特許 6557585 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】6557585

(24)【登録日】2019年7月19日

(45)【発行日】2019年8月7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 20060101AFI20190729BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101H

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-235358(P2015-235358)

(22)【出願日】2015年12月2日

(65)【公開番号】特開2017-103345(P2017-103345A)

(43)【公開日】2017年6月8日

【審査請求日】2018年5月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】特許業務法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池永 和幸

(72)【発明者】

【氏名】角屋 誠浩

(72)【発明者】

【氏名】釜地 義人

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２１４５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１５８５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２３７８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１３０５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０４２１９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２３２２２９（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】

タングステンを含有する膜が成膜されたウェハがエッチングされることにより前記タングステンを含有する反応生成物が内壁に付着した処理室にて前記ウェハをプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
酸素元素を含有する第１のガスとシリコン元素を含有する第２のガスとの混合ガスを用いて前記処理室の内壁に堆積膜を堆積させる第１の工程と、
前記第１の工程後、前記ウェハをエッチングするとともに前記堆積膜を除去する第２の工程とを有し、
前記混合ガスの流量に対する前記第１のガスの流量の比は、０．５以下であり、
前記堆積膜の膜密度は、１．９３ｇ／ｃｍ³以上であることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項2】

チタンを含有する膜が成膜されたウェハがエッチングされることにより前記チタンを含有する反応生成物が内壁に付着した処理室にて前記ウェハをプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
酸素元素を含有する第１のガスとシリコン元素を含有する第２のガスとの混合ガスを用いて前記処理室の内壁に堆積膜を堆積させる第１の工程と、
前記第１の工程後、前記ウェハをエッチングするとともに前記堆積膜を除去する第２の工程とを有し、
前記混合ガスの流量に対する前記第１のガスの流量の比は、０．５以下であり、
前記堆積膜の膜密度は、１．９４ｇ／ｃｍ³以上であることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項3】

タングステンを含有する膜が成膜されたウェハがエッチングされることにより前記タングステンを含有する反応生成物が内壁に付着した処理室にて前記ウェハをプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
酸素元素を含有する第１のガスとシリコン元素を含有する第２のガスとの混合ガスを用いて前記処理室の内壁に堆積膜を堆積させる第１の工程と、
前記第１の工程後、前記ウェハをエッチングするとともに前記堆積膜を除去する第２の工程とを有し、
前記堆積膜は、第１の膜と第２の膜を含み、
前記第１の膜のシリコン元素含有量は、前記第２の膜のシリコン元素含有量より多く、
前記第１の膜の膜密度は、１．９３ｇ／ｃｍ³以上であることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項4】

チタンを含有する膜が成膜されたウェハがエッチングされることにより前記チタンを含有する反応生成物が内壁に付着した処理室にて前記ウェハをプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
酸素元素を含有する第１のガスとシリコン元素を含有する第２のガスとの混合ガスを用いて前記処理室の内壁に堆積膜を堆積させる第１の工程と、
前記第１の工程後、前記ウェハをエッチングするとともに前記堆積膜を除去する第２の工程とを有し、
前記堆積膜は、第１の膜と第２の膜を含み、
前記第１の膜のシリコン元素含有量は、前記第２の膜のシリコン元素含有量より多く、
前記第１の膜の膜密度は、１．９４ｇ／ｃｍ³以上であることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項5】

請求項３または請求項４に記載のプラズマ処理方法において、
前記第１の膜は、前記混合ガスの流量に対する前記第１のガスの流量の比が０．５以下となる前記混合ガスを用いて生成され、
前記第２の膜は、前記混合ガスの流量に対する前記第１のガスの流量の比が０．５より大きい前記混合ガスを用いて生成されることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項6】

請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法において、
前記第１のガスは、酸素ガスであり、
前記第２のガスは、四塩化シリコンガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

