JP4336124B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関し、更に詳しくは、平行平板型プラズマ処理装置等のプラズマ処理装置を用いて被処理体にプラズマ処理を施す際のチャージングダメージを低減することができるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の技術としては、例えば特許文献１〜３に記載の技術が知られている。特許文献１ではプラズマ発生方法及びプラズマ発生装置について提案されている。この場合には、高周波電力を印加する電圧印加用電極と、アース電極と、これら両者間の距離を可変に調節する距離調節機構とを備え、電圧印加用電極に電圧を印加する時には電圧印加用電極とアース電極との距離を、パッシェンの法則から着火し易い距離まで短くする一方、プラズマが発生した後には、両電極間の距離を長く設定することにより、高エッチング性と低ダメージを両立させている。
【０００３】
また、上下の電極間の距離調節機構を設けると機構的に複雑になることから、特許文献２では距離調節機構を必要としないプラズマ処理装置が提案されている。この場合には、互いに絶縁され、且つそれぞれ別の高周波電源が接続された２つの電極を有し、これらの電極と対向する接地電極との電極間距離が異なったプラズマ処理装置で、放電開始直後に電極間距離が広い方の電極の高周波電力を停止することにより、高速エッチングを行う場合でも低電圧のもとで容易に放電を開始できるようにしている。つまり、プラズマ着火時とプラズマ処理時とで異なった電極を用いている。
【０００４】
更に、特許文献３には上下両電極それぞれの高周波電力を印加する二周波印加方式のプラズマ処理装置について提案されており、この場合には上下両電極に対する高周波電力のＯＮ、ＯＦＦタイミングを制御することにより、チャージングダメージを軽減するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２０１４９６号公報（請求項３、請求項９、段落[００１０]、段落[００３１] 及び段落[００３７]）
【特許文献２】
特開昭６１−２６５８２０号公報（請求項１、第２頁右上欄第６行〜第１３行、第３頁左上欄第５行〜同頁左下欄第２行及び発明の効果の欄）
【特許文献３】
特許第３１１３７８６号公報（請求項１、請求項２、段落[００２９]及び段落[００３０]）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のプラズマ処理方法は、特許文献１、２でも提案されているように、プラズマ着火時及びプラズマ処理中に上下両電極間の距離をそれぞれ最適化し、チャージングダメージの軽減とプラズマ処理の最適化を両立させているが、その後の半導体デバイスの微細化、薄膜化の急激な進展及びこれに伴うプラズマ処理装置の進展により、プラズマ着火時とプラズマ処理中それぞれの電極間距離を最適化するのみでチャージングダメージを防止するには限界があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、デバイスの微細化、薄膜化が進展しても被処理体に対するチャージングダメージを防止することができるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、現在のチャージングダメージを根本的に見直すために、例えば上下両電極に周波数を異にする高周波電力をそれぞれ印加する二周波印加方式の平行平板型プラズマ処理装置を用いて、上下両電極間の距離を最適化し、この状態でウエハにプラズマ着火、プラズマ処理（エッチング）及びプラズマ消火を行ってアンテナＭＯＳ（アンテナ比１００万倍）の耐圧分布を調べた結果、図５に斜線で示すようにウエハの中心部及び周辺部のデバイスにゲート絶縁膜の絶縁破壊による不良品が発生し、４５％の歩留まりに止まった。
【０００９】
そこで、本発明者らは、ウエハのチャージングモニタとして各デバイスに図６に示す電位センサ（同図の（ａ）参照）、電流センサ（同図に（ｂ）参照）及びＵＶセンサを有するチャーム（登録商標）−２ウエハ（Wafer Charging Monitors社製）を用いてチャージングダメージによる不良品の発生状況を調べた。尚、各センサは表面にＣＣＥ(Charging Collection Electrode)を有し、各センサの記録部分であるＥＥＰＲＯＭはそれぞれ所定の電位に初期設定されている。その結果、電位センサによってウエハの周辺部では正に、その中心部では負にチャージングしていることが判った。また、電流センサによってウエハ周辺部では正の電流が流れ、その中心部では負の電流が流れ、ウエハ周辺部及び中心部でゲート酸化膜の絶縁破壊を生じることが判った。
【００１０】
更に、チャーム−２ウエハを用いて上部電極と下部電極の間隔とチャージングとの関係について調べた結果、上下両電極の間隔が大きくなるほどチャージングダメージが軽減できることが判った。しかしながら、上下の両電極の間隔を広げることと、プロセス性能（均一性、エッチングレート、エッチング形状等）とはトレードオフの関係にあり、単に両電極の間隔を広げるだけではチャージングダメージとプロセス性能を両立させることができない。
【００１１】
そこで、上下両電極間の距離を最適値に設定してＭＯＳデバイスを有するウエハに対してプラズマ処理を行い、ウエハの処理時間とプラズマ中からＭＯＳデバイスに供給される電荷量（電流）との関係を求めた結果、図７の一点鎖線で示すモデルで表されることが判った。この図からＡ点からＤ点までの電流値の時間積分値をデバイスのチャージング量として得ることできる。尚、図７において、Ａ点が高周波電力の印加時点、Ｂ点が着火時点、Ｃ点が高周波電力の停止によるプラズマ消火時点、Ｄ点はプラズマ処理終了時点を示し、Ｂ点とＣ点の間がプラズマ処理時間を示す。
【００１２】
図７からも明らかなように、高周波印加時（Ａ点）からプラズマ着火時（Ｂ点）に至る期間は勿論のこと、プラズマ消火時（Ｃ点）からプラズマ処理終了（Ｄ点）に至るまでの期間においてもかなりのチャージングがあり、これらのチャージングがチャージングダメージに大きく影響していることが判った。このことから、高周波印加時（Ａ点）からプラズマ着火時（Ｂ点）までの期間及びプラズマ消火時（Ｃ点）からプラズマ処理終了（Ｄ点）に至るまでの期間の電流を同図の矢印で示すように一点鎖線から実線まで下げて全体のチャージング量を軽減する工夫を行うことによって、ウエハ面内の正と負のチャージング量の不均一が抑制され、ゲート酸化膜の絶縁破壊等のチャージングダメージを防止し、あるいは格段に軽減できることを知見した。
【００１３】
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、本願発明の請求項１に記載のプラズマ処理方法は、上部電極と下部電極との間隔が調節可能で、上記上部電極に第１の高周波電力を印加し、上記下部電極に第１の高周波電力より低い周波数を有する第２の高周波電力を印加して、上記下部電極上の被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加及び上記下部電極への第２の高周波電力の印加をそれぞれ開始してプラズマを着火する工程と、上記プラズマの着火後、上記上部電極と上記下部電極との間隔を狭める工程と、上記被処理体にプラズマ処理を施す工程と、上記上部電極と上記下部電極との間隔を広げる工程と、上記間隔を広げた後、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加値を下げる工程と、上記印加値を下げた後、上記下部電極への上記第２の高周波電力の印加を止める工程と、上記第２の高周波電力の印加を止めた後、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項２に記載のプラズマ処理方法は、請求項１に記載の発明において