(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒状のベルジャーが上方に設けられた処理容器と、
前記処理容器に供給されたガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段であって、前記ベルジャーの側面外周を巻回するように配置されたコイルと、前記ベルジャーの上壁外側に配置され且つ接地された導電性部材とを含むプラズマ発生手段と、
前記処理容器内に設けられ、膜を形成すべき半導体基板が載置される基板載置台と、
前記ベルジャー内に設けられ、前記処理容器内で発生したプラズマによりエッチング処理されて、前記膜の前駆体を前記処理容器内に放出する金属部材と、
前記ベルジャー内に設けられ、前記金属部材を着脱自在に保持するホルダーと、
前記処理容器内にハロゲン原子を含むガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内で発生したプラズマを前記金属部材へと引き寄せるための第１高周波電力を前記金属部材に供給する第１配線と、
前記基板載置台と前記導電性部材との間に電界を形成するための、および、前記処理容器内で発生したプラズマを前記半導体基板へと引き寄せるための第２高周波電力を前記基板載置台に供給する第２配線と、
誘導電磁界を前記ベルジャー内に形成するための第３高周波電力を前記コイルに供給するための第３配線と、
を備え、
前記金属部材および前記ホルダーは、前記プラズマ発生手段によってプラズマが発生されるプラズマ発生空間に配置されており、
前記プラズマ発生空間は、前記ベルジャーの前記上壁の内面と前記基板載置台との間に存在し、
前記金属部材および前記ホルダーは、前記コイルによって囲まれており、
前記金属部材および前記ホルダーは、前記基板載置台および前記ベルジャーの前記上壁から離間して配置されており、
前記導電性部材と前記基板載置台とは、前記プラズマ発生空間を挟んで対向している、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ガス供給手段が、第１ガスと、ハロゲン原子を含み前記第１ガスとは異なる第２ガスと、を供給する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
略円筒状のベルジャーが上方に設けられた処理容器と、
前記処理容器に供給されたガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段であって、前記ベルジャーの側面外周を巻回するように配置されたコイルと、前記ベルジャーの上壁外側に配置され且つ接地された導電性部材とを含むプラズマ発生手段と、
前記処理容器内に設けられ、エッチング処理および／または成膜処理を行うべき表面を有する半導体基板が載置される基板載置台と、
前記ベルジャー内に設けられ、前記処理容器内で発生したプラズマによりエッチング処理されて、前記成膜処理により形成される膜の前駆体を前記処理容器内に放出する金属部材と、
前記ベルジャー内に設けられ、前記金属部材を着脱自在に保持するホルダーと、
前記処理容器内に、前記半導体基板の表面をエッチング処理するための第１ガスと、ハロゲン原子を含み前記第１ガスとは異なる第２ガスと、を供給するガス供給手段と、
前記処理容器内で発生したプラズマを前記金属部材へと引き寄せるための第１高周波電力を前記金属部材に供給する第１配線と、
前記基板載置台と前記導電性部材との間に電界を形成するための、および、前記処理容器内で発生したプラズマを前記半導体基板へと引き寄せるための第２高周波電力を前記基板載置台に供給する第２配線と、
誘導電磁界を前記ベルジャー内に形成するための第３高周波電力を前記コイルに供給するための第３配線と、
を備え、
前記金属部材および前記ホルダーは、前記プラズマ発生手段によってプラズマが発生されるプラズマ発生空間に配置されており、
前記プラズマ発生空間は、前記ベルジャーの前記上壁の内面と前記基板載置台との間に存在し、
前記金属部材および前記ホルダーは、前記コイルによって囲まれており、
前記金属部材および前記ホルダーは、前記基板載置台および前記ベルジャーの前記上壁から離間して配置されており、
前記導電性部材と前記基板載置台とは、前記プラズマ発生空間を挟んで対向している、プラズマ処理装置。
【請求項４】
高周波電源をさらに備え、
前記第１配線および前記第２配線が、前記第１配線および前記第２配線のいずれかを選択するスイッチング素子を介して前記高周波電源に接続された、請求項１または３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
第１高周波電源および第２高周波電源をさらに備え、
前記第１配線が前記第１高周波電源に、前記第２配線が前記第２高周波電源にそれぞれ接続された、請求項１または３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
電力印加制御手段をさらに備え、前記電力印加制御手段が、
前記第１配線を介して前記金属部材に前記第１高周波電力を供給することにより、前記プラズマを前記金属部材へと引き寄せながら前記プラズマにより前記金属部材をエッチング処理する第１ステップと、
前記第２配線を介して前記基板載置台に前記第２高周波電力を供給することにより、前記膜の前駆体を含むプラズマを前記半導体基板へと引き寄せながら前記膜の前駆体を前記半導体基板上へと付着させる第２ステップと、
をこの順に実施する手段を含む、請求項１または３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
電力印加およびガス供給を制御する制御手段をさらに備え、前記制御手段が、
前記半導体基板の表面に膜を形成する膜形成制御、を実施する手段を含み、
前記膜形成制御が、
前記ガス供給手段から前記処理容器内に前記第２ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記処理容器内に前記第２ガスのプラズマを発生させ、かつ前記第１配線を介して前記金属部材に前記第１高周波電力を供給することにより、前記第２ガスのプラズマを前記金属部材へと引き寄せながら前記金属部材をエッチング処理して前記膜の前駆体を生成する第１ステップと、
前記プラズマ発生手段により前記処理容器内におけるプラズマを維持しながら前記第２配線を介して前記基板載置台に前記第２高周波電力を供給することにより、前記膜の前駆体を含むプラズマを前記半導体基板へと引き寄せながら前記膜の前駆体を前記半導体基板上へと付着させる第２ステップと、をこの順に実施する制御である、請求項２または３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
電力印加およびガス供給を制御する制御手段をさらに備え、前記制御手段が、
前記半導体基板の表面に膜を形成する膜形成制御、を実施する手段を含み、
前記膜形成制御が、
前記ガス供給手段から前記処理容器内に前記第１ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記処理容器内に前記第１ガスのプラズマを発生させ、かつ前記第１配線を介して前記金属部材に前記第１高周波電力を供給することにより、前記第１ガスのプラズマを前記金属部材へと引き寄せながら前記金属部材をエッチング処理して前記膜の前駆体Ａを生成する第１ステップと、
