(57)【要約】  プラズマ発生室の内壁の消耗を減少せしめてプラズマ発生室の寿命を延ばし、低温での処理が可能な、μ波プラズマ及び高周波プラズマ、又は高周波プラズマを利用したラジカルクリーニング装置として、真空槽２１内に被処理基板Ｓを載置する基板支持ステージ２２が設置され、μ波印加手段又は高周波印加手段と、μ波印加手段又は高周波印加手段によりプラズマを発生させるプラズマ発生室２７と、プラズマ発生室２７の下に設けた高周波電源２８ｂが接続された第１のシャワープレート２８と、第１のシャワープレート２８の下に設けた放電電極を兼ねる第２のシャワープレート２９とを備え、第１のシャワープレート２８と第２のシャワープレート２９とで画成されたラジカル生成室３０を第１のシャワープレート２８の下及び第２のシャワープレート２９の上に有してなり、被処理基板Ｓをエッチングし、そしてエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されている。この装置を用いて、ラジカルクリーニング方法を実施する。
2012060423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽を有するラジカルクリーニング装置において、該真空槽内に被処理基板を載置する基板支持ステージが設置され、μ波印加手段又は高周波印加手段と、該μ波印加手段又は該高周波印加手段によりプラズマを発生させるプラズマ発生室と、該プラズマ発生室の下に設けた高周波電源が接続された第１のシャワープレートと、該第１のシャワープレートの下に設けた放電電極を兼ねる第２のシャワープレートとを備え、該第１のシャワープレートと第２のシャワープレートとで画成されたラジカル生成室を該第１のシャワープレートの下及び該第２のシャワープレートの上に有してなり、該被処理基板をエッチングし、そしてエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されていることを特徴とするラジカルクリーニング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のラジカルクリーニング装置において、該μ波印加手段が、μ波導入手段、μ波遮蔽部材、及びμ波拡散用誘電体部材からなり、また、該高周波印加手段が、内部にガス導入用径路が設けられたガス導入用部材、及び該ガス導入用部材の下に設けた高周波電源が接続された天板からなることを特徴とするラジカルクリーニング装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のラジカルクリーニング装置において、該第１のシャワープレートをアース電位にするために、該第１のシャワープレートに対する高周波電源の印加とアースとを切り替える手段を備えていることを特徴とするラジカルクリーニング装置。
【請求項４】
真空槽を有するラジカルクリーニング装置において、該真空槽内に被処理基板を載置する基板支持ステージが設置され、μ波印加手段又は高周波印加手段と、該μ波印加手段又は該高周波印加手段によりプラズマを発生させるプラズマ発生室と、該プラズマ発生室の下に設けた高周波電源が接続された第１のシャワープレートと、該第１のシャワープレートの下に設けたラジカル生成室とを備えてなり、該被処理基板をエッチングした後にラジカルクリーニングするように構成されていることを特徴とするラジカルクリーニング装置。
【請求項５】
請求項４に記載のラジカルクリーニング装置において、該μ波印加手段が、μ波導入手段、μ波遮蔽部材、及びμ波拡散用誘電体部材からなり、また、該高周波印加手段が、内部にガス導入用径路が設けられたガス導入用部材、及び該ガス導入用部材の下に設けた高周波電源が接続された天板からなることを特徴とするラジカルクリーニング装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のラジカルクリーニング装置において、さらに、該第１のシャワープレートの下に設けた放電電極を兼ねる第２のシャワープレートを備え、該ラジカル生成室が該第１のシャワープレートと該第２のシャワープレートとで画成された空間であり、該被処理基板上の空間にプラズマを発生せしめ、該エッチングにより生成されたエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されていることを特徴とするラジカルクリーニング装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載のラジカルクリーニング装置において、該第１のシャワープレートをアース電位にするために、該第１のシャワープレートに対する高周波電源の印加とアースとを切り替える手段を備えていることを特徴とするラジカルクリーニング装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のラジカルクリーニング装置において、該装置は、被処理基板を１枚ずつクリーニングする枚葉装置、又は多数枚同時処理するバッチ装置であることを特徴とするラジカルクリーニング装置。
【請求項９】
真空槽内においてラジカルクリーニングを実施する方法であって、プラズマ発生室内にＮ２ガスとＨラジカル生成用ガスとを導入し、μ波又は高周波を印加してプラズマを発生させ、このプラズマにより該ガスを分解してＨラジカルを生成させ、このＨラジカルをアース電位の第１のシャワープレートを通過させてラジカル生成室内へ導入すると共に、このラジカル生成室内へＮＦ３ガスを導入し、該ＨラジカルとＮＦ３ガスとを反応させてＮＦｘＨｙ（ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜４）ラジカルを生成させ、このＮＦｘＨｙラジカルを該真空槽内に載置された被処理基板上に照射して被処理基板表面をエッチングし、次いで該μ波の印加又は高周波の印加を停止すると共に、該Ｎ２ガス、Ｈラジカル生成用ガス及びＮＦ３ガスの導入を停止し、不活性ガスを該真空槽内に導入すると共に、該第１のシャワープレートに高周波を印加することにより放電電極を兼ねる第２のシャワープレートに高周波を印加して放電させ、該真空槽内に載置された被処理基板上にプラズマを発生させ、このプラズマのイオンとラジカルとを用いて、該エッチングにより発生したエッチング残留生成物を蒸発除去することを特徴とするラジカルクリーニング方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のラジカルクリーニング方法において、該不活性ガスが、該Ｎ２ガス及びＨラジカル生成用ガスの導入口、若しくはＮＦ３ガスの導入口を経て該真空槽内へ導入されるか、又は該真空槽内へ直接導入されることを特徴とするラジカルクリーニング方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載のラジカルクリーニング方法において、該不活性ガスは、Ｈ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、及びＸｅからなる群から選ばれた少なくとも１種類のガスであることを特徴とするラジカルクリーニング方法。
【請求項１２】
真空槽内においてラジカルクリーニングを実施する方法であって、プラズマ発生室内にＮ２ガスとＨラジカル生成用ガスとを導入し、μ波又は高周波を印加してプラズマを発生させ、このプラズマにより該ガスを分解してＨラジカルを生成させ、このＨラジカルをアース電位の第１のシャワープレートを通過させてラジカル生成室内へ導入すると共に、このラジカル生成室内へＮＦ３ガスを導入し、該ＨラジカルとＮＦ３ガスとを反応させてＮＦｘＨｙ（ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜４）ラジカルを生成させ、このＮＦｘＨｙラジカルを該真空槽内に載置された被処理基板上に照射して被処理基板表面をエッチングすることを特徴とするラジカルクリーニング方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法により該被処理基板表面をエッチングした後、該μ波又は高周波の印加を停止すると共に、該Ｎ２ガス、Ｈラジカル生成用ガス及びＮＦ３ガスの導入を停止し、不活性ガスを該真空槽内に導入すると共に、該第１のシャワープレートに高周波を印加することにより放電電極を兼ねる第２のシャワープレートに高周波を印加して放電させ、該真空槽内に載置された被処理基板上にプラズマを発生させ、このプラズマのイオンとラジカルとを用いて、該エッチングにより発生したエッチング残留生成物を蒸発除去することを特徴とするラジカルクリーニング方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のラジカルクリーニング方法において、該不活性ガスが、該Ｎ２ガス及びＨラジカル生成用ガスの導入口、若しくはＮＦ３ガスの導入口を経て該真空槽内へ導入されるか、又は該真空槽内へ直接導入されることを特徴とするラジカルクリーニング方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載のラジカルクリーニング方法において、該不活性ガスは、Ｈ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、及びＸｅからなる群から選ばれた少なくとも１種類のガスであることを特徴とするラジカルクリーニング方法。
【請求項１６】
請求項９〜１５のいずれか１項に記載のラジカルクリーニング方法において、該被処理基板として、その表面にＳｉＯ２膜が形成されている基板を用いることを特徴とするラジカルクリーニング方法。
【請求項１７】
請求項９〜１６のいずれか１項に記載のラジカルクリーニング方法において、請求項１〜８のいずれか１項に記載のラジカルクリーニング装置を用いてラジカルクリーニングを実施することを特徴とするラジカルクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジカルクリーニング装置及び方法に関し、特にμ波プラズマ及び高周波プラズマ、又は高周波プラズマを利用したラジカルクリーニング装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｉトランジスターを作る工程においてソース、ドレインと配線とのコンタクトとのためのＮｉ及びＣｏのサリサイド形成の前工程として、また、ゲートＰｏｌｙ−Ｓｉ膜と配線とのコンタクトの前工程として基板表面にある自然酸化膜を除去するために、以前はＨＦによる洗浄が行われていた。しかし、デバイスのシュリンクが進むにつれてＨＦ溶液が微細ホールの中にうまく入らず、自然酸化膜の除去が十分でなくなってきた。【０００３】