、上記間隔を広くする際に、上記下部電極を、上記上部電極に対して離反する方向に移動させることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項３に記載のプラズマ処理方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記上部電極に上記第１の高周波電力を印加した後、上記下部電極に第２の高周波電力を印加することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項４に記載のプラズマ処理方法は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程の前に、上記プラズマ処理のための処理容器内の圧力を上げることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項５に記載のプラズマ処理方法は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加及び上記下部電極への第２の高周波電力の印加をそれぞれ開始してプラズマを着火する工程の前に、上記被処理体を吸着させるための静電チャックへの直流電圧の印加を開始し、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程の後に、上記静電チャックへの直流電圧の印加を停止することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項６に記載のプラズマ処理方法は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、上記プラズマ処理としてエッチングを行うことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の請求項７に記載のプラズマ処理装置は、上部電極と、被処理体を載置し且つ上記上部電極の下方に、上記上部電極との間隔が調整可能に配置された下部電極と、上記上部電極と上記下部電極の間隔を調節する調節機構と、上記上部電極に第１の高周波電力を印加する第１の高周波電源と、上記下部電極に第１の高周波電力より低い周波数を有する第２の高周波電力を印加する第２の高周波電源と、上記調節機構及び上記第１、第２の高周波電源の制御手段と、を備え、上記制御手段の制御下で上記下部電極上の被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、上記制御手段は、上記第１の高周波電源から上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加及び上記第２の高周波電源から上記下部電極への第２の高周波電力の印加をそれぞれ開始してプラズマを着火する工程と、上記プラズマの着火後、上記調節機構を介して上記上部電極と上記下部電極との間隔を狭める工程と、上記被処理体にプラズマ処理を施す工程と、上記調節機構を介して上部電極と上記下部電極との間隔を広げる工程と、上記間隔を広げた後、上記第１の高周波電源から上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加値を下げる工程と、上記印加値を下げた後、上記第２の高周波電源から上記下部電極への上記第２の高周波電力の印加を止める工程と、上記第２の高周波電力の印加を止めた後、上記第１の高周波電源から上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程と、を実行することを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の請求項８に記載のプラズマ処理装置は、請求項７に記載の発明において、上記調節機構は、上記下部電極を、上記上部電極に対して離反する方向に移動させる駆動機構を有することを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の請求項９に記載のプラズマ処理装置は、請求項７または請求項８に記載の発明において、上記制御手段は、上記上部電極に上記第１の高周波電力を印加した後、上記下部電極に上記第２の高周波電力を印加することを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の請求項１０に記載のプラズマ処理装置は、請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の発明において、上記制御手段は、ガス供給源を制御して、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程の前に、上記プラズマ処理のための処理容器内の圧力を上げることを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の請求項１１に記載のプラズマ処理装置は、請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の発明において、上記制御手段は、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加及び上記下部電極への第２の高周波電力の印加をそれぞれ開始してプラズマを着火する工程の前に、上記被処理体を吸着させるための静電チャックへの直流電圧の印加を開始し、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程の後に、上記静電チャックへの直流電圧の印加を停止することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項１２に記載のプラズマ処理装置は、請求項７〜請求項１１のいずれか１項に記載の発明において、上記プラズマ処理としてエッチングを行うことを特徴とするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
まず、本発明方法に用いられるプラズマ処理装置の一例について図１を参照しながら説明する。本実施形態に用いられるプラズマ処理装置１０は、例えば図１に示すように、アルミニウム等の導電性材料よりなるチャンバ１１と、このチャンバ１１の上面に配置された上部電極１２と、この上部電極１２の下方にこれと対向して配置され且つウエハＷを載置する下部電極１３と、この下部電極１３を昇降させて上部電極１２との間隔を調節する昇降機構（例えば、エアシリンダ）１４とを備えている。
【００２５】
上部電極１２は、下面全面に多数分散して形成された孔１２Ａを有し、プロセスガスを供給するシャワーヘッドとして形成されている。この上面の中央孔にはガス供給管１５が接続され、更にこのガス供給管１５にはガス供給源１６がマスフローコントローラ１７を介して接続され、このガス供給源１６のプロセスガスをマスフローコントローラ１７によって流量制御しながらチャンバ１１内へ供給する。また、上部電極１２には第１の高周波電源１８が整合器１９を介して接続され、第１の高周波電源１８から上部電極１２に対して例えば１３．５６〜１５０ＭＨｚの第１の高周波電力を印加する。
【００２６】
下部電極１３の内部には冷却ジャケット等の温度調整手段２０が設けられ、この温度調整手段２０によって下部電極１３上に保持されたウエハＷを所望の処理温度に設定することができる。温度調整手段２０は冷却ジャケット内に冷媒を循環させるための供給管２１及び排出管２２を有し、所定の温度に調整された冷媒を供給管２１から冷却ジャケット内に供給し、熱交換後の冷媒を排出管２２から外部に排出する。また、下部電極１３には第２の高周波電源２３が整合器２４を介して接続され、第２の高周波電源２３から下部電極１３に対して例えば４００ＫＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの第２の高周波電力（バイアス）を印加する。尚、冷却ジャケットに代えて加熱ヒータやペルチエ素子等を下部電極１３内に設けても良い。
