(57)【要約】プラズマ処理装置において、真空容器の真空シール部分の構造を複雑な形状とすることなくシール部材の劣化による損傷を低減させることにより、シール部材の寿命に影響を与えることなくクリーニングを行えるようにするために、処理室と、この処理室の内部を真空に排気する真空排気部と、処理室の内部にガスを供給するガス供給部と、処理室内の内部に配置されて処理対象の試料を載置する試料台と、この試料台の上方で処理室の天井面を構成する窓部と、処理室の内部に高周波電力を供給する高周波電力供給部と、を備えたプラズマ処理装置において、窓部と処理室とは、間にエラストマー製のシール部材を挟んで接続しており、真空排気部で処理室の内部を真空に排気した状態で、シール部材を挟んだ窓部と処理室との間隔に対するこの間隔の部分における処理室の内壁面からシール部材までの距離の比が３以上になる位置にシール部材を設置するようにした。
2020017015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室と、
前記処理室の内部を真空に排気する真空排気部と、
前記処理室の内部にガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内の内部に配置されて処理対象の試料を載置する試料台と、
前記試料台の上方で前記処理室の天井面を構成する誘電体材料で形成された窓部と、
前記窓部を介して前記処理室の内部にマイクロ波電力を供給するマイクロ波電力供給部と、
を備えたプラズマ処理装置であって、
前記窓部と前記処理室とは、間にエラストマー製のシール部材を挟んで接続しており、前記真空排気部で前記処理室の内部を真空に排気した状態で、前記シール部材を挟んだ前記窓部と前記処理室との間隔に対する前記間隔の部分における前記処理室の内壁面から前記シール部材までの距離の比が３以上になる位置に前記シール部材を設置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記シール部材を設置する前記シール部材を挟んだ前記窓部と前記処理室との前記間隔に対する前記間隔の部分における前記処理室の内壁面から前記シール部材までの距離の比が３以上となる位置は、前記真空排気部で前記処理室の内部を真空に排気しながら前記ガス供給部から前記処理室の内部に三フッ化窒素（ＮＦ３）を含むガスを供給して前記処理室の内部の圧力を１０〜２０Ｐａとなるように設定し、前記マイクロ波電力供給部から前記処理室の内部にマイクロ波電力を供給して前記処理室の内部にプラズマを発生させた状態において、前記窓部と前記処理室との前記間隔を通って前記シール部材に到達した前記発生したプラズマ中のラジカルが前記シール部材に与える損傷が前記シール部材の寿命の決定要因とならないような位置であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置であって、前記エラストマー製の前記シール部材は、フッ化ブリニデン系のフッ素ゴムで形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置であって、前記エラストマー製の前記シール部材は、Ｏリングであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項４記載のプラズマ処理装置であって、前記Ｏリングは前記処理室の形成された溝部に嵌め込まれており、前記間隔の部分における前記処理室の内壁面から前記シール部材までの距離は、前記処理室の内壁面から前記溝部に嵌め込まれた前記Ｏリングが前記溝部からはみ出している部分までの距離であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
処理室と、
前記処理室の内部を真空に排気する真空排気部と、
前記処理室の内部にガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内の内部に配置されて処理対象の試料を載置する試料台と、
前記試料台の上方で前記処理室の天井面を構成する誘電体材料で形成された窓部と、
前記窓部を介して前記処理室の内部にマイクロ波電力を供給するマイクロ波電力供給部と、