本技術分野の背景技術として、特開２００４−３１３８０号公報（特許文献１）および米国特許第７７６７５８４Ｂ１号明細書がある。

【0003】

特開２００４−３１３８０号公報（特許文献１）には、プラズマ処理室内をウェットクリーニングした直後に、アルミニウム（Ａｌ）膜が堆積しているウェハをフッ素を含むガスプラズマでエッチング処理し、石英部品表面をフッ化アルミニウム（ＡｌＦ）で被覆するプラズマ処理装置のシーズニング方法が記載されている。

【0004】

また、米国特許第７７６７５８４Ｂ１号明細書（特許文献２）には、ウェハ処理毎にリアクタの内壁にコーティング膜を形成する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−３１３８０号公報

【特許文献2】米国特許第７７６７５８４Ｂ１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

半導体デバイスおよびフラットパネルディスプレイ用基板などの製造に用いられるプラズマ処理では、プラズマ処理装置に備わる処理室の内壁から発生する金属汚染の問題がある。金属汚染が発生すると、被処理基板への異物の付着などが生じて、製造されるデバイスの性能が劣化し、製造歩留りが低下する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明によるプラズマ処理方法は、酸素（Ｏ₂）ガスと四塩化シリコン（ＳｉＣｌ₄）ガスとを用いて生成したプラズマによって、プラズマ処理装置に備わる処理室の内壁にコーティング膜を形成する工程と、処理室内にウェハを搬入する工程と、ウェハのエッチング処理とコーティング膜のエッチング処理とを同時に行う工程と、処理室内からウェハを搬出する工程とを有する。そして、上記プラズマは、酸素（Ｏ₂）ガスと四塩化シリコン（ＳｉＣｌ₄）ガスとの合計の流量（Ａ）に対する酸素（Ｏ₂）ガスの流量（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．５以下の条件において生成され、膜密度が１．９ｇ／ｃｍ³以上のコーティング膜を形成する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、金属汚染の発生を低減して、デバイス性能および製造歩留りの向上を図ることのできるプラズマ処理方法を提供することができる。

【0009】

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１によるプラズマエッチング装置の概略図である。

【図2】実施例１によるプラズマエッチング処理を用いてウェハに形成されるパターンの一例を示す要部断面図である。

【図3】コーティング膜の膜表面の汚染濃度と膜密度との関係を示すグラフ図である。

【図4】実施例１によるエッチング処理の処理シーケンスの一例を示すフロー図である。

【図5】実施例１によるコーティング膜を処理室の内壁に形成した模式図である。

【図6】実施例２によるコーティング膜を処理室の内壁に形成した模式図である。

【図7】実施例３によるコーティング膜を処理室の内壁に形成した模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

【0012】

また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

【0013】

また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

【0014】

また、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

【0015】

また、以下の実施の形態を説明するための図面において、各部位の大きさは実デバイスと対応するものではなく、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。また、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【0016】

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0017】

（課題の詳細な説明）
本実施の形態によるプラズマ処理方法がより明確となると思われるため、本発明者らによって見い出された、プラズマ処理における解決しようとする課題について詳細に説明する。

【0018】

半導体デバイスおよびフラットパネルディスプレイ用基板などの製造工程では、所望のパターンを形成するために、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）またはプラズマエッチングなどの加工技術が用いられている。

【0019】

このようなプラズマを用いる加工技術では、まず、ウェハなどの被処理基板をプラズマ処理装置に備わる処理室内に配置されたステージ上に載置し、例えばＡｒ、Ｏ₂、Ｎ₂、ＣＨＦ₃、ＣＨ₄、Ｃ₅Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＦ₄、ＳＦ₆、ＮＦ₃、ＨＢｒ、Ｃｌ₂またはＢＣｌ₃などの処理ガスを処理室に供給する。

【0020】

処理室内の圧力は、ターボ分子ポンプとドライポンプとを組み合わせた排気手段と、例えばバタフライバルブなどの圧力調整手段とによって所望の圧力に調整される。

【0021】

処理室内が所望の圧力に到達した後、プラズマ生成用のソース高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し、入射イオン制御用のバイアス高周波電力を被処理基板に印加することによって、成膜またはエッチングなどを行う。

