(57)【要約】【課題】被処理基板に対して安定なプラズマ処理を実施することにより処理室内からの微細粒径の異物の発塵を低減し、半導体素子の生産効率を向上する。【解決手段】処理ガスを導入するガス導入装置を備えた真空処理室と、該真空処理室内に配置され、導入された処理ガスにマイクロ波エネルギを供給してプラズマを生成するマイクロ波電源と、前記真空処理室内に配置された試料台を備え、前記試料台に高周波電圧を供給して、前記プラズマ中のイオンを吸引して前記試料台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、前記マイクロ波のエネルギとしてプラズマが着火可能なエネルギである８ないし２００Ｗの低電力を供給して前記真空処理室内にプラズマを生成する第１のステップと、前記プラズマの生成確認後に、前記マイクロ波の電力としてプラズマを安定に生成してプラズマ処理可能な通常値を供給してプラズマを生成する第２のステップとを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理ガスを導入するガス導入装置を備えた真空処理室と、該真空処理室内に配置され、導入された処理ガスにマイクロ波エネルギを供給してプラズマを生成するマイクロ波電源と、前記真空処理室内に配置された試料台を備え、前記試料台に高周波電圧を供給して、前記プラズマ中のイオンを吸引して前記試料台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、
前記マイクロ波のエネルギとしてプラズマが着火可能なエネルギである８ないし２００Ｗの低電力を供給して前記真空処理室内にプラズマを生成する第１のステップと、
前記プラズマの生成確認後に、前記マイクロ波の電力としてプラズマを安定に生成してプラズマ処理可能な通常値を供給してプラズマを生成する第２のステップとを備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理方法において、
第１のステップの処理を行う際に前記試料台にイオン引き込み用の高周波電力を供給することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理方法にかかり、特に異物の発生を抑制することのできるプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、サブミクロンレベルの異物が発生し、それぞれの製造工程に悪影響を及ぼす。例えば、半導体デバイスの製造工程においては半導体デバイスを形成するウエハ上に異物が付着すると、付着した異物がマスクとなって誤った電気回路が形成され、製造歩留まりが低下する。
【０００３】
異物は、ガス導入、静電吸着電圧印加、プラズマ生成用の高周波電力印加、温度変化等に起因して発生することが多い。
【０００４】
このうち、高周波電力印加に起因による異物の発生を低減する方法として、プラズマの生成に際して、まず、プラズマ生成に必要な最小限の高周波電力をガスに供給し、最小限プラズマを生成した後、前記高周波電力を増加して、被処理基板の処理に必要なプラズマを生成することで、被処理基板への異物発生を抑制する技術が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１６８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体素子の微細化に伴って半導体製造装置から発塵する微細粒径異物の低減が求められており、被処理物への異物発生を低減する為の解決策として、まず、プラズマ生成に必要な最小限の高周波電力をガスに供給して、最小限プラズマを生成し、その後電力を増加し被処理基板の処理に必要なプラズマを生成することにより、被処理基板への異物発生を抑制できることは前述の通りである。
【０００７】
このように、前記特許文献１には、被処理基板への異物発生を抑制する技術が開示されている。しかし、プラズマ発生の為に要求される高周波電力、あるいは被処理基板の処理のために試料載置台に供給する高周波バイアス電力と異物発生量との関係等の被処理基板に対して安定なプラズマ処理を施すとともに処理室内からの微細粒径の異物の発塵を低減するための条件を提示するものではない。
【０００８】
また、ウエハのプラズマ処理時においては、プラズマ処理のためのガス種、ガス流量、処理圧力、あるいはプラズマ処理の積み重ねなどに伴う処理室内の反応生成物の蓄積などにより、プラズマ着火に必要な電力量も変化する。このため、プラズマ着火時に発生するウエハ上の異物数も変動する。
【０００９】
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、被処理基板に対して安定なプラズマ処理を実施することにより処理室内からの微細粒径の異物の発塵を低減し、半導体素子の生産効率を向上するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１１】
