(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内部に配置された処理室と、この処理室の下部に配置されその上面に処理対象のウエハが載置される試料台と、前記処理室内部を排気して減圧する排気装置と、前記試料台の上方に配置されて前記処理室に処理用ガスを導入する導入孔とを備え、前記ウエハの上面に配置された膜構造を前記処理用ガスを用いて形成したプラズマを用いてエッチング処理するプラズマ処理装置であって、
前記膜構造が基板上にレジスト膜とマスク膜とポリシリコン膜と絶縁膜とを有して構成されたものであって、
前記処理室内にコーティング用のガスを供給してプラズマを形成してこの処理室内部の部材の表面にＳｉを成分として含む皮膜を被覆するコーティング工程を実施し、このコーティング工程の後に前記処理室内にアフタートリートメント用のガスを供給してプラズマを形成して前記皮膜の表面の凹凸を低減するアフタートリートメント工程を実施し、このアフタートリートメント工程の後に前記ウエハ上面の前記マスク膜の下方の前記ポリシリコン膜をエッチング処理するエッチング処理工程を実施するプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記コーティング工程において前記処理室内にＳｉまたはＳｉとＯ或いはＳｉとＣの少なくとも何れか一つを成分として含むガスを供給するプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記アフタートリートメント用のガスがＦを含むプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマ処理装置であって、
前記膜構造が金属材料を含む膜を有したものであって、
前記処理室内の前記部材の表面に前記皮膜が残存している状態で、且つ前記ウエハが前記処理室内に配置されていない状態で、前記処理室内にプラズマを形成して前記皮膜の前記金属を低減するメタルクリーニング工程を実施するプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載のプラズマ処理装置であって、
前記メタルクリーニング工程において、ＣｌまたはＦとＢ，Ｈ，Ｃ，Ｓｉの何れかとの組み合わせを含むガスが供給されるプラズマ処理装置。
【請求項６】
真空容器内部に配置され減圧された処理室内の下部に配置された試料台の上面に処理対象のウエハを載置し、前記試料台の上方に配置された導入孔から前記処理室に処理用ガスを導入してプラズマを形成して前記ウエハの上面に配置された膜構造をエッチング処理するプラズマ処理方法であって、
前記膜構造が基板上にレジスト膜とマスク膜とポリシリコン膜と絶縁膜とを有して構成されたものであって、
前記処理室内にコーティング用のガスを供給してプラズマを形成してこの処理室内部の部材の表面にＳｉを成分として含む皮膜を被覆するコーティング工程と、このコーティング工程の後に前記処理室内にアフタートリートメント用のガスを供給してプラズマを形成して前記皮膜の表面の凹凸を低減するアフタートリートメント工程と、このアフタートリートメント工程の後に前記ウエハ上面の前記マスク膜の下方の前記ポリシリコン膜をエッチング処理するエッチング処理工程とを備えた処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載のプラズマ処理方法であって、
前記コーティング工程において前記処理室内にＳｉまたはＳｉとＯ或いはＳｉとＣの少なくとも何れか一つを成分として含むガスを供給するプラズマ処理方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載のプラズマ処理方法であって、
前記アフタートリートメント用のガスがＦを含むプラズマ処理方法。
【請求項９】
請求項８に記載のプラズマ処理方法であって、
前記膜構造が金属材料を含む膜を有したものであって、
前記処理室内の前記部材の表面に前記皮膜が残存している状態で、且つ前記ウエハが前記処理室内に配置されていない状態で、前記処理室内にプラズマを形成して前記皮膜の前記金属を低減するメタルクリーニング工程を備えたプラズマ処理方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のプラズマ処理方法であって、
前記メタルクリーニング工程において、ＣｌまたはＦとＢ，Ｈ，Ｃ，Ｓｉの何れかとの組み合わせを含むガスが供給され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、プラズマ処理装置に係わり、特にプラズマを用いて半導体基板等の表面処理を行うのに好適なプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体素子は微細化により、リソグラフィーにより形成されたマスクを下層膜に転写するエッチング工程にはより高い精度の寸法精度、つまりＣＤ（Critical Dimension）精度が要求されている。量産現場において高いＣＤ制御性に加えて、ＣＤの再現性を確保することが重要な課題である。一般にエッチング工程でＣＤが変動する要因としては、エッチングチャンバー内壁に被処理材から発生した反応生成物が付着する、チャンバー内部材が長期的な使用により消耗する、チャンバー内部材の温度等が変動し、チャンバー内壁等へのラジカルの付着確率が変化し、エッチング性能へ影響するプラズマ状態が変動する等の要因が挙げられる。
【０００３】
次に微細トランジスタでは、短チャンネル効果を制御する上で、ゲート絶縁膜の容量を増加させる必要があり、従来ゲート酸化膜の厚みを低減することで、本課題を達成してきた。しかしゲート酸化膜の薄膜化によりリーク電流が増加することから、ゲート絶縁膜としてより高い誘電率を持つ材料（High−ｋ）が導入された。酸化膜を置き換えるHigh−ｋ材として、ハフニウム酸化膜（ＨｆＯ2）が挙げられる。しかしながら従来のポリシリコン（Poly−Ｓｉ）電極とＨｆＯ2間では材料の不適合が存在することから、適正な仕事関数を持つ金属（メタル）膜を有する構造が必要である。メタル材料としては種々挙げられるが、Semiconductor International 2008/1号（非特許文献１）記載のようにＴｉＮ，Ｌａなどが用いられている。
【０００４】
従来、プラズマ処理装置はウエハ毎、又は、ロット毎にプラズマを用いたクリーニングが実施され、カーボン（Ｃ），酸化膜，Poly−Ｓｉ，窒化膜等を対象としたプロセスには、主にフッ素（Ｆ），塩素（Ｃｌ），酸素（Ｏ）のいずれかを含むまたは混合のプラズマでのクリーニングが用いられてきた。また、エッチングチャンバー内壁部材が消耗することにより発生する金属等（例えばＡｌ）等がチャンバー内に付着等する場合は、プラズマでのクリーニングだけで除去することは困難なため、あらかじめシーズニング等を用いて、チャンバー内雰囲気を一定に保つ等の技術が検討されている。このような技術の例としては特開２００４−０３１３８０号公報（特許文献１）に記載のものが知られている。
【０００５】
また、米国特許７,２０４,９１３号公報（特許文献２）記載の技術のように、ウエハ処理毎にリアクタ内壁にコーティングを施し、リアクタ内壁状態変化に伴うプロセス性能への影響を低減する技術が知られている。
【０００６】
