(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内部に配置され内側が減圧される処理室と、当該処理室内の下部に配置され上面に処理対象のウエハが載せられる試料台とを備え、前記ウエハ上面に予め形成されたアルミニウムを含んだ膜層を有する膜構造をプラズマによりエッチング処理するためのプラズマ処理装置であって、
前記膜構造をエッチング処理して形成される前記処理室内の堆積物を除去するために当該処理室内にプラズマを形成してクリーニング工程を行うための塩素を含むクリーニングガスを供給するガス供給装置と、
石英を含んで構成され前記処理室の前記クリーニング工程の前記堆積物が除去される速さが０より大きな領域の内側壁面を構成し前記プラズマに接する第１の内壁部材と、
前記処理室の前記第１の内壁部材の下方で前記クリーニング工程の前記堆積物が除去される速さが０である領域に配置され当該処理室の内側壁面を構成し前記エッチング処理のエッチング量が０であるアルミニウム或いはイットリウムを含んだ材料から構成された第２の内壁部材と、
を備えたことを特徴と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、
前記プラズマは、塩素或いはフッ素を含む処理用ガスを用いて生成されるものであることを特徴と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、
前記プラズマは、前記処理室内に供給された電界及び磁界の相互作用により生成されるものであり、
前記第１の内壁部材は、前記プラズマが形成される高さにおいて当該プラズマを囲むように配置されており、前記第２の内壁部材は、前記試料台上面の下方の高さに配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマ処理装置であって、
前記第２の内壁部材は、前記試料台の側壁と連結されて当該試料台を支持する梁状の部材の表面を覆って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５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置であって、
前記処理室内に配置され前記プラズマの移動を抑制する或いは当該プラズマを所定の範囲に閉じ込める部材を更に備え、
前記第１の内壁部材は前記部材の上方に配置されており、
前記第２の内壁部材は前記部材の下方に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置であって、
前記クリーニングガスがプラズマ化されたときのプラズマ密度は、前記第１の内壁部材が配置された領域では１０ １５ ｍ−３ 以上であり、前記第２の内壁部材が配置された領域では１０ １５ ｍ−３ 以下であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載のプラズマ処理装置において、
前記クリーニングガスは、ＢＣｌ３ ／Ｃｌ２、ＳｉＣ l４ ／Ｃｌ２、ＣＨＦ３ ／Ｃｌ２、ＣＦ４ ／Ｃｌ２、ＨＢｒ／Ｃｌ２、ＣＨ４ ／Ｃｌ２、ＨＣｌ／Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＢＣｌ３ 又はＣＨｘ Ｃｌｙ である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、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体集積回路の高集積化及び高速化に伴い、ゲート電極の更なる微細化が要求されている。国際半導体ロードマップ２０１３によると、今後数年の間に高速ロジックデバイスのゲート寸法は１０ｎｍレベルに達し、Åレベル（３σ＝１ｎｍ以下）の加工寸法精度が要求されている。わずかなゲート電極の寸法変動がソース／ドレイン電流やスタンバイ時のリーク電流値を大きく変動させるため、ゲート電極の寸法（ＣＤ：Critical Dimension）精度等加工形状の安定化は、歩留まり向上のための重要な要件である。
【０００３】
