(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内にクリーニングガスを供給し、このクリーニングガスをプラズマ化して得たプラズマにより前記処理容器内に付着した付着物を除去するクリーニング工程（ａ）と、
次いで前記処理容器内に、エッチングレートのプロファイル制御用の成膜ガスとして、ＣＨ３ＦガスとＣＨＦ３ガスとの混合ガスからなる成膜ガスまたはＣＨ３ＦガスとＨｅガスとの混合ガスからなる成膜ガスを供給し、この成膜ガスをプラズマ化して得たプラズマにより、前記処理容器内に炭素とフッ素とを含む膜を成膜する成膜工程（ｂ）と、
次いで前記処理容器内の載置台に基板を載置し、当該処理容器内にエッチングガスを供給して、このエッチングガスをプラズマ化して得たプラズマにより前記基板に対してエッチングするエッチング工程（ｃ）と、
このエッチング工程（ｃ）の後に前記処理容器から基板を搬出する工程（ｄ）と、を含み、
前記基板を搬出する工程（ｄ）が終了した後、前記工程（ａ）〜（ｄ）が行われ、
前記基板における被エッチング膜は、前記成膜工程（ｂ）を行わないときには、前記エッチング工程（ｃ）において、基板の中央よりも外縁領域のエッチングレートが高くなる膜であることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
前記被エッチング膜は、シリコン窒化膜、シリコン膜及び反射防止膜の中から選ばれる膜であることを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
１枚の基板に対して前記エッチング工程（ｃ）を行った後、前記クリーニング工程（ａ）を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記クリーニングガスは、酸素ガスとＳＦ６ガスの混合ガス、若しくは酸素ガスとＮＦ３ガスの混合ガスであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記付着物は、処理容器内に成膜された炭素とフッ素とを含む膜を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項６】
前記処理容器内にて、ガスをプラズマ化するプラズマ発生手段と、
前記処理容器内に、この処理容器内に付着した付着物を除去するためのクリーニングガスを供給する手段と、
前記処理容器内に炭素とフッ素とを含む膜を形成するために、当該処理容器内に、エッチングレートのプロファイル制御用の成膜ガスとして、ＣＨ３ＦガスとＣＨＦ３ガスとの混合ガスからなる成膜ガスまたはＣＨ３ＦガスとＨｅガスとの混合ガスからなる成膜ガスを供給する手段と、
前記処理容器内に、この処理容器内の載置台に載置された基板に対してエッチングを行うためのエッチングガスを供給する手段と、
処理容器内にて前記クリーニングガスをプラズマ化して、前記付着物を除去するステップ、次いで前記処理容器内にて前記成膜ガスをプラズマ化して、前記処理容器内に炭素とフッ素とを含む膜を成膜するステップ、次いで処理容器内にて前記エッチングガスをプラズマ化して前記載置台に載置された基板に対してエッチングを行うステップ、次いで前記処理容器から基板を搬出するステップを行い、前記基板を搬出した後、上記一連のステップを行うように前記各手段を制御する手段と、を備え、
前記基板における被エッチング膜は、前記成膜するステップを行わないときには、前記エッチングを行うステップにおいて、基板の中央よりも外縁領域のエッチングレートが高くなる膜であることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項７】
前記被エッチング膜は、シリコン窒化膜、シリコン膜及び反射防止膜の中から選ばれる膜であることを特徴とする請求項６記載のプラズマエッチング装置。
【請求項８】
前記クリーニングガスは、酸素ガスとＳＦ６ガスの混合ガス、若しくは酸素ガスとＮＦ３ガスの混合ガスであることを特徴とする請求項６または７記載のプラズマエッチング装置。
【請求項９】
プラズマエッチング装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に対してプラズマエッチング処理を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体ウエハＷ（以下「ウエハ」という）やＦＰＤ基板等の半導体基板の製造工程においては、減圧雰囲気下で基板にエッチング処理を施す工程がある。この工程を行うプラズマエッチング装置の一例について、図１３に基づいて簡単に説明すると、図中１は真空チャンバであり、この真空チャンバ１の内部には、基板例えばウエハＷを載置するための載置台１１が設けられると共に、この載置台１１に対向するようにプラズマ発生用の上部電極をなす処理ガス供給部１２が設けられている。そして処理ガス供給部１２から真空チャンバ１内に処理ガスを供給し、排気路１３を介して図示しない真空ポンプにより真空チャンバ１内を真空引きする一方、高周波電源１４から前記処理ガス供給部１２に高周波電力を印加することにより、ウエハＷの上方の空間に処理ガスのプラズマが形成され、これによりウエハＷに対するエッチング処理が行われるようになっている。この際前記載置台１１に内蔵される図示しない温調手段によりウエハ温度を調整することが行なわれている。