【0022】

ところで、パターンの加工寸法の微細化により、例えばエッチングにおけるパターンには、高い寸法精度（Critical Dimension：ＣＤ）が要求される。また、デバイス性能の劣化または製造歩留まりの低下の原因となるアルカリ金属または重金属の汚染量、並びに被処理基板に付着する異物サイズの許容値も厳しくなっている。

【0023】

アルカリ金属または重金属の汚染量としては、例えば１×１０⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²が要求されている。また、被処理基板の表面（第１主面）に付着する異物サイズの許容値は、例えば配線幅の１／２であり、例えば配線幅が３０ｎｍの場合、異物サイズの許容値は１５ｎｍとなる。また、被処理基板の裏面（第１主面と反対側の第２主面）に付着する異物サイズの管理値としては、８０ｎｍ程度のナノレベルが要求されている。

【0024】

プラズマ処理装置は、ステンレス合金、アルミニウム（Ａｌ）合金などの金属基材および石英、アルミナなどのセラミック基材によって構成される。そこで、汚染および異物の原因となる、処理ガスまたはプラズマによる基材表面のエッチングおよび腐食を抑制するため、基材表面にはアルマイト皮膜、アルミナ溶射皮膜または酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）溶射皮膜などの保護膜が形成されている。

【0025】

しかし、プラズマ処理を行うと処理室の内壁に反応生成物が付着する。処理室の内壁への反応生成物の付着は、プラズマ中のラジカル状態の変動を引き起こし、ＣＤ変動の原因となる。

【0026】

そこで、量産工程では、被処理基板のプラズマ処理前あるいはプラズマ処理後にプラズマクリーニングを行い、処理室の内壁に付着した反応生成物を除去することで、処理室の内壁の表面状態を一定に維持し、プラズマ中のラジカル状態の変動を抑制している。これにより、ＣＤを一定に維持することが可能となる。

【0027】

ところが、アルマイト皮膜などの構成材料であるアルミニウム（Ａｌ）とプラズマ中のフッ素ラジカルとが反応するとフッ化アルミニウム（ＡｌＦ）が生成される。さらに、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ）が石英表面に堆積すると、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ）の蒸気圧が非常に低いため（１３３．３２Ｐａの時の沸点：１,２３８℃）、プラズマクリーニングによってもフッ化アルミニウム（ＡｌＦ）を除去することは困難となる。そのため、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ）が石英表面に次第に堆積すると、フッ素ラジカルと石英表面との反応状態が変化して、ＣＤ変動の原因となる。

【0028】

このような場合、特許文献１に記載のように、事前にシーズニング処理によってフッ化アルミニウム（ＡｌＦ）を石英表面に均一に堆積させることにより、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ）により覆われた処理室の内壁の表面状態を維持し、フッ素ラジカルと石英表面との反応を抑制して、ＣＤ変動を抑制することができる。また、特許文献２に記載のように、ウェハ処理毎にリアクタの内壁にコーティング膜を形成することにより、リアクタの内壁の状態およびプラズマ中のラジカル状態の変動を抑制して、プロセス性能への影響を低減することができる。

【0029】

しかし、本発明者らが検討したところ、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ）が摩耗すると、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ）の剥離またはアルミニウム（Ａｌ）の放出の恐れがある。また、コーティング膜が摩耗すると、金属基材または保護膜などからコーティング膜の膜中に拡散した金属物質が放出する恐れがある。そのため、処理室の内壁にＡｌＦおよびコーティング膜を形成しただけでは、今後ますます厳しくなる金属汚染量および異物サイズに対する要求に対応することが難しくなると考えられる。

