JP2010199310A - プラズマエッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマの異常放電を抑制することができるプラズマエッチング方法を提供することを目的とする。
【解決手段】平板状の第１電極１１および第２電極１２を平行に対向して内部に有するチャンバー１０内に、後述の第２ガスよりもプラズマを励起させ難い第１ガスを導入するプラズマ放電準備工程と、プラズマ放電準備工程と同時乃至直後に、チャンバー１０内にプラズマ励起用の第２ガスを導入し、第１電極１１と第２電極１２の放電面間で第２ガスを介してプラズマ放電させるプラズマ放電開始工程と、プラズマ放電開始工程後、エッチングガスを導入することにより、第１・第２電極間の基板を処理するか、あるいはチャンバー１０内をクリーニングするエッチング工程とを含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置によるプラズマエッチング方法に関する。

従来、半導体装置、液晶表示装置、薄膜太陽電池等の製造において、プラズマ処理装置が用いられている。
プラズマ処理装置は、図４に示すように、内部にカソード電極１１とアノード電極１２の対が設けられたチャンバー１０内に反応ガスを導入すると共に、チャンバー１０の排気系２０に設けられた圧力調制御器２１によってチャンバー１０内のガス圧力を調整し、電極１１、１２間に高電圧を印加してプラズマを発生させることにより、カソード電極１１またはアノード電極１１にて支持された基板（図示省略）上にＣＶＤプロセスを用いて半導体膜を形成する、あるいは半導体基板（図示省略）の表面をエッチング処理することができる（例えば、特許文献１参照）。
なお、図４ではプラズマＣＶＤ装置を例示し、符号１３は電極支持部材、Ｅは高周波電源、３０は給電ケーブル、３１は電力端子部、２２は真空ポンプ、２３は排気管、４０は接地部材、５０はガス供給管、５１はバルブ、５２は成膜用原料ガス供給源、５３はクリーニングガス供給源、５４はアルゴンガス供給源を表している。

プラズマＣＶＤ装置用いたＣＶＤプロセスにおいては、カソード電極１１の放電面に本来不要な膜状あるいは粉体状の堆積物（生成物）が付着し、ＣＶＤプロセス中にこのような堆積物が半導体膜内に混入することによって良品率の低下や品質不良を招くこととなる。
そのため、ＣＶＤプロセス後は、チャンバー１０内をクリーニングして堆積物を除去している。例えば、チャンバー１０内にクリーニングガスとしてＣ₂Ｆ₆、ＣＦ₄、ＳＦ₆、ＮＦ₃等のフッ素系ガスをクリーニングガス供給源５３から導入し、クリーニングガスをプラズマ化することによりドライクリーニングを行う。

図５は従来のプラズマクリーニング方法のタイムチャートを示す図である。
図４と図５に示すように、従来のプラズマクリーニング方法では、フッ素系化合物からなるクリーニングガスのプラズマ化を容易とするために、まず、チャンバー１０内にアルゴンガス供給源５４からアルゴンのみ（例えば、１５ＳＬＭ）導入した状態で電極間にプラズマを点火し、その後、実クリーニングプロセスが行われる。
実クリーニングプロセスでは、所定時間（例えば、８０秒間）の間、連続的に増加する流量でクリーニングガスを例えば１０ＳＬＭまでチャンバー内に導入すると共に、所定時間（例えば、１００秒間）の間、投入電力を例えば１０ｋＷまで連続的に増加させる。

特開２００７−２０７９２５号公報

しかしながら、図４に示すように、チャンバー１０内にアルゴンのみ（例えば、１５ＳＬＭ）導入した状態で電極間にプラズマを点火する場合、カソード電極１１とアノード電極１２の間にプラズマ放電が生じるだけでなく、本来プラズマ放電が不要な電極間の周囲にまで広がる異常放電が発生してしまう。なお、図４において、点線で囲まれた領域はプラズマ領域Ｐを表している。
この結果、カソード電極１１およびアノード電極１２と接続されている給電ケーブル３０、電力端子部３１、接地部材４０、ガス供給管５０、電極支持部材１３等の部材がプラズマ放電によってダメージを受けると共に、そのダメージを受けたプラズマ処理装置によって処理される被処理物の品質不良を招くという問題が生じる。
なお、この問題は、プラズマエッチング装置においても同様である。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、プラズマの異常放電を抑制することができるプラズマエッチング方法を提供することを目的とする。

