プラズマ処理方法
【課題】 例えばプリヒ−トを行ってから成膜する場合に、プリヒ−ト時間を短縮すること。
【解決手段】 プリヒ−ト時と成膜時との間で主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流値を変えることにより、得られる磁界の形状を変化させ、成膜時は均一性が大きいが磁束密度が小さい磁界、プリヒ−ト時は均一性は小さいが磁束密度が大きい磁界とする。この結果成膜時はウエハＷの面内においてほぼ均一なプラズマが発生するので均一な成膜処理を行うことができる。一方プリヒ−ト時は均一性は悪いもののプラズマ密度が成膜時よりも大きいプラズマが発生するのでウエハＷへの入熱量が成膜時よりも多くなり、プリヒ−ト時間を短縮することができる。
【解決手段】 プリヒ−ト時と成膜時との間で主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流値を変えることにより、得られる磁界の形状を変化させ、成膜時は均一性が大きいが磁束密度が小さい磁界、プリヒ−ト時は均一性は小さいが磁束密度が大きい磁界とする。この結果成膜時はウエハＷの面内においてほぼ均一なプラズマが発生するので均一な成膜処理を行うことができる。一方プリヒ−ト時は均一性は悪いもののプラズマ密度が成膜時よりも大きいプラズマが発生するのでウエハＷへの入熱量が成膜時よりも多くなり、プリヒ−ト時間を短縮することができる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエハ等の被処理基板に対して、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）処理等のプラズマ処理により、ＳｉＯ2 膜やフッ素添加カ−ボン膜等の薄膜の形成やエッチング等を行うプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの高集積化を図るために、パターンの微細化、回路の多層化といった工夫が進められており、そのうちの一つとして配線を多層化する技術がある。多層配線構造をとるためには、ｎ層目の配線層と（ｎ＋１）番目の配線層の間を導電層で接続すると共に、導電層以外の領域は層間絶縁膜と呼ばれる薄膜が形成される。この層間絶縁膜の代表的なものとしてＳｉＯ2 膜やＳｉＯＦ膜があるが、これらは例えば図８に示すようなＥＣＲプラズマ処理を行うプラズマ処理装置を用いて形成されている。
【０００３】例えばこの装置では、プラズマ生成室１Ａ内に例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波管１１を介して供給すると共に、例えば８７５ガウスの磁界を印加して、マイクロ波と磁界との相互作用（電子サイクロトロン共鳴）によりＡｒガスやＯ2 ガス等のプラズマガスや、成膜室１Ｂ内に導入された例えばＳｉＨ4 ガス等の成膜ガスをプラズマ化して、載置台１２上に載置された半導体ウエハＷに対して薄膜を形成している。
【０００４】前記磁界はプラズマ室１Ａを囲むように設けられた主電磁コイル１３と、成膜室１Ｂの下方側に設けられた補助電磁コイル１４との組み合わせにより、プラズマ室１Ａから成膜室１Ｂに亘って下向きの磁界を形成するように印加されている。そして膜質の均一性を向上させるために、ウエハ面上の磁束密度がほぼ均一になるように主電磁コイル１３及び補助電磁コイル１４の位置や電流を調整して、均一なプラズマを発生させるようにしている。
【０００５】ところで実際のプロセスでは、ウエハＷを載置台１２に載置した後プリヒ−トと呼ばれる処理を行っている。このプリヒ−トは、常温のウエハＷを載置台１２に載置した後直ちに成膜ガスを導入して成膜処理を行うと、ウエハＷはプラズマにより加熱されるものの成膜時に設定されている所定の温度までは温度が上昇していないので、予定よりも低い温度で成膜が進行してしまい、これにより膜質の悪い薄膜が形成されてしまうため、これを防止するために行われる処理である。
【０００６】具体的にはウエハＷを載置台１２上に載置した後成膜ガスを導入する前にプラズマを発生させ、このプラズマによりウエハＷを所定の温度例えば成膜温度まで加熱し、次いで成膜ガスを導入して成膜処理を行うようにしている。この際プリヒ−トと成膜とは、マイクロ波や磁界のパラメ−タは変えずに、成膜で最適と考えられていたプラズマを発生させてこれらの処理を行なうようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の方法では、成膜に合わせてウエハの近傍に均一なプラズマを発生させており、このため磁束密度が広げられた状態であるので、単位面積当たりの入熱量は均一になるが、入熱量の総量は少なくなってしまう。従ってプリヒ−トの面から見ると時間が長くかかり過ぎ、ウエハＷを載置した後直ちにプラズマを発生させても、例えば８０℃のウエハＷを成膜処理の温度である４００℃まで上昇させるためには約６０秒必要であって、ト−タルのスル−プットが低下してしまうという問題があった。
【０００８】本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的はプリヒ−ト時間を短縮することができるプラズマ処理方法を提供することにあり、他の目的は複数の種類の薄膜を成膜する場合に、夫々の膜の膜質の均一性を向上させることができるプラズマ処理方法を提供することにあり、さらに他の目的はエッチング後にエッチングガスの残渣の除去やレジスト膜の除去等の後処理を行う場合に、後処理に要する時間を短縮することができるプラズマ処理方法を提供することにある。更にまた基板表面に形成されている自然酸化膜を除去するなどの前処理を行う場合に、前処理に要する時間を短縮することができるプラズマ処理方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると共に、磁界形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、前記真空容器内においてマイクロ波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、このプラズマにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、前記真空容器内に被処理基板を搬入し、プラズマを発生させて被処理基板を加熱する第１の工程と、次いで前記真空容器内において成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板上に薄膜を形成する第２の工程と、を含み、前記第１の工程は第２の工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、第１の工程と第２の工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とする。
【００１０】また本発明は、前記真空容器内において第１の成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板上に第１の膜を形成する第１の成膜工程と、次いで前記真空容器内において第２の成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記第１の膜上に第２の膜を形成する第２の成膜工程と、を含み、前記第１の成膜工程と第２の成膜工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とする。
【００１１】さらに本発明は、前記真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板をエッチングするエッチング工程と、次いで前記真空容器内において後処理用のガスをプラズマ化し、このプラズマにより後処理を行う後処理工程と、を含み、前記後処理工程はエッチング工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、エッチング工程と後処理工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とする。ここで前記後処理には、エッチングガスの残渣を除去する処理やレジスト膜を酸素ガスによりアッシングする処理が含まれる。
【００１２】また本発明は、真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板の表面の自然酸化膜をエッチングするエッチング工程と、次いで前記真空容器内において成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板の表面に薄膜を形成する成膜工程と、を含み、前記エッチング工程は成膜工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、エッチング工程と成膜工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させるようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】先ず本発明の実施の形態に用いられるプラズマ処理装置の一例を図１に示す。この装置は例えばアルミニウム等により形成された真空容器２を有しており、この真空容器２は上方に位置してプラズマを発生させる筒状の第１の真空室２１と、この下方に連通させて連結され、第１の真空室２１よりは口径の大きい筒状の第２の真空室２２とからなる。なおこの真空容器２は接地されてゼロ電位になっている。
