JPWO2020100227A1 - プラズマ処理装置及びそれを用いた被処理試料の処理方法 - Google Patents

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Abstract

被エッチング層の表面にラジカルを吸着させて反応層を形成し、これを除去する場合に、被エッチング層以外の表面に付着・堆積したラジカルによる被エッチング層以外の表面の荒れを発生させないようにして反応層を除去することができるようにするために、被処理試料上に予め配置された下層の膜およびその上方に配置された処理対象の上層の膜とを備えた膜構造を処理する方法において、処理室の内部に活性化された粒子を供給して上層の膜の表面に前記活性化された粒子を吸着させ上層の膜の材料と化合させて反応生成物層を形成する吸着工程と、処理室の内部に供給した活性化された粒子のうち下層の膜の表面に付着した粒子を含む付着物を処理室内に酸素を供給して形成したプラズマを用いて除去する除去工程と、吸着工程と除去工程とを経た被処理試料を加熱して上層の膜の反応生成物層を脱離させて除去する脱離工程とを繰り返して膜構造を処理するようにした。

Description

本発明は、プラズマ照射と被処理試料であるウエハの加熱によってエッチングを行うプラズマ処理装置及びそれを用いた被処理試料の処理方法に関する。
半導体デバイスでは、低消費電力化や記憶容量増大の要求のため、更なる微細化、及び、デバイス構造の３次元化が進んでいる。３次元構造のデバイスの製造では、構造が立体的で複雑であるため、従来のウエハ面に対して垂直方向にエッチングを行う「垂直性エッチング」に加え、横方向にもエッチングが可能な「等方性エッチング」が多用されるようになる。従来、等方性のエッチングは薬液を用いたウエット処理により行ってきたが、微細化の進展により、薬液の表面張力によるパターン倒れや加工制御性の問題が顕在化している。そのため、等方性エッチングでは、従来の薬液を用いたウエット処理から薬液を用いないドライ処理に置き換える必要が生じている。
等方性エッチングをドライ処理で高精度に行う方法としては、特許文献１に記載されているような、吸着・脱離方式のエッチング方法が知られている。この方法では、最初にプラズマで生成されたラジカルをウエハ上の被エッチング層の表面に吸着させ、化学反応によって反応層を形成させる（吸着工程）。次に、ウエハに熱エネルギーを付与してこの反応層を脱離させ除去する（脱離工程）。その後ウエハを冷却する（冷却工程）。この吸着工程、脱離工程、冷却工程をサイクリックに繰り返すことによりエッチングを行う。
この手法では、吸着工程において、表面に形成された反応層が一定の厚さに到達すると、反応層が被エッチング層と反応層の界面にラジカルが到達するのを阻害するようになるため、反応層の成長が急速に減速する。そのため、複雑なパターン形状の内部において、ラジカルの入射量にばらつきがあっても、適度に十分な吸着時間を設定することによって均一な厚さの反応層を形成することができ、エッチング量をパターン形状に依存せずに均一にできるメリットがある。
また、１サイクルあたりのエッチング量を数nmレベル以下に制御できるため、数nmの寸法精度で加工量を調整することができるメリットがある。さらに、被エッチング層の表面に反応層を形成するのに必要なラジカル種と、選択比を取りたい（削りたくない）膜をエッチングしてしまうラジカル種が異なることを利用して高選択なエッチングが可能となるメリットもある。
特開２０１７−１４３１８６号公報
吸着・脱離方式のエッチングにおいては、被エッチング層の表面にラジカルを吸着させて反応層を形成させるが、これと同時に被エッチング層以外（エッチングしたくない層）の表面にラジカルが付着・堆積することがある。この状態で被エッチング層の表面に形成された反応層を除去するために加熱を行うと、被エッチング層以外の表面と、この表面に付着・堆積したデポ物が化学的に反応し、表面荒れなどの問題を引き起こすことがある。
しかし、特許文献１に記載されているような吸着・脱離方式のエッチングにおいては、この被エッチング層以外の表面と、この表面に付着・堆積したデポ物が化学的に反応して、表面荒れなどの問題を引き起こすことについては配慮されていない。
本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、被エッチング層の表面にラジカルを吸着させて反応層を形成し、これを除去する場合に、被エッチング層以外の表面に付着・堆積したラジカルによる被エッチング層以外の表面の荒れを発生させないようにして反応層を除去することができるようにするプラズマエッチング装置及びそれを用いた被処理試料の処理方法を提供するものである。
上記課題を解決するため、本発明では、真空容器内部の処理室内に配置された被処理試料上に予め配置された少なくとも２種類以上の複数の膜を備えた膜構造を処理する被処理試料の処理方法において、処理室の内部に活性化された粒子を供給して複数の膜のうち、エッチングしたい膜の表面に活性化された粒子を吸着させ当該上層の膜の材料と化合させて反応層を形成する吸着工程と、処理室の内部に供給した活性化された粒子のうち複数の膜のうちのエッチングしたくない膜の表面に付着した粒子を含む付着物を処理室内に酸素を供給して形成したプラズマを用いて除去する除去工程と、吸着工程と除去工程とを経た被処理試料を加熱してエッチングしたい膜の反応層を脱離させて除去する脱離工程とを繰り返して膜構造を処理するようにした。
また、上記課題を解決するため、本発明では、プラズマ処理装置を、プラズマ発生室とプラズマ発生室と接続して内部に被処理試料を載置する載置台を備えた処理室と、プラズマ発生室に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、処理ガス供給部により処理ガスが供給された処理室の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、処理室の載置台に載置された被処理試料を加熱するランプを備えた加熱部と、プラズマ発生部と載置台の間に設置されたイオンを遮蔽しラジカルやガスを通過させるための複数の穴を設けたスリット板（イオン遮蔽板）と、処理室の載置台に載置された被処理試料を冷却するガスを被処理試料と載置台との間に供給する冷却ガス供給部と、処理ガス供給部とプラズマ発生部と加熱部と冷却ガス供給部とを制御する制御部とを備えて構成し、制御部は、処理ガス供給部を制御して第一の処理ガスを前記プラズマ発生室に供給した状態でプラズマ発生部を制御してプラズマ発生室の内部に第一の処理ガスによるプラズマを発生させて反応種を生成して、プラズマ発生室から処理室の内部に供給された反応種を、冷却ガス供給部を制御して冷却された被処理試料上に予め配置された複数の膜に付着させ、エッチングしたい膜の表面の材料と反応させて反応層を形成する処理と、処理ガス供給部を制御してプラズマ発生室に供給するガスを第一の処理ガスから第二の処理ガスに切替えた状態でプラズマ発生部を制御してプラズマ発生室の内部に第二の処理ガスによるプラズマを発生させて第二の処理ガスを活性化し、プラズマ発生室から処理室の内部に供給された活性化された第二の処理ガスを用いて、冷却ガス供給部を制御して冷却された被処理試料上で複数の膜のうち、エッチングしたくない膜の表面に付着した反応種を除去する処理と、加熱部を制御して被処理試料を加熱することにより、エッチングしたい膜以外の部分に付着した反応種が除去され、エッチングしたい膜の表面に生成された反応層を気化させてエッチングしたい膜から脱離させる処理と、を繰り返して実行するように構成した。