上記問題を解決するために、ＮＦ２ＨやＮＦＨ２ラジカルを用いた気相でのラジカルエッチング技術（ＣＤＴ）が使用され始めている。ＮＦＨラジカルでＳｉＯ２のエッチングを行うと残留生成物（ＮＨ４）２ＳｉＦ６等が生成される。この残留生成物を除去するために、一般的には２００℃程度に加熱して蒸発させている。これは、（ＮＨ４）２ＳｉＦ６が１２０℃程度で蒸発する特性を応用したものである。ＮＦＨラジカルを形成するためには、Ｎ２、Ｈ２、ＮＨ３ガスをμ波プラズマで分解して真空槽にＨラジカルを導入し、別途導入されたＮＦ３と反応させていた（例えば、特許文献１参照）。この際、μ波によるプラズマの発生は、石英チューブ若しくはサファイヤチューブ内にＮ２、Ｈ２、ＮＨ３ガスを導入し、μ波を照射することで行われていた。【０００４】
このμ波プラズマを用いる場合について、図１を参照して、以下説明する。図１に示すように、石英チューブ１内にガス導入系２を経てＮ２、Ｈ２、ＮＨ３ガスを導入すると共に、石英チューブ１内に、整合器３及び導波管４を経てμ波を導入し、石英チューブ１内に導入されたガスをμ波プラズマで分解してＨラジカルを生成させていた。このＨラジカルを真空槽５内へ導入して、この真空槽内で別途導入されたＮＦ３ガスと反応させ、ＮＦＨラジカルを形成していた。しかし、発生するプラズマＰが小さな石英チューブ内に集中することからチューブ内壁の消耗が激しく、頻繁に交換する必要があった。これが、装置の運転コストを引き上げる大きな原因の一つになっていた。【０００５】
また、エッチングで生じた残留生成物を除去するためには、基板を２００℃程度まで加熱する必要があった。さらに、半導体デバイス（実デバイス）において、層間絶縁膜としてＢＰＳＧが使用されている場合は、りん系残留物が形成されるために４００℃までの加熱が必要であった。４００℃までの加熱は装置的には高価になり好ましくない。また、高温での加熱はデバイスに対して熱ダメージを与える場合もあり、低温での処理が望まれる。さらにまた、出来るならば１室で上記処理を全て行えることが望ましいという要求もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１６５９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、プラズマ発生室の内壁の消耗を減少せしめてプラズマ発生室の寿命を延ばし、低温での処理が可能な、μ波プラズマ及び高周波プラズマ、又は高周波プラズマを利用したラジカルクリーニング装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るラジカルクリーニング装置の第１の発明は、真空槽を有するラジカルクリーニング装置において、該真空槽内に被処理基板を載置する基板支持ステージが設置され、μ波印加手段又は高周波印加手段と、該μ波印加手段又は該高周波印加手段によりプラズマを発生させるプラズマ発生室と、該プラズマ発生室の下に設けた高周波電源が接続された第１のシャワープレートと、該第１のシャワープレートの下に設けた放電電極を兼ねる第２のシャワープレートとを備え、該第１のシャワープレートと第２のシャワープレートとで画成されたラジカル生成室を該第１のシャワープレートの下及び該第２のシャワープレートの上に有してなり、該被処理基板をエッチングし、そしてエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されていることを特徴とする。【０００９】
上記ラジカルクリーニング装置の第１の発明において、該μ波印加手段が、μ波導入手段、μ波遮蔽部材、及びμ波拡散用誘電体部材からなり、また、該高周波印加手段が、内部にガス導入用径路が設けられたガス導入用部材、及び該ガス導入用部材の下に設けた高周波電源が接続された天板からなることを特徴とする。【００１０】
上記ラジカルクリーニング装置の第１の発明において、該第１のシャワープレートをアース電位にするために、該第１のシャワープレートに対する高周波電源の印加とアースとを切り替える手段を備えていることを特徴とする。【００１１】
本発明に係るラジカルクリーニング装置の第２の発明は、真空槽を有するラジカルクリーニング装置において、該真空槽内に被処理基板を載置する基板支持ステージが設置され、μ波印加手段又は高周波印加手段と、該μ波印加手段又は該高周波印加手段によりプラズマを発生させるプラズマ発生室と、該プラズマ発生室の下に設けた高周波電源が接続された第１のシャワープレートと、該第１のシャワープレートの下に設けたラジカル生成室とを備えてなり、該被処理基板をエッチングした後にラジカルクリーニングするように構成されていることを特徴とする。【００１２】
上記ラジカルクリーニング装置の第２の発明において、該μ波印加手段が、μ波導入手段、μ波遮蔽部材、及びμ波拡散用誘電体部材からなり、また、該高周波印加手段が、内部にガス導入用径路が設けられたガス導入用部材、及び該ガス導入用部材の下に設けた高周波電源が接続された天板からなることを特徴とする。【００１３】
上記ラジカルクリーニング装置の第２の発明において、さらに、該第１のシャワープレートの下に設けた放電電極を兼ねる第２のシャワープレートを備え、該ラジカル生成室が該第１のシャワープレートと該第２のシャワープレートとで画成された空間であり、該被処理基板上の空間にプラズマを発生せしめ、該エッチングにより生成されたエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されていることを特徴とする。【００１４】
上記ラジカルクリーニング装置の第２の発明において、該第１のシャワープレートをアース電位にするために、該第１のシャワープレートに対する高周波電源の印加とアースとを切り替える手段を備えていることを特徴とする。【００１５】
上記ラジカルクリーニング装置の第２の発明において、該装置は、被処理基板を１枚ずつクリーニングする枚葉装置、又は多数枚同時処理するバッチ装置であることを特徴とする。【００１６】
本発明に係るラジカルクリーニング方法の第１の発明は、真空槽内においてラジカルクリーニングを実施する方法であって、プラズマ発生室内にＮ２ガスとＨラジカル生成用ガスとを導入し、μ波又は高周波を印加してプラズマを発生させ、このプラズマにより該ガスを分解してＨラジカルを生成させ、このＨラジカルをアース電位の第１のシャワープレートを通過させてラジカル生成室内へ導入すると共に、このラジカル生成室内へＮＦ３ガスを導入し、該ＨラジカルとＮＦ３ガスとを反応させてＮＦｘＨｙ（ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜４）ラジカルを生成させ、このＮＦｘＨｙラジカルを該真空槽内に載置された被処理基板上に照射して被処理基板表面をエッチングし、次いで該μ波の印加又は高周波の印加を停止すると共に、該Ｎ２ガス、Ｈラジカル生成用ガス及びＮＦ３ガスの導入を停止し、不活性ガスを該真空槽内に導入すると共に、該第１のシャワープレートに高周波を印加することにより放電電極を兼ねる第２のシャワープレートに高周波を印加して放電させ、該真空槽内に載置された被処理基板上にプラズマを発生させ、このプラズマのイオンとラジカルとを用いて、該エッチングにより発生したエッチング残留生成物を蒸発除去することを特徴とする。【００１７】
本発明のラジカルクリーニング方法の第２の発明は、真空槽内においてラジカルクリーニングを実施する方法であって、プラズマ発生室内にＮ２ガスとＨラジカル生成用ガスとを導入し、μ波又は高周波を印加してプラズマを発生させ、このプラズマにより該ガスを分解してＨラジカルを生成させ、このＨラジカルをアース電位の第１のシャワープレートを通過させてラジカル生成室内へ導入すると共に、このラジカル生成室内へＮＦ３ガスを導入し、該ＨラジカルとＮＦ３ガスとを反応させてＮＦｘＨｙ（ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜４）ラジカルを生成させ、このＮＦｘＨｙラジカルを該真空槽内に載置された被処理基板上に照射して被処理基板表面をエッチングすることを特徴とする。【００１８】
本発明に係るラジカルクリーニング方法の第２の発明において、該被処理基板表面をエッチングした後、該μ波又は高周波の印加を停止すると共に、該Ｎ２ガス、Ｈラジカル生成用ガス及びＮＦ３ガスの導入を停止し、不活性ガスを該真空槽内に導入すると共に、該第１のシャワープレートに高周波を印加することにより放電電極を兼ねる第２のシャワープレートに高周波を印加して放電させ、該真空槽内に載置された被処理基板上にプラズマを発生させ、このプラズマのイオンとラジカルとを用いて、該エッチングにより発生したエッチング残留生成物を蒸発除去することを特徴とする。【００１９】
上記ラジカルクリーニング方法の第１及び２の発明において、該不活性ガスが、該Ｎ２ガス及びＨラジカル生成用ガスの導入口、若しくはＮＦ３ガスの導入口を経て該真空槽内へ導入されるか、又は該真空槽内へ直接導入されることを特徴とする。【００２０】
上記ラジカルクリーニング方法の第１及び２の発明において、該不活性ガスは、Ｈ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、及びＸｅからなる群から選ばれた少なくとも１種類のガスであることを特徴とする。【００２１】
上記ラジカルクリーニング方法の第１及び２の発明において、該被処理基板として、その表面にＳｉＯ２膜が形成されている基板を用いることを特徴とする。【００２２】
上記ラジカルクリーニング方法の第１及び２の発明において、上記第１及び２の発明のラジカルクリーニング装置のいずれかを用いてラジカルクリーニングを実施することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、Ｈラジカル生成のためのプラズマを発生させるために、好ましくは平行平板型のプラズマ放電室（プラズマ発生室）を設置して放電空間を広げ、μ波を好ましくは誘電体部材を用いて大面積に拡散させて放電空間に導入することで、又は高周波を大面積に拡散させて放電空間に導入することで、単位面積当たりのプラズマ密度を小さくすることができる。その結果、放電空間を覆っている壁へのダメージを低減させることにより、放電室の寿命が大幅に長くなるので、従来の石英チューブで行われていた頻繁な交換が不要になると共に、大幅な運転コストの低減につながるという効果を奏することができる。【００２４】