前記ガス供給手段から前記処理容器内に前記第２ガスを供給し、前記膜の前駆体Ａと前記第２ガスとを反応させて前記膜の前駆体Ｂを生成させ、かつ前記プラズマ発生手段により前記処理容器内におけるプラズマを維持しながら前記第２配線を介して前記基板載置台に前記第２高周波電力を供給することにより、前記膜の前駆体Ｂを含むプラズマを前記半導体基板へと引き寄せながら前記膜の前駆体Ｂを前記半導体基板上へと付着させる第２ステップと、をこの順に実施する制御である、請求項２または３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記制御手段が、
前記膜形成制御とともに、前記膜形成制御に先立って、前記半導体基板の表面をエッチング処理するエッチング処理制御をさらに実施し、
前記エッチング処理制御が、
前記ガス供給手段から前記処理容器内に前記第１ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記処理容器内に前記第１ガスのプラズマを発生させ、かつ前記第２配線を介して前記基板載置台に前記第２高周波電力を供給することにより、前記第１ガスのプラズマを前記半導体基板へと引き寄せながら前記半導体基板の表面をエッチング処理する制御である、請求項７または８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記ホルダーが、前記金属部材を複数個保持する、請求項１または３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記ホルダーが、前記金属部材を内周壁面に保持する環状部材である、請求項１または３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記金属部材が、白金、ルテニウム、イリジウム、タンタル、ゲルマニウム、タングステン、クロム、ハフニウム、ニッケル、コバルト、モリブデンおよびチタンから選ばれる少なくとも１種を含む請求項１または３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記ハロゲン原子を含むガスが、塩化水素ガス、塩素ガス、フッ素ガス、フルオロカーボンガスまたは臭化水素ガスである、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記金属部材と前記プラズマとの接触を制御するシャッター機構をさらに備えた請求項１または３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記ガス供給手段が、前記半導体基板上に付着した前記膜の前駆体と反応させるための、前記第２ガスとは異なる第３ガスをさらに供給する、請求項２または３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記ガス供給手段が、前記半導体基板上に付着した前記膜の前駆体と反応させるための、前記第２ガスとは異なる第３ガスをさらに供給し、
前記制御手段が、前記第２ステップの後に、
前記ガス供給手段から前記処理容器内に供給された前記第３ガスのプラズマを、前記プラズマ発生手段により前記処理容器内に発生させ、かつ前記第２配線を介して前記半導体基板に前記第２高周波電力を供給することにより、前記プラズマを前記半導体基板へと引き寄せながら前記プラズマによって前記半導体基板上に付着した前記膜の前駆体を処理する第３ステップをさらに実施する、
請求項７または８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記第３ガスが、前記膜の前駆体を還元するためのガスである、請求項１５または１６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記半導体基板を加熱するためのヒーターをさらに含み、
前記制御手段が、前記第２ステップの後に、
前記ヒーターによって前記半導体基板を加熱することにより、前記半導体基板上に付着した前記膜の前駆体を処理する第３ステップをさらに実施する、
請求項７または８に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて半導体基板を処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造には、プラズマを用いて半導体ウエハにエッチング、ＣＶＤ（chemical  vapor  deposition）等の処理を施すプラズマ処理装置が用いられている。プラズマ処理装置では、処理容器内に設けられた基板載置台上に半導体ウエハを載置した状態で処理容器内にプラズマを発生させ、このプラズマによってウエハ表面に所定のプラズマ処理が施される。
【０００３】
プラズマを発生させるためのプラズマ源によって、プラズマ処理の方法または装置は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：capaticively coupled plasma）、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：electron cyclotron resonance plasma）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：helicon wave plasma）、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：inductively coupled plasma）、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ：surface wave plasma）等に分類される。ＣＣＰ以外の上記プラズマ源では、放電パワーとバイアスパワーとの独立した制御が可能である。このため、これらプラズマ源の使用は、エッチング形状等の制御を容易とする。
【０００４】
プラズマ処理装置は、半導体製造プロセスにおいて、例えばメタル成膜システムに組み込まれて用いられる。特許文献１および２には、図９に示したような、プラズマ処理装置を半導体ウエハのプレクリーニング装置１１５として含むメタル成膜システム１００が開示されている。メタル成膜システム１００は、搬送室１１０と、搬送アーム１１９と、搬送室１１０の周囲に配置された装置群１１１，１１２・・・１１８と、を備えている。装置群は、カセットチャンバー１１１，１１２、脱ガス用チャンバー１１３、チタン（Ｔｉ）成膜装置１１４、プレクリーニング装置１１５、窒化チタン（ＴｉＮ）成膜装置１１６、アルミニウム（Ａｌ）成膜装置１１７、冷却チャンバー１１８から構成されている。
【０００５】
メタル成膜システム１００は、コンタクトホールおよび／またはビアホールが形成された半導体ウエハにバリア層を形成し、その上からＡｌをホール内に埋め込んで金属層（Ａｌ配線）を形成するために用いられる。具体的には、まず、搬送アーム１１９により、カセットチャンバー１１１から半導体ウエハを１枚取り出し、プレクリーニング装置１１５に装入し、プラズマエッチングによって半導体ウエハ表面の自然酸化膜を除去する。次いで、搬送アーム１１９により、半導体ウエハを脱ガス用チャンバー１１３に装入して半導体ウエハの脱ガス処理を行う。引き続き、半導体ウエハを、Ｔｉ成膜装置１１４に装入してＴｉ膜を成膜し、その後、ＴｉＮ成膜装置１１６に装入してＴｉＮ膜を成膜してバリア層とする。さらに、半導体ウエハをＡｌ成膜装置１１７でＡｌ配線を形成する。最後に、半導体ウエハは冷却チャンバー１１８で冷却され、カセットチャンバー１１２に収容される。
