JP4091445B2

JP4091445B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

Info

Publication number: JP4091445B2
Application number: JP2003011844A
Authority: JP
Inventors: 太郎池田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2023-01-21
Also published as: JP2004228181A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面部分を除去するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程においては、例えば、被処理体であるシリコンウエハに形成されたコンタクトホールの底部にＴｉを成膜し、Ｔｉと基板のＳｉとの相互拡散によりＴｉＳｉを形成し、その上にＴｉＮ等のバリア層を形成し、さらにその上にＡｌ層、Ｗ層、Ｃｕ層等を形成してホールの埋め込みと配線の形成が行われる。従来から、このような一連の工程を実施するためにクラスターツール型のような複数のチャンバーを有するメタル成膜システムが用いられている。このようなメタル成膜システムにおいては、良好なコンタクトを得るために成膜処理に先立って、シリコンウエハ上に形成された自然酸化膜やエッチングダメージ層等を除去する処理が施される。このような自然酸化膜を除去する装置としては、特許文献１に示されたような水素ガスとアルゴンガスを用いて誘導結合プラズマを形成するものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−３３６４２６号公報（図２およびその説明部分）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近時、シリコンウエハの自然酸化膜と同時に、各膜間のコンタクト抵抗を低くするために金属膜のエッチングストッパーもエッチングされるような場合や、前の工程で形成された層、例えばＣｕ配線層の上に形成された酸化膜およびその上の金属バリア膜を一括して除去する場合等、金属膜をエッチングする場合にこのような酸化膜除去装置を用いつつあるが、金属膜のような導電性材料をエッチングする場合には、装置の誘電体壁内面に導電性材料が付着し、このような誘導結合プラズマ処理におけるプラズマの安定性や均一性に悪影響を及ぼすという問題点がある。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、導電性材料をプラズマ処理する場合に、導電性材料の付着物がプラズマ処理に影響を与えないプラズマ処理装置を提供することを目的とする。また、シリコン酸化膜以外の材料をエッチングする場合に、付着物にともなうメモリー効果や付着物剥がれによるパーティクルが発生し難いプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理体の導電性材料を含む部分に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、被処理体に対してプラズマ処理を行う、その壁部の少なくとも一部が誘電体壁で構成された処理容器と、前記処理容器の内壁部を構成し、誘電体壁に隣接する接地された導電性部材と、前記誘電体壁の外側に設けられ、前記処理容器内に誘導電界を形成するアンテナと、前記処理容器内にプラズマ処理を行うためのガスを供給するガス供給手段と、プラズマ処理の際に飛散して前記誘電体壁に付着した導電性材料が前記導電性部材に接触しないように、前記誘電体壁への前記導電性材料の付着を制御する前記処理容器内部に設けられたシールド部材とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【０００９】
処理容器の内壁に誘電体壁に隣接して接地された導電性部材が存在する場合に、誘電体壁に付着した導電性材料がこの導電性部材と接触すると、アンテナから供給される誘導電流が導電性材料から導電性部材を介して接地ラインに流れるため、処理容器内部に供給される誘導電流が小さくなってプラズマが着火され難くなる。これに対し、上記構成によれば、シールド部材により、誘電体壁に付着した導電性材料が導電性部材に接触しないように、前記誘電体壁への前記導電性材料の付着を制御するので、導電性材料から導電性部材に流れる電流を小さくして、プラズマを確実に着火することができ、導電性材料からなる付着物による悪影響を回避することができる。
【００１０】
本発明の第２の観点では、被処理体の導電性材料を含む部分に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、被処理体を収容し、その中でプラズマ処理を行う処理容器と、前記処理容器の少なくとも一部を構成する誘電体壁と、前記処理容器の内壁部を構成し、誘電体壁に隣接する接地された導電性部材と、前記誘電体壁の外側に設けられ、前記処理容器内に誘導電界を形成するアンテナと、前記処理容器内にプラズマ処理を行うためのガスを供給するガス供給手段と、プラズマ処理の際に飛散して前記誘電体壁に付着した導電性材に前記誘導電界にともなう誘導電流が流れることを阻止するように、前記誘電体壁に付着する導電性材料を不連続にするとともに、プラズマ処理の際に飛散して前記誘電体壁に付着した導電性材料が前記導電性部に接触しないように、前記誘電体壁への前記導電性材料の付着を制御する、前記処理容器内部に設けられたシールド部材とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１１】