本発明によれば、ラジカル照射による反応層生成、加熱脱離、冷却のサイクル処理により被エッチング層を除去する方法において、被エッチング層以外の層の表面の面荒れや削れを抑制して被エッチング層を確実に除去することができる。
本発明におけるエッチング装置の全体の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例に関連する主要な構成要素の基本的な処理のタイムチャートである。 本発明の第１の実施例に関連する図２のタイムチャートにおいて、被処理試料であるウエハ上の微細パターンの状態の変化を示す図である。 本発明の第１の実施例における課題を説明するための被処理試料であるウエハ上の微細パターンの状態の変化を示す図である。 本発明の第１の実施例における主要な構成要素の基本的な処理のタイムチャートである。 本発明の第１の実施例における被処理試料であるウエハ上の微細パターンの状態の変化を示す図である。 本発明の第１の実施例における処理の流れを示すフロー図である。 本発明の第２の実施例における主要な構成要素の基本的な処理のタイムチャートである。 本発明の第２の実施例における被処理試料であるウエハ上の微細パターンの状態の変化を示す図である。 本発明の第２の実施例における処理の流れを示すフロー図である。 本発明の第３の実施例にける主要な構成要素の基本的な処理のタイムチャートを示す図である。 本発明の第３の実施例における被処理試料であるウエハ上の微細パターンの状態の変化を示す図である。 本発明の第３の実施例における処理の流れを示すフロー図である。
本発明では、プラズマ源と被処理試料であるウエハ加熱用のＩＲランプを有するプラズマ処理装置において、第１のラジカルを照射して被エッチング層の表面に反応を形成し、その後、第２のラジカルを照射して、第1のラジカル照射時に被エッチング層以外の層の表面に付着・堆積して形成されたデポ物のうち低温で除去可能な成分を除去し、その後、反応層を除去するためにＩＲランプで被処理試料であるウエハを加熱する際、第３のラジカルを照射して、第２のラジカル照射時に除去しきれなかった被エッチング層以外の層の表面に付着しているデポ物を除去するようにして、ラジカル照射による反応層生成、加熱脱離、冷却のサイクル処理において、被エッチング層以外の層の表面の面荒れやエッチングを抑制することができるようにしたものである。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
まず、図１を用いて本発明の実施例に係るプラズマ処理装置１００の全体構成を含めて概略を説明する。
処理室１はベースチャンバー１１により構成され、その中には被処理試料であるウエハ２（以下ウエハ２と記す）を戴置するためのウエハステージ４（以下、ステージ４と記す）が設置されている。処理室１の上方には、石英チャンバー１２とＩＣＰコイル３４及び高周波電源２０を備えたプラズマ源が設置されており、プラズマ源にはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma: 誘導結合プラズマ）放電方式を用いている。ＩＣＰプラズマ源を構成する円筒型の石英チャンバー１２が処理室１の上方に設置されており、石英チャンバー１２の外側にはＩＣＰコイル３４が設置されている。
ＩＣＰコイル３４にはプラズマ生成のための高周波電源２０が整合機２２を介して接続されている。高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚなど、数十ＭＨｚの周波数帯を用いるものとする。石英チャンバー１２の上部には天板６が設置されている。天板６にはシャワープレート５が設置されており、その下部にはガス分散板１７が設置されている。処理ガスはガス分散板１７の外周から処理室１内に導入される。
処理ガスはガス種毎に設置されたマスフローコントローラ５０によって供給流量が調整される。図１ではＮＨ３、Ｈ２、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ３ＯＨ、Ｏ２、ＮＦ３、Ａｒ、Ｎ２、ＣＨＦ３、ＣＦ４、ＨＦを処理ガスとして図に記載してあるが、他のガスを用いてもよい。
処理室１の下部には処理室を減圧するため、真空排気配管１６によって、排気手段１５に接続されている。排気手段１５には、例えば、ターボ分子ポンプやメカニカルブースターポンプやドライポンプで構成されるものとする。また、処理室１や放電領域３の圧力を調整するため、調圧手段１４が排気手段１５の上流側に設置されている。
ステージ４とＩＣＰプラズマ源を構成する石英チャンバー１２との間には、ウエハ２を加熱するためのＩＲランプユニットが設置されている。ＩＲランプユニットは、主にＩＲランプ６２、ＩＲ光を反射する反射板６３、ＩＲ光透過窓７４を備えている。ＩＲランプ６２にはサークル型（円形状）のランプを用いる。なお、ＩＲランプ６２から放射される光は、可視光から赤外光領域の光を主とする光（ここではＩＲ光と呼ぶ）を放出するものとする。図1に示した構成では、ＩＲランプ６２として３周分のＩＲランプ６２−１，６２−２，６２−３が設置されているものとしたが、２周、４周などとしてもよい。ＩＲランプ６２の上方にはＩＲ光を下方（ウエハ２の設置方向）に向けて反射するための反射板６３が設置されている。
ＩＲランプ６２にはＩＲランプ用電源６４が接続されており、その途中には、高周波電源２０で発生するプラズマ生成用の高周波電力のノイズがＩＲランプ用電源６４に流入しないようにするための高周波カットフィルタ２５が設置されている。また、ＩＲランプ６２−１、６２−２、６２−３に供給する電力がお互いに独立に制御できるような機能がＩＲランプ用電源６４には設置されており、ウエハの加熱量の径方向分布を調節できるようになっている。
ＩＲランプユニットの中央には、マスフローコントローラ５０から石英チャンバー１２の内部に供給されたガスを処理室1の側に流すための、ガスの流路７５が形成されている。そして、このガスの流路７５には、石英チャンバー１２の内部で発生させたプラズマ中で生成されたイオンや電子を遮蔽し、中性のガスや中性のラジカルのみを透過させてウエハ２に照射するための複数の穴の開いたスリット板(イオン遮蔽板)７８が設置されている。
ステージ４には、ステージ４を冷却するための冷媒の流路３９が内部に形成されており、チラー３８によって冷媒が循環供給されるようになっている。また、ウエハ２を静電吸着によってステージ４に固定するため、板状の電極板である静電吸着用電極３０がステージ４に埋め込まれており、それぞれに静電吸着用のＤＣ電源３１が接続されている。
また、ウエハ２を効率よく冷却するため、ステージ４に載置されたウエハ２の裏面とステージ４との間にＨｅガスを供給できるようになっている。また、静電吸着用電極３０を作動させてウエハ２を静電吸着したまま、加熱・冷却を行っても、ウエハ２の裏面に傷がつかないようにするため、ステージ４の表面（ウエハ戴置面）はポリイミド等の樹脂でコーティングされているものとする。またステージ４の内部には、ステージ４の温度を測定するための熱電対７０が設置されており、この熱電対は熱電対温度計７１に接続されている。
