プラズマ処理方法
【課題】 ウエハ等の被処理体の端部に付着した物質を迅速且つ確実に除去することができ、しかもチャンバ内の各部品のプラズマによる損傷を防止することができるプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】 本発明のプラズマ処理方法は、上部電極５に第１の高周波電力を印加してプラズマを発生させると共に第１の高周波電力より周波数の低い第２の高周波電力をウエハＷの下部電極４に印加するプラズマ処理装置１を用いて、下部電極４上に載置されたウエハＷの端部に付着した堆積物Ｄを酸素ガスのプラズマによって除去する際に、酸素ガスの圧力を４００〜８００ｍＴｏｒｒに設定し、下部電極４からウエハＷを離した状態で上部電極５によって酸素ガスをプラズマ化することを特徴とする
【解決手段】 本発明のプラズマ処理方法は、上部電極５に第１の高周波電力を印加してプラズマを発生させると共に第１の高周波電力より周波数の低い第２の高周波電力をウエハＷの下部電極４に印加するプラズマ処理装置１を用いて、下部電極４上に載置されたウエハＷの端部に付着した堆積物Ｄを酸素ガスのプラズマによって除去する際に、酸素ガスの圧力を４００〜８００ｍＴｏｒｒに設定し、下部電極４からウエハＷを離した状態で上部電極５によって酸素ガスをプラズマ化することを特徴とする
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と称す。）等の被処理体にプラズマエッチング（以下、単に「エッチング」と称す。）等の所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置やＬＣＤの製造工程ではウエハやＬＣＤ基板等の被処理体に種々の成膜処理やエッチング処理等のプラズマ処理を施している。
【０００３】
例えばエッチングを行なう場合には、例えば図４の（ａ）に示すような層構造を有する被処理体（例えば、ウエハ）Ｗのエッチングを行う。このウエハＷは、図４の（ａ）に示すように、下層から上層に向けて拡散防止膜５１、層間絶縁膜５２、絶縁膜（例えば、シリコン酸化膜）５３及びレジスト膜５４を表面に有し、エッチングガスのプラズマを用いて図４の（ａ）、（ｂ）の順序でレジスト膜５４に形成されたパターン５４Ａに即してシリコン酸化膜５３をエッチングして例えば配線用のトレンチ５３Ａを形成する。次いで、ウエハＷにアッシングを施して同図の（ｃ）に示すようにレジスト膜５４を除去してシリコン酸化膜５３を表出させる。更に、図示してないが後工程で層間絶縁膜にビアホールを形成する。
【０００４】
このようなエッチングには例えば平行平板型のプラズマ処理装置がプラズマ処理装置として用いられる。この種のプラズマ処理装置は、例えば、気密構造のチャンバと、チャンバ内でウエハを載置し且つ下部電極を兼ねる載置台と、この載置台の上方に配置された上部電極とを備え、下部電極に高周波電力を印加してチャンバ内でプラズマを発生させ、上述のようにレジスト膜５４を介して所定のパターン５４Ａでシリコン酸化膜５３のエッチングを行って配線用のトレンチ５３Ａを形成する。また、エッチング後のアッシングは同一チャンバ内あるいは別のチャンバ内で行われる。図５は、このプラズマ処理装置の載置台の端部を示す断面図の一例である。
【０００５】
図５に示す載置台６１は、導電性材料、例えば表面がアルマイト加工されたアルミニウムによって形成されている。この載置台６１の載置面にはウエハＷを固定する静電チャック６２が配置されている。この静電チャック６２は、シート状の絶縁体６２Ａ間に電極６２Ｂが介在し、電極６２Ｂに直流電圧を印加することにより、クーロン力でウエハＷを静電吸着する。また、載置台６１の外周縁部にはフォーカスリング６３が配置され、このフォーカスリング６３によって載置台６１上に静電チャック６２を介して固定されたウエハＷを囲んでいる。
【０００６】
ところで、載置台６１はアルミニウムによって形成されているため、ウエハＷの上方に形成されるプラズマに直接曝される部位があると、その部位がプラズマによってスパッタされ、ウエハＷにアルミニウム等を含む望ましくない膜が形成される虞がある。そこで、図５に示すように、載置台６１の載置面（静電チャック６２が配置されている部分）の直径がウエハＷの直径より僅かに（例えば、４ｍｍ程度）小さく形成されている。そして、フォーカスリング６３の載置面がウエハＷの外径より大きく形成され、上から見た場合に載置台６１の上面がプラズマに直接曝されないようにしてある。
【０００７】
ところが、載置台６１が図５に示すように構成されていると、シリコン酸化膜やレジスト膜のエッチングによる副生成物がウエハＷの端部裏側まで廻り込み、ウエハＷの端部裏面側、特に裏面の傾斜部（以下、「ベベル部」と称す。）に副生成物がポリマー等として薄膜状に堆積することがある。ベベル部にポリマー等が堆積すると、後工程でこの堆積物（ポリマー等の物質）がベベル部から剥離してパーティクルの原因になり、あるいは堆積物によって段差ができてレジスト露光時にピントが合わなくなる等のトラブルの原因になる虞がある。そのため、このような堆積物の生成をできる限り防止する必要がある。
【０００８】
そこで、このような堆積物を除去するために、例えばウエハをエッチング用のチャンバから別のチャンバへ搬送し、別のチャンバ内でアッシングを行ってレジスト膜を除去すると共にウエハ端部の堆積物を除去している。
【０００９】
また、堆積物を除去する別の方法として、例えば、エッチングを行ったチャンバ内でウエハをピンで持ち上げて支持した状態で不活性ガスのプラズマを立ててウエハ裏面側の堆積物を除去するプラズマ処理方法が提案されている（特許文献１）。更に、この文献には不活性ガスに代えて酸化性ガス（例えば、酸素ガス）を供給してウエハ裏面側に酸化膜を形成し、この酸化膜によって不純物の付着を防止する方法が提案されている。これらの場合チャンバ内の圧力を５０〜３００ｍＴｏｒｒに設定すると共に、２５〜１００Ｗの高周波電力を載置台に印加してプラズマ処理を行う。
【００１０】
また、特許文献１と同種の処理方法として、ＣＶＤ成膜後、同一チャンバ内でウエハをガスシャワーヘッドの直下までピンで押し上げて保持し、ガスシャワーヘッドからウエハの表面にパージガスを供給した状態で別のガス供給部からチャンバ内にＦ系ガス等のエッチングガスを供給してプラズマ化してウエハの裏面や側面の堆積物を除去する基板処理方法及び基板処理装置が提案されている（特許文献２）。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４９６２０４９号明細書（第２欄〜第３欄、及び実施例１）
【特許文献２】特開平９−２８３４５９号公報（段落[００４０]〜[００４２]）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、アッシング用チャンバ内でウエハ端部の堆積物を除去する方法の場合には、エッチング用のチャンバとは別にアッシング用チャンバが必要になり、装置コストが高くなると共に装置サイズが大きくなり、しかもエッチング用のチャンバからアッシング用のチャンバへウエハを搬送するため、スループットが低下するという課題があった。特許文献１、２のようにピンでウエハを持ち上げる方法の場合には、ウエハ端部の堆積物を除去する場合にも下部電極にプラズマ発生用の高周波電力を印加するため、プラズマ中のイオンが下部電極側に強く衝突し、チャンバ内の各種の部品を損傷する虞があった。
【００１３】