【０００３】
ところでエッチング処理を行うにあたり、膜種によっては、例えば図１４に示すように、ウエハＷの中央よりも外縁領域のエッチングレートが大きくなることがあり、この場合ウエハＷの外縁領域ではサイドエッチングされやすく、エッチング形状の垂直性が悪化してしまう。このような傾向が大きくなる例としては、ゲート構造のスペースに用いられる例えばポリシリコンよりなるゲート電極や、レジストの反射防止膜のエッチング等が知られている。ウエハＷの外縁領域のエッチングレートが大きくなる理由は真空チャンバ１の内部において、中央部よりも側壁に近い領域の方がエッチングガスのプラズマ化により生成される活性種が多くなるためと推察される。図１４中Ｐは、プラズマの状態を模式的に示したものである。
【０００４】
一方、上述のエッチング装置では、ウエハＷの面内におけるエッチングレートを制御して、前記エッチングレートの所望のプロファイルを確保するため、種々の手法がとられている。前記所望のプロファイルの一つに、ウエハＷ面内に亘って均一なエッチングレートを得ることがあるが、このため例えば特許文献１に記載されるように、載置台１１におけるウエハＷの周辺領域にフォーカスリングを設ける構成や、前記載置台１１に内蔵された温調手段により、ウエハ温度を中央領域のと外縁領域とにおいて変化させるように制御する構成、処理ガス供給部１２からの処理ガスの供給量を、ウエハの中央領域と外縁領域とにおいて変化させるように制御する構成、さらに特許文献２に記載されるように、処理ガス供給部の形状を工夫する構成等、様々な手法が検討されている。
【０００５】
しかしながら、前記載置台１１の温度制御を行う手法は、制御できる温度差に限界があり、前記処理ガスの供給量を制御する手法は、得られる前記エッチングレートのプロファイルの変化が小さい。また特許文献１や特許文献２の手法についてはエッチング対象となる膜の種類によって良好な結果を得ることはできるものの、前記ゲート電極や反射防止膜のエッチングのように、それだけでは十分ではないという問題がある。
【０００６】
また、前記真空チャンバ１はアルミニウム等により構成されているが、前記エッチング処理の際には、真空チャンバ１自体やこの内部に設けられた載置台１１やフォーカスリング等の構成部材もプラズマに晒され、エッチングガスの活性種に接触する。従ってエッチング処理を繰り返すうちに、前記真空チャンバ１の内面や前記構成部材（パーツ）の外面の金属までエッチングされて飛散し、パーティクルの発生原因となることがある。このため真空チャンバ１の内壁面や、載置台１１の側周部分など、真空チャンバ１の内部においてプラズマによってエッチングされるおそれがある部材については、その表面をＹ（イットリア）によりコーティングすることにより、前記エッチングに起因するパーティクル汚染を防止することが行われている。しかしながらエッチング条件が変わり、イットリア自体がエッチングされることもあり、ウエハＷのイットリア汚染が懸念されている。この際、真空チャンバ1等にコーティングされたイットリアに対して加熱したり、レーザを照射したりすることにより、イットリア表面を緻密にして硬化させ、エッチングされにくくすることも検討されているが、まだ実用化には至っていないのが現状である。さらにまた真空チャンバ１や前記構成部材がエッチングにより消耗してしまうと、これらの寿命が短くなるため、交換時期が早くなり、時間当たりのパーツ代（ＣＯＣ）が高まり、装置の高価格を招くという問題もある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０３３０６２号公報
【特許文献２】特開２００７−２２７８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような事情のもとになされたものであり、その目的は、基板の中央よりも外縁においてエッチングレートが小さくなるように、前記エッチングレートのプロファイルを制御することができ、また処理容器や処理容器内部の構成部材がエッチングされることに起因するパーティクルの発生を抑制することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のプラズマエッチング方法は、
処理容器内にクリーニングガスを供給し、このクリーニングガスをプラズマ化して得たプラズマにより前記処理容器内に付着した付着物を除去するクリーニング工程（ａ）と、
次いで前記処理容器内に、エッチングレートのプロファイル制御用の成膜ガスとして、ＣＨ３ＦガスとＣＨＦ３ガスとの混合ガスからなる成膜ガスまたはＣＨ３ＦガスとＨｅガスとの混合ガスからなる成膜ガスを供給し、この成膜ガスをプラズマ化して得たプラズマにより、前記処理容器内に炭素とフッ素とを含む膜を成膜する成膜工程（ｂ）と、
次いで前記処理容器内の載置台に基板を載置し、当該処理容器内にエッチングガスを供給して、このエッチングガスをプラズマ化して得たプラズマにより前記基板に対してエッチングするエッチング工程（ｃ）と、