を備えて前記ガス供給部から前記処理室の内部に第１のガスを供給しながら前記試料台に載置した試料をプラズマを用いてエッチングするエッチング処理と前記エッチング処理した前記試料を前記処理室から排出した状態で前記ガス供給部から前記処理室の内部に第２のガスを供給しながら前記処理室の内部にプラズマを発生させて前記エッチング処理により前記処理室の内部に付着したエッチング生成物を除去するクリーニング処理とを行う機能を備えたプラズマ処理装置であって、
前記窓部と前記処理室とは、間にエラストマー製のシール部材を挟んで接続しており、前記真空排気部で前記処理室の内部を真空に排気した状態で、前記シール部材を挟んだ前記窓部と前記処理室との間隔に対する前記間隔の部分における前記処理室の内壁面から前記シール部材までの距離の比が３以上になる位置であって、前記クリーニング処理において前記処理室の内部に発生させた前記プラズマにより前記シール部材に与える損傷が前記シール部材の寿命の決定要因とならないような位置に前記シール部材を設置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項６記載のプラズマ処理装置であって、前記シール部材を設置する前記シール部材を挟んだ前記窓部と前記処理室との前記間隔に対する前記間隔の部分における前記処理室の内壁面から前記シール部材までの距離の比が３以上となる位置は、前記真空排気部で前記処理室の内部を真空に排気しながら前記ガス供給部から前記処理室の内部に三フッ化窒素（ＮＦ３）を含むガスを供給して前記処理室の内部の圧力を１０〜２０Ｐａとなるように設定し、前記マイクロ波電力供給部から前記処理室の内部にマイクロ波電力を供給して前記処理室の内部にプラズマを発生させた状態において、前記窓部と前記処理室との前記間隔を通って前記シール部材に到達した前記発生したプラズマ中のラジカルが前記シール部材に与える損傷が前記シール部材の寿命の決定要因とならないような位置であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のプラズマ処理装置であって、前記エラストマー製の前記シール部材は、フッ化ブリニデン系のフッ素ゴムで形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項６又は７に記載のプラズマ処理装置であって、前記エラストマー製の前記シール部材は、Ｏリングであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項９記載のプラズマ処理装置であって、前記Ｏリングは前記前記処理室の形成された溝部に嵌め込まれており、前記間隔の部分における前記処理室の内壁面から前記シール部材までの距離は、前記処理室の内壁面から前記溝部に嵌め込まれた前記Ｏリングが前記溝部からはみ出している部分までの距離であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に関し、フッ素を主体としたプラズマクリーニング処理を行った際に生じるパーツダメージを低減するための構成を備えたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを製造する工程では、真空容器内部の処理室内に配置された半導体ウエハ等の基板状の試料の上面に予め形成されたフォトレジスト等のマスク層の下方の処理対象の膜層を当該処理室内に形成したプラズマを用いてマスク層に沿ってエッチングする、所謂プラズマエッチング処理が一般的に用いられる。このようなプラズマエッチング処理では、試料基板（ウエハ）を処理室内部の試料台上に載置し、プラズマに曝露させることで、ウエハ上の特定の積層膜を選択的に除去し、ウエハ上に微細な回路パターンを形成する。【０００３】
この様なプラズマエッチング処理を行うことにより、プラズマ生成のために導入したガスやエッチング処理により試料基板の表面から除去した積層膜に伴った反応生成物が、処理室内部の壁面に付着して蓄積する。このように反応生成物が処理室内部の壁面に付着して蓄積していくと、処理室の内部に発生させるプラズマの条件（例えば、処理室内部でのプラズマ密度の分布）が変化してプラズマエッチングの条件（例えば、エッチングレートの試料基板面内の分布）が変動し、順次行われる試料基板の表面のエッチング処理に経時変化（試料基板面内での加工形状のばらつきを含むエッチングによる加工形状の変化）が生じてしまう。【０００４】