一方、近年はマスクパターンが超微細化し、パターン通りにエッチングをすることが難しくなって来ているため、上下の各電極に周波数の異なった高周波電力を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が用いられ、上部電極にはプラズマを発生させるために周波数の高い高周波電力を印加し、下部電極にはプラズマ中のイオンを下部電極側に引き込むために上部電極より周波数の低い高周波電力を印加する。ところが、下部電極に印加する高周波電力は、周波数及び印加電力共に低く設定されているため、特許文献１、２のようにピンを用いてウエハを下部電極から持ち上げてウエハ端部の堆積物を除去する方法では、堆積物を十分に除去することができないという課題があった。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、同一チャンバ内で連続して行われるエッチング及びアッシングによりウエハ等の被処理体の端部に付着した物質を迅速且つ確実に除去することができ、しかもチャンバ内の各部品のプラズマによる損傷を防止することができるプラズマ処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の請求項１に記載のプラズマ処理方法は、一つのチャンバ内で保持体によって保持された被処理体に対してエッチングを行って上記被処理体の端部に付着した物質を、上記エッチングとアッシングを連続して行った後にアッシング時に続けて上記チャンバ内に供給される酸素ガスから生成させるプラズマによって除去する方法であって、上記チャンバ内の上記酸素ガスの圧力を上記アッシング時とは異なる４００〜８００ｍＴｏｒｒに設定する工程と、上記保持体から上記被処理体を離した状態で酸素ガスをプラズマ化する工程と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項２に記載のプラズマ処理方法は、一つのチャンバ内でプラズマ発生手段に第１の高周波電力を印加してプラズマを発生させると共に第１の高周波電力より周波数の低い第２の高周波電力を被処理体の載置台に印加するプラズマ処理装置を用いて、上記チャンバ内で上記載置台上に載置された上記被処理体に対してエッチングを行って上記被処理体の端部に付着した物質を、上記エッチングとアッシングを連続して行った後にアッシング時に続けて上記チャンバ内に供給される酸素ガスから生成させるプラズマによって除去する方法であって、上記チャンバ内の上記酸素ガスの圧力を上記アッシング時とは異なる４００〜８００ｍＴｏｒｒに設定する工程と、上記載置台から上記被処理体を離した状態で上記プラズマ発生手段によって上記酸素ガスをプラズマ化する工程と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１７】
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２に記載の発明において、上記プラズマ発生手段として上記載置台の上方に配置された上部電極を用いることを特徴とするものである。
【００１８】
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２または請求項３に記載の発明において、上記第１の高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚ以上に設定し、第２の高周波電力の周波数を３．２ＭＨｚ以下に設定することを特徴とするものである。
【００１９】
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４に記載の発明において、上記上部電極に印加する第１の高周波電力の密度を２．８３〜４．２５Ｗ／ｃｍ２に設定し、上記載置台に印加する第２の高周波電力の密度を０．２８Ｗ／ｃｍ２以下設定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、上記酸素ガスの滞留時間を５０〜２６０ｍ秒に設定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７に記載のプラズマ処理方法は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、上記酸素ガスの流量を６００〜１５００ｓｃｃｍに設定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、同一チャンバ内で連続して行われるエッチング及びアッシングによりウエハ等の被処理体の端部に付着した物質を迅速且つ確実に除去することができ、しかもチャンバ内の各部品のプラズマによる損傷を防止することができるプラズマ処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態の概略を示す断面図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置を用いた本発明方法の一実施形態を説明するための模式図で、（ａ）はアッシング処理後のサセプタを示す図、（ｂ）は本発明方法の一実施形態でウエハ端部の堆積物を除去する時のサセプタを示す図である。
【図３】図１に示すプラズマ処理装置の処理条件を実験計画法によって振ってウエハ端部の堆積物を除去した時の結果を示すグラフである。
【図４】エッチング工程を説明するための工程図で、（ａ）はエッチング直前の状態を示す図、（ｂ）はエッチング後の状態を示す図、（ｃ）はアッシング後の状態を示す図である。
【図５】プラズマ処理装置のサセプタの一部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図１〜図３に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
まず、本実施形態に用いられるプラズマ処理装置について図１を参照しながら説明する。このプラズマ処理装置１は、例えば図１に示すように二周波印加方式の平行平板型のプラズマ処理装置として構成され、例えば図４に示すウエハＷ中のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を所定のパターンに即してエッチングする。
【００２５】
上記プラズマ処理装置１は、図１に示すように、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の金属により形成され且つ保安接地されたチャンバ２と、このチャンバ２内の底部に絶縁体３を介して配置され且つ下部電極を兼ねる載置台（以下、適宜「サセプタ」または「下部電極」と称す。）４と、このサセプタ４の上方に配置された上部電極５と、本発明のプラズマ処理方法を実施する際のプログラムを有する制御装置（図示せず）とを備え、制御装置のプログラムによる制御下でウエハＷのエッチング、アッシング及びウエハ端部の堆積物を除去する一連のプラズマ処理を行う。そして、上部電極５には整合器６を介して第１の高周波電源７が接続され、下部電極４には整合器８を介して第２の高周波電源９が接続されている。更に、上部電極５にはローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０が接続され、サセプタ４にはハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１１が接続されている。
【００２６】
サセプタ４上には静電チャック１２が設けられ、その上にはウエハＷが載置されている。静電チャック１２は、絶縁体間に電極１２Ａが介在して構成され、電極１２Ａに接続された直流電源１３から直流電圧を印加することにより、クーロン力でウエハＷを静電吸着する。そして、サセプタ４の外周縁部にはウエハＷを囲むフォーカスリング１４が配置されている。このフォーカスリング１４はＳｉ等からなり、エッチングの均一性を向上させている。
【００２７】
また、サセプタ４内には複数（例えば、３本）のピン１５（図２参照）が昇降可能に設けられ、これらのピン１５を介してサセプタ４と搬出入口からチャンバ２内へ進入したウエハ搬送機構（図示せず）との間でウエハＷの受け渡しを行う。これらのピン１５は、後述のように制御装置の制御下でウエハＷのエッチング及びアッシングを連続して行った後、所定寸法だけ上昇し、その位置を所定時間保持し、この間に酸素ガスのプラズマによってウエハＷ端部の堆積物Ｄを除去する。
【００２８】
更に、サセプタ４内には冷媒流路４Ａが形成され、その入口に接続された流入管１６Ａから冷媒（例えば、エチレングリコール水溶液等）が流入すると共にその出口に接続された流出管１６Ｂから冷媒が流出し、冷媒が冷媒流路４Ａ内を循環してサセプタ４を冷却する。また、サセプタ４内には静電チャック１２を貫通して複数箇所で開口するガス流路４Ｂが形成され、このガス流路４Ｂ内にＨｅガス等の熱伝導度の高い伝熱性ガスを供給してガス流路４Ｂの開口部から静電チャック１２とウエハＷ間に流出させ、サセプタ４とウエハＷ間の熱伝達性を高めている。
【００２９】
また、上部電極５は、シャワーヘッド状の電極板５Ａと、この電極板５Ａを支持する支持体５Ｂとから構成され、絶縁体１７を介してチャンバ２の上部に支持されている。この上部電極５と下部電極４は例えば１０〜６０ｍｍ離間している。また、支持体５Ｂの中央にはガス導入口５Ｃが設けられ、このガス導入口５Ｃにはガス供給管１８を介して処理ガス供給源１９が接続されている。ガス供給管１８には上流側から下流側に向けてマスフローコントローラ２０及びバルブ２１が順次配設されている。処理ガス供給源１９は、エッチングガスとして利用する複数のガス源を有している。エッチングガスとしては例えばＣ５Ｆ８とＡｒとＯ２等の従来公知のガスを使用することができる。
【００３０】
一方、チャンバ２の底部には排気管２２が接続され、この排気管２２には排気装置２３が接続されている。また、チャンバ２の側壁の搬出入口にはゲートバルブ２４が配設され、ゲートバルブ２４が開放された搬出入口を介してウエハＷを隣接するロードロック室（図示せず）とチャンバ２の間で搬送する。
