(57)【要約】【課題】    プラズマ処理室内面の酸化イットリウムを被覆した部材の消耗を低減し、長期に渡り安定したプラズマ処理を可能とする。【解決手段】  内壁のプラズマに触れる部分に酸化イットリウムを形成した真空処理室１０７と、該処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、アンテナを備え第１の高周波電源１０１から処理室内に高周波電力を供給して処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段１０４と、処理室内に配置され試料を載置する基板電極１０９と、該基板電極に高周波バイアス電圧を供給する第２の高周波電源１１１を備え、一枚または複数枚の試料の処理終了毎に、塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子またはホウ素原子を含むガス中で処理室内面にプラズマ処理を施す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁のプラズマに触れる部分に酸化イットリウムを形成した真空処理室と、
該処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
アンテナを備え第１の高周波電源から処理室内に高周波電力を供給して処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
処理室内に配置され試料を載置する基板電極と、
該基板電極に高周波バイアス電圧を供給する第２の高周波電源を備え、
一枚または複数枚の試料の処理終了毎に、塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子、またはホウ素原子または炭素原子を含むガス中で処理室内面にプラズマ処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
内壁のプラズマに触れる部分に酸化イットリウムを形成した真空処理室と、
該処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
アンテナを備え第１の高周波電源から処理室内に高周波電力を供給して処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
処理室内に配置され試料を載置する基板電極と、
該基板電極に高周波バイアス電圧を供給する第２の高周波電源を備え、
一枚または複数枚の試料の処理終了毎に、塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子またはホウ素原子または炭素原子を含むガス中で処理室内面にプラズマ処理を施し、次いで、酸素を含むガスを処理室に供給して処理室内面にプラズマ処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理方法において、
前記アンテナのプラズマに触れる面はシリコン、炭素、またはシリコンカーバイトで構成されていることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理方法において、
一枚または複数枚の試料の処理終了毎に、塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子またはホウ素原子または炭素原子を含むガス中で処理室内面に施すプラズマ処理は、シリコンまたはシリコンカーバイトを含む基板を被処理基板としたエッチング処理であることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
請求項１記載のプラズマ処理方法において、
塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子、またはホウ素原子または炭素原子を含むガスは前記ガス供給手段から供給することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項６】
請求項１記載のプラズマ処理方法において、
真空処理室内壁のプラズマに触れる部分には酸化イットリウムを溶射したことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
内壁のプラズマに触れる部分に酸化イットリウムを形成した真空処理室と、
該処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
アンテナを備え第１の高周波電源から処理室内に高周波電力を供給して処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
処理室内に配置され試料を載置する基板電極と、
該基板電極に高周波バイアス電圧を供給する第２の高周波電源と、
装置全体を制御する制御装置を備え、
該制御装置は、試料に対するエッチング処理後に、塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子またはホウ素原子または炭素原子を含むガス中で処理室内面のプラズマ処理を施すことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
