(57)【要約】  プラズマクリーニング方法は、被処理基板表面に窒化珪素膜を堆積させるプラズマＣＶＤ装置の処理容器内にＮＦ３ガスを含むクリーニングガスを導入し、処理容器内の堆積物を除去する工程（Ｓ１）と、その後、処理容器内に水素ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、処理容器内に残留するフッ素を除去する工程（Ｓ２）と、さらに処理容器内に希ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、処理容器内に残留する水素を除去する工程（Ｓ３）とを含む。
2008035678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置における、その中に堆積物が堆積している処理容器内をクリーニングガスのプラズマを用いてクリーニングするプラズマクリーニング方法であって、
前記処理容器内にＮＦ３ガスを含むクリーニングガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内の堆積物を除去することと、
前記堆積物を除去した後、前記処理容器内に水素ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内に残留するフッ素を除去することと
を含む、プラズマクリーニング方法。
【請求項２】
フッ素を除去した後、前記処理容器内に希ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内に残留する水素を除去することをさらに含む、請求項１に記載のプラズマクリーニング方法。
【請求項３】
前記フッ素を除去することと、前記水素を除去することとを、繰り返し実施する、請求項２に記載のプラズマクリーニング方法。
【請求項４】
前記堆積物を除去する際、フッ素を除去する際および水素を除去する際に、それぞれプラズマの発光をモニターすることによって終点検出する、請求項２に記載のプラズマクリーニング方法。
【請求項５】
前記プラズマ処理装置は、複数のスロットを有する平面アンテナにて前記処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを形成させ、被処理基板表面に窒化珪素膜を堆積させるプラズマＣＶＤ装置である、請求項１に記載のプラズマクリーニング方法。
【請求項６】
複数のスロットを有する平面アンテナを備えたマイクロ波処理装置の、その中に堆積物が堆積している処理容器内をクリーニングガスのプラズマを用いてクリーニングするプラズマクリーニング方法であって、
前記処理容器内にＮＦ３ガスを含むクリーニングガスを導入することと、
前記平面アンテナを介してマイクロ波を前記処理容器内に供給することにより、前記処理容器内に前記クリーニングガスのプラズマを形成してＦの活性種を生成することと、
前記処理容器内の前記堆積物と前記Ｆの活性種とを反応させて前記堆積物を揮発させることと、
前記揮発した堆積物成分を前記処理容器から排出させることと
を含む、プラズマクリーニング方法。
【請求項７】
前記揮発した堆積物成分の排出の後、前記処理容器内に水素ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内に残留するフッ素を除去することをさらに含む、請求項６に記載のプラズマクリーニング方法。
【請求項８】
プラズマＣＶＤ装置の処理容器内で被処理基板表面に窒化珪素膜を堆積させるプラズマＣＶＤ方法であって、
前記処理容器内に導入した窒素含有ガスとシリコン含有ガスを含むガスによりプラズマを形成し、このプラズマにより被処理基板の表面に窒化珪素膜を堆積させることと、
前記処理容器内にＮＦ３ガスを含むクリーニングガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内の堆積物を除去することと、
前記堆積物を除去した後、前記処理容器内に水素ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内に残留するフッ素を除去することと、
フッ素を除去した後、さらに前記処理容器内に希ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内に残留する水素を除去することと、
を含む、プラズマＣＶＤ方法。
【請求項９】
前記フッ素を除去することと、前記水素を除去することとを、繰り返し実施する、請求項８に記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項１０】
水素を除去した後、再び、前記プラズマＣＶＤ工程を行なう、請求項８に記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項１１】
コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置の処理容器内をクリーニングガスのプラズマを用いてクリーニングする際に前記プラズマ処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記プログラムは、実行時に、
前記処理容器内にＮＦ３ガスを含むクリーニングガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内の堆積物を除去することと、前記堆積物を除去した後、前記処理容器内に水素ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内に残留するフッ素を除去することとを含むプラズマクリーニング方法が行われるようにコンピュータに前記プラズマ処理装置を制御させる、記憶媒体。
【請求項１２】
プラズマを用いて被処理基板を処理するための真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内にマイクロ波を導入する複数のスロットを有する平面アンテナと、
前記処理容器内にクリーニングガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内にＮＦ３ガスを含むクリーニングガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内の堆積物を除去することと、前記堆積物を除去した後、前記処理容器内に水素ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内に残留するフッ素を除去することとを含むプラズマクリーニング方法が行われるように各構成部を制御する制御部と、
を備えた、プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理基板表面に窒化珪素膜を堆積させるプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学気相堆積）装置の処理容器内をクリーニングするプラズマクリーニング方法およびプラズマＣＶＤ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化珪素膜は、各種半導体装置における絶縁膜や保護膜等として使用されている。このような窒化珪素膜は、例えば、原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ４）などのシリコン含有化合物のガスと、窒素やアンモニア等の窒素含有化合物のガスを使用するプラズマＣＶＤ等により形成できることが知られている。【０００３】
上記のようにプラズマＣＶＤを行なうプラズマＣＶＤ装置では、被処理基板への成膜を繰り返すことにより、チャンバー内の被処理基板以外の部位にも窒化珪素が堆積する。このように形成されるチャンバー内の堆積物が一定の膜厚を超えると、プラズマＣＶＤ装置における成膜に悪影響を与える。例えば、チャンバー内に形成された堆積物は、チャンバー内でのガスの流れや熱分布に影響して成膜速度や成膜の均一性を低下させる要因になる。また、堆積物からパーティクルが発生して被処理基板に付着することも懸念される。このようなことから、定期的にチャンバー内のクリーニングを実施し、チャンバー内に形成された堆積物を除去する必要がある。このため、例えばＮＦ３などのフッ素化合物を含む反応性ガスのプラズマを用いてチャンバー内部をエッチングするプラズマクリーニング方法の発明が提案されている（例えば、特開平７−２０１７３８号公報）。【０００４】
