特許 6886940 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】6886940

(24)【登録日】2021年5月19日

(45)【発行日】2021年6月16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 20060101AFI20210603BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20210603BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101B

   H01L21/302 101H

   H01L21/302 105A

   H05H1/46 M

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-82130(P2018-82130)

(22)【出願日】2018年4月23日

(65)【公開番号】特開2019-192727(P2019-192727A)

(43)【公開日】2019年10月31日

【審査請求日】2020年12月8日

【早期審査対象出願】

(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】五十嵐 大

(72)【発明者】

【氏名】近江 宗行

(72)【発明者】

【氏名】田口 怜

(72)【発明者】

【氏名】村上 貴宏

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１０９０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８０９９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０５Ｈ １／００−１／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

容量結合型のプラズマ処理装置において行われるプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理装置の上部電極を冷却する工程であり、前記プラズマ処理装置において下部電極を含む支持台をその中に組み込んだチャンバが設けられており、前記上部電極は該支持台の上方に設けられている、該工程と、
上部電極を冷却する前記工程の実行中に、前記チャンバ内で炭素、水素、及びフッ素を含む処理ガスから生成されたプラズマにより前記支持台上に載置された基板の膜をエッチングする工程であり、前記上部電極に前記炭素を含む堆積物が付着し、且つ、水素化合物が前記上部電極又は前記堆積物に付着する、該工程と、
前記上部電極に引き込まれる正イオンのエネルギーにより前記水素化合物と前記堆積物中の炭素が互いに反応して、炭化水素が生成されるよう、膜をエッチングする前記工程の実行中に前記上部電極において負極性のバイアス電圧を生じさせる工程と、
を含み、
前記上部電極は５０℃以下の温度に冷却される、プラズマ処理方法。

【請求項2】

前記上部電極内には入口及び出口を有する流路が形成されており、該上部電極は蒸発器を構成しており、
前記流路の前記出口と前記入口との間には、圧縮機、凝縮器、及び膨張弁が順に接続されており、
上部電極を冷却する前記工程において、前記圧縮機、前記凝縮器、及び前記膨張弁を介して冷媒が前記流路に供給される、
請求項１に記載のプラズマ処理方法。

【請求項3】

前記上部電極に流れる電流を測定する工程を更に含む、請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。

【請求項4】

前記膜は、シリコンを含有する、請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項5】

前記膜は、交互に積層された複数のシリコン酸化膜及び複数のシリコン窒化膜を有する多層膜である、請求項４に記載のプラズマ処理方法。

【請求項6】

前記上部電極は、前記チャンバ内の空間を画成する天板を含み、
前記天板は、シリコン製であり、
負極性のバイアス電圧を生じさせる前記工程では、前記上部電極に負極性の直流電圧が印加されるか、前記上部電極において前記負極性の前記バイアス電圧を生じさせるよう前記上部電極に高周波電力が供給される、
請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項7】

前記上部電極は、前記チャンバ内の空間を画成する天板を含み、
前記天板は、酸化シリコン製であり、
負極性のバイアス電圧を生じさせる前記工程では、前記上部電極において前記負極性の前記バイアス電圧を生じさせるよう前記上部電極に高周波電力が供給される、
請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項8】

前記上部電極は−１０℃以下の温度に冷却される、請求項１〜７の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項9】

前記処理ガスは、炭素含有ガス、水素含有ガス、及び、一つ以上のフッ素含有ガスを含む混合ガスであり、
前記炭素含有ガスは、炭化水素ガスであり、
前記水素含有ガスは、水素ガスであり、
前記一つ以上のフッ素含有ガスは、ハイドロフルオロカーボンガス、フルオロカーボンガス、三フッ化窒素ガス、及び六フッ化硫黄ガスのうち一つ以上のガスである、
請求項１〜８の何れか一項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】

本開示の実施形態は、プラズマ処理方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電子デバイスの製造においては基板に対してプラズマ処理が行われる。プラズマ処理の一種としては、プラズマエッチングが知られている。

【0003】

下記の特許文献１には、プラズマ処理の一種としてプラズマエッチングが記載されている。特許文献１に記載されたプラズマエッチングでは、酸化シリコンをエッチングするために、水素含有ガス及びフッ素含有ガスのプラズマがチャンバ内で生成される。

【0004】

特許文献１には、プラズマエッチングに用いられる装置として、容量結合型のプラズマ処理装置が記載されている。容量結合型のプラズマ処理装置は、チャンバ、支持台、及び上部電極を備える。支持台はチャンバ内に設けられている。支持台は下部電極を含む。上部電極は、支持台の上方に設けられている。容量結合型のプラズマ処理装置では、上部電極と下部電極との間に形成される高周波電界によって、チャンバ内のガスが励起されて、プラズマが生成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７−１１２５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

