特許 7529412 プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置

(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】

(24)【登録日】2024-07-29

(45)【発行日】2024-08-06

(54)【発明の名称】プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20240730BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101H

H01L21/302 101B

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020029071

(22)【出願日】2020-02-25

(65)【公開番号】P2021136255

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-11-11

(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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中谷 理子

(72)【発明者】

【氏名】箕浦 佑也

(72)【発明者】

【氏名】後平 拓

【審査官】河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１３３４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２２９６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１７２９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１６５０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１８８２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７６５１５（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】

基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、
チャンバ内において炭素および水素を含有する第１のガスをプラズマ化することにより、前記チャンバ内の部品の表面を２０［ｎｍ］以上の厚さの導電性を有する膜でコーティングする工程と、
前記チャンバ内の支持部上に基板を配置する工程であり、前記支持部は下部電極を含む、工程と、
前記チャンバ内の部品の表面が前記導電性を有する膜でコーティングされた状態で、前記下部電極にプラズマ生成用の第１のＲＦ電力を供給し、前記チャンバ内において第２のガスをプラズマ化することにより、前記基板を処理する工程と、
前記処理する工程の後に、前記チャンバ内において酸素を含有する第３のガスをプラズマ化することにより、前記導電性を有する膜を除去する工程と
を含み、
前記除去する工程が実行された後、前記コーティングする工程が再び実行された後、前記処理する工程が実行されるプラズマ処理方法。

【請求項2】

前記第１のガスは、
ハイドロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、フルオロカーボンガスと水素を含有する第１の水素含有ガスとの混合ガス、または、ハイドロフルオロカーボンガスと前記第１の水素含有ガスとの混合ガスを含む請求項１に記載のプラズマ処理方法。

【請求項3】

前記第１の水素含有ガスは、水素ガス、ハイドロカーボンガス、または、ハイドロフルオロカーボンガスを含む請求項２に記載のプラズマ処理方法。

【請求項4】

前記第２のガスには、フルオロカーボンガスが含まれる請求項１から３のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項5】

前記第２のガスには、Ｃ₄Ｆ₆ガス、Ｃ₄Ｆ₈ガス、およびＣ₅Ｆ₈ガスのうち、少なくとも１つが含まれる請求項４に記載のプラズマ処理方法。

【請求項6】

前記第２のガスには、水素を含有する第２の水素含有ガスが含まれる請求項４または５に記載のプラズマ処理方法。

【請求項7】

前記第２の水素含有ガスは、水素ガス、ハイドロカーボンガス、または、ハイドロフルオロカーボンガスを含む請求項６に記載のプラズマ処理方法。

【請求項8】

前記コーティングする工程の前に、前記チャンバ内においてクリーニングガスをプラズマ化することにより、前記チャンバ内の部品の表面をクリーニングする工程をさらに含む請求項１から７のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項9】

前記クリーニングする工程の前に、前記チャンバにダミーウェハを搬入する工程と、
前記クリーニングする工程の後に、前記チャンバから前記ダミーウェハを搬出する工程をさらに含む請求項８に記載のプラズマ処理方法。

【請求項10】

チャンバと、
前記チャンバ内で基板を支持するための支持部であって、下部電極を含む、支持部と、
前記下部電極に対向して配置される上部電極と、
前記第１のＲＦ電力を供給するように構成された第１のＲＦ生成部と、
前記プラズマ中のイオンを前記基板に引き込むための第２のＲＦ電力を供給するように構成された第２のＲＦ生成部と
を備えるプラズマ処理装置を用いて実行される、請求項１から９のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項11】

前記コーティングする工程は、前記下部電極に前記第１のＲＦ電力及び前記第２のＲＦ電力を供給することを含む、請求項１０に記載のプラズマ処理方法。

【請求項12】

チャンバと、
前記チャンバ内で基板を支持するための支持部であって、下部電極を含む、支持部と、
前記下部電極に対向して配置される上部電極と、
前記第１のＲＦ電力を供給するように構成された第１のＲＦ生成部と、
前記プラズマ中のイオンを前記基板に引き込むためのＤＣパルスを生成するように構成されたＤＣパルス生成部と
を含むプラズマ処理装置を用いて実行される、請求項１から９のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項13】

前記コーティングする工程は、前記下部電極に前記第１のＲＦ電力及び前記ＤＣパルスを供給することを含む、請求項１２に記載のプラズマ処理方法。

【請求項14】

チャンバと、
前記チャンバ内で基板を支持するための支持部であって、下部電極を含む、支持部と、
前記下部電極に対向して配置される上部電極と、
プラズマ生成用の第１のＲＦ電力を生成する第１のＲＦ生成部と、
バイアス用の第２のＲＦ電力を生成する第２のＲＦ生成部又はバイアス用のＤＣパルスを生成するＤＣパルス生成部と、
制御部と、
を含み、
前記制御部は、
チャンバ内において炭素および水素を含有する第１のガスをプラズマ化することにより、前記チャンバ内の部品の表面を２０［ｎｍ］以上の厚さの導電性を有する膜でコーティングする工程と、
前記支持部上に前記基板を配置する工程と、
前記チャンバ内の部品の表面が前記導電性を有する膜でコーティングされた状態で、前記下部電極に前記第１のＲＦ電力を供給し、前記チャンバ内において第２のガスをプラズマ化することにより、前記基板を処理する工程と、
前記処理する工程の後に、前記チャンバ内において酸素を含有する第３のガスをプラズマ化することにより、前記導電性を有する膜を除去する工程と
を実行するように構成され、
前記除去する工程が実行された後、前記コーティングする工程が再び実行された後、前記処理する工程が実行される、プラズマ処理装置。