かくして、本発明によれば、平板状の第１電極および第２電極を平行に対向して内部に有するチャンバー内に、後述の第２ガスよりもプラズマを励起させ難い第１ガスを導入するプラズマ放電準備工程と、プラズマ放電準備工程と同時乃至直後に、チャンバー内にプラズマ励起用の第２ガスを導入し、第１電極と第２電極の放電面間で第２ガスを介してプラズマ放電させるプラズマ放電開始工程と、プラズマ放電開始工程後、エッチングガスを導入することにより、第１・第２電極間に設置される基板を処理するか、あるいはチャンバー内をクリーニングするエッチング工程とを含むプラズマエッチング方法が提供される。

本発明のプラズマエッチング方法は、プラズマ放電開始工程の前に、第２ガスよりもプラズマを励起させ難い第１ガスをチャンバー内に導入することにより、チャンバー内の第１・第２電極の周囲に予め第１ガスを存在させる。その後、第１電極と第２電極の間で第２ガスを介してプラズマ放電させると、第１・第２電極周囲の第１ガスによってプラズマ領域が第１・第２電極周囲にまで広がることが抑制される。
つまり、従来のプラズマエッチング方法では、第１電極と第２電極の間で第２ガスを介してプラズマ放電させると、プラズマ領域が第１・第２電極周囲にまで広がり、第１・第２電極と接続されている給電ケーブルとその電力端子部、接地部材、ガス供給管、電極支持部材等の部材がプラズマ放電によって破損やダメージを受けていたが、本発明ではこのような問題を防止することができる。
また、本発明のプラズマエッチング方法は、平板状の第１電極および第２電極を平行に対向してチャンバー内に備え、電極間の基板をプラズマ状態下で成膜あるいはエッチング処理することができる全てのプラズマ処理装置に適用することができ、既存のプラズマ処理装置を改造することなく利用できる利点もある。

本発明のプラズマエッチング方法を適用できるプラズマ処理装置の概略構成図である。 本発明のプラズマエッチング方法のタイムチャートを示す図である。 本発明のプラズマエッチング方法を適用できる別のプラズマ処理装置の概略構成図である。 従来のプラズマ処理装置の概略構成図である。 従来のプラズマクリーニング方法のタイムチャートを示す図である。

本発明のプラズマエッチング方法は、平板状の第１電極および第２電極を平行に対向して内部に有するチャンバー内に、後述の第２ガスよりもプラズマを励起させ難い第１ガスを導入するプラズマ放電準備工程と、プラズマ放電準備工程と同時乃至直後に、チャンバー内にプラズマ励起用の第２ガスを導入し、第１電極と第２電極の放電面間で第２ガスを介してプラズマ放電させるプラズマ放電開始工程と、プラズマ放電開始工程後、エッチングガスを導入することにより、第１・第２電極間に設置される基板を処理するか、あるいはチャンバー内をクリーニングするエッチング工程とを含むことを特徴とする。

つまり、このプラズマエッチング方法は、上述のように、プラズマ放電準備工程によってチャンバー内に第２ガスよりもプラズマを励起させ難い第１ガスを導入することにより、プラズマ放電開始工程における第１・第２電極間の周囲でのプラズマ放電を抑制し、第１・第２電極間の周囲の部材がプラズマ放電によりダメージを受けないようにする。
以下、「第１・第２電極間」を「電極間」と略称し、「第１・第２電極間の周囲」を「電極間周囲」と略称する場合がある。

このプラズマエッチング方法で用いられる第２ガスとしては、例えば、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、窒素、酸素等の、一般にプラズマ処理装置のプラズマ励起用ガスとして用いられている不活性ガスが挙げられる。
また、第１ガスとしては、第２ガスよりもプラズマ励起し難いガスであれば特に限定されず、例えば、フッ素系ガス、塩素系ガス等が挙げられ、これらの中でも、安定性、汎用性の観点からフッ素系ガスが好ましい。さらには、第１ガスはエッチングガスと同じガスであることが、プラズマ処理装置のガス供給部の構造を簡素化し、かつ使用ガスの種類を低減できる上で好ましい。