また、第１のシャワープレートを通過させたＨラジカルと導入したＮＦ３ガスとの反応を行う反応室（ラジカル生成室）を備え、さらに所定の孔径を有する第２のシャワープレートを介して生成したＮＦｘＨｙ（ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜４）ラジカルのみを基板に供給することができるため、イオンの影響が無くなり、ＳｉＮとの選択比の高いラジカルクリーニングが可能になるという効果を奏することができる。本発明で用いる被処理基板には、表面にＳｉＯ２膜以外に、半導体デバイス（実デバイス）を構成する種々の膜が形成されている基板も含まれている。そのため、基板表面の一部が、例えばＳｉＮとなっている場合もある。従って、ＳｉＮをエッチングしてしまうと、本来エッチングされてはいけない部分をけずってしまうことになるので、ＳｉＮとの選択比が高いクリーニングが必要となる。本発明は、そのような場合にも適している。【００２５】
さらに、エッチング後に、連続して被処理基板と対抗する第２のシャワープレートに高周波を印加すると共に、不活性ガスを導入して被処理基板上にプラズマを発生させるので、エッチング残留生成物を除去するための基板温度の低温化が計れると共に、エッチングプロセスと残留生成物除去プロセスとを一貫して一つの真空槽で行うことができるので、装置コストの低減にもつながるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来技術によるμ波照射によるＨラジカル生成を行うための装置の一構成を模式的に示す断面概略図。
【図２】本発明によるμ波プラズマ及び高周波プラズマを使用したラジカルクリーニング装置の一構成例を模式的に示す断面概略図。
【図３】本発明によるμ波プラズマ及び高周波プラズマを使用したラジカルクリーニング装置の別の構成例を模式的に示す断面概略図。
【図４】本発明による高周波（ＲＦ）プラズマを使用したラジカルクリーニング装置の一構成例を模式的に示す断面概略図。
【図５】本発明によるＲＦプラズマを使用したラジカルクリーニング装置の別の構成例を模式的に示す断面概略図。
【図６】実施例１において得られた、μ波を印加した際のμ波照射時間（秒）とＳｉＯ２膜のエッチング量（エッチング厚さ（ｎｍ））との関係を示すグラフ。
【図７】実施例１において得られた、μ波印加時間を８０秒に固定して、第２のシャワープレートにＲＦを印加するＲＦ照射時間（秒）とエッチング量（エッチング厚さ（ｎｍ））との関係を示すグラフ（ａ）、ＳｉＯ２膜のエッチング及びエッチング残留生成物（ＮＨ４）２ＳｉＦ６除去の一連のプロセスを説明するための模式的概略図（（ｂ）〜（ｄ））。
【図８】実施例２において得られた、ＲＦ用天板にＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）を印加した際のＲＦ照射時間（秒）とＳｉＯ２膜のエッチング量（エッチング厚さ（ｎｍ））との関係を示すグラフ。
【図９】実施例２において得られた、ＲＦ用天板のＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）印加時間を６０秒に固定して、第２のシャワープレートにＲＦを印加するＲＦ照射時間（秒）とエッチング量（エッチング厚さ（ｎｍ））との関係を示すグラフ（ａ）、ＳｉＯ２膜のエッチング及びエッチング残留生成物（ＮＨ４）２ＳｉＦ６除去の一連のプロセスを説明するための模式的概略図（（ｂ）〜（ｄ））。
【図１０】実施例２において得られた、第１のＲＦ電源の周波数を変化させた場合（１３．５６ＭＨｚ、４０ＭＨｚ及び８０ＭＨｚ）のＲＦ照射時間（秒）とＳｉＯ２膜のエッチング量（エッチング厚さ（ｎｍ））との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係るラジカルクリーニング装置及び方法の実施の形態について、μ波プラズマ及び高周波プラズマを用いる場合と、高周波プラズマだけを用いる場合について、それぞれ、説明する。重複する箇所に関しては、一部省略してある。
【００２８】
本発明に係るラジカルクリーニング装置の第１の実施の形態によれば、このラジカルクリーニング装置は、真空槽を有し、真空槽内に被処理基板を載置する基板支持ステージが設置され、真空槽の開口部を有する上蓋に、大気側から順に、μ波導入手段、μ波導入手段の周辺に設けたμ波遮蔽部材、μ波遮蔽部材の下に設けたμ波拡散用誘電体部材、及びμ波拡散用誘電体部材からなるμ波印加手段と、その下に平行に設けた、Ｎ２ガスとＨラジカル生成用ガスとを導入するためのガス導入口を備えたＨラジカル生成用プラズマ発生室と、このプラズマ発生室の下に平行に設けた、生成ラジカルを通過せしめるための、高周波電源が接続された第１のシャワープレートと、第１のシャワープレートの下に設けた放電電極を兼ねる第２のシャワープレートとを備え、第１のシャワープレートと第２のシャワープレートとで画成された空間であるラジカル生成室を第１のシャワープレートの下及び第２のシャワープレートの上に有してなり、このラジカル生成室（空間）は、第１のシャワープレートを通過してくるＨラジカルと反応するガス（例えば、ＮＦ３ガス）を導入するためのガス導入口を有し、空間内で両者を反応させて、被処理基板をエッチングするためのラジカル（例えば、ＮＦｘＨｙ（ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜４）ラジカル）を生成せしめるように構成され、また、真空槽内へ不活性ガスを導入し、例えば、上記プラズマ発生室に設けられたガス導入口からプラズマ発生室及びラジカル生成室を経て若しくはラジカル生成室に設けられたガス導入口を経て、又は真空槽に設けられたガス導入口から直接に、真空槽内へ不活性ガスを導入し、第２のシャワープレートの下であって、真空槽内の上部の被処理基板上の空間にプラズマを発生せしめてエッチング残留生成物を除去するように構成されてなり、そして第１のシャワープレートをアース電位にするために、第１のシャワープレートに対する高周波電源の印加とアースとを切り替える手段を備えており、この装置は被処理基板を１枚ずつクリーニングする枚葉装置であっても、多数枚同時処理するバッチ装置であっても良い。上記プラズマ発生室は上記したように平行平板型であっても、また、ＩＣＰモードであってもよい。
【００２９】
上記ＮＦｘＨｙ（ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜４）ラジカルとしては、例えば、ＮＦ２ＨやＮＦＨ２ラジカル等を挙げることができる。
【００３０】
不活性ガスの真空槽内への導入は、上記したような径路を経て実施でき、真空槽内で放電が起き、プラズマが発生するが、真空槽に設けられたガス導入口から直接に真空槽内へ導入すると、プラズマ発生室内の圧力が真空槽内のプラズマ空間の圧力よりも低くなり、不都合な場合が生じる恐れがある。そのため、プラズマ発生室及び／又はラジカル生成室を経て真空槽へ導入する方がより好ましい。
【００３１】
本発明に係るラジカルクリーニング装置の第２の実施の形態によれば、このラジカルクリーニング装置は、真空槽を有し、真空槽内に被処理基板を載置する基板支持ステージが設置され、真空槽の開口部を有する上蓋に、大気側から順に、μ波導入手段と、μ波導入手段の周辺に設けたμ波遮蔽部材と、μ波遮蔽部材の下に設けたμ波拡散用誘電体部材と、μ波拡散用誘電体部材の下に平行に設けた、Ｎ２ガスとＨラジカル生成用ガスとを導入するためのガス導入口を備えたＨラジカル生成用プラズマ発生室と、このプラズマ発生室の下に平行に設け、高周波電源が接続された生成ラジカルを通過せしめるための第１のシャワープレートと、第１のシャワープレートの下に設けたラジカル生成室とを備えてなり、このラジカル生成室は、第１のシャワープレートを通過してくるＨラジカルと反応するガス（例えば、ＮＦ３ガス）を導入するためのガス導入口を有し、空間内で両者を反応させて、被処理基板をエッチングするためのラジカル（例えば、ＮＦｘＨｙ（ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜４）ラジカル）を生成せしめるように構成されており、また、第１のシャワープレートをアース電位にするために、第１のシャワープレートに対する高周波電源の印加とアースとを切り替える手段を備えており、この装置は被処理基板を１枚ずつクリーニングする枚葉装置であっても、多数枚同時処理するバッチ装置であっても良い。この場合、被処理基板のエッチング後、別の真空槽を用いて、被処理基板上のエッチング残留生成物を除去することができる。
【００３２】
上記ラジカルクリーニング装置の第２の実施の形態において、さらに、第１のシャワープレートの下に平行に設けた放電電極を兼ねる第２のシャワープレートを備え、ラジカル生成室が第１のシャワープレートと第２のシャワープレートとで画成された空間であり、真空槽内の上部の被処理基板上の空間に第２のプラズマを発生せしめ、上記エッチングにより生成されたエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されている。
【００３３】
