(57)【要約】【課題】  フェンスの発生を回避するとともに、高エッチングレートでＴｉをエッチング可能であり、さらには、エッチングの過程でチャンバー内堆積物の発生を抑制し、パーティクル汚染を未然に防止できるプラズマエッチング方法を提供する。【解決手段】  マスク層の下に形成された被エッチング層としてのＴｉ層が形成された被処理体に対し、チャンバー内圧力４Ｐａ以下でフッ素化合物を含むエッチングガスのプラズマを作用させ、Ｔｉ層をエッチングする第１のプラズマ処理工程と、第１のプラズマ処理工程の終了後、クリーニングガスのプラズマにより処理チャンバー内をドライクリーニングする第２のプラズマ処理工程と、を含み、クリーニングガスが、フッ素化合物、フッ素化合物と希ガスの混合ガス、及び酸素から成る群から選択された１つのガスのみから成るガスであり、第１のプラズマ処理工程によって生成したＴｉ化合物を含む堆積物を除去する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空に保持可能な処理容器内で、少なくとも所定形状のパターンが形成されたマスク層と、前記マスク層の下に形成された被エッチング層としてのＴｉ層と、が形成された被処理体に対し、
チャンバー内圧力４Ｐａ以下でフッ素化合物を含むエッチングガスのプラズマを作用させ、前記Ｔｉ層をエッチングする第１のプラズマ処理工程と、
第１のプラズマ処理工程の終了後、クリーニングガスのプラズマにより前記処理チャンバー内をドライクリーニングする第２のプラズマ処理工程と、
を含み、前記第２のプラズマ処理工程で用いるクリーニングガスが、フッ素化合物、フッ素化合物と希ガスの混合ガス、及び酸素から成る群から選択された１つのガスのみから成るガスであり、前記第２のプラズマ処理工程では前記第１のプラズマ処理工程によって生成したＴｉ化合物を含む堆積物を除去することを特徴とする、プラズマエッチング方法。
【請求項２】
前記第１のプラズマ処理工程と前記第２のプラズマ処理工程とを交互に繰り返して実施することを特徴とする、請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
前記フッ素化合物が、ＮＦ３またはＣＦ４であることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記第２のプラズマ処理工程におけるチャンバー内圧力が６．７Ｐａ以下であることを特徴とする、請求項１または請求項３に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法が行なわれるようにプラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラム。
【請求項６】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法に用いられるプラズマ処理装置を制御することを特徴とする、コンピュータ記憶媒体。
【請求項７】
プラズマを発生させるプラズマ供給源と、
前記プラズマにより、被処理体に対しエッチング処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を載置する支持体と、
前記処理容器内を減圧するための排気手段と、
前記処理容器内にガスを供給するためのガス供給手段と、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載されたプラズマエッチング方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマエッチング方法に関し、詳細には、反応性ガスのプラズマを利用してＴｉなどの金属膜にエッチングを行なうプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置において、チタン（Ｔｉ）などの金属は、例えば配線材料として用いられるほか、ＭＯＳトランジスタなどの寄生抵抗を低減する目的でシリサイド化して用いられている。例えばＭＯＳトランジスタの製造過程では、ゲート電極や拡散層の表面にＴｉを成膜した後、熱処理を施してシリサイド化し、未反応のＴｉ膜を除去する工程が実施される。基板上に成膜されたＴｉ膜をエッチングにより除去する技術として、ＣＦ４系のエッチングガスのプラズマによるドライエッチングを行なう方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５３−１１８３７２号公報（図１〜図５など）