【００３１】
次に、上記プラズマ処理装置１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の（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。まず、ゲートバルブ２４を開放してウエハＷをチャンバ２内に搬入し、静電チャック１２上に載置する。次いで、ゲートバルブ２４を閉じ、排気装置２３によってチャンバ２内を減圧した後、ガス供給管１８のバルブ２１を開放し、例えばＣ５Ｆ８とＡｒとＯ２を処理ガス供給源１９から供給し、これらのガスをマスフローコントローラ２０で所定の流量（例えば、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２の流量＝１４０／６５０／２４ｓｃｃｍ）でエッチングガスとして上部電極５からチャンバ２内へ供給すると共にエッチングガスを所定の圧力に設定する。この状態で第１の高周波電源７から上部電極５へ例えば周波数が６０ＭＨｚの第１の高周波電力を印加すると共に第２の高周波電源９から下部電極４へ例えば周波数が２ＭＨｚの第２の高周波電力を印加し、第１の高周波電力によりエッチングガスをプラズマ化すると共に第２の高周波電力によってプラズマ中のイオンを下部電極４に引き込んでイオンアシストによるエッチングの異方性を高め、ウエハＷ中のＳｉＯ２膜を、レジスト膜を介してエッチングして例えば配線用のトレンチを形成する。この際、直流電源１３を静電チャック１２内の電極１２Ａに印加してウエハＷを静電チャック１２上に静電吸着する。
【００３２】
上述のようにＣ５Ｆ８とＡｒとＯ２とからなるエッチングガスによりＳｉＯ２膜をエッチングすると、ＳｉＯ２膜及びレジスト膜から副生成物が生成して図２の（ａ）に模式的に示すようにウエハＷの端部にポリマー等が堆積して堆積物を形成する。引き続き、チャンバ２内の残留ガスを窒素ガス等の化学的に不活性なガスで置換した後、チャンバ２内に酸素ガスを供給してチャンバ２内を所定の圧力（例えば、２０〜８００ｍＴｏｒｒ）に設定し、上部電極５に第１の高周波電力を印加すると共に下部電極４に第２の高周波電力を印加してレジスト膜をアッシングにより除去し、配線用のトレンチが形成されたＳｉＯ２膜を表出させる。
【００３３】
然る後、ウエハＷを次工程へ引き渡すためにピンを上昇させてサセプタ４からウエハＷを例えば１〜１８ｍｍ（本実施形態では１８ｍｍ）だけ持ち上げて図２の（ｂ）に示すように保持する。この状態で引き続きチャンバ２内に酸素ガスを供給し、アッシング時とは異なった条件で上部電極５に第１の高周波電力を印加すると共にサセプタ４に第２の高周波電力を印加して酸素ガスのプラズマを発生させ、このプラズマにより静電チャック１２から持ち上げられたウエハＷの端部の堆積物を除去する。
【００３４】
堆積物を除去する際、チャンバ２内の酸素ガスの圧力を例えば４００〜８００ｍＴｏｒｒに設定することが好ましく、また、酸素ガスのチャンバ２内の滞留時間を５０〜２６０ｍ秒に設定することが好ましい。酸素ガスの圧力が４００ｍＴｏｒｒ未満ではウエハＷ端部の堆積物の除去時間が長くなり、８００ｍＴｏｒｒを超えるとチャンバ２内の圧力の安定化時間が長くなって堆積物除去までに時間を要し、却ってスループットが低下する虞がある。また、酸素ガスの滞留時間が短いほど堆積物の除去時間が短くなるが、５０ｍ秒未満では４００〜８００ｍＴｏｒｒの圧力範囲で１５００ｓｃｃｍ以上の流量が必要となり、消費量の点で好ましくない。２６０ｍ秒を超えると堆積物の除去時間が長くなる。
【００３５】
ここで、酸素ガスの滞留時間は下記（１）式を用いて算出する。また、滞留時間を算出する時には、ウエハＷより外側のガスはエッチングに寄与しないと仮定し、計算上は考慮しない。下記（１）式において、τは滞留時間（秒）、Ｖはチャンバ２の体積（Ｌ）、Ｓは酸素ガスの排気速度（Ｌ／秒）、ｐはチャンバ２内の酸素ガスの圧力（Ｔｏｒｒ）、Ｑは酸素ガスの総流量（ｓｃｃｍ）である。
τ＝Ｖ／Ｓ＝ｐＶ／Ｑ・・・・（１）
【００３６】
また、ウエハＷの端部裏面側の堆積物を除去する場合には、上部電極５には第１の高周波電源７から１３．５６ＭＨｚ以上の周波数で２０００〜３０００Ｗ（電力密度に換算で２．８３〜４．２５Ｗ／ｃｍ２）の高周波電力を印加することが好ましい。第１の高周波電力の周波数が１３.５６ＭＨｚ未満では十分なプラズマ密度が得られないため、好ましくない。また、第１の高周波電力が２０００Ｗ未満では堆積物除去のスループットが低下し、その電力が３０００Ｗを超えるとオーバーエッチング気味になると共にチャンバ２内の部品の損傷を招く虞がある。
【００３７】
また、下部電極４には第２の高周波電源９から３．２ＭＨｚ以下の周波数で２００Ｗ（電力密度に換算で０.２８Ｗ／ｃｍ２）以下の高周波電力を印加する。第２の高周波電力の周波数が３．２ＭＨｚを超え、あるいはその電力が２００Ｗを超えると下部電極４のセルフバイアス電位が高くなってプラズマ中のイオンの引き込みが強く、トレンチの肩落ちや下部電極４及びその周辺の部品のプラズマによる損傷を招く虞があるため、好ましくない。
【００３８】
従って、上下各電極４、５の印加電力が大きいほど堆積物の除去速度は大きくなるが、チャンバ２内の各部品が消耗し易く、エッチング特性の低下（例えば、ホール等の肩落ち等）があり、印加電力には上限がある。また、堆積物を除去する場合には酸素ガス流量が大きいほど、つまり同一の圧力において酸素ガスの滞留時間が短いほど除去速度が大きくなるが、消費量増大の観点から、酸素ガス流量にも自ずと上限がある。
【００３９】
ところで、アッシングの最適条件と堆積物除去の最適条件は相違するため、上述したようにアッシングを行った後、堆積物の除去を行うようにしている。アッシング時には上部電極５の印加電力を大きく設定すると共に下部電極４の印加電力を小さく設定する必要があり、また、酸素ガスの流量も堆積物除去の場合よりも小さく設定する必要がある。また、アッシング時には、例えばチャンバ２内の酸素ガスの圧力を２０ｍＴｏｒｒ、酸素ガスの流量を３００ｓｃｃｍ、上部電極５を１５００Ｗ、下部電極４の電力を４００Ｗにそれぞれ設定することによりアッシングを円滑に行なうことができる。
【００４０】
上述のようにウエハ端部の堆積物を除去した後、チャンバ２内の残存ガスを窒素ガス等の不活性ガスで置換した後、ゲートバルブ２４を開いて処理済のウエハＷをチャンバ２から搬出し、次工程へ搬送する。
【００４１】
以上説明したように本実施形態によれば、チャンバ２内でサセプタ４からウエハＷを持ち上げた状態で上部電極５によって酸素ガスをプラズマ化し、このプラズマＰによってウエハＷの端部から堆積物Ｄを除去する際に、チャンバ２内の酸素ガスの圧力を４００〜８００ｍＴｏｒｒに設定するようにしたため、下部電極４に印加する第２の高周波電源９の周波数及び電力が低くてもウエハＷの端部に付着した堆積物Ｄを迅速且つ確実に除去することができ、しかもチャンバ２内の各部品のプラズマによる損傷を防止することができる。また、更に、その後のウエハ搬送機構の汚染や後工程での汚染を防止することができる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、上部電極５に印加する第１の高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚ以上に設定し、下部電極４に印加する第２の高周波電力の周波数を３．２ＭＨｚ以下に設定するようにしたため、ウエハ端部の堆積物をより短時間で除去してスループットを高めることができ、チャンバ２内の各部品の消耗をより確実に防止することができる。
【００４３】
また、チャンバ２内の酸素ガスの滞留時間を５０〜２６０ｍ秒に設定するようにしたため、より確実にウエハ端部の堆積物を除去することができる。更に、堆積物を除去するに先立ってウエハＷに対してエッチング及びアッシングを連続して行うようにしたため、エッチング、アッシング及びウエハ端部の堆積物除去に至る一連の処理を効率良く行なうことができ、これら一連の工程のスループットを高めることができる。
【実施例】
【００４４】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。本実施例では全面をレジスト膜で被覆した３００ｍｍのウエハを４枚準備し、プラズマ処理装置を用いてシリコン酸化膜をエッチング条件に準じた下記条件で、これらのウエハについてエッチングを行ってレジスト膜による副生成物をウエハの端部に堆積物として付着させ、試料ウエハを作成した。
［エッチング条件］
（１）上部電極に印加する第１の高周波電源の周波数：６０ＭＨｚ
（２）上部電極に印加する第１の高周波電力：１５００Ｗ
（３）下部電極に印加する第２の高周波電源の周波数：２ＭＨｚ