【０００６】
こうして、例えば、層間絶縁膜に不純物拡散領域に貫通するコンタクトホールが形成された半導体ウエハ上に、バリア層と、バリア層上に形成され、不純物拡散領域と導通する金属層（Ａｌ配線）と、が形成される。
【０００７】
プラズマ処理装置は、プラズマエッチング装置のみならずプラズマＣＶＤ装置としても半導体製造に用いられている。プラズマＣＶＤ等のＣＶＤにより形成された膜は、スパッタリングにより形成された膜と比較して、いわゆるステップカバレージに優れている。このため、例えば、メタル成膜システム１００のように、コンタクトホール、ビアホール等の内部にバリア層を形成する必要がある場合には、スパッタリングよりもＣＶＤが有利である。
【０００８】
しかし、ＣＶＤでは、膜原料を気化させてチャンバー内に供給する必要がある。膜原料の気化装置は、ＣＶＤ装置の製造原価の低減を阻害する要因の一つとなっている。また、ＣＶＤでは、気化可能な膜原料を用いる必要がある。このため、ＣＶＤでは、使用できる膜原料に制約があり、この制約は、形成すべき膜の種類によっては、価格が高い原料の使用によって製造原価を引き上げる要因となっている。例えば、イリジウム（Ｉｒ）は、強誘電体メモリ材料として注目されているＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の電極膜の材料として使用される。しかし、ＭＯＣＶＤ（metal organic CVD）によりＩｒ膜を成膜するための原料は非常に高価である。
【特許文献１】特開２００２−２３７４８６号公報
【特許文献２】特開２００３−１２４２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、気化可能な膜原料および膜原料の気化装置の使用を必要とせずに成膜を可能とする新たなプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
気化装置を不要とする新たなプラズマ処理装置を実現できれば、１つの処理装置によるエッチングおよびＣＶＤの実施についての支障も小さくなる。そこで、本発明の別の目的は、エッチングおよびＣＶＤの両方の実施に適した新たなプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、処理容器と、前記処理容器に供給されたガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記処理容器内に設けられ、膜を形成すべき半導体基板が載置される基板載置台と、前記処理容器内に設けられ、前記処理容器内で発生したプラズマによりエッチング処理されて、前記膜の前駆体を前記処理容器内に放出する金属部材と、前記処理容器内にハロゲン原子を含むガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器内で発生したプラズマを前記金属部材へと引き寄せるための第１高周波電力を前記金属部材に供給する第１配線と、前記処理容器内で発生したプラズマを前記半導体基板へと引き寄せるための第２高周波電力を前記基板載置台に供給する第２配線と、を備えた、プラズマ処理装置を提供する。当該プラズマ処理装置は、具体的には、略円筒状のベルジャーが上方に設けられた処理容器と、前記処理容器に供給されたガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段であって、前記ベルジャーの側面外周を巻回するように配置されたコイルと、前記ベルジャーの上壁外側に配置され且つ接地された導電性部材とを含むプラズマ発生手段と、前記処理容器内に設けられ、膜を形成すべき半導体基板が載置される基板載置台と、前記ベルジャー内に設けられ、前記処理容器内で発生したプラズマによりエッチング処理されて、前記膜の前駆体を前記処理容器内に放出する金属部材と、前記ベルジャー内に設けられ、前記金属部材を着脱自在に保持するホルダーと、前記処理容器内にハロゲン原子を含むガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器内で発生したプラズマを前記金属部材へと引き寄せるための第１高周波電力を前記金属部材に供給する第１配線と、前記基板載置台と前記導電性部材との間に電界を形成するための、および、前記処理容器内で発生したプラズマを前記半導体基板へと引き寄せるための第２高周波電力を前記基板載置台に供給する第２配線と、誘導電磁界を前記ベルジャー内に形成するための第３高周波電力を前記コイルに供給するための第３配線と、を備え、前記金属部材および前記ホルダーは、前記プラズマ発生手段によってプラズマが発生されるプラズマ発生空間に配置されており、前記プラズマ発生空間は、前記ベルジャーの前記上壁の内面と前記基板載置台との間に存在し、前記金属部材および前記ホルダーは、前記コイルによって囲まれており、前記金属部材および前記ホルダーは、前記基板載置台および前記ベルジャーの前記上壁から離間して配置されており、前記導電性部材と前記基板載置台とは、前記プラズマ発生空間を挟んで対向している。上記のガス供給手段としては、第１ガスと、ハロゲン原子を含み前記第１ガスとは異なる第２ガスと、を供給するガス供給手段が好ましい。
【００１２】
また、本発明は、その別の側面から、処理容器と、前記処理容器に供給されたガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記処理容器内に設けられ、エッチング処理および／または成膜処理を行うべき表面を有する半導体基板が載置される基板載置台と、前記処理容器内に設けられ、前記処理容器内で発生したプラズマによりエッチング処理されて、前記成膜処理により形成される膜の前駆体を前記処理容器内に放出する金属部材と、前記処理容器内に、前記半導体基板の表面をエッチング処理するための第１ガスと、ハロゲン原子を含み前記第１ガスとは異なる第２ガスと、を供給するガス供給手段と、前記処理容器内で発生したプラズマを前記金属部材へと引き寄せるための第１高周波電力を前記金属部材に供給する第１配線と、前記処理容器内で発生したプラズマを前記半導体基板へと引き寄せるための第２高周波電力を前記基板載置台に供給する第２配線と、を備えた、プラズマ処理装置を提供する。当該プラズマ処理装置は、具体的には、略円筒状のベルジャーが上方に設けられた処理容器と、前記処理容器に供給されたガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段であって、前記ベルジャーの側面外周を巻回するように配置されたコイルと、前記ベルジャーの上壁外側に配置され且つ接地された導電性部材とを含むプラズマ発生手段と、前記処理容器内に設けられ、エッチング処理および／または成膜処理を行うべき表面を有する半導体基板が載置される基板載置台と、前記ベルジャー内に設けられ、前記処理容器内で発生したプラズマによりエッチング処理されて、前記成膜処理により形成される膜の前駆体を前記処理容器内に放出する金属部材と、前記ベルジャー内に設けられ、前記金属部材を着脱自在に保持するホルダーと、前記処理容器内に、前記半導体基板の表面をエッチング処理するための第１ガスと、ハロゲン原子を含み前記第１ガスとは異なる第２ガスと、を供給するガス供給手段と、前記処理容器内で発生したプラズマを前記金属部材へと引き寄せるための第１高周波電力を前記金属部材に供給する第１配線と、前記基板載置台と前記導電性部材との間に電界を形成するための、および、前記処理容器内で発生したプラズマを前記半導体基板へと引き寄せるための第２高周波電力を前記基板載置台に供給する第２配線と、誘導電磁界を前記ベルジャー内に形成するための第３高周波電力を前記コイルに供給するための第３配線と、備え、前記金属部材および前記ホルダーは、前記プラズマ発生手段によってプラズマが発生されるプラズマ発生空間に配置されており、前記プラズマ発生空間は、前記ベルジャーの前記上壁の内面と前記基板載置台との間に存在し、前記金属部材および前記ホルダーは、前記コイルによって囲まれており、前記金属部材および前記ホルダーは、前記基板載置台および前記ベルジャーの前記上壁から離間して配置されており、前記導電性部材と前記基板載置台とは、前記プラズマ発生空間を挟んで対向している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のプラズマ処理装置では、処理容器内に配置した金属部材をプラズマでエッチング処理することによって形成すべき膜の前駆体を発生させることとした。このため、気化可能な膜原料を用いる必要がなく、膜原料の気化装置を準備する必要もない。