【００２７】
下部電極１３の上面には静電チャック２５が載置されている。この静電チャック２５は、例えば焼結または溶射成形したセラミックスからなる層の間にタングステン電極板２５Ａが介在している。そして、タングステン電極板２５Ａには可変直流電圧源２６がフィルタ２７及びリード線２８を介して接続され、可変直流電圧源２６からタングステン電極板２５Ａに対して直流高電圧を印加することにより、下部電極１３上に載置されたウエハＷをセラミックス層に対して静電吸着する。
【００２８】
また、下部電極１３の外周縁部には環状のフォーカスリング２９が配設され、このフォーカスリング２９によって静電チャック２５上に吸着保持されたウエハＷを囲むようにしている。このフォーカスリング２９は、プロセスに応じて絶縁性または導電性の材料が選択して用いられ、反応性イオンを閉じ込め、あるいは拡散させるよう作用する。更に、チャンバ１１と下部電極１３の間には複数の排気孔が穿設された排気リング３０が下部電極１３上面よりも下側に位置させて下部電極１３を囲むように配置されている。この排気リング３０により、排気流の流れを整えると共に上部電極１２と下部電極１３との間にプラズマを最適に閉じ込める。
【００２９】
また、下部電極１３内にはバックサイドガスとして熱伝導性ガス（例えば、Ｈｅガス）を供給する流路（図示せず）が形成され、このガス流路はウエハＷの中心部及び周縁部の複数箇所で開口し、バックサイドガスを静電チャック２５とウエハＷの間に供給し、下部電極１３とウエハＷとの熱伝導率を高めてウエハＷを所定の温度に迅速に制御することができる。
【００３０】
また、チャンバ１１の下部には真空排気装置（図示せず）に接続された排気部１１Ａが形成され、この真空排気装置によってチャンバ１１内を真空引きし、プロセスガスを供給した状態でチャンバ１１内を所定の真空度を維持する。ガス供給源１６は複数のガス供給源を有し、各ガス供給源から例えばＣ４Ｆ８等のフルオロカーボン系ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、酸素（Ｏ２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガス等をエッチングガスとして供給する。各ガスはそれぞれのマスフローコントローラ１７によって流量制御して所望の流量比で供給される。
【００３１】
次に、上記プラズマ処理装置１０を用いた本発明のプラズマ処理方法の一実施形態について図２、図３を参照しながら説明する。本実施形態では３００ｍｍのウエハＷに対してエッチングを施す。
【００３２】
エッチングを行うには、予めチャンバ１１の内周面、上部電極１２及び下部電極１３の温度をそれぞれ５０℃、３０℃及び１０℃にそれぞれ設定する。この状態で、まず図２の（ａ）に示すようにチャンバ１１内の上部電極１２と下部電極１３の間隔を、ウエハＷをエッチングする時の最適間隔（例えば、１７ｍｍ）よりも広い間隔（例えば、２２ｍｍ）に設定する。次いで、ゲートバルブ（図示せず）を開けてチャンバ１１内の下部電極１３上にウエハＷを載置した後、ゲートバルブを閉じる。引き続き、ガス供給源１６からチャンバ１１内へＣ４Ｆ８ガス、ＣＯガス、Ａｒガス及びＯ２ガスを所定の流量比（例えば、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２＝２０／４０／５５０／１２ｓｃｃｍ）でエッチングガスとして供給し、チャンバ１１内の圧力を４０ｍＴｏｒｒに設定する。
【００３３】
この間、可変直流電圧源２６からタングステン電極板２５Ａに対して直流高電圧を印加してウエハＷを下部電極１３上に吸着固定すると共にバックサイドガス（例えば、Ｈｅガス）を供給する。この時のウエハＷの中心部のバックサイドガスの圧力を１２Ｔｏｒｒに設定すると共にウエハＷ周縁部のバックサイドガスを２０Ｔｏｒｒに設定し、下部電極１３の温度調節手段２０によってウエハＷを所定温度に保つ。
【００３４】
直流高電圧を印加してから例えば１５秒後に、図３に▲１▼で示すように、まず第１の高周波電源１８から上部電極１２に２７ＭＨｚ第１の高周波電力を２０００Ｗの電力で印加して上部電極１２と下部電極１３の間でグロー放電を発生させてプラズマ着火を行う。第１の高周波電力を印加してから２秒後に、図３に▲２▼で示すように第２の高周波電源２３から下部電極１３に８００ＫＨｚの第２の高周波電力を１４００Ｗの電力で印加すると下部電極１３にバイアス電位が生成する。この際、下部電極１２に第２の高周波電力を印加するタイミングを、上部電極１２に第１の高周波電力を印加するタイミングより約０．２〜３秒遅らせることにより整合器２３によって第２の高周波電力のマッチングをスムースに取ることができる。また、下部電極に第１、第２の高周波電力を印加する場合にも同様に第２の高周波電力を遅らせることにより整合器によるマッチングをスムースに取ることができる。
【００３５】
その直後の図３に▲３▼で示す時点で昇降機構１４が駆動して下部電極１３が上昇し、図２の（ｂ）に示すように上部電極１２との間隔が最適間隔である１７ｍｍに達して昇降機構１４が停止し、この状態で第１、第２の高周波電力がそれぞれ２０００Ｗ、１４００Ｗで安定し、ウエハＷに対してエッチングを施す。
【００３６】
エッチングを所定時間行って第１の高周波電源１８を切る直前の図３に▲４▼で示す時点で昇降機構１４が駆動して下部電極１３が下降し、図２の（ｃ）に示すように上部電極１２との間隔が２２ｍｍに達して上部電極１２と下部電極１３の間隔が広くなって昇降機構１４が停止し、図３に▲１▼、▲２▼で示すように、まず第１の高周波電源１８を切り、その０．１秒後に第２の高周波電源２３を切ってプラズマ消火を行ってエッチングを終了する。エッチングを終了してから２０秒後に可変直流電圧源２６を切って静電チャック２５によるウエハＷの吸着を解除した後、チャンバ１１内からウエハＷを取り出す。このウエハＷではデバイスの歩留まりが１００％で、チャージングダメージによる不良品がなかった。
【００３７】
また、本実施形態との比較のために、下部電極１３を下げずに上部電極１２と下部電極１３の間隔を１７ｍｍの最適値に保った状態でプラズマ消火を行った以外には上記実施形態と同一の要領でウエハＷのエッチングを行った結果、デバイスの歩留まりが９９％で僅かに低下した。更に、上部電極１２と下部電極１３を最適間隔である１７ｍｍに設定し、下部電極１３を終始固定した以外は上記実施形態と同一の要領でウエハＷのエッチングを行った結果、７７％の歩留まりしか得られなかった。
【００３８】
また、エッチングを実施する際に、ウエハＷへのパーティクルの付着を防止するために、図４に示すように第１の高周波電源１８を二段階で切る、ステップダウンシーケンスによってプラズマ消火を行う。そこで、本発明にステップダウンシーケンスを適用した実施形態について説明する。
【００３９】
本実施形態では、ステップダウンシーケンスでプラズマ消火を行う以外は、上記実施形態と同一要領でプラズマ着火及びプラズマ処理を行う。即ち、ステップダウンシーケンスによりプラズマ消火を行う場合には、例えば、上部電極１２と下部電極１３の間隔を最適間隔である１７ｍｍから２５ｍｍまで広げた後、図４に示すように第１の高周波電力を２０００Ｗから２００Ｗに落とし、その０．１秒後に第２の高周波電力を切る。第１の高周波電力を２００Ｗに落とす時に、エッチングガス中のＡｒガスの流量を５５０ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍまで落とすと共にチャンバ１１内の圧力を４０ｍＴｏｒｒから２００ｍＴｏｒｒに上げ、この状態でウエハＷを２１秒間処理した後、第１の高周波電力を完全に切ってプラズマ消火を行う。その後の処理は上記実施形態と同様である。ステップダウンシーケンスによって処理されたウエハＷはデバイスの歩留まりが１００％で、チャージングダメージによる不良品がなかった。尚、図４における▲１▼〜▲４▼のタイミングは、図３の▲１▼〜▲４▼のタイミングに相当する。