（４）下部電極に印加する第２の高周波電力：１５００Ｗ
（５）サセプタ温度：−１０℃
（６）チャンバ内の圧力：１２０ｍＴｏｒｒ
（７）エッチングガスの流量：
Ｃ５Ｆ８＝１４０ｓｃｃｍ、Ａｒ＝６５０ｓｃｃｍ、Ｏ２＝２４ｓｃｃｍ
（８）処理時間：２３０秒
【００４５】
実施例１
本実施例は、ウエハの堆積物をエッチングにより除去する場合のチャンバ２内の酸素ガスの圧力と第１、第２の高周波電力の関係を調べた。即ち、上記試料ウエハの堆積物の初期の膜厚を走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」と称す。）により観察し、その写真に基づいて測定した。その後、チャンバ２内のサセプタ４上に試料ウエハを載置した後、酸素ガスの流量を１２００ｓｃｃｍに制御して供給し、実験計画法（ＤＯＥ）に基づいて下記表１に示すように第１、第２の高周波電力及びチャンバ２内の酸素ガス圧力をレベル１〜レベル４の範囲で振り、ウエハ端部の堆積物をエッチングにより５秒間除去した。その後、チャンバ２から試料ウエハを取り出し、各ウエハのノッチＡ、Ｂ及びトップＡ、Ｂにおける堆積物の残存膜厚／減少膜厚をＳＥＭの観察写真に基づいて測定し、その結果を下記表２及び下記表３に示した。また、下記表１及び下記表２の測定結果を纏めて図示したものが図３である。尚、下記表１及び表２において、膜厚の単位はオングストロームである。
【００４６】
下記表２、下記表３及び図３において、ノッチとはウエハ端部のうち、ウエハのノッチ部分のことを云い、トップとはウエハ端部のうち、ノッチとは１８０°反対側の部分のことを云う。そして、ノッチＡはノッチ部分の裏面側を指し、ノッチＢはノッチ部分の裏面側の傾斜部（ベベル部）を指す。トップＡはトップ部分の裏面側を指し、トップＢはトップ部分の裏面側の傾斜部（ベベル部）を指す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
上記表２及び上記表３を纏めた図３に示す結果によれば、チャンバ２内の酸素ガスの圧力が高いほどウエハ端部の堆積物の膜厚減少量が大きくなり、除去速度の速いことが判った。また、図３に示すように上部電極５の電力が大きいほどウエハ端部の堆積物の膜厚減少量が大きくなり、除去速度の速いことが判った。しかし、図３に示すように下部電極４の電圧は図３に示すようにウエハ端部の堆積物除去には上述した他のファクターほどの効果がないことも判った。
【００５１】
実施例２
実際に堆積物を除去する場合には単に堆積物を除去する時間以外にも、チャンバ２内の圧力安定化時間を加算した時間で処理速度を評価する必要がある。そこで、本実施例では、実施例１において得られた結果を基に、上部電極の印加電圧を２０００Ｗに設定し、下記表４に示すようにチャンバ内の酸素ガス圧力を振って各圧力の安定化時間と各圧力での堆積物除去時間（下記表４ではクリーニング時間）とを測定し、これら両者の合計時間を実際の処理時間として評価した。
【００５２】
【表４】
【００５３】
上記表４に示す結果によれば、４００ｍＴｏｒｒ、６００ｍＴｏｒｒ及び８００ｍＴｏｒｒのうち、６００ｍＴｏｒｒにおける処理時間が最も短くなることが判った。即ち、堆積物除去時間は圧力が高くなるほど短くなるが、圧力安定化時間は圧力が低くなるほど短くなるため、処理時間の最短化をするためにはチャンバ内の圧力を最適化する必要がある。よって、酸素ガスの好ましい圧力範囲は４００〜８００ｍＴｏｒｒである。
【００５４】
実施例３
本実施例では、下記表５に示すように酸素ガス流量を振ってウエハを５秒間処理し、チャンバ内における酸素ガス流量と堆積物除去速度との関係をウエハのトップＡ及びトップＢのＳＥＭによって観察した。そして、ＳＥＭの観察写真に基づいて各部位の堆積物の残存膜厚を測定し、この残存膜厚と処理時間とから除去速度を求めた。これらの測定結果を下記表５に示した。尚、下記表５では残存膜厚及び除去速度は、残存膜厚／除去速度として示した。また、膜厚の単位はオングストローム、除去速度の単位はオングストローム／秒である。
【００５５】
【表５】
【００５６】
上記表５に示す結果によれば、酸素ガス流量が大きいほど堆積物の除去速度が大きいことが判った。堆積物の除去速度と酸素ガスの消費量の点から酸素ガスの流量は６００〜１５００ｓｃｃｍの範囲が好ましい。また、酸素ガス流量が１２００ｓｃｃｍの場合の結果から、下部電極４の第２の高周波電力の高い方が堆積物の除去速度の大きいことが判った。
【００５７】
上述の実施例２、３によって、酸素ガスの圧力範囲は４００〜８００ｍＴｏｒｒが好ましく、酸素ガスの流量範囲は６００〜１５００ｓｃｃｍが好ましいことが判った。そこで、前記式（１）を用いて酸素ガスの好ましい圧力範囲及び好ましい流量範囲における酸素ガスの滞留時間を計算したところ、下記表６に示す結果が得られた。下記表６の結果によれば、酸素ガスの滞留時間は５０〜２６０ｍ秒が好ましいことが判った。
【００５８】
【表６】
【００５９】
尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、本発明のプラズマ処理装置は、本発明方法を実施することができるプログラム仕様を有するものであれば、本発明に包含される。例えば、上記実施形態では上下の電極に互いに異なる周波数を有する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に場合について説明したが、上下の電極のいずれか一方に高周波電力を印加するプラズマ処理装置、上下の電極に更に別の周波数を有する高周波電力を印加するプラズマ処理装置、あるいは、これらのプラズマ処理装置に磁場形成手段を付加したプラズマ処理装置についても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１ プラズマ処理装置
２ チャンバ
４ サセプタ（載置台兼下部電極、保持体）
５ 上部電極（プラズマ発生手段）
７ 第１の高周波電源
９ 第２の高周波電源
１５ ピン（離間手段）
Ｗ ウエハ
Ｐ プラズマ
Ｄ 堆積物（物質）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と称す。）等の被処理体にプラズマエッチング（以下、単に「エッチング」と称す。）等の所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置やＬＣＤの製造工程ではウエハやＬＣＤ基板等の被処理体に種々の成膜処理やエッチング処理等のプラズマ処理を施している。
【０００３】
例えばエッチングを行なう場合には、例えば図４の（ａ）に示すような層構造を有する被処理体（例えば、ウエハ）Ｗのエッチングを行う。このウエハＷは、図４の（ａ）に示すように、下層から上層に向けて拡散防止膜５１、層間絶縁膜５２、絶縁膜（例えば、シリコン酸化膜）５３及びレジスト膜５４を表面に有し、エッチングガスのプラズマを用いて図４の（ａ）、（ｂ）の順序でレジスト膜５４に形成されたパターン５４Ａに即してシリコン酸化膜５３をエッチングして例えば配線用のトレンチ５３Ａを形成する。次いで、ウエハＷにアッシングを施して同図の（ｃ）に示すようにレジスト膜５４を除去してシリコン酸化膜５３を表出させる。更に、図示してないが後工程で層間絶縁膜にビアホールを形成する。
【０００４】
このようなエッチングには例えば平行平板型のプラズマ処理装置がプラズマ処理装置として用いられる。この種のプラズマ処理装置は、例えば、気密構造のチャンバと、チャンバ内でウエハを載置し且つ下部電極を兼ねる載置台と、この載置台の上方に配置された上部電極とを備え、下部電極に高周波電力を印加してチャンバ内でプラズマを発生させ、上述のようにレジスト膜５４を介して所定のパターン５４Ａでシリコン酸化膜５３のエッチングを行って配線用のトレンチ５３Ａを形成する。また、エッチング後のアッシングは同一チャンバ内あるいは別のチャンバ内で行われる。図５は、このプラズマ処理装置の載置台の端部を示す断面図の一例である。
【０００５】
図５に示す載置台６１は、導電性材料、例えば表面がアルマイト加工されたアルミニウムによって形成されている。この載置台６１の載置面にはウエハＷを固定する静電チャック６２が配置されている。この静電チャック６２は、シート状の絶縁体６２Ａ間に電極６２Ｂが介在し、電極６２Ｂに直流電圧を印加することにより、クーロン力でウエハＷを静電吸着する。また、載置台６１の外周縁部にはフォーカスリング６３が配置され、このフォーカスリング６３によって載置台６１上に静電チャック６２を介して固定されたウエハＷを囲んでいる。
【０００６】
