(57)【要約】【課題】大口径ウエハーに対しても均一なプラズマ処理を行うことができ、かつパーティクルの発生を防止できるプラズマ処理装置、プラズマ処理方法、プラズマ処理装置のクリーニング方法を提供する。【解決手段】ウエハー５の加工面と対向する位置に設けられたチャンバー１の上部天板３０に、ＩＣＰコイルを構成する複数のコイル３１、３２、３３が配設されている。複数のコイル３１、３２、３３の間には、隣接するコイル間で各コイルが生成する電磁界の相互干渉を軽減する空間３７、３８、３９が設けられている。空間３７、３８、３９に対応する上部天板３０の外壁には、チャンバー１内のクリーニング処理を行う際に高周波電力が印加されるクリーニング電極２１、２２、２３が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内に生成されたプラズマにより、チャンバー内に配置された被加工体のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
内部に配置された被加工体と対向する位置に電磁波を透過する誘電体壁を備えたチャンバーと、
前記チャンバー内にプロセスガスを導入するガス導入部と、
前記チャンバー内の前記プロセスガスを含むガスを排出するガス排出部と、
前記誘電体壁に対応して前記チャンバーの外部に配設され、チャンバー内にプラズマを生成する複数のコイルと、
前記複数のコイルの間に設けられ、各コイルが生成する電磁界の相互干渉を軽減する手段と、
前記相互干渉軽減手段の配設位置のそれぞれに設けられ、前記チャンバー内のクリーニング処理を行うときに、高周波電力が印加されるクリーニング電極と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記複数のコイルが、前記誘電体壁に形成された複数の溝部にそれぞれ収容されるとともに、前記相互干渉軽減手段が、各溝部に隣接して設けられた、チャンバーの内部空間と連続する空間により構成され、前記クリーニング電極が、前記空間に対応する前記誘電体壁の外壁側に設けられた請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記クリーニング電極に、共通の高周波電力が印加される請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記クリーニング電極に、それぞれ独立した高周波電力が印加される請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
被加工面と対向する位置に配設された複数のコイルを用いてチャンバー内に生成されたプラズマにより、チャンバー内に配置された被加工体のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、
前記チャンバー内にプロセスガスを導入する工程と、
前記複数のコイルに高周波電力を印加して前記プロセスガスのプラズマを生成し、被加工体のプラズマ処理を行う工程と、
前記チャンバー内にクリーニングガスを導入する工程と、
前記各コイルが生成する電磁界の相互干渉を軽減する相互干渉軽減手段が配設された位置のそれぞれに設けられたクリーニング電極に高周波電力を印加して前記クリーニングガスのプラズマを生成し、前記チャンバー内のクリーニング処理を行う工程と、
を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記クリーニング処理が、前記クリーニング電極のそれぞれに独立した高周波電力を印加した状態で行われる請求項５記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記クリーニング電極に印加されるそれぞれの高周波電力が、前記プラズマ処理中に生成され、前記相互干渉軽減手段の配設位置に対応するチャンバーの内壁に付着する生成物を除去する状態に独立して設定される請求項６記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記被加工体にプラズマ処理を行う工程は、前記被加工体上に形成された白金族元素からなる膜をエッチングするドライエッチング工程である請求項５から７のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
被加工面と対向する位置に配設された複数のコイルを用いてチャンバー内に生成されたプラズマにより、チャンバー内に配置された被加工体のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置のクリーニング方法において、
前記チャンバー内にクリーニングガスを導入する工程と、
前記各コイルが生成する電磁界の相互干渉を軽減する相互干渉軽減手段が配設された位置のそれぞれに設けられたクリーニング電極に高周波電力を印加して前記クリーニングガスのプラズマを生成し、前記チャンバー内のクリーニング処理を行う工程と、
を含むことを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