加工形状（ＣＤ精度、形状異方性、材料選択比等）に影響を与える一つの要因に、処理室表面へのエッチング反応生成物の堆積がある。堆積物の有無により、同じ条件でプラズマを生成したとしても、処理室表面におけるラジカルの消費量やラジカルの再結合確率が著しく変化することがプラズマ中の気相計測により解明されてきた。例えば、非特許文献１には、Ｃｌ２プラズマ中のＣｌラジカル量が処理室表面のＳｉＣｌｘ堆積物の有無によって数倍異なることが開示されている。プラズマ中のラジカル密度が変化すれば、加工形状もまた変化する。また、加工時の反応生成物は、トランジスタに用いられる材料やガス種により多岐に渡る種類がある。近年トランジスタ特性を改善するため、従来のＰｏｌｙ−Ｓｉ／ＳｉＯ２構造からＨｉｇｈ−Ｋ／ＭｅｔａｌＧａｔｅ構造へ移行すると共に、平面型トランジスタから立体型トランジスタ構造への移行が進んでいる。このため、トランジスタに使用される材料（例えば、ゲートのメタル化、Ｈｉｇｈ−Ｋゲート絶縁膜材料、ＩＩＩ−Ｖ族チャネルの採用等）の種類は多様化しており、処理室表面に堆積する難揮発性材料の種類も多様化している。
【０００４】
歩留まり向上のための重要なもう一つの要素に、パターン欠陥の抑制がある。エッチング処理装置においてパターン欠陥を生じる原因の一つとして、処理室表面への反応生成物の堆積がある。量産処理を続けるうちに成長する処理室表面の堆積物は、ある時に剥離してウエハ上に落下する。落下した堆積物はウエハ下層のエッチングを阻害するマスクとして働くため、パターン欠陥を生み、製品の歩留まり低下を招く。このようなエッチングを阻害する物質は異物と呼ばれる。ゲート寸法の細線化に伴い、許容される異物粒径と異物数は年々低下しており、量産処理はその厳しさを増している。
【０００５】
上記をまとめると、量産の歩留まりを向上させるためには、加工形状の安定化と異物の低減を両立するエッチング装置が必要となる。そして、これらの問題は前述したように処理室表面の堆積物と密接な関係がある。これまで、配線用に用いられるアルミ材料のエッチング工程において、処理室表面に反応生成物であるＡｌＦが堆積し、加工形状の変動及び異物を発生させる問題が度々起きている。ＣＤ変動値及び異物の発生数がある閾値を超えると、量産処理を中止してメンテナンスを行わざるを得ない。これはＭＴＢＣ（Mean Time Between Clean）減少の原因となる。
【０００６】
この問題を回避するため、従来、処理室表面のフッ化アルミ除去に関する検討や異物・金属汚染低減に関する検討が、プロセス、ハードの両面で行われてきた。ドライクリーニング（プロセス）に関する特許文献１には、ＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガスを用いてアルミ成分のクリーニング処理を行った後に、フロロカーボン膜を付着させて異物の低減を図る方法が示されている。ハードに関する特許文献２では、処理室内を構成する部品にシリカ系皮膜やアルミ合金を使用することにより金属元素の飛散を抑制し、金属汚染を低減する技術が開示されている。また、プラズマ処理装置の表面材料にプラズマ耐性のあるイットリウム系材料を適用する技術も公開されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１７６８４３号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９２３３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】S. J. Ullal, T. W. Kim, V. Vahedi, and E. S. Aydil, J. Vac. Sci. Technol., A 21, 589 (2003).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に示される装置では、フッ化アルミは除去できるが、処理室を形成するセラミックス材料が高密度のＢＣｌ３／Ｃｌ２クリーニングで削ずられる。このセラミックス材料の削れに起因して発生する異物粒径と異物数は、近年のフロントエンドプロセスでは許容し難いものとなってきた。この対策として、プロセス中の放電で容易に除去できないほどの量のカーボン被膜をつけてセラミックス材料の表面が露出しないように最適化する運用方法が考えられる。しかし、カーボン系皮膜は酸素、塩素、フッ素系放電で容易に除去されてしまう傾向にあるため、このようなプロセスに耐え得るカーボン系被膜量を付着させようとすると、大幅な処理時間の増加によってタクトタイムの増加を招いてしまう。
【００１０】