内壁のプラズマに触れる部分に酸化イットリウムを形成した真空処理室と、
該処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
アンテナを備え第１の高周波電源から処理室内に高周波電力を供給して処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
処理室内に配置され試料を載置する基板電極と、
該基板電極に高周波バイアス電圧を供給する第２の高周波電源と、
装置全体を制御する制御装置を備え、
該制御装置は、試料に対するエッチング処理後に、塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子またはホウ素原子または炭素原子を含むガス中での処理室内面のプラズマ処理、及び酸素を含むガスでの処理室内面のプラズマ処理を順次施すことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項７記載のプラズマ処理装置において、
前記アンテナのプラズマに触れる面はシリコン、炭素、またはシリコンカーバイトで構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項７記載のプラズマ処理装置において、
塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子またはホウ素原子を含むガス中で処理室内面に施すプラズマ処理は、シリコンまたはシリコンカーバイトを含む基板を被処理基板としたエッチング処理であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求項７記載のプラズマ処理装置において、
塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子、またはホウ素原子または炭素原子を含むガスは前記ガス供給手段から供給することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
請求項７記載のプラズマ処理装置において、
真空処理室内壁のプラズマに触れる部分には酸化イットリウムを溶射したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理技術に係り、特に内壁に酸化イットリウムを形成した処理室を用いて行うプラズマ処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プラズマ処理装置の処理室内壁は、プラズマ中のイオンによるスパッタリング、化学的活性種によるエッチング、あるいは反応生成物の堆積などにより、プラズマ処理を繰り返すに従い、削れたり、膜が付着したりする。内壁の削れが著しくなると、プラズマ処理特性に影響を与えるため、内壁部品の交換などメンテナンス作業が必要となる。また内壁に膜が付着する場合、その付着量が多くなると、プラズマ処理特性に影響を与えるほか、やがて膜がはがれて被処理基板表面等に降り積もり、プラズマ処理の品質を損う場合がある。このため内壁に堆積した堆積物を除去する等のメンテナンス作業が必要となる。
【０００３】
このようなメンテナンス作業は、プラズマ処理装置の稼働率を下げ、生産性を低下させる。また、交換部品も一般に高価な場合が多く、プラズマ処理の処理コストを高める主要因の一つとなっている。このため内壁の削れ、膜堆積の少ない材料や処理方法等が求められている。
【０００４】
こうした中で、酸化イットリウムはイオン衝撃や化学的活性種による削れが少ない材料として注目されており、メンテナンス頻度の低減等、処理の効率化を図る観点からプラズマ処理装置に適用されつつある。
【０００５】
従来のプラズマ処理装置としては、石英窓を介して電磁波を処理室内に投入して、処理室内にプラズマを発生させ、更に被処理基板を載置した基板電極に高周波バイアス電力を印加して、プラズマ中のイオンを被処理基板に引き込むことにより、エッチング処理を行う装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
この装置においては、基板電極に印加する高周波バイアス電流は被処理基板からプラズマを介して、処理室壁面に流れる。基板電極に印加される高周波電圧は、主に被処理基板とプラズマの界面に形成されるシースと呼ばれる領域に加えられる。このとき、シースの持つ非線型性により直流電圧がシースに生じ、結果的にシースには高周波バイアス電圧と直流電圧が印加されることになる。シースに加えられた電圧により、プラズマ中のイオンは被処理基板方向に加速され、エッチングなどのプラズマ処理品質を高める働きをする。しかし、処理室壁面にもシースが形成されるため、同様に処理室壁面にも加速されたイオンが衝突し、処理室壁面をエッチングしてしまうことになる。