【００１４】
また、本発明のプラズマ処理装置では、金属部材に第１高周波電力が、基板載置台に第２高周波電力がそれぞれ供給される。これら電力を調整して処理容器内におけるプラズマの密度分布を適切に制御することにより、半導体基板上への成膜の幅広い制御が可能となる。このように、本発明では、金属部材を処理容器内に配置するばかりでなく、金属部材および基板載置台にそれぞれ高周波電力を供給できるようにしたため、成膜の制御が容易かつ幅広くなった。
【００１５】
さらに本発明によれば、エッチングおよびＣＶＤの双方に使用できるプラズマ処理装置が提供される。このプラズマ処理装置は、エッチング装置とＣＶＤ装置とを別の装置として配置してきた成膜システムにおいて、設備投資の大幅な削減を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のプラズマ処理装置は、高周波電源をさらに備え、第１配線および第２配線が、第１配線および第２配線のいずれかを選択するスイッチング素子を介して高周波電源に接続された、プラズマ処理装置としてもよい。また、本発明のプラズマ処理装置は、第１高周波電源および第２高周波電源をさらに備え、第１配線が第１高周波電源に、第２配線が第２高周波電源にそれぞれ接続された、プラズマ処理装置としてもよい。前者の形態によれば、高周波電源を配線ごとに準備する必要がなくなる。後者の形態によれば、配線ごとに適した高周波電源を使用できる。
【００１７】
本発明のプラズマ処理装置は、電力印加制御手段をさらに備え、この電力印加制御手段が、第１配線を介して金属部材に第１高周波電力を供給することにより、プラズマを金属部材へと引き寄せながらこのプラズマにより金属部材をエッチング処理する第１ステップと、第２配線を介して基板載置台に第２高周波電力を供給することにより、膜の前駆体をを含むプラズマを半導体基板へと引き寄せながら膜の前駆体を半導体基板上へと付着させる第２ステップと、をこの順に実施する手段を含む、プラズマ処理装置とすることが好ましい。この電力印加制御手段は、第１および第２高周波電力により、プラズマの密度分布を成膜に適した状態に制御する。膜の前駆体は、例えば、ハロゲン原子と金属部材から放出された金属原子とを含む化合物である。
【００１８】
本発明のプラズマ処理装置は、以下の制御手段をさらに備えていることが好ましい。この制御手段は、電力印加およびガス供給を制御する制御手段であって、半導体基板の表面に膜を形成する膜形成制御、を実施する手段を含む。この膜形成制御は、例えば、ガス供給手段から処理容器内に第２ガスを供給し、プラズマ発生手段により処理容器内に第２ガスのプラズマを発生させ、かつ第１配線を介して金属部材に第１高周波電力を供給することにより、第２ガスのプラズマを金属部材へと引き寄せながら金属部材をエッチング処理して膜の前駆体を生成する第１ステップと、プラズマ発生手段により処理容器内におけるプラズマを維持しながら第２配線を介して基板載置台に第２高周波電力を供給することにより、膜の前駆体を含むプラズマを半導体基板へと引き寄せながら膜の前駆体を半導体基板上へと付着させる第２ステップと、をこの順に実施する制御である。
【００１９】
上記の膜形成制御は、ガス供給手段から処理容器内に第１ガスを供給し、プラズマ発生手段により処理容器内に第１ガスのプラズマを発生させ、かつ第１配線を介して金属部材に第１高周波電力を供給することにより、第１ガスのプラズマを金属部材へと引き寄せながら金属部材をエッチング処理して膜の前駆体Ａを生成する第１ステップと、ガス供給手段から処理容器内に第２ガスを供給し、膜の前駆体Ａと第２ガスとを反応させて膜の前駆体Ｂを生成させ、かつプラズマ発生手段により処理容器内におけるプラズマを維持しながら第２配線を介して基板載置台に第２高周波電力を供給することにより、膜の前駆体Ｂを含むプラズマを半導体基板へと引き寄せながら膜の前駆体Ｂを半導体基板上へと付着させる第２ステップと、をこの順に実施する制御であってもよい。
【００２０】
上記の制御手段は、膜形成制御とともに、この制御に先立って、半導体基板の表面をエッチング処理するエッチング処理制御をさらに実施してもよい。エッチング処理制御は、例えば、ガス供給手段から処理容器内に第１ガスを供給し、プラズマ発生手段により処理容器内に第１ガスのプラズマを発生させ、かつ第２配線を介して基板載置台に第２高周波電力を供給することにより、第１ガスのプラズマを半導体基板へと引き寄せながら半導体基板の表面をエッチング処理する制御である。
【００２１】
本発明のプラズマ処理装置では、金属部材が、基板載置台から離間して配置されていることが好ましい。プラズマの密度分布の制御による成膜の制御が容易になるためである。
【００２２】
本発明のプラズマ処理装置は、金属部材を着脱自在に保持するホルダーを処理容器内にさらに備えていてもよい。金属部材は、エッチングにより消耗するため交換する必要がある。また、膜の種類に応じて、金属部材を選択する必要がある。このため、処理容器内には、金属部材を着脱自在に保持するホルダーを配置しておくと便利である。本発明のプラズマ処理装置にはホルダーのみを予め処理容器内に設けることとして、金属部材は形成すべき膜の種類に応じて成膜の際にホルダーに保持することとしてもよい。ただし、本発明のプラズマ処理装置には必ずしも金属部材のホルダーを設ける必要はなく、金属部材のみを配置してもよい。
【００２３】
金属部材を保持するホルダーは、金属部材を複数個保持するものであることが好ましい。ホルダーは、その形状に限定はないが、金属部材を内周壁面に、例えばほぼ等間隔に、保持する環状部材とすることが好ましい。ほぼ等間隔に金属部材を配置すると、半導体基板上への均質な成膜を実現しやすくなる。
【００２４】
金属部材は、例えば、白金、ルテニウム、イリジウム、タンタル、ゲルマニウム、タングステン、クロム、ハフニウム、ニッケル、コバルト、モリブデンおよびチタンからなるものとして構成することが好ましい。イリジウム、白金、ハフニウムのようにＣＶＤによる成膜の原料が高価な金属に適用すると、本発明による成膜コスト削減の効果は多大なものとなる。
【００２５】
ガス供給手段から供給されるハロゲン原子を含むガス（第２ガス）は、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、塩素（Ｃｌ2）ガス、フッ素（Ｆ2）ガス、フルオロカーボン（ＣＦ系）ガスまたは臭化水素（ＨＢｒ）ガスであることが好ましい。ガス供給手段からは、必要に応じ、さらに、不活性ガスや還元性のガス（例えば水素（Ｈ2）ガス）が供給される。