このエッチング工程（ｃ）の後に前記処理容器から基板を搬出する工程（ｄ）と、を含み、
前記基板を搬出する工程（ｄ）が終了した後、前記工程（ａ）〜（ｄ）が行われ、
前記基板における被エッチング膜は、前記成膜工程（ｂ）を行わないときには、前記エッチング工程（ｃ）において、基板の中央よりも外縁領域のエッチングレートが高くなる膜であることを特徴とする。
【００１１】
本発明のプラズマエッチング装置は、
処理容器内にて、ガスをプラズマ化するプラズマ発生手段と、
前記処理容器内に、この処理容器内に付着した付着物を除去するためのクリーニングガスを供給する手段と、
前記処理容器内に炭素とフッ素とを含む膜を形成するために、当該処理容器内に、エッチングレートのプロファイル制御用の成膜ガスとして、ＣＨ３ＦガスとＣＨＦ３ガスとの混合ガスからなる成膜ガスまたはＣＨ３ＦガスとＨｅガスとの混合ガスからなる成膜ガスを供給する手段と、
前記処理容器内に、この処理容器内の載置台に載置された基板に対してエッチングを行うためのエッチングガスを供給する手段と、
処理容器内にて前記クリーニングガスをプラズマ化して、前記付着物を除去するステップ、次いで前記処理容器内にて前記成膜ガスをプラズマ化して、前記処理容器内に炭素とフッ素とを含む膜を成膜するステップ、次いで処理容器内にて前記エッチングガスをプラズマ化して前記載置台に載置された基板に対してエッチングを行うステップ、次いで前記処理容器から基板を搬出するステップを行い、前記基板を搬出した後、上記一連のステップを行うように前記各手段を制御する手段と、を備え、
前記基板における被エッチング膜は、前記成膜するステップを行わないときには、前記エッチングを行うステップにおいて、基板の中央よりも外縁領域のエッチングレートが高くなる膜であることを特徴とする。
【００１３】
また本発明の記憶媒体は、プラズマエッチング装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、前記プラズマエッチング方法のいずれか一つを実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、処理容器内に炭素とフッ素とを含む膜を成膜してから、基板に対してエッチング処理を行っているので、エッチングガスがプラズマ化されることにより生成される活性種が、前記処理容器の側壁の内面に形成された炭素とフッ素とを含む膜と反応する。これにより処理容器内部の側壁に近い領域では、前記炭素とフッ素とを含む膜との反応により前記活性種が消費されるので、基板のエッチングに用いられる量が低減され、基板の中央よりも外縁においてエッチングレートが小さくなるように、前記エッチングレートのプロファイルを制御することができる。これにより例えばゲート酸化膜のように、基板の中央よりも外縁領域のエッチングレートが高くなる傾向がある膜のエッチングにおいては、エッチングレートの面内均一性を高めるためのエッチング条件の制御が容易になる。
【００１５】
また処理容器内に炭素とフッ素とを含む膜を形成することにより、エッチング処理の際に、処理容器の内壁面や載置台等の構成部材の外面が直接エッチングガスの活性種に晒されることが抑えられ、処理容器内壁面等をエッチングガスによるスパッタから保護することができる。このため処理容器等を形成する金属がエッチングされて飛散し、基板に再付着して、基板を汚染してしまうことが抑制されると共に、処理容器や前記構成部材の長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
先ず本発明のエッチング方法の概要について説明する。本発明は、処理容器２の内部において基板例えばウエハＷに対してプラズマエッチングを行うにあたり、先ず処理容器２の内部に付着した付着物を除去するためのクリーニング工程を行う。このクリーニング工程は、前記処理容器２内にクリーニングガスを供給して、当該クリーニングガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記付着物を分解して除去することにより行われる。ここで前記付着物とは、後述するように処理容器２の内面や、処理容器２内の構成部材の外面に成膜された炭素とフッ素とを含む膜や、ウエハＷのエッチング処理の際に付着したものをいう。また前記クリーニングガスとしては、Ｏ２（酸素）ガスや、Ｏ２ガスとＳＦ６ガスの混合ガス、又はＯ２ガスとＮＦ３ガスの混合ガス等を用いることができる。
【００１７】
次いで前記処理容器２の内部におけるプラズマに晒される部位に、炭素とフッ素とを含む膜を成膜する成膜工程を行う。この成膜工程は、処理容器２内部に炭素とフッ素とを含む成膜ガスを供給して、当該成膜ガスをプラズマ化することにより行われ、これにより前記処理容器２の内部における前記成膜ガスと接触する部分、つまり処理容器２の内壁面や、図示しないウエハＷの載置台やフォーカスリング等の構成部材の外面に、炭素とフッ素とを含む膜２１が成膜される。以下本発明では、前記炭素とフッ素とを含む膜２１をＣＦ膜（フッ素添加カーボン膜）という。前記成膜ガスとしては、ＣｘＦｙＨｚ（ｘ、ｙは１以上の整数、ｚは０又は１以上の整数）ガス、例えばＣＨＦ３ガス、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガスを用いることができ、これらガスを単独で用いてもよいし、これらのうちの２種を組み合わせて用いてもよいし、これら全てを用いてもよい。またこれらのガスにＣ４Ｆ８ガスやＨｅガスを組み合わせて用いてもよい。