そこで、この反応生成物の蓄積に起因した処理室内の状態変化に伴う試料基板の加工形状の変化を抑制するため、処理室の内部に堆積した反応生成物を、プラズマクリーニングにより除去することが行われる。【０００５】
一方で、処理室内部に設置されたフッ素ゴム等の真空シール部材（Ｏリングなど。以下、単にシール部材と記す）は、処理室内部で生成されたプラズマによって劣化して、損傷することが知られている。また、シール部材が劣化して損傷することに伴いパーティクルの発生や真空リークが生じるため、予定外の装置メンテナンスが強いられることがある。【０００６】
そこで、プラズマ処理によって生じるシール部材が劣化して損傷することを抑制するために、例えば、特開２００６−５００８号公報（特許文献１）には、シール部へのプラズマあるいはラジカル種の侵入量を低減するような構成として、シール部材よりも内側に凹凸部を設けてシール部材へ直接プラズマが接触しないようにする構造が記載されている。【０００７】
また、特開２００６−１９４３０３号公報（特許文献２）には、表面に凹凸を形成したラビリンスシールをメインシールであるエラストマー製シール部材よりも内側に設け、このラビリンス構造部分でプラズマを乱反射させて減衰させることにより、エラストマー製シール部材が劣化するのを防止する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−５００８号公報
【特許文献２】特開２００６−１９４３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記した従来技術では、シール部材よりも内側に凹凸部を設ける構造としたり、表面に凹凸を形成したラビリンス構造をシール部材よりも内側に設ける構造としたりすることにより、真空容器の真空シール部分の構造が複雑になり、その分装置価格が高くなってしまったり、装置のメンテナンスに時間がかかってしまうという問題があった。【００１０】
そこで、本発明においては、真空容器の真空シール部分の構造を複雑な形状とすることなくシール部材の劣化による損傷を低減させることにより、シール部材の寿命に影響を与えることなくクリーニングを行うことができるプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した課題を解決するために、本発明では、処理室と、この処理室の内部を真空に排気する真空排気部と、処理室の内部にガスを供給するガス供給部と、処理室内の内部に配置されて処理対象の試料を載置する試料台と、この試料台の上方で処理室の天井面を構成する窓部と、処理室の内部にマイクロ波電力を供給するマイクロ波電力供給部と、を備えたプラズマ処理装置において、窓部と処理室とは、間にエラストマー製のシール部材を挟んで接続しており、真空排気部で処理室の内部を真空に排気した状態で、シール部材を挟んだ窓部と処理室との間隔に対するこの間隔の部分における処理室の内壁面からシール部材までの距離の比が３以上になる位置にシール部材を設置するようにした。【００１２】
また、上記した課題を解決するために、本発明では、処理室と、この処理室の内部を真空に排気する真空排気部と、処理室の内部にガスを供給するガス供給部と、処理室内の内部に配置されて処理対象の試料を載置する試料台と、この試料台の上方で処理室の天井面を構成する誘電体材料で形成された窓部と、この窓部を介して処理室の内部にマイクロ波電力を供給するマイクロ波電力供給部と、を備えてガス供給部から処理室の内部に第１のガスを供給しながら試料台に載置した試料をプラズマを用いてエッチングするエッチング処理とこのエッチング処理した試料を処理室から排出した状態でガス供給部から処理室の内部に第２のガスを供給しながら処理室の内部にプラズマを発生させて処理室の内部に付着したエッチング生成物を除去するクリーニング処理とを行う機能を備えたプラズマ処理装置において、窓部と処理室とは、間にエラストマー製のシール部材を挟んで接続しており、真空排気部で処理室の内部を真空に排気した状態で、シール部材を挟んだ窓部と処理室との間隔に対するこの間隔の部分における処理室の内壁面からシール部材までの距離の比が３以上になる位置であって、クリーニング処理において処理室の内部に発生させたプラズマによりシール部材に与える損傷がシール部材の寿命の決定要因とならないような位置にシール部材を設置するようにした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、真空容器の真空シール部分の構造を複雑な形状とすることなく、シール部材の劣化を抑えて損傷を低減させた状態でクリーニングが行えるプラズマ処理装置を提供することができる。【００１４】