一方、メタル材料（例えばＴｉＮ）をエッチングすると、Jounal of Vacuum Science and Technoloby B24, 2191(2006)（非特許文献２）記載のように、メタル材がチャンバー内壁に付着し前記ガス系にて完全なクリーニングが困難な場合があることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−０３１３８０号公報
【特許文献２】米国特許７,２０４,９１３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Semiconductor International 2008/1号
【非特許文献２】Jounal of Vacuum Science and Technoloby B24, 2191(2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来技術では次のような問題点に付いて十分に考慮がされていなかった。
【００１０】
すなわち、特許文献１においては、コーティングした膜自体から異物の原因となる物質，粒子が遊離して異物の発生の虞があり、膜をコーティングする条件の最適化が必要となる。しかし、このような条件について本従来技術では考慮されていなかった。
【００１１】
また、半導体集積回路の集積度が高まるにつれ、長期的なＣＤ変動の抑制が要求されているが、非特許文献２に記載されるように金属材料の膜を処理（一般的にメタル処理と呼ばれる）する場合には、その材料またはその化合物が処理室内壁面に付着して残留してしまうと、その後の処理室内の処理においてその残留したメタル材料によりプロセス性能が変動してしまう虞があった。このようなプロセス性能の変動は、半導体ウエハ等の処理対象の膜の処理の結果を変動させることになり、処理する枚数が多くなるに伴って処理した結果として得られる形状、いわゆるＣＤ（Critical Dimension、クリティカルディメンジョン）が変動してしまう。
【００１２】
このような問題を解決しようとして、ウエハの処理毎に残留物を除去するためのクリーニング処理あるいは、プロセス性能の変動を抑制する処理（例えば、シーズニング処理）等を行うことも考えられる。しかし、実際の量産現場においては、こうした特定の処理を行うことによって、所定の数のロットを処理する場合の全体的なスループットが低下してしまうという問題が生じていた。このような点について上記従来技術では考慮されていなかった。
【００１３】
本発明の目的は、処理の結果得られる形状の変動の少ないプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法を提供することにある。また、処理の効率を向上してスループットを高めた処理装置またはプラズマ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は、真空容器内部に配置された処理室と、この処理室の下部に配置されその上面に処理対象のウエハが載置される試料台と、前記処理室内部を排気して減圧する排気装置と、前記試料台の上方に配置されて前記処理室に処理用ガスを導入する導入孔とを備え、前記ウエハの上面に配置された膜構造を前記処理用ガスを用いて形成したプラズマを用いてエッチング処理するプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法であって、前記膜構造が基板上にレジスト膜とマスク膜とポリシリコン膜と絶縁膜とを有して構成されたものであって、前記処理室内にコーティング用のガスを供給してプラズマを形成してこの処理室内部の部材の表面にＳｉを成分として含む皮膜を被覆するコーティング工程を実施し、このコーティング工程の後に前記処理室内にアフタートリートメント用のガスを供給してプラズマを形成して前記皮膜の表面の凹凸を低減するアフタートリートメント工程を実施し、このアフタートリートメント工程の後に前記ウエハ上面の前記マスク膜の下方の前記ポリシリコン膜をエッチング処理するエッチング処理工程を実施することにより達成される。
【００１５】
また、前記コーティング工程において前記処理室内にＳｉまたはＳｉとＯ或いはＳｉとＣの少なくとも何れか一つを成分として含むガスを供給することにより達成される。
【００１６】
さらにまた、前記アフタートリートメント用のガスがＦを含むことにより達成される。
【００１７】
さらにまた、前記膜構造が金属材料を含む膜を有したものであって、前記処理室内の前記部材の表面に前記皮膜が残存している状態で、且つ前記ウエハが前記処理室内に配置されていない状態で、前記処理室内にプラズマを形成して前記皮膜の前記金属を低減するメタルクリーニング工程を実施することにより達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成の概略を説明する縦断面図である。
【図２】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置において、処理の対象とされる被処理材である半導体ウエハ上面に配置された膜の構造を模式的に示す縦断面図である。
【図３】図２（ａ）の膜構造を処理した際に得られた付着物の元素の組成比を示すグラフである。
【図４】図２に示す膜構造のエッチング終了後の処理室内壁表面に堆積するデポ膜厚みの変化を示す特性である。
【図５】図２（ｂ）に示す膜構造をエッチング処理した際のＳｉを成分として含む（Ｓｉ系）膜、炭素を成分として含む膜（Ｃ系）膜、ＳｉＯを成分として含む（ＳｉＯ系）膜を処理室内部の壁面上にコーティングした場合、これらの各コーティング膜の消耗量を示すグラフである。
【図６】ＳｉＣｌ4とＯ2の混合ガスを用いて形成したコーティング膜の表面をＸＰＳにより測定したＳｉ２ｐスペクトルを示すグラフである。
【図７】ＳＥＭ（Scanning electron microscopy）によりコーティング膜表面を測定して得られた像を示す図である。
【図８】ＳＥＭ（Scanning electron microscopy）によりコーティング膜表面を測定して得られた像を示す図である。
【図９】この後処理（アフタートリートメント）を行う時間を変化させた場合のコーティング膜の表面から遊離する粒子の数の変化を示すグラフである。
【図１０】本実施例に係るプラズマ処理装置において実施される半導体ウエハの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】従来の技術によりウェット洗浄後に図２（ｂ）に示す膜構造を上面に備えたウエハを処理した際のポリシリコン（Poly−Ｓｉ）膜のエッチング速度（レート）の変化を示すグラフである。
【図１２】処理を継続する時間の変化に対するポリシリコン（Poly−Ｓｉ）膜のエッチングレートとチャンバー内に残留するＴｉ量の変化とを示すグラフである。
【図１３】図１に示すプラズマ処理装置においてメタルクリーニングステップを含む処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】図１に示すプラズマ処理装置においてメタルクリーニングステップを含む処理の流れの別の例を示すフローチャートである。
【図１５】図１４に示す変形例におけるコーティング膜の深さ位置に対するメタル成分の濃度の変化を示すグラフである。
