(57)【要約】【課題】ダミーウエハを用いないクリーニングにおいて、下部電極の損傷を抑制できる技術を提供する。【解決手段】本開示の成膜装置は、真空排気可能な処理容器と、下部電極と、上部電極と、ガス供給部と、電圧印加部とを有する。下部電極には被処理基板が載置可能である。上部電極は、処理容器内で下部電極に対向して配置される。ガス供給部は、上部電極と下部電極との間の処理空間でプラズマ化されることにより、処理容器内に成膜時に付着した反応生成物をクリーニングするクリーニングガスを処理空間に供給する。電圧印加部は、下部電極に被処理基板が載置されていない状態でクリーニングガスが処理空間に供給されているときに、直流パルス電圧を上部電極に印加する。【選択図】図１
2019216140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板が載置可能な下部電極と、
前記処理容器内で前記下部電極に対向して配置される上部電極と、
前記上部電極と前記下部電極との間の処理空間でプラズマ化されることにより、前記処理容器内に成膜時に付着した反応生成物をクリーニングするクリーニングガスを前記処理空間に供給するガス供給部と、
前記下部電極に前記被処理基板が載置されていない状態で前記クリーニングガスが前記処理空間に供給されているときに、直流パルス電圧を前記上部電極に印加する電圧印加部と、
を具備する成膜装置。
【請求項２】
前記ガス供給部は、前記成膜時に、前記処理空間でプラズマ化されることにより前記被処理基板の表面に絶縁膜を形成する成膜原料ガスを前記処理空間に供給する、
請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板が載置可能な下部電極と、
前記処理容器内で前記下部電極に対向して配置される上部電極と、
を具備する成膜装置におけるクリーニング方法であって、
前記上部電極と前記下部電極との間の処理空間でプラズマ化されることにより、前記処理容器内に成膜時に付着した反応生成物をクリーニングするクリーニングガスを前記処理空間に供給することと、
前記下部電極に前記被処理基板が載置されていない状態で前記クリーニングガスが前記処理空間に供給されているときに、直流パルス電圧を前記上部電極に印加することと、
を有するクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、成膜装置及び成膜装置におけるクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において半導体ウエハの表面に対して行われるプラズマ処理では、処理の回数が増加するにつれて、チャンバ（処理容器）の内壁や半導体ウエハが載置されるサセプタ等に付着する反応生成物の付着量が増加する。反応生成物の付着量が増加すると処理環境が変わるため、半導体ウエハ間での処理の均一性が悪化することがある。また、反応生成物の付着量の増加は、パーティクルの発生要因になる。そこで、クリーニングガスをプラズマ化させたプラズマによりチャンバ内をクリーニングすることが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２０４６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラズマによるチャンバ内のクリーニングに際し、サセプタの表面の損傷を防止するために、サセプタにダミーウエハを載置した状態でプラズマによるクリーニングが行われることがある。しかし、ダミーウエハを用いたクリーニングでは、チャンバ内へのダミーウエハの搬入、及び、チャンバからのダミーウエハの搬出が必要になるので、スループットが低下する。また、ダミーウエハのコストが高いため、ダミーウエハを用いたクリーニングを行うと、半導体デバイスの製造コストが高くなってしまう。
【０００５】
そこで、ダミーウエハを用いずにクリーニングを行う場合がある。しかし、ダミーウエハを用いないクリーニングでは、サセプタの表面がプラズマに曝されるため、サセプタの表面が荒れてしまう。サセプタの表面の荒れの度合が大きくなると、サセプタと半導体ウエハとの間での熱伝達の状態が変化するため、半導体ウエハのプロセス温度が設定温度から外れてしまうことがある。このため、ダミーウエハを用いないクリーニングが行われる場合には、半導体ウエハのプロセス温度を設定温度に維持するために、サセプタの交換頻度が増加してしまう。サセプタは高価な部材であるため、サセプタの交換頻度が増加すると、半導体デバイスの製造コストが高くなってしまう。
