プラズマ処理装置のクリーニング方法及びプラズマ処理方法
【課題】プラズマ発生室を構成するシリコンを含む構成部材に起因するパーティクルが被処理基板に付着することを防止することのできるプラズマ処理装置のクリーニング方法及びプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】シリコンを含む構成部材を有し、処理ガスを励起させてプラズマを生成するプラズマ生成室３０と、隔壁部材４０を介してプラズマ生成室に連通するプラズマ処理室２０と、プラズマ生成室の誘電体窓１３の外側に配設された平面状の高周波アンテナ１４０とを具備したプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、プラズマ生成室内で水素ガスを含む処理ガスをプラズマ励起し発生した水素ラジカルを隔壁部材を介してプラズマ処理室に導入し被処理基板に作用させてプラズマ処理を施し、被処理基板を搬出した後、プラズマ生成室内に四フッ化炭素ガスを導入してプラズマ生成室内に堆積したシリコン系の堆積物を除去する。
【解決手段】シリコンを含む構成部材を有し、処理ガスを励起させてプラズマを生成するプラズマ生成室３０と、隔壁部材４０を介してプラズマ生成室に連通するプラズマ処理室２０と、プラズマ生成室の誘電体窓１３の外側に配設された平面状の高周波アンテナ１４０とを具備したプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、プラズマ生成室内で水素ガスを含む処理ガスをプラズマ励起し発生した水素ラジカルを隔壁部材を介してプラズマ処理室に導入し被処理基板に作用させてプラズマ処理を施し、被処理基板を搬出した後、プラズマ生成室内に四フッ化炭素ガスを導入してプラズマ生成室内に堆積したシリコン系の堆積物を除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置のクリーニング方法及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の製造分野等においては、半導体ウエハ等の基板に、成膜処理やエッチング処理等の処理を行う装置として、プラズマを用いたプラズマ処理装置が知られている。
【０００３】
上記のプラズマ処理装置において、水素ガスのプラズマを発生させ、この水素ガスのプラズマ中の水素ラジカルを被処理基板に作用させて、レジストのアッシングや、低誘電率膜のエッチングを行う技術が知られている。このように水素ガスのプラズマを使用する場合、平行平板型などの容量結合型のプラズマ処理装置を使用すると、電極が水素プラズマにより大きなダメージを受ける。このため、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成する誘導結合型のプラズマ処理装置が使用されている。
【０００４】
このような誘導結合型のプラズマ処理装置として、円筒状のプラズマ発生室の側壁部にコイルスプリング状の高周波コイルを設け、このプラズマ発生室と、処理を行う半導体ウエハ等の被処理基板が配置されたプラズマ処理室とを、貫通孔を有する複数の遮蔽板（隔壁部材）によって仕切り、プラズマ中のラジカルのみを選択的に基板に作用させるプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
上記のように、側壁部に高周波コイルを設けた円筒状のプラズマ発生室と、プラズマ処理室とを遮蔽板によって仕切った構成のプラズマ処理装置では、側壁部に高周波コイルを設ける都合上、プラズマ発生室の形状が縦長となる。そして、この縦長のプラズマ発生室で発生させたプラズマ中からラジカルのみを移動させて被処理基板に作用させると、ラジカルの移動距離が長くなり、効率良くラジカルを被処理基板に作用させ、効率的に処理を行うことが難しい。このため、効率的に水素ラジカルによる処理を行うという点では、処理室の天井部に誘電体窓を設け、ここに平面状の高周波アンテナを設けたプラズマ処理装置を用いることが好ましい。
【０００６】
なお、酸素プラズマを用いたアッシング装置におけるクリーニング方法として、プラズマ処理室に付着した、フォトレジストに起因する炭素成分、及び半導体ウエハにバリアメタル層として形成されている窒化チタン膜又はチタン膜に起因するチタン成分を、四フッ化炭素のプラズマによってドライクリーニングし、アッシング速度の低下を防止することが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１６４５３号公報
【特許文献２】特開平１１−１４５１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した水素プラズマを用いたプラズマ処理技術では、プラズマ発生室を構成する構成部材にシリコンを含む構成部材が用いられる場合がある。例えば、誘電体窓や隔壁部材を石英等によって構成する場合がある。このシリコンを含む構成部材にプラズマポテンシャルで加速された水素イオンが衝突し、シリコンを含む構成部材がスパッタされ、スパッタされた粒子がプラズマ密度の低い部分に堆積する。そして、この堆積物が熱応力によって剥がれてパーティクルが発生し、プラズマ処理室内の被処理基板に付着するという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、プラズマ発生室を構成するシリコンを含む構成部材に起因するパーティクルが被処理基板に付着することを防止することのできるプラズマ処理装置のクリーニング方法及びプラズマ処理方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のプラズマ処理装置のクリーニング方法の一態様は、シリコンを含む構成部材を有し、処理ガスを励起させてプラズマを生成するプラズマ生成室と、開口部を有する隔壁部材を介して前記プラズマ生成室に連通するプラズマ処理室と、前記プラズマ生成室の天井部に設けられた板状の誘電体窓の外側に配設された平面状の高周波アンテナと、を具備したプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、前記プラズマ生成室内で水素ガスを含む処理ガスをプラズマ励起し、発生した水素ラジカルを前記隔壁部材を介して前記プラズマ処理室に導入し、被処理基板に作用させてプラズマ処理を施し、前記被処理基板を前記プラズマ処理室から搬出した後、前記プラズマ生成室内に四フッ化炭素ガスを導入して、当該プラズマ生成室内に堆積したシリコン系の堆積物を除去することを特徴とする。
【００１１】
本発明のプラズマ処理方法の一態様は、シリコンを含む構成部材を有し、処理ガスを励起させてプラズマを生成するプラズマ生成室と、開口部を有する隔壁部材を介して前記プラズマ生成室に連通するプラズマ処理室と、前記プラズマ生成室の天井部に設けられた板状の誘電体窓の外側に配設された平面状の高周波アンテナと、を具備したプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、前記プラズマ生成室内で水素ガスを含む処理ガスをプラズマ励起し、発生した水素ラジカルを前記隔壁部材を介して前記プラズマ処理室に導入し、被処理基板に作用させてプラズマ処理を施すプラズマ処理工程と、前記プラズマ処理工程によってプラズマ処理された前記被処理基板を前記プラズマ処理室から搬出する搬出工程と、前記搬出工程の後、前記プラズマ生成室内に四フッ化炭素ガスを導入して、当該プラズマ生成室内に堆積したシリコン系の堆積物を除去するクリーニング工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プラズマ発生室を構成するシリコンを含む構成部材に起因するパーティクルが被処理基板に付着することを防止することのできるプラズマ処理装置のクリーニング方法及びプラズマ処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の断面概略構成を示す図。
【図２】図１のプラズマ処理装置の高周波アンテナの概略構成を示す図。
【図３】図２の高周波アンテナにおける電圧と電流の関係を示す図。
【図４】図１のプラズマ処理装置の誘電体窓に貼り付けた半導体ウエハの熱酸化膜の膜厚変化を調べた結果を示すグラフ。
【図５】図１のプラズマ処理装置の誘電体窓及び隔壁部材に貼り付けた半導体ウエハの熱酸化膜の膜厚変化を調べた結果を示すグラフ。
【図６】図１のプラズマ処理装置の隔壁部材に貼り付けた半導体ウエハの熱酸化膜の膜厚を調べた結果を示すグラフ。
