(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部電極と下部電極とが対向して配置された気密な処理容器内に処理ガスを導入するとともに，前記下部電極に接続された給電ラインを介して前記下部電極に高周波電力を印加して前記処理ガスのプラズマを形成し，前記下部電極上に載置された被処理体の処理面に対してプラズマ処理を施す方法であって，
前記下部電極に前記給電ラインを介して直流電圧を印加する工程と，
前記直流電圧を印加した後，前記下部電極に前記給電ラインを介して高周波電力を印加する工程と，
を有し、
前記直流電圧は，−０．５ｋＶ以下であり，
前記処理容器内の圧力は，１０ｍＴｏｒｒ以上３０ｍＴｏｒｒ以下であり，
前記高周波電力は，５０Ｗ以上１５０Ｗ以下であることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
プラズマの着火後に、前記直流電圧の印加を停止する工程をさらに有することを特徴とする、請求項１に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】
本発明はプラズマ処理方法にかかり，特に印加する高周波電力が低い場合にも安定してプラズマの生成が可能なプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程，液晶表示装置の製造工程などで行われるプラズマ処理においては，電極が備えられた気密な処理容器内に処理ガスを導入し，この電極に高周波電力を印加して，処理ガスをプラズマ化し，被処理体表面にエッチングや成膜等の処理を行っている（例えば，特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３４０２０７
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが，上記製造工程のプロセスの多様化に伴って，電極に印加される高周波電力が低い条件の下で処理を行う必要性が生じる場合がある。また，製品の製造工程などで，連続的に長時間，プラズマ処理装置を稼動させる場合には，プラズマ処理容器内部に，処理により発生した異物が付着し，プラズマが安定して発生させられない場合がある。
【０００５】
本発明は，従来のプラズマ処理方法が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，印加する高周波電力が低い場合，および長時間のプラズマ処理装置稼動後においても安定してプラズマの生成が可能な，新規かつ改良されたプラズマ処理方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明によれば，電極が配置された気密な処理容器内に処理ガスを導入するとともに，前記電極に高周波電力を印加して処理ガスのプラズマを形成し，前記電極に載置された被処理体の処理面に対してプラズマ処理を施す方法であって，被処理体を載置した電極に直流電圧を印加する工程と，直流電圧を印加した後，直流電力を印加した電極に高周波電力を印加する工程とを有するプラズマ処理方法が提供される。かかる方法によれば，印加される高周波電力が低い場合，および長時間使用後の異物付着が生じた処理装置によっても，安定してプラズマを発生させることができる。
【０００７】
直流電圧が，高周波電力を印加した後で，プラズマ形成中に遮断される工程を有するようにしてもよい。かかる方法によれば，被処理体のプラズマ処理時の，直流電圧の影響を最小限に留めることが可能であり，従来の処理条件をそのまま適用することができる。
【０００８】
なお，直流電圧は，アースを基準として−０．５ｋＶ以下であることが好ましい。また，処理容器内の圧力は，１０ｍＴｏｒｒ以上２０ｍＴｏｒｒ以下，高周波電力は，５０Ｗ以上４５０Ｗ以下，または，処理容器内の圧力は，１０ｍＴｏｒｒ以上２５ｍＴｏｒｒ以下，高周波電力は，５０Ｗ以上２００Ｗ以下，あるいは，処理容器内の圧力が，１０ｍＴｏｒｒ以上３０ｍＴｏｒｒ以下，高周波電力が，５０Ｗ以上１５０Ｗ以下とすることができる。これらの領域では，直流電圧を印加しないときプラズマ着火しづらかったが，直流電圧を印加することで，安定したプラズマ着火が行える。
【０００９】
本発明の別の観点によれば，第１電極と第２電極とが対向して配置された気密な処理容器内に処理ガスを導入するとともに，高周波電力を印加して処理ガスのプラズマを形成し，前記第２電極に載置された被処理体の処理面に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって，第２電極に直流電圧を印加する工程と，直流電圧を印加した後，第１電極に第１周波数の第１高周波電力を印加する工程と，第１高周波電力の印加後，第２電極に第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力を印加する工程とを有するプラズマ処理方法が提供される。さらに，上記工程後に直流電圧を遮断する工程を含むこともできる。
【００１０】
被処理体が載置された第２電極に直流電圧を印加する工程と，直流電圧を印加した後，第２電極に第２周波数の第２高周波電力を印加する工程と，第２高周波電力の印加後，第１電極に前記第２周波数よりも高い第１周波数を有する第１高周波電力を印加する工程とを有するプラズマ処理方法でもよい。さらに，上記工程後に直流電圧を遮断する工程を含むこともできる。
【００１１】
電極が配置された気密な処理容器内に処理ガスを導入するとともに，処理容器外に備えられたアンテナに高周波電力を印加して処理ガスのプラズマを形成し，電極に載置された被処理体の処理面に対してプラズマ処理を施す方法であって，電極に直流電圧を印加する工程と，直流電圧の印加後，アンテナに第１周波数の第１高周波電力を印加する工程と，電極に第１周波数よりも低い第２周波数を有する第２高周波電力を印加する工程とを有するプラズマ処理方法でもよい。さらに，上記工程後で，プラズマ形成中に直流電圧を遮断する工程を含むこともできる。
【００１２】
かかる方法によれば，印加される高周波電力が低い場合，および長時間使用後の異物付着が生じた処理装置によっても，安定してプラズマを発生させることができる。また，直流電圧を遮断する工程により，被処理体のプラズマ処理時の，直流電圧の影響を最小限に留めることが可能であり，従来の処理条件をそのまま適用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかるプラズマ処理方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１４】
ここでは，本発明を，プラズマエッチング装置を例にして説明する。図１は，本発明の第１の実施形態にかかるプラズマエッチング装置１００の概略断面図である。
【００１５】
図１に示すように，プラズマエッチング装置１００には，例えば略円筒形の接地された気密な処理容器１０２内に，半導体ウエハＷを載置する載置台を兼ねた下部電極１０４が上下動可能に設けられている。
【００１６】
下部電極１０４は，内部に埋め込まれたヒータや温度測定部材などからなる温度調節機構（図示せず）により所定温度に維持される。半導体ウエハＷと下部電極１０４との間には伝熱ガス供給機構（図示せず）から伝熱ガス（例えばＨｅガス）が所定の圧力で供給され，下部電極１０４からの熱を半導体ウエハＷに伝えるように構成され，半導体ウエハＷの温度を制御することが可能になっている。
【００１７】
下部電極１０４に対向して上部電極１０８が設けられ，処理容器１０２を介して接地されている。処理容器１０２上部には，ガス導入系（図示せず）に接続されたガス導入口１０６が設けられ，上部電極１０８に設けられた複数のガス吐出口１０９より，処理ガスを処理容器１０２内に導入する。処理ガスには，例えばＣ４Ｆ８とＣＯとＡｒとＯ２との混合ガス等が用いられる。
【００１８】
処理容器１０２下部には，排気機構（図示せず）に接続された排気管１１０が設けられ，この排気管１１０を介して真空引きされることで，処理容器１０２内は所定の圧力に保たれる。処理容器１０２の両側壁外部に磁石を設け，電界に垂直な磁場を与えるようにしてもよい。この場合，磁石は磁場の強度が可変であるように構成されることが好ましい。
【００１９】
下部電極１０４には，整合器１１２を介して高周波電源１１４が，そして抵抗１１６を介して本発明の特徴である直流電源１１８が接続されている。抵抗１１６は，高周波電源１１４からの高周波電力を遮断するフィルタとして作用する。高周波電源１１４の周波数は，１０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚが好ましく，例えば１３．５６ＭＨｚとすることができる。また，直流電源１１８は，下部電極１０４にマイナスの電位，例えば−０．５ｋＶの電位を与えるように構成される。直流電源１１８と高周波電源１１４との間に，チョークコイルを設け，高周波電力の遮断を補助するように構成してもよい。
【００２０】
この高周波電源１１４および直流電源１１８から電力を与え，処理容器１０２内に導入された処理ガスをプラズマ状態とし，電極間の下部電極１０４近傍に発生する自己バイアス電圧により加速されたイオン及びラジカルのエネルギーにより，被処理体にエッチング処理を施す。
【００２１】