【特許文献２】特開昭５６−６６０４０号公報（特許請求の範囲など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、スループット向上の観点から、エッチングレートは高い方が好ましく、Ｔｉ膜に対してエッチングを行なう場合でも、高エッチングレートでの処理を実現することが求められる。ところが上記従来技術の方法は、いずれもエッチングレートを速くすることについては全く考慮されていない。例えば、特許文献２の方法では、立ち上がりを速くするためプリエッチを実施した後のエッチングにおいてさえ３０〜４０ｎｍ／ｍｉｎ程度のエッチングレートしか得られておらず（同文献、図１参照）、到底現在の高速エッチングの要請に応えうるものではない。
【０００５】
一方、Ｔｉ膜を上記特許文献１、２に記載されたＣＦ系ガスのプラズマにより高速エッチングすると、フェンスとよばれるエッチング残渣の再付着現象が発生することがある。この現象は、高速エッチングの際の強いスパッタ作用によってＴｉなどのエッチング残渣が飛散し、フォトレジストや他の金属材料の側面に再付着するものである。このフェンスは、Ｔｉによるコンタミネーションを引き起こす原因となるため、出来るだけ回避することが求められる。
【０００６】
また、Ｔｉ膜をプラズマエッチングする際には、多量のチャンバー内堆積物が形成される。この堆積物は、パーティクル汚染の原因となることから、信頼性の高い半導体装置を製造する妨げになる。よって、Ｔｉ膜のプラズマエッチングにおいては、チャンバー内堆積物への対策を講ずる必要がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、まずフェンスの発生を回避するとともに、高エッチングレートでＴｉをエッチング可能なプラズマエッチング方法を提供することであり、さらには、エッチングの過程でチャンバー内堆積物の発生を抑制し、パーティクル汚染を未然に防止することが可能なプラズマエッチング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点によれば、真空に保持可能な処理容器内で、少なくとも所定形状のパターンが形成されたマスク層と、前記マスク層の下に形成された被エッチング層としてのＴｉ層と、が形成された被処理体に対し、
チャンバー内圧力４Ｐａ以下でフッ素化合物を含むエッチングガスのプラズマを作用させ、前記Ｔｉ層をエッチングする第１のプラズマ処理工程と、
第１のプラズマ処理工程の終了後、クリーニングガスのプラズマにより前記処理チャンバー内をドライクリーニングする第２のプラズマ処理工程と、
を含み、前記第２のプラズマ処理工程で用いるクリーニングガスが、フッ素化合物、フッ素化合物と希ガスの混合ガス、及び酸素から成る群から選択された１つのガスのみから成るガスであり、前記第２のプラズマ処理工程では前記第１のプラズマ処理工程によって生成したＴｉ化合物を含む堆積物を除去することを特徴とする、プラズマエッチング方法が提供される。
【０００９】
第１の観点のプラズマエッチング方法において、前記第１のプラズマ処理工程と前記第２のプラズマ処理工程とを交互に繰り返して実施することが好ましい。また、前記第２のプラズマ処理工程で用いるクリーニングガスが、フッ素化合物または酸素を含有するガスであることが好ましい。ここで、前記フッ素化合物としては、ＮＦ３またはＣＦ４が好ましい。
また、前記第２のプラズマ処理工程におけるチャンバー内圧力は６．７Ｐａ以下であることが好ましい。
【００１０】
本発明の第２の観点によれば、コンピュータ上で動作し、実行時に、上記第１の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるようにプラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラムが提供される。
【００１１】
本発明の第３の観点によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、上記第１の観点のプラズマエッチング方法に用いられるプラズマ処理装置を制御することを特徴とする、コンピュータ記憶媒体が提供される。
【００１２】
本発明の第４の観点によれば、プラズマを発生させるプラズマ供給源と、
前記プラズマにより、被処理体に対しエッチング処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を載置する支持体と、
前記処理容器内を減圧するための排気手段と、
前記処理容器内にガスを供給するためのガス供給手段と、
上記第１の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマエッチング装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のプラズマエッチング方法によれば、エッチングガスとしてフッ素化合物を含有するガスを用い、かつ所定の低圧条件でプラズマエッチングを行なうことにより、高いエッチングレートを維持しながらＴｉ膜をエッチングできるとともに、フェンスの発生を効果的に防止することができる。