一般的に、アンテナに流れる高周波電流にともなって処理容器内部に誘導電界が生じ誘導電流が流れるが、誘電体壁にその誘導電流の方向に連続して導電性材料が付着している場合には、その導電性材料にも誘導電流が流れ、処理容器内部のプラズマの吸収エネルギーに寄与する誘導電流はその分減少するから、導電性材料に流れる電流が大きいとプラズマ吸収エネルギーが小さくなってプラズマが不安定になりやすい。また、上述したように、処理容器の内壁に誘電体壁に隣接して接地された導電性部材が存在する場合に、誘電体壁に付着した導電性材料がこの導電性部材と接触すると、アンテナから供給される誘導電流が導電性材料から導電性部材を介して接地ラインに流れるため、処理容器内部に供給される誘導電流が小さくなってプラズマが着火され難くなる。これに対し、第２の観点によれば、シールド部材が、プラズマ処理の際に飛散して前記誘電体壁に付着した導電性材料に前記誘導電界にともなう誘導電流が流れることを阻止するように、前記誘電体壁に付着する導電性材料を不連続にして、導電性材料の付着物に流れる誘導電流を極力小さくし、プラズマに寄与する誘導電流を多くするので、プラズマを安定的に維持することができ、かつ、シールド部材により、誘電体壁に付着した導電性材料が導電性部材に接触しないように、前記誘電体壁への前記導電性材料の付着を制御するので、導電性材料から導電性部材に流れる電流を小さくして、プラズマを確実に着火することができる。これらにより、導電性材料からなる付着物による悪影響を回避することができる。
【００１２】
上記第１、第２の観点において、前記処理容器としては、被処理体を載置する載置台が設けられたチャンバー、およびそのチャンバーの上方にチャンバーと連通するように設けられた誘電体壁からなるベルジャーを有するものとすることができる。また、前記アンテナは、前記ベルジャーの周囲にコイル状に形成されるように構成することができる。
【００１５】
本発明の第３の観点では、被処理体の導電性材料を含む部分に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、被処理体を収容するチャンバー、およびそのチャンバーの上方にチャンバーと連通するように設けられた誘電体壁からなるベルジャーを有する処理容器と、前記チャンバー内に設けられた被処理体が載置される載置台と、前記ベルジャーの外側の周囲にコイル状に巻回され、前記ベルジャー内に誘導電界を形成するアンテナと、前記ベルジャーと前記チャンバーとの間に設けられ、前記処理容器内にプラズマ処理を行うためのガスを導入する導電性部材からなる接地されたガス導入部材と、前記ベルジャーの内壁に沿って設けられ、少なくとも前記ベルジャー内壁の前記ガス導入部材の近傍領域をシールドするシールド部材とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１６】
このようにベルジャーとチャンバーとの間に導電性部材からなるガス導入部材が設けられている場合には、このガス導入部材は通常は接地されているので、ベルジャー内壁に付着した導電性材料がこの処理ガス導入部材と接触すると、アンテナから供給される誘導電流が導電性材料から処理ガス導入部材を介して接地ラインに流れるため、処理容器内部に供給される誘導電流が小さくなってプラズマが着火され難くなる。これに対し、上記構成によれば、シールド部材により、少なくともベルジャー内壁の前記ガス導入部材の近傍領域をシールドするので、ベルジャー内壁に付着した導電性材料がガス導入部材に接触しないようにすることができ、導電性材料からガス導入部材に流れる電流を小さくして、プラズマを確実に着火することができ、導電性材料からなる付着物による悪影響を回避することができる。
【００１７】
本発明の第４の観点では、被処理体の導電性材料を含む部分に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、被処理体を収容するチャンバー、およびそのチャンバーの上方にチャンバーと連通するように設けられた誘電体壁からなるベルジャーを有する処理容器と、前記チャンバー内に設けられた被処理体が載置される載置台と、前記ベルジャーの外側の周囲にコイル状に巻回され、前記ベルジャー内に誘導電界を形成するアンテナと、前記ベルジャーと前記チャンバーとの間に設けられ、前記処理容器内にプラズマ処理を行うためのガスを導入する導電性部材からなる接地されたガス導入部材と、前記ベルジャーの内壁に沿って設けられ、その全周に亘って周方向に連続しない複数の窓部を有するとともに、前記ベルジャー内壁の前記ガス導入部材の近傍領域をシールドするシールド部材とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１８】