【請求項15】

チャンバと、
前記チャンバ内で基板を支持する支持部であって、下部電極を含む支持部と、
前記下部電極に対向して配置される上部電極と、
プラズマ生成用の第１のＲＦ電力を生成する第１のＲＦ生成部と、
バイアス用の第２のＲＦ電力を生成する第２のＲＦ生成部又はバイアス用のＤＣパルスを生成するＤＣパルス生成部と、
制御部と、
を含み、
前記制御部は、
チャンバ内において炭素および水素を含有する第１のガスをプラズマ化することにより、前記チャンバ内の部品の表面を導電性を有する膜でコーティングする工程と、
前記チャンバ内に前記基板を配置する工程と、
前記チャンバ内の部品の表面が前記導電性を有する膜でコーティングされた状態で、前記下部電極に前記第１のＲＦ電力を供給し、前記チャンバ内において第２のガスをプラズマ化することにより、前記基板を処理する工程と、
を実行するように構成される、プラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の種々の側面および実施形態は、プラズマ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

チャンバの内部で生成されたプラズマにより基板にエッチング等の処理を行う際、プラズマに含まれるイオンやラジカルがチャンバの内壁に衝突する。これにより、チャンバの内壁が削れたり浸食されたりしてダメージを受ける。チャンバの内壁をこのようなダメージから保護するために、プラズマ処理を行う前に、チャンバの内壁に保護膜を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－８６０４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、チャンバ内の部品の消耗を抑えつつ、プロセスの安定化を実現することができるプラズマ処理方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一側面は、基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、チャンバ内において炭素および水素を含有する第１のガスをプラズマ化することにより、チャンバ内の部品の表面を導電性を有する膜でコーティングする工程と、チャンバ内に基板を搬入する工程と、チャンバ内の部品の表面が導電性を有する膜でコーティングされた状態で、チャンバ内において第２のガスをプラズマ化することにより、基板を処理する工程とを含む。

【発明の効果】

【0006】

本開示の種々の側面および実施形態によれば、チャンバ内の部品の消耗を抑えつつ、プロセスの安定化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。

【図2】図２は、条件毎に形成される膜の特性の一例を示す図である。

【図3】図３は、膜の電圧電流特性の一例を示す図である。

【図4】図４は、膜の電圧電流特性の一例を示す図である。

【図5】図５は、膜の組成の一例を示す図である。

【図6】図６は、チャンバ内の各部に形成される保護膜の厚さの一例を示す図である。

【図7】図７は、プラズマ処理方法の一例を示すフローチャートである。

【図8】図８は、最初に実行されたエッチングにおけるＥ／Ｒを基準としたＥ／Ｒの変化の割合の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、プラズマ処理方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示されるプラズマ処理方法が限定されるものではない。

【0009】

ところで、チャンバ内には、チャンバ内で生成されるプラズマに対して、アノードやカソードとして機能する電極が存在する。このような電極は、プラズマとの間で電子のやり取りを行うため、プラズマとの間で導電性を有している必要がある。

【0010】

しかし、チャンバの内壁に形成された保護膜が絶縁性の膜であると、プラズマと電極との間の導電性が低下し、プラズマとの間で電子のやり取りが妨げられる。これにより、プラズマの状態が設計時の状態と異なることになる。そのため、プロセスが不安定になり、プロセスの結果と所望の結果との乖離が大きくなる場合がある。

【0011】

そこで、本開示は、チャンバ内の部品の消耗を抑えつつ、プロセスの安定化を実現することができる技術を提供する。

【0012】

［プラズマ処理装置１の構成］
図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置１の一例を示す概略断面図である。一実施形態において、プラズマ処理装置１は、チャンバ１０、ガス供給部２０、ＲＦ（Radio Frequency）電力供給部３０、排気システム４０、および制御部５０を含む。

【0013】

本実施形態において、チャンバ１０は、支持部１１および上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２を含む。支持部１１は、チャンバ１０内の処理空間１０ｓの下部領域に配置されている。上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２は、支持部１１の上方に配置されており、チャンバ１０の天板の一部として機能し得る。

【0014】

チャンバ１０は、例えば内壁の表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の部材によって形成されており、接地されている。チャンバ１０の内側壁には、デポシールド１００が着脱自在に設けられている。

【0015】

支持部１１は、処理空間１０ｓにおいて基板Ｗを支持するように構成されている。本実施形態において、支持部１１は、下部電極１１１、静電チャック１１２、およびエッジリング１１３を含む。静電チャック１１２は、下部電極１１１上に配置されており、静電チャック１１２の上面で基板Ｗを支持するように構成されている。エッジリング１１３は、下部電極１１１の周縁部上面において基板Ｗを囲むように配置されている。下部電極１１１の外周面には、筒状のリングシールド１０３が設けられている。リングシールド１０３に対向するチャンバ１０の内壁には、バッフル板側壁１０１が設けられている。リングシールド１０３とバッフル板側壁１０１との間には、バッフル板１０２が設けられている。

【0016】

静電チャック１１２内には、図示しないヒータが設けられている。また、下部電極１１１内には、図示しない流路が形成されており、図示しないチラーユニットによって温度制御された媒体が流路内を循環する。静電チャック１１２内のヒータと、下部電極１１１の流路内を循環する媒体によって、静電チャック１１２上に配置された基板Ｗの温度が制御される。本実施形態において、基板Ｗに対するエッチング等のプロセス時に、基板Ｗの温度は、例えば２０℃以下の温度に制御される。