また、本発明により、真空シール部構造に対して適切なプラズマ処理装置を提供することで、プラズマ処理に起因するシール部材の劣化による損傷を低減し、真空部材の寿命を短くすることなく、かつメンテナンス周期を延ばすことができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係わるプラズマ処理装置の模式的な構造の一例を示す概略のブロック図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置の処理室壁面と誘電体窓の断面図である。
【図３Ａ】図２に示す処理室壁面と誘電体窓の間に挟まれたシール部材周辺部の断面を示す図であり、処理室の内部が大気圧の状態における断面図である。
【図３Ｂ】図２に示す処理室壁面と誘電体窓の間に挟まれたシール部材周辺部の断面を示す図であり、処理室の内部を真空に排気した状態における断面図である。
【図４】プラズマ生成領域からシール部材へ通ずる空間の構造を表す指標（アスペクト比）比とシール部材に対するダメージ量の関係を示したグラフである。
【図５】フッ素を主体としたプラズマ処理におけるプラズマ生成時の処理室内圧力に依存したプラズマ領域のフッ素ラジカル量（あるいは処理室内壁面に堆積した反応生成物へのクリーニングレート）とシール部材付近のフッ素ラジカル量（シール部材の損傷レート）の関係を表したグラフである。
【図６】スパッタリングレートと処理室内の圧力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
一般に、プラズマ処理装置において、処理室における任意点からの真空シール部材までの距離やプラズマ生成領域からシール部材へ通ずる空間の構造を、シール部材の損傷を十分に抑制できるように、あらゆるプラズマ処理条件に対して一義に決定することは困難である。
【００１７】
本発明は、プラズマ領域から離れた空間（隙間）へ侵入するラジカルの量はプラズマ生成に用いられるガス種、圧力、放電電力などのプラズマ生成条件に依存する、すなわち、プラズマ生成条件によって部材間の隙間に配置されたシール部材への損傷の度合いは変化する、という知見に基づいて、プラズマ処理装置において、シール部に通ずる構造の長距離化あるいは複雑化を必要とせず、真空シール部材の劣化による損傷を低減してプラズマクリーニングを繰り返し安定して行うことを可能にしたものである。
【００１８】
即ち本発明は、真空容器内部に配置され処理用のガスが供給される内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内の下方に配置されその上面に処理対象のウエハが載せられる試料台と、処理室の内壁面を構成する２つの部材の表面同士の間に挟まれ配置され減圧されてプラズマが形成される処理室内部と大気圧にされた外部との間を気密に区画するシール部材とを備えたプラズマ処理装置に関するものであり、特に条件が厳しいフッ素を主体とした高解離度のプラズマや高濃度のラジカルが用いられるプラズマ処理において、処理中の処理室内の圧力領域を10Paから20Paとすることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、このシール部材を挟んだ状態で２つの部材の表面同士の間に形成される空間は、プラズマが形成される処理室内部まで所定の大きさのすき間を介して連通され、当該すき間の長さと対向して隙間を構成する内壁面同士の距離（間隔）との比が3以上になるように構成されていることを特徴とする。また、シール部材として、材質がフッ素ゴムの部材を用いることを特徴とする。
【００２０】
特に条件が厳しいフッ素ガスを用いたプラズマクリーニングにおいては、フッ素ガスを主体とした高解離のプラズマや高濃度のラジカルが用いられるため、そのままでは、シール部材への損傷量が大きくなってしまうが、本発明により、プラズマ処理に起因するシール部材の劣化による損傷を低減し、真空部材の寿命を短くすることなく、かつプラズマ処理装置のメンテナンス周期を延ばすことができるようにした。
【００２１】