【０００６】
本開示は、ダミーウエハを用いないクリーニングにおいて、下部電極として用いられるサセプタの損傷を抑制できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様の成膜装置は、真空排気可能な処理容器と、下部電極と、上部電極と、ガス供給部と、電圧印加部とを有する。下部電極には被処理基板が載置可能である。上部電極は、処理容器内で下部電極に対向して配置される。ガス供給部は、上部電極と下部電極との間の処理空間でプラズマ化されることにより、処理容器内に成膜時に付着した反応生成物をクリーニングするクリーニングガスを処理空間に供給する。電圧印加部は、下部電極に被処理基板が載置されていない状態でクリーニングガスが処理空間に供給されているときに、直流パルス電圧を上部電極に印加する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の技術によれば、ダミーウエハを用いないクリーニングにおいて、下部電極として用いられるサセプタの損傷を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係る成膜装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る高周波電圧の一例を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係る直流パルス電圧の一例を示す図である。
【図４】図４は、実施形態に係る重畳電圧の一例を示す図である。
【図５】図５は、比較例における実験結果１の一例を示す図である。
【図６】図６は、比較例における実験結果１の一例を示す図である。
【図７】図７は、比較例における実験結果２の一例を示す図である。
【図８】図８は、比較例における実験結果２の一例を示す図である。
【図９】図９は、実施形態における実験結果１の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態における実験結果１の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施形態における実験結果２の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、実施形態における実験結果２の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本開示の技術の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
＜成膜装置の構成＞
図１は、実施形態に係る成膜装置の構成例を示す図である。図１に示す成膜装置１は、容量結合型の平行平板成膜装置として構成されている。
【００１２】
図１において、成膜装置１は、例えばアルミニウムまたはステンレス鋼等からなる金属製の処理容器であるチャンバ１０を有する。チャンバ１０は保安接地されている。
【００１３】
チャンバ１０内には、円盤状のサセプタ１２が水平に配置されている。サセプタ１２には、成膜処理の被処理基板としての半導体ウエハＷが載置可能である。サセプタ１２は、下部電極としても機能する。チャンバ１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ２８が取り付けられている。サセプタ１２は、例えばＡｌＮセラミック等からなり、チャンバ１０の底から鉛直上方に延びる絶縁性の筒状支持部１４に支持されている。
【００１４】
筒状支持部１４の外周に沿ってチャンバ１０の底から鉛直上方に延びる導電性の筒状支持部（内壁部）１６とチャンバ１０の側壁との間に、環状の排気路１８が形成されている。排気路１８の底には排気口２２が設けられている。
【００１５】
排気口２２には排気管２４を介して排気装置２６が接続されている。排気装置２６は、例えばターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有しており、チャンバ１０内の処理空間を所望の真空度まで減圧する。チャンバ１０内は、例えば、２００ｍＴｏｒｒ〜２５００ｍＴｏｒｒの範囲の一定の圧力に保たれるのが好ましい。
【００１６】
下部電極として用いられるサセプタ１２と接地との間には、コイル１０１と可変コンデンサ１０２とを有するインピーダンス調整回路１００が接続棒３６を介して電気的に接続されている。