また、プラズマエッチング処理と、所定の条件によるプラズマクリーニング処理を組み合わせて実施することにより、チャンバー内堆積物の蓄積を抑制できるので、パーティクル汚染を予防し、もって半導体装置の信頼性を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る方法を実施するためのマグネトロンＲＩＥプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図。
【図２】図１の装置のチャンバーの周囲に配置された状態のダイポールリング磁石を模式的に示す水平断面図。
【図３】チャンバー内に形成される電界および磁界を説明するための模式図。
【図４】本発明の第１実施形態に係るプラズマエッチング方法の手順を示しており、（ａ）はエッチング時、（ｂ）はエッチング工程終了後の状態を示す図面。
【図５】プラズマエッチング処理後のチャンバー内堆積物のＸＰＳ分析による波形分離結果を示すグラフ図。
【図６】本発明の第２実施形態に係るプラズマエッチング方法の処理手順を示すフロー図。
【図７】処理ガスを変えてクリーニング処理をした後の上部天板における堆積物の厚さの測定結果を示すグラフ図。
【図８】圧力を変えてクリーニング処理をした後の上部天板における堆積物の厚さの測定結果を示すグラフ図。
【図９】プラズマエッチングにおけるウエハ処理枚数とパーティクルの関係を示すグラフ図面。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明方法を実施する目的で好適に使用可能なマグネトロンＲＩＥ方式のプラズマエッチング装置１００の概要を示す断面図である。このエッチング装置１００は、気密に構成され、小径の上部１ａと大径の下部１ｂとからなる段つき円筒状をなし、壁部が例えばアルミニウム製のチャンバー（処理容器）１を有している。
【００１６】
このチャンバー１内には、被処理体としてＴｉ膜が成膜されたシリコン基板である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗを水平に支持する支持テーブル２が設けられている。支持テーブル２は例えばアルミニウムで構成されており、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、支持テーブル２の上方の外周には、例えばＳｉあるいは石英などで形成されたフォーカスリング５が設けられている。上記支持テーブル２と支持台４は、ボールねじ７を含むボールねじ機構により昇降可能となっており、支持台４の下方の駆動部分は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製のベローズ８で覆われている。ベローズ８の外側にはベローズカバー９が設けられている。また、上記フォーカスリング５の外側にはバッフル板１０が設けられている。なお、チャンバー１は接地されている。
【００１７】
チャンバー１の下部１ｂの側壁には、排気ポート１１が形成されており、この排気ポート１１には排気系１２が接続されている。そして排気系１２の真空ポンプを作動させることによりチャンバー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。一方、チャンバー１の下部１ｂの側壁上側には、ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ１３が設けられている。
【００１８】
支持テーブル２には、整合器１４を介してプラズマ形成用の第１の高周波電源１５が接続されており、この第１の高周波電源１５から所定の周波数の高周波電力が支持テーブル２に供給されるようになっている。一方、支持テーブル２に対向してその上方には後で詳細に説明するシャワーヘッド２０が互いに平行に設けられており、このシャワーヘッド２０は接地されている。したがって、支持テーブル２およびシャワーヘッド２０は一対の電極として機能する。
【００１９】
支持テーブル２の表面上にはウエハＷを静電吸着して保持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が介在されて構成されており、電極６ａには直流電源１６が接続されている。そして電極６ａに電源１６から電圧が印加されることにより、静電力例えばクーロン力によってウエハＷが吸着される。
【００２０】