本発明に係るラジカルクリーニング装置の第３の実施の形態によれば、このラジカルクリーニング装置は、真空槽を有するラジカルクリーニング装置において、真空槽内に被処理基板を載置する基板支持ステージが設置され、大気側から順に、真空槽の開口部を覆う高周波印加手段であって、内部に屈曲した形状を有するガス導入用径路が設けられたガス導入用部材及びこのガス導入用部材の下に設けた第１高周波電源が接続された高周波用天板からなる高周波印加手段と、この天板の下に天板と平行に設けた第１のプラズマ発生室と、このプラズマ発生室の下に平行に設けた、生成したラジカルを通過せしめるための、第２の高周波電源が接続された第１のシャワープレートと、第１のシャワープレートの下に設けた放電電極を兼ねる第２のシャワープレートとを備え、第１のシャワープレートと第２のシャワープレートとで画成された空間であるラジカル生成室を第１のシャワープレートの下及び第２のシャワープレートの上に有し、このラジカル生成室内に第１のシャワープレートを通過してくるＨラジカルと反応するガスを導入してＨラジカルと反応させてラジカルを生成せしめ、このラジカルで被処理基板をエッチングするように構成され、次いで真空槽内へ不活性ガスを導入し、例えば、上記ガス導入用部材に設けられたガス導入口からプラズマ発生室及びラジカル生成室を経て若しくはラジカル生成室に設けられたガス導入口を経て、又は真空槽に設けられたガス導入口から直接に、真空槽内へ不活性ガスを導入し、第２のシャワープレートの下であって、真空槽内の上部の被処理基板上の空間にプラズマを発生せしめてエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されてなり、また、第１のシャワープレートをアース電位にするために、第１のシャワープレートに対する第２の高周波電源の印加とアースとを切り替える手段を備えており、この装置は被処理基板を１枚ずつクリーニングする枚葉装置であっても、多数枚同時処理するバッチ装置であっても良い。
【００３４】
上記ガス導入用径路は、直線状ではなく、ガス導入用部材内で一度屈曲して、プラズマ発生室内へ向かうように構成された形状を有しており、これによりプラズマ発生室内からプラズマ成分が逆流しないように構成されている。ガス導入用径路は、直線状であっても良く、この場合には、プラズマ逆流防止用のフィルターを径路の途中に設ける構造とすれば良い。また、このプラズマ発生室は上記したように平行平板型であっても、ＩＣＰモードであってもよい。なお、上記ガス導入用径路が設けられたガス導入用部材の代わりに、第１のプラズマ発生室の側壁にガス導入用径路を設けても良い。
【００３５】
不活性ガスの真空槽内への導入は、上記したような径路を経て実施でき、真空槽内で放電が起き、プラズマが発生するが、真空槽に設けられたガス導入口から直接に真空槽内へ導入すると、プラズマ発生室内の圧力が真空槽内のプラズマ空間の圧力よりも低くなり、不都合な場合が生じる恐れがある。そのため、プラズマ発生室及び／又はラジカル生成室を経て真空槽へ導入する方がより好ましい。
【００３６】
本発明に係るラジカルクリーニング装置の第４の実施の形態によれば、このラジカルクリーニング装置は、真空槽を有するラジカルクリーニング装置において、真空槽内に被処理基板を載置する基板支持ステージが設置され、大気側から順に、真空槽の開口部を覆う高周波印加手段であって、内部に屈曲した形状を有するガス導入用径路が設けられたガス導入用部材及びこのガス導入用部材の下に設けた第１高周波電源が接続された高周波用天板からなる高周波印加手段と、この天板の下に平行に設けた第１のプラズマ発生室と、プラズマ発生室の下に平行に設けた、生成したラジカルを通過せしめるための、第２の高周波電源に接続した第１のシャワープレートと、第１のシャワープレートの下に設けたラジカル生成室とを備えており、このラジカル生成室内に第１のシャワープレートを通過してくるＨラジカルと反応するガスを導入してＨラジカルと反応させ、ラジカルを生成せしめ、このラジカルで被処理基板をエッチングするように構成さており、また、第１のシャワープレートをアース電位にするために、第１のシャワープレートに対する第２の高周波電源の印加とアースとを切り替える手段を備えており、この装置は被処理基板を１枚ずつクリーニングする枚葉装置であっても、多数枚同時処理するバッチ装置であっても良い。この場合、被処理基板のエッチング後、別の真空槽を用いて、被処理基板上のエッチング残留生成物を除去することができる。
【００３７】
上記ラジカルクリーニング装置の第４の実施の形態において、さらに、第１のシャワープレートの下に平行に設けた放電電極を兼ねる第２のシャワープレートを備え、ラジカル生成室が第１のシャワープレートと第２のシャワープレートとで画成された空間であり、真空槽内の上部の被処理基板上の空間に第２のプラズマを発生せしめ、上記エッチングにより生成されたエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されている。
【００３８】
上記ラジカルクリーニング装置の第４の実施の形態におけるガス導入用径路は、直線状ではなく、ガス導入用部材内で一度屈曲して、プラズマ発生室内へ向かうように構成された形状を有しており、これにより発生室内からプラズマ成分が逆流しないように構成されている。ガス導入用径路は、上記したように直線状であっても良く、この場合には、プラズマ逆流防止用のフィルターを径路の途中に設ける構造とすれば良い。また、上記第１のプラズマ発生室は上記したように平行平板型であっても、また、ＩＣＰモードであってもよい。なお、上記ガス導入用径路が設けられたガス導入用部材については、上記した通りである。
【００３９】
本発明に係るラジカルクリーニング方法の第１の実施の形態によれば、このクリーニング方法は、真空槽内においてラジカルクリーニングを実施する方法であって、プラズマ発生室内にＮ２ガスとＨラジカル生成用ガス（例えば、Ｈ２ガス又はＮＨ３ガス等）とを導入し、この導入されたガスにμ波を印加してμ波プラズマを発生させ、このプラズマにより上記ガスを分解してＨラジカルを生成させ、このＨラジカルをアース電位の第１のシャワープレートを通過させてラジカル生成室内へ導入すると共に、このラジカル生成室内へＮＦ３ガスを導入し、ＨラジカルとＮＦ３ガスとを反応させてＮＦｘＨｙ（ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜４）ラジカルを生成させ、このＮＦｘＨｙラジカルを、放電電極を兼ねる第２のシャワープレートを通過させて、真空槽内に載置された被処理基板（例えば、表面にＳｉＯ２膜が形成されている基板）上に照射し、被処理基板表面（例えば、表面に形成されているＳｉＯ２膜）をエッチングし、次いで、所望により、エッチング後、μ波の印加を停止すると共に、Ｎ２ガス、Ｈラジカル生成用ガス及びＮＦ３ガスの導入を停止し、真空槽内へ不活性ガス（例えば、Ｈ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、及びＸｅからなる群から選ばれた少なくとも１種類の不活性ガス）を導入し、例えば、上記プラズマ発生室に設けられたガス導入口からプラズマ発生室及びラジカル生成室を経て若しくはラジカル生成室に設けられたガス導入口からラジカル生成室を経て、又は真空槽に設けられたガス導入口から直接に、真空槽内へ不活性ガスを導入すると共に、第１のシャワープレートに高周波を印加することにより放電電極を兼ねる第２のシャワープレートに高周波を印加して放電させ、真空槽内に載置された被処理基板上にプラズマを発生させ、このプラズマのイオンとラジカルとを用いて、エッチングにより発生したエッチング残留生成物を蒸発除去することからなる。
【００４０】
上記ラジカルクリーニング方法の第１の実施の形態において、不活性ガスの真空槽内への導入は、上記したような径路を経て実施でき、真空槽内で放電が起き、プラズマが発生する。この場合、真空槽に設けられたガス導入口から直接に真空槽内へ導入すると、上記したような不都合な場合が生じる恐れがある。そのため、プラズマ発生室及び／又はラジカル生成室を経て真空槽へ導入する方がより好ましい。
【００４１】
上記ラジカルクリーニング方法の第１の実施の形態において、エッチングプロセス及びエッチング残留生成物除去プロセスは、ラジカルクリーニング装置の第１の実施の形態の装置を用いて実施することができ、また、上記エッチングプロセスだけをラジカルクリーニング装置の第２の実施形態の装置を用いて実施し、その後、不活性ガスを導入してエッチング残留生成物を処理することができる別の真空槽を用いて実施しても良いし、連続して第１の実施の形態の装置を用いて実施しても良い。
【００４２】
本発明に係るラジカルクリーニング方法の第２の実施の形態によれば、このクリーニング方法は、真空槽内においてラジカルクリーニングを実施する方法であって、プラズマ発生室内にＮ２ガスとＨラジカル発生用ガス（例えば、Ｈ２ガス又はＮＨ３ガス等）とを導入し、第１の高周波電源から高周波を印加して高周波プラズマを発生させ、このプラズマにより上記ガスを分解してＨラジカルを生成させ、このＨラジカルをアース電位の第１のシャワープレートを通過させてラジカル生成室内へ導入すると共に、このラジカル生成室内へＮＦ３ガスを導入し、ＨラジカルとＮＦ３ガスとを反応させてＮＦｘＨｙ（ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜４）ラジカルを生成させ、このＮＦｘＨｙラジカルを第２のシャワープレートを通過させて、真空槽内に載置された被処理基板上に形成されているＳｉＯ２膜に照射させ、この膜をエッチングし、次いで、所望により、ＳｉＯ２膜をエッチングした後、高周波用天板に接続した第１の高周波電源からの高周波の印加（放電）を停止すると共に、Ｎ２ガス、Ｈラジカル発生用ガス及びＮＦ３ガスの導入を停止し、真空槽内へ不活性ガス（例えば、Ｈ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、及びＸｅからなる群から選ばれた少なくとも１種類の不活性ガス）を導入し、例えば、上記ガス導入用部材に設けられたガス導入口からプラズマ発生室及びラジカル生成室を経て若しくはラジカル生成室に設けられたガス導入口からラジカル生成室を経て、又は真空槽に設けられたガス導入口から直接に、真空槽内へ不活性ガスを導入すると共に、第１のシャワープレートに第２の高周波電源から高周波を印加することにより放電電極を兼ねる第２のシャワープレートに高周波を印加して放電させ、真空槽内に載置された被処理基板上にプラズマを発生させ、このプラズマのイオンとラジカルとを用いて、エッチングにより発生したエッチング残留生成物を蒸発除去することからなる。
【００４３】
不活性ガスの真空槽内への導入は、上記したような径路を経て実施でき、真空槽内で放電が起き、プラズマが発生する。この場合、真空槽に設けられたガス導入口から直接に真空槽内へ導入すると、上記したような不都合な場合が生じる恐れがある。そのため、プラズマ発生室及び／又はラジカル生成室を経て真空槽へ導入する方がより好ましい。
【００４４】
上記ＮＦｘＨｙ（ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜４）ラジカルとしては、上記したように、例えば、ＮＦ２ＨやＮＦＨ２ラジカル等を挙げることができる。