プラズマエッチングにおいては、堆積物が上部電極に付着することがある。上部電極に付着した堆積物の量が低減されるか、上部電極から堆積物が除去されることが望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一態様においては、容量結合型のプラズマ処理装置において行われるプラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理方法は、（ｉ）プラズマ処理装置の上部電極を冷却する工程であり、プラズマ処理装置のチャンバ内には下部電極を含む支持台が設けられており、上部電極は支持台の上方に設けられている、該工程と、（ｉｉ）上部電極を冷却する工程の実行中に、チャンバ内で生成されたプラズマにより基板の膜をエッチングする工程であり、該基板は前記支持台上に載置されている、該工程と、（ｉｉｉ）膜をエッチングする工程の実行中に上部電極において負極性のバイアス電圧を生じさせる工程と、を含む。

【0008】

一態様に係るプラズマ処理方法では、負極性のバイアス電圧が上部電極において生じているので、プラズマ中の正イオンが上部電極に向けて加速される。また、基板の膜をエッチングする工程の実行中には、上部電極が冷却されている。したがって、堆積物をエッチングし得る化学種の量が上部電極の周囲で増加して、上部電極に付着した堆積物が効率的にエッチングされる。故に、このプラズマ処理方法によれば、上部電極に付着した堆積物の量が低減されるか、上部電極から堆積物が除去される。

【0009】

一実施形態において、上部電極内には入口及び出口を有する流路が形成されており、上部電極は蒸発器を構成している。流路の出口と入口との間には、圧縮機、凝縮器、及び膨張弁が順に接続されている。上部電極を冷却する工程において、圧縮機、凝縮器、及び膨張弁を介して冷媒が流路に供給される。

【0010】

一実施形態において、プラズマ処理方法は、上部電極に流れる電流を測定する工程を更に含む。上部電極に付着している堆積物は、上部電極に流れる電流を減少させる。したがって、上部電極に流れる電流を測定することにより、上部電極に付着している堆積物の量を検出することが可能である。

【0011】

一実施形態において、基板の膜は、シリコンを含有する。膜をエッチングする工程では、炭素、水素、及びフッ素を含む処理ガスのプラズマが生成される。この実施形態では、上部電極に付着している炭素含有の堆積物が水素化学種によってエッチングされる。

【0012】

一実施形態において、基板の膜は、多層膜であってもよい。多層膜は、交互に積層された複数のシリコン酸化膜及び複数のシリコン窒化膜を有していてもよい。

【0013】

一実施形態において、上部電極は、チャンバ内の空間を画成する天板を含む。天板は、シリコン製である。負極性のバイアス電圧を生じさせる工程では、上部電極に負極性の直流電圧が印加されるか、上部電極において負極性のバイアス電圧を生じさせるよう上部電極に高周波電力が供給される。

【0014】

一実施形態において、上部電極は、チャンバ内の空間を画成する天板を含む。天板は、酸化シリコン製である。負極性のバイアス電圧を生じさせる工程では、上部電極において負極性のバイアス電圧を生じさせるよう上部電極に高周波電力が供給される。

【発明の効果】

【0015】

以上説明したように、プラズマエッチングにおいて上部電極に付着した堆積物の量が低減されるか、上部電極から堆積物が除去される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【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】一例の基板の一部拡大断面図である。

【図3】図１に示すプラズマ処理方法の実行に用いることが可能な一例のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。

【図4】図３に示す一例のプラズマ処理装置において採用可能な上部電極及びチラーユニットの一例を示す図である。

【図5】図１に示す方法の実行後の状態における一例の基板の一部拡大断面図である。

【図6】上部電極の温度が比較的高い場合の上部電極上の堆積物の除去に関連する化学種の反応の例を示す図である。

【図7】上部電極の温度が比較的低い場合の上部電極上の堆積物の除去に関連する化学種の反応の例を示す図である。

【図8】図１に示すプラズマ処理方法の実行に用いることが可能なプラズマ処理装置の上部電極の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。

【0018】

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に示すプラズマ処理方法（以下、「方法ＭＴ」という）は、基板の膜をエッチングするために実行される。図２は、一例の基板の一部拡大断面図である。方法ＭＴが適用される基板Ｗは、膜ＳＦを有する。膜ＳＦは、任意の膜であり得る。一例において、膜ＳＦは、シリコンを含有する。一例において、膜ＳＦは、多層膜である。多層膜は、複数の第１の膜Ｆ１及び複数の第２の膜Ｆ２を含み得る。複数の第１の膜Ｆ１及び複数の第２の膜Ｆ２は交互に積層されている。一例において、複数の第１の膜Ｆ１の各々はシリコン酸化膜であり、複数の第２の膜Ｆ２はシリコン窒化膜である。