【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、プラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置のクリーニング方法に関し、特にプラズマ処理中に難揮発性物質を生成する材料膜に対する微細加工に好適なプラズマ処理装置、プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置のクリーニン方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路装置の高集積化、高機能化および動作速度の高速化に伴って、ＲＲＡＭ（Resistance Random Access Memory）やＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）等の不揮発性メモリーを搭載した半導体集積回路装置が提案されている。この不揮発性メモリーを構成するキャパシタの電極材料には、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等が用いられる。その微細パターン形成には主にハロゲンガスである塩素や臭化水素によるプラズマドライエッチング技術が用いられる。しかしながら、これらの電極材料膜の中で、特にＰｔおよびＩｒをドライエッチングすることは非常に困難である。その原因は、下記の表１に示すようにこれらのドライエッチング中に発生する反応生成物の沸点が著しく高く、ガス化（気化）し難いことにある。すなわち、ポリシリコン等をエッチングした際の反応生成物であるＳｉＣｌ4の沸点が５８℃程度であるのに対して、白金をエッチングした際の反応生成物であるＰｔＣｌ2およびＰｔＣｌ4の沸点はそれぞれ５８１℃、３７０℃である。また、イリジウムをエッチングした際の反応生成物であるＩｒＣｌ3の沸点は７６３℃である。
【０００３】
【表１】
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【０００４】
これら高沸点の反応生成物は、チャンバー内壁に到達すると固体化しやすいため、エッチング中にチャンバー内から排気されずに残留し、パーティクルの発生源となる。特に、ウエハーと対向するチャンバー内壁（上部天板）に付着した反応生成物から発生したパーティクルは、ウエハー上に落下し、その後の工程でパターン形成欠陥等が発生させる場合が多く、大きな問題である。
【０００５】
このため、上述のようなエッチングに使用されるプラズマ処理装置では、一定の時間間隔をおいて、チャンバー内に付着した反応生成物を除去するクリーニング処理が行われている。クリーニング処理の間は、当然に、所望のプラズマ処理を実施することができない。このため、クリーニング処理を効率的に行うことが求められる。
【０００６】
例えば、後掲の特許文献１には、チャンバー内に、高周波電力を印加することができるシールド電極を、チャンバー内壁面と所定の間隔をおいて設置したＲＩＥ（Reactive Ion Etching）方式のプラズマ処理装置が提案されている。当該プラズマ処理装置では、エッチング等のプラズマ処理を行う場合には、シールド電極に接地電位を印加し、チャンバー内のクリーニング処理を行う場合には、シールド電極に高周波電力を印加する。これにより、プラズマ処理時には、反応生成物をシールド電極に付着させることにより、チャンバー内壁面への反応生成物の付着を減少させる。また、クリーニング処理時には、シールド電極とチャンバー内壁面との間に、チャンバー内に導入されたクリーニングガスのプラズマを生成し、シールド電極およびチャンバー内壁面に付着した反応生成物を除去する。これにより、クリーニング処理を効率的に行うことができるとともに、プラズマ処理時にはクリーンなチャンバー状態、すなわちパーティクルの発生要因のないチャンバー状態が実現可能であるとされている。
【０００７】
一方、特許文献１に記載されているようなＲＩＥ方式のプラズマ処理装置では、十分なエッチング均一性が得られないという課題がある。このため、上述した電極材料膜のドライエッチングには、シングルスパイラル型コイルを搭載した誘導結合型のプラズマ処理装置が多用されている。
【０００８】
この種のプラズマ処理装置は、減圧可能に構成されたチャンバーの内部に、処理対象のウエハーが載置される試料台を有している。試料台と対向する位置のチャンバー壁面を構成する上部天板は、石英やセラミック等の絶縁体（誘電体）により構成されている。当該上部天板に誘導結合によりチャンバー内にプラズマを生成するスパイラル状の誘導結合コイル（以下、ＩＣＰコイルという）が配置されている。
【０００９】
しかしながら、近年のウエハーの大口径化（例えば、３００ｍｍ以上）に伴って、ＩＣＰコイルを備えたプラズマ処理装置であっても、例えば、４５ｎｍＣＭＯＳ世代以降に要求されるエッチング均一性を満足することができなくなっている。これは、渦巻き形状に形成されたＩＣＰコイルを構成する導線間の高周波電力の相互干渉により、チャンバー内部に形成されるプラズマ放電が不安定になることに起因する。このため、プラズマ処理装置には、ウエハー面内のエッチング均一性をより向上させることが求められている。
【００１０】
この要求に対し、後掲の特許文献２および非特許文献１にはＩＣＰコイルを複数のコイルによって構成し、各コイルに独立に高周波電力を印加する手法が示されている。また、この手法では、各ＩＣＰコイルにより形成される電磁界の相互干渉を軽減する目的で、各コイルが上部天板に形成された溝に埋め込まれている。当該手法によれば、各ＩＣＰコイルにより形成される電磁界の相互干渉が抑制された状況下で、各コイルに流れる電流量を調整することにより、ウエハー面内における電界分布や磁束密度分布を均一化できるとされている。
