
・上記各実施形態のコイルアンテナ２３，６１，７１，８１，８２を、誘導結合型プラズマＣＶＤ装置（inductively coupled plasma enhanced CVD system）等の生成したプラズマにより試料に所定の処理を施す装置に応用して実施してもよい。もちろん、試料としてウェハ以外に、液晶表示装置（ＬＣＤ）や薄膜磁気ヘッド（ＴＦＨ）などの製造工程に用いられるエッチング装置および化学的気相堆積（ＣＶＤ）装置に具体化してもよい。
【００６５】
・上記各実施形態では、エッチング室１１を固定し、反応管１４の外周に沿ってコイルアンテナ２３を回動させるようにしたが、コイルアンテナ２３を固定し反応管１４を回動させるようにしてもよい。また、コイルアンテナ２３及び反応管１４を、ともに水平回動させるようにしても良い。このようにしても、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
・上記各実施形態におけるコイルアンテナ２３と反応管１４との相対移動は水平回動のみならず、上下移動、水平回動及び上下移動を行うようにしてもよい。・上記実施形態において、コントローラ２９でコイルアンテナ２３の移動速度を可変するようにしてもよく、これにより、性質の異なるエッチング生成物の堆積速度を減少させることが可能となる。
【００６７】
・上記各実施形態では、コイルアンテナ２３を略２ターン状に形成したが、略１ターン状又は略３ターン以上の形状に形成しても良い。
・上記各実施形態において、コイルアンテナ２３の第１及び第２周回部分３１，３２と反応管１４外周との間隔を相違させても良い。例えば、第１周回部分３１の間隔を第２周回部分３２の間隔より長くする。これにより、第１周回部分３１の容量性結合量と第２周回部分３２のそれとを略同一にすることができ、エッチング生成物の堆積レートをほぼ均一にすることができる。
【００６８】
・上記第一実施形態において、上部処理室１２を鐘を伏せたような形状の石英ベルジャにより構成したエッチング装置又はＣＶＤ装置に具体化してもよい。
以上の様々な実施の形態をまとめると、以下のようになる。
（付記１） 誘電体よりなる円筒形の反応管を備えた処理室内に処理ガスを導入して所定の雰囲気にし、前記反応管の外側に設けられた高周波アンテナに高周波電力を供給して前記処理室内に生成されるプラズマにより該処理室内に収容した処理対象物をエッチングするプラズマエッチング方法において、
前記高周波アンテナに部分的に大きな容量性結合部分を持たせ、該高周波アンテナと前記反応管とを相対移動させるようにしたことを特徴とするプラズマエッチング方法。
（付記２） 誘電体よりなる円筒形の反応管を備えた処理室内に処理ガスを導入して所定の雰囲気にし、前記反応管の外側に設けられた高周波アンテナに高周波電力を供給して前記処理室内に生成されるプラズマにより該処理室内に収容した処理対象物をエッチングするプラズマエッチング装置において、
前記高周波アンテナとプラズマの間に部分的に大きな容量性結合部分が設けられ、かつ前記高周波アンテナと前記反応管とを相対移動させる駆動手段を備えたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
（付記３） 前記容量性結合部分を、前記高周波アンテナの一部を前記反応管に近接させて形成したことを特徴とする付記２記載のプラズマエッチング装置。
（付記４） 前記容量性結合部分は、上下方向に配列された複数の周回部分を接続する立下り部分であることを特徴とする付記２又は３記載のプラズマエッチング装置。
（付記５） 前記容量性結合部分は、上下方向に配列された複数の周回部分を接続する立下り部分であり、該部分の前記反応管への投影面積を接地側に向かって徐々に大きくして結合容量を略均一に形成したことを特徴とする付記２又は３記載のプラズマエッチング装置。
（付記６） 前記高周波アンテナの前記反応管外周への投影面積を給電側端子から接地側端子にかけて徐々に大きくして両端子間の結合容量を略均一となるように形成したことを特徴とする付記２記載のプラズマエッチング装置。
（付記７） 前記反応管と同軸状にロータリコネクタを備え、該ロータリコネクタの中心軸を整合器を介してプラズマソース用の高周波電源に接続し、前記中心軸に回動可能に支持された出力部に前記高周波アンテナの給電側端子を接続したことを特徴とする付記２〜６のうちの何れか一項記載のプラズマエッチング装置。
（付記８） 前記中心軸は中空の軸であり、該軸を介して処理室の上部からのガス導入、該処理室の温度調整を可能としたことを特徴とする付記７記載のプラズマエッチング装置。
（付記９） 前記高周波アンテナと前記反応管との相対移動速度を可変する制御手段を備えたことを特徴とする付記２〜８のうちの何れか一項記載のプラズマエッチング装置。
（付記１０） 誘電体よりなる円筒形の反応管を備えた処理室内に処理ガスを導入して所定の雰囲気にし、前記反応管の外側に設けられた高周波アンテナに高周波電力を供給して前記処理室内に生成されるプラズマにより該処理室内に収容した処理対象物に所望の処理を施すプラズマ処理装置において、
