(57)【要約】【課題】白金や金等の貴金属及びＳＴＯやＳＢＴなどの強誘電体にプラズマ処理を施すとその反応性の低さのため、真空容器内に多量の反応生成物が付着する。付着した反応生成物は、レート低下やダストの増加などプラズマ処理に悪影響を及ぼす。この反応生成物の堆積を抑制できるプラズマ処理装置及び方法を提供すること。【解決手段】真空容器内部に配置された誘電体板表面に凹凸構造を施すことで、凹凸構造内部にホロカソード放電を発生させ、プラズマ処理による反応生成物の誘電体板への付着を抑制する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、前記真空容器内にガスを供給するガス供給装置と、前記真空容器内を排気する排気装置と、前記真空容器内を所定の圧力に制御する圧力制御装置と、前記真空容器内に基板を配置する基板電極と、前記真空容器内に電磁波を導入することで真空容器内にプラズマを発生させる電磁波発生装置と、前記電磁波を真空容器内部に導入する誘電体板とを備えたプラズマ処理装置であって、前記誘電体板表面が凹凸構造を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、前記真空容器内に配置された誘電体板を通して真空容器内に電磁波を導入することで前記ガスを励起してプラズマを発生させ、真空容器内に配置された基板または、基板上の膜を処理するプラズマ処理方法であって、前記誘電体板表面に凹凸構造を形成することにより凹部にホロカソード放電を発生させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】
真空容器に配置された凹凸を有する誘電体板は、電極と対向する天板、円筒形、ドーム状のいずれかであることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
凹凸構造を有した誘電体板は、石英、窒化シリコン、セラミックスのいずれかであることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
プラズマを発生させる手段が、誘導結合方式プラズマ、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ、ヘリコン波方式プラズマ、表面波方式プラズマのいずれかであることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
凹凸構造の凹部又は凸部の少なくとも一つは、多角形、円形、ライン形状のいずれかであることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
凹凸構造の凹部又は凸部の少なくとも一つは、曲線のみ又は曲線と直線で構成された形状であることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
凹凸構造の凹部又は凸部は、碁盤状、同心円状、渦巻状のいずれかであることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
凹凸構造のアスペクト比は１以上、凹部の割合が、５０％〜８０％であることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
凹凸構造の断面構造は、順テーパ、逆テーパ、垂直のいずれでもよいことを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】
基板または基板上の膜は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体や液晶などの電子デバイスやマイクロマシンの製造に利用されるドライエッチング、スパッタリング、プラズマＣＶＤなどのプラズマ処理装置及び処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、金や白金などの貴金属、ＳＢＴやＰＺＴなどの強誘電体、強磁性体などの材料物質は、不揮発性メモリ（強誘電体メモリ：ＦｅＲＡＭ、強磁性体メモリ：ＭＲＡＭなど）、圧電素子、非線形光学素子などの材料又は電極材料として注目を集めている。これらのデバイスを実現するため、またはデバイスの集積化を実現する為には、材料物質の微細な加工や異方性を持った加工が求められる。
【０００３】
以下に白金のドライエッチングの従来例を説明する。
【０００４】
図１に、誘導結合方式プラズマ源を用いたドライエッチング装置の構成図を示す。図１において、真空容器１の上部に誘電体板５を介して誘導結合コイル４が設置されており、真空容器１内の電極７上に基板６を載置し、ガス導入口１４から真空容器１内にガスを導入しつつ、圧力コントローラー１０で所定の圧力に制御し、真空容器１内にプラズマを発生させ、電極７上に載置された基板６、または基板６上の膜がエッチングされる。
【０００５】
プラズマ発生には、高周波電源より誘導結合コイル４に高周波電力を印加し、プラズマを発生させる。また、下部電極７にも高周波電力を印加することで、基板６上に到達するイオンエネルギーを制御することができる。
【０００６】
白金のドライエッチングには、従来から塩素ガスとアルゴンガスの混合ガスが用いられている。特許文献１及び特許文献２に記載された発明には、塩素ガスと酸素ガスとアルゴンガス、または、塩素ガスとアルゴンガスの混合ガスでエッチングする技術の開示がある。また、白金などの貴金属や強誘電体等のエッチングには、特許文献３に記載された発明のように、高密度で均一なプラズマが必要である。更に特許文献４に記載された発明では、均一なプラズマを形成させるために、電極に凹凸構造を施している。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−００９０４６号公報
【特許文献２】