【図１６】メタル膜を前もってエッチング処理した場合と処理しない場合の、メタルクリーニング処理におけるメタル成分に起因する発光強度の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して以下説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明の実施例を図１乃至図１０を用いて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成の概略を説明する縦断面図である。特に、本実施例では、マイクロ波ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）を用いたエッチング装置を説明している。
【００２２】
本図において、実施例に係るプラズマ処理装置は、上部が開放された真空容器１０１の上部に、真空容器１０１内にエッチングガスを導入するための複数の導入孔がその中央部分を中心に均等に配置された円板形状を有するシャワープレート１０２（例えば石英製またはイットリア製），誘電体窓１０３（例えば石英製）が設置されており、真空容器１０１内の略円筒形状を有する処理室１０４内部が誘電体窓１０３によって密封される。シャワープレート１０２にはエッチングガスを流すためのガス供給装置１０５が連結され、シャワープレート１０２の上方の誘電体窓１０３との間の空間がガス供給装置１０５から管路，通路を介して接続され、この空間を介して導入孔を通して処理室１０４内部に処理用ガスが供給される。
【００２３】
また、真空容器１０１の下方にはその内部の処理室１０４の略円筒形状の空間底部に配置され真空排気口１０６を介し真空排気装置（図示省略）が連結されて連通されている。一方、プラズマを生成するための電力を処理室１０４に伝送するため、誘電体窓１０３の上方には電磁波を放射する導波管１０７（またはアンテナ）が設けられる。
【００２４】
導波管１０７（またはアンテナ）へ伝送される電磁波は、電磁波発生用電源１０９によって発振されて当該導波管１０７内部に供給される。本実施例において、電磁波の周波数は特に限定されないが、本実施例では２.４５ＧＨｚのマイクロ波を使用する。
【００２５】
処理室１０４の外周側の真空容器１０１外部には、磁場を形成する磁場発生コイル１１０がこれを囲んで配置されており、電磁波発生用電源１０９より発振されて導波管１０７及び誘電体窓１０３，シャワープレート１０２を介して処理室１０４内に導入された電界は、磁場発生コイル１１０によって形成された磁場との相互作用を生起して、処理室１０４内に供給された処理用ガスを解離させて処理室１０４内にプラズマを生成する。また、円板状のシャワープレート１０２に対向して処理室１０４内の下部には、その円形状の上面に処理対象である円板形状の半導体製のウエハ１１２が載せられる試料台であるウエハ載置電極１１１が配置されている。
【００２６】
当該ウエハ載置電極１１１は略円筒形状を備えて、その電極上面が酸化アルミニウムや酸化イットリウム等のセラミクス材料が溶射によって吹き付けられて膜が形成された溶射膜（図示省略）により被覆されている。さらに、溶射膜の内部には金属の部材からなる膜状の電極が配置されており（図示せず）この電極が高周波フィルター１１５を介して直流電源１１６と電気的に接続されている。
【００２７】
さらに、ウエハ載置電極１１１の内部に配置された金属製のブロックには、マッチング回路１１３を介して高周波電源１１４が接続されており、このブロックが高周波電極としての作用を奏するものとなっている。また、ウエハ載置電極１１１の内部の上記電極のブロック内には、同心円状またはら旋状に配置されて内部を温度調節のための媒体が通流する冷媒用流路１１７が配置されており、冷媒用流路１１７はウエハ載置電極１１１の外部に配置された管路を介して温調器１１８と連結されている。
【００２８】
また、電極のブロック内の上部にはヒーター１１９が配置され、これがヒーター制御器１２０と接続されている。また、ウエハ載置電極１１１には温度センサー１２１が配置され、温度センサー１２１から出力された信号に基づいてウエハ載置電極１１１及びウエハ１１２の温度を所望の温度とするように、ヒーター制御器１２０および冷媒の温度を制御する温調器１１８の動作が調節される。
【００２９】
ウエハ１１２は、図示しないロボットアーム等の搬送装置によって処理室１０４内部に搬送されてウエハ載置電極１１１の上面に載せられた後、直流電源１１６から印加される直流電圧の静電気力でウエハ載置電極１１１上の溶射膜上に吸着される。この際、ウエハ１１２の裏面と溶射膜との間の空間には熱伝達性を有するガスが供給されてウエハ１１２とウエハ載置電極１１１との間の熱の伝達が促進されることでウエハ１１２の温度が調節される。
【００３０】
この状態でガス供給装置１０５よって所望の処理用ガス、本例の場合ではエッチングガスが供給された後、処理室１０４内を所定の圧力としつつ内部にプラズマを発生させる。次に、ウエハ載置電極１１１に接続された高周波電源１１４から高周波電力を印加することにより、溶射膜上方にバイアス電位が形成されプラズマからウエハへイオンが引き込まれてウエハ１１２がエッチング処理される。
【００３１】
また、処理室１０４内壁を構成する真空容器１０１の側壁部には、上記プラズマの処理中の発光を検出する発光分光器１２３が接続され、この発光分光器１２３から得られた出力はこれに接続された発光データ処理装置１２４に発信され、発光データ処理装置１２４内の演算器を用いて発光データの数値的な解析，検出が行われる。
【００３２】
図２は、本実施例のプラズマ処理装置において、処理の対象とされる被処理材である半導体ウエハ上面に配置された膜の構造を模式的に示す縦断面図である。被処理材である膜の構造は、図２（ａ）に示す通り下地である基板２０７上に上からレジスト（Photo Resist，ＰＲ）（マスク）２０１又はハードマスク（カーボン、あるいはＳｉＯ2，ＳｉＮまたはＳｉＯＮ等の材料を用いる又はこれらを主材料とする膜）２０２，ポリシリコン（Poly−Ｓｉ）膜２０３，絶縁膜層としての酸化膜２０４を備えたものとなっている。或いは図２（ｂ）に示す通り、基板２０７上に上からレジスト（Photo Resist，ＰＲ）（マスク）２０１又はハードマスク（カーボン、あるいはＳｉＯ2，ＳｉＮまたはＳｉＯＮ等の材料を用いる又はこれらを主材料とする膜）２０２，ポリシリコン（Poly−Ｓｉ）膜２０３，メタル（金属、例えばＴｉＮ）膜２０５，High−ｋ材料（例えばＨｆＯ2）による膜（High−Ｋ膜）２０６を備えている。
【００３３】
これらのメタルの材料の種類および積層数、厚みはデバイスおよびＮＭＯＳ部分，ＰＭＯＳ部分で異なるものである。これらの膜構造は、半導体デバイスの回路、特にゲートや配線の構造を形成するためにエッチング処理されて所定の形状に加工されるように求められている。
【００３４】
本実施例において、それぞれ膜は、異なるエッチングレシピにより処理される。さらに、マスク（mask）部分は有機材料から構成された従来から用いられるレジスト膜２０１だけでは、マスクとして近年の微細加工に対応した膜厚やエッチングの耐性が不十分であることから、レジスト膜２０１の下層にアモルファスカーボン（ＡＣＬ）、ＳｉＮまたはＳｉＯＮおよびＳｉＯ2等の材料から構成されたハードマスク２０１またはそれらの混載した積層構造を有している。このようなハードマスク２０１により下層のPoly−Ｓｉやメタル材料のエッチングを行うことができる。ここではマスク２０１のエッチング工程についての説明は省略する。