支持テーブル２の内部には、温度調節媒体室１７が設けられており、この温度調節媒体室１７には、温度調節媒体が導入管１７ａを介して導入され排出管１７ｂから排出されて循環し、その熱（温熱、冷熱）が支持テーブル２を介してウエハＷに対して伝熱され、これによりウエハＷの処理面が所望の温度に制御される。
【００２１】
また、チャンバー１が排気系１２により排気されて真空に保持されていても、温度調節媒体室１７に循環される温度調節媒体によりウエハＷを有効に温度調節可能なように、伝熱媒体としてのガスが、ガス導入機構１８によりそのガス供給ライン１９を介して静電チャック６の表面とウエハＷの裏面との間に所定圧力（バックプレッシャー）で導入される。このように伝熱媒体としてのガスを導入することにより、温度調節媒体の熱がウエハＷに有効に伝達され、ウエハＷの温度調節効率を高くすることができる。
【００２２】
上記シャワーヘッド２０は、チャンバー１の天壁部分に支持テーブル２に対向するように設けられている。このシャワーヘッド２０は、その下面に多数のガス吐出孔２２が設けられており、かつその上部にガス導入部２０ａを有している。そして、その内部には空間２１が形成されている。ガス導入部２０ａにはガス供給配管２３ａが接続されており、このガス供給配管２３ａの他端には、エッチングガスやクリーニングガスなどの処理ガスを供給する処理ガス供給系２３が接続されている。
【００２３】
このような処理ガスが、処理ガス供給系２３からガス供給配管２３ａ、ガス導入部２０ａを介してシャワーヘッド２０の空間２１に至り、ガス吐出孔２２から吐出される。
【００２４】
一方、チャンバー１の上部１ａの周囲には、同心状に、上下一対のダイポールリング磁石２４ａ，２４ｂが配置されている。ダイポールリング磁石２４ａ，２４ｂは、それぞれ図２の水平断面図に示すように、複数の異方性セグメント柱状磁石３１がリング状の磁性体のケーシング３２に取り付けられて構成されている。この例では、円柱状をなす１６個の異方性セグメント柱状磁石３１がリング状に配置されている。図２中、異方性セグメント柱状磁石３１の中に示す矢印は磁化の方向を示すものであり、この図に示すように、複数の異方性セグメント柱状磁石３１の磁化の方向を少しずつずらして全体として一方向に向かう一様な水平磁界Ｂが形成されるようになっている。
【００２５】
したがって、支持テーブル２とシャワーヘッド２０との間の空間には、図３に模式的に示すように、第１の高周波電源１５により鉛直方向の電界ＥＬが形成され、かつダイポールリング磁石２４ａ，２４ｂにより水平磁界Ｂが形成され、このように形成された直交電磁界によりマグネトロン放電が生成される。これによって高エネルギー状態のエッチングガスのプラズマが形成され、ウエハＷがエッチングされる。
【００２６】
また、プラズマエッチング装置１００の各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ５０には、工程管理者がプラズマエッチング装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインタフェィス５１が接続されている。
【００２７】
また、プロセスコントローラ５０には、プラズマエッチング装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部５２が接続されている。
【００２８】
そして、必要に応じて、ユーザーインタフェィス５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下で、プラズマエッチング装置１００での所望の処理が行われる。また、前記レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、不揮発性メモリなどの読み出し可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させて利用したりすることも可能である。
【００２９】
次に、このように構成されるプラズマエッチング装置１００を用いた本発明方法の第１実施形態に係るプラズマエッチング方法について、適宜図４を参照しながら説明する。
まず、図１のゲートバルブ１３を開にしてウエハＷをチャンバー１内に搬入し、支持テーブル２に載置した後、支持テーブル２を図示の位置まで上昇させ、排気系１２の真空ポンプにより排気ポート１１を介してチャンバー１内を排気する。この状態のウエハＷは、図４（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１０１上に、絶縁酸化膜のＳｉＯ２層１０２、被エッチング層としてのＴｉ層１０３およびマスク層１０４が積層された構造をしている。マスク層１０４としては、Ｔｉ層１０３とのエッチング選択性を有するものであれば特に制限はなく、例えばフォトレジストや、メタルなどによるハードマスク、あるいは他工程により形成された上層などを用いることができる。また、マスク層１０４には、所定形状のパターンが形成されている。