【００４０】
また、本実施形態との比較のために、プラズマ消火時に上部電極１２と下部電極１３の間隔を広げず、最適間隔である１７ｍｍに保持したまま第１の高周波電力をステップダウンシーケンスに従って二段階（２０００Ｗ→２００Ｗ→０Ｗ）で切ってプラズマ消火を行った場合には、デバイスの歩留まりが４４％まで低下し、チャージングダメージによる不良品が発生した。このことからステップダウンシーケンスを適用するに当たり、プラズマ着火時に上下両電極１２、１３の間隔を広げるだけではチャージングダメージが十分に抑制されないことが判った。
【００４１】
以上説明したように本実施形態によれば、プラズマ処理装置１０を用いてウエハＷにプラズマ処理を施すに際に、プラズマ着火時（図３のＡ点からＢ点に至るまでの期間）及びプラズマ消火時（図３のＣ点からＤ点に至るまでの期間）に、プラズマ処理時（図３のＢ点からＣ点に至るまでの期間）の上部電極１２と下部電極１３の最適距離より下部電極１３を下降させて上部電極１２と下部電極１３の間隔をプラズマ処理時より広く設定したため、プラズマ着火時及びプラズマ消火時のウエハＷに対するチャージング量を低減することができ、ウエハＷのチャージングダメージを防止することができる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、第１の高周波電力を第２の高周波電力より後に切るようにしたため、特にプラズマ消火を円滑に行なってウエハＷに対するチャージングをより確実に低減することができると共にウエハＷへのパーティクルの付着を防止することができる。
【００４３】
尚、上記実施形態では上部電極１２及び下部電極１３それぞれに個別に第１、第２の高周波電力を印加する二周波印加方式のプラズマ処理装置１０を用いてエッチングを行なうプラズマ処理方法について説明したが、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではない。例えば、本発明方法には上下両電極のいずれか一方の電極に高周波電力を印加してプラズマを発生させるプラズマ処理装置や、ＥＣＲ（有磁場）タイプのプラズマ処理装置を用いることができる。更に、本発明方法にはその他のプラズマ発生手段を備えたプラズマ処理装置も用いることができる。また、本発明のプラズマ処理方法はＣＶＤ等エッチング以外のプラズマ処理についても適用することができる。要は、本発明は、プラズマ発生手段によってプラズマ着火するプラズマ処理装置を用いて被処理体にプラズマ処理を施す際に、少なくともプラズマ消火時に上記被処理体が受ける電荷量を低下させるようにすれば良い。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、デバイスの微細化、薄膜化が進展してもプラズマ処理時に被処理体が受ける電荷量が低下し、また、被処理体面内における正と負の電荷量の不均一が抑制されてチャージングダメージを防止することができる共に被処理体へのパーティクルの付着を防止することができるプラズマ処理方法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】本発明のプラズマ処理方法に用いられるプラズマ処理装置の一実施形態の断面構造を示す構成図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置のプラズマ処理過程における下部電極の動きの説明図で、（ａ）はプラズマ着火時に上部電極と下部電極をプラズマ処理時の最適間隔より広く設定した状態を示す断面図、（ｂ）は上部電極と下部電極をプラズマ処理時の最適間隔に設定した状態を示す断面図、（ｃ）はプラズマ消火時に上部電極と下部電極をプラズマ処理時の最適間隔より広く設定した状態を示す断面図である。
【図３】第１、第２の高周波電力の印加、切断のタイミングを示す説明図である。
【図４】第１、第２の高周波電力の印加、切断のタイミングを示す説明図である。
【図５】上下両電極間を最適間隔に設定した従来のプラズマ処理方法によって処理したウエハの不良品を模式的に示す平面図である。
【図６】チャーム−２ウエハのセンサを模式的に示す断面図で、（ａ）は電位センサを示す図、（ｂ）は電流センサを示す図である。
【図７】ウエハの処理時間とウエハの各デバイスに供給される電荷量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ プラズマ処理装置
１２ 上部電極
１３ 下部電極
１４ 昇降機構（調節機構）
１６ ガス供給源
１８ 第１の高周波電源
２３ 第２の高周波電源
Ｗ ウエハ（被処理体）
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関し、更に詳しくは、平行平板型プラズマ処理装置等のプラズマ処理装置を用いて被処理体にプラズマ処理を施す際のチャージングダメージを低減することができるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の技術としては、例えば特許文献１〜３に記載の技術が知られている。特許文献１ではプラズマ発生方法及びプラズマ発生装置について提案されている。この場合には、高周波電力を印加する電圧印加用電極と、アース電極と、これら両者間の距離を可変に調節する距離調節機構とを備え、電圧印加用電極に電圧を印加する時には電圧印加用電極とアース電極との距離を、パッシェンの法則から着火し易い距離まで短くする一方、プラズマが発生した後には、両電極間の距離を長く設定することにより、高エッチング性と低ダメージを両立させている。
【０００３】
また、上下の電極間の距離調節機構を設けると機構的に複雑になることから、特許文献２では距離調節機構を必要としないプラズマ処理装置が提案されている。この場合には、互いに絶縁され、且つそれぞれ別の高周波電源が接続された２つの電極を有し、これらの電極と対向する接地電極との電極間距離が異なったプラズマ処理装置で、放電開始直後に電極間距離が広い方の電極の高周波電力を停止することにより、高速エッチングを行う場合でも低電圧のもとで容易に放電を開始できるようにしている。つまり、プラズマ着火時とプラズマ処理時とで異なった電極を用いている。
【０００４】
更に、特許文献３には上下両電極それぞれの高周波電力を印加する二周波印加方式のプラズマ処理装置について提案されており、この場合には上下両電極に対する高周波電力のＯＮ、ＯＦＦタイミングを制御することにより、チャージングダメージを軽減するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２０１４９６号公報（請求項３、請求項９、段落[００１０]、段落[００３１] 及び段落[００３７]）
【特許文献２】
特開昭６１−２６５８２０号公報（請求項１、第２頁右上欄第６行〜第１３行、第３頁左上欄第５行〜同頁左下欄第２行及び発明の効果の欄）
【特許文献３】
特許第３１１３７８６号公報（請求項１、請求項２、段落[００２９]及び段落[００３０]）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のプラズマ処理方法は、特許文献１、２でも提案されているように、プラズマ着火時及びプラズマ処理中に上下両電極間の距離をそれぞれ最適化し、チャージングダメージの軽減とプラズマ処理の最適化を両立させているが、その後の半導体デバイスの微細化、薄膜化の急激な進展及びこれに伴うプラズマ処理装置の進展により、プラズマ着火時とプラズマ処理中それぞれの電極間距離を最適化するのみでチャージングダメージを防止するには限界があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、デバイスの微細化、薄膜化が進展しても被処理体に対するチャージングダメージを防止することができるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、現在のチャージングダメージを根本的に見直すために、例えば上下両電極に周波数を異にする高周波電力をそれぞれ印加する二周波印加方式の平行平板型プラズマ処理装置を用いて、上下両電極間の距離を最適化し、この状態でウエハにプラズマ着火、プラズマ処理（エッチング）及びプラズマ消火を行ってアンテナＭＯＳ（アンテナ比１００万倍）の耐圧分布を調べた結果、図５に斜線で示すようにウエハの中心部及び周辺部のデバイスにゲート絶縁膜の絶縁破壊による不良品が発生し、４５％の歩留まりに止まった。
