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JP5982223B2 - プラズマ処理方法、及びプラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理方法、及びプラズマ処理装置 Download PDF

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Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理方法、及びプラズマ処理装置に関するものである。
半導体の製造プロセスでは、薄膜の堆積又はエッチング等を目的としたプラズマ処理を実行するプラズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理装置としては、例えば薄膜の堆積処理を行うプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置や、エッチング処理を行うプラズマエッチング装置等が挙げられる。
プラズマ処理装置は、例えば、プラズマ処理空間を画成する処理容器、処理容器内に被処理基板を設置する試料台、及びプラズマ反応に必要な処理ガスを処理室内に導入するためのガス供給系などを備える。また、プラズマ処理装置は、処理室内の処理ガスをプラズマ化するため、マイクロ波、ＲＦ波などの電磁エネルギーを供給するプラズマ生成機構、及びバイアス電圧を試料台に印加し、試料台上に設置された被処理基板に向けてプラズマ中のイオンを加速するためのバイアス電圧印加機構などを備える。
ところで、プラズマ処理装置においては、デュアルダマシン配線用の絶縁膜が形成された被処理基板をエッチングする際に、絶縁膜にエッチングパターンが形成されるように、絶縁膜の表面に耐プラズマ性を有するマスク膜を形成することが知られている。この点、例えば特許文献１には、被処理基板の絶縁膜の表面にチタン含有物（例えばＴｉＮ）のマスク膜を形成し、マスク膜をプラズマ処理空間に対向させて処理容器内に配置し、マスク膜をマスクとして被処理基板をエッチングすることが開示されている。
特開２００６−２１６９６４号公報
しかしながら、従来技術では、被処理基板のエッチング特性が経時劣化する恐れがあるという問題がある。すなわち、従来技術では、ＴｉＮのマスク膜をマスクとして被処理基板をエッチングする場合に、エッチングパターンの開口部の絶縁膜のエッチングと同時にマスク膜自体がエッチングされる。このため、従来技術では、エッチングされたマスク膜から生じたチタン含有物などの付着物がプラズマ処理空間に対面する各種部材に累積的に付着してプラズマ処理空間内のプラズマ密度が変動し、その結果、被処理基板のエッチング特性が経時劣化する恐れがある。特に、複数ロットの被処理基板を処理すると、この経時劣化が顕著となる。
本発明の一側面に係るプラズマ処理方法は、プラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法である。プラズマ処理方法は、第１の工程と、第２の工程と、第３の工程を含む。第１の工程は、第１のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間に供給し、絶縁膜の表面にチタン含有物のマスク膜が形成された被処理基板を前記第１のフッ素含有ガスのプラズマを用いてエッチングする。第２の工程は、Ｏ２ガスを前記プラズマ処理空間に供給し、前記プラズマ処理空間に表面を対向させて配置された部材に対して前記第１の工程の後に付着したカーボン含有物を前記Ｏ２ガスのプラズマを用いて除去する。第３の工程は、窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスを前記プラズマ処理空間に供給し、前記部材に対して前記第１の工程の後に付着したチタン含有物を前記窒素含有ガス及び前記第２のフッ素含有ガスのプラズマを用いて除去する。
本発明の種々の側面及び実施形態によれば、被処理基板のエッチング特性の経時劣化を抑制することができるプラズマ処理方法、及びプラズマ処理装置が実現される。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 図２Ａは、一実施形態に係るプラズマ処理装置を用いてエッチングされる前のウェハの構成例を示す図である。 図２Ｂは、一実施形態に係るプラズマ処理装置を用いてエッチングされた後のウェハの構成例を示す図である。 図３Ａは、チタン含有物の除去に寄与する要素を選定する実験計画法を実行した結果を示す図である。 図３Ｂは、チタン含有物の除去に寄与する要素を選定する実験計画法を実行した結果を示す図である。 図３Ｃは、チタン含有物の除去に寄与する要素を選定する実験計画法を実行した結果を示す図である。 図３Ｄは、チタン含有物の除去に寄与する要素を選定する実験計画法を実行した結果を示す図である。 図４は、プラズマ処理空間に表面を対向させて配置された部材ごとのチタン含有物のエッチング量を示す図である。 図５Ａは、本実施形態のプラズマ処理のモデルを示す図である。 図５Ｂは、本実施形態のプラズマ処理のモデルを示す図である。 図５Ｃは、本実施形態のプラズマ処理のモデルを示す図である。 図６は、第１実施例のプラズマ処理のフローチャートを示す図である。 図７は、第２実施例のプラズマ処理のフローチャートを示す図である。 図８は、第３実施例のプラズマ処理のフローチャートを示す図である。 図９は、第４実施例のプラズマ処理のフローチャートを示す図である。 図１０Ａは、本実施形態のプラズマ処理方法による効果を説明するための図（その１）である。 図１０Ｂは、本実施形態のプラズマ処理方法による効果を説明するための図（その１）である。 図１１は、本実施形態のプラズマ処理方法による効果を説明するための図（その２）である。
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。
プラズマ処理方法は、第１のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間に供給し、絶縁膜の表面にチタン含有物のマスク膜が形成された被処理基板を第１のフッ素含有ガスのプラズマを用いてエッチングする第１の工程と、Ｏ２ガスをプラズマ処理空間に供給し、プラズマ処理空間に表面を対向させて配置された部材に対して第１の工程の後に付着したカーボン含有物をＯ２ガスのプラズマを用いて除去する第２の工程と、窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間に供給し、部材に対して第１の工程の後に付着したチタン含有物を窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスのプラズマを用いて除去する第３の工程とを含む。
プラズマ処理方法は、１つの実施形態において、第２の工程と第３の工程との間に、第３のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間に供給し、部材に対して第１の工程の後に付着したチタン含有物を第３のフッ素含有ガスのプラズマを用いて除去する第４の工程をさらに含む。
プラズマ処理方法は、１つの実施形態において、プラズマ処理装置が、第１の工程を実行した後に第２の工程及び第３の工程を少なくとも２回繰り返して実行する。