【００２６】
なお、第１ガスとしては、アルゴンなどの不活性ガスに加え、水素、窒素、酸素などのガスを用いることができる。第１ガスは、ハロゲン原子を含まないガスであってもよい。
【００２７】
ガス供給手段は、半導体基板上に付着した膜の前駆体と反応させるための、第２ガスとは異なる第３ガスをさらに供給するものであってもよい。
【００２８】
この場合、制御手段が、第２ステップの後に、ガス供給手段から処理容器内に供給された第３ガスのプラズマを、プラズマ発生手段により処理容器内に発生させ、かつ第２配線を介して半導体基板に第２高周波電力を供給することにより、プラズマを半導体基板へと引き寄せながらプラズマにより半導体基板上に形成された膜の前駆体（例えば膜の前駆体Ｂ）を処理する第３ステップをさらに実施する、こととしてもよい。
【００２９】
第３ガスの種類に制限はなく、窒素ガス、酸素ガスなどであってもよいが、例えば膜の前駆体を還元するためのガスとすることが好ましい。この還元性のガスとしては、水素ガス、シラン（ＳｉＨ4）、アンモニア（ＮＨ3）、メタン（ＣＨ4）、エチレン（Ｃ2Ｈ4）などが挙げられる。第３ガスも、ハロゲン原子を含まないガスであってもよい。
【００３０】
本発明のプラズマ処理装置は、半導体基板を加熱するためのヒーターをさらに含んでいてもよく、この場合は、制御手段が、第２ステップの後に、ヒーターによって半導体基板を加熱することにより、半導体基板上に付着した膜の前駆体を処理する第３ステップをさらに実施することとしてもよい。膜の前駆体の処理（例えば還元）は、第３ガスのプラズマと、ヒーターによる加熱との両方を適用して行ってもよい。
【００３１】
本発明のプラズマ処理装置は、金属部材とプラズマとの接触を制御するシャッター機構をさらに備えていてもよい。このシャッター機構は、成膜の制御をさらに容易とする。シャッター機構を設けておくと、金属部材が無駄に消費され、あるいは成膜以外の処理の際に膜の前駆体が処理容器内に放出されて半導体基板の表面を汚染することを防止できる。
【００３２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付して説明を省略することがある。
【００３３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明のプラズマ処理装置の一例の断面図である。
【００３４】
プラズマ装置１は、略円筒状のチャンバー３１と、チャンバー３１の上方に設けられ、チャンバー３１と気密に接続された略円筒状のベルジャー３２とから構成される処理容器を有している。処理容器３１，３２内の空間１０（以下、「処理空間」と呼ぶ）は、後述する減圧機構により減圧可能となっている。
【００３５】
チャンバー３１内には、半導体ウエハＷを水平に支持するサセプター３３と、サセプター３３を支持する円筒状の支持部材３５とが配設されている。サセプター３３は、導電体により構成されているが、半導体ウエハＷを支持する表面は石英等の絶縁体により覆われている。ベルジャー３２の上壁外側には、ベルジャー３２上壁を介してサセプター３３と対向するように、接地された導電性部材４９が配置されている。
【００３６】
ベルジャー３２は、石英、セラミックス等の絶縁体で形成されており、その側面外周にはコイル４２が巻回されている。コイル４２には高周波電力を供給可能な高周波電源４４が接続されている。高周波電源４４からコイル４２に高周波電力を供給することにより、ベルジャー３２内に誘導電磁界が形成され、この誘導電磁界により処理空間１０にプラズマが生成する。このように、コイル４２および高周波電源４４は、（ＩＣＰ）プラズマ発生手段として機能する。後述するように、本実施形態では、サセプター３３、高周波電源３４および導電性部材４９もプラズマの点火に用いられるため、これらの部材３３，３４，４９もプラズマ発生手段の一部となる。
【００３７】
ベルジャー３２の内側には、その側面内周に沿って、被エッチング材となる金属部材１１のホルダー１２が配設されている。図２に示すように、ホルダー１２は、環状（リング状）の部材であって、その内周壁には、複数の金属部材１１を等間隔で着脱自在に保持している。ホルダー１２は、石英、シリコンカーバイド等の絶縁体で形成されており、図示を省略する支柱によってベルジャー３２の内壁に固定されている。エッチングにより消耗すると、あるいは形成すべき膜の種類に応じて、金属部材１１は交換される。金属部材１１としては、スパッタリングターゲットとして市販されている円盤状の金属材料を用いるとよい。
【００３８】
ホルダー１２内には、配置される金属部材１１と電気的に接触するようにリング状の電極１３が配置されている。電極１３は、第１配線１９を介して第１高周波電源１４に接続されている。第１配線１９の電極１３と第１高周波電源１４との間には、容量素子（コンデンサ）１８が介挿されている。コンデンサ１８は、処理空間１０で発生したプラズマを導電体である金属部材１１近傍に引き寄せるために挿入されている。
【００３９】
サセプター３３は、第２配線３９を介して第２高周波電源３４と接続されている。第２高周波電源３４からサセプター３３に高周波電力を供給することにより、サセプター３３と導電性部材４９との間に、半導体ウエハＷに対して垂直な電界が形成される。この垂直な電界はプラズマの点火に用いられる。高周波電源３４からサセプター３３に供給される高周波電力は、処理空間１０のプラズマを半導体ウエハＷへと引き寄せる役割も担う。
【００４０】
サセプター３３には、電源３７に接続されたヒーター３６が埋設されている。ヒーター３６は、電源３７からの給電により、半導体ウエハＷを所定の温度に加熱する加熱手段として機能する。サセプター３３の上方には、サセプター３３上に載置された半導体ウエハＷの外縁をクランプして保持するクランプリング３８が設けられている。クランプリング３８は、図示を省略する昇降機構により昇降可能であり、下降時にウエハＷをクランプする。
【００４１】
チャンバー３１の側壁には開口４６が形成されており、開口４６にはゲートバルブ４７が設けられている。ゲートバルブ４７を開にした状態で、半導体ウエハＷは、搬送アームにより隣接する搬送室（図示省略）とチャンバー３１内との間を搬送される。チャンバー３１の側壁には、ガス供給ノズル４８も設けられている。ガス供給ノズル４８を通じて、ガス供給機構６０から供給されるガスが処理空間１０に導入される。
【００４２】
ガス供給機構６０は、３種類のガスを供給することができるように構成されている。ガス供給機構６０は、Ａｒガス源６１、ＨＣｌガス源７１、Ｈ2ガス源８１と、これらガス源６１，７１，８１にそれぞれ接続されたマスフローコントローラ６３，７３，８３と、それぞれのマスフローコントローラ６３，７３，８３の前後に配置された開閉バルブ６２，６４，７２，７４，８２，８４と、を備えている。ガス供給機構６０は、種類ごとに所定の流量に調整されたガスを、ガス供給ノズル４８を通じて処理空間１０に供給する。
【００４３】
チャンバー３１の底壁には、排気管７５が接続されており、排気管７５には真空ポンプを含む排気装置７０が接続されている。排気装置７０により、処理空間１０は所定の真空度にまで減圧される。排気装置７０は、処理空間１０を所定の真空度に減圧し維持する減圧機構として機能する。
【００４４】
プラズマ処理装置１には、制御装置５５と、制御装置５５に接続されてこの装置５５からの信号により開閉されるスイッチング素子５６，５７，５８とが設けられている。スイッチング素子５６，５７，５８は、それぞれ高周波電源１４，３４，４４からの高周波電力の供給を制御する。図１では図示が省略されているが、制御装置５５は、マスフローコントローラ６３，６４，６５、排気装置７０等にも接続され、これら装置の制御も行うことができる。
