JP5956933B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明の種々の側面及び実施形態はプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関するものである。

半導体の製造プロセスでは、薄膜の堆積又はエッチング等を目的としたプラズマ処理を実行するプラズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理装置としては、例えば薄膜の堆積処理を行うプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置や、エッチング処理を行うプラズマエッチング装置等が挙げられる。

ところで、プラズマ処理装置においては、チャンバ内に配置された部材（以下適宜「チャンバ内部材」という）は、各種のプラズマ処理の際に処理ガスのプラズマに曝されるため、耐プラズマ性が求められる。この点、例えば特許文献１には、被処理体をプラズマ処理する前に、酸素を含むシリコン含有ガスのプラズマによりチャンバ内部材の表面にシリコン酸化膜を保護膜として成膜することにより、チャンバ内部材の耐プラズマ性を高めることが開示されている。

米国特許出願公開第２０１２／００９１０９５号明細書

しかしながら、酸素を含むシリコン含有ガスを用いてシリコン酸化膜を成膜する従来技術では、部材の温度に応じた膜厚の制御性を向上することまでは考慮されていない。

すなわち、従来技術では、酸素を含むシリコン含有ガスのプラズマ中の酸素ラジカルとＳｉラジカルとをチャンバ内の空間中で反応させてシリコン酸化物を生成し、生成したシリコン酸化物をチャンバ内の部材にシリコン酸化膜として堆積させる。チャンバ内の部材上にシリコン酸化膜として堆積したシリコン酸化物の膜厚は、チャンバ内の部材の温度に依らず一定となる。このため、従来技術では、チャンバ内の部材の温度に応じて部材上の膜の膜厚を制御することが困難であった。

本発明の一側面に係るプラズマ処理方法は、成膜工程と、プラズマ処理工程と、除去工程とを含む。成膜工程は、チャンバの内部に配置された部材を他の部材よりも低い温度に調整しつつ、酸素を含まないシリコン含有ガスのプラズマにより前記部材の表面に対してシリコン酸化膜を成膜する。プラズマ処理工程は、前記部材の表面に前記シリコン酸化膜が成膜された後に、前記チャンバの内部に搬入された被処理体を処理ガスのプラズマによりプラズマ処理する。除去工程は、プラズマ処理された前記被処理体が前記チャンバの外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマにより前記部材の表面から前記シリコン酸化膜を除去する。

本発明の種々の側面及び実施形態によれば、部材の温度に応じた膜厚の制御性を向上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が実現される。

図１は、本実施形態に係るプラズマ処理方法に適用されるプラズマ処理装置を示す概略断面図である。 図２は、本実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図３は、本実施形態における成膜工程の一例を説明するための図である。 図４は、比較例１〜３における処理結果を示す図である。 図５は、実施例１〜３における処理結果を示す図である。 図６は、比較例１、４及び５における処理結果を示す図である。 図７は、実施例１、４及び５における処理結果を示す図である。 図８は、比較例１、６及び７と実施例１、６及び７における処理結果を示す図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。

本実施形態に係るプラズマ処理方法は、１つの実施形態において、チャンバの内部に配置された部材を他の部材よりも低い温度に調整しつつ、酸素を含まないシリコン含有ガスのプラズマにより部材の表面に対してシリコン酸化膜を成膜する成膜工程と、部材の表面にシリコン酸化膜が成膜された後に、チャンバの内部に搬入された被処理体を処理ガスのプラズマによりプラズマ処理するプラズマ処理工程と、プラズマ処理された被処理体がチャンバの外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマにより部材の表面からシリコン酸化膜を除去する除去工程とを含む。

また、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、１つの実施形態において、部材は、チャンバの内壁と、チャンバの内部に配置された下部電極とを含み、他の部材は、チャンバの内部において下部電極と対向する上部電極を含み、成膜工程は、チャンバの内壁及び下部電極を上部電極よりも低い温度に調整しつつ、チャンバの内壁及び下部電極の表面に対してシリコン酸化膜を成膜する。

また、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、１つの実施形態において、成膜工程において、バイアス電圧を印加する。

また、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、１つの実施形態において、シリコン含有ガスは、ＳｉＣｌ４及びＳｉＦ４のうち少なくともいずれか一つを含む。

また、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、１つの実施形態において、フッ素含有ガスは、ＮＦ３、ＳＦ６及びＣＦ４のうち少なくともいずれか一つを含む。

また、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、１つの実施形態において、シリコン含有ガスは、さらに希ガスを含む。

また、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、１つの実施形態において、希ガスは、Ａｒ又はＨｅである。