プラズマ処理方法は、１つの実施形態において、窒素含有ガスは、Ｎ２ガス及びＮＦ３ガスの少なくともいずれか一つであり、第２のフッ素含有ガスは、ＣＦ４ガス、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＨＦ３ガスの少なくともいずれか一つである。
プラズマ処理装置は、１つの実施形態において、絶縁膜の表面にチタン含有物のマスク膜が形成された被処理基板が配置されるプラズマ処理空間を画成する処理容器と、第１のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間に供給する第１のガス供給部と、Ｏ２ガスをプラズマ処理空間に供給する第２のガス供給部と、窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間に供給する第３のガス供給部と、第１のガス供給部から第１のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間に供給し、第１のフッ素含有ガスのプラズマを用いて被処理基板をエッチングする第１の工程と、第２のガス供給部からＯ２ガスをプラズマ処理空間に供給し、プラズマ処理空間に表面を対向させて配置された部材に対して第１の工程の後に付着したカーボン含有物をＯ２ガスのプラズマを用いて除去する第２の工程と、第３のガス供給部から窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間に供給し、部材に対して第１の工程の後に付着したチタン含有物を窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスのプラズマを用いて除去する第３の工程とを実行する制御部とを備える。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。図１に示すように、プラズマ処理装置１は、プラズマ処理を行うためのプラズマ処理空間Ｓを画成する略円筒状の処理容器１１を有している。処理容器１１は、接地線１２により電気的に接続されて接地されている。また、処理容器１１の表面は、プラズマ処理空間Ｓに対向している。すなわち、処理容器１１は、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて設けられている。
処理容器１１内には、被処理基板としてのウェハＷを保持するウェハチャック１０が設けられている。ウェハチャック１０によって保持されるウェハＷは、後述するウェハＷのマスク膜Ｄ２をプラズマ処理空間Ｓに対向させて配置される。ウェハチャック１０は、その下面を下部電極としてのサセプタ１３により支持されている。サセプタ１３は、例えばアルミニウム等の金属により略円盤状に形成されている。処理容器１１の底部には、絶縁板１４を介して支持台１５が設けられ、サセプタ１３はこの支持台１５の上面に支持されている。ウェハチャック１０の内部には電極（図示せず）が設けられており、当該電極に直流電圧を印加することにより生じる静電気力でウェハＷを吸着保持することができるように構成されている。
サセプタ１３の上面であってウェハチャック１０の外周部には、プラズマ処理の均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のフォーカスリング２０が設けられている。サセプタ１３、支持台１５及びフォーカスリング２０は、例えば石英からなる円筒部材２１によりその外側面が覆われている。また、フォーカスリング２０の表面は、プラズマ処理空間Ｓに対向している。すなわち、フォーカスリング２０は、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて設けられている。
支持台１５の内部には、冷媒が流れる冷媒路１５ａが例えば円環状に設けられており、当該冷媒路１５ａの供給する冷媒の温度を制御することにより、ウェハチャック１０で保持されるウェハＷの温度を制御することができる。また、ウェハチャック１０と当該ウェハチャック１０で保持されたウェハＷとの間に、伝熱ガスとして例えばヘリウムガスを供給する伝熱ガス管２２が、例えばサセプタ１３、支持台１５及び絶縁板１４を貫通して設けられている。
サセプタ１３には、当該サセプタ１３に高周波電力を供給してプラズマを生成するための第１の高周波電源３０が、第１の整合器３１を介して電気的に接続されている。第１の高周波電源３０は、例えば２７〜１００ＭＨｚの周波数、本実施の形態では例えば４０ＭＨｚの高周波電力を出力するように構成されている。第１の整合器３１は、第１の高周波電源３０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスをマッチングさせるものであり、処理容器１１内にプラズマが生成されているときに、第１の高周波電源３０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように作用する。
また、サセプタ１３には、当該サセプタ１３に高周波電力を供給してウェハＷにバイアスを印加することでウェハＷにイオンを引き込むための第２の高周波電源４０が、第２の整合器４１を介して電気的に接続されている。第２の高周波電源４０は、第１の高周波電源３０から出力される高周波電力の周波数よりも低い周波数である例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、本実施の形態では例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を出力するように構成されている。第２の整合器４１は、第１の整合器３１と同様に、第２の高周波電源４０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスをマッチングさせるものである。なお、以下では、第１の高周波電源３０から出力される高周波電力及び第２の高周波電源４０から出力される高周波電力を、それぞれ「高周波電力ＨＦ」及び「高周波電力ＬＦ」と呼ぶことがあるものとする。
これら第１の高周波電源３０、第１の整合器３１、第２の高周波電源４０、第２の整合器４１は、後述する制御部１５０に接続されており、これらの動作は制御部１５０により制御される。
下部電極であるサセプタ１３の上方には、上部電極４２がサセプタ１３に対向して平行に設けられている。上部電極４２は、導電性の支持部材５０を介して処理容器１１の上部に支持されている。したがって上部電極４２は、処理容器１１と同様に接地電位となっている。
上部電極４２は、ウェハチャック１０に保持されたウェハＷと対向面を形成する電極板５１と、当該電極板５１を上方から支持する電極支持体５２とにより構成されている。電極板５１には、処理容器１１の内部に処理ガスを供給する複数のガス供給口５３が電極板５１を貫通して形成されている。電極板５１には、例えばジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体により構成され、本実施の形態においては例えばシリコンが用いられる。また、電極板５１のウェハＷに対向する表面は、プラズマ処理空間Ｓに対向している。すなわち、電極板５１は、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて設けられている。
電極支持体５２は導電体により構成され、本実施の形態においては例えばアルミニウムが用いられる。電極支持体５２内部の中央部には、略円盤状に形成されたガス拡散室５４が設けられている。また、電極支持体５２の下部には、ガス拡散室５４から下方に伸びるガス孔５５が複数形成され、ガス供給口５３は当該ガス孔５５を介してガス拡散室５４に接続されている。
