(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内にガスを供給しつつ排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器内に配置された電極に高周波電力を印加することにより、プラズマを発生させ、前記電極に載置された被処理物を処理するプラズマ処理方法であって、貴金属或いは強誘電体の少なくとも一方を含む薄膜が形成された第１の被処理物をＣｌ元素を含むガスで処理する第１の処理工程と、Ｃ元素とＦ元素を含むガスを導入することで第２の被処理物を処理する第２の処理工程とを交互に有し、Ｃ元素とＦ元素を含むガスは、ＣＦ4 、ＣＨ3 Ｆ、ＣＣｌ2 Ｆ2 の少なくとも１つを含むガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
貴金属または強誘電体は、ロジウム、レニウム、ビスマス、ニッケル、銀、銅、ルテニウム、白金、イリジウム、ストロンチウム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブ、金のうち、少なくとも１種類の元素を含む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、半導体等の電子デバイスやマイクロマシンの製造に利用されるプラズマ処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体等の電子デバイスやマイクロマシンの製造において、近年プラズマ処理による薄膜加工技術の重要性がますます高まっている。
【０００３】
以下、図２を参照しながら、一般的な平行平板型のプラズマ処理装置の概略構成を説明する。
【０００４】
図２において、１は真空容器、２は真空容器１内の上部に配設されたアンテナ、３はアンテナ２に対向して真空容器１内の下部に配設された被処理物４を載置する電極であり、後述する対向電極用高周波電源９に接続されている。５は真空容器１内にガスを供給するガス導入口で、ガス供給手段（図示せず）に接続されている。６はターボ分子ポンプなどにて真空容器１内を真空排気して所定の圧力に保持する排気手段であり、６ａは真空容器１の真空排気口の開度調整弁である。７はアンテナ２に高周波電力を供給するアンテナ用高周波電源で、インピーダンス整合手段８を介してアンテナ２に接続されている。９は電極３に高周波電力を供給する対向電極用高周波電源である。１０はアンテナ２の真空容器１内のプラズマ発生空間に臨む表面を覆うアンテナカバーであり、石英やＳｉＮにて構成されている。アンテナ２は真空容器１の壁面との間に誘電板２１を介して配設され、誘電板２１の中央に形成された貫通穴を通して高周波電力が供給される。また、アンテナ２は、その中心に対して等配置されたショートピン２２によって真空容器１の壁面に短絡される。このような構成によってプラズマ分布の均一化が図られている。
【０００５】
以下、プラズマ処理の具体的な動作手順を説明する。まず、真空容器１内にガス導入口５からＡｒガスを１３５ｓｃｃｍ、Ｃｌ2 ガスを１５ｓｃｃｍ導入しつつ、排気手段６により排気し、真空容器１内を所定の圧力０．３Ｐａに保ち、アンテナ用高周波電源７により１００ＭＨｚの高周波電力１５００Ｗをアンテナ２に供給し、対向電極用高周波電源９により４００ｋＨｚの高周波電力３００Ｗを電極３に供給することにより、真空容器１内にプラズマを発生させる。このようにして発生させたプラズマの作用によって、電極３上に載置された被処理物４をプラズマ処理することができる。
【０００６】
また、図３には一般的な誘導結合型プラズマ処理装置の概略構成を示す。図２に示したプラズマ処理装置と同一の構成要素については同一参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明すると、真空容器１の天井壁が誘電体窓１１にて構成され、その上部に誘導結合型（以下「ＩＣＰ」と称す）プラズマ処理装置用のアンテナ１２が配設されている。なお、誘電体窓１１は石英やＳｉＮにて構成されている。
【０００７】
図３を参照しながらＩＣＰを利用したプラズマ処理の動作手順を説明する。まず、真空容器１内にガス導入口５からＡｒガスを１３５ｓｃｃｍ、Ｃｌ2 ガスを１５ｓｃｃｍ導入しつつ、排気手段６により排気し、真空容器１内を所定の圧力０．３Ｐａに保ち、アンテナ用高周波電源７により１３．５６ＭＨｚの高周波電力１５００Ｗをアンテナ１２に供給し、対向電極用高周波電源９により１３．５６ＭＨｚの高周波電力３００Ｗを電極３に供給することにより、真空容器１内にプラズマを発生させる。このように発生させたプラズマの作用によって、電極３上に載置した被処理物４をプラズマ処理することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなプラズマ処理方法によって、Ｐｔ若しくはＩｒ、又は強誘電体膜を含む被処理物４を連続的に処理する場合、ＰｔやＩｒなどを含む導電性の付着物がアンテナカバー１０に付着し、処理枚数を重ねるにつれて付着物が被処理物４上に剥がれ落ち、歩留りが低下するという問題を生じることになる。本発明者らの実験データによると、図２のプラズマ処理装置においては、わずか１５枚の処理において、直径０．２０μｍ以上の大きさのパーティクルが２００〜１０００個発生する結果となった。
【０００９】