【0017】

上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２は、ガス供給部２０からの１種類以上のガスを処理空間１０ｓ内に供給するように構成されている。本実施形態において、上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２は、ガス入口１２ａ、ガス拡散室１２ｂ、および複数のガス出口１２ｃを含む。ガス供給部２０とガス拡散室１２ｂとは、ガス入口１２ａを介して流体連通している。ガス拡散室１２ｂと処理空間１０ｓとは、複数のガス出口１２ｃを介して流体連通している。本実施形態において、上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２は、１種類以上のガスをガス入口１２ａからガス拡散室１２ｂおよび複数のガス出口１２ｃを介して処理空間１０ｓ内に供給するように構成されている。

【0018】

ガス供給部２０は、複数のガスソース２１ａ～２１ｄおよび複数の流量制御器２２ａ～２２ｄを含む。流量制御器２２ａ～２２ｄは、例えばマスフローコントローラまたは圧力制御式の流量制御器を含み得る。また、ガス供給部２０は、１以上の処理ガスの流量を変調またはパルス化する１以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

【0019】

本実施形態において、流量制御器２２ａは、ガスソース２１ａから供給された処理ガスの流量を制御し、流量が制御された処理ガスをガス入口１２ａに供給する。本実施形態において、処理ガスには、炭素を含有するガスが含まれる。炭素を含有するガスとしては、例えばフルオロカーボンガスを用いることができる。炭素を含有するガスには、例えば、Ｃ₄Ｆ₆ガス、Ｃ₄Ｆ₈ガス、およびＣ₅Ｆ₈ガスのうち、少なくとも１つが含まれてもよい。また、処理ガスには、水素を含有するガスが含まれてもよい。水素を含有するガスは、例えば水素ガスまたはハイドロカーボンガス等であってもよい。処理ガスは、第２のガスの一例である。

【0020】

流量制御器２２ｂは、ガスソース２１ｂから供給されたクリーニングガスの流量を制御し、流量が制御されたクリーニングガスをガス入口１２ａに供給する。本実施形態において、クリーニングガスは、例えば酸素ガスやオゾンガス等である。また、ＣＦ₄等を少量添加してもよい。クリーニングガスは、第３のガスの一例である。

【0021】

流量制御器２２ｃは、ガスソース２１ｃから供給されたハイドロカーボンガスの流量を制御し、流量が制御されたハイドロカーボンガスをガス入口１２ａに供給する。本実施形態において、ハイドロカーボンガスは、例えばメタン（ＣＨ₄）ガスである。

【0022】

流量制御器２２ｄは、ガスソース２１ｄから供給されたフルオロカーボンガスの流量を制御し、流量が制御されたフルオロカーボンガスをガス入口１２ａに供給する。本実施形態において、フルオロカーボンガスは、例えばオクタフルオロシクロブタン（Ｃ₄Ｆ₈）ガスである。ガスソース２１ｃから供給されたハイドロカーボンガスと、ガスソース２１ｄから供給されたフルオロカーボンガスとの混合ガスは、第１のガスの一例である。なお、第１のガスとしては、フルオロカーボンガスを含まないハイドロカーボンガスであってもよく、ハイドロカーボンガスを含まないフルオロカーボンガスと水素を含有するガスとの混合ガスであってもよい。水素を含有するガスは、例えば水素ガス等であってもよい。

【0023】

ＲＦ電力供給部３０は、ＲＦ電力、例えば１以上のＲＦ信号を、下部電極１１１、上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２、または、下部電極１１１および上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２の双方のような１以上の電極に供給するように構成されている。本実施形態において、ＲＦ電力供給部３０は、２つのＲＦ生成部３１ａ、３１ｂ、および２つの整合回路３２ａ、３２ｂを含む。本実施形態におけるＲＦ電力供給部３０は、第１のＲＦ信号を第１のＲＦ生成部３１ａから第１の整合回路３２ａを介して下部電極１１１に供給するように構成されている。ＲＦスペクトルは、３［Ｈｚ］～３０００［ＧＨｚ］の範囲の電磁スペクトルの一部を包含する。半導体プロセスのような電子材料プロセスに関して、プラズマ生成のために用いられるＲＦスペクトルの周波数は、好ましくは１００［ｋＨｚ］～３［ＧＨｚ］、より好ましくは２００［ｋＨｚ］～１５０［ＭＨｚ］の範囲内の周波数である。例えば、第１のＲＦ信号の周波数は、２７［ＭＨｚ］～１００［ＭＨｚ］の範囲内の周波数であってもよい。本実施形態において、下部電極１１１は、プラズマ生成用の第１のＲＦ信号が供給されるカソードとして機能する。一方、プラズマ生成用の第１のＲＦ信号に対して、上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２およびチャンバ１０の内壁は、下部電極１１１に対する対向電極であるアノードとして機能する。

【0024】

また、本実施形態におけるＲＦ電力供給部３０は、第２のＲＦ信号を第２のＲＦ生成部３１ｂから第２の整合回路３２ｂを介して下部電極１１１に供給するように構成されている。例えば、第２のＲＦ信号の周波数は、４００［ｋＨｚ］～１３．５６［ＭＨｚ］の範囲内の周波数であってもよい。代わりに、第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて、ＤＣ（Direct Current）パルス生成部を用いてもよい。