以下、図面を用いて本発明に係るプラズマ処理装置の実施の形態を説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
【実施例】
【００２２】
図１から図６を用いて、本発明の実施例を説明する。  
図１は、本実施例に係るプラズマ処理装置として、ドライエッチング装置の一例を示す概略断面図であり、プラズマ生成手段にマイクロ波と磁場を用いる電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）型エッチング装置である。以下、電子サイクロトロン共鳴をＥＣＲと記載する。【００２３】
図１に示したドライエッチング装置１００は、プラズマを発生させる機構として、マイクロ波電源１０５、マイクロ波導波管１０６および処理室１０１の外周および上部に設けられたソレノイドコイル１０７を備える。処理室１０１の上部に誘電体窓１０２とエッチングガスを供給するため複数の細孔が形成された円板形状のシャワープレート１０４が設置されている。【００２４】
処理室１０１の内部は、真空排気管１１０を介して、真空ポンプ１１５により減圧排気される。処理室１０１の内部は、その減圧排気された圧力を維持するため、処理室１０１上部に配置された誘電体窓１０２と誘電体窓１０２と処理室１０１との間が、シール部材（図示省略）によって、封止されている。【００２５】
処理室１０１の内部には、試料であるウエハ１０９を載置する基板電極１０８を備えており、この基板電極１０８には、処理室１０１の外部から高周波電力を供給する高周波電源１１４が接続されている。なお、基板電極１０８の試料であるウエハ１０９を載置する面には、試料であるウエハ１０９を静電吸着するための静電チャック（図示せず）が形成されており、また、静電チャックで静電吸着されたウエハ１０９を冷却するための冷却機構を備えているが、図示を簡略化するために、それらの表示を省略する。【００２６】
また、処理室１０１は、内部に内筒１１１、アース１１２、石英製の窓２０１−Ａ，２０１−Ｂ，など複数のパーツが連結されて構成されている。石英製の窓２０１−Ａ，２０１−Ｂと処理室１０１との間は、図１に置いては図示を省略したシール部材によって封止されて処理室１０１の内部の気密性が確保されている。石英製の窓２０１−Ｂの外部には、処理室１０１の内部に生成されたプラズマの状態をモニタするための分光計測器１１３が設置されている。分光計測器１１３は、制御部１２０と接続しており、処理室１０１の内部のプラズマの状態をモニタして得た信号を制御部１２０に送る。【００２７】
このような構成を備えたドライエッチング装置１００は、制御部１２０により、マイクロ波電源１０５、ガス供給装置１０３、高周波電源１１４や、真空ポンプ１１５、ソレノイドコイル１０７の電源１１６などが制御されて、予め設定した所定の手順により、処理室１０１に内部にプラズマを発生させて、基板電極１０８上に載置されたウエハ１０９のエッチング処理を行う。【００２８】
ウエハ１０９のエッチング処理においては、先ず、制御部１２０で真空ポンプ１１５を作動させて処理室１０１の内部の減圧排気を開始する。処理室１０１の内部が排気されて所定の圧力に達した後、試料の載置台である基板電極１０８上に、ロボットアームなどの搬送装置（図示省略）により被処理物となる半導体基板であるウエハ１０９が載置される。【００２９】
次に、制御部１２０で制御されたガス供給装置１０３によりエッチングガスを処理室１０１の上部の誘電体窓１０２とシャワープレート１０４との間の空間に供給して、シャワープレート１０４に形成された複数の細孔を介し処理室１０１の内部に導入され、処理室の内部が所定の圧力に設定される。【００３０】
この状態で、制御部１２０でマイクロ波電源１０５を制御して、マイクロ波を発生させる。このマイクロ波電源１０５で発生させたマイクロ波は、マイクロ波導波管１０６を介して処理室１０１の上部に導入される。【００３１】
一方、制御部１２０で電源１１６を制御して、ソレノイドコイル１０７により処理室１０１の上部を含む空間に、マイクロ波導波管１０６を介して処理室１０１の上部に導入されたマイクロ波に対してＥＣＲ条件を満たすような強度の磁場を発生させる。【００３２】
このような磁場が形成された領域にマイクロ波を供給することにより、ＥＣＲによって電子にエネルギーを与える。その電子が、処理室１０１の内部に導入されたエッチングガスを電離させることによって、高密度なプラズマを発生させる。【００３３】