【0019】

基板Ｗは、下地領域ＵＲ及びマスクＭＫを更に有し得る。膜ＳＦは下地領域ＵＲ上に設けられている。マスクＭＫは、膜ＳＦ上に設けられている。マスクＭＫは、パターニングされた領域である。マスクＭＫは、膜ＳＦに転写すべきパターンを提供している。マスクＭＫは、一つ以上の開口ＯＭを提供している。

【0020】

方法ＭＴでは、膜のエッチングがプラズマ処理装置を用いて行われる。図３は、図１に示すプラズマ処理方法の実行に用いることが可能な一例のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図３に示すプラズマ処理装置１は、容量結合型プラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１は、チャンバ１０を備えている。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供している。

【0021】

チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含んでいる。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。内部空間１０ｓは、チャンバ本体１２の内側に提供されている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから形成されている。チャンバ本体１２の内壁面には、耐腐食性を有する膜が施されている。耐腐食性を有する膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。

【0022】

チャンバ本体１２の側壁には、通路１２ｐが形成されている。基板Ｗは、内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送されるときに、通路１２ｐを通過する。通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇにより開閉可能となっている。ゲートバルブ１２ｇは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。

【0023】

チャンバ本体１２の底部上には、支持部１３が設けられている。支持部１３は、絶縁材料から形成されている。支持部１３は、略円筒形状を有している。支持部１３は、内部空間１０ｓの中で、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１３は、支持台１４を支持している。支持台１４は、内部空間１０ｓの中に設けられている。支持台１４は、内部空間１０ｓの中で、基板Ｗを支持するように構成されている。

【0024】

支持台１４は、下部電極１８及び静電チャック２０を有している。支持台１４は、電極プレート１６を更に有し得る。電極プレート１６は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８は、電極プレート１６上に設けられている。下部電極１８は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８は、電極プレート１６に電気的に接続されている。

【0025】

静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。静電チャック２０の上面の上には、基板Ｗが載置される。静電チャック２０は、本体及び電極を有する。静電チャック２０の本体は、誘電体から形成されている。静電チャック２０の電極は、膜状の電極であり、静電チャック２０の本体内に設けられている。静電チャック２０の電極は、スイッチ２０ｓを介して直流電源２０ｐに接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２０ｐからの電圧が印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、基板Ｗは、静電チャック２０に引き付けられ、静電チャック２０によって保持される。

【0026】

下部電極１８の周縁部上には、基板Ｗのエッジを囲むように、フォーカスリングＦＲが配置される。フォーカスリングＦＲは、基板Ｗに対するプラズマ処理の面内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、限定されるものではないが、シリコン、炭化シリコン、又は石英から形成され得る。

【0027】

下部電極１８の内部には、流路１８ｆが設けられている。チャンバ１０の外部には、チラーユニット２２が設けられている。チラーユニット２２は、配管２２ａを介して流路１８ｆに熱交換媒体（例えば冷媒）を供給する。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２２ｂを介してチラーユニット２２に戻される。プラズマ処理装置１では、静電チャック２０上に載置された基板Ｗの温度が、熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、調整される。

【0028】

プラズマ処理装置１には、ガス供給ライン２４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２０の上面と基板Ｗの裏面との間に供給する。

【0029】

プラズマ処理装置１は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、支持台１４の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２を介して、チャンバ本体１２の上部に支持されている。部材３２は、絶縁性を有する材料から形成されている。上部電極３０と部材３２は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じている。

【0030】

上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、内部空間１０ｓの側の下面であり、内部空間１０ｓを画成している。天板３４は、シリコンといった導電体又は酸化シリコンといった絶縁体から形成されている。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが形成されている。複数のガス吐出孔３４ａは、天板３４をその板厚方向に貫通している。

【0031】

支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６は、アルミニウムといった導電性材料から形成される。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。支持体３６には、複数のガス孔３６ｂが形成されている。複数のガス孔３６ｂは、ガス拡散室３６ａから下方に延びている。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。

【0032】

ガス供給管３８には、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３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含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースは、方法ＭＴで利用される複数のガスのソースを含んでいる。バルブ群４１及びバルブ群４３の各々は、複数の開閉バルブを含んでいる。流量制御器群４２は、複数の流量制御器を含んでいる。流量制御器群４２の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、バルブ群４１の対応の開閉バルブ、流量制御器群４２の対応の流量制御器、及びバルブ群４３の対応の開閉バルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。

【0033】

プラズマ処理装置１では、チャンバ本体１２の内壁面に沿って、シールド４６が着脱自在に設けられている。シールド４６は、支持部１３の外周にも設けられている。シールド４６は、チャンバ本体１２にエッチング副生成物が付着することを防止する。シールド４６は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。