【0025】

さらに、図示は省略するが、ここでは他の実施形態が考慮される。例えば、代替実施形態のＲＦ電力供給部３０において、ＲＦ生成部が第１のＲＦ信号を下部電極１１１に供給し、他のＲＦ生成部が第２のＲＦ信号を下部電極１１１に供給するように構成されてもよい。更に他のＲＦ生成部が第３のＲＦ信号を上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２に供給するように構成されてもよい。加えて、他の代替実施形態において、ＤＣ電圧が上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２に印加されてもよい。また、さらに、種々の実施形態において、１以上のＲＦ信号（即ち、第１のＲＦ信号、第２のＲＦ信号等）の振幅がパルス化または変調されてもよい。振幅変調は、オン状態とオフ状態との間、あるいは、複数の異なるオン状態の間でＲＦ信号の振幅をパルス化することを含んでもよい。また、ＲＦ信号の位相整合が制御されてもよく、複数のＲＦ信号の振幅変調の位相整合は、同期化されてもよく、非同期であってもよい。

【0026】

排気システム４０は、例えばチャンバ１０の底部に設けられた排気口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力弁、ターボ分子ポンプ、粗引きポンプ、またはこれらの組み合わせのような真空ポンプを含んでもよい。

【0027】

本実施形態において、制御部５０は、ここで述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な指示を処理する。制御部５０は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。制御部５０は、例えばコンピュータ５１を含んでもよい。コンピュータ５１は、例えば、処理部（例えばＣＰＵ；Central Processing Unit）５１１、記憶部５１２、および通信インターフェイス５１３を含む。処理部５１１は、記憶部５１２に格納されたプログラムやレシピに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部５１２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、およびＳＳＤ（Solid State Drive）等のようなタイプのメモリからなるグループから選択される少なくとも１つのタイプのメモリを含んでもよい。通信インターフェイス５１３は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信を行う。

【0028】

［保護膜の選定］
図２は、条件毎に形成される膜の特性の一例を示す図である。図２に示された各条件（１）～（５）では、主に以下の条件でチャンバ１０内に生成されたプラズマを用いてシリコン基板上に形成された膜について、その特性が評価された。
圧力：１００［ｍＴｏｒｒ］
第１のＲＦ：１０００［Ｗ］
第２のＲＦ：２００［Ｗ］

【0029】

条件（１）では、メタン（ＣＨ₄）ガスを用いて膜が形成された。条件（１）で形成された膜では、シリコン基板におけるデポジションレート（Ｄ／Ｒ）は、１３０［ｎｍ／ｍｉｎ］であった。また、条件（１）で形成された膜では、堆積可能な膜厚は４００［ｎｍ］以下であった。また、条件（１）で形成された膜では、下記の条件でエッチングを行った場合のエッチングレート（Ｅ／Ｒ）は、１９［ｎｍ／ｍｉｎ］であった。Ｅ／Ｒが低いほど、エッチング耐性が高い保護膜といえる。
圧力：２５［ｍＴｏｒｒ］
第１のＲＦ：４５００［Ｗ］
第２のＲＦ：２００［Ｗ］
エッチングガス：Ｈ₂／Ｃ₄Ｆ₈／Ｏ₂
エッチング時間：１２０秒

【0030】

なお、条件（１）でチャンバ１０内の部品の表面に保護膜を形成した場合、保護膜の厚さの均一性が悪かった。条件（１）で形成される膜は、保護膜としては適さない。

【0031】

条件（２）では、オクタフルオロシクロブタン（Ｃ₄Ｆ₈）ガスを用いて膜が形成された。条件（２）で形成された膜では、シリコン基板におけるデポジションレート（Ｄ／Ｒ）は、２３３［ｎｍ／ｍｉｎ］であった。

【0032】

条件（３）では、ヘキサフルオロブタジエン（Ｃ₄Ｆ₆）ガスを用いて膜が形成された。条件（３）で形成された膜では、シリコン基板におけるデポジションレート（Ｄ／Ｒ）は、１０００［ｎｍ／ｍｉｎ］であった。また、条件（３）で形成された膜では、堆積可能な膜厚は２０００［ｎｍ］以上であった。しかし、条件（３）で形成された膜では、シリコン基板との間の密着性が悪く、膜が剥がれやすかった。なお、条件（３）で形成された膜のＥ／Ｒは、１０２［ｎｍ／ｍｉｎ］であった。

【0033】

条件（４）では、メタン（ＣＨ₄）ガスとヘキサフルオロブタジエン（Ｃ₄Ｆ₆）ガスとの混合ガスを用いて膜が形成された。条件（４）では、ＣＨ₄ガスに対するＣ₄Ｆ₆ガスの比率がＣＨ₄：Ｃ₄Ｆ₆＝１：９となる流量比で混合された。条件（４）で形成された膜では、シリコン基板におけるデポジションレート（Ｄ／Ｒ）は、１００４［ｎｍ／ｍｉｎ］であった。

【0034】

条件（５）では、メタン（ＣＨ₄）ガスとオクタフルオロシクロブタン（Ｃ₄Ｆ₈）ガスの混合ガスを用いて膜が形成された。条件（５）では、ＣＨ₄ガスに対するＣ₄Ｆ₈ガスの比率がＣＨ₄：Ｃ₄Ｆ₈＝１：３となる流量比で混合された。条件（５）で形成された膜では、シリコン基板におけるデポジションレート（Ｄ／Ｒ）は、５０６［ｎｍ／ｍｉｎ］であった。また、条件（５）で形成された膜では、堆積可能な膜厚は２０００［ｎｍ］以下であった。また、条件（５）で形成された膜のＥ／Ｒは、９１［ｎｍ／ｍｉｎ］であった。

【0035】

ここで、チャンバ１０内の部品の表面に保護膜を形成する場合、保護膜が形成される過程でチャンバ１０内の部品の表面がプラズマに晒される。そのため、チャンバ１０内の部品の表面がプラズマに晒される時間が長くなると、チャンバ１０内の部品の表面がダメージを受ける。そのため、短時間で所望の厚さの保護膜が形成されることが好ましい。短時間で所望の厚さの保護膜が形成されるためには、Ｄ／Ｒが高いことが好ましい。

