JP4050646B2

JP4050646B2 - エッチング装置およびエッチング方法

Info

Publication number: JP4050646B2
Application number: JP2003093719A
Authority: JP
Inventors: 暢之寺山; 哲隆柏原; 信行清水
Original assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Current assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP2004300496A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、いわゆるプラズマエッチ方式のエッチング装置およびエッチング方法に関し、特に例えばシリコン（Ｓｉ）を含有するＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜を除去するのに適した、エッチング装置およびエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ＤＬＣ膜は、高硬度で耐摩耗性に優れ、しかも潤滑性が高いという特徴を有している。かかるＤＬＣ膜についても、他の被膜と同様、その成膜過程において多少の不良品が発生する。このような不良品は、再度成膜処理を施されることによって良品として再生されるが、その前処理として、不良なＤＬＣ膜を除去するべくエッチング処理が行われる。従来、このエッチング処理を行うことのできる装置として、非特許文献１に示すような酸素（Ｏ_２）プラズマを用いるものが知られている。この従来技術によれば、プラズマによってイオン化された酸素（Ｏ_２）が、ＤＬＣ膜を構成する炭素（Ｃ）成分および水素（Ｈ_２）成分のそれぞれと反応する。これによって、ＤＬＣ膜は、炭素系ガス（ＣＯまたはＣＯ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）となって除去される。
【０００３】
【非特許文献１】
株式会社神戸製鋼所製Ｒ＆Ｄ機“ＬＭＨ−３００”カタログ［平成１５年３月２０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｏｂｅｌｃｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｐ１０９／ｃｖｄ／ｌｍｈ．ｈｔｍ＞
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、シリコンが含有されたいわゆるシリコン含有ＤＬＣ膜が、注目されている。このシリコン含有ＤＬＣ膜は、シリコンが含有されていないＤＬＣ膜に比べて摩擦係数が小さい、例えば１／３程度であるという特徴を有する。しかし、このシリコン含有ＤＬＣ膜を除去する必要に迫られたときに上述の従来技術が使用されると、次のような問題が生じる。
【０００５】
すなわち、イオン化された酸素は、シリコン含有ＤＬＣ膜を構成する炭素成分および水素成分のそれぞれと反応する。これによって、これら炭素成分および水素成分は、上述と同様に炭素系ガスおよび水となって除去される。ところが、これと同時に、イオン化された酸素は、シリコン含有ＤＬＣ膜のシリコン成分とも反応し、これによって被処理物上、厳密には未だ除去されずに残っているシリコン含有ＤＬＣ膜上に、シリコン系酸化物（ＳｉＯまたはＳｉＯ_２）が生成される。このシリコン系酸化物は、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去する上でバリアとなる。従って、かかるシリコン系酸化物が生成されると、その下にあるシリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去することができなくなる。また、このシリコン系酸化物は、新たに生成（堆積）されるだけで、除去されない。つまり、従来技術では、シリコン含有ＤＬＣ膜を効果的に除去することができない、という問題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、シリコン含有ＤＬＣ膜を効果的に除去することのできるエッチング装置およびエッチング方法を提供することを、目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、シリコンを含有するＤＬＣ膜が表面に形成された被処理物が収容される真空槽と、真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、酸素ガスを含む第１ガスを真空槽内に供給する第１供給手段と、酸素ガスの供給によって被処理物上に生成される化合物を除去するための第２ガスを真空槽内に供給する第２供給手段と、第１供給手段を間欠的に有効化する有効化手段と、を具備するエッチング装置である。
【０００８】
この第１の発明では、真空槽内に被処理物が収容される。この被処理物の表面には、シリコン含有ＤＬＣ膜が形成されている。そして、真空槽内には、プラズマ発生手段によってプラズマが発生される。ここで、有効化手段によって第１供給手段が有効化されると、酸素ガスを含む第１ガスが真空槽内に供給される。この第１ガスに含まれる酸素ガスは、プラズマによってイオン化され、イオン化された酸素は、シリコン含有ＤＬＣ膜を構成する炭素成分および水素成分のそれぞれと反応する。これによって、当該炭素成分および水素成分は、炭素系ガスおよび水となって除去される。これと同時に、イオン化された酸素は、シリコンＤＬＣ膜のシリコン成分とも反応する。これによって、被処理物上、厳密には未だ除去されずに残っているシリコン含有ＤＬＣ膜上に、化合物、具体的にはシリコン系酸化物が生成される。このシリコン系酸化物は、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去する上でバリアとなるが、第１供給手段が非有効化とされたときに除去される。すなわち、第１供給手段が非有効化とされることによって、真空槽内への第１ガスの供給は停止されるが、第２供給手段は有効化されているので、真空槽内への第２ガスの供給は継続される。この第２ガスは、シリコン系酸化物に対して除去作用を有する。従って、シリコン酸化物は、当該第２ガスによる除去作用によって除去される。なお、第１供給手段は、有効化手段によって間欠的に有効化される。つまり、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去するための処理と、この処理によって被処理物上に形成されるシリコン系酸化物を除去するための処理とが、交互に行われる。