また、図３のプラズマ処理装置においても、図２の場合と同条件で実験を行った結果、わずか１５枚の処理において、１枚目のエッチングレートの７０〜８０％にまでエッチングレートが低下する結果となった。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題に鑑み、アンテナや真空容器内のプラズマ発生空間との間に配設される誘電体に付着する導電性の付着物の発生を低減することを可能とし、処理レートの低下を防止することができるプラズマ処理方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本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排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器内に配置された電極に高周波電力を印加することにより、プラズマを発生させ、前記電極に載置された被処理物を処理するプラズマ処理方法であって、貴金属或いは強誘電体の少なくとも一方を含む薄膜が形成された第１の被処理物をＣｌ元素を含むガスで処理する第１の処理工程と、Ｃ元素とＦ元素を含むガスを導入することで第２の被処理物を処理する第２の処理工程とを交互に有し、Ｃ元素とＦ元素を含むガスは、ＣＦ4 、ＣＨ3 Ｆ、ＣＣｌ2 Ｆ2 の少なくとも１つを含むガスであることを特徴とするものであり、貴金属または強誘電体を含む薄膜が形成された被処理物を連続処理しても、アンテナカバーや誘電体窓など、アンテナと真空容器内のプラズマ発生空間との間に配設される誘電体表面に導電性の小さいＣＦ系の付着物があらかじめ付着するなどの推定原因により導電性付着物が発生するのを低減でき、パーティクルの発生を防止し、または処理レートの低下を防止することができる。
【００１２】
また、第２の処理工程で処理される被処理物は、貴金属或いは強誘電体を含有しない被処理物、好適にはＳｉ基板であると、導電性の小さいＣＦ系の付着物が効果的に発生して確実に付着し、より高い効果が発揮される。
【００１３】
また、電極に対向して配置される誘電体の表面のプラズマに曝される側がＣ元素を含有すると、同じくＣ元素を含むＣＦ系の付着物が比較的付着し易くなるという推定原因により、導電性付着物の付着を防止でき、より効果的である。
【００１４】
また、貴金属または強誘電体が、ロジウム、レニウム、ビスマス、ニッケル、銀、銅、ルテニウム、白金、イリジウム、ストロンチウム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブ、金のうち、少なくとも１種類の元素を含む場合に、効果的である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明のプラズマ処理方法の第１の実施形態について、図１、図２を参照して説明する。
【００１７】
本実施形態における平行平板型のプラズマ処理装置自体の構成は、図２を参照して説明した従来例と同じあるため、その説明を援用する。
【００１８】
次に、プラズマ処理動作を図１、図２を参照して説明する。まず、電極３上にＳｉ基板を載置した状態で、真空容器１内にガス導入口５からＣＦ4 を１５０ｓｃｃｍ導入しつつ、排気手段６により排気を行い、真空容器１内を所定の圧力０．３Ｐａに保ち、アンテナ用高周波電源７により１００ＭＨｚの高周波電力１５００Ｗをアンテナ２に供給し、対向電極用高周波電源９により４００ｋＨｚの高周波電力３００Ｗを電極３に供給することにより真空容器１内にプラズマ処理を発生させ、電極３上のＳｉ基板に対して３０ｓｅｃのプラズマ処理（ＣＦポリマーデポジション）を行った。
【００１９】
次いで、その直後に電極３上に被処理物４を載置し、ガス導入口５からＡｒガスを１３５ｓｃｃｍ、Ｃｌ2 ガスを１５ｓｃｃｍ導入し、ガス種以外は上記Ｓｉ基板に対するプラズマ処理時と同じ条件にて被処理物４に対するプラズマ処理（エッチング）を行った。
【００２０】
以降、上記したＳｉ基板に対するプラズマ処理と被処理物４に対するプラズマ処理を交互に繰り返すことで、２５枚の被処理物４を連続処理した。
【００２１】
以上のプラズマ処理方法により、Ｐｔ若しくはＩｒ、またはバリウム、ストロンチム、チタン酸ジルコニウム鉛、タンタル酸ビスマスなどのセラミック系酸化物から成る強誘電体膜を含む被処理物４を２５枚連続処理したところ、直径０．２０μｍ以上の大きさのパーティクルの発生を５０個以下に抑制することができた。
【００２２】
（第２の実施形態）
本発明のプラズマ処理方法の第２の実施形態について、図１、図３を参照して説明する。
【００２３】
本実施形態における誘導結合型のプラズマ処理装置自体の構成は、図３を参照して説明した従来例と同じあるため、その説明を援用する。
【００２４】
次に、プラズマ処理動作を図１、図３を参照して説明する。まず、電極３上にＳｉ基板を載置した状態で、真空容器１内にガス導入口５からＣＦ4 を１５０ｓｃｃｍ導入しつつ、排気手段６により排気を行い、真空容器１内を所定の圧力０．３Ｐａに保ち、アンテナ用高周波電源７により１３．５６ＭＨｚの高周波電力１５００Ｗをアンテナ１２に供給し、対向電極用高周波電源９により１３．５６ＭＨｚの高周波電力３００Ｗを電極３に供給することにより真空容器１内にプラズマ処理を発生させ、電極３上のＳｉ基板に対して３０ｓｅｃのプラズマ処理（ＣＦポリマーデポジション）を行った。
【００２５】