ところで、載置台６１はアルミニウムによって形成されているため、ウエハＷの上方に形成されるプラズマに直接曝される部位があると、その部位がプラズマによってスパッタされ、ウエハＷにアルミニウム等を含む望ましくない膜が形成される虞がある。そこで、図５に示すように、載置台６１の載置面（静電チャック６２が配置されている部分）の直径がウエハＷの直径より僅かに（例えば、４ｍｍ程度）小さく形成されている。そして、フォーカスリング６３の載置面がウエハＷの外径より大きく形成され、上から見た場合に載置台６１の上面がプラズマに直接曝されないようにしてある。
【０００７】
ところが、載置台６１が図５に示すように構成されていると、シリコン酸化膜やレジスト膜のエッチングによる副生成物がウエハＷの端部裏側まで廻り込み、ウエハＷの端部裏面側、特に裏面の傾斜部（以下、「ベベル部」と称す。）に副生成物がポリマー等として薄膜状に堆積することがある。ベベル部にポリマー等が堆積すると、後工程でこの堆積物（ポリマー等の物質）がベベル部から剥離してパーティクルの原因になり、あるいは堆積物によって段差ができてレジスト露光時にピントが合わなくなる等のトラブルの原因になる虞がある。そのため、このような堆積物の生成をできる限り防止する必要がある。
【０００８】
そこで、このような堆積物を除去するために、例えばウエハをエッチング用のチャンバから別のチャンバへ搬送し、別のチャンバ内でアッシングを行ってレジスト膜を除去すると共にウエハ端部の堆積物を除去している。
【０００９】
また、堆積物を除去する別の方法として、例えば、エッチングを行ったチャンバ内でウエハをピンで持ち上げて支持した状態で不活性ガスのプラズマを立ててウエハ裏面側の堆積物を除去するプラズマ処理方法が提案されている（特許文献１）。更に、この文献には不活性ガスに代えて酸化性ガス（例えば、酸素ガス）を供給してウエハ裏面側に酸化膜を形成し、この酸化膜によって不純物の付着を防止する方法が提案されている。これらの場合チャンバ内の圧力を５０〜３００ｍＴｏｒｒに設定すると共に、２５〜１００Ｗの高周波電力を載置台に印加してプラズマ処理を行う。
【００１０】
また、特許文献１と同種の処理方法として、ＣＶＤ成膜後、同一チャンバ内でウエハをガスシャワーヘッドの直下までピンで押し上げて保持し、ガスシャワーヘッドからウエハの表面にパージガスを供給した状態で別のガス供給部からチャンバ内にＦ系ガス等のエッチングガスを供給してプラズマ化してウエハの裏面や側面の堆積物を除去する基板処理方法及び基板処理装置が提案されている（特許文献２）。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４９６２０４９号明細書（第２欄〜第３欄、及び実施例１）
【特許文献２】特開平９−２８３４５９号公報（段落[００４０]〜[００４２]）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、アッシング用チャンバ内でウエハ端部の堆積物を除去する方法の場合には、エッチング用のチャンバとは別にアッシング用チャンバが必要になり、装置コストが高くなると共に装置サイズが大きくなり、しかもエッチング用のチャンバからアッシング用のチャンバへウエハを搬送するため、スループットが低下するという課題があった。特許文献１、２のようにピンでウエハを持ち上げる方法の場合には、ウエハ端部の堆積物を除去する場合にも下部電極にプラズマ発生用の高周波電力を印加するため、プラズマ中のイオンが下部電極側に強く衝突し、チャンバ内の各種の部品を損傷する虞があった。
【００１３】
一方、近年はマスクパターンが超微細化し、パターン通りにエッチングをすることが難しくなって来ているため、上下の各電極に周波数の異なった高周波電力を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が用いられ、上部電極にはプラズマを発生させるために周波数の高い高周波電力を印加し、下部電極にはプラズマ中のイオンを下部電極側に引き込むために上部電極より周波数の低い高周波電力を印加する。ところが、下部電極に印加する高周波電力は、周波数及び印加電力共に低く設定されているため、特許文献１、２のようにピンを用いてウエハを下部電極から持ち上げてウエハ端部の堆積物を除去する方法では、堆積物を十分に除去することができないという課題があった。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、同一チャンバ内で連続して行われるエッチング及びアッシングによりウエハ等の被処理体の端部に付着した物質を迅速且つ確実に除去することができ、しかもチャンバ内の各部品のプラズマによる損傷を防止することができるプラズマ処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の請求項１に記載のプラズマ処理方法は、一つのチャンバ内で保持体によって保持された被処理体に対してエッチングを行って上記被処理体の端部に付着した物質を、上記エッチングとアッシングを連続して行った後にアッシング時に続けて上記チャンバ内に供給される酸素ガスから生成させるプラズマによって除去する方法であって、上記チャンバ内の上記酸素ガスの圧力を上記アッシング時とは異なる４００〜８００ｍＴｏｒｒに設定する工程と、上記保持体から上記被処理体を離した状態で酸素ガスをプラズマ化する工程と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項２に記載のプラズマ処理方法は、一つのチャンバ内でプラズマ発生手段に第１の高周波電力を印加してプラズマを発生させると共に第１の高周波電力より周波数の低い第２の高周波電力を被処理体の載置台に印加するプラズマ処理装置を用いて、上記チャンバ内で上記載置台上に載置された上記被処理体に対してエッチングを行って上記被処理体の端部に付着した物質を、上記エッチングとアッシングを連続して行った後にアッシング時に続けて上記チャンバ内に供給される酸素ガスから生成させるプラズマによって除去する方法であって、上記チャンバ内の上記酸素ガスの圧力を上記アッシング時とは異なる４００〜８００ｍＴｏｒｒに設定する工程と、上記載置台から上記被処理体を離した状態で上記プラズマ発生手段によって上記酸素ガスをプラズマ化する工程と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１７】
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２に記載の発明において、上記プラズマ発生手段として上記載置台の上方に配置された上部電極を用いることを特徴とするものである。
【００１８】
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２または請求項３に記載の発明において、上記第１の高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚ以上に設定し、第２の高周波電力の周波数を３．２ＭＨｚ以下に設定することを特徴とするものである。
【００１９】
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４に記載の発明において、上記上部電極に印加する第１の高周波電力の密度を２．８３〜４．２５Ｗ／ｃｍ２に設定し、上記載置台に印加する第２の高周波電力の密度を０．２８Ｗ／ｃｍ２以下設定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、上記酸素ガスの滞留時間を５０〜２６０ｍ秒に設定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７に記載のプラズマ処理方法は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、上記酸素ガスの流量を６００〜１５００ｓｃｃｍに設定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、同一チャンバ内で連続して行われるエッチング及びアッシングによりウエハ等の被処理体の端部に付着した物質を迅速且つ確実に除去することができ、しかもチャンバ内の各部品のプラズマによる損傷を防止することができるプラズマ処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態の概略を示す断面図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置を用いた本発明方法の一実施形態を説明するための模式図で、（ａ）はアッシング処理後のサセプタを示す図、（ｂ）は本発明方法の一実施形態でウエハ端部の堆積物を除去する時のサセプタを示す図である。
【図３】図１に示すプラズマ処理装置の処理条件を実験計画法によって振ってウエハ端部の堆積物を除去した時の結果を示すグラフである。