本発明において、プラズマ放電開始工程では、電極間に少なくとも第２ガスが存在し、電極間周囲に少なくとも第１ガスが存在していれば、チャンバー内への第１ガスおよび第２ガスの導入方法、つまり、チャンバー内のどの位置から第１・第２ガスを導入するかは特に限定されない。したがって、時間短縮のために、プラズマ準備工程で第１ガスと共に第２ガスをチャンバー内に導入してもよい。
また、電極間にプラズマが点火した後、プラズマ放電を安定させるために第１ガスの供給を停止することが好ましい。

第１ガスおよび第２ガスの導入方法として、例えば、プラズマ放電準備工程においてチャンバーの内壁から電極間周囲に第１ガスを導入し、プラズマ放電開始工程においてチャンバーの内壁から電極間に向かって第２ガスを噴出するという方法が考えられる。
第１ガスの導入部と第２ガスの導入部を個別に設ける場合、プラズマ放電準備工程と同時乃至直後にプラズマ放電開始工程を行う、つまり、第１ガスのチャンバー内への導入と同時乃至直後に第２ガスの導入を行うことが可能となるが、第１ガスの導入部と第２ガスの導入部が個別に必要となる。

プラズマ処理装置の構造を簡素化するために、第２ガス導入部は既存のプラズマ処理装置のエッチングガス導入部と共通化されていることが好ましい。既存のプラズマ処理装置として、第１電極または第２電極の放電面に複数の孔がマトリックス状に形成されたエッチングガス導入部が設けられているものが公知である。
したがって、このプラズマエッチング方法では、プラズマ放電開始工程における第２ガスの導入は、第１電極または第２電極の放電面から第２ガスを噴出させることにより行われることが、既存のプラズマ処理装置を利用できる上で好ましい。

さらには、第１電極または第２電極の放電面から第１ガスも噴出させることが、既存のプラズマ処理装置を改造することなくそのまま用いることができる上で好ましい。この場合、第１ガスと第２ガスの混合ガスを電極間に導入し、その後、電極間に第２ガスを導入して電極間でプラズマを発生させる方法、あるいは、まず、電極間に所定量の第１ガスを導入し、その後、電極間に所定量の第２ガスを導入して電極間でプラズマを発生させる方法を用いることができる。
どちらの方法も、電極間に存在していた第１ガスが、後に導入された第２ガスによって電極間周囲に押しやられるため、電極間でのプラズマ放電が電極間周囲に広がり難くなる。この結果、従来の課題であったプラズマによる電極間周囲に配置された部材へのダメージを防止することが可能となる。なお、前者の方法の方が後者よりもプラズマ点火を迅速に行える上で好ましい。

また、エッチング工程において、開始から所定時間までの間に、エッチングガスの流量を連続的に増加させることが好ましく、これにより、プラズマエッチングに有効なエッチングガス流量に達するまで電極間に発生しているプラズマを消滅させずに安定維持し易くなる。さらに、エッチング工程において、開始から所定時間までの間に、チャンバー内圧力が一定となるように、第２ガスの流量を連続的に減少させることがさらに好ましい。このようにすれば、エッチングガスを導入する過程におけるチャンバー内の圧力変動を小さく抑えることができ、電極間のプラズマをより安定維持し易くなる。

本発明のプラズマエッチング方法は、カソード電極としての第１電極とアノード電極としての第２電極の間で反応ガスを介してプラズマ放電させることにより、アノード電極にて支持される基板上に膜を成膜可能なプラズマ成膜装置を用いたエッチング方法であって、エッチング工程によってチャンバー内の不要な堆積物を除去することができる。
また、本発明のプラズマエッチング方法は、カソード電極としての第１電極とアノード電極としての第２電極の間で反応ガスを介してプラズマ放電させるプラズマエッチング装置を用いたエッチング方法であって、エッチング工程によってカソード電極にて支持される半導体基板の表面をエッチング処理することができる。
また、このプラズマエッチング方法は、第１・第２電極が上下に平行かつ水平状にチャンバー内に設置された横型のプラズマ処理装置と、第１・第２電極が左右に平行かつ垂直状にチャンバー内に設置された縦型のプラズマ処理装置の両方に適用できる。
以下、図面を参照しながら本発明のプラズマエッチング方法の実施形態を説明する。