本実施形態に係るプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、被処理体をプラズマ処理するためのチャンバと、チャンバの内部を減圧するための排気部と、チャンバの内部に処理ガスを供給するためのガス供給部と、チャンバの内部に配置された部材を他の部材よりも低い温度に調整しつつ、酸素を含まないシリコン含有ガスのプラズマにより部材の表面に対してシリコン酸化膜を成膜する工程と、部材の表面にシリコン酸化膜が成膜された後に、チャンバの内部に搬入された被処理体を処理ガスのプラズマによりプラズマ処理する工程と、プラズマ処理された被処理体がチャンバの外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマにより部材の表面からシリコン酸化膜を除去する工程とを実行する制御部とを備えた。

図１は、本実施形態に係るプラズマ処理方法に適用されるプラズマ処理装置を示す概略断面図である。図１に示すプラズマ処理装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理チャンバ１を有している。この処理チャンバ１は、円筒状とされ、例えば表面に陽極酸化被膜を形成されたアルミニウム等から構成されている。処理チャンバ１内には、被処理体である半導体ウエハＷを水平に支持する載置台２が設けられている。

載置台２は、その基材２ａが導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されており、下部電極としての機能を有する。この載置台２は、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持されている。また、載置台２の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング５が設けられている。さらに、載置台２及び支持台４の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材３ａが設けられている。

載置台２の上方には、載置台２と平行に対向するように、換言すれば、載置台２に支持された半導体ウエハＷと対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられている。シャワーヘッド１６と載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能するようになっている。載置台２の基材２ａには、第１の整合器１１ａを介して第１の高周波電源１０ａが接続されている。また、載置台２の基材２ａには、第２の整合器１１ｂを介して第２の高周波電源１０ｂが接続されている。第１の高周波電源１０ａは、プラズマ発生用のものであり、この第１の高周波電源１０ａからは所定周波数（例えば１００ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２の基材２ａに供給されるようになっている。また、第２の高周波電源１０ｂは、イオン引き込み用（バイアス用）のものであり、この第２の高周波電源１０ｂからは第１の高周波電源１０ａより低い所定周波数（例えば、１３ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２の基材２ａに供給されるようになっている。

載置台２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａを介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体ウエハＷが吸着されるよう構成されている。

載置台２の内部には、冷媒流路２ｂが形成されており、冷媒流路２ｂには、冷媒入口配管２ｃ、冷媒出口配管２ｄが接続されている。そして、冷媒流路２ｂの中にガルデンなどの冷媒を循環させることによって、支持台４及び載置台２を所定の温度に制御可能となっている。また、載置台２等を貫通するように、半導体ウエハＷの裏面側にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのバックサイドガス供給配管３０が設けられている。このバックサイドガス供給配管３０は、図示しないバックサイドガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持された半導体ウエハＷを、所定の温度に制御可能となっている。

上記したシャワーヘッド１６は、処理チャンバ１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えており、絶縁性部材４５を介して処理チャンバ１の上部に支持されている。本体部１６ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。上部天板１６ｂは、シリコン含有物質で形成され、例えば石英で形成される。

本体部１６ａの内部には、ガス拡散室１６ｃ，１６ｄが設けられ、このガス拡散室１６ｃ，１６ｄの下部に位置するように、本体部１６ａの底部には、多数のガス通流孔１６ｅが形成されている。ガス拡散室は、中央部に設けられたガス拡散室１６ｃと、周縁部に設けられたガス拡散室１６ｄとに２分割されており、中央部と周縁部とで独立に処理ガスの供給状態を変更できるようになっている。

また、上部天板１６ｂには、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１６ｆが、上記したガス通流孔１６ｅと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃ，１６ｄに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｅ及びガス導入孔１６ｆを介して処理チャンバ１内にシャワー状に分散されて供給されるようになっている。なお、本体部１６ａ等には、図示しないヒータや、冷媒を循環させるための図示しない配管等の温度調整器が設けられており、プラズマエッチング処理中にシャワーヘッド１６を所望温度に温度制御できるようになっている。

上記した本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃ，１６ｄへ処理ガスを導入するための２つのガス導入口１６ｇ，１６ｈが形成されている。これらのガス導入口１６ｇ，１６ｈにはガス供給配管１５ａ，１５ｂが接続されており、このガス供給配管１５ａ，１５ｂの他端には、エッチング用の処理ガスを供給する処理ガス供給源１５が接続されている。処理ガス供給源１５は、ガス供給部の一例である。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｃ、及び開閉弁Ｖ１が設けられている。また、ガス供給配管１５ｂには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｄ、及び開閉弁Ｖ２が設けられている。