特許文献２に示されるように、処理室内を構成する部品にシリカ系材料やアルミ合金を使用することにより、ＡｌＦに起因する異物を低減する潜在的な可能性がある。しかし、処理室表面材料は、プラズマ中に発生するラジカルやイオンやウエハの反応生成物との物理化学反応を考慮して慎重に選定しなければならない。この選定において、処理室表面材料のエッチングプロセスにおける消耗量（削れ量）は、その処理室表面材料が適切であるか否かを判断する一つの基準となってきた。また、処理室表面材料の削れ量を判断する一つの指標には、プラズマの密度がある。例えば、プラズマの高密度部では、ガス温度が高くラジカル密度やイオン密度も高いため、低密度部よりも処理室表面材料が多量に削れる傾向にある。処理室表面材料が削れる場合、表面材料の一部を主成分とする難揮発性の反応生成物が発生し、処理室内への堆積量や異物数の増加を促進させる原因となる。このような異物発生を生じない表面材料をプロセス条件や反応生成物の付着組成状態やエッチング特性の観点から注意深く選定しなければならない。一方、プラズマ密度の低い領域では、ウエハエッチング後に処理室表面に付着した反応生成物を除去するためのラジカルやイオンの供給量が低下する傾向にある。このため、反応生成物の付着と処理室表面材料の削れ量の微妙なバランスで表面材料上に反応生成物を主成分とする剥離フィルムが形成される。この剥離フィルムの成長が続くと、やがてチャンバ内に離脱して真空排気するターボ分子ポンプの金属製タービン翼で反射されてウエハに飛来する異物となる。従って、処理室表面上の剥離フィルムの形成は抑制しなければならない。
【００１１】
本発明は、これらの問題点に着目してなされたものであり、Ａｌ材料を含むエッチングを行うことにより形成される処理室表面のＡｌＦ堆積物とその剥離物に起因して生じる加工変動やパターン欠陥の増加を低減し、長時間に渡りプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための一実施形態として、真空容器内部に配置され内側が減圧される処理室と、当該処理室内の下部に配置され上面に処理対象のウエハが載せられる試料台とを備え、前記ウエハ上面に予め形成されたアルミニウムを含んだ膜層を有する膜構造をプラズマによりエッチング処理するためのプラズマ処理装置であって、
前記膜構造をエッチング処理して形成される前記処理室内の堆積物を除去するために当該処理室内にプラズマを形成してクリーニング工程を行うための塩素を含むクリーニングガスを供給するガス供給装置と、
石英を含んで構成され前記処理室の前記クリーニング工程の前記堆積物が除去される速さが０より大きな領域の内側壁面を構成し前記プラズマに接する第１の内壁部材と、
前記処理室の前記第１の内壁部材の下方で前記クリーニング工程の前記堆積物が除去される速さが０である領域に配置され当該処理室の内側壁面を構成し前記エッチング処理のエッチング量が０であるアルミニウム或いはイットリウムを含んだ材料から構成された第２の内壁部材と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Ａｌ材料を含むエッチングを行うことにより形成される処理室表面のＡｌＦ堆積物とその剥離物に起因して生じる加工変動やパターン欠陥の増加を低減し、長時間に渡りプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理装置（マイクロ波ＥＣＲエッチング装置）の概略全体断面図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施例に係るエッチング装置を用いた場合の典型的な量産エッチングフロー（メタルクリーニング時ダミーウエハ無）である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施例に係るエッチング装置を用いた場合の量産エッチングフロー（メタルクリーニング時ダミーウエハ有）の例である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るエッチング装置を用いた場合における目標ＣＤ＝１８ｎｍとする製品ウエハのＣＤ推移（電極カバーの材料がパラメータ）を示すグラフである。
【図４】製品ウエハ処理における異物数の推移（電極カバーの材料がパラメータ）を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施例に係り、図１に示すプラズマ処理装置を用いた場合のＢＣｌ３／Ｃｌ２プラズマによるメタルクリーニング工程におけるアルミ化合物のエッチングレートとプラズマ密度の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施例に係り、図１に示すプラズマ処理装置を用いた場合のＢＣｌ３／Ｃｌ２プラズマ密度が１０１５ｍ−３以下の領域（電極カバー等電極よりも下部の位置）におけるシリコンコート工程と製品ウエハのエッチング工程とメタルクリーニング工程とシリコンクリーニング工程の一貫処理一回当たりの各種表面材料の削れ量を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係り、図１に示すプラズマ処理装置を用いた場合の図２Ａに示すフローでの２００枚連続処理後の電極カバー位置に配置された石英サンプルの表面状態を示す図であり、左側は光学写真、右側はレーザー顕微鏡像を示す。