【００１８】
次いで前記処理容器２の内部にウエハＷを載置し、前記ウエハＷに対してエッチング工程を行う。このエッチング工程では、前記処理容器２の内部にエッチングガスを供給して、当該エッチングガスをプラズマ化することにより行う。例えばエッチング対象となる膜は、ポリシリコンよりなるゲート電極や、レジストの反射防止膜である。またエッチングガスとしては、前記成膜工程において処理容器２の内部に形成されたＣＦ膜２１と反応して、前記ウエハＷ表面の膜のエッチング処理に悪影響を与えないガスが用いられる。例えばＳｉＮ膜をエッチングする場合には、ＣＦ４ガス、ＣＨ３Ｆガス、Ａｒガスの組み合わせが用いられ、ポリシリコンよりなるゲート電極をエッチングする場合には、ＨＢｒガス、Ｏ２ガス等が用いられる。
【００１９】
続いて本発明のプラズマエッチング方法を実施するプラズマエッチング装置の一例について、図１を参照しながら説明する。図１に示したプラズマエッチング装置は、真空チャンバからなる処理容器２と、この処理容器２内の底面中央に配設された載置台３と、載置台３の上方に当該載置台３と対向するように設けられた上部電極４とを備えている。
【００２０】
前記処理容器２は接地されており、また処理容器２の底面の排気口２２には排気管２３を介して真空排気手段２４が接続されている。この真空排気手段２４には図示しない圧力調整部が接続されており、これにより処理容器２内が所望の真空度に維持されるように構成されている。処理容器２の壁面にはウエハＷの搬送口２５が設けられており、この搬送口２５はゲートバルブＧによって開閉可能となっている。
【００２１】
前記載置台３は、下部電極３１とこの下部電極３１を下方から支持する支持体３２とからなり、処理容器２の底面に絶縁部材３３を介して配設されている。載置台３の上部には静電チャック３４が設けられており、高圧直流電源３５から電圧が印加されることによって、載置台３上にウエハＷが静電吸着されるようになっている。また載置台３には、電源３６ａに接続されたヒータ３６が内蔵されており、載置台３上のウエハＷを加熱できるように構成されている。さらに載置台３内には、所定の温調媒体が通る温調流路３７が形成されており、エッチング時にはウエハＷを設定温度に維持するように構成されている。  
さらにまた載置台３の内部には、Ｈｅ（ヘリウム）ガス等の熱伝導性ガスをバックサイドガスとして供給するガス流路３８が形成されており、このガス流路３８は載置台３の上面の複数個所で開口している。これらの開口部は、前記静電チャック３４に設けられた貫通孔３４ａと連通している。
【００２２】
前記下部電極３１はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５１を介して接地されており、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電源５２が整合器５３を介して接続されている。この高周波電源５２から供給される高周波は、ウエハＷにバイアス電力を印加することでプラズマ中のイオンをウエハＷに引き込むためのものである。また下部電極３１の外周縁には、静電チャック３４を囲むようにフォーカスリング３９が配置され、プラズマ発生時にこのフォーカスリング３９を介してプラズマが載置台３上のウエハＷに集束するように構成されている。
【００２３】
上部電極４は中空状に形成されており、その下面には、処理容器２内へ処理ガスを分散供給するための多数の孔４１が例えば均等に配置されてガスシャワーヘッドを構成している。また上部電極４の上面中央には、ガス供給路であるガス導入管４２が設けられ、このガス導入管４２は絶縁部材４３を介して処理容器２の上面中央を貫通している。そしてこのガス導入管４２は上流側において、例えば３本に分岐して分岐管４２Ａ〜４２Ｃを形成し、夫々バルブＶＡ〜ＶＣと流量制御部４３Ａ〜４３Ｃとを介してガス供給源４４Ａ〜４４Ｃに接続されている。このバルブＶＡ〜ＶＣ、流量制御部４３Ａ〜４３Ｃはガス供給系４５を構成して後述の制御部１００からの制御信号によって各ガス供給源４４Ａ〜４４Ｃのガス流量及び給断の制御を行うことができるように構成されている。なおこの例ではガス供給源４４Ａ、ガス供給源４４Ｂ、ガス供給源４４Ｃは、夫々クリーニングガス供給源、成膜ガス（ＣＦｘＨｙガス）供給源、エッチングガス供給源である。またガス供給源４４Ａ、バルブＶＡ、流量制御部４３Ａは、クリーニングガスを処理容器２内に供給する手段に相当し、ガス供給源４４Ｂ、バルブＶＢ、流量制御部４３Ｂは、ＣＦｘＨｙガスを含む成膜ガスを処理容器２内に供給する手段に相当し、ガス供給源４４Ｃ、バルブＶＣ、流量制御部４３Ｃは、エッチングガスを処理容器２内に供給する手段に相当する。
【００２４】
上部電極４はローパスフィルタ（ＬＰＦ）５４を介して接地されており、高周波電源５２よりも周波数の高い周波数例えば６０ＭＨｚの高周波電源５５が整合器５６を介して接続されている。上部電極４に接続された高周波電源５５からの高周波は、クリーニングガスや成膜ガス、エッチングガスをプラズマ化するためのプラズマ発生手段をなすものである。