【0036】

条件（５）で形成された膜は、他の条件で形成された膜と比べて、Ｄ／Ｒが比較的高く、Ｅ／Ｒも比較的低い。そのため、図２に例示された条件で形成された膜の中では、条件（５）で形成された膜が最も好ましい。

【0037】

［保護膜の最小膜厚］
チャンバ１０内の部品の表面に保護膜が形成されたとしても、保護膜が薄い場合には、プラズマに含まれるイオン等が保護膜を突き抜けてチャンバ１０内の部品の表面に達し、部品の表面にダメージを与える場合がある。そこで、最も小さい原子である水素をプラズマ化し、プラズマに含まれる水素イオンが保護膜に衝突した場合に、保護膜において水素イオンがどの程度の深さまで到達するかを調べた。

【0038】

実験では、保護膜と材質が似ているフォトレジスト（ＰＲ）膜が水素ガスのプラズマに晒された。チャンバ１０の内壁に対するプラズマのポテンシャルは、約１００［ｅＶ］と算出され、これは、第１のＲＦ信号のＶｐｐが２００［Ｖ］に相当する。

【0039】

この条件で、ＰＲ膜を水素ガスのプラズマに晒したところ、表面から約２０［ｎｍ］の深さまでのＰＲ膜がプラズマに含まれる水素イオンによって変質した。即ち、ＰＲ膜が２０［ｎｍ］以上の厚さであれば、水素ガスのプラズマに含まれる水素イオンがＰＲ膜を突き抜けることはない。従って、ＰＲ膜と材質が似ている保護膜は、チャンバ１０内の部品の表面に、２０［ｎｍ］以上の厚さで形成されることが好ましい。これにより、プラズマに含まれるイオン等によるチャンバ１０内の部品へのダメージを抑制することができる。

【0040】

［保護膜の導電性］
図３および図４は、膜の電圧電流特性の一例を示す図である。ＣＨ₄ガスとＣ₄Ｆ₈ガスの両方を用いて形成された膜の抵抗値は、およそ２×１０¹⁰［Ω］～２×１０¹¹［Ω］程度である。一方、ＣＨ₄ガスを用いずにＣ₄Ｆ₈ガスを用いて形成された膜の抵抗値は、およそ６×１０¹²［Ω］～１２×１０¹²［Ω］程度となっており、ＣＨ₄ガスとＣ₄Ｆ₈ガスの両方を用いて形成された膜の抵抗値よりも２桁以上大きい値となっている。なお、Ｃ₄Ｆ₈ガスを用いずにＣＨ₄ガスを用いて形成された膜の抵抗値は、およそ１×１０⁸［Ω］～２×１０⁸［Ω］程度となっており、ＣＨ₄ガスとＣ₄Ｆ₈ガスの両方を用いて形成された膜の抵抗値よりも２桁以上小さい値となっている。

【0041】

図３および図４を参照すると、ＣＨ₄ガスのように炭素と水素の両方を含有するガスを用いて形成された膜の抵抗値は、Ｃ₄Ｆ₈ガスのように水素を含有しないガスを用いて形成された膜の抵抗値よりも低くなっている。即ち、ＣＨ₄ガスのように炭素と水素の両方を含有するガスを用いて形成された膜は、導電性を示し、Ｃ₄Ｆ₈ガスのように水素を含有しないガスを用いて形成された膜は、絶縁性を示している。

【0042】

ここで、チャンバ１０内には、チャンバ１０内で生成されるプラズマに対して、アノードやカソードとして機能する電極が存在する。このような電極は、プラズマとの間で電子のやり取りを行うため、プラズマとの間で導電性を有している必要がある。

【0043】

しかし、チャンバ１０の内壁に形成された保護膜が絶縁性の膜であると、プラズマと電極との間の導電性が低下し、プラズマとの間で電子のやり取りが妨げられる。これにより、プラズマの状態が設計時の状態と異なることになる。そのため、プロセスが不安定になり、プロセスの結果と所望の結果との乖離が大きくなる場合がある。そこで、本実施形態では、プロセスの開始前に、チャンバ１０内の部品の表面に導電性を有する保護膜が形成される。これにより、チャンバ１０内の部品の消耗を抑えつつ、プロセスの安定化を実現することができる。

【0044】

［保護膜の組成］
図５は、膜の組成の一例を示す図であり、ＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy）にて膜に含まれる炭素の結合状態の観察を行った結果である。Ｃ₄Ｆ₈ガスのみを用いて形成された膜は－ＣＦ₂結合および－ＣＦ₃結合といったフッ素の比率が多い結合状態のピークが高いのに対して、ＣＨ₄ガスとＣ₄Ｆ₈ガスの両方を用いて形成された膜は、フッ素の比率が多い結合状態のピークは減少し、－ＣＦ結合、－Ｃ－ＣＦ_X結合といったフッ素の比率が少ない結合状態のピークが高くなる傾向あり、Ｃ₄Ｆ₈ガスに対するＣＨ₄ガスの比率が高くなるほど、よりフッ素の比率が少ない結合状態のピークが高くなる。

【0045】

これは、Ｃ₄Ｆ₈ガスのプラズマによって生成されるＣＦポリマーに含まれるフッ素（Ｆ）がＣＨ₄ガスのプラズマによって生成された水素（Ｈ）とスカベンジ反応して引き抜かれることのよって、フッ素含有率が低いＣＦポリマーとして膜が形成されたものと考えられる。このため、実施例ではＣ₄Ｆ₈ガスに対してＣＨ₄ガスを用いたが、フルオロカーボンガスに対して水素ガスやハイドロフルオロカーボンガスなど水素を含有するガスを用いるのであれば同様な効果が得られるものと考えられる。さらに、ＣＨ₄ガスの組成にはフッ素が含まれないため、ＣＨ₄ガスのみを用いて形成された膜には、フッ素が含まれず、－Ｃ－Ｃ結合のみである。

