(57)【要約】      （修正有）【課題】容量結合型の平行平板プラズマ処理装置において発生するイオン化傾向の小さい金属を含む堆積物を除去する技術を提供する。【解決手段】上部電極上に形成された堆積物を除去するための方法である。堆積物は、プラズマ処理装置の処理容器内において下部構造の下部電極と上部電極の間で発生させたプラズマを用いて金属を含有する金属層をエッチングすることによって、発生する。この方法ＭＴ１は、上部電極上に形成された第１の堆積物にイオンを衝突させる工程ＳＴ１２と、前記工程によって発生し下部構造上に形成された第２の堆積物を除去する工程ＳＴ１３と、を各々含む複数のサイクルを実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置の処理容器内において下部構造の下部電極と上部電極の間で発生させたプラズマを用いて金属を含有する金属層をエッチングすることによって前記上部電極上に形成された堆積物を除去するためのクリーニング方法であって、
前記上部電極上に形成された第１の堆積物にイオンを衝突させる工程と、
前記イオンを衝突させる工程によって発生し前記下部構造上に形成された第２の堆積物を除去する工程と、
を各々含む複数のサイクルを実行する、クリーニング方法。
【請求項２】
前記第１の堆積物にイオンを衝突させる工程では、前記処理容器内において少なくとも希ガスを含むガスのプラズマを発生させて該プラズマ中のイオンを前記第１の堆積物に衝突させる、請求項１に記載のクリーニング方法。
【請求項３】
前記第１の堆積物にイオンを衝突させる工程では、更に水素を含む前記ガスのプラズマが生成される、請求項２に記載のクリーニング方法。
【請求項４】
前記上部電極は、前記プラズマが生成される空間に接する酸化シリコン製の部位を有しており、
前記第２の堆積物は、金属及び酸化シリコンを含有し、
前記第２の堆積物を除去する前記工程は、
前記第２の堆積物に含まれる酸化シリコンを除去する工程と、
前記第２の堆積物に含まれる金属にイオンを衝突させる工程と、
を含み、
前記複数のサイクルの各々は、前記第２の堆積物を除去する工程によって発生し前記上部電極上に形成された第３の堆積物を除去する工程を更に含む、
請求項１〜３の何れか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項５】
前記酸化シリコンを除去する前記工程では、前記処理容器内においてフッ素を含有するガスのプラズマが生成される、請求項４に記載のクリーニング方法。
【請求項６】
前記金属にイオンを衝突させる前記工程では、前記処理容器内において少なくとも希ガスのプラズマを発生させて該プラズマ中のイオンを前記第２の堆積物中の金属に衝突させる、請求項４又は５に記載のクリーニング方法。
【請求項７】
前記第３の堆積物を除去する前記工程では、前記処理容器内においてフッ素を含有するガスのプラズマが生成される、請求項４〜６の何れか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項８】
前記金属層は、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、及びＩｒのうち少なくとも一種を含有する、請求項４〜７の何れか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項９】
前記金属層は、ＰｔＭｎを含有する、請求項８に記載のクリーニング方法。
【請求項１０】
前記金属層は、水素、希ガス、及び炭化水素を含むガスのプラズマによってエッチングされ、
前記処理容器内において酸素を含有するガスのプラズマを生成する工程を更に含む、
請求項８又は９に記載のクリーニング方法。
【請求項１１】
前記金属層は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＭｇのうち少なくとも一種を含有する、請求項４〜７の何れか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項１２】
前記金属層は、水素、希ガス、及び炭化水素を含むガスのプラズマによってエッチングされ、
前記処理容器内において酸素を含有するガスのプラズマを生成する工程を更に含み、
前記酸素を含有するガスのプラズマを生成する工程は、前記複数のサイクルの実行後に行われる、
請求項１１に記載のクリーニング方法。
【請求項１３】
前記上部電極は、前記プラズマが生成される空間に接するシリコン製の部位を有しており、
前記第２の堆積物を除去する工程では、前記処理容器内においてフッ素及び水素を含有するガスのプラズマが生成される、請求項１〜３の何れか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項１４】
前記金属層は、Ｃｕを含有する請求項１３に記載のクリーニング方法。
【請求項１５】
前記金属層は、水素、希ガス、及び炭化水素を含むガスのプラズマによってエッチングされ、
前記処理容器内において酸素を含有するガスのプラズマを生成する工程を更に含み、
前記酸素を含有するガスのプラズマを生成する前記工程は、前記複数のサイクルの実行後に行われる、請求項１４に記載のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プラズマ処理装置のクリーニング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスの製造においては、被処理体の被エッチング層にプラズマエッチングが適用されることがある。プラズマエッチングに用いられるプラズマ処理装置としては、容量結合型の平行平板プラズマ処理装置が知られている。平行平板プラズマ処理装置は、処理容器、上部電極、及び、下部電極を有する下部構造を備えている。下部構造上には処理容器内の処理空間に面するように被処理体が載置される。このプラズマ処理装置では、処理容器内に処理ガスが供給され、上部電極又は下部電極に高周波電力が与えられる。これにより、処理ガスのプラズマが処理空間において生成され、当該処理ガスのプラズマによって、処理空間に面して下部構造上に載置された被処理体の被エッチング層がエッチングされる。
【０００３】
プラズマエッチングでは、被エッチング層のエッチングによって生じるエッチング反応生成物が堆積物として、処理容器内の空間を画成する面上に形成される。かかる堆積物は、プラズマ処理装置の状態を変化させ得る。したがって、プラズマ処理装置では、堆積物を除去するためのクリーニングを行う必要がある。
【０００４】
プラズマ処理装置内に発生した堆積物を除去するためのクリーニング方法としては、堆積物に化学反応を生じさせることにより当該堆積物を気体の反応生成物に変化させ、当該反応生成物を排気する方法が一般的である。このような化学反応を用いたクリーニング方法の一種としては、堆積物、例えば、プラズマ重合物に酸化反応と還元反応を繰り返し生じさせることによって発生させた反応生成物を排気する方法がある。プラズマ重合物に酸化反応と還元反応を生じさせることにより当該プラズマ重合物を除去する方法については、例えば、特開平９−１２９６２３号公報に記載されている。
【０００５】