【実施例1】

【0030】

本実施例１によるプラズマ処理装置について図１を用いて説明する。図１は、本実施例１によるプラズマエッチング装置の概略図である。

【0031】

プラズマエッチング装置１に、プラズマ１５を生成して被処理基板となるウェハ４に処理を行う処理室７が備わっており、処理室７内に、ウェハ４を載置するための試料台であるステージ６が配置されている。ステージ６には、プラズマ処理中にウェハ４に高周波電圧を印加するためのインピーダンス整合器１３および高周波電源１４が接続されている。

【0032】

処理室７内の真空を保持するため、処理室７の上部にセラミックプレート３が備えられており、セラミックプレート３の下方に間隙８を介して、複数の貫通穴９が設けられたセラミックプレート２が備えられている。処理ガスは、ガス流量制御手段１０で流量制御され、間隙８を介して貫通穴９から処理室７内に均一に供給される。処理室７内の圧力を制御するため、処理室７には、圧力検出手段１１と、圧力調整手段１６と、排気手段１２とが備えられている。

【0033】

ウェハ４は搬送装置（図示は省略）によって処理室７内に搬送され、ステージ６上に載置される。ステージ６の内部には、チタン（Ｔｉ）またはタングステン（Ｗ）などの導電体で形成された静電吸着用の双極型の電極３８が設けられており、双極型の電極３８は、直流電源５５に接続されている。ステージ６上に載置されたウェハ４は、直流電源５５から極性の異なる電圧が双極型の電極３８に印加されることによって、保持される。なお、静電吸着用の双極型の電極３８は、プラズマ１５を介さずに２つの電極により閉回路を形成することができ、２つの電極に異なる極性の電圧を印加することによって静電吸着させる静電吸着用電極のことである。

【0034】

処理室７の周囲には、マイクロ波を出力するマグネトロン発振器２０と、マイクロ波を処理室７まで伝搬させるための導波管２１とが備えられている。また、処理室７の上方および側方に磁場発生手段であるソレノイドコイル２２および２３がそれぞれ備えられている。マグネトロン発振器２０から発振されたマイクロ波は、導波管２１内を伝搬し、セラミックプレート２および３を介して処理室７内に放射される。マイクロ波によって生じる電界とソレノイドコイル２２および２３により生成された磁界との相互作用によって、電子サイクロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonance：ＥＣＲ）を生じさせることによりプラズマ１５が生成される。

【0035】

処理室７内にプラズマ１５を生成し、ステージ６上に載置されたウェハ４に高周波電圧を印加することによって、ウェハ４に形成されたマスクパターンに沿ってエッチング処理が行われる。ヒータまたはランプなどの加熱機構（温度加熱手段）４５によって処理室７の構成部材をあらかじめ所定の温度に加熱することにより、エッチング処理に伴う構成部材の温度変化の抑制およびエッチング処理によって生じる反応生成物の付着を抑制している。

【0036】

次に、本実施例１によるプラズマ処理方法について図２を用いて説明する。図２は、本実施例１によるプラズマエッチング処理を用いてウェハに形成されるパターンの一例を示す要部断面図である。ここでは、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）を構成する溝パターンをウェハに形成する工程に、本実施例１によるプラズマエッチング処理を適用した場合を例示する。なお、以下のエッチング処理の説明では、前述の図１を適宜参照する。

【0037】

エッチングの対象は単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる基板６２（この段階では平面略円形状の半導体の薄板であるウェハ４）であり、所望の溝パターン６１を基板６２に形成するため、マスク６０が基板６２の主面上に形成されている。マスク６０は、レジストマスク、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）または窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）などからなるハードマスク、あるいはこれらマスクの積層構造から構成される。

【0038】

エッチングでは、ＣＨＦ₃、ＣＦ₄、ＳＦ₆、ＮＦ₃、ＨＢｒまたはＣｌ₂などの処理ガスを複数組み合わせた混合ガスが用いられる。また場合によっては、Ａｒ、Ｎ₂またはＯ₂などのガスも添加される。これら処理ガスをプラズマエッチング装置１に備わる処理室７内に供給し、プラズマ１５を生成することにより、プラズマ１５中のラジカルとエッチング対象となるシリコン（Ｓｉ）とを反応させる（ＳｉＦｘ、ＳｉＢｒｘまたはＳｉＣｌｘなど）。また、基板６２（ウェハ４）に高周波電圧を印加することにより、プラズマ１５中のイオンを基板６２（ウェハ４）に引き込む。これにより、基板６２（ウェハ４）のエッチングが進行する。

