特許 6374781 プラズマ処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6374781

(24)【登録日】2018年7月27日

(45)【発行日】2018年8月15日

(54)【発明の名称】プラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20180806BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101B

   H01L21/302 101H

【請求項の数】2

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-249685(P2014-249685)

(22)【出願日】2014年12月10日

(65)【公開番号】特開2016-111284(P2016-111284A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2017年8月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122507

【弁理士】

【氏名又は名称】柏岡 潤二

(72)【発明者】

【氏名】新妻 良祐

(72)【発明者】

【氏名】金盛 治人

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−３１９５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１７７４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３１７２４６１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０６５２７９６８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１１−１９９２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１７８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０８２２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０６０９１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、前記プラズマ処理装置は、処理容器、該処理容器内において被処理体を支持する載置台、及び、前記載置台の上方に設けられるシリコン製の天井部材を備え、該プラズマ処理方法は、
前記処理容器内に被処理体を搬入する工程であり、該被処理体はレジストマスクを有する、該工程と、
被処理体を搬入する前記工程の後に、前記処理容器内において発生させた正イオンを前記天井部材に衝突させる工程と、
正イオンを前記天井部材に衝突させる前記工程の後に、前記処理容器内において塩素ガス及び酸素ガスを含む処理ガスのプラズマを生成する工程と、
を含み、
処理ガスのプラズマを生成する前記工程では、前記処理ガス中の前記酸素ガスの流量が、前記処理ガス中の前記塩素ガスの流量の０．７５倍以上の流量に設定される、
プラズマ処理方法。

【請求項2】

処理ガスのプラズマを生成する前記工程の後に、前記被処理体を前記処理容器から搬出する工程と、
前記被処理体を搬出する前記工程の後に、前記処理容器内において酸素ガスを含むクリーニングガスのプラズマを生成する工程と、
クリーニングガスのプラズマを生成する前記工程の後に、前記処理容器内に別の被処理体を搬入する工程であり、該別の被処理体は、レジストマスクを有する、該工程と、
を更に含み、
別の被処理体を搬入する前記工程の後に、正イオンを前記天井部材に衝突させる前記工程と処理ガスのプラズマを生成する前記工程が更に実行され、
別の被処理体を搬入する前記工程の後に更に実行される、処理ガスのプラズマを生成する前記工程において、前記処理ガス中の前記酸素ガスの流量が、前記処理ガス中の前記塩素ガスの流量の０．７５倍以上の流量に設定される、
請求項１に記載のプラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、プラズマ処理方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスといった電子デバイスの製造においては、プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理が行われる。プラズマ処理の一種としては、シリコン酸化膜といった絶縁膜のエッチングが例示される。

【0003】

絶縁膜のエッチングに用いられるプラズマ処理装置としては、例えば、特許文献１に記載されたプラズマ処理装置が知られている。特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、処理容器、載置台、及び天井部材を備えている。載置台は、処理容器内に設けられており、当該処理容器内において被処理体を支持するように構成されている。また、天井部材は、シリコン製であり、載置台に対向するように、当該載置台の上方に設けられている。このプラズマ処理装置においては、載置台が下部電極を構成しており、天井部材が上部電極を構成している。

【0004】

特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、絶縁膜のエッチングのために、処理容器内にフルオロカーボンを含む処理ガスが供給され、当該処理ガスのプラズマが生成される。そして、プラズマの生成により発生する活性種によって、絶縁膜がエッチングされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−２７００１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上述したプラズマ処理装置を用いて、絶縁膜以外の膜、例えば、アモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜のエッチングを行うことに対する要求がある。このような絶縁膜以外の膜のエッチングに用いられる処理ガスには、塩素ガスを含有する処理ガスを用いることができる。しかしながら、このような処理ガスを用いると、天井部材がエッチングされて削られてしまう。また、酸化シリコンといった異物がマイクロマスクとして天井部材に付着した状態において天井部材がエッチングされると、当該天井部材の表面に凹凸が発生することとなる。