また、ウエハ２の温度を測定するための光ファイバー９２−１，９２−２が、ステージ４に載置されたウエハ２の中心部付近、ウエハ２の径方向ミドル部付近、ウエハ２の外周付近の3箇所に設置されている。光ファイバー９２−１は、外部ＩＲ光源９３からのＩＲ光をウエハ２の裏面にまで導いてウエハ２の裏面に照射する。一方、光ファイバー９２−２は、光ファイバー９２−１により照射されたＩＲ光のうちウエハ２を透過・反射したＩＲ光を集めて分光器９６へ伝送する。
外部ＩＲ光源９３で生成された外部ＩＲ光は、光路をＯＮ／ＯＦＦさせるための光路スイッチ９４へ伝送される。その後、光分配器９５で複数に分岐し（図1の場合は３つに分岐）、３系統の光ファイバー９２−１を介してウエハ２の裏面側のそれぞれの位置に照射される。
ウエハ２で吸収・反射されたＩＲ光は光ファイバー９２−２によって分光器９６へ伝送され、検出器９７でスペクトル強度の波長依存性のデータを得る。そしてこの得られたスペクトル強度の波長依存性のデータは制御部４０の演算部４１に送られて、吸収波長が算出され、これを基準にウエハ２の温度を求めることができる。また、光ファイバー９２−２の途中には光マルチプレクサー９８が設置されており、分光計測する光について、ウエハ中心、ウエハミドル、ウエハ外周のどの計測点における光を分光計測するかを切り替えられるようになっている。これにより演算部では、ウエハ中心、ウエハミドル、ウエハ外周ごとのそれぞれの温度を求めることができる。
図１において、６０は石英チャンバー１２を覆う容器であり、８１はステージ４とベースチャンバー１１の底面との間で真空封止するためのＯリングである。
制御部４０は、高周波電源２０からＩＣＰコイル３４への高周波電力供給のＯＮ−ＯＦＦを制御する。また、マスフローコントローラ制御部５１を制御して、それぞれのマスフローコントローラ５０から石英チャンバー１２の内部へ供給するガスの種類及び流量を調整する。この状態で制御部４０は更に排気手段１５を作動させると共に調圧手段１４を制御して、処理室１の内部が所望の圧力（真空度）となるように調整する。
更に、制御部４０は、静電吸着用のＤＣ電源３１を作動させてウエハ２をステージ４に静電吸着させ、Ｈｅガスをウエハ２とステージ４との間に供給するマスフローコントローラ５０を作動させた状態で、熱電対温度計７１で測定したステージ４の内部の温度、及び検出器９７で計測したウエハ２の中心部付近、半径方向ミドル部付近、外周付近のスペクトル強度情報に基づいて演算部４１で求めたウエハ２の温度分布情報に基づいて、ウエハ２の温度が所定の温度範囲になるようにＩＲランプ用電源６４、チラー３８を制御する。
次に、図１で説明したプラズマ処理装置１００を用いて基本的なエッチング処理を行う方法について図２，３を用いて説明する。図２にタイムチャート、図３にウエハ上の微細パターンの状態の例を示す。図３において、被エッチング層が膜１０１、被エッチング層以外の層（エッチングしなくない層）が膜１０２（図３の場合は、層１０２-１と層１０２-２）である。図３の例では、材料は例えば被エッチング層の膜１０１（以下、被エッチング層１０１と記す）ではＳｉＮやＴｉＮなどの窒化膜、膜１０２（層１０２-１及び層１０２）はＳｉＯ２、ｐ−Ｓｉ、ＳｉＯＣ、ＳｉＧｅ、ＴｉＯ、Ａｌ２Ｏ３などの窒化膜以外の膜とする。
まず、処理室１に設けられた搬送口（図示省略）を介してウエハ２を処理室１へ搬入して、ステージ４に搭載した後、制御部４０で静電吸着用のＤＣ電源３１を作動させてウエハ２をステージ４に静電吸着してウエハ２をステージ４に固定するとともに、マスフローコントローラ制御部５１を制御してＨｅガス対応のマスフローコントローラ５０からウエハ２の裏面とステージ４との間にウエハ冷却用のＨｅガスを供給して、ウエハ２の裏面のステージ４との間のＨｅガスの圧力２２０を所定の圧力（２２１の状態）に設定し、ウエハ２を冷却してウエハの温度２３０を２３１の状態にする。例えばウエハ温度２３１は−２０℃から＋２０℃、ウエハ温度２３３は８０〜３００℃である。この状態において、パターンの断面形状は、図３の（ａ）に示すように、被エッチング層１０１がエッチングしたくない層である層１０２−１の上面を覆うようにして形成された状態になっている。
更に、複数のマスフローコントローラ５０によって処理室１内に供給する処理ガスＡの流量を調整し、調圧手段１４の開度を調整して処理室１の内部と石英チャンバー１２の内部の圧力を目標圧力に設定する。この状態で、制御部４０で高周波電源２０をＯＮにして放電電力を投入する（放電電力２００が、２０１の状態）ことにより、石英チャンバー１２の内部においてプラズマ放電を開始し、石英チャンバー１２の内部にプラズマ１０を発生させる。この時ＩＲランプ６２への印加電力（ＩＲランプの電力）２１０は、ゼロの状態（２１１の状態）である。
この状態で、処理ガスの一部をプラズマ１０にてイオン化、解離させる。このプラズマ１０が発生した領域においてイオン化しなかった中性のガスとラジカルはスリット板７８を通過してウエハ２に照射される。これによりラジカル１０５をウエハの表面に吸着させて被エッチング層１０１の表面に反応層１０４を生成する（図２の１サイクル目の期間(a)に相当、また、図３の(ｂ)の状態）。
反応層１０４の生成が完了したら制御部４０で高周波電源２０をＯＦＦとして（放電電力２００が２０２の状態）、プラズマ放電を止める。そして、ウエハ裏面のＨｅガスの供給を停止するとともに、バルブ５２を開いてウエハの裏面の圧力を処理室内の圧力と同程度にする（ウエハ裏面のＨｅガスを抜く（ウエハ裏面ＨＥ圧力２２０が２２２の状態））。
次に、制御部４０で制御してＩＲランプ用電源６４の出力をＯＮにしてＩＲランプ６２を点灯させる（ＩＲランプの電力２１０が２１２の状態）。ＩＲランプ６２から放射されたＩＲ光はＩＲ光透過窓７４を透過しウエハ２を加熱する（ウエハの温度２３０が２３２の状態）。ウエハの温度２３０が一定値に到達したら（２３３の状態）、制御部４０で制御してＩＲランプ用電源６４の出力を低減し（ＩＲランプの電力２１０が２１３の状態）、一定の時間ウエハ２の温度を一定に保つ。このようにウエハ２の温度を一定に保つことにより、被エッチング層１０１の表面に生成した反応層１０４は熱反応により励起されて被エッチング層１０１の表面から揮発して、反応層からの気化物（揮発物）１０７として脱離する。その結果、被エッチング層１０１が露出する（脱離工程）（図２の１サイクル目の期間（ｂ）に相当、また、図３の（ｃ）の状態）。
ウエハ２の温度を２３３の状態に一定の時間維持した後、ＩＲランプ用電源６４の出力をＯＦＦにして（２１４の状態）、ウエハ２の加熱を停止する。次に、制御部４０でＡｒガス供給用のマスフローコントローラ５０とＨｅガス供給用のマスフローコントローラ５０を制御して、処理室１の内部にＡｒガスを供給しながらウエハ２の裏面のステージ４との間にＨｅガスを供給し（２２３の状態）、ウエハ２の冷却を開始する（２３４の状態、図２の１サイクル目の期間(c）に相当）。
ウエハ２の冷却が終了したら再び（次のサイクルとして）ラジカル照射を開始する（２サイクル目）。そして、ラジカル吸着、加熱・脱離、冷却のサイクルを繰り返してステップバイステップでエッチングを行う。なお静電吸着はサイクル処理の全般にわたってＯＮとして吸着を継続する。エッチングが終了したら静電吸着をＯＦＦとして処理室１からウエハ２を搬出する。