【００１７】
サセプタ１２の上には成膜処理対象の半導体ウエハＷが載置され、半導体ウエハＷを囲むようにリング３８が設けられている。リング３８は、導電材（例えばＮｉ，Ａｌ等）からなり、サセプタ１２の上面に着脱可能に取り付けられる。
【００１８】
また、サセプタ１２の上面には、ウエハ吸着用の静電チャック４０が設けられている。静電チャック４０は、膜状または板状の誘電体の間にシート状またはメッシュ状の導電体を挟んで形成される。静電チャック４０内の導電体には、チャンバ１０の外に配置される直流電源４２がオン／オフ切替スイッチ４４及び給電線４６を介して電気的に接続されている。直流電源４２より印加される直流電圧によって静電チャック４０に発生したクーロン力により、半導体ウエハＷが静電チャック４０上に吸着保持される。
【００１９】
サセプタ１２の内部には、円周方向に延びる環状の冷媒室４８が設けられている。冷媒室４８には、チラーユニット（図示せず）より配管５０，５２を介して、所定温度の冷媒（例えば冷却水）が循環供給される。冷媒の温度を制御することによって静電チャック４０上の半導体ウエハＷの温度が制御される。さらに、半導体ウエハＷの温度の精度を高めるために、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガス（例えばＨeガス）が、ガス供給管５１及びサセプタ１２内のガス通路５６を介して、静電チャック４０と半導体ウエハＷとの間に供給される。
【００２０】
チャンバ１０の天井には、サセプタ１２と平行に向かい合って（つまり、対向して）、円盤状の内側上部電極６０及びリング状の外側上部電極６２が同心状に設けられている。径方向の好適なサイズとして、内側上部電極６０は半導体ウエハＷと同程度の口径（直径）を有し、外側上部電極６２はリング３８と同程度の口径（内径・外径）を有している。但し、内側上部電極６０と外側上部電極６２とは互いに電気的に絶縁されている。両電極６０，６２の間には、例えばセラミックからなるリング状の絶縁体６３が挿入されている。
【００２１】
内側上部電極６０は、サセプタ１２と真正面に向かい合う電極板６４と、電極板６４をその背後（上）から着脱可能に支持する電極支持体６６とを有している。電極板６４の材質として、ＮｉまたはＡｌ等の導電材が好ましい。電極支持体６６は、例えばアルマイト処理されたアルミニウムで構成される。外側上部電極６２も、サセプタ１２と向かい合う電極板６８と、電極板６８をその背後（上）から着脱可能に支持する電極支持体７０とを有している。電極板６８及び電極支持体７０は、電極板６４及び電極支持体６６とそれぞれ同じ材質で構成されるのが好ましい。以下では、内側上部電極６０と外側上部電極６２とを「上部電極６０，６２」と総称することがある。このように、成膜装置１では、円盤状のサセプタ１２（つまり、下部電極）と、円盤状の上部電極６０，６２とが互いに平行に対向している。
【００２２】
なお、本実施形態では、上部電極６０，６２が、内側上部電極６０と外側上部電極６２との２つの部材で構成される場合を一例として挙げた。しかし、上部電極は１つの部材で構成されても良い。
【００２３】
上部電極６０，６２とサセプタ１２との間に設定される処理空間ＰＳに処理ガスを供給するために、内側上部電極６０がシャワーヘッドとして兼用される。より詳細には、電極支持体６６の内部にガス拡散室７２が設けられ、ガス拡散室７２からサセプタ１２側に貫ける多数のガス吐出孔７４が電極支持体６６及び電極板６４に形成される。ガス拡散室７２の上部に設けられるガス導入口７２ａには、ガス供給部７６から延びるガス供給管７８が接続されている。なお、内側上部電極６０だけでなく外側上部電極６２にもシャワーヘッドを設ける構成としても良い。
【００２４】
チャンバ１０の外には、印加電圧を出力する電圧印加部５が配置されている。電圧印加部５は、給電ライン８８を介して上部電極６０，６２に接続されている。電圧印加部５は、高周波電源３０と、マッチングユニット３４と、可変直流電源８０と、パルス発生器８４と、フィルタ８６と、重畳器９１と、オン／オフ切替スイッチ９２とを有する。
【００２５】
高周波電源３０は、高周波数の交流電圧（以下では「高周波電圧」と呼ぶことがある）を生成し、生成した高周波電圧をマッチングユニット３４及びオン／オフ切替スイッチ９２を介して重畳器９１に供給する。オン／オフ切替スイッチ９２がオンになっているときは、高周波電圧が重畳器９１に供給される一方で、オン／オフ切替スイッチ９２がオフになっているときは、高周波電圧が重畳器９１に供給されない。高周波電源３０が生成する高周波電圧の周波数は、例えば１３ＭＨｚ以上であることが好ましい。