【特許文献１】特開２００３−１６３２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、処理室壁面はプラズマ中のイオン衝撃によるスパッタリングやプラズマ中の化学的活性種によるエッチングにより削られることがある。処理室壁面が削られる場合、この削られた材質がガス化しない場合は被処理基板表面を含む処理室内面等に堆積することになる。これらの堆積物はプラズマ処理品質を低下させるほか、処理室内面の状態を変化させることになり、プラズマ処理特性が変化したり、処理室壁面を構成する部品の寿命を縮める要因ともなる。
【０００８】
ところで、酸化イットリウムは比較的化学的に安定で、スパッタリング衝撃にも強い材料である。しかし、エッチング装置などで主要な処理ガスに含まれるハロゲン原子と反応して、その表面に塩化イットリウムやフッ化イットリウム、臭化イットリウム等を生成する。ハロゲン原子を含むプラズマで酸化イットリウムが削られる機構は必ずしも明確でないが、本発明者らは下記の様に推定する。
【０００９】
（１）ハロゲン原子と酸化イットリウムが反応し、表面にイットリウムのハロゲン化物が生成する。
【００１０】
（２）プラズマ中のイオンによるスパッタリング作用でハロゲン化イットリウムが削られる。
【００１１】
生成したイットリウムのハロゲン化物が処理室内壁に付着した場合、これらは化学的に安定であるため、除去の簡便な方法がない点で問題があった。
【００１２】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、プラズマ処理室内面の酸化イットリウムを被覆した部材の消耗を低減し、長期に渡り安定したプラズマ処理を可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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。
【００１４】
内壁のプラズマに触れる部分に酸化イットリウムを形成した真空処理室と、該処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、アンテナを備え第１の高周波電源から処理室内に高周波電力を供給して処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、処理室内に配置され試料を載置する基板電極と、該基板電極に高周波バイアス電圧を供給する第２の高周波電源を備え、一枚または複数枚の試料の処理終了毎に、塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子またはホウ素原子または炭素原子を含むガス中で処理室内面にプラズマ処理を施す。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、以上の構成を備えるため、プラズマ処理室内面の酸化イットリウムを被覆した部材の消耗を低減し、長期に渡り安定したプラズマ処理を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るエッチング装置を説明する図である。周波数４５０ＭＨｚのＵＨＦ電源（第１の高周波電源）１０１から出力されたＵＨＦ電力は同軸線路１０２、自動整合機１０３を介して円板上アンテナ１０４に伝送される。円板上アンテナ１０４から放射されたＵＨＦ電力は石英窓１０５、シャワープレート１０６を介して処理室１０７内に放射される。処理室１０７内には被処理基板１０８を載置するための基板電極１０９が設けられている。基板電極１０９には整合機１１０を介して、バイアス電源（第２の高周波電源）１１１が接続され、被処理基板１０８にバイアスを加えることができる。
【００１７】
また処理室１０７の内面には、酸化イットリウム皮膜で被覆された部材１１２が設置されている。図示しない処理ガスの供給手段により、塩素、フッ素、臭素等の元素を含むガスを石英窓１０５とシャワープレート１０６の間に設けた微少な間隙に供給し、さらにシャワープレート１０６に設けられた複数の微細なガス供給孔を通して処理室１０７内にガスをシャワー状に供給する。また、処理室１０７には図示しない真空排気系が接続され、ガス供給系から供給されるガスの流量とともに処理室内の圧力をエッチング処理に適した所定の圧力に保持することができる。
【００１８】
シャワープレート１０６に設けた微細なガス供給孔の直径としては０．５ｍｍのものを用いた。しかし、ガス供給孔内での放電を防止する立場からは、ガス供給孔の直径はより小さいことが望ましい。また処理室１０７の周辺には静磁界発生装置１１３が設けられ、処理室内に静磁界を生成することができる。この静磁界により、処理室１０７内に生成されるプラズマの拡散を制御できる。また電子のサイクロトロン運動と投入するＵＨＦ電源の周期が一致すると、ＵＨＦ電力が共鳴的にプラズマに吸収されるＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）現象が発生し、プラズマを効率よく発生させることができる。周波数が４５０ＭＨｚの本実施例の場合、ＥＣＲ現象は０．０１６６テスラで起きることが知られている。静磁界分布を制御して、ＥＣＲ条件となる磁場０．０１６６テスラの場所を制御して、プラズマ発生領域を制御することもできる。またＥＣＲ現象を起こすことにより、従来のプラズマ発生方法ではプラズマ発生が困難であった例えば０．１Ｐａ以下の低圧でも安定してプラズマを発生し、維持することができる。制御装置１１４は、第１、第２の高周波電源１０１，１１１、静磁界発生装置１１３、処理ガスの供給手段、図示しない試料の搬入・搬出手段等の装置全体を全体を制御する。