そして、処理ガス供給源１５からはプラズマエッチングのための処理ガスが、ガス供給配管１５ａ，１５ｂを介してガス拡散室１６ｃ，１６ｄに供給され、このガス拡散室１６ｃ，１６ｄから、ガス通流孔１６ｅ及びガス導入孔１６ｆを介して処理チャンバ１内にシャワー状に分散されて供給される。例えば、処理ガス供給源１５からは、後述するように、処理チャンバ１の内部に配置された部材の表面に対してシリコン酸化膜を成膜する際に用いられる、酸素を含まないシリコン含有ガスなどが供給される。また、例えば、処理ガス供給源１５からは、被処理体をプラズマ処理する際に用いられるＨＢｒ／ＮＦ３を含む処理ガスなどが供給される。また、処理ガス供給源１５からは、処理チャンバ１の内部に配置された部材の表面からシリコン酸化膜を除去する際に用いられるフッ素含有ガスなどが供給される。処理ガス供給源１５により供給されるガスの詳細については、後述する。

上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローバスフィルタ（ＬＰＦ）５１を介して可変直流電源５２が電気的に接続されている。この可変直流電源５２は、オン・オフスイッチ５３により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５３のオン・オフは、後述する制御部６０によって制御されるようになっている。なお、後述のように、第１の高周波電源１０ａ、第２の高周波電源１０ｂから高周波が載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部６０によりオン・オフスイッチ５３がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド１６に所定の直流電圧が印加される。

処理チャンバ１の底部には、排気口７１が形成されており、この排気口７１には、排気管７２を介して排気装置７３が接続されている。排気装置７３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理チャンバ１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。排気装置７３は、排気部の一例である。一方、処理チャンバ１の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口７４が設けられており、この搬入出口７４には、当該搬入出口７４を開閉するゲートバルブ７５が設けられている。

図中７６，７７は、着脱自在とされたデポシールドである。デポシールド７６は、処理チャンバ１の内壁面に沿って設けられ、処理チャンバ１にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止する役割を有している。以下では、処理チャンバ１の内壁とデポシールド７６とを併せて「処理チャンバ１の内壁」と呼ぶことがあるものとする。また、デポシールド７７は、下部電極となる載置台２、内壁部材３ａ及び支持台４の外周面を覆うように設けられている。以下では、載置台２、内壁部材３ａ、支持台４及びデポシールド７７を併せて「下部電極」と呼ぶことがあるものとする。デポシールド７６の半導体ウエハＷと略同じ高さ位置には、直流的にグランドに接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）７９が設けられており、これにより異常放電が防止される。

また、処理チャンバ１の周囲には、同心円状にリング磁石８０が配置されている。リング磁石８０は、シャワーヘッド１６と載置台２との間の空間に磁場を印加する。リング磁石８０は、図示しない回転機構により回転自在に構成されている。

上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース６２と、記憶部６３とが設けられている。

ユーザインターフェース６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置の稼動状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。

記憶部６３には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読み取り可能なコンピュータ記録媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

例えば、制御部６０は、後述するプラズマ処理方法を行うようにプラズマ処理装置の各部を制御する。詳細な一例を挙げると、制御部６０は、処理チャンバ１の内部に配置された部材を他の部材よりも低い温度に調整しつつ、酸素を含まないシリコン含有ガスのプラズマにより部材の表面に対してシリコン酸化膜を成膜する。そして、制御部６０は、シリコン酸化膜が成膜された後に、処理チャンバ１の内部に搬入された被処理体を処理ガスのプラズマによりプラズマ処理する。そして、制御部６０は、プラズマ処理された被処理体が処理チャンバ１の外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマにより部材の表面からシリコン酸化膜を除去する。ここで、処理チャンバ１の内部に配置された部材は、例えば、処理チャンバ１の内壁と、処理チャンバ１の内部に配置された下部電極である載置台２、内壁部材３ａ、支持台４及びデポシールド７７とを含む。処理チャンバ１の内部に配置された部材を、以下では「チャンバ内部材」と呼ぶことがあるものとする。また、他の部材は、処理チャンバ１の内部において下部電極と対向する上部電極であるシャワーヘッド１６を含む。また、被処理体は、例えば、半導体ウエハＷである。

次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法について説明する。図２は、本実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。

図２に示すように、プラズマ処理装置は、チャンバ内部材を他の部材よりも低い温度に調整しつつ、酸素を含まないシリコン含有ガスのプラズマによりチャンバ内部材の表面に対してシリコン酸化膜を成膜する成膜工程を行う（ステップＳ１０１）。チャンバ内部材は、例えば、処理チャンバ１の内壁と、処理チャンバ１の内部に配置された下部電極である載置台２、内壁部材３ａ及びデポシールド７７とを含む。また、他の部材は、処理チャンバ１の内部において下部電極と対向する上部電極であるシャワーヘッド１６を含む。また、酸素を含まないシリコン含有ガスは、例えば、ＳｉＣｌ４及びＳｉＦ４のうち少なくともいずれか一つを含む。酸素を含まないシリコン含有ガスは、好ましくは、さらに希ガスを含む。希ガスは、例えば、Ａｒ又はＨｅである。