【００２６】
図２は、実施形態に係る高周波電圧の一例を示す図である。図２に示すように、高周波電源３０は、例えば、０Ｖを基準電位ＲＰとする−２５０Ｖ〜２５０Ｖの高周波電圧Ｖ１を生成する。マッチングユニット３４は、高周波電源３０側のインピーダンスと負荷（主に電極、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間の整合をとる。
【００２７】
可変直流電源８０の出力端子はパルス発生器８４に接続され、可変直流電源８０は、負の直流電圧（つまり負のＤＣ電圧）をパルス発生器８４に出力する。パルス発生器８４は、可変直流電源８０から入力される負の直流電圧を用いて、矩形波の直流パルス電圧（つまりＤＣパルス電圧）を発生し、発生した直流パルス電圧をフィルタ８６を介して重畳器９１に供給する。パルス発生器８４が発生する直流パルス電圧の周波数は、例えば、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚであることが好ましい。また、パルス発生器８４が発生する直流パルス電圧のデューティ比は、１０％〜９０％であることが好ましい。
【００２８】
図３は、実施形態に係る直流パルス電圧の一例を示す図である。図３に示すように、パルス発生器８４は、例えば、０Ｖ〜−５００Ｖの矩形波の直流パルス電圧Ｖ２を生成する。フィルタ８６は、パルス発生器８４から出力される直流パルス電圧をスルーで重畳器９１へ出力する一方で、高周波電源３０から出力される高周波電圧を接地ラインへ流してパルス発生器８４側へは流さないように構成されている。
【００２９】
重畳器９１は、高周波電源３０から出力される高周波電圧と、パルス発生器８４から出力される直流パルス電圧とを重畳することにより、高周波電圧と直流パルス電圧とが重畳された電圧（以下では「重畳電圧」と呼ぶことがある）を生成する。生成された重畳電圧は、給電ライン８８を介して上部電極６０，６２に印加される。重畳器９１は、電圧重畳部の一例である。
【００３０】
図４は、実施形態に係る重畳電圧の一例を示す図である。図２示す高周波電圧Ｖ１と図３に示す直流パルス電圧Ｖ２とが重畳された場合、図４に示す重畳電圧Ｖ３が生成される。高周波電圧に直流パルス電圧が重畳されることにより、図４に示すように、重畳電圧Ｖ３においては、矩形波の直流パルス電圧Ｖ２（図３）の波形に合わせて、高周波電圧Ｖ１（図２）の基準電位ＲＰが時間の経過に伴って上下に交互に周期的に変化する。つまり、電圧印加部５は、オン／オフ切替スイッチ９２がオンになっている場合には、パルス状（つまり、矩形波状）に変化する高周波電圧を出力する。
【００３１】
このように、オン／オフ切替スイッチ９２がオンになっているときは、マッチングユニット３４から出力される高周波電圧が重畳器９１に供給されるので、重畳器９１からは重畳電圧が出力される。一方で、オン／オフ切替スイッチ９２がオフになっているときは、マッチングユニット３４から出力される高周波電圧が重畳器９１に供給されないので、フィルタ８６から出力された直流パルス電圧がそのまま重畳器９１から出力される。
【００３２】
チャンバ１０内で処理空間ＰＳに面する適当な箇所（例えば、外側上部電極６２の半径方向外側）には、例えばＮｉ，Ａｌ等の導電性部材からなるリング状のグランドパーツ９６が取り付けられている。グランドパーツ９６は、例えばセラミックからなるリング状の絶縁体９８に取り付けられるとともに、チャンバ１０の天井壁に接続されており、チャンバ１０を介して接地されている。プラズマ処理中に電圧印加部５から上部電極６０，６２に重畳電圧または直流パルス電圧が印加されると、プラズマを介して上部電極６０，６２とグランドパーツ９６との間で電子電流が流れるようになっている。
【００３３】
成膜装置１内の各構成の個々の動作、及び、成膜装置１全体の動作（シーケンス）は、制御部（図示せず）によって制御される。例えば、排気装置２６、高周波電源３０、オン／オフ切替スイッチ４４，９２、ガス供給部７６、チラーユニット（図示せず）、伝熱ガス供給部（図示せず）等の動作は、制御部（図示せず）によって制御される。制御部の一例として、マイクロコンピュータが挙げられる。
【００３４】
＜成膜装置での成膜処理＞
成膜装置１において、成膜を行なうには、まずゲートバルブ２８を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック４０の上に載置する。