また、プラズマエッチングの処理対象である被エッチング層は、一般的には半導体から構成された層であるが、近年になって、金属を含有する層にプラズマエッチングが適用されるようになっている。金属を含有する層、即ち金属層としては、Ｃｕ層、ＰｔＭｎ層といった層が例示される。ＰｔＭｎ層は、例えば、ＭＴＪ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造を有するＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）素子の一部として用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１２９６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
金属層、例えば、ＭＲＡＭ素子中のＰｔＭｎ層にプラズマエッチングを適用すると、プラズマ処理装置内の処理容器内の空間に接する面（以下、「内面」という）には、金属を含有するエッチング反応生成物が堆積物として形成される。かかる堆積物が内面に付着すると、処理容器内の空間に存在するプラズマ状態が変化する。これにより、プラズマエッチングのエッチングレートが変化する。例えば、平行平板プラズマ処理装置では、被処理体の近傍に発生するシース電界により、エッチング反応生成物に含まれる重量の大きな金属が上部電極に向かう。かかる金属が上部電極に付着して堆積物を形成する。上部電極上に形成された堆積物は、容量成分を発生させ、インピーダンスを変化させることがある。これにより、エッチングレートが低下することがある。また、堆積物にエッチャントが消費されることによって、被エッチング層へのエッチャントの供給が不足し、その結果、エッチングレートが低下し得る。
【０００８】
このように、エッチング反応生成物に由来する金属を含有する堆積物（以下、「金属堆積物」という）は、処理容器内の空間に存在するプラズマの状態を変化させるので、除去される必要がある。しかしながら、堆積物に含まれる金属に化学反応を生じさせて気体の反応生成物を生成し、当該気体の反応生成物を排気することは一般的に難しい。即ち、堆積物に含まれる金属は、化学反応を生じさせた後においても固体である場合が多く、一般的なクリーニング方法では金属堆積物を除去することができない。
【０００９】
また、酸化反応及び還元反応を用いるクリーニング方法では、イオン化傾向の大きい金属、即ち、イオン化し易い金属、例えば、Ｋ、Ｃａ，Ｎａ等の金属しか除去することができない。これは、当該方法が、酸化反応及び還元反応を用いて、堆積物の結合力を弱めて除去する方法であるからである。したがって、当該方法では、化学的に安定した金属、即ち、イオン化傾向の小さい金属を含有する堆積物を除去することは難しく、或いは、その除去に長い時間を要する。
【００１０】
また、平行平板型のプラズマ処理装置は、プラズマが発生する空間（以下、「プラズマ空間」という）を上部電極と下部電極との間に挟む構造を有しているので、上部電極上に形成された金属堆積物を当該上部電極から取り去ることができても、金属堆積物中の金属が下部電極に再付着する。これは、堆積物を構成する重量の大きな金属がプラズマ空間と電極の間に発生するシース電界により加速されて、上部電極に対向する下部電極に向けて加速運動を行うこととなり、結果的に、プラズマ空間から抜け出すことができないため、当該金属が下部構造又は当該下部構造上に載置された被処理体上に再付着し易いからである。
【００１１】
したがって、容量結合型の平行平板プラズマ処理装置において発生するイオン化傾向の小さい金属を含む堆積物を除去することを可能とする技術が必要となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一側面においては、クリーニング方法が提供される。このクリーニング方法は、上部電極上に形成された堆積物を除去するための方法である。この堆積物は、プラズマ処理装置の処理容器内において下部構造の下部電極と上部電極の間で発生させたプラズマを用いて金属を含有する金属層をエッチングすることによって、発生する。この方法は、（ａ）上部電極上に形成された第１の堆積物にイオンを衝突させる工程（以下、「工程（ａ）」という）と、（ｂ）イオンを衝突させる前記工程によって発生し下部構造上に形成された第２の堆積物を除去する工程（以下、「工程（ｂ）」という）と、を各々含む複数のサイクルを実行する。
【００１３】
この方法では、上部電極上に形成された第１の堆積物が、工程（ａ）のイオンスパッタリングによって少なくとも部分的に削られる。この工程（ａ）において第１の堆積物が削られることによって発生する金属を含む副生成物は、部分的に処理容器内から除去され、また、部分的に下部構造に付着する。下部構造に付着した副生成物は第２の堆積物を下部構造上に形成する。次いで、本方法では、工程（ｂ）によって第２の堆積物が少なくとも部分的に取り去られる。かかる工程（ａ）及び工程（ｂ）を含むサイクルを繰り返すことによって、上部電極上に形成された堆積物を除去することが可能となる。
【００１４】
一形態の工程（ａ）では、処理容器内において少なくとも希ガスを含むガスのプラズマを発生させて該プラズマ中のイオンを第１の堆積物に衝突させてもよい。即ち、工程（ａ）では、希ガス原子のイオンを用いたイオンスパッタリングが行われてもよい。
【００１５】
また、一形態の工程（ａ）では、更に水素を含むガスのプラズマが生成されてもよい。この形態によれば、第１の堆積物の表面を改質することができ、より効果的に堆積物を除去することが可能となる。
【００１６】
一形態において、上部電極は、プラズマが生成される空間に接する酸化シリコン製の部位を有していてもよく、この形態では、第２の堆積物は、金属及び酸化シリコンを含有し得る。この形態の工程（ｂ）は、（ｂ１）第２の堆積物に含まれる酸化シリコンを除去する工程（以下、「工程（ｂ１）」という）と、（ｂ２）第２の堆積物に含まれる金属にイオンを衝突させる工程と、を含んでいてもよく、前記複数のサイクルの各々は、工程（ｂ）によって上部電極上に形成された第３の堆積物を除去する工程（以下、「工程（ｃ）」という）を更に含んでいてもよい。
【００１７】
上部電極が酸化シリコン製の部位を有している場合には、工程（ａ）のイオンスパッタリングによって、金属を含有する堆積物に加えて当該部位も削られる。したがって、第２の堆積物は、下部構造の近くにおいて主として金属を含み、下部構造から離れるに従ってシリコンの含有量が増える構造を有する堆積物となる。例えば、第２の堆積物は、金属膜と酸化シリコン膜とが重なった多層膜となる。この形態の方法では、まず、工程（ｂ１）において酸化シリコンを除去し、次いで、工程（ｂ２）においてイオンスパッタリングによって金属を削り取る。これにより、下部構造上に形成された第２の堆積物を少なくとも部分的に除去することができる。また、下部構造はシリコンを含む部材から構成されていることがあり、また、クリーニングの実施時には下部構造上にダミーのシリコンウエハが載置されることがある。したがって、工程（ｂ）を行うことにより、上部電極上には、シリコン及び金属を含有する第３の堆積物が形成される。この形態の方法では、工程（ｃ）を行うことにより、当該第３の堆積物を除去することができる。
【００１８】
一形態の工程（ｂ１）では、処理容器内においてフッ素を含有するガスのプラズマが生成されてもよい。また、一形態の工程（ｂ２）では、処理容器内において少なくとも希ガスのプラズマを発生させて該プラズマ中のイオンを第２の堆積物中の金属に衝突させてもよい。また、一形態の工程（ｃ）では、処理容器内においてフッ素を含有するガスのプラズマが生成されてもよい。