【００３０】
そして処理ガス供給系２３からエッチングガスおよび希釈ガスを含む処理ガスが所定の流量でチャンバー１内に導入され、チャンバー１内の圧力を４Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）以下、ウエハＷ（支持テーブル２）の温度を５０〜８０℃とし、その状態で第１の高周波電源１５から支持テーブル２に所定の高周波電力を供給する。プラズマを生成させるための高周波電力としては、エッチングレートを高くする観点から、例えば２０００Ｗ以上とすることが好ましく、３０００〜５０００Ｗ程度がより好ましい。この際に、ウエハＷは、直流電源１６から静電チャック６の電極６ａに所定の電圧が印加されることにより例えばクーロン力により静電チャック６に吸着保持されるとともに、上部電極であるシャワーヘッド２０と下部電極である支持テーブル２との間に高周波電界が形成される。シャワーヘッド２０と支持テーブル２との間にはダイポールリング磁石２４ａ，２４ｂにより水平磁界Ｂが形成されているので、ウエハＷが存在する電極間の処理空間には直交電磁界が形成され、これによって生じた電子のドリフトによりマグネトロン放電が生成される。そしてこのマグネトロン放電により形成されたエッチングガスのプラズマによりウエハＷがエッチングされる。この場合に、通常のエッチングでは、チャンバー１内のガス圧力を高めに設定することにより、イオンおよび電子の荷電粒子のみならず、十分な量のラジカルを生成させることができ、このラジカルが有効に作用してエッチングレートを向上させることができる。また、圧力が低いとスパッタ作用が強まりフェンスが発生しやすくなるため、この観点からも通常のエッチングでは６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）以上の比較的高圧の条件が採用される。しかし、本実施形態では、Ｔｉ層１０３のプラズマエッチングにおいて、後述するように敢えて４Ｐａ以下（つまり、０〜４Ｐａの範囲）の低い圧力条件を用いることによって、フェンスの発生を防止しながら、例えば９０〜１４０ｎｍ／ｍｉｎという高速のエッチングを実現することができる。
【００３１】
本実施形態ではＲＩＥタイプのプラズマ生成機構を用い、ウエハＷを載置する下部電極である支持テーブル２に高周波電力を印加するので、プラズマを被処理体の直上で形成することができる。また、電極間に電界と直交する磁場を形成しながらエッチングを行うことにより、電子に螺旋軌道を描かせガス分子との衝突の機会を増やすことができるため、被処理体の直上で高プラズマ密度が実現される。これらにより、一層高速でエッチングすることができる。
【００３２】
第１のエッチング工程で使用する処理ガスとしては、ウエハＷを高速でエッチングする観点から反応性の高いフッ素化合物含有ガスを用いることが好ましい。ここで、フッ素化合物としては、例えば、ＣＦ４、Ｃ３Ｆ８、ＳＦ６、Ｓ２Ｆ１０、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ８等を挙げることができる。また、これらのフッ素化合物とともに、例えばＡｒ、Ｘｅ、Ｋｒなどの希ガスやＮ２などの不活性ガスを用いることもできる。
【００３３】
また、ガス導入機構１８によりガス供給ライン１９を介してウエハＷに熱（温熱または冷熱）を有効に供給するための伝熱媒体のガスが静電チャック６の表面とウエハＷの裏面との間に所定圧力（バックプレッシャー）で導入される。このガスとしては、例えばＨｅなどを用いることができる。
【００３４】
プラズマ生成用の第１の高周波電源１５は、所望のプラズマを形成するためにその周波数および出力が適宜設定される。ウエハＷの直上のプラズマ密度を高くする観点からは、周波数が１０ＭＨｚ以上であることが好ましい。
【００３５】
ダイポールリング磁石２４ａ，２４ｂは、ウエハＷの直上のプラズマ密度を高くするために、対向電極である支持テーブル２およびシャワーヘッド２０の間の処理空間に磁場を印加するが、その効果を有効に発揮させるためには処理空間に１００００μＴ（１００Ｇ）以上の磁場を形成するような強度の磁石であることが好ましい。磁場は強ければ強いほどプラズマ密度を高くする効果が増加すると考えられるが、安全性の観点から１０００００μＴ（１ｋＧ）以下であることが好ましい。
【００３６】