処理ガスを導入するガス導入装置を備えた真空処理室と、該真空処理室内に配置され、導入された処理ガスにマイクロ波エネルギを供給してプラズマを生成するマイクロ波電源と、前記真空処理室内に配置された試料台を備え、前記試料台に高周波電圧を供給して、前記プラズマ中のイオンを吸引して前記試料台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、前記マイクロ波のエネルギとしてプラズマが着火可能なエネルギである８ないし２００Ｗの低電力を供給して前記真空処理室内にプラズマを生成する第１のステップと、前記プラズマの生成確認後に、前記マイクロ波の電力としてプラズマを安定に生成してプラズマ処理可能な通常値を供給してプラズマを生成する第２のステップとを備えた。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以上の構成を備えるため、被処理基板に対して安定なプラズマ処理を実施することができ、処理室内からの微細粒径の異物の発塵を低減し、半導体素子の生産効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係るプラズマ処理装置を説明する図である。
【図２】第１のステップと第２のステップにおける被処理基板上の異物数を測定した結果を示した図である。
【図３】第１のステップと第２のステップにおける被処理基板上の異物数を測定した結果を示した図である。
【図４】図４は、第２のステップの処理に際して、高周波バイアス電力を印加した際の異物評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係るプラズマ処理装置を説明する図である。この図の例では、プラズマを形成する手段としてマイクロ波と磁界を利用したマイクロ波プラズマエッチング装置を示している。
【００１６】
この装置では、エッチング処理室１０１に、ガス導入手段１０４から多孔構造の、例えば石英からなる透過窓１０５を介してエッチングガスが供給される。また、マイクロ波発生器１１５で発振されたマイクロ波は、整合器１０６、導波管１０７を介してマイクロ波導入窓１０８からエッチング処理室１０１に導入され、処理室内のエッチングガスをプラズマ化する。高効率放電のため、磁場発生用のソレノイドコイル１０９をエッチング処理室周辺に配置し、０．０８７５テスラの磁場を処理室内に生成し、電子サイクロトロン共鳴を用いて処理室内に高密度プラズマを発生させる。
【００１７】
エッチング処理室１０１内には試料台１０３があり、試料台上に被処理基板１０２を設置して、マイクロ波により生成されたプラズマによりエッチングを施す。被処理物を設置する試料台１０３には高周波電源１１３が接続され、４００ｋＨｚから１３．５６ＭＨｚの高周波バイアス電圧を印加する構造となっている。試料台１０３表面には、吸着電極が備えられ、該電極に静電吸着電源１１０より直流電圧を印加することにより静電吸着力が発生し、被処理基板１０２を静電チャック作用により、試料台１０３に吸着する。
【００１８】
また、試料台１０３の表面には溝が形成され、試料台表面に固定された被処理基板１０２の裏面との間に流路（図示しない）を形成する。この流路には、冷却ガス供給口１１２からＨｅ、Ａｒ、Ｏ２等の冷却ガスを供給し、流路内を所定圧力に維持できる構造となっている。
【００１９】
被処理基板１０２の熱は、前記流路におけるガス伝熱と接触面からの熱伝導を介して試料台１０３表面に伝達される。これにより被処理基板１０２は一定温度に維持される。被処理基板１０２の温度を調節するため、試料台１０３内部に埋設された冷媒循環流路には、熱媒循環器１１１により所定の温度に温度制御された熱媒体が循環される。
【００２０】
被処理基板１０２の周囲には、セラミックスあるいは石英製の絶縁カバー１１４が配置されている。なお、エッチング処理室１０１に導入されたエッチングガスは、エッチング完了後、図示しない排気ポンプ及び排気配管によりエッチング処理室１０１外に排気される。
【００２１】
また、発光検出器１１６は、処理室にマイクロ波を供給してエッチングガスをプラズマ化する際のプラズマ生成を確認するために使用する。発光検出器により検出された発光検出情報は、装置制御装置（図示せず）を介して、マイクロ波発生器及び高周波バイアス電源の出力制御に利用する。
【００２２】
図１に示すプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を施す際には、まず、第１ステップにおいて、処理室内に例えばエッチングガスを所定の流量供給し、真空排気系の排気速度を制御して処理室内の圧力に調整した後、マイクロ波電源１１５をオンして、所定の電力（低電力）を投入する。その後、第２ステップにおいて、発光検出器１１６により前記エッチングガスがプラズマ化したことを確認した後、マイクロ波電力を通常の値（定常値）まで増加する。