ここで、上記処理における課題について図４を用いて説明する。図４（ａ）の初期状態に対して、図４の（ａ）の反応層生成工程（図２に示した期間（ａ）に相当）において、反応層１０４を形成するためにラジカルを照射すると、被エッチング層１０１以外の層１０２−１及び１０２−２（以下、これらの層を総称して、エッチングしたくない層１０２と記す）の表面にも照射したラジカルが吸着・堆積し、デポ膜（堆積層）１０６が形成されることがある。この状態で次の処理として反応層１０４およびデポ膜１０６を除去するための加熱を行うと（図２に示した期間（ｂ）の工程に相当）、デポ膜１０６とエッチングしたくない層１０２の表面が化学的に反応し、その表面に変質物が形成されたり、あるいはエッチングされたりすることにより、表面荒れ１１１−１，１１１−２が生じることがある。
例えば、被エッチング層１０１をＳｉＮ、エッチングしたくない層１０２のうち層１０２−１をｐ−Ｓｉ、また、層１０２−２をＳｉＯ２とした場合を例として説明する。
まず、Ｏ，Ｃ、Ｆ、Ｈを含む処理ガスを石英チャンバー１２の内部に導入し、高周波電源２０からＩＣＰコイル３４に高周波電力を印加して石英チャンバー１２の内部にプラズマを生成する。
次に、このプラズマ中で生成されたラジカルを処理室１に流入させてウエハ２に照射して、被エッチング層１０１であるＳｉＮ膜の表面に反応層１０４として、一定の厚さの（ＮＨ４）２ＳｉＦ６のアンモニウム塩の反応層を形成させる。またこのとき、エッチングしたくない層１０２のうちの層１０２−１のｐ−Ｓｉや層１０２−２のＳｉＯ２上にはＣ，Ｆ、Ｈ、Ｏが表面に付着し、これらの成分からなるデポ膜１０６が形成されることがある。
そして、この状態で加熱を行うと、被エッチング層１０１であるＳｉＮ膜上に形成された反応層１０４はＨＦ、ＳｉＦ４、ＮＨ４Ｆとして揮発するが、エッチングしたくない層１０２のうち層１０２−１のｐ−Ｓｉや層１０２−２のＳｉＯ２のデポ膜１０６が形成された表面では、デポ膜１０６が完全に揮発せずにＳｉＦｘやＳｉＨｘなどを成分とする残渣が発生することがあり、また、一部はＳｉＦ４やＳｉＨ４などとして揮発して、結果的にエッチングしたくない層１０２−１及び層１０２−２の表面に面荒れ１１１−１や１１１−２などのダメージが生じることがある。
次に上記課題を解決する方法として第１の実施例を、図５，６を用いて述べる。図５は処理のタイムチャート、図６はウエハ上の微細パターンの状態を示したものである。図６の（ａ）に示した微細パターンの断面構造は、図３の（ｓ）の場合と同様に、被エッチング層６０１がエッチングしたくない層である層６０２−１の上部に形成されている。層６０２−２もエッチングしたくない層であり、図３のエッチングしたくない層である層１０２−２に相当する。
ウエハ２をステージ４に静電吸着し、Ｈｅガスをウエハ２の裏面とステージ４との間に導入してＨｅガスの圧力を所定の圧力（Ｈｅガスの圧力５２０が、５２１の状態）に設定して、ウエハ２を冷却して所定の温度（ウエハの温度５３０が、５３１の状態）に設定し、複数のマスフローコントローラ５０によって処理室１内に供給する処理ガスＡの流量を調整するまでの工程は、図２で説明した工程と同じである。
この状態で石英チャンバー１２の内部において処理ガスＡにてプラズマ放電を行い（放電電力５００が、５０１の状態）、そこで生成したラジカルをスリット板７８を通過させて処理室１に搬送し、ウエハ２に照射してエッチングしたい膜である被エッチング層６０１の表面に反応層６０４を生成する(図５の(a)反応層形成）。また、このときのウエハ２に形成されたパターンの初期の断面形状は、図６の(a)に示すような形状をしている。このとき、エッチングしたくない層６０２−１及び層６０２−２（以下、これらの層を総称して、エッチングしたくない層６０２と記す）の表面にもラジカルが付着し、デポ膜６０６が形成される（図６の（ａ）の断面形状）。
次に、処理ガスＡによるプラズマ放電を停止し、石英チャンバー１２の内部への処理ガスＡの供給を停止した後、複数のマスフローコントローラ５０によって石英チャンバー１２内にガスＢの流量を調整して供給する。この状態で、クリーニング工程として、石英チャンバー１２の内部にガスＢを供給して、石英チャンバー１２の内部でプラズマ放電を行う（放電電力５００が、５０２の状態）。
この石英チャンバー１２の内部でのプラズマ放電により生成されたガスＢのラジカルを、スリット板７８を通過させて処理室１に搬送してウエハ２に照射する。このようにガスＢのラジカルが照射されたウエハ２の表面では、エッチングしたくない層６０２の表面に生成されたデポ膜６０６がガスＢのラジカルと反応してデポ膜からの気化物（揮発物）６０８として気化させることにより、ウエハ２の表面から選択的に除去される（図５の（ｂ）クリーニング、図６の(ｃ)の断面形状）。即ち、ガスＢとしては、そのラジカルが、デポ膜６０６と選択的に反応するような材料が選ばれて構成されている。この時、ウエハ２の裏面とウエハステージとの間にはＨｅガスが導入されて、所定の圧力（Ｈｅガスの圧力５２０が５２１の状態）に保たれて、ウエハ２の温度５３１は、冷却された状態が維持されている。
ガスＢで一定の時間プラズマ放電を行ってエッチングしたくない層６０２の表面に生成されたデポ膜６０６を除去した後、プラズマ放電を停止すると共に、石英チャンバー１２の内部へのガスＢの供給を停止する。このとき、ウエハ裏面のＨｅガスの供給も停止し、バルブ５２を開いてウエハの裏面の圧力を処理室内の圧力と同程度にする（ウエハ裏面のＨｅガスを抜いて、Ｈｅガス圧を、５２２の状態にする）。
この状態で、制御部４０で制御してＩＲランプ用電源６４の出力をＯＮにしてＩＲランプ６２を点灯させる（ＩＲランプ電力５１０が５１１の状態）。ＩＲランプ６２から放射されたＩＲ光はＩＲ光透過窓７４を透過しウエハ２を加熱する（ウエハの温度５３０が５３２の状態）。ウエハ２の温度が一定値に到達したら（ウエハの温度５３０が５３３の状態）制御部４０で制御してＩＲランプ用電源６４の出力を低減し（ＩＲランプ電力５１０が５１２の状態）、ウエハ２の温度を、ある時間一定に保つ。
このようにウエハ２の温度をある時間一定に保つことにより、反応層６０４を気化物（揮発物）６０７として気化させ被エッチング層６０１の表面から脱離させる。これにより、図６の（ｃ）過熱・離脱におけるパターンの断面に示すように、エッチングしたくない層６０２の表面に面荒れ等のダメージを発生させずに、被エッチング層６０１の表面に形成された反応層６０４を除去して、被エッチング層６０１を露出させることができる。
ウエハ２の温度をある時間一定に保つことにより反応層６０４を気化物６０７として気化させ被エッチング層６０１の表面から脱離させたのち、ＩＲランプ電力５１０をＯｆｆにし、ウエハの裏面にＨｅを供給してウエハ裏面Ｈｅ圧を５２３の状態にして、ウエハ２を冷却する。
ここで、エッチングしたくない層６０２の表面に形成されたデポ膜６０６の成分が例えばＣＦ系である場合には、クリーニング工程で用いるガスＢとして、Ｏ２が第１の候補となるが、デポ膜１０６の成分に応じてＯ２の他に、Ｈ２、Ｎ２などを主成分とする処理ガスを図６の（ｂ）のクリーニング工程におけるガスＢとして用いてもよい。ただし、クリーニング工程においては、ラジカル反応により反応層６０４の化学的性質が変化することで、その後の加熱・脱離工程で反応層６０４が十分脱離しないなどにより残渣が発生することがないように処理ガスＢのガス種を選択する必要がある。