ガス拡散室５４には、ガス供給管７１が接続されている。ガス供給管７１には、図１に示すように処理ガス供給源７２が接続されており、処理ガス供給源７２から供給された処理ガスは、ガス供給管７１を介してガス拡散室５４に供給される。ガス拡散室５４に供給された処理ガスは、ガス孔５５とガス供給口５３を通じて処理容器１１内に導入される。すなわち、上部電極４２は、処理容器１１内に処理ガスを供給するシャワーヘッドとして機能する。
本実施形態における処理ガス供給源７２は、ガス供給部７２ａと、ガス供給部７２ｂと、ガス供給部７２ｃと、ガス供給部７２ｄとを有している。ガス供給部７２ａは、エッチング処理用のガスとして、第１のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓに供給する。第１のフッ素含有ガスは、例えばＣ４Ｆ８ガスである。ガス供給部７２ａは、第１のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓに供給する第１のガス供給部の一例である。
ガス供給部７２ｂは、エッチング処理の後の付着物除去処理用のガスとして、Ｏ２ガスをプラズマ処理空間Ｓに供給する。ガス供給部７２ｂは、Ｏ２ガスをプラズマ処理空間Ｓに供給する第２のガス供給部の一例である。
ガス供給部７２ｃは、エッチング処理の後の付着物除去処理用のガスとして、窒素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓに供給する。窒素含有ガスは、例えばＮ２ガス及びＮＦ３ガスの少なくともいずれか一つである。また、ガス供給部７２ｄは、エッチング処理の後の付着物除去処理用のガスとして、第２のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓに供給する。第２のフッ素含有ガスは、例えばＣＦ４ガス、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＨＦ３ガスの少なくともいずれか一つである。これらガス供給部７２ｃ及びガス供給部７２ｄは、窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓに供給する第３のガス供給部の一例である。
また、ガス供給部７２ｄは、エッチング処理の後の付着物除去処理用のガスとして、第３のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓに供給することもできる。第３のフッ素含有ガスは、ＣとＨとＦとを含むガスであり、例えばＣＨＦ３ガスである。
また、処理ガス供給源７２は、各ガス供給部７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄとガス拡散室５４との間にそれぞれ設けられたバルブ７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄと、流量調整機構７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄとを備えている。ガス拡散室５４に供給されるガスの流量は、流量調整機構７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄによって制御される。
処理容器１１の底部には、処理容器１１の内壁と円筒部材２１の外側面とによって、処理容器１１内の雰囲気を当該処理容器１１の外部へ排出するための流路として機能する排気流路８０が形成されている。処理容器１１の底面には排気口９０が設けられている。排気口９０の下方には、排気室９１が形成されており、当該排気室９１には排気管９２を介して排気装置９３が接続されている。したがって、排気装置９３を駆動することにより、排気流路８０及び排気口９０を介して処理容器１１内の雰囲気を排気し、処理容器内を所定の真空度まで減圧することができる。
また、プラズマ処理装置１には、制御部１５０が設けられている。制御部１５０は、例えばコンピュータであり、メモリ等の記憶装置であるプログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、各電源３０、４０や各整合器３１、４１及び流量調整機構７４などを制御して、プラズマ処理装置１を動作させるためのプログラムも格納されている。例えば、制御部１５０は、ガス供給部７２ａから第１のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓに供給し、第１のフッ素含有ガスのプラズマを用いてウェハＷをエッチングする制御を行う。また、例えば、制御部１５０は、ガス供給部７２ｂからＯ２ガスをプラズマ処理空間Ｓに供給し、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された部材（例えば処理容器１１、電極板５１及びフォーカスリング２０等）に対してウェハＷのエッチング後に付着したカーボン含有物をＯ２ガスのプラズマを用いて除去する制御を行う。また、例えば、制御部１５０は、ガス供給部７２ｃ及びガス供給部７２ｄそれぞれから窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓに供給し、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された部材に対してウェハＷのエッチング後に付着したチタン含有物を窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスのプラズマを用いて除去する制御を行う。
なお、上記のプログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御部１５０にインストールされたものであってもよい。
次に、プラズマ処理装置１を用いてエッチングされるウェハＷの構成例について説明する。図２Ａは、一実施形態に係るプラズマ処理装置を用いてエッチングされる前のウェハの構成例を示す図である。図２Ｂは、一実施形態に係るプラズマ処理装置を用いてエッチングされた後のウェハの構成例を示す図である。図２Ａに示すように、ウェハＷは、絶縁膜Ｄ１と、絶縁膜Ｄ１の表面に形成されたマスク膜Ｄ２とを有する。絶縁膜Ｄ１は、デュアルダマシン配線用の層間絶縁膜であり、第１の絶縁膜Ｄ１１、第２の絶縁膜Ｄ１２及び第３の絶縁膜Ｄ１３を有する。第１の絶縁膜Ｄ１１は、例えばＳｉＯＮにより形成される。第２の絶縁膜Ｄ１２は、比誘電率が所定値（例えば４．２）以下である低誘電率物質により形成される。第２の絶縁膜Ｄ１２は、例えば、ＳｉＯＣＨにより形成される。第３の絶縁膜Ｄ１３は、例えばＳｉＣＮにより形成される。
所定の開口部を有するエッチングパターンが形成されたマスク膜Ｄ２は、耐プラズマ性を有するチタン含有物により形成される。マスク膜Ｄ２は、例えば、ＴｉＮにより形成される。絶縁膜Ｄ１の表面にチタン含有物のマスク膜Ｄ２が形成されたウェハＷは、マスク膜Ｄ２をプラズマ処理空間Ｓに対向させて配置されている。