図３は、本実施形態における成膜工程の一例を説明するための図である。図３では、処理チャンバ１の内部に配置された載置台２にシリコン酸化膜を成膜する例を示す。プラズマ処理装置の制御部６０は、処理ガス供給源１５から処理チャンバ１の内部に酸素を含まないシリコン含有ガスを供給し、第１の高周波電源１０ａから処理チャンバ１内部へプラズマ生成用の高周波電力を印加して酸素を含まないシリコン含有ガスのプラズマを生成する。この際、制御部６０は、第２の高周波電源１０ｂからイオン引き込み用の高周波電力を印加しない。すなわち、図３の（１）に示すように、制御部６０は、酸素を含まないシリコン含有ガスのプラズマが生成される際に、冷媒流路２ｂに冷媒を循環させることによって、下部電極である載置台２を上部電極であるシャワーヘッド１６よりも低い温度に調整する。その上で、制御部６０は、酸素を含まないシリコン含有ガスとして、例えば、ＳｉＣｌ４／Ｈｅを処理チャンバ１内に供給する。

この結果、図３の（１）に示すように、相対的に低い温度となった載置台２へプラズマ中のラジカルが引き寄せられ、載置台２上でラジカルどうしが反応する。例えば、図３の（１）に示す例では、Ｓｉラジカルと、処理チャンバ１内のシリコン酸化物を含む部材から放出された酸素ラジカルとがシャワーヘッド１６よりも低い温度となった載置台２へ引き寄せられ、載置台２上でＳｉラジカルと酸素ラジカルとの反応が促進される。すると、図３の（２）に示すように、下部電極である載置台２の表面にシリコン酸化膜１００が成膜される。処理チャンバ１内のシリコン酸化物を含む部材としては、例えば、上部天板１６ｂや内壁部材３ａであり、これらは石英等からなる。これにより、処理チャンバ１内の空間中でのＳｉラジカルと酸素ラジカルとの反応を抑制しつつ、処理チャンバ１内の載置台２上でのＳｉラジカルと酸素ラジカルとの反応を促進することが可能となる。この結果、処理チャンバ１内の部材の温度に応じて部材上の膜の膜厚を制御することが可能となる。さらに、被処理体をプラズマ処理する前に成膜工程を行うことで、処理チャンバ１内の部材の耐プラズマ性を高めることが可能になり、部材の消耗や部材からの汚染物の飛散を回避することが可能となる。

なお、図３では、下部電極である載置台２にシリコン酸化膜が成膜される例を示したが、載置台２付近に設けられた支持台４、内壁部材３ａ及びデポシールド７７にも同様にシリコン酸化膜が成膜され得る。すなわち、上部電極であるシャワーヘッド１６よりも低い温度となった処理チャンバ１内の部材にシリコン酸化膜が成膜され得る。

図２の説明に戻る。続いて、プラズマ処理装置は、処理チャンバ１の内部に搬入された被処理体を処理ガスのプラズマによりプラズマ処理するプラズマ処理工程を行う（ステップＳ１０２）。被処理体は、例えば、シリコン酸化膜が積層された半導体ウエハＷである。また、処理ガスは、例えば、ＨＢｒ／ＮＦ３である。

より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、搬入出口７４及びゲートバルブ７５から処理チャンバ１の内部に被処理体を搬入し、搬入された被処理体を静電チャック６上に載置する。その後、制御部６０は、処理ガス供給源１５から処理チャンバ１内部に処理ガスを供給し、第１の高周波電源１０ａからプラズマ生成用の高周波電力を印加するとともに、第２の高周波電源１０ｂからイオン引き込み用の高周波電力を印加する。この結果、被処理体がプラズマ処理される。

そして、プラズマ処理装置は、被処理体が処理チャンバ１の外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマによりチャンバ内部材の表面からシリコン酸化膜を除去する除去工程を行う（ステップＳ１０３）。フッ素含有ガスは、例えば、ＮＦ３、ＳＦ６及びＣＦ４のうち少なくともいずれか一つを含む。

より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、搬入出口７４及びゲートバルブ７５から処理チャンバ１の外部へ被処理体を搬出する。その後、制御部６０は、処理ガス供給源１５から処理チャンバ１内部にフッ素含有ガスを供給し、第１の高周波電源１０ａからプラズマ生成用の高周波電力を印加する。この際、制御部６０は、第２の高周波電源１０ｂからイオン引き込み用の高周波電力を印加しない。この結果、処理チャンバ１内の部材の表面からシリコン酸化物が除去される。