【００１４】この真空容器２の上端は開口されて、この部分にマイクロ波を透過する部材例えば石英等の材料で形成された透過窓２３が気密に設けられており、真空容器２内の真空状態を維持するようになっている。この透過窓２３の外側には、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する高周波発生手段をなす高周波電源部２４に接続された導波管２５が設けられており、高周波電源部２４にて発生したマイクロ波を例えばＴＥモードにより導波管２５で案内して、またはＴＥモ−ドにより案内されたマイクロ波を導波管２５でＴＭモ−ドに変換して、透過窓２３から第１の真空室２１内へ導入し得るようになっている。
【００１５】第１の真空室２１を区画する側壁には例えばその周方向に沿って均等に配置したガスノズル３１が設けられると共に、このガスノズル３１には例えば図示しないプラズマ生成用ガス源が接続されており、第１の真空室２１内の上部にＡｒガスやＯ2 ガス等のプラズマ生成用ガスをムラなく均等に供給し得るようになっている。なお図中ガスノズル３１は図面の煩雑化を避けるために２本しか記載していないが、実際にはそれ以上設けている。
【００１６】前記第２の真空室２２内には、前記第１の真空室２１と対向するように被処理基板をなす半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗの載置台４が設けられている。この載置台４は表面部に静電チャック４１を備えており、この静電チャック４１の電極には、ウエハを吸着する直流電源（図示せず）の他、ウエハにイオンを引き込むためのバイアス電圧を印加するように高周波電源部４２が接続されている。
【００１７】一方前記第２の真空室２２の上部即ち第１の真空室２１と連通している部分にはリング状の成膜ガス供給部５が設けられており、この成膜ガス供給部５は、ガス供給管５１から例えばＳｉＨ4 ガス等の成膜ガスが供給され、このガスを内周面のガス穴５２から真空容器２内に供給するように構成されている。
【００１８】前記第１の真空室２１を区画する側壁の外周には、これに接近させて例えばリング状の主電磁コイル２６が配置されると共に、第２の真空室２２の下方側には例えばリング状の補助電磁コイル２７が配置されている。また第２の真空室２２の底部には例えば真空室２２の中心軸に対称な２個所の位置に各々排気管２８が接続されている。本実施の形態では主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７により磁界形成手段が構成されている。
【００１９】次に上述の装置を用いてウエハＷ上にＳｉＯ2 膜よりなる層間絶縁膜を形成する場合の一連のプロセスについて図２により説明する。先ず真空容器２の側壁に設けた図示しないゲートバルブを開いて図示しない搬送アームにより、例えば表面にアルミニウム配線が形成されたウエハＷを図示しないロードロック室から搬入して載置台４上に載置し、静電チャック４１により静電吸着して図２（ａ）に示すようにプリヒ−ト（第１の工程）を行う。
【００２０】つまりゲートバルブを閉じて内部を密閉した後、排気管２８より内部雰囲気を排気して所定の真空度まで真空引きし、真空容器２内を所定のプロセス圧に維持した状態で、先ずガスノズル３１から第１の真空室２１内へＡｒガスを所定の流量で導入する。そして高周波電源部２４から２．４５ＧＨｚ，２．８ｋＷの高周波（マイクロ波）を供給し、かつ高周波電源部４２により載置台４に１３．５６ＭＨｚ，０ｋＷのバイアス電力を印加する。なお、載置台４の表面温度は例えば常に８０℃に設定する。バイアス電力を０ｋＷとするのは、不均一な仕様下でのデバイスのダメージを少なくするためのものであるが、ダメージが少なくて済むデバイスの成膜時には３００Ｗ程度の微細なバイアス電力を印加して、より高速なプリヒートを行ってもよい。
【００２１】このようにすると高周波電源部２４からのマイクロ波は導波管２５を通って真空容器２の天井部に至り、ここの透過窓２３を透過して第１の真空室２１内へ導入される。また真空容器２内には主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流を夫々２２０Ａ，２５０Ａとして、第１の真空室２１の上部から第２の真空室２２の下部に向かい、例えば第１の真空室２１の下部付近にて８７５ガウスとなる磁場を形成する。
【００２２】こうして磁界とマイクロ波との相互作用によってＥ（電界）×Ｈ（磁界）が誘発されて電子サイクロトロン共鳴が生じ、この共鳴によりＡｒガスがプラズマ化され、且つ高密度化される。またこのようにＡｒガスのプラズマを生成させることにより、プラズマが安定化する。こうして発生したプラズマ流は第１の真空室２１より第２の真空室２２内に流れ込んで行き、このプラズマ流によってウエハＷが加熱される。こうしてウエハＷが約４００℃になるまで約２０秒間プラズマを発生させ、プリヒ−トを行う。
【００２３】続いて図２（ｂ）に示すようにＳｉＯ2 膜の成膜（第２の工程）を行う。つまりＡｒガス及びＯ2 ガスを所定の流量で第１の真空室２１内に導入すると共に、成膜ガス供給部５からＳｉＨ4 ガスを第２の真空室２２内に導入する。そして真空容器２内を所定のプロセス圧に設定し、１３．５６ＭＨｚ，２．７ｋＷのバイアス電圧を印加する。
【００２４】一方第１の真空室２１内に２．４５ＧＨｚ，１．８ｋＷのマイクロ波を導入すると共に、主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流を夫々２００Ａ，１２０Ａとして、電子サイクロトロン共鳴によりＳｉＨ4 ガスを活性化（プラズマ化）して活性種（プラズマ）を形成する。ここでプラズマイオンはバイアス電圧によりウエハＷに引き込まれ、ウエハＷ表面のパタ−ン（凹部）の角を削り取って間口を広げ、このスパッタエッチング作用と平行してＳｉＯ2 膜が成膜されて凹部内に埋め込まれ、こうしてＳｉＯ2 膜からなる層間絶縁膜が形成される。
【００２５】このような実施の形態では、プリヒ−ト時と成膜時とで主電磁コイル２６と補助電磁コイル２７の電流を変えることにより磁界の形状を変化させ、夫々の処理に適したプラズマを発生させているので、プリヒ−トの時間を短縮することができる。
【００２６】つまりプリヒ−ト時は均一性よりもウエハＷへの入熱量を重視し、入熱量が多くなるような磁界を形成し、成膜時は入熱量よりも均一性を重視し、面内均一性が高い磁界を形成するようにしている。ここで磁界は上述のように主電磁コイル２６と補助電磁コイル２７とにより形成されるが、主電磁コイル２６の磁場は下側に向かうにつれて外側に広がる形状であり、補助電磁コイル２７の磁場は上側に向かうにつれて外側に広がる形状であって、補助電磁コイル２７により主電磁コイル２６の外側に広がった磁場が内側に絞り込まれる状態になる。またプラズマは上述のように電界と磁界との相互作用により発生するが、その形状は磁場の形状に依存する。
【００２７】従って例えば成膜時は主電磁コイル２６を２００Ａ、補助電磁コイル２７を１２０Ａとしているので、補助電磁コイル２７で絞り込まれる量が少なく、結果として外側の磁場はある程度広げられた状態となる。これにより磁界Ｂは図２（ｂ）に示すように磁力線がウエハＷの面内においてほぼ均一になるが、磁束密度は小さくなる。ここで発生したプラズマのプラズマ密度（ウエハＷへの入熱強度）は磁束密度に比例するので、この場合にはプラズマ密度はウエハＷの面内においてほぼ均一になるものの、入熱量の総量は小さくなる（図３参照）。
【００２８】一方プリヒ−トでは主電磁コイル２６を２２０Ａ、補助電磁コイル２７を２５０Ａとしているので、補助電磁コイル２７で絞り込まれる量が多く、結果として磁界Ｂは磁力線がウエハの中心部付近に集められる状態となる。この場合では磁束密度はウエハ中心部付近で大きくなるので、図３に示すように発生したプラズマの入熱強度はウエハの面内で不均一ではあるが、入熱量の総量は成膜時に比べてかなり多くなる。
【００２９】このようにこの方法では、主電磁コイル２６と補助電磁コイル２７との電流量を制御することにより、プリヒ−ト時はウエハＷへの入熱量が多くなるような磁場を形成し、成膜時は面内均一性が高い磁界を形成するようにしているので、例えば常温のウエハＷを真空容器２内に搬入してから、載置台４に載置、吸着させ、この時点で８０℃程度まで温度が上昇したウエハＷを成膜温度である４００℃程度まで加熱するまでの時間（プリヒ−ト時間）を２０秒程度とすることができ、プリヒ−ト時間を従来に比べて１／３程度に短縮することができる。
【００３０】次に本発明の他の実施の形態について図４により説明する。この実施の形態は本発明方法を数種類の膜を積層して形成する場合に適用したものである。この実施の形態で形成される膜の構造の一例について説明すると、例えばＳｉＯ2 膜よりなる基板の上面にフッ素添加カ−ボン膜６３（以下「ＣＦ膜」という）を形成したものであり、ＳｉＯ2 膜６１とＣＦ膜６３との間には密着層としてＳｉＮ膜６２が介在されている。
【００３１】このような積層構造の膜の製造方法について説明すると、例えば上述のプラズマ処理装置において、ＳｉＯ2 膜６１上に第１の膜であるＳｉＮ膜６２を成膜する第１の成膜工程を行う。つまりプラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと第１の成膜ガス例えばシランガス及びＮ2 ガスとを夫々所定の流量で導入し、所定のプロセス圧の下、１３．５６ＭＨｚのバイアス電圧と２．４５ＧＨｚのマイクロ波とを導入すると共に、主電磁コイル２６の電流を２００Ａ、補助電磁コイル２７の電流を主電磁コイル２６よりも小さい値（０も含む）例えば５０Ａとして、電子サイクロトロン共鳴により上記ガスをプラズマ化させて、ＳｉＯ2 膜６１の上面に厚さ約５０オングストロ−ムのＳｉＮ膜６２を形成する。