【図７】実施形態の工程を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に使用するプラズマ処理装置１の構成を模式的に示す図である。先ずプラズマ処理装置１の構成について説明する。プラズマ処理装置１は、処理チャンバー１０を具備している。処理チャンバー１０は、表面を陽極酸化処理されたアルミニウム等から略円筒状に構成されている。処理チャンバー１０の内側の底部には、半導体ウエハＷ等の被処理基板を載置するための載置台１５が配設されている。載置台１５の基板載置面には、被処理基板を吸着するための図示しない静電チャック等が設けられている。
【００１６】
処理チャンバー１０の天井部には、載置台１５と対向するように、シリコン（Ｓｉ）を含む部材である石英製の誘電体窓１３が設けられている。誘電体窓１３は、円板状に形成されており、処理チャンバー１０の天井部に形成された円形の開口を気密に閉塞するように配設されている。
【００１７】
処理チャンバー１０の内部には、載置台１５が配置された下方のプラズマ処理室２０と、上方のプラズマ生成室３０とを仕切るように、シリコン（Ｓｉ）を含む部材である石英製の隔壁部材４０が配設されている。この隔壁部材４０には、複数の開口部４０ａが形成されている。
【００１８】
プラズマエッチング装置１には、処理チャンバー１０のプラズマ生成室３０内に水素ガスを含む処理ガスを供給するためのガス供給部１２０が設けられている。処理チャンバー１０の側壁部にはガス導入口１２１が形成されており、ガス導入口１２１には、ガス供給配管１２３を介してガス供給源１２２が接続されている。ガス供給配管１２３の途中には、処理ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ１２４、開閉バルブ１２６が介挿されている。ガス供給源１２２からの処理ガスは、マスフローコントローラ１２４により所定の流量に制御されて、ガス導入口１２１から処理チャンバー１０のプラズマ生成室３０内に供給される。
【００１９】
図１では説明を簡単にするため、ガス供給部１２０を一系統のガスラインで表現しているが、ガス供給部１２０は単一のガス種の処理ガスを供給する場合に限られるものではなく、複数のガス種を処理ガスとして供給するものであってもよい。また、ガス供給部１２０は、処理チャンバー１０の側壁部からガスを供給する構成のものに限られず、処理チャンバー１０の天井部からガスを供給する構成であってもよい。この場合には、例えば、誘電体窓１３の例えば中央にガス導入口を形成し、そこからガスを供給するようにしてもよい。
【００２０】
処理チャンバー１０の底部には、処理チャンバー１０内を排気するための排気部１３０が排気管１３２を介して接続されている。排気部１３０は例えば真空ポンプ等によって構成され、処理チャンバー１０内を所定の圧力まで減圧し得るようになっている。処理チャンバー１０の側壁部には、ウエハ搬出入口３２が形成されており、このウエハ搬出入口３２には、ウエハ搬出入口３２を気密に閉塞し、開閉自在とされたゲートバルブ３１が設けられている。
【００２１】
処理チャンバー１０の天井部の外側には、誘電体窓１３の外側面（上側面）に対向するように平面状の高周波アンテナ１４０が配置されており、この高周波アンテナ１４０を覆うように略筒状（本実施形態では円筒状）のシールド部材１６０が設けられている。高周波アンテナ１４０は、図２に示すように、例えば銅、アルミニウム、ステンレスなどの導体で構成された渦巻きコイル状のアンテナ素子１４２を、複数の挟持体１４４で挟持して構成されている。各挟持体１４４は、棒状に形成されており、３つの挟持体１４４が、アンテナ素子１４２の中央付近からその外側に向けて放射状に延在するように配置されている。
【００２２】
アンテナ素子１４２には、高周波電源１５０が接続されている。高周波電源１５０からアンテナ素子１４２に所定の周波数（例えば２６．７０ＭＨｚ）の高周波を所定のパワーで供給することにより、処理チャンバー１０内のプラズマ生成室３０内に誘導磁界が形成される。これにより、プラズマ生成室３０内に導入された水素ガスを含む処理ガスが励起され、プラズマが生成される。このプラズマ生成室３０内に励起されたプラズマ中のイオンは、隔壁部材４０によって遮蔽されてプラズマ処理室２０内に進入することが阻止され、プラズマ中の水素ラジカルのみがプラズマ処理室２０内に移動して水素ラジカルによる半導体ウエハＷの処理が行われる。
【００２３】
高周波電源１５０から出力される高周波電力の周波数は、２６．７０ＭＨｚに限られるものではない。例えば１３．５６ＭＨｚ、６０ＭＨｚなどであってもよい。但し、高周波電源１５０から出力される高周波電力の周波数に応じてアンテナ素子１４２の電気的長さを調整する必要がある。
【００２４】
シールド部材１６０は、処理チャンバー１０の天井部に固定された略円筒状の下部シールド部材１６１と、この下部シールド部材１６１の外側にスライド自在に設けられた上部シールド部材１６２とで構成されている。上部シールド部材１６２は、上面が閉塞し下面が開口する略円筒状に形成されている。上部シールド部材１６２は、処理チャンバー１０の側壁部に設けられたアクチュエータ１６５によって上下にスライド駆動するようになっている。また、高周波アンテナ１４０も、アクチュエータ１４５によって高さ調整ができるようになっている。
【００２５】
プラズマ処理装置１は、制御部（全体制御装置）２００を具備しており、この制御部２００によってプラズマ処理装置１の各部が制御されるようになっている。また、制御部２００には、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キーボードや、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる操作部２１０が接続されている。
【００２６】
さらに、制御部２００には、プラズマ処理装置１で実行される各種処理を制御部２００の制御にて実現するためのプログラムやプログラムを実行するために必要なレシピなどが記憶された記憶部２２０が接続されている。
【００２７】
記憶部２２０には、半導体ウエハＷの処理を実行するための複数のレシピの他、処理チャンバー１０内のクリーニング処理など必要な処理を行うためのレシピなどが記憶されている。なお、これらのレシピはハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよく、またＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の記憶媒体に収容された状態で記憶部２２０の所定位置にセットするようになっていてもよい。
【００２８】
制御部２００は、操作部２１０からの指示等に基づいて所望のレシピを記憶部２２０から読み出して各部を制御することで、プラズマ処理装置１での所望の処理を実行する。また、操作部２１０からの操作によりレシピを編集できるようになっている。
【００２９】
次に、高周波アンテナ１４０の具体的な構成について説明する。高周波アンテナ１４０は、図２に示すようにアンテナ素子１４２の両端、すなわち外側端部１４２ａと内側端部１４２ｂを自由端（電気的にフローティングの状態）とするとともに、巻き方向の長さの中点又はその近傍（以下、単に「中点」という。）を接地点（グラウンド）１４２ｃとし、１／２波長の定在波を形成できるように構成されている。
【００３０】
すなわち、アンテナ素子１４２は、高周波電源１５０から供給される所定の周波数（例えば２６．７０ＭＨｚ）を基準として、その基準周波数の１／２波長で共振（半波長モードで共振）するように、長さ、巻径、巻回ピッチ、巻数が設定されている。例えばアンテナ素子１４２の電気的長さは、基準周波数の１／２倍によって共振する長さ、すなわち基準周波数である２６．７０ＭＨｚにおける１波長の１／２倍の長さである。なお、アンテナ素子１４２は、パイプ状、線状、板状などいずれの形状で構成してもよい。
【００３１】
高周波電源１５０からの高周波を供給する給電ポイント１４２ｄは、接地点１４２ｃよりも内側であっても外側であってもよく、例えばインピーダンスが５０Ωとなる点であることが好ましい。給電ポイントは可変にしてもよい。この場合、モータなどにより給電ポイントを自動で変更できるようにしてもよい。
【００３２】
このようなアンテナ素子１４２によれば、高周波電源１５０から基準周波数（例えば２６．７０ＭＨｚ）の高周波を高周波アンテナ１４０に印加して半波長モードで共振させると、ある瞬間では図３に示すようにアンテナ素子１４２に印加される電圧Ｖは、中点（接地点）がゼロで、一方の端部が正のピークとなり、他方の端部が負のピークとなるような波形になる。これに対して、アンテナ素子１４２に印加される電流Ｉは、電圧波形と９０度位相がずれるため、中点（接地点）が最大で、両端部がゼロとなるような波形になる。
【００３３】