上述したように、本実施形態によれば、被処理体をプラズマ処理する前に、処理チャンバ１の内部に配置された下部電極を上部電極よりも低い温度に調整しつつ、酸素を含まないシリコン含有ガスのプラズマにより下部電極の表面に対してシリコン酸化膜を成膜する。このため、本実施形態によれば、処理チャンバ１内の空間中でのＳｉラジカルと酸素ラジカルとの反応を抑制しつつ、処理チャンバ１内の部材上でのＳｉラジカルと酸素ラジカルとの反応を促進することが可能となる。この結果、酸素を含むシリコン含有ガスを用いてシリコン酸化膜を成膜する手法と比較して、処理チャンバ１内の部材の温度に応じた膜厚の制御性を向上することが可能となる。さらに、被処理体をプラズマ処理する前に成膜工程を行うことで、処理チャンバ１内の部材の耐プラズマ性を高めることが可能になり、部材の消耗や部材からの汚染物の飛散を回避することが可能となる。

また、本実施形態によれば、プラズマ処理された被処理体が処理チャンバ１の外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマにより処理チャンバ１内の下部電極の表面からシリコン酸化膜を除去する。この結果、処理チャンバ１内の部材の表面を清浄化することが可能となる。

また、本実施形態によれば、酸素を含まないシリコン含有ガスは、ＳｉＣｌ４及びＳｉＦ４のうち少なくともいずれか一つを含む。この結果、処理チャンバ１内の部材の温度に応じて部材上の膜の膜厚を精度良く制御することが可能となる。

また、本実施形態によれば、フッ素含有ガスは、ＮＦ３、ＳＦ６及びＣＦ４のうち少なくともいずれか一つを含む。この結果、処理チャンバ１内の部材の表面をより効率的に清浄化することが可能となる。

また、本実施形態によれば、酸素を含まないシリコン含有ガスは、さらに希ガスを含む。この結果、処理チャンバ１内の部材の温度に応じて部材上の膜の膜厚をより精度良く制御することが可能となる。

また、本実施形態によれば、希ガスは、Ａｒ又はＨｅである。この結果、処理チャンバ１内の部材の温度に応じて部材上の膜の膜厚をより精度良く制御することが可能となる。

（他の実施形態）
以上、本実施形態に係るプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。以下では、他の実施形態について説明する。

（バイアス電圧）
例えば、成膜工程においてバイアス電圧を印加しても良い。すなわち、制御部６０は、成膜工程において、処理ガス供給源１５から処理チャンバ１内部に酸素を含まないシリコン含有ガスを供給し、第１の高周波電源１０ａから処理チャンバ１内部へプラズマ生成用の高周波電力を印加して酸素を含まないシリコン含有ガスのプラズマを生成する。この際、制御部６０は、第２の高周波電源１０ｂから載置台２へイオン引き込み用の高周波電力を印加することで、載置台２に対してバイアス電圧を印加する。すると、プラズマ中のイオンが載置台２に向けて引き込まれる。この結果、バイアス電圧を印加しない手法と比較して、部材上の膜の膜厚をより緻密に制御することが可能となる。

また、本実施形態では、成膜工程において、冷媒流路２ｂに冷媒を循環させることによって、下部電極である載置台２を上部電極であるシャワーヘッド１６よりも低い温度に調整する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、成膜工程は、上部電極であるシャワーヘッド１６を下部電極や処理チャンバ１の内壁よりも高い温度に調整するようにしても良い。すなわち、成膜対象となる下部電極等の部材の温度が、成膜対象とならない上部電極等の部材の温度よりも相対的に低くなれば良い。この場合、制御部６０は、ヒータ等の温度調整器を用いて上部電極であるシャワーヘッド１６を加熱することによって、シャワーヘッド１６を載置台２よりも高い温度に調整する。その上で、制御部６０は、酸素を含まないシリコン含有ガスとして、例えば、ＳｉＣｌ４／Ｈｅを処理チャンバ１内に供給する。この結果、相対的に低い温度となった載置台２へプラズマ中のラジカルが引き寄せられ、載置台２上でラジカルどうしが反応する。すると、下部電極である載置台２の表面にシリコン酸化膜が成膜される。これにより、処理チャンバ１内の空間中でのＳｉラジカルと酸素ラジカルとの反応を抑制しつつ、処理チャンバ１内の部材上でのＳｉラジカルと酸素ラジカルとの反応を促進することが可能となる。この結果、酸素を含むシリコン含有ガスを用いてシリコン酸化膜を成膜する手法と比較して、処理チャンバ１内の部材の温度に応じた膜厚の制御性を向上することが可能となる。