【0007】

したがって、塩素ガスを含む処理ガスのプラズマ処理においてシリコン製の天井部材の削れを抑制することが必要となっている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一態様においてはプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理装置は、処理容器、載置台、及び天井部材を備える。載置台は、処理容器内において被処理体を支持する。天井部材は、載置台の上方に設けられるシリコン製の部材である。このプラズマ処理方法は、処理容器内に被処理体を搬入する工程（以下、「第１搬入工程」という）と、処理容器内において塩素ガス及び酸素ガスを含む処理ガスのプラズマを生成する工程（以下、「プラズマ処理工程」という）と、を含む。

【0009】

一態様に係るプラズマ処理方法では、プラズマ処理工程で用いられる処理ガス中に酸素ガスが含まれているので、酸素の活性種に天井部材が晒されることにより、その表面を含む天井部材の一部が酸化する。このように酸化した領域（以下、「酸化領域」という）が形成されることによって天井部材が塩素の活性種によるエッチングから保護され、当該天井部材の削れが抑制される。

【0010】

一実施形態のプラズマ処理方法は、第１搬入工程とプラズマ処理工程との間に、処理容器内において発生させた正イオンを天井部材に衝突させる工程（以下、「正イオン衝突工程」という）を更に含む。この実施形態によれば、正イオンが天井部材に衝突することによって当該天井部材から二次電子及びシリコンが放出される。二次電子は、被処理体のレジストマスクを改質し、シリコンは当該レジストマスクの表面に付着してレジストマスク上に膜を形成する。この膜によりレジストマスクの寸法が微調され、レジストマスクが保護される。

【0011】

一実施形態のプラズマ処理方法は、プラズマ処理工程の後に、前記被処理体を処理容器から搬出する工程と、前記被処理体を搬出する前記工程の後に、処理容器内において酸素ガスを含むクリーニングガスのプラズマを生成する工程（以下、「クリーニング工程」という）と、クリーニング工程の後に、処理容器内に別の被処理体を搬入する工程（以下、「第２搬入工程」という）と、を更に備える。この実施形態では、第２搬入工程の後に、正イオン衝突工程とプラズマ処理工程が更に実行される。また、この実施形態のプラズマ処理工程では、処理ガス中の酸素ガスの流量が、処理ガス中の塩素ガスの流量の０．７５倍以上の流量に設定される。

【0012】

プラズマ処理工程及びクリーニング工程において天井部材には酸化領域が形成されるが、正イオン衝突工程において天井部材のシリコンに正イオンを衝突させるためには、酸化領域の厚さが、小さいことが望まれる。上記実施形態のプラズマ処理工程において設定される流量の酸素ガス及び塩素ガスを含む処理ガスによれば、プラズマ処理工程において形成される酸化領域の厚さを小さくすることができる。したがって、正イオン衝突工程の実行直前の天井部材の酸化領域の厚さを小さくすることが可能となる。

【発明の効果】

【0013】

以上説明したように、塩素ガスを含む処理ガスのプラズマ処理においてシリコン製の天井部材の削れを抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】一実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。

【図2】図１に示すプラズマ処理方法の適用対象である被処理体を例示する断面図である。

【図3】図１に示すプラズマ処理方法の実施に用いることが可能な処理システムの一例を示す図である。

【図4】図３に示す処理システムのプラズマ処理装置を概略的に示す図である。

【図5】図１に示すプラズマ処理方法の各工程の実行後の被処理体の状態を示す断面図である。

【図6】図１に示すプラズマ処理方法の各工程の実行後の被処理体の状態を示す断面図である。

【図7】図１に示すプラズマ処理方法の各工程の実行後の被処理体の状態を示す断面図である。

【図8】図１に示すプラズマ処理方法の各工程の実行後の被処理体の状態を示す断面図である。

【図9】図１に示すプラズマ処理方法の工程ＳＴ５の実行後のプラズマ処理装置の状態を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

【0016】

図１は、一実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴは、シリコン製の天井部材を備えるプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法である。図２は、方法ＭＴの適用対象である被処理体（以下、「ウエハＷ」という）を例示する断面図である。図２に示すウエハＷは、基板ＳＢ、被エッチング層ＥＬ、有機膜ＯＬ、反射防止膜ＢＡ、及びマスクＭＫを有している。