【0034】

支持部１３とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。バッフルプレート４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方、且つ、チャンバ本体１２の底部には、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、圧力調整弁及びターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。

【0035】

プラズマ処理装置１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、第１の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。第１の高周波電力の周波数は、例えば２７ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源６２は、整合器６６及び電極プレート１６を介して下部電極１８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１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有している。

【0036】

第２の高周波電源６４は、第２の高周波電力を発生する電源である。第２の高周波電力は、第１の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第１の高周波電力と共に第２の高周波電力が用いられる場合には、第２の高周波電力は基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス用の高周波として用いられる。第２の高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。第２の高周波電源６４は、整合器６８及び電極プレート１６を介して下部電極１８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１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有している。

【0037】

図４は、図３に示す一例のプラズマ処理装置において採用可能な上部電極及びチラーユニットの一例を示す図である。以下、図３と共に図４を参照する。上部電極３０は、冷却可能であるように構成されている。

【0038】

一例では、図３及び図４に示すように、上部電極３０の中には、流路３０ｆが形成されている。流路３０ｆは、入口３０ｉ及び出口３０ｅを有しており、入口３０ｉと出口３０ｅとの間で延在している。流路３０ｆは、例えば支持体３６の中に形成されている。流路３０ｆは、例えば上部電極３０の中で渦巻き状に延在している。

【0039】

チャンバ１０の外部には、チラーユニット７０が設けられている。チラーユニット７０の出力ポートは、入口３０ｉに接続されている。チラーユニット７０の戻りポートは、出口３０ｅに接続されている。チラーユニット７０は、その出力ポートから冷媒を出力し、当該冷媒を入口３０ｉを介して流路３０ｆに供給する。流路３０ｆに供給された冷媒は、出口３０ｅ及び戻りポートを介して、チラーユニット７０に戻される。即ち、上部電極３０の流路３０ｆとチラーユニット７０との間では、冷媒が循環される。チラーユニット７０は、上部電極３０の流路３０ｆとチラーユニット７０との間で、液状の冷媒を循環するものであってもよい。

【0040】

或いは、チラーユニット７０は、直膨式のチラーユニットであってもよい。チラーユニット７０は、直膨式のチラーユニットである場合に、圧縮機７１、凝縮器７２、及び膨張弁７３を有する。圧縮機７１、凝縮器７２、及び膨張弁７３は、流路３０ｆの出口３０ｅと入口３０ｉの間で、順に接続されている。上部電極３０は、蒸発器を構成している。圧縮機７１の入力は、チラーユニット７０の戻りポートを介して、流路３０ｆの出口３０ｅに接続されている。圧縮機７１の出力は、凝縮器７２の入力に接続されている。凝縮器７２の出力は、膨張弁７３の入力に接続されている。膨張弁７３の出力は、チラーユニット７０の出力ポートを介して、流路３０ｆの入口３０ｉに接続されている。

【0041】

流路３０ｆの出口３０ｅから出力された冷媒は、圧縮機７１の入力に戻され、圧縮機７１によって圧縮される。圧縮機７１から出力された高圧の冷媒は、凝縮器７２によって冷却されて、液化する。凝縮器７２から出力された液状の冷媒は、膨張弁７３において減圧される。膨張弁７３から流路３０ｆに供給された冷媒は、上部電極３０から吸熱することにより、気化する。そして、流路３０ｆから出力された冷媒は、再び圧縮機７１の入力に戻される。膨張弁７３の開度は可変である。膨張弁７３の開度が低いほど、冷媒の圧力は低くなり、気化する温度が下がる。よって、上部電極３０の温度をより低い温度に冷却することができる。

【0042】

チラーユニット７０は、分流弁７４を更に有していてもよい。分流弁７４は、圧縮機７１と流路３０ｆの入口３０ｉとの間で、凝縮器７２及び膨張弁７３をバイパスするように接続されている。即ち、分流弁７４の入力は、圧縮機７１の出力に接続されている。また、分流弁７４の出力は、流路３０ｆの入口３０ｉに接続されている。分流弁７４の開度は可変である。分流弁７４の開度が高いほど、流路３０ｆに供給される冷媒の乾き度が高くなる。乾き度が高いほど、冷媒の抜熱能力は低くなる。

【0043】

上部電極３０の中には、ヒータ７５（抵抗発熱素子）が更に設けられていてもよい。ヒータ７５によって上部電極３０を加熱することにより、上部電極３０の温度を高い温度に設定することができる。また、分流弁７４を開いて冷媒の抜熱能力を低下させ、且つ、ヒータ７５によって上部電極３０を加熱することにより、上部電極３０の温度を短時間で上昇させることが可能である。