【００３２】次いでＳｉＮ膜６２上に第２の膜であるＣＦ膜６３を成膜する第２の成膜工程を行う。つまり上述のプラズマ処理装置において、プラズマ生成用ガスとしてＡｒガス、第２の成膜ガスとしてＣ4 Ｆ8 ガス及びＣ2 Ｈ4 ガスを用いると共に、主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流を夫々２００Ａ，１６０Ａとして、前記電子サイクロトロン共鳴によりＣ4 Ｆ8 ガス及びＣ2 Ｈ4 ガスをプラズマ化させて、ＳｉＮ膜６２の上面に厚さ約８０００オングストロ−ムのＣＦ膜６３を形成する。
【００３３】このような実施の形態では、ＳｉＮ膜６２の成膜時とＣＦ膜６３の成膜時とで主電磁コイル２６と補助電磁コイル２７の電流を変えることにより磁場の形状を変え、夫々の処理に適したプラズマを発生させているので、夫々の膜の膜質の面内均一性を高めることができる。
【００３４】つまりＳｉＮ層６２を形成する場合には、補助電磁コイル２７の電流値を主電磁コイル２６よりもかなり小さくしているので、補助電磁コイル２７で絞り込まれる量が極めて少なく、図４（ａ）に示すように磁界Ｂは下側に向かうに連れて外側に広がる発散磁界に近い形状となる。このような磁界では成膜速度が小さくなるので、５０オングストロ−ムと極めて薄いＳｉＮ層６２の成膜であっても成膜量の調整ができ、膜質の均一な薄膜を形成することができる。
【００３５】一方ＣＦ膜６３の成膜の際は、補助電磁コイル２７の電流値を大きくして、補助電磁コイル２７で絞り込まれる量を多くしているので、図４（ｂ）に示すように磁界Ｂは下側に向かうに連れて膨らむもののさらに下側に向かうに連れてまた絞り込まれる形状となり、ミラ−磁界を形成する。このような磁界では成膜速度が大きくなるが、ＣＦ膜６３は膜厚が８０００オングストロ−ムとＳｉＮ膜６２に比べて厚いので、成膜速度が大きくても成膜量の調整ができるため、大きな速度で膜質の均一な薄膜を形成することができる。
【００３６】続いて本発明のさらに他の実施の形態について図５により説明する。この実施の形態は本発明をエッチングに適用したものである。この実施の形態のエッチングの一例について説明すると、例えばＳｉＯ2 膜よりなる基板７１の上面にアルミニウム（Ａｌ）層７２を形成し、当該Ａｌ層７２の上面にレジスト膜７３よりなるパタ−ンを形成して、エッチングガス例えばＣｌ2 ガスでＡｌ層７２をエッチングするというものである。
【００３７】このようなエッチングについて具体的に説明すると、先ず図５（ａ）に示すように、上述のプラズマ処理装置においてＡｌ層７２をＣｌ2 ガスでエッチングする工程を行う。つまりプラズマ生成用ガス例えばＡｒガスとＣｌ2 ガスとを夫々所定の流量で導入し、所定のプロセス圧の下、１３．５６ＭＨｚのバイアス電圧と２．４５ＧＨｚのマイクロ波とを導入すると共に、主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流を夫々２００Ａ，１２０Ａとして、プロセス圧０．５Ｐａの下、電子サイクロトロン共鳴によりＣｌ2 ガスをプラズマ化させて、このプラズマによりＡｌ層７２のエッチングを行う。つまりプラズマイオンをバイアス電圧によりＡｌ層７２に引き込みながら、表面のパタ−ン（凹部）の角を削り取って間口を広げ、スパッタエッチングを行う。
【００３８】この後図５（ｂ）に示すように、エッチングにより形成された溝部７４に残ったＣｌ2 ガスの残渣７５を後処理用のガスで除去する後処理工程を行う。つまりプラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと後処理用ガスであるＮＨ3 （アンモニア）ガスとを夫々所定の流量で導入し、主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流を夫々２２０Ａ，２５０Ａとして、プロセス圧１３３Ｐａの下、電子サイクロトロン共鳴によりＮＨ3 ガスをプラズマ化させることにより、残渣７５であるＣｌ（塩素）を還元及び熱的に蒸発して除去する。
【００３９】このような実施の形態では、Ａｌ層７２のエッチング時と後処理時との間で主電磁コイル２６と補助電磁コイル２７の電流を変えることにより磁場の形状を変え、夫々の処理に適したプラズマを発生させているので、均一なエッチングができると共に、後処理に要する時間を短縮することができる。
【００４０】つまりエッチング時は、主電磁コイル２６を２００Ａ、補助電磁コイル２７を１２０Ａとしているので、上述の実施の形態で説明したように、磁界Ｂは図５R>５（ａ）に示すように磁力線が基板７１の面内においてほぼ均一なミラ−磁界となる。このような磁界ではプラズマ密度は基板７１の面内においてほぼ均一になるので均一なエッチングを行うことができる。
【００４１】一方後処理時は主電磁コイル２６を２２０Ａ、補助電磁コイル２７を２５０Ａとしているので、上述の実施の形態で説明したように、磁界Ｂは図５（ｂ）に示すように磁力線が基板７１の中心部付近に集められるようなミラ−磁界となる。このような磁界ではプラズマ密度はエッチング時に比べてかなり大きくなるが、プラズマ密度が大きくなると活性種が多くなることから残渣の除去処理が進行しやすくなり、後処理に要する時間を短縮することができる。
【００４２】続いて本発明をエッチングに適用した例の他の例について図６により説明する。この実施の形態のエッチングの一例について説明すると、例えばポリシリコンよりなる基板８１の上面にＳｉＯ2 膜８２を形成し、当該ＳｉＯ2 膜８２の上面にレジスト膜８３を形成して、エッチングガス例えばＣ4 Ｆ8 ガス等のＣ（炭素）とＦ（フッ素）との化合物ガス（以下「ＣＦ系ガス」という）でＳｉＯ2 膜８２をエッチングするというものである。
【００４３】このようなエッチングについて具体的に説明すると、先ず図６（ａ）に示すように、上述のプラズマ処理装置においてＳｉＯ2 膜８２をＣ4 Ｆ8 ガスでエッチングする工程を行う。つまりプラズマ生成用ガス例えばＡｒガスとＣ4 Ｆ8 ガスとを夫々所定の流量で導入し、プロセス圧０．８Ｐａの下、１３．５６ＭＨｚのバイアス電圧と２．４５ＧＨｚのマイクロ波とを導入すると共に、主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流を夫々２００Ａ，１２０Ａとして、電子サイクロトロン共鳴によりＣ4 Ｆ8 ガスをプラズマ化させて、このプラズマによりＳｉＯ2 膜８２のエッチングを行う。
【００４４】この後図６（ｂ）に示すように、レジスト膜８３をＯ2 ガスでアッシングする後処理工程を行う。つまりプラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと後処理用ガスであるＯ2 ガスとを夫々所定の流量で導入し、主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流を夫々２２０Ａ，２５０Ａとして、プロセス圧１．５Ｐａの下、電子サイクロトロン共鳴によりＯ2 ガスをプラズマ化させ、このプラズマによりレジスト膜８３をＨ2 ＯとＣＯ2 にして除去する。
【００４５】このような実施の形態では、エッチング時には磁力線が基板８１の面内においてほぼ均一となるような磁界を形成し、一方アッシング時は磁力線が基板８１の中心部付近に集められるような磁界を形成しているので、エッチング時には基板８１の面内においてほぼ均一なプラズマが発生し、均一なエッチングを行うことができる一方、アッシング時にはプラズマ密度をエッチング時よりも大きくすることができるのでアッシング時間を短縮することができる。
【００４６】更に本発明は、例えばＰ型やｎ型のシリコン膜を形成したウエハの表面に例えばポリシリコン膜を形成する場合に、先ずウエハ表面（シリコン膜の表面）に形成されている自然酸化膜をエッチングし、次いでポリシリコン膜を形成するプロセスにも適用できる。この場合先ず磁力線が中心部付近に集められるような磁場を形成して、シリコン膜の表面の自然酸化膜を例えばＣＦ系のガスでエッチングし、次いでウエハ表面で均一なプラズマ密度が得られるようなミラー磁界を形成して処理を行う。この場合にも自然酸化膜除去という前処理を短時間で行うことができる。
【００４７】以上において本発明方法が実施されるプラズマ処理装置では、例えば図７に示すような主電磁コイル９を用いるようにしてもよい。この主電磁コイル９は例えば３個に分割されており、各電磁コイル９１〜９３の電流が夫々変えられるようになっている。またこの例ではガスノズル９４は第１の真空室２１及び第２の真空室２２の壁部を通って、第１の真空室２１内にプラズマ生成用ガスを導入するように構成されている。その他の構成は図１に示すプラズマ処理装置と同様である。
【００４８】上述のように磁場を変えることは、処理空間における磁場のプロファイルを変えることによって基板のプラズマ処理をコントロールすることである。そして処理時間における磁場のプロファイルの変更は、基板の面内における処理結果に対し、中央への集中と周辺への拡散という制御を可能とする。