【００３５】
次に、オン／オフ切替スイッチ４４をオンにし、静電吸着力によって静電チャック４０上に半導体ウエハＷを吸着保持する。
【００３６】
そして、ガス供給部７６より成膜原料ガスを処理ガスとして所定の流量でチャンバ１０内に導入し、排気装置２６によりチャンバ１０内の圧力を設定値に調節する。
【００３７】
さらに、高周波電源３０、可変直流電源８０及びオン／オフ切替スイッチ９２をオンにして、重畳電圧を上部電極６０，６２に印加する。また、静電チャック４０と半導体ウエハＷとの間に伝熱ガスを供給する。
【００３８】
内側上部電極６０より吐出された成膜原料ガスは、上部電極６０，６２と、下部電極として用いられるサセプタ１２との間での放電によって処理空間ＰＳでプラズマ化し、このプラズマに含まれるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの表面に被膜が形成される。成膜原料ガスとして例えば、ＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５））ガス、Ａｒガス、Ｏ２ガスを用いることにより、半導体ウエハＷの表面に、ＳｉＯ２膜等の絶縁膜が形成される。
【００３９】
成膜処理が施される半導体ウエハＷの枚数が所定の枚数に達する毎に、チャンバ１０内のクリーニング処理が行われる。
【００４０】
＜成膜装置でのクリーニング処理＞
実施形態に係るクリーニング処理ではダミーウエハが用いられないため、クリーニング処理の開始時点では、サセプタ１２の上面（つまり、静電チャック４０の上面）が処理空間ＰＳに対して露出した状態にある。また、チャンバ１０の内壁及びリング３８等の、サセプタ１２における半導体ウエハＷの載置領域周辺には、成膜処理により生成された反応生成物が付着している。
【００４１】
サセプタ１２の上面が処理空間ＰＳに対して露出した状態で、ガス供給部７６よりクリーニングガスを処理ガスとして所定の流量でチャンバ１０内に導入し、排気装置２６によりチャンバ１０内の圧力を設定値に調節する。オン／オフ切替スイッチ４４はオフにする。クリーニングガスとして、例えば、ＮＦ３ガスが用いられる。クリーニングガスとしては、ＮＦ３ガスの他に、例えば、ＣＦ４ガス、Ｃ２Ｆ６ガス、ＣＩＦ３ガス等が用いられても良い。また、プラズマの安定化のために、Ａｒガスを所定の流量でチャンバ１０内に導入し、クリーニングガスと混合して用いる。
【００４２】
例えば、チャンバ１０内にＮＦ３ガスを導入する前に、流量３ｓｌｍのＡｒガスをチャンバ１０内に導入してプラズマを着火する。プラズマが着火した後、１５秒程度かけてＡｒガスの流量を３ｓｌｍから９ｓｌｍに増加する。そしてさらに１５秒程度かけてＮＦ３ガスの流量を０ｓｌｍから２ｓｌｍまで増加させる。
【００４３】
さらに、チャンバ１０内にＡｒガスを導入する時点で、可変直流電源８０をオンにする一方で、オン／オフ切替スイッチ９２をオフにして、直流パルス電圧を上部電極６０，６２に印加する。
【００４４】
内側上部電極６０より吐出されたクリーニングガス（例えば、ＮＦ３ガス）は、上部電極６０，６２と、下部電極として用いられるサセプタ１２との間での放電によって処理空間ＰＳでプラズマ化する。そして、このプラズマに含まれるラジカルやイオンによって、チャンバ１０内に付着した反応生成物が蒸気圧の高いフッ化物となってチャンバ１０の外に排出される。クリーニング処理は例えば１分間行われる。
【００４５】
＜実験結果＞
以下に、一例として、処理ガスとしてＡｒ／Ｏ２ガスをチャンバ１０内に導入した場合の実験結果を示す。図５及び図６は、比較例における実験結果１の一例を示す図である。図７及び図８は、比較例における実験結果２の一例を示す図である。図９及び図１０は、実施形態おける実験結果１の一例を示す図である。図１１及び図１２は、実施形態における実験結果２の一例を示す図である。
【００４６】