このようにアンテナがベルジャーの外側にコイル状に巻回されている場合にはアンテナを流れる高周波電流によりベルジャー内部にアンテナの巻回方向に沿って誘導電流が流れるが、ベルジャー内壁に導電性材料が連続的に付着する場合にはその部分にも同方向に電流が流れて処理容器内部のプラズマの吸収エネルギーに寄与する誘導電流はその分減少するから、導電性材料に流れる電流が大きいとプラズマ吸収エネルギーが小さくなってプラズマが不安定になりやすい。また、上述したように、ベルジャーとチャンバーとの間に導電性部材からなる接地されたガス導入部材が設けられている場合には、ベルジャー内壁に付着した導電性材料がこの処理ガス導入部材と接触すると、アンテナから供給される誘導電流が導電性材料から処理ガス導入部材を介して接地ラインに流れるため、処理容器内部に供給される誘導電流が小さくなってプラズマが着火され難くなる。これに対し、第４の観点によれば、シールド部材により、少なくともベルジャー内壁の前記ガス導入部材の近傍領域をシールドするので、ベルジャー内壁に付着した導電性材料がガス導入部材に接触しないようにすることができ、導電性材料からガス導入部材に流れる電流を小さくして、プラズマを確実に着火することができ、かつ、シールド部材により、少なくともベルジャー内壁の前記ガス導入部材の近傍領域をシールドするので、ベルジャー内壁に付着した導電性材料がガス導入部材に接触しないようにすることができ、導電性材料からガス導入部材に流れる電流を小さくして、プラズマを確実に着火することができる。これらにより、導電性材料からなる付着物による悪影響を回避することができる。
【００１９】
上記第４の観点のプラズマ処理装置において、前記シールド部材は、窓部の幅と隣接する窓部との間の部分の幅とが１：１〜２：１であることが好ましい。前記窓部は、スリット状、楕円状、孔状等種々の形状をとることができる。特に、縦方向に延在するスリット状であることが好ましい。また、上記第４の観点のプラズマ処理装置において、前記シールド部材は、前記ベルジャーの周壁に沿って円筒状に形成することができ、また、前記ベルジャーは円筒状の側壁部と、その上に設けられた天壁部とを有し、前記シールド部材は前記側壁部に対応する円筒部分と、前記天壁部に対応するドーム状部分とを有し、円筒部分およびドーム状部分の両方に前記縦方向のスリットを有する構成とすることもできる。
上記第１〜第４の観点において、前記シールド部材は、上端から下端まで延びる切り欠き部が形成されていることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。このプラズマ処理装置１００は、金属膜上に形成される金属酸化膜等をエッチング除去するためのものであり、略円筒状のチャンバー１と、チャンバー１の上方にチャンバー１と連続するように設けられた上部が閉塞された円筒状、例えばドーム型のベルジャー２と、チャンバー１の下方に設けられたチャンバー１内を均一に排気するための排気室３を有している。
【００２１】
チャンバー１は、アルミニウム等の導電性材料で構成されており、その内部には被処理体であるウエハＷを水平に支持するための誘電性材料からなるサセプタ（載置台）１１が円筒状の支持部材１２に支持された状態で配置されている。このサセプタ１１は、排気室３の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材１２により支持されている。サセプタ１１の上面にはウエハＷと略同形の凹部１１ａが形成されており、この凹部１１ａにウエハＷが落とし込まれるようになっている。サセプタ１１の外周には、サセプタ１１に載置されたウエハＷのエッジを覆うようにシャドウリング１３が昇降可能に設けられている。シャドウリング１３は、プラズマをフォーカスし、均一なプラズマを形成するのに役立つ。また、サセプタ１１をプラズマから保護する役割も有する。
【００２２】
サセプタ１１は、高熱伝導性のセラミック材料、例えばＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３等で構成されている。中でも最も熱伝導性が高いＡｌＮが好ましい。サセプタ１１内の上部には電極１４が水平に埋設されており、この電極１４には整合器１６を介してウエハに高周波バイアスをかけてイオンを引き込みむための高周波電源１５が接続されている。ベルジャー２の天壁の上には対向電極として機能し、かつベルジャー２の保持機能を兼備した導電性部材１７が設けられている。また、セプタ１１内には、電極１４の下方位置にヒーター１８が埋設されており、ヒーター電源１９からヒーター１８に給電することにより、ウエハＷを所定の温度に加熱可能に構成されている。なお、電極１４およびヒーター１８への給電線は支持部材１２の内部に挿通されている。
【００２３】
サセプタ１１には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本（２本のみ図示）のウエハ昇降ピン２１が挿通されており、サセプタ１１の上面に対して突没可能に設けられている。これらウエハ昇降ピン２１は支持板２２に固定されており、エアシリンダ等の昇降機構２３により支持板２２を介して昇降される。
【００２４】
チャンバー１の内部には、その内壁に沿ってチャンバー１の内壁にプラズマエッチングにより生成された副生成物等が付着することを防止するための略円筒状をなすチャンバーシールド２４が着脱自在に設けられている。このチャンバーシールド２４は、Ｔｉ材（ＴｉまたはＴｉ合金）により構成されている。シールド材としてＡｌ材を用いてもよいが、Ａｌ材では処理中においてパーティクルの発生があるので、付着物との密着性が高くパーティクルの発生を大幅に減少することができるＴｉ材を用いることが好ましい。また、Ａｌ材のシールド本体にＴｉをコーティングして用いてもよい。さらに、チャンバーシールド２４の表面は、付着物との密着性を向上させるため、ブラスト処理等で微小な凹凸形状にしてもよい。このチャンバーシールド２４はチャンバー１の底壁１ｂに数カ所（図では２カ所）ボルト２５により取り付けられており、ボルト２５を外すことにより、チャンバー１から取り外すことができ、チャンバー１内のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００２５】