特開平７−２０１７３８号公報にみられるように、プラズマクリーニングは、通常堆積物に対してエッチング作用を持つＮＦ３などのガス種を使用し、チャンバー内の堆積物をクリーニングガスのプラズマによってドライエッチングすることによって除去する。しかし、ＮＦ３ガスのようなフッ素を含むガスを使用してクリーニングを行なうと、チャンバー内に残留するフッ素がその後の成膜処理に悪影響を与えるため、フッ素を除去する必要が生じる。このため特許文献１では、ＮＦ３を含むガスによる処理の後で、ＮＨ３を含む還元性ガスのプラズマによってチャンバー内のフッ素を除去する工程を設けている。【０００５】
上記特開平７−２０１７３８号公報に開示された技術では、ＮＦ３クリーニングの後でチャンバー内に残留したフッ素を除去する工程を設けているが、実用上十分なクリーニング効果を得つつ速やかに残留フッ素を除去できる高スループットでのクリーニング処理を行なうための条件については、十分な検討がなされているとは言い難い。【０００６】
また、上記技術のように、複数の工程を含むクリーニング処理の場合、各工程の終点を把握することが困難であり、終点の判断を誤って過剰なクリーニングを行なうと、クリーニングガスのプラズマによって、チャンバー内部材、例えば被処理基板を載置する載置台（サセプタ）や被処理基板をガイドするためのカバーリング等がエッチングされてプラズマダメージを受け、部品寿命が短命化してしまう。特に、クリーニング効果を高めようとして長時間のクリーニングを行なうと、プラズマダメージが強くなるとともにスループットを低下させてしまう。逆に、プラズマダメージを抑制したり、高いスループットを得ようとすると、クリーニングが不十分となってパーティクルが発生したり、成膜への悪影響が生じたりする。
【発明の開示】
【０００７】
本発明の目的は、高スループットで確実に残留フッ素を低減することができるプラズマクリーニング方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、クリーニングの終点の把握を容易に行なうことにより、チャンバー内部品に与えるプラズマダメージを極力抑制することが可能なプラズマクリーニング方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、このようなプラズマクリーニング方法を含むプラズマＣＶＤ方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の第１の観点によれば、プラズマ処理装置における、その中に堆積物が堆積している処理容器内をクリーニングガスのプラズマを用いてクリーニングするプラズマクリーニング方法であって、前記処理容器内にＮＦ３ガスを含むクリーニングガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内の堆積物を除去することと、前記堆積物を除去した後、前記処理容器内に水素ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内に残留するフッ素を除去することとを含む、プラズマクリーニング方法が提供される。
【０００９】
上記第１の観点において、フッ素を除去した後、前記処理容器内に希ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内に残留する水素を除去することをさらに含むことができる。
また、前記フッ素を除去することと、前記水素を除去することとを、繰り返し実施してもよい。
また、前記堆積物を除去する際、フッ素を除去する際および水素を除去する際に、それぞれプラズマの発光をモニターすることによって終点検出することができる。
また、前記プラズマ処理装置として、複数のスロットを有する平面アンテナにて前記処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを形成させ、被処理基板表面に窒化珪素膜を堆積させるプラズマＣＶＤ装置を好適に用いることができる。
【００１０】
本発明の第２の観点によれば、複数のスロットを有する平面アンテナを備えたマイクロ波処理装置の、その中に堆積物が堆積している処理容器内をクリーニングガスのプラズマを用いてクリーニングするプラズマクリーニング方法であって、前記処理容器内にＮＦ３ガスを含むクリーニングガスを導入することと、前記平面アンテナを介してマイクロ波を前記処理容器内に供給することにより、前記処理容器内に前記クリーニングガスのプラズマを形成してＦの活性種を生成することと、前記処理容器内の前記堆積物と前記Ｆの活性種とを反応させて前記堆積物を揮発させることと、前記揮発した堆積物成分を前記処理容器から排出させることとを含む、プラズマクリーニング方法が提供される。
【００１１】
上記第２の観点において、前記揮発した堆積物成分の排出の後、前記処理容器内に水素ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内に残留するフッ素を除去することをさらに含むことが好ましい。
【００１２】
本発明の第３の観点によれば、プラズマＣＶＤ装置の処理容器内で被処理基板表面に窒化珪素膜を堆積させるプラズマＣＶＤ方法であって、前記処理容器内に導入した窒素含有ガスとシリコン含有ガスを含むガスによりプラズマを形成し、このプラズマにより被処理基板の表面に窒化珪素膜を堆積させることと、前記処理容器内にＮＦ３ガスを含むクリーニングガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内の堆積物を除去することと、前記堆積物を除去した後、前記処理容器内に水素ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内に残留するフッ素を除去することと、フッ素を除去した後、さらに前記処理容器内に希ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内に残留する水素を除去することとを含むプラズマＣＶＤ方法が提供される。
【００１３】
上記第３の観点において、前記フッ素を除去することと、前記水素を除去することとを、繰り返し実施することができる。
また、前記水素を除去した後、再び、前記プラズマＣＶＤ工程を行なうことができる。
【００１４】
本発明の第４の観点によれば、コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置の処理容器内をクリーニングガスのプラズマを用いてクリーニングする際に前記プラズマ処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、前記処理容器内にＮＦ３ガスを含むクリーニングガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内の堆積物を除去することと、前記堆積物を除去した後、前記処理容器内に水素ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内に残留するフッ素を除去することとを含むプラズマクリーニング方法が行われるようにコンピュータに前記プラズマ処理装置を制御させる記憶媒体を提供する。
【００１５】
本発明の第５の観点によれば、プラズマを用いて被処理基板を処理するための真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内にマイクロ波を導入する複数のスロットを有する平面アンテナと、前記処理容器内にクリーニングガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内にＮＦ３ガスを含むクリーニングガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内の堆積物を除去することと、前記堆積物を除去した後、前記処理容器内に水素ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、前記処理容器内に残留するフッ素を除去することとを含むプラズマクリーニング方法が行われるように各構成部を制御する制御部と、を備えた、プラズマ処理装置が提供される。