【００３５】
本実施例においては、ポリシリコン膜２０３のエッチングには、塩素（Ｃｌ）を成分として含むガス（塩素系ガス、例えばＣｌ2）とフッ素（Ｆ）を成分として含むガス（フッ素系ガス、例えばＣＦ4）の混合ガス又はＣｌ2とＨＢｒの混合ガス等がその成分の少なくとも一部として用いられる。また、必要に応じてＯ2等のガスも用いられる。
【００３６】
次に、図２（ｂ）に示す膜構造のメタル（例えばＴｉＮ）膜２０５のエッチング工程では、最初にメタル層界面に形成された自然酸化膜等を除去するため、比較的高いウエハバイアス出力を増加させ高イオンエネルギーを有するイオンを入射させ、主にスパッタ効果により自然酸化膜の除去を行う。この際に用いられる処理用ガスは、ＨＢｒやＡｒ等を含むものが用いられるが、他のガス系であっても良い。
【００３７】
自然酸化膜が除去された後、メタル膜２０５のエッチングには主にＣｌ2またはＣｌ2とＨＢｒの混合ガスが処理用ガスとして用いられる。本実施例のメタル膜２０５は薄膜であるため比較的低いイオンエネルギーとなるようにウエハバイアス出力を調整してエッチングが行われる。
【００３８】
次に、ＢＣｌ3又はＢＣｌ3とＣｌ2の混合ガスが処理用ガスとして用いられて高誘電率の材料により構成されたHigh−Ｋ（例えばＨｆＯ2）膜２０６のエッチングが行われる。本ステップでは、低イオンエネルギー条件を使用することにより、良好なエッチング特性（形状，選択比）等が達成される。
【００３９】
次に、本発明の第一の実施例に係る処理対象のウエハの処理の詳細について図３乃至１０を用いて説明する。ここでは図２（ａ）に示す膜構造をエッチングする工程について説明するが、図２（ｂ）に示す膜構造についても同様の効果がある。
【００４０】
本実施例では、図２（ａ）に示す膜構造のエッチングでは、マスク２０１として、例えばＳｉＯ2，ＳｉＮ等の材料を使用した場合、エッチングにはＣｘＨｙＦｚ（ｘ，ｙ，ｚ＝０，１，２，…）を成分として含むガス又はこのようなガスと希釈用ガスおよび酸素等のガスが使用される。ポリシリコン膜２０３については、前述のように塩素（Ｃｌ）系ガス（例えばＣｌ2）とフッ素（Ｆ）系ガス（例えばＣＦ4）の混合ガス又はＣｌ2とＨＢｒの混合ガス等が用いられる。また必要に応じてＯ2等のガスも用いられる。
【００４１】
発明者らは、これらのエッチングの各工程を行った後に、処理室１０４の内壁面に堆積した付着物を測定するため、当該内壁を模擬したサンプルを処理室１０４内に設置し、そのサンプル上に堆積した付着物をＸＰＳ（X-ray photoelectron spectroscopy）により測定した。本実験にて使用した処理室１０４の内壁は石英であるが、特にポリシリコン膜２０３のエッチングの工程で発生する反応生成物と類似の組成であることから、反応生成物と内壁を構成する部材の材料とを識別するため、前記サンプルとしてＡｌ2Ｏ3を使用した。
【００４２】
実験では、マスク２０２のエッチングのステップにＣＨＦ3／ＳＦ6を、ポリシリコン膜２０３のエッチングステップとしてPoly−ＢＴ（Break−Through）ステップにＣｌ2／ＣＦ4／Ａｒを、Poly−EndPointおよびPoly−ＯＥ（Over−Etching）ステップにはＣｌ2／ＨＢｒ／Ｏ2を含むガスを処理用ガスとして使用した。
【００４３】
各ステップの処理後にサンプル上から検出された元素の組成比を図３に示す。図３は、図２（ａ）の膜構造を処理した際に得られた付着物の元素の組成比を示すグラフである。
【００４４】
本図に示す通り、処理室１０４の内壁に形成される付着物の主成分はマスク２０２〜Poly−ＢＴステップではＣ，Ｆであり、Ｃ１ｓスペクトルを見ると（図示省略）Ｃ−Ｃ結合よりも高エネルギー側にピークが見られることから、ＣＦｘ（ｘ＝１，２，３）が主な組成であると考えられる。また、Poly−EndPoint〜Poly−ＯＥステップではＳｉ，Ｏがデポの主成分であり、Ｓｉ２ｐスペクトルを見ると１０３ｅＶ付近にピークを有することからＳｉＯｘ膜が形成されていると推定できる。
【００４５】
また、本実験において、サンプル表面（Ａｌ2Ｏ3）のＡｌから得られる電子強度を測定し、付着物の膜のＣＦｘおよびＳｉＯｘの密度を所定の値に仮定することにより、各ステップでの付着物の膜厚を求めることができる。ここで、ＳｉＯｘはＳｉＯ2として、ＣＦｘはＦＴＦＥ（Poly−tetra−fluoro−ethylene）と類似と仮定し密度を２.２ｇ／cm3とした場合の膜厚を図４に示す。マスク２０１〜Poly−ＢＴステップではＣＦｘ膜が、Poly−EndPoint〜Poly−ＯＥステップではＳｉＯｘ膜が形成されるが、エッチング初期とＣＦｘ膜からＳｉＯｘ膜の切り替わりのステップ（Poly−ＢＴとPoly−EndPoint）のステップで一旦壁に形成される付着物の膜が消失することが分かる。つまりこの期間は処理室１０４の壁表面が露出し、処理室１０４内壁状態が経時的に変化した場合にはその影響を受けやすい期間であると言える。
【００４６】
このような処理室１０４内壁の状態の変化によって、ウエハ１１２の処理の特性や結果が影響を受けて変動してしまうことを抑制するために、ウエハ１１２の処理の前に、処理室１０４のプラズマに面する内壁の表面を所定の材料の皮膜で被覆（コーティング）することが考えられる。前述のような構造の膜にエッチングを行う場合には、膜種に応じて使用するエッチングガス系が異なり、場合によっては前述の例のように処理室１０４の内壁の付着物の膜が消失してしまい、内壁が露出してしまう虞があることから、処理室１０４の内部の表面を被覆する皮膜（以下、コーティング膜）は、上記膜構造の複数膜をエッチングする場合それが対象とする膜の処理の終了まで処理室１０４の内部の表面に残存している、少なくとも上記膜の切り替わりのステップの際に残存していることが望ましい。
【００４７】
このため、本実施例では、エッチング処理中に消耗する膜厚以上の膜厚をあらかじめ堆積させている。さらに、上記膜構造のエッチング処理では、フッ素（Ｆ）系，塩素（Ｃｌ）系ガスを処理用ガスとして供給して形成されたプラズマが使用されるため、コーティング膜はこのようなプラズマに対するプラズマ耐性が高いことが必要である。
【００４８】
図５は、図２（ｂ）に示す膜構造をエッチング処理した際のＳｉを成分として含む（Ｓｉ系）膜、炭素を成分として含む膜（Ｃ系）膜、ＳｉＯを成分として含む（ＳｉＯ系）膜を処理室１０４内部の壁面上にコーティングした場合、これらの各コーティング膜の消耗量を示すグラフである。本図において、炭素（Ｃ）を主体とするコーティング膜は酸素を使用するステップ（たとえばin−situ Ashステップ）等での消耗量が大きく、このことからプラズマ耐性が低いと判断される。一方、Ｓｉ又はＳｉＯ系のコーティング膜は相対的に消耗量が著しく小さく抑えられており、プラズマ耐性が高いと考えられることから、発明者らはＳｉ又はＳｉＯ系の膜はコーティング膜として好適と判断した。
【００４９】
特に、Ｓｉを含有するコーティング膜では、Ｓｉと酸素（Ｏ）を含有する膜、およびＳｉと炭素（Ｃ）を含有する膜のプラズマ耐性が良好である。このようなコーティング膜を処理室１０４内の部材の表面に付着させるためにプラズマを形成する処理用ガスのガス種として、例えば、ＳｉＣｌ4とＯ2との混合ガス、又はＳｉＣｌ4とメタン（ＣＨ4）の混合ガスが好適である。Ａｒ等の希釈用ガスを添加しても同様のコーティング膜を形成することが可能である。