チャンバー１の側壁は開口２６を有しており、チャンバー１１の外側の開口２６と対応する位置にはゲートバルブ２７が設けられ、このゲートバルブ２７を開にした状態でウエハＷが隣接するロードロック室（図示せず）とチャンバー１内との間で搬送されるようになっている。
【００２６】
ベルジャー２は、例えば石英やＡｌＮ等のセラミックス材料のような誘電体材料で形成されており、円筒状の側壁部２ａと、その上の天壁部２ｂとを有している。このベルジャー２の側壁部２ａの外側にはアンテナ部材としてのコイル５１が略水平方向に巻回（図では７巻）されており、コイル５１には整合器５３を介して高周波電源５２が接続されている。高周波電源５２は３００ｋＨｚ〜６０ＭＨｚの周波数を有している。好ましくは４５０ｋＨｚである。そして、高周波電源５２からコイル５１に高周波電力を供給することにより、誘電体材料からなるベルジャー２の側壁を介してベルジャー２の内側に誘導電磁界が形成されるようになっている。ベルジャー２の内部には、その内壁に沿ってベルジャー２の内壁への付着物を制御するシールド部材５４が設けられている。なお、このシールド部材５４については後述する。
【００２７】
チャンバー１とベルジャー２との間には、リング状をなすガス導入部材３０が設けられている。このガス導入部材３０はＡｌ等の導電性材料からなり、接地されている。ガス導入部材３０には、その内周面に沿って複数のガス吐出孔３１が形成されている。またガス導入部材３０の内部には環状のガス流路３２が設けられており、このガス流路３２にはガス供給機構４０から後述するようにＡｒガス、Ｈ_２ガス等が供給され、これらガスがガス流路３２から上記ガス吐出孔３１を介してベルジャー２内に吐出される。ガス吐出孔３１は、斜め上に向けて形成されており、これらガスがベルジャー２の中央部に向かって供給される。
【００２８】
ガス供給機構４０は、プラズマ処理用のガスをベルジャー２内に導入するためのものであり、所定のガスのガス供給源、開閉バルブ、および流量制御のためのマスフローコントローラ（いずれも図示せず）を有しており、ガス配管４１を介して上記ガス導入部材３０へ所定のガスを供給する。なお、各配管のバルブおよびマスフローコントローラは図示しないコントローラにより制御される。
【００２９】
プラズマ処理用のガスとしては、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅが例示され、それぞれ単体で用いることができる。また、Ａｒ、Ｎｅ、ＨｅのいずれかとＨ_２との併用、およびＡｒ、Ｎｅ、ＨｅのいずれかとＮＦ_３との併用であってもよい。これらの中では、Ａｒ単独、Ａｒ＋Ｈ_２が好ましい。プラズマ処理用のガスは、エッチングしようとするターゲットに応じて適宜選択される。
【００３０】
上記排気室３は、チャンバー１の底壁１ｂの中央部に形成された円形の穴１ｃを覆うように下方に向けて突出して設けられている。排気室３の側面には排気管６１が接続されており、この排気管６１には排気装置６２が接続されている。そしてこの排気装置６２を作動させることによりチャンバー１およびベルジャー２内を所定の真空度まで均一に減圧することが可能となっている。
【００３１】
次に、シールド部材５４について詳細に説明する。
図２はシールド部材５４を示す斜視図である。このシールド部材５４は例えばＡｌ等の金属で構成され、ベルジャー２の側壁部２ａに対応する円筒部７１と、ベルジャー２の天壁部２ｂに対応する天井部７２とを有しており、これらは一体的にベルジャー２の中に挿入される。
【００３２】
円筒部７１は、その底部にスカート状に広がったスカート部７３とスカート部７３から外側に延出した取り付け部７４とを有している。また、円筒部７１には、縦方向に延びる短冊状（スリット状）を有する複数の窓部７５が全周に亘って略等間隔で形成されている。この窓部７５は、円筒部７１の底から高さｔｍｍの位置を下端として上方に天井部７２近傍位置まで延びている。円筒部７１の下端部のｔｍｍの部分により、プラズマ処理中に飛散する導電性材料がベルジャー２の内壁からガス導入部材３０に繋がって付着することを防止するようになっている。すなわち、ｔｍｍの部分は、ガス導入部材３０の上端からベルジャー２の内壁に付着する導電性材料の付着物の下端までの距離に相当し、３０ｍｍ程度以上であることが好ましい。これにより、このような効果をより有効に発揮することができる。また、窓部７５は所定間隔をおいて形成されて、周方向に不連続になっている。これによりベルジャー２の内壁における導電性材料の付着物に流れる誘導電流を極力小さくして効率良く安定なプラズマを生成することができる。この場合に、この窓部７５は導電性付着物に流れる誘導電流が最小限になるような幅ａおよび間隔ｂで形成される。窓部７５の幅は５〜３０ｍｍ程度が好ましく５〜２０ｍｍがより好ましい。また、窓部７５の幅ａと窓部７５の間の部分の幅ｂとの比は、１：１〜１：２であることが好ましい。なお、図示の例では、窓部７５の幅ａと窓部７５の間の部分の幅ｂとの比は略１：１である。円筒部７１には上端から下端まで延びる切り欠き部７６が形成されている。この切り欠き部７６によりシールド部材５４に流れる周方向の電流の抵抗を大きくすることができ、より安定したプラズマを形成・維持することができる。
【００３３】
天井部７２はドーム状をなし、頂上から下端部に延びる縦方向の細長いスリット状（図では細長い扇形型）をなす複数の窓部７７が円筒部７１の窓部７５と同様に全周に亘って形成されている。なお、窓部７７と窓部７７の間の部分は略同じ形状であっても異なる大きさであってもよい。また、天井部７２において、窓部７７の幅と窓部７７の間の部分との比は、円筒部７１における場合と同様、１：１〜１：２であることが好ましい。窓部７５と７７とは連続的に形成されていてもよい。なお、図示した例では窓部７７と窓部７７の間の部分は略同じ形状であってこれらの幅の比は１：１である。