【００１６】
本発明によれば、処理容器内にＮＦ３ガスを含むクリーニングガスを導入してプラズマを形成し、堆積物を除去した後、処理容器内に水素ガスを含むガスを導入してプラズマを形成し、残留するフッ素を除去するので、プラズマＣＶＤに用いる処理容器内の残留フッ素を高スループットで確実に低減することができ、基板上に成膜した膜中へのフッ素混入量を低減することができる。
また、堆積物を除去する際、プラズマの発光をモニターしてプラズマクリーニング処理のフッ素を除去する際および水素を除去する際に終点検出を行なう場合には、これらの時間管理を適正化できるので、過剰なプラズマ処理によるチャンバー内部材へのプラズマダメージを極力低減することができ、より高スループットのクリーニングを実現することができる。
【００１７】
さらに、上記プラズマクリーニング方法を、各種半導体装置の製造過程で窒化珪素膜を成膜するプラズマＣＶＤプロセスの一部として組込むことにより、チャンバー内に過剰な堆積物が形成された状態をなくすことができるため、プラズマＣＶＤプロセスにおいて成膜処理の均一性が向上し、かつパーティクルを低減して安定した被処理基板毎の連続処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明方法の実施に適したプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図。
【図２】平面アンテナ板の構造を示す図面。
【図３】プラズマＣＶＤ処理と、その後に引き続いて行なわれるプラズマクリーニング処理のタイミングチャート。
【図４】プラズマクリーニング処理の工程手順の一例を示すフロー図。
【図５】終点検出を行なうプラズマクリーニング処理の工程手順の一例を示すフロー図である。
【図６】本発明のプラズマクリーニング方法を組込んだプラズマＣＶＤ方法の工程手順の一例を示すフロー図。
【図７】試験例における成膜装置のプラズマクリーニング処理のタイミングチャート。
【図８Ａ】プラズマクリーニング処理の堆積物除去工程におけるプラズマ中のＳｉＮの発光スペクトルを示す図。
【図８Ｂ】プラズマクリーニング処理のフッ素除去工程におけるプラズマ中の原子状水素の発光スペクトルを示す図。
【図８Ｃ】プラズマクリーニング処理の水素除去工程におけるプラズマ中の原子状水素の発光スペクトルを示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、適宜添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。図１は、本発明のプラズマクリーニング方法およびプラズマＣＶＤ方法を実施可能なプラズマ処理装置の一例を模式的に示す断面図である。このプラズマ処理装置１００は、複数のスロットを有する平面アンテナ、特にＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ；ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波励起プラズマを発生させ得るＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置として構成されており、１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３のプラズマ密度で、かつ０．７〜２ｅＶの低電子温度のプラズマにより、膜へのダメージが極めて少ない処理が可能である。したがって、各種半導体装置の製造過程においてプラズマＣＶＤによる窒化珪素膜の成膜処理などの目的で好適に利用可能なものである。【００２０】
上記プラズマ処理装置１００は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバー１を有している。なお、チャンバー１は角筒形状でもよい。チャンバー１の底壁１ａの略中央部には円形の開口部１０が形成されており、底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。この排気室１１は、排気管２３を介して排気装置２４に接続されている。【００２１】
チャンバー１内には被処理基板であるシリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗを水平に支持するため、熱伝導性の高いＡｌＮ等のセラミックスからなる載置台２が設けられている。この載置台２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状のＡｌＮ等のセラミックスからなる支持部材３により支持されている。載置台２には、その外縁部をカバーし、ウエハＷをガイドするためのカバーリング４が設けられている。このカバーリング４は、例えば石英、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ等の材質で構成された部材である。【００２２】
載置台２には抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれており、このヒータ５は、ヒータ電源５ａから給電されることにより載置台２を加熱して、その熱で被処理基板であるウエハＷを均一に加熱する。また、載置台２には、熱電対６が配備されており、ウエハＷの加熱温度を、例えば室温から９００℃までの範囲で温度制御可能となっている。載置台２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）が載置台２の表面に対して突没可能に設けられている。【００２３】
チャンバー１の内周には、石英からなる円筒状のライナー７が設けられ、チャンバー構成材料による金属汚染を防止している。また、載置台２の外周側には、チャンバー１内を均一排気するための多数の孔８ａを備えたバッフルプレート８が環状に設けられ、このバッフルプレート８は、複数の支柱９により支持されている。【００２４】
後述するアッパープレート２７およびチャンバー１の側壁には、環状をなすガス導入部１５ａ，１５ｂが上下２段に設けられており、各ガス導入部１５ａおよび１５ｂには成膜原料ガス、プラズマ励起用ガスおよびクリーニングガスを供給するガス供給系１６が接続されている。なお、ガス導入部１５ａ，１５ｂはノズル状またはシャワー状に配置してもよい。【００２５】
ガス供給系１６は、例えば窒素含有ガス供給源１７ａ、不活性ガス供給源１７ｂ、Ｓｉ含有ガス供給源１７ｃ、不活性ガス供給源１７ｄ、ＮＦ３ガス供給源１７ｅおよび水素ガス供給源１７ｆを有している。窒素含有ガス供給源１７ａ及び不活性ガス供給源１７ｂは、上段のガス導入部１５ａに接続され、Ｓｉ含有ガス供給源１７ｃ、不活性ガス供給源１７ｄ、ＮＦ３ガス供給源１７ｅおよび水素ガス供給源１７ｆは、下段のガス導入部１５ｂに接続されている。なお、ＮＦ３ガスは、上側のガス導入部１５ａに接続して導入してもよい。【００２６】
成膜原料ガスであるＳｉ含有ガスとしては、例えばシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ＴＳＡ（トリシリルアミン）などを用いることができるが、特にジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）が好ましい。他の成膜原料ガスである窒素含有ガスとしては、例えばＮ２、アンモニア、ＭＭＨ（モノメチルヒドラジン）等のヒドラジン誘導体などを用いることができる。また、また、不活性ガスとしては、例えばＮ２ガスや希ガスなどを用いることができる。プラズマ励起用ガスである希ガスとしては、例えばＡｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス、Ｈｅガスなどを用いることができるが、経済性およびプラズマ安定性の観点からＡｒが好ましい。
ＮＦ３ガスおよび水素ガスは、前記希ガスとともにプラズマ処理装置１００におけるチャンバー１内をクリーニングする際に使用されるクリーニングガスである。【００２７】
窒素含有ガスおよび不活性ガスは、窒素含有ガス供給源１７ａおよび不活性ガス供給源１７ｂから、ガスライン２０ａを介してガス導入部１５ａに至り、ガス導入部１５ａからチャンバー１内に導入される。一方、Ｓｉ含有ガス、不活性ガス、ＮＦ３ガスおよび水素ガスは、それぞれガスライン２０ｂを介してガス導入部１５ｂに至り、ガス導入部１５ｂからチャンバー１内に導入される。各ガス供給源に接続する各々のガスライン２０ａ，２０ｂには、マスフローコントローラ２１およびその前後に開閉バルブ２２が設けられており、供給されるガスの切替えや流量等の制御が可能なように構成されている。【００２８】