前記高周波アンテナとプラズマの間に部分的に大きな容量性結合部分が設けられ、かつ前記高周波アンテナと前記反応管とを相対移動させる駆動手段を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、誘電体よりなる反応管の側壁における反応生成物の付着量が少なく、生産効率のよいプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第一実施形態のプラズマエッチング装置の概要図である。
【図２】 高周波アンテナの説明図である。
【図３】 ウェハにおけるエッチングレートを示す説明図である。
【図４】 処理枚数に対するパーティクル個数の説明図である。
【図５】 処理枚数に対するパーティクル個数の説明図である。
【図６】 第二実施形態のプラズマエッチング装置の概要図である。
【図７】 別の高周波アンテナの説明図である。
【図８】 別の高周波アンテナの説明図である。
【図９】 別の高周波アンテナの説明図である。
【図１０】 別の高周波アンテナの説明図である。
【符号の説明】
１１ 処理室（エッチング室）
１４ 反応管
２３ 高周波アンテナ（コイルアンテナ）
３３ 立下り部分
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
半導体デバイスは、適切な基板上に各種機能性を備えた薄膜を堆積、必要な形状にパターニングすることにより製造される。この際、不要部分を除去するために用いられるのがドライエッチング装置である。このエッチング装置において、処理室内壁にはデバイスのパターン加工を行う際に発生するエッチング生成物が付着する。この生成物は、半導体デバイスのパターン形成に悪影響を及ぼし、その除去はエッチング装置の稼働時間の低下を招くことから、生成物の付着量減少が要求されている。
【０００３】
【従来の技術】
従来、半導体デバイスを構成する材料には、ドライエッチングにおいて選択された所望のエッチングガスと高い反応性を示す、即ち加工しやすい材料が用いられてきた。エッチングガスは、デバイスのパターン加工を行う際に発生するエッチング生成物が高い揮発性を持つように選択される。その反応生成物は真空排気系にて排出され、処理室にはほとんど残留しなかった。また、エッチング生成物の処理室内壁への付着が比較的多い場合も、その処理室内壁を高い温度に保つことで、付着防止に大きな効果が得られていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年、デバイスの更なる微細化、高速化、高機能化において、デバイスを構成する材料として反応性の非常に低い物質が使われ始めている。例えば、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ:Ferroelectric RAM）のキャパシタを構成する電極材料であるイリジウム（Ｉｒ）やプラチナ（Ｐｔ）等の高融点メタルは、他の原子や分子との結合性が非常に低い。同様に、セラミック系の強誘電体材料であるＰＺＴ（Lead Zirconate Titanate:ジルコン酸チタン酸鉛）やＳＢＴ（Strontium,Bismuth,Tantalum：ストロンチウム-ビスマス-タンタル複合酸化物）等も、反応性が低い。
【０００５】
これら反応性が非常に低い材料のエッチングにはイオン衝突によるスパッタエッチングを行い、それにより所望のパターンを形成する。この際に発生するエッチング生成物は不揮発性であるため、真空ポンプ等の排気装置により排気されず、処理室内壁に付着する。このエッチング生成物は、エッチング毎に処理室内壁に堆積し、数十枚から数百枚の処理程度でエッチング中に処理室内壁温度と待機中の内壁温度差による熱ストレスにより剥がれる。この剥がれたエッチング生成物は塵となってウェハ上に降り、パターン形成に悪影響を及ぼす。
【０００６】
このような材料のエッチング方法として、高速な排気系を設け処理圧力の低圧化にて不揮発性のエッチング生成物を排出させることが試みられているが、大きな効果は得られていない。
【０００７】
また、処理室内壁を高い温度に保つことは、従来の材料でエッチング生成物の再付着が多い場合に大きな効果が得られる。しかし、反応性が低い材料は融点が非常に高く、この方法も生成物付着防止に大きな効果は得られない。
【０００８】
処理室の壁を一定温度に保ち堆積物に熱ストレスがかからないようにする方法は、処理室内壁に堆積した生成物の剥離に対して一定の効果が得られる。しかし、この方法では、厚い堆積物により処理室雰囲気が変わり、ウェハ毎のエッチング安定性が得られない。更に、前述のキャパシタの電極材料等のエッチングの場合、誘電体処理室内壁を覆う金属系の堆積物は、高周波電力の処理室内への供給を阻害し、やがてプラズマが点火しにくくなるという問題がある。
【０００９】
これら問題により、従来のエッチング材料に比べ非常に短い周期で処理室を大気開放し、誘電体容器を洗浄しなければならない。洗浄の周期が短いため、生産性が低く、洗浄コストが大きく上昇する。
【００１０】
洗浄方法の一つとして処理室を大気開放せずに、内部の堆積物をそれと反応しやすいガスでプラズマエッチングにより除去する方法があり、この方法は洗浄時間を短くする。しかし、前述のように反応性の低い材料のエッチング生成物もやはり反応し難く、ドライクリーニングが実現できていない。仮にドライクリーニングが実現できたとしても、製品処理とは別にクリーニングシーケンスを組む必要があり、生産性が大きく低下するという問題がある。