図５及び図６を用いて説明した本実施例によるエッチング処理の流れを、図１を参照して、図７のフロー図に示す。
先ず、ウエハ２をステージ４に載置し、静電吸着用電極３０を作動させてウエハ２をステージ４に静電吸着した状態で、ウエハ２の裏面とステージ４の間にＨｅガスを導入してウエハ２を冷却する（Ｓ７０１）。
次に、石英チャンバー１２にガスＡを導入し、調圧手段１４の開度を調整して石英チャンバー１２と処理室１の内部の圧力（真空度）を所定に値に設定した状態で、高周波電源２０からＩＰＣコイル３４に高周波電力を印加して、ガスＡが導入された石英チャンバー１２の内部にプラズマ１０を発生させる（Ｓ７０２）。そして、プラズマ１０の内部で発生したガスＡのラジカルのうち、スリット板７８を通り抜けて処理室１に到達してウエハ２の表面に付着したラジカルにより、被エッチング層６０１の表面に反応層６０４を形成し、エッチングしたくない層６０２の表面にデポ膜６０６を形成する（Ｓ７０３）。
次に、高周波電源２０からＩＰＣコイル３４に印加する高周波電力を遮断して石英チャンバー１２の内部のプラズマを消滅させた状態で石英チャンバー１２に内部に供給するガス種をガスＡからガスＢに切替える。次に、石英チャンバー１２と処理室１の内部の圧力（真空度）を所定に値に設定した状態で、高周波電源２０からＩＰＣコイル３４に高周波電力を印加して、ガスＢが導入された石英チャンバー１２の内部にプラズマ１０を発生させる（Ｓ７０４）。
石英チャンバー１２のプラズマ１０の内部で発生したガスＢのラジカルのうち、スリット板７８を通り抜けて処理室１に到達してウエハ２の表面に付着したラジカルにより、エッチングしたくない層６０２の表面に形成されたデポ膜６０６を除去する（Ｓ７０５）。
次に、デポ膜６０６が除去された状態で、高周波電源２０からＩＰＣコイル３４に印加する高周波電力を遮断して石英チャンバー１２の内部のプラズマを消滅させた状態で石英チャンバー１２に内部へのガスＢの供給と、ウエハ２の裏面とステージ４の間へのＨｅガスの導入を停止し、ＩＲランプ用電源６４からＩＲランプ６２に電力を印加してウエハ２の加熱を開始して、ウエハ２の温度が一定に値になるようにＩＲランプ用電源６４からの出力を制御する（Ｓ７０６）。ウエハ２を加熱して一定の温度に維持することにより、被エッチング層６０１の表面に形成された反応層６０４を活性化して被エッチング層６０１の表面から離脱させる（Ｓ７０７）。
次に、ＩＲランプ用電源６４からＩＲランプ６２への電力の印加を遮断し、被エッチング層６０１の表面から反応層６０４を離脱させたウエハ２の裏面とステージ４の間にＨｅガスを導入してウエハ２を冷却する（Ｓ７０８）。
このＳ７０１からＳ７０８までのステップを被エッチング層６０１の除去が完了するまで繰り返すことで（Ｓ７０９）、被エッチング層６０１を除去することができる。
以上に説明したように、本実施例は、ウエハ表面の上下の膜層を含む膜構造の上層の表面に活性種粒子(ラジカル)を供給して反応生成物層を形成する工程と反応生成物層をウエハ加熱して脱離させて除去する工程とを備える処理工程を繰り返してウエハの膜層のエッチングするウエハ処理方法であって、反応生成物層を形成する工程の後に下層の表面に付着したラジカル起因の付着物を酸素ガスを用いて処理室内に形成したプラズマにより除去する工程を行って後に反応生成物層を除去する工程を行う点を特徴とする。
さらに、反応生成物層を除去する工程において、処理室内に酸素を用いたプラズマを形成しつつ行う点を特徴とする。
本実施例によれば、エッチングしたくない層６０２の表面を荒らすことなく、被エッチング層６０１を確実に除去することができる。
次に第２の実施例について、図８、９を用いて説明する。実施例１では、図７に示したフロー図において、ガスＢのラジカルでデポ膜を除去する工程（Ｓ７０５）の後にウエハをランプ加熱する工程（Ｓ７０６）を行っている。しかし、ガスＢのラジカルでデポ膜を完全に除去できずに、エッチングしたくない層６０２の表面にデポ膜の一部が残ってしまうような場合がある。本実施例では、このようにガスＢのラジカルでデポ膜を完全に除去できずにエッチングしたくない層６０２の表面の一部にデポ膜が残った場合であっても、これを確実に除去できるようにしたものである。
図８は、実施例２における処理のタイムチャート、図９はウエハ上の微細パターンの様子を示したものである。
まず、ウエハ２をステージ４に載置した状態で静電吸着用電極３０を作動させてウエハ２をステージ４に静電吸着し、ウエハ２の裏面とステージ４との間にＨeガスを供給してウエハ２を冷却する（ウエハ裏面Ｈｅ圧８２０が５２１の状態）。この状態におけるウエハ２の断面は、図９の（Ｓ）初期の形状をしている。
次に、石英チャンバー１２に処理ガスＡを供給し、高周波電源２０からＩＣＰコイル３４に高周波電力（放電電力）を印加して石英チャンバー１２の内部でプラズマ放電を行う（放電電力８００がＯＮ：８０１の状態）。
これにより、プラズマ中で生成したラジカルをウエハに照射して被エッチング層９０１の表面に反応層９０４を生成する(図８の(a)反応層形成工程、図９の(a)反応層生成)。このとき、エッチングしたくない層である層９０２−１及び層９０２−２（以下、これらの層を総称して、エッチングしたくない層９０２と記す）の表面にラジカルが付着・堆積したことによるデポ膜９０６が形成される。
次に、ＩＣＰコイル３４への高周波電力の印加を停止して（図８の８０２）、石英チャンバー１２へのガスＡの供給を停止してガスＢの供給を開始する。この状態で高周波電源２０からＩＣＰコイル３４に高周波電力（放電電力）を印加して石英チャンバー１２の内部でプラズマ放電を行う（図８の８０３）。
これにより、プラズマ中で生成されたラジカルをウエハ２に照射することで、エッチングしたくない層９０２の表面に生成されたデポ膜９０６−１のうち、低温で除去可能な成分を気化物（揮発物）９０８−１として揮発させ除去する（図８の（ｂ）クリーニング工程、図９の(b)クリーニング）。図８の（ａ）反応層形成工程と、（ｂ）のクリーニング工程の間、ＩＲランプ電力８１０はＯＦＦ；８１１の状態であり、ウエハ２の裏面にＨｅが供給されてウエハ裏面Ｈｅ圧８２０は８２１の状態で、ウエハ２の温度８３０は、冷却された状態：８３１が維持されている。
その後、ＩＣＰコイル３４への高周波電力の印加を停止して（図８の８０４）、石英チャンバー１２へのガスＢの供給を停止してガスＣの供給を開始する。この状態で高周波電源２０からＩＣＰコイル３４に高周波電力（放電電力）を印加して石英チャンバー１２の内部でプラズマ放電を行う（図８の８０５）。また、この時、ウエハ２の裏面とステージ４との間へのＨeガスの供給を停止して（８２２）、ウエハ２の冷却を停止する。
ガスＣを用いてプラズマ放電を行った状態にて、ＩＲランプ用電源６４の出力（ＩＲランプ電力８１０）をＯＮにしてＩＲランプ６２を点灯させ（８１２）、光透過窓７４を透過したＩＲ光でウエハ２を加熱する（図８のウエハの温度８３０が、８３２の状態）。ウエハ２の温度が所定の温度（８３３）に達した時点でＩＲランプ電力８１０を低減させて８１３の状態に一定の時間維持した後、放電電力８００をＯＦＦ：８０６にし、ＩＲランプ電力８１０をＯＦＦにして（８１４）、ウエハ裏面Ｈｅ圧８２０を８２３の状態に上昇させてウエハ２の冷却を開始する（８３４）。