【００４５】
図１に示した装置の構成から明らかなように、第１高周波電源１４からの高周波電力と、第２高周波電源３４からの高周波電力とは、それぞれ個別に制御して供給することができる。これら高周波電力の供給を受ける金属部材１１とサセプター３３とは電気的に互いに分離している。また、高周波電源４４からの高周波電力の供給も、第１、第２高周波電源１４，３４からの高周波電力の供給とは別に制御することができる。
【００４６】
以下、プラズマ処理装置１を用いた成膜の一例を説明する。ここでは、半導体ウエハＷ上へのＴｉ膜の成膜を取り上げる。この場合、金属部材１１としては、Ｔｉからなる部材を用いることになる。
【００４７】
まず、ゲートバルブ４７を開にして、ゲートバルブ４７を介して隣接する搬送室（図示省略）に配置された搬送アームにより、搬送室から処理空間１０に半導体ウエハＷを搬入し、このウエハＷをサセプター３３の支持ピン（図示省略）上に受け渡す。次いで、支持ピンをサセプター３３内に没入させてウエハＷをサセプター３３上に載置し、上方で待機していたクランプリング３８を下降させ、クランプリング３８によりウエハＷ外縁をクランプする。引き続き、ゲートバルブ４７を閉にして、排気装置７０により処理空間１０のガスを排気管７５から排気して所定の減圧状態（例えば１ｍＴｏｒｒ（１３３．３ｍＰａ）程度）に保持する。
【００４８】
次いで、減圧状態に保持された処理空間１０に、ガス供給機構６０からＡｒガスを所定の流量（例えば３００ｓｃｃｍ）で供給する。そして、Ａｒガスを供給しながら、第２高周波電源３４から第２配線３９を介してサセプター３３へと高周波電力を供給することにより、サセプター３３と導電性部材４９との間に半導体ウエハＷに対して垂直な電界を形成し、この電界によりＡｒガスを励起させてプラズマを点火する。第２高周波電源３４から供給される高周波電力の周波数は例えば１３．５６ＭＨｚ、出力は例えば５００Ｗとするとよい。
【００４９】
プラズマ点火の後、高周波電源４４からコイル４２への高周波電力の供給を開始してベルジャー３２内に誘導電磁界を形成するとともに、第２高周波電源３４からサセプター３３への高周波電力の供給を停止する。これ以降は、コイル４２への高周波電力の供給によりベルジャー３２内に形成される誘導電磁界によってプラズマが維持される。高周波電源４４から供給される高周波電力の周波数は例えば１３．５６ＭＨｚ、出力は例えば５００Ｗとするとよい。
【００５０】
こうしてプラズマを維持しながら、ガス供給機構６０を用い、Ａｒガスの流量を減少させるとともにＨＣｌガスの供給を開始する。このとき、Ａｒガスの流量は例えば１ｓｃｃｍ、ＨＣｌガスの流量は例えば１０ｓｌｍとするとよい。ＨＣｌガスのような腐食性ガスを励起したプラズマは金属をエッチングする性質を有する。例えば、Ｔｉは、ＨＣｌガスのプラズマに接すると、形成すべき膜（Ｔｉ膜）の前駆体となるチタン塩化物（ＴｉＣｌｘ）を放出する。
【００５１】
効率的に膜の前駆体を放出させるためには、金属部材１１の近傍におけるプラズマの密度を高めるとよい。そこで、ＨＣｌガスの供給とともに、第１高周波電源１４から第１配線１９および電極１３を通じて金属部材１１に高周波電力（第１高周波電力）を供給して、プラズマの密度分布を変化させる。金属部材１１への高周波電力の供給により、処理空間１０で生成したプラズマは、金属部材１１に引き寄せられ、金属部材１１近傍において高密度となる。
【００５２】
金属部材１１を構成するＴｉがエッチング処理されることにより、膜の前駆体となるチタン塩化物が処理空間１０に放出される。膜の前駆体の放出量は、金属部材１１近傍の空間におけるプラズマ密度に依存する。このため、金属部材１１への高周波電力の印加を制御することにより、具体的には、高周波電力の周波数、出力等を制御対象とすることにより、膜の前駆体の放出量を制御することができる。金属部材１１へのプラズマの引き寄せのために第１高周波電源１４から供給される高周波電力の周波数は例えば４５０ｋＨｚ、出力は例えば１０００Ｗとするとよい。
【００５３】
その後、第１高周波電源１４からの高周波電力の供給を停止するとともに、第２高周波電源３４から第２配線３９を通じてサセプター３３に高周波電力（第２高周波電力）を供給して、膜の前駆体を含むプラズマをサセプター３３上に載置した半導体ウエハＷへと引き寄せる。これにより、金属部材１１から放出された膜の前駆体が半導体ウエハＷ上に堆積する。サセプター３３へのプラズマの引き寄せのために第２高周波電源３４から供給される高周波電力の周波数および出力は、プラズマ点火の際に述べたとおりとするとよい。
【００５４】
引き続き、半導体ウエハＷ上に堆積した膜の前駆体を還元して金属膜とする。膜の還元は、電源３７からヒーター３６に通電して、半導体ウエハＷを５０〜８００℃程度に加熱することによって行う。こうして、半導体ウエハＷ上に金属膜（ここではＴｉ膜）が形成される。
【００５５】
膜の還元は、加熱と還元性のプラズマによる処理とにより行ってもよい。この場合は、電源３７からヒーター３６に通電することにより、半導体ウエハＷを上記程度の温度に加熱するとともに、ガス供給機構６０からは、ＨＣｌガスの供給を停止するとともに、ＡｒガスおよびＨ2ガスを所定の流量で処理空間１０に供給し、処理空間１０に還元性のプラズマを生成させる。Ｈ2ガスはＨ2ガス源８１から供給される。このとき、Ａｒガスの流量は例えば３００ｓｃｃｍ、Ｈ2ガスの流量は例えば５０ｓｃｃｍとするとよい。還元性のプラズマは、引き続き第２高周波電源３４からサセプター３３に供給される高周波電力の供給により、半導体ウエハＷに引き寄せられる。
【００５６】
成膜終了の後、排気装置７０による排気量、およびガス供給機構６０からのガス供給量を制御して、処理空間１０の真空度を搬送室と同等の真空度に調整する。その後、クランプリング３８による半導体ウエハＷのクランプを解放し、支持ピン（図示省略）をサセプター３３から突出させてウエハＷを持ち上げさせ、ゲートバルブ４７を開にして搬送アームをチャンバー３１内に進入させてウエハＷを搬送室へと取り出す。こうして、プラズマ処理装置１における成膜工程が終了する。
【００５７】
上記では、プラズマ処理装置１を用いた成膜の一例を説明したが、プラズマ処理装置１はエッチング処理の実施にも適用できる。ここでは、以下に、Ｔｉ成膜の前に半導体ウエハＷの表面に行われるべきエッチング処理（自然酸化膜を除去するためのプレクリーニング処理）について説明する。このプレクリーニング処理に用いるガスは、ＡｒガスおよびＨ2ガスであるが、これらのガス源は、Ｔｉ成膜に用いるために既に準備されているため（符号６１，８１）、この例では装置の構成を図１に示した構成から変える必要はない。しかし、エッチング処理に用いるガスが異なる場合には、そのガス源をガス供給機構６０に追加する必要が生じる。
【００５８】
まず、半導体ウエハＷの搬入、Ａｒガスの導入およびサセプター３３への高周波電力の供給によるプラズマの点火、およびコイル４２への高周波電力の供給によるプラズマの維持を、上記と同様にして実施する。
【００５９】
プラズマを維持しながら、ガス供給機構６０を用い、Ａｒガスの流量を減少させるとともに、Ｈ2ガス源８１から、還元性ガスであるＨ2ガスの供給を開始する。このとき、Ａｒガスの流量は例えば３００ｓｃｃｍ、Ｈ2ガスの流量は例えば５０ｓｃｃｍとするとよい。こうして、還元性のプラズマを処理空間１０に生成させる。