このとき、高周波の正負のサイクル毎に互いに瞬時容量が逆方向に増減するので、アンテナ素子１４２に印加される電圧Ｖと電流Ｉの波形はそれぞれ図３に示すようになる。すなわち、電圧Ｖについてはアンテナ素子１４２上に発生する正負の電圧成分によって相殺されて平均電圧が非常に小さくなるような半波長モードの定在波が形成される。これに対して、電流Ｉについてはアンテナ素子１４２上で中点（接地点）が最も強く、正のみ又は負のみの電流成分による定在波が形成される。
【００３４】
このような定在波によってアンテナ素子１４２の中央近傍に最大強度を有する垂直磁場Ｂが発生する。これによりプラズマ生成室３０内に、垂直磁場Ｂを中心とする円形電場が励起され、ドーナツ状のプラズマが生成される。この際、アンテナ素子１４２に印加される平均電圧は非常に小さいので、容量結合度が極めて弱いため、電位の低いプラズマを生成することができる。
【００３５】
ここで、仮にアンテナ素子１４２の外側端部１４２ａと内側端部１４２ｂの両方を接地して、外側端部１４２ａと接地間に高周波電源１５０を接続した場合には、図３に示した電圧Ｖと電流Ｉの波形が逆になる。すなわち、高周波電源１５０から基準周波数（例えば２６．７０ＭＨｚ）の高周波を高周波アンテナ１４０に印加して半波長モードで共振させると、ある瞬間ではアンテナ素子１４２に印加される電圧Ｖは、中点（接地点）が最大で、両端部がゼロとなるような波形になる。これに対して、アンテナ素子１４２に印加される電流Ｉは、電圧波形と９０度位相がずれるため、中点（接地点）がゼロで、一方の端部が正のピークとなり、他方の端部が負のピークとなるような波形になる。
【００３６】
このように、アンテナ素子１４２の両端を接地して半波長モードで共振させると、接地点を境としてアンテナ素子１４２の内側部とアンテナ素子１４２の外側部では常に相反する方向の磁場が形成される。その相反する磁場によってほぼ同一平面内の近傍に円形電場が二つ形成される。しかもこの二つの円形電場の回転方向が常に相反しているため、互いに干渉し合い、生成されたプラズマが不安定になるおそれがある。
【００３７】
これに対して、アンテナ素子１４２の中点を接地点とすると、上述したように励起される円形電場は一つであって常に一方向であり、干渉し合う反対方向の電場もない。このため、アンテナ素子１４２の中点を接地点とする場合には、アンテナ素子１４２の端部を接地点とする場合に比べて安定したプラズマを形成することができる。
【００３８】
また、アンテナ素子１４２の両端を接地した場合は、共振状態でのアンテナ素子１４２上に電圧成分が残るので、プラズマ中に容量結合成分が多く発生する。この点、アンテナ素子１４２の中点を接地点とした場合には、上述したように共振状態でのアンテナ素子１４２上の電圧成分が非常に小さいので、プラズマ中に容量結合成分が発生し難い。従って、ダメージの少ないプラズマ処理を行うには、アンテナ素子１４２の中点を接地点とする場合の方が有利である。
【００３９】
ところで、本実施形態においてアンテナ素子１４２を１／２波長モードで共振させるためには、上述したようにアンテナ素子１４２の電気的長さを正確に基準周波数（ここでは２６．７０ＭＨｚ）の１／２倍の長さに合わせる必要がある。しかしながら、アンテナ素子１４２の物理的長さを正確に製作するのは容易ではない。また、アンテナ素子１４２の共振周波数はアンテナ素子１４２の固有のリアクタンスだけでなく、アンテナ素子１４２とシールド部材１６０との間の浮遊容量（ストレキャパシタンス）も影響する。このため、たとえアンテナ素子１４２の物理的長さを正確に製作できたとしても、取付け誤差などによりアンテナ素子１４２とシールド部材１６０の距離に誤差が生じて設計通りの共振周波数が得られない場合もある。
【００４０】
このため本実施形態では、シールド部材１６０の高さを調整可能とし、これによってアンテナ素子１４２とシールド部材１６０との間の距離を調整して浮遊容量を変化させることで、アンテナ素子１４２の共振周波数を調整できるようになっている。具体的にはアクチュエータ１６５を駆動させて上部シールド部材１６２を高くすることで、シールド部材１６０と高周波アンテナ１４０との距離が長くなる。これにより、浮遊容量Ｃが小さくなるので、アンテナ素子１４２の電気長が長くなるように共振周波数を調整できる。
【００４１】
逆に、上部シールド部材１６２を低くすれば、シールド部材１６０と高周波アンテナ１４０との距離が短くなる。これにより、浮遊容量Ｃが大きくなるので、アンテナ素子１４２の電気長が短くなるように共振周波数を調整できる。このように、本実施形態によればシールド部材１６０の高さを調整することにより、アンテナ素子１４２とシールド部材１６０との間の浮遊容量Ｃを変えることができるので、アンテナ素子１４２の物理的長さを変えることなく、アンテナ素子１４２の共振周波数を調整できる。
【００４２】
さらに、本実施形態では、高周波アンテナ１４０の高さも調整可能とし、これによってプラズマとアンテナ素子１４２との距離を調整することでプラズマポテンシャルを調整できるようになっている。
【００４３】
上述した高周波アンテナ１４０とシールド部材１６０の高さ調整はそれぞれ、制御部２００によってアクチュエータ１４５、１６５を制御することによって行われる。この場合、高周波アンテナ１４０とシールド部材１６０の高さ調整は、操作部２１０によるオペレータの操作によって行うようにしてもよく、また制御部２００の自動制御によって行うようにしてもよい。
【００４４】
シールド部材１６０の高さ調整を自動的に行う場合には、例えば高周波電源１５０の出力側に高周波パワーメータ（例えば反射波パワーメータ）を設け、高周波パワーメータによって検出される高周波電力に応じて（例えば反射波電力が最小となるように）、アクチュエータ１６５を制御してシールド部材１６０の高さを調整し、アンテナ素子１４２の共振周波数を自動的に調整するように構成することができる。
【００４５】
上記構成のプラズマ処理装置１によって、半導体ウエハＷのプラズマ処理を行う場合、ゲートバルブ３１を開き、ウエハ搬出入口３２から処理チャンバー１０のプラズマ処理室２０内に半導体ウエハＷを搬入し、載置台１５に載置して静電チャックにより吸着する。
【００４６】
次いで、ゲートバルブ３１を閉じ、排気部１３０の図示しない真空ポンプ等によって、処理チャンバー１０内を所定の真空度となるまで真空引する。
【００４７】
その後、ガス供給部１２０によって、所定流量の水素ガスを含む処理ガス、例えば、水素ガスと希ガス（Ａｒ又はＨｅ等）を含む処理ガスや、水素ガスと酸素ガスとを含む処理ガス等を、処理チャンバー１０のプラズマ生成室３０内に供給する。そして、処理チャンバー１０内の圧力が、所定の圧力に維持された後、高周波電源１５０から、高周波アンテナ１４０に所定の周波数の高周波電力が印加される。これにより、プラズマ生成室３０内には、水素ガスを含む処理ガスのＩＣＰプラズマが発生する。
【００４８】
このＩＣＰプラズマ中のイオンは、電気的なチャージを有するため、隔壁部材４０によって遮蔽され、プラズマ処理室２０内にはほとんど到達できない。一方、水素ラジカルは、電気的に中性であるため、隔壁部材４０の開口部４０ａを通ってプラズマ処理室２０内にまで到達する。そして、この水素ラジカルが、載置台１５上に載置された半導体ウエハＷに作用することによって、半導体ウエハＷのプラズマ処理、例えば、エッチング処理やアッシング処理等が行われる。
【００４９】
この時、プラズマ処理装置１では、平面状の高周波アンテナ１４０を使用してＩＣＰプラズマが発生させており、比較的半導体ウエハＷに近い領域にプラズマが存在する。このため、プラズマから半導体ウエハＷに至るまでの水素ラジカルの移動量が少なくて済み、寿命の短い水素ラジカルを効率的に半導体ウエハＷに作用させることができる。
【００５０】
そして、所定のプラズマ処理が終了すると、高周波電力の印加及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバー１０内から搬出される。そして、半導体ウエハＷが処理チャンバー１０内から搬出された後、必要に応じてクリーニング処理工程を実施する。
【００５１】
図４のグラフは、プラズマ処理装置１において、誘電体窓１３の真空側の面に、熱酸化膜を形成した半導体ウエハの短冊状の切片を、誘電体窓１３の径方向に沿って張り付けた状態でプラズマ生成室３０に水素を含むガスのプラズマを発生させ、半導体ウエハの短冊状の切片における熱酸化膜の膜厚変化を測定した結果を示している。図４のグラフにおいて、縦軸は熱酸化膜の膜厚変化（ｎｍ／時間）、横軸は処理チャンバー１０の中心からの距離（ｍｍ）を示している。また、図４に示す方向１は、アンテナ素子１４２の外側端部１４２ａ及び接地点（グラウンド）１４２ｃの直下を通る方向を示している。また、方向２はゲートバルブに向かう方向を示している。
【００５２】
プラズマの発生条件は、以下の通りである。
処理ガス：Ｈｅ／Ｈ２＝２４００／１００ｓｃｃｍ
圧力：１９９５Ｐａ（１．５Ｔｏｒｒ）
高周波電力：３０００Ｗ