エッチング工程では、図４（ａ）に示すように、例えばＣＦ４ガスプラズマによって、Ｔｉ層１０３のエッチングを行なう。この際、本発明方法においては、例えば９０〜１４０ｎｍ／ｍｉｎという高いエッチングレートでの高速エッチングが可能である。４Ｐａ以下の低圧でのプラズマエッチング処理の場合、Ｔｉ層１０３を構成していたＴｉは、ＴｉＦ４となり、その低い蒸気圧によって蒸発する。この低圧エッチング機構によりフェンスの発生が防止される。そして、エッチングによってＴｉ層１０３を形成していたＴｉは、マスク層１０４でマスクされた領域を除き、ＳｉＯ２層１０２から除去される。残ったＴｉ層１０３は、マスク層１０４と同様のパターンで図４（ｂ）に示すようにパターニングされる。
【００３７】
ここで、本発明の効果を確認した試験結果について述べる。
図１と同様の構成のプラズマエッチング装置１００により、図４と同様に構成されたＴｉ層１０３を有するウエハＷに対して、エッチングガスとしてＣＦ４とＡｒを用い、以下に示す条件でＴｉ層１０３のプラズマエッチングを実施した。
【００３８】
＜条件１＞
磁場の強さ＝１２０００μＴ（１２０Ｇ）勾配磁石；
磁場の傾き＝８．５３ｄｅｇ．；
チャンバー１内の圧力＝４Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）；
高周波電力＝４０００Ｗ；
ＣＦ４／Ａｒ流量＝３００／６００ｍｌ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）；
上下部電極間距離（シャワーヘッド２０の下面と支持テーブル２の上面までの距離、以下同様である）＝４０ｍｍ；
Ｈｅバックプレッシャー（センター部／エッジ部）＝１３３３／３３３２．５Ｐａ（１０／２５Ｔｏｒｒ）；
シャワーヘッド２０の温度＝６０℃；
チャンバー１側壁の温度＝６０℃；
支持テーブル２の温度＝５０℃；
処理時間＝５３.７秒
【００３９】
＜条件２＞
チャンバー内圧力を６．７Ｐａとし、処理時間９４．８秒とした以外は実施例１と同様にしてプラズマエッチングを実施した。
【００４０】
プラズマエッチング処理後、条件１および条件２のそれぞれのウエハＷを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、条件２の場合は、条件１に比べスパッタ力が弱い高圧処理であるにもかかわらず、マスク層１０４の側壁に縦縞様のフェンスが観察された。これに対し、条件１の場合はフェンスの発生は観察されなかった（いずれも結果は図示を省略する）。
また、条件１のエッチング後にチャンバー１内の堆積物をＸＰＳ分析したところ、Ｔｉのピークが検出された。このＴｉピークを波形分離した結果を図５に示した。この図５より、堆積物中に含まれるＴｉは、多くがＴｉＦ４として存在することが裏付けられた。
６．７Ｐａの高圧処理である条件２では、エッチングレートが１４０ｎｍ／ｍｉｎと高かったものの、前記のようにフェンスが発生したことから、フッ素含有ガスプラズマでＴｉ層１０３をエッチングする場合に特有の現象として、エッチングレート向上とフェンスの抑制とがトレードオフの関係にあることが確認された。これに対し、条件１では、フェンスの発生を防止しつつ、そのエッチングレートは９０ｎｍ／ｍｉｎであり、実用上十分なエッチングレートで高速エッチングが実現できた。
【００４１】
以上のことから、フッ素含有ガスのプラズマによって、４Ｐａ以下の低圧条件でエッチング処理を行なうことにより、Ｔｉ層１０３を構成するＴｉをＴｉＦ４に変え、蒸発させて除去できる。この方法によるエッチングでは、Ｔｉがスパッタによってフォトレジストや他の金属膜に付着するフェンスの発生を防止できることが確認された。
【００４２】
次に、上記第１実施形態のプラズマエッチング方法に、チャンバー１のクリーニング処理を組み合わせた本発明の第２実施形態に係るプラズマエッチング方法について述べる。第１実施形態のプラズマエッチング処理を実施すると、チャンバー１内には、多量の堆積物が生成する。この堆積物をＸＰＳ分析したところ、ＴｉＦ４とＣＦ系化合物が混在していることが判明した。この堆積物はパウダー状であるため、ウエハＷの周囲のパーツ、特に上部天板（図１のシャワーヘッド２０の下部に配置される部材；図示を省略）に付着し堆積していくとパーティクルの原因となる。このため、プラズマエッチング処理にドライクリーニング処理を組み合わせて実施することにより、安定的なプラズマエッチング処理が可能になる。
【００４３】
図６は、第２実施形態に係るプラズマエッチング方法の処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１０１では、Ｔｉ層１０３が形成されたＴｉブランケットウエハをチャンバー１内に搬入し、ステップＳ１０２ではプラズマエッチング処理を実施する。このステップＳ１０１、ステップＳ１０２におけるプラズマエッチング処理は、上記第１実施形態と同様に行なわれる。