【００４５】
上記ラジカルクリーニング方法の第２の実施の形態において、エッチングプロセス及びエッチング残留生成物除去プロセスは、第３の実施の形態のラジカルクリーニング装置を用いて実施することができ、また、上記エッチングプロセスだけを第４の実施形態のラジカルクリーニング装置を用いて実施し、その後、不活性ガスを導入してエッチング残留生成物を処理することができる別の真空槽を用いて実施しても良いし、連続して第３の実施の形態の装置を用いて実施しても良い。
【００４６】
次に、本発明に係るラジカルクリーニング装置の第１及び２の実施の形態について、図２及び３を参照して、詳細に説明する。
【００４７】
図２に模式的に示す本発明のラジカルクリーニング装置の一構成例によれば、このラジカルクリーニング装置は、図示していない真空排気系により内部を排気して真空状態にできる真空槽２１を有し、真空槽２１内の下部には、被処理基板Ｓを載置する基板支持ステージ２２が配置されており、その上部には開口部を有する真空槽用上蓋２１ａが配置されている。この基板支持ステージ２２は、被処理基板Ｓを加熱するためのホットプレート等の加熱手段２３をその上部に備えており、また、被処理基板Ｓの搬送時に基板を上下に移動することができるリフトピン等の手段（図示せず）を備えている。真空槽２１の壁面には、基板搬送口２１ｂ、真空槽内へ直接不活性ガスを導入する場合のガス導入口２１ｃ及び排気口２１ｄが設けられている。不活性ガスの導入としては、以下説明するプラズマ発生室２７に設けられたガス導入口２７ｂからプラズマ発生室内へ導入する場合や、ラジカル生成室３０に設けられたガス導入口２９ａからラジカル生成室へ導入する場合があり、その方が、直接真空槽２１へ導入するよりも好ましい。
【００４８】
上記真空槽２１の上蓋２１ａの上方には、大気側から順に、導波管及び整合器からなるμ波導入手段２４と、μ波遮蔽部材２５と、μ波拡散用誘電体部材２６と、Ｈラジカル生成用プラズマ発生室（空間）２７と、第１のシャワープレート２８と、第２のシャワープレート２９とが設けられており、第１のシャワープレート２８と第２のシャワープレート２９とで画成された空間であるラジカル生成室３０を第１のシャワープレート２８の下及び第２のシャワープレート２９の上に有している。第１のシャワープレート２８の外周縁部と第２のシャワープレート２９の外周縁部とは相互に接している。
【００４９】
μ波遮蔽部材２５は、μ波導入手段２４の周辺に設けられ、μ波が大気中に漏れないように、かつμ波導入手段２４から印加されるμ波が真空槽内へ導入できるように配置され、勿論、導波管に対向する部分には配置されていない。μ波拡散用誘電体部材２６は、μ波導入手段２４及びμ波遮蔽部材２５の下に設けられ、μ波導入手段２４から印加されるμ波を拡散して真空槽内へ導入できるように構成されている。Ｈラジカル生成用プラズマ発生室（空間）２７は、μ波拡散用誘電体部材２６の下に設けられ、側壁２７ａが絶縁物で構成されており、Ｏリング等の密閉シール部材を介してμ波拡散用誘電体部材２６に対して平行に設けられており、図面上横長の形状をしており、Ｎ２ガスとＨラジカル生成用ガスとを導入するためのガス導入口２７ｂを備えている。第１のシャワープレート２８は、プラズマ発生室２７の下にＯリング等の密閉シール部材２８ａを介して平行に設けられており、上記絶縁物で構成されたプラズマ発生室２７で生成せしめるラジカルを通過させる所定の孔径を有し、かつ被処理基板Ｓの寸法と同じ又は被処理基板Ｓの寸法よりも大きな寸法を有しており、高周波電源２８ｂが接続されている。第２のシャワープレート２９は、第１のシャワープレート２８の下にＯリング等の密閉シール部材２９ｂを介して平行に設けられており、被処理基板Ｓの寸法と同じ又は被処理基板Ｓの寸法よりも大きな寸法を有している。ラジカル生成室３０は、上記したように、第１のシャワープレート２８と第２のシャワープレート２９とで画成された空間である。この空間は、第１のシャワープレート２８を通過してくるＨラジカルと反応するガスを導入するためのガス導入口２９ａを有し、空間内で両者を反応させてラジカルを生成せしめ、このラジカルで被処理基板をエッチングするように構成されている。また、次の工程で、例えばこの空間（ラジカル生成室３０）内に不活性ガス（例えば、Ｈ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、及びＸｅからなる群から選ばれた少なくとも１種類の不活性ガス）を導入し、第２のシャワープレート２９の下であって、真空槽２１内の上部の被処理基板Ｓ上の空間にプラズマＰ２を発生せしめてエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されている。
【００５０】
上記のように構成することにより、ラジカル生成室３０内に第１のシャワープレート２８を通過してくるＨラジカルと反応するガス（例えば、ＮＦ３ガス）をガス導入口２９ａから導入してＨラジカルと反応させ、ラジカルを生成せしめることができ、その結果、この第２のシャワープレート２９から、これに対向して真空槽２１内に載置される被処理基板Ｓの表面にラジカルを照射してエッチングできる。
【００５１】
また、このラジカル生成室３０内にガス導入口２９ａ若しくは２７ｂ又は両方から不活性ガスを導入しても、結果的に真空槽内にプラズマを発生させることもできる。この場合には、ガス導入口２７ｂから不活性ガスを導入することが好ましい。ガス導入口２９ａから導入すると空間２７を通してガスが逆流し、パーティクル発生の原因となることが有るからである。その結果、第２のシャワープレート２９と真空槽２１内に載置される被処理基板Ｓの表面との間にプラズマＰ２を発生せしめてエッチング残留生成物を除去できる。この装置は被処理基板を１枚ずつクリーニングする枚葉装置であっても、多数枚同時処理するバッチ装置であっても良い。
【００５２】
上記したエッチング後の残留生成物を除去する場合には、μ波導入手段２４からの放電を停止し、ガス導入口２７ｂからのガス（例えば、Ｎ２ガス、Ｈ２ガス又はＮＨ３ガス等）の導入及びガス導入口２９ａからのガス（例えば、ＮＦ３ガス等）の導入を停止した後、第１のシャワープレート２８に高周波電源２８ｂから高周波を印加して第１のシャワープレート２８と第２のシャワープレート２９とを同電位に保つと共に、例えばラジカル生成室３０内へガス導入口２９ａ若しくは２７ｂ又は両方から不活性ガスを導入し、第２のシャワープレート２９である放電電極を介して、第２のシャワープレート２９と真空槽２１内に載置された被処理基板Ｓとの間の上部空間に第２のプラズマＰ２を発生せしめ、被処理基板Ｓをこのプラズマに曝すことにより、被処理基板Ｓ上や真空槽２１内壁に付着しているエッチング残留生成物を除去することができる。このため、本発明では、第１のシャワープレート２８に対して第２の高周波電源２８ｂの印加とアースとを切り替える手段を備えている。
【００５３】
上記した図２に示すラジカルクリーニング装置は、例えば１〜４枚程度の被処理基板を処理するのに適しており、以下図３を参照して説明するラジカルクリーニング装置は、それ以上の枚数の被処理基板をクリーニング処理するものである。
【００５４】
図３に模式的に示すラジカルクリーニング装置の一構成例の場合、このラジカルクリーニング装置は、被処理基板を多数枚同時処理するための装置である。図３では５０枚処理の例を示しているが、この枚数は特に制限されるものではなく、適宜、目的に合わせて設定することができる。この場合、真空槽３１以外の構成は図２に示す通りであり、参照番号も同じ番号を付けてある。真空槽３１内には所定の枚数の被処理基板Ｓが載置されてなる。図２の場合と同様に、真空槽３１内へ導入されるラジカルで被処理基板Ｓをエッチングできるように、また、所望により、真空槽３１内に発生せしめるプラズマにより、エッチング残留生成物を除去できるように構成されている。
【００５５】
上記図２及び３では、同じ真空槽内で被処理基板のエッチング及びエッチング残留生成物除去を実施する場合について説明したが、エッチング処理だけを実施するラジカルエッチング装置を用いてエッチング処理した後、別の真空槽内でエッチング残留生成物除去を実施してもよい。
【００５６】
また、図２及び３では、μ波拡散用誘電体部材２６の下に設けた、図面上横長の形状をし、第１のプラズマＰ１を発生せしめるプラズマ発生室２７として、平行平板型のプラズマ発生室（放電室）を画成し、放電空間を広げることで単位面積当たりのプラズマ密度を小さくすることにより放電空間を覆っている壁へのダメージを低減させている。これによりプラズマ発生室の寿命が大幅に長くなるので、従来の石英チューブを用いた場合に行われていた頻繁な交換が不要になると共に、大幅な運転コストの低減につながることになる。
【００５７】
さらに、エッチング後に、不活性ガスを導入して、連続して被処理基板と対抗する第２のシャワープレート２９に高周波を印加して被処理基板上にプラズマを発生させ、エッチング残留生成物を除去するため、基板温度の低温化が計れ、エッチングプロセスとエッチング残留生成物除去プロセスとを一貫して一つの真空槽で行うことができるので、装置コストの低減にもつながる。
【００５８】
以下、図２に示すラジカルクリーニング装置を用いて実施する本発明のラジカルクリーニング方法について説明する。図３に示すラジカルクリーニング装置を用いて実施する本発明のラジカルクリーニング方法の場合も、これに準じる。
【００５９】
ガス導入口２７ｂを介してプラズマ発生室２７内にＮ２ガスとＨ２ガス又はＮＨ３ガス等のＨラジカル発生ガスとを導入し、この際に、μ波導入手段２４からμ波放電を実施し、プラズマ発生室２７内にμ波プラズマＰ１を発生させ、導入されたガスをこのプラズマにより分解してＨラジカルを生成させる。
【００６０】
上記のようにして生成されるＨラジカルを、所定の孔径を有する第１のシャワープレート２８を通過させてラジカル生成室３０内へ導入すると共に、このラジカル生成室内へガス導入口２９ａを介してＮＦ３ガスを導入し、ＨラジカルとＮＦ３ガスとを反応させて上記したＮＦｘＨｙラジカルを生成させ、このＮＦｘＨｙラジカルを第２のシャワープレート２９を通過させて、真空槽２１内に載置された被処理基板Ｓ上に照射し、表面に形成されているＳｉＯ２膜等の膜をエッチングする。
【００６１】