電源電流：２３．０Ａ
共振周波数：２６．７０ＭＨｚ
放電時間：３０秒×１２０回（合計１時間）（放電−放電間 ５分冷却）
【００５３】
図４のグラフに示されるように、径方向の中間部（中心から距離が７５〜１５０ｍｍ程度の部分）では、熱酸化膜の膜厚変化がマイナス側になっており、スパッタされている。一方、この部分より内側及び外側では、熱酸化膜の膜厚変化がプラス側になっており、デポ（堆積）が生じていることが分かる。スパッタされている領域は、プラズマ密度の高い部分であり、デポが生じている部分はプラズマ密度の低いで部分である。なお、方向１と方向２では、大きな差はない。これらの実験は、半導体ウエハの切片に形成した熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）による結果であるが、同様にして、誘電体窓１３の真空側の面においては、シリコンを含む部材である石英製の誘電体窓１３が、プラズマ密度の高い部分ではスパッタされ、プラズマ密度の低い部分に位置する誘電体窓１３の部分に、スパッタされた粒子が堆積する。なお、水素プラズマを用いた実際のプラズマ処理では、処理ガスとして、水素ガス単ガスの他、水素ガスと酸素ガスとの混合ガス、水素ガスと希ガス（例えば、Ａｒガス）との混合ガス等が使用される。
【００５４】
図５のグラフは、上記した方向２について、誘電体窓１３の真空側の面と、隔壁部材４０の上面とに貼り付けた半導体ウエハの短冊状の切片について、熱酸化膜の膜厚変化を測定した結果を示している。図５のグラフにおいて、縦軸は熱酸化膜の膜厚変化（ｎｍ／時間）、横軸は処理チャンバー１０の中心からの距離（ｍｍ）を示している。
【００５５】
図５のグラフに示されるように、隔壁部材４０の上面においても、誘電体窓１３の真空側の面と同様にスパッタされる部位とデポが生じる部位があるが、誘電体窓１３の真空側の面に比べてデポが生じる領域が多く、デポの量も多くなっている。なお、この実験も、半導体ウエハの切片に形成した熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）による結果であるが、同様にして、隔壁部材４０の上面においては、シリコンを含む部材である石英製の隔壁部材４０が、プラズマ密度の高い部分ではスパッタされ、プラズマ密度の低い部位に位置する隔壁部材４０の部分に、スパッタされた粒子が堆積する。
【００５６】
図６のグラフは、縦軸を熱酸化膜の膜厚（ｎｍ）、横軸を処理チャンバー１０の中心からの距離（ｍｍ）として、隔壁部材４０の上面における熱酸化膜の膜厚を測定した結果を示している。図６のグラフにおいて、菱形のプロットは初期状態の膜厚を示している。また、正方形のプロットは、水素プラズマによる半導体ウエハのプラズマ処理を模した水素ガスによる放電を３０分行った後の膜厚を示している。また、三角形のプロットは、クリーニング工程を実施した後の膜厚を示している。
【００５７】
上記のクリーニング工程は、以下の条件で行った。
処理ガス：ＣＦ４＝２００ｓｃｃｍ
圧力：２６．６Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）
高周波電力：３０００Ｗ
電源電流：２３．０Ａ
共振周波数：２６．７０ＭＨｚ
放電時間：３０秒
【００５８】
図６のグラフに示すように、水素プラズマによる半導体ウエハのプラズマ処理を模した水素ガスによる放電を３０分行った後は、プラズマ密度の低い部分にデポが生じている。そして、上記の条件でクリーニング工程を実施することによって、このデポ物を除去できることが確認できた。なお、図６に示した例では、３０分のプラズマ処理工程に対して、３０秒のクリーニング工程を実施した場合であるため、デポ物を完全には除去できていないが、２〜３分のクリーニング工程を実施すれば、デポ物を完全に除去することができることが分かる。
【００５９】
実際のプラズマ処理においては、あまりデポ物の量が多くならないうちにクリーニング工程を実施した方が、半導体ウエハに対する剥離したデポ物の付着防止効果を高めることができる。したがって、例えば数枚の半導体ウエハに対してプラズマ処理を実施し、プラズマ処理の積算処理時間が所定時間、例えば５分〜１０分程度となる毎に、上記のクリーニング工程を実施することが好ましい。この場合、半導体ウエハがプラズマ処理室内に無い状態でクリーニング工程を実施することが好ましい。このため、半導体ウエハの水素プラズマによるプラズマ処理工程を図７のフローチャートに示すように行う。
【００６０】
すなわち、被処理基板をプラズマ処理室に搬入する工程（工程７０１）、被処理基板に水素プラズマから引き出した水素ラジカルを作用させてプラズマ処理する工程（工程７０２）、被処理基板をプラズマ処理室から搬出する工程（工程７０３）を繰り返して行うことによって、所定枚数の被処理基板にプラズマ処理を施す。この際に、被処理基板をプラズマ処理室から搬出する工程（工程７０３）の後、プラズマ処理の積算時間が所定時間に達したか否かを判定し（工程７０４）、プラズマ処理の積算時間が所定時間に達した場合はクリーニング工程（工程７０５）を実施する。一方、プラズマ処理の積算時間が所定時間に達していない場合は、次の被処理基板をプラズマ処理室に搬入する工程（工程７０１）を実施し、枚葉処理によるプラズマ処理を続ける。
【００６１】
以上、本発明を実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００６２】
１……プラズマ処理装置、１０……処理チャンバー、１３……誘電体窓、１５……載置台、２０……プラズマ処理室、３０……プラズマ生成室、４０……隔壁部材、４０ａ……開口部、１４０……高周波アンテナ、１４２……アンテナ素子、１５０……高周波電源。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置のクリーニング方法及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の製造分野等においては、半導体ウエハ等の基板に、成膜処理やエッチング処理等の処理を行う装置として、プラズマを用いたプラズマ処理装置が知られている。
【０００３】
上記のプラズマ処理装置において、水素ガスのプラズマを発生させ、この水素ガスのプラズマ中の水素ラジカルを被処理基板に作用させて、レジストのアッシングや、低誘電率膜のエッチングを行う技術が知られている。このように水素ガスのプラズマを使用する場合、平行平板型などの容量結合型のプラズマ処理装置を使用すると、電極が水素プラズマにより大きなダメージを受ける。このため、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成する誘導結合型のプラズマ処理装置が使用されている。
【０００４】
このような誘導結合型のプラズマ処理装置として、円筒状のプラズマ発生室の側壁部にコイルスプリング状の高周波コイルを設け、このプラズマ発生室と、処理を行う半導体ウエハ等の被処理基板が配置されたプラズマ処理室とを、貫通孔を有する複数の遮蔽板（隔壁部材）によって仕切り、プラズマ中のラジカルのみを選択的に基板に作用させるプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
上記のように、側壁部に高周波コイルを設けた円筒状のプラズマ発生室と、プラズマ処理室とを遮蔽板によって仕切った構成のプラズマ処理装置では、側壁部に高周波コイルを設ける都合上、プラズマ発生室の形状が縦長となる。そして、この縦長のプラズマ発生室で発生させたプラズマ中からラジカルのみを移動させて被処理基板に作用させると、ラジカルの移動距離が長くなり、効率良くラジカルを被処理基板に作用させ、効率的に処理を行うことが難しい。このため、効率的に水素ラジカルによる処理を行うという点では、処理室の天井部に誘電体窓を設け、ここに平面状の高周波アンテナを設けたプラズマ処理装置を用いることが好ましい。
【０００６】
なお、酸素プラズマを用いたアッシング装置におけるクリーニング方法として、プラズマ処理室に付着した、フォトレジストに起因する炭素成分、及び半導体ウエハにバリアメタル層として形成されている窒化チタン膜又はチタン膜に起因するチタン成分を、四フッ化炭素のプラズマによってドライクリーニングし、アッシング速度の低下を防止することが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１６４５３号公報