【０００９】
なお、第１供給手段の１回当たりの有効化時間、つまりシリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去するための１回当たりの処理時間は、５秒〜３００秒の範囲内であるのが、望ましい。なぜなら、これら炭素成分および水素成分を除去するとき同時にシリコン系酸化物が生成されるという環境下において、当該炭素成分および水素成分を効果的に除去する、換言すれば適切なエッチングレートを得るのに、この時間が適当であるからである。
【００１０】
そして、第１供給手段の１回当たりの非有効化時間、つまりシリコン系酸化物を除去するための１回当たりの処理時間もまた、５秒〜３００秒の範囲内であるのが、望ましい。
【００１１】
また、第２ガスは水素ガスを含むものであるのが、望ましい。すなわち、真空槽内に水素ガスが供給されたときにシリコン系酸化物が除去されることが、実験によって確認された。これは、真空槽内に供給された水素ガスがプラズマによってイオン化され、イオン化された水素がシリコン系酸化物を構成するシリコンおよび酸素のそれぞれと反応し、この結果、シリコン系酸化物はシラン系（ＳｉＨ_４など）ガスおよび水となって除去されるものと考えられる。併せて、第２ガスはアルゴンガスをも含むものとする。
【００１２】
さらに、被処理物にバイアス電圧を印加するバイアス印加手段を、設けてもよい。なお、バイアス電圧は周波数が５０［ｋＨｚ］〜２５０［ｋＨｚ］のパルス電圧であるのが、望ましい。
【００１３】
また、この場合、バイアス電圧の印加によって被処理物に流れる電流を検出する検出手段を、さらに設けてもよい。すなわち、被処理物の表面からシリコン含有ＤＬＣ膜が除去されていく過程において当該被処理物に流れるバイアス電流の大きさが変化する、具体的には増大することが、実験によって確認された。特に、シリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されると、当該バイアス電流が安定することが、確認された。つまり、バイアス電流からシリコン含有ＤＬＣ膜の除去の程度を認識することができる。従って、当該バイアス電流を検出する検出手段を設ければ、その検出結果から、シリコン含有ＤＬＣ膜の除去の程度、特にシリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されたか否かを判断することができる。
【００１４】
第２の発明は、シリコンを含有するＤＬＣ膜が表面に形成された被処理物が収容された真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生過程と、酸素ガスを含む第１ガスを真空槽内に供給する第１供給過程と、酸素ガスの供給によって被処理物上に生成される化合物を除去するためのアルゴンガスおよび水素ガスから成る第２ガスを真空槽内に供給する第２供給過程と、を具備し、第１供給過程を間欠的に行う、エッチング方法である。
【００１５】
すなわち、この第２の発明は、第１の発明に対応する方法発明である。従って、第１の発明と同様の作用を奏する。
【００１６】
なお、この第２の発明においても、被処理物にバイアス電圧を印加するバイアス印加過程を、設けてもよい。
【００１７】
また、バイアス電圧の印加によって被処理物に流れる電流を検出する検出過程と、この検出過程における検出結果に基づいてＤＬＣ膜の除去の程度を判断する判断過程とを、さらに設けてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態について、図１から図５を参照して説明する。図１に示すように、この実施形態のエッチング装置１０は、真空槽１２を備えている。この真空槽１２は、例えば直径が約１［ｍ］、高さ寸法が約０．８［ｍ］の概略円筒形のものであり、その壁部は、基準電位としての接地電位に接続されている。
【００１９】
真空槽１２の側壁（図１において左側の壁部）には、排気口１４が設けられており、この排気口１４は、真空槽１２の外部に設置された図示しない排気手段、例えば真空ポンプに結合されている。さらに、真空槽１２の上壁の略中央には、開口部１６が設けられており、この開口部１６を覆うようにプラズマガン１８が設けられている。
【００２０】
プラズマガン１８は、真空槽１２内に後述するプラズマ２０を発生させるためのものであり、反射電極２２，１対の電磁コイル２４および２６と共に、熱陰極ＰＩＧ（Penning Ionization Gauge）方式のプラズマ発生源を構成する。具体的には、プラズマガン１８は、概略円筒形の形状をしており、その壁部は、真空槽１２の壁部と電気的に絶縁されている。そして、このプラズマガン１８の底壁の略中央には、円形のプラズマ出力口２８が設けられている。一方、上壁は、閉鎖されている。そして、プラズマガン１８の内部空間には、熱陰極３０，陽極３２および電子注入電極３４が設けられている。
【００２１】