次いで、μ波導入手段２４からの放電を停止すると共に、Ｎ２ガス、Ｈラジカル発生用ガス及びＮＦ３ガスの導入を停止し、例えばラジカル生成室３０内へ、不活性ガスを導入し、第１のシャワープレート２８に高周波電源２８ｂから高周波を印加することにより第２のシャワープレート２９である放電電極に高周波を印加して放電させ、真空槽２１内に載置された被処理基板Ｓ上に第２のプラズマＰ２を発生させ、このプラズマのイオンとラジカルとを用い、エッチングにより発生したエッチング残留生成物を蒸発除去する。この第２のプラズマＰ２の径は被処理基板の寸法よりも大きくする。
【００６２】
上記μ波が放電されている際には、第１のシャワープレート２８（第２のシャワープレート２９）はアース電位にあり、ラジカル生成室３０は、単にガス導入口２９ａから導入されたＮＦ３ガスと第１のシャワープレート２８から照射されたＨラジカルとの反応を起こさせるための空間として提供される。ラジカル生成室３０内での反応により生成したＮＦｘＨｙラジカルは、第２のシャワープレート２９を経て被処理基板Ｓ上に照射され、基板表面のＳｉＯ２等の膜に対するエッチングが行われる。エッチング終了後は、μ波導入手段２４からの放電を停止し、Ｎ２ガスとＨ２ガス又はＮＨ３ガス等のＨラジカル発生用ガスとの導入を停止し、ラジカル生成室３０内にガス導入口２９ａ若しくは２７ｂ又は両方から不活性ガスを導入し、第１のシャワープレート２８に高周波電源２８ｂから高周波を印加し、第１のシャワープレート２８と第２のシャワープレート２９とを同電位に保ち、被処理基板Ｓ上に不活性ガスのプラズマＰ２を発生させ、エッチングにより基板上等に形成された（ＮＨ４）２ＳｉＦ６等のエッチング残留生成物を除去する。
【００６３】
上記ＮＦｘＨｙラジカルによるプロセスは、通常、０〜５０℃で実施され、５０℃を超えると急激にエッチング速度が低下する傾向がある。また、プラズマＰ２によるプロセスは、通常、０〜３００℃で実施される。
【００６４】
上記したプロセスにおいて、被処理基板の温度は、特に制限されないが、例えば２５〜３００℃の範囲で行うことができる。２５〜５０℃のような低温でも、エッチング残留生成物の除去が可能である。また、本発明で使用できる高周波に関し、その周波数の下限は、安価に入手可能な１３．５６ＭＨｚであり、上限は、１００ＭＨｚ未満である。例えば、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ等を挙げることができる。１３．５６ＭＨｚよりも低い周波数でも放電は可能であるが、安価に入手可能な１３．５６ＭＨｚを下限とすることが好ましい。
【００６５】
上記したエッチングプロセスにおける一般反応式は以下の通りである。
ＳｉＯ２＋ＮＦｘＨｙ    →  （ＮＨ４）２ＳｉＦ６＋Ｈ２Ｏ
【００６６】
この式は、より正確に記載すれば、下記の３つの反応があると推測される。
ＳｉＯ２＋６ＮＦＨ２＋１２Ｈ２    →  （ＮＨ４）２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ＋４ＮＨ３
ＳｉＯ２＋ＮＦＨ＋５ＨＦ＋ＮＨ３    →  （ＮＨ４）２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ＋２Ｈ２＋Ｈ
ＳｉＯ２＋２ＮＨ４＋２ＨＦ２＋２ＨＦ  →  （ＮＨ４）２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ
【００６７】
上記エッチングプロセスにおいて、被処理基板表面にＳｉＯ２膜の替わりにリン酸化合物を含む層が存在する場合には、エッチング残留生成物としては、Ｈ３ＰＯ４、（ＮＨ４）３ＰＯ４、（ＮＨ４）２ＨＰＯ４、（ＮＨ４）Ｈ２ＰＯ４等が生成されるものと予想され、これらの化合物も不活性ガスプラズマ（水素プラズマ）により除去できる。層間絶縁膜としてのＳｉＯ２膜の替わりにＢＰＳＧ膜（Ｐ（リン）とＢ（ボロン）とを含むＳｉＯ２膜）やＰＳＧ膜（Ｐを含むＳｉＯ２膜）が使用される場合も、上記と同様のエッチングプロセス及びエッチング残留生成物除去プロセスを用いて実施可能である。
【００６８】
次に、本発明に係るラジカルクリーニング装置の第３及び４の実施の形態について、図４及び５を参照して、詳細に説明する。
【００６９】
図４に模式的に示す本発明のラジカルクリーニング装置の一構成例によれば、このラジカルクリーニング装置は、図示していない真空排気系により内部を排気して真空状態にできる真空槽４１を有し、真空槽４１内の下部には、被処理基板Ｓを載置する基板支持ステージ４２が配置されており、その上部には開口部を有する真空槽用上蓋４１ａが配置されている。この基板支持ステージ４２は、被処理基板Ｓを加熱するためのホットプレート等の加熱手段４３をその上部に備えており、また、被処理基板Ｓの搬送時に基板を上下に移動することができるリフトピン等の手段（図示せず）を備えている。真空槽４１の壁面には、基板搬送口４１ｂ、真空槽内へ直接不活性ガスを導入する場合のガス導入口４１ｃ及び排気口４１ｄが設けられている。不活性ガスの導入としては、以下説明するガス導入用部材４４に設けられたガス導入口４４ａからプラズマ発生室内へ導入する場合や、ラジカル生成室４９に設けられたガス導入口４８ｂからラジカル生成室へ導入する場合があり、その方が、直接真空槽へ導入するよりも好ましい。
【００７０】
上記ラジカルクリーニング装置によれば、真空槽４１の上蓋４１ａに対して、大気側から順に、直線状ではなく、一度屈曲してプラズマ発生室内へ向かうように構成された形状を内部に有しているガス導入用径路（ガス導入口４４ａ）が設けられたガス導入用部材４４と、第１の高周波電源４５ａが接続された高周波用天板であって、ガス導入用部材４４の下にＯリング等の密閉シール部材４５ｂを介して設けた高周波用天板４５と、この天板４５の下に、側壁４６ａが絶縁物で構成されており、Ｏリング等の密閉シール部材４５ｃを介して平行に設けた、図面上横長の形状をした第１のプラズマを発生せしめるプラズマ発生室（空間）４６と、プラズマ発生室４６の下にＯリング等の密閉シール部材４７ａを介して平行に設けた、上記絶縁物で構成されたプラズマ発生室４６で生成せしめたラジカルを通過させる所定の孔径を有し、かつ被処理基板Ｓの寸法と同じ又は被処理基板Ｓの寸法よりも大きな寸法を有する第１のシャワープレートであって、第２の高周波電源４７ｂが接続された第１のシャワープレート４７と、第１のシャワープレート４７の下にＯリング等の密閉シール部材４８ａを介して平行に設けた、被処理基板Ｓの寸法と同じ又は被処理基板Ｓの寸法よりも大きな寸法を有する放電電極を兼ねる第２のシャワープレート４８とを備えており、第１のシャワープレート４７と第２のシャワープレート４８とで画成された空間であるラジカル生成室４９を第１のシャワープレート４７の下及び第２のシャワープレート４８の上に有している。
【００７１】
上記のように構成することにより、ラジカル生成室４９内に第１のシャワープレート４７を通過してくるラジカルと反応するガス（例えば、ＮＦ３ガス）をガス導入口４８ｂから導入してラジカルと反応させ、ラジカルを生成せしめることができ、また、このラジカル生成室４９内に不活性ガスをガス導入口４８ｂ若しくは４４ａ又は両方から導入して真空槽内にプラズマを発生させることができる。ガス導入口４４ａから不活性ガスを導入することがより好ましい。ガス導入口４８ｂから導入すると空間４６を通してガスが逆流し、パーティクル発生の原因となることが有るからである。その結果、この第２のシャワープレート４８から、これに対向して真空槽４１内に載置される被処理基板Ｓの表面にラジカルを照射してエッチングでき、また、第２のシャワープレート４８と真空槽４１内に載置される被処理基板Ｓの表面との間にプラズマＰ２を発生せしめてエッチング残留生成物を除去できる。この装置は被処理基板を１枚ずつクリーニングする枚葉装置であっても、多数枚同時処理するバッチ装置であっても良い。
【００７２】
上記したエッチング後の残留生成物を除去する場合には、天板に接続している第１の高周波電源４５ａからの放電を停止し、ガス導入口４４ａからのガス（例えば、Ｎ２ガス、Ｈ２ガス又はＮＨ３ガス等）の導入及びガス導入口４８ｂからのガス（例えば、ＮＦ３ガス等）の導入を停止した後、第１のシャワープレート４７に第２の高周波電源４７ｂから高周波を印加して第１のシャワープレート４７と第２のシャワープレート４８とを同電位に保つと共に、例えばラジカル生成室４９内へガス導入口４８ｂ若しくは４４ａ又は両方から不活性ガス（例えば、Ｈ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、及びＸｅからなる群から選ばれた少なくとも１種類の不活性ガス）を導入し、第２のシャワープレート４８である放電電極を介して、第２のシャワープレート４８と真空槽４１内に載置された被処理基板Ｓとの間の上部空間に第２のプラズマＰ２を発生せしめ、被処理基板Ｓをこのプラズマに曝すことにより、被処理基板Ｓ上や真空槽４１内壁に付着しているエッチング残留生成物を除去することができる。このため、本発明では、第１のシャワープレート４７に対して第２の高周波電源４７ｂの印加とアースとを切り替える手段を備えている。
【００７３】
上記した図４に示すラジカルクリーニング装置は、例えば１〜４枚程度の被処理基板を処理するのに適しており、以下図５を参照して説明するラジカルクリーニング装置は、それ以上の枚数の被処理基板をクリーニング処理するものである。
【００７４】
図５に模式的に示すラジカルクリーニング装置の一構成例の場合、このラジカルクリーニング装置は、被処理基板を多数枚同時処理するための装置である。図５では５０枚処理の例を示しているが、この枚数は特に制限されるものではなく、適宜、目的に合わせて設定することができる。この場合、真空槽５０以外の構成は図４に示す通りであり、参照番号も同じ番号を付けてある。真空槽５０内には所定の枚数の被処理基板Ｓが載置されてなる。図４の場合と同様に、真空槽５０内へ導入されるラジカルで被処理基板Ｓをエッチングできるように、また、所望により、真空槽５０内に発生せしめるプラズマにより、エッチング残留生成物を除去できるように構成されている。
【００７５】
上記図４及び５では、同じ真空槽内で被処理基板のエッチング及びエッチング残留生成物除去を実施する場合について説明したが、エッチング処理だけを実施するラジカルエッチング装置を用いてエッチング処理した後、別の真空槽内でエッチング残留生成物除去を実施してもよい。
【００７６】