【００１９】
被処理基板には前述のようにバイアス電源１１１によってバイアス電圧が加えられている。バイアス電源の周波数として４００ｋＨｚのものを用いた。バイアス電源により供給された電力は主に被処理基板１０８と処理室１０７内に発生するプラズマの界面に形成されるシース領域で消費されるが、一部は他のシース領域、例えば酸化イットリウム皮膜で被覆された部材１１２とプラズマの界面で形成されるシース領域で消費される。シース領域に加えられたバイアス電力によりプラズマ中のイオンは加速され、例えば部材１１２の表面に衝突し、スパッタリング作用で表面を削る。酸化イットリウムの表面がプラズマにさらされて削られる機構は前述のようなものであると推定される。
【００２０】
本発明者らは、本実施形態に示すエッチング装置を用いて、塩素、フッ素、臭素を含むガスを用いたエッチング処理の長期安定性実験を行った。その結果、長時間のエッチング処理を繰り返すと、わずかではあるが処理室内面に堆積物が検出され、元素分析の結果イットリア（酸化イットリウム）とフッ素が同時に検出された。このことから、本発明者は堆積物の内、イットリウム元素はフッ化イットリウムとして堆積しているものと推定している。
【００２１】
ハロゲン化イットリウムとして、フッ化イットリウム、塩化イットリウム、臭化イットリウム等があるが、これらの中で塩化イットリウムが比較的スパッタリングされやすいと考えている。また、塩化イットリウムはフッ素と容易に反応してフッ化イットリウムになりやすく、スパッタリングされた塩化イットリウムがその後のフッ素原子を含むプラズマにさらされた場合、塩化イットリウムがフッ化イットリウムに反応するものと推定する。その結果として前述のように堆積物中にフッ化イットリウムが形成されたと推定する。
【００２２】
前記実験の結果、処理室内にイットリアを含む堆積物が検出された。処理室内の堆積物は処理特性の変動や、剥離して被処理基板に付着した場合はプラズマ処理品質を低下させるため、これらの堆積物を低減させる方法を検討した。その結果、下記手順で処理を行うことで堆積物を低減できることが分かった。
【００２３】
（１）被処理基板をフッ素、塩素、臭素等ハロゲンを含むガスでエッチング処理する。
【００２４】
（２）シリコン基板を基板電極上に導入し、塩素を含み、フッ素を含まないガス系でプラズマを発生させ、エッチング処理する。例えば塩素ガスのみを処理室に導入して、プラズマを生成する。この際、バイアス電力を基板に加えて、シリコン基板を高速でエッチングし、シリコン原子を処理室に放出することが望ましい。
【００２５】
（３）酸素を含むプラズマを処理室内に生成し、処理室内面をプラズマ処理する。
【００２６】
上記（１）の被処理基板をエッチング処理する過程で処理室内面の酸化イットリウム表面にフッ化イットリウム、塩化イットリウム等のハロゲン化イットリウムが形成される。（２）の過程ではシリコン基板から放出されたシリコン原子が（１）の過程で形成されたフッ化イットリウムからフッ素を引き抜き、フッ化シリコンとして排出させる効果がある。また塩素が同時にプラズマ中から供給され、イットリウムが塩化され、塩化イットリウムに反応する。
【００２７】
フッ化イットリウムからフッ素を引き抜くためにシリコンを供給する方法として、シリコン基板から供給する以外に、例えば塩化シリコンのようなガスとして供給しても良い。またフッ素を引き抜く作用のある元素としてシリコンを用いたが、その他、炭素原子や、ホウ素原子を供給しても良い。同様にこれらの原子を処理室に供給する場合、三塩化ホウ素や四塩化炭素のようなガスで供給しても良いし、シリコンカーバイド等の固体を被処理基板として供給し、これをエッチングしても良い。
【００２８】
（３）の過程で塩化イットリウムを酸化して酸化イットリウムに反応させる。
【００２９】
なお、上記（２）の過程では、例えば
４ＹＦ３＋３ＳｉＣｌ４→４ＹＣｌ３＋３ＳｉＦ４↑
４ＹＦ３＋３ＣＣｌ４→４ＹＣｌ３＋３ＣＦ４↑
ＹＦ３＋ＢＣｌ３→ＹＣｌ３＋ＢＦ３↑
ＹＦ３＋２ＢＣｌ３→ＹＣｌ３＋ＢＣｌ２Ｆ＋ＢＣｌＦ２↑
のような反応が起きていると考えられる。
【００３０】
また、上記（３）の過程では
４ＹＣｌ３＋３Ｏ２→２Ｙ２Ｏ３＋６Ｃｌ２
なる反応が起きていると考えられる。
【００３１】
なお、上記（２）、（３）の処理は酸化イットリウムの削れ抑制の観点からは、上記（１）の被処理基板をエッチング処理する毎に実施することが望ましいが、シリコンウェハの搬送や、処理自体に時間がかかり、エッチング処置の生産性を下げることにもつながる。このため生産性の観点から、被処理基板の数枚処理毎に上記の（２）、（３）を実施しても良い。また上記（２）の過程を実施する際に、フッ素原子を引き抜くための原子を供給する方法としてガスによる供給方法を用いた場合は、基板を必ずしも導入する必要がないため、被処理基板の搬送中の時間を活用して、実施しても良い。
【００３２】