【図８】本発明の第２の実施例に係り、図１に示すプラズマ処理装置を用いた場合の図２Ａに示すフローで２００枚連続処理後のアルミナサンプルの表面状態を示す図であり、左側は光学写真、右側はレーザー顕微鏡像を示す。
【図９】本発明の第３の実施例に係るプラズマ処理装置（プラズマ遮蔽板を搭載したマイクロ波ＥＣＲエッチング装置）の概略全体断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施例により説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理装置について図面を用いて説明する。図１は、プラズマ処理装置（マイクロ波ＥＣＲエッチング装置）の概略全体断面図である。本エッチング装置は、処理容器内にウエハ１１０を載置する電極（試料台）１１１と、ガス供給装置１３２と、天板１４０とシャワープレート１０１と、内筒１０２と、電極カバー１０３と、電磁石１４２と、プラズマを発生させる高周波電源１５０と、ＲＦバイアス電源１６１と整合器１６２と、処理室１２０の真空排気バルブ１７１とを有している。本図に示す装置構成をベースに、本実施例に係るエッチング装置における処理室表面材料の適用構成について説明する。
【００１７】
図２Ａは本実施例に係るエッチング装置を用いた場合の典型的な量産エッチングフローである。図２Ａに示すフローは、シリコンコート工程Ｓ２０１、Ａｌ含有積層ウエハのエッチング工程Ｓ２０２、メタルクリーニング工程Ｓ２０３、シリコンクリーニング工程Ｓ２０４を含む。
【００１８】
シリコンコート工程Ｓ２０１では、例えば、ＳｉＣｌ４／Ｏ２プラズマを用いて処理室表面材料であるシャワープレート１０１や内筒１０２と電極１１１にＳｉ−Ｏ系膜を被覆する。Ａｌ含有積層ウエハのエッチング工程Ｓ２０２では、Ｃｌ系及びＦ系プラズマを用いて電極に載置したＡｌ含有積層ウエハを加工する。メタルクリーニング工程Ｓ２０３は、エッチング工程Ｓ２０２の後にＡｌ含有積層ウエハを電極及び処理室内から取出してから、Ｃｌ系プラズマを用いて処理室表面に堆積するＡｌＦを除去する。シリコンクリーニング工程Ｓ２０４では、シリコンコート工程Ｓ２０１で被覆したＳｉ−Ｏ系膜を処理室表面から除去する。それぞれの工程や流れについて、以下で詳細に説明する。
【００１９】
先ず、シリコンコート工程Ｓ２０１は、主に電極１１１にＳｉ−Ｏ系膜を被覆することを目的として導入する。この被覆により、エッチング工程Ｓ２０２後に処理室に堆積するＡｌＦ等メタル堆積物を除去するメタルクリーニング工程Ｓ２０３においてプラズマ中のＣｌ系ラジカルとウエハを載置しない電極１１１との反応を防ぐことができる。Ｃｌ系プラズマによるＳｉ−Ｏ系膜のエッチングレートは非常に遅いため、僅かなＳｉ−Ｏ系膜の被覆量でもメタルクリーニング工程中のプラズマに対して電極を保護する効果がある。本実施例では、ＳｉＣｌ４／Ｏ２プラズマを用いて、電極１１１をＳｉ−Ｏ系膜で被覆した。
【００２０】
次に、積層されたＡｌ含有の製品ウエハを電極１１１の上に載置した後に、Ｃｌ系やＦ系プラズマを用いて処理する。これをエッチング工程Ｓ２０２と定義する。エッチング後には、図１に示す処理室表面のシャワープレート１０１、内筒１０２や電極カバー１０３にＡｌＦの反応生成物が堆積する。ＡｌＦ反応生成物をクリーニングせずに量産処理を継続すると、処理枚数の増加と共に処理室表面のＡｌＦ堆積膜が成長を続ける。これは、やがてプロセス変動や異物の原因となる。従って、エッチング後に製品ウエハを取出してから、メタルクリーニング工程Ｓ２０３を実施する。この工程のプラズマ条件は、Ａｌ系化合物を揮発性物質（ＡｌＣｌｘ）に変えて除去するのに有効なＣｌ系プラズマを用いる。特に、イオンエネルギーのアシストなく処理室表面のＡｌＦを効率良く除去するためには、還元作用のあるガス添加が有効である（例えばボロンやカーボンや水素）。これにより主にケミカル作用でフッ化アルミや酸化アルミを除去することが可能となる。本実施例では、メタルクリーニング工程Ｓ２０３においてＢＣｌ３／Ｃｌ２プラズマを用いた。