このうち、熱陰極３０は、プラズマガン１８の上壁の近傍に設けられている。この熱陰極３０は、直径が０．８［ｍｍ］〜１．０［ｍｍ］程度のタングステンフィラメントで構成されており、その両端は、プラズマガン１８の外部に設けられた直流電源装置３６に接続されている。熱陰極３０は、この直流電源装置３６からの直流電力の供給によって千数百［℃］〜二千数百［℃］に加熱され、熱電子を放出する。なお、直流電源装置３６は、後述するメインコントローラ３８によって制御される。
【００２２】
一方、陽極３２は、モリブデン製の環状体であり、その中空部をプラズマ出力口２８に対向させた状態で、熱陰極３０の下方に設けられている。この陽極３２は、熱陰極３０から放出された熱電子を加速させるためのものであり、プラズマガン１８の外部に設けられた別の直流電源装置４０によって、熱陰極３０に対して＋４０［Ｖ］〜＋７０［Ｖ］の電位に維持される。この陽極３２の電位（陽極電圧）および当該陽極３２に流れる電流（放電電流：厳密には電子注入電極３４に流れる電流を含む）Ｉａの大きさ、および上述の熱陰極３０に供給される直流電力の大きさ（熱陰極３０の温度）によって、プラズマ２０のパワー、つまりプラズマガン出力が決定される。この実施形態では、最大で３［ｋＷ］のプラズマガン出力が得られる。なお、直流電源装置４０もまた、メインコントローラ３８によって制御される。
【００２３】
電子注入電極３４は、陽極３２と同様のモリブデン製の環状体であり、その中空部をプラズマ出力口２８に対向させた状態で、当該陽極３２の下方に設けられている。この電子注入電極３４は、プラズマガン１８内の空間電位を安定させ、ひいては真空槽１２内の異常放電を抑制するためのものであり、プラズマガン１８の外部に設けられたさらに別の直流電源装置４２によって、陽極３２よりも１０［Ｖ］ほど低い電位に維持される。なお、この直流電源装置４２も、メインコントローラ３８によって制御される。また、電子注入電極３４は、接地電位に接続されている。
【００２４】
さらに、プラズマガン１８の側壁には、当該プラズマガン１８内に不活性ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスおよび水素ガスを個別に導入するためのガス供給口４４が設けられている。すなわち、このガス供給口４４には、アルゴンガス導入用のガス供給管４６と、水素ガス導入用のガス供給管４８とが、並列に結合されている。そして、これらのガス供給管４６および４８には、それぞれを流れるガスの流量を調整するための流量調整手段、例えばマスフローコントローラ５０および５２が設けられている。なお、これらのマスフローコントローラ５０および５２もまた、メインコントローラ３８によって制御される。
【００２５】
そして、プラズマガン１８のプラズマ出力口２８と対向するように、真空槽１２内の底壁の近傍に、円盤状の反射電極２２が設けられている。この反射電極２２は、プラズマガン１８から流れてくる電子を反射させるためのものであり、電気的に絶縁電位とされている。
【００２６】
そして、真空槽１２の外部であって、当該真空槽１２の上壁の上方に、２つの電磁コイル２４および２６のうちの一方２４が、プラズマガン１８の周囲を取り巻くように設けられている。この電磁コイル２４は、プラズマガン１８内におけるガスの放電を助長させるためのものである。すなわち、電磁コイル２４は、これに真空槽１２の外部に設けられた図示しない磁界発生用電源装置から直流電力が供給されると、プラズマガン１８内に、陽極３２の中空部および電子注入電極３４の中空部を貫通する方向に沿う方向の磁界を発生させる。この磁界が発生することによって、プラズマガン１８内に導入されたアルゴンガスおよび水素ガスは放電（電離）し易くなり、つまりプラズマ２０が発生し易くなる。なお、この電磁コイル２４から発生される磁界と、次に説明する他方の電磁コイル２６から発生される磁界とによって、真空槽１２内に後述するミラー磁場が形成される。
【００２７】
他方の電磁コイル２６は、真空槽１２の外部であって、当該真空槽１２の底壁の下方に、上述した一方の電磁コイル２４と対向するように設けられている。この電磁コイル２６は、プラズマ２０を真空槽１２の中央にビーム状に閉じ込めるためのものである。すなわち、この電磁コイル２６に上述の磁界発生用電源装置から直流電力が供給されると、真空槽１２内に、電磁コイル２４による磁界と同じ方向、つまりプラズマガン１８（プラズマ出力口２８）から反射電極２２に向かう方向に沿う方向の磁界が発生する。この磁界が発生することによって、上述のミラー磁場が形成され、プラズマ２０がビーム状に閉じ込められる。なお、このミラー磁場の強さ、具体的には真空槽１２の中央の磁束密度は、磁界発生用電源装置から各電磁コイル２４および２６に供給される直流電力の大きさによって２０［Ｇ］〜１００［Ｇ］の範囲で可変できる。この磁界発生用電源装置も、メインコントローラ３８によって制御される。
【００２８】
このような構成の熱陰極ＰＩＧ方式のプラズマ発生源によれば、真空ポンプによって真空槽１２内およびプラズマガン１８内が減圧され、そして、ガス供給口４４を介してプラズマガン１８内にアルゴンガスまたは水素ガスが導入された状態で、熱陰極３０，陽極３２，電子注入電極３４，電磁コイル２４および２６のそれぞれに直流電力が供給されると、プラズマ２０が発生する。具体的には、熱陰極３０から熱電子が放出され、この熱電子は陽極３２に向かって加速される。そして、加速された熱電子は、プラズマガン１８内に導入されたアルゴンガスおよび水素ガスの各分子（原子）に衝突し、その衝撃によって当該ガス分子が放電（電離）して、アルゴンガス，アルゴンラジカル，水素イオンおよび水素ラジカルが発生し、つまりプラズマ２０が発生する。
【００２９】