【0044】

プラズマ処理装置１は、温度センサ７９を更に備え得る。温度センサ７９は、上部電極３０（例えば天板３４）の温度を測定するように構成されている。温度センサ７９のセンサ部は、上部電極３０（例えば天板３４）内に設けられていてもよい。チラーユニット７０及びヒータ７５は、温度センサ７９によって測定された温度に応じて、上部電極３０の温度を指定された温度に設定するように制御される。

【0045】

さらに、プラズマ処理装置１は、上部電極３０においてバイアス電圧を生じさせることが可能であるように構成されている。図３に示すように、上部電極３０（支持体３６）には、電源７６が接続されている。天板３４がシリコンといった導電体から形成されている場合には、電源７６は、直流電源又は高周波電源である。天板３４が酸化シリコンといった絶縁体から形成されている場合には、電源７６は、高周波電源である。電源７６は、高周波電源である場合には、整合器７７を介して上部電極３０（支持体３６）に接続されている。整合器７７は、電源７６の出力インピーダンスと電源７６の負荷側（上部電極３０側）のインピーダンス場合とを整合させるための回路を含んでいる。

【0046】

電源７６が直流電源である場合には、電流センサ７８が電源７６に接続されていてもよい。或いは、電源７６は、電流センサ７８を内蔵していてもよい。電流センサ７８は、上部電極３０に流れる電流を測定するように構成されている。

【0047】

プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備え得る。制御部８０は、プロセッサ、メモリといった記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部８０は、プラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部８０では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部８０では、表示装置により、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部８０の記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、プラズマ処理装置１で各種処理を実行するために、制御部８０のプロセッサによって実行される。制御部８０のプロセッサが、制御プログラムを実行し、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１の各部を制御することにより、方法ＭＴがプラズマ処理装置１で実行される。

【0048】

再び図１を参照する。以下、方法ＭＴがプラズマ処理装置１を用いて実行される場合を例として、方法ＭＴについて説明する。また、以下の説明では、図１に加えて図５を参照する。図５は、図１に示す方法の実行後の状態における一例の基板の一部拡大断面図である。

【0049】

方法ＭＴは、基板Ｗが支持台１４上に載置された状態で実行される。図１に示すように、方法ＭＴでは、工程ＳＴ１が実行される。工程ＳＴ１では、上部電極３０が冷却される。具体的には、冷媒がチラーユニット７０から上部電極３０の流路３０ｆに供給される。上部電極３０は、例えば５０℃以下の温度に冷却される。

【0050】

工程ＳＴ２では、基板Ｗの膜ＳＦがエッチングされる。工程ＳＴ２は、工程ＳＴ１の実行中に実行される。即ち、上部電極３０の冷却の実行中に、膜ＳＦがエッチングされる。工程ＳＴ２において、膜ＳＦは、チャンバ１０内で生成されたプラズマによりエッチングされる。

【0051】

具体的に、工程ＳＴ２では、処理ガスが内部空間１０ｓに供給される。処理ガスは、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択された一つ以上のガスソースから供給される。処理ガスは、膜ＳＦをエッチングするためのガスである。工程ＳＴ２では、内部空間１０ｓにおける圧力が指定された圧力に設定されるよう、排気装置５０が制御される。工程ＳＴ２では、支持台１４の温度が指定された温度に設定されるよう、チラーユニット２２が制御される。工程ＳＴ２では、処理ガスのプラズマの生成のために、第１の高周波電力が供給される。工程ＳＴ２では、第２の高周波電力が更に供給されてもよい。

【0052】

一実施形態において、膜ＳＦは、上述したように、シリコンを含有する。この実施形態の工程ＳＴ２では、処理ガスは、炭素、水素、及びフッ素を含む。処理ガスは、例えば、一つ以上の水素含有ガス及び一つ以上のフッ素含有ガスの混合ガスであり得る。処理ガスは、水素含有ガスとして、水素ガス（Ｈ_２ガス）を含み得る。処理ガスは、一つ以上のフッ素含有ガスとして、ハイドロフルオロカーボンガス、フルオロカーボンガス、三フッ化窒素ガス、及び六フッ化硫黄ガスのうち一つ以上のガスを含み得る。処理ガスは、炭素含有ガスとして、炭化水素ガスを更に含んでいてもよい。

【0053】

工程ＳＴ２では、処理ガスのプラズマからのイオン及び／又はラジカルといった化学種により膜ＳＦがエッチングされる。工程ＳＴ２の実行によって、マスクＭＫのパターンが膜ＳＦに転写される。即ち、工程ＳＴ２の実行によって、図５に示すように、一つ以上の開口ＯＭに連続する開口ＯＰが膜ＳＦに形成される。工程ＳＴ２の実行中には、エッチングの副生成物が発生し、内部空間１０ｓを画成する壁面に付着し、堆積物を形成する。堆積物は、上部電極３０の天板３４にも付着する。