【特許文献１】特開平０５−１２５５４１号公報
【特許文献２】特開２０００−５８２９６号公報
【非特許文献１】「２００５半導体工場・装置・設備」、株式会社電子ジャーナル、2004年10月5日、p.200-202
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載された発明を、ＰｔおよびＩｒが積層された電極材料膜のエッチングに適用しても、シールド電極等に付着した難揮発性の反応生成物（ＰｔＣｌ4やＩｒＣｌ3等）を除去することはできないという問題がある。
【００１２】
また、特許文献２、非特許文献１に開示された技術によれば、ウエハー面内での加工均一性を高めることはできるが、ＰｔやＩｒ等の電極材料膜の加工を行った場合、各ＩＣＰコイル間に介在された相互干渉軽減箇所に、反応生成物が付着するという問題が生じる。一般に、ＩＣＰコイルを備えるプラズマ処理装置では、ＩＣＰコイルによる容量結合成分により、上部天板にプラズマ中のイオンが入射する。その入射するイオンのスパッタリング作用により、上部天板への反応生成物の付着が防止される。しかしながら、相互干渉軽減箇所にはＩＣＰコイルによる容量結合成分がないため、プラズマから入射するイオンがない。加えて、相互干渉軽減箇所が溝構造を有しているため、付着した反応生成物がスパッタリングにより除去されにくいからである。上述のように、上部天板に付着した反応生成物が剥離する等により生成されるパーティクルは、ウエハー上に落下し半導体装置等の製造歩留まりを低下させてしまう。
【００１３】
本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、大口径ウエハーに対しても均一なプラズマ処理を行うことができ、かつパーティクルの発生を防止できるプラズマ処理装置、プラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置のクリーニング方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明は以下の技術的手段を採用している。すなわち、本発明に係るプラズマ処理装置は、内部に被加工体が配置されるとともに、被加工体の加工面と対向する位置に、電磁波を透過する誘電体壁を備えたチャンバーを備える。また、チャンバーには、プロセスガスを導入するガス導入部と、内部のプロセスガスを含むガスを排気するガス排出部とが接続されている。また、チャンバー内にプラズマを生成する複数のコイルが、上記誘電体壁に対応してチャンバーの外部に配設されている。複数のコイルの間には、相互干渉軽減手段が設けられている。相互干渉軽減手段は、隣接するコイル間で各コイルが生成する電磁界の相互干渉を軽減する。相互干渉軽減手段が配設された位置には、チャンバー内のクリーニング処理を行うときに、高周波電力が印加されるクリーニング電極が設けられている。
【００１５】
本構成によれば、プラズマ処理中に、誘電体壁に不均一に堆積した反応生成物を、誘電体壁に削れを生じることなく、確実に除去することができる。このため、パーティクルの発生がなく、低欠陥で被加工体のプラズマ処理を行うことができる。
【００１６】
上記構成において、例えば、上記各コイルが、上記誘電体壁に形成された複数の溝部にそれぞれ収容され、上記相互干渉軽減手段が、各溝部の間に形成された、チャンバーの内部空間と連続する空間からなり、上記クリーニング電極が、当該空間に対応する上記誘電体壁の外壁側に設けられた構成を採用することができる。また、上記クリーニング電極には、共通の高周波電力を印加することができる。あるいは、上記クリーニング電極には、それぞれ独立した高周波電力を印加することもできる。
【００１７】
一方、他の観点では、本発明は、上述のプラズマ処理装置等において実施可能なプラズマ処理方法を提供することができる。本発明に係るプラズマ処理方法は、被加工面と対向する位置に配設された複数のコイルを用いてチャンバー内に生成されたプラズマにより、チャンバー内に配置された被加工体のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法である。そして、本発明に係るプラズマ処理方法は、まず、チャンバー内にプロセスガスが導入される。次いで、上記複数のコイルに高周波電力を印加して上記プロセスガスのプラズマが生成され、被加工体のプラズマ処理が行われる。プラズマ処理完了後には、チャンバー内にクリーニングガスが導入される。そして、隣接するコイル間で各コイルが生成する電磁界の相互干渉を軽減する相互干渉軽減手段が配設された位置のそれぞれに設けられたクリーニング電極に高周波電力を印加して上記クリーニングガスのプラズマが生成され、上記チャンバー内のクリーニング処理が行われる。
【００１８】