さらに、プラズマ２０内の電子は、上述の熱電子と共に、反射電極２２に向かって流れる。しかし、反射電極２２は絶縁電位とされているため、当該反射電極２２に向かって流れる電子は、ここで反射されて、当該反射電極２２とプラズマガン１８との間で電界振動する。これによって、電子とガス分子とが衝突する確率および回数が増大し、プラズマ２０の発生効率が向上する。また、このプラズマ２０は、上述のミラー磁場によってビーム状に閉じ込められるので、その密度が向上する。この実施形態では、例えばプラズマガン１８内を含む真空槽１２内の圧力が０．１［Ｐａ］であるときに、１０^１１［ｃｍ^−３］台という高密度のプラズマ２０が得られる。なお、上述したように、プラズマガン１８内の空間電位は電子注入電極３４によって一定に保たれているので、当該プラズマガン１８内、ひいては真空槽１２内での異常放電が抑制される。従って、高密度でありながら、安定したプラズマ２０が得られる。
【００３０】
そして、真空槽１２内には、複数、例えば数個〜十数個の被処理物５４，５４，・・・を個別に支持するための複数のホルダ５６，５６，・・・も設けられている。これらのホルダ５６，５６，・・・は、各被処理物５４，５４，・・・がプラズマ２０の外側（放電領域外）において当該プラズマ２０の周囲を取り巻くような配置となるように、当該各被処理物５４，５４，・・・を支持する。そして、各ホルダ５６，５６，・・・は、ギア機構５８，５８，・・・を介して、円盤状の公転台６０の周縁部分に結合されており、この公転台６０の下面（図１において下側の面）の中央には、回転軸６２の一端が固定されている。そして、この回転軸６２の他端は、真空槽１２の外部に設けられたモータ６４のシャフト６６に結合されている。
【００３１】
つまり、モータ６４のシャフト６６が図１に矢印６８で示す方向に回転すると、公転台６０も同方向に回転する。これによって、被処理物５４，５４，・・・がプラズマ２０の周囲を回転し、言わば公転する。さらに、ギア機構５８，５８，・・・による回転伝達作用によって、被処理物５４，５４，・・・自体が例えば図１に矢印７０，７０，・・・で示す方向に回転し、言わば自転する。このように各被処理物５４，５４，・・・が自公転することで、当該各被処理物５４，５４，・・・に対する後述のエッチング処理の均一化が図られる。なお、モータ６４の駆動も、メインコントローラ３８によって制御される。
【００３２】
また、各被処理物５４，５４，・・・には、ホルダ５６，５６，・・・，ギア機構５８，５８，・・・，公転台６０および回転軸６２を介して、真空槽１２の外部に設けられたパルス電源装置７２から、図２に示すような非対称パルス電圧が、バイアス電圧として印加される。このバイアス印加手段としてのパルス電源装置７２もまた、メインコントローラ３８によって制御される。具体的には、非対称パルス電圧の周波数ｆ（周期Ｔ），デューティ比（周期Ｔに対するパルス幅（Ｌ（ロー）レベル時の時間）Ｔｗの比率），Ｌレベル電圧ＶａおよびＨ（ハイ）レベル電圧Ｖｂが、任意に設定される。なお、周波数ｆは、５０［ｋＨｚ］〜２５０［ｋＨｚ］の範囲内で設定される。また、Ｌレベル電圧Ｖａは、負電圧（Ｖａ＜０）とされ、Ｈレベル電圧Ｖｂは、正電圧（Ｖｂ＞０）とされる。このパルス電源装置７２の最大出力は、１０［ｋＷ］である。
【００３３】
さらに、真空槽１２内には、被処理物５４，５４，・・・を加熱するための温度制御手段、例えば電熱ヒータ７４が設けられている。具体的には、電熱ヒータ７４は、被処理物５４，５４，・・・（公転台６０の外周縁）よりも外側であって、排気口１４と対向する位置に設けられている。そして、この電熱ヒータ７４は、真空槽１２の外部に設けられている図示しないヒータ用電源装置からの交流電力の供給によって加熱され、その加熱温度（交流電力の大きさ）は、メインコントローラ３８によって制御される。
【００３４】
また、真空槽１２の側壁には、当該真空槽１２内に酸素ガスを導入するためのガス供給口７６が設けられている。すなわち、このガス供給口７６には、酸素ガス導入用のガス供給管７８が結合されており、このガス供給管７８には、当該酸素ガスの流量を調整するための流量調整手段、例えばマスフローコントローラ８０が設けられている。このマスフローコントローラ８０も、メインコントローラ３８によって制御される。なお、このように上述のアルゴンガスおよび水素ガスとは別に酸素ガスを真空槽１２内に導入することとしたのは、当該酸素ガスによってプラズマガン１８内の熱陰極３０が反応（酸化）するのを防止するためである。
【００３５】
メインコントローラ３８は、図には示さないが、操作パネルを備えており、この操作パネルには、操作キーおよびディスプレイが設けられている。そして、メインコントローラ３８は、操作キーによってエッチング開始の旨の操作が成されると、次に示す要領でボンバード処理を含む一連のエッチング処理を開始させ、操作キーによってエッチング停止の旨の操作が成されると、当該エッチング処理を停止させる。また、操作キーの操作に応じて、上述した陽極電圧や各ガスの流量などの各種情報をディスプレイに表示する。
【００３６】
すなわち、今、被処理物５４，５４，・・・として、それぞれの表面にシリコン含有ＤＬＣ膜が形成された金属体が、ホルダ５４，５４，・・・に取り付けられているとする。そして、熱陰極３０，陽極３２，電子注入電極３４，電磁コイル２４および２６のいずれにも、直流電力が供給されていない状態にあるとする。また、全てのマスフローコントローラ５０，５２および８０は閉じた状態にあり、つまりプラズマガン１８内にアルゴンガスおよび水素ガスが供給されておらず、真空槽１２内に酸素ガスが供給されていない状態にあるとする。さらに、モータ６４が駆動されておらず、また、被処理物５４，５４，・・・に対してパルス電源装置７２からバイアス電圧としての非対称パルス電圧が印加されていないものとする。そして、電熱ヒータ７２も非通電状態にあるとする。
【００３７】