（実施形態１）
図１は本発明のプラズマエッチング方法を適用できるプラズマ処理装置の概略構成図である。なお、図１において、図４中の構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付している。
このプラズマ処理装置は、高周波電源Ｅと接続された第１電極１１であるカソード電極と、接地部材４０と接続された第２電極１２であるアノード電極が、電極支持部材１３にて上下に対向して平行にチャンバー１０内に設けられ、電極間で反応ガス（原料ガス）を介してプラズマ放電させることにより、アノード電極にて支持する基板（図示省略）上に膜を成膜可能な横型プラズマＣＶＤ装置である。カソード電極とアノード電極の電極間距離は、所望の成膜条件に従って決定されている。
以下、第１電極１１をカソード電極１１と称し、第２電極１２をアノード電極１２と称する。

カソード電極１１は、長方形であり、ステンレス鋼やアルミニウム合金などから作製される。カソード電極１１の寸法は、成膜を行う基板の寸法に合わせて適当な値に設定され、アノード電極１２よりも僅かに大きい平面サイズおよび第２電極１２と同じ厚みで設計されることができる。
カソード電極１１は、内部が空洞であると共に、対となるアノード電極１２に面するプラズマ放電面には多数の貫通穴が穴明け加工により明けられている。この穴明け加工は、直径０．１ｍｍ〜２ｍｍの円形穴を数ｍｍ〜数ｃｍピッチで行うのが望ましい。
また、カソード電極１１の一端面には、ガス供給管５０が接続されており、後述のガス供給源部Ｇ１はガス導入部５０を介してカソード電極１１と接続されている。そして、所定のガスがガス供給源部Ｇからカソード電極１１の内部に供給され、多数の貫通穴からアノード電極１２上に載置した基板の表面に向かって噴出するように構成されている。

アノード電極１２は、長方形であり、内部に図示しないヒータを有すると共に、上面に基板が設置され、プラズマ放電下の成膜時に基板を加熱する。なお、基板は、シリコン基板やガラス基板などが一般的であるが、特にこれらに限定されるものではない。
また、アノード電極１２は、ステンレス鋼、アルミニウム合金、カーボンなどの、導電性および耐熱性を備えた材料で製作されている。
アノード電極１２の寸法は、薄膜を形成するための基板の寸法に合わせて適当な値に決定されている。例えば、基板の寸法９００〜１２００ｍｍ×４００〜９００ｍｍに対して、アノード電極１２の寸法を１０００〜１５００ｍｍ×６００〜１０００ｍｍにして設計される。
アノード電極１２に内蔵されたヒータは、アノード電極１２を室温〜３００℃に加熱制御するものであり、例えば、アルミニウム合金中にシースヒータなどの密閉型加熱装置と熱電対などの密閉型温度センサとを内蔵したものを用いることができる。
このように構成されたカソード電極１１とアノード電極１２の間の電極間距離としては、例えば、5〜50ｍｍ程度である。

ガス供給源部Ｇ１は、ＣＶＤプロセスにおいてアノード電極１２上の基板に所望の膜を形成するための原料ガスを供給する原料ガス供給源ｇ３と、第１ガスを供給する第１ガス供給源ｇ１と、第２ガスを供給する第２ガス供給源ｇ２とを備え、第１ガス供給源ｇ１はクリーニングガス供給源を兼ねている。そして、カソード電極１１と接続されたガス供給管５０の下流端とは反対側の上流端は分岐して各ガス供給源と接続され、それら分岐配管にはそれぞれバルブ５１が設けられている。

原料ガスとしては、例えば、Ｈ₂で希釈したＳｉＨ₄（モノシラン）ガス、ジボランガス、ホスフィンガス、メタンガス、酸素、窒素等が使用される。
クリーニングガスを兼ねる第１ガスとしては、例えば、Ｃ₂Ｆ₆、ＣＦ₄、ＳＦ₆、ＮＦ₃等の、第２ガスよりもプラズマ励起し難いフッ素系ガスが使用される。なお、クレーニングガスと異なる第１ガスを用いる場合は、第１ガス供給源とクリーニングガス供給源とが個別に設けられる。
プラズマ励起用の第２ガスとしては、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、窒素、酸素等の不活性ガスが使用される。