【００１９】
一形態において、金属層は、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、及びＩｒのうち少なくとも一種を含み得る。これら金属は、比較的小さいイオン化傾向を有し、即ち、酸化し難く、また、化学反応によって気体に変化させ難い金属である。上述したクリーニング方法は、これら金属のうち少なくとも一種を含有する金属層のプラズマエッチングの後に利用することができる。例えば、金属層は、例えば、ＰｔＭｎから構成されていてもよい。
【００２０】
一形態において、金属層は、水素、希ガス、及び炭化水素を含むガスのプラズマによってエッチングされてもよく、この形態のクリーニング方法は、処理容器内において酸素を含有するガスのプラズマを生成する工程（以下、「工程（ｄ）」という）を更に含んでいてもよい。炭化水素を含むガスのプラズマを発生させるとプラズマ処理装置の内面には、炭素を含有する堆積物が発生し得る。この形態の方法によれば、炭素を含有する堆積物も除去することができる。なお、金属層がイオン化傾向が小さい金属から構成されている場合には、工程（ｄ）は、複数のサイクルの実行の前に、又は、複数のサイクルの実行の後に、行うことが可能である。
【００２１】
一形態においては、金属層は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇのうち少なくとも一種を含んでいてもよい。これら金属は、比較的大きいイオン化傾向を有し、即ち、比較的酸化され易いが、当該金属は、化学反応によって気体に変化させることが困難な金属である。かかる金属を含む金属層のエッチング後にも、上述したクリーニング方法を利用することができる。但し、酸素を含むガスのプラズマは、これら金属を酸化させて除去し難い形態に変化させるので、金属層が、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇといった比較的大きいイオン化傾向を有する金属を含有する場合には、工程（ｄ）は、複数のサイクルの実行後に行われる。
【００２２】
また、一形態において、上部電極は、プラズマが生成される空間に接するシリコン製の部位を有していてもよい。この形態の工程（ｂ）では、処理容器内においてフッ素及び水素を含有するガスのプラズマが生成され得る。また、この形態において、金属層は、金属層は、Ｃｕを含み得る。
【００２３】
一形態において、Ｃｕを含む金属層は、水素、希ガス、及び炭化水素を含むガスのプラズマによってエッチングされてもよい。この形態において、クリーニング方法は、処理容器内において酸素を含有するガスのプラズマを生成する工程を更に含んでいてもよく、当該工程は、複数のサイクルの実行後に行われる。この形態によれば、Ｃｕを含む堆積物を、Ｃｕを酸化させずに除去した後に、炭素を含む堆積物を除去することが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、容量結合型の平行平板プラズマ処理装置において発生する金属堆積物を除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一実施形態に係るクリーニング方法を示す流れ図である。
【図２】被処理体の一例を示す断面図である。
【図３】容量結合型の平行平板プラズマ処理装置の一実施形態を示す図である。
【図４】クリーニング方法ＭＴ１の各工程後のプラズマ処理装置１０の状態を示す拡大断面図である。
【図５】クリーニング方法ＭＴ１の各工程後のプラズマ処理装置１０の状態を示す拡大断面図である。
【図６】クリーニング方法ＭＴ１の各工程後のプラズマ処理装置１０の状態を示す拡大断面図である。
【図７】クリーニング方法ＭＴ１の各工程後のプラズマ処理装置１０の状態を示す拡大断面図である。
【図８】クリーニング方法ＭＴ１の各工程後のプラズマ処理装置１０の状態を示す拡大断面図である。
【図９】クリーニング方法ＭＴ１の各工程後のプラズマ処理装置１０の状態を示す拡大断面図である。
【図１０】実験例１及び実験例２の結果を示す図である。
【図１１】実験例３及び実験例４の結果を示す図である。
【図１２】別の実施形態に係るクリーニング方法を示す流れ図である。
【図１３】容量結合型の平行平板プラズマ処理装置の別の実施形態を示す図である。
【図１４】クリーニング方法ＭＴ２の各工程後のプラズマ処理装置１０Ａの状態を示す拡大断面図である。
【図１５】クリーニング方法ＭＴ２の各工程後のプラズマ処理装置１０Ａの状態を示す拡大断面図である。
【図１６】クリーニング方法ＭＴ２の各工程後のプラズマ処理装置１０Ａの状態を示す拡大断面図である。
【図１７】クリーニング方法ＭＴ２の実施中の第１の堆積物の膜厚及び第２の堆積物の膜厚を示すタイミングチャートである。
【図１８】実験例において観察した発光強度の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００２７】
図１は、一実施形態に係るクリーニング方法を示す流れ図である。図１に示すクリーニング方法ＭＴ１は、容量結合型の平行平板プラズマ処理装置をクリーニングする方法である。また、クリーニング方法ＭＴ１は、被処理体（以下、「ウエハ」という）Ｗの金属層をエッチングすることによってプラズマ処理装置の処理容器内の内面に付着する金属堆積物を除去する方法である。
【００２８】
図１に示すクリーニング方法ＭＴ１は、小さいイオン化傾向を有し、且つ、エッチングによって固体の反応生成物となる金属を含有するウエハＷの金属層をエッチングした場合に発生する金属堆積物を除去するために、当該金属層のエッチング後にプラズマ処理装置の内面をクリーニングする方法として利用され得る。このような金属は、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、及びＩｒ等の、所謂白金族元素である。金属層の一例は、ＭＴＪ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造を有するＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｒａｍｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）素子の一部となる金属層であり、例えば、ＰｔＭｎ層である。
【００２９】
図２は、被処理体の一例を示す断面図である。図２に示す被処理体は、ＭＴＪ構造を有するＭＲＡＭ素子の製造途中の生産物の断面を示している。図２に示すウエハＷは、下地層１００、金属層１０２、ＭＴＪ構造１０４、及び、上層１０６を有している。下地層１００は、一例においては下部電極となる層である。金属層１０２は、一例においては、ピン止め層となる層であり、ＰｔＭｎから構成されている。また、上層１０６は、一例においては、Ｔａを含んでいる。ＭＴＪ構造１０４は、強磁性体材料といった金属を含有する多層膜から構成される。ＭＴＪ構造１０４は、例えば、第１磁性層と第２磁性層との間に絶縁層を有するように構成される。このウエハＷの金属層１０２は、上層１０６及びＭＴＪ構造１０４からなる積層構造をマスクとして用いることにより、エッチングされ得る。この金属層１０２は、平行平板型のプラズマ処理装置において、例えば、水素、希ガス、及び炭化水素を含むガスのプラズマを発生させることにより、エッチングされる。一例においては、金属層１０２のエッチングは、Ｈ２ガス、Ａｒガス、及びＣＨ４ガスのプラズマを発生させることにより、エッチングされる。