【０００９】
そこで、本発明者らは、ウエハのチャージングモニタとして各デバイスに図６に示す電位センサ（同図の（ａ）参照）、電流センサ（同図に（ｂ）参照）及びＵＶセンサを有するチャーム（登録商標）−２ウエハ（Wafer Charging Monitors社製）を用いてチャージングダメージによる不良品の発生状況を調べた。尚、各センサは表面にＣＣＥ(Charging Collection Electrode)を有し、各センサの記録部分であるＥＥＰＲＯＭはそれぞれ所定の電位に初期設定されている。その結果、電位センサによってウエハの周辺部では正に、その中心部では負にチャージングしていることが判った。また、電流センサによってウエハ周辺部では正の電流が流れ、その中心部では負の電流が流れ、ウエハ周辺部及び中心部でゲート酸化膜の絶縁破壊を生じることが判った。
【００１０】
更に、チャーム−２ウエハを用いて上部電極と下部電極の間隔とチャージングとの関係について調べた結果、上下両電極の間隔が大きくなるほどチャージングダメージが軽減できることが判った。しかしながら、上下の両電極の間隔を広げることと、プロセス性能（均一性、エッチングレート、エッチング形状等）とはトレードオフの関係にあり、単に両電極の間隔を広げるだけではチャージングダメージとプロセス性能を両立させることができない。
【００１１】
そこで、上下両電極間の距離を最適値に設定してＭＯＳデバイスを有するウエハに対してプラズマ処理を行い、ウエハの処理時間とプラズマ中からＭＯＳデバイスに供給される電荷量（電流）との関係を求めた結果、図７の一点鎖線で示すモデルで表されることが判った。この図からＡ点からＤ点までの電流値の時間積分値をデバイスのチャージング量として得ることできる。尚、図７において、Ａ点が高周波電力の印加時点、Ｂ点が着火時点、Ｃ点が高周波電力の停止によるプラズマ消火時点、Ｄ点はプラズマ処理終了時点を示し、Ｂ点とＣ点の間がプラズマ処理時間を示す。
【００１２】
図７からも明らかなように、高周波印加時（Ａ点）からプラズマ着火時（Ｂ点）に至る期間は勿論のこと、プラズマ消火時（Ｃ点）からプラズマ処理終了（Ｄ点）に至るまでの期間においてもかなりのチャージングがあり、これらのチャージングがチャージングダメージに大きく影響していることが判った。このことから、高周波印加時（Ａ点）からプラズマ着火時（Ｂ点）までの期間及びプラズマ消火時（Ｃ点）からプラズマ処理終了（Ｄ点）に至るまでの期間の電流を同図の矢印で示すように一点鎖線から実線まで下げて全体のチャージング量を軽減する工夫を行うことによって、ウエハ面内の正と負のチャージング量の不均一が抑制され、ゲート酸化膜の絶縁破壊等のチャージングダメージを防止し、あるいは格段に軽減できることを知見した。
【００１３】
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、本願発明の請求項１に記載のプラズマ処理方法は、上部電極と下部電極との間隔が調節可能で、上記上部電極に第１の高周波電力を印加し、上記下部電極に第１の高周波電力より低い周波数を有する第２の高周波電力を印加して、上記下部電極上の被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加及び上記下部電極への第２の高周波電力の印加をそれぞれ開始してプラズマを着火する工程と、上記プラズマの着火後、上記上部電極と上記下部電極との間隔を狭める工程と、上記被処理体にプラズマ処理を施す工程と、上記上部電極と上記下部電極との間隔を広げる工程と、上記間隔を広げた後、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加値を下げる工程と、上記印加値を下げた後、上記下部電極への上記第２の高周波電力の印加を止める工程と、上記第２の高周波電力の印加を止めた後、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項２に記載のプラズマ処理方法は、請求項１に記載の発明において、上記間隔を広くする際に、上記下部電極を、上記上部電極に対して離反する方向に移動させることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項３に記載のプラズマ処理方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記上部電極に上記第１の高周波電力を印加した後、上記下部電極に第２の高周波電力を印加することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項４に記載のプラズマ処理方法は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程の前に、上記プラズマ処理のための処理容器内の圧力を上げることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項５に記載のプラズマ処理方法は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加及び上記下部電極への第２の高周波電力の印加をそれぞれ開始してプラズマを着火する工程の前に、上記被処理体を吸着させるための静電チャックへの直流電圧の印加を開始し、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程の後に、上記静電チャックへの直流電圧の印加を停止することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項６に記載のプラズマ処理方法は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、上記プラズマ処理としてエッチングを行うことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の請求項７に記載のプラズマ処理装置は、上部電極と、被処理体を載置し且つ上記上部電極の下方に、上記上部電極との間隔が調整可能に配置された下部電極と、上記上部電極と上記下部電極の間隔を調節する調節機構と、上記上部電極に第１の高周波電力を印加する第１の高周波電源と、上記下部電極に第１の高周波電力より低い周波数を有する第２の高周波電力を印加する第２の高周波電源と、上記調節機構及び上記第１、第２の高周波電源の制御手段と、を備え、上記制御手段の制御下で上記下部電極上の被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、上記制御手段は、上記第１の高周波電源から上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加及び上記第２の高周波電源から上記下部電極への第２の高周波電力の印加をそれぞれ開始してプラズマを着火する工程と、上記プラズマの着火後、上記調節機構を介して上記上部電極と上記下部電極との間隔を狭める工程と、上記被処理体にプラズマ処理を施す工程と、上記調節機構を介して上部電極と上記下部電極との間隔を広げる工程と、上記間隔を広げた後、上記第１の高周波電源から上