【００２１】
次に、シリコンクリーニング工程Ｓ２０４は、シリコンコート工程Ｓ２０１後に堆積する電極１１１や処理室表面のＳｉ−Ｏ系膜を除去するために用いる。プラズマ条件は、Ｓｉ系化合物を揮発性物質（ＳｉＦ４）に変えて除去するのに有効なＦ系プラズマを用いる。本実施例では、シリコンクリーニング工程Ｓ２０４においてとＮＦ３プラズマを用いた。
【００２２】
異物数やプロセス変動に対する効果を調べるため、図２Ａのフローを用いて、約５００時間の連続処理を行った。この連続処理において、電極１１１より上部の領域にある処理室表面のシャワープレート１０１や内筒１０２には石英製を適用した。電極１１１より下部の領域にある電極カバー１０３には石英製電極カバー或いはアルミナ製電極カバーを適用した。なお、電極カバー１０３は、試料台の側壁及び、側壁と連結されて試料台を支持する梁状の部材の表面を覆って構成されている。そして、石英製電極カバー又はアルミナ製電極カバーを適用する装置形態の連続処理において、異物数やプロセス変動にどのような効果があるかを調べた。以下に結果を示す。
【００２３】
図３は、目標ＣＤ（Critical Dimension）＝１８ｎｍとする製品ウエハのＣＤ推移である。処理時間の増加に従って、石英製電極カバーでは約８０時間以後にＣＤが減少を続ける一方で、アルミナ製電極カバーでは全５００時間で１８±１ｎｍ以内と安定した加工を行える。
【００２４】
図４は、製品ウエハ処理における異物数の推移である。異物粒系０．０４μｍ以上の総数を示した。アルミナ製電極カバーでは、終始異物数が１０個以下と安定する一方、石英製電極カバーでは、約１５０時間以後に急激な異物数の増加が観測された。このため、石英製電極カバーを用いた連続処理を約２１０時間で中断した。また、約２１０時間にて発生した異物をレビューＳＥＭで分析した結果、ＡｌやＦが検出され、異物はＡｌＦと推定された。
【００２５】
また、メンテナンスにより約２１０時間連続処理後の石英製電極カバーを取出した結果、剥離寸前のフィルムが観測された。加えて、このフィルム表面のＸＰＳ分析の結果、ＡｌＦが検出された。従って、電極カバーからＡｌＦ堆積物が剥離するときに、異物が発生するものと考えられる。一方、アルミナ製電極カバー上には剥離寸前のＡｌＦフィルムは観測されなかった。これらのことから、低異物且つ高精度ＣＤ安定化の実現、つまりＭＴＢＣの延長には、電極１１１より下部の領域にある電極カバー１０３にアルミナ製電極カバーを適用することが重要であることを確認した。
【００２６】
本実施例では、ＮＰＷ（ノンプロダクトウエハ）を低減するためウエハレスによるメタルクリーニングを行った。このため、ウエハレスクリーニングを実現するためのシリコンコート工程Ｓ２０１及びシリコンクリーニング工程Ｓ２０４を導入した。しかし、もちろん、ダミーウエハを用いてメタルクリーニング工程Ｓ２０３を実施することもできる。図２Ｂはウエハ有メタルクリーニングを用いる場合の量産エッチングフローの例である。エッチング工程Ｓ２０２にて例えば１枚又は１ロット分処理した後に、ダミーウエハを電極１１１の上に設置し、メタルクリーニング工程Ｓ２０３を実施しても良い。
【００２７】
また、Ａｌ化合物やその他メタル（Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔａ化合物等）を除去するメタルクリーニング工程のガスとして、ＢＣｌ３／Ｃｌ２以外にもＳｉＣｌ４／Ｃｌ２、ＣＨＦ３／Ｃｌ２、ＣＦ４／Ｃｌ２、ＨＢｒ／Ｃｌ２、ＣＨ４／Ｃｌ２、ＨＣｌ／Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＢＣｌ３とＣＨｘＣｌｙ等を用いても良い。
【００２８】
図１に示すプラズマ処理装置において、電極１１１より上部のシャワープレート及び内筒は石製製とし、電極１１１より下部の領域にある電極カバー１０３はアルミナ製とすることにより、目標とするＣＤ値が得られ、また異物数の増加を抑制することができた。
【００２９】
以上、本実施例によれば、Ａｌ材料を含むエッチングを行うことにより形成される処理室表面のＡｌＦ堆積物とその剥離物に起因して生じる加工変動やパターン欠陥の増加を低減し、長時間に渡りプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置を提供することができる。
【実施例２】
【００３０】