【図４】エッチング工程を説明するための工程図で、（ａ）はエッチング直前の状態を示す図、（ｂ）はエッチング後の状態を示す図、（ｃ）はアッシング後の状態を示す図である。
【図５】プラズマ処理装置のサセプタの一部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図１〜図３に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
まず、本実施形態に用いられるプラズマ処理装置について図１を参照しながら説明する。このプラズマ処理装置１は、例えば図１に示すように二周波印加方式の平行平板型のプラズマ処理装置として構成され、例えば図４に示すウエハＷ中のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を所定のパターンに即してエッチングする。
【００２５】
上記プラズマ処理装置１は、図１に示すように、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の金属により形成され且つ保安接地されたチャンバ２と、このチャンバ２内の底部に絶縁体３を介して配置され且つ下部電極を兼ねる載置台（以下、適宜「サセプタ」または「下部電極」と称す。）４と、このサセプタ４の上方に配置された上部電極５と、本発明のプラズマ処理方法を実施する際のプログラムを有する制御装置（図示せず）とを備え、制御装置のプログラムによる制御下でウエハＷのエッチング、アッシング及びウエハ端部の堆積物を除去する一連のプラズマ処理を行う。そして、上部電極５には整合器６を介して第１の高周波電源７が接続され、下部電極４には整合器８を介して第２の高周波電源９が接続されている。更に、上部電極５にはローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０が接続され、サセプタ４にはハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１１が接続されている。
【００２６】
サセプタ４上には静電チャック１２が設けられ、その上にはウエハＷが載置されている。静電チャック１２は、絶縁体間に電極１２Ａが介在して構成され、電極１２Ａに接続された直流電源１３から直流電圧を印加することにより、クーロン力でウエハＷを静電吸着する。そして、サセプタ４の外周縁部にはウエハＷを囲むフォーカスリング１４が配置されている。このフォーカスリング１４はＳｉ等からなり、エッチングの均一性を向上させている。
【００２７】
また、サセプタ４内には複数（例えば、３本）のピン１５（図２参照）が昇降可能に設けられ、これらのピン１５を介してサセプタ４と搬出入口からチャンバ２内へ進入したウエハ搬送機構（図示せず）との間でウエハＷの受け渡しを行う。これらのピン１５は、後述のように制御装置の制御下でウエハＷのエッチング及びアッシングを連続して行った後、所定寸法だけ上昇し、その位置を所定時間保持し、この間に酸素ガスのプラズマによってウエハＷ端部の堆積物Ｄを除去する。
【００２８】
更に、サセプタ４内には冷媒流路４Ａが形成され、その入口に接続された流入管１６Ａから冷媒（例えば、エチレングリコール水溶液等）が流入すると共にその出口に接続された流出管１６Ｂから冷媒が流出し、冷媒が冷媒流路４Ａ内を循環してサセプタ４を冷却する。また、サセプタ４内には静電チャック１２を貫通して複数箇所で開口するガス流路４Ｂが形成され、このガス流路４Ｂ内にＨｅガス等の熱伝導度の高い伝熱性ガスを供給してガス流路４Ｂの開口部から静電チャック１２とウエハＷ間に流出させ、サセプタ４とウエハＷ間の熱伝達性を高めている。
【００２９】
また、上部電極５は、シャワーヘッド状の電極板５Ａと、この電極板５Ａを支持する支持体５Ｂとから構成され、絶縁体１７を介してチャンバ２の上部に支持されている。この上部電極５と下部電極４は例えば１０〜６０ｍｍ離間している。また、支持体５Ｂの中央にはガス導入口５Ｃが設けられ、このガス導入口５Ｃにはガス供給管１８を介して処理ガス供給源１９が接続されている。ガス供給管１８には上流側から下流側に向けてマスフローコントローラ２０及びバルブ２１が順次配設されている。処理ガス供給源１９は、エッチングガスとして利用する複数のガス源を有している。エッチングガスとしては例えばＣ５Ｆ８とＡｒとＯ２等の従来公知のガスを使用することができる。
【００３０】
一方、チャンバ２の底部には排気管２２が接続され、この排気管２２には排気装置２３が接続されている。また、チャンバ２の側壁の搬出入口にはゲートバルブ２４が配設され、ゲートバルブ２４が開放された搬出入口を介してウエハＷを隣接するロードロック室（図示せず）とチャンバ２の間で搬送する。
【００３１】
次に、上記プラズマ処理装置１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の（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。まず、ゲートバルブ２４を開放してウエハＷをチャンバ２内に搬入し、静電チャック１２上に載置する。次いで、ゲートバルブ２４を閉じ、排気装置２３によってチャンバ２内を減圧した後、ガス供給管１８のバルブ２１を開放し、例えばＣ５Ｆ８とＡｒとＯ２を処理ガス供給源１９から供給し、これらのガスをマスフローコントローラ２０で所定の流量（例えば、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２の流量＝１４０／６５０／２４ｓｃｃｍ）でエッチングガスとして上部電極５からチャンバ２内へ供給すると共にエッチングガスを所定の圧力に設定する。この状態で第１の高周波電源７から上部電極５へ例えば周波数が６０ＭＨｚの第１の高周波電力を印加すると共に第２の高周波電源９から下部電極４へ例えば周波数が２ＭＨｚの第２の高周波電力を印加し、第１の高周波電力によりエッチングガスをプラズマ化すると共に第２の高周波電力によってプラズマ中のイオンを下部電極４に引き込んでイオンアシストによるエッチングの異方性を高め、ウエハＷ中のＳｉＯ２膜を、レジスト膜を介してエッチングして例えば配線用のトレンチを形成する。この際、直流電源１３を静電チャック１２内の電極１２Ａに印加してウエハＷを静電チャック１２上に静電吸着する。
【００３２】
上述のようにＣ５Ｆ８とＡｒとＯ２とからなるエッチングガスによりＳｉＯ２膜をエッチングすると、ＳｉＯ２膜及びレジスト膜から副生成物が生成して図２の（ａ）に模式的に示すようにウエハＷの端部にポリマー等が堆積して堆積物を形成する。引き続き、チャンバ２内の残留ガスを窒素ガス等の化学的に不活性なガスで置換した後、チャンバ２内に酸素ガスを供給してチャンバ２内を所定の圧力（例えば、２０〜８００ｍＴｏｒｒ）に設定し、上部電極５に第１の高周波電力を印加すると共に下部電極４に第２の高周波電力を印加してレジスト膜をアッシングにより除去し、配線用のトレンチが形成されたＳｉＯ２膜を表出させる。
【００３３】
然る後、ウエハＷを次工程へ引き渡すためにピンを上昇させてサセプタ４からウエハＷを例えば１〜１８ｍｍ（本実施形態では１８ｍｍ）だけ持ち上げて図２の（ｂ）に示すように保持する。この状態で引き続きチャンバ２内に酸素ガスを供給し、アッシング時とは異なった条件で上部電極５に第１の高周波電力を印加すると共にサセプタ４に第２の高周波電力を印加して酸素ガスのプラズマを発生させ、このプラズマにより静電チャック１２から持ち上げられたウエハＷの端部の堆積物を除去する。
【００３４】
堆積物を除去する際、チャンバ２内の酸素ガスの圧力を例えば４００〜８００ｍＴｏｒｒに設定することが好ましく、また、酸素ガスのチャンバ２内の滞留時間を５０〜２６０ｍ秒に設定することが好ましい。酸素ガスの圧力が４００ｍＴｏｒｒ未満ではウエハＷ端部の堆積物の除去時間が長くなり、８００ｍＴｏｒｒを超えるとチャンバ２内の圧力の安定化時間が長くなって堆積物除去までに時間を要し、却ってスループットが低下する虞がある。また、酸素ガスの滞留時間が短いほど堆積物の除去時間が短くなるが、５０ｍ秒未満では４００〜８００ｍＴｏｒｒの圧力範囲で１５００ｓｃｃｍ以上の流量が必要となり、消費量の点で好ましくない。２６０ｍ秒を超えると堆積物の除去時間が長くなる。
【００３５】
ここで、酸素ガスの滞留時間は下記（１）式を用いて算出する。また、滞留時間を算出する時には、ウエハＷより外側のガスはエッチングに寄与しないと仮定し、計算上は考慮しない。下記（１）式において、τは滞留時間（秒）、Ｖはチャンバ２の体積（Ｌ）、Ｓは酸素ガスの排気速度（Ｌ／秒）、ｐはチャンバ２内の酸素ガスの圧力（Ｔｏｒｒ）、Ｑは酸素ガスの総流量（ｓｃｃｍ）である。
τ＝Ｖ／Ｓ＝ｐＶ／Ｑ・・・・（１）
【００３６】