【００２５】
前記処理容器２の内壁面や、載置台３やフォーカスリング３９等の構成部材の外面などの、処理容器２の内部においてプラズマに晒される部分は、その表面をＹ（イットリア）によりコーティングされている。このイットリアコーティングは、例えば前記処理容器２の内壁面や前記構成部材の外面全体にイットリアをスプレー状に溶射することにより行われている。
【００２６】
また、このプラズマエッチング装置には例えばコンピュータからなる制御部１００が設けられている。この制御部１００はプログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えており、前記プログラムには制御部１００からプラズマエッチング装置の各部に制御信号を送り、後述の各ステップを進行させることでウエハＷに対してプラズマ処理を施すように命令が組み込まれている。また、例えばメモリには処理圧力、処理時間、ガス流量、電力値などの処理パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、ＣＰＵがプログラムの各命令を実行する際これらの処理パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこのプラズマエッチング装置の各部位に送られることになる。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの図示しない記憶部に格納されて制御部１００にインストールされる。
【００２７】
次に、前記プラズマエッチング装置を用いた本発明のプラズマエッチング方法の実施の形態について、ウエハＷ表面に形成されたＳｉＮ膜をエッチングする場合を例にして、図２〜図４を用いて説明する。まずゲートバルブＧを開いて処理容器２内へ図示しない搬送機構により３００ｍｍ（１２インチ）サイズのダミーウエハＤＷを搬入する（ステップＳ１、図３（ａ））。そしてこのウエハＤＷを載置台３上に水平に載置した後、ウエハＷを載置台３に静電吸着させる。その後搬送機構を処理容器２から退去させてゲートバルブＧを閉じ、引き続きガス流路３８からバックサイドガスを供給する。その後例えば以下のステップを行う。
【００２８】
（ステップＳ２：処理容器内のクリーニング処理）
図３（ｂ）に示すように、真空排気手段２４により排気管２３を介して処理容器２内の排気を行い、こうして処理容器２内を所定の真空度例えば１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）に維持した後、ガス供給系４５よりクリーニングガス例えばＯ２ガスとＳＦ６ガスの混合ガスを、Ｏ２ガス／ＳＦ６ガス＝３００ｓｃｃｍ／３００ｓｃｃｍの流量で３０秒間供給する。一方周波数が６０ＭＨｚ、１０００Ｗの高周波を上部電極４に供給して、前記クリーニングガスをプラズマ化する。
【００２９】
この際処理容器２の内壁面や、載置台３等の構成部材の外面には、前回のウエハＷのエッチング処理の際に処理容器２内に成膜したＣＦ膜２１やエッチング処理の際に発生し付着した物等からなる付着物が付着している。一方前記プラズマ中には、酸素の活性種が含まれており、前記付着物が活性種雰囲気に晒されると、前記付着物が酸素の活性種により分解され、処理容器内２の雰囲気と共に排気管２３を介して処理容器２の外部へ排気されていき、こうして処理容器２内の付着物が除去される。
【００３０】
（ステップＳ３：処理容器２内へのＣＦ膜の成膜処理）
図３（ｃ）に示すように、真空排気手段２４により排気管２３を介して処理容器２内の排気を行い、こうして処理容器２内を所定の真空度例えば２６．７Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）に維持した後、ガス供給系４５より成膜ガス例えばＣＦ４ガス、ＣＨ３Ｆガスを夫々２５０ｓｃｃｍ、１４０ｓｃｃｍの流量で例えば９０秒間供給する。一方周波数が６０ＭＨｚ、６００Ｗの高周波を上部電極４に供給して、前記成膜ガスをプラズマ化する。
【００３１】
前記プラズマ中には、炭素とフッ素と水素の活性種が含まれており、処理容器２内におけるプラズマに曝される領域、つまり処理容器２の内壁面や載置台３等の構成部材の外面にＣＦ膜２１が成膜される。この後処理容器２からダミーウエハＤＷを搬出し（ステップＳ４、図４(ａ)）、次いで処理容器２内に製品ウエハＷを搬入して、既述のように載置台３上に静電吸着させる（ステップＳ５、図４（ｂ））。
【００３２】
（ステップＳ６：製品ウエハＷのエッチング）
図４（ｃ）に示すように、真空排気手段２４により排気管２３を介して処理容器２内の排気を行い、こうして処理容器２内を所定の真空度例えば２．６７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）に維持した後、ガス供給系４５よりエッチングガス例えばＣＦ４ガス、ＣＨＦ３ガス、Ａｒガスを夫々２５０ｓｃｃｍ、７０ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍの流量で例えば３０秒間供給する。一方周波数が６０ＭＨｚ、７００Ｗの高周波を上部電極４に供給して、前記成膜ガスをプラズマ化すると共に、周波数が１３．５６ＭＨｚ、５５０Ｗの高周波を載置台（下部電極）３に供給する。