【００２３】
これにより、第１ステップの低電力投入からプラズマ着火をへて、第２ステップにおける通常値電力の投入に至るまで安定したプラズマを生成することができる。このため、プラズマ未着火、あるいは不安定プラズマ発生時における電界の作用により真空処理室の内壁から異物が剥離することなどによる異物発生を抑制することができる
図２、３は、ガスをプラズマ化する為の第１ステップと、所定のマイクロ波出力により被処理基板をプラズマ処理する第２ステップにおける被処理基板上の異物数を測定した結果を示したものである。
【００２４】
上記異物の評価は、次の条件で実施した。ソレノイドコイルに所定の電流を供給し、ガス流量１５０ｃｃ／ｍｉｎでＡｒガスを供給し、エッチング処理室のガス圧力を０．４Ｐａに調圧した後、第１ステップとしてマイクロ波出力を０Ｗから８００Ｗの範囲に設定て、プラズマ着火確認後（０Ｗを除く）、通常のマイクロ波電力（定常値）を供給してプラズマ処理実施した。
【００２５】
なお、図２には、第１ステップにおいて処理室に供給するマイクロ波電力に対する異物生成数の外に、異物生成数の処理基板に供給する高周波バイアス電力依存性も併せて示した。
【００２６】
また、図３は、前記マイクロ波電力（第１ステップ電力）に対する異物生成数を示した（異物数は０．６μｍ以上の異物をレーザ式の異物検査装置を用いて３００ｍｍの被処理基板状の異物数で評価し、第１ステップのマイクロ波出力を０ｗとした場合の評価結果を異物数１００とした任意単位で表示した）。
【００２７】
図２に示すように、単に最小限の電力によりプラズマを生成することが生成する異物数を最小にすることを意味しない。また、第１ステップの印加電力値と第２ステップの高周波印加電力値との組み合わせで得られる異物評価結果は同一点には定まらない。
【００２８】
図２に示すように、第１ステップにおいて、マイクロ波電力を０Ｗにした場合と、８００Ｗにした場合発生する異物数が多い結果となっている。また、第１ステップにおいてマイクロ波電力を８Ｗないし２００Ｗに設定し、プラズマ生成確認後に第２ステップおいてプラズマ処理を実行処理することにより、従来の第２ステップ処理のみの場合（第１ステップ無）の異物数１００個（任意単位）に比較して、前記第１ステップ有りの場合は、異物数を４２ないし３５個（任意単位）に低減できる。
【００２９】
図４は、前記マイクロ波を２段ステップで印加する手法に加えて、前記第２ステップの処理に際して、高周波バイアス電力を合わせて印加した際の異物評価結果を示す図である。  図において、実線は、第１ステップにおいて真空処理室に印加するマイクロ波電力と異物数の関係（被処理基板に印加する高周波バイアス電力は０Ｗ）を示し、破線は、第１ステップにおいて真空処理室に印加するマイクロ波電力と異物数の関係（被処理基板に印加する高周波バイアス電力は５０Ｗ）を示している。
【００３０】
両者を比較すると、第１ステップにおいて印加するマイクロ波印加電力が８Ｗから２００Ｗの範囲において、異物数を１／６以下に低減できることが分かる。これは、前述したプラズマ未着火あるいは不安定プラズマ発生時の電界作用による発塵、例えばエッチング処理室内壁の堆積物が剥離することによる発塵、あるいは試料台に印加したバイアス電源により形成された、被処理基板上面部のプラズマシースにより、被処理基板面上への異物の付着が抑制されたものと思われる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態においては、低電力で行う第１のプラズマ処理ステップと該ステップにおけるプラズマ生成確認後に行う第２のプラズマ処理ステップを具備する。
【００３２】
これにより、安定したプラズマ処理が可能となり、被処理基板に付着する微小粒子状異物を大幅に低減することができる。また、前記２段階のプラズマ処理ステップを行うことにより、プラズマ未着火あるいは不安定プラズマ発生時の電界作用による発塵、例えばエッチング処理室内壁の堆積物が剥離することによる発塵を抑制することができる。また、試料台に印加したバイアス電源により形成された、被処理基板上面部のプラズマシースにより、被処理基板面上への異物の付着を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０１  エッチング処理室
１０２  被処理基板
１０３  試料台
１０４  ガス導入手段
１０５  透過窓
１０６  整合器
１０７  導波菅
１０８  マイクロ波導入窓
１０９  ソレノイドコイル
１１０  静電吸着電源
１１１  熱媒循環器
１１２  冷却ガス供給口
１１３  高周波電源
１１４  絶縁カバー
１１５  マイクロ波電源
１１６  発光検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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