図２は、本発明の第２の実施形態を説明する図である。前述の実施形態と異なる主な部分はエッチング装置の構成にある。共通する部分についてはその説明の一部を省略する。第１の高周波電源１０１から出力された高周波電力は同軸線路１０２を介して自動整合機１０３に接続されている。第１の高周波電源の周波数として６０ＭＨｚのものを用いた。この高周波電力は自動整合機１０３を介してアンテナ２０４に導入され、さらに処理室１０７に導入される。処理室１０７には図示しないガス供給手段と真空排気手段が接続され、内部をエッチング処理に適した圧力、ガス雰囲気に保持している。処理室１０７の内面は酸化イットリウムで被覆された部材１１２により覆われている。部材１１２を用いる代わりに処理室１０７の内面に直接酸化イットリウムを溶射などの方法で被覆しても良い。
【００３３】
処理室１０７の内部には被処理基板１０８を設置するための基板電極１０９が設けられ、さらに基板電極１０９には第２の高周波電源１１１が自動整合機１１０を介して接続されている。第２の高周波電源１１１の高周波が被処理基板１０８に印加され、処理室に第１の高周波電源よりもたらされる電力で発生したプラズマ中のイオンを被処理基板に引き込んでエッチング処理の高速化、高品質化を図っている。第２の高周波電源の周波数として２ＭＨｚのものを用いた。
【００３４】
アンテナ２０４の材質としては、少なくともそのプラズマに触れる面は主にシリコンまたは炭素またはシリコンカーバイドとなるよう構成している。またアンテナ２０４内にはガス溜り２０５および処理室に処理ガスを供給するための複数のガス供給孔２０６が設けられ、処理室１０７内にシャワー状に処理ガスを供給することができる。
【００３５】
第１の実施形態と同様にハロゲンガスを用いて被処理基板をエッチング処理すると、酸化イットリウムで被覆した部材１１２の表面がハロゲン化される。部材１１２の表面が削られる主な機構としては前述の例と同様に、ハロゲン化された表面にプラズマ中のイオンが衝突し、スパッタリング作用により削られると考えられる。
【００３６】
ハロゲン化イットリウムのうち、フッ化イットリウムについては第１の実施形態と同様、処理室に発生するプラズマ中に、フッ素を引き抜く作用を持つシリコン、ホウ素、炭素などのフッ素と比較的強く結合する原子を放出して部材１１２表面のフッ化イットリウムからフッ素と引き抜くと共に、プラズマ中に塩素原子を供給して、フッ素を引き抜かれたイットリウムに塩素を供給して、塩化イットリウムとして安定化させる。
【００３７】
さらに酸素を含み、ハロゲン元素を含まないガスによるプラズマに部材１１２の表面を処理して、塩化イットリウムを酸化イットリウムに反応させる（変換させる）。前述のシリコン、ホウ素、炭素などの比較的フッ素と強く結合する原子をプラズマ中に放出する方法として、アンテナ２０４表面のシリコンまたは炭素またはシリコンカーバイドをプラズマに直接触れさせ、プラズマ中イオンのスパッタリング作用によりこれらの原子を放出させることができる。
【００３８】
アンテナ２０４の電位は直流的に絶縁してもよい。その場合、アンテナ２０４の表面はプラズマシースの非線形性により直流的にバイアスされ、プラズマ中のイオンが加速されて、アンテナ２０４表面に衝突する。この場合はイオンの衝突でアンテナ２０４表面がスパッタリングされ、アンテナ２０４表面の原子がプラズマ中に効率よく放出することができる。
【００３９】
なお、処理室に、塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子、またはホウ素原子または炭素原子を含むガスを供給する方法として、（１）ガス供給手段を介して供給する方法、（２）シリコン原子または炭素原子が表面に露出した被処理基板にバイアス電力を印加して、該被処理基板よりシリコン原子または炭素原子を含む物質を処理室内に放出させる方法、（３）アンテナのプラズマに触れる面はシリコン、炭素、またはシリコンカーバイトで構成し、該表面よりシリコン原子または炭素原子を含む物質を処理室内に放出させる方法、について説明したが、これらを組み合わせて前記ガスを供給してもよい。
【００４０】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、プラズマに触れる処理室壁面の消耗を抑制し、また、処理室壁面の削れによる生成物の処理室内の他の面への付着を抑制し、プラズマ処理品質を高めることができる。また、メンテナンスの労力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施形態に係るエッチング装置を説明する図である。
【図２】第２の実施形態を説明する図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０１  第１の高周波電源
１０２  同軸線路
１０３，１１０  自動整合機
１０４  アンテナ
１０５  石英窓
１０６  シャワープレート
１０７  処理室
１０８  被処理基板（試料）
１０９  基板電極
１１１  第２の高周波電源
１１２  酸化イットリウム皮膜で被覆された部材
１１３  静磁界発生装置
１１４  制御装置
２０５  ガス溜り
２０６  ガス供給孔
【図１】
2006086377.tif 000003
【図２】
2006086377.tif 000004