【００３３】
前記プラズマ中には、炭素とフッ素と水素の活性種が含まれており、これにより、ウエハＷ表面のＳｉＮ膜が前記活性種と反応してエッチング処理が進行する。この際、前記成膜工程において処理容器２の内部に形成されたＣＦ膜２１は、エッチングガスと成分が同じであるので、エッチングガスのプラズマに曝されても、処理容器２中にエッチングガスと異なる成分が飛散して前記エッチング処理に悪影響を与えるおそれはない。
【００３４】
こうして製品ウエハＷに対してエッチング処理を行った後、処理容器２から製品ウエハＷを搬出し（ステップＳ７）、当該製品ウエハＷに対しては処理を終了する。次いで次のウエハＷに対して処理を行うときには、再度ダミーウエハＤＷを処理容器２内に搬入し、ステップＳ１〜Ｓ７の工程を実施する。このように１枚のウエハＷに対して処理を行う度に、処理容器２のクリーニング処理→処理容器２へのＣＦ膜の成膜処理→製品ウエハＷに対するエッチング処理を繰り返して行う。
【００３５】
このような方法では、処理容器２の内壁面にＣＦ膜２１を成膜しているので、後述の実施例より明らかなように、ウエハＷ面内におけるエッチングレートのプロファイルを制御することができる。つまり成膜ガスの種類や成膜時間や、成膜ガスの流量比等の成膜条件を変えることにより、得られるエッチングレートのプロファイルが変化するので、従来のように処理容器２の内壁面にＣＦ膜２１を成膜しない場合には、ウエハＷの中心よりも外縁領域においてエッチングレートが高くなるプロセスであっても、本発明のように処理容器２の内壁面にＣＦ膜２１を成膜し、その成膜条件を最適化することにより、ウエハＷのエッチングプロセス自体は変更せずに、ウエハＷの中心と外縁領域のエッチングレートを揃えることができる。
【００３６】
この理由については次のように推測される。つまり前記処理容器２の側壁にはＣＦ膜２１が形成されているので、このＣＦ膜２１とエッチングガスのプラズマ化により得られる前記活性種とが反応して消費されてしまう。また成膜ガスの種類や、成膜ガスの流量比などの成膜条件を変えると、処理容器２内における前記活性種の生成状態が異なり、もともと処理容器２の中央よりも側壁に近い領域において活性種の量が多くなったり、前記活性種の量が処理容器２の中央と側壁に近い領域とに亘ってほぼ均一になったり、前記活性種の量が処理容器２の中央の方が側壁に近い領域よりも多くなったりするものと推察される。これにより、成膜条件によっては、処理容器２の側壁近傍において、ウエハＷのエッチングに寄与する活性種の量が少なくなり、ウエハＷの中央よりも外縁においてエッチングレートが小さくなるような、前記エッチングレートのプロファイルを得ることができる。
【００３７】
このため例えばゲート電極や反射防止膜のように、ウエハＷの中央よりも外縁領域のエッチングレートが高くなる傾向がある膜のエッチングにおいては、エッチングレートの面内均一性を高めるためのエッチング条件の制御が容易になる。つまりもともと制御することが困難であった、ウエハＷの中央よりも外縁においてエッチングレートが小さくなるようなプロファイルを成膜条件を調整することにより容易に得ることができるため、この制御に加えて、さらにエッチングガスの供給量をウエハＷ面内において変化させたり、載置台の温度をウエハＷ面内において変化させる等の他の条件を制御することによって、結果として容易に面内均一性の高いエッチングレートを確保することができる。
【００３８】
また、ウエハＷに対してエッチング処理を行う前に、処理容器２内部におけるプラズマに晒される部位にＣＦ膜２１を形成しているので、後述の実施例より明らかなように、イットリウム等の処理容器２の内面や構成部材の外面を構成する金属が、前記エッチング処理の際のスパッタにより削れ、パーティクルとなってウエハＷに付着する量を低減することができる。つまり前記エッチング処理の際には、前記処理容器２等の表面にはＣＦ膜２１が形成されているので、処理容器２の内壁面等が直接エッチングガスの活性種に晒されることが抑えられる。このように、前記ＣＦ膜２１によって、処理容器２内壁面等をエッチングガスのスパッタから保護することができるので、前記処理容器２等を形成する金属がエッチングされる量が低減する。
【００３９】
さらにまた既述のように処理容器２や前記構成部材を形成する金属におけるプラズマによる消耗も抑えることができるので、これらの長寿命化を図ることができ、前記構成部材等の交換サイクルが長くなり、これらの時間当たりのパーツ代（ＣＯＣ）を削減することができる。
【００４０】
ここで本発明では、エッチング工程において、複数枚のウエハＷに対してエッチング処理を行ってから、処理容器２のクリーニングを行うようにしてもよい。但し、１枚のウエハＷに対してエッチングを行う度にクリーニング処理とその後のＣＦ膜２１の成膜処理を行うようにすると、エッチング処理の状態が毎回同じ状態になるので、複数のウエハＷに対して常に同じ状態でエッチング処理を行うことができ、処理の面間均一性が向上する。