ところで、上述のようにプラズマ処理装置１では、絶縁膜Ｄ１の表面にチタン含有物（例えばＴｉＮ等）のマスク膜Ｄ２が形成されたウェハＷがマスク膜Ｄ２をプラズマ処理空間Ｓに対向させて配置されている。プラズマ処理装置１では、ＴｉＮのマスク膜Ｄ２（以下適宜「ＴｉＮ膜」という）をマスクとしてウェハＷをエッチングする場合に、プラズマによりエッチングパターンの開口部（マスク膜Ｄ２の開口部）がプラズマに曝され、例えば、図２Ｂのように絶縁膜Ｄ１（第１の絶縁膜Ｄ１１及び第２の絶縁膜Ｄ１２）がエッチングされる。このとき、絶縁膜Ｄ１に加えて図２Ｂの破線部のようにＴｉＮ膜自体がエッチングされる。ＴｉＮ膜自体がエッチングされると、絶縁膜Ｄ１から生じたカーボン含有物に加えてＴｉＮ膜から生じたチタン含有物が、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された部材（例えば処理容器１１、電極板５１及びフォーカスリング２０等）に対して付着する。プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された部材にチタン含有物が累積的に付着すると、プラズマ処理空間Ｓ内のプラズマ密度が変動し、その結果、ウェハＷのエッチング特性が経時劣化する恐れがある。
これらの点に鑑みて、本発明者らは、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された部材に対してウェハＷのエッチング後に付着したチタン含有物を効率良く除去する手法について鋭意研究を重ねた。その結果、本発明者らは、カーボン含有物をＯ２ガスのプラズマを用いて除去するとともに、チタン含有物を窒素含有ガス及びフッ素含有ガスのプラズマを用いて除去することにより、チタン含有物を効率良く除去することができるという知見を得た。以下、この知見について説明する。なお、以下の説明では、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された部材の一例として、上部電極４２の電極板５１を挙げて説明するが、これには限られない。本実施形態は、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された部材であれば、処理容器１１及びフォーカスリング２０等の他の部材に対しても同様に適用することができる。
図３Ａ〜図３Ｄは、チタン含有物の除去に寄与する要素を選定する実験計画法を実行した結果を示す図である。ここでは、上部電極４２に対して付着するチタン含有物の一例としてのＴｉＮ膜が形成されたウェハＷを複数のパラメータを振りつつエッチングする実験計画法を実行した結果が示されている。図３Ａ〜図３Ｄにおいて、横軸は、実験計画法を実行した場合の、チタン含有物の除去に寄与する各パラメータの値を示している。また、図３Ａ，図３Ｃにおいて、縦軸は、第１の高周波電源３０から高周波電力ＨＦが出力された場合のウェハＷのＶｐｐ（Ｖ）を示している。また、図３Ｂ，図３Ｄにおいて、縦軸は、第２の高周波電源４０から高周波電力ＬＦが出力された場合のウェハＷのＶｐｐ（Ｖ）を示している。なお、Ｖｐｐは、ウェハＷの表面における高周波電力の電圧値の最大値と最小値との差である。このＶｐｐは、高周波電力によるプラズマ密度と相関があることがわかっておりこのＶｐｐ（Ｖ）の変動がすなわちプラズマ密度の変動と言える。
図３Ａの枠１０２及び図３Ｂの枠１０４に示すように、プラズマ処理空間に供給されるＮ２ガスの流量を振った場合のＶｐｐの傾きが、他のパラメータを振った場合のＶｐｐの傾きよりも大きい。これは、Ｎ２ガスのプラズマがウェハＷ上に形成されたＴｉＮ膜の除去に寄与しているためであると考えられる。
一方、図３Ｃの枠１０６及び図３Ｄの枠１０８に示すように、プラズマ処理空間に供給されるＣＦ４ガス又はＣ４Ｆ８ガスの流量を振った場合のＶｐｐの傾きが、他のパラメータを振った場合のＶｐｐの傾きよりも大きい。これは、ＣＦ４ガス又はＣ４Ｆ８ガスのプラズマがウェハＷ上に形成されたＴｉＮ膜の除去に寄与しているためであると考えられる。これらの実験計画法の結果から、チタン含有物の除去に最も寄与する要素として、Ｎ２ガス等の窒素含有ガスと、ＣＦ４ガス又はＣ４Ｆ８ガス等のフッ素含有ガスとが選定された。
次に、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された部材に対してウェハＷのエッチング後に付着したチタン含有物を窒素含有ガス及びフッ素含有ガスのプラズマを用いてエッチングした場合の、部材ごとのチタン含有物のエッチング量について説明する。図４は、プラズマ処理空間に表面を対向させて配置された部材ごとのチタン含有物のエッチング量を示す図である。ここでは、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された部材に対してウェハＷのエッチング後に付着したチタン含有物を模擬した矩形状のＴｉＮチップ（２０ｍｍ×２０ｍｍ）を各部材上に配置し、ＴｉＮチップのエッチング量を計測した結果を示す。図４において、縦軸は、ＴｉＮチップのエッチング量[ｎｍ]を示している。また、図４において、横軸は、ＴｉＮチップが配置された各部材上の位置を示している。
図４において、グラフ２０２は、電極板５１の中央部に配置されたＴｉＮチップ（以下「電極板中央部チップ」という）をＯ２ガスのプラズマを用いてエッチングした場合の電極板中央部チップのエッチング量を示している。また、グラフ２０４は、Ｏ２ガスのプラズマを用いたエッチングの実行後に電極板中央部チップをＣＨＦ３ガスのプラズマを用いてエッチングした場合の電極板中央部チップのエッチング量を示している。また、グラフ２０６は、ＣＨＦ３ガスのプラズマを用いてエッチングの実行後に電極板中央部チップをＮ２ガス及びＣ４Ｆ８ガスのプラズマを用いてエッチングした場合の電極板中央部チップのエッチング量を示している。
また、図４において、グラフ２１２は、電極板５１の周縁部に配置されたＴｉＮチップ（以下「電極板周縁部チップ」という）をＯ２ガスのプラズマを用いてエッチングした場合のＴｉＮチップのエッチング量を示している。また、グラフ２１４は、Ｏ２ガスのプラズマを用いたエッチングの実行後に、電極板周縁部チップをＣＨＦ３ガスのプラズマを用いてエッチングした場合の電極板周縁部チップのエッチング量を示している。また、グラフ２１６は、ＣＨＦ３ガスのプラズマを用いてエッチングの実行後に、電極板周縁部チップをＮ２ガス及びＣ４Ｆ８ガスのプラズマを用いてエッチングした場合の電極板周縁部チップのエッチング量を示している。
また、図４において、グラフ２２２は、フォーカスリング２０に配置されたＴｉＮチップ（以下「フォーカスリングチップ」という）をＯ２ガスのプラズマを用いてエッチングした場合のフォーカスリングチップのエッチング量を示している。また、グラフ２２４は、Ｏ２ガスのプラズマを用いたエッチングの実行後に、フォーカスリングチップをＣＨＦ３ガスのプラズマを用いてエッチングした場合のフォーカスリングチップのエッチング量を示している。また、グラフ２２６は、ＣＨＦ３ガスのプラズマを用いたエッチングの実行後に、フォーカスリングチップをＮ２ガス及びＣ４Ｆ８ガスのプラズマを用いてエッチングした場合のフォーカスリングチップのエッチング量を示している。
グラフ２０２と、グラフ２０４，２０６とを比較すると、電極板中央部チップをＮ２ガス及びＣ４Ｆ８ガスのプラズマを用いてエッチングした場合の電極板中央部チップのエッチング量が最も大きい。また、グラフ２１２と、グラフ２１４，２１６とを比較すると、電極板周縁部チップをＮ２ガス及びＣ４Ｆ８ガスのプラズマを用いてエッチングした場合のグラフ２１６の電極板周縁部チップのエッチング量が最も大きい。また、グラフ２２２と、グラフ２２４，２２６とを比較すると、フォーカスリングチップをＮ２ガス及びＣ４Ｆ８ガスのプラズマを用いてエッチングした場合のフォーカスリングチップのエッチング量が最も大きい。これは、電極板５１又はフォーカスリング２０に付着したチタン含有物とＮ２ガス及びＣ４Ｆ８ガスのプラズマとが化学的に反応してＴｉ（ＮＦ３）等の錯体ガスが発生し、結果として、電極板５１又はフォーカスリング２０に付着したチタン含有物が除去されたためであると考えられる。