（実施例）
以下に、開示のプラズマ処理方法について、実施例を挙げて更に詳細に説明する。ただし、開示のプラズマ処理方法は、下記の実施例に限定されるものではない。

（比較例１）
比較例１では、チャンバの内の部材の表面にシリコン酸化膜を成膜する成膜工程と、被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理工程と、チャンバの内の部材の表面からシリコン酸化膜を除去する除去工程とを順に行った。成膜工程、プラズマ処理工程及び除去工程は、それぞれ以下の条件を用いて行った。
（成膜工程）
処理ガス：ＳｉＣｌ４／Ｈｅ／Ｏ２＝２５／１００／２５０ｓｃｃｍ
圧力：１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
磁束密度：４５４Ｇ
第１の高周波電源からの高周波電力：５００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：０Ｗ
温度（上部電極／処理チャンバの内壁／下部電極）：８０／７０／２０℃
時間：６０秒
また、成膜工程では、下部電極の表面に成膜されたシリコン酸化膜の膜厚を測定した。膜厚の測定では、下部電極の表面上のシリコン酸化膜を直接測定するのではなく、載置台２の静電チャック６上にＳｉ基板を設置し、Ｓｉ基板の表面に成膜されたシリコン酸化膜の膜厚を下部電極の表面上のシリコン酸化膜の膜厚として測定した。
（プラズマ処理工程）
処理ガス：ＨＢｒ／ＮＦ３＝３５０／１００ｓｃｃｍ
圧力：１３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）
磁束密度：４５４Ｇ
第１の高周波電源からの高周波電力：９００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：１２００Ｗ
温度（上部電極／処理チャンバの内壁／下部電極）：８０／７０／４０℃
時間：６０秒
（除去工程）
処理ガス：ＮＦ３＝３００ｓｃｃｍ
圧力：２７Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）
磁束密度：４５４Ｇ
第１の高周波電源からの高周波電力：７５０Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：０Ｗ
温度（上部電極／処理チャンバの内壁／下部電極）：８０／７０／４０℃
時間：１２０秒

（比較例２）
比較例２では、成膜工程において、温度として以下の条件を用いた。他の条件は比較例１と同一である。
温度（上部電極／処理チャンバの内壁／下部電極）：８０／７０／４０℃

（比較例３）
比較例３では、成膜工程において、温度として以下の条件を用いた。他の条件は比較例１と同一である。
温度（上部電極／処理チャンバの内壁／下部電極）：８０／７０／６０℃

（実施例１）
実施例１では、チャンバの内の部材の表面にシリコン酸化膜を成膜する成膜工程と、被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理工程と、チャンバの内の部材の表面からシリコン酸化膜を除去する除去工程とを順に行った。プラズマ処理工程及び除去工程は、比較例１と同一の条件で行った。成膜工程は、以下の条件を用いて行った。
（成膜工程）
処理ガス：ＳｉＣｌ４／Ｈｅ＝２５／１００ｓｃｃｍ
圧力：１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
磁束密度：４５４Ｇ
第１の高周波電源からの高周波電力：５００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：０Ｗ
温度（上部電極／処理チャンバの内壁／下部電極）：８０／７０／２０℃
時間：６０秒
また、成膜工程では、下部電極の表面に成膜されたシリコン酸化膜の膜厚を測定した。膜厚の測定では、下部電極の表面上のシリコン酸化膜を直接測定するのではなく、載置台２の静電チャック６上にＳｉ基板を設置し、Ｓｉ基板の表面に成膜されたシリコン酸化膜の膜厚を下部電極の表面上のシリコン酸化膜の膜厚として測定した。

（実施例２）
実施例２では、成膜工程において、温度として以下の条件を用いた。他の条件は実施例１と同一である。
温度（上部電極／処理チャンバの内壁／下部電極）：８０／７０／４０℃

（実施例３）
実施例３では、成膜工程において、温度として以下の条件を用いた。他の条件は実施例１と同一である。
温度（上部電極／処理チャンバの内壁／下部電極）：８０／７０／６０℃

図４は、比較例１〜３における処理結果を示す図である。図５は、実施例１〜３における処理結果を示す図である。図４及び図５において、「下部温度 ２０ｄｅｇ．Ｃ」は、下部電極２０℃の下でシリコン酸化膜を成膜する成膜工程を行った後のＳｉ基板を示す。「下部温度 ４０ｄｅｇ．Ｃ」は、下部電極４０℃の下でシリコン酸化膜を成膜する成膜工程を行った後のＳｉ基板を示す。「下部温度 ６０ｄｅｇ．Ｃ」は、下部電極６０℃の下でシリコン酸化膜を成膜する成膜工程を行った後のＳｉ基板を示す。