特開２００１−３５１８９８号公報
【特許文献３】
特開平９−２５１９８０号公報
【特許文献４】
特開平７−３１６８２４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献４に記載された事例では、平行平板型のプラズマ処理装置であるために、貴金属や強誘電体等のエッチングに必要とされる高密度プラズマを形成することが難しい。また、白金や金等の貴金属、ＳＢＴやＰＺＴなどの強誘電体材料及び強磁性体は、蒸気圧が低いため、ドライエッチング処理を施すと、反応生成物は、揮発性ガスとして排気されない。反応生成物は、排気されずに真空容器内に多量に堆積する。
【０００９】
図２（ａ）にその様子を示す。この反応生成物１６は、電磁波を真空容器内に導入するための誘電体板１５に堆積すると電磁波を遮蔽し、レートの低下を引き起こす。また、多量に堆積した反応生成物は、剥がれ落ちることでダストの増加の原因になるなど、プラズマ処理に様々な悪影響を及ぼす。
【００１０】
そこで、本発明では、ドライエッチングなどプラズマ処理を施した際に発生する反応生成物の誘電体表面への堆積を抑制するプラズマ処理装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願の第１発明のプラズマ処理装置は、真空容器と、前記真空容器内にガスを供給するガス供給装置と、前記真空容器内を排気する排気装置と、前記真空容器内を所定の圧力に制御する圧力制御装置と、前記真空容器内に基板を配置する基板電極と、前記真空容器内に電磁波を導入することで真空容器内にプラズマを発生させる電磁波発生装置と、前記電磁波を真空容器内部に導入する誘電体板とを備えたプラズマ処理装置であって、前記誘電体板表面が凹凸構造を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本願の第２発明のプラズマ処理方法は、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、前記真空容器内に配置された誘電体板を通して真空容器内に電磁波を導入することで前記ガスを励起してプラズマを発生させ、真空容器内に配置された基板または、基板上の膜を処理するプラズマ処理方法であって、前記誘電体板表面に凹凸構造を形成することにより凹部にホロカソード放電を発生させることを特徴とする。
【００１３】
このとき、本願第２発明のプラズマ処理方法において、真空容器に配置された凹凸を有する誘電体板は、電極と対向する天板、円筒形、ドーム状のいずれかであることが望ましい。
【００１４】
また、本願第２発明のプラズマ処理方法において、好適には、凹凸構造を有した誘電体板は、石英、窒化シリコン、セラミックスのいずれかであることが望ましい。
【００１５】
また、本願第２発明のプラズマ処理方法において、好適には、プラズマを発生させる手段が、誘導結合方式プラズマ、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ、ヘリコン波方式プラズマ、表面波方式プラズマのいずれかであることが望ましい。
【００１６】
また、本願第２発明のプラズマ処理方法において、好適には、凹凸構造の凹部又は凸部の少なくとも一つは、多角形、円形、ライン形状のいずれかであることが望ましい。
【００１７】
また、本願第２発明のプラズマ処理方法において、好適には、凹凸構造の凹部又は凸部の少なくとも一つは、曲線のみ又は曲線と直線で構成された形状であることが望ましい。
【００１８】
また、本願第２発明のプラズマ処理方法において、好適には、凹凸構造の凹部又は凸部は、碁盤状、同心円状、渦巻状のいずれかであることが望ましい。
【００１９】
また、本願第２発明のプラズマ処理方法において、好適には、凹凸構造のアスペクト比は１以上、凹部の割合が、５０％〜８０％であることが望ましい。
【００２０】
また、本願第２発明のプラズマ処理方法において、凹凸構造の断面構造は、順テーパ、逆テーパ、垂直のいずれでもよい。
【００２１】
更に、本願第２発明のプラズマ処理方法において、好適には、基板または基板上の膜は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉのうち少なくとも一つを含むことが望ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図１、図２を参照して説明する。図１に、本発明の実施形態において用いたプラズマ処理装置の構成図を示す。
【００２３】
図１において、真空容器１の上部に誘電体板５を介して誘導結合コイル４が設置されており、真空容器１内の電極７上に基板６を載置し、ガス導入口１４から真空容器１内にガスを導入しつつ、圧力コントローラー１０で所定の圧力に制御し、真空容器１内にプラズマを発生させ、電極７上に載置された基板６、または基板６上の膜がエッチングされる。
【００２４】
プラズマ発生には、高周波電源より誘導結合コイル４に高周波電力を印加し、プラズマを発生させる。また、下部電極７にも高周波電力を印加することで、基板６上に到達するイオンエネルギーを制御することができる。
【００２５】
図１に示す本発明の第１実施形態において用いたプラズマ処理装置において、誘電体板５の表面に図２（ｂ）に示すように凹凸構造を施しておくことで、凹凸構造内部にホロカソード放電１８を発生させ、エッチング処理により発生する反応生成物の付着を抑制する。
【００２６】
図３は、白金２５０ｎｍをエッチングした際に誘電体板５に堆積した反応生成物の位置依存性を示している。位置０が天板の中心としている。誘電体板にアスペクト比１．５、凹の割合が８０％の凹凸構造を形成することで反応生成物の堆積が抑制されていることがわかる。ここでは、凹凸構造の凹部を図７（ａ）のように四角形を碁盤状に配置したものを用いた。
【００２７】