次に、本実施形態のプラズマ処理のモデルについて説明する。図５Ａ〜図５Ｃは、本実施形態のプラズマ処理のモデルを示す図である。図５Ａ〜図５Ｃにおいて、分子モデル群５１０は、ウェハＷがエッチングされた後に電極板５１に付着したカーボン含有物に含まれる炭素のモデルを示している。また、図５Ａ〜図５Ｃにおいて、分子モデル群５２０は、ウェハＷがエッチングされた後に電極板５１に付着したチタン含有物（例えばＴｉＦ４、ＴｉＮ、ＴｉＯ２及びＴｉ等）に含まれるチタンのモデルを示している。また、図５Ａ〜図５Ｃにおいて、分子モデル群５３０は、ウェハＷがエッチングされた後に電極板５１に付着したチタン含有物（例えばＴｉＦ４等）に含まれるフッ素のモデルを示している。また、図５Ａ〜図５Ｃにおいて、分子モデル群５４０は、ウェハＷがエッチングされた後に電極板５１に付着したチタン含有物（例えばＴｉＮ等）に含まれる窒素のモデルを示している。また、図５Ｂにおいて、分子モデル群５５０は、酸素のモデルを示している。
本実施形態のプラズマ処理は、まず、第１のフッ素含有ガス（例えばＣ４Ｆ８ガス）をプラズマ処理空間Ｓに供給し、第１のフッ素含有ガスのプラズマを用いてウェハＷをエッチングする第１の工程を実行する。これにより、図５Ａに示すように、電極板５１の表面には、エッチングされたウェハＷの絶縁膜から生じたカーボン含有物（分子モデル群５１０）が付着するとともに、エッチングされたウェハＷのマスク膜から生じたチタン含有物（分子モデル群５２０、分子モデル群５３０及び分子モデル群５４０）が付着する。このため、第１の工程は、「エッチング工程」ということができる。
本実施形態のプラズマ処理は、Ｏ２ガスをプラズマ処理空間Ｓに供給し、電極板５１に対して上記の第１の工程の後に付着したカーボン含有物をＯ２ガスのプラズマを用いて除去する第２の工程を実行する。これにより、図５Ｂに示すように、電極板５１の表面におけるカーボン含有物とＯ２ガスのプラズマとが化学的に反応してＣＯやＣＯ２となり、電極板５１の表面からカーボン含有物が除去され、電極板５１の表面におけるチタン含有物が露出される。このため、第２の工程は、「カーボン含有物除去工程」ということができる。
本実施形態のプラズマ処理は、窒素含有ガス（例えばＮ２ガス又はＮＦ３ガス）及び第２のフッ素含有ガス（例えばＣＦ４ガス、Ｃ４Ｆ８ガス又はＣＨＦ３ガス）をプラズマ処理空間Ｓに供給し、電極板５１に対して上記の第１の工程の後に付着したチタン含有物を窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスのプラズマを用いて除去する第３の工程を実行する。これにより、図５Ｃに示すように、電極板５１の表面におけるチタン含有物と窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスのプラズマとが化学的に反応してＴｉ（ＮＦ３）等の錯体ガスが発生し、電極板５１の表面からチタン含有物が除去される。このため、第３の工程は、「チタン含有物除去工程」ということができる。
以上のように、本実施形態のプラズマ処理及びプラズマ処理装置１は、第１の工程で第１のフッ素含有ガスを供給し、第１のフッ素含有ガスを用いてウェハＷをエッチングする。そして、本実施形態のプラズマ処理及びプラズマ処理装置１は、第２の工程でＯ２ガスをプラズマ処理空間Ｓに供給し、電極板５１に対して第１の工程の後に付着したカーボン含有物をＯ２ガスのプラズマを用いて除去することにより、電極板５１の表面におけるチタン含有物を露出させる。そして、本実施形態のプラズマ処理及びプラズマ処理装置１は、第３の工程で窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓに供給し、電極板５１に対して第１の工程の後に付着したチタン含有物を窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスのプラズマを用いて除去することにより、Ｔｉ（ＮＦ３）等の錯体ガスを発生させる。このため、本実施形態によれば、エッチング時にウェハＷから生じたチタン含有物等の付着物がプラズマ処理空間に対面する各種部材に付着した場合でも、各種部材から付着物を除去することができるので、プラズマ処理空間内のプラズマ密度の変動を抑えることが可能となる。その結果、本実施形態によれば、ウェハＷのエッチング特性の経時劣化を抑制することができる。
次に、プラズマ処理の実施例について説明する。図６は、第１実施例のプラズマ処理のフローチャートを示す図である。
まず、第１実施例のプラズマ処理では、エッチング工程を実行する（ステップＳ１０１）。具体的には、制御部１５０は、流量調整機構７４ａを制御して、第１のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給する。そして、制御部１５０は、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０を制御して、第１のフッ素含有ガスをプラズマ化させ、第１のフッ素含有ガスのプラズマを用いてウェハＷをエッチングする。
続いて、第１実施例のプラズマ処理では、カーボン含有物除去工程を実行する（ステップＳ１０２）。具体的には、制御部１５０は、流量調整機構７４ｂを制御して、Ｏ２ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給する。そして、制御部１５０は、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０を制御して、Ｏ２ガスをプラズマ化させ、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された電極板５１に対して付着したカーボン含有物をＯ２ガスのプラズマを用いて除去する。
続いて、第１実施例のプラズマ処理では、チタン含有物除去工程を実行する（ステップＳ１０３）。具体的には、制御部１５０は、流量調整機構７４ｃ及び流量調整機構７４ｄをそれぞれ制御して、窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給する。そして、制御部１５０は、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０を制御して、窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスをプラズマ化させ、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された電極板５１に対して付着したチタン含有物を窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスを用いて除去する。
第１実施例のプラズマ処理によれば、エッチング工程を行うことによりウェハＷをエッチングし、その後カーボン含有物除去工程を行うことにより電極板５１に付着したカーボン含有物を除去してチタン含有物を露出させ、その後チタン含有物除去工程を行うことによりＴｉ（ＮＦ３）等の錯体ガスとしてチタン含有物を除去することができる。このため、エッチング時にウェハＷから生じたチタン含有物等の付着物が電極板５１に付着した場合でも、付着物のうちチタン含有物を効率良く除去することができるので、プラズマ処理空間内のプラズマ密度の変動を抑えることが可能となる。その結果、ウェハＷのエッチング特性の経時変動を抑制することができる。