【0054】

方法ＭＴでは、上部電極３０の天板３４上の堆積物の量を減少させるか、上部電極３０の天板３４から堆積物を除去するために、工程ＳＴ２の実行中に工程ＳＴ３が実行される。即ち、工程ＳＴ３は、工程ＳＴ１の実行中に実行される。工程ＳＴ３では、上部電極３０において負極性のバイアス電圧を生じさせる。

【0055】

電源７６が直流電源である場合には、工程ＳＴ３において、負極性の直流電圧が電源７６から上部電極３０に印加される。電源７６が高周波電源である場合には、工程ＳＴ３において、負極性のバイアス電圧（自己バイアス電圧Ｖｄｃ）を上部電極３０において生じさせるために、高周波電力が電源７６から上部電極３０に供給される。

【0056】

方法ＭＴでは、膜ＳＦのエッチングの実行中（工程ＳＴ２の実行中）に、工程ＳＴ３が実行される。したがって、工程ＳＴ２の実行中に、負極性のバイアス電圧が上部電極３０において生じ、プラズマ中の正イオンが上部電極３０に向けて加速される。また、工程ＳＴ２の実行中には、上部電極３０が冷却されている。したがって、堆積物をエッチングし得る化学種の量が上部電極３０の周囲で増加して、上部電極３０に付着した堆積物が効率的にエッチングされる。故に、方法ＭＴによれば、上部電極３０に付着した堆積物の量が低減されるか、上部電極３０から堆積物が除去される。

【0057】

図６は、上部電極の温度が比較的高い場合の上部電極上の堆積物の除去に関連する化学種の反応の例を示す図である。図７は、上部電極の温度が比較的低い場合の上部電極上の堆積物の除去に関連する化学種の反応の例を示す図である。図６及び図７において、円で囲まれた「Ｓｉ」は、シリコンを表している。図６及び図７において、円で囲まれた「Ｃ」は、炭素を表している。図６及び図７において、円で囲まれた「Ｆ」は、フッ素を表している。図６及び図７において、円で囲まれた「Ｈ」は、水素化合物を表している。図６及び図７において、円で囲まれた「＋」は、正イオンを表している。以下、図６及び図７を参照しつつ、上部電極３０の天板３４がシリコンを含んでおり、工程ＳＴ２で用いられる処理ガスが、水素、フッ素、及び炭素を含んでいる場合について考察する。

【0058】

工程ＳＴ２で用いられる処理ガスが、水素、フッ素、及び炭素を含んでいる場合には、図６及び図７に示すように、炭素及びフッ素を含む化学種が、上部電極３０の天板３４に付着して堆積物を形成する。上部電極３０において負極性のバイアス電圧が生じている状態では、図６及び図７に示すように、正イオンがプラズマから上部電極３０に引き付けられる。上部電極３０に引き付けられた正イオンのエネルギーにより、天板３４のシリコンと堆積物中のフッ素とが反応し、フッ化シリコンが生成される。生成されたフッ化シリコンは、上部電極３０から離れるように排気される。その結果、堆積物中のフッ素の量が減少する。

【0059】

上部電極３０の温度が比較的高い場合には、水素化合物の運動エネルギーが高く、上部電極３０及び／又は堆積物に付着する水素化合物の量が少なくなる。その結果、図６に示すように、堆積物中の炭素は、天板３４の表面上に残される。一方、上部電極３０が工程ＳＴ１によって冷却されている状態では、水素化合物の運動エネルギーが低下し、上部電極３０及び／又は堆積物に付着する水素化合物の量が多くなる。そして、上部電極３０に引き付けられた正イオンのエネルギーにより、図７に示すように、堆積物中の炭素と水素化合物又は当該水素化合物中の水素とが反応して、炭化水素が生成される。生成された炭化水素は、上部電極３０から離れるように排気される。その結果、堆積物中の炭素の量が減少する。したがって、上部電極３０を冷却し且つ上部電極３０において負極性のバイアス電圧を生じさせている状態で工程ＳＴ２を実行することにより、上部電極３０に付着した堆積物の量が低減されるか、上部電極３０から堆積物が除去される。

【0060】

図１を再び参照する。図１に示すように、方法ＭＴは、工程ＳＴ４を更に含んでいても良い。工程ＳＴ４は、工程ＳＴ３の実行中に実行される。工程ＳＴ４では、上部電極３０に流れる電流が測定される。上部電極３０に流れる電流は、電流センサ７８によって測定される。上部電極３０に付着している堆積物は、上部電極３０に流れる電流を減少させる。したがって、上部電極３０に流れる電流を測定することにより、上部電極３０に付着している堆積物の量を検出することが可能となる。