【0017】

被エッチング層ＥＬは、基板ＳＢ上に設けられている。被エッチング層ＥＬは、シリコンを含有する層であり、例えば、アモルファスシリコン層又は多結晶シリコン層である。有機膜ＯＬは、有機材料から構成された膜であり、被エッチング層ＥＬ上に設けられている。反射防止膜ＢＡは、Ｓｉ含有反射防止膜であり、有機膜ＯＬ上に設けられている。マスクＭＫは、有機材料から構成されたマスクであり、例えば、レジストマスクである。マスクＭＫには、開口を提供するパターンがフォトリソグラフィによって形成されている。

【0018】

図１に戻り、方法ＭＴでは、先ず工程ＳＴ１が実行される。工程ＳＴ１では、ウエハＷがプラズマ処理装置の処理容器内に搬入される。図３は、方法ＭＴの実施に用いることが可能な処理システムの一例を示す図である。図３に示す処理システム１は、台１２２ａ〜１２２ｄ、収容容器１２４ａ〜１２４ｄ、ローダモジュールＬＭ、ロードロックチャンバＬＬ１及びロードロックチャンバＬＬ２、トランスファーチャンバ１２１、並びに、プラズマ処理装置１０を備えている。

【0019】

台１２２ａ〜１２２ｄは、ローダモジュールＬＭの一縁に沿って配列されている。これら台１２２ａ〜１２２ｄ上には、収容容器１２４ａ〜１２４ｄがそれぞれ設けられている。収容容器１２４ａ〜１２４ｄ内には、ウエハＷが収容されている。

【0020】

ローダモジュールＬＭ内には、搬送ロボットＲｂ１が設けられている。搬送ロボットＲｂ１は、収容容器１２４ａ〜１２４ｄの何れかに収容されているウエハＷを取り出して、当該ウエハＷを、ロードロックチャンバＬＬ１又はＬＬ２に搬送する。

【0021】

ロードロックチャンバＬＬ１及びＬＬ２は、ローダモジュールＬＭの別の一縁に沿って設けられており、当該ローダモジュールＬＭに接続されている。ロードロックチャンバＬＬ１及びＬＬ２は、予備減圧室を構成している。ロードロックチャンバＬＬ１及びＬＬ２は、トランスファーチャンバ１２１にそれぞれ接続されている。

【0022】

トランスファーチャンバ１２１は、減圧可能なチャンバであり、当該トランスファーチャンバ１２１内には搬送ロボットＲｂ２が設けられている。トランスファーチャンバ１２１には、プラズマ処理装置１０が接続されている。搬送ロボットＲｂ２は、ロードロックチャンバＬＬ１又はロードロックチャンバＬＬ２からウエハＷを取り出して、当該ウエハＷをプラズマ処理装置１０に搬送する。

【0023】

また、処理システム１は、制御部１００を更に備えている。この制御部１００は、方法ＭＴにおける各工程の実行のために、処理システム１の各部を制御する。一実施形態では、制御部１００は、プロセッサ、記憶装置、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり得る。この実施形態では、制御部１００は、方法ＭＴの各工程において処理システム１の各部を制御するためのプログラムを記憶装置に格納しており、当該プログラムを実行することにより、処理システム１の各部、例えば、搬送ロボットＲｂ１及びＲｂ２、並びにプラズマ処理装置１０の各部を制御する。

【0024】

図４は、図３に示す処理システムのプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図４に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型プラズマエッチング装置であり、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、略円筒形状を有している。処理容器１２は、例えば、アルミニウムから構成されている。この処理容器１２は保安接地されている。

【0025】

処理容器１２の底部上には、略円筒状の支持部１４が設けられている。支持部１４は、処理容器１２内において、処理容器１２の底部から鉛直方向に延在している。また、処理容器１２内には、載置台ＰＤが設けられている。載置台ＰＤは、支持部１４によって支持されている。

【0026】

載置台ＰＤは、その上面においてウエハＷを支持する。載置台ＰＤは、下部電極ＬＥ及び静電チャックＥＳＣを有している。下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂは、例えばアルミアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。

【0027】

第２プレート１８ｂ上には、静電チャックＥＳＣが設けられている。静電チャックＥＳＣは、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。静電チャックＥＳＣの電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。この静電チャックＥＳＣは、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着する。これにより、静電チャックＥＳＣは、ウエハＷを保持することができる。

【0028】

第２プレート１８ｂの周縁部上には、ウエハＷのエッジ及び静電チャックＥＳＣを囲むようにフォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、シリコンから構成され得る。

【0029】

第２プレート１８ｂの内部には、冷媒流路２４が設けられている。冷媒流路２４は、温調機構を構成している。冷媒流路２４には、処理容器１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路２４には、冷媒が循環するよう、供給される。この冷媒の温度を制御することにより、静電チャックＥＳＣによって支持されたウエハＷの温度が制御される。

【0030】

また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャックＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。

【0031】

また、プラズマ処理装置１０には、加熱素子であるヒータＨＴが設けられている。ヒータＨＴは、例えば、第２プレート１８ｂ内に埋め込まれている。ヒータＨＴには、ヒータ電源ＨＰが接続されている。ヒータ電源ＨＰからヒータＨＴに電力が供給されることにより、載置台ＰＤの温度が調整され、当該載置台ＰＤ上に載置されるウエハＷの温度が調整されるようになっている。なお、ヒータＨＴは、静電チャックＥＳＣに内蔵されていてもよい。

【0032】

また、プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、載置台ＰＤの上方において、当該載置台ＰＤと対向配置されている。下部電極ＬＥと上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極３０と下部電極ＬＥとの間には、ウエハＷにプラズマ処理を行うための空間Ｓが提供されている。

【0033】

上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。上部電極３０は、天井部材３４及び電極支持体３６を含んでいる。天井部材３４は、シリコンから構成された板状の部材である。天井部材３４は、載置台ＰＤの上方に設けられており、空間Ｓに面している。天井部材３４には複数のガス吐出孔３４ａが形成されている。

【0034】

電極支持体３６は、天井部材３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。

【0035】

ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介して、ガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０は、複数のガスソースを有している。複数のガスソースは、塩素ガス（Ｃｌ_２ガス）のソース、酸素ガス（Ｏ_２ガス）のソース、希ガスのソース、水素ガス（Ｈ_２ガス）のソース、窒素ガス（Ｎ_２ガス）のソース、及び、フルオロカーボンガスのソースを含んでいる。希ガスは、任意の希ガスであることができ、例えば、Ａｒガスである。また、フルオロカーボンガスはＣ、ｘＦｙで表される任意のフルオロカーボンのガスであり、例えば、Ｃ_４Ｆ_８ガスである。

【0036】

バルブ群４２は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群４４はマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器といった複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースはそれぞれ、バルブ群４２の対応のバルブ及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。

【0037】

また、プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止する。

【0038】

処理容器１２の底部側、且つ、支持部１４と処理容器１２の側壁との間には排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８には、当該排気プレートの上方の空間と下方の空間とを連通させる複数の貫通孔が形成されている。この排気プレート４８の下方、且つ、処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内の空間を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１２の側壁にはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。

【0039】

また、プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波電力を発生する電源であり、２７〜１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの高周波電力を発生する。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。

【0040】

第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための第２の高周波電力、即ち高周波バイアス電力を発生する電源であり、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、一例においては３．２ＭＨｚの高周波バイアス電力を発生する。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。

【0041】

また、プラズマ処理装置１０は、電源７０を更に備えている。電源７０は、上部電極３０に接続されている。電源７０は、空間Ｓ内に存在する正イオンを天井部材３４に引き込むための電圧を、上部電極３０に印加する。一例においては、電源７０は、負の直流電圧を発生する直流電源である。別の一例において、電源７０は、比較的低周波の交流電圧を発生する交流電源であってもよい。電源７０から上部電極に印加される電圧は、例えば、−１５０Ｖ以下の電圧であり得る。即ち、電源７０によって上部電極３０に印加される電圧は、絶対値が１５０Ｖ以上の負の電圧であり得る。このような電圧が電源７０から上部電極３０に印加されると、空間Ｓに存在する正イオンが、天井部材３４に衝突する。これにより、天井部材３４から二次電子及びシリコンが放出される。

【0042】

以下、再び図１を参照し、プラズマ処理装置１０を備える処理システム１において実施される形態を例にとって、方法ＭＴについて詳細に説明する。しかしながら、方法ＭＴは、処理システム１とは異なる処理システムにおいて実施されてもよく、また、そのような処理システムは、プラズマ処理装置以外のプラズマ処理装置を備えていてもよい。以下、図１と共に図５〜図８を参照する。図５〜図８は、方法ＭＴの各工程の実行後のウエハの状態を示す断面図である。

【0043】

方法ＭＴの工程ＳＴ１では、ウエハＷがプラズマ処理装置１０の処理容器１２内に搬入される。ウエハＷは、収容容器１２４ａ〜１２４ｄの何れかから、ローダモジュールＬＭ、ロードロックチャンバＬＬ１又はロードロックチャンバＬＬ２、並び、トランスファーチャンバ１２１を介して、処理容器１２内に搬送される。処理容器１２内に搬送されたウエハＷは、載置台ＰＤ上に載置され、静電チャックＥＳＣによって保持される。

【0044】

一実施形態の方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ２が実行される。工程ＳＴ２では、処理容器１２内において発生させた正イオンを天井部材３４に衝突させる処理が行われる。この処理により、天井部材３４から二次電子及びシリコンが放出される。この工程ＳＴ２では、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち一つのガスソースから、処理容器１２内に水素ガスが供給され、第１の高周波電源６２からの高周波電力が下部電極ＬＥに与えられる。これにより、処理容器１２内において、正イオンが発生する。また、工程ＳＴ２では、電源７０によって上部電極３０に電圧が印加される。これにより、正イオンが天井部材３４に引き付けられて当該天井部材３４に衝突する。そして、天井部材３４から二次電子が放出される。このように放出された二次電子により、マスクＭＫが改質され、硬化する。また、天井部材３４からはシリコンも放出される。放出されたシリコンは、ウエハＷの表面に堆積し、図５に示すように、膜ＳＬを形成する。この膜ＳＬによりマスクＭＫが保護され、更に、マスクＭＫの寸法、例えばマスクＭＫによって提供される開口の幅が調整される。

【0045】

一実施形態の方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ３が実行される。工程ＳＴ３では、反射防止膜ＢＡがエッチングされる。この工程ＳＴ３では、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち一つのガスソースからフルオロカーボンガスが処理容器１２内に供給される。工程ＳＴ３では、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち二つのガスソースのそれぞれから処理容器１２内に酸素ガス及び希ガスが更に供給されてもよい。また、第１の高周波電源６２からの高周波電力が下部電極ＬＥに与えられる。さらに、第２の高周波電源６４からの高周波バイアス電力が下部電極ＬＥに与えられる。これにより処理容器１２内においてプラズマが生成され、フルオロカーボンに由来する活性種により、反射防止膜ＢＡがエッチングされる。その結果、図６に示すように、マスクＭＫによって提供される開口から露出した部分において、反射防止膜ＢＡが除去される。なお、工程ＳＴ３のエッチングは異方性を有するため、膜ＳＬの全領域のうちマスクＭＫの上面上及び反射防止膜ＢＡの表面上に存在していた領域は除去され、膜ＳＬの全領域のうちマスクＭＫの側面に沿って延在する領域のみが残される。

【0046】

一実施形態の方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ４が実行される。工程ＳＴ４では、有機膜ＯＬがエッチングされる。この工程ＳＴ４では、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち二つのガスソースから、水素ガス及び窒素ガスが処理容器１２内に供給される。また、第１の高周波電源６２からの高周波電力が下部電極ＬＥに与えられる。さらに、第２の高周波電源６４からの高周波バイアス電力が下部電極ＬＥに与えられる。これにより処理容器１２内においてプラズマが生成され、水素の活性種によって、有機膜ＯＬがエッチングされる。その結果、図７に示すように、反射防止膜ＢＡによって提供される開口から露出した部分において、有機膜ＯＬが除去される。なお、工程ＳＴ４では、マスクＭＫも同時に除去され、膜ＳＬもマスクＭＫと共に除去される。