【００３０】
図３は、容量結合型の平行平板プラズマ処理装置の一実施形態を示す図である。図３に示すプラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、略円筒形状を有している。処理容器１２の内壁面は、陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器１２は保安接地されている。
【００３１】
処理容器１２の底部上には、下部構造ＬＳが設けられている。下部構造ＬＳは、支持部１４、載置台１８、スペーサ１６、環状部材２０、及び、フォーカスリングＦＲを含んでいる。支持部１４は、処理容器１２の底部上に設けられている。支持部１４は、石英といった絶縁材料から構成され得る。支持部１４は、処理容器１２内において、当該処理容器１２の底部から鉛直方向に延在している。支持部１４は、載置台１８を支持している。
【００３２】
載置台１８は、下部電極ＬＥ及び静電チャックＥＳＣを含んでいる。下部電極ＬＥは、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状を有している。静電チャックＥＳＣは、下部電極ＬＥ上に設けられている。静電チャックＥＳＣは、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。静電チャックＥＳＣの電極には、スイッチＳＷを介して直流電源２２が電気的に接続されている。静電チャックＥＳＣは、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により、ウエハＷを吸着保持することができる。
【００３３】
下部電極ＬＥの周縁部上には、スペーサ１６が設けられている。スペーサ１６は、略環状の板形状を有しており、石英といった絶縁体から構成されている。また、スペーサ１６の周縁部上には、環状部材２０が設けられている。環状部材２０は、略環状の板形状を有しており、石英といった絶縁体から構成されている。また、スペーサ１６上、且つ、環状部材２０とウエハＷの間には、フォーカスリングＦＲが設けられている。即ち、フォーカスリングＦＲは、ウエハＷのエッジを囲むように配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチングの面内均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、石英から構成され得る。
【００３４】
下部電極ＬＥの内部には、冷媒用の流路２４が設けられている。流路２４には、外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。流路２４を流れる冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。プラズマ処理装置１０では、冷媒の温度を制御することにより、載置台１８上に載置されたウエハＷの温度が制御される。
【００３５】
また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャックＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。
【００３６】
載置台１８の上方には、上部電極３０が設けられている。上部電極３０は、載置台１８の上方において、当該載置台１８と対向配置されている。上部電極３０と下部電極ＬＥとは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極３０と載置台１８との間には、ウエハＷにプラズマ処理を行うための空間Ｓが画成されている。
【００３７】
上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。上部電極３０は、表層部３４及び電極本体３６を含み得る。表層部３４は、空間Ｓに面しており、複数のガス吐出孔３４ａを画成している。この表層部３４は、本実施形態では、酸化シリコンから構成されている。
【００３８】
電極本体３６は、表層部３４を支持しており、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成されている。この電極本体３６は、水冷構造を有し得る。電極本体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極本体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介して、ガスソース群４０が接続されている。
【００３９】
ガスソース群４０、バルブ群４２、及び流量制御器群４４を含むガス供給部ＧＳは、金属層のエッチング用のガス、希ガス、酸素ガス（Ｏ２ガス）、及び、フッ素を含有するガスを選択的に供給することができる。金属層のエッチング用のガスは、水素、希ガス、及び炭化水素を含み、一例においては、Ｈ２ガス、Ａｒガス、及び、ＣＨ４ガスを含み得る。また、希ガスは、Ａｒガスであり得る。また、フッ素を含有するガスは、ＮＦ３ガスであり得る。なお、フッ素を含有するガスは、ＮＦ３ガスに加えて、Ａｒガスを更に含み得る。
【００４０】
プラズマ処理装置１０は、接地導体１２ａを更に備え得る。接地導体１２ａは、略円筒状をなしており、処理容器１２の側壁から上部電極３０の高さ方向の位置よりも上方に延びるように設けられている。
【００４１】
また、プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿って遮蔽部４６が着脱自在に設けられている。遮蔽部４６は、支持部１４の外周にも設けられている。遮蔽部４６は、アルミニウム在にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
【００４２】
支持部１４と処理容器１２の内壁との間には、排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８の下方には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内の空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１２の側壁にはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
【００４３】
また、プラズマ処理装置１０は、高周波電源ＨＦＧ、整合器ＭＵ１、高周波電源ＬＦＧ、整合器ＭＵ２、及び、電源制御部ＰＣを更に備え得る。高周波電源ＨＦＧは、プラズマ生成用の第１の高周波電力を発生する。第１の高周波電力の周波数は、例えば、２７ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数であり、一例においては、６０ＭＨｚの周波数である。この高周波電源ＨＦＧは、整合器ＭＵ１を介して、上部電極３０に接続されている。
【００４４】