【００１１】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は製品処理において反応性の低い材料のエッチングを行い、誘電体よりなる反応管の側壁における反応生成物の付着量を少なくすることができるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１，２，６，７，８に記載の発明によれば、前記高周波アンテナに部分的に大きな容量性結合部分を持たせ、該高周波アンテナと前記反応管とを相対移動させるようにした。反応管内壁には、容量結合によりイオンシース（ion sheath）が形成され、プラズマ中のイオンの極一部は高周波アンテナの方向に向かい反応管内壁に衝突する。高周波アンテナの容量結合によるイオンシースで加速されたイオンと反応管内壁に付着しようとしているエッチング等の処理生成物は衝突し、それら生成物は拡散される。その結果、プラズマによる処理が行われ、アンテナと反応管との相対移動により反応管の全周においてエッチング等の処理生成物の付着量が少なくなる。
【００１３】
立下り部分は、請求項３に記載の発明のように、前記第１及び第２周回部分よりも前記反応管に近接するように形成される。これにより、容量性結合の強い部分を容易に形成できる。
【００１４】
請求項４に記載の発明のように、前記高周波アンテナの前記反応管外周への投影面積を給電側端子から接地側端子にかけて徐々に大きくして両端子間の結合容量を略均一となるように形成した。これにより、付着量が略均一になる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、前記反応管と同軸状にロータリコネクタを備え、該ロータリコネクタの中心軸を整合器を介してプラズマソース用の高周波電源に接続し、前記中心軸に回動可能に支持された出力部に前記高周波アンテナの給電側端子を接続した。これにより、高周波アンテナが反応管外周に沿って精度よく移動する。
請求項９に記載の発明のように、前記第１周回部分は給電側端子に接続され、前記第２周回部分は接地側端子に接続される。
請求項１０に記載の発明によれば、前記第１周回部分及び前記第２周回部分と前記反応管との距離である第１の距離が、前記容量性結合部分と前記反応管との距離である第２の距離よりも大きい。これにより、容量性結合の強い部分を容易に形成できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第一実施形態）
以下、本発明を具体化した第一実施形態を図１〜図５に従って説明する。
【００１７】
図１は、ＩＣＰ方式のプラズマエッチング装置（inductively coupled plasma etching system ）の概略図である。
エッチング装置１０はエッチング室１１を備え、そのエッチング室１１は、上部処理室１２と下部処理室１３とから構成される。
【００１８】
上部処理室１２は、反応管１４と、それの上端を覆うフランジ１５とから構成される。反応管１４は、石英ガラスの誘電体よりなり、円筒形に形成されている。
【００１９】
下部処理室１３は、反応管１４より幅広く形成された処理容器１６と、それの上端を覆うフランジ１７とから構成されている。フランジ１７は反応管１４の内径と略同一の内径を持つ環状に形成され、そのフランジ１７の上面に反応管１４が固定されている。
【００２０】
フランジ１７にはエッチングガスをエッチング室１１内に導入するガス導入ポート１８が形成されている。処理容器１６には真空ポンプ１９に連なる排気ポート２０が形成されている。真空ポンプ１９により、プラズマ中の分子、エッチング生成物等が排気される。
【００２１】
下部処理室１３には試料台２１が設けられている。試料台２１は静電チャックよりなり、その上面には例えばウェハ等の被エッチング対象である試料２２が載置固定される。
【００２２】
反応管１４の外側には、コイルアンテナ２３が設けられている。コイルアンテナ２３は、プラズマ生成と維持のためにエッチング室１１に電力を供給するために設けられている。コイルアンテナ２３は、反応管１４の外周に沿って略２ターン状に形成され、そのコイルの第１端子（入力側端子）２３ａは高周波インピーダンス整合器（マッチングユニット）２４を介して高周波電源２５に接続され、第２端子２３ｂは接地されている。
【００２３】
エッチング装置１０には、プラズマ中のエッチャントであるイオンを試料に向かって加速させるために電力供給源であるバイアス用高周波電源２６が備えられ、その高周波電源２６は高周波インピーダンス整合器２７を介して試料台２１に接続されている。
【００２４】
更に、エッチング装置１０には、コイルアンテナ２３を移動させるための駆動器２８と、それを制御するためのコントローラ２９が備えられている。駆動器２８は、コイルアンテナ２３と反応管１４とを相対移動させるように構成され、本実施形態では、コイルアンテナ２３を反応管１４の外周に沿って水平回動させえるように構成されている。
【００２５】
駆動器２８は、コントローラ２９からの指令に基づいて動作し、コイルアンテナ２３を水平回動させる。コントローラ２９は、試料２２のエッチングが開始されると駆動器２８に指令を出力し、駆動器２８はその指令に応答してコイルアンテナ２３を水平回動させる。