【００４９】また本発明方法は、ＳｉＯ2 膜以外にＳｉＯＦ膜やＣＦ膜を形成する場合に適用することができる。また複数の種類の膜を積層する場合では、ＳｉＯＦ膜とＳｉＯ2 膜の組み合わせ等に適用することができる。さらにＡｌ層７２のエッチングではＮＨ3 ガスを添加せずにプラズマを発生させ、このプラズマの熱によって後処理を行うようにしてもよく、この場合においても基板へのプラズマの入熱量が大きくなるように主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流値を調整する。
【００５０】さらにまた本発明はＥＣＲによりプラズマを生成することに限られず、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｕｍａ）などと呼ばれている、ドーム状の容器に巻かれたコイルから電界及び磁界を処理ガスに与える方法などによりプラズマを生成する場合にも適用できる。さらにヘリコン波プラズマなどと呼ばれている例えば１３．５６ＭＨｚのヘリコン波と磁気コイルにより印加された磁場との相互作用によりプラズマを生成する場合や、マグネトロンプラズマなどと呼ばれている２枚の平行なカソ−ドにほぼ平行をなすように磁界を印加することによってプラズマを生成する場合、平行平板などと呼ばれている互いに対向する電極間に高周波電力を印加してプラズマを生成する場合にも適用することができる。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、磁場のプロファイルを変更することで、２つの工程のそれぞれに適したプラズマ処理を行うことができる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するためのプラズマ処理装置の一例を示す縦断側面図である。
【図２】主電磁コイルと補助電磁コイルの電流値と磁界形状の関係を説明するための断面図である。
【図３】入熱強度を説明するための説明図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を説明するための断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施の形態を説明するための断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態を説明するための断面図である。
【図７】本発明を実施するためのプラズマ処理装置の他の例を示す縦断断面図である。
【図８】従来のプラズマ処理装置を説明するための断面図である。
【符号の説明】
Ｗ 半導体ウエハ
２ 真空容器
２１ 第１の真空室
２２ 第２の真空室
２４ 高周波電源部
２５ 導波管
２６，９ 主電磁コイル
２７ 補助電磁コイル
２８ 排気管
３１ ガスノズル
４ 載置台
５ 成膜ガス供給部
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエハ等の被処理基板に対して、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）処理等のプラズマ処理により、ＳｉＯ2 膜やフッ素添加カ−ボン膜等の薄膜の形成やエッチング等を行うプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの高集積化を図るために、パターンの微細化、回路の多層化といった工夫が進められており、そのうちの一つとして配線を多層化する技術がある。多層配線構造をとるためには、ｎ層目の配線層と（ｎ＋１）番目の配線層の間を導電層で接続すると共に、導電層以外の領域は層間絶縁膜と呼ばれる薄膜が形成される。この層間絶縁膜の代表的なものとしてＳｉＯ2 膜やＳｉＯＦ膜があるが、これらは例えば図８に示すようなＥＣＲプラズマ処理を行うプラズマ処理装置を用いて形成されている。
【０００３】例えばこの装置では、プラズマ生成室１Ａ内に例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波管１１を介して供給すると共に、例えば８７５ガウスの磁界を印加して、マイクロ波と磁界との相互作用（電子サイクロトロン共鳴）によりＡｒガスやＯ2 ガス等のプラズマガスや、成膜室１Ｂ内に導入された例えばＳｉＨ4 ガス等の成膜ガスをプラズマ化して、載置台１２上に載置された半導体ウエハＷに対して薄膜を形成している。
【０００４】前記磁界はプラズマ室１Ａを囲むように設けられた主電磁コイル１３と、成膜室１Ｂの下方側に設けられた補助電磁コイル１４との組み合わせにより、プラズマ室１Ａから成膜室１Ｂに亘って下向きの磁界を形成するように印加されている。そして膜質の均一性を向上させるために、ウエハ面上の磁束密度がほぼ均一になるように主電磁コイル１３及び補助電磁コイル１４の位置や電流を調整して、均一なプラズマを発生させるようにしている。
【０００５】ところで実際のプロセスでは、ウエハＷを載置台１２に載置した後プリヒ−トと呼ばれる処理を行っている。このプリヒ−トは、常温のウエハＷを載置台１２に載置した後直ちに成膜ガスを導入して成膜処理を行うと、ウエハＷはプラズマにより加熱されるものの成膜時に設定されている所定の温度までは温度が上昇していないので、予定よりも低い温度で成膜が進行してしまい、これにより膜質の悪い薄膜が形成されてしまうため、これを防止するために行われる処理である。
【０００６】具体的にはウエハＷを載置台１２上に載置した後成膜ガスを導入する前にプラズマを発生させ、このプラズマによりウエハＷを所定の温度例えば成膜温度まで加熱し、次いで成膜ガスを導入して成膜処理を行うようにしている。この際プリヒ−トと成膜とは、マイクロ波や磁界のパラメ−タは変えずに、成膜で最適と考えられていたプラズマを発生させてこれらの処理を行なうようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の方法では、成膜に合わせてウエハの近傍に均一なプラズマを発生させており、このため磁束密度が広げられた状態であるので、単位面積当たりの入熱量は均一になるが、入熱量の総量は少なくなってしまう。従ってプリヒ−トの面から見ると時間が長くかかり過ぎ、ウエハＷを載置した後直ちにプラズマを発生させても、例えば８０℃のウエハＷを成膜処理の温度である４００℃まで上昇させるためには約６０秒必要であって、ト−タルのスル−プットが低下してしまうという問題があった。
【０００８】本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的はプリヒ−ト時間を短縮することができるプラズマ処理方法を提供することにあり、他の目的は複数の種類の薄膜を成膜する場合に、夫々の膜の膜質の均一性を向上させることができるプラズマ処理方法を提供することにあり、さらに他の目的はエッチング後にエッチングガスの残渣の除去やレジスト膜の除去等の後処理を行う場合に、後処理に要する時間を短縮することができるプラズマ処理方法を提供することにある。更にまた基板表面に形成されている自然酸化膜を除去するなどの前処理を行う場合に、前処理に要する時間を短縮することができるプラズマ処理方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると共に、磁界形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、前記真空容器内においてマイクロ波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、このプラズマにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、前記真空容器内に被処理基板を搬入し、プラズマを発生させて被処理基板を加熱する第１の工程と、次いで前記真空容器内において成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板上に薄膜を形成する第２の工程と、を含み、前記第１の工程は第２の工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、第１の工程と第２の工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とする。
【００１０】また本発明は、前記真空容器内において第１の成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板上に第１の膜を形成する第１の成膜工程と、次いで前記真空容器内において第２の成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記第１の膜上に第２の膜を形成する第２の成膜工程と、を含み、前記第１の成膜工程と第２の成膜工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とする。
【００１１】さらに本発明は、前記真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板をエッチングするエッチング工程と、次いで前記真空容器内において後処理用のガスをプラズマ化し、このプラズマにより後処理を行う後処理工程と、を含み、前記後処理工程はエッチング工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、エッチング工程と後処理工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とする。ここで前記後処理には、エッチングガスの残渣を除去する処理やレジスト膜を酸素ガスによりアッシングする処理が含まれる。