上記クリーニング処理は、例えば、上記クリーニング電極のそれぞれに独立した高周波電力を印加した状態で行うことができる。また、上記クリーニング電極に印加されるそれぞれの高周波電力は、例えば、上記プラズマ処理中に生成され、上記相互干渉軽減手段の配設位置に対応するチャンバーの内壁に付着する生成物を除去する状態に独立して設定される。なお、上記クリーニング処理は、プラズマ処理が行われる都度、あるいは、所定回数のプラズマ処理が行われたとき、実施することができる。また、上記被加工体にプラズマ処理を行う工程は、例えば、上記被加工体上に形成された白金族元素からなる膜をエッチングするドライエッチング工程である。
【００１９】
さらに他の観点では、本発明は、被加工面と対向する位置に配設された複数のコイルを用いてチャンバー内に生成されたプラズマにより、チャンバー内に配置された被加工体のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置のクリーニング方法を提供することができる。すなわち、本発明に係るプラズマ処理装置のクリーニング方法は、まず、チャンバー内にクリーニングガスが導入される。そして、上記各コイルが生成する電磁界の相互干渉を軽減する相互干渉軽減手段が配設された位置のそれぞれに設けられたクリーニング電極に高周波電力を印加して上記クリーニングガスのプラズマを生成し、上記チャンバー内のクリーニング処理が行われる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、被加工体と対向する誘電体壁のチャンバー内壁側への反応生成物の付着がない状態で、大口径ウエハーに対して均一なプラズマ処理することができる。また、誘電体壁への反応生成物の付着がない状態でプラズマ処理が実施できるため、プラズマ処理中にパーティクルが発生することもない。この結果、被加工体の加工を高い製造歩留まりで実施することができ、製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置、プラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置のクリーニング方法について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では、難エッチング材料（難揮発性材料）であるＰｔとＩｒとの積層膜のエッチング加工を行うプラズマエッチング装置として本発明を具体化している。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるプラズマエッチング装置（プラズマ処理装置）を示す概略構成図である。また、図２は、本実施形態におけるプラズマエッチング装置を示す概略平面図である。なお、図２のＡ−Ａ線における断面図が図１に対応している。
【００２３】
図１に示すように本実施形態におけるプラズマ処理装置は、チャンバー１内に試料台を兼ねる下部電極２が設置されている。処理対象のウエハー５（被加工体）は下部電極２上に載置される。下部電極２と対向するチャンバー１の上部天板３０（誘電体壁）は、石英やセラミック等の誘電体（絶縁体）で構成されている。上部天板３０の上方、すなわち上部天板３０の外壁側には、複数の誘導結合コイル（ＩＣＰコイル）が配置されている。図１の例では、ＩＣＰコイルは、最中心部ＩＣＰコイル３１、中間部ＩＣＰコイル３２、および最外周部ＩＣＰコイル３３により構成されている。なお、各ＩＣＰコイル３１、３２、３３はリング状のコイルである。また、図２に示すように、最中心部ＩＣＰコイル３１の外径は中間部ＩＣＰコイル３２の内径よりも小さく、中間部ＩＣＰコイル３２の外径は最外周部ＩＣＰコイル３３の内径よりも小さくなっている。そして、各ＩＣＰコイル３１、３２、３３は、同心円状に配置されている。
【００２４】
また、図１に示すように、本実施形態のプラズマ処理装置の上部天板３０は、最中心部ＩＣＰコイル３１が配置される溝部３４、中間部ＩＣＰコイル３２が配置される溝部３５、および最外周部ＩＣＰコイル３３が配置される溝部３６を有している。各溝部３４、３５、３６は、チャンバー１１の内部空間へ突出する状態で形成されており、溝部３４の中心側、溝部３４と溝部３５との間、および溝部３５と溝部３６との間には、チャンバー１の内部空間と連続する空間３７、３８、３９が設けられている。各空間３７、３８、３９は、ＩＣＰコイル３１、３２、３３と同様に、平面視において同心円状に設けられている。また、後述のように当該空間３７、３８、３９は、それぞれの空間に隣接する溝部に収容されたコイルが生成する電磁界の相互干渉を軽減する機能を有している。なお、空間３７については、空間３７を挟んで配置されたコイル３１を構成する導体間の相互干渉を軽減する。
【００２５】
下部電極２には、バイアス印加用高周波電源１１が接続されている。また、最中心部ＩＣＰコイル３１には、同調コンデンサ６２を介して高周波電力を印加する高周波電源１２が接続されている。同様に、中間部ＩＣＰコイル３２には、同調コンデンサ６３を介して高周波電力を印加する高周波電源１３が接続されている。同様に、最外周部ＩＣＰコイル３３には、同調コンデンサ６４を介して高周波電力を印加する高周波電源１４が接続されている。高周波電源１２、１３、１４が、各ＩＣＰコイル３１、３２、３３に高周波電力を印加することにより生成される誘導結合成分（誘導磁場）により上部天板３０直下のチャンバー１内にプラズマが生成される。
【００２６】