高周波電源ＬＦＧは、イオン引き込み用の第２の高周波電力、即ち、高周波バイアス電力を発生する。第２の高周波電力の周波数は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、一例においては、４００ｋＨｚである。高周波電源ＬＦＧは、整合器ＭＵ２を介して下部電極ＬＥに接続されている。
【００４５】
高周波電源ＨＦＧ、整合器ＭＵ１、高周波電源ＬＦＧ、及び整合器ＭＵ２は、電源制御部ＰＣに接続されている。電源制御部ＰＣは、第１の高周波電力及び第２の高周波電力それぞれの大きさ及び周波数、並びに、整合器ＭＵ１及び整合器ＭＵ２にインピーダンスマッチング動作を制御する。
【００４６】
また、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部、例えば電源系やガス供給系、駆動系、及び電源システムＰＳ等を、制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１０の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。
【００４７】
以下、再び図１を参照して、クリーニング方法ＭＴ１について説明する。クリーニング方法ＭＴ１に関する以下の説明は、金属層であるＰｔＭｎ層をプラズマ処理装置１０を用いてエッチングした後に、当該プラズマ処理装置１０の内面のクリーニングのためにクリーニング方法ＭＴ１を適用する例に関している。また、以下の説明においては、図４〜図９を適宜参照する。図４〜図９は、クリーニング方法ＭＴ１の各工程後のプラズマ処理装置１０の状態を示す拡大断面図である。
【００４８】
クリーニング方法ＭＴ１の実施前には、プラズマ処理装置１０において金属層のエッチングが行われる。金属層のエッチングでは、水素、希ガス、及び炭化水素を含むガス、例えば、Ｈ２ガス、Ａｒガス、及び、ＣＨ４ガスのプラズマが処理容器１２内において生成される。このプラズマ中のイオンが金属層に衝突することによって、金属層のエッチングが行われる。なお、ＣＨ４ガスは主として、保護膜の形成のために用いられる。保護膜は、金属層のエッチングによって形成される形状の垂直性を確保するために、当該形状の側面上に形成される。
【００４９】
上述の金属層のエッチングにより、金属層中の金属、本例ではＰｔＭｎが、金属層から削り取られる。削り取られた金属は、ウエハＷの近傍に発生するシース電界により当該金属に運動エネルギーが与えられる結果、上部電極３０に向けて移動する。これにより、上部電極３０の表層部３４の表面に金属層中の金属が付着し、上部電極３０の表層部３４上に第１の堆積物（金属堆積物）ＤＰ１が形成される。なお、図４においては、第１の堆積物ＤＰ１は、一様な厚みを有するように描かれているが、第１の堆積物ＤＰ１の厚みは位置によって異なり、表層部３４が部分的に空間Ｓに対して露出していることもある。
【００５０】
また、図４に示すように、処理容器１２の側壁に対面する下部構造ＬＳの面上、及び、遮蔽部４６の表面上には炭素を含有する堆積物ＤＰＣが形成される。この堆積物ＤＰＣは、上述のＣＨ４ガスに起因するものである。クリーニング方法ＭＴ１では、第１の堆積物ＤＰ１及び堆積物ＤＰＣが除去される。そのため、クリーニング方法ＭＴ１では、まず、ウエハＷが搬出され、図４に示すように、ダミーウエハＤＷが載置台１８上に載置される。ダミーウエハＤＷは、シリコン基板であり得る。
【００５１】
そして、クリーニング方法ＭＴ１では、工程ＳＴ１１が行われる。工程ＳＴ１１では、処理容器１２内において酸素を含有するガスのプラズマが生成される。この工程ＳＴ１１により、図５に示すように、炭素を含有する堆積物ＤＰＣが除去される。なお、金属層が、イオン化傾向の大きい金属、即ち比較的反応し易い金属から構成されている場合には、この工程ＳＴ１１は、後述する複数のサイクルＣ１の実行後に行われてもよい。イオン化傾向の大きい金属としては、例えば、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＭｇのうち少なくとも一種を含む金属が例示される。
【００５２】
次いで、クリーニング方法ＭＴ１では、複数のサイクルＣ１が繰り返して行われる。各サイクルＣ１は、工程ＳＴ１２、工程ＳＴ１３、及び工程ＳＴ１４を含む。工程ＳＴ１２では、第１の堆積物ＤＰ１に対するイオンスパッタリングが行われる。この工程ＳＴ１２では、処理容器１２内において希ガスのプラズマが生成される。希ガスとしては、Ａｒガスが例示される。また、工程ＳＴ１２では、希ガス原子のイオンを上部電極３０に向けて加速するよう、上部電極に供給する第１の高周波電力、及び、下部電極ＬＥに与える第２の高周波電力、即ち高周波バイアス電力が設定される。具体的には、工程ＳＴ１２では、第１の高周波電力が第２の高周波電力よりも大きくなるように設定される。一実施形態においては、工程ＳＴ１２では、希ガスのプラズマに加えて、水素及び／又はヘリウムを含むガス、例えばＨ２ガス及び／又はＨｅガスのプラズマが生成されてもよい。かかるガスのプラズマによれば、堆積物の結合距離よりも十分に小さい元素を堆積物の結合中に取り込むことができ、第１の堆積物ＤＰ１の結合状態を変化させることができ、その結果、第１の堆積物ＤＰ１の表面状態を改質することができる。これにより、第１の堆積物ＤＰ１がより除去し易い状態となる。
【００５３】
工程ＳＴ１２では、希ガス原子のイオンが第１の堆積物ＤＰ１に衝突する。これにより、第１の堆積物ＤＰ１を構成する金属、本例ではＰｔＭｎが当該第１の堆積物ＤＰ１から削り取られる。また、工程ＳＴ１２では、表層部３４を構成する酸化シリコンも削られる。第１の堆積物ＤＰ１から削り取られた金属、及び、表層部３４から削り取られた酸化シリコンは、下部構造ＬＳの表面に付着する。これにより、図６に示すように、下部構造ＬＳ上に第２の堆積物ＤＰ２が形成される。
【００５４】
第２の堆積物ＤＰ２は、下部構造ＬＳに近い位置ほど金属を多く含有し、下部構造ＬＳから離れるほど酸化シリコンを多く含有する。例えば、図６に示すように、第２の堆積物ＤＰ２は、第１層ＬＹ１及び第２層ＬＹ２を含む多層膜となる。第１層ＬＹ１は、下部構造ＬＳ上に堆積した層であり、主として金属、本例ではＰｔＭｎを含む。また、第２層ＬＹ２は、第１層ＬＹ１上に形成されており、主として酸化シリコンを含む。なお、第２の堆積物ＤＰ２は、図６に示すように二つの層に分離された多層膜でないこともあり、例えば、金属と酸化シリコンが混合した状態を有する膜となることもあり、また、金属と酸化シリコンの含有量が膜厚方向において変化する膜となることもある。また、第１の堆積物ＤＰ１は上部電極３０の表層部３４の中心部に多く堆積する。これは、上部電極３０の表層部３４の中心部に近づくほどエッチング反応生成物がエッチング中に排気され難いからである。また、上部電極３０の表層部３４の中心部よりも外側の外周部では、エッチング反応生成物が、排気されるエッチング反応生成物と第１の堆積物ＤＰ１を形成するエッチング反応生成物とに分かれるので、上部電極３０の表層部３４の外周部では第１の堆積物ＤＰ１が薄くなるからである。
【００５５】
次いで、クリーニング方法ＭＴ１では、工程ＳＴ１３が行われる。工程ＳＴ１３では、第２の堆積物ＤＰ２が除去される。具体的には、クリーニング方法ＭＴ１の工程ＳＴ１３は、工程ＳＴ１３１及び工程ＳＴ１３２を含んでいる。
【００５６】