次に，プラズマエッチング装置１００を用いてエッチング処理を行う際の動作を説明する。まず，処理容器１０２内の下部電極１０４上に半導体ウエハＷを載置し，排気管１１０を介して排気機構（図示せず）により処理容器１０２を排気する。その後，ガス導入口１０６から，ガス吐出口１０９を介して所定の処理ガスを所定の流量で処理容器１０２内に導入し，所定の圧力になるように調節する。
【００２２】
続いて，直流電源１１８より，例えば−０．５ｋＶの直流電圧を印加し，その後に，高周波電源１１４から例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加する。高周波電源１１４からの印加電力については後述する。これら，直流電圧および高周波電力を印加して，処理容器１０２内の処理ガスをプラズマ化し，被処理体表面に所定のエッチング処理を施す。
【００２３】
次に，本発明の特徴である直流電源１１８による効果について説明する。プラズマエッチング装置１００で，処理ガスとして，ＣＯとＯ２ガスとＮ２との混合ガスを用い，いろいろな高周波印加電力，および処理容器内の圧力でプラズマを形成した。その結果を表１に示す。ここでは半導体ウエハ５枚を連続で処理し，全て安定してプラズマが着火した場合は○，５枚中1枚の処理時に，プラズマが着火しづらかった場合を△，全てプラズマが着火しなかった場合を×とした。
【００２４】
【表１】
0004373685.tif 000002
【００２５】
表１に示すように，処理容器内の圧力が低いほど，また，高周波電力が小さいほどプラズマは着火しづらい。例えば，圧力２０ｍＴｏｒｒの場合には，高周波電力を約５００Ｗ印加しないとプラズマは着火せず，圧力を５０ｍＴｏｒｒにすると，１００Ｗの高周波電力によってプラズマが着火することになる。空欄は，実施はしていないが，上記のような傾向から，安定してプラズマ着火が行えると判断される。
【００２６】
これに対して，下部電極１０４に高周波電力を印加する前に−０．５ｋＶの直流電圧を印加すると，処理容器１０２内の圧力が１０ｍＴｏｒｒ，高周波電力が５０Ｗで半導体ウエハ５枚全てでプラズマが着火することが確かめられた。また，直流電圧が−０．４ｋＶ以下では，処理容器１０２内の圧力１０ｍＴｏｒｒ，高周波電力５０Ｗで，半導体ウエハ５枚全てでプラズマは着火しなかった。
【００２７】
プラズマ着火後は，直流電源１１８からの電力供給を遮断しても，プラズマは安定して生成されていた。なお，プラズマの着火は，整合器１１２内部のコンデンサ（図示せず）容量を調節し，反射波がゼロとなる整合状態が存在することで確認される。また，処理ガスとしてＣ４Ｆ８とＣＯとＡｒとＯ２との混合ガスを用いた場合の，整合時の整合器１１２内のコンデンサ容量値には，直流電圧を印加したことによる有意な変化はないことから，プラズマ状態への直流電圧印加による影響は無視できると考えられ，従って，被処理体に対するプラズマ処理は，直流電圧を印加しない場合と同様に行うことが可能である。
【００２８】
以上のように，気密な処理容器１０２内に，処理ガスを導入し，高周波電源１１４により電力を印加して処理ガスをプラズマ化し，被処理体表面に所定の処理を行う際に，処理容器１０２内の圧力１０ｍＴｏｒｒ，高周波電源１１４の電力５０Ｗに対し，直流電源１１８により，−０．５ｋＶの直流電圧を印加すると，処理ガスをエネルギー的に励起させた状態で高周波電力を印加することになるので，印加する高周波電力が５０Ｗ程度と低い場合にも，プラズマの着火が容易に行える。プラズマ安定後には，直流電源を遮断してもよいので，被処理体のプラズマ処理への影響を最小限に留めることができる。
【００２９】
また，このように，低高周波電力，低ガス圧力でのプラズマ着火が容易になることで，様々な条件のプロセスに使用可能なプラズマ処理方法が提供でき，また，長時間使用後の異物が付着した状態でも，プラズマの着火が可能なので，メインテナンスが容易になる効果がある。
【００３０】
次に，図２を参照しながら，第２の実施の形態にかかるプラズマ処理方法について説明する。図２は，第２の実施の形態にかかるプラズマエッチング装置２００の概略断面図である。第１の実施の形態にかかるプラズマエッチング装置１００と，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３１】
プラズマエッチング装置１００とプラズマエッチング装置２００の構成は，次点で相違がある。すなわち，プラズマエッチング装置１００では，上部電極１０８と処理容器１０２は接しており，処理容器１０２は接地されている。これにより上部電極１０８は処理容器１０２を介して接地されており，また，上部電極１０８には電力の供給は行われていない。プラズマエッチング装置２００では，上部電極１０８に，整合器２１２を介して高周波電源２１４が接続され，高周波電力の印加が可能である。また，上部電極１０８と処理容器２０２との間に絶縁体２１０が備えられ，互いに絶縁されている。なお，処理容器２０２は保安接地されている。