上記排気室１１の側面には排気管２３が接続されており、この排気管２３には高速真空ポンプを含む前述の排気装置２４が接続されている。そしてこの排気装置２４を作動させることにより、チャンバー１内のガスがバッフルプレート８を介して排気室１１の空間１１ａ内へ均一に排出され、排気管２３を介して排気される。これによりチャンバー１内は所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。【００２９】
チャンバー１の側壁には、プラズマ処理装置１００に隣接する搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２５と、この搬入出口２５を開閉するゲートバルブ２６とが設けられている。【００３０】
チャンバー１の上部は開口部となっており、この開口部には環状のアッパープレート２７が接合される。アッパープレート２７の内周下部は、内側のチャンバー内空間へ向けて突出し、環状の支持部２７ａを形成している。この支持部２７ａ上に、誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックスからなり、マイクロ波を透過するマイクロ波透過板２８がシール部材２９を介して気密に設けられている。したがって、チャンバー１内は気密に保持される。【００３１】
マイクロ波透過板２８の上方には、載置台２と対向するように、円板状の平面アンテナ板３１が設けられている。なお、平面アンテナ板の形状は、円板状に限らず、例えば四角板状でもよい。この平面アンテナ板３１はチャンバー１の側壁上端に係止されている。平面アンテナ板３１は、例えば表面が金または銀メッキされた銅板またはアルミニウム板からなり、マイクロ波を放射する多数のスロット状のマイクロ波放射孔３２が所定のパターンで貫通して形成された構成となっている。【００３２】
マイクロ波放射孔３２は、例えば図２に示すように長い形状をなすものが対をなし、典型的には対をなすマイクロ波放射孔３２同士が「Ｔ」字状に配置され、これらの対が複数、同心円状に配置されている。マイクロ波放射孔３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（λｇ）に応じて決定され、例えばマイクロ波放射孔３２の間隔は、λｇ／４、λｇ／２またはλｇとなるように配置される。なお、図２において、同心円状に形成された隣接するマイクロ波放射孔３２同士の間隔をΔｒで示している。また、マイクロ波放射孔３２は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、マイクロ波放射孔３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。【００３３】
この平面アンテナ板３１の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する遅波材３３が設けられている。この遅波材３３は、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。なお、平面アンテナ板３１と透過板２８との間、また、遅波材３３と平面アンテナ板３１との間は、それぞれ接触させても離間させてもよいが、接触させることが好ましい。【００３４】
チャンバー１の上面には、これら平面アンテナ板３１および遅波材３３を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材料からなり、導波管機能を有するシールド蓋体３４が設けられている。チャンバー１の上面とシールド蓋体３４とはシール部材３５によりシールされている。シールド蓋体３４には、冷却水流路３４ａが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、シールド蓋体３４、遅波材３３、平面アンテナ板３１、透過板２８を冷却するようになっている。なお、シールド蓋体３４は接地されている。【００３５】
シールド蓋体３４の上壁の中央には、開口部３６が形成されており、この開口部３６には導波管３７が接続されている。この導波管３７の端部には、マッチング回路３８を介してマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置３９が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置３９で発生した、例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管３７を介して上記平面アンテナ板３１へ伝搬されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。【００３６】
導波管３７は、上記シールド蓋体３４の開口部３６から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部にモード変換器４０を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管３７ｂとを有している。矩形導波管３７ｂと同軸導波管３７ａとの間のモード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内をＴＥモードで伝播するマイクロ波をＴＥＭモードに変換する機能を有している。同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在しており、内導体４１は、その下端部において平面アンテナ板３１の中心に接続固定されている。これにより、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して平面アンテナ板３１へ放射状に効率よく均一に伝播される。【００３７】
また、プラズマ処理装置１００のチャンバー１の側部には、チャンバー１内のプラズマの発光を検知する検知部６０が配備されている。この検知部６０は、図示しない受光部およびモノクロメータなどの分光測定部を有しており、チャンバー１の側壁に設けられた窓６１を介してチャンバー１内に生成したプラズマの所定波長における発光をモニターできるように構成されている。チャンバー１内には、石英からなる円筒状のライナー７が設けられているが、窓６１とライナー７を通してプラズマ中のラジカルの発光強度を測定できる。なお、検知部６０の設置位置は特に限定されず、安定して測定可能であればどの位置でもよい。【００３８】
プラズマ処理装置１００の各構成部は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ５０には、オペレータがプラズマ処理装置１００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１００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ユーザーインターフェース５１が接続されている。【００３９】
また、プロセスコントローラ５０には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部５２が接続されている。【００４０】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下で、プラズマ処理装置１００での所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。【００４１】
また、プロセスコントローラ５０は、図示しない接続手段によって検知部６０と接続されているので、検知部６０で検出されたプラズマ中の所定波長の発光を解析し、クリーニング処理における各工程の終点判断を行なう。そして、プロセスコントローラ５０の指示により、例えばクリーニング処理における各工程を自動的に切替えたり、各工程が終了した旨をユーザーインターフェース５１のディスプレイに表示したりする。【００４２】