また、ウエハＷの端部裏面側の堆積物を除去する場合には、上部電極５には第１の高周波電源７から１３．５６ＭＨｚ以上の周波数で２０００〜３０００Ｗ（電力密度に換算で２．８３〜４．２５Ｗ／ｃｍ２）の高周波電力を印加することが好ましい。第１の高周波電力の周波数が１３.５６ＭＨｚ未満では十分なプラズマ密度が得られないため、好ましくない。また、第１の高周波電力が２０００Ｗ未満では堆積物除去のスループットが低下し、その電力が３０００Ｗを超えるとオーバーエッチング気味になると共にチャンバ２内の部品の損傷を招く虞がある。
【００３７】
また、下部電極４には第２の高周波電源９から３．２ＭＨｚ以下の周波数で２００Ｗ（電力密度に換算で０.２８Ｗ／ｃｍ２）以下の高周波電力を印加する。第２の高周波電力の周波数が３．２ＭＨｚを超え、あるいはその電力が２００Ｗを超えると下部電極４のセルフバイアス電位が高くなってプラズマ中のイオンの引き込みが強く、トレンチの肩落ちや下部電極４及びその周辺の部品のプラズマによる損傷を招く虞があるため、好ましくない。
【００３８】
従って、上下各電極４、５の印加電力が大きいほど堆積物の除去速度は大きくなるが、チャンバ２内の各部品が消耗し易く、エッチング特性の低下（例えば、ホール等の肩落ち等）があり、印加電力には上限がある。また、堆積物を除去する場合には酸素ガス流量が大きいほど、つまり同一の圧力において酸素ガスの滞留時間が短いほど除去速度が大きくなるが、消費量増大の観点から、酸素ガス流量にも自ずと上限がある。
【００３９】
ところで、アッシングの最適条件と堆積物除去の最適条件は相違するため、上述したようにアッシングを行った後、堆積物の除去を行うようにしている。アッシング時には上部電極５の印加電力を大きく設定すると共に下部電極４の印加電力を小さく設定する必要があり、また、酸素ガスの流量も堆積物除去の場合よりも小さく設定する必要がある。また、アッシング時には、例えばチャンバ２内の酸素ガスの圧力を２０ｍＴｏｒｒ、酸素ガスの流量を３００ｓｃｃｍ、上部電極５を１５００Ｗ、下部電極４の電力を４００Ｗにそれぞれ設定することによりアッシングを円滑に行なうことができる。
【００４０】
上述のようにウエハ端部の堆積物を除去した後、チャンバ２内の残存ガスを窒素ガス等の不活性ガスで置換した後、ゲートバルブ２４を開いて処理済のウエハＷをチャンバ２から搬出し、次工程へ搬送する。
【００４１】
以上説明したように本実施形態によれば、チャンバ２内でサセプタ４からウエハＷを持ち上げた状態で上部電極５によって酸素ガスをプラズマ化し、このプラズマＰによってウエハＷの端部から堆積物Ｄを除去する際に、チャンバ２内の酸素ガスの圧力を４００〜８００ｍＴｏｒｒに設定するようにしたため、下部電極４に印加する第２の高周波電源９の周波数及び電力が低くてもウエハＷの端部に付着した堆積物Ｄを迅速且つ確実に除去することができ、しかもチャンバ２内の各部品のプラズマによる損傷を防止することができる。また、更に、その後のウエハ搬送機構の汚染や後工程での汚染を防止することができる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、上部電極５に印加する第１の高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚ以上に設定し、下部電極４に印加する第２の高周波電力の周波数を３．２ＭＨｚ以下に設定するようにしたため、ウエハ端部の堆積物をより短時間で除去してスループットを高めることができ、チャンバ２内の各部品の消耗をより確実に防止することができる。
【００４３】
また、チャンバ２内の酸素ガスの滞留時間を５０〜２６０ｍ秒に設定するようにしたため、より確実にウエハ端部の堆積物を除去することができる。更に、堆積物を除去するに先立ってウエハＷに対してエッチング及びアッシングを連続して行うようにしたため、エッチング、アッシング及びウエハ端部の堆積物除去に至る一連の処理を効率良く行なうことができ、これら一連の工程のスループットを高めることができる。
【実施例】
【００４４】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。本実施例では全面をレジスト膜で被覆した３００ｍｍのウエハを４枚準備し、プラズマ処理装置を用いてシリコン酸化膜をエッチング条件に準じた下記条件で、これらのウエハについてエッチングを行ってレジスト膜による副生成物をウエハの端部に堆積物として付着させ、試料ウエハを作成した。
［エッチング条件］
（１）上部電極に印加する第１の高周波電源の周波数：６０ＭＨｚ
（２）上部電極に印加する第１の高周波電力：１５００Ｗ
（３）下部電極に印加する第２の高周波電源の周波数：２ＭＨｚ
（４）下部電極に印加する第２の高周波電力：１５００Ｗ
（５）サセプタ温度：−１０℃
（６）チャンバ内の圧力：１２０ｍＴｏｒｒ
（７）エッチングガスの流量：
Ｃ５Ｆ８＝１４０ｓｃｃｍ、Ａｒ＝６５０ｓｃｃｍ、Ｏ２＝２４ｓｃｃｍ
（８）処理時間：２３０秒
【００４５】
実施例１
本実施例は、ウエハの堆積物をエッチングにより除去する場合のチャンバ２内の酸素ガスの圧力と第１、第２の高周波電力の関係を調べた。即ち、上記試料ウエハの堆積物の初期の膜厚を走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」と称す。）により観察し、その写真に基づいて測定した。その後、チャンバ２内のサセプタ４上に試料ウエハを載置した後、酸素ガスの流量を１２００ｓｃｃｍに制御して供給し、実験計画法（ＤＯＥ）に基づいて下記表１に示すように第１、第２の高周波電力及びチャンバ２内の酸素ガス圧力をレベル１〜レベル４の範囲で振り、ウエハ端部の堆積物をエッチングにより５秒間除去した。その後、チャンバ２から試料ウエハを取り出し、各ウエハのノッチＡ、Ｂ及びトップＡ、Ｂにおける堆積物の残存膜厚／減少膜厚をＳＥＭの観察写真に基づいて測定し、その結果を下記表２及び下記表３に示した。また、下記表１及び下記表２の測定結果を纏めて図示したものが図３である。尚、下記表１及び表２において、膜厚の単位はオングストロームである。
【００４６】
下記表２、下記表３及び図３において、ノッチとはウエハ端部のうち、ウエハのノッチ部分のことを云い、トップとはウエハ端部のうち、ノッチとは１８０°反対側の部分のことを云う。そして、ノッチＡはノッチ部分の裏面側を指し、ノッチＢはノッチ部分の裏面側の傾斜部（ベベル部）を指す。トップＡはトップ部分の裏面側を指し、トップＢはトップ部分の裏面側の傾斜部（ベベル部）を指す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
上記表２及び上記表３を纏めた図３に示す結果によれば、チャンバ２内の酸素ガスの圧力が高いほどウエハ端部の堆積物の膜厚減少量が大きくなり、除去速度の速いことが判った。また、図３に示すように上部電極５の電力が大きいほどウエハ端部の堆積物の膜厚減少量が大きくなり、除去速度の速いことが判った。しかし、図３に示すように下部電極４の電圧は図３に示すようにウエハ端部の堆積物除去には上述した他のファクターほどの効果がないことも判った。
【００５１】
実施例２
実際に堆積物を除去する場合には単に堆積物を除去する時間以外にも、チャンバ２内の圧力安定化時間を加算した時間で処理速度を評価する必要がある。そこで、本実施例では、実施例１において得られた結果を基に、上部電極の印加電圧を２０００Ｗに設定し、下記表４に示すようにチャンバ内の酸素ガス圧力を振って各圧力の安定化時間と各圧力での堆積物除去時間（下記表４ではクリーニング時間）とを測定し、これら両者の合計時間を実際の処理時間として評価した。
【００５２】
【表４】
【００５３】
上記表４に示す結果によれば、４００ｍＴｏｒｒ、６００ｍＴｏｒｒ及び８００ｍＴｏｒｒのうち、６００ｍＴｏｒｒにおける処理時間が最も短くなることが判った。即ち、堆積物除去時間は圧力が高くなるほど短くなるが、圧力安定化時間は圧力が低くなるほど短くなるため、処理時間の最短化をするためにはチャンバ内の圧力を最適化する必要がある。よって、酸素ガスの好ましい圧力範囲は４００〜８００ｍＴｏｒｒである。
【００５４】
実施例３
本実施例では、下記表５に示すように酸素ガス流量を振ってウエハを５秒間処理し、チャンバ内における酸素ガス流量と堆積物除去速度との関係をウエハのトップＡ及びトップＢのＳＥＭによって観察した。そして、ＳＥＭの観察写真に基づいて各部位の堆積物の残存膜厚を測定し、この残存膜厚と処理時間とから除去速度を求めた。これらの測定結果を下記表５に示した。尚、下記表５では残存膜厚及び除去速度は、残存膜厚／除去速度として示した。また、膜厚の単位はオングストローム、除去速度の単位はオングストローム／秒である。
【００５５】
【表５】
【００５６】