【００６０】
引き続き、第２高周波電源３４から第２配線３９を介してサセプター３３に高周波電力を供給し、プラズマを半導体ウエハＷに引き寄せながら、このプラズマで半導体ウエハＷの表面をエッチング処理する。第２高周波電源３４から供給される高周波電力の周波数および出力は、成膜の際のプラズマ引き寄せのための電力と同様とするとよい。このエッチング処理により、例えば、半導体ウエハＷの表面に形成されたＳｉ，ＣｏＳｉ，Ｗ，ＷＳｉ，ＴｉＳｉ等の自然酸化膜（例えばＳｉＯｘ）を除去することができる。エッチング処理の後の半導体ウエハＷの搬出は、上記と同様にして行われる。
【００６１】
上記で説明したような高周波電力を供給しながらのエッチング処理および成膜は、電力供給等を制御する制御装置５５を用いて行ってもよい。図１に示したように、制御装置５５は、スイッチング素子５６，５７，５８に接続されてこれら素子の開閉を制御し、さらに、図示は省略するが、マスフローコントローラ６３，７３，８３、排気装置７０、電源３７等に接続され、図１に示された各部材の運転を制御する。
【００６２】
制御装置５５は、所定のプログラム、例えば上記で説明したエッチング処理や成膜が実施できるようにスイッチング素子５６，５７，５８の開閉等を制御するプログラムを内蔵したメモリと、このプログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）とを有するように構成するとよい。
【００６３】
なお、図１に示した装置では、制御装置５５がスイッチング素子５６，５７，５８に接続されているが、これに限らず、制御装置５５を高周波電源１４，３４，４４に直接接続して、電源１４，３４，４４を直接制御することとしてもよい。
【００６４】
図３に、制御装置５５に保存されたプログラムにより実施されるべき制御の一例を示す。この制御は、図１に示した装置を用いて金属膜の成膜を行うために適用されるべき制御例である。
【００６５】
図３に示された制御は、半導体ウエハＷがサセプター３３上に装入され、排気装置７０により処理空間１０が減圧されてから、開始される。
【００６６】
まず、ステップ１（Ｓ１）において、制御装置５５は、ガス供給機構６０から処理空間１０にＡｒガスが所定の流量で供給されるようにマスフローコントローラ６３を制御し、かつ開いていた第２スイッチング素子５７を閉じて第２高周波電源３４から配線３９を介してサセプター３３へと高周波電力を供給する。こうして、プラズマが点火される。
【００６７】
次いで、ステップ２（Ｓ２）において、制御装置５５は、開いていた第３スイッチング素子５８を閉じて高周波電源４４からコイル４２への高周波電力の供給を開始するとともに、第２スイッチング素子５７を開いて第２高周波電源３４からサセプター３３への高周波電力の供給を停止する。また、マスフローコントローラ６３，７３を制御し、Ａｒガスの流量を減少させるとともにＨＣｌガスの供給を開始する。こうして、ハロゲン原子を含むガスのプラズマ（腐食性プラズマ）が生成する。
【００６８】
引き続き、ステップ３（Ｓ３）において、開いていた第１スイッチング素子５６を閉じて第１高周波電源１４から金属部材１１への高周波電力の供給を開始する。こうして、プラズマが金属部材１１に引き寄せられ、金属部材１１のエッチング処理が実施される。ステップ２とステップ３との実施はオーバーラップしていてもよい。
【００６９】
さらに、ステップ４（Ｓ４）において、第１スイッチング素子５６を開いて第１高周波電源１４からの高周波電力の供給を停止するとともに、第２スイッチング素子５７を再び閉じて第２高周波電源３４からサセプター３３への高周波電力の供給を再開する。こうして、半導体ウエハＷ上に膜の前駆体を堆積させる。
【００７０】
その後、ステップ５（Ｓ５）において、ヒーター３６を用いた半導体ウエハＷの加熱により、膜の前駆体を還元して金属膜が形成する。
【００７１】
こうして金属膜の成膜工程が終了し、半導体ウエハＷがゲートバルブ４７から搬送室に搬出される。
【００７２】
図３に示された制御例とは異なり、金属部材のエッチング処理をＡｒガスのプラズマにより実施してもよい。この場合は、ＨＣｌガスの導入を実施する前に、金属部材１１に高周波電力の供給を開始して金属部材１１をエッチング処理する。ＨＣｌガスの供給は、この後に開始され、供給されたＨＣｌと処理空間１０に放出されたＴｉ（前駆体Ａ）との反応により、ＴｉＣｌｘ（前駆体Ｂ）が生成する。以降は、ステップ４，５と同様にして、金属膜が成膜される。
【００７３】
図４に、制御装置５５で実施する制御の別の一例を示す。この制御は、図１に示した装置を用いたエッチング処理により半導体ウエハＷに形成された自然酸化膜を除去するために適用される制御例である。
【００７４】
まず、ステップ１１（Ｓ１１）において、ステップ１と同様にして、プラズマが点火される。
【００７５】
次いで、ステップ１２（Ｓ１２）において、開いていた第３スイッチング素子５８を閉じて高周波電源４４からコイル４２への高周波電力の供給を開始するとともに、第２スイッチング素子５７を開いて第２高周波電源３４からサセプター３３への高周波電力の供給を停止する。また、マスフローコントローラ６３，７３を制御し、Ａｒガスの流量を減少させるとともにＨ2ガスの供給を開始する。こうして、還元性のプラズマが生成する。
【００７６】
引き続き、ステップ１３（Ｓ１３）において、開いていた第２スイッチング素子５７を再び閉じて第２高周波電源３４からサセプター３３への高周波電力の供給を開始する。こうして、プラズマが半導体ウエハＷに引き寄せられ、半導体ウエハＷのエッチング処理が実施される。
【００７７】
こうして自然酸化膜の除去工程が終了し、半導体ウエハＷがゲートバルブ４７から搬送室に搬出される。あるいは、半導体ウエハをチャンバ内にとどめたまま、引き続き、成膜のための制御が行われる。
【００７８】
（第２の実施形態）
図５は、本発明のプラズマ処理装置の別の一例の断面図である。
【００７９】
プラズマ処理装置２は、ホルダー１２およびこれに保持された金属部材１１の位置を除いては、第１の実施形態で説明したプラズマ処理装置１と同一の構成を有する。この装置２では、金属部材１１は、半導体ウエハＷの上方において、その表面がウエハＷの表面に対向するように配置されている。
【００８０】
金属部材１１は、これに供給される高周波電力によって引き寄せられるプラズマによるエッチング処理によって膜の前駆体が放出され、この前駆体が被処理基板に到達可能である限り、処置空間１０における配置場所に制限はない。しかし、半導体ウエハＷよりも上方の処理空間１０においてガスをプラズマ化し、半導体ウエハＷよりも下方（この装置では下端の排気管７５）からガスを排気する通常の装置構成では、金属部材１１は半導体ウエハＷよりも上方に配置することが好ましい。
【００８１】
（第３の実施形態）
図６は、本発明のプラズマ処理装置のまた別の一例の断面図である。
【００８２】
プラズマ処理装置３は、第１配線１９および第２配線３９がスイッチング素子５９を介して同一の高周波電源３４に接続されていることを除いては、第１の実施形態で説明したプラズマ処理装置１と同一の構成を有する。スイッチング素子５９は、第１配線１９と第２配線３９とから、高周波電力を供給すべき配線を択一的に選択する。この装置３では、金属部材１１およびサセプター３３に高周波電力を供給するために個別の電源を用意する必要がなくなる。この装置３には、各配線１９，３９にその開閉を担うスイッチング素子をさらに設けてもよい。
【００８３】
（第４の実施形態）