＜実施形態１のプラズマエッチング方法＞
このプラズマＣＶＤ装置を用いて基板上に膜を形成するＣＶＤプロセスでは、チャンバー１０内の主にカソード電極１１の放電面に、本来不要な膜状あるいは粉体状の堆積物が付着してしまう。この堆積膜としては、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等が挙げられ、これらはフッ素系エッチングガスによって除去することができる。
この堆積物を除去する本発明のプラズマエッチング方法では、図２のタイムチャートに示すように、プラズマ準備工程、プラズマ放電開始工程およびエッチング工程がこの順に行われる。なお、実施形態において、エッチング工程はクリーニング工程である。
以下、図１および図２を参照しながらこのプラズマエッチング方法を説明する。

プラズマ準備工程では、開始ｔ₀からｔ₁間（例えば1〜100秒間）まで、排気系２０により真空とされたチャンバー１０内に、第１ガス供給源ｇ１から第１ガスであるフッ素系ガスとしてＮＦ₃ガスが10ＳＬＭの一定流量で導入される。この際、ＮＦ₃ガスはガス供給管５０を通ってカソード電極１１内に供給され、カソード電極１１の放電面に設けられた複数個の孔から電極間にＮＦ₃ガスが噴出する。一方、プラズマ準備工程では、第２ガス供給源ｇ２から第２ガスである不活性ガスとしてのＡｒガスはチャンバー１０内に導入されない。

プラズマ放電開始工程において、ＮＦ₃ガスは次のクリーニング工程まで電極間への導入が停止され、Ａｒガスは50ＳＬＭの一定流量で電極間に導入される。この際、例えば、開始ｔ₁〜ｔ₂間（例えば1〜100秒間）経過した後、高周波電源Ｅからプラズマ点火電力として例えば１ｋＷの高周波電力がカソード電極１１にｔ₂〜ｔ₃間（例えば1〜100秒間）供給されて、電極間でプラズマ点火しグロー放電プラズマを発生させる。

このプラズマ開始工程では、プラズマ点火する前のｔ₁〜ｔ₂間（調整段階）に、電極間へＡｒガスのみが導入されるため、電極間に存在していたＡｒガスよりもプラズマを励起し難いＮＦ₃ガスは、プラズマ励起用のＡｒガスによって押されて電極間周囲へ移動する。そしてその直後に、電極間でＡｒガスを介してプラズマ点火するため、プラズマ放電を容易に発生させることができる。
さらに、図１中の点線で囲まれたプラズマ領域Ｐで示すように、電極間周囲にＮＦ₃ガスが存在することにより、発生したプラズマ放電が電極間周囲にまで広がること（異常放電）が抑制される。これにより、電極間周囲の給電ケーブル３０、電力端子部３１、接地部材５０、電極支持部材１３等の部材が異常放電によって破損することが防止される。

クリーニング工程では、プラズマ放電を維持しながら、第１ガス供給源ｇ１からのクリーニングガスとしてのＮＦ₃ガスと、第２ガス供給源ｇ２からのＡｒガスとのＮＦ₃・Ａｒ混合ガスが電極間に導入される。
この際、電極間で発生したプラズマ放電を消滅させずに所望のクリーニング処理が行えるのであれば、ＮＦ₃ガスの流量、Ａｒガスの流量、電力値、チャンバー内圧力等は自由に調整することができる。
電極間で発生したプラズマ放電を消滅させ難くするためには、クリーニング工程において、ＮＦ₃ガスを徐々に増加させ、かつ高周波電力を徐々に増加させることが好ましい。

具体的には、図２に示すように、開始ｔ₃〜ｔ₄間（例えば８０秒間）ＮＦ₃ガスが０ＳＬＭ〜例えば１０ＳＬＭまで連続的に流量が増加すると共に、開始ｔ₃〜ｔ₅間（例えば１００秒間）高周波電源Ｅからカソード電極１１に電力が１ｋＷ〜クリーニング処理電力値として例えば１０ｋＷまで連続的に増加して供給される。なお、高周波電力の増加時間をＮＦ₃ガスの増加時間よりもやや長くすることにより、プラズマ放電の消滅を効果的に防止することができる。