上記表５に示す結果によれば、酸素ガス流量が大きいほど堆積物の除去速度が大きいことが判った。堆積物の除去速度と酸素ガスの消費量の点から酸素ガスの流量は６００〜１５００ｓｃｃｍの範囲が好ましい。また、酸素ガス流量が１２００ｓｃｃｍの場合の結果から、下部電極４の第２の高周波電力の高い方が堆積物の除去速度の大きいことが判った。
【００５７】
上述の実施例２、３によって、酸素ガスの圧力範囲は４００〜８００ｍＴｏｒｒが好ましく、酸素ガスの流量範囲は６００〜１５００ｓｃｃｍが好ましいことが判った。そこで、前記式（１）を用いて酸素ガスの好ましい圧力範囲及び好ましい流量範囲における酸素ガスの滞留時間を計算したところ、下記表６に示す結果が得られた。下記表６の結果によれば、酸素ガスの滞留時間は５０〜２６０ｍ秒が好ましいことが判った。
【００５８】
【表６】
【００５９】
尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、本発明のプラズマ処理装置は、本発明方法を実施することができるプログラム仕様を有するものであれば、本発明に包含される。例えば、上記実施形態では上下の電極に互いに異なる周波数を有する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に場合について説明したが、上下の電極のいずれか一方に高周波電力を印加するプラズマ処理装置、上下の電極に更に別の周波数を有する高周波電力を印加するプラズマ処理装置、あるいは、これらのプラズマ処理装置に磁場形成手段を付加したプラズマ処理装置についても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１ プラズマ処理装置
２ チャンバ
４ サセプタ（載置台兼下部電極、保持体）
５ 上部電極（プラズマ発生手段）
７ 第１の高周波電源
９ 第２の高周波電源
１５ ピン（離間手段）
Ｗ ウエハ
Ｐ プラズマ
Ｄ 堆積物（物質）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つのチャンバ内で保持体によって保持された被処理体に対してエッチングを行って上記被処理体の端部に付着した物質を、上記エッチングとアッシングを連続して行った後にアッシング時に続けて上記チャンバ内に供給される酸素ガスから生成させるプラズマによって除去する方法であって、上記チャンバ内の上記酸素ガスの圧力を上記アッシング時とは異なる４００〜８００ｍＴｏｒｒに設定する工程と、上記保持体から上記被処理体を離した状態で酸素ガスをプラズマ化する工程と、を備えていることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
一つのチャンバ内でプラズマ発生手段に第１の高周波電力を印加してプラズマを発生させると共に第１の高周波電力より周波数の低い第２の高周波電力を被処理体の載置台に印加するプラズマ処理装置を用いて、上記チャンバ内で上記載置台上に載置された上記被処理体に対してエッチングを行って上記被処理体の端部に付着した物質を、上記エッチングとアッシングを連続して行った後にアッシング時に続けて上記チャンバ内に供給される酸素ガスから生成させるプラズマによって除去する方法であって、上記チャンバ内の上記酸素ガスの圧力を上記アッシング時とは異なる４００〜８００ｍＴｏｒｒに設定する工程と、上記載置台から上記被処理体を離した状態で上記プラズマ発生手段によって上記酸素ガスをプラズマ化する工程と、を備えていることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】
上記プラズマ発生手段として上記載置台の上方に配置された上部電極を用いることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
上記第１の高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚ以上に設定し、第２の高周波電力の周波数を３．２ＭＨｚ以下に設定することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
上記上部電極に印加する第１の高周波電力の密度を２．８３〜４．２５Ｗ／ｃｍ２に設定し、上記載置台に印加する第２の高周波電力の密度を０．２８Ｗ／ｃｍ２以下設定することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
上記酸素ガスの滞留時間を５０〜２６０ｍ秒に設定する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。
【請求項７】
上記酸素ガスの流量を６００〜１５００ｓｃｃｍに設定することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１】
一つのチャンバ内で保持体によって保持された被処理体に対してエッチングを行って上記被処理体の端部に付着した物質を、上記エッチングとアッシングを連続して行った後にアッシング時に続けて上記チャンバ内に供給される酸素ガスから生成させるプラズマによって除去する方法であって、上記チャンバ内の上記酸素ガスの圧力を上記アッシング時とは異なる４００〜８００ｍＴｏｒｒに設定する工程と、上記保持体から上記被処理体を離した状態で酸素ガスをプラズマ化する工程と、を備えていることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
一つのチャンバ内でプラズマ発生手段に第１の高周波電力を印加してプラズマを発生させると共に第１の高周波電力より周波数の低い第２の高周波電力を被処理体の載置台に印加するプラズマ処理装置を用いて、上記チャンバ内で上記載置台上に載置された上記被処理体に対してエッチングを行って上記被処理体の端部に付着した物質を、上記エッチングとアッシングを連続して行った後にアッシング時に続けて上記チャンバ内に供給される酸素ガスから生成させるプラズマによって除去する方法であって、上記チャンバ内の上記酸素ガスの圧力を上記アッシング時とは異なる４００〜８００ｍＴｏｒｒに設定する工程と、上記載置台から上記被処理体を離した状態で上記プラズマ発生手段によって上記酸素ガスをプラズマ化する工程と、を備えていることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】
上記プラズマ発生手段として上記載置台の上方に配置された上部電極を用いることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
上記第１の高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚ以上に設定し、第２の高周波電力の周波数を３．２ＭＨｚ以下に設定することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
上記上部電極に印加する第１の高周波電力の密度を２．８３〜４．２５Ｗ／ｃｍ２に設定し、上記載置台に印加する第２の高周波電力の密度を０．２８Ｗ／ｃｍ２以下設定することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
上記酸素ガスの滞留時間を５０〜２６０ｍ秒に設定する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。
【請求項７】
上記酸素ガスの流量を６００〜１５００ｓｃｃｍに設定することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２６３２４４（Ｐ２０１０−２６３２４４Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８０４２５（Ｐ２０１０−１８０４２５）
【出願日】平成２２年８月１１日（２０１０．８．１１）
【分割の表示】特願２００３−６８１２９（Ｐ２００３−６８１２９）の分割
【原出願日】平成１５年３月１３日（２００３．３．１３）
【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２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１１日（２０１０．８．１１）
【分割の表示】特願２００３−６８１２９（Ｐ２００３−６８１２９）の分割
【原出願日】平成１５年３月１３日（２００３．３．１３）
【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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