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加値を下げる工程と、上記印加値を下げた後、上記第２の高周波電源から上記下部電極への上記第２の高周波電力の印加を止める工程と、上記第２の高周波電力の印加を止めた後、上記第１の高周波電源から上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程と、を実行することを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の請求項８に記載のプラズマ処理装置は、請求項７に記載の発明において、上記調節機構は、上記下部電極を、上記上部電極に対して離反する方向に移動させる駆動機構を有することを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の請求項９に記載のプラズマ処理装置は、請求項７または請求項８に記載の発明において、上記制御手段は、上記上部電極に上記第１の高周波電力を印加した後、上記下部電極に上記第２の高周波電力を印加することを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の請求項１０に記載のプラズマ処理装置は、請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の発明において、上記制御手段は、ガス供給源を制御して、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程の前に、上記プラズマ処理のための処理容器内の圧力を上げることを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の請求項１１に記載のプラズマ処理装置は、請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の発明において、上記制御手段は、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加及び上記下部電極への第２の高周波電力の印加をそれぞれ開始してプラズマを着火する工程の前に、上記被処理体を吸着させるための静電チャックへの直流電圧の印加を開始し、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程の後に、上記静電チャックへの直流電圧の印加を停止することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項１２に記載のプラズマ処理装置は、請求項７〜請求項１１のいずれか１項に記載の発明において、上記プラズマ処理としてエッチングを行うことを特徴とするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
まず、本発明方法に用いられるプラズマ処理装置の一例について図１を参照しながら説明する。本実施形態に用いられるプラズマ処理装置１０は、例えば図１に示すように、アルミニウム等の導電性材料よりなるチャンバ１１と、このチャンバ１１の上面に配置された上部電極１２と、この上部電極１２の下方にこれと対向して配置され且つウエハＷを載置する下部電極１３と、この下部電極１３を昇降させて上部電極１２との間隔を調節する昇降機構（例えば、エアシリンダ）１４とを備えている。
【００２５】
上部電極１２は、下面全面に多数分散して形成された孔１２Ａを有し、プロセスガスを供給するシャワーヘッドとして形成されている。この上面の中央孔にはガス供給管１５が接続され、更にこのガス供給管１５にはガス供給源１６がマスフローコントローラ１７を介して接続され、このガス供給源１６のプロセスガスをマスフローコントローラ１７によって流量制御しながらチャンバ１１内へ供給する。また、上部電極１２には第１の高周波電源１８が整合器１９を介して接続され、第１の高周波電源１８から上部電極１２に対して例えば１３．５６〜１５０ＭＨｚの第１の高周波電力を印加する。
【００２６】
下部電極１３の内部には冷却ジャケット等の温度調整手段２０が設けられ、この温度調整手段２０によって下部電極１３上に保持されたウエハＷを所望の処理温度に設定することができる。温度調整手段２０は冷却ジャケット内に冷媒を循環させるための供給管２１及び排出管２２を有し、所定の温度に調整された冷媒を供給管２１から冷却ジャケット内に供給し、熱交換後の冷媒を排出管２２から外部に排出する。また、下部電極１３には第２の高周波電源２３が整合器２４を介して接続され、第２の高周波電源２３から下部電極１３に対して例えば４００ＫＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの第２の高周波電力（バイアス）を印加する。尚、冷却ジャケットに代えて加熱ヒータやペルチエ素子等を下部電極１３内に設けても良い。
【００２７】
下部電極１３の上面には静電チャック２５が載置されている。この静電チャック２５は、例えば焼結または溶射成形したセラミックスからなる層の間にタングステン電極板２５Ａが介在している。そして、タングステン電極板２５Ａには可変直流電圧源２６がフィルタ２７及びリード線２８を介して接続され、可変直流電圧源２６からタングステン電極板２５Ａに対して直流高電圧を印加することにより、下部電極１３上に載置されたウエハＷをセラミックス層に対して静電吸着する。
【００２８】
また、下部電極１３の外周縁部には環状のフォーカスリング２９が配設され、このフォーカスリング２９によって静電チャック２５上に吸着保持されたウエハＷを囲むようにしている。このフォーカスリング２９は、プロセスに応じて絶縁性または導電性の材料が選択して用いられ、反応性イオンを閉じ込め、あるいは拡散させるよう作用する。更に、チャンバ１１と下部電極１３の間には複数の排気孔が穿設された排気リング３０が下部電極１３上面よりも下側に位置させて下部電極１３を囲むように配置されている。この排気リング３０により、排気流の流れを整えると共に上部電極１２と下部電極１３との間にプラズマを最適に閉じ込める。
【００２９】
また、下部電極１３内にはバックサイドガスとして熱伝導性ガス（例えば、Ｈｅガス）を供給する流路（図示せず）が形成され、このガス流路はウエハＷの中心部及び周縁部の複数箇所で開口し、バックサイドガスを静電チャック２５とウエハＷの間に供給し、下部電極１３とウエハＷとの熱伝導率を高めてウエハＷを所定の温度に迅速に制御することができる。
【００３０】
また、チャンバ１１の下部には真空排気装置（図示せず）に接続された排気部１１Ａが形成され、この真空排気装置によってチャンバ１１内を真空引きし、プロセスガスを供給した状態でチャンバ１１内を所定の真空度を維持する。ガス供給源１６は複数のガス供給源を有し、各ガス供給源から例えばＣ４Ｆ８等のフルオロカーボン系ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、酸素（Ｏ２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガス等をエッチングガスとして供給する。各ガスはそれぞれのマスフローコントローラ１７によって流量制御して所望の流量比で供給される。
【００３１】
次に、上記プラズマ処理装置１０を用いた本発明のプラズマ処理方法の一実施形態について図２、図３を参照しながら説明する。本実施形態では３００ｍｍのウエハＷに対してエッチングを施す。
【００３２】