【0039】

ＳＴＩは素子分離として機能するものであるため、ＳＴＩを構成する溝パターン６１を基板６２に形成するエッチングでは、基板６２（ウェハ４）の金属汚染量は、例えば１×１０⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²以下と厳しく管理される。これを実現するには、エッチング中に処理室７の構成部材および構成部材に付着した反応生成物に起因した金属物質の放出を抑制することが重要である。

【0040】

プラズマ１５の照射による処理室７の構成部材の消耗に起因した金属物質の放出を抑制する方法としては、例えば前記特許文献２に記載されたコーティング膜を構成部材の表面に形成する技術がある。この技術は、有効ではあるが、今後ますます厳しくなる金属汚染量および異物サイズに対する要求に対しては、不十分であると考えられる。

【0041】

特に、ＳＴＩを構成する溝パターン６１を基板６２（ウェハ４）に形成するエッチングのように、金属汚染量が厳しく管理されている工程では、処理室７の構成部材からコーティング膜の膜中および膜表面に拡散した金属物質の処理室７への放出を抑制することが、金属汚染を低減する上で重要である。

【0042】

本発明者らは、コーティング膜の膜中および膜表面への金属物質の拡散を抑制することのできる技術について検討した。その結果、コーティング膜の膜密度を制御することにより、コーティング膜の膜中および膜表面への金属物質の拡散を抑制することができるという知見を得た。

【0043】

表１に、コーティング膜の成膜条件および膜密度について検討した結果を示す。

【0044】

【表1】

【0045】

本実験では、シリコン（Ｓｉ）を含有するガスとして四塩化シリコン（ＳｉＣｌ₄）ガス、酸素（Ｏ₂）を含有するガスとして酸素（Ｏ₂）ガス、添加ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスを用いて生成したプラズマによって、ＳｉＯ系の組成からなるコーティング膜を形成している。

【0046】

ＳｉＯ系の組成からなるコーティング膜の膜密度を制御するには、Ｏ₂／（ＳｉＣＬ₄＋Ｏ₂）流量比、処理圧およびマイクロ波パワーの値を変更すれば良いことが分かる。また、Ｏ₂／（ＳｉＣＬ₄＋Ｏ₂）流量比が０．５以下、つまりコーティング膜中のシリコン（Ｓｉ）含有量が多くなるガス流量比が、コーティング膜の膜密度を高くできる成膜条件であることが分かる。

【0047】

図３は、コーティング膜の膜表面の汚染濃度と膜密度との関係を示すグラフ図である。汚染濃度は、膜密度が１．９５ｇ／ｃｍ³での値において規格化している。本実験では、処理室の構成部材に使用されている金属元素の一例としてチタン（Ｔｉ）とタングステン（Ｗ）を用いている。

【0048】

図３に示すように、膜密度が低減するに従って汚染濃度は増加している。この結果から、膜密度が低いほど処理室の構成部材に起因した金属物質がコーティング膜の膜中に拡散し、コーティング膜の膜表面に到達していることが分かる。

【0049】

また、金属元素によって、コーティング膜の膜表面の汚染濃度が異なる、すなわち、コーティング膜の膜中への拡散の度合いが異なることが分かる。例えば膜密度が１．９５ｇ／ｃｍ³から１．８０ｇ／ｃｍ³に低くなると、タングステン（Ｗ）におけるコーティング膜の膜表面の汚染濃度は約１．８倍に増加するが、チタン（Ｔｉ）におけるコーティング膜の膜表面の汚染濃度は約４．６倍に増加する。つまり、金属元素によって、コーティング膜の膜中に拡散し、コーティング膜の膜表面に到達する金属汚染量は大きく異なるといえる。