さて、本実施形態のプラズマエッチング装置は、相互干渉軽減手段である空間３７、３８、３９が配設された位置に、それぞれ、クリーニング電極２１、２２、２３が設けられている。すなわち、図１および図２に示すように、上部天板３０を挟んで空間３７の外壁側に最中心部クリーニング電極２１が設けられている。また、上部天板３０を挟んで空間３８の外壁側に中間部クリーニング電極２２が設けられている。さらに、上部天板３０を挟んで空間３９の外壁側に最外周部クリーニング電極２３が設けられている。また、図２に示すように、各クリーニング電極２１、２２、２３は、平面視において同心円状に配置されている。
【００２７】
また、図１に示すように、本実施形態のプラズマエッチング装置では、各クリーニング電極２１、２２、２３は、導電性タップ２５を介して互いに接続されるとともに、同調コンデンサ６５を介して高周波電力を印加する高周波電源１５に接続されている。
【００２８】
なお、図示を省略しているが、エッチング処理に使用されるプロセスガス、およびクリーニング処理に使用されるクリーニングガスはチャンバー１の上部に接続された、ガス導入管を通じてチャンバー１内に導入される。また、チャンバー１内のガスは、チャンバー１の下部に接続された排気口４を通じて排気される。チャンバー１内の圧力は、排気口４の上流側に配置された排気ゲートバルブ３の開度を調整することにより、所定圧力に維持される。
【００２９】
上記構成のプラズマエッチング装置において、エッチング処理を行う場合、まず、処理対象のウエハー５がチャンバー１の側壁に設けられた図示しない搬入出口から搬入され、下部電極２上に載置される。ここでは、図３（ａ）の構造断面図に示すように、ウエハー５には、下部構造を被覆するシリコン窒化膜等の下層膜４６上に、下層から、窒化チタン（ＴｉＮ）膜４４、Ｉｒ膜４３、Ｐｔ膜４２が順にスパッタリング法等により積層されているものとする。また、Ｐｔ膜４２上には、窒化チタン膜からなるマスクパターン４１が公知のリソグラフィ技術により形成されている。
【００３０】
ウエハー５がチャンバー１内に設置された後、ウエハー５のエッチングが行われる。ここでは、下記の表２に示す条件でエッチング処理を行う。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
すなわち、まず、図示しないガス導入部を通じて流量制御されたＣｌ2ガスとＯ2ガスとの混合ガスからなるプロセスガスがチャンバー１内に導入される。ここでは、Ｃｌ2ガスの流量を１００ｓｃｃｍ（standard cubic centimeter per minute）とし、Ｏ2ガスの流量を２５０ｓｃｃｍとしている。このとき、排気ゲートバルブ３の開度を調整することによりチャンバー１内の圧力は、２．０Ｐａ程度に維持される。また、下部電極２が内蔵するヒータにより、下部電極２の温度が４５０℃に維持されている。これにより、ウエハー５の温度も同程度の温度に昇温される。なお、当該エッチング処理中は、各クリーニング電極２１、２２、２３には高周波電力が印加されず、電気的にフローティング状態になっている。
【００３３】
チャンバー１内部の圧力が安定した後、高周波電源１２、１３、１４により、各ＩＣＰコイル３１、３２、３３に高周波電力が印加される。ここでは、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、最中心部ＩＣＰコイル３１に３００Ｗ、中間部ＩＣＰコイル３２に４００Ｗ、最外周部ＩＣＰコイル３３に６００Ｗ、印加している。これにより、チャンバー１内に上記プロセスガスのプラズマが生成される。このとき、各ＩＣＰコイル３１、３２、３３を収容した溝部３４、３５、３６に隣接する、相互干渉軽減手段である空間３７、３８、３９においてもプラズマが生成される。空間３７、３８、３９にプラズマが形成されると、ＩＣＰコイル３１、３２、３３が生成する電磁エネルギーは、当該プラズマに吸収または反射される。このため、各ＩＣＰコイル３１、３２、３３が生成する電磁エネルギーは空間３７、３８、３９を通過することができず、各ＩＣＰコイル３１、３２、３３が生成する電磁界は、空間３７、３８、３９により区分された溝部３４、３５、３６の範囲内に閉じ込められる。すなわち、各電磁界間の干渉が軽減される。このように、各ＩＣＰコイル３１、３２、３３が形成する電磁界間の干渉が軽減されるため、各ＩＣＰコイル３１、３２、３３に高周波電源１２、１３、１４からそれぞれ独立に高周波電力を印加することにより、直径が３００ｍｍ程度の大口径ウエハーに対してもエッチング均一性を確保することができる。なお、下部電極２には、高周波電源１１により、２００Ｗの高周波電力（周波数１３．５６ＭＨｚ）が印加されている。
【００３４】
エッチング処理の過程で生成されたＰｔＣｌ2、ＰｔＣｌ4、ＩｒＣｌ3等の反応生成物は、上部天板３０に到達すると固体化して付着しようとする。このとき、溝部３４、３５、３６のチャンバー１内壁側では、ＩＣＰコイル３１、３２、３３により生成される容量結合成分に起因するイオン等の入射によるスパッタリング作用により、反応生成物の付着が防止される。しかしながら、相互干渉軽減手段である空間３７、３８、３９を構成する壁面に到達した反応生成物は固体化して付着する。
【００３５】
以上の条件でエッチング処理を行うことにより、図３（ｂ）に示すように、マスクパターン４１に被覆されていない領域のＩｒ膜４２およびＰｔ膜４３が除去され、Ｉｒ膜４２およびＰｔ膜４３からなる電極パターンが形成される。
【００３６】