【００５０】
図６は、ＳｉＣｌ4とＯ2の混合ガスを用いて形成したコーティング膜の表面をＸＰＳにより測定したＳｉ２ｐスペクトルを示すグラフである。本図において、石英の表面を分析した結果も合わせて示す。コーティング膜及び石英の両者において、ほぼ同じ結合エネルギー１０３ｅＶ付近にピークを有していることから、酸化膜（ＳｉＯ2）が形成されていることが分かる。
【００５１】
また、図７は、ＳＥＭ（Scanning electron microscopy）によりコーティング膜表面を測定して得られた像を示す図である。発明者らは、コーティング膜を形成する条件を変化させ得られたコーティング膜の表面とを比較して検討した結果、Ｏ2／ＳｉＣｌ4流量比を０.５より小さくすると、コーティング膜の表面に荒れが発生するという知見を得た。このようなコーティング膜の表面の荒れが存在すると、コーティング膜の不均一によるリアクタ内壁の被覆率の不均一や、荒れを起点としたクラックの発生による異物の発生等の問題が生起する虞が有る。このことから本実施例では、コーティング膜を形成するために処理室１０４内に導入される処理用ガスにおいてＯ2とＳｉＣｌ4との流量比を０.５以上としている。
【００５２】
ウエハ載置電極１１１の上面のウエハ１１２載置面は溶射膜で覆われているが、コーティング膜を形成するプラズマの処理中には、ウエハ１１２が載せられていない場合には載置面も同様にコーティング膜が形成される。このため、ウエハ１１２がウエハ載置電極１１１上に載せられて処理対象の膜構造の所定の膜がエッチング処理されている間コーティング膜はＥＳＣ膜とウエハ間に存在する。
【００５３】
発明者らの検討によれば、この際、溶射膜上に形成された直後のコーティング膜の表面には、図８（ａ）に示すように、微小な凸部による凹凸や表面の粗さの分布の不均一さが存在する。例えば、このような凸部はＳｉを含む材料による突起であるという知見が得られている。そして、このような凹凸や荒れのために溶射膜内に配置された静電吸着用の薄膜の電極に電圧を印加しウエハと溶射膜の間でコーティング膜に力が印加されると上記微小な荒れを起点にコーティング膜にクラックが発生してしまい、ウエハの処理の枚数の増大にともなってクラックから溶射皮膜を構成する材料が破片となって遊離してしまい、これが再度ウエハ１１２（別のウエハも含め）を汚染して異物が発生してしまうという問題が生じてしまう。
【００５４】
また、このような問題は、ウエハ載置電極１１１の表面のコーティング膜だけでなく、処理室１０４の内部に配置された部材の表面を被覆する膜においても同様に生起する可能性が有る。例えば、コーティング膜の形成後に製品用のウエハ１１２を処理室１０４内にプラズマを形成してエッチング処理する際に、このプラズマ内の荷電粒子や反応性粒子とコーティング膜を構成する材料とが相互作用を起こしクラックや損傷が生じてしまい、ひいては遊離した破片によって上記と同様に汚染，異物が生起する虞が有る。
【００５５】
これら異物がウエハ上に付着すると、製品の歩留まりを低下させる可能性がある。本実施例では、このような問題の発生を抑制するため、ウエハ１１２をウエハ載置電極１１１上面に載せていない状態で上記の通りプラズマ処理によってコーティング膜を処理室１０４内に形成後、上記突起や凹凸，荒れを低減する表面の処理を行う。本実施例ではこのような表面の処理をプラズマによりコーティング膜表面を所定のエッチングすることにより行っている。エッチング処理のためのプラズマに対する耐性を備えた皮膜を被覆した後このような皮膜のアフタートリートメントを行うことにより、図８（ｂ）に示すように、コーティング膜の表面の荒れや突起，凹凸が低減され上記異物の発生を抑制することができる。
【００５６】
このようなコーティング膜に形成された後の処理を施す処理の条件として、フッ素を成分として含む（Ｆ系）ガスを用いたプラズマ、例えばＳＦ6を用いたプラズマによる処理が有効である。また、この後処理（アフタートリートメント）を行う時間を変化させた場合のコーティング膜の表面から遊離する粒子の数の変化を図９に示す。
【００５７】
本図に示すように、上記プラズマを用いた後処理を継続させた時間が約２秒までは粒子の数が急激に低減され、約２秒を経過した後にはその数が０に近い値に漸近する。発明者らはこのような知見を得て、約２秒以上のプラズマを用いた後処理によりコーティング膜の表面の荒れや欠陥を低減させて異物の発生を抑制することを想起した。以下、このようなコーティング膜を処理室１０４内に形成する処理の後にプラズマを用いて表面の荒れや欠陥を低減する処理をアフタートリートメントと呼ぶ。
【００５８】
図１０は、本実施例に係るプラズマ処理装置において実施される半導体ウエハの処理の流れを示すフローチャートである。なお、本図では、カセット等ウエハを収納可能な容器内に格納された所定の数のウエハを１ロットとして扱い、各ロット毎にプラズマ処理装置１００内の処理室１０４の内部に配置された部材の表面を処理に適した状態にするエージング処理（ステップ１００１）から開始する例を示している。
【００５９】
エージング処理は、処理室１０４内に処理対象のウエハ１１２が配置されていない状態で、所定のガス例えばＡｒ等不活性ガスを導入してプラズマを形成し、処理室１０４の内部の部材の表面の温度や粗さ，材質等をその後行われるウエハ１１２の処理に適した状態に調整する処理である。この後、処理室１０４内にクリーニング用のガスが導入されてプラズマが形成され、処理室１０４内部の表面に付着，残存している粒子や皮膜，堆積物を取り除くクリーニング処理が行われる（ステップ１００２）。
【００６０】
クリーニング処理がなされて清掃がされた状態の処理室１０４の内表面にエッチング処理の特性を安定化するための皮膜を被覆するコーティング処理（ステップ１００３）がされる。本実施例のコーティング処理は、上記の通り、コーティング膜を処理室１０４内の部材の表面に付着させるためにプラズマを形成する処理用ガスのガス種として、例えば、ＳｉＣｌ4とＯ2との混合ガス、又はＳｉＣｌ4とメタン（ＣＨ4）の混合ガスと希釈用ガスとしてＡｒとともに供給して行われる。これらのガスを用いてプラズマを形成することにより、処理室１０４の内部に配置された部材、例えは処理室１０４の内側側壁の表面やウエハ載置電極１１１の上面，側面がＳｉまたはＳｉＯを含む材料から構成された皮膜により被覆される。
【００６１】
このコーティング処理（ステップ１００３）は、ウエハ載置電極１１１上面の載置面上には処理対象の製品製造用のウエハ１１２が載置されていない状態で行われる。この後、導入されるガスが換えられて、例えばＳＦ6に切替えられて処理室１０４内に導入されてプラズマが形成される。このプラズマによって先のステップにより形成されたコーティング膜の表面の荒れや欠陥を低減する後処理（アフタートリートメント）としてのエッチング処理が行われる（ステップ１００４）。
【００６２】
ステップ１００４の後、上記処理用ガスが切替えられウエハ１１２が処理室１０４内に搬送されてウエハ載置電極１１１上の載置面上に載せられる（ステップ１００５）。処理室１０４内部が図示しないゲートバルブによって気密に封止されて密封された後、上記の通り、処理対象の膜に適した処理用ガスが導入されて図２に示す膜構造がエッチング処理される（ステップ１００６）。
【００６３】