エッチングを行うには、予めチャンバ１１の内周面、上部電極１２及び下部電極１３の温度をそれぞれ５０℃、３０℃及び１０℃にそれぞれ設定する。この状態で、まず図２の（ａ）に示すようにチャンバ１１内の上部電極１２と下部電極１３の間隔を、ウエハＷをエッチングする時の最適間隔（例えば、１７ｍｍ）よりも広い間隔（例えば、２２ｍｍ）に設定する。次いで、ゲートバルブ（図示せず）を開けてチャンバ１１内の下部電極１３上にウエハＷを載置した後、ゲートバルブを閉じる。引き続き、ガス供給源１６からチャンバ１１内へＣ４Ｆ８ガス、ＣＯガス、Ａｒガス及びＯ２ガスを所定の流量比（例えば、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２＝２０／４０／５５０／１２ｓｃｃｍ）でエッチングガスとして供給し、チャンバ１１内の圧力を４０ｍＴｏｒｒに設定する。
【００３３】
この間、可変直流電圧源２６からタングステン電極板２５Ａに対して直流高電圧を印加してウエハＷを下部電極１３上に吸着固定すると共にバックサイドガス（例えば、Ｈｅガス）を供給する。この時のウエハＷの中心部のバックサイドガスの圧力を１２Ｔｏｒｒに設定すると共にウエハＷ周縁部のバックサイドガスを２０Ｔｏｒｒに設定し、下部電極１３の温度調節手段２０によってウエハＷを所定温度に保つ。
【００３４】
直流高電圧を印加してから例えば１５秒後に、図３に▲１▼で示すように、まず第１の高周波電源１８から上部電極１２に２７ＭＨｚ第１の高周波電力を２０００Ｗの電力で印加して上部電極１２と下部電極１３の間でグロー放電を発生させてプラズマ着火を行う。第１の高周波電力を印加してから２秒後に、図３に▲２▼で示すように第２の高周波電源２３から下部電極１３に８００ＫＨｚの第２の高周波電力を１４００Ｗの電力で印加すると下部電極１３にバイアス電位が生成する。この際、下部電極１２に第２の高周波電力を印加するタイミングを、上部電極１２に第１の高周波電力を印加するタイミングより約０．２〜３秒遅らせることにより整合器２３によって第２の高周波電力のマッチングをスムースに取ることができる。また、下部電極に第１、第２の高周波電力を印加する場合にも同様に第２の高周波電力を遅らせることにより整合器によるマッチングをスムースに取ることができる。
【００３５】
その直後の図３に▲３▼で示す時点で昇降機構１４が駆動して下部電極１３が上昇し、図２の（ｂ）に示すように上部電極１２との間隔が最適間隔である１７ｍｍに達して昇降機構１４が停止し、この状態で第１、第２の高周波電力がそれぞれ２０００Ｗ、１４００Ｗで安定し、ウエハＷに対してエッチングを施す。
【００３６】
エッチングを所定時間行って第１の高周波電源１８を切る直前の図３に▲４▼で示す時点で昇降機構１４が駆動して下部電極１３が下降し、図２の（ｃ）に示すように上部電極１２との間隔が２２ｍｍに達して上部電極１２と下部電極１３の間隔が広くなって昇降機構１４が停止し、図３に▲１▼、▲２▼で示すように、まず第１の高周波電源１８を切り、その０．１秒後に第２の高周波電源２３を切ってプラズマ消火を行ってエッチングを終了する。エッチングを終了してから２０秒後に可変直流電圧源２６を切って静電チャック２５によるウエハＷの吸着を解除した後、チャンバ１１内からウエハＷを取り出す。このウエハＷではデバイスの歩留まりが１００％で、チャージングダメージによる不良品がなかった。
【００３７】
また、本実施形態との比較のために、下部電極１３を下げずに上部電極１２と下部電極１３の間隔を１７ｍｍの最適値に保った状態でプラズマ消火を行った以外には上記実施形態と同一の要領でウエハＷのエッチングを行った結果、デバイスの歩留まりが９９％で僅かに低下した。更に、上部電極１２と下部電極１３を最適間隔である１７ｍｍに設定し、下部電極１３を終始固定した以外は上記実施形態と同一の要領でウエハＷのエッチングを行った結果、７７％の歩留まりしか得られなかった。
【００３８】
また、エッチングを実施する際に、ウエハＷへのパーティクルの付着を防止するために、図４に示すように第１の高周波電源１８を二段階で切る、ステップダウンシーケンスによってプラズマ消火を行う。そこで、本発明にステップダウンシーケンスを適用した実施形態について説明する。
【００３９】
本実施形態では、ステップダウンシーケンスでプラズマ消火を行う以外は、上記実施形態と同一要領でプラズマ着火及びプラズマ処理を行う。即ち、ステップダウンシーケンスによりプラズマ消火を行う場合には、例えば、上部電極１２と下部電極１３の間隔を最適間隔である１７ｍｍから２５ｍｍまで広げた後、図４に示すように第１の高周波電力を２０００Ｗから２００Ｗに落とし、その０．１秒後に第２の高周波電力を切る。第１の高周波電力を２００Ｗに落とす時に、エッチングガス中のＡｒガスの流量を５５０ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍまで落とすと共にチャンバ１１内の圧力を４０ｍＴｏｒｒから２００ｍＴｏｒｒに上げ、この状態でウエハＷを２１秒間処理した後、第１の高周波電力を完全に切ってプラズマ消火を行う。その後の処理は上記実施形態と同様である。ステップダウンシーケンスによって処理されたウエハＷはデバイスの歩留まりが１００％で、チャージングダメージによる不良品がなかった。尚、図４における▲１▼〜▲４▼のタイミングは、図３の▲１▼〜▲４▼のタイミングに相当する。
【００４０】
また、本実施形態との比較のために、プラズマ消火時に上部電極１２と下部電極１３の間隔を広げず、最適間隔である１７ｍｍに保持したまま第１の高周波電力をステップダウンシーケンスに従って二段階（２０００Ｗ→２００Ｗ→０Ｗ）で切ってプラズマ消火を行った場合には、デバイスの歩留まりが４４％まで低下し、チャージングダメージによる不良品が発生した。このことからステップダウンシーケンスを適用するに当たり、プラズマ着火時に上下両電極１２、１３の間隔を広げるだけではチャージングダメージが十分に抑制されないことが判った。
【００４１】
以上説明したように本実施形態によれば、プラズマ処理装置１０を用いてウエハＷにプラズマ処理を施すに際に、プラズマ着火時（図３のＡ点からＢ点に至るまでの期間）及びプラズマ消火時（図３のＣ点からＤ点に至るまでの期間）に、プラズマ処理時（図３のＢ点からＣ点に至るまでの期間）の上部電極１２と下部電極１３の最適距離より下部電極１３を下降させて上部電極１２と下部電極１３の間隔をプラズマ処理時より広く設定したため、プラズマ着火時及びプラズマ消火時のウエハＷに対するチャージング量を低減することができ、ウエハＷのチャージングダメージを防止することができる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、第１の高周波電力を第２の高周波電力より後に切るようにしたため、特にプラズマ消火を円滑に行なってウエハＷに対するチャージングをより確実に低減することができると共にウエハＷへのパーティクルの付着を防止することができる。
【００４３】
尚、上記実施形態では上部電極１２及び下部電極１３それぞれに個別に第１、第２の高周波電力を印加する二周波印加方式のプラズマ処理装置１０を用いてエッチングを行なうプラズマ処理方法について説明したが、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではない。例えば、本発明方法には上下両電極のいずれか一方の電極に高周波電力を印加してプラズマを発生させるプラズマ処理装置や、ＥＣＲ（有磁場）タイプのプラズマ処理装置を用いることができる。更に、本発明方法にはその他のプラズマ発生手段を備えたプラズマ処理装置も用いることができる。また、本発明のプラズマ処理方法はＣＶＤ等エッチング以外のプラズマ処理についても適用することができる。要は、本発明は、プラズマ発生手段によってプラズマ着火するプラズマ処理装置を用いて被処理体にプラズマ処理を施す際に、少なくともプラズマ消火時に上記被処理体が受ける電荷量を低下させるようにすれば良い。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、デバイスの微細化、薄膜化が進展してもプラズマ処理時に被処理体が受ける電荷量が低下し、また、被処理体面内における正と負の電荷量の不均一が抑制されてチャージングダメージを防止することができる共に被処理体へのパーティクルの付着を防止することができるプラズマ処理方法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】本発明のプラズマ処理方法に用いられるプラズマ処理装置の一実施形態の断面構造を示す構成図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置のプラズマ処理過程における下部電極の動きの説明図で、（ａ）はプラズマ着火時に上部電極と下部電極をプラズマ処理時の最適間隔より広く設定した状態を示す断面図、（ｂ）は上部電極と下部電極をプラズマ処理時の最適間隔に設定した状態を示す断面図、（ｃ）はプラズマ消火時に上部電極と下部電極をプラズマ処理時の最適間隔より広く設定した状態を示す断面図である。