図５、図６、図９及び図１０は、チャンバ１０内の圧力を５００ｍＴｏｒｒにした状態の実験結果を示し、図７、図８、図１１及び図１２は、チャンバ１０内の圧力を１０００ｍＴｏｒｒにした状態の実験結果を示す。また、図５〜図８は、上部電極６０，６２に周波数４０ＭＨｚの高周波電圧を印加した場合の実験結果を示し、図９〜図１２は、上部電極６０，６２にデューティ比５０％、周波数５００ｋＨｚの直流パルス電圧を印加した場合の実験結果を示す。また、図５、図７、図９及び図１１は、ｚ方向（図１）の距離ｄとプラズマ密度との関係を示し、図６、図８、図１０及び図１２は、距離ｄと電子温度との関係を示す。距離ｄは、ｚ方向（図１）において、サセプタ１２の上面（つまり、静電チャック４０の上面）を基点とし、サセプタ１２の上面から上部電極６０，６２の下面までの距離を示す。図５〜図１２では、一例として、サセプタ１２の上面と上部電極６０，６２の下面との間の距離ｄ（つまり、電極間ギャップ）が０.０１４ｍである場合の実験結果が示されている。また、図５、図７、図９及び図１１では、プラズマ密度を表す指標として、電子ｅの密度、Ｏ２＋イオンの密度、Ｏ−イオンの密度、Ａｒ＋イオンの密度を用いる。
【００４７】
＜比較例の実験結果１（図５，図６）＞
チャンバ１０内の圧力を５００ｍＴｏｒｒにした状態で上部電極６０，６２に４０ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加した場合は、図５に示すように、サセプタ１２の上面と上部電極６０，６２の下面との間の中間付近で、負イオン（Ｏ−イオン）の密度が高くなる。また、図６に示すように、サセプタ１２の上面付近、及び、上部電極６０，６２の下面付近の双方で、電子温度が高くなる。
【００４８】
＜比較例の実験結果２（図７，図８）＞
チャンバ１０内の圧力を１０００ｍＴｏｒｒにした状態で上部電極６０，６２に４０ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加した場合も、図５と同様に、サセプタ１２の上面と上部電極６０，６２の下面との間の中間付近で、負イオン（Ｏ−イオン）の密度が高くなる（図７）。また、図６と同様に、サセプタ１２の上面付近、及び、上部電極６０，６２の下面付近の双方で、電子温度が高くなる（図８）。
【００４９】
＜実施形態の実験結果１（図９，図１０）＞
チャンバ１０内の圧力を５００ｍＴｏｒｒにした状態で上部電極６０，６２に５００ｋＨｚの周波数の直流パルス電圧を印加した場合は、図９に示すように、図５と比較して、負イオン（Ｏ−イオン）の密度が大きく低下する。
【００５０】
また、図１０に示すように、図６と比較して、上部電極６０，６２の下面付近での電子温度が高温に維持されたまま、サセプタ１２の上面付近での電子温度が大きく低下する。つまり、処理空間ＰＳにおいて、電子温度が高い領域が、上部電極６０，６２の下面付近に偏在する。ここで、電子温度が高いほど、処理ガスの解離が促進されるため、プラズマの生成量が増加するため、プラズマに含まれるラジカルが増加する。つまり、チャンバ１０内の圧力を５００ｍＴｏｒｒにした状態で上部電極６０，６２に５００ｋＨｚの周波数の直流パルス電圧を印加すると、図１０に示すように、プラズマの存在領域が上部電極６０，６２の下面付近に局在化する。
【００５１】
＜実施形態の実験結果２（図１１，図１２）＞
チャンバ１０内の圧力を１０００ｍＴｏｒｒにした状態で上部電極６０，６２に５００ｋＨｚの周波数の直流パルス電圧を印加した場合も、図９及び図１０に示す実験結果と同様になる。すなわち、図１１に示すように、図７と比較して、負イオン（Ｏ−イオン）の密度が大きく低下する。また、図１２に示すように、図８と比較して、上部電極６０，６２の下面付近での電子温度が高温に維持されたまま、サセプタ１２の上面付近での電子温度が大きく低下する。つまり、処理空間ＰＳにおいて、電子温度が高い領域が上部電極６０，６２の下面付近に偏在するため、プラズマの存在領域が上部電極６０，６２の下面付近に局在化する。
【００５２】
上記の実験結果のように、上部電極６０，６２に直流パルス電圧を印加することにより、上部電極６０，６２に高周波電圧を印加する場合に比べ、負イオンを激減させることができるため、負イオンによる部材の損傷の度合を低下させることができる。
【００５３】
また、上部電極６０，６２に直流パルス電圧を印加すると、上部電極６０，６２側では電子温度が高くなる一方で、下部電極としてのサセプタ１２側では、電子温度が低くなる。電子温度が低くなるほど、電極に対する損傷の度合が小さくなる。よって、上部電極６０，６２への直流パルス電圧の印加によってサセプタ１２側での電子温度を低下させることにより、サセプタ１２に対する損傷を抑制できる。つまり、本実施形態によれば、ダミーウエハを用いないクリーニングにおいて、下部電極として用いられるサセプタ１２の損傷を抑制できる。なお、上部電極６０，６２側での電子温度が高温になることにより上部電極６０，６２に対する損傷の度合が大きくなったとしても、サセプタ１２に比べ、上部電極６０，６２は安価な部材であるので、半導体デバイスの製造コストの増加は僅かに過ぎない。