このような状態において、上述した操作キーによりエッチング開始の旨の操作が成されると、メインコントローラ３８は、真空ポンプを制御して、真空槽１２内の圧力が所定値、例えば１０^−３［Ｐａ］になるまで、真空槽１２内を排気させる。そして、真空槽１２内が当該所定値にまで減圧されると、メインコントローラ３８は、モータ６４を駆動させる。これによって、被処理物５４，５４，・・・は、毎分数回転（例えば１［ｒｐｍ］）で公転すると共に、毎分十数回転〜数十回転（例えば１５［ｒｐｍ］）で自転する。さらに、メインコントローラ３８は、上述したヒータ用電源装置を制御して、電熱ヒータ７４に通電させ、各被処理物５４，５４，・・・を加熱させる。
【００３８】
そして、メインコントローラ３８は、マスコントローラ５０および５２を開いて、プラズマガン１８内にアルゴンガスおよび水素ガスを供給させると共に、熱陰極３０，陽極３２，電子注入電極３４，電磁コイル２４および２６のそれぞれに直流電力が供給されるよう、直流電源装置３６，４０および４２を含む各電源装置を制御する。これによって、真空槽１２内にプラズマ２０が発生する。なお、このとき、メインコントローラ３８は、真空槽１２内の圧力が数［Ｐａ］、例えば０．１［Ｐａ］に保たれるよう真空ポンプを制御する。さらに、メインコントローラ３８は、パルス電源装置７２を制御して、各被処理物５４，５４，・・・に非対称パルス電圧を印加させる。
【００３９】
このような条件によって、各被処理物５４，５４，・・・はボンバード処理される。すなわち、真空槽１２内に設置された直後の各被処理物５４，５４，・・・の表面には、有機汚染物質が化学吸着している。また、当該表面は酸化しており、つまりシリコン系酸化物が形成されている。このことは、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）法による検査によって確認された。ボンバード処理によれば、これらの有機汚染物質やシリコン系酸化物が除去される。
【００４０】
具体的には、アルゴンイオンおよび水素イオンが、被処理物５４，５４，・・・の表面に衝突する。これによって、当該表面に吸着している有機汚染物質が除去される。つまり、スパッタされる。さらに、水素イオンが、シリコン系酸化物を構成するシリコンおよび酸素のそれぞれと反応する。この結果、シリコン系酸化物は、シラン系ガスおよび水となって除去される。
【００４１】
メインコントローラ３８は、かかるボンバード処理を所定時間Ｔａ継続させる。この時間Ｔａは、数分間〜十数分間程度が適当である。そして、この時間Ｔａの経過後、メインコントローラ３８は、マスフローコントローラ８０を開いて、真空槽１２内に酸素ガスを供給させる。なお、これ以外の条件は、上述のボンバード処理と同じである。
【００４２】
真空槽１２内に供給された酸素ガスは、プラズマ２０によって電離され、これによって酸素イオンおよび酸素ラジカルが発生する。このうち、酸素イオンが、被処理物５４，５４，・・・の表面に衝突して、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分のそれぞれと反応する。この結果、当該炭素成分および水素成分は、炭素系ガスおよび水となって除去される。ただし、これと同時に、酸素イオンがシリコン含有ＤＬＣ膜のシリコン成分と反応して、被処理物５４，５４，・・・上、厳密には当該シリコン含有ＤＬＣ膜上に、シリコン系酸化物が新たに生成される。このシリコン系酸化物は、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去する上でバリアとなる。従って、酸素イオンによる当該炭素成分および水素成分の除去作用、換言すればエッチングレートは、時間の経過と共に低下し、ひいては当該炭素成分および水素成分を除去できなくなる。
【００４３】
そこで、メインコントローラ３８は、この炭素成分および水素成分を除去するための処理を所定時間Ｔｂだけ実行させた後、マスフローコントローラ８０を閉じて、真空槽１２内を上述のボンバード処理時と同じ環境に戻す。これによって、被処理物５４，５４，・・・上に新たに生成されたシリコン系酸化物は、ボンバード処理時と同様に水素ガスと反応することで除去される。そして、このシリコン系酸化物を除去するのに必要かつ十分な時間Ｔｃが経過した時点で、メインコントローラ３８は、再度、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去するべく、マスフローコントローラ８０を開く。
【００４４】
これ以降、メインコントローラ３８は、上述の如く時間Ｔｂだけマスフローコントローラ８０を開くという動作と、時間Ｔｃだけマスフローコントローラ８０を閉じるという動作とを、交互に繰り返す。つまり、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去するための処理と、この処理によって被処理物５４，５４，・・・上に新たに生成されたシリコン系酸化物を除去するための処理とが、交互に繰り返される。この結果、シリコン含有ＤＬＣ膜は除去される。
【００４５】
図３に、ボンバード処理を含む一連のエッチング処理における各マスフローコントローラ５０，５２および８０の開閉タイミングを示す。同図に示すように、アルゴンガス調整用のマスフローコントローラ５０および水素ガス調整用のマスフローコントローラ５２が開かれることによって、ボンバード処理が行われる。そして、これらのマスフローコントローラ５０および５２が開かれてから時間Ｔａが経過した時点で、換言すれば時間Ｔａにわたってボンバード処理が行われた後、酸素ガス調整用のマスフローコントローラ８０が開かれる。これによって、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去するための処理が行われる。そして、この処理が時間Ｔｂにわたって行われた後、マスフローコントローラ８０が閉じられ、当該処理によって生成されたシリコン系酸化物を除去するための処理が時間Ｔｃにわたって行われる。これ以降、時間Ｔｂにわたる処理と、時間Ｔｃにわたる処理とが、交互に行われる。なお、時間Ｔｂは、５秒〜３００秒の範囲内、好ましくは３０秒〜１８０秒の範囲内に設定される。時間Ｔｃもまた、５秒〜３００秒の範囲内、好ましくは３０秒〜１８０秒の範囲内に設定される。