【００２６】
図２はコイルアンテナ２３の形状を示し、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図である。
コイルアンテナ２３は、上下方向に所定の間隔にて配置された第１及び第２周回部分３１，３２と、それらを接続する立下り部分３３とを備える。第１周回部分３１は給電側端子２３ａと接続され、第２周回部分３２は接地側端子２３ｂと接続されている。
【００２７】
第１及び第２周回部分３１，３２は、反応管１４外周との間隔が第１の距離にてその外周に沿って水平に略３／４周するように形成されている。立下り部分３３は、反応管１４外周との間隔が第２の距離にてその外周に沿って略１／４周するように形成されている。そして、第２の距離は、第１の距離に比べて極めて小さく設定されている。
【００２８】
これは、コイルアンテナ２３において、立下り部分３３における容量結合成分を大きくする。誘導結合型と言えどもコイルアンテナ２３が有限であるために若干の結合容量成分が存在する。そして、この結合容量成分は、コイルアンテナ２３と反応管１４との間隔が等しい場合、給電側端子２３ａから接地側端子２３ｂに向かって減少する。このため、立下り部分３３を反応管１４外周に近接させることで、この部分における結合容量成分を、第１及び第２周回部分３１，３２のそれよりも大きくする。更に、第２の距離を第１の距離に比べて遙かに小さくし、立下り部分３３と反応管１４との距離をその上端（第１周回部分３１の終端）から下端（第２周回部分３２の先端）までほぼ等しくすることで、その立下り部分３３における結合容量成分を上端から下端までほぼ均一にしている。
【００２９】
次に、上記のように構成されたエッチング装置１０の作用を説明する。
ガス導入ポート１８より導入されたガスと真空ポンプ１９と排気ポート２０のコンダクタンスにより、エッチング室１１は、所望の雰囲気を形成する。エッチング室１１内のガス雰囲気が安定したところでソース用の第１高周波電源２５よりコイルアンテナ２３に電力が供給され、コイルアンテナ２３より発振された電磁波は反応管１４を透過してガス分子、原子を電離しエッチング室１１内はプラズマ状態となる。
【００３０】
コントローラ２９は第１高周波電源２５の発振とともに駆動器２８を起動し、コイルアンテナ２３を水平回動させる。
プラズマが安定して十分なイオンが生成されたところで、試料台２１にバイアス用の第２高周波電源２６より電力を供給し、試料２２はイオンアシスト反応やイオン衝撃によりエッチングされる。なお、エッチングが開始されるのは、バイアス電力が供給されてからであるため、コントローラ２９は駆動器２８を第２高周波電源２６の発振時に起動するようにしてもよい。
【００３１】
ＦｅＲＡＭ等のデバイスに代表されるＰｔ，Ｉｒ，ＰＺＴ，ＳＢＴ等の材料をエッチングした場合、それらの材料はあらゆるエッチャントと反応性が非常に低い。このため、ほとんどがイオン衝撃によるスパッタエッチでの加工となり、揮発性の分子を作らない。従って、エッチング生成物の多くはそれぞれの原子のままで試料２２より削り取られたものであり、エッチング室１１内壁つまり反応管１４の内壁に付着する。
【００３２】
このとき、コイルアンテナ２３の立下り部分３３近傍の反応管１４内壁には、容量結合によりイオンシース（ion sheath）が形成され、プラズマ中のイオンの極一部はエッチング室１１からコイルアンテナ２３の方向に向かい反応管１４内壁に衝突する。アンテナ近傍でのイオンシースの形成は、反応管１４に限らず、使用する電波を透過する誘電体で起こる。
【００３３】
コイルアンテナ２３の容量結合によるイオンシースで加速されたイオンと反応管１４内壁に付着しようとしているエッチング生成物は衝突し、エッチング生成物は拡散される。その結果、コイルアンテナ２３近傍には、エッチング生成物の付着量が少ない。
【００３４】
更に、立下り部分３３において、その上端から下端までの結合容量成分がほぼ均一である。従って、エッチング生成物の拡散は、コイルアンテナ２３の上端から下端までほぼ均一におこり、それに対応する反応管１４へのエッチング生成物の付着量はほぼ均一になる。
【００３５】
イオンシースを大きくすることによりコイルアンテナ２３により生成されたエッチャントであるイオンの反応管１４方向へ向かう量が多くなるのであるが、ＩＣＰ方式により生成されたイオン密度は非常に高く、エッチングレートに影響するほどウェハに向かうイオンは減少しない。
【００３６】
図３（ａ）は本実施形態のエッチング装置１０にてエッチングした試料（ウェハ）２２ａのエッチング特性を示し、図３（ｂ）は従来のエッチング装置にてエッチングした試料２２ｂのエッチング特性を示す。各試料２２ａ，２２ｂ中に示した数値は、ほぼ同一電圧の高周波電源を供給したときの各位置におけるエッチング量を示す。
【００３７】
エッチング結果は、ウェハ間のバラツキの範囲内のものであり、容量結合成分の増加による影響は全くない。仮に反応管１４方向へ向かうイオンが多くなり、エッチングレートに影響が出るようであれば、第１高周波電源２５にて供給する高周波電力を若干上げ、エッチング室１１内のイオン密度を増やすことでその影響をほぼうち消すことができる。
【００３８】