ウエハ１１２表面の膜構造の処理が終了するとウエハ１１２が処理室１０２外に搬出される（ステップ１００７）と、プラズマ処理装置１００の図示しない制御装置は処理するウエハ１１２が存在するか否かの情報を通信手段を介して入手して、処理室１０４での処理対象の処理を継続するか否かを判定する（ステップ１００８）。次に処理すべきウエハ１１２があると判定された場合には、ステップ１００２に戻り、コーティング膜を含む堆積物，膜，残存した粒子をクリーニングを行う。
【００６４】
処理すべきウエハ１１２が無いと判定された場合には、ステップ１００９に移り、ステップ１００２と同様に処理室１０４内を洗浄した後、ウエハ１１２の処理を終了する（ステップ１０１０）。なお、処理室１０４内の処理が終了しても、処理後のウエハ１１２は搬送の途中である場合もあるため、制御装置によってウエハ１１２が元のカセットの元の位置に収納されたことが判定された際に、制御装置からプラズマ処理装置１００に備えられた表示モニタ，ブザー，ライト等の報知手段によって、処理の終了が報知される。
【００６５】
本実施例に示すこれら処理が施されることにより、処理室１０４の内壁の状態が処理の枚数の増大に伴い、あるいは処理の進行に伴って時間的に変化してしまうことにより悪影響、例えば処理室１０４内壁からの異物の発生やウエハ１１２の処理の結果の均一性の低下，処理の速度や加工形状の再現性といった特性が変動してしまうことを抑制できる。また、コーティングの皮膜を形成した後にアフタートリートメント処理を行うことで、コーティング膜の表面の損傷や状態の変化を抑制し異物の発生やウエハ１１２の処理への影響を抑制することができる。
【００６６】
このことにより、エッチング処理の再現性や歩留まりを向上させることができる。また、本実施例では図２（ａ）に示すような膜構造のエッチングについて説明したが、本実施例に含まれる発明は、図２（ｂ）に示すような金属膜（例えばＴｉＮ）を含む膜構造をエッチング処理する場合においても、ステップ１００２，ステップ１００８に示したクリーニング処理によって、処理室１０４内部に残留するメタル材料の成分、例えばＴｉを組成として含む反応生成物をコーティング膜と共に除去できるため、再現性の良いプラズマ処理が可能となる。
【００６７】
これまでの実施例の説明では、図２（ａ）に示すメタル膜２０５を含まない膜構造をエッチングして半導体デバイスを製造する工程について説明した。次に、図２（ｂ）に示すメタル膜２０５を含む処理対象の膜構造をエッチングする工程について説明する。これまでの実施例と同等の箇所については説明を省略する。
【００６８】
図２（ｂ）のようにメタル膜２０５を含む膜構造をエッチング処理する技術は、従来、ウェット洗浄等の処理室２０４の内部の部材の表面のクリーニングを実施した後、処理室１０４の内部をその後のウエハ１１２のエッチング処理に適した状態に馴染ませるため、Ｓｉ，ＰＲ又は酸化膜等のメタル膜を有さない膜を表面に備えたウエハを処理室１０４内に配置してプラズマを形成して上記の馴染ませる処理（シーズニング処理）を実施した後に製品製造用のウエハを処理していた。
【００６９】
図１１は、このような従来の技術によりウェット洗浄後に図２（ｂ）に示すメタル膜／High−ｋ膜を備えた膜構造を上面に備えた所定のロットのウエハ複数を処理した際のポリシリコン（Poly−Ｓｉ）膜のエッチング速度（レート）の変化を示すグラフである。本図に示す通り、従来の技術ではウエハの処理を開始したロットの極初期ではエッチングレートが急激に増加し、その後エッチングレートは任意の値に漸近して安定となる。
【００７０】
発明者らは、このような現象が生じる原因は、処理室１０４内に残留するメタル膜の成分（例えばＴｉ）にフッ素（Ｆ）や塩素（Ｃｌ）等の処理室１０４内に供給されたガスの成分が吸着するため、処理中のＦやＣｌ濃度が増加することであるという知見を得た。一般にＴｉ−Ｆ，Ｔｉ−Ｏの結合は安定であり、従来はプラズマを用いたクリーニング処理条件では除去することが難しかった。一方、このようなプロセス変動を抑制するために、被処理材に含まれるメタル材料（例えばＴｉＮ）と同種のウエハを処理し、処理室１０４内部にＴｉを付着させるＴｉシーズニングを行うことで、処理室内部の雰囲気を安定化することも考えられている。
【００７１】
図１２は、High−Ｋ膜２０６のエッチングステップとメタル（例えばＴｉＮ）膜２０５のエッチングステップの条件、例えば処理を継続する時間の変化に対するポリシリコン（Poly−Ｓｉ）膜２０３のエッチングレートとチャンバー内に残留するＴｉ量の変化とを示すグラフである。この図は、Ｔｉ量は処理室１０４内部にＴｉが残留した状態で清浄なＳｉウエハをウエハ載置電極１１１上に設置し、プラズマ形成用のガスとしてＡｒを供給してプラズマを形成することにより処理室１０４内壁面に残留したＴｉをスパッタした結果ウエハ上に付着したＴｉ量をＴＸＲＦ（Total reflection x-ray fluorescence）により測定し求めたものである。
【００７２】
メタル膜２０５のエッチング処理の時間に対して、High−Ｋ膜２０６のエッチング処理の時間が長いほど、ポリシリコン膜２０３のエッチングレートは低下していくこと、さらにこれらの時間の比率が所定の値以上になると当該エッチングレートは任意の値に漸近することが判る。同様に、処理室１０４内部に残留するＴｉ量もHigh−Ｋ膜２０６のエッチング処理の時間の比率が増加すると共に低下することが判った。
【００７３】
前述のように、処理室１０４内に残留するＴｉはＴｉ−ＦやＴｉ−Ｏのような安定な結合状態で残留すると推定されるので、High−Ｋ膜２０６のエッチング処理のステップでは処理用のガスとしてＢＣｌ3を成分として含むガスが使用される。発明者らは、この際にＢが還元剤として作用し上記Ｔｉ−Ｏ，Ｔｉ−Ｆ等の結合が切れやすくなり、残留するＴｉが除去されていると考えた。
【００７４】
つまり、本実施の例の膜構造のエッチング処理では、メタル膜２０５のエッチング処理のステップでは処理室１０４内にメタル膜２０５の金属成分（例えばＴｉ）を供給し、一方High−Ｋ膜のエッチング処理のステップでは処理室１０４内に残留する金属成分（例えばＴｉ）を除去している。それぞれのエッチング処理の時間は、製造する半導体デバイスの構造により各膜厚が異なるため製造対象の半導体デバイスに応じて処理室１０４内に残留するＴｉ量は異なることになる。
【００７５】
単一の半導体デバイスのみを製造する場合に前述のＴｉシーズニング等の手法により、処理室１０４内壁の表面の状態を安定化することで半導体デバイス製造のためのエッチング処理の特性を安定化することは可能である。しかし、異なるデバイスを複数、一度に作成する場合には、製品ごとに雰囲気のリセット（例えばウェット処理）とシーズニングを行う必要があり、装置のダウンタイムが長くなりスループットが低下するという問題がある。
【００７６】
前述のように、メタル、例えばＴｉ系の反応生成物はＴｉ−Ｏ，Ｔｉ−Ｆ等の強固な結合にて残留するため、従来のＦ系ガスプラズマ処理のみでの除去は難しい。そのため上記実施例に記載のように、処理対象のウエハ１１２を処理室１０４内のウエハ載置電極１１１上に設置する前に、処理室１０４内壁およびウエハ載置電極１１１上面の溶射膜上にコーティング膜を形成するためのプラズマ処理を施した後、ウエハ１１２を電極上に載置してウエハ１１２の上記膜構造をエッチングする処理を行う。そして、エッチング処理の終了後、コーティング膜を除去するクリーニング処理を行う。この際コーティング膜上に堆積したメタル膜２０５の成分を含む物質、例えばＴｉ系反応生成物をコーティング膜と共に除去する。このような処理を行うことで、より安定なプラズマ処理が可能であるが、処理の条件等によっては、Ｔｉ系反応生成物といったメタル材料が処理室内に残留してしまい、この残留した物質によってその後のメタル膜２０５のエッチング処理に影響が及び処理の特性の変動が大きくなってしまうという問題が生じる。