次に、第２実施例のプラズマ処理について説明する。図７は、第２実施例のプラズマ処理のフローチャートを示す図である。
まず、第２実施例のプラズマ処理では、エッチング工程を実行する（ステップＳ２０１）。具体的には、制御部１５０は、流量調整機構７４ａを制御して、第１のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給する。そして、制御部１５０は、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０を制御して、第１のフッ素含有ガスをプラズマ化させ、第１のフッ素含有ガスのプラズマを用いてウェハＷをエッチングする。
続いて、第２実施例のプラズマ処理では、チタン含有物除去工程を実行する（ステップＳ２０２）。具体的には、制御部１５０は、流量調整機構７４ｃ及び流量調整機構７４ｄをそれぞれ制御して、窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給する。そして、制御部１５０は、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０を制御して、窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスをプラズマ化させ、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された電極板５１に対して付着したチタン含有物を窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスを用いて除去する。
続いて、第２実施例のプラズマ処理では、カーボン含有物除去工程を実行する（ステップＳ２０３）。具体的には、制御部１５０は、流量調整機構７４ｂを制御して、Ｏ２ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給する。そして、制御部１５０は、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０を制御して、Ｏ２ガスをプラズマ化させ、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された電極板５１に対して付着したカーボン含有物をＯ２ガスのプラズマを用いて除去する。
第２実施例のプラズマ処理によれば、エッチング工程を行うことによりウェハＷをエッチングし、その後チタン含有物除去工程を行うことにより電極板５１に付着したチタン含有物をＴｉ（ＮＦ３）等の錯体ガスとして除去してカーボン含有物を露出させ、その後カーボン含有物除去工程を行うことによりカーボン含有物を除去することができる。このため、エッチング時にウェハＷから生じたチタン含有物等の付着物が電極板５１に付着した場合でも、付着物のうちチタン含有物を効率良く除去することができるので、プラズマ処理空間内のプラズマ密度の変動を抑えることが可能となる。その結果、ウェハＷのエッチング特性の経時変動を抑制することができる。
次に、第３実施例のプラズマ処理について説明する。図８は、第３実施例のプラズマ処理のフローチャートを示す図である。
まず、第３実施例のプラズマ処理では、エッチング工程を実行する（ステップＳ３０１）。具体的には、制御部１５０は、流量調整機構７４ａを制御して、第１のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給する。そして、制御部１５０は、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０を制御して、第１のフッ素含有ガスをプラズマ化させ、第１のフッ素含有ガスのプラズマを用いてウェハＷをエッチングする。
続いて、第３実施例のプラズマ処理では、第１のカーボン含有物除去工程を実行する（ステップＳ３０２）。具体的には、制御部１５０は、流量調整機構７４ｂを制御して、Ｏ２ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給する。そして、制御部１５０は、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０を制御して、Ｏ２ガスをプラズマ化させ、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された電極板５１に対して付着したカーボン含有物をＯ２ガスのプラズマを用いて除去する。
続いて、第３実施例のプラズマ処理では、第１のチタン含有物除去工程を実行する（ステップＳ３０３）。具体的には、制御部１５０は、流量調整機構７４ｃ及び流量調整機構７４ｄをそれぞれ制御して、窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給する。そして、制御部１５０は、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０を制御して、窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスをプラズマ化させ、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された電極板５１に対して付着したチタン含有物を窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスのプラズマを用いて除去する。
続いて、第３実施例のプラズマ処理では、第２のカーボン含有物除去工程を実行する（ステップＳ３０４）。具体的には、制御部１５０は、流量調整機構７４ｂを制御して、Ｏ２ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給する。そして、制御部１５０は、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０を制御して、Ｏ２ガスをプラズマ化させ、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された電極板５１に対して付着したカーボン含有物をＯ２ガスのプラズマを用いて除去する。
続いて、第３実施例のプラズマ処理では、第２のチタン含有物除去工程を実行する（ステップＳ３０５）。具体的には、制御部１５０は、流量調整機構７４ｃ及び流量調整機構７４ｄをそれぞれ制御して、窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給する。そして、制御部１５０は、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０を制御して、窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスをプラズマ化させ、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された電極板５１に対して付着したチタン含有物を窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスのプラズマを用いて除去する。