【図３】第１、第２の高周波電力の印加、切断のタイミングを示す説明図である。
【図４】第１、第２の高周波電力の印加、切断のタイミングを示す説明図である。
【図５】上下両電極間を最適間隔に設定した従来のプラズマ処理方法によって処理したウエハの不良品を模式的に示す平面図である。
【図６】チャーム−２ウエハのセンサを模式的に示す断面図で、（ａ）は電位センサを示す図、（ｂ）は電流センサを示す図である。
【図７】ウエハの処理時間とウエハの各デバイスに供給される電荷量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ プラズマ処理装置
１２ 上部電極
１３ 下部電極
１４ 昇降機構（調節機構）
１６ ガス供給源
１８ 第１の高周波電源
２３ 第２の高周波電源
Ｗ ウエハ（被処理体）
Claims (12)
- 上部電極と下部電極との間隔が調節可能で、上記上部電極に第１の高周波電力を印加し、上記下部電極に第１の高周波電力より低い周波数を有する第２の高周波電力を印加して、上記下部電極上の被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、
上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加及び上記下部電極への第２の高周波電力の印加をそれぞれ開始してプラズマを着火する工程と、
上記プラズマの着火後、上記上部電極と上記下部電極との間隔を狭める工程と、
上記被処理体にプラズマ処理を施す工程と、
上記上部電極と上記下部電極との間隔を広げる工程と、
上記間隔を広げた後、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加値を下げる工程と、
上記印加値を下げた後、上記下部電極への上記第２の高周波電力の印加を止める工程と、
上記第２の高周波電力の印加を止めた後、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程と、を有する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 上記間隔を広くする際に、上記下部電極を、上記上部電極に対して離反する方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
- 上記上部電極に上記第１の高周波電力を印加した後、上記下部電極に第２の高周波電力を印加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方法。
- 上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程の前に、上記プラズマ処理のための処理容器内の圧力を上げることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加及び上記下部電極への第２の高周波電力の印加をそれぞれ開始してプラズマを着火する工程の前に、上記被処理体を吸着させるための静電チャックへの直流電圧の印加を開始し、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程の後に、上記静電チャックへの直流電圧の印加を停止することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 上記プラズマ処理としてエッチングを行うことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 上部電極と、被処理体を載置し且つ上記上部電極の下方に、上記上部電極との間隔が調整可能に配置された下部電極と、上記上部電極と上記下部電極の間隔を調節する調節機構と、上記上部電極に第１の高周波電力を印加する第１の高周波電源と、上記下部電極に第１の高周波電力より低い周波数を有する第２の高周波電力を印加する第２の高周波電源と、上記調節機構及び上記第１、第２の高周波電源の制御手段と、を備え、上記制御手段の制御下で上記下部電極上の被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
上記制御手段は、
上記第１の高周波電源から上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加及び上記第２の高周波電源から上記下部電極への第２の高周波電力の印加をそれぞれ開始してプラズマを着火する工程と、
上記プラズマの着火後、上記調節機構を介して上記上部電極と上記下部電極との間隔を狭める工程と、
上記被処理体にプラズマ処理を施す工程と、
上記調節機構を介して上部電極と上記下部電極との間隔を広げる工程と、
上記間隔を広げた後、上記第１の高周波電源から上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加値を下げる工程と、
上記印加値を下げた後、上記第２の高周波電源から上記下部電極への上記第２の高周波電力の印加を止める工程と、
上記第２の高周波電力の印加を止めた後、上記第１の高周波電源から上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程と、を実行する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 上記調節機構は、上記下部電極を、上記上部電極に対して離反する方向に移動させる駆動機構を有することを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。
- 上記制御手段は、上記上部電極に上記第１の高周波電力を印加した後、上記下部電極に上記第２の高周波電力を印加することを特徴とする請求項７または請求項８に記載のプラズマ処理装置。
- 上記制御手段は、ガス供給源を制御して、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程の前に、上記プラズマ処理のための処理容器内の圧力を上げることを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
- 上記制御手段は、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加及び上記下部電極への第２の高周波電力の印加をそれぞれ開始してプラズマを着火する工程の前に、上記被処理体を吸着させるための静電チャックへの直流電圧の印加を開始し、上記上部電極への上記第１の高周波電力の印加を止める工程の後に、上記静電チャックへの直流電圧の印加を停止することを特徴とする請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
- 上記プラズマ処理としてエッチングを行うことを特徴とする請求項７〜請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
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