工程ＳＴ１３１では、第２の堆積物ＤＰ２中の酸化シリコンを除去するための処理が行われる。具体的には、処理容器１２内でフッ素を含有するガスのプラズマが生成される。フッ素を含有するガスは、例えば、ＮＦ３ガスを含む。また、このガスは、更に、Ａｒガスといった希ガスを含んでいてもよい。この工程ＳＴ１３１により、図７に示すように、第２の堆積物ＤＰ２中の酸化シリコンが除去される。なお、図７では、酸化シリコンを主として含む第２層ＬＹ２が除去され、金属を主として含む第１層ＬＹ１が残された状態が示されている。
【００５７】
次いで、工程ＳＴ１３２では、第２の堆積物ＤＰ２中の金属、本例ではＰｔＭｎを除去するための処理が行われる。この工程ＳＴ１３２では、第２の堆積物ＤＰ２中の金属に対するイオンスパッタリングが行われる。この工程ＳＴ１３２では、処理容器１２内において希ガスのプラズマが生成される。希ガスとしては、Ａｒガスが例示される。また、工程ＳＴ１３２では、希ガス原子のイオンを下部構造ＬＳに向けて加速するよう、上部電極に供給する第１の高周波電力、及び、下部電極ＬＥに与える第２の高周波電力、即ち高周波バイアス電力が設定される。具体的には、工程ＳＴ１３２では、第２の高周波電力が第１の高周波電力よりも大きくなるように設定される。これにより、希ガス原子のイオンが下部構造ＬＳに向けて加速される。
【００５８】
工程ＳＴ１３２では、希ガス原子のイオンが第２の堆積物ＤＰ２に衝突する。これにより、図８に示すように、第２の堆積物ＤＰ２を構成する金属、本例ではＰｔＭｎが当該第２の堆積物ＤＰ２から削り取られ、下部構造ＬＳ上の第２の堆積物ＤＰ２が少なくとも部分的に除去される。
【００５９】
工程ＳＴ１３では、上述したように、第２の堆積物ＤＰ２中の金属及び酸化シリコンが削り取られる。さらに、工程ＳＴ１３では、ダミーウエハＤＷ中のシリコンも削られることがある。第２の堆積物ＤＰ２又はダミーウエハＤＷから削り取られた物質は、ガス排気方向へ移動してプラズマ空間を抜け出た場合に排気される。しかし、プラズマ空間の境界より遠い場所に存在する物質、例えばダミーウエハＤＷから削り取られた物質は、プラズマ空間を抜ける前に上部電極３０に向けて加速され得る。したがって、工程ＳＴ１３において削り取られた物質の一部は、上部電極３０の表面に再付着する。即ち、工程ＳＴ１３の実行後には、図８に示すように、金属、酸化シリコン、及びシリコンが、上部電極３０の表層部３４の表面、又は、先の工程ＳＴ１１の実行後に残された第１の堆積物ＤＰ１の表面に付着する。これにより、第３の堆積物ＤＰ３が形成される。
【００６０】
クリーニング方法ＭＴ１では、次いで、第３の堆積物ＤＰ３を除去する工程ＳＴ１４が行われる。この工程ＳＴ１４では、処理容器１２内においてフッ素を含有するガスのプラズマが生成される。フッ素を含有するガスは、例えば、ＮＦ３ガスを含む。また、このガスは、更に、Ａｒガスといった希ガスを含んでいてもよい。この工程ＳＴ１４により、図９に示すように、第３の堆積物ＤＰ３が除去される。
【００６１】
クリーニング方法ＭＴ１では、次いで、工程ＳＴ１５において終了条件が満たされるか否かが判定される。この終了条件は、サイクルＣ１の繰り返しの終了を判定するための条件であり、例えば、サイクルＣ１が所定回数実行されたことが終了条件となる。或いは、終点検出技術によってサイクルＣ１の終了が判定されてもよい。
【００６２】
工程ＳＴ１５において終了条件が満たされていないと判定されると、再びサイクルＣ１が実行される。一方、工程ＳＴ１５において終了条件が満たされるものと判定されると、クリーニング方法ＭＴ１の全工程が終了する。このクリーニング方法ＭＴ１によれば、サイクルＣ１を複数回繰り返すことにより、金属を含有し、上部電極３０に形成された第１の堆積物ＤＰ１を徐々にプラズマ空間から抜け出させることで、第１の堆積物ＤＰ１を処理容器１２内から除去することが可能となる。即ち、クリーニング方法ＭＴ１によれば、第１の堆積物ＤＰ１に対するイオンスパッタリングと、当該イオンスパッタリングによって生じる第２の堆積物ＤＰ２との除去とを繰り返すことにより、第１の堆積物ＤＰ１を処理容器１２内から除去することが可能となる。
【００６３】
以下、クリーニング方法ＭＴ１の評価のためにプラズマ処理装置１０を用いて行った実験例について説明する。
【００６４】
（実験例１及び実験例２）
【００６５】
実験例１及び実験例２において、プラズマ処理装置１０を用い、上部電極３０の表面にシリコン製のチップ、即ち小片を貼り付けた状態で、ＰｔＭｎ層のエッチングを行った。ＰｔＭｎ層のエッチングでは、プラズマ処理装置１０の処理容器１２内において、Ｈ２ガス、Ａｒガス、及び、ＣＨ４ガスのプラズマを生成した。その後、実験例１においては、クリーニング方法ＭＴ１を実行した。実験例１におけるクリーニング方法ＭＴ１の各工程の条件は以下の通りであり、実験例１ではサイクルＣ１を５回実行した。一方、実験例２では、ＰｔＭｎ層のエッチング後、クリーニング方法ＭＴ１を実施しなかった。
＜工程ＳＴ１１＞
処理容器内圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４Ｐａ）
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
第１の高周波電力：１０００Ｗ
第２の高周波電力：５００Ｗ
処理時間：４５秒
＜工程ＳＴ１２＞
処理容器内圧力：１５ｍＴｏｒｒ（２Ｐａ）
Ａｒガス：３００ｓｃｃｍ
第１の高周波電力：１０００Ｗ
第２の高周波電力：２００Ｗ
処理時間：１２秒
＜工程ＳＴ１３１＞
処理容器内圧力：１５ｍＴｏｒｒ（２Ｐａ）
ＮＦ３ガス：１２０ｓｃｃｍ
Ａｒガス：１００ｓｃｃｍ
第１の高周波電力：１０００Ｗ
第２の高周波電力：２００Ｗ
処理時間：７秒
＜工程ＳＴ１３２＞
処理容器内圧力：１５ｍＴｏｒｒ（２Ｐａ）
Ａｒガス：３００ｓｃｃｍ
第１の高周波電力：６００Ｗ
第２の高周波電力：１０００Ｗ
処理時間：１５秒
＜工程ＳＴ１４＞
処理容器内圧力：１５ｍＴｏｒｒ（２Ｐａ）
ＮＦ３ガス：１２０ｓｃｃｍ
Ａｒガス：１００ｓｃｃｍ
第１の高周波電力：６００Ｗ
第２の高周波電力：１００Ｗ
処理時間：６秒
【００６６】
実験例１及び実験例２のそれぞれにおいて、処理後のチップの組成をＸＰＳによって確認した。図１０は、実験例１及び実験例２の結果を示す図である。図１０の（ａ）には、実験例１のチップの組成を示すグラフが示されており、図１０の（ｂ）には、実験例２のチップの組成を示すグラフが示されている。図１０に示すグラフにおいて、横軸は、チップ又は堆積物の表面からの深さ（単位：ｎｍ）を示している。横軸の深さは、ＳｉＯ２熱酸化膜の深さに換算した深さである。また、図１０に示すグラフにおいて、縦軸は原子濃度（ａｔ％）を示している。図１０の（ｂ）に示すように、実験例２の処理後のチップに関しては、深さ方向において浅い領域にＰｔ及びＭｎが多く検出されている。即ち、ＰｔＭｎ層のエッチングにより、上部電極３０の表面には、ＰｔＭｎを含む第１の堆積物が形成されることが確認された。また、図１０の（ａ）に示すように、ＰｔＭｎ層のエッチング後にクリーニング方法ＭＴ１を実施すると、Ｐｔ及びＭｎがチップの表面から略除去されていることが確認された。具体的には、実験例１の処理後のチップの組成と実験例２の処理後のチップの組成を比較すると、クリーニング方法ＭＴ１を実施することで、Ｐｔ及びＭｎの双方が約９０％除去されることが確認された。
【００６７】
（実験例３及び実験例４）
【００６８】