【００５４】
一方で、上部電極６０，６２に直流パルス電圧を印加した場合には、上記の実験結果のように、下部電極としてのサセプタ１２の損傷を抑制できる一方で、プラズマの存在領域が上部電極６０，６２の下面付近に局在化する。このため、生成されるプラズマが少量の場合には、プラズマに含まれるラジカルがサセプタ１２まで到達せず、サセプタ１２のクリーニングの度合が低下してしまう可能性がある。
【００５５】
しかし、電子温度が高いほど、処理ガスの解離が促進されるため、プラズマの生成量が増加し、その結果、プラズマに含まれるラジカルが増加する。上記の実験結果によれば、直流パルス電圧を上部電極６０，６２に印加した場合（図１０，図１１）は、高周波電圧を上部電極６０，６２に印加した場合（図６，図８）に比べて、サセプタ１２側の電子温度が低下する一方で、上部電極６０，６２側の電子温度が上昇する。よって、直流パルス電圧を上部電極６０，６２に印加することにより、上部電極６０，６２の直下において、処理ガスの解離が促進されてラジカルの生成量が増加する。つまり、直流パルス電圧を上部電極６０，６２に印加することにより、上部電極６０，６２付近に多量のラジカルを生成することができる。上部電極６０，６２付近で生成されるラジカルが多量であることにより、その多量のラジカルの一部がサセプタ１２にも到達できるため、サセプタ１２に対するクリーニングも施される。
【００５６】
このように、ＮＦ３ガス等のクリーニングガスをチャンバ１０内に導入するクリーニング処理において直流パルス電圧を上部電極６０，６２に印加することにより、下部電極として用いられるサセプタ１２の損傷を抑制した上で、サセプタ１２に対するクリーニングを行うことができる。
【００５７】
以上のように、実施形態では、成膜装置１は、真空排気可能なチャンバ１０と、下部電極として用いられるサセプタ１２と、上部電極６０，６２と、ガス供給部７６と、電圧印加部５とを有する。サセプタ１２には半導体ウエハＷが載置可能である。上部電極６０，６２は、チャンバ１０内でサセプタ１２に対向して配置される。ガス供給部７６は、上部電極６０，６２とサセプタ１２との間の処理空間ＰＳでプラズマ化されることにより、チャンバ１０内に成膜時に付着した反応生成物をクリーニングするクリーニングガスを処理空間ＰＳに供給する。電圧印加部５は、サセプタ１２に半導体ウエハＷが載置されていない状態でクリーニングガスが処理空間ＰＳに供給されているときに、直流パルス電圧を上部電極６０，６２に印加する。
【００５８】
こうすることで、下部電極として用いられるサセプタ１２の損傷を抑制した上で、サセプタ１２に対するクリーニングを行うことができる。
【００５９】
また、実施形態では、ガス供給部７６は、成膜時に、処理空間ＰＳでプラズマ化されることにより半導体ウエハＷの表面に絶縁膜を形成する成膜原料ガスを処理空間ＰＳに供給する。
【００６０】
こうすることで、成膜処理において半導体ウエハＷの表面に絶縁膜が形成されるときにチャンバ１０内に付着する反応生成物をクリーニング処理によりアッシングすることができる。
【００６１】
なお、本開示の実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記の実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されても良い。
【００６２】
例えば、クリーニング処理時に、電圧印加部５は、重畳電圧を上部電極６０，６２に印加しても良い。これにより、重畳電圧には高周波の交流成分が含まれるため、クリーニング処理時の処理ガスの着火性を高めることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  成膜装置
５  電圧印加部
１０  チャンバ
１２  サセプタ
６０  内側上部電極
６２  外側上部電極
７６  ガス供給部
【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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【図１１】
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【図１２】
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