【0061】

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、方法ＭＴにおいて用いられるプラズマ処理装置は、容量結合型のプラズマ処理装置であり、上部電極において負極性のバイアス電圧を生じさせることができ、且つ、上部電極を冷却可能であれば、任意のプラズマ処理装置であってもよい。

【0062】

また、プラズマ処理装置１は、上部電極３０の代わりに、図８に示す上部電極３０Ａを備えていてもよい。図８は、図１に示すプラズマ処理方法の実行に用いることが可能なプラズマ処理装置の上部電極の一例を示す図である。上部電極３０Ａは、天板３４及び支持体３６Ａを有している。支持体３６Ａは、上部電極３０の支持体３６とは異なっている。即ち、上部電極３０Ａは、支持体の構造において上部電極３０と異なっている。

【0063】

支持体３６Ａには、支持体３６と同様に、ガス拡散室３６ａ及び複数のガス孔３６ｂが形成されている。支持体３６Ａには、流路３０ｆは形成されておらず、第１空間３０１及び第２空間３０２が形成されている。第１空間３０１は、第２空間３０２の上方で延在している。第１空間３０１及び第２空間３０２は、平面視においては略円形の平面形状を有している。第１空間３０１と第２空間３０２との間では、壁部３０３が延在している。壁部３０３は、水平方向に延在している。

【0064】

第１空間３０１は、入口３０ｉに接続されており、入口３０ｉは、チラーユニット７０の出力ポートに接続されている。入口３０ｉを提供する流路は、支持体３６内において第１空間３０１から上方に延びている。即ち、チラーユニット７０から出力された冷媒は、上方から第１空間３０１に供給される。

【0065】

第２空間３０２を画成する底面３０２ｂは、複数の突出部３０２ｐを提供している。複数の突出部３０２ｐの各々は、底面３０２ｂにおける周囲の領域から上方に突き出している。複数の突出部３０２ｐは、底面３０２ｂ内において二次元的に分散されている。壁部３０３には、複数の貫通孔３０３ｈが形成されている。複数の貫通孔３０３ｈの各々は、鉛直方向に延びており、第１空間３０１と第２空間３０２とを連通させている。複数の貫通孔３０３ｈの各々の下端は、複数の突出部３０２ｐのうち対応の突出部に対面している。チラーユニット７０から第１空間３０１に供給された冷媒は、複数の貫通孔３０３ｈを介して複数の突出部３０２ｐに向けて吐出されることにより、第２空間３０２に供給される。

【0066】

第２空間３０２は、出口３０ｅに接続されており、出口３０ｅは、チラーユニット７０の戻りポートに接続されている。出口３０ｅを提供する流路は、支持体３６内において第２空間３０２から上方に延びている。即ち、第２空間３０２において液化は、上方から冷媒が供給される。第２空間３０２に供給されて気化した冷媒は、第２空間３０２から上方に排出されて、チラーユニット７０に戻される。

【0067】

以下、方法ＭＴの評価のために行った実験について説明する。以下に説明する実験は本開示を限定するものではない。

【0068】

［第１の実験］

【0069】

第１の実験では、第１〜第３のサンプルを準備した。第１〜第３のサンプルの各々は、多結晶シリコン製の膜を有していた。第１の実験では、容量結合型プラズマ処理装置を用いた。第１の実験で用いたプラズマ処理装置は、上部電極３０を冷却する機能及び上部電極３０にバイアス電圧を生じさせる機能を有していない点を除いて、プラズマ処理装置１と同様の構成を有していた。第１の実験では、第１〜第３のサンプルの各々を支持台上に載置し、プラズマ処理装置の内部空間の中でプラズマ処理を行った。第１〜第３のサンプルに対するプラズマ処理では、フッ素化合物ガス、ＣＦ系ガス、及び水素含有ガスを含む混合ガスを処理ガスとして用いた。第１のサンプルに対するプラズマ処理では、下部電極の自己バイアス電圧を−１２６０Ｖに設定した。第２のサンプルに対するプラズマ処理では、下部電極の自己バイアス電圧を−１７７０Ｖに設定した。第３のサンプルに対するプラズマ処理では、下部電極の自己バイアス電圧を−１８３５Ｖに設定した。自己バイアス電圧は、第２の高周波電力の電力レベルを調整することにより、設定した。以下、第１〜第３のサンプルの各々に対するプラズマ処理の他の条件を示す。

【0070】

＜第１〜第３のサンプルの各々に対するプラズマ処理の条件＞
・支持台の温度：１５℃
・チャンバの内部空間における圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）
・第１の高周波電力：４０ＭＨｚ、１０００Ｗ
・第２の高周波電力：４００ｋＨｚ