この後、ＣＦ4等をプロセスガスとしたドライエッチングを行い、図３（ｃ）に示すように、ＴｉＮ膜からなるマスクパターン４１および上述のエッチング処理により露出したＴｉＮ膜４４が除去される。
【００３７】
エッチング処理が完了したウエハー５がチャンバー１から搬出された後、空間３７、３８、３９を構成する壁面に付着した反応生成物を除去するクリーニング処理が行われる。ここでは、下記の表３に示す条件でクリーニング処理を行う。
【００３８】
【表３】
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【００３９】
すなわち、まず、図示しないガス導入部を通じて流量制御されたＳＦ6ガスとＯ2ガスとの混合ガスからなるクリーニングガスがチャンバー１内に導入される。ここでは、ＳＦ6ガスの流量を１００ｓｃｃｍとし、Ｏ2ガスの流量を２０ｓｃｃｍとしている。このとき、排気ゲートバルブ３の開度を調整することによりチャンバー１内の圧力は、１０．０Ｐａ程度に維持される。また、下部電極２が内蔵するヒータにより、下部電極２の温度が４５０℃に維持されている。これにより、ウエハー５の温度も同程度の温度に昇温される。なお、当該クリーニング処理中は、各ＩＣＰコイル３１、３２、３３および下部電極２には、高周波電力が印加されず、電気的にフローティング状態になっている。
【００４０】
チャンバー１内部の圧力が安定した後、高周波電源１５により、各クリーニング電極２１、２２、２３に高周波電力が印加される。ここでは、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、３００Ｗ印加している。これにより、各空間３７、３８、３９内に上記クリーニングガスのプラズマが生成される。エッチング中に付着した反応生成物は、当該クリーニングガスプラズマのラジカル等の活性種による化学的な作用と、イオン等が壁面に入射する物理的な作用とにより、除去（ガス化）される。ガス化した反応生成物は、排気口４を通じて排気される。このようなクリーニング処理を行うことにより、上記エッチング処理中に各空間３７、３８、３９を構成する壁面に付着した反応生成物が完全に除去される。なお、本実施形態では、クリーニングガスプラズマは、クリーニング電極２１、２２、２３が配置された箇所、すなわち、空間３７、３８、３９にのみ形成される。このため、反応生成物が付着していない溝部３４、３５、３６の内壁側がエッチングされて消耗することがない。
【００４１】
クリーニング処理が完了したチャンバー１内には、処理対象の次ウエハーが搬入され、下部電極２上に設置される。そして、上述したエッチング処理が実施される。例えば、表３に示した条件でのクリーニング処理後に行われた、表２に示した条件でのエッチング処理では、０．１μｍ以上の粒径のパーティクル増加数（処理後のウエハー上のパーティクル数から処理前のウエハー上のパーティクル数を減算した値）は２０個以下であり、非常に少ないレベルになっている。
【００４２】
なお、以上のようにして、Ｐｔ膜／Ｉｒ膜の積層構造を有する電極パターンが形成された電極パターンは、不揮発性メモリーを構成するキャパシタの下部電極として使用される。図４は、このようなキャパシタの断面図である。なお、図４では、図３において説明した要素には同一の符号を付している。図４において、下層膜４６に被覆された下部構造は、素子分離５１により区分された領域にトランジスタ等の半導体素子が形成された半導体基板５０、およびＢＰＳＧ（Boro-Phospho Silicate Glass）膜等からなる層間絶縁膜４７である。上述のようにして形成された下部電極上には、キャパシタ絶縁膜となるタンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）膜等の強誘電体膜４５が形成され、当該強誘電体膜４５上に、上部電極としてＰｔ膜４８が形成されている。なお、図３では、図示を省略したが、下部電極は、層間絶縁膜４７を貫通するタングステン等からなるコンタクトプラグ５３により、半導体基板５０表面の活性層５２に接続されている。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、エッチング処理において、上部天板に不均一に付着した反応生成物を、上部天板を消耗させることなく完全に除去することができる。このため、上部天板への反応生成物の付着がない状態でエッチング処理を行うことができるとともに、大口径ウエハーに対して均一なプラズマ処理することができる。この結果、被加工体の加工を高い製造歩留まりで実施することができ、製造コストを低減することができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、各クリーニング電極２１、２２、２３に同一の高周波電力を印加したが、各クリーニング電極２１、２２、２３にそれぞれ異なる高周波電力を印加してもよい。
【００４５】