また、図４及び５では、高周波用天板４５の下に設けた、図面上横長の形状をし、第１のプラズマを発生せしめる第１のプラズマ発生室４６として、平行平板型のプラズマ発生室（放電室）を画成し、放電空間を広げることで単位面積当たりのプラズマ密度を小さくすることにより放電空間を覆っている壁へのダメージを低減させている。これによりプラズマ発生室の寿命が大幅に長くなるので、従来の石英チューブを用いた場合に行われていた頻繁な交換が不要になると共に、大幅な運転コストの低減につながることになる。
【００７７】
さらに、エッチング後に、連続して被処理基板と対抗するシャワープレートに高周波を印加して被処理基板上にプラズマを発生させ、エッチング残留生成物を除去するため、基板温度の低温化が計れ、エッチングプロセスとエッチング残留生成物除去プロセスとを一貫して一つの真空槽で行うことができるので、装置コストの低減にもつながる。
【００７８】
以下、図４に示すラジカルクリーニング装置を用いて実施する本発明のラジカルクリーニング方法について説明する。図５に示すラジカルクリーニング装置を用いて実施する本発明のラジカルクリーニング方法の場合も、これに準じる。
【００７９】
ガス導入口４４ａを介して第１のプラズマ発生室４６内にＮ２ガスとＨ２ガス又はＮＨ３ガス等のＨラジカ発生ガスとを導入し、この際に、高周波用天板４５に第１の高周波電源４５ａから高周波を印加してプラズマ発生室４６内に高周波プラズマＰ１を発生させ、導入されたガスをこのプラズマにより分解してＨラジカルを生成させる。
【００８０】
上記のようにして生成されるＨラジカルを、所定の孔径を有する第１のシャワープレート４７を通過させてラジカル生成室４９内へ導入すると共に、このラジカル生成室４９内へガス導入口４８ｂを介してＮＦ３ガスを導入し、ＨラジカルとＮＦ３ガスとを反応させて上記したＮＦｘＨｙラジカルを生成させ、このＮＦｘＨｙラジカルを第２のシャワープレート４８を通過させて、真空槽４１内に載置された被処理基板Ｓ上に形成されているＳｉＯ２膜に照射させ、この膜をエッチングする。
【００８１】
次いで、第１の高周波電源４５ａからの放電を停止すると共に、Ｎ２ガス、Ｈラジカル発生用ガス及びＮＦ３ガスの導入を停止し、例えばラジカル生成室４９内へ、不活性ガス（例えば、Ｈ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、及びＸｅからなる群から選ばれた少なくとも１種類の不活性ガス）を導入し、第１のシャワープレート４７に第２の高周波電源４７ｂから高周波を印加することにより第２のシャワープレート４８である放電電極に高周波を印加して放電させ、真空槽４１内に載置された被処理基板Ｓ上に第２のプラズマＰ２を発生させ、このプラズマのイオンとラジカルとを用いて、エッチングにより発生したエッチング残留生成物を蒸発除去する。この第２のプラズマの径は被処理基板の寸法よりも大きくする。
【００８２】
上記高周波用天板４５に高周波が印加されている際には、第２のシャワープレート４８はアース電位にあり、ラジカル生成室４９は、単にガス導入口４８ｂから導入されたＮＦ３ガスと第１のシャワープレート４７から照射されたＨラジカルとの反応を起こさせるための空間として提供される。ラジカル生成室４９内での反応により生成したＮＦＨラジカルは、第２のシャワープレート４８を経て被処理基板Ｓ上に照射され、基板表面のＳｉＯ２のエッチングが行われる。エッチング終了後は、第１の高周波電源４５ａからの印加を停止し、Ｎ２ガスとＨ２ガス又はＮＨ３ガス等のＨラジカル発生用ガスとの導入を停止し、ラジカル生成室４９内にガス導入口４８ｂ若しくは４４ａ又は両方から不活性ガス（Ｈ２ガス等）を導入し、第１のシャワープレート４７に第２の高周波電源４７ｂから高周波を印加し、第１のシャワープレート４７と第２のシャワープレート４８とを同電位に保ち、被処理基板Ｓ上に不活性ガスのプラズマＰ２を発生させ、エッチングにより基板上等に形成された（ＮＨ４）２ＳｉＦ６等のエッチング残留生成物を除去する。
【００８３】
上記したプロセスにおいて、被処理基板の温度は、特に制限されないが、例えば２５〜３００℃の範囲で行うことができる。２５〜５０℃のような低温でも、エッチング残留生成物の除去が可能である。
【００８４】
上記したエッチングプロセスにおける一般反応式は上記した通りである。
【００８５】
上記エッチングプロセスにおいて、被処理基板表面にＳｉＯ２膜の替わりにリン酸化合物を含む層が存在する場合には、エッチング残留生成物としては、Ｈ３ＰＯ４、（ＮＨ４）３ＰＯ４、（ＮＨ４）２ＨＰＯ４、（ＮＨ４）Ｈ２ＰＯ４等が生成されるものと予想され、これらの化合物も水素プラズマにより除去できる。層間絶縁膜としてのＳｉＯ２膜の替わりにＢＰＳＧ膜（Ｐ（リン）とＢ（ボロン）とを含むＳｉＯ２膜）やＰＳＧ膜（Ｐを含むＳｉＯ２膜）が使用される場合も、上記と同様にエッチング及びエッチング残留生成物を除去可能である。
【００８６】
本発明に係るラジカルクリーニング装置の上記第２〜４の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ構成については一部省略し、また、本発明に係るラジカルクリーニング方法の上記第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同じプロセスについては一部省略してある。
【実施例１】
【００８７】
本実施例では、図２に示すラジカルクリーニング装置を用い、Ｈラジカルを生成するためにＮ２ガスとＨ２ガスとを用い、ＮＦｘＨｙラジカルを生成するためにＮＦ３ガスを用い、また、被処理基板として表面にＳｉＯ２膜が形成されている基板を用いて、エッチングプロセス及びエッチング残留生成物除去プロセスを行った。その一連のプロセスフローは以下の通りである。また、μ波拡散用誘電体部材２６と１５ｍｍ離れたところに第１のシャワープレート２８を設置した装置を用いた。【００８８】
（１）プラズマ発生室２７内にガス導入口２７ｂからＮ２及びＨ２ガスを導入した。
（２）μ波導入手段２４からμ波を印加し、プラズマ発生室２７内にプラズマＰ１を発生させ、このプラズマにより導入したガスを分解し、Ｈラジカルを生成せしめた。
（３）かくして得られたＨラジカルを第１のシャワープレート２８を経てラジカル生成室３０へ導入すると共に、このラジカル生成室内にＮＦ３ガスを導入し、両者を反応させてＮＦｘＨｙラジカルを生成せしめ、このラジカルを第２のシャワープレート２９を経て真空槽２１内に導入し、被処理基板上に照射し、所定の時間、被処理基板上のＳｉＯ２膜をエッチングした。μ波が印加されて放電が立っている際は、第１のシャワープレート２８はアース電位にあり、ラジカル生成室３０は、上記したように、ＮＦ３とＨラジカルとの反応を起こさせるための空間を提供するのみである。
（４）μ波導入手段２４からのμ波放電を停止した。
（５）Ｎ２ガス、Ｈ２ガス及びＮＦ３ガスの導入を停止した。【００８９】
（６）ガス導入口２９ａ又は２７ｂからラジカル生成室３０内に不活性ガスとしてＨ２ガスを導入した。
（７）第１のシャワープレート２８に高周波（ＲＦ）電源２８ｂからＲＦ印加し、第１のシャワープレート２８と第２のシャワープレート２９とを同電位に保って、第２のシャワープレート２９を経て真空槽２１内の被処理基板Ｓ上にＨ２放電を発生させた。
（８）真空槽２１内に載置された被処理基板Ｓに対して、所定の時間、Ｈ２プラズマ照射を行い、基板上にある（ＮＨ４）２ＳｉＦ６等の残留生成物を除去した。
（９）Ｈ２ガスの導入を停止し、ＲＦ電源２８ｂの印加を停止した。【００９０】
上記した一連のプロセスは、（１）〜（５）のエッチングプロセスと（６）〜（９）のエッチング残留生成物除去プロセスとに分けられる。【００９１】
上記各プロセスの最適化について以下説明する。【００９２】
図６に、μ波導入手段２４からμ波拡散用誘電体部材２６を介してμ波：２０００Ｗを印加した際のμ波照射時間（秒）と光学式膜厚計で測ったＳｉＯ２のエッチング量（エッチング厚さ（ｎｍ））との関係を示す。この場合、被処理基板Ｓとして、熱シリコン酸化膜１０００ｎｍを付けたＳｉウェハを使用した。エッチング条件は、被処理基板温度：２５℃、Ｎ２ガス流量：５００ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス流量：５００ｓｃｃｍ、ＮＦ３ガス流量：１０００ｓｃｃｍ、Ｈ２プラズマ発生用ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）：１０００Ｗ、３００秒印加であった。【００９３】
図６から明らかなように、エッチング量は、μ波照射時間（μ波印加時間）と共に増加し、８０秒、２９ｎｍエッチング厚さで飽和している。これは、ここでセルフストップがかかっているものと判断される。Ｈ２放電が不足していれば（ＮＨ４）２ＳｉＦ６が堆積して見かけ上エッチング量が減少していくように見えるはずであるが、その傾向は観察されなかった。従って、この結果から、平面μ波プラズマで十分にＮＦｘＨｙラジカルが発生している事が解る。【００９４】
図７（ａ）に、μ波印加時間をセルフストップがかかる８０秒に固定し、ＲＦ照射時間（秒）と光学式膜厚計で測った残留生成物のエッチング量（エッチング厚さ（ｎｍ））との関係を示す。この場合、被処理基板Ｓとして、上記したようなＳｉウェハを使用し、被処理基板温度、Ｎ２ガス流量、Ｈ２ガス流量、ＮＦ３ガス流量、Ｈ２プラズマ発生用ＲＦを上記と同様の条件に設定してエッチングを行った。Ｓｉウェハ上に存在するＳｉＯ２膜をエッチングし、エッチング残留生成物（ＮＨ４）２ＳｉＦ６を除去する一連のプロセスを模式的に図７（ｂ）〜（ｄ）に示す。すなわち、Ｓｉウェハ上に存在するＳｉＯ２膜をＮＨＦラジカル処理してＳｉＯ２膜をエッチングすると、残留生成物（ＮＨ４）２ＳｉＦ６が生成され（図７（ｂ））、次いで堆積した残留生成物が除去され（図７（ａ）の領域Ａ；図７（ｃ））、除去プロセスを続けると、最終的に残留生成物が除去される（図７（ａ）の領域Ｂ；図７（ｄ））。この領域ＢはエッチングされたＳｉＯ２膜の厚さを示す。なお、便宜上、ＳｉＯ２が（ＮＨ４）２ＳｉＦ６になっても厚さが変わらないという仮定の下でエッチング量を測定したので、領域Ａ、Ｂのエッチング量は相対値に近似する。【００９５】
図７から明らかなように、エッチング量は、第２のシャワープレート２９へのＲＦ照射時間（ＲＦ印加時間）と共に増加し、１１０秒で飽和した。すなわち、基板温度２５℃においてもエッチング残留生成物の除去が出来ており、Ｈ２プラズマを併用することで除去プロセスの低温化が出来る事が解る。【００９６】