第３実施例のプラズマ処理によれば、第１実施例と同様に、エッチング工程を行うことによりウェハＷをエッチングし、その後カーボン含有物除去工程を行うことにより電極板５１に付着したカーボン含有物を除去してチタン含有物を露出させ、その後チタン含有物除去工程を行うことによりＴｉ（ＮＦ３）等の錯体ガスとしてチタン含有物を除去することができる。このため、エッチング時にウェハＷから生じたチタン含有物等の付着物が電極板５１に付着した場合でも、付着物のうちチタン含有物を効率良く除去することができるので、プラズマ処理空間内のプラズマ密度の変動を抑えることが可能となる。その結果、ウェハＷのエッチング特性の経時変動を抑制することができる。また、第３実施例のプラズマ処理によれば、エッチング工程を実行した後にカーボン含有物除去工程とチタン含有物除去工程とのセットを２回繰り返して実行しているので、電極板５１に付着した付着物をより効率良く除去することができる。なお、第３実施例では、エッチング工程を実行した後にカーボン含有物除去工程とチタン含有物除去工程とのセットを２回繰り返して実行する例を示したが、エッチング工程を実行した後にカーボン含有物除去工程とチタン含有物除去工程とのセットを２回以上繰り返して実行してもよい。
次に、第４実施例のプラズマ処理について説明する。図９は、第４実施例のプラズマ処理のフローチャートを示す図である。
まず、第４実施例のプラズマ処理では、エッチング工程を実行する（ステップＳ４０１）。具体的には、制御部１５０は、流量調整機構７４ａを制御して、第１のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給する。そして、制御部１５０は、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０を制御して、第１のフッ素含有ガスをプラズマ化させ、第１のフッ素含有ガスのプラズマを用いてウェハＷをエッチングする。
続いて、第４実施例のプラズマ処理では、カーボン含有物除去工程を実行する（ステップＳ４０２）。具体的には、制御部１５０は、流量調整機構７４ｂを制御して、Ｏ２ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給する。そして、制御部１５０は、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０を制御して、Ｏ２ガスをプラズマ化させ、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された電極板５１に対して付着したカーボン含有物をＯ２ガスのプラズマを用いて除去する。
続いて、第４実施例のプラズマ処理では、ＣＨＦ３ガスを用いたチタン含有物除去工程を実行する（ステップＳ４０３）。具体的には、制御部１５０は、流量調整機構７４ｄ等を制御して、第３のフッ素含有ガスとしてＣＨＦ３ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給する。そして、制御部１５０は、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０を制御して、ＣＨＦ３ガスをプラズマ化させ、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された電極板５１に対して付着したチタン含有物をＣＨＦ３ガスのプラズマを用いて除去する。
続いて、第４実施例のプラズマ処理では、チタン含有物除去工程を実行する（ステップＳ４０４）。具体的には、制御部１５０は、流量調整機構７４ｃ及び流量調整機構７４ｄをそれぞれ制御して、窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給する。そして、制御部１５０は、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０を制御して、窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスをプラズマ化させ、プラズマ処理空間Ｓに表面を対向させて配置された電極板５１に対して付着したチタン含有物を窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスのプラズマを用いて除去する。
第４実施例のプラズマ処理によれば、第１実施例と同様に、エッチング工程を行うことによりウェハＷをエッチングし、その後カーボン含有物除去工程を行うことにより電極板５１に付着したカーボン含有物を除去してチタン含有物を露出させ、その後チタン含有物除去工程を行うことによりＴｉ（ＮＦ３）等の錯体ガスとしてチタン含有物を除去することができる。このため、エッチング時にウェハＷから生じたチタン含有物等の付着物が電極板５１に付着した場合でも、付着物のうちチタン含有物を効率良く除去することができるので、プラズマ処理空間内のプラズマ密度の変動を抑えることが可能となる。その結果、ウェハＷのエッチング特性の経時変動を抑制することができる。また、第４実施例のプラズマ処理によれば、カーボン含有物除去工程とチタン含有物除去工程との間に、第３のフッ素含有ガスとしてのＣＨＦ３ガスをプラズマ処理空間に供給し、電極板５１に付着したチタン含有物をＣＨＦ３ガスのプラズマを用いて除去するので、電極板５１に付着した付着物をより効率良く除去することができる。
次に、本実施形態のプラズマ処理方法による効果について説明する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、本実施形態のプラズマ処理方法による効果を説明するための図（その１）である。図１０Ａ及び図１０Ｂは、プラズマ処理装置１によってウェハＷに対してプラズマ処理を行った場合における効果を示す図である。図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、横軸は、プラズマ処理装置１によってウェハＷに対してプラズマ処理を行った時間（ｓｅｃ）を示し、縦軸は、ウェハＷのＶｐｐ（Ｖ）を示している。なお、Ｖｐｐは、ウェハＷの表面における高周波電力の電圧値の最大値と最小値との差である。このＶｐｐは、高周波電力によるプラズマ密度と相関があることがわかっており、このＶｐｐ（Ｖ）の変動がすなわちプラズマ密度の変動と言える。
また、図１０Ａは、本実施形態のプラズマ処理方法を用いることなく、ウェハＷにＯ２ガスのプラズマを用いたドライクリーニング（ＤＣ：Ｄｒｙ Ｃｌｅａｎｉｎｇ）処理を実行した場合の、ＤＣ処理時のロット番号毎のウェハＷのＶｐｐと時間との関係を示すグラフである。つまり、図１０Ａにおいて、グラフ６０２は、ロット番号「１」のウエハＷ２５枚に対してデュアルダマシン配線用の溝のエッチング（図２参照）を行い、その後にＤＣ処理を行ったときのＶｐｐと時間との関係を示す。グラフ６０４は、ロット番号「２」のウェハＷ２５枚処理後（ロット番号「１」を含んだ累積でウエハＷ５０枚処理後）のＤＣ処理におけるＶｐｐと時間との関係を示す。また、グラフ６０６は、ロット番号「３」のウェハＷ２５枚処理後（ロット番号「１」及び「２」を含んだ累積でウエハＷ７５枚処理後）のＤＣ処理におけるＶｐｐと時間との関係を示している。一方、図１０Ｂは、本実施形態のプラズマ処理方法を用いてウェハＷに対してプラズマ処理を実行した場合の、ロット番号毎のウェハＷのＶｐｐと時間との関係を示すグラフである。つまり、図１０Ｂにおいて、グラフ６１２は、ロット番号「１」のウエハＷ２５枚に対してデュアルダマシン配線用の溝のエッチング（図２参照）を行った後に、本実施形態のプラズマ処理を行い、その後にＤＣ処理を行ったときのＶｐｐと時間との関係を示す。言い換えると、グラフ６１２は、図１０ＡのＤＣ処理の前に、本実施形態のプラズマ処理を行った場合の効果を示す図となっている。グラフ６１４は、ロット番号「２」のウェハＷ２５枚処理後（ロット番号「１」を含んだ累積でウエハＷ５０枚処理後）に、本実施形態のプラズマ処理を行い、その後のＤＣ処理におけるＶｐｐと時間との関係を示しており、グラフ６１６は、ロット番号「３」のウェハＷ２５枚処理後（ロット番号「１」及び「２」を含んだ累積でウエハＷ７５枚処理後）に、本実施形態のプラズマ処理を行い、その後のＤＣ処理におけるＶｐｐと時間との関係を示している。