【0047】

続く工程ＳＴ５では、被エッチング層ＥＬのエッチングのために、処理ガスのプラズマが生成される。具体的に、工程ＳＴ５では、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち二つのガスソースから、塩素ガス及び酸素ガスが処理容器１２内に供給される。なお、処理ガスは、ＨＢｒといった他のガスを含んでいてもよい。また、第１の高周波電源６２からの高周波電力が下部電極ＬＥに与えられる。さらに、第２の高周波電源６４からの高周波バイアス電力が下部電極ＬＥに与えられる。これにより処理容器１２内においてプラズマが生成され、塩素の活性種によって、被エッチング層ＥＬがエッチングされる。その結果、図８に示すように、反射防止膜ＢＡ及び有機膜ＯＬによって提供される開口から露出した部分において、被エッチング層ＥＬが除去される。

【0048】

図９は、工程ＳＴ５の実行後のプラズマ処理装置の状態を概略的に示す図である。上述したように、工程ＳＴ５で用いられる処理ガスは塩素ガスに加えて酸素ガスを含む。したがって、工程ＳＴ５の実行により、図９に示すように、天井部材３４はその表面を含む一部分において酸化し、酸化領域３４ｄを有するものとなる。この酸化領域３４ｄにより、工程ＳＴ５の実行時に塩素の活性種によるエッチングから天井部材３４が保護され、当該天井部材３４の削れが抑制される。

【0049】

また、一実施形態の工程ＳＴ５では、処理ガス中の酸素ガスの流量が、当該処理ガス中の塩素ガスの流量の０．７５倍以上の流量に設定される。このように設定される流量の酸素ガス及び塩素ガスを含む処理ガスによれば、工程ＳＴ５において形成される酸化領域３４ｄの厚さを小さくすることができる。

【0050】

次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ６が実行される。工程ＳＴ６では、ウエハＷが処理容器１２から搬出される。例えば、ウエハＷは、処理容器１２からトランスファーチャンバ１２１に搬送され、ロードロックチャンバＬＬ１又はロードロックチャンバＬＬ２、及びローダモジュールＬＭを介して、収容容器１２４ａから１２４ｄの何れかに搬送される。

【0051】

一実施形態の方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ７〜ＳＴ９において第１〜第３のクリーニングが実行される。工程ＳＴ７の第１クリーニングでは、プラズマ処理装置１０の処理容器１２内にウエハが収容されていない状態において、クリーニングガスが処理容器１２内に供給される。このクリーニングガスは、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち一つのガスソースから供給される酸素ガスを含む。一例では、クリーニングガスは、酸素ガスのみを含む。また、第１の高周波電源６２からの高周波電力が下部電極ＬＥに与えられる。これにより、酸素ガスのプラズマが処理容器１２内において生成され、処理容器１２内の空間Ｓに接する部材表面が酸素の活性種によってクリーニングされる。なお、この工程ＳＴ７においても、天井部材３４の表面を含む一部領域が酸化する。

【0052】

続く工程ＳＴ８の第２クリーニングでは、プラズマ処理装置１０の処理容器１２内にダミーウエハが搬入され、当該ダミーウエハが載置台ＰＤ上に載置される。このダミーウエハは、プラズマ処理装置１０のクリーニング時に静電チャックＥＳＣの上面上に載置され、当該静電チャックＥＳＣを保護するためのウエハである。工程ＳＴ８の第２クリーニングでは、次いで、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち一つのガスソースからフルオロカーボンガスが処理容器１２内に供給される。工程ＳＴ８では、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち一つのガスソースから処理容器１２内に希ガスが更に供給されてもよい。また、第１の高周波電源６２からの高周波電力が下部電極ＬＥに与えられる。これにより処理容器１２内においてプラズマが生成され、フルオロカーボンに由来する活性種により、処理容器１２内の空間Ｓに接する部材表面がクリーニングされる。この工程ＳＴ８の実行後、ダミーウエハが処理容器１２から搬出される。