【特許文献２】特開平１１−１４５１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した水素プラズマを用いたプラズマ処理技術では、プラズマ発生室を構成する構成部材にシリコンを含む構成部材が用いられる場合がある。例えば、誘電体窓や隔壁部材を石英等によって構成する場合がある。このシリコンを含む構成部材にプラズマポテンシャルで加速された水素イオンが衝突し、シリコンを含む構成部材がスパッタされ、スパッタされた粒子がプラズマ密度の低い部分に堆積する。そして、この堆積物が熱応力によって剥がれてパーティクルが発生し、プラズマ処理室内の被処理基板に付着するという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、プラズマ発生室を構成するシリコンを含む構成部材に起因するパーティクルが被処理基板に付着することを防止することのできるプラズマ処理装置のクリーニング方法及びプラズマ処理方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のプラズマ処理装置のクリーニング方法の一態様は、シリコンを含む構成部材を有し、処理ガスを励起させてプラズマを生成するプラズマ生成室と、開口部を有する隔壁部材を介して前記プラズマ生成室に連通するプラズマ処理室と、前記プラズマ生成室の天井部に設けられた板状の誘電体窓の外側に配設された平面状の高周波アンテナと、を具備したプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、前記プラズマ生成室内で水素ガスを含む処理ガスをプラズマ励起し、発生した水素ラジカルを前記隔壁部材を介して前記プラズマ処理室に導入し、被処理基板に作用させてプラズマ処理を施し、前記被処理基板を前記プラズマ処理室から搬出した後、前記プラズマ生成室内に四フッ化炭素ガスを導入して、当該プラズマ生成室内に堆積したシリコン系の堆積物を除去することを特徴とする。
【００１１】
本発明のプラズマ処理方法の一態様は、シリコンを含む構成部材を有し、処理ガスを励起させてプラズマを生成するプラズマ生成室と、開口部を有する隔壁部材を介して前記プラズマ生成室に連通するプラズマ処理室と、前記プラズマ生成室の天井部に設けられた板状の誘電体窓の外側に配設された平面状の高周波アンテナと、を具備したプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、前記プラズマ生成室内で水素ガスを含む処理ガスをプラズマ励起し、発生した水素ラジカルを前記隔壁部材を介して前記プラズマ処理室に導入し、被処理基板に作用させてプラズマ処理を施すプラズマ処理工程と、前記プラズマ処理工程によってプラズマ処理された前記被処理基板を前記プラズマ処理室から搬出する搬出工程と、前記搬出工程の後、前記プラズマ生成室内に四フッ化炭素ガスを導入して、当該プラズマ生成室内に堆積したシリコン系の堆積物を除去するクリーニング工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プラズマ発生室を構成するシリコンを含む構成部材に起因するパーティクルが被処理基板に付着することを防止することのできるプラズマ処理装置のクリーニング方法及びプラズマ処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の断面概略構成を示す図。
【図２】図１のプラズマ処理装置の高周波アンテナの概略構成を示す図。
【図３】図２の高周波アンテナにおける電圧と電流の関係を示す図。
【図４】図１のプラズマ処理装置の誘電体窓に貼り付けた半導体ウエハの熱酸化膜の膜厚変化を調べた結果を示すグラフ。
【図５】図１のプラズマ処理装置の誘電体窓及び隔壁部材に貼り付けた半導体ウエハの熱酸化膜の膜厚変化を調べた結果を示すグラフ。
【図６】図１のプラズマ処理装置の隔壁部材に貼り付けた半導体ウエハの熱酸化膜の膜厚を調べた結果を示すグラフ。
【図７】実施形態の工程を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に使用するプラズマ処理装置１の構成を模式的に示す図である。先ずプラズマ処理装置１の構成について説明する。プラズマ処理装置１は、処理チャンバー１０を具備している。処理チャンバー１０は、表面を陽極酸化処理されたアルミニウム等から略円筒状に構成されている。処理チャンバー１０の内側の底部には、半導体ウエハＷ等の被処理基板を載置するための載置台１５が配設されている。載置台１５の基板載置面には、被処理基板を吸着するための図示しない静電チャック等が設けられている。
【００１６】
処理チャンバー１０の天井部には、載置台１５と対向するように、シリコン（Ｓｉ）を含む部材である石英製の誘電体窓１３が設けられている。誘電体窓１３は、円板状に形成されており、処理チャンバー１０の天井部に形成された円形の開口を気密に閉塞するように配設されている。
【００１７】
処理チャンバー１０の内部には、載置台１５が配置された下方のプラズマ処理室２０と、上方のプラズマ生成室３０とを仕切るように、シリコン（Ｓｉ）を含む部材である石英製の隔壁部材４０が配設されている。この隔壁部材４０には、複数の開口部４０ａが形成されている。
【００１８】
プラズマエッチング装置１には、処理チャンバー１０のプラズマ生成室３０内に水素ガスを含む処理ガスを供給するためのガス供給部１２０が設けられている。処理チャンバー１０の側壁部にはガス導入口１２１が形成されており、ガス導入口１２１には、ガス供給配管１２３を介してガス供給源１２２が接続されている。ガス供給配管１２３の途中には、処理ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ１２４、開閉バルブ１２６が介挿されている。ガス供給源１２２からの処理ガスは、マスフローコントローラ１２４により所定の流量に制御されて、ガス導入口１２１から処理チャンバー１０のプラズマ生成室３０内に供給される。
【００１９】
図１では説明を簡単にするため、ガス供給部１２０を一系統のガスラインで表現しているが、ガス供給部１２０は単一のガス種の処理ガスを供給する場合に限られるものではなく、複数のガス種を処理ガスとして供給するものであってもよい。また、ガス供給部１２０は、処理チャンバー１０の側壁部からガスを供給する構成のものに限られず、処理チャンバー１０の天井部からガスを供給する構成であってもよい。この場合には、例えば、誘電体窓１３の例えば中央にガス導入口を形成し、そこからガスを供給するようにしてもよい。
【００２０】
処理チャンバー１０の底部には、処理チャンバー１０内を排気するための排気部１３０が排気管１３２を介して接続されている。排気部１３０は例えば真空ポンプ等によって構成され、処理チャンバー１０内を所定の圧力まで減圧し得るようになっている。処理チャンバー１０の側壁部には、ウエハ搬出入口３２が形成されており、このウエハ搬出入口３２には、ウエハ搬出入口３２を気密に閉塞し、開閉自在とされたゲートバルブ３１が設けられている。
【００２１】
処理チャンバー１０の天井部の外側には、誘電体窓１３の外側面（上側面）に対向するように平面状の高周波アンテナ１４０が配置されており、この高周波アンテナ１４０を覆うように略筒状（本実施形態では円筒状）のシールド部材１６０が設けられている。高周波アンテナ１４０は、図２に示すように、例えば銅、アルミニウム、ステンレスなどの導体で構成された渦巻きコイル状のアンテナ素子１４２を、複数の挟持体１４４で挟持して構成されている。各挟持体１４４は、棒状に形成されており、３つの挟持体１４４が、アンテナ素子１４２の中央付近からその外側に向けて放射状に延在するように配置されている。
【００２２】
アンテナ素子１４２には、高周波電源１５０が接続されている。高周波電源１５０からアンテナ素子１４２に所定の周波数（例えば２６．７０ＭＨｚ）の高周波を所定のパワーで供給することにより、処理チャンバー１０内のプラズマ生成室３０内に誘導磁界が形成される。これにより、プラズマ生成室３０内に導入された水素ガスを含む処理ガスが励起され、プラズマが生成される。このプラズマ生成室３０内に励起されたプラズマ中のイオンは、隔壁部材４０によって遮蔽されてプラズマ処理室２０内に進入することが阻止され、プラズマ中の水素ラジカルのみがプラズマ処理室２０内に移動して水素ラジカルによる半導体ウエハＷの処理が行われる。
【００２３】
高周波電源１５０から出力される高周波電力の周波数は、２６．７０ＭＨｚに限られるものではない。例えば１３．５６ＭＨｚ、６０ＭＨｚなどであってもよい。但し、高周波電源１５０から出力される高周波電力の周波数に応じてアンテナ素子１４２の電気的長さを調整する必要がある。
【００２４】
シールド部材１６０は、処理チャンバー１０の天井部に固定された略円筒状の下部シールド部材１６１と、この下部シールド部材１６１の外側にスライド自在に設けられた上部シールド部材１６２とで構成されている。上部シールド部材１６２は、上面が閉塞し下面が開口する略円筒状に形成されている。上部シールド部材１６２は、処理チャンバー１０の側壁部に設けられたアクチュエータ１６５によって上下にスライド駆動するようになっている。また、高周波アンテナ１４０も、アクチュエータ１４５によって高さ調整ができるようになっている。