実験例３では、ＰｔＭｎ層のエッチング後に、クリーニング方法ＭＴ１を実施し、下記のチャンバーコンディションチェック条件（ＣＣＣ条件）のエッチングを行った。実験例４では、ＰｔＭｎ層のエッチング後に、クリーニング方法ＭＴ１を実施せず、実験例３と同様のＣＣＣ条件のエッチングを行った。なお、クリーニング方法ＭＴ１の各工程の条件は、実験例１と同様である。
＜ＣＣＣ条件＞
処理容器内圧力：１５ｍＴｏｒｒ（２Ｐａ）
Ｈ２ガス：３００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：１００ｓｃｃｍ
第１の高周波電力：６００Ｗ
第２の高周波電力：１００Ｗ
処理時間：６０秒
エッチング対象：フォトレジスト膜(ＡｒＦレジスト膜を有するウエハ）
【００６９】
そして、実験例３及び実験例４の双方のＣＣＣ条件のエッチングレートを求めた。なお、ＣＣＣ条件のエッチングは、化学反応でエッチング可能な金属膜（フッ素を含むガスのプラズマでエッチング可能な金属膜、例えばＴａ膜等）の処理条件のエッチングと同様に、金属堆積物（イオン化傾向の小さい金属、例えばＰｔ等）による容量成分の発生とエッチャント消費に伴いエッチングレートの低下を示し、また、金属堆積物の除去によりエッチングレートの回復を示す。したがって、ＣＣＣ条件のエッチングは、金属膜（例えば、Ｔａ膜）のエッチングと相関を有する。よって、実験例３及び実験例４では、ＰｔＭｎ層のエッチング後のクリーニング方法ＭＴ１の実施の有無を異ならせてＣＣＣ条件のエッチングを行うことにより、クリーニング方法ＭＴ１の実施によるエッチングレートの回復効果を確認した。
【００７０】
図１１に、実験例３及び実験例４の双方において求めたＣＣＣ条件のエッチングレートを示す。図１１に示すグラフにおいて、横軸はＰｔＭｎ層を有するウエハの直径上での位置を示しており、ウエハの中心位置は「０」である。また、図１１に示すグラフにおいて、縦軸はエッチングレートを示している。また、図１１に示すグラフでは、ＰｔＭｎ層のエッチングレートを行う前のＣＣＣ条件のエッチングレートが基準として示されており、基準のエッチングレートは「１」に規格化されている。また、図１１に示すグラフでは、基準のエッチングレートよって規格化された実験例３及び実験例４のエッチングレートが示されている。図１１に示すように、ＰｔＭｎ層のエッチング後にクリーニング方法ＭＴ１を実行しなかった場合、即ち、実験例４では、ＣＣＣ条件のエッチングレートが大きく低下していた。一方、ＰｔＭｎ層のエッチング後にクリーニング方法ＭＴ１を実施した場合、即ち、実験例３では、ＣＣＣ条件のエッチングレートが、基準のエッチングレートと略同等のエッチングレートであった。したがって、クリーニング方法ＭＴ１によれば、ＰｔＭｎ層のエッチングによって生じる堆積物を除去して、プラズマ処理装置１０のコンディションを回復させることが可能であることが確認された。
【００７１】
以下、別の実施形態について説明する。図１２は、別の実施形態に係るクリーニング方法を示す流れ図である。図１２に示すクリーニング方法ＭＴ２では、サイクルＣ２の繰り返しにより、上部電極上に形成された堆積物を除去する。
【００７２】
図１３は、容量結合型の平行平板プラズマ処理装置の別の実施形態を示す図である。クリーニング方法ＭＴ２は、図１３に示すプラズマ処理装置１０Ａのクリーニングに適用することが可能である。プラズマ処理装置１０Ａは、上部電極３０が表層部３４に代えて表層部３４Ａを有する点において、プラズマ処理装置１０と異なっている。具体的には、表層部３４Ａは、シリコンから構成されている。
【００７３】
また、プラズマ処理装置１０Ａは、上部電極３０に直流電源６０が接続されている点において、プラズマ処理装置１０と異なっている。直流電源６０は、負の直流電圧を上部電極３０に印加する。直流電源６０は、電源制御部ＰＣに接続されており、直流電源６０が直流電圧を上部電極３０に印加するタイミング、及び当該直流電圧の絶対値は電源制御部ＰＣにより制御される。
【００７４】
以下、再び図１２を参照して、クリーニング方法ＭＴ２について説明する。クリーニング方法ＭＴ２に関する以下の説明は、金属層であるＣｕ層をプラズマ処理装置１０Ａを用いてエッチングした後に、当該プラズマ処理装置１０Ａのクリーニングのためにクリーニング方法ＭＴ２を適用する例に関している。また、以下の説明においては、図１４〜図１６を適宜参照する。図１４〜図１６は、クリーニング方法ＭＴ２の各工程後のプラズマ処理装置１０Ａの状態を示す拡大断面図である。
【００７５】
クリーニング方法ＭＴ２の適用前には、プラズマ処理装置１０ＡにおいてウエハＷの金属層のエッチングが行われる。金属層のエッチングでは、水素、希ガス、及び炭化水素を含むガスのプラズマ、例えば、Ｈ２ガス、Ａｒガス、及び、ＣＨ４ガスのプラズマが処理容器１２内において生成される。このプラズマ中のイオンが金属層に衝突することによって、金属層のエッチングが行われる。
【００７６】
図１４に示すように、金属層のエッチングにより、金属層中の金属、本例ではＣｕが、金属層から削り取られる。削り取られた金属は、上部電極３０と下部電極ＬＥとの間に形成されたシース電界により、上部電極３０に向けて移動する。これにより、上部電極３０の表層部３４Ａの表面に金属層中の金属が付着し、上部電極３０の表層部３４Ａ上に第１の堆積物ＤＰ１１が形成される。また、図１４に示すように、下部構造ＬＳの処理容器１２の側壁側の面上、及び、遮蔽部４６の表面上には炭素を含有する堆積物ＤＰＣが形成される。クリーニング方法ＭＴ２では、第１の堆積物ＤＰ１１及び堆積物ＤＰＣが除去される。そのため、クリーニング方法ＭＴ２では、ウエハＷが搬出され、図１４に示すように、ダミーウエハＤＷが載置台１８上に載置される。ダミーウエハＤＷは、シリコン基板であり得る。
【００７７】
次いで、クリーニング方法ＭＴ２では、複数のサイクルＣ２が繰り返して実行される。各サイクルＣ２は、工程ＳＴ２１及び工程ＳＴ２２を含む。工程ＳＴ２１では、第１の堆積物ＤＰ１１に対するイオンスパッタリングが行われる。工程ＳＴ２１のイオンスパッタリングは、クリーニング方法ＭＴ１の工程ＳＴ１２のイオンスパッタリングと同様である。具体的には、工程ＳＴ２１では、処理容器１２内において希ガスのプラズマが生成される。希ガスとしては、Ａｒガスが例示される。また、工程ＳＴ２１では、希ガス原子のイオンを上部電極３０に向けて加速するよう、上部電極に供給する第１の高周波電力、及び、下部電極ＬＥに与える第２の高周波電力、即ち高周波バイアス電力が設定される。また、一実施形態においては、工程ＳＴ２１では、希ガスのプラズマに加えて、水素を含むガス、例えばＨ２ガスのプラズマが生成されてもよい。また、一実施形態においては、工程ＳＴ２１において、直流電源６０によって負の直流電圧が上部電極３０に印加されてもよい。負の直流電圧を上部電極３０に印加すると、上部電極３０に向かうイオンの速度を高めることができ、第１の堆積物ＤＰ１１の除去に要する時間を短縮することができる。
【００７８】
工程ＳＴ２１では、希ガス原子のイオンが第１の堆積物ＤＰ１１に衝突する。これにより、第１の堆積物ＤＰ１１を構成する金属、本例ではＣｕが当該第１の堆積物ＤＰ１１から削り取られる。一実施形態においては、１回のサイクル中の工程ＳＴ２１では、第１の堆積物ＤＰ１１の総厚に対して一部の厚みに相当する部分が当該第１の堆積物ＤＰ１１の表面から削り取られる。削り取られた金属は、下部構造ＬＳの表面に付着する。これにより、図１５に示すように、下部構造ＬＳ上に第２の堆積物ＤＰ１２が形成される。