【0050】

また、タングステン（Ｗ）の汚染濃度は、膜密度が１．９３ｇ／ｃｍ³以上でほぼ一定となり、十分に低減している。これに対し、チタン（Ｔｉ）の汚染濃度は、膜密度が１．９３ｇ／ｃｍ³の時点では十分に低減しておらず、チタン（Ｔｉ）の汚染濃度を十分に低減するには、膜密度を１．９４ｇ／ｃｍ³以上にすれば良いことが分かる。つまり、処理室の構成部材に含まれる金属元素に対応して、コーティング膜の膜密度を制御することにより、コーティング膜の膜表面に到達する金属物質の拡散を抑制することができる。

【0051】

本実施例１において、コーティング膜の膜中および膜表面への金属物質の拡散を十分に抑制するには、処理室の構成部材がタングステン（Ｗ）の場合は、コーティング膜の膜密度を１．９３ｇ／ｃｍ³以上にすればよい。また、処理室の構成部材がチタン（Ｔｉ）の場合は、コーティング膜の膜密度を１．９４ｇ／ｃｍ³以上にすればよい。また、処理室の構成部材がタングステン（Ｗ）およびチタン（Ｔｉ）の両方の金属元素を含む場合は、１．９４ｇ／ｃｍ³以上にすればよい。これにより、処理室の構成部材からコーティング膜の膜中および膜表面への金属物質の拡散を抑制できるので、プラズマ１５の照射によるコーティング膜の消耗に起因した金属汚染を低減することが可能となる。

【0052】

本実施例１では、処理室の構成部材に使用されている金属元素の一例としてチタン（Ｔｉ）およびタングステン（Ｗ）を用いたが、チタン（Ｔｉ）およびタングステン（Ｗ）はウェハ上に形成される積層膜の構成材料としても用いられるものであり、エッチング対象となる材料である。ウェハ上に形成されたチタン（Ｔｉ）またはタングステン（Ｗ）がエッチングされると、これによって生じるチタン（Ｔｉ）またはタングステン（Ｗ）を含有する反応生成物は処理室の内壁などに付着する。このような構成部材の表面に付着したチタン（Ｔｉ）またはタングステン（Ｗ）などを含有した反応生成物も汚染の原因となる。しかし、このような場合でも本実施例１を適用することができる。

【0053】

次に、ＳＴＩを構成する溝パターンを形成するエッチングに適用した処理シーケンスについて図４および図５を用いて説明する。図４は、本実施例１によるエッチング処理の処理シーケンスの一例を示すフロー図である。図５は、本実施例１によるコーティング膜を処理室の内壁に形成した模式図である。なお、以下の処理シーケンスの説明では、前述の図１および表１を適宜参照する。

【0054】

処理室７の構成部材は、加熱機構４５によってあらかじめ所定の温度に加熱されているが、エッチングを連続して行うと、プラズマ１５からの入熱によって構成部材の温度は次第に上昇していく。処理室７の構成部材の温度変化はＣＤが変動する原因となる。これを抑制するため、処理室７内にウェハ４を搬入する前に、処理室７内にプラズマ１５を生成し、処理室７の構成部材を昇温するロット前エージングを行う（工程１００）。

【0055】

次に、処理室７の構成部材の表面（内壁）をＳｉＯ系のコーティング膜で被覆するコーティング処理を行う（工程１０１）。このコーティング処理は、処理室７の内壁の表面状態を一定に維持し、プラズマ中のラジカル状態の変動を抑制すること、および構成部材に起因した金属物質の処理室７内への放出を抑制することが目的である。

【0056】

構成部材からのコーティング膜の膜中および膜表面への金属物質の拡散を抑制するため、処理室７の構成部材に含まれる金属元素に対応して、膜密度を制御したコーティング膜を処理室７の内壁に形成する。例えば表１に示した成膜条件のうち、Ｏ₂／（ＳｉＣＬ₄＋Ｏ₂）流量比が０．５以下になる成膜条件１、２、４のいずれかを適用する。

【0057】

図５に示すように、このような成膜条件で処理室７の構成部材４１の表面に、コーティング膜７０を形成することができる。表１に示した成膜条件１、２、４は、シリコン（Ｓｉ）リッチのガス条件となるため、コーティング膜７０中のシリコン（Ｓｉ）含有量が多い状態となり、コーティング膜７０の膜密度は１．９０ｇ／ｃｍ³以上となる。

【0058】

コーティング膜７０の厚さは、ウェハ４のエッチング処理（工程１０３）が終了する時に、コーティング膜７０が消失する厚さとする。このようなコーティング膜７０の厚さの算出は、量産に着手する前段階であるエッチング形状の条件を決定する際に行われるものであり、量産工程のスループットおよび製造歩留まりに影響を与えるものではない。なお、ウェハ４のエッチング処理の終了とコーティング膜７０の消失とは同時であることが理想であるが、実際には、両者間には僅かな時間のずれが生じる。しかし、上記時間のずれは、所望する一定の範囲内であればよい。

【0059】

コーティング処理（工程１０１）が終了した後、ウェハ４を処理室７内に搬入し、ステージ６上に搭載する（工程１０２）。

【0060】

次に、所定の処理ガスを処理室７内に供給した後、プラズマ１５を生成し、エッチング処理を開始する（工程１０３）。ＳＴＩを構成する溝パターンを形成するエッチングの開始とともに、コーティング処理（工程１０１）で形成したコーティング膜７０のエッチング（消耗）も開始される。

【0061】

エッチング処理（工程１０３）が終了した後に、ウェハ４が処理室７内から搬出される（工程１０４）。

【0062】

本実施例１では、ウェハ４のエッチング処理（工程１０３）が終了する時に、コーティング膜７０が消失しているため、コーティング膜７０を除去するためのクリーニング工程を省略することができる。これによって、量産工程におけるスループットの向上を図ることができる。

【0063】

ウェハ４を搬出した後、次のウェハ４が待機しているか否かが判断される（工程１０５）。次のウェハ４が待機している場合は、再びコーティング処理（工程１０１）が行われる。次のウェハ４が待機していない場合は、処理終了となる（工程１０６）。

【0064】

その後、エッチング処理を再開する場合は、ロット前エージング（工程１００）から実施する。

【0065】

このように、本実施例１では、Ｏ₂／（ＳｉＣＬ₄＋Ｏ₂）流量比が０．５以下となる成膜条件でプラズマ１５を生成し、処理室７の構成部材４１の表面に、膜密度が１．９０ｇ／ｃｍ³以上となるコーティング膜７０を形成する。これにより、処理室７の構成部材４１からコーティング膜７０の膜中および膜表面への金属物質の拡散を抑制できるので、処理室７内における金属汚染の発生を低減することができ、さらに、デバイス性能および製造歩留りを向上させることができる。また、コーティング膜７０のクリーニング工程を省略することができるので、量産工程におけるスループットの向上を図ることができる。

【実施例2】

【0066】

本実施例２によるコーティング膜の形成方法について図６を用いて説明する。図６は、本実施例２によるコーティング膜を処理室の内壁に形成した模式図である。

【0067】

前述の実施例１と相違する点は、コーティング膜７０の構成である。ＳＴＩを構成する溝パターンを形成するエッチングでは、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる基板（ウェハ）がエッチング対象となるため、前述の実施例１で示したコーティング膜７０中にシリコン（Ｓｉ）含有量が多い場合、エッチング条件によってはエッチング処理（図４の工程１０３）が終了する前に、コーティング膜７０が消失する可能性がある。