【0071】

第１のサンプルのプラズマ処理の結果、膜はエッチングされず、膜上に堆積物が形成されていた。第２のサンプルのプラズマ処理の結果、膜はエッチングされず、膜上に堆積物が形成されていたが、膜上の堆積物の量は、第１のサンプルの膜上に形成された堆積物の量よりも少なかった。第３のサンプルに対するプラズマ処理の結果、膜上に堆積物は生成されておらず、膜がエッチングされていた。第１の実験の結果から、その上に堆積物が形成された物体に与えられる負極性のバイアス電圧を調整することにより、堆積物の量を低減させることができることが確認された。したがって、プラズマ処理（プラズマエッチング）中に上部電極において負極性のバイアス電圧を生じさせることにより、上部電極上に堆積する堆積物の量を低減させることが可能であると推測された。

【0072】

［第２の実験］

【0073】

第２実験では、第４〜第８のサンプルを準備した。第４〜第８のサンプルの各々は、多結晶シリコン製の膜を有していた。第２の実験では、第１の実験で用いたプラズマ処理装置と同じプラズマ処理装置を用いた。第２の実験では、第４〜第８のサンプルの各々を支持台上に載置して、プラズマ処理を行った。第４〜第８のサンプルに対するプラズマ処理では、第１の実験における処理ガスと同じ処理ガスを用いた。第４〜第８のサンプルの各々に対するプラズマ処理では、下部電極における自己バイアス電圧の絶対値を低く設定するために、第２の高周波電力を利用しなかった。第２の実験のプラズマ処理の実行中に、第４〜第８のサンプルの温度を、５０℃、２５℃、１５℃、０℃、−３７℃に設定した。以下、第４〜第８のサンプルの各々に対するプラズマ処理の他の条件を示す。

【0074】

＜第４〜第８のサンプルの各々に対するプラズマ処理の条件＞
・チャンバの内部空間における圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）
・第１の高周波電力：４０ＭＨｚ、１５００Ｗ

【0075】

第２実験のプラズマ処理の結果、第４のサンプル及び第５のサンプルの上には堆積物が形成されていた。第２実験のプラズマ処理の結果、第６のサンプルの表面上には部分的に堆積物が形成されていた。第２実験のプラズマ処理の結果、第７のサンプル及び第８のサンプルの上には堆積物が形成されていなかった。第２の実験の結果から、物体における自己バイアス電圧の絶対値が低くても、当該物体の温度を低く設定することにより、当該物体上の堆積物の量を低減させることが可能であることが確認された。したがって、プラズマエッチング中に上部電極を冷却することにより、上部電極に付着した堆積物の量を低減させることが可能であると推測される。また、第１及び第２の実験の結果から、膜のプラズマエッチング中に上部電極を冷却し且つ上部電極において負極性のバイアス電圧を生じさせることにより、上部電極上に形成される堆積物の量をより効率的に低減させることが可能であることが確認された。

【0076】

［第３の実験］

【0077】

第３の実験では、プラズマ処理装置１を用いてプラズマ処理を行った。第３の実験におけるプラズマ処理では、第１の実験における処理ガスと同じ処理ガスを用いた。第３の実験では、支持台１４上にサンプルを載置して、上部電極３０の温度に関する五つの条件下でプラズマ処理（プラズマエッチング）を行った。即ち、五つの条件下における上部電極３０の温度はそれぞれ、−５０℃、−１０℃、５０℃、１００℃、１５０℃であった。以下、第３の実験におけるプラズマ処理の他の条件を示す。

【0078】

＜第３の実験におけるプラズマ処理の条件＞
・チャンバの内部空間における圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）
・第１の高周波電力：４０ＭＨｚ、４５００Ｗ
・第２の高周波電力：４００ｋＨｚ，７ｋＷ
・上部電極３０に印加した直流電圧：−１２００Ｖ

【0079】

第３の実験の結果、上部電極３０の温度が１５０℃である場合に、上部電極３０上に堆積物が形成されていた。上部電極３０の温度が１００℃である場合には、上部電極３０の表面上に部分的に堆積物が形成されていた。上部電極３０の温度が５０℃、−１０℃、−５０℃である場合には、上部電極３０上には堆積物は形成されなかった。したがって、膜のプラズマエッチング中に上部電極３０を冷却し且つ上部電極３０において負極性のバイアス電圧を生じさせることにより、上部電極３０に付着した堆積物の量を低減させるか、上部電極３０から堆積物を除去可能であることが確認された。

【符号の説明】

【0080】

１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１４…支持台、１８…下部電極、３０…上部電極、Ｗ…基板、ＳＦ…膜。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】