【００３４】
なお、窓部７５，７７の形状は、ベルジャーの周方向に連続しない限り、上述のような縦方向に延びる短冊状や扇状をなすスリット形状に限らず、図３の（ａ）に示すような楕円状のスリットや、（ｂ）〜（ｄ）に示すように異形のスリット状であってもよく、また縦方向に延びるスリットに限らず、（ｅ）、（ｆ）に示すような孔状や、（ｇ）、（ｈ）に示すような横方向スリット状等、種々の形状を採用することができる。また、孔状や横方向スリットを形成する場合には、（ｅ）や（ｇ）のように縦横揃えてもよいし、（ｆ）、（ｈ）のように縦方向および／または横方向に千鳥配置してもよい。（ｅ）〜（ｈ）の場合には、縦方向および横方向の両方とも窓部の長さとその間の部分の長さの比が１：１〜１：２であることが好ましい。
【００３５】
次に、このように構成されるプラズマ処理装置１００による処理動作について説明する。
まず、ゲートバルブ２７を開にして、図示しない搬送アームによりチャンバー１内にウエハＷを搬入し、サセプタ１１から突出した昇降ピン２１の上にウエハＷを受け渡す。次いで、昇降ピン２１を下降させてウエハＷをサセプタ１１上面の凹部１１ａに挿入した状態で載置する。その後、ゲートバルブ２７を閉にして、排気装置６２によりチャンバー１およびベルジャー２内を排気して所定の減圧状態にし、この減圧状態でガス供給機構４０から供給された所定のガス、例えばＡｒガスをガス導入機構３０のガス吐出孔３１からベルジャー２内に吐出させる。これと同時に、高周波電源１５および高周波電源５２から、それぞれサセプタ１１内の電極１４およびコイル５１に高周波電力を供給することにより、コイル５１と導電性部材１７との間等に電界が生じ、ベルジャ２内に導入したガスを励起させてプラズマを点火する。
【００３６】
プラズマを点火した後、ベルジャー２内には誘導電流が流れ、連続的にプラズマが生成され、そのプラズマによりウエハＷ上に形成された所定の金属膜の上に形成された金属酸化膜をエッチング除去する。この際にサセプタ１１のヒーター１８によりウエハＷが所定温度に維持される。その温度は２０〜５００℃であり、好ましくは２０〜２００℃である。
【００３７】
このようにして金属酸化膜を除去する際には、隣接して存在する金属膜もエッチングされる。したがって、エッチングの際にベルジャー２内に金属が飛散することになるが、従来の装置では、シールド部材５４が設けられていなかったため、ベルジャー２の内壁に金属が付着することとなる。
【００３８】
金属膜が存在する基板に対して上述のようなエッチング処理を繰り返すと、ベルジャー２の内壁にエッチングされた金属が付着し、これが連続してベルジャー２の内壁の全面に亘って導電性である金属膜が形成される。そして、この金属膜が導電性材料からなるガス導入部材３０に達する。このガス導入部材３０はチャンバー１を介して接地されているから、図４に示すように、コイル５１からの誘導電流が金属膜８８を介してガス導入部材３０およびチャンバー１を経てグラウンドに流れるため、ベルジャー２内に生じる誘導磁界が弱くなり、初期の段階でプラズマの着火が阻害されてプラズマが生成され難くなる。このように、ベルジャー２の内壁に金属膜８８が形成されている場合には、また、図５に示すように、プラズマに寄与する誘導電流Ｉ_Ｐがベルジャー２の内壁周方向に沿って流れる他、金属膜にも電流Ｉ_Ｍがベルジャー２の内壁周方向に沿って流れる。コイル５１を介して供給される誘導電流Ｉの大きさは一定でありＩ＝Ｉ_Ｐ＋Ｉ_Ｍであるから、プラズマに寄与する誘導電流Ｉ_Ｐは電流Ｉ_Ｍの分減少することとなり、電流Ｉ_Ｍが大きいとプラズマ吸収エネルギーが小さくなってプラズマが不安定になりやすい。
【００３９】
これに対して、本実施形態では、図６に示すように、シールド部材５４を設けたので、このような初期においてプラズマが着火し難かったりプラズマが不安定になるといった不都合を防止することができる。つまり、ウエハＷから飛散した金属は、シールド部材５４の窓部７５の下にｔの幅で存在するシールド部分によって遮蔽されるので、ベルジャー２の内壁のそのシールド部分に対応する領域には金属膜が形成されず、金属膜９８が導電性材料からなるガス導入部材３０に接することが防止される。したがって、図７に示すように、コイル５１からの電流が金属膜を介してグラウンドに流れることが抑止されるので、プラズマの着火が阻害されなくなる。また、シールド部材５４のスリット状の窓部７５、７７は通り抜けてベルジャー２の内壁に達し、窓部が形成されていない部分は飛散した金属を遮蔽して、ベルジャー２の内壁には、窓部７５，７７に対応した周方向に不連続な金属膜９８が形成されることとなり、チャンバー２の内壁の周方向に沿って流れる電流Ｉ_Ｍの大きさを極めて小さいものとすることができる。したがって、プラズマに寄与する誘導電流を多くすることができ、プラズマを安定的に維持することができる。
【００４０】
次に、以上のように金属酸化膜の除去とともに金属膜がエッチング除去される実際のアプリケーションについて説明する。図８の例では、Ｃｕ層８１の上にＬｏｗ−ｋ膜等の層間絶縁膜８２が形成され、その上に例えばＴａ／ＴａＮ、Ｔｉ／ＴｉＮ等の金属ストッパ層８３が形成されており、ドライエッチングによりエッチングして下層のＣｕ層８１まで達するホール８４が形成されている（ａ）に示す構造において、ホール８４の中のエッチング残渣やＣｕの上に形成された酸化膜（Ｃｕ_２Ｏ）８５をエッチング除去する場合に、（ｂ）に示すように、金属ストッパ層８３も同時にエッチングされることとなる。