【0046】

また、フルオロカーボンガスの代わりにＣＨ₂Ｆ₂ガスのようなハイドロフルオロカーボンガスを用いた場合、ガスの中に含まれるフッ素は少なく、また水素が含まれる。そのため、水素を含有するガスを用いなくてもフッ素含有率が低いＣＦポリマーとして膜が形成されることが予想される。また、さらに水素を含有するガスを用いることによって、よりフッ素含有率が低いＣＦポリマーとして膜が形成されることが期待できる。

【0047】

一般的に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素原子を多く含むフッ素樹脂は誘電体であり導電性が非常に低いが、炭素のみからなるグラファイトは同位体であり非常に導電性が高い。このことからも、－Ｃ－ＣＦ_X結合やＣ－Ｃ結合の比率が高くなるＣＨ4ガスのように炭素と水素の両方を含有するガスを用いて形成された膜は、導電性を示し、－ＣＦ₂結合や－ＣＦ₃結合の比率が高くなるＣ₄Ｆ₈ガスのように水素を含有しないガスを用いて形成された膜は、絶縁性を示している傾向と一致する。

【0048】

［反応副生成物の堆積］
図６は、チャンバ１０内の各部に形成される保護膜の厚さの一例を示す図である。図６には、保護膜が形成されていない状態でエッチングが実行された場合、保護膜が形成されるプリコーティングが行われた場合、保護膜が形成された状態でエッチングが実行された場合のそれぞれの場合における各部の堆積物の厚さが示されている。

【0049】

エッチングでは、以下の条件Ａで生成されたプラズマにより、静電チャック１１２上に載置された基板Ｗがエッチングされ、その後に以下の条件Ｂで生成されたプラズマにより、静電チャック１１２上に載置された基板Ｗがさらにエッチングされた。
＜条件＞
圧力：２０［ｍＴｏｒｒ］
第１のＲＦ：５０００［Ｗ］
第２のＲＦ：９０００［Ｗ］
エッチングガス：Ｈ₂／Ｃ₄Ｆ₈／Ｏ₂
エッチング時間：１２００秒

【0050】

また、プリコーティングでは、以下の条件で生成されたプラズマにより、チャンバ１０内に保護膜が形成された。
圧力：１００［ｍＴｏｒｒ］
第１のＲＦ：１０００［Ｗ］
第２のＲＦ：２００［Ｗ］
エッチングガス：ＣＨ₄：Ｃ₄Ｆ₈＝１：２
エッチング時間：１８０秒

【0051】

図６を参照すると、エッジリング１１３では、保護膜が無い状態ではエッチング後に堆積物が残らなかったが、保護膜が形成された場合には、エッチング後に堆積物が残っており、保護膜として機能していると考えられる。

【0052】

また、リングシールド１０３、バッフル板１０２、バッフル板側壁１０１、およびデポシールド１００では、保護膜が無い状態でもエッチング後に堆積物が付着するが、保護膜が形成された場合には、エッチング後の堆積物の量が増加する傾向にある。そのため、リングシールド１０３、バッフル板１０２、バッフル板側壁１０１、およびデポシールド１００においても、エッチング前に保護膜を形成することにより、チャンバ１０内の部材が保護されていると考えられる。

【0053】

［プラズマ処理方法］
図７は、プラズマ処理方法の一例を示すフローチャートである。図７に例示されたプラズマ処理方法は、例えばプラズマ処理装置１の設置後に最初にエッチング等のプロセスが実行される場合や、プラズマ処理装置１のメンテナンス後にエッチング等のプロセスが実行される場合等の予め定められたタイミングで開始される。なお、図７に例示されたプラズマ処理方法は、例えば、処理部５１１が記憶部５１２に格納されたプログラム等を実行し、プラズマ処理装置１の各部を制御することにより実現される。

【0054】

まず、クリーニングが実行される（Ｓ１０）。ステップＳ１０は、除去する工程の一例である。ステップＳ１０では、まず図示しないゲートバルブが開けられ、図示しない搬送装置により、基板Ｗの代わりにダミーウェハがチャンバ１０内に搬入され、静電チャック１１２上に載置される。そして、チャンバ１０内にダミーウェハがある状態で、処理部５１１は、排気システム４０を制御してチャンバ１０内のガスを排気する。そして、処理部５１１は、流量制御器２２ｂを制御してチャンバ１０内に所望の流量のクリーニングガスを供給し、チャンバ１０内の圧力を調整する。そして、処理部５１１は、第１のＲＦ電力供給部３０ａを制御して第１のＲＦ信号を下部電極１１１に供給する。上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２から処理空間１０ｓにシャワー状に供給されたクリーニングガスは、第１のＲＦ電力供給部３０ａから下部電極１１１に供給された第１のＲＦ信号によりプラズマ化される。そして、プラズマに含まれるラジカル等によりチャンバ１０内の部品の表面に付着した異物が除去される。なお、クリーニングでは、第２のＲＦ電力供給部３０ｂから第２のＲＦ信号が下部電極１１１に供給されてもよい。また、チャンバ１０内にダミーウェハおよび基板Ｗが無い状態で、ステップＳ１０が実行されてもよい。