【００２５】
プラズマ処理装置１は、制御部（全体制御装置）２００を具備しており、この制御部２００によってプラズマ処理装置１の各部が制御されるようになっている。また、制御部２００には、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キーボードや、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる操作部２１０が接続されている。
【００２６】
さらに、制御部２００には、プラズマ処理装置１で実行される各種処理を制御部２００の制御にて実現するためのプログラムやプログラムを実行するために必要なレシピなどが記憶された記憶部２２０が接続されている。
【００２７】
記憶部２２０には、半導体ウエハＷの処理を実行するための複数のレシピの他、処理チャンバー１０内のクリーニング処理など必要な処理を行うためのレシピなどが記憶されている。なお、これらのレシピはハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよく、またＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の記憶媒体に収容された状態で記憶部２２０の所定位置にセットするようになっていてもよい。
【００２８】
制御部２００は、操作部２１０からの指示等に基づいて所望のレシピを記憶部２２０から読み出して各部を制御することで、プラズマ処理装置１での所望の処理を実行する。また、操作部２１０からの操作によりレシピを編集できるようになっている。
【００２９】
次に、高周波アンテナ１４０の具体的な構成について説明する。高周波アンテナ１４０は、図２に示すようにアンテナ素子１４２の両端、すなわち外側端部１４２ａと内側端部１４２ｂを自由端（電気的にフローティングの状態）とするとともに、巻き方向の長さの中点又はその近傍（以下、単に「中点」という。）を接地点（グラウンド）１４２ｃとし、１／２波長の定在波を形成できるように構成されている。
【００３０】
すなわち、アンテナ素子１４２は、高周波電源１５０から供給される所定の周波数（例えば２６．７０ＭＨｚ）を基準として、その基準周波数の１／２波長で共振（半波長モードで共振）するように、長さ、巻径、巻回ピッチ、巻数が設定されている。例えばアンテナ素子１４２の電気的長さは、基準周波数の１／２倍によって共振する長さ、すなわち基準周波数である２６．７０ＭＨｚにおける１波長の１／２倍の長さである。なお、アンテナ素子１４２は、パイプ状、線状、板状などいずれの形状で構成してもよい。
【００３１】
高周波電源１５０からの高周波を供給する給電ポイント１４２ｄは、接地点１４２ｃよりも内側であっても外側であってもよく、例えばインピーダンスが５０Ωとなる点であることが好ましい。給電ポイントは可変にしてもよい。この場合、モータなどにより給電ポイントを自動で変更できるようにしてもよい。
【００３２】
このようなアンテナ素子１４２によれば、高周波電源１５０から基準周波数（例えば２６．７０ＭＨｚ）の高周波を高周波アンテナ１４０に印加して半波長モードで共振させると、ある瞬間では図３に示すようにアンテナ素子１４２に印加される電圧Ｖは、中点（接地点）がゼロで、一方の端部が正のピークとなり、他方の端部が負のピークとなるような波形になる。これに対して、アンテナ素子１４２に印加される電流Ｉは、電圧波形と９０度位相がずれるため、中点（接地点）が最大で、両端部がゼロとなるような波形になる。
【００３３】
このとき、高周波の正負のサイクル毎に互いに瞬時容量が逆方向に増減するので、アンテナ素子１４２に印加される電圧Ｖと電流Ｉの波形はそれぞれ図３に示すようになる。すなわち、電圧Ｖについてはアンテナ素子１４２上に発生する正負の電圧成分によって相殺されて平均電圧が非常に小さくなるような半波長モードの定在波が形成される。これに対して、電流Ｉについてはアンテナ素子１４２上で中点（接地点）が最も強く、正のみ又は負のみの電流成分による定在波が形成される。
【００３４】
このような定在波によってアンテナ素子１４２の中央近傍に最大強度を有する垂直磁場Ｂが発生する。これによりプラズマ生成室３０内に、垂直磁場Ｂを中心とする円形電場が励起され、ドーナツ状のプラズマが生成される。この際、アンテナ素子１４２に印加される平均電圧は非常に小さいので、容量結合度が極めて弱いため、電位の低いプラズマを生成することができる。
【００３５】
ここで、仮にアンテナ素子１４２の外側端部１４２ａと内側端部１４２ｂの両方を接地して、外側端部１４２ａと接地間に高周波電源１５０を接続した場合には、図３に示した電圧Ｖと電流Ｉの波形が逆になる。すなわち、高周波電源１５０から基準周波数（例えば２６．７０ＭＨｚ）の高周波を高周波アンテナ１４０に印加して半波長モードで共振させると、ある瞬間ではアンテナ素子１４２に印加される電圧Ｖは、中点（接地点）が最大で、両端部がゼロとなるような波形になる。これに対して、アンテナ素子１４２に印加される電流Ｉは、電圧波形と９０度位相がずれるため、中点（接地点）がゼロで、一方の端部が正のピークとなり、他方の端部が負のピークとなるような波形になる。
【００３６】
このように、アンテナ素子１４２の両端を接地して半波長モードで共振させると、接地点を境としてアンテナ素子１４２の内側部とアンテナ素子１４２の外側部では常に相反する方向の磁場が形成される。その相反する磁場によってほぼ同一平面内の近傍に円形電場が二つ形成される。しかもこの二つの円形電場の回転方向が常に相反しているため、互いに干渉し合い、生成されたプラズマが不安定になるおそれがある。
【００３７】
これに対して、アンテナ素子１４２の中点を接地点とすると、上述したように励起される円形電場は一つであって常に一方向であり、干渉し合う反対方向の電場もない。このため、アンテナ素子１４２の中点を接地点とする場合には、アンテナ素子１４２の端部を接地点とする場合に比べて安定したプラズマを形成することができる。
【００３８】
また、アンテナ素子１４２の両端を接地した場合は、共振状態でのアンテナ素子１４２上に電圧成分が残るので、プラズマ中に容量結合成分が多く発生する。この点、アンテナ素子１４２の中点を接地点とした場合には、上述したように共振状態でのアンテナ素子１４２上の電圧成分が非常に小さいので、プラズマ中に容量結合成分が発生し難い。従って、ダメージの少ないプラズマ処理を行うには、アンテナ素子１４２の中点を接地点とする場合の方が有利である。
【００３９】
ところで、本実施形態においてアンテナ素子１４２を１／２波長モードで共振させるためには、上述したようにアンテナ素子１４２の電気的長さを正確に基準周波数（ここでは２６．７０ＭＨｚ）の１／２倍の長さに合わせる必要がある。しかしながら、アンテナ素子１４２の物理的長さを正確に製作するのは容易ではない。また、アンテナ素子１４２の共振周波数はアンテナ素子１４２の固有のリアクタンスだけでなく、アンテナ素子１４２とシールド部材１６０との間の浮遊容量（ストレキャパシタンス）も影響する。このため、たとえアンテナ素子１４２の物理的長さを正確に製作できたとしても、取付け誤差などによりアンテナ素子１４２とシールド部材１６０の距離に誤差が生じて設計通りの共振周波数が得られない場合もある。
【００４０】
このため本実施形態では、シールド部材１６０の高さを調整可能とし、これによってアンテナ素子１４２とシールド部材１６０との間の距離を調整して浮遊容量を変化させることで、アンテナ素子１４２の共振周波数を調整できるようになっている。具体的にはアクチュエータ１６５を駆動させて上部シールド部材１６２を高くすることで、シールド部材１６０と高周波アンテナ１４０との距離が長くなる。これにより、浮遊容量Ｃが小さくなるので、アンテナ素子１４２の電気長が長くなるように共振周波数を調整できる。
【００４１】
逆に、上部シールド部材１６２を低くすれば、シールド部材１６０と高周波アンテナ１４０との距離が短くなる。これにより、浮遊容量Ｃが大きくなるので、アンテナ素子１４２の電気長が短くなるように共振周波数を調整できる。このように、本実施形態によればシールド部材１６０の高さを調整することにより、アンテナ素子１４２とシールド部材１６０との間の浮遊容量Ｃを変えることができるので、アンテナ素子１４２の物理的長さを変えることなく、アンテナ素子１４２の共振周波数を調整できる。
【００４２】
さらに、本実施形態では、高周波アンテナ１４０の高さも調整可能とし、これによってプラズマとアンテナ素子１４２との距離を調整することでプラズマポテンシャルを調整できるようになっている。
【００４３】