【００４６】
この一連のエッチング処理によって、被処理物５４，５４，・・・の表面からシリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されたら、操作キーによって上述したエッチング停止の旨の操作を行えばよい。すると、メインコントローラ３８は、当該一連のエッチング処理を終了させる。具体的には、まず、パルス電源装置７２による各被処理物５４，５４，・・・への非対称パルス電圧の印加を停止させる。そして、プラズマ２０の発生を停止させるべく、熱陰極３０，陽極３２，電子注入電極３４，電磁コイル２４および２６への直流電力の供給を停止させると共に、全てのマスフローコントローラ４６，４８および８０を閉じて、全てのガスの供給を停止させる。さらに、電熱ヒータ７４への通電、およびモータ６４の駆動を停止させる。そして、真空ポンプによる排気量を徐々に低減させて、真空槽１４内を常圧に戻す。これによって、一連のエッチング処理が終了する。
【００４７】
なお、シリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されたか否かは、真空槽１２に設けられた図示しないのぞき窓から被処理物５４，５４，・・・の表面を観察することで、確認できる。すなわち、シリコン含有ＤＬＣ膜は黒色をしているので、被処理物５４，５４，・・・の表面全体が当該黒色に代えて金属色（銀白色）に変わったら、シリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されたものと見なすことができる。
【００４８】
また、シリコン含有ＤＬＣ膜が除去される過程で、パルス電源装置７２の出力電流、つまり被処理物５２，５２，・・・に流れるバイアス電流Ｉｂが変化することが、判った。特に、真空槽１２内に酸素ガスが供給されているとき、つまりシリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去するための処理が行われているときに、このバイアス電流Ｉｂの変化は顕著になる。図４に、このバイアス電流Ｉｂの変化をグラフで示す。
【００４９】
この図４に示すように、放電電流Ｉａ（プラズマガン出力）は一定であるのにも係わらず、真空槽１２内に酸素ガスが供給されているときのバイアス電流Ｉｂに変化が見える。具体的には、バイアス電流Ｉｂは、或る時点ｔ１から徐々に上昇し始める。そして、時点ｔ２以降、バイアス電流Ｉｂは略一定となる。この時点ｔ２と、シリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されたと見なされるタイミングとが、略一致することが、確認された。つまり、バイアス電流Ｉｂを監視し、その値が上昇後、一定となる時点ｔ２を捉えることで、シリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されたことを認識することができる。なお、バイアス電流Ｉｂは、例えばパルス電源装置７２の出力側（出力端子）に電流検出器８２を設けることによって監視できる。
【００５０】
さて、上述の一連のエッチング処理を実現するために、メインコントローラ３８は、自身に内蔵された図示しないメモリに記憶されている制御プログラムに従って、図５に示すような手順で動作する。
【００５１】
すなわち、操作キーによってエッチング開始操作が成されると、メインコントローラ３８は、まず、前準備としての初期処理（ステップＳ１）を行う。具体的には、真空ポンプによって真空槽１２内を排気させた後、モータ６４を駆動させ、さらに電熱ヒータ７４を加熱させる。
【００５２】
そして、マスフローコントローラ４６および４８を開いてプラズマガン１８内にアルゴンガスおよび水素ガスを供給させた後（ステップＳ３）、熱陰極３０，陽極３２，電子注入電極３４，電磁コイル２４および２６のそれぞれに直流電力を供給させることによってプラズマ２０を発生させる（ステップＳ５）。そして、パルス電源装置７２を制御して、被処理物５４，５４，・・・に対しバイアス電圧としての非対称パルス電圧を印加させる（ステップＳ７）。これによって、上述したボンバード処理が行われる。
【００５３】
このボンバード処理の開始後、メインコントローラ３８は、時間Ｔａが経過したか否かを判断し（ステップＳ９）、経過していない場合（“ＮＯ”の場合）、操作キーによってエッチング停止操作が成されたか否かを判断する（ステップＳ１１）。そして、エッチング停止操作が成されていない場合（“ＮＯ”の場合）には、ステップＳ９に戻る。
【００５４】
一方、ステップＳ９において時間Ｔａが経過すると、メインコントローラ３８は、マスフローコントローラ８０を開いて、真空槽１２内への酸素ガスの供給を開始させる（ステップＳ１３）。そして、この酸素ガスの供給後、時間Ｔｂが経過したか否かを判断する（ステップＳ１５）。ここで、時間Ｔｂが経過していない場合（“ＮＯ”の場合）、メインコントローラ３８は、操作キーによってエッチング停止操作が成されたか否かを判断する（ステップＳ１７）。そして、エッチング停止操作が成されていない場合（“ＮＯ”の場合）には、ステップＳ１５に戻る。
【００５５】
ステップＳ１５において時間Ｔｂが経過したと判断すると、メインコントローラ３８は、マスフローコントローラ８０を閉じて、真空槽１２内への酸素ガスの供給を停止させる（ステップＳ１９）。そして、時間Ｔｃが経過したか否かを判断する（ステップＳ２１）。ここで、時間Ｔｃが経過していない場合（“ＮＯ”の場合）、メインコントローラ３８は、操作キーによってエッチング停止操作が成されたか否かを判断する（ステップＳ２３）。そして、エッチング停止操作が成されていない場合（“ＮＯ”の場合）には、ステップＳ２１に戻る。一方、ステップＳ２１において時間Ｔｃが経過すると、メインコントローラ３８は、再度真空槽１２内へ酸素ガスを供給させるべく、ステップＳ１３に戻る。