このように構成されたプラズマ処理装置１００は、８００℃以下の低温で下地膜等へのダメージフリーなプラズマ処理を進めることができるとともに、プラズマ均一性に優れており、プロセスの均一性を安定して実現することができる。【００４３】
次に、プラズマ処理装置１００において実施されるプラズマＣＶＤ処理およびプラズマクリーニング処理について説明を行なう。図３に、プラズマＣＶＤ処理の後で引き続きプラズマクリーニング処理を実施する場合のタイミングチャートを示す。この図３では、１つのロットの最後のウエハ（２５枚目）に対するプラズマＣＶＤ処理と、その後引き続き行なわれるプラズマクリーニング処理におけるガスの切替えとマイクロ波出力の入切（オン／オフ）のタイミングを示している。【００４４】
プラズマＣＶＤ処理では、以下のような手順でプラズマＣＶＤ法によりウエハＷ表面に窒化珪素膜を堆積させる処理を行うことができる。
まず、ゲートバルブ２６を開にして搬入出口２５からウエハＷをチャンバー１内に搬入し、載置台２上に載置する。そして、ガス供給系１６の窒素含有ガス供給源１７ａおよびＳｉ含有ガス供給源１７ｃから、窒素含有ガスおよびシリコン含有ガスを所定の流量でそれぞれガス導入部１５ａ，１５ｂを介してチャンバー１内に導入する。【００４５】
次に、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波を、マッチング回路３８を経て導波管３７に導き、矩形導波管３７ｂ、モード変換器４０、および同軸導波管３７ａを順次通過させて内導体４１を介して平面アンテナ板３１に供給し、平面アンテナ板３１のスロットから透過板２８を介してチャンバー１内におけるウエハＷ上の空間に放射させる。マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ内ではＴＥモードで伝搬し、このＴＥモードのマイクロ波はモード変換器４０でＴＥＭモードに変換されて、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ板３１に向けて伝搬されていく。この際のマイクロ波出力は、例えば５００〜３０００Ｗ程度とすることができる。【００４６】
平面アンテナ板３１から透過板２８を経てチャンバー１に放射されたマイクロ波によりチャンバー１内で電磁界が形成され、窒素含有ガス、シリコン含有ガスがそれぞれプラズマ化する。このマイクロ波励起プラズマは、マイクロ波が平面アンテナ板３１の多数のスロット、すなわちマイクロ波放射孔３２から放射されることにより、略１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３の高密度で、かつウエハＷ近傍では、略１．２ｅＶ以下の低電子温度プラズマとなる。このようにして形成されるマイクロ波励起プラズマは、下地膜へのイオン等によるプラズマダメージが少ないものである。そして、プラズマ中で原料ガスの解離が進み、ＳｉＨ、ＮＨ、Ｎなどの活性種の反応によって、窒化珪素ＳｉｘＮｙ（ここで、ｘ，ｙは必ずしも化学量論的に決定されず、条件により異なる値をとる）の薄膜（堆積物）がウエハＷ表面およびチャンバー内壁およびチャンバー内部材の表面に堆積される。【００４７】
プラズマＣＶＤ成膜において、窒素含有ガスとしてＮＨ３ガス、シリコン含有ガスとして例えばＳｉ２Ｈ６ガスを使用する場合、ＮＨ３ガスの流量は１００〜３０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましく、４００〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）がより好ましい。また、Ｓｉ２Ｈ６ガスの流量は、１〜３０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましく、５〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）がより好ましい。また、Ｓｉ２Ｈ６ガスとＮＨ３ガスを用いる場合において、処理圧力は１３．３〜４００Ｐａが好ましく、４０〜１３３．３Ｐａがより好ましい。また、プラズマＣＶＤの処理温度は、載置台２の加熱温度として、３００℃以上が好ましく、４００〜５００℃がより好ましい。【００４８】
また、例えば窒素含有ガスとしてＮ２ガス、シリコン含有ガスとしてＳｉ２Ｈ６ガスを使用する場合、Ｎ２ガス流量は、１００〜３０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましく、８００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）がより好ましい。また、Ｓｉ２Ｈ６ガス流量は１〜３０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましく、１〜１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）がより好ましい。また、Ｓｉ２Ｈ６ガスとＮ２ガスを用いる場合において、処理圧力は１．３〜６６７Ｐａが好ましく、２．６〜１３３．３Ｐａがより好ましい。また、プラズマＣＶＤの処理温度は、載置台２の加熱温度として、３００℃以上が好ましく、４００〜６００℃がより好ましい。【００４９】
次に、プラズマ処理装置１００のチャンバー１内をプラズマクリーニングする。プラズマクリーニング処理は、図４に示すステップＳ１〜Ｓ３に従って実施することができる。まず、ステップＳ１でチャンバー１内の上述の堆積物を除去した後、ステップＳ２およびステップＳ３でチャンバー１内のコンディショニングを実施する。以下、各ステップの内容を詳述する。【００５０】
まず、ゲートバルブ２６を開にして搬入出口２５からダミーウエハＷｄをチャンバー１内に搬入し、載置台２上に載置する。なお、ダミーウエハＷｄは使用しなくてもよい。そして、ガス供給系１６の不活性ガス供給源１７ｂ，１７ｄおよびＮＦ３ガス供給源１７ｅから、ＡｒガスおよびＮＦ３ガスを所定の流量でそれぞれガス導入部１５ａ，１５ｂを介してチャンバー１内に導入する。本実施形態のようにＡｒガスをガス導入部１５ａ，１５ｂを介して上下２段に分けて導入することにより、チャンバー１内でプラズマを均一に形成でき、クリーニング効率を高めることができる。【００５１】
次に、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波を、前記と同様の経路でチャンバー１内におけるダミーウエハＷｄの上方空間に放射させる。この際のマイクロ波出力は、パワー密度で例えば１．６７〜４．１８Ｗ／ｃｍ２、３００ｍｍウエハの場合の絶対値として例えば２０００〜５０００Ｗ程度とすることができる。平面アンテナ板３１から透過板２８を経てチャンバー１内に放射されたマイクロ波によりチャンバー１内で電磁界が形成され、Ａｒガス、ＮＦ３ガスがそれぞれプラズマ化する。ＮＦ３ガスのプラズマ中では、エッチング作用を持つ活性種であるＦラジカル（原子状フッ素）が生成するため、このＦラジカルによってチャンバー１内に形成された堆積物（ＳｉｘＮｙ）をエッチングして除去することができる（ステップＳ１）。【００５２】
ステップＳ１の堆積物除去工程におけるＮＦ３ガス流量は２００〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましく、４００〜６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）がより好ましい。また、Ａｒガス流量はガス導入部１５ａと１５ｂの合計で２００〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましく、４００〜８００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）がより好ましい。また、処理圧力は４０〜１３３．３Ｐａが好ましく、６６．７〜１０６．６Ｐａがより好ましい。また、処理温度としては３００℃以上、例えば４００〜６００℃が好ましい。【００５３】
所定時間が経過したら、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波の供給を停止し、次いで不活性ガス供給源１７ｂ，１７ｄおよびＮＦ３ガス供給源１７ｅからのガスの供給を停止することにより、ステップＳ１の処理が終了する。このステップＳ１の堆積物除去工程では、ＮＦ３ガスを含む処理ガスのプラズマを用いることにより、チャンバー１内の堆積物（ＳｉＮ）を効率良く除去することができる。【００５４】