【００１２】また本発明は、真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板の表面の自然酸化膜をエッチングするエッチング工程と、次いで前記真空容器内において成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板の表面に薄膜を形成する成膜工程と、を含み、前記エッチング工程は成膜工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、エッチング工程と成膜工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させるようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】先ず本発明の実施の形態に用いられるプラズマ処理装置の一例を図１に示す。この装置は例えばアルミニウム等により形成された真空容器２を有しており、この真空容器２は上方に位置してプラズマを発生させる筒状の第１の真空室２１と、この下方に連通させて連結され、第１の真空室２１よりは口径の大きい筒状の第２の真空室２２とからなる。なおこの真空容器２は接地されてゼロ電位になっている。
【００１４】この真空容器２の上端は開口されて、この部分にマイクロ波を透過する部材例えば石英等の材料で形成された透過窓２３が気密に設けられており、真空容器２内の真空状態を維持するようになっている。この透過窓２３の外側には、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する高周波発生手段をなす高周波電源部２４に接続された導波管２５が設けられており、高周波電源部２４にて発生したマイクロ波を例えばＴＥモードにより導波管２５で案内して、またはＴＥモ−ドにより案内されたマイクロ波を導波管２５でＴＭモ−ドに変換して、透過窓２３から第１の真空室２１内へ導入し得るようになっている。
【００１５】第１の真空室２１を区画する側壁には例えばその周方向に沿って均等に配置したガスノズル３１が設けられると共に、このガスノズル３１には例えば図示しないプラズマ生成用ガス源が接続されており、第１の真空室２１内の上部にＡｒガスやＯ2 ガス等のプラズマ生成用ガスをムラなく均等に供給し得るようになっている。なお図中ガスノズル３１は図面の煩雑化を避けるために２本しか記載していないが、実際にはそれ以上設けている。
【００１６】前記第２の真空室２２内には、前記第１の真空室２１と対向するように被処理基板をなす半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗの載置台４が設けられている。この載置台４は表面部に静電チャック４１を備えており、この静電チャック４１の電極には、ウエハを吸着する直流電源（図示せず）の他、ウエハにイオンを引き込むためのバイアス電圧を印加するように高周波電源部４２が接続されている。
【００１７】一方前記第２の真空室２２の上部即ち第１の真空室２１と連通している部分にはリング状の成膜ガス供給部５が設けられており、この成膜ガス供給部５は、ガス供給管５１から例えばＳｉＨ4 ガス等の成膜ガスが供給され、このガスを内周面のガス穴５２から真空容器２内に供給するように構成されている。
【００１８】前記第１の真空室２１を区画する側壁の外周には、これに接近させて例えばリング状の主電磁コイル２６が配置されると共に、第２の真空室２２の下方側には例えばリング状の補助電磁コイル２７が配置されている。また第２の真空室２２の底部には例えば真空室２２の中心軸に対称な２個所の位置に各々排気管２８が接続されている。本実施の形態では主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７により磁界形成手段が構成されている。
【００１９】次に上述の装置を用いてウエハＷ上にＳｉＯ2 膜よりなる層間絶縁膜を形成する場合の一連のプロセスについて図２により説明する。先ず真空容器２の側壁に設けた図示しないゲートバルブを開いて図示しない搬送アームにより、例えば表面にアルミニウム配線が形成されたウエハＷを図示しないロードロック室から搬入して載置台４上に載置し、静電チャック４１により静電吸着して図２（ａ）に示すようにプリヒ−ト（第１の工程）を行う。
【００２０】つまりゲートバルブを閉じて内部を密閉した後、排気管２８より内部雰囲気を排気して所定の真空度まで真空引きし、真空容器２内を所定のプロセス圧に維持した状態で、先ずガスノズル３１から第１の真空室２１内へＡｒガスを所定の流量で導入する。そして高周波電源部２４から２．４５ＧＨｚ，２．８ｋＷの高周波（マイクロ波）を供給し、かつ高周波電源部４２により載置台４に１３．５６ＭＨｚ，０ｋＷのバイアス電力を印加する。なお、載置台４の表面温度は例えば常に８０℃に設定する。バイアス電力を０ｋＷとするのは、不均一な仕様下でのデバイスのダメージを少なくするためのものであるが、ダメージが少なくて済むデバイスの成膜時には３００Ｗ程度の微細なバイアス電力を印加して、より高速なプリヒートを行ってもよい。
【００２１】このようにすると高周波電源部２４からのマイクロ波は導波管２５を通って真空容器２の天井部に至り、ここの透過窓２３を透過して第１の真空室２１内へ導入される。また真空容器２内には主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流を夫々２２０Ａ，２５０Ａとして、第１の真空室２１の上部から第２の真空室２２の下部に向かい、例えば第１の真空室２１の下部付近にて８７５ガウスとなる磁場を形成する。
【００２２】こうして磁界とマイクロ波との相互作用によってＥ（電界）×Ｈ（磁界）が誘発されて電子サイクロトロン共鳴が生じ、この共鳴によりＡｒガスがプラズマ化され、且つ高密度化される。またこのようにＡｒガスのプラズマを生成させることにより、プラズマが安定化する。こうして発生したプラズマ流は第１の真空室２１より第２の真空室２２内に流れ込んで行き、このプラズマ流によってウエハＷが加熱される。こうしてウエハＷが約４００℃になるまで約２０秒間プラズマを発生させ、プリヒ−トを行う。
【００２３】続いて図２（ｂ）に示すようにＳｉＯ2 膜の成膜（第２の工程）を行う。つまりＡｒガス及びＯ2 ガスを所定の流量で第１の真空室２１内に導入すると共に、成膜ガス供給部５からＳｉＨ4 ガスを第２の真空室２２内に導入する。そして真空容器２内を所定のプロセス圧に設定し、１３．５６ＭＨｚ，２．７ｋＷのバイアス電圧を印加する。
【００２４】一方第１の真空室２１内に２．４５ＧＨｚ，１．８ｋＷのマイクロ波を導入すると共に、主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流を夫々２００Ａ，１２０Ａとして、電子サイクロトロン共鳴によりＳｉＨ4 ガスを活性化（プラズマ化）して活性種（プラズマ）を形成する。ここでプラズマイオンはバイアス電圧によりウエハＷに引き込まれ、ウエハＷ表面のパタ−ン（凹部）の角を削り取って間口を広げ、このスパッタエッチング作用と平行してＳｉＯ2 膜が成膜されて凹部内に埋め込まれ、こうしてＳｉＯ2 膜からなる層間絶縁膜が形成される。
【００２５】このような実施の形態では、プリヒ−ト時と成膜時とで主電磁コイル２６と補助電磁コイル２７の電流を変えることにより磁界の形状を変化させ、夫々の処理に適したプラズマを発生させているので、プリヒ−トの時間を短縮することができる。
【００２６】つまりプリヒ−ト時は均一性よりもウエハＷへの入熱量を重視し、入熱量が多くなるような磁界を形成し、成膜時は入熱量よりも均一性を重視し、面内均一性が高い磁界を形成するようにしている。ここで磁界は上述のように主電磁コイル２６と補助電磁コイル２７とにより形成されるが、主電磁コイル２６の磁場は下側に向かうにつれて外側に広がる形状であり、補助電磁コイル２７の磁場は上側に向かうにつれて外側に広がる形状であって、補助電磁コイル２７により主電磁コイル２６の外側に広がった磁場が内側に絞り込まれる状態になる。またプラズマは上述のように電界と磁界との相互作用により発生するが、その形状は磁場の形状に依存する。
【００２７】従って例えば成膜時は主電磁コイル２６を２００Ａ、補助電磁コイル２７を１２０Ａとしているので、補助電磁コイル２７で絞り込まれる量が少なく、結果として外側の磁場はある程度広げられた状態となる。これにより磁界Ｂは図２（ｂ）に示すように磁力線がウエハＷの面内においてほぼ均一になるが、磁束密度は小さくなる。ここで発生したプラズマのプラズマ密度（ウエハＷへの入熱強度）は磁束密度に比例するので、この場合にはプラズマ密度はウエハＷの面内においてほぼ均一になるものの、入熱量の総量は小さくなる（図３参照）。
【００２８】一方プリヒ−トでは主電磁コイル２６を２２０Ａ、補助電磁コイル２７を２５０Ａとしているので、補助電磁コイル２７で絞り込まれる量が多く、結果として磁界Ｂは磁力線がウエハの中心部付近に集められる状態となる。この場合では磁束密度はウエハ中心部付近で大きくなるので、図３に示すように発生したプラズマの入熱強度はウエハの面内で不均一ではあるが、入熱量の総量は成膜時に比べてかなり多くなる。
【００２９】このようにこの方法では、主電磁コイル２６と補助電磁コイル２７との電流量を制御することにより、プリヒ−ト時はウエハＷへの入熱量が多くなるような磁場を形成し、成膜時は面内均一性が高い磁界を形成するようにしているので、例えば常温のウエハＷを真空容器２内に搬入してから、載置台４に載置、吸着させ、この時点で８０℃程度まで温度が上昇したウエハＷを成膜温度である４００℃程度まで加熱するまでの時間（プリヒ−ト時間）を２０秒程度とすることができ、プリヒ−ト時間を従来に比べて１／３程度に短縮することができる。