図４は、キャパシタ構造を特徴とするＦｅＲＡＭデバイスの強誘電体ＰＺＴと電極Ｐｔを連続してエッチングした時のその試料（ウェハ）２２の処理枚数に対する発塵量（パーティクル数）の特性を示す。尚、図４において、囲まれた部分のデータは、従来のエッチング装置によるものである。このように、従来の装置では、３５０枚程度の試料２２を処理するとパーティクルが増加するが、本実施形態のエッチング装置１０ではおよそ５００枚を連続してエッチングしてもパーティクル量の急激な増加は見られず、処理室の洗浄が必要ないことが判る。
【００３９】
図５は、コイルアンテナ２３の回転数に対する発塵量の特性を示す。これは、コイルアンテナ２３の移動による既堆積物の剥がれによる発塵を調べるものであるが、サイズの大きなパーティクル（Ｌサイズ）の発塵はほとんど発生せず、既堆積物の剥がれはないことが判る。
【００４０】
以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）コイルアンテナ２３の立下り部分３３を反応管１４外周に近づけて容量性結合を持たせ、該コイルアンテナ２３を反応管１４外周に沿って回動させるようにした。反応管１４内壁には、容量結合によりイオンシース（ion sheath）が形成され、プラズマ中のイオンのほとんどは試料２２に向かい、それをエッチングする。そして、イオンの極一部はコイルアンテナ２３の方向に向かい反応管１４内壁に衝突する。コイルアンテナ２３の容量結合によるイオンシースで加速されたイオンと反応管１４内壁に付着しようとしているエッチング生成物は衝突し、エッチング生成物は拡散される。その結果、エッチング処理を行うと同時に、反応管１４の全周においてエッチング生成物の付着量を少なくし、反応管１４の洗浄周期を長くすることができる。
【００４１】
（２）コイルアンテナ２３の立下り部分３３を第１及び第２周回部分３１，３２よりも反応管１４外周に近づけたため、結合容量の強い部分を容易に形成することができる。そして、コイルアンテナ２３を反応管１４外周に沿って回動させるようにしたため、その反応管１４全周に渡り上下方向に幅広くエッチング生成物の付着量を略均一に少なくすることができる。
【００４２】
（第二実施形態）
以下、本発明を具体化した第二実施形態を図６に従って説明する。
尚、説明の便宜上、図１と同様の構成については同一の符号を付してその説明を一部省略する。
【００４３】
図６は、ＩＣＰ方式のプラズマエッチング装置の概略図である。
エッチング装置４０は、駆動器４１がエッチング室１１のフランジ１５に固定されている。駆動器４１はモータ４２及びそれにより回動駆動されるロータリコネクタ４３を備える。
【００４４】
ロータリコネクタ４３は、中空の軸４４と、それに対してベアリング４５により回動可能に支持されたリング状の出力部４６とから構成され、中空軸４４がフランジ１５上面に固定されている。
【００４５】
ロータリコネクタ４３は、中空軸４４と出力部４６との間が高周波電源の導通可能に構成され、中空軸４４が整合器２４を介して第１高周波電源２５に接続され、出力部４６がコイルアンテナ２３の給電側端子２３ａに接続されている。これにより、第１高周波電源２５から整合器２４及びロータリコネクタ４３を介してコイルアンテナ２３に電力供給がなされる。
【００４６】
フランジ１５には、エッチング室１１内部と中空軸４４内部とを連通する連通孔１５ａが設けられ、その連通孔１５ａにはガス導入ポート４７が連なるように設けられ、そのガス導入ポート４７及び連通孔１５ａを介してエッチング室１１内にエッチングガスが導入される。また、ガス導入ポート４７は、フランジ１５の温度調整を行うための温調ケーブルが挿入可能に形成されている。
【００４７】
ロータリコネクタ４３の出力部４６にはプーリー４８が同軸状に固定され、そのプーリー４８にはモータ４２の出力軸に固定されたプーリー４９との間にタイミングベルト５０が掛け渡されている。
【００４８】
下部処理室１３内には、試料としてのウェハ２２を固定する試料台としての静電チャック５１が設けられ、その静電チャック５１は整合器２７を介してバイアス用電源を供給する第２高周波電源２６に接続されている。
【００４９】
静電チャック５１は、略円盤状に形成され、中央にウェハ２２の径より小さな径の載置部が形成されており、段差となる外周部にはそれを覆う略円環状の石英プレート５２が固定されている。
【００５０】
次に、上記のように構成されたエッチング装置４０の作用を説明する。
ガス導入ポート１８，４７より導入されたガスは、エッチング室１１中で所望の圧力雰囲気にコントロールされる。エッチング室１１内のガス雰囲気が安定したところで第１高周波電源２５よりコイルアンテナ２３に電力が供給され、コイルアンテナ２３より発振された電磁波は反応管１４を透過してガス分子、原子を電離しエッチング室１１内はプラズマ状態となる。
【００５１】
図示しないコントローラは、第１高周波電源２５の発振とともにモータ４２を起動し、タイミングベルト５０を経由してプーリー４８に回転動作が伝達される。プーリー４８にはロータリコネクタ４３が固定されており、その先に固定されているコイルアンテナ２３が同時に回転する。
【００５２】
プラズマが安定して十分なイオンが生成されたところで、第２高周波電源２６より電力を供給し、ウェハ２２はイオンアシスト反応やイオン衝撃によりエッチングされる。