【００４１】
また上述の例では、ダミーウエハＤＷを載置台３上に載置した状態でクリーニング工程と成膜工程とを実施したが、ダミーウエハＤＷを載置台３上に載置しない状態でこれらクリーニング工程と成膜工程とを行うようにしてもよい。この際成膜工程においては載置台３の表面にもＣＦ膜２１が成膜されてしまうが、このようにＣＦ膜２１が形成されたとしても、製品ウエハＷを載置したときの静電吸着力には何ら問題がないことが、本発明者らの実験により確認されている。
【実施例】
【００４２】
<実施例１>
図１に示すプラズマエッチング装置を用い、図２に示すステップＳ１〜ステップＳ７に従ってクリーニング処理→ＣＦ膜の成膜処理→エッチング処理の順序で処理を行い、ウエハＷ上に形成されたＳｉＮ膜に対してエッチング処理を行った。この際、クリーニング処理とエッチング処理については同じ条件としたが、ＣＦ膜２１の成膜処理については、処理圧力は２６．６Ｐａとし、成膜ガス、高周波電力、処理時間を後述のように変えて処理を行った。こうしてエッチング処理を行ったウエハＷに対して、エッチングレートの平均値と、前記エッチングレートの面内均一性と、ウエハ上のイットリウムの個数について測定した。
【００４３】
ここで、前記エッチングレートの平均値についてはウエハＷの直径方向の３３箇所の測定ポイントにおいて測定し、これらの平均値により算出した。またエッチングレートの面内均一性については、Ｎａｎｏ Ｓｐｅｃ ８３００Ｘより算出し、さらにイットリウムの個数については、ＴＲＥＸよりなる検出装置を用いて測定した。このときの成膜条件、エッチングレート及びエッチングレートの面内均一性、イットリウムの個数の測定結果について図６に示す。ここで図中サンプル１は処理容器２内のＣＦ膜の成膜処理を行わず、クリーニング処理→エッチング処理を行う場合の比較例である。なおクリーニング条件とエッチング条件については次のとおりである。
〔クリーニング条件〕
処理容器２内の圧力：１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）
クリーニングガス  ：Ｏ２ガス／ＳＦ６ガス＝６００ｓｃｃｍ／６００ｓｃｃｍ
高周波電力（上部電極４）：周波数６０ＭＨｚ、１０００Ｗ
処理時間          ：３０秒
〔エッチング条件〕
処理容器２内の圧力：２．６７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）
エッチングガス    ：ＣＦ４ガス２５０ｓｃｃｍ、ＣＨＦ３ガス７０ｓｃｃｍ、  
Ａｒガス２００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガス７ｓｃｃｍ
高周波電力（上部電極４）：周波数６０ＭＨｚ、７００Ｗ
高周波電力（載置台３）  ：周波数１３．５６ＭＨｚ、５５０Ｗ
処理時間          ：３０秒
<エッチングレートの成膜ガス系依存>
実施例１におけるサンプル１、サンプル６、サンプル１６を用いて、ＣＦ膜の成膜工程において成膜ガスの種類を変えることによって、エッチングレートのプロファイルにどのような影響を与えるかについて確認した。これらのエッチングレートのプロファイルについて図７に示す。ここでサンプル６の成膜ガスは、ＣＨＦ３ガス：２５０ｓｃｃｍ、ＣＨ３Ｆガス：１４０ｓｃｃｍであり、サンプル１６の成膜ガスは、ＣＨ３Ｆガス：１４０ｓｃｃｍ、Ｈｅガス２５０ｓｃｃｍである。
【００４４】
この結果、ＣＨ３Ｆガスと組み合わせるガスの種類をＣＨＦ３ガスとすることにより、ウエハＷの中央よりも外縁側においてエッチングレートが小さくなるように、エッチングレートのプロファイルを制御できること、またＣＨ３Ｆガスと組み合わせるガスの種類をＣＨＦ３ガスとするか、Ｈｅガスとするかによって、エッチングレートのプロファイルが異なることが認められ、これらのことから当該成膜工程における成膜ガスの種類を調整することによってエッチングレートのプロファイルが制御できることが理解される。
<エッチングレートの成膜時間依存>
ＣＦ膜の成膜工程の処理時間を変えることによって、エッチングレートのプロファイルにどのような影響を与えるかについて確認した。これらのエッチングレートのプロファイルについて、成膜ガスとしてＣＨＦ３ガスとＣＨ３Ｆガスを用いた場合（サンプル６、サンプル１０を用いた場合）を図８に示す。ここでサンプル６の処理時間は３０秒、サンプル１０の処理時間は９０秒である。また成膜ガスとしてＣＨＦ３ガスとＣＨ２Ｆ２ガスを用いた場合（サンプル１２、サンプル１４を用いた場合）を図９に示す。ここでサンプル１２の処理時間は３０秒、サンプル１４の処理時間は９０秒である。
【００４５】
この結果、成膜工程における処理時間を変えることにより、エッチングレートのプロファイルが変化することが認められ、これらのことから前記処理時間を調整することによってエッチングレートのプロファイルが制御できることが理解される。
<エッチングレートの成膜ガス比依存>