【0055】

次に、チャンバ１０内に保護膜を形成するプリコーティングが実行される（Ｓ１１）。ステップＳ１１は、コーティングする工程の一例である。ステップＳ１１では、引き続きチャンバ１０内に基板Ｗの代わりにダミーウェハがある状態で、処理部５１１は、排気システム４０を制御してチャンバ１０内のガスが排気する。そして、処理部５１１は、流量制御器２２ｃを制御してチャンバ１０内に所望の流量のＣＨ₄ガスを供給し、流量制御器２２ｄを制御してチャンバ１０内に所望の流量のＣ₄Ｆ₆ガスを供給し、チャンバ１０内の圧力を調整する。これにより、ＣＨ₄ガスおよびＣ₄Ｆ₆ガスを含むガスが、上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２から処理空間１０ｓ内に供給される。そして、処理部５１１は、第１のＲＦ電力供給部３０ａおよび第２のＲＦ電力供給部３０ｂを制御して第１のＲＦ信号および第２のＲＦ信号を下部電極１１１に供給する。上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２から処理空間１０ｓにシャワー状に供給されたガスは、第１のＲＦ電力供給部３０ａから下部電極１１１に供給された第１のＲＦ信号によりプラズマ化される。そして、プラズマに含まれるイオンやラジカル等によりチャンバ１０内の部品の表面に導電性を有する保護膜が形成される。また、第２のＲＦ電力供給部３０ｂから下部電極１１１に供給された第２のＲＦ信号により、基板Ｗにバイアスが印加されると同時にプラズマポテンシャルが増加する。プラズマポテンシャルが増加することによって、プラズマに含まれるイオンがチャンバ１０内の部品の表面に引き込まれ、チャンバ１０内の部品の表面上に形成された保護膜に含まれるフッ素がスパッタリング効果によって引き抜かれる。これにより、チャンバ１０内の部品の表面上に形成された保護膜は、炭素比率が高い状態となり、保護膜の導電性が高まるものと考えられる

【0056】

なお、静電チャック１１２上に保護膜が形成されない、もしくは少なくなる条件で処理できるのであれば、チャンバ１０内にダミーウェハおよび基板Ｗが無い状態で、ステップＳ１１が実行されてもよい。また、ステップＳ１１およびステップＳ１２においてダミーウェハが用いられた場合には、次のステップＳ１２が実行される前に、図示しないゲートバルブが開けられ、図示しない搬送装置により、チャンバ１０内からダミーウェハが搬出される。

【0057】

次に、エッチング等のプロセスが実行される（Ｓ１２）。ステップＳ１２は、処理する工程の一例である。ステップＳ１２では、図示しないゲートバルブが開けられ、図示しない搬送装置により、基板Ｗがチャンバ１０内に搬入され、静電チャック１１２上に載置される。そして、処理部５１１は、排気システム４０を制御してチャンバ１０内のガスが排気し、流量制御器２２ａを制御してチャンバ１０内に所望の流量の処理ガスを供給し、チャンバ１０内の圧力を調整する。そして、処理部５１１は、第１のＲＦ電力供給部３０ａおよび第２のＲＦ電力供給部３０ｂを制御して第１のＲＦ信号および第２のＲＦ信号を下部電極１１１に供給する。上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２から処理空間１０ｓにシャワー状に供給された処理ガスは、第１のＲＦ電力供給部３０ａから下部電極１１１に供給された第１のＲＦ信号によりプラズマ化される。そして、第２のＲＦ電力供給部３０ｂから下部電極１１１に供給された第２のＲＦ信号により、プラズマに含まれるイオン等が基板Ｗに引き込まれる。これにより、プラズマに含まれるイオンやラジカル等により、基板Ｗがエッチングされる。また、ステップＳ１１においてチャンバ１０内の部品の表面に形成された保護膜の上に反応副生成物が堆積する。また、エッチング等のプロセスの実行が終了すると、図示しないゲートバルブが開けられ、図示しない搬送装置により、チャンバ１０内から基板Ｗが搬出される。

【0058】

次に、処理部５１１は、予め定められた数の基板Ｗに対するプロセスが終了したか否かを判定する（Ｓ１３）。予め定められた数とは、例えば１であってもよく、２以上であってもよい。予め定められた数の基板Ｗに対するプロセスが終了していない場合（Ｓ１３：Ｎｏ）、処理部５１１は、再びステップＳ１０に示された処理を実行する。ステップＳ１０に示された処理が再び実行されることにより、ステップＳ１１において形成された保護膜と、ステップＳ１２において保護膜の上に堆積した反応副生成物とが除去される。保護膜と反応副生成物が除去された後、再びステップＳ１１およびステップＳ１２が実行され、基板Ｗに対するプロセスが継続される。

【0059】

なお、予め定められた数の基板Ｗに対するプロセス処理方法が終了した場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、プラズマ処理方法が終了する。また、図７には図示されていないが、プロセス処理方法を終了する前に、処理部５１１は、再びステップＳ１０と同様な条件によってクリーニングを実行してもよい。ステップＳ１０と同様な条件によって処理が再び実行されることにより、ステップＳ１１において形成された保護膜と、ステップＳ１２において保護膜の上に堆積した反応副生成物とが除去され、再びプロセス処理方法が実行されるまでの間、チャンバ１０内の部品の表面に保護膜や異物が取り除かれている状態であるため、保護膜や異物の剥離によるパーティクル発生が抑制される。