【００５３】
ＦｅＲＡＭ等のデバイスに代表されるＰｔ，Ｉｒ，ＰＺＴ，ＳＢＴ等の材料をエッチングした場合、それらの材料はあらゆるエッチャントと反応性が非常に低い。このため、ほとんどがイオン衝撃によるスパッタエッチでの加工となり、揮発性の分子を作らない。従って、エッチング生成物の多くはそれぞれの原子のままで試料２２より削り取られたものであり、エッチング室１１内壁つまり反応管１４の内壁に付着する。
【００５４】
このとき、コイルアンテナ２３の立下り部分３３近傍の反応管１４内壁には、容量結合によりイオンシース（ion sheath）が形成され、プラズマ中のイオンの極一部はエッチング室１１からコイルアンテナ２３の方向に向かい反応管１４内壁に衝突する。アンテナ近傍でのイオンシースの形成は、石英反応管１４に限らず、使用する電波を透過する誘電体で起こる。
【００５５】
コイルアンテナ２３の容量結合によるイオンシースで加速されたイオンと反応管１４内壁に付着しようとしているエッチング生成物は衝突し、エッチング生成物は拡散される。その結果、コイルアンテナ２３近傍には、エッチング生成物の付着量が少ない。
【００５６】
以上記述したように、本実施形態によれば、第一実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（１）フランジ１５上面に固定したロータリコネクタ４３にコイルアンテナ２３を接続し、モータ４２にてロータリコネクタ４３に同軸状に固定したプーリー４８を回動させ、コイルアンテナ２３を反応管１４外周に沿って回動させるようにした。その結果、コイルアンテナ２３を反応管１４外周に沿って精度良く回動させ、反応管１４内壁に付着するエッチング生成物の堆積レートのバラツキを抑えることができる。
【００５７】
（２）中空軸４４を有するロータリコネクタ４３を用いることで、フランジ１５の温度調節と、エッチング室１１の上部からのガス導入とを行うことが可能となる。
【００５８】
尚、前記各実施形態は、以下の態様に変更してもよい。
・上記各実施形態のコイルアンテナ２３の形状を、適宜変更して実施しても良い。
【００５９】
例えば、図７（ａ），（ｂ）に示すように、コイルアンテナ６１は、反応管１４外周と第２の距離を離してその反応管１４に沿って略１／４周するように形成された立下り部分６２と、反応管１４外周と第１の距離を離してその反応管１４に沿うように形成され、立下り部分６２との接続点において反応管１４から第２の距離だけ離間するように形成された第１及び第２周回部分６３，６４とを備える。このようにしても、上記各実施形態と同様に、立下り部分６２の接合容量成分を、第１及び第２周回部分６３，６４のそれよりも大きくし、反応管１４内壁へのエッチング生成物の付着量を低減することができる。
【００６０】
また、図８（ａ），（ｂ）に示すように、コイルアンテナ７１は、電力供給側から徐々に太くした立下り部分７２と、それに接続された第１及び第２周回部分６３，６４を備える。このようにすれば反応管１４に対して容量性結合量の分布が均一となる。これにより、エッチング生成物の堆積レートを低くし、反応管１４内壁の堆積分布も均一となり、堆積物は剥がれ難くなる。
【００６１】
更に、コイルアンテナを、それが反応管１４外周に投影される面積を給電側端子から接地側端子に向かって徐々に大きくするように形成しても良い。
例えば、図９（ａ），（ｂ）に示すように、均一の板厚を持つアンテナ用板材８１を給電側端子８１ａから接地側端子８１ｂに向かって幅を徐々に太くし、それを反応管１４の外周に沿ってその外周から等距離に略２ターン巻くように形成する。また、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、均一の板厚及び幅を持つアンテナ用板材８２を９０°ひねり、それを反応管１４の外周に沿ってその外周から等距離に略２ターン巻くように形成する。
【００６２】
板材８１，８２を反応管１４外周と等距離に略２ターン巻くと、それの容量性結合量は、反応管１４の投影面積を給電側端子８１ａ，８２ａから接地側端子８１ｂ，８２ｂに向かって徐々に大きくすることで、容量性結合量の分布が均一となる。これにより、エッチング生成物の堆積レートを低くし、反応管１４内壁の堆積分布も均一となり、堆積物は剥がれ難くなる。
【００６３】
このように、コイルアンテナ２３を反応管１４に近づけたり、アンテナ２３の反応管１４に投影される面積を大きくすることにより、イオンシースの大きさを変えることができ、エッチング材料やエッチャントの違いによる生成物の付着量の違いに対応して生成物の付着をコントロール可能となり、付着レートを減少させ反応管１４の洗浄周期を長期化することが可能となる。
【００６４】
・上記各実施形態のコイルアンテナ２３，６１，７１，８１，８２を、誘導結合型プラズマＣＶＤ装置（inductively coupled plasma enhanced CVD system）等の生成したプラズマにより試料に所定の処理を施す装置に応用して実施してもよい。もちろん、試料としてウェハ以外に、液晶表示装置（ＬＣＤ）や薄膜磁気ヘッド（ＴＦＨ）などの製造工程に用いられるエッチング装置および化学的気相堆積（ＣＶＤ）装置に具体化してもよい。
【００６５】