【００４４】
プラズマエッチング処理の終了後、ステップＳ１０３では、エッチング後に圧力調整等の所要の処理を行なった後、図１のゲートバルブ１３を開にしてウエハＷをチャンバー１から搬出する。次に、ステップＳ１０４では、ベアＳｉウエハをチャンバー１内に搬入する。ベアＳｉウエハは、成膜等がなされていない清浄なウエハである。
ステップＳ１０５では、ベアＳｉウエハに対してプラズマクリーニング処理を実施する。プラズマクリーニングにおける処理ガスとしては、例えばＮＦ３、ＣＦ４などのフッ素化合物や、Ｏ２などを含むガスが好適に使用される。また、処理ガス中には、例えば、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｈｅなどの希ガスやＮ２などの不活性ガスを含めることができる。ステップＳ１０５におけるクリーニング処理の圧力としては、クリーニング効率を高める観点から６．７Ｐａ以下（つまり、０〜６．７Ｐａの範囲）が好ましく、４Ｐａ以下がより好ましく、２Ｐａ以下が望ましい。また、クリーニング処理の温度としては、５０℃以上が好ましく、８０℃以上がより好ましい。
【００４５】
ここで、処理ガスの種類がクリーニング効果に及ぼす影響ついて検討を行なった結果について説明する。処理ガスとして、ＣＦ４／Ａｒの混合ガス、ＮＦ３／Ａｒの混合ガス、Ｏ２ガス（単独）の三種について、以下に示す条件でクリーニングを実施し、上部天板における堆積物の厚さを測定した。
【００４６】
ＣＦ４／Ａｒガス：
磁場の強さ＝１２０００μＴ（１２０Ｇ）勾配磁石；
磁場の傾き＝８．５３ｄｅｇ．；
チャンバー１内の圧力＝４Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）；
高周波電力＝４０００Ｗ；
ＣＦ４／Ａｒ流量＝３００／６００ｍｌ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）；
上下部電極間距離＝４０ｍｍ；
Ｈｅバックプレッシャー（センター部／エッジ部）＝１３３３／３３３２．５Ｐａ（１０／２５Ｔｏｒｒ）；
シャワーヘッド２０の温度＝８０℃；
チャンバー１側壁の温度＝６０℃；
支持テーブル２の温度＝５０℃；
処理時間＝９０秒
【００４７】
ＮＦ３／Ａｒガス：
ＮＦ３／Ａｒガスを用いた以外は、ＣＦ４／Ａｒガスの場合と同様の条件で実施した。
【００４８】
Ｏ２ガス：
Ｏ２流量＝９００ｍｌ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、磁場の傾き＝１２．８８ｄｅｇ．とした以外は、ＣＦ４／Ａｒガスの場合と同様の条件で実施した。
【００４９】
堆積物の測定ポイントは、上部天板の中央部（Ｃ）および最エッジ部（Ｅ３）と、これらの間で中央部（Ｃ）側から略等間隔で順に中間部（Ｍ）、第１エッジ部（Ｅ１）、第２エッジ部（Ｅ２）とした（以下、同じ）。その結果を図７に示した。
図７から、最も効果が高いガスはＮＦ３／Ａｒであり、Ｏ２は上部天板をほぼ全体的にクリーニングする作用があり、ＣＦ４／Ａｒは、他の二つのガス系に比べて第１エッジ部（Ｅ１）のクリーニング効果が弱いことが判明した。この結果から、例えばＮＦ３／Ａｒガスでは単独処理で、またＣＦ４／Ａｒガス処理では、Ｏ２ガス処理と組み合わせ、例えばＣＦ４／Ａｒガス処理の後にＯ２ガス処理を実施することによって、充分なクリーニング効果が期待できる。
【００５０】
次に、処理圧力がクリーニング効果に及ぼす影響について検討を行なった結果を図８に示す。Ｏ２ガス（単独）を用い、以下に示す条件で圧力（ガス流量）を変えてクリーニングを実施し、上部天板における堆積物の厚さを測定した。
【００５１】
クリーニング条件：
磁場の強さ＝１２０００μＴ（１２０Ｇ）勾配磁石；
磁場の傾き＝１２．８８ｄｅｇ．；
チャンバー１内の圧力＝４Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）または２Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）；
高周波電力＝４０００Ｗ；
Ｏ２流量＝９００ｍｌ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）または４５０ｍｌ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）；
上下部電極間距離＝４０ｍｍ；
Ｈｅバックプレッシャー（センター部／エッジ部）＝１３３３／３３３２．５Ｐａ（１０／２５Ｔｏｒｒ）；
シャワーヘッド２０の温度＝８０℃；