【0060】

［プロセスの安定性］
図８は、最初に実行されたエッチングにおけるＥ／Ｒを基準としたＥ／Ｒの変化の割合の一例を示す図である。

【0061】

チャンバ１０内の部品の表面に保護膜が形成されていない場合、エッチングが実行されると、プラズマによりチャンバ１０内の部品がダメージを受ける。これにより、チャンバ１０内の部品が消耗し、チャンバ１０内の環境が徐々に変化する。また、消耗した部品から発生したパーティクルが他の部品に付着し、電気的な特性を変化させる。そのため、最初に実行されたエッチングにおけるＥ／Ｒを基準とした場合、エッチングの累積時間が長くなるほどＥ／Ｒが徐々に変化してしまう。図７の例では、エッチングの累積時間が４００［ｍｉｎ］におけるＥ／Ｒは、最初に実行されたエッチングにおけるＥ／Ｒから４０％以上変化している。

【0062】

これに対しチャンバ１０内の部品の表面に保護膜が形成されている場合、エッチングが実行されても、チャンバ１０内の部品はプラズマによるダメージを受け難い。これにより、チャンバ１０内の部品の消耗が抑制され、チャンバ１０内の環境の変化が抑制される。また、チャンバ１０内の部品の消耗が抑制されるため、チャンバ１０内の部品から発生するパーティクルも抑制され、チャンバ１０内の部品の電気的な特性の変化が抑制される。そのため、最初に実行されたエッチングにおけるＥ／Ｒを基準とした場合、エッチングの累積時間が長くなってもＥ／Ｒの変化が抑制されている。図７の例では、エッチングの累積時間が４００［ｍｉｎ］において、Ｅ／Ｒの変化量は、最初に実行されたエッチングにおけるＥ／Ｒから６％程度に抑制されている。

【0063】

以上、一実施形態について説明した。上記したように、本実施形態におけるプラズマ処理方法は、基板Ｗをプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、チャンバ１０内において炭素および水素を含有する第１のガスをプラズマ化することにより、チャンバ１０内の部品の表面を導電性を有する保護膜でコーティングする工程と、チャンバ１０内に基板Ｗを搬入する工程と、チャンバ１０内の部品の表面が導電性を有する保護膜でコーティングされた状態で、チャンバ１０内において第２のガスをプラズマ化することにより、基板Ｗを処理する工程とを含む。これにより、チャンバ１０内の部品の消耗を抑えつつ、プロセスの安定化を実現することができる。

【0064】

また、上記した実施形態におけるコーティングする工程において、導電性を有する保護膜は、２０［ｎｍ］以上の厚さでチャンバ１０内の部品の表面に形成される。これにより、プラズマに含まれるイオン等によるチャンバ１０内の部品へのダメージを抑制することができる。

【0065】

また、上記した実施形態におけるプラズマ処理方法には、処理する工程の後に、チャンバ１０内において酸素を含有する第３のガスをプラズマ化することにより、導電性を有する保護膜を除去する工程をさらに含む。また、除去する工程が実行された後、コーティングする工程が再び実行され、その後に前記処理する工程が実行される。これにより、保護膜上に堆積した反応副生成物を除去することができると共に、ダメージを受けた保護膜を除去し、新たな保護膜をチャンバ１０内の部品の表面に形成することができる。

【0066】

また、上記した実施形態において、第１のガスは、ハイドロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボン、フルオロカーボンガスと水素を含有するガスとの混合ガス、または、ハイドロフルオロカーボンガスと水素を含有するガスとの混合ガスを含む。水素を含有するガスは、水素ガス、ハイドロカーボンガス、またはハイドロフルオロカーボンガスを含む。これにより、チャンバ１０内の部品の表面を導電性を有する保護膜でコーティングすることができる。

【0067】

また、上記した実施形態において、第２のガスには、フルオロカーボンガスが含まれる。第２のガスには、Ｃ₄Ｆ₆ガス、Ｃ₄Ｆ₈ガス、およびＣ₅Ｆ₈ガスのうち、少なくとも１つが含まれてもよい。また、第２のガスには、水素を含有するガスが含まれる。水素を含有するガスには、水素ガス、ハイドロカーボンガスまたはハイドロフルオロカーボンガスが含まれる。これにより、導電性を有する保護膜が形成されたチャンバ１０内の部品の表面に導電性の反応副生成物が堆積し、チャンバ１０内の環境の変化が抑制される。そのため、プロセスの安定化を実現することができる。

【0068】

［その他］
なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

【0069】

例えば、上記した各実施形態では、プラズマ源の一例として、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）を用いて処理を行うプラズマ処理装置１として説明したが、プラズマ源はこれに限られない。容量結合型プラズマ以外のプラズマ源としては、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ）、電子サイクロトン共鳴プラズマ（ＥＣＰ）、およびヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ）等が挙げられる。

【0070】

なお、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【符号の説明】

【0071】

Ｗ 基板
１ プラズマ処理装置
１０ チャンバ
１０ｅ 排気口
１０ｓ 処理空間
１１ 支持部
１００ デポシールド
１０１ バッフル板側壁
１０２ バッフル板
１０３ リングシールド
１１１ 下部電極
１１２ 静電チャック
１１３ エッジリング
１２ 上部電極シャワーヘッドアセンブリ
１２ａ ガス入口
１２ｂ ガス拡散室
１２ｃ ガス出口
２０ ガス供給部
２１ ガスソース
２２ 流量制御器
３０ ＲＦ電力供給部
３０ａ 第１のＲＦ電力供給部
３０ｂ 第２のＲＦ電力供給部
３１ａ 第１のＲＦ生成部
３１ｂ 第２のＲＦ生成部
３２ａ 第１の整合回路
３２ｂ 第２の整合回路
４０ 排気システム
５０ 制御部
５１ コンピュータ
５１１ 処理部
５１２ 記憶部
５１３ 通信インターフェイス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】