一方、Ａｒガスは、継続して50ＳＬＭの一定流量に固定してもよいし（図２中実線で表示）、ＮＦ₃ガスの連続的な流量の増加分を相殺してチャンバー内圧力が一定となるように、ｔ₃〜ｔ₄間で流量を連続的に０ＳＬＭまで減少させてもよい（図２中一点鎖線で表示）。
後者のようにすれば、クリーニングガス（ＮＦ₃ガス）を導入する過程におけるチャンバー１０内の圧力変動を小さく抑えることができ、電極間のプラズマの消滅防止に有効である。なお、前者の場合も、排気系２０の調整によってチャンバー１０内の圧力変動を小さく抑えることができる

その後、ｔ₄以降はＮＦ₃ガスの流量およびＡｒガスの流量を一定値に固定すると共に、ｔ₅以降は高周波電力を一定値に固定して、チャンバー１０内の主にカソード電極１１の放電面に付着した堆積物をＮＦ₃ガスを用いたプラズマエッチングにより除去してクリーニングする。
このクリーニング工程においては、チャンバー１０内に存在するプラズマ励起し難いＮＦ₃ガスの割合が放電開始時よりも増加しているため、プラズマ領域Ｐが電極間周囲まで広がることなくクリーニングが行われる。

（実施形態２）
図３は本発明のプラズマエッチング方法を適用できる別のプラズマ処理装置の概略構成図である。なお、図３において、図１および図４中の構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付している。
このプラズマ処理装置は、高周波電源Ｅと接続されたカソード電極１１と、接地部材４０と接続されたアノード電極１２が、電極支持部材１３にて上下に対向して平行にチャンバー１０内に設けられ、電極間でエッチングガスを介してプラズマ放電させることにより、カソード電極１１にて支持する半導体基板Ｓの表面をエッチング処理可能な横型プラズマエッチング装置である。カソード電極１１とアノード電極１２の電極間距離は、所望のエッチング条件に従って決定され、例えば5〜50ｍｍ程度である。

このプラズマエッチング装置の場合、カソード電極１１がアノード電極１２の下に配置される点、カソード電極１１がヒータを内蔵する点、アノード電極１２の放電面にガスを噴出する複数の孔が形成されている点、ガス供給管５０がアノード電極１２に接続された点、および、ガス供給源部Ｇ２は原料ガス供給源を有さない点が、実施形態１のプラズマＣＶＤ装置と異なり、それ以外は同様の構成である。このプラズマエッチング装置としては既存のものを用いることができる。

このプラズマエッチング装置によってカソード電極１１上の半導体基板Ｓの表面をエッチングする際、従来では、まず、電極間でプラズマ点火するためにプラズマ励起用の不活性ガスが電極間に導入されるが、発生したプラズマ放電が電極間周囲に広がって電極間周囲に配置された部材がダメージを受けていた。
上述した実施形態１でのプラズマエッチング方法は、プラズマエッチング装置でのエッチング処理によっても発生していた従来のこのような問題を解決することもできる。ただし、カソード電極１１・アノード電極１２間の電極間距離がプラズマＣＶＤ装置とプラズマエッチング装置とでは異なるため、各種ガスの流量、投入電力、チャンバー内圧力等は異なる場合がある。

＜実施形態２のプラズマエッチング方法＞
このプラズマエッチング装置を用いて半導体基板の表面をエッチング処理する場合、実施形態１と同様の図２のタイムチャートに示すように、プラズマ準備工程、プラズマ放電開始工程およびエッチング工程がこの順に行われる。
以下、図２および図３を参照しながらこのプラズマエッチング方法を説明する。

プラズマ準備工程では、開始ｔ₀からｔ₁間（例えば1〜100秒間）まで、排気系２０により真空とされたチャンバー１０内に、第１ガス供給源ｇ１から第１ガスであるフッ素系ガスとしてＮＦ₃ガスが10ＳＬＭの一定流量で導入される。この際、ＮＦ₃ガスはガス供給管５０を通ってアノード電極１２内に供給され、アノード電極１２の放電面に設けられた複数個の孔から電極間にＮＦ₃ガスが噴出する。一方、プラズマ準備工程では、第２ガス供給源ｇ２から第２ガスである不活性ガスとしてのＡｒガスはチャンバー１０内に導入されない。