【0053】

続く工程ＳＴ９の第３クリーニングでは、工程ＳＴ７と同様の処理が行われる。

【0054】

一実施形態の方法ＭＴでは、続く工程ＳＴａにおいて、全てのウエハＷの処理が終了しているか否かが判定される。未処理のウエハＷ、即ち、別のウエハＷが存在する場合には、当該別のウエハＷに対して工程ＳＴ１からの処理が再び実行される。一方、全てのウエハＷの処理が終了している場合には、方法ＭＴの実施が終了する。

【0055】

上述したように一実施形態の方法ＭＴでは、工程ＳＴ５のプラズマ処理、並びに、工程ＳＴ７及び工程ＳＴ９のクリーニングにおいて、天井部材３４に酸化領域３４ｄが形成されるが、工程ＳＴ２において天井部材３４のシリコンに、即ち、酸化領域３４ｄによって覆われたシリコン製の領域に正イオンを衝突させるためには、酸化領域３４ｄの厚さが、小さいことが望まれる。このため、上記実施形態の工程ＳＴ５では、処理ガス中の酸素ガスの流量が、当該処理ガス中の塩素ガスの流量の０．７５倍以上の流量に設定される。これにより、工程ＳＴ５において形成される酸化領域３４ｄの厚さを小さくすることができる。したがって、工程ＳＴ２の実行直前の天井部材３４の酸化領域３４ｄの厚さを小さくすることが可能となる。

【0056】

以下、工程ＳＴ５における処理ガス中の酸素ガスの流量を種々に設定した実験について説明する。実験では、処理ガスの塩素ガスの流量を１００ｓｃｃｍに設定し、当該処理ガス中の酸素ガスの流量を、０ｓｃｃｍ、２５ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、７５ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、１５０ｓｃｃｍの六種の流量それぞれに設定して、工程ＳＴ５を実行した。そして、天井部材３４に形成される酸化領域３４ｄの厚さを測定した。なお、実験における他の処理条件は以下の通りである。

【0057】

＜処理条件＞
第１の高周波電源６２の高周波電力：３００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波電力：１００Ｗ
処理容器１２内の圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）
処理時間：６０秒

【0058】

実験の結果、処理ガス中の酸素ガスの流量を、２５ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、７５ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、１５０ｓｃｃｍのそれぞれの場合に、酸化領域３４ｄの厚さは、３４．９ｎｍ、３２．５ｎｍ、１５．９ｎｍ、８．７ｎｍ、９．１ｎｍであった。また、理ガス中の酸素ガスの流量が０ｓｃｃｍの場合には、天井部材３４の表面が大きく削られた。以上の実験結果から、酸素ガスの流量が５０ｓｃｃｍ以下の場合の酸化領域３４ｄの厚さに対して、酸素ガスの流量が７５ｓｃｃｍ以上の場合の酸化領域３４ｄの厚さは半分以下の厚さになることが確認された。よって、工程ＳＴ５では、処理ガス中の酸素ガスの流量を当該処理ガス中の塩素ガスの流量の０．７５倍以上の流量に設定することにより、酸化領域３４ｄの厚さを相当に小さくすることが可能であることが確認された。

【0059】

以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２からの高周波電力が下部電極ＬＥに与えられるように構成されているが、第１の高周波電源６２からの高周波電力が上部電極３０に与えられるように構成されていてもよい。即ち、第１の高周波電源６２は上部電極３０に接続されていてもよい。

【0060】

また、方法ＭＴの実施に用いられるプラズマ処理装置は、プラズマ処理装置１０に限定されるものではなく、処理容器、被処理体を支持する載置台、及び載置台の上方に設けられるシリコン製の天井部材を備えるものであれば、任意のプラズマ処理装置であってもよい。例えば、方法ＭＴの実施に用いられるプラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置、又は、マイクロ波といった表面波により処理ガスを励起させるプラズマ処理装置であってもよい。

【符号の説明】

【0061】

１…処理システム、１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、ＰＤ…載置台、ＥＳＣ…静電チャック、ＬＥ…下部電極、３０…上部電極、３４…天井部材、４０…ガスソース群、５０…排気装置、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、７０…電源、１００…制御部、Ｗ…ウエハ、ＳＢ…基板、ＥＬ…被エッチング層、ＯＬ…有機膜、ＢＡ…反射防止膜、ＭＫ…マスク。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】