これにより、エッチングしたくない層９０２の表面に残っている低温では除去できなかったデポ膜９０６−２を気化させて、気化物（揮発物）９０８−２として除去するとともに、被エッチング層９０１の表面に形成された反応層９０４を気化物（揮発物）９０７として気化させて、脱離させる。
上記したような手順で処理することにより、エッチングしたくない層９０２の表面に対して表面荒れ等のダメージの発生を抑制することができる。ガスＣはガスＢと同様に、反応層９０４の揮発性に悪影響を与えないようなガス種とする必要がある。
また、ガスＣとしては、エッチングしたくない層９０２の表面の化学組成を調整することを目的として選定することも有効である。例えばエッチングしたくない層９０２がＳｉＯ２の場合、Ｏ２を主体とするガスを処理ガスＣとして用い、表面のＳｉのダングリングボンドをＳｉ−Ｏとして終端させること、および、Ｓｉ−Ｍ（ＭはＨ、Ｆ，Ｃなど）をＳｉ−Ｏに置換することが有効である。
図１０に、本実施例の処理の流れをフロー図として示す。
先ず、ウエハ２をステージ４に載置し、静電吸着用電極３０を作動させてウエハ２をステージ４に静電吸着した状態で、ウエハ２の裏面とステージ４の間にＨｅガスを導入してウエハ２を冷却する（Ｓ１００１）。
次に、石英チャンバー１２にガスＡを導入し、調圧手段１４の開度を調整して石英チャンバー１２と処理室１の内部の圧力（真空度）を所定に値に設定した状態で、高周波電源２０からＩＰＣコイル３４に高周波電力を印加して、ガスＡが導入された石英チャンバー１２の内部にプラズマ１０を発生させる（Ｓ１００２）。そして、プラズマ１０の内部で発生したガスＡのラジカルのうち、スリット板７８を通り抜けて処理室１に到達してウエハ２の表面に付着したラジカルにより、被エッチング層９０１の表面に反応層９０４を形成し、エッチングしたくない層６０２の表面にデポ膜９０６−１を形成する（Ｓ１００３）。
次に、高周波電源２０からＩＰＣコイル３４に印加する高周波電力を遮断して石英チャンバー１２の内部のプラズマを消滅させた状態で石英チャンバー１２に内部に供給するガス種をガスＡからガスＢに切替える。次に、石英チャンバー１２と処理室１の内部の圧力（真空度）を所定に値に設定した状態で、高周波電源２０からＩＰＣコイル３４に高周波電力を印加して、ガスＢが導入された石英チャンバー１２の内部にプラズマ１０を発生させる（Ｓ１００４）。
石英チャンバー１２のプラズマ１０の内部で発生したガスＢのラジカルのうち、スリット板７８を通り抜けて処理室１に到達してウエハ２の表面に付着したラジカルにより、エッチングしたくない層９０２の表面に形成されたデポ膜９０６−１のうち低温で除去可能な成分を気化物９０８−１として揮発させ除去する（Ｓ１００５）。
次に、デポ膜９０６−１から低温で除去可能な成分が除去されてデポ膜９０６−２が残った状態で、高周波電源２０からＩＰＣコイル３４に印加する高周波電力を遮断して石英チャンバー１２の内部のプラズマを消滅させた状態で石英チャンバー１２の内部へのガスＢの供給と、ウエハ２の裏面とステージ４の間へのＨｅガスの導入を停止する。
次に、石英チャンバー１２の内部にガスＣを供給して、高周波電源２０からＩＰＣコイル３４に高周波電力を印加して、ガスＣが導入された石英チャンバー１２の内部にプラズマ１０を発生させる（Ｓ１００６）。さらに、ＩＲランプ用電源６４からＩＲランプ６２に電力を印加して、処理室１の内部のウエハ２の加熱を開始する（Ｓ１００７）。この発生させたプラズマと、ＩＲランプを用いた加熱を行うことにより、エッチングしたくない層９０２の表面に残っているＳ１００５の工程における低温状態での処理では除去できなかったデポ膜９０６−２を気化させて、気化物９０８−２として除去するとともに、被エッチング層９０１の表面に形成された反応層９０４を脱離させる（Ｓ１００８）。これによりエッチングしたくない層９０２の表面に対して表面荒れ等のダメージの発生を抑制できる。
次に、ＩＲランプ用電源６４からＩＲランプ６２への電力の印加を遮断し、被エッチング層６０１の表面から反応層６０４を離脱させたウエハ２の裏面とステージ４の間にＨｅガスを導入してウエハ２を冷却する（Ｓ１００９）。
このＳ１００１からＳ１００９までのステップを被エッチング層９０１の除去が完了するまで繰り返すことで（Ｓ１０１０）、被エッチング層９０１を除去することができる。
本実施例によれば、エッチングしたくない層９０２の表面に生成されたデポ膜９０６−１を、２段階の除去工程を経て確実に除去できるので、エッチングしたくない層９０２の表面に面荒れを生じさせること無く被エッチング層９０１を確実に除去することができる。
次に第３の実施例について、図１１、１２を用いて説明する。本実施例は、実施例２で説明した工程と同様な工程に対して、前処理として、エッチングしたくない層の表面に保護膜を形成するようにしたものである。図１１は、実施例３における処理のタイムチャート、図１２はウエハ上の微細パターンの様子を示したものである。
最初に、実施例２で説明したのと同様なサイクル処理を始める前に、前処理として、ＩＲランプ電力１１１０をＯＮにして（１１１１）、ウエハ２を加熱して（１１３１）ウエハの温度１１３０を上昇させながら放電電力１１００をＯＮ：１１０１にして処理ガスＤにて放電を行う。ウエハの温度１１３０が所定の温度：１１３２に達したところでＩＲランプ電力１１１０を切替えてＩＲランプの出力を下げて（１１１２）ウエハ２の温度を一定：１１３２に保ちながら、エッチングしたくない層である層１２０２−１及び層１２０２−２（以下、これらの層を総称して、エッチングしたくない層１２０２と記す）の表面に、選択的に保護層１２０９を形成させる（図１１の(t)前処理工程、図１０の(t)前処理）。
保護層１２０９を形成した状態で、放電電力１１００をＯＦＦにして処理ガスＤによる放電を停止し（１１０２）、ＩＲランプ電力１１１０をＯＦＦ：１１１３にする。また、静電吸着用電極３０を作動させてウエハ２をステージ４に静電吸着し、ウエハ２の裏面とステージ４との間にＨeガスを供給してウエハ裏面Ｈｅ圧１１２０を上昇させて１１２１の状態にすることによりウエハ２を冷却して、ウエハの温度１１３０を１１３３のように低下させる。
次にサイクル処理とし、まず、ウエハ２を冷却してウエハの温度１１３０を１１３４の状態に維持しながら、処理ガスＡを供給して放電電力１１００をＯＮ：１１０３の状態にしてプラズマ放電を行い、プラズマ中で生成したラジカルをウエハに照射してエッチングしたい膜である被エッチング層１２０１の表面に反応層１２０４を生成する(図１１の(a)反応層生成、図１２の(a)反応層)。このとき、エッチングしたくない層１２０２には保護層１２０９が形成されているため、保護層１２０９の表面にデポ膜１２０６が形成される。
次に、放電電力１１００をＯＦＦ：１１０４の状態にして処理ガスＡによる放電を停止して、石英チャンバー１２に供給するガス種をガスＡからガスＢに切替える。石英チャンバー１２の内部にガスＢが供給された状態で、放電電力１１００をＯＮ：１１０５の状態にしてガスＢを用いてプラズマ放電を行う。この状態で、ウエハ２の冷却は継続して行われる。ガスＢを用いたプラズマ中で生成されたラジカル１０５をウエハに照射することで、デポ膜１２０６のうち低温で除去可能な成分を気化物（揮発物）１２０８−１として揮発させ除去する（図１１の（ｂ）クリーニング工程、図１２の(b)クリーニング）。