次に、ＮＦ３ガスを用いる堆積物除去工程によってチャンバー１内に残留したフッ素を除去するためのフッ素除去工程を実施する（ステップＳ２）。すなわち、まずガス供給系１６の不活性ガス供給源１７ｂ，１７ｄおよび水素ガス供給源１７ｆから、ＡｒガスおよびＨ２ガスを所定の流量でそれぞれガス導入部１５ａ，１５ｂを介してチャンバー１内に導入する。この場合も、Ａｒガスを上下２段のガス導入部１５ａ，１５ｂのそれぞれから導入することにより、チャンバー１内でプラズマを均一化することができる。【００５５】
次に、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波を、前記と同様の経路でチャンバー１内におけるダミーウエハＷ上の空間に放射させる。この際のマイクロ波出力は、パワー密度で例えば０．４１〜２．５１Ｗ／ｃｍ２、３００ｍｍウエハの場合の絶対値として例えば５００〜３０００Ｗ程度とすることができる。平面アンテナ板３１から透過板２８を経てチャンバー１に放射されたマイクロ波によりチャンバー１内で電磁界が形成され、Ａｒガス、Ｈ２ガスがそれぞれプラズマ化する。生成されたＨのイオン、ラジカルは、チャンバー１内に残留するフッ素と反応してＨＦを形成し、排気管２３を介して排気される。このようにして、チャンバー１内に残留するフッ素が除去される。この場合に、チャンバー内部へのダメージを小さくする観点から、堆積物除去工程よりも低出力でプラズマを形成することが好ましい。【００５６】
ステップＳ２のフッ素除去工程におけるＨ２ガス流量は１０〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましく、３０〜２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）がより好ましい。また、Ａｒガス流量はガス導入部１５ａと１５ｂの合計で５０〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましく、６００〜１２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）がより好ましい。Ｈ２／Ａｒ流量比は０．００５〜２が好ましく、より好ましくは０．００２５〜０．３３である。また、処理圧力は６．７〜１３３．３Ｐａが好ましく、１３．３〜４０Ｐａがより好ましい。また、処理温度としては、３００℃以上例えば４００〜６００℃が好ましい。【００５７】
フッ素除去処理を開始してから所定時間経過したら、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波の供給を停止し、次いで不活性ガス供給源１７ｂ，１７ｄおよび水素ガス供給源１７ｆからのガスの供給を停止する。このステップＳ２のフッ素除去工程では、水素ガスを含む処理ガスのプラズマを用いることにより、チャンバー１内に残留するフッ素をＨＦの形で効率良く速やかに排出することができるため、その後に、ウエハＷに窒化珪素膜を形成した際に、膜中へのフッ素の混入を抑制することができ、かつ高スループットでの処理が可能である。【００５８】
ステップＳ２のフッ素除去工程では、マイクロ波の出力のオン／オフを所定時間毎に切替えることにより、チャンバー１内でＡｒガスおよびＨ２ガスのプラズマを例えば１０〜３６０秒毎に間欠的に形成するサイクル処理を実施することが好ましい。この場合に、ＡｒガスおよびＨ２ガスを流したままプラズマをＯＮ／ＯＦＦして、プラズマ生成とパージとを交互に行ってもよいし、プラズマとともにガスもＯＮ／ＯＦＦしてプラズマ生成と真空引きとを交互に行ってもよい。【００５９】
次に、チャンバー１内に残留した水素を除去するための水素除去工程を実施する（ステップＳ３）。すなわち、まずガス供給系１６の不活性ガス供給源１７ｂまたは１７ｄから、Ａｒガスを所定の流量でそれぞれガス導入部１５ａ，１５ｂを介してチャンバー１内に導入する。この場合も、Ａｒガスを上下２段のガス導入部１５ａ，１５ｂのそれぞれから導入することにより、チャンバー１内でプラズマを均一化することができる。【００６０】
次に、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波を、前記と同様の経路でチャンバー１内におけるダミーウエハＷｄ上の空間に放射させる。この際のマイクロ波出力は、パワー密度で例えば０．４１〜２．５１Ｗ／ｃｍ２、３００ｍｍウエハの場合の絶対値として例えば５００〜３０００Ｗ程度とすることができる。平面アンテナ板３１から透過板２８を経てチャンバー１に放射されたマイクロ波により、チャンバー１内で電磁界が形成され、Ａｒガスがプラズマ化する。Ａｒガスのプラズマは、その強いスパッタ作用によって、チャンバー内壁面やチャンバー内部材に付着していた水素を遊離させる。そして、チャンバー１内で遊離した水素は排気管２３を介して排気される。このようにして、チャンバー１内に残留する水素が除去される。この場合に、チャンバー内部へのダメージを小さくする観点から、堆積物除去工程よりも低出力でプラズマを形成することが好ましい。【００６１】
ステップＳ３の水素除去工程では、マイクロ波の出力のオン／オフを所定時間毎に切替えることにより、チャンバー１内でＡｒガスプラズマを例えば１０〜３６０秒毎に間欠的に形成するサイクル処理を実施することが好ましい。この場合に、Ａｒガスを流したままプラズマをＯＮ／ＯＦＦして、プラズマ生成とパージとを交互に行ってもよいし、プラズマとともにガスもＯＮ／ＯＦＦしてプラズマ生成と真空引きとを交互に行ってもよい。【００６２】
ステップＳ３の水素除去工程におけるＡｒガス流量は、ガス導入部１５ａと１５ｂの合計で１０〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましい。また、処理圧力は６．７〜１３３．３Ｐａが好ましい。また、処理温度としては、３００℃以上例えば４００〜６００℃が好ましい。【００６３】
所定時間が経過したら、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波の供給を停止し、次いで不活性ガス供給源１７ｂ，１７ｄからのガスの供給を停止する。このステップＳ３の水素除去工程では、Ａｒガスを含む処理ガスのプラズマを用いることにより、チャンバー１内に付着する水素をスパッタして効率良く遊離させ、速やかに排出することができるので、その後にウエハＷに窒化珪素膜を形成した際にその膜中の水素の混入を抑制することができ、かつ高スループットでの処理が可能である。【００６４】
以上のステップＳ１〜ステップＳ３の工程手順に従い、ＮＦ３ガス、水素ガス、Ａｒガスをそれぞれ含む処理ガスのプラズマにより順次チャンバー１内を処理する各工程の組合せによって、プラズマ処理装置１００のチャンバー１内の残留フッ素および水素を低減し、かつ高いスループットで確実にクリーニングすることができる。【００６５】
また、本実施形態のプラズマクリーニング処理では、ステップＳ２のフッ素除去工程と、ステップＳ３の水素除去工程を所定回数例えば少なくとも１回以上、好ましくは１〜２０回を繰り返して実施することが好ましい。これによって、チャンバー１内からフッ素および水素を確実に除去することができる。【００６６】
さらに、クリーニング処理におけるステップＳ１〜ステップＳ３の各工程では、所定の波長におけるプラズマの発光をモニターすることによって終点検出を行なうことができる。ステップＳ１〜ステップＳ３の各工程では、チャンバー１内のプラズマ中のＳｉＮや原子状水素などの発光強度を検知部６０によって測定する。検知部では、受光したプラズマの発光がスペクトルに分けられる。ここでは、これらのスペクトルの中から、クリーニングやコンディショニングの進行に伴って増減するＳｉＮや原子状水素の発光強度を測定し、モニターした。【００６７】
例えば、ステップＳ１の堆積物除去工程では、検知部６０により４４０．７ｎｍの波長におけるプラズマ中のＳｉＮの発光をモニターすることにより、チャンバー１内における堆積物の残量を検知し、堆積物除去工程の終点検出を行なうことができる。ＳｉＮ、原子状水素の代わりにＳｉＦ、Ｆ、ＨＦの発光をモニターしても、同じように終点検出することが可能である。【００６８】
また、ステップＳ２のフッ素除去工程では、検知部６０により６５６．３ｎｍおけるプラズマ中の原子状水素の発光をモニターすることにより、チャンバー１内におけるフッ素の残量を検知することができる。チャンバー１内に残留したフッ素は、前記のように水素と反応しＨＦとしてチャンバー１の外部へ排出されることから、残存フッ素が多いほど、チャンバー１内での水素の消費が多くなり、原子状水素の発光は小さくなる。従って、ステップＳ２のフッ素除去工程では、チャンバー内に導入する原子状水素の量をモニターすることによって、間接的にチャンバー１内でのフッ素の量を把握することが可能である。また、ＨＦをモニターしても同様に、フッ素の残量の検知が可能である。【００６９】
さらに、ステップＳ３の水素除去工程では、検知部６０により６５６．３ｎｍおけるプラズマ中の原子状水素の発光をモニターすることにより、チャンバー１内における原子状水素の残量を検知し、終点検出を行なうことができる。【００７０】
図５は、クリーニング処理において検知部６０によるプラズマ発光の測定を行ない、堆積物除去工程、フッ素除去工程および水素除去工程の終点判断を行なう場合の手順の一例を示すフロー図である。本実施形態では、プロセスコントローラ５０による制御の下で、各工程の終点判断と次工程への切替えを自動的に行なうようにした。なお、各工程の内容は既に説明した通りであるので、ここでは説明を省略する。【００７１】
まず、オペレータがユーザーインターフェース５１を介してクリーニング処理を開始する旨の指示を入力すると、プロセスコントローラ５０からプラズマ処理装置１００の各部へ制御信号が送出され、堆積物除去工程が開始される（ステップＳ１１）。堆積物除去工程の間は、検知部６０によってプラズマ中のＳｉＮの発光（４４０．７ｎｍ）が測定され、その測定値はプロセスコントローラ５０へ逐次送出される。プロセスコントローラ５０は、ＳｉＮの発光（４４０．７ｎｍ）について堆積物除去工程の終点の目安として予め設定された基準値を記憶部５２から読み出し、検知部６０からの測定値と照合することにより、測定値が基準値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。このステップＳ１２で、ＳｉＮ発光の測定値が基準値以下と判断された場合には、プロセスコントローラ５０からプラズマ処理装置１００の各部へ堆積物除去工程を終了させるための制御信号が送出され、例えばマイクロ波の供給停止、ガス供給停止などの措置がとられる（ステップＳ１３）。一方、ステップＳ１２で、ＳｉＮ発光の測定値が基準値以下ではないと判断された場合には、未だ堆積物の除去が不十分なものとして堆積物除去工程の処理が続行される。ステップＳ１２の判断は、ＳｉＮ発光の測定値が基準値以下となるまで繰り返される。【００７２】
ステップＳ１３で堆積物除去工程が終了した後は、プロセスコントローラ５０からプラズマ処理装置１００の各部へ制御信号が送出され、フッ素除去工程が開始される（ステップＳ１４）。フッ素除去工程の間は、検知部６０によってプラズマ中の原子状Ｈの発光（６５６．３ｎｍ）が測定され、その測定値はプロセスコントローラ５０へ逐次送出される。プロセスコントローラ５０は、原子状Ｈの発光（６５６．３ｎｍ）についてフッ素除去工程の終点の目安として予め設定された基準値を記憶部５２から読み出し、検知部６０からの測定値と照合して、測定値が基準値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１５）。このステップＳ１５で原子状Ｈの発光の測定値が基準値以上と判断された場合には、プロセスコントローラ５０からプラズマ処理装置１００の各部へ制御信号が送出され、例えばマイクロ波の供給停止、ガス供給停止などの措置がとられ、フッ素除去工程を終了させる（ステップＳ１６）。一方、ステップＳ１５で、原子状Ｈの発光の測定値が基準値以上ではないと判断された場合には、フッ素除去工程の処理が続行される。ステップＳ１５の判断は、原子状Ｈの発光の測定値が基準値以上になるまで繰り返される。【００７３】
ステップＳ１６でフッ素除去工程が終了した後は、プロセスコントローラ５０からプラズマ処理装置１００の各部へ制御信号が送出され、水素除去工程が開始される（ステップＳ１７）。水素除去工程の間は、検知部６０によってプラズマ中の原子状Ｈの発光（６５６．３ｎｍ）が測定され、その測定値はプロセスコントローラ５０へ逐次送出される。プロセスコントローラ５０は、原子状Ｈの発光（６５６．３ｎｍ）について予め設定された基準値を記憶部５２から読み出し、検知部６０からの測定値と照合して、測定値が基準値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１８）。このステップＳ１８で原子状Ｈの発光の測定値が基準値以下と判断された場合には、プロセスコントローラ５０からプラズマ処理装置１００の各部へ制御信号が送出され、例えばマイクロ波の供給停止、ガス供給停止などの措置がとられ、水素除去工程を終了させる（ステップＳ１９）。一方、ステップＳ１８で、原子状Ｈの発光の測定値が基準値以下ではないと判断された場合には、水素除去工程の処理が続行される。ステップＳ１８の判断は、原子状Ｈの発光の測定値が基準値以下になるまで繰り返される。【００７４】
以上のようにして、プラズマクリーニング処理の全工程が終了する。本実施形態では、プラズマの発光を検知部６０によってモニターし、プラズマクリーニング処理の各工程（堆積物除去工程、フッ素除去工程および水素除去工程）の終点検出を行なうので、工程時間を適切に管理することが可能になる。よって、過剰なプラズマ処理によるプラズマダメージの発生や、不十分なプラズマ処理によるパーティクルの発生、成膜への悪影響などが回避され、低プラズマダメージで優れたクリーニング効果を得ることができる。【００７５】
また、プラズマ処理装置１００内において、特に高ストレスを有する絶縁膜（例えば、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２等）を成膜する際、このような絶縁膜がチャンバー内に付着した場合、膜の強いストレスによってチャンバー内部材との密着状態が保たれず、剥がれが生じやすくなる。その結果、パーティクルが発生してウエハＷの連続処理が困難になる。このような場合、１枚あるいは数枚のウエハＷに絶縁膜を成膜する度にチャンバー内クリーニングを実施する必要がある。【００７６】
図６は、プラズマＣＶＤ処理の間に、プラズマクリーニング処理を実施するプラズマＣＶＤ方法の手順を説明する図面である。例えば少なくとも１枚のウエハＷをプラズマＣＶＤ処理した後、１回目のクリーニング処理を行なう。このクリーニング処理は、図４と同様にステップＳ１〜ステップＳ３の手順で行なうことが可能であり、前記のとおり、ステップＳ２のフッ素除去処理とステップＳ３の水素除去処理を繰り返して実施することもできる。高ストレスの絶縁膜を成膜する際は、パーティクルが発生しやすいので、このように１枚毎または数枚毎にクリーニングを実施することが好ましい。【００７７】
１回目のクリーニング終了後は、例えば２枚目のウエハＷについて再びプラズマＣＶＤ処理を行ない、その後、再びクリーニング処理を実施する。このように、プラズマＣＶＤ処理とｉｎ  ｓｉｔｕのクリーニング処理を交互に実施することによって、チャンバー１内の堆積物が剥がれ、パーティクルが発生する前に確実に除去できる。従って、パーティクルの発生を極力抑制しつつ、安定して連続の成膜処理を行なうことができる。【００７８】
次に、本発明の効果を確認した試験結果について説明する。
まず、３００ｍｍウエハＷに対して窒化珪素膜の成膜処理を行なった後で、チャンバー１内に約５００ｎｍの厚さで堆積物が形成されたプラズマ処理装置１００において、以下の条件でプラズマクリーニング処理を実施した。なお、本試験におけるガス流量、処理圧力等の詳細な設定条件について、図７に記載した。なお、この試験では、ＮＦ３ガスを上側のガス導入部１５ａから供給し、Ｈ２ガスを下側のガス導入部１５ｂから供給したが、これらのガス導入位置の上下は逆でもよい。【００７９】
＜プラズマクリーニング条件＞
（１）堆積物除去工程：
Ａｒガス流量（ガス導入部１５ａ）；４００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ａｒガス流量（ガス導入部１５ｂ）；４００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
ＮＦ３ガス流量（ガス導入部１５ａ）；５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
処理圧力；１００Ｐａ（７５０ｍＴｏｒｒ）
処理温度；５００℃
マイクロ波パワー密度；１．６７Ｗ／ｃｍ２
マイクロ波パワー；２０００Ｗ
処理時間；１５分【００８０】
（２）フッ素除去工程：
Ａｒガス流量（ガス導入部１５ａ）；５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ａｒガス流量（ガス導入部１５ｂ）；５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２ガス流量（ガス導入部１５ｂ）；２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
処理圧力；６６．７Ｐａ（５００ｍＴｏｒｒ）
処理温度；５００℃
マイクロ波パワー密度；１．６７Ｗ／ｃｍ２
マイクロ波パワー；２０００Ｗ
処理時間；１０分【００８１】
（３）水素除去工程：
Ａｒガス流量（ガス導入部１５ａ）；５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ａｒガス流量（ガス導入部１５ｂ）；５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
処理圧力；６６．７Ｐａ（５００ｍＴｏｒｒ）
処理温度；５００℃
マイクロ波パワー密度；１．６７Ｗ／ｃｍ２
マイクロ波パワー；２０００Ｗ
処理時間；３分
なお、この水素除去工程では、マイクロ波の出力のオン／オフを切替えることにより、チャンバー１内でＡｒガスプラズマを１８０秒毎に間欠的に形成するサイクル処理を実施した。【００８２】
図７のタイミングチャートに示すように、ステップＢ〜ＥがＮＦ３プラズマによる堆積物除去工程、ステップＧ〜ＫがＨ２プラズマによるフッ素除去工程、ステップＭ〜ＱがＡｒプラズマによる水素除去工程である。各工程の前後には、真空引きを実施した（ステップＡ、ステップＦ、ステップＬ、ステップＲ）。また、各工程において、プラズマ着火（マイクロ波パワー・オン）を行なうステップＢ、ステップＨ、ステップＮで、チャンバー内圧力を１２６．６Ｐａと各クリーニング条件の圧力より高く設定しているのは、プラズマを生成しやすくするためである。そして、次のステップＣ、ステップＩ、ステップＯでそれぞれ処理圧力をクリーニング条件に下げ、ガス流量を安定化させた後、さらに次のステップＤ、ステップＪ、ステップＰでプラズマをＯＮにして各プラズマクリーニングを実施した。【００８３】
上記堆積物除去工程においては、検知部６０を用いて波長４４０．７ｎｍにおけるプラズマ中のＳｉＮの発光強度をモニターして終点検出を行なった。また、上記フッ素除去工程においては、検知部６０を用いて波長６５６．３ｎｍにおけるプラズマ中の水素の発光強度をモニターして終点検出を行なった。さらに、上記水素除去工程においては、検知部６０を用いて波長６５６．３ｎｍにおけるプラズマ中の水素の発光強度をモニターして終点検出を行なった。各工程における発光スペクトルを図８Ａ〜８Ｂに示した（縦軸は規格化した発光強度を示す）。【００８４】
図８Ａから、Ａｒ／ＮＦ３ガスプラズマによる処理時間が経過するに従い、プラズマ中のＳｉＮの発光強度が低下し、やがて安定化することがわかる。したがって、プラズマ中のＳｉＮの発光強度が、予め設定された基準値以下となった時点を以て堆積物除去工程の終点と判断することができる。なお、目視による観察では、発光強度が例えば１０００以下になった時点で、チャンバー１内の堆積物（ＳｉＮ）はほとんど除去されていた。なお、プラズマ中のＳｉＮの発光強度が、当該基準値以下で安定化したこと（例えば発光スペクトルの接線の傾きが所定値以下）を以て堆積物除去工程の終点と判断してもよい。また、堆積物除去工程の終点の判断は目視により行なうこともできる。【００８５】
また、図８Ｂから、Ａｒ／Ｈ２ガスプラズマによる処理時間が経過するに従い、プラズマ中の原子状水素の発光強度が増加していることがわかる。これはフッ素との反応（ＨＦの形成）により消費されていた水素が、チャンバー１内におけるフッ素の減少に反比例して増加したことを示している。したがって、プラズマ中の原子状水素の発光強度が予め設定された基準値以上（例えば６０００以上）となった時点を以てフッ素除去工程の終点とすることができる。なお、プラズマ中の原子状水素の発光強度が、当該基準値以上で安定化したこと（例えば発光スペクトルの接線の傾きが所定値以下）を以てフッ素除去工程の終点と判断してもよい。【００８６】
図８Ｃから、Ａｒガスプラズマによるプラズマ処理によりプラズマ中の原子状水素の発光強度が減少し、サイクルを繰り返すことにより、略一定のレベルで安定化していくことがわかる。これは、プラズマ処理により、チャンバー１内における水素がＡｒガスプラズマのスパッタ力によって遊離し、チャンバー１外へ排気されることによって減少したことを示している。従って、プラズマ中の原子状水素の発光強度が、予め設定された基準値以下（例えば２５０以下）となった時点を以て堆積物除去工程の終点と判断することができる。なお、プラズマ中の原子状水素の発光強度が、当該基準値以下で安定化したこと（例えば発光スペクトルの接線の傾きが所定値以下）を以て水素除去工程の終点と判断してもよい。この水素除去工程は、少なくとも２回以上繰り返し実施することが好ましい。【００８７】
以上の結果から、プラズマ処理装置１００のチャンバー１内を、まずＡｒ／ＮＦ３ガスプラズマによって処理することにより、堆積物を効率良く除去できることが示された。また、堆積物を除去した後のチャンバー１内を、Ａｒ／Ｈ２ガスプラズマによって処理することにより、残留したフッ素を効率よく除去することが可能であり、さらにその後のチャンバー１内をＡｒガスプラズマによって処理することにより、残留した水素を効果的に除去できることが確認された。よって、本実施形態のプラズマクリーニング処理を実施することにより、プラズマＣＶＤに用いられるプラズマ処理装置１００のチャンバー１内を効率良くクリーニングできることが確認された。【００８８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。
例えば、図１のプラズマ処理装置１００では、プラズマＣＶＤ処理を行なった後のチャンバー１内でｉｎ ｓｉｔｕにクリーニングガスのプラズマを励起させる構成としたが、これに限らず、例えばプラズマ処理装置１００のチャンバー１の外部で励起させたクリーニングガスのプラズマをチャンバー１内に導入するリモートプラズマ方式でクリーニング処理を行なうこともできる。【００８９】
また、上記実施形態では、ＲＬＳＡ方式のプラズマ処理装置１００を例示したが、本発明のクリーニング方法は、他の方式のプラズマ処理装置、例えばリモートプラズマ方式、ＩＣＰプラズマ方式、ＥＣＲプラズマ方式、表面反射波プラズマ方式、マグネトロンプラズマ方式等のプラズマ処理装置にも適用することができる。【００９０】
また、プラズマ処理装置１００における成膜処理の対象としては、窒化珪素膜（ＳｉＮ膜）に限らず、例えば酸化珪素（ＳｉＯ２）膜、ポリシリコン膜、タングステン（Ｗ）膜、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）膜、チタン（Ｔｉ）膜、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、タンタル（Ｔａ）膜、窒化タンタル（ＴａＮ）膜等の成膜を行なう場合のクリーニングにも適用可能である。【００９１】
なお、上記実施形態におけるプラズマクリーニング方法では、堆積物除去工程でＮＦ３ガスを用いたが、例えばＣｌ２やＨＣｌ、ＣｌＦ３などのハロゲン含有ガスを用いてチャンバー内堆積物を除去する場合にも、その後にＨ２によるハロゲン除去工程、さらに必要に応じてＡｒ等の希ガスによる水素除去工程を実施することにより、プラズマクリーニングを実施可能である。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【国際調査報告】
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