【００４１】
また、図９の例では、Ｃｕ層９１の上にＬｏｗ−ｋ膜等の層間絶縁膜９２が形成され、層間絶縁膜９２にＣｕ層９１に達するホール９３が形成され、その際ホール９３の底に露出しているＣｕの上に酸化膜（Ｃｕ_２Ｏ）９４が形成された状態で、その上に金属製の拡散バリア層９５を形成した（ａ）に示す構造において、ホール９３の底の酸化膜９４を除去するために、拡散バリア層９５および酸化膜９４を連続してエッチングすることとなり、金属製の拡散バリア層９５もエッチングされることとなる。
【００４２】
これらいずれの場合にも、金属がエッチングされることにより、金属の飛散が生じるが、上述のようにシールド部材５４を設けることにより、初期においてプラズマが着火し難かったりプラズマが不安定になるといった不都合を防止することができる。
【００４３】
ところで、絶縁膜としてＳｉＯ_２以外の材料を用いた場合には、その上に形成される不適切な膜、例えばた自然酸化膜等をエッチング除去する際に、その材料がプラズマによりエッチングされて、そのエッチング除去された材料が処理容器の内壁に付着することにより、メモリー効果と呼ばれる現象が生じたり、付着物が剥離してパーティクルが発生したりする。この場合のメモリー効果とは、シリコン酸化膜以外の材料、例えばシリコン基板やポリシリコン膜をエッチングしたときに、シリコンが処理容器内壁に付着し、プラズマ内に生成した電子やイオン等がその付着物を介して接地ラインに流れることによりプラズマが不安定となり、その直後にシリコン酸化膜を所定の条件でエッチングしてもその影響により定常状態のエッチングを行えないという現象をいう。特にＳｉ系の低誘電率有機系材料、いわゆるＬｏｗ−ｋ膜上の不適切な膜、例えば自然酸化膜を上記のようなプロセスで除去する場合には、処理容器の内壁にＳｉ−Ｃ系の材料が付着し、メモリー効果が生じやすい。また、応力の高い膜のため膜剥がれが生じやすい。
【００４４】
これを防止するためには、処理容器に希ガスを含む処理ガスを供給しつつ、処理容器内にプラズマを生成して、そのプラズマにより被処理体の表面部分をエッチング処理により除去した際に、処理容器内に例えば酸素ガスとＡｒガスとを供給して酸素を含むプラズマを生成し、上記希ガスを含む処理ガスによるプラズマによって被処理体から飛散して処理容器内壁に付着した付着物を酸化させることが好ましい。
【００４５】
これにより、被処理体の表面部分が、Ｓｉ系の低誘電率有機系材料のようなＳｉＯ_２膜以外の絶縁膜である場合であっても、処理容器内壁に付着する付着物をシリコン酸化物（ＳｉＯ_ｘ）にして安定化（不動態化）するので、メモリー効果や膜剥がれによるパーティクルの発生を回避することができる。
【００４６】
以下、具体的に説明する。図１０は、このようなメモリー効果や膜剥がれによるパーティクルの発生を回避する処理を実施するためのプラズマ処理装置を示す断面図である。このプラズマ処理装置１００′は、シールド部材５４が設けられていないこと以外は図１のプラズマ処理装置１００と同様に構成されている。
【００４７】
上述したように、ＳｉＯ_２以外の材料からなる絶縁層、特にＳｉ系の低誘電率有機系材料、いわゆるＬｏｗ−ｋ膜上の不適切な部分、例えば自然酸化膜をプラズマエッチングで除去する場合には、ベルジャー２の内壁やチャンバーシールド２４にＳｉ−Ｃ系の材料が付着し、メモリー効果や膜剥がれが生じやすい。ここでは、このような不都合を解消するために、上記実施形態と同様の手順でＬｏｗ−ｋ膜等の絶縁層上の不適切な部分、例えば自然酸化膜をプラズマエッチングにより除去した後、高周波電力を維持したまま、ガス供給機構４０からガス導入部材を介してＡｒガス＋Ｏ_２ガスの混合ガス等の酸素を含むガスをベルジャー２に導入して酸素を含むプラズマを生成し、ウエハＷから飛散してベルジャー２の内壁に付着した付着物を酸化させる。
【００４８】
具体的には、図１１に示すように、Ｃｕ膜１０１上に形成されたＬｏｗ−ｋ膜１０２の表面をエッチングした場合には、図１２に示すように、ベルジャー２の内壁やチャンバーシールド２４にＳｉ−Ｃ系の材料からなる膜１０３が付着するが、酸素プラズマで処理することにより、以下の反応が生じ、安定なシリコン酸化膜（ＳｉＯ_ｘ）に変化する。
ＳｉＣ＋（ｘ＋１）Ｏ* → ＳｉＯ_ｘ＋ＣＯ↑
このように、ベルジャー２の内壁等に付着する付着物をシリコン酸化物（ＳｉＯ_ｘ）にして安定化（不動態化）するので、メモリー効果や膜剥がれによるパーティクルの発生を回避することができる。
【００４９】
次に、被処理体であるウエハＷの載置部の他の例について図１３を参照して説明する。この例では、サセプタ１１の上にマスクプレート３３が着脱自在に設けられ、このマスクプレート３３の表面に形成された凹部３３ａ上にウエハＷが載置されるようになっている。
【００５０】
マスクプレート３３は、石英（ＳｉＯ_２）等の誘電体で構成されている。このマスクプレート３３は、ウエハＷを載置しない状態でプラズマ処理を行ってチャンバー１内の初期化を行うため、および、サセプタ１１からウエハＷへ汚染物が飛散することを防止するために設けられており、特にシリコン上の酸化物をエッチング除去する際に有効である。
【００５１】
サセプタ１１およびマスクプレート３３には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本（２本のみ図示）のウエハ昇降ピン２１が挿通されており、マスクプレート３３の上面に対して突没可能に設けられている。
【００５２】