その後、放電電力１１００をＯＦＦ：１１０６の状態にしてガスＢによる放電を停止し、石英チャンバー１２に供給するガス種をガスＢからガスＣに切替える。石英チャンバー１２の内部にガスＣが供給された状態で放電電力１１００をＯＮ：１１０７の状態にして、ガスＣを用いてプラズマ放電を開始する。この時、ウエハ裏面へのＨｅガスの供給を停止して、ウエハ裏面Ｈｅ圧１１２０を低下させ（１１２２）、ＩＲランプ電力１１１０をＯＮ：１１１４の状態にしてＩＲランプによる加熱を開始して、ウエハの温度１１３０を所定の温度１１３６まで上昇させる（１１３５）。ウエハ２の温度が所定の温度：１１３６になった状態で、ＩＲランプ電力１１１０を低減させてＩＲランプ６２による加熱を低減して（１１１５）、ウエハの温度１１３０を一定：１１３６に保持する。
この様な処理を行うことにより、低温では除去できなかった残りのデポ膜１２０６−２を気化物（揮発物）１２０８−２として除去するとともに、被エッチング層１２０１の表面に形成された反応層１２０４を気化物（揮発物）１２０７として気化させて、脱離させる。これによりエッチングしたくない層１２０２の表面に対してラフネスや削れ等の発生を抑制できる。ガスＣはガスＢと同様に、反応層１２０４の揮発性に悪影響を与えないようなガス種とする必要がある。
この状態に一定の時間維持した後、放電電力１１００をＯＦＦ：１１０８にし、ＩＲランプ電力１１１０をＯＦＦ：１１１６にして、ウエハ２の裏面にＨｅの供給を開始してウエハ裏面Ｈｅ圧１１２０を１１２３の状態に上昇させる。これによりウエハ２が冷却されて、ウエハの温度１１３０は下降する（１１３７）。
前処理工程で用いる処理ガスＤについては、例えば、被エッチング層１２０１がＳｉＮやＴｉＮなどの窒化膜であり、エッチングしたくない層１２０２がｐ−Ｓｉ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣＮの場合、処理ガスＤにＯ２を主体とする処理ガスを用いることによって表面にＳｉ−Ｏの保護膜を形成することが有効である。またこの場合、ガスＣはＯ２を主体とするガスとし、Ｓｉ−Ｏ保護膜において、Ｓｉ−のダングリングボンドをＳｉ−Ｏに戻すとともに、Ｓｉ−Ｍ（ＭはＨ、Ｆ，Ｃなど）をＳｉ−Ｏに戻すことが有効である。
また、被エッチング層１２０１がＳｉＮやＴｉＮなどの窒化膜であり、エッチングしたくない層１２０２がＳｉＯＮやＳｉＯＣＮの場合、Ｈ、Ｏ、Ｃなどいずれかを含む処理ガスを用いてＳｉＯＮやＳｉＯＣＮの表面からＮ原子を引き抜き、窒素の組成比を下げることが有効である。
図１３に、本実施例の処理の流れをフロー図として示す。
先ず、ウエハ２をステージ４に載置し、静電吸着用電極３０を作動させてウエハ２をステージ４に静電吸着した状態で、前処理として、ＩＲランプをＯＮにして（Ｓ１３０１）、ウエハ２を加熱しながら処理ガスＤのプラズマを生成し（Ｓ１３０２）、ウエハ２の温度を一定に保ちながらエッチングしたくない層１２０２の表面に、選択的に保護層１２０９を形成させる。
一定の時間経過した後、プラズマを消去して、ＩＲランプによる過熱を停止し（Ｓ１３０３）、ウエハ２の裏面とステージ４の間にＨｅガスを導入してウエハ２を冷却する（Ｓ１３０４）。
次に、石英チャンバー１２にガスＡを導入し、調圧手段１４の開度を調整して石英チャンバー１２と処理室１の内部の圧力（真空度）を所定に値に設定した状態で、高周波電源２０からＩＰＣコイル３４に高周波電力を印加して、ガスＡが導入された石英チャンバー１２の内部にプラズマ１０を発生させる（Ｓ１３０５）。そして、プラズマ１０の内部で発生したガスＡのラジカルのうち、スリット板７８を通り抜けて処理室１に到達してウエハ２の表面に付着したラジカル１０５により、被エッチング層１２０１の表面に反応層１２０４を形成し、エッチングしたくない層１２０２の表面の保護層１２０９の上にデポ膜１２０６を形成する（Ｓ１３０６）。
次に、高周波電源２０からＩＰＣコイル３４に印加する高周波電力を遮断して石英チャンバー１２の内部のプラズマを消滅させた状態で石英チャンバー１２に内部に供給するガス種をガスＡからガスＢに切替える。次に、石英チャンバー１２と処理室１の内部の圧力（真空度）を所定に値に設定した状態で、高周波電源２０からＩＰＣコイル３４に高周波電力を印加して、ガスＢが導入された石英チャンバー１２の内部にプラズマ１０を発生させる（Ｓ１３０７）。
石英チャンバー１２のプラズマ１０の内部で発生したガスＢのラジカルのうち、スリット板７８を通り抜けて処理室１に到達してウエハ２の表面に付着したラジカルにより、エッチングしたくない層１２０２の表面に形成されたデポ膜１２０６のうち低温で除去可能な成分を気化物１２０８−１として揮発させ除去する（Ｓ１３０８）。
次に、デポ膜１２０６から低温で除去可能な成分が除去されてデポ膜（保護層）１２０９が残った状態で、高周波電源２０からＩＰＣコイル３４に印加する高周波電力を遮断して石英チャンバー１２の内部のプラズマを消滅させた状態で石英チャンバー１２の内部へのガスＢの供給と、ウエハ２の裏面とステージ４の間へのＨｅガスの導入を停止する。
次に、石英チャンバー１２の内部にガスＣを供給して、高周波電源２０からＩＰＣコイル３４に高周波電力を印加して、ガスＣが導入された石英チャンバー１２の内部にプラズマ１０を発生させる（Ｓ１３０９）。さらに、ＩＲランプ用電源６４からＩＲランプ６２に電力を印加して、処理室１の内部のウエハ２の加熱を開始する（Ｓ１３１０）。この発生させたプラズマと、ＩＲランプを用いた加熱を行うことにより、エッチングしたくない層１２０２の表面に残っているＳ１３０８の工程における低温状態での処理では除去できなかったデポ膜（保護層）１２０９を気化させて、気化物１２０８−２として除去するとともに、被エッチング層１２０１の表面に形成された反応層１２０４を脱離させる（Ｓ１３１１）。これによりエッチングしたくない層１２０２の表面に対して表面荒れ等のダメージの発生を抑制できる。
次に、ＩＲランプ用電源６４からＩＲランプ６２への電力の印加を遮断し、被エッチング層１２０１の表面から反応層１２０４を離脱させたウエハ２の裏面とステージ４の間にＨｅガスを導入してウエハ２を冷却する（Ｓ１３１２）。
このＳ１３０４からＳ１３１２までのステップを被エッチング層１２０１の除去が完了するまで繰り返すことで（Ｓ１３１３）、エッチングしたくない層１２０２の表面にダメージを与えることなく被エッチング層１２０１を除去することができる。
本実施例によれば、前処理工程でエッチングしたくない層１２０２に保護層１２０９を予め形成するので、被エッチング層１２０１を除去する工程においてエッチングしたくない層１２０２の表面に対してラフネスや削れ等が発生することを抑制することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
本発明は、半導体デバイスの製造工程において、半導体ウエハをエッチング処理する工程に適用することができる。