プラズマ放電開始工程において、ＮＦ₃ガスは次のエッチング工程まで電極間への導入が停止され、Ａｒガスは50ＳＬＭの一定流量で電極間に導入される。この際、例えば、開始ｔ₁〜ｔ₂間（例えば1〜100秒間）経過した後、高周波電源Ｅからプラズマ点火電力として例えば10ｋＷの高周波電力がカソード電極１１にｔ₂〜ｔ₃間（例えば1〜100秒間）供給されて、電極間でプラズマ点火しグロー放電プラズマを発生させる。なお、図２では、ｔ₂〜ｔ₃間におけるＲＦ電力は１ｋＷと記載されているが、実施形態２の場合は１０ｋＷである。

このプラズマ開始工程では、プラズマ点火する前のｔ₁〜ｔ₂間（調整段階）に、電極間へＡｒガスのみが導入されるため、電極間に存在していたＡｒガスよりもプラズマを励起し難いＮＦ₃ガスは、プラズマ励起用のＡｒガスによって押されて電極間周囲へ移動する。そしてその直後に、電極間でＡｒガスを介してプラズマ点火するため、プラズマ放電を容易に発生させることができる。
さらに、図３中の点線で囲まれたプラズマ領域Ｐで示すように、電極間周囲にＮＦ₃ガスが存在することにより、発生したプラズマ放電が電極間周囲にまで広がること（異常放電）が抑制される。これにより、電極間周囲の給電ケーブル３０、電力端子部３１、接地部材５０、電極支持部材１３等の部材が異常放電によって破損することが防止される。

エッチング工程では、プラズマ放電を維持しながら、第１ガス供給源ｇ１からのエッチングガスとしてのＮＦ₃ガスと、第２ガス供給源ｇ２からのＡｒガスとのＮＦ₃・Ａｒ混合ガスが電極間に導入される。
この際、電極間で発生したプラズマ放電を消滅させずに所望のエッチング処理が行えるのであれば、ＮＦ₃ガスの流量、Ａｒガスの流量、電力値、チャンバー内圧力等は自由に調整することができる。
電極間で発生したプラズマ放電を消滅させ難くするためには、エッチング工程において、ＮＦ₃ガスを徐々に増加させ、かつ高周波電力を徐々に増加させることが好ましい。

具体的には、図２に示すように、開始ｔ₃〜ｔ₄間（例えば10〜1,000秒間）ＮＦ₃ガスが０ＳＬＭ〜例えば10ＳＬＭまで連続的に流量が増加すると共に、開始ｔ₃〜ｔ₅間（例えば10〜1,100秒間）高周波電源Ｅからカソード電極１１に電力が1ｋＷ〜エッチング処理電力値として例えば20ｋＷまで連続的に増加して供給される。この際、高周波電力の増加時間をＮＦ₃ガスの増加時間よりもやや長くすることにより、プラズマ放電の消滅を効果的に防止することができる。なお、図２ではｔ₅でのＲＦ電力は１０ｋＷと記載されているが、実施形態２の場合は２０ｋＷである。

一方、Ａｒガスは、継続して50ＳＬＭの一定流量に固定してもよいし（図２中実線で表示）、ＮＦ₃ガスの連続的な流量の増加分を相殺してチャンバー内圧力が一定となるように、ｔ₃〜ｔ₄間で流量を連続的に０ＳＬＭまで減少させてもよい（図２中一点鎖線で表示）。
後者のようにすれば、エッチングガス（ＮＦ₃ガス）を導入する過程におけるチャンバー１０内の圧力変動を小さく抑えることができ、電極間のプラズマの消滅防止に有効である。なお、前者の場合も、排気系２０の調整によってチャンバー１０内の圧力変動を小さく抑えることができる

その後、ｔ₄以降はＮＦ₃ガスの流量およびＡｒガスの流量を一定値に固定すると共に、ｔ₅以降は高周波電力を一定値に固定して、カソード電極１１上の半導体基板Ｓの表面をＮＦ₃ガスを用いたプラズマエッチングによりエッチング処理する。
このエッチング工程においては、チャンバー１０内に存在するプラズマ励起し難いＮＦ₃ガスの割合が放電開始時よりも増加しているため、プラズマ領域Ｐが電極間周囲まで広がることなくエッチング処理が行われる。