マスクプレート３３は、チャンバー１の底壁から垂直に延びる複数本、例えば３本（１本のみ図示）のシャフト３４によってその周囲部分が支持されている。このシャフト３４は例えばアルミナ等のセラミック材料からなり、ハステロイ等の耐熱合金からなるネジ３６により固定されている。マスクプレート３３におけるシャフト３４の支持部３５は、マスクプレート３３の最外周を切り欠いて形成されており、熱膨張の影響を極力排除するようになっている。また、マスクプレート３３を設置する場合には例えば３本のシャフト３４の位置合わせをする必要があるが、そのために、図１４に示すように予め所定の位置関係に調整された、シャフト３４の挿入孔３９が設けられたシャフトガイド３８を用い、このシャフトガイド３８の挿入孔３９をシャフト３４の頭部に挿入し、その状態でマスクプレート１３を設置する。なお、種々のシャフト位置に対応してシャフトガイド３８に複数の位置用の挿入孔３９を設けるようにしてもよい。
【００５３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態ではシールド部材５４を円筒部７１と天井部７２とで構成したが、ベルジャー２の天壁への付着物は、プラズマへの影響が少ないので天井部７２は必須なものではない。窓部７５，７７の形状も上記実施形態のものに限るものではない。また、上記実施形態では、誘電体壁であるベルジャー２に隣接する接地された導電性部材がガス導入部材３０である例を示したが、他の接地された導電性部材であってもよい。アンテナもコイルに限る必要はない。
【００５４】
また、上記実施形態では本発明を自然酸化膜の除去を行う装置に適用した場合を示したが、本発明はコンタクトエッチング等を行う他のプラズマエッチング装置に適用することも可能であり、さらには、本発明を他のプラズマ処理装置に適用することも可能である。さらに、被処理体として半導体ウエハを用いた例について示したが、これに限らず、ＬＣＤ基板等、他の被処理体に対しても適用可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シールド部材により、誘電体壁に付着した導電性材料が接地された導電性部材に接触しないように、前記誘電体壁への前記導電性材料の付着を制御するので、導電性材料から導電性部材に流れる電流を小さくして、プラズマを確実に着火することができ、導電性材料からなる付着物による悪影響を回避することができる。
また、これに加えて、シールド部材が、プラズマ処理の際に飛散して前記誘電体壁に付着した導電性材料に前記誘導電界にともなう誘導電流が流れることを阻止するように、前記誘電体壁に付着する導電性材料を不連続にすることにより、導電性材料の付着物に流れる誘導電流を極力小さくすることができ、プラズマに寄与する誘導電流を多くすることができるから、プラズマを安定的に維持することができ、導電性材料からなる付着物による悪影響を一層効果的に回避することができる。
【００５８】
また、本発明によれば、シールド部材により、少なくともベルジャー内壁の接地されたガス導入部材の近傍領域をシールドするので、ベルジャー内壁に付着した導電性材料がガス導入部材に接触しないようにすることができ、導電性材料からガス導入部材に流れる電流を小さくして、プラズマを確実に着火することができ、導電性材料からなる付着物による悪影響を回避することができる。
また、これに加えて、その全周に亘って周方向に連続しない複数の窓部を有するシールド部材をベルジャーの内壁に沿って設けることにより、ベルジャー内壁には、略その窓部に対応した部分にのみ導電性材料が付着し、その付着形態は誘導電流の方向に対して不連続とすることができる。したがって、導電性材料の付着物に流れる誘導電流を極力小さくすることができ、プラズマに寄与する誘導電流を多くすることができるから、プラズマを安定的に維持することができ、導電性材料からなる付着物による悪影響を一層効果的に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す断面図。
【図２】図１のプラズマ処理装置に用いられるシールド部材を示す斜視図。
【図３】シールド部材に形成される窓部の他の形状を示す図。
【図４】金属膜がベルジャー内壁に付着しているときのプラズマ着火時の電流の流れを示す図。
【図５】金属膜がベルジャー内壁に付着しているときの誘導電流の流れを示す図。
【図６】本発明の第１の実施形態のプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理した場合のベルジャー内壁に付着した金属付着物を示す模式図。
【図７】図６の状態で金属膜が付着しているときのプラズマ着火時の電流の流れを示す図。
【図８】本発明が適用されるデバイス構造の一例を示す断面図。
【図９】本発明が適用されるデバイス構造の他の例を示す断面図。
【図１０】メモリー効果や膜剥がれによるパーティクルの発生を回避する処理を実施するためのプラズマ処理装置を示す断面図。
【図１１】メモリー効果や膜剥がれが問題になるデバイス構造を示す図。
【図１２】ベルジャーの内壁やチャンバーシールドにＳｉ−Ｃ系の材料からなる膜が付着状態を示す図。
【図１３】ウエハの載置部の他の例を示す断面図。
【図１４】図１３においてマスクプレートの支持に用いられるシャフトの位置合わせを行うためのシャフトガイドを示す平面図。
【符号の説明】
１；チャンバー
２；ベルジャー
１１；サセプタ
１３；マスクプレート
１４；電極
１５，５２；高周波電源
１７；導電性部材
３０；ガス導入部材（導電性部材）
４０；ガス供給機構
５１；コイル（アンテナ）
５４；シールド部材
７１；円筒部
７２；天井部
７５，７７；窓部
９８；金属膜
Ｗ；半導体ウエハ

Claims