【００５６】
なお、ステップＳ１１，ステップＳ１７およびステップＳ２３のいずれかにおいてエッチング停止操作が成された場合（“ＹＥＳ”の場合）、メインコントローラ３８は、一連のエッチング処理を停止させるための処理を行う（ステップＳ２５）。すなわち、まず、被処理物５４，５４，・・・へのバイアス電圧の印加を停止させる。そして、プラズマ２０の発生を停止させるべく、熱陰極３０，陽極３２，電子注入電極３４，電磁コイル２４および２６への直流電力の供給を停止させると共に、全てのマスフローコントローラ４６，４８および８０を閉じて、全てのガスの供給を停止させる。さらに、電熱ヒータ７４への通電、およびモータ６４の駆動を停止させる。そして、真空ポンプによる排気量を徐々に低減させて、真空槽１４内を常圧に戻す。これによって、一連のエッチング処理が終了する。
【００５７】
以上の説明から明らかなように、この実施形態によれば、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去するための処理と、この処理に伴って被処理物５４，５４，・・・上に新たに生成されるシリコン系酸化物を除去するための処理とが、交互に行われる。従って、上述した従来技術では除去することができなかったシリコン含有ＤＬＣ膜を、効果的に除去することができる。
【００５８】
この実施形態では、プラズマ発生手段として、熱陰極ＰＩＧ方式のプラズマ発生源を採用したが、これに限らない。高周波方式などの他の方式のプラズマ発生源を用いてもよい。
【００５９】
また、アルゴンガスは、いわゆる放電用ガスとして機能するが、このアルゴンガスに代えて、ヘリウム（Ｈｅ）やキセノン（Ｘｅ）などの他の不活性ガスを用いてもよい。また、この放電用ガスを用いなくてもよい。つまり、水素ガスまたは酸素ガスのみの供給によって、プラズマ２０を発生させてもよい。ただし、当該放電用ガスを用いることによって、プラズマ２０の密度が向上する。
【００６０】
そして、第１供給手段としてのガス供給管４８および第２供給手段としてのガス供給管７８を、それぞれ別個の供給口４４および７６に結合させる構成としたが、同じ供給口４４または７６に結合させてもよい。
【００６１】
さらに、有効化手段としてのメインコントローラ３８によって酸素ガス調整用のマスフローコントローラ８０が開かれているとき、水素ガス調整用のマスフローコントローラ５２は開いたままの状態としたが、これに限らない。例えば、これらマスフローコントローラ５２および８０を交互に開閉させるようにしてもよい。
【００６２】
また、電流検出器８２による検出結果をメインコントローラ３８に入力することによって、当該メインコントローラ３８に、シリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されたか否かを自動的に判断させるようにしてもよい。さらに、この判断結果に基づいて一連のエッチング処理を自動的に終了させるように、メインコントローラ３８を構成（プログラム）してもよい。
【００６３】
そして、電熱ヒータ７４は、不要であれば、図１の構成から取り除いてもよい。すなわち、電熱ヒータ７４に通電しなくても、被処理物５４，５４，・・・は、プラズマ２０の影響によって２００［℃］〜３００［℃］程度まで加熱される。従って、この程度の温度でのみエッチング処理を行う場合には、電熱ヒータ７４を取り外してもよい。
【００６４】
【実施例】
この発明の実施例として、次のような実験を行った。
【００６５】
すなわち、被処理物５４，５４，・・・として、表面粗さＲａが０．０１５［μｍ］の丸棒状のＳＵＳ３０４ステンレス鋼に、厚さ３［μｍ］のシリコン含有ＤＬＣ膜が形成されたものを採用する。なお、シリコン含有ＤＬＣ膜は、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼に対して直接付着し難いので、当該ＳＵＳ３０４ステンレス鋼とシリコン含有ＤＬＣ膜との間には、中間層として、厚さが１５０［ｎｍ］のクロム（Ｃｒ）膜、および厚さが１５０［ｎｍ］の炭化シリコン（ＳｉＣ）膜が、この順番で形成されている。
【００６６】
このような被処理物５４，５４，・・・が真空槽１２内に設置された状態で、当該真空槽１２内を１０^−３［Ｐａ］まで減圧させる。その後、アルゴンガスおよび水素ガスを、それぞれ４０［ｍＬ／ｍｉｎ］および２０［ｍＬ／ｍｉｎ］の流量でプラズマガン１８内に供給させる。そして、熱陰極３０，陽極３２，電子注入電極３４，電磁コイル２４および２６のそれぞれに直流電力を供給して、プラズマ２０を発生させる。このとき、真空槽１２内の略中央において、磁束密度が２０［Ｇ］になるようにする。また、プラズマガン出力を１．８［ｋＷ］に設定する。
【００６７】
さらに、被処理物５４，５４，・・・に対し、バイアス電圧として次のような非対称パルス電圧を印加させる。すなわち、図２において、周期Ｔを１０［μｓ］（周波数ｆ＝１００［ｋＨｚ］），デューティ比（Ｔｗ／Ｔ）を０．７，Ｌレベル電圧Ｖａを−７３０［Ｖ］，およびＨレベル電圧Ｖｂを＋３７［Ｖ］とする。これによって、平均電圧Ｖｃが約−５００［Ｖ］の非対称パルス電圧を、被処理物５４，５４，・・・に印加する。そして、モータ６４を駆動させて、被処理物５４，５４，・・・を１［ｒｐｍ］で公転させると共に、１５［ｒｐｍ］で自転させる。なお、電熱ヒータ７２は、非通電状態とする。
【００６８】