【００３０】次に本発明の他の実施の形態について図４により説明する。この実施の形態は本発明方法を数種類の膜を積層して形成する場合に適用したものである。この実施の形態で形成される膜の構造の一例について説明すると、例えばＳｉＯ2 膜よりなる基板の上面にフッ素添加カ−ボン膜６３（以下「ＣＦ膜」という）を形成したものであり、ＳｉＯ2 膜６１とＣＦ膜６３との間には密着層としてＳｉＮ膜６２が介在されている。
【００３１】このような積層構造の膜の製造方法について説明すると、例えば上述のプラズマ処理装置において、ＳｉＯ2 膜６１上に第１の膜であるＳｉＮ膜６２を成膜する第１の成膜工程を行う。つまりプラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと第１の成膜ガス例えばシランガス及びＮ2 ガスとを夫々所定の流量で導入し、所定のプロセス圧の下、１３．５６ＭＨｚのバイアス電圧と２．４５ＧＨｚのマイクロ波とを導入すると共に、主電磁コイル２６の電流を２００Ａ、補助電磁コイル２７の電流を主電磁コイル２６よりも小さい値（０も含む）例えば５０Ａとして、電子サイクロトロン共鳴により上記ガスをプラズマ化させて、ＳｉＯ2 膜６１の上面に厚さ約５０オングストロ−ムのＳｉＮ膜６２を形成する。
【００３２】次いでＳｉＮ膜６２上に第２の膜であるＣＦ膜６３を成膜する第２の成膜工程を行う。つまり上述のプラズマ処理装置において、プラズマ生成用ガスとしてＡｒガス、第２の成膜ガスとしてＣ4 Ｆ8 ガス及びＣ2 Ｈ4 ガスを用いると共に、主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流を夫々２００Ａ，１６０Ａとして、前記電子サイクロトロン共鳴によりＣ4 Ｆ8 ガス及びＣ2 Ｈ4 ガスをプラズマ化させて、ＳｉＮ膜６２の上面に厚さ約８０００オングストロ−ムのＣＦ膜６３を形成する。
【００３３】このような実施の形態では、ＳｉＮ膜６２の成膜時とＣＦ膜６３の成膜時とで主電磁コイル２６と補助電磁コイル２７の電流を変えることにより磁場の形状を変え、夫々の処理に適したプラズマを発生させているので、夫々の膜の膜質の面内均一性を高めることができる。
【００３４】つまりＳｉＮ層６２を形成する場合には、補助電磁コイル２７の電流値を主電磁コイル２６よりもかなり小さくしているので、補助電磁コイル２７で絞り込まれる量が極めて少なく、図４（ａ）に示すように磁界Ｂは下側に向かうに連れて外側に広がる発散磁界に近い形状となる。このような磁界では成膜速度が小さくなるので、５０オングストロ−ムと極めて薄いＳｉＮ層６２の成膜であっても成膜量の調整ができ、膜質の均一な薄膜を形成することができる。
【００３５】一方ＣＦ膜６３の成膜の際は、補助電磁コイル２７の電流値を大きくして、補助電磁コイル２７で絞り込まれる量を多くしているので、図４（ｂ）に示すように磁界Ｂは下側に向かうに連れて膨らむもののさらに下側に向かうに連れてまた絞り込まれる形状となり、ミラ−磁界を形成する。このような磁界では成膜速度が大きくなるが、ＣＦ膜６３は膜厚が８０００オングストロ−ムとＳｉＮ膜６２に比べて厚いので、成膜速度が大きくても成膜量の調整ができるため、大きな速度で膜質の均一な薄膜を形成することができる。
【００３６】続いて本発明のさらに他の実施の形態について図５により説明する。この実施の形態は本発明をエッチングに適用したものである。この実施の形態のエッチングの一例について説明すると、例えばＳｉＯ2 膜よりなる基板７１の上面にアルミニウム（Ａｌ）層７２を形成し、当該Ａｌ層７２の上面にレジスト膜７３よりなるパタ−ンを形成して、エッチングガス例えばＣｌ2 ガスでＡｌ層７２をエッチングするというものである。
【００３７】このようなエッチングについて具体的に説明すると、先ず図５（ａ）に示すように、上述のプラズマ処理装置においてＡｌ層７２をＣｌ2 ガスでエッチングする工程を行う。つまりプラズマ生成用ガス例えばＡｒガスとＣｌ2 ガスとを夫々所定の流量で導入し、所定のプロセス圧の下、１３．５６ＭＨｚのバイアス電圧と２．４５ＧＨｚのマイクロ波とを導入すると共に、主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流を夫々２００Ａ，１２０Ａとして、プロセス圧０．５Ｐａの下、電子サイクロトロン共鳴によりＣｌ2 ガスをプラズマ化させて、このプラズマによりＡｌ層７２のエッチングを行う。つまりプラズマイオンをバイアス電圧によりＡｌ層７２に引き込みながら、表面のパタ−ン（凹部）の角を削り取って間口を広げ、スパッタエッチングを行う。
【００３８】この後図５（ｂ）に示すように、エッチングにより形成された溝部７４に残ったＣｌ2 ガスの残渣７５を後処理用のガスで除去する後処理工程を行う。つまりプラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと後処理用ガスであるＮＨ3 （アンモニア）ガスとを夫々所定の流量で導入し、主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流を夫々２２０Ａ，２５０Ａとして、プロセス圧１３３Ｐａの下、電子サイクロトロン共鳴によりＮＨ3 ガスをプラズマ化させることにより、残渣７５であるＣｌ（塩素）を還元及び熱的に蒸発して除去する。
【００３９】このような実施の形態では、Ａｌ層７２のエッチング時と後処理時との間で主電磁コイル２６と補助電磁コイル２７の電流を変えることにより磁場の形状を変え、夫々の処理に適したプラズマを発生させているので、均一なエッチングができると共に、後処理に要する時間を短縮することができる。
【００４０】つまりエッチング時は、主電磁コイル２６を２００Ａ、補助電磁コイル２７を１２０Ａとしているので、上述の実施の形態で説明したように、磁界Ｂは図５R>５（ａ）に示すように磁力線が基板７１の面内においてほぼ均一なミラ−磁界となる。このような磁界ではプラズマ密度は基板７１の面内においてほぼ均一になるので均一なエッチングを行うことができる。
【００４１】一方後処理時は主電磁コイル２６を２２０Ａ、補助電磁コイル２７を２５０Ａとしているので、上述の実施の形態で説明したように、磁界Ｂは図５（ｂ）に示すように磁力線が基板７１の中心部付近に集められるようなミラ−磁界となる。このような磁界ではプラズマ密度はエッチング時に比べてかなり大きくなるが、プラズマ密度が大きくなると活性種が多くなることから残渣の除去処理が進行しやすくなり、後処理に要する時間を短縮することができる。
【００４２】続いて本発明をエッチングに適用した例の他の例について図６により説明する。この実施の形態のエッチングの一例について説明すると、例えばポリシリコンよりなる基板８１の上面にＳｉＯ2 膜８２を形成し、当該ＳｉＯ2 膜８２の上面にレジスト膜８３を形成して、エッチングガス例えばＣ4 Ｆ8 ガス等のＣ（炭素）とＦ（フッ素）との化合物ガス（以下「ＣＦ系ガス」という）でＳｉＯ2 膜８２をエッチングするというものである。
【００４３】このようなエッチングについて具体的に説明すると、先ず図６（ａ）に示すように、上述のプラズマ処理装置においてＳｉＯ2 膜８２をＣ4 Ｆ8 ガスでエッチングする工程を行う。つまりプラズマ生成用ガス例えばＡｒガスとＣ4 Ｆ8 ガスとを夫々所定の流量で導入し、プロセス圧０．８Ｐａの下、１３．５６ＭＨｚのバイアス電圧と２．４５ＧＨｚのマイクロ波とを導入すると共に、主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流を夫々２００Ａ，１２０Ａとして、電子サイクロトロン共鳴によりＣ4 Ｆ8 ガスをプラズマ化させて、このプラズマによりＳｉＯ2 膜８２のエッチングを行う。
【００４４】この後図６（ｂ）に示すように、レジスト膜８３をＯ2 ガスでアッシングする後処理工程を行う。つまりプラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと後処理用ガスであるＯ2 ガスとを夫々所定の流量で導入し、主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流を夫々２２０Ａ，２５０Ａとして、プロセス圧１．５Ｐａの下、電子サイクロトロン共鳴によりＯ2 ガスをプラズマ化させ、このプラズマによりレジスト膜８３をＨ2 ＯとＣＯ2 にして除去する。
【００４５】このような実施の形態では、エッチング時には磁力線が基板８１の面内においてほぼ均一となるような磁界を形成し、一方アッシング時は磁力線が基板８１の中心部付近に集められるような磁界を形成しているので、エッチング時には基板８１の面内においてほぼ均一なプラズマが発生し、均一なエッチングを行うことができる一方、アッシング時にはプラズマ密度をエッチング時よりも大きくすることができるのでアッシング時間を短縮することができる。
【００４６】更に本発明は、例えばＰ型やｎ型のシリコン膜を形成したウエハの表面に例えばポリシリコン膜を形成する場合に、先ずウエハ表面（シリコン膜の表面）に形成されている自然酸化膜をエッチングし、次いでポリシリコン膜を形成するプロセスにも適用できる。この場合先ず磁力線が中心部付近に集められるような磁場を形成して、シリコン膜の表面の自然酸化膜を例えばＣＦ系のガスでエッチングし、次いでウエハ表面で均一なプラズマ密度が得られるようなミラー磁界を形成して処理を行う。この場合にも自然酸化膜除去という前処理を短時間で行うことができる。