本発明の第２の実施例に係るプラズマ処理装置、特に、処理室内における処理表面材料について説明する。なお、実施例1に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。実施例１では、電極１１１より上部の領域にある処室表面のシャワープレート１０１や内筒１０２には石英製を適用して、電極１１１より下部の領域にある電極カバー１０３にアルミナ製電極カバーを適用することが重要であることが分かった。本実施例では、電極カバー１０３に石英製電極カバーを適用する場合に発生するＡｌＦ異物について、メカニズムの一般化と更なる対策法を説明する。先ず、ＡｌＦ異物発生のメカニズムについて、発明者らは、メタルクリーニング工程Ｓ２０３におけるＢＣｌ３／Ｃｌ２プラズマの密度とＡｌＦの除去可能有無に関係性があることを見出した。以下に説明する。
【００３１】
図５は、図１に示すプラズマ処理装置を用いた場合のＢＣｌ３／Ｃｌ２プラズマによるメタルクリーニング工程におけるアルミ化合物のエッチングレートとプラズマ密度の関係を調べた実験結果である。プラズマ密度は、ラングミュアプローブにより計測した。プラズマ密度が１０１５ｍ−３以上の領域では、ＡｌＦ３やＡｌ２Ｏ３のクリーニングレートが上昇するため、これらを除去可能であることが示された。一方で、プラズマ密度が１０１５ｍ−３以下の領域では、これらを除去できないことがわかった。この閾値を持つ現象は、ＢＣｌ３／Ｃｌ２プラズマ中のＣｌラジカル密度の減少だけでなく、電子密度の減少に伴う衝突課程の違いによる還元系ラジカルの解離種の変化が影響するものと推定される。また、図１に示す本プラズマ処理装置では、電極１１１よりも上部で概ねプラズマ密度が１０１５ｍ−３以上となり、電極１１１より下部で概ねプラズマ密度が１０１５ｍ−３以下となることが確認された。プラズマ密度が１０１５ｍ−３の閾値でＡｌ系堆積物の除去可能有無が変化することから、処理室表面材料のＡｌ系材料適用に関して以下の指針が得られた。
【００３２】
プラズマ密度が１０１５ｍ−３以上の領域で、処理室表面材料にアルミ系材料（Ａｌ２Ｏ３やＡｌＦ３）を使用すると、（１）表面材料が著しく消耗すること、（２）表面材料のＡｌ反応生成物がチャンバ内に多量に放出されてしまうこと、によりＡｌ系材料を使用することは適切でない。従って、プラズマ密度が１０１５ｍ−３以上の領域である処理室表面のシャワープレート１０１や内筒１０２は、ハロゲン系ラジカル（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ等）に対して高揮発性である石英製の選択が適切である。一方で、プラズマ密度が１０１５ｍ−３以下の領域では、ＡｌＦの堆積物は除去されないため、製品ウエハの量産時間の増加に従って処理室表面のＡｌＦは堆積量を増すことになる。これは異物の原因になることが懸念される。実際、処理室表面材料によってＡｌＦ堆積の付着表面状態が著しく異なり、表面材料によっては異物発生の有無に大きく影響を受ける。発明者らは、このＡｌＦ堆積の付着表面状態について詳細に調べた。結果を以下に説明する。
【００３３】
図６は、ＢＣｌ３／Ｃｌ２プラズマ密度が１０１５ｍ−３以下の領域（電極カバー１０３の位置）におけるシリコンコート工程Ｓ２０１と製品ウエハのエッチング工程Ｓ２０２とメタルクリーニング工程Ｓ２０３とシリコンクリーニング工程Ｓ２０４の一貫処理一回当たりの各種表面材料の削れ量を示した。その結果、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やＡｌＦ３は全く削れず、石英では僅かに削れ、Ｓｉは非常によく削れることがわかった。また、電極カバー１０３上にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英サンプル、Ｓｉサンプルを貼付し、図２Ａの製品エッチングフローにて２００枚の連続処理を行った。
【００３４】
その後、各種サンプルを取出し、写真及びレーザー顕微鏡により表面状態を観測した。図７は、２００枚連続処理後の石英サンプルの表面状態である。写真（左図）及びレーザー顕微鏡像（右図）より、剥離フィルムが観測された。また、このフィルムの組成は、ＸＰＳ(X-ray Photoelectron Spectroscopy)観測によりＡｌＦであることが確認された。このＡｌＦの剥離フィルムは、僅かな気流で容易に石英サンプルより離脱する。このようにして、剥離フィルムはチャンバ内でも容易に離脱し、真空排気するターボ分子ポンプの金属製タービン翼で離脱物が反射されて、ウエハに飛来する異物となる。従って、量産処理中の異物を低減するためには、処理室表面上の剥離フィルムの形成を可能な限り抑制しなければならない。
【００３５】