次いで、その直後に電極３上に被処理物４を載置し、ガス導入口５からＡｒガスを１３５ｓｃｃｍ、Ｃｌ2 ガスを１５ｓｃｃｍ導入し、ガス種以外は上記Ｓｉ基板に対するプラズマ処理時と同じ条件にて被処理物４に対するプラズマ処理（エッチング）を行った。
【００２６】
以降、上記したＳｉ基板に対するプラズマ処理と被処理物４に対するプラズマ処理を交互に繰り返すことで、２５枚の被処理物４を連続処理した。
【００２７】
以上のプラズマ処理方法により、Ｐｔ若しくはＩｒ、または強誘電体膜を含む被処理物４を２５枚連続処理したところ、２５枚目におけるＰｔ若しくはＩｒのエッチングレートは１枚目のエッチングレートの８５〜９５％に留まることができた。
【００２８】
なお、上記実施形態の説明では、ＣとＦ元素含むガスとして、ＣＦ4 を単体で使用した例を示したが、それ以外にＣ2 Ｆ6 、Ｃ3 Ｆ8 、Ｃ4 Ｆ8 、Ｃ5 Ｆ8 、ＣＨＦ3 、ＣＨ3 Ｆ、ＣＣｌ2 Ｆ2 などを単体ガスとして、又は混合ガスとして好適に使用することができる。
【００２９】
また、ＣＦポリマーデポジション処理において、Ｓｉ基板を電極３上に配置して処理を行ったが、貴金属または強誘電体を含んでいない基板であれば、同様の効果を得ることができる。また、貴金属または強誘電体を含んでいる基板でも効果を奏することができる場合もある。
【００３０】
また、貴金属または強誘電体を含んでいる被処理物４として、上記実施形態の説明ではＰｔ（白金）若しくはＩｒ（イリジウム）、またはバリウム、ストロンチウム、チタン酸ジルコニウム鉛、タンタル酸ビスマスなどのセラミック系酸化物から成る強誘電体を含む薄膜が形成された基板を例示したが、ロジウム、レニウム、ビスマス、ニッケル、銀、銅、ルテニウム、白金、イリジウム、ストロンチウム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブ、金のうち、少なくとも１種類の元素を含むものである場合に効果的である。
【００３１】
また、上記第１の実施形態においては、平行平板型プラズマ処理装置において、アンテナカバー１０を石英やＳｉＮにて構成したものを示したが、図４に示すように、ＳｉＣから成るアンテナカバー１３を配設してもよい。そうすると、アンテナカバー１３がＣを含む物質からなることにより、同じくＣ元素を含むＣＦ系の付着物が比較的付着し易くなるという推定原因により、一層導電性付着物の付着を低減できる効果が予想される。
【００３２】
また、同様に上記第２の実施形態においては、誘導結合型プラズマ処理装置において、誘電体窓１１を石英やＳｉＮにて構成したものを示したが、図５に示すように、ＳｉＣから成る誘電体窓１４を配設してもよい。そうすると、誘電体窓１４がＣを含む物質からなることにより、同じくＣ元素を含むＣＦ系の付着物が比較的付着し易くなるという推定原因により、一層導電性付着物の付着を低減できる効果が予想される。
【００３３】
なお、第１の実施形態は、ＶＨＦアンテナを想定しており、第２の実施形態はＩＣＰアンテナを想定しているが、ＶＨＦ、ＩＣＰ以外に、ＲＩＥ（反応性エッチング）にも応用可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理方法によれば、以上のように貴金属或いは強誘電体の少なくとも一方を含む薄膜が形成された第１の被処理物をＣｌ元素を含むガスで処理する第１の処理工程と、Ｃ元素とＦ元素を含むガスを導入することで第２の被処理物を処理する第２の処理工程とを交互に有し、Ｃ元素とＦ元素を含むガスは、ＣＦ4 、ＣＨ3 Ｆ、ＣＣｌ2 Ｆ2 の少なくとも１つを含むガスであるので、貴金属または強誘電体を含む薄膜が形成された被処理物を連続処理しても、アンテナカバーや誘電体窓など、アンテナと真空容器内のプラズマ発生空間との間に配設される誘電体表面に導電性の小さいＣＦ系の付着物があらかじめ付着するなどの推定原因により導電性付着物が発生するのを低減でき、パーティクルの発生を防止し、または処理レートの低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施形態のプラズマ処理方法の説明図である。
【図２】本発明のプラズマ処理方法の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図３】本発明のプラズマ処理方法の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図４】本発明のプラズマ処理方法の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置の変形例の縦断面図である。
【図５】本発明のプラズマ処理方法の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置の変形例の縦断面図である。
【符号の説明】
１  真空容器
２  アンテナ
３  電極
４  被処理物
５  ガス導入口
６  排気手段
７  アンテナ用高周波電源
９  対向電極用高周波電源
１０  アンテナカバー（石英又はＳｉＮ）
１１  誘電体窓（石英又はＳｉＮ）
１２  アンテナ
１３  アンテナカバー（ＳｉＣ）
１４  誘電体窓（ＳｉＣ）
【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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