図５は、本発明の第２の実施形態におけるプラズマエッチング装置を示す概略構成図である。また、図６は、本実施形態におけるプラズマエッチング装置を示す概略平面図である。なお、図６のＢ−Ｂ線における断面図が図５に対応している。なお、本実施形態のプラズマエッチング装置は、第１の実施形態と、空間３７、３８、３９に対応する上部天板３０の外壁側に設けられた各クリーニング電極２１、２２、２３のそれぞれに、独立した高周波電源１６、１７、１８が接続されている点が異なる。他の構成は第１の実施形態のプラズマエッチング装置と同一である。すなわち、本構成では、最中心部クリーニング電極２１には、同調コンデンサ６６を介して高周波電源１６が接続されている。また、中間部クリーニング電極２２には、同調コンデンサ６７を介して高周波電源１７が接続されている。印加される。さらに、最外周部クリーニング電極２３には、同調コンデンサ６８を介して高周波電源１８が接続されている。この結果、各クリーニング電極２１、２２、２３には、高周波電力をそれぞれ独立に付与することができる。なお、図５では、図１において説明した要素と同一の要素には同一の符号を付し、以下での詳細な説明を省略する。
【００４６】
本構成のプラズマエッチング装置において、エッチング処理を行う場合、まず、処理対象のウエハー５がチャンバー１内に搬入され、下部電極２上に載置される。そして、第１の実施形態と同様に、上記表２に示した条件で、図３（ａ）の構造断面図に示すサンプルのエッチングを行う。
【００４７】
第１の実施形態と同様に、エッチング処理の過程で生成されたＰｔＣｌ2、ＰｔＣｌ4、ＩｒＣｌ3等の反応生成物は、上部天板３０に到達すると固体化して付着しようとする。このとき、溝部３４、３５、３６のチャンバー１内壁側では、ＩＣＰコイル３１、３２、３３により生成される容量結合成分に起因するイオン等の入射によるスパッタリング作用により、反応生成物の付着が防止される。しかしながら、相互干渉軽減手段である空間３７、３８、３９を構成する壁面に到達した反応生成物は固体化して付着する。
【００４８】
以上の条件でエッチング処理を行うことにより、図３（ｂ）に示すように、マスクパターン４１に被覆されていない領域のＩｒ膜４２およびＰｔ膜４３が除去され、Ｉｒ膜４２およびＰｔ膜４３からなる電極パターンが形成される。この後、ＣＦ4等をプロセスガスとしたドライエッチングを行い、図３（ｃ）に示すように、ＴｉＮ膜からなるマスクパターン４１および上述のエッチング処理により露出したＴｉＮ膜４４が除去される。
【００４９】
エッチング処理が完了したウエハー５がチャンバー１から搬出された後、空間３７、３８、３９を構成する壁面に付着した反応生成物を除去するクリーニング処理が行われる。ここでは、下記の表４に示す条件でクリーニング処理を行う。
【００５０】
【表４】
2008098339.tif 000006
【００５１】
すなわち、まず、図示しないガス導入部を通じて流量制御されたＳＦ6ガスとＯ2ガスとの混合ガスからなるクリーニングガスがチャンバー１内に導入される。ここでは、ＳＦ6ガスの流量を１００ｓｃｃｍとし、Ｏ2ガスの流量を２０ｓｃｃｍとしている。このとき、排気ゲートバルブ３の開度を調整することによりチャンバー１内の圧力は、１０．０Ｐａ程度に維持される。また、下部電極２が内蔵するヒータにより、下部電極２の温度が４５０℃に維持されている。これにより、ウエハー５の温度も同程度の温度に昇温される。当該クリーニング処理中は、各ＩＣＰコイル３１、３２、３３および下部電極２には、高周波電力が印加されず、電気的にフローティング状態になっている。
【００５２】
チャンバー１内部の圧力が安定した後、各クリーニング電極２１、２２、２３に高周波電力が印加される。上述のように、クリーニング電極２１、２２、２３には、高周波電源１６、１７、１８がそれぞれ接続されている。このため、各クリーニング電極２１、２２、２３にそれぞれ独立に異なる高周波電力を印加することができる。ここでは、最中心部クリーニング電極２１に２００Ｗ、中間部クリーニング電極２２に１５０Ｗ、最外周部クリーニング電極２３に１００Ｗの高周波電力がそれぞれ印加されている。
【００５３】
これにより、各空間３７、３８、３９内に上記クリーニングガスのプラズマが生成される。エッチング中に各空間３７、３８、３９を構成する壁面に付着した反応生成物は、当該クリーニングガスプラズマの作用により、エッチング除去（ガス化）される。ガス化した反応生成物は、排気口４を通じて排気される。
【００５４】
本構成では、各クリーニング電極２１、２２、２３に、独立に高周波電力を印加することができるため、上部天板３０の位置に応じた最適な高周波電力を設定できる。したがって、上部天板３０の中心部と外周部とで反応生成物の付着速度が異なる場合に好適である。
【００５５】
一般に、ウエハー５から生じる反応生成物は上部天板３０の方向に向かって等方的に飛散するため、上部天板３０の中心部の方が周縁部より多く反応生成物が到達する。このため、周縁部に付着した反応生成物が完全に除去できるクリーニング条件を、中心部に適用すると、中心部では、反応生成物が完全に除去された後、上部天板がエッチングされる可能性がある。
【００５６】
これに対し、本構成によれば、上部天板３０の位置に応じて生成されるクリーニングプラズマを最適化することができる。したがって、本実施形態の構成によれば、クリーニング対象である空間３７、３８、３９の壁面が過度にエッチングされることを防止しつつ、付着した反応生成物を完全に除去することができる。なお、本実施形態においても、クリーニングプラズマは、空間３７、３８、３９にのみ生成されるため、第１の実施形態と同様に、反応生成物が付着していない溝部３４、３５、３６の内壁側がエッチングされて消耗することがない。
【００５７】