上述した高周波アンテナ１４０とシールド部材１６０の高さ調整はそれぞれ、制御部２００によってアクチュエータ１４５、１６５を制御することによって行われる。この場合、高周波アンテナ１４０とシールド部材１６０の高さ調整は、操作部２１０によるオペレータの操作によって行うようにしてもよく、また制御部２００の自動制御によって行うようにしてもよい。
【００４４】
シールド部材１６０の高さ調整を自動的に行う場合には、例えば高周波電源１５０の出力側に高周波パワーメータ（例えば反射波パワーメータ）を設け、高周波パワーメータによって検出される高周波電力に応じて（例えば反射波電力が最小となるように）、アクチュエータ１６５を制御してシールド部材１６０の高さを調整し、アンテナ素子１４２の共振周波数を自動的に調整するように構成することができる。
【００４５】
上記構成のプラズマ処理装置１によって、半導体ウエハＷのプラズマ処理を行う場合、ゲートバルブ３１を開き、ウエハ搬出入口３２から処理チャンバー１０のプラズマ処理室２０内に半導体ウエハＷを搬入し、載置台１５に載置して静電チャックにより吸着する。
【００４６】
次いで、ゲートバルブ３１を閉じ、排気部１３０の図示しない真空ポンプ等によって、処理チャンバー１０内を所定の真空度となるまで真空引する。
【００４７】
その後、ガス供給部１２０によって、所定流量の水素ガスを含む処理ガス、例えば、水素ガスと希ガス（Ａｒ又はＨｅ等）を含む処理ガスや、水素ガスと酸素ガスとを含む処理ガス等を、処理チャンバー１０のプラズマ生成室３０内に供給する。そして、処理チャンバー１０内の圧力が、所定の圧力に維持された後、高周波電源１５０から、高周波アンテナ１４０に所定の周波数の高周波電力が印加される。これにより、プラズマ生成室３０内には、水素ガスを含む処理ガスのＩＣＰプラズマが発生する。
【００４８】
このＩＣＰプラズマ中のイオンは、電気的なチャージを有するため、隔壁部材４０によって遮蔽され、プラズマ処理室２０内にはほとんど到達できない。一方、水素ラジカルは、電気的に中性であるため、隔壁部材４０の開口部４０ａを通ってプラズマ処理室２０内にまで到達する。そして、この水素ラジカルが、載置台１５上に載置された半導体ウエハＷに作用することによって、半導体ウエハＷのプラズマ処理、例えば、エッチング処理やアッシング処理等が行われる。
【００４９】
この時、プラズマ処理装置１では、平面状の高周波アンテナ１４０を使用してＩＣＰプラズマが発生させており、比較的半導体ウエハＷに近い領域にプラズマが存在する。このため、プラズマから半導体ウエハＷに至るまでの水素ラジカルの移動量が少なくて済み、寿命の短い水素ラジカルを効率的に半導体ウエハＷに作用させることができる。
【００５０】
そして、所定のプラズマ処理が終了すると、高周波電力の印加及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバー１０内から搬出される。そして、半導体ウエハＷが処理チャンバー１０内から搬出された後、必要に応じてクリーニング処理工程を実施する。
【００５１】
図４のグラフは、プラズマ処理装置１において、誘電体窓１３の真空側の面に、熱酸化膜を形成した半導体ウエハの短冊状の切片を、誘電体窓１３の径方向に沿って張り付けた状態でプラズマ生成室３０に水素を含むガスのプラズマを発生させ、半導体ウエハの短冊状の切片における熱酸化膜の膜厚変化を測定した結果を示している。図４のグラフにおいて、縦軸は熱酸化膜の膜厚変化（ｎｍ／時間）、横軸は処理チャンバー１０の中心からの距離（ｍｍ）を示している。また、図４に示す方向１は、アンテナ素子１４２の外側端部１４２ａ及び接地点（グラウンド）１４２ｃの直下を通る方向を示している。また、方向２はゲートバルブに向かう方向を示している。
【００５２】
プラズマの発生条件は、以下の通りである。
処理ガス：Ｈｅ／Ｈ２＝２４００／１００ｓｃｃｍ
圧力：１９９５Ｐａ（１．５Ｔｏｒｒ）
高周波電力：３０００Ｗ
電源電流：２３．０Ａ
共振周波数：２６．７０ＭＨｚ
放電時間：３０秒×１２０回（合計１時間）（放電−放電間 ５分冷却）
【００５３】
図４のグラフに示されるように、径方向の中間部（中心から距離が７５〜１５０ｍｍ程度の部分）では、熱酸化膜の膜厚変化がマイナス側になっており、スパッタされている。一方、この部分より内側及び外側では、熱酸化膜の膜厚変化がプラス側になっており、デポ（堆積）が生じていることが分かる。スパッタされている領域は、プラズマ密度の高い部分であり、デポが生じている部分はプラズマ密度の低いで部分である。なお、方向１と方向２では、大きな差はない。これらの実験は、半導体ウエハの切片に形成した熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）による結果であるが、同様にして、誘電体窓１３の真空側の面においては、シリコンを含む部材である石英製の誘電体窓１３が、プラズマ密度の高い部分ではスパッタされ、プラズマ密度の低い部分に位置する誘電体窓１３の部分に、スパッタされた粒子が堆積する。なお、水素プラズマを用いた実際のプラズマ処理では、処理ガスとして、水素ガス単ガスの他、水素ガスと酸素ガスとの混合ガス、水素ガスと希ガス（例えば、Ａｒガス）との混合ガス等が使用される。
【００５４】
図５のグラフは、上記した方向２について、誘電体窓１３の真空側の面と、隔壁部材４０の上面とに貼り付けた半導体ウエハの短冊状の切片について、熱酸化膜の膜厚変化を測定した結果を示している。図５のグラフにおいて、縦軸は熱酸化膜の膜厚変化（ｎｍ／時間）、横軸は処理チャンバー１０の中心からの距離（ｍｍ）を示している。
【００５５】
図５のグラフに示されるように、隔壁部材４０の上面においても、誘電体窓１３の真空側の面と同様にスパッタされる部位とデポが生じる部位があるが、誘電体窓１３の真空側の面に比べてデポが生じる領域が多く、デポの量も多くなっている。なお、この実験も、半導体ウエハの切片に形成した熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）による結果であるが、同様にして、隔壁部材４０の上面においては、シリコンを含む部材である石英製の隔壁部材４０が、プラズマ密度の高い部分ではスパッタされ、プラズマ密度の低い部位に位置する隔壁部材４０の部分に、スパッタされた粒子が堆積する。
【００５６】
図６のグラフは、縦軸を熱酸化膜の膜厚（ｎｍ）、横軸を処理チャンバー１０の中心からの距離（ｍｍ）として、隔壁部材４０の上面における熱酸化膜の膜厚を測定した結果を示している。図６のグラフにおいて、菱形のプロットは初期状態の膜厚を示している。また、正方形のプロットは、水素プラズマによる半導体ウエハのプラズマ処理を模した水素ガスによる放電を３０分行った後の膜厚を示している。また、三角形のプロットは、クリーニング工程を実施した後の膜厚を示している。
【００５７】
上記のクリーニング工程は、以下の条件で行った。
処理ガス：ＣＦ４＝２００ｓｃｃｍ
圧力：２６．６Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）
高周波電力：３０００Ｗ
電源電流：２３．０Ａ
共振周波数：２６．７０ＭＨｚ
放電時間：３０秒
【００５８】
図６のグラフに示すように、水素プラズマによる半導体ウエハのプラズマ処理を模した水素ガスによる放電を３０分行った後は、プラズマ密度の低い部分にデポが生じている。そして、上記の条件でクリーニング工程を実施することによって、このデポ物を除去できることが確認できた。なお、図６に示した例では、３０分のプラズマ処理工程に対して、３０秒のクリーニング工程を実施した場合であるため、デポ物を完全には除去できていないが、２〜３分のクリーニング工程を実施すれば、デポ物を完全に除去することができることが分かる。
【００５９】
実際のプラズマ処理においては、あまりデポ物の量が多くならないうちにクリーニング工程を実施した方が、半導体ウエハに対する剥離したデポ物の付着防止効果を高めることができる。したがって、例えば数枚の半導体ウエハに対してプラズマ処理を実施し、プラズマ処理の積算処理時間が所定時間、例えば５分〜１０分程度となる毎に、上記のクリーニング工程を実施することが好ましい。この場合、半導体ウエハがプラズマ処理室内に無い状態でクリーニング工程を実施することが好ましい。このため、半導体ウエハの水素プラズマによるプラズマ処理工程を図７のフローチャートに示すように行う。
【００６０】
すなわち、被処理基板をプラズマ処理室に搬入する工程（工程７０１）、被処理基板に水素プラズマから引き出した水素ラジカルを作用させてプラズマ処理する工程（工程７０２）、被処理基板をプラズマ処理室から搬出する工程（工程７０３）を繰り返して行うことによって、所定枚数の被処理基板にプラズマ処理を施す。この際に、被処理基板をプラズマ処理室から搬出する工程（工程７０３）の後、プラズマ処理の積算時間が所定時間に達したか否かを判定し（工程７０４）、プラズマ処理の積算時間が所定時間に達した場合はクリーニング工程（工程７０５）を実施する。一方、プラズマ処理の積算時間が所定時間に達していない場合は、次の被処理基板をプラズマ処理室に搬入する工程（工程７０１）を実施し、枚葉処理によるプラズマ処理を続ける。