（他の実施形態）
１．実施形態１および２では、第１電極と第２電極がチャンバー内に上下に対向して平行水平状に配置された横型プラズマ処理装置を例示して説明したが、本発明のプラズマエッチング方法は、第１・第２電極がチャンバー内に左右に対向して平行垂直状に配置された縦型プラズマ処理装置にも適用することができる。
２．実施形態１および２では、第１電極と第２電極がチャンバー内に一対設けられたプラズマ処理装置を例示して説明したが、本発明のプラズマエッチング方法は、第１・第２電極がチャンバー内に複数対設けられた複数段型プラズマ処理装置にも適用することができる。この場合、電極対間のインピーダンス整合を行うインピーダンス整合器を高周波電源Ｅに接続してもよい。
３．実施形態１および２のエッチング工程では、フッ素系ガスの流量および高周波電力値を連続的に増加し、さらに、不活性ガスの流量を連続的に減少させるようにしたが、ガスおよび電力値は段階的に増減させてもよい。

本発明は、半導体装置、液晶表示装置、薄膜太陽電池等の製造において用いられるプラズマ処理装置に適用することができる。

１０ チャンバー
１１ 第１電極（カソード電極）
１２ 第２電極（アノード電極）
１３ 電極支持部材
２０ 排気系
２１ 圧力調制御器
２２ 真空ポンプ
３０ 給電ケーブル
４０ 接地部材
５０ ガス供給管
５１ バルブ
Ｅ 高周波電源
Ｇ１、Ｇ２ ガス供給源部
ｇ１ 第１ガス供給源
ｇ２ 第２ガス供給源
ｇ３ 原料ガス供給源
Ｐ プラズマ領域

Claims (9)

1. 平板状の第１電極および第２電極を平行に対向して内部に有するチャンバー内に、後述の第２ガスよりもプラズマを励起させ難い第１ガスを導入するプラズマ放電準備工程と、
   プラズマ放電準備工程と同時乃至直後に、チャンバー内にプラズマ励起用の第２ガスを導入し、第１電極と第２電極の放電面間で第２ガスを介してプラズマ放電させるプラズマ放電開始工程と、
   プラズマ放電開始工程後、エッチングガスを導入することにより、第１・第２電極間に設置される基板を処理するか、あるいはチャンバー内をクリーニングするエッチング工程とを含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。
2. プラズマ放電開始工程における第２ガスの導入は、第１電極または第２電極の放電面から電極間に第２ガスを噴出させることにより行われる請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
3. エッチング工程において、開始から所定時間までの間に、エッチングガスの流量を連続的または段階的に増加させる請求項１または２に記載のプラズマエッチング方法。
4. エッチング工程において、開始から所定時間までの間に、チャンバー内圧力が一定となるように、第２ガスの流量を連続的または段階的に減少させる請求項３に記載のプラズマエッチング方法。
5. 第１ガスがフッ素系ガスであり、第２ガスが不活性ガスである請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマエッチング方法。
6. 第１ガスがエッチングガスと同じガスである請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマエッチング方法。
7. カソード電極としての第１電極とアノード電極としての第２電極の間で反応ガスを介してプラズマ放電させることにより、アノード電極にて支持される基板上に膜を成膜可能なプラズマ成膜装置を用いたエッチング方法であって、
   エッチング工程によってチャンバー内の不要な堆積物を除去する請求項１〜６のいずれか１つに記載のプラズマエッチング方法。
8. 前記堆積物が酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸化窒化シリコンのうちの少なくとも１つを含み、エッチングガスがフッ素系ガスを含む請求項１〜７のいずれか１つに記載のプラズマエッチング方法。
9. カソード電極としての第１電極とアノード電極としての第２電極の間で反応ガスを介してプラズマ放電させるプラズマエッチング装置を用いたエッチング方法であって、
   エッチング工程によってカソード電極にて支持される半導体基板の表面をエッチング処理する請求項１〜６のいずれか１つに記載のプラズマエッチング方法。

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