クリーニング処理が完了したチャンバー１内には、処理対象の次ウエハーが搬入され、下部電極２上に設置される。そして、上述したエッチング処理が実施される。例えば、表４に示した条件でのクリーニング処理後に行われた、表２に示した条件でのエッチング処理では、０．１μｍ以上の粒径のパーティクル増加数は２０個以下であり、第１の実施形態と同様に非常に少ないレベルになっている。
【００５８】
このように、本実施形態によれば、第１の実施形態の作用効果に加えて、空間３７、３８、３９を構成するそれぞれの壁面に付着した反応生成物の量に応じたクリーニング処理を行うことができる。したがって、クリーニング処理により空間３７、３８、３９の壁面に削れが発生することを防止することができる。
【００５９】
以上説明したように、本発明によれば、プラズマ処理中に被加工体と対向する誘電体壁のチャンバー内面側に不均一に付着した反応生成物を、誘電体壁に削れを生じることなく完全に除去することができる。この結果、誘電体壁への反応生成物の付着がない状態で、大口径ウエハーに対して均一なプラズマ処理することができる。また、反応生成物の付着がないため、エッチング処理中にパーティクルが発生することもない。この結果、被加工体の加工を高い製造歩留まりで実施することができ、製造コストを低減することができる。
【００６０】
なお、本発明は、以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において種々の変形および応用が可能である。例えば、上記では、相互干渉軽減手段が空間である事例について説明したが、他の構成の相互干渉軽減手段を採用することも可能である。例えば、相互干渉軽減手段を絶縁体で構成することもできる。この場合、図７に示すように、上部天板３０はフラットな平板として構成され、上部天板３０のチャンバー外壁側に配置された上述のＩＣＰコイル３１、３２、３３の間に相互干渉軽減用の絶縁物７１が配置される。また、この場合、上述の各クリーニング電極２１、２２、２３は、絶縁物７１と上部天板３０との間に配置される。なお、図７の例では、第１の実施形態と同様に各クリーニング電極２１、２２、２３を導電性タップ２５で接続し、単一の高周波電源１５により高周波電力を印加しているが、第２の実施形態と同様に各クリーニング電極２１、２２、２３をそれぞれ独立した高周波電源１６、１７、１８に接続する構成であってもよい。
【００６１】
また、本発明は、プラズマエッチング装置に限らず、誘電体壁に対応してＩＣＰコイルを備えた、いかなるプラズマ処理装置にも適用可能である。加えて、上記では、本発明の適用が特に好適な、Ｐｔ、Ｉｒ等の難エッチング材料のエッチング処理を具体例として示したが、本発明は、いかなる材料膜のエッチング処理に対しても同様の効果を得ることができる。
【００６２】
さらに、クリーニング処理はプラズマ処理が完了する都度、実施されることが好ましいが、複数回（複数枚）のプラズマ処理ごとに実施される構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、不揮発性メモリー電極材料のような蒸気圧が低く容易には除去されない白金系、貴金属系物質化合物を生成または加工を行うプラズマ処理装置、プラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置のクリーニング方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置を示す概略構成図
【図２】本発明の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置を示す概略平面図
【図３】プラズマ処理を実施するサンプルの構造断面図
【図４】図３に示す電極を備える半導体装置の構造断面図
【図５】本発明の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置を示す概略構成図
【図６】本発明の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置を示す概略平面図
【図７】本発明の実施形態におけるプラズマ処理装置の変形例を示す概略構成図
【符号の説明】
【００６５】
１  チャンバー
２  下部電極
５  ウエハー
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８  高周波電源
２１  最中心部クリーニング電極
２２  中間部クリーニング電極
２３  最外周部クリーニング電極
２５  導電性タップ
３０  上部天板
３１  最中心部ＩＣＰコイル
３２  中間部ＩＣＰコイル
３３  最外周部ＩＣＰコイル
３４、３５、３６  溝部
３７、３８、３９、７１  空間（相互干渉軽減手段）
６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８  同調コンデンサ
【図１】
2008098339.tif 000007
【図２】
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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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