【0068】

このような場合、まず、構成部材４１の表面からコーティング膜７０の膜中および膜表面への金属物質の拡散を抑制するため、Ｏ₂／（ＳｉＣＬ₄＋Ｏ₂）流量比が０．５以下となる成膜条件でプラズマを生成し、シリコン（Ｓｉ）含有量が多いコーティング膜７１を形成する。次に、プラズマを消失させた後に、Ｏ₂／（ＳｉＣＬ₄＋Ｏ₂）流量比が０．５より大きい成膜条件でプラズマを生成し、シリコン（Ｓｉ）含有量が少ないコーティング膜７２を形成する。

【0069】

シリコン（Ｓｉ）含有量を少なくする成膜条件として、表１に示すように、ガス流量比以外に処理圧またはマイクロ波パワーを変更してもよい。シリコン（Ｓｉ）含有量を少なくすることにより、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜のようなコーティング膜７２が形成される。酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜は、シリコン（Ｓｉ）含有量が多いコーティング膜７１に比べて、ＳＴＩを構成する溝パターンを形成するエッチング処理に対する消耗量が少ない。

【0070】

このように、本実施例２では、コーティング膜７０をシリコン（Ｓｉ）含有量が多いコーティング膜７１とシリコン（Ｓｉ）含有量が少ないコーティング膜７２とからなる２層構造にする。これにより、１層目のコーティング膜７１で構成部材４１からの金属物質の拡散を抑制することができ、２層目のコーティング膜７２でエッチング処理（図４の工程１０３）におけるコーティング膜７０の消耗量を少なくして、エッチング処理（図４の工程１０３）が終了する前に、コーティング膜７０が消失することを抑制することができる。本実施例２では、２層の積層膜からなるコーティング膜７０の例を示したが、２層以上の積層膜からなるコーティング膜７０を形成してもよい。

【実施例3】

【0071】

本実施例３によるコーティング膜の形成方法について図７を用いて説明する。図７は、本実施例３によるコーティング膜を処理室の内壁に形成した模式図である。

【0072】

前述の実施例１および２と相違する点は、コーティング膜７０の構成である。すなわち、本実施例３では、コーティング処理（図４の工程１０１）中に成膜条件を連続的に変化させて、コーティング膜７０を成膜している。

【0073】

まず、構成部材４１からコーティング膜７０の膜中および膜表面への金属物質の拡散を抑制するため、Ｏ₂／（ＳｉＣＬ₄＋Ｏ₂）流量比が０．５以下となる成膜条件でプラズマを生成し、シリコン（Ｓｉ）含有量が多いコーティング膜７１を形成するところは前述の実施例２と同じである。本実施例３では、コーティング膜７１を形成した後に、プラズマを生成した状態で、Ｏ₂／（ＳｉＣＬ₄＋Ｏ₂）流量比が０．５より大きい成膜条件に変更して、シリコン（Ｓｉ）含有量が少ない、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜のようなコーティング膜７３を形成する。

【0074】

シリコン（Ｓｉ）含有量を少なくする成膜条件として、表１に示すように、ガス流量比以外に処理圧またはマイクロ波パワーを変更してもよい。

【0075】

このように、本実施例３では、プラズマを生成した状態で成膜条件を変更することで、シリコン（Ｓｉ）含有量が多いコーティング膜７１とシリコン（Ｓｉ）含有量が少ないコーティング膜７３とを連続して成膜することができる。これにより、コーティング処理（図４の工程１０４）のスループットを向上することができる。

【0076】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0077】

１ プラズマエッチング装置
２，３ セラミックプレート
４ ウェハ
６ ステージ
７ 処理室
８ 間隙
９ 貫通穴
１０ ガス流量制御手段
１１ 圧力検出手段
１２ 排気手段
１３ インピーダンス整合器
１４ 高周波電源
１５ プラズマ
１６ 圧力調整手段
２０ マグネトロン発振器
２１ 導波管
２２，２３ ソレノイドコイル
３８ 双極型の電極
４１ 構成部材
４５ 加熱機構
５５ 直流電源
６０ マスク
６１ 溝パターン
６２ 基板
７０，７１，７２，７３ コーティング膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】