なお、図４及び図５において、「断面」とは、Ｓｉ基板の断面を拡大して得られた写真のトレース図である。また、図４及び図５では、Ｓｉ基板上に成膜されたシリコン酸化膜の膜厚を併せて示した。

図４に示すように、ＳｉＣｌ４／Ｈｅ／Ｏ２を用いた比較例１〜３では、Ｓｉ基板上に成膜されたシリコン酸化膜の膜厚は、下部電極の温度に依らずほぼ一定となった。これに対して、図５に示すように、ＳｉＣｌ４／Ｈｅを用いた実施例１〜３では、Ｓｉ基板上に成膜されたシリコン酸化膜の膜厚は、下部電極の温度が下がるほど、増加した。換言すれば、ＳｉＣｌ４／Ｈｅを用いた実施例１〜３では、Ｓｉ基板上に成膜されたシリコン酸化膜の膜厚は、固定値である上部電極の温度に対する下部電極の温度が相対的に低く調整されるほど、増加した。

このように、比較例１〜３と実施例１〜３との比較から分かるように、実施例１〜３では、酸素を含まないシリコン含有ガスを用いてシリコン酸化膜を成膜することで、酸素を含むシリコン含有ガスを用いてシリコン酸化膜を成膜する手法と比較して、温度に応じた部材上の膜の膜厚の制御性を向上することが可能であった。

（比較例４）
比較例４では、成膜工程において、温度として以下の条件を用いた。他の条件は比較例１と同一である。
温度（上部電極／処理チャンバの内壁／下部電極）：６０／７０／２０℃

（比較例５）
比較例５では、成膜工程において、温度として以下の条件を用いた。他の条件は比較例１と同一である。
温度（上部電極／処理チャンバの内壁／下部電極）：８０／７０／２０℃

（実施例４）
実施例４では、成膜工程において、温度として以下の条件を用いた。他の条件は実施例１と同一である。
温度（上部電極／処理チャンバの内壁／下部電極）：６０／７０／２０℃

（実施例５）
実施例５では、成膜工程において、温度として以下の条件を用いた。他の条件は実施例１と同一である。
温度（上部電極／処理チャンバの内壁／下部電極）：８０／７０／２０℃

図６は、比較例１、４及び５における処理結果を示す図である。図７は、実施例１、４及び５における処理結果を示す図である。図６及び図７において、「上部温度 ４０ｄｅｇ．Ｃ」は、上部電極４０℃の下でシリコン酸化膜を成膜する成膜工程を行った後のＳｉ基板を示す。「上部温度 ６０ｄｅｇ．Ｃ」は、上部電極６０℃の下でシリコン酸化膜を成膜する成膜工程を行った後のＳｉ基板を示す。「上部温度 ８０ｄｅｇ．Ｃ」は、上部電極８０℃の下でシリコン酸化膜を成膜する成膜工程を行った後のＳｉ基板を示す。

なお、図６及び図７において、「断面」とは、Ｓｉ基板の断面を拡大して得られた写真のトレース図である。また、図６及び図７では、Ｓｉ基板上に成膜されたシリコン酸化膜の膜厚を併せて示した。

図６に示すように、ＳｉＣｌ４／Ｈｅ／Ｏ２を用いた比較例１、４及び５では、Ｓｉ基板上に成膜されたシリコン酸化膜の膜厚は、上部電極の温度に依らずほぼ一定となった。これに対して、図７に示すように、ＳｉＣｌ４／Ｈｅを用いた実施例１、４及び５では、Ｓｉ基板上に成膜されたシリコン酸化膜の膜厚は、上部電極の温度が上がるほど、増加した。換言すれば、ＳｉＣｌ４／Ｈｅを用いた実施例１〜３では、Ｓｉ基板上に成膜されたシリコン酸化膜の膜厚は、固定値である下部電極の温度に対する上部電極の温度が相対的に高く調整されるほど、増加した。

このように、比較例１、４及び５と実施例１、４及び５との比較から分かるように、実施例１、４及び５では、酸素を含まないシリコン含有ガスを用いてシリコン酸化膜を成膜することで、酸素を含むシリコン含有ガスを用いてシリコン酸化膜を成膜する手法と比較して、温度に応じた部材上の膜の膜厚の制御性を向上することが可能であった。

（比較例６）
比較例６では、成膜工程において、高周波電力として以下の条件を用いた。他の条件は比較例１と同一である。
第１の高周波電源からの高周波電力：５００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：５００Ｗ

（比較例７）
比較例７では、成膜工程において、高周波電力として以下の条件を用いた。他の条件は比較例１と同一である。
第１の高周波電源からの高周波電力：５００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：１０００Ｗ

（実施例６）
実施例６では、成膜工程において、高周波電力として以下の条件を用いた。他の条件は実施例１と同一である。
第１の高周波電源からの高周波電力：５００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：５００Ｗ