１・・・処理室 ２・・・ウエハ ４・・・ステージ ５・・・シャワープレート ６・・・天板 １０・・・プラズマ １１・・・ベースチャンバー １２・・・石英チャンバー １４・・・調圧手段 １５・・・排気手段 １６・・・真空排気配管 １７・・・ガス分散板 ２５・・・高周波カットフィルタ ３０・・・静電吸着用電極 ３１・・・静電吸着用のＤＣ電源 ３８・・・チラー ４０・・・制御部 ４１・・・演算部 ５０・・・マスフローコントローラ ５１・・・マスフローコントローラ制御部 ５２・・・バルブ ６２・・・ＩＲランプ ６３・・・反射板 ６４・・・ＩＲランプ用電源 ７０・・・熱電対 ７１・・・熱電対温度計 ７４・・・光透過窓 ７５・・・ガスの流路 ７８・・・スリット板 ９２・・・光ファイバー ９３・・・外部ＩＲ光源 ９４・・・光路スイッチ ９５・・・光分配器 ９６・・・分光器 ９７・・・検出器 ９８・・・光マルチプレクサー １００・・・プラズマ処理装置 １０１，６０１，９０１，１２０１・・・被エッチング層 １０２、６０２，９０２，１２０２・・・被エッチング層以外の膜（エッチングしたくない層） １０４，６０４，９０４，１２０４・・・反応層 １０５・・・ラジカル １０６，６０６，９０６−１・・・デポ膜 １０７，６０７，９０７，１２０７・・・気化物 ６０８、９０８-１，９０８−２，１２０８−１，１２０８−２・・・気化物 １２０９・・・保護層 １１１−１，１１１−２・・・表面の荒れ。

Claims (8)

  1. 真空容器内部の処理室内に配置された被処理試料上に予め配置された少なくとも２種類以上の複数の膜を備えた膜構造を処理する被処理試料の処理方法であって、
    前記処理室の内部に活性化された粒子を供給して前記複数の膜のうち、エッチングしたい膜の表面に前記活性化された粒子を吸着させ当該エッチングしたい膜の材料と化合させて反応層を形成する吸着工程と、
    前記処理室の内部に供給した前記活性化された粒子のうち前記複数の膜のうち、エッチングしたくない膜の表面に付着した前記粒子を含む付着物を前記処理室内に酸素を供給して形成したプラズマを用いて除去する除去工程と、
    前記吸着工程と前記除去工程とを経た前記被処理試料を加熱して前記エッチングしたい膜の前記反応層を脱離させて除去する脱離工程と
    を繰り返して前記膜構造を処理することを特徴とする被処理試料の処理方法。
  2. 請求項１に記載の被処理試料の処理方法であって、
    前記脱離工程において、前記処理室内に酸素ガスを供給してプラズマを形成しつつ前記被処理試料を加熱して前記エッチングしたい膜の前記反応層を脱離させて除去することを特徴とする被処理試料の処理方法。
  3. 請求項１または２に記載の被処理試料の処理方法であって、
    前記エッチングしたくない膜がＳｉまたはＳｉＯ２或いはＳｉＯＣを材料として含み、前記エッチングしたい膜がＮを材料として含んだ膜であることを特徴とする被処理試料の処理方法。
  4. 請求項１乃至３の何れかに記載の被処理試料の処理方法であって、
    前記吸着工程の開始前に前記膜のうち前記エッチングしたくない膜の表面を酸化させて酸化膜を形成する酸化工程を行うことを特徴とする被処理試料の処理方法。
  5. プラズマ発生室と
    前記プラズマ発生室と接続して内部に被処理試料を載置する載置台を備えた処理室と、
    前記プラズマ発生室に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理ガス供給部により前記処理ガスが供給された前記処理室の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
    前記処理室の前記載置台に載置された前記被処理試料を加熱するランプを備えた加熱部と、
    前記プラズマ発生部と前記載置台の間に設置されたスリット板と
    前記処理室の前記載置台に載置された前記被処理試料を冷却するガスを前記被処理試料と前記載置台との間に供給する冷却ガス供給部と、
    前記処理ガス供給部と前記プラズマ発生部と前記加熱部と前記冷却ガス供給部とを制御する制御部と
    を備えたプラズマ処理装置であって、前記制御部は、
    前記処理ガス供給部を制御して第一の処理ガスを前記前記プラズマ発生室に供給した状態で前記プラズマ発生部を制御して前記プラズマ発生室の内部に前記第一の処理ガスによるプラズマを発生させて反応種を生成して、前記プラズマ発生室から前記処理室の内部に供給された前記反応種を、前記冷却ガス供給部を制御して冷却された前記被処理試料上に予め配置された複数の膜に付着させ、エッチングしたい膜の表面の材料と反応させて反応層を形成する処理と、
    前記処理ガス供給部を制御して前記プラズマ発生室に供給するガスを前記第一の処理ガスから第二の処理ガスに切替えた状態で前記プラズマ発生部を制御して前記プラズマ発生室の内部に前記第二の処理ガスによるプラズマを発生させて前記第二の処理ガスを活性化し、前記プラズマ発生室から前記処理室の内部に供給された前記活性化された第二の処理ガスを用いて、前記冷却ガス供給部を制御して冷却された前記被処理試料上で前記複数の膜のうち、エッチングしたくない膜の表面に付着した前記反応種を除去する処理と、
    前記加熱部を制御して前記被処理試料を加熱することにより、前記エッチングしたい膜以外の部分に付着した前記反応種が除去され、前記エッチングしたい膜の表面に生成された反応層を気化させて前記エッチングしたい膜から脱離させる処理と、
    を繰り返して実行することを特徴とするプラズマ処理装置。
  6. 請求項５記載のプラズマ処理装置であって、前記載置台の温度を計測する温度計測部を更に備え、前記制御部は、前記温度計測部で計測した前記載置台の温度に基づいて前記加熱部で前記被処理試料を加熱するランプの出力を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
  7. 請求項５または６に記載のプラズマ処理装置であって、前記制御部は、前記エッチングしたい膜に形成された前記反応層を前記エッチングしたい膜から離脱させる処理を行うときに、前記処理ガス供給部を制御して前記プラズマ発生室に供給するガスを前記第二の処理ガスから第三の処理ガスに切替えた状態で前記プラズマ発生部を制御して前記プラズマ発生室の内部に前記第三の処理ガスによるプラズマを発生させて前記第三の処理ガスを活性化し、前記プラズマ発生室から前記処理室の内部に前記活性化された第三の処理ガスが供給された状態で前記加熱部を制御して前記被処理試料を加熱することにより、前記エッチングしたい膜以外の部分に付着した前記反応種が除去された前記複数の膜のうち前記エッチングしたい膜に形成された前記反応層を前記エッチングしたい膜から気化させて離脱させることを特徴とするプラズマ処理装置。
  8. 請求項５乃至７の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
    前記制御部は、前記処理ガス供給部と前記プラズマ発生部と前記冷却ガス供給部とを制御して前記エッチングしたい膜の材料と化合させて前記反応層を形成する処理を実行する前に、前記処理ガス供給部と前記プラズマ発生部とを制御して前記プラズマ発生室に酸素ガスを供給して前記酸素ガスによるプラズマを発生させて前記酸素ガスを活性化し、前記プラズマ発生室から前記処理室の内部に前記活性化された酸素ガスが供給された状態で前記加熱部を制御して前記被処理試料を加熱することにより、前記エッチングしたくない膜の表面の材料を酸化させて酸化膜を形成することを特徴とするプラズマ処理装置。
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