・上記各実施形態では、エッチング室１１を固定し、反応管１４の外周に沿ってコイルアンテナ２３を回動させるようにしたが、コイルアンテナ２３を固定し反応管１４を回動させるようにしてもよい。また、コイルアンテナ２３及び反応管１４を、ともに水平回動させるようにしても良い。このようにしても、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
・上記各実施形態におけるコイルアンテナ２３と反応管１４との相対移動は水平回動のみならず、上下移動、水平回動及び上下移動を行うようにしてもよい。・上記実施形態において、コントローラ２９でコイルアンテナ２３の移動速度を可変するようにしてもよく、これにより、性質の異なるエッチング生成物の堆積速度を減少させることが可能となる。
【００６７】
・上記各実施形態では、コイルアンテナ２３を略２ターン状に形成したが、略１ターン状又は略３ターン以上の形状に形成しても良い。
・上記各実施形態において、コイルアンテナ２３の第１及び第２周回部分３１，３２と反応管１４外周との間隔を相違させても良い。例えば、第１周回部分３１の間隔を第２周回部分３２の間隔より長くする。これにより、第１周回部分３１の容量性結合量と第２周回部分３２のそれとを略同一にすることができ、エッチング生成物の堆積レートをほぼ均一にすることができる。
【００６８】
・上記第一実施形態において、上部処理室１２を鐘を伏せたような形状の石英ベルジャにより構成したエッチング装置又はＣＶＤ装置に具体化してもよい。
以上の様々な実施の形態をまとめると、以下のようになる。
（付記１） 誘電体よりなる円筒形の反応管を備えた処理室内に処理ガスを導入して所定の雰囲気にし、前記反応管の外側に設けられた高周波アンテナに高周波電力を供給して前記処理室内に生成されるプラズマにより該処理室内に収容した処理対象物をエッチングするプラズマエッチング方法において、
前記高周波アンテナに部分的に大きな容量性結合部分を持たせ、該高周波アンテナと前記反応管とを相対移動させるようにしたことを特徴とするプラズマエッチング方法。
（付記２） 誘電体よりなる円筒形の反応管を備えた処理室内に処理ガスを導入して所定の雰囲気にし、前記反応管の外側に設けられた高周波アンテナに高周波電力を供給して前記処理室内に生成されるプラズマにより該処理室内に収容した処理対象物をエッチングするプラズマエッチング装置において、
前記高周波アンテナとプラズマの間に部分的に大きな容量性結合部分が設けられ、かつ前記高周波アンテナと前記反応管とを相対移動させる駆動手段を備えたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
（付記３） 前記容量性結合部分を、前記高周波アンテナの一部を前記反応管に近接させて形成したことを特徴とする付記２記載のプラズマエッチング装置。
（付記４） 前記容量性結合部分は、上下方向に配列された複数の周回部分を接続する立下り部分であることを特徴とする付記２又は３記載のプラズマエッチング装置。
（付記５） 前記容量性結合部分は、上下方向に配列された複数の周回部分を接続する立下り部分であり、該部分の前記反応管への投影面積を接地側に向かって徐々に大きくして結合容量を略均一に形成したことを特徴とする付記２又は３記載のプラズマエッチング装置。
（付記６） 前記高周波アンテナの前記反応管外周への投影面積を給電側端子から接地側端子にかけて徐々に大きくして両端子間の結合容量を略均一となるように形成したことを特徴とする付記２記載のプラズマエッチング装置。
（付記７） 前記反応管と同軸状にロータリコネクタを備え、該ロータリコネクタの中心軸を整合器を介してプラズマソース用の高周波電源に接続し、前記中心軸に回動可能に支持された出力部に前記高周波アンテナの給電側端子を接続したことを特徴とする付記２〜６のうちの何れか一項記載のプラズマエッチング装置。
（付記８） 前記中心軸は中空の軸であり、該軸を介して処理室の上部からのガス導入、該処理室の温度調整を可能としたことを特徴とする付記７記載のプラズマエッチング装置。
（付記９） 前記高周波アンテナと前記反応管との相対移動速度を可変する制御手段を備えたことを特徴とする付記２〜８のうちの何れか一項記載のプラズマエッチング装置。
（付記１０） 誘電体よりなる円筒形の反応管を備えた処理室内に処理ガスを導入して所定の雰囲気にし、前記反応管の外側に設けられた高周波アンテナに高周波電力を供給して前記処理室内に生成されるプラズマにより該処理室内に収容した処理対象物に所望の処理を施すプラズマ処理装置において、
前記高周波アンテナとプラズマの間に部分的に大きな容量性結合部分が設けられ、かつ前記高周波アンテナと前記反応管とを相対移動させる駆動手段を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、誘電体よりなる反応管の側壁における反応生成物の付着量が少なく、生産効率のよいプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第一実施形態のプラズマエッチング装置の概要図である。
【図２】 高周波アンテナの説明図である。
【図３】 ウェハにおけるエッチングレートを示す説明図である。
【図４】 処理枚数に対するパーティクル個数の説明図である。
【図５】 処理枚数に対するパーティクル個数の説明図である。