図７は、本発明のプラズマ処理装置のさらに別の一例の断面図である。
【００８４】
プラズマ処理装置４は、ホルダー１２に金属部材１１を覆うシャッター１７が付加されていることを除いては、第３の実施形態で説明したプラズマ処理装置３と同一の構成を有する。
【００８５】
シャッター１７は、処理容器３１，３２の外部からその開閉の程度を制御できるように構成されており、金属部材１１の表面のすべてを覆って処理空間１０内で生成したプラズマから金属部材１１を隔離することもできる。シャッター１７は、プラズマが生成していても金属部材１１をエッチングする必要がない場合には閉じられて金属部材１１のエッチングやスパッタリングを防止する。
【００８６】
例えば、図示した状態では、高周波電源３４からの高周波電力が金属部材１１に供給されている。このため、シャッター１７による金属部材１１表面の遮蔽がないと、例えばＡｒガスの導入によるプラズマ点火を実施しただけで、Ａｒプラズマによる金属部材１１のスパッタリングが発生するおそれがある。
【００８７】
（第５の実施形態）
図８は、本発明のプラズマ処理装置を用いたメタル成膜システムの構成の一例を示す図である。
【００８８】
メタル成膜システム８０は、搬送室９０と、搬送アーム９９と、搬送室９０の周囲に配置された装置群９１，９２，・・・９４，９６・・・９８と、を備えている。装置群は、カセットチャンバー９１，９２、脱ガス用チャンバー９３、Ｔｉ成膜装置兼プレクリーニング装置９４、ＴｉＮ成膜装置９６、Ａｌ成膜装置９７、冷却チャンバー９８から構成されている。Ｔｉ成膜装置兼プレクリーニング装置９４は、本発明によるプラズマ処理装置である。
【００８９】
メタル成膜システム８０は、コンタクトホールおよび／またはビアホールが形成された半導体ウエハにバリア層を形成し、その上からアルミニウム（Ａｌ）をホール内に埋め込んで金属層（Ａｌ配線）を形成するために用いられる。具体的には、まず、搬送アーム９９により、カセットチャンバー９１から半導体ウエハＷを１枚取り出し、プレクリーニング装置９４に装入し、プラズマエッチングによって半導体ウエハＷ表面の自然酸化膜を除去する。次いで、搬送アーム９９により、半導体ウエハを脱ガス用チャンバー９３に装入して半導体ウエハの脱ガス処理を行う。引き続き、半導体ウエハを、チタン（Ｔｉ）成膜装置（プレクリーニング装置に同じ）９４に装入してＴｉ膜を成膜し、その後、窒化チタン（ＴｉＮ）成膜装置９６に装入してＴｉＮ膜を成膜してバリア層とする。さらに、半導体ウエハをＡｌ成膜装置９７でＡｌ配線を形成する。最後に、半導体ウエハは冷却チャンバー９８で冷却され、カセットチャンバー９２に収容される。
【００９０】
こうして、例えば、層間絶縁膜に不純物拡散領域に貫通するコンタクトホールが形成された半導体ウエハ上に、バリア層と、バリア層上に形成され、不純物拡散領域と導通する金属層（Ａｌ配線）と、が形成される。
【００９１】
メタル成膜システム８０は、図９に示した従来のメタル成膜システム１００と比較してチャンバー数が１つ少なく、その構成が簡略化されている。
【００９２】
上記各実施形態は、本発明の実施の形態を例示するものに過ぎず、本発明がこれらの実施形態に制限されるわけではない。
【００９３】
例えば、金属部材１１をエッチング処理するためのガスは、ＨＣｌに限らず、Ｃｌ2、Ｆ2、ＣＦ系ガス、ＨＢｒ等のハロゲン原子を含むガスを用いることができる。成膜する膜も、Ｔｉ膜に限らず、Ｉｒ膜等の金属膜、ＴｉＮ、ＴａＮ等の窒化膜、ＴａＯ等の酸化膜とすることができる。窒化膜を成膜する場合にはＮ2、ＮＨ3等の窒素源を、酸化膜を形成する場合にはＯ2等の酸素源を、ガス供給機構６０にさらに準備するとよい。金属部材１１を構成する金属は、成膜すべき膜の金属種に応じて適宜選択される。
【００９４】
また例えば、上記各実施形態では、プラズマ源をＩＣＰとしたが、プラズマ源は、ＥＣＲ、ＨＷＰ、ＳＷＰ等であってもよい。これらのプラズマ源を用いる場合にも、基本的には、上記と同じように装置を構成することにより、上記と同様の成膜が可能となる。
【００９５】
また例えば、ホルダー１２の形状は環状に限らないし、金属部材１１やホルダー１２の個数にも制限はない。ホルダー１２を用いなくても本発明は実施可能である。例えば、図３に示した環状部材全体を金属部材としても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
以上説明したとおり、本発明は、膜原料の気化装置を必要としない新たなプラズマＣＶＤを実現する手段を提供するものとして、またエッチングとＣＶＤによる成膜とを同一の装置で実施するものとして、半導体製造の技術分野において多大な利用価値を有する。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【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の断面図である。
【図２】図１に示したホルダー１２の斜視図である。
【図３】図１に示した制御装置で実施する制御の一例を示すフローチャートである。
【図４】図１に示した制御装置で実施する制御の別の一例を示すフローチャートである。
【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の断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態におけるプラズマ処理装置の断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態におけるプラズマ処理装置の断面図である。
【図８】本発明のプラズマ処理装置を用いたメタル成膜システムの構成の一例を示す図である。
【図９】従来のメタル成膜システムの構成を例示する図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０  処理空間
１１  金属部材
１２  ホルダー
１３  電極
１４  第１高周波電源
１７  シャッター
１８  コンデンサ
１９  第１配線
３１  チャンバー
３２  ベルジャー
３３  サセプター
３４  第２高周波電源
３５  支持台
３６  ヒーター
３７  電源
３８  クランプリング
３９  第２配線
４２  コイル
４４  高周波電源
４６  開口
４７  ゲートバルブ
４８  ガス供給ノズル
４９  導電性部材
５５  制御装置
５６  第１スイッチング素子
５７  第２スイッチング素子
５８  第３スイッチング素子
５９  スイッチング素子
６０  ガス供給機構
６１  Ａｒガス源
６２，６４，７２，７４，８２，８４  開閉バルブ
６３，７３，８３  マスフローコントローラ
７０  排気装置
７１  ＨＣｌガス源
７５  排気管
８０  メタル成膜システム
８１  Ｈ2ガス源
９０  搬送室
９１，９２、カセットチャンバー
９３  脱ガス用チャンバー
９４  プラズマ処理装置（プレクリーニング装置兼Ｔｉ成膜装置）
９６  ＴｉＮ成膜装置
９７  Ａｌ成膜装置
９８  冷却チャンバー
９９  搬送アーム
【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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【図８】
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【図９】
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