一方、図８は、２００枚連続処理後のアルミナサンプルの表面状態である。写真（左図）及びレーザー顕微鏡像（右図）では、ＡｌＦの剥離フィルムは観測されない。但し、サンプルのＸＰＳ観測によりＡｌＦがデポしていることが確認された。但し、ＡｌＦデポは強固に付着しており、石英サンプルにて確認された剥離フィルムと比較して容易に剥離しない状態で、異物の原因ともならない。また、Ｓｉサンプルの表面からＡｌＦは観測されなかった。これらをまとめると、ＡｌＦの剥離フィルムの発生は、それぞれのサンプル材料のエッチング量と関係があることがわかった。エッチング量が略０よりも大きい材料で剥離フィルムが発生し、エッチング量が非常に大きい場合と略０の場合にＡｌＦの剥離フィルムが観測されない。すなわち、エッチング量が非常に大きいときは、ＡｌＦ堆積物はリフトオフされると考えられ、エッチング量が略０よりも僅かに大きい値であるときに、ＡｌＦの剥離フィルムが発生するメカニズムがある。また、部材の交換周期の観点からエッチング量が非常に大きい材料（消耗量大）を処理室表面材料に適用するのは現実的ではない。このため、エッチング量が略０の材料をＢＣｌ３／Ｃｌ２プラズマ密度が１０１５ｍ−３以下の領域の処理室表面材料として適用するのが現実的である。また、本製品プロセスでは、ＢＣｌ３／Ｃｌ２プラズマ密度が１０１５ｍ−３以下の領域にＡｌＦが堆積することを説明した。ＡｌＦ堆積物とＡｌＦ堆積物が覆う処理室表面とラジカルや堆積ラジカルの反応機構は同じであることが理想である。反応機構が違えば、堆積物の被覆面積に応じてラジカルの変化及びＣＤ変動が生じるためである。このような変動は被覆モデルと言われる。今回の場合は、ＢＣｌ３／Ｃｌ２プラズマ密度が１０１５ｍ−３以下の領域ではＡｌＦ堆積物は除去できない（エッチング量が略０）ため、製品プロセス１ターン処理（図２Ａのフローでシリコンコート工程Ｓ２０１からシリコンクリーニング工程Ｓ２０４まで或いは図２Ｂのフローでエッチング工程とメタルクリーニング工程と定義する）におけるエッチング量が略０の材料をＢＣｌ３／Ｃｌ２プラズマ密度１０１５ｍ−３以下の領域の処理室表面材料として適用するのが望ましい。
【００３６】
上記より、アルミ化合物を除去困難なＢＣｌ３／Ｃｌ２プラズマ密度が１０１５ｍ−３以下の領域（電極カバー１０３の位置）は、図６の結果より製品プロセスのエッチング量が略０であるフッ化アルミやアルミナ（酸化アルミ）材料を適用するのが好ましい。また、その他に、ＢＣｌ３／Ｃｌ２プラズマ密度が１０１５ｍ−３以下の領域において、製品プロセスのエッチング量が略０である処理室表面材料としてイットリウム化合物（Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＹＣｌ３やこれらの混合物）があり、これをプラズマ密度が１０１５ｍ−３以下の領域（電極カバー１０３の位置）の処理室表面材料に用いることもできる。また、本実施例では、難揮発性材料としてＡｌデポの場合を示した。しかし、剥離フィルムの発生はＡｌ材料以外のデポでも生じ、そのメカニズムは以下のように一般化することが可能である。例えば、難揮発性反応生成物が処理室表面にデポする製品ウエハのエッチングプロセスがあったとして、難揮発性デポを除去するクリーニングを構築する。構築した難揮発性デポのクリーニングレートが略０以上である領域の処理室表面材料には石英材料を適用する。続いて、難揮発性デポのクリーニングレートが略０である領域では、製品プロセスにおける難揮発性デポの堆積と処理室表面材料のエッチングの競合で剥離フィルムとなる可能性がある。そのため、処理室表面材料に、製品プロセスのエッチング量が略０である表面材料を適用する。また、難揮発性材料としては、ＡｌＦの他に、ＡｌＯ、ランタノイド系化合物、ＩＩＩ−Ｖ族化合物等が想定される。また、難揮発性デポのクリーニングレートが略０である表面材料は、難揮発性デポに含有する材料（例えば、ＹＦデポならＹ化合物、ＡｌＦデポならＡｌ化合物、Ｇａ系デポならＧａ化合物、Ｐ系デポならＰ化合物）を用いると、被覆モデルによるプロセス変動の抑制を期待できるため、長時間の量産処理に有効である。
【００３７】
図１に示すプラズマ処理装置において、難揮発性デポのクリーニングレートが略０以上である領域の処理室表面材料には石英材料を用い、難揮発性デポのクリーニングレートが略０である領域では、製品プロセスのエッチング量が略０である表面材料を用いたところ、目標とするＣＤ値が得られ、また異物数の増加を抑制することができた。
【００３８】