【００４７】以上において本発明方法が実施されるプラズマ処理装置では、例えば図７に示すような主電磁コイル９を用いるようにしてもよい。この主電磁コイル９は例えば３個に分割されており、各電磁コイル９１〜９３の電流が夫々変えられるようになっている。またこの例ではガスノズル９４は第１の真空室２１及び第２の真空室２２の壁部を通って、第１の真空室２１内にプラズマ生成用ガスを導入するように構成されている。その他の構成は図１に示すプラズマ処理装置と同様である。
【００４８】上述のように磁場を変えることは、処理空間における磁場のプロファイルを変えることによって基板のプラズマ処理をコントロールすることである。そして処理時間における磁場のプロファイルの変更は、基板の面内における処理結果に対し、中央への集中と周辺への拡散という制御を可能とする。
【００４９】また本発明方法は、ＳｉＯ2 膜以外にＳｉＯＦ膜やＣＦ膜を形成する場合に適用することができる。また複数の種類の膜を積層する場合では、ＳｉＯＦ膜とＳｉＯ2 膜の組み合わせ等に適用することができる。さらにＡｌ層７２のエッチングではＮＨ3 ガスを添加せずにプラズマを発生させ、このプラズマの熱によって後処理を行うようにしてもよく、この場合においても基板へのプラズマの入熱量が大きくなるように主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７の電流値を調整する。
【００５０】さらにまた本発明はＥＣＲによりプラズマを生成することに限られず、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｕｍａ）などと呼ばれている、ドーム状の容器に巻かれたコイルから電界及び磁界を処理ガスに与える方法などによりプラズマを生成する場合にも適用できる。さらにヘリコン波プラズマなどと呼ばれている例えば１３．５６ＭＨｚのヘリコン波と磁気コイルにより印加された磁場との相互作用によりプラズマを生成する場合や、マグネトロンプラズマなどと呼ばれている２枚の平行なカソ−ドにほぼ平行をなすように磁界を印加することによってプラズマを生成する場合、平行平板などと呼ばれている互いに対向する電極間に高周波電力を印加してプラズマを生成する場合にも適用することができる。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、磁場のプロファイルを変更することで、２つの工程のそれぞれに適したプラズマ処理を行うことができる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するためのプラズマ処理装置の一例を示す縦断側面図である。
【図２】主電磁コイルと補助電磁コイルの電流値と磁界形状の関係を説明するための断面図である。
【図３】入熱強度を説明するための説明図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を説明するための断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施の形態を説明するための断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態を説明するための断面図である。
【図７】本発明を実施するためのプラズマ処理装置の他の例を示す縦断断面図である。
【図８】従来のプラズマ処理装置を説明するための断面図である。
【符号の説明】
Ｗ 半導体ウエハ
２ 真空容器
２１ 第１の真空室
２２ 第２の真空室
２４ 高周波電源部
２５ 導波管
２６，９ 主電磁コイル
２７ 補助電磁コイル
２８ 排気管
３１ ガスノズル
４ 載置台
５ 成膜ガス供給部
【特許請求の範囲】
【請求項１】 高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると共に、磁界形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、前記真空容器内においてマイクロ波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、このプラズマにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、前記真空容器内に被処理基板を搬入し、プラズマを発生させて被処理基板を加熱する第１の工程と、次いで前記真空容器内において成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板上に薄膜を形成する第２の工程と、を含み、前記第１の工程は第２の工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、第１の工程と第２の工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】 高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると共に、磁界形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、前記真空容器内においてマイクロ波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、このプラズマにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、前記真空容器内において第１の成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板上に第１の膜を形成する第１の成膜工程と、次いで前記真空容器内において第２の成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記第１の膜上に第２の膜を形成する第２の成膜工程と、を含み、前記第１の成膜工程と第２の成膜工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】 高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると共に、磁界形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、前記真空容器内においてマイクロ波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、このプラズマにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、前記真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板をエッチングするエッチング工程と、次いで前記真空容器内において後処理用のガスをプラズマ化し、このプラズマにより後処理を行う後処理工程と、を含み、前記後処理工程はエッチング工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、エッチング工程と後処理工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】 高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると共に、磁界形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、前記真空容器内においてマイクロ波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、このプラズマにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、前記真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板をエッチングするエッチング工程と、次いで前記真空容器内において後処理用のガスをプラズマ化し、このプラズマによりエッチングガスの残渣を除去する後処理工程と、を含み、前記後処理工程はエッチング工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、エッチング工程と後処理工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】 高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると共に、磁界形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、前記真空容器内においてマイクロ波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、このプラズマにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、前記真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板をエッチングするエッチング工程と、次いで前記真空容器内において酸素ガスをプラズマ化し、この酸素プラズマによりレジスト膜をアッシングする後処理工程と、を含み、前記後処理工程はエッチング工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、エッチング工程と後処理工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項６】 