まず、図１０Ａに示すように、本実施形態のプラズマ処理方法を用いることなく単にＤＣ処理を実行した場合、グラフ６０２，６０４，６０６に示すように、ロット番号の相違によって、ウェハＷのＶｐｐの時間に対する履歴は異なっている。これは、エッチング時にウェハＷのマスク膜から生じたチタン含有物が、プラズマ処理空間に対面する電極板５１に累積的に付着してプラズマ処理空間内のプラズマ密度が変動したためであると考えられる。
これに対して、本実施形態のプラズマ処理方法を用いてウェハＷに対してプラズマ処理を実行した場合、カーボン含有物除去工程を行うことにより電極板５１に付着したカーボン含有物を除去するとともに、チタン含有物除去工程を行うことにより電極板５１に付着したチタン含有物を除去する。その結果、ＤＣ処理時の図１０Ｂのグラフ６１２，６１４，６１６に示すように、ロット番号に関わらず、ウェハＷのＶｐｐの時間に対する履歴は同等に維持されている。これは、エッチング時にウェハＷのマスク膜から生じたチタン含有物が、プラズマ処理空間に対面する電極板５１に付着した場合でも、電極板５１に付着したチタン含有物が除去されたためであると考えられる。つまり、プラズマ密度の変動が抑制されていることがわかる。
図１１は、本実施形態のプラズマ処理方法による効果を説明するための図（その２）である。図１１において、横軸は、プラズマ処理装置１へ搬入されたウェハＷのロット番号（累積した値）を示し、縦軸は、ウェハＷの絶縁膜をエッチングした場合に絶縁膜に形成される溝の溝径（ｎｍ）を示している。
また、図１１において、グラフ７０２は、本実施形態のプラズマ処理方法を用いることなく、ＤＣ処理のみを実行した場合に絶縁膜に形成される溝の溝径の、ロット番号（累積した値）に対する変動を示している。また、図１１において、グラフ７０４は、本実施形態のプラズマ処理方法を実行した場合に絶縁膜に形成される溝の溝径の、ロット番号に対する変動を示している。
グラフ７０２とグラフ７０４とを比較すると、本実施形態のプラズマ処理方法を実行した場合に絶縁膜に形成される溝の溝径の、ロット番号に対する減少幅は、ＤＣ処理のみを実行した場合に絶縁膜に形成される溝の溝径の、ロット番号に対する減少幅よりも小さい。これは、本実施形態のプラズマ処理方法を実行した場合には、エッチング時にウェハＷのマスク膜から生じたチタン含有物が、プラズマ処理空間に対面する電極板５１に付着した場合でも、電極板５１に付着したチタン含有物が除去されたためであると考えられる。その結果、プラズマ密度が安定しエッチングした溝の形状の変動も抑制されていることがわかる。
１ プラズマ処理装置
１１ 処理容器
２０ フォーカスリング
３０ 第１の高周波電源
４０ 第２の高周波電源
４２ 上部電極
５１ 電極板
５２ 電極支持体
７２ 処理ガス供給源
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ ガス供給部
７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ 流量調整機構
１５０ 制御部
Ｄ１ 絶縁膜
Ｄ２ マスク膜
Ｓ プラズマ処理空間
Ｗ ウェハ

Claims (5)

  1. プラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法であって、
    第１のフッ素含有ガスをプラズマ処理空間に供給し、絶縁膜の表面にチタン含有物のマスク膜が形成された被処理基板を前記第１のフッ素含有ガスのプラズマを用いてエッチングする第１の工程と、
    Ｏ２ガスを前記プラズマ処理空間に供給し、前記プラズマ処理空間に表面を対向させて配置された部材に対して前記第１の工程の後に付着したカーボン含有物を前記Ｏ２ガスのプラズマを用いて除去する第２の工程と、
    窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスを前記プラズマ処理空間に供給し、前記部材に対して前記第１の工程の後に付着したチタン含有物を前記窒素含有ガス及び前記第２のフッ素含有ガスのプラズマを用いて除去する第３の工程と
    を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
  2. 前記第２の工程と前記第３の工程との間に、第３のフッ素含有ガスを前記プラズマ処理空間に供給し、前記部材に対して前記第１の工程の後に付着したチタン含有物を前記第３のフッ素含有ガスのプラズマを用いて除去する第４の工程をさらに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。
  3. 前記プラズマ処理装置が、
    前記第１の工程を実行した後に前記第２の工程及び前記第３の工程を少なくとも２回繰り返して実行することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理方法。
  4. 前記窒素含有ガスは、Ｎ２ガス又はＮＦ３ガスであり、前記第２のフッ素含有ガスは、ＣＦ４ガス、Ｃ４Ｆ８ガス又はＣＨＦ３ガスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
  5. 絶縁膜の表面にチタン含有物のマスク膜が形成された被処理基板が配置されるプラズマ処理空間を画成する処理容器と、
    第１のフッ素含有ガスを前記プラズマ処理空間に供給する第１のガス供給部と、
    Ｏ２ガスを前記プラズマ処理空間に供給する第２のガス供給部と、
    窒素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスを前記プラズマ処理空間に供給する第３のガス供給部と、
    前記第１のガス供給部から前記第１のフッ素含有ガスを前記プラズマ処理空間に供給し、前記第１のフッ素含有ガスのプラズマを用いて前記被処理基板をエッチングする第１の工程と、前記第２のガス供給部から前記Ｏ２ガスを前記プラズマ処理空間に供給し、前記プラズマ処理空間に表面を対向させて配置された部材に対して前記第１の工程の後に付着したカーボン含有物を前記Ｏ２ガスのプラズマを用いて除去する第２の工程と、前記第３のガス供給部から前記窒素含有ガス及び前記第２のフッ素含有ガスを前記プラズマ処理空間に供給し、前記部材に対して前記第１の工程の後に付着したチタン含有物を前記窒素含有ガス及び前記第２のフッ素含有ガスのプラズマを用いて除去する第３の工程とを実行する制御部と
    を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
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