【図６】 第二実施形態のプラズマエッチング装置の概要図である。
【図７】 別の高周波アンテナの説明図である。
【図８】 別の高周波アンテナの説明図である。
【図９】 別の高周波アンテナの説明図である。
【図１０】 別の高周波アンテナの説明図である。
【符号の説明】
１１ 処理室（エッチング室）
１４ 反応管
２３ 高周波アンテナ（コイルアンテナ）
３３ 立下り部分
Claims (10)
- 誘電体よりなる円筒形の反応管を備えた処理室内に処理ガスを導入して所定の雰囲気にし、前記反応管の外側に設けられた高周波アンテナに高周波電力を供給して前記処理室内に生成されるプラズマにより該処理室内に収容した処理対象物をエッチングするプラズマエッチング方法において、
前記高周波アンテナには、前記反応管の外周に沿って設けられた第１及び第２周回部分と、前記第１周回部分と前記第２周回部分とを連結し両周回部分よりも容量性結合が大きくなるように形成された立下り部分とを備え、
前記高周波アンテナと前記反応管とを前記反応管の周方向に沿って相対移動させるようにしたことを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 誘電体よりなる円筒形の反応管を備えた処理室内に処理ガスを導入して所定の雰囲気にし、前記反応管の外側に設けられた高周波アンテナに高周波電力を供給して前記処理室内に生成されるプラズマにより該処理室内に収容した処理対象物をエッチングするプラズマエッチング装置において、
前記高周波アンテナは、前記反応管の外周に沿って設けられた第１及び第２周回部分と、前記第１周回部分と前記第２周回部分とを連結し両周回部分よりも容量性結合が大きくなるように形成された立下り部分とを有し、
前記高周波アンテナと前記反応管とを前記反応管の周方向に沿って相対移動させる駆動手段を備えたことを特徴とするプラズマエッチング装置。 - 前記立下り部分を、前記第１及び第２周回部分よりも前記反応管に近接するように形成したことを特徴とする請求項２記載のプラズマエッチング装置。
- 前記高周波アンテナの前記反応管外周への投影面積を給電側端子から接地側端子にかけて徐々に大きくして両端子間の結合容量を略均一となるように形成したことを特徴とする請求項２記載のプラズマエッチング装置。
- 前記反応管と同軸状にロータリコネクタを備え、該ロータリコネクタの中心軸を整合器を介してプラズマソース用の高周波電源に接続し、前記中心軸に回動可能に支持された出力部に前記高周波アンテナの給電側端子を接続したことを特徴とする請求項２〜４のうちの何れか一項記載のプラズマエッチング装置。
- 誘電体よりなる円筒形の反応管を備えた処理室内に処理ガスを導入して所定の雰囲気にし、前記反応管の外側に設けられた高周波アンテナに高周波電力を供給して前記処理室内に生成されるプラズマにより該処理室内に収容した処理対象物に所望の処理を施すプラズマ処理装置において、
前記高周波アンテナは、前記反応管の外周に沿って設けられた第１及び第２周回部分と、前記第１周回部分と前記第２周回部分とを連結し両周回部分よりも容量性結合が大きくなるように形成された立下り部分とを有し、
前記高周波アンテナと前記反応管とを前記反応管の周方向に沿って相対移動させる駆動手段を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 誘電体よりなる円筒形の反応管を備えた処理室内に処理ガスを導入して所定の雰囲気にし、前記反応管の外側に設けられた高周波アンテナに高周波電力を供給して前記処理室内に生成されるプラズマにより該処理室内に収容した処理対象物をエッチングするプラズマエッチング方法において、
前記高周波アンテナは、上位部分に設けられた第１周回部分と、下位部分に設けられた第２周回部分と、前記第１周回部分と前記第２周回部分との間に設けられ前記第１周回部分及び前記第２周回部分よりも大きな容量を有する容量性結合部分とを有し、
前記高周波アンテナと前記反応管とを相対移動させるようにしたこと
を特徴とするプラズマエッチング方法。 - 誘電体よりなる円筒形の反応管を備えた処理室内に処理ガスを導入して所定の雰囲気にし、前記反応管の外側に設けられた高周波アンテナに高周波電力を供給して前記処理室内に生成されるプラズマにより該処理室内に収容した処理対象物をエッチングするプラズマエッチング装置において、
前記高周波アンテナは、上位部分に設けられた第１周回部分と、下位部分に設けられた第２周回部分と、前記第１周回部分と前記第２周回部分との間に設けられ前記第１周回部分及び前記第２周回部分よりも大きな容量を有する容量性結合部分とを有し、
前記高周波アンテナと前記反応管とを相対移動させる駆動手段を備えたこと
を特徴とするプラズマエッチング装置。 - 前記第１周回部分は給電側端子に接続され、前記第２周回部分は接地側端子に接続されることを特徴とする請求項８記載のプラズマエッチング装置。
- 前記第１周回部分及び前記第２周回部分と前記反応管との距離である第１の距離が、前記容量性結合部分と前記反応管との距離である第２の距離よりも大きいこと
を特徴とする請求項８又は請求項９記載のプラズマエッチング装置。
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