高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると共に、磁界形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、前記真空容器内においてマイクロ波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、このプラズマにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、前記真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板の表面の自然酸化膜をエッチングするエッチング工程と、次いで前記真空容器内において成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板の表面に薄膜を形成する成膜工程と、を含み、前記エッチング工程は成膜工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、エッチング工程と成膜工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１】 高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると共に、磁界形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、前記真空容器内においてマイクロ波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、このプラズマにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、前記真空容器内に被処理基板を搬入し、プラズマを発生させて被処理基板を加熱する第１の工程と、次いで前記真空容器内において成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板上に薄膜を形成する第２の工程と、を含み、前記第１の工程は第２の工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、第１の工程と第２の工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】 高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると共に、磁界形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、前記真空容器内においてマイクロ波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、このプラズマにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、前記真空容器内において第１の成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板上に第１の膜を形成する第１の成膜工程と、次いで前記真空容器内において第２の成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記第１の膜上に第２の膜を形成する第２の成膜工程と、を含み、前記第１の成膜工程と第２の成膜工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】 高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると共に、磁界形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、前記真空容器内においてマイクロ波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、このプラズマにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、前記真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板をエッチングするエッチング工程と、次いで前記真空容器内において後処理用のガスをプラズマ化し、このプラズマにより後処理を行う後処理工程と、を含み、前記後処理工程はエッチング工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、エッチング工程と後処理工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】 高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると共に、磁界形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、前記真空容器内においてマイクロ波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、このプラズマにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、前記真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板をエッチングするエッチング工程と、次いで前記真空容器内において後処理用のガスをプラズマ化し、このプラズマによりエッチングガスの残渣を除去する後処理工程と、を含み、前記後処理工程はエッチング工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、エッチング工程と後処理工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】 高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると共に、磁界形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、前記真空容器内においてマイクロ波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、このプラズマにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、前記真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板をエッチングするエッチング工程と、次いで前記真空容器内において酸素ガスをプラズマ化し、この酸素プラズマによりレジスト膜をアッシングする後処理工程と、を含み、前記後処理工程はエッチング工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、エッチング工程と後処理工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項６】 高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると共に、磁界形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、前記真空容器内においてマイクロ波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、このプラズマにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、前記真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板の表面の自然酸化膜をエッチングするエッチング工程と、次いで前記真空容器内において成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基板の表面に薄膜を形成する成膜工程と、を含み、前記エッチング工程は成膜工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、エッチング工程と成膜工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図８】
【図５】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図８】
【図５】
【図７】
【公開番号】特開２０００−２１８７１（Ｐ２０００−２１８７１Ａ）
【公開日】平成１２年１月２１日（２０００．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−２０１２８７
【出願日】平成１０年６月３０日（１９９８．６．３０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１２年１月２１日（２０００．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年６月３０日（１９９８．６．３０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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