以上、本実施例によれば、Ａｌ材料を含むエッチングを行うことにより形成される処理室表面のＡｌＦ堆積物とその剥離物に起因して生じる加工変動やパターン欠陥の増加を低減し、長時間に渡りプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置を提供することができる。
【実施例３】
【００３９】
本発明の第３の実施例に係るプラズマ処理装置について説明する。なお、実施例１又は実施例２に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。実施例２では、アルミ化合物を除去するメタルクリーニング工程におけるＢＣｌ３／Ｃｌ２プラズマのプラズマ密度が１０１５ｍ−３を境界として、シャワープレート１０１や内筒１０２の処理室表面材料は石英製、電極カバー１０３の処理室表面材料はアルミナ（酸化アルミ）やフッ化アルミ製であることが望ましいことを説明した。本実施例では、上記処理室表面材料を使い分ける境界をより明確にした例について説明する。
【００４０】
図９は、実施例１の装置にプラズマ遮蔽板９０１を搭載したマイクロ波ＥＣＲエッチング装置である。プラズマ遮蔽板９０１は、ラジカル、ガスや反応生成物が排気可能な通孔を備えてアースされており、電極カバー１０３より下部ではプラズマ密度を略０とすることができる。本実施例では、複数の開口を有するドーナツ板状のプラズマ遮蔽板を、試料台の上部周辺を取り囲むように配置した。このプラズマ遮蔽板９０１の適用によりプラズマを遮蔽板より上部の領域に閉じ込めることで、アルミ化合物を除去可能なＢＣｌ３／Ｃｌ２プラズマ密度１０１５ｍ−３以下の領域を、プラズマ遮蔽板９０１より下部であるとより明瞭に定義することができる。従って、プラズマ遮蔽板より上部の領域である処理室表面のシャワープレート１０１や内筒１０２は、石英製を、プラズマ遮蔽板より下部の領域である電極カバー１０３は、アルミナ（酸化アルミ）やフッ化アルミ材料を適用する。また、プラズマ遮蔽板より僅か上部の領域ではプラズマ密度が低くなり、ＥＣＲ面と比較してＡｌＦ堆積物のクリーニングレートが低下する傾向にある。そのため、電磁石１４２のコイル電流を上げて共鳴磁場を制御することにより、プラズマ密度の高いＥＣＲ面をプラズマ遮蔽板に近づける方法が有効である。従って、プラズマ遮蔽板より上部の領域におけるプラズマ密度が１０１５ｍ−３以上となるようにＢＣｌ３／Ｃｌ２プラズマのコイル電流を調整する。
【００４１】
本実施例では、処理室表面材料を使い分ける境界をより明確にするために、メタルクリーニング工程に用いるガスとしてＢＣｌ３／Ｃｌ２を例にしてプラズマ密度を制御可能なプラズマ遮蔽板９０１が重要であることを説明した。しかし、メタルクリーニング工程に用いるガスがＳｉＣｌ４／Ｃｌ２又はＣＨＦ３／Ｃｌ２又はＣＦ４／Ｃｌ２又はＨＢｒ／Ｃｌ２又はＣＨ４／Ｃｌ２又はＨＣｌ／Ｃｌ２又はＨＣｌ又はＢＣｌ３又はＣＨｘＣｌｙであってもよい。プラズマ遮蔽板よりも下方の領域のプラズマ密度を０とできるため、プラズマ遮蔽板が有効となる。
【００４２】
図９に示すプラズマ処理装置において、プラズマ遮蔽板より上部の領域の処理室表面材料には石英材料を用い、プラズマ遮蔽板より下部の領域の処理室表面材料にはアルミナやフッ化アルミ材料を用いたところ、目標とするＣＤ値が得られ、また異物数の増加を抑制することができた。
【００４３】
以上、本実施例によれば、Ａｌ材料を含むエッチングを行うことにより形成される処理室表面のＡｌＦ堆積物とその剥離物に起因して生じる加工変動やパターン欠陥の増加を低減し、長時間に渡りプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置を提供することができる。
【００４４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０１：シャワープレート、１０２：内筒、１０３：電極カバー、１１０：ウエハ、１１１：電極（試料台）、１２０：処理室、１３２：ガス供給装置、１４０：天板、１４２：電磁石、１５０：高周波電源、１６１：ＲＦバイアス電源、１６２：整合器、１７１：真空排気バルブ、Ｓ２０１：処理室表面材料であるシャワープレートや内筒と電極にＳｉ−Ｏ系膜を被覆するシリコンコート工程、Ｓ２０２：エッチング工程、Ｓ２０３：メタルクリーニング工程、Ｓ２０４：シリコンクリーニング工程、９０１：プラズマ遮蔽板。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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