この条件下でのボンバード処理を、１０分間行う。つまり、図３における時間Ｔａを１０分とする。そして、この時間Ｔａの経過後、酸素ガスを１６０［ｍＬ／ｍｉｎ］の流量で真空槽１２内に供給させる。この状態を９０秒間継続させる。つまり、図３における時間Ｔｂを９０秒とする。さらに、この時間Ｔｂの経過後、酸素ガスの供給を停止させる。そして、この状態を６０秒間継続させる。つまり、図３における時間Ｔｃを６０秒とする。これ以降は、時間Ｔｂにわたる処理と、時間Ｔｃにわたる処理とを、交互に実行させる。
【００６９】
この手順によれば、ボンバード処理を開始してから１８０分間で、シリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されることが、確認された。なお、このシリコン含有ＤＬＣ膜と共に、中間層としての炭化シリコン膜も除去される。ただし、クロム膜は除去されない。
【００７０】
そして、シリコン含有ＤＬＣ膜（炭化シリコン膜を含む）が除去された後の被処理物５４，５４，・・・（クロム膜）の表面の粗さＲａを測定したところ、０．０１６［μｍ］であった。つまり、一連のエッチング処理による表面荒れは、殆ど確認されなかった。
【００７１】
さらに、このエッチング処理後の被処理物５４，５４，・・・に対して、再度、中間層としての炭化シリコン、およびシリコン含有ＤＬＣ膜を、この順番でプラズマＣＶＤ法により形成した。この結果、シリコン含有ＤＬＣ膜の機械的性能として、密着力が３０［Ｎ］，ビッカース硬度が１７８０［ＨＶ］および摩擦係数が０．０５という、良品と同様の性能が得られた。すなわち、この実施形態によるエッチング処理を行った後、再度成膜処理を施すことによって、不良品を良品に再生できることが、この実験によって確認された。
【００７２】
なお、この実施形態のエッチング装置１０は、成膜装置としても活用することができる。つまり、同じ真空槽１２を用いて、エッチング処理を行った後に、成膜処理を行うことができる。この場合、エッチング処理の終了後、酸素ガスに代えて、成膜しようとする膜に応じた原料ガスを、ガス供給口７６から真空槽１２内に供給すればよい。例えば、上述した炭化シリコン膜を成膜する場合は、ＴＭＳ（Tetra Methyl Silane）ガスを供給すればよい。また、シリコン含有ＤＬＣ膜を成膜する場合には、このＴＭＳガスに加えて、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）ガスを供給すればよい。
【００７３】
さらに、この実施形態のエッチング装置１０は、いわゆるイオン窒化装置としても活用することができる。この場合、アルゴンガスに代えて、窒素ガスを、ガス供給口４４からプラズマガン１８内に供給すればよい。
【００７４】
【発明の効果】
この発明によれば、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去するための処理と、この処理に伴って被処理物上に生成される化合物を除去するための処理とが、交互に行われる。従って、上述した従来技術では除去することができなかったシリコン含有ＤＬＣ膜を、効果的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】同実施形態において被処理物に印加されるバイアス電圧の形態を示す図解図である。
【図３】同実施形態において真空槽内に供給されるガスの供給タイミングを示す図解図である。
【図４】同実施形態におけるプラズマガンの放電電流と被処理物に流れるバイアス電流との関係を示すグラフである。
【図５】同実施形態におけるメインコントローラの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０エッチング装置
１２真空槽
１８プラズマガン
２０プラズマ
２２反射電極
２４，２６電磁コイル
３８メインコントローラ
４４，７６ガス供給口
４６，４８，７８ガス供給管
５０，５２，８０マスフローコントローラ

Claims

シリコンを含有するＤＬＣ膜が表面に形成された被処理物が収容される真空槽と、
上記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
酸素ガスを含む第１ガスを上記真空槽内に供給する第１供給手段と、
上記酸素ガスの供給によって上記被処理物上に生成される化合物を除去するためのアルゴンガスおよび水素ガスから成る第２ガスを上記真空槽内に供給する第２供給手段と、
上記第１供給手段を間欠的に有効化する有効化手段とを具備する、エッチング装置。
上記第１供給手段の１回当たりの有効化時間は５秒乃至３００秒である、請求項１記載のエッチング装置。
上記第１供給手段の１回当たりの非有効化時間は５秒乃至３００秒である、請求項１または２記載のエッチング装置。
上記被処理物にバイアス電圧を印加するバイアス印加手段をさらに備える、請求項１乃至３のいずれかに記載のエッチング装置。
上記バイアス電圧は周波数が５０ｋＨｚ乃至２５０ｋＨｚのパルス電圧である、請求項４記載のエッチング装置。
上記バイアス電圧の印加によって上記被処理物に流れる電流を検出する検出手段をさらに備える、請求項４または５記載のエッチング装置。
シリコンを含有するＤＬＣ膜が表面に形成された被処理物が収容された真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生過程と、
酸素ガスを含む第１ガスを上記真空槽内に供給する第１供給過程と、
上記酸素ガスの供給によって上記被処理物上に生成される化合物を除去するためのアルゴンガスおよび水素ガスから成る第２ガスを上記真空槽内に供給する第２供給過程と、を具備し、
上記第１供給過程を間欠的に行う、エッチング方法。
上記被処理物にバイアス電圧を印加するバイアス印加過程をさらに備える、請求項７記載のエッチング方法。
上記バイアス電圧の印加によって上記被処理物に流れる電流を検出する検出過程と、
上記検出過程における検出結果に基づいて上記ＤＬＣ膜の除去の程度を判断する判断過程とをさらに備える、請求項８記載のエッチング方法。