処理室１０１の内部にプラズマを発生させた状態で、制御部１２０で高周波電源１１４を制御して、基板電極１０８に高周波電力を印加することにより、ウエハ１０９の表面には、自己バイアスと呼ばれる負の電位が発生する。この負の電位によってプラズマからイオンがウエハ１０９に引き込まれ、ウエハ１０９の表面のエッチング処理が進行する。【００３４】
ウエハ１０９の表面を所定の時間エッチング処理した後、または、分光計測器１１３でエッチング処理の終点を検出したとき、制御部１２０は、ガス供給装置１０３、マイクロ波電源１０５、高周波電源１１４、ソレノイドコイル１０７の電源１１６をそれぞれ制御して、ウエハ１０９のエッチング処理を終了する。ウエハ１０９の表面に対してエッチング処理を行うことにより、ウエハ１０９の表面の一部が除去される。除去された物質の一部は真空排気管１１０を介して真空ポンプで処理室１０１の外部に排出されるが、残りは処理室１０１の内壁面に付着して膜や堆積物となる。【００３５】
エッチング処理の終了後、図示していないロボットアームなどの搬送装置を用いて、ウエハ１０９を基板電極１０８から持ち上げて、処理室１０１の外部に搬出する。【００３６】
次に、制御部１２０で制御して、ガス供給装置１０３から処理室１０１の内部に供給するガスの種類を切替えて、ウエハ１０９が搬出された処理室１０１の内部に、ガス供給装置１０３からクリーニング用のガスを処理室１０１の内部に供給する。クリーニング用のガスは、処理室１０１の内壁面に付着して膜や堆積物の種類に応じてガス種を変える必要が有るが、例えば、三フッ化窒素（ＮＦ３）にアルゴン（Ａｒ）を添加したガスを用いる。ソレノイドコイル１０７により形成された磁場中にマイクロ波電源１０５で発生させたマイクロ波を供給することにより、処理室１０１の内部にクリーニング用ガスのプラズマを発生させる。【００３７】
処理室１０１の内部にクリーニング用ガスのプラズマを所定の時間発生させて、エッチング処理により発生して処理室１０１の内部に付着した膜や堆積物を除去する。処理室１０１の内部を所定の時間クリーニングした後、制御部１２０で制御して、ガス供給装置１０３によるクリーニング用ガスの供給を停止し、ソレノイドコイル１０７による磁場の形成、マイクロ波電源１０５によるマイクロ波の発生をそれぞれ停止して、処理室１０１の内部のクリーニングを終了する。【００３８】
図２は、本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理装置であるドライエッチング装置１００の処理室１０１と誘電体窓１０２との関係を示す断面図である。処理室１０１は、誘電体窓１０２を挟んで、処理室上部１０１ａと処理室下部１０１ｂとで構成されている。処理室下部１０１ｂと誘電体窓１０２との間は、シール部材３０１としてＯリングで真空封止されている。このシール部材３０１としてのＯリングは、エラストマー製、例えばフッ素ゴムフッ化ブニリデン系などの材質で形成されている。【００３９】
図３Ａ及び図３Ｂは、図２に示した処理室下部１０１ｂと誘電体窓１０２の間に配置されたシール部材周辺の拡大図である。図３Ａは処理室１０１の内部が大気圧の状態を示す。処理室下部１０１ｂに形成された溝部３１１にはシール部材３０１としてＯリングが嵌め込まれており、処理室下部１０１ｂと誘電体窓１０２との間に挟まれている。【００４０】
このような構成で、処理室１０１の内部を真空排気して減圧すると、図３Ｂに示すように、処理室下部１０１ｂと誘電体窓１０２との間でシール部材３０１であるＯリングが押しつぶされて変形し、処理室下部１０１ｂと誘電体窓１０２との間には、微小な隙間３０２が生じる。なお、図３Ｂにおいて、番号３０３は、処理室１０１内でプラズマが発生する領域を示している。【００４１】
図３Ｂに示すように処理室１０１の内部を真空排気して減圧した状態において、処理室下部１０１ｂの内壁面１０１１ｂにおける隙間３０２への入口の部分から、押しつぶされて変形した状態のシール部材３０１であるＯリングの表面が溝部３１１からはみ出している部分までの距離をｙとする。一方、このときの処理室下部１０１ｂと誘電体窓１０２の間に生じた微小な隙間３０２における距離をｘとする。【００４２】
隙間３０２の端部からシール部材３０１までの距離ｙと部材間の距離ｘのアスペクト比（Ａｓｐｅｃｔ  Ｒａｔｉｏ、以下ＡＲと呼称する。）は、次式（数１）で定義される。
ＡＲ  ＝  ｙ／ｘ  ・・・（数１）
図４は、表１に示した条件に基いて生成されたＮＦ３を用いたプラズマによるシール部材の損傷が進行する速度とＡＲとの関係を示すグラフである。即ち、表１に示したような、ガス供給装置１０３から処理室１０１に供給するアルゴンガス（Ａｒ）の流量を５０ｍｌ/ｍｉｎとし、ＮＦ３の流量を７５０ｍｌ/ｍｉｎとし、処理室１０１の内部の圧力を１２Paに設定した状態で、１０００Ｗのマイクロ波電力を印加して処理室１０１の内部にプラズマを発生させた。【００４３】
【表１】
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【００４４】
上記したような条件で処理室１０１の内部にマイクロ波電力を投入して比較的高密度なプラズマを発生させてプラズマクリーニングを行った結果、図４に示されるように、シール部材３０１の損傷の速度は、ＡＲが２５程度のところまではＡＲに依存し、ＡＲの値が大きくなるに伴ってその量が少なくなった。【００４５】
これは、距離ｘで離された処理室下部１０１ｂと誘電体窓１０２の間の隙間３０２において、プラズマ発生領域３０３から進入して当該隙間３０２を構成する部材の表面の方向に沿って移動して距離ｙの位置まで到達するラジカルの量は、移動する距離ｙの大きさに伴って減少するためであると考えられる。【００４６】
図４より、隙間３０２を構成する部材間の距離ｘと、プラズマ発生領域３０３の側におけるこの隙間３０２の入口からシール部材３０１までの距離ｙとの比であるＡＲを２５以上とすることで、シール部材３０１の損傷をほぼ０にすることができる。また、図４において、ＡＲの値が点線４０１よりも右側の領域、即ち、ＡＲを３よりも大きくすれば、シール部材３０１の交換頻度を上げることなく、実用的な範囲で、シール部材３０１の損傷を低減できることがわかる。【００４７】
すなわち、ＡＲが３よりも大きい位置にシール部材３０１を設置することにより、処理室１０１の内部にプラズマを発生させた状態において、処理室下部１０１ｂの上面と誘電体窓１０２の間に生じた距離ｘの微小な隙間３０２を通ってシール部材３０１に到達したプラズマ中のラジカルがシール部材３０１に与える損傷が、シール部材３０１の寿命の決定要因とならない程度のものとすることができる。【００４８】
このようなシール部材３０１の寿命の決定要因とならない程度の損傷は、処理室１０１内部のプラズマの形成条件およびこれによるウエハ１０９上面の膜層の処理の条件によって変化する。このため、シール部材３０１の損傷を抑制するには、プラズマの条件を考慮して隙間３０２のＡＲを選択することが必要である。【００４９】
図５は、処理室下部１０１ｂと誘電体窓１０２の間の隙間３０２とシール部材３０１との関係において、ＡＲが３となるような構成にした処理室１０１を用いて処理室１０１の内部をプラズマクリーニングした場合の、プラズマ発生時における処理室１０１内部の圧力と、クリーニングレート（実線：左側の軸）、及びシール材の損傷レート（点線：右側の軸）との関係を示すグラフである。このとき、プラズマクリーニング用のガスとしては、ＮＦ３を用いた。【００５０】
本図においては、シール部材３０１の損傷または消耗の量を破線で、隙間３０２を構成する部材の当該隙間３０２入口である端部での部材表面に形成された膜や堆積物がプラズマによりエッチングされてクリーニングされる速さ（クリーニングレート）を実線で示している。本図に示す通り、プラズマ処理時の処理室１０１内部の圧力が相対的に低い圧力（例えば、２０Ｐａ以下）の範囲では、クリーニングレート（左側の軸）は高いが、シール部材３０１が損傷する速さであるシールの損傷レート（右側の軸）が小さいことがわかる。【００５１】
プラズマクリーニングを行うことにより、エッチング処理により処理室１０１の内壁面に付着した膜や堆積物は除去されるが、処理室１０１の内壁面において膜や堆積物が付着していない部分、又は膜や堆積物が除去された部分においては、プラズマ中の比較的エネルギーが高いイオンが入射することにより、処理室１０１の内壁面がスパッタリングされて表面が損傷してしまうおそれがある。【００５２】
図６は、処理室内の圧力の値の変化に対する処理室に形成されたプラズマによる処理室内壁面のスパッタリングの速さの変化を示すグラフである。本図に示すように、圧力の値が１０Ｐａより低い範囲では処理室１０１内壁を構成する部材の表面のスパッタリングレートは圧力が１０Ｐａより高い範囲でのものよりも急激に高くなることが分かる。【００５３】