【００６１】
以上、本発明を実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００６２】
１……プラズマ処理装置、１０……処理チャンバー、１３……誘電体窓、１５……載置台、２０……プラズマ処理室、３０……プラズマ生成室、４０……隔壁部材、４０ａ……開口部、１４０……高周波アンテナ、１４２……アンテナ素子、１５０……高周波電源。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンを含む構成部材を有し、処理ガスを励起させてプラズマを生成するプラズマ生成室と、
開口部を有する隔壁部材を介して前記プラズマ生成室に連通するプラズマ処理室と、
前記プラズマ生成室の天井部に設けられた板状の誘電体窓の外側に配設された平面状の高周波アンテナと、を具備したプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
前記プラズマ生成室内で水素ガスを含む処理ガスをプラズマ励起し、発生した水素ラジカルを前記隔壁部材を介して前記プラズマ処理室に導入し、被処理基板に作用させてプラズマ処理を施し、前記被処理基板を前記プラズマ処理室から搬出した後、
前記プラズマ生成室内に四フッ化炭素ガスを導入して、当該プラズマ生成室内に堆積したシリコン系の堆積物を除去する
ことを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
前記処理ガスが、酸素ガス又は希ガスのいずれかを含むことを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
【請求項３】
請求項２記載のプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
前記希ガスがアルゴンガスであることを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
前記誘電体窓がシリコンを含むことを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
前記隔壁部材がシリコンを含むことを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
【請求項６】
シリコンを含む構成部材を有し、処理ガスを励起させてプラズマを生成するプラズマ生成室と、
開口部を有する隔壁部材を介して前記プラズマ生成室に連通するプラズマ処理室と、
前記プラズマ生成室の天井部に設けられた板状の誘電体窓の外側に配設された平面状の高周波アンテナと、を具備したプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ生成室内で水素ガスを含む処理ガスをプラズマ励起し、発生した水素ラジカルを前記隔壁部材を介して前記プラズマ処理室に導入し、被処理基板に作用させてプラズマ処理を施すプラズマ処理工程と、
前記プラズマ処理工程によってプラズマ処理された前記被処理基板を前記プラズマ処理室から搬出する搬出工程と、
前記搬出工程の後、前記プラズマ生成室内に四フッ化炭素ガスを導入して、当該プラズマ生成室内に堆積したシリコン系の堆積物を除去するクリーニング工程と、
を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
請求項６記載のプラズマ処理方法であって、
前記処理ガスが、酸素ガス又は希ガスのいずれかを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項８】
請求項７記載のプラズマ処理方法であって、
前記希ガスがアルゴンガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項９】
請求項６〜８いずれか１項記載のプラズマ処理方法であって、
前記誘電体窓がシリコンを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１０】
請求項６〜９いずれか１項記載のプラズマ処理方法であって、
前記隔壁部材がシリコンを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１】
シリコンを含む構成部材を有し、処理ガスを励起させてプラズマを生成するプラズマ生成室と、
開口部を有する隔壁部材を介して前記プラズマ生成室に連通するプラズマ処理室と、
前記プラズマ生成室の天井部に設けられた板状の誘電体窓の外側に配設された平面状の高周波アンテナと、を具備したプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
前記プラズマ生成室内で水素ガスを含む処理ガスをプラズマ励起し、発生した水素ラジカルを前記隔壁部材を介して前記プラズマ処理室に導入し、被処理基板に作用させてプラズマ処理を施し、前記被処理基板を前記プラズマ処理室から搬出した後、
前記プラズマ生成室内に四フッ化炭素ガスを導入して、当該プラズマ生成室内に堆積したシリコン系の堆積物を除去する
ことを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
前記処理ガスが、酸素ガス又は希ガスのいずれかを含むことを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
【請求項３】
請求項２記載のプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
前記希ガスがアルゴンガスであることを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
前記誘電体窓がシリコンを含むことを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
前記隔壁部材がシリコンを含むことを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
【請求項６】
シリコンを含む構成部材を有し、処理ガスを励起させてプラズマを生成するプラズマ生成室と、
開口部を有する隔壁部材を介して前記プラズマ生成室に連通するプラズマ処理室と、
前記プラズマ生成室の天井部に設けられた板状の誘電体窓の外側に配設された平面状の高周波アンテナと、を具備したプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ生成室内で水素ガスを含む処理ガスをプラズマ励起し、発生した水素ラジカルを前記隔壁部材を介して前記プラズマ処理室に導入し、被処理基板に作用させてプラズマ処理を施すプラズマ処理工程と、
前記プラズマ処理工程によってプラズマ処理された前記被処理基板を前記プラズマ処理室から搬出する搬出工程と、
前記搬出工程の後、前記プラズマ生成室内に四フッ化炭素ガスを導入して、当該プラズマ生成室内に堆積したシリコン系の堆積物を除去するクリーニング工程と、
を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
請求項６記載のプラズマ処理方法であって、
前記処理ガスが、酸素ガス又は希ガスのいずれかを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項８】
請求項７記載のプラズマ処理方法であって、
前記希ガスがアルゴンガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項９】
請求項６〜８いずれか１項記載のプラズマ処理方法であって、
前記誘電体窓がシリコンを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１０】
請求項６〜９いずれか１項記載のプラズマ処理方法であって、
前記隔壁部材がシリコンを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２２２２９５（Ｐ２０１２−２２２２９５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８９３４８（Ｐ２０１１−８９３４８）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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