ＣＦ膜の成膜工程における成膜ガスのガス比を変えることによって、エッチングレートのプロファイルにどのような影響を与えるかについて確認した。これらのエッチングレートのプロファイルについて、成膜ガスとしてＣＨＦ３ガスとＣＨ３Ｆガスを用いた場合（サンプル１７、サンプル１０を用いた場合）を図１０に示す。ここでサンプル１７の成膜ガスのガス比は、ＣＨＦ３ガス：ＣＨ３Ｆガス＝２５０ｓｃｃｍ：７０ｓｃｃｍであり、サンプル１０の成膜ガスのガス比は、ＣＨＦ３ガス：ＣＨ３Ｆガス＝２５０ｓｃｃｍ：１４０ｓｃｃｍである。
【００４６】
また成膜ガスとしてＣＨＦ３ガスとＣＨ２Ｆ２ガスとＣＨ３Ｆガスを用いた場合（サンプル６、サンプル７を用いた場合）を図１１に示す。ここでサンプル６の成膜ガスのガス比は、ＣＨＦ３ガス：ＣＨ２Ｆ２ガス：ＣＨ３Ｆガス＝２５０ｓｃｃｍ：０ｓｃｃｍ：１４０ｓｃｃｍであり、サンプル７の成膜ガスのガス比は、ＣＨＦ３ガス：ＣＨ２Ｆ２ガス：ＣＨ３Ｆガス＝２１０ｓｃｃｍ：４０ｓｃｃｍ：１４０ｓｃｃｍである。
【００４７】
この結果、成膜工程における成膜ガスのガス比を変えることにより、エッチングレートのプロファイルが変化することが認められ、これらのことから前記ガス比を調整することによってエッチングレートのプロファイルが制御できることが理解される。
以上の結果から、成膜工程を行う場合（サンプル２〜サンプル１７）と、行わない場合（サンプル１）とでは、エッチングレートが異なり、成膜工程を行うことによって、行わない場合よりはエッチングレートが低くなるが、成膜ガスの種類や、流量比、処理時間等の成膜条件を変えることによって、ウエハＷの中央よりも外縁側においてエッチングレートが小さくなるプロファイルや、エッチングレートがウエハＷの中央よりも外側において一旦低くなり、外縁側において再び高くなるプロファイルなど、種々のエッチングレートプロファイル形状を得ることができ、前記プロファイルを制御できることが認められた。
<ウエハ上のイットリウム個数>
実施例１により測定されたウエハ上のイットリウム個数について、サンプル毎に棒グラフにしたものを図１２に示す。なおサンプル１０，１１，１７については、検出装置の検出限度以下であって、測定不能であった。この結果より、成膜工程を行った場合（サンプル２〜サンプル１７）についてはいずれも、成膜工程を行わない場合（サンプル１）よりもイットリウム個数が少なくなり、成膜工程を行うことによって、イットリウム汚染を抑制できることが認められた。またサンプル１０，１１，１７については検出下限である４×１０９原子／ｃｍ２以下であることから、成膜工程における成膜条件を選択することによって、よりイットリウムがエッチングされにくい状態を確保できることが理解される。
以上において本発明においては、プラズマ発生方式については、上述の例に限らない。さらにまた基板としては半導体ウエハＷの他、ＦＰＤ基板やＬＣＤ基板であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のエッチング処理装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のエッチング処理方法を示す工程図である。
【図３】本発明のエッチング処理方法を示す工程図である。
【図４】本発明のエッチング処理方法を示す工程図である。
【図５】本発明のエッチング処理方法の作用を説明するための説明図である。
【図６】本発明の効果を確認するために行った実施例の条件を示す説明図である。
【図７】前記実施例において測定したエッチングレートのプロファイルを示す特性図である。
【図８】前記実施例において測定したエッチングレートのプロファイルを示す特性図である。
【図９】前記実施例において測定したエッチングレートのプロファイルを示す特性図である。
【図１０】前記実施例において測定したエッチングレートのプロファイルを示す特性図である。
【図１１】前記実施例において測定したエッチングレートのプロファイルを示す特性図である。
【図１２】前記実施例において測定したイットリウム個数を示す特性図である。
【図１３】従来のエッチング処理装置を示す断面図である。
【図１４】従来のエッチング処理方法の作用を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
２          処理容器
２４        真空排気手段
３          載置台
４          上部電極
４５        ガス供給系
５２        真空排気手段
５５        高周波電源
６６        圧力検出手段
Ｗ          半導体ウエハ
【図１】
0005704192.tif 000002
【図２】
0005704192.tif 000003
【図３】
0005704192.tif 000004
【図４】
0005704192.tif 000005
【図５】
0005704192.tif 000006
【図６】
0005704192.tif 000007
【図７】
0005704192.tif 000008
【図８】
0005704192.tif 000009
【図９】
0005704192.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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