【００７９】
次いで、クリーニング方法ＭＴ２では、工程ＳＴ２２が行われる。工程ＳＴ２２では、第２の堆積物ＤＰ１２が除去される。具体的には、処理容器１２内でフッ素を含有するガスのプラズマが生成される。フッ素を含有するガスは、例えば、ＮＦ３ガスを含む。また、このガスは、更に、Ｈ２ガスを含んでいてもよい。この工程ＳＴ２２により、図１６に示すように、第２の堆積物ＤＰ２が除去される。
【００８０】
クリーニング方法ＭＴ２では、かかる工程ＳＴ２１及び工程ＳＴ２２を含むサイクルＣ２を複数回繰り返すことにより、第１の堆積物ＤＰ１１を除去することができる。図１７は、クリーニング方法ＭＴ２の実施中の第１の堆積物ＤＰ１１の膜厚及び第２の堆積物ＤＰ１２の膜厚を示すタイミングチャートである。図１７の（ａ）及び（ｂ）に示すタイミングチャートにおいて縦軸は、第１の堆積物ＤＰ１１の膜厚又は第２の堆積物ＤＰ１２の膜厚を示している。
【００８１】
図１７の（ａ）は、金属層のエッチングに起因して上部電極３０の表層部３４Ａに付着した第１の堆積物ＤＰ１１を工程ＳＴ２１により全て除去した後に、工程ＳＴ２２により下部構造上に形成された第２の堆積物ＤＰ１２を除去する場合を示している。図１７の（ａ）に示すように、１回のサイクルＣ２中の工程ＳＴ２１において初期の第１の堆積物ＤＰ１１を完全に除去すると、工程ＳＴ２１において表層部３４Ａが露出する。表層部３４Ａが露出すると、工程ＳＴ２１又は後続の工程ＳＴ２２において、表層部３４Ａが損傷する。即ち、上部電極３０の表層部３４Ａがエッチングされる。図１７の（ａ）では、第１の堆積物ＤＰ１１の膜厚が負の値となっていることが、表層部３４Ａが損傷していること、即ちエッチングされていることを示している。また、１回のサイクルＣ２中の工程ＳＴ２１において第１の堆積物ＤＰ１１を完全に除去すると、第２の堆積物ＤＰ１２の膜厚が大きくなり、当該第２の堆積物ＤＰ１２の除去ができないか、或いは、その除去に相当の時間を要することとなる。
【００８２】
一方、クリーニング方法ＭＴ２では、図１７の（ｂ）に示すように、１回のサイクルＣ２では、初期の第１の堆積物ＤＰ１１の総厚に対して一部の厚みに相当する部分が当該第１の堆積物ＤＰ１１の表面から削り取られる。これにより、表層部３４Ａの損傷を抑制することができ、且つ、１回のサイクルＣ２において第２の堆積物ＤＰ１２の除去に要する時間を短縮することができる。なお、１回のサイクルＣ２において第１の堆積物ＤＰ１１を削る量は、工程ＳＴ２１の処理時間を調整することにより、調整することができる。
【００８３】
再び図１２を参照すると、クリーニング方法ＭＴ２では、工程ＳＴ２３において、終了条件が満たされるか否かが判定される。この終了条件は、サイクルＣ２の繰り返しの終了を判定するための条件であり、例えば、サイクルＣ２が所定回数実行されたことが終了条件となる。或いは、終点検出技術によってサイクルＣ２の終了が判定されてもよい。
【００８４】
工程ＳＴ２３において終了条件が満たされていないと判定されると、再びサイクルＣ２が実行される。一方、工程ＳＴ２３において終了条件が満たされるものと判定されると、工程ＳＴ２４が行われる。
【００８５】
工程ＳＴ２４では、処理容器１２内において酸素を含有するガスのプラズマが生成される。この工程ＳＴ２４により、炭素を含有する堆積物ＤＰＣが除去される。工程ＳＴ２４が終了すると、クリーニング方法ＭＴ２の全工程が終了する。
【００８６】
このクリーニング方法ＭＴ２では、サイクルＣ２を複数回繰り返すことにより、金属を含有し、上部電極３０に形成された第１の堆積物ＤＰ１１を処理容器１２内から除去することが可能となる。また、酸素を含有するガスのプラズマを生成する工程ＳＴ２４が複数のサイクルＣ２の実行後に、行われる。したがって、第１の堆積物ＤＰ１１に含まれる金属が大きいイオン化傾向を有する金属、即ち、酸化し易い金属であっても、当該金属を酸化させる前に第１の堆積物ＤＰ１１を除去することが可能となる。なお、クリーニング方法ＭＴ２によって除去し得る金属、即ち、大きいイオン化傾向を有する金属としては、例えば、Ｃｕが例示される。また、当該金属としては、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＭｇが例示される。
【００８７】
以下、クリーニング方法ＭＴ２の評価のためにプラズマ処理装置１０Ａを用いて行った実験について説明する。この実験例では、プラズマ処理装置１０Ａの処理容器１２内においてＨ２ガス、Ａｒガス、及び、ＣＨ４ガスのプラズマを生成し、Ｃｕ層のエッチングを行った。その後、クリーニング方法ＭＴ２のサイクルＣ２を複数回実行した。サイクルＣ２の各工程の条件は以下の通りであった。なお、工程ＳＴ２１及び工程ＳＴ２２の双方において、同じ大きさの第１の高周波電力、及び同じ大きさの第２の高周波電力を用いた。これは、工程ＳＴ２１の第２の高周波電力よりも大きい第２の高周波電力を工程ＳＴ２２において用いることで下部構造の部品の消耗が過度に発生することを防止するためであった。また、工程ＳＴ２２では、フッ素を含むガスに水素を含むガスを混合させた。これは、フッ素を含むガスにより第２の堆積物ＤＰ１２よりもシリコンから構成された部材が優先的にエッチングされることを防止し、第２の堆積物ＤＰ１２を効率的に除去するためであった。
＜工程ＳＴ２１＞
処理容器内圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
Ａｒガス：１２５ｓｃｃｍ
Ｈ２ガス：１２５ｓｃｃｍ
第１の高周波電力：１５００Ｗ
第２の高周波電力：４００Ｗ
処理時間：１０秒
＜工程ＳＴ２２＞
処理容器内圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４Ｐａ）
ＮＦ３ガス：２００ｓｃｃｍ
Ｈ２ガス：１００ｓｃｃｍ
第１の高周波電力：１５００Ｗ
第２の高周波電力：４００Ｗ
処理時間：５秒
【００８８】
そして、複数回のサイクルＣ２の実行中に処理容器１２内の波長２５２ｎｍの発光の強度を観察した。波長２５２ｎｍは、Ｓｉの発光波長である。図１８は、観察した発光強度の経時変化を示すグラフである。図１８のグラフには、３０秒の移動平均により平滑化した発光強度の経時変化が示されており、横軸は時間を示しており、縦軸は発光強度を示している。この実験例により、図１８に示すように、複数回のサイクルＣ２を実行することで、Ｓｉの発光強度が序々に増加していることが確認された。即ち、実験例により、第１の堆積物ＤＰ１１が序々に除去され、最終的には表層部３４Ａが露出することが確認された。よって、クリーニング方法ＭＴ２の複数のサイクルＣ２を実行することにより、金属を含有する第１の堆積物ＤＰ１１を除去することが可能であることが確認された。
【符号の説明】
【００８９】
１０,１０Ａ…プラズマ処理装置、１２…処理容器、ＬＳ…下部構造、１８…載置台、ＬＥ…下部電極、ＥＳＣ…静電チャック、３０…上部電極、３４,３４Ａ…表層部、ＨＦＧ…高周波電源、ＬＦＧ…高周波電源、６０…直流電源、ＤＰ１,ＤＰ１１…第１の堆積物、ＤＰ２,ＤＰ１２…第２の堆積物、ＤＰ３…第３の堆積物、ＤＷ…ダミーウエハ。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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