このため、処理室１０１内の圧力を１０Ｐａより低くすると、処理室１０１内のプラズマに面する部材の消耗や損傷の量が大きくなってしまい、処理室１０１でのウエハ１０９を処理する運転を一時的に停止して真空容器を大気圧にして開放して消耗または損傷した部材を交換する作業をする頻度が増大して、装置の稼働率が低下してしまう。【００５４】
発明者らは、上記の検討の結果から、処理室１０１内にＮＦ３等のクリーニング用のガスを供給してプラズマを形成して処理室１０１内壁面に付着、堆積して形成された膜を除去するクリーニングの性能を十分に高くすると共に、当該プラズマによってシール部材３０１に及ぼされる消耗や損傷をシール部材３０１の寿命に影響を与えない程度までに低減して処理室１０１内でのウエハ１０９の処理の歩留まりやプラズマ処理装置の運転の効率を高くするという目的を達成するためには、シール部材３０１を挟んだ状態における処理室下部１０１ｂの上面と誘電体窓１０２の間に生じた微小な隙間３０２におけるＡＲを、３よりも大きくなるような構成とすると共に、処理室１０１内でのプラズマが生成される圧力を１０Ｐａ乃至２０Ｐａの範囲内の値とすることが好ましいという知見を得た。【００５５】
本実施例では、ウエハ１０９表面に形成された処理対象の膜層のエッチング処理する工程が実施された後、或いはウエハ１０９が処理室１０１内に搬送されて当該工程が開始される前に処理室１０１内壁面をクリーニングする工程において、制御部１２０でガス供給装置１０３と真空ポンプ１１５を制御して、処理室１０１内の圧力を１０〜２０Ｐａの範囲内の所定の値に維持しつつ処理室１０１内にＮＦ３ガスを供給してクリーニング用のプラズマが形成される。【００５６】
なお、本実施例においては、プラズマクリーニング用のガスとしてＮＦ３を含むガスを用いた場合について説明したが、プラズマクリーニング用のガスとしてはこれに限ることはなく、プラズマエッチング処理した材料に応じて、塩素（Ｃｌ２）を含むガス、酸素（Ｏ２）を含むガスによるプラズマを生成してプラズマクリーニングをする場合にも適用することができる。【００５７】
これらのプラズマクリーニング用のガスを用いる場合であっても、上記に説明した実施例の場合と同様に、シール部材３０１を挟んだ上体における処理室下部１０１ｂの上面と誘電体窓１０２の間に生じた微小な隙間３０２におけるＡＲを、３よりも大きくなるような構成とし、処理室１０１内の圧力を１０〜２０Ｐａの範囲内の所定の値に維持しながら処理を行うことにより、上記に説明した実施例と同様の効果を得ることができる。【００５８】
上記に説明した例においては、処理室下部１０１ｂの上面と誘電体窓１０２の間にシール部材３０１を挟んだ状態において生じた微小な隙間３０２の例について説明したが、石英製の窓２０１−Ａ及び２０１−Ｂと処理室下部１０１ｂとの間における図示していないシール部材についても適用することができる。すなわち、石英製の窓２０１−Ａ及び２０１−Ｂと処理室下部１０１ｂとの間にシール部材を取り付ける部分においても、上記に説明した実施例と同様に、ＡＲが３よりも大きくなるような構成とすることにより、処理室１０１の内部に発生させたプラズマによってシール部材に及ぼされる消耗や損傷をシール部材の寿命に影響を与えない程度までに低減することができる。【００５９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、前記実施例の構成の一部について、他の公知の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１００  ドライエッチング装置
１０１  処理室
１０２  誘電体窓
１０３  ガス供給装置
１０４  シャワープレート
１０５  マイクロ波電源
１０６  マイクロ波導波管
１０７  ソレノイドコイル
１０８  基板電極
１０９  ウエハ
１１０  真空排気管
１１１  内筒
１１２  アース
１１３  分光計測器
１１４  高周波電源
１１５  真空ポンプ
１１６  電源
１２０  制御部
３０１  シール部材
３１１  溝部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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