【００７７】
本実施例では、このようなコーティング膜形成の後にクリーニングの処理に加えて、処理室１０４に残留したメタル材料の成分を取り除くメタルクリーニングステップを備えている。このようなメタルクリーニングステップを挿入するタイミングとしては２つの場合があり、以下それぞれの場合について説明する。
【００７８】
第１の場合について図１３を用いて説明する。図１３は、図１に示すプラズマ処理装置においてメタルクリーニングステップを含む処理の流れを示すフローチャートである。本実施例では、このような処理はウエハ毎に実施される例を示しているが、当該動作に係る処理をウエハの所定の枚数毎に行ってもよい。
【００７９】
図１３は、処理室１０４内部の部品交換等の定期的なメンテナンス後に処理室を密封して減圧を開始しプラズマ処理装置１００を再度動作させる場合又は、新たなロットの処理を開始する場合の動作の流れを示している。まず、本例では、先ず、処理室１０４内部の雰囲気を整えるためのロット前のエージング処理を実施する（ステップ１３０１）。この後、通常の反応生成物を除去するためのクリーニング処理を実施する（ステップ１３０２）。このようなクリーニングは処理室１０４内に形成したプラズマを用いて処理室１０４内壁面上に付着，堆積して残存する物質を取り除くことで行われる。
【００８０】
なお、このエージング処理及びクリーニング処理は、図１０のステップ１００１，ステップ１００２において実施されるものと同等の目的，条件，作用で行われる。このクリーニング処理（ステップ１３０２）においてメタル成分も取り除いても良い。
【００８１】
その後、図１０のステップ１００３と同等の目的，条件，作用を備えた上記コーティング膜を形成する処理により、処理室１０４内部の部材表面およびウエハ載置電極１１１の上面，側面上にコーティング膜を形成する（ステップ１３０３）。次に、このようなコーティング膜に含まれたメタル膜２０５の成分に起因するメタル材料を取り除くメタルクリーニングの処理を実施して処理室１０４内部に残存するメタルの除去を行う（ステップ１３０４）。さらに、この後、ステップ１３０２と同等の通常のクリーニング処理を実施し、残存するコーティング膜の除去を行った後（ステップ１３０５）、実際のウエハ１１２の処理を行う。
【００８２】
本図において、処理対象となるウエハ１１２を処理室１０４内に配置してウエハ１１２のエッチング処理を開始する前に、処理室１０４の内壁および溶射膜を有するウエハ載置電極１１１上にコーティング膜を堆積させるためのプラズマ処理およびアフタートリートメント処理を施す（ステップ１３０６）。この後ウエハ１１２をウエハ載置電極１１１上に載置しウエハ１１２上に配置された処理対象の図２（ｂ）の膜構造を所定の条件を実現してエッチング処理を行う（ステップ１３０７）。
【００８３】
ウエハ１１２上の処理対象の膜に対するエッチング処理が終了した後、ウエハ１１２を処理室１０４から搬出した後に処理室１０４の内部の部材の表面およびウエハ載置電極１１１の表面上にステップ１３０６において形成されたコーティング膜が残存する状態で、処理室１０４の内部に残留するメタル膜２０５を構成した成分、例えばＴｉをクリーニングするためのメタルクリーニング処理を行う（ステップ１３０８）。
【００８４】
前述のように、ＴｉはＴｉ−Ｏ，Ｔｉ−Ｆ等の安定な結合状態となっている場合が多いと考えられることから、ステップ１３０８のメタルクリーニング処理においては、処理室１０４内に処理用ガスとしてボロン（Ｂ），水素（Ｈ），炭素（Ｃ），シリコン（Ｓｉ）のいずれかのガス又はこれらを組み合わせから構成される物質を成分として含むものが供給される。さらには、これらの元素のいずれか又はこれらの組み合わせと塩素（Ｃｌ）又はフッ素（Ｆ）を併せて処理室１０４の内部に供給してプラズマを形成することにより、処理室１０４内に残留するＴｉが除去される。
【００８５】
このようなメタルクリーニング処理に用いられる処理用ガスの例としては、ＨＣｌ，ＳｉＣｌ4，ＢＣｌ3，ＣＨ4とＣｌ2又はＦを含むガスＳＦ6，ＣＦ4，ＣｘＨｙＦｚとの混合ガスが考えられる。特に、発明者らの検討によれば、ＢＣｌ3とＣｌ2の混合ガス、ＳｉＣｌ4とＣｌ2の混合ガスでは、Ｔｉのクリーニング効果が高い。さらに、必要に応じて上記混合ガスを希釈ガス等により希釈しても同様の効果が得られる。
【００８６】
一般に、ウエハ１１２が載せられるウエハ載置電極１１１の載置面はセラミックス材で構成されており、例えば、Ａｌ2Ｏ3やＹ2Ｏ3等の材料が使用されていることが一般的である。このようなセラミックス材料により構成された部材にプラズマが面すると、セラミックスがプラズマ内の荷電粒子や反応性粒子との相互作用によりエッチングされ消耗してしまう。本例では、セラミックスで構成された載置面上にコーティング膜が配置された状態で、上記のアフタートリートメント処理やメタルクリーニング処理といったプラズマ処理を実施することができるため、プラズマによる上記載置面を構成するセラミックスの損傷が抑制される。
【００８７】
上記のメタルクリーニング処理を処理室１０４内に残留する、特にコーティング膜の成分あるいは処理室１０４の内壁の部材の成分と化合してコーティング膜内に存在するメタル成分の物質の量が十分減少するまで実施した後、コーティング膜および処理室内に残留するその他の反応生成物を除去するためのクリーニング処理を行う（ステップ１３０９）。このクリーニング処理は、コーティング膜がＳｉを含む成分で構成された膜である場合、例えば、コーティング膜形成のプラズマ処理（ステップ１３０６）をＳｉＣｌ4，Ｏ2の混合ガス、又はＳｉＣｌ4，Ｏ2，Ａｒの混合ガスを用いて実施した場合には、フッ素（Ｆ）を含有またはフッ素（Ｆ）と酸素（Ｏ）を成分として含むガスを処理用ガスとして用いてプラズマを形成しクリーニングが実施される。
【００８８】
このことにより、クリーニング効果の高いクリーニングが可能となる。例えば、ＳＦ6，ＮＦ3やそれらとＯ2の混合ガスなどが好適である。このクリーニング処理の後、他のウエハ１１２を処理するか否かが判定されて、処理の要否に応じてステップ１３０６またはステップ１３１０に移動する。ステップ１３１０では次に処理するウエハ１１２は無いと判定されて処理室１０４内での処理が終了される。
【００８９】
上記のプラズマ処理を繰り返すことにより、ウエハ毎に処理室１０４の内部の部材の表面の状態が復元され、処理に適合したものに調整されることから、再現性良く、異物の発生の少ない処理が可能となる。また、これらの処理を行うことにより、処理室１０４内部の清掃や部品交換といった定期的なメンテナンス前後、およびロット間での処理室１０４内部の条件のばらつきが抑制されることから、再現性の良い処理が可能となる。
【００９０】
次に、第２の場合を図１４を用いて説明する。本図では、第１の場合と同一箇所は説明を省略し、異なる箇所のみ説明する。
【００９１】