上記した一連のプロセス、すなわち図６〜７にその結果を示す上記（１）〜（９）のエッチングプロセス及びエッチング残留生成物除去プロセスを行った後に、図２に示すラジカルクリーニング装置のプラズマ発生室２７内の状態を観察したところ、その内壁には何らダメージの跡が観察されず、消耗されておらず、また、エッチング残留生成物を除去する際の基板温度の低温化も達成できた。
【実施例２】
【００９７】
本実施例では、図４に示すラジカルクリーニング装置を用い、Ｈラジカルを生成するためにＮ２ガスとＨ２ガスとを用い、また、ＮＦｘＨｙラジカルを生成するためにＮＦ３ガスを用いて、エッチングプロセス及びエッチング残留生成物除去プロセスを行った。その一連のプロセスフローは以下の通りである。【００９８】
（１）第１のプラズマ発生室４６内にガス導入口４４ａからＮ２及びＨ２ガスを導入した。
（２）高周波（ＲＦ）用天板４５に第１の高周波（ＲＦ）電源４５ａからＲＦ印加し（この際、第１のシャワープレート４７はアース電位とした）、第１のプラズマ発生室４６内にプラズマを発生させ、このプラズマにより導入したガスを分解し、Ｈラジカルを生成せしめた。
（３）かくして得られたＨラジカルを第１のシャワープレート４７を経てラジカル生成室４９へ導入すると共に、このラジカル生成室４９内にＮＦ３ガスを導入し、両者を反応させてＮＦｘＨｙラジカルを生成せしめ、このラジカルを第２のシャワープレート４８を経て真空槽４１内に導入し、所定の時間、被処理基板上のＳｉＯ２膜をエッチングした。【００９９】
（４）第１のＲＦ電源４５ａからの高周波の印加を停止した。
（５）Ｎ２ガス、Ｈ２ガス及びＮＦ３ガスの導入を停止した。
（６）ガス導入口４４ａから第２ラジカル生成室４９内に不活性ガスとしてＨ２ガスを導入した。
（７）第１のシャワープレート４７に第２のＲＦ電源４７ｂからＲＦ印加し、また、第１のシャワープレート４７と第２のシャワープレート４８とを同電位に保って、第２のシャワープレート４８を経て真空槽４１内の被処理基板Ｓ上にＨ２放電を発生させた。
（８）真空槽４１内に載置された被処理基板Ｓに対して、所定の時間、Ｈ２プラズマ照射を行った。
（９）Ｈ２ガスの導入を停止し、第２のＲＦ電源４７ｂの印加を停止した。【０１００】
上記した一連のプロセスは、（１）〜（５）のエッチングプロセスと（６）〜（９）のエッチング残留生成物除去プロセスとに分けられる。【０１０１】
上記各プロセスの最適化について以下説明する。【０１０２】
図８に、ＲＦ用天板４５にＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）：１０００Ｗを印加した際のＲＦ照射時間（秒）と光学式膜厚計で測ったＳｉＯ２膜のエッチング量（エッチング厚さ（ｎｍ））との関係を示す。この場合、被処理基板Ｓとして、熱シリコン酸化膜１０００ｎｍを付けたＳｉウェハを使用した。被処理基板の温度：２５℃、Ｎ２ガス：５００ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：５００ｓｃｃｍ、ＮＦ３ガス：１０００ｓｃｃｍ、Ｈ２プラズマ発生用ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）を１０００Ｗ、３００秒印加した。【０１０３】
図８から明らかなように、エッチング量は、ＲＦ照射時間（ＲＦ印加時間）と共に増加し、６０秒、３５ｎｍエッチングで飽和している。これは、ここでセルフストップがかかっているものと判断される。Ｈ２放電が不足していれば（ＮＨ４）２ＳｉＦ６が堆積して見かけ上エッチング量が減少していくように見えるはずであるが、その傾向は観察されなかった。従って、この結果から、ＲＦ放電のプラズマで十分にＮＦｘＨｙラジカルが発生している事が解る。【０１０４】
図９（ａ）に、ＲＦ用天板４５のＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）印加時間をセルフストップがかかる６０秒に固定して、第２のシャワープレート４８にＲＦを印加するＲＦ照射時間（秒）と光学式膜厚計で測ったエッチング量（エッチング厚さ（ｎｍ））との関係を示す。この場合、被処理基板Ｓとして、上記したようなＳｉウェハを使用し、被処理基板の温度、Ｎ２ガスの流量、Ｈ２ガスの流量、ＮＦ３ガスの流量、Ｈ２プラズマ発生用ＲＦを上記と同様にして行った。Ｓｉウェハ上に存在するＳｉＯ２膜をエッチングし、エッチング残留生成物（ＮＨ４）２ＳｉＦ６を除去する一連のプロセスを模式的に図９（ｂ）〜（ｄ）に示す。すなわち、Ｓｉウェハ上に存在するＳｉＯ２膜をＮＨＦ処理してＳｉＯ２膜をエッチングすると、残留生成物（ＮＨ４）２ＳｉＦ６が生成され（図９（ｂ））、次いで堆積した残留生成物を除去し（図９（ａ）の領域Ａ；図９（ｃ））、除去プロセスを続けると、最終的に残留生成物が除去される（図９（ａ）の領域Ｂ；図９（ｄ））。この領域ＢはエッチングされたＳｉＯ２膜の厚さを示す。なお、便宜上、ＳｉＯ２が（ＮＨ４）２ＳｉＦ６になっても厚さが変わらないという仮定の下でエッチング量を測定したので、領域Ａ、Ｂのエッチング量は相対値に近似する。【０１０５】
図９から明らかなように、エッチング量は、第２のシャワープレート４８へのＲＦ照射時間（ＲＦ印加時間）と共に増加し、１２０秒で飽和した。すなわち、基板温度２５℃においてもエッチング残留生成物の除去が出来ており、Ｈ２プラズマを併用することで除去プロセスの低温化が出来る事が解る。【０１０６】
図１０に、第１の高周波電源４５ａの周波数を変化させた場合（１３．５６ＭＨｚ、４０ＭＨｚ及び８０ＭＨｚ）のＲＦ照射時間（秒）と光学式膜厚計で測ったＳｉＯ２膜のエッチング量（エッチング厚さ（ｎｍ））との関係を示す。この場合、被処理基板Ｓとして、上記したようなＳｉウェハを使用し、被処理基板の温度、Ｎ２ガスの流量、Ｈ２ガスの流量、ＮＦ３ガスの流量、Ｈ２プラズマ発生用ＲＦを上記と同様にして行った。【０１０７】
図１０から明らかなように、１３．５６ＭＨｚの場合に対して、４０ＭＨｚの場合の方が、エッチング速度（エッチング厚さ）が速くなっている事が解る。これは、周波数の増加に従ってプラズマ密度が増加してＮＦｘＨｙラジカルが増加したためと推測される。一般に、プラズマは周波数の２乗に比例して増加すると言われているからである。一方で、８０ＭＨｚでは極端にエッチング速度の低下がみられる。これは、８０ＭＨｚでは装置全体のインピーダンスが高くなり、投入電力がプラズマに入る前にほとんど消費されてしまったためである。８０ＭＨｚでは放電を起こす事が出来たが、放電限界は９５ＭＨｚにあり、１００ＭＨｚでは放電出来なかった。以上より、本発明で使用できる周波数の下限は、安価に入手可能な１３．５６ＭＨｚであり、上限は、１００ＭＨｚ未満である。例えば、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ等を挙げることができる。１３．５６ＭＨｚよりも低い周波数でも放電は可能であるが、安価に入手可能な１３．５６ＭＨｚを下限とすることが好ましい。【０１０８】
上記した一連のプロセス、すなわち図８〜１０にその結果を示す上記（１）〜（９）のエッチングプロセス及びエッチング残留生成物除去プロセスを行った後に、図４に示すラジカルクリーニング装置のプラズマ発生室４６内の状態を観察したところ、その内壁には何らダメージの跡が観察されず、消耗されておらず、また、エッチング残留生成物を除去する際の基板温度の低温化も達成できた。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明によれば、プラズマ発生室の内壁の消耗を減少せしめてプラズマ発生室の寿命を延ばし、低温での処理が可能な、μ波プラズマ及び高周波プラズマ、又は高周波プラズマを用いたラジカルクリーニング装置及び方法を提供できるので、本発明は、半導体デバイス等の技術分野での被処理基板表面のラジカルクリーニングに利用可能である。  
【符号の説明】
【０１１０】
１  石英チューブ                      ２  ガス導入系
３  整合器                            ４  導波管
５  真空槽                          ２１  真空槽
２１ａ  （真空槽用）上蓋              ２１ｂ  基板搬送口
２１ｃ  ガス導入口                    ２１ｄ  排気口
２２  基板支持ステージ                ２３  加熱手段
２４  μ波導入手段                    ２５  μ波遮蔽部材
２６  μ波拡散用誘電体部材            ２７  プラズマ発生室（空間）
２７ａ  側壁                          ２７ｂ  ガス導入口
２８  第１のシャワープレート          ２８ａ  密閉シール部材
２８ｂ  高周波電源                    ２９  第２のシャワープレート
２９ａ  ガス導入口                    ２９ｂ  密閉シール部材
３０  ラジカル生成室（空間）          ３１  真空槽
Ｐ１、Ｐ２  プラズマ                    Ｓ  被処理基板
４１  真空槽
４１ａ  （真空槽用）上蓋              ４１ｂ  基板搬送口
４１ｃ  ガス導入口                    ４１ｄ  排気口
４２  基板支持ステージ                ４３  加熱手段
４４  ガス導入用部材                  ４４ａ  ガス導入口
４５  （高周波（ＲＦ）用）天板        ４５ａ  高周波（ＲＦ）電源
４５ｂ、４５ｃ  密閉シール部材        ４６  プラズマ発生室（空間）
４６ａ  プラズマ発生室の側壁          ４７  第１のシャワープレート
４７ａ  密閉シール部材                ４７ｂ  高周波電源（ＲＦ電源）
４８  第２のシャワープレート          ４８ａ  密閉シール部材
４８ｂ  ガス導入口                    ４９  ラジカル生成室（空間）
５０  真空槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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