被処理体の導電性材料を含む部分に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
被処理体に対してプラズマ処理を行う、その壁部の少なくとも一部が誘電体壁で構成された処理容器と、
前記処理容器の内壁部を構成し、誘電体壁に隣接する接地された導電性部材と、
前記誘電体壁の外側に設けられ、前記処理容器内に誘導電界を形成するアンテナと、
前記処理容器内にプラズマ処理を行うためのガスを供給するガス供給手段と、
プラズマ処理の際に飛散して前記誘電体壁に付着した導電性材料が前記導電性部材に接触しないように、前記誘電体壁への前記導電性材料の付着を制御する前記処理容器内部に設けられたシールド部材と
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
被処理体の導電性材料を含む部分に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
被処理体を収容し、その中でプラズマ処理を行う処理容器と、
前記処理容器の少なくとも一部を構成する誘電体壁と、
前記処理容器の内壁部を構成し、誘電体壁に隣接する接地された導電性部材と、
前記誘電体壁の外側に設けられ、前記処理容器内に誘導電界を形成するアンテナと、
前記処理容器内にプラズマ処理を行うためのガスを供給するガス供給手段と、
プラズマ処理の際に飛散して前記誘電体壁に付着した導電性材に前記誘導電界にともなう誘導電流が流れることを阻止するように、前記誘電体壁に付着する導電性材料を不連続にするとともに、プラズマ処理の際に飛散して前記誘電体壁に付着した導電性材料が前記導電性部に接触しないように、前記誘電体壁への前記導電性材料の付着を制御する、前記処理容器内部に設けられたシールド部材と
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
前記処理容器は、被処理体を載置する載置台が設けられたチャンバー、およびそのチャンバーの上方にチャンバーと連通するように設けられた誘電体壁からなるベルジャーを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
前記アンテナは、前記ベルジャーの周囲にコイル状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
被処理体の導電性材料を含む部分に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
被処理体を収容するチャンバー、およびそのチャンバーの上方にチャンバーと連通するように設けられた誘電体壁からなるベルジャーを有する処理容器と、
前記チャンバー内に設けられた被処理体が載置される載置台と、
前記ベルジャーの外側の周囲にコイル状に巻回され、前記ベルジャー内に誘導電界を形成するアンテナと、
前記ベルジャーと前記チャンバーとの間に設けられ、前記処理容器内にプラズマ処理を行うためのガスを導入する導電性部材からなる接地されたガス導入部材と、
前記ベルジャーの内壁に沿って設けられ、少なくとも前記ベルジャー内壁の前記ガス導入部材の近傍領域をシールドするシールド部材と
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
被処理体の導電性材料を含む部分に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
被処理体を収容するチャンバー、およびそのチャンバーの上方にチャンバーと連通するように設けられた誘電体壁からなるベルジャーを有する処理容器と、
前記チャンバー内に設けられた被処理体が載置される載置台と、
前記ベルジャーの外側の周囲にコイル状に巻回され、前記ベルジャー内に誘導電界を形成するアンテナと、
前記ベルジャーと前記チャンバーとの間に設けられ、前記処理容器内にプラズマ処理を行うためのガスを導入する導電性部材からなる接地されたガス導入部材と、
前記ベルジャーの内壁に沿って設けられ、その全周に亘って周方向に連続しない複数の窓部を有するとともに、前記ベルジャー内壁の前記ガス導入部材の近傍領域をシールドするシールド部材と
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
前記シールド部材は、窓部の幅と隣接する窓部との間の部分の幅とが１：１〜２：１であることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
前記窓部は、スリット状、楕円状、孔状のいずれかであることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のプラズマ処理装置。
前記窓部は、縦方向に延在する矩形状であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のプラズマ処理装置。
前記シールド部材は、前記ベルジャーの周壁に沿って円筒状に形成されていることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記ベルジャーは円筒状の側壁部と、その上に設けられた天壁部とを有し、前記シールド部材は前記側壁部に対応する円筒部分と、前記天壁部に対応するドーム状部分とを有し、円筒部分およびドーム状部分の両方に前記窓部を有することを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記シールド部材は、上端から下端まで延びる切り欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。