また、図４は、２５０ｎｍの白金を連続エッチングした際の、０．３μｍ以上のダスト個数の処理枚数依存性、図５は、エッチングレートの処理枚数依存性である。誘電体板に凹凸構造を施すことで、反応生成物の誘電体板への堆積を抑制でき、レート低下、ダストの増加が改善された。ここで、凹凸構造に関しては、図３におけるアスペクト１．５、凹の割合が８０％のものを用いた。
【００２８】
ここで、プラズマを発生させる手段として、誘導結合方式プラズマ源について説明したが、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ源、ヘリコン波方式プラズマ源、表面波方式プラズマ源等のプラズマ源を利用しても同様の性能が得られる。
【００２９】
また、電磁波を真空容器内に導入するための誘電体として、ここでは、天板５に示す誘電体板について説明したが、図６（ａ）及び（ｂ）に示す円筒形、図６（ｃ）に示すドーム状などについても、プラズマに曝される側の表面に凹凸構造を施すことで、同様の性能が得られる。誘電体の材質としては、石英、窒化シリコン、セラミックスのいずれにおいても同様な性能が得られる。
【００３０】
誘電体表面に形成する凹凸構造の凹部又は凸部の少なくとも一つについては、図７（ａ）及び（ｂ）に示す多角形、図７（ｃ）のような円形、図７（ｄ）のように曲線だけで構成される形状、図７（ｄ）のように曲線と直線の組み合わせで構成される形状、図７（ｅ）に示すライン状について同様の性能が得られる。また、ライン状の凹部又は凸部として、図７（ｆ）に示す同心円状、図７（ｇ）に示す多角形、それらが一繋がりになった渦巻状などについて同様の性能が得られる。
【００３１】
凹凸構造のアスペクト比が１以上、凹部の割合が、５０％〜８０％の誘電体板について同様の性能が得られる。凹凸構造のアスペクト比が１未満であると、凹部にてホロカソード放電を発生させることができず、反応生成物の堆積が抑制できないという欠点がある。凹部の割合が５０％未満であるとホロカソード放電が発生する面積が十分でなく、反応生成物の堆積によるレート低下及びダスト増加が改善できない。また、凹部の割合が８０％以上になると誘電体板への加工が困難になるという欠点がある。
【００３２】
なお、凹凸を有する誘電体板は、電極と対向する天板、円筒形、ドーム状のいずれであっても同様の性能が得られる。
【００３３】
また、凹凸構造の断面構造は、順テーパ、逆テーパ、垂直のいずれであっても同様の性能が得られる。更に、基板または基板上の膜は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉのうち少なくとも一つを含むものについて同様の性能が得られる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本願の第１発明のプラズマ処理装置によれば、真空容器と、前記真空容器内にガスを供給するガス供給装置と、前記真空容器内を排気する排気装置と、前記真空容器内を所定の圧力に制御する圧力制御装置と、前記真空容器内に基板を配置する基板電極と、前記真空容器内に電磁波を導入することで真空容器内にプラズマを発生させる電磁波発生装置と、前記電磁波を真空容器内部に導入する誘電体板とを備えたプラズマ処理装置であって、前記誘電体板表面が凹凸構造を有するため、プラズマ処理を施した際に発生する反応生成物の誘電体表面への堆積を抑制するプラズマ処理装置を提供することができる。
【００３５】
また、本願の第２発明のプラズマ処理方法によれば、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、前記真空容器内に配置された誘電体板を通して真空容器内に電磁波を導入することで前記ガスを励起してプラズマを発生させ、真空容器内に配置された基板または、基板上の膜を処理するプラズマ処理方法であって、前記誘電体板表面に凹凸構造を形成することにより凹部にホロカソード放電を発生させるため、プラズマ処理を施した際に発生する反応生成物の誘電体表面への堆積を抑制するプラズマ処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るドライエッチング装置の模式図
【図２】誘電体板表面への反応生成物の付着の様子を示す図
【図３】反応生成物の堆積膜厚の位置依存性を示す図
【図４】０．３μｍ以上のダスト個数の処理枚数依存性を示す図
【図５】エッチングレートの処理枚数依存性を示す図
【図６】誘電体の形状の一例を示す図
【図７】本発明に係る誘電体板上の凹凸構造の一例を示す図
【符号の説明】
１  真空容器
２  誘導結合コイル印加用高周波電源
３  誘導結合コイル用マッチングボックス
４  誘導結合コイル
５  誘電体板
６  基板
７  下部電極
８  下部電極用マッチングボックス
９  下部電極印加用高周波電源
１０  圧力コントローラー
１１  ターボ分子ポンプ
１２ａ  Ｃｌ２ボンベ
１２ｂ  Ｏ２ボンベ
１３  マスフローコントローラー
１４  ガス導入口
１５  誘電体
１６  反応生成物
１７  誘電体表面に付着した反応生成物
１８  ホロカソード放電
１９ａ  円筒形誘電体
１９ｂ  円筒形誘電体
２０  ドーム状誘電体
２１ａ  凹凸構造の凹部又は凸部
２１ｂ  凹凸構造の凹部又は凸部
２２  凹凸構造の凹部又は凸部
２３  凹凸構造の凹部又は凸部
２４  凹凸構造の凹部又は凸部
２５  凹凸構造の凹部又は凸部
２６  凹凸構造の凹部又は凸部
２７  凹凸構造の凹部又は凸部
【図１】
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【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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