（実施例７）
実施例７では、成膜工程において、高周波電力として以下の条件を用いた。他の条件は実施例１と同一である。
第１の高周波電源からの高周波電力：５００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：１０００Ｗ

図８は、比較例１、６及び７と実施例１、６及び７における処理結果を示す図である。図８において、横軸は、第２の高周波電源からの高周波電力［Ｗ］を示し、縦軸は、Ｓｉ基板上に成膜されたシリコン酸化膜の膜厚［ｎｍ］を示す。

図８に示すように、ＳｉＣｌ４／Ｈｅ／Ｏ２を用いた比較例１、６及び７では、Ｓｉ基板上に成膜されたシリコン酸化膜の膜厚は、第２の高周波電源からの高周波電力、すなわち、バイアス電圧に依らずほぼ一定となった。これに対して、ＳｉＣｌ４／Ｈｅを用いた実施例１、６及び７では、Ｓｉ基板上に成膜されたシリコン酸化膜の膜厚は、バイアス電圧が大きくなるほど、減少した。

このように、比較例１、６及び７と実施例１、６及び７との比較から分かるように、実施例１、６及び７では、バイアス電圧を印加しつつシリコン酸化膜を成膜することで、バイアス電圧を印加しない手法と比較して、部材上の膜の膜厚をより緻密に制御することが可能となった。これは、酸素を含まないシリコン含有ガスを用いてシリコン酸化膜を成膜する実施例では、処理チャンバ１内の部材上のＳｉラジカルと酸素ラジカルが反応する過程で比較的スパッタ耐性の低い反応生成物にイオン(例えばHeイオン)が衝突してシリコン酸化膜の成膜を妨げているためであると考えられる。

１ 処理チャンバ
２ 載置台
２ａ 基材
２ｂ 冷媒流路
２ｃ 冷媒入口配管
２ｄ 冷媒出口配管
３ 絶縁板
３ａ 内壁部材
４ 支持台
５ フォーカスリング
６ 静電チャック
６ａ 電極
６ｂ 絶縁体
１０ａ 第１の高周波電源
１０ｂ 第２の高周波電源
１５ 処理ガス供給源
１６ シャワーヘッド
１６ａ 本体部
１６ｂ 上部天板
５２ 可変直流電源
６０ 制御部
６１ プロセスコントローラ
６２ ユーザインターフェース
６３ 記憶部
７１ 排気口
７２ 排気管
７３ 排気装置

Claims (8)

1. チャンバの内部に配置された部材を他の部材よりも低い温度に調整しつつ、酸素を含まないシリコン含有ガスのプラズマにより前記部材の表面に対してシリコン酸化膜を成膜する成膜工程と、
   前記部材の表面に前記シリコン酸化膜が成膜された後に、前記チャンバの内部に搬入された被処理体を処理ガスのプラズマによりプラズマ処理するプラズマ処理工程と、
   プラズマ処理された前記被処理体が前記チャンバの外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマにより前記部材の表面から前記シリコン酸化膜を除去する除去工程と
   を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
2. 前記部材は、前記チャンバの内壁と、前記チャンバの内部に配置された下部電極とを含み、
   前記他の部材は、前記チャンバの内部において前記下部電極と対向する上部電極を含み、
   前記成膜工程は、前記チャンバの内壁及び前記下部電極を前記上部電極よりも低い温度に調整しつつ、前記チャンバの内壁及び前記下部電極の表面に対して前記シリコン酸化膜を成膜す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。
3. 前記成膜工程において、バイアス電圧を印加することを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
4. 前記シリコン含有ガスは、ＳｉＣｌ４及びＳｉＦ４のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
5. 前記フッ素含有ガスは、ＮＦ３、ＳＦ６及びＣＦ４のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
6. 前記シリコン含有ガスは、さらに希ガスを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
7. 前記希ガスは、Ａｒ又はＨｅ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方法。
8. 被処理体をプラズマ処理するためのチャンバと、
   前記チャンバの内部を減圧するための排気部と、
   前記チャンバの内部に処理ガスを供給するためのガス供給部と、
   前記チャンバの内部に配置された部材を他の部材よりも低い温度に調整しつつ、酸素を含まないシリコン含有ガスのプラズマにより前記部材の表面に対してシリコン酸化膜を成膜する工程と、前記部材の表面に前記シリコン酸化膜が成膜された後に、前記チャンバの内部に搬入された前記被処理体を処理ガスのプラズマによりプラズマ処理する工程と、プラズマ処理された前記被処理体が前記チャンバの外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマにより前記部材の表面から前記シリコン酸化膜を除去する工程とを実行する制御部と
   を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。

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