図１４は、図１に示すプラズマ処理装置においてメタルクリーニングステップを含む処理の流れの別の例を示すフローチャートである。第２の場合では、メタルクリーニング処理を実施するタイミングが第１の場合と異なる。
【００９２】
第１の場合ではメタルクリーニング処理はウエハ１１２の処理対象の膜構造のエッチング処理を終了した後に実施されていたのに対し、第２の場合ではコーティング膜を処理室１０４内側の部材表面およびウエハ載置電極１１１上に形成した後、ウエハ１１２を処理室１０４内に導入しエッチング処理を実施する前にメタルクリーニング処理を実施する（ステップ１４０４）。この第２の場合でも第１の場合と同様に、ウエハ１１２毎に処理室１０４内部の部材の表面の状態が復元され調整されることから、再現性良く、異物発生の少ない処理が実現される。
【００９３】
次に、メタルクリーニング処理によるメタル成分を除去する効果を測定した例を示す。図１５は、図１４に示す変形例におけるコーティング膜の深さ位置に対するメタル成分の濃度の変化を示すグラフである。
【００９４】
本測定では、任意のウエハ１１２において図２（ｂ）に示す膜構造のメタル膜２０５のエッチング処理が行われ処理室１０４内にＴｉが残留しており、その後のウエハ１１２の処理に際してその上にコーティング膜が堆積した状態を模擬するため、ＴｉＮ膜上にＳｉＯ2膜をＳｉＣｌ4，Ｏ2の混合ガスによるプラズマ処理により堆積させた。そのコーティング膜（本例ではＳｉＯ2膜）表面から内部のＴｉの分布をＳＩＭＳ（Secondary ion mass spectrometry）により測定した結果を示している。
【００９５】
図中Ｘ軸の負側がＳｉＯ2膜、正側がＴｉＮ膜を示しており、Ｙ軸はＴｉ濃度である。本図より、ＳｉＯ2膜中にもＴｉが存在していることが分かる。これは、処理室１０４内のＴｉがＳｉＯ2膜中へ拡散した、又は一旦エッチング処理されて処理室１０４内部に遊離したＴｉの粒子が再度ＳｉＯ2の堆積と共にサンプル上に堆積した等の理由が考えられる。
【００９６】
発明者らは、このように、コーティング膜（本例ではＳｉＯ2膜）中にはメタル成分であるＴｉが組成として存在するため、この処理室１０４内に残留しているＴｉにより処理室１０４内部のガスの分圧や処理の条件、特性の経時的なばらつきが発生すると考えた。一方、残留するこのようなＴｉの影響を少なくするために、更にコーティング膜厚を増加させることも有効な手段と考えられるが、ウエハ処理毎に実施するコーティング膜形成に必要な時間も延長されることになり、スループットが低下してしまうという問題が生じる。
【００９７】
一方、図中の□は、コーティング膜を形成後メタルクリーニング処理としてＢＣｌ3，Ｃｌ2の混合ガスによるプラズマ処理を実施した場合の、コーティング膜内でのＴｉ分布を示す。メタルクリーニング処理を実施した場合には、実施しない場合に比べて表面付近のＴｉ濃度が減少していることが分かる。このように、メタルクリーニング処理を実施することにより、コーティング膜の表面及びその近傍の深さ位置に存在するメタル成分であるＴｉの濃度を低下させることが可能となる。これにより、コーティング膜内に残留するメタル成分、例えばＴｉによって処理室１０４内の雰囲気への悪影響を低減することでき、再現性良く、安定で、異物発生の少ないプラズマ処理が可能となる。
【００９８】
メタルクリーニング処理に処理用ガスとしてＳｉＣｌ4とＣｌ2の混合ガスを用いる場合、その混合比によってメタル成分の除去の効果が異なる。例えば、Ｃｌ2の流量に対してＳｉＣｌ4流量を増加させるとＴｉの残留量が減少していく傾向がある。ＳｉＣｌ4／Ｃｌ2の流量比を０.２以上とすることで、処理の速度等の処理の特性の変動が抑制されることが発明者らの検討により知見として得られた。一方、ＳｉＣｌ4の流量をさらに増加させると処理室１０４内に過剰なＳｉを成分とする生成物が堆積するため、メタル成分（例えばＴｉ）のクリーニング処理を行う上ではＳｉＣｌ4／Ｃｌ2流量比は０.２〜１.０とすることが望ましい。
【００９９】
本実施例では、メタルクリーニングを処理室内に残留するメタル量が十分減少するまで実施する。メタルクリーニング処理においてプラズマから得られた発光を検出することにより、メタルクリーニング処理の終点を判定することができる。
【０１００】
図１６は、メタル膜を前もってエッチング処理した場合と処理しない場合の、メタルクリーニング処理におけるメタル成分に起因する発光強度の時間変化を示すグラフである。本測定では、メタル膜２０５の材料としてＴｉＮを処理し、Ｔｉの発光強度の変化を測定した。図中の点線が、メタルを処理しなかった場合の発光強度、実線がメタルを処理した場合の発光強度である。予めメタル膜２０５を処理した場合には、クリーニング処理の継続時間と共に発光強度が減少し、メタルを処理しなかった場合と同一レベルまで低下する。
【０１０１】
そこで、予めメタルを処理しなかった場合の発光強度の値をＲＡＭ等の記憶手段に記憶しておき、この値を設定値として当該設定値とメタル膜２０５を含む膜構造を処理した後のメタルクリーニング処理中に得られたプラズマの発光の強度を比較し、この設定値と同等であると判定された時刻をメタルクリーニング処理を終了させる時刻として処理の終了を判定させることができる。
【０１０２】
上記実施例によれば、処理室１４０内部の残留物による処理への悪影響が低減され、処理室１０４内部のガスの分圧や内部の部材の表面の状態が安定化されるため、処理の速度等の特性の変動が抑制され加工した結果としての形状の変動を抑制でき、ひいては加工の精度を向上させることができる。
【０１０３】
上記の実施例，変形例では、特にプラズマ処理装置としてＥＣＲプラズマを用いるものについて説明したが、本発明は、他のプラズマ装置、例えば誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ），容量結合型プラズマ装置（ＣＣＰ）を用いたプラズマ処理に対しても同様の効果がある。
【符号の説明】
【０１０４】
１０１  真空容器
１０２  シャワープレート
１０３  誘電体窓
１０４  処理室
１０５  ガス供給装置
１０６  真空排気口
１０７  導波管
１０８  空洞共振器
１０９  電磁波発生用電源
１１０  磁場発生コイル
１１１  ウエハ載置電極
１１２  ウエハ
１１３  マッチング回路
１１４  高周波電源
１１５  フィルター
１１６  直流電源
１１７  冷媒用流路
１１８  温調器
１１９，１２２  ヒーター
１２０  ヒーター制御器
１２１  温度センサー
１２３  発光分光器
１２４  発光データ処理装置
【図１】
0005450187.tif 000002
【図２】
0005450187.tif 000003
【図３】
0005450187.tif 000004
【図４】
0005450187.tif 000005
【図５】
0005450187.tif 000006
【図６】
0005450187.tif 000007
【図７】
0005450187.tif 000008
【図８】
0005450187.tif 000009
【図９】
0005450187.tif 000010
【図１０】
0005450187.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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