【００３２】
プラズマエッチング装置２００を用いてエッチング処理を行う際の動作を説明する。まず，処理容器２０２内の第２電極である下部電極１０４上に半導体ウエハＷを載置し，排気管１１０を介して排気機構（図示せず）により処理容器２０２を排気する。その後，ガス導入口１０６から，ガス吐出口１０９を介して所定の処理ガスを所定の流量で処理容器１０２内に導入し，所定の圧力になるように調節する。
【００３３】
続いて，直流電源１１８より，下部電極１０４に例えば−０．５ｋＶの直流電圧を印加し，その後に，高周波電源２１４から例えば周波数が６０ＭＨｚの第1高周波電力を第１電極である上部電極１０８に印加する。さらにその後，高周波電源１１４から，高周波電源２１４よりも低い周波数，例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの第2高周波電力を，下部電極１０４に印加する。これら，直流電圧および第１高周波電力，第２高周波電力を印加して，処理容器２０２内の処理ガスをプラズマ化し，被処理体表面に所定のエッチング処理を施す。
【００３４】
ここで，直流電源１１８より下部電極１０４に直流電圧を印加した後，続いて高周波電源１１４から第２高周波電力を印加し，その後に，上部電極１０８に高周波電源２１４から，高周波電源１１４よりも高い周波数の第１高周波電力を印加する方法でもよい。上記いずれのプラズマ処理方法においても，プラズマ着火後に下部電極１０４に印加した直流電圧を遮断するようにしてもよい。
【００３５】
また，本発明は処理容器の上部を構成する誘電体板を介してアンテナが配置された誘導結合型プラズマ処理装置にも適用できる。
【００３６】
アンテナを有するプラズマエッチング装置を用いてエッチング処理を行う際の動作を説明する。まず，処理容器内の電極上に半導体ウエハＷを載置し，その後，処理ガスを処理容器内に導入し，所定の真空度になるように調節する。
【００３７】
続いて，直流電源より電極に直流電圧を印加し，その後アンテナに，例えば１３．５６ＭＨｚの第１高周波電力を印加する。さらにその後，第１高周波電力よりも低い周波数，例えば３．２ＭＨzの第２高周波電力を，電極に印加する。これら，直流電圧および第１高周波電力，第２高周波電力を印加して，処理容器内の処理ガスをプラズマ化し，被処理体表面に所定のエッチング処理を施す。なお，プラズマ着火後に，電極に印加した直流電圧を遮断するようにしてもよい。
【００３８】
以上のように，気密な処理容器２０２内に，処理ガスを導入し，高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し，被処理体表面に所定の処理を行う際に，直流電源１１８により，直流電圧を印加し，上記のように，下部電極１０４，上部電極１０８，またはアンテナに所定の順序で高周波電力を印加すると，処理ガスをエネルギー的に励起させた状態で高周波電力を印加することになるので，印加する高周波電力が低い場合にも，プラズマの着火が容易に行える。プラズマ安定後には，直流電圧を遮断してもよいので，被処理体のプラズマ処理への影響を最小限に留めることができる。
【００３９】
また，このように，低高周波電力，低圧力下でのプラズマ着火が容易になることで，様々な条件のプロセスに使用可能なプラズマ処理方法が提供でき，また，長時間使用後の異物が付着した状態でも，プラズマの着火が可能なので，メインテナンスが容易になる効果がある。
【００４０】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかるプラズマ処理方法の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，印加する高周波電力が低い場合，および長時間のプラズマ処理装置稼動後においても安定してプラズマの生成が可能なプラズマ処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマエッチング装置１００の概略断面図である。
【図２】プラズマエッチング装置２００の概略断面図である。
【符号の説明】
１００  プラズマエッチング装置
１０２  処理容器
１０４  下部電極
１０６  ガス導入口
１０８  上部電極
１０９  ガス吐出口
１１０  排気管
１１２  整合器
１１４  高周波電源
１１６  抵抗
１１８  直流電源
【図１】
0004373685.tif 000003
【図２】
0004373685.tif 000004