チャンバー１側壁の温度＝６０℃；
支持テーブル２の温度＝５０℃；
処理時間＝９０秒
【００５２】
図８より、チャンバー内圧力を４Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）から２Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）に下げることによって、上部天板のほぼ全域において堆積物の膜厚がより薄くなり、クリーニング効果が向上することが示された。
【００５３】
図６の処理手順において、クリーニング終了後は、圧力調整等の所要の処理を行なった後、ステップＳ１０６で図１のゲートバルブ１３を開にしてウエハＷをチャンバー１から搬出する。次に、再びステップＳ１０１に戻り、新たなＴｉブランケットウエハの処理を行なう。クリーニングは、一定枚数（例えば１ロット）のウエハＷをエッチング処理した後で行なうことも可能であるが、図６のように、1枚のＴｉブランケットウエハをプラズマエッチング処理する毎に、チャンバー１のプラズマクリーニングを実施することが好ましい。これによってチャンバー１における堆積物を除去し、パーティクル汚染を防止しながら、安定的なプラズマエッチング処理が可能になる。
【００５４】
図９は、図６のフローチャートに従い、以下の条件でＴｉブランケットウエハをプラズマエッチング処理した場合の０．５μｍ以上のパーティクル数をパーティクルカウンターにて測定した結果を示している。なお、比較のため、クリーニングを実施しなかった場合の結果も併記した。
【００５５】
エッチング条件：
磁場の強さ＝１２０００μＴ（１２０Ｇ）勾配磁石；
磁場の傾き＝８．５３ｄｅｇ．；
チャンバー１内の圧力＝４Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）；
高周波電力＝４０００Ｗ；
ＣＦ４／Ａｒ流量＝３００／６００ｍｌ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）；
上下部電極間距離＝４０ｍｍ；
Ｈｅバックプレッシャー（センター部／エッジ部）＝１３３３／３３３２．５Ｐａ（１０／２５Ｔｏｒｒ）；
シャワーヘッド２０の温度＝６０℃；
チャンバー１側壁の温度＝６０℃；
支持テーブル２の温度＝５０℃；
処理時間＝９０秒
【００５６】
クリーニング条件：
磁場の強さ＝１２０００μＴ（１２０Ｇ）勾配磁石；
磁場の傾き＝８．５３ｄｅｇ．；
チャンバー１内の圧力＝４Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）；
高周波電力＝４０００Ｗ；
ＮＦ３／Ａｒ流量＝３００／６００ｍｌ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）；
上下部電極間距離＝４０ｍｍ；
Ｈｅバックプレッシャー（センター部／エッジ部）＝１３３３／３３３２．５Ｐａ（１０／２５Ｔｏｒｒ）；
シャワーヘッド２０の温度＝８０℃；
チャンバー１側壁の温度＝６０℃；
支持テーブル２の温度＝５０℃；
処理時間＝９０秒
【００５７】
図９より、プラズマクリーニングを実施しない場合は、Ｔｉブランケットウエハの処理枚数が増えるに従い、パーティクル数が増加していく。これに対し、枚葉のプラズマクリーニングを実施することによって、パーティクルを殆ど発生させずに、信頼性の高い半導体装置を製造できることが示された。
【００５８】
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態ではマグネトロンＲＩＥプラズマエッチング装置１００の磁場形成手段としてダイポールリング磁石を用いたが、これに限るものではなく、本発明の範囲の圧力でプラズマを形成することができれば、磁場を用いない容量結合型や誘導結合型等の種々のプラズマエッチング装置１００を用いることができる。
また、上記実施形態では、マスク１０４のパターンに基づきＴｉ層１０３をエッチングする例を挙げたが、これに限るものではなく、Ｔｉ層のエッチング全般に適用できる。
【符号の説明】
【００５９】
１；チャンバー（処理容器）
２；支持テーブル（電極）
１２；排気系
１５；第１の高周波電源
１７；温度調節媒体室
１８；ガス導入機構
２０；シャワーヘッド（電極）
２３；処理ガス供給系
２４ａ，２４ｂ；ダイポールリング磁石
１００；プラズマエッチング装置
１０１；Ｓｉ基板
１０２；ＳｉＯ２層
１０３；Ｔｉ層
１０４；マスク層
Ｗ；ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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