(57)【要約】【課題】プラズマ処理装置の処理容器内に残留するＴi含有反応物を簡便かつ効率的に除去すること。【解決手段】Low-k膜のエッチング加工において、ドライエッチング工程（Ｓ2）を終了した直後に、半導体ウエハを静電チャック４０上に保持したままでウエハ有りドライクリーニングのプロセスを実行する（ステップＳ3）。このウエハ有りドライクリーニング工程（Ｓ3）は、主にチャンバ１０内に残留しているＴi含有反応物を除去するために、処理ガス供給部７０よりＨ2ガスとＮ2ガスを所定の流量比で含むクリーニングガスをチャンバ１０内に導入し、プラズマ生成用の第１高周波ＨＦを所定のパワーでサセプタ１２に印加し、チャンバ１０内でクリーニングガスの高周波放電によるプラズマを生成する。【選択図】図３
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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残存するＴi含有反応物を除去するためのクリーニング方法であって、
前記処理容器内を排気しながら、減圧状態の前記処理容器内にＨ2ガスとＮ2ガスを含む第１のクリーニングガスを導入し、前記第１のクリーニングガスを放電させてプラズマを生成し、前記プラズマのいずれかの活性種を前記Ｔi含有反応物と反応させて、その反応生成物を前記処理容器から排出する第１のドライクリーニング工程を有するプラズマ処理装置のクリーニング方法。
【請求項２】
前記処理容器内で被エッチング材である絶縁層およびＴiを含有するエッチングマスク層が積層された被処理体に対してＣＦ系のエッチングガスを用いて行われるドライエッチング工程の終了後に、前記被処理体が未だ前記処理容器内に入っている状態の下で前記第１のドライクリーニング工程が行われる、請求項１に記載のクリーニング方法。
【請求項３】
前記絶縁層は、Low-k膜である、請求項２に記載のクリーニング方法。
【請求項４】
前記処理容器内を定期的に清掃するために、前記処理容器内に被処理体の代わりに被処理体と同じ形状のダミー部材を配置し、前記処理容器内を排気しながら、減圧状態の前記処理容器内に第２のクリーニングガスを導入し、前記第２のクリーニングガスを放電させてプラズマを生成し、前記プラズマのいずれかの活性種を前記処理容器内の堆積物または汚染物質と反応させて、その反応生成物を前記処理容器から排出する第２のドライクリーニング工程を有し、
前記第２のドライクリーニング工程の終了後に、前記第１のドライクリーニング工程が行われる、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項５】
前記第１のドライクリーニング工程の終了後に、前記被処理体を前記処理容器から搬出し、被処理体が入っていない前記処理容器内を排気しながら、減圧状態の前記処理容器内に第３のクリーニングガスを導入し、前記第３のクリーニングガスを放電させてプラズマを生成し、前記プラズマのいずれかの活性種を前記処理容器内の堆積物または汚染物質と反応させて、その反応生成物を前記処理容器から排出する第３のドライクリーニング工程を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項６】
前記第２のクリーニングガスはＯ2ガスを含む、請求項５に記載のクリーニング方法。
【請求項７】
前記第１のドライクリーニング工程に先立って、前記処理容器内にプラズマを発生せずに不活性ガスを流して前記処理容器内を換気する第１のパージング工程を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項８】
前記第１のドライクリーニング工程の終了直後に、前記処理容器内にプラズマを生成せずに不活性ガスを流して前記処理容器内を換気する第２のパージング工程を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項９】
前記処理ガスにおいて、Ｈ2ガスとＮ2ガスの流量比は１：０〜１：３である、請求項１〜８のいずれか一項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】
本発明は、プラズマ処理装置の処理容器内をクリーニングする方法に係り、特にＴi含有反応物を除去するためのクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の半導体デバイスは、高速化・低消費電力等の要求に対応するために、配線材料にアルミニウムよりも抵抗の低い銅を使用し、層間絶縁膜に配線間の容量を低減できるLow-k膜（低誘電率膜）を使用するようになってきている。この種のLow-k膜としては、ＳiＯＦ膜などの無機系材料やポーラス膜が積極的に検討されており、２．５以下の比誘電率が得られるフッ素樹脂やアモルファスフロロカーボンなどの有機系材料も有望視されている。いずれのLow-k膜が採用されても、半導体デバイス製造の配線形成工程であるＢＥＯＬ（Back）で行われるLow-k膜のエッチング加工には、ＴiＮ膜からなるエッチングマスクが硬くてエッチング耐性また選択比にも優れたメタルハードマスクとして多用されつつある。エッチングガスは、ＳiＯ2膜のエッチング加工と同様に、ＣＦ系のガスたとえばＣＦ4ガスが広く使われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８２５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラズマエッチング装置において、ＴiＮ膜のメタルハードマスクを用いてLow-k膜のエッチングを行うと、ＣＦ系ガスのプラズマに曝されるメタルハードマスクからＴiを含有する反応物（主にＴi-ＦXやＴi-ＯＦ等）が発生し、処理容器内に浮遊する。このようなＴi含有反応物の多くは処理容器から他の反応生成物や未反応ガス等と一緒に排気されるが、一部は処理容器内に残留する。
【０００５】
処理容器内に残留したＴi含有反応物は、処理容器の内壁や容器内の様々な部材に付着する。特にやっかいなのは、Low-k膜のエッチングプロセスを終えた処理済みの被処理体たとえば半導体ウエハが処理容器から搬出されると、それまで被処理体を載置していた載置台の上面つまりウエハ載置面が空き状態になり、この空き状態のウエハ載置面にＴi含有反応物が付着または堆積することである。
【０００６】
いったん載置台のウエハ載置面にＴi含有反応物が付着すると、載置台に備わっている静電チャックが静電気力によって処理対象の半導体ウエハを吸着しても、当該半導体ウエハとウエハ載置面との間に硬いＴi含有反応物が介在することで隙間が生じたり、当該半導体ウエハが位置ずれを起こすことがある。そうなると、ウエハ載置面のガス噴射口から半導体ウエハの裏面に供給される伝熱用のバックサイドガスがウエハの外に漏れることがある。あるいは、エッチングプロセスの終了後に搬送アームが処理済みの半導体ウエハを載置台のウエハ載置面から引き離した際に、搬送アーム上に当該半導体ウエハの位置ずれが反映して、ＴＮＳ（Transfer Navigation System）エラーを起こすことがある。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、プラズマ処理装置の処理容器内に残留するＴi含有反応物を簡便かつ効率的に除去できるようにしたプラズマ処理装置のクリーニング方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のクリーニング方法は、プラズマ処理装置の処理容器内に残存するＴi含有反応物を除去するためのクリーニング方法であって、前記処理容器内を排気しながら、減圧状態の前記処理容器内にＨ2ガスとＮ2ガスを含む第１のクリーニングガスを導入し、前記第１のクリーニングガスを放電させてプラズマを生成し、前記プラズマのいずれかの活性種を前記Ｔi含有反応物と反応させて、その反応生成物を前記処理容器から排出する第１のドライクリーニング工程を有する。
【０００９】
本発明のクリーニング方法においては、第１のドライクリーニング工程においてプラズマに含まれる水素系の活性種が処理容器内に残留しているＴi含有反応物と反応して、揮発性の反応生成物を生成する。一方、プラズマに含まれる窒素系の活性種はＴi含有反応物と直接に化学反応を起こすことはほとんどなく、むしろ水素系活性種とＴi含有反応物との化学反応を促進し、あるいは適度に抑制するように作用する。こうして生成されたＴi含有反応生成物は、他の反応生成物や未反応ガス等と一緒に処理容器から排出される。
【００１０】
本発明において、活性種とは、他の原子または分子と化学反応または物理反応を起こす任意の種であり、励起原子、ラジカル、イオンを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のクリーニング方法によれば、上記のような構成と作用により、プラズマ処理装置の処理容器内に残留するＴi含有反応物を簡便かつ効率的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のクリーニング方法を適用できるプラズマ処理装置の一構成例を示す断面図である。
【図２】半導体デバイス製造のＢＥＯＬで行われる多層レジスト法によるエッチング加工の主要な工程を模式的に示す図である。
【図３】実施形態におけるLow-k膜エッチング加工の詳細な工程を示すフロー図である。
【図４】チャンバ内のウエハ載置面上のＴi汚染量低減効果について、実施例におけるウエハ有りドライクリーニングと比較例におけるウエハ有りパージングとを対比して示すグラフ図である。
【図５】実施形態における５工程（Ｓ1〜Ｓ6）の全部を含むLow-k膜エッチング加工を繰り返し行った場合（実施例）と、ウエハ有りドライクリーニング工程（Ｓ3）を抜かして他の４工程（Ｓ1〜Ｓ2，Ｓ4〜Ｓ5）を含むLow-k膜エッチング加工を繰り返し行った場合（比較例）とで、測定用ウエハの径方向の各位置におけるＴi堆積量を対比して示すグラフ図である。
【図６】実施形態におけるシーズニング処理の手順を示すフロー図である。
【図７】ウエハ有りドライクリーニング工程に用いるクリーニングガスのガス種および流量比をパラメータにして、チャンバ内のウエハ載置面上のＴi汚染量低減効果を対比して示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
［装置全体の構成］
【００１４】
図１に、本発明のクリーニング方法を適用できるプラズマ処理装置の一構成例を示す。このプラズマ処理装置は、下部２周波印加方式を採るカソードカップルの容量結合型プラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。
【００１５】
チャンバ１０内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する略円板状または略円柱状のサセプタ１２が下部電極として水平に配置されている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂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。この筒状支持部１４の外周に沿ってチャンバ１０の底から垂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が形成されており、この排気路１８の入口にリング状のバッフル板（排気リング）２０が取り付けられ、排気路１８の底に１つまたは複数の排気口２２が設けられている。排気口２２には排気管２４および圧力調整器たとえばＡＰＣバルブ２５を介して排気装置２６が接続されている。排気装置２６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。圧力調整器２５は、排気装置２６の排気量を調整して、チャンバ１０内の圧力を調整する。圧力調整器２５および排気装置２６により、チャンバ１０内のプラズマ生成空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。また、排気装置２６を動作させることにより、サセプタ１２の周りから排気路１８および排気口２２を介してガスを排気装置２６側へ排出することができる。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。
【００１６】
サセプタ１２には、第１および第２の高周波電源３０，３２がマッチングユニット３４および給電棒３６を介して電気的に接続されている。ここで、第１高周波電源３０は、主として処理ガスの高周波放電つまりプラズマの生成に適した一定の周波数（好ましくは２７ＭＨｚ以上）たとえば４０ＭＨｚの第１高周波ＨＦを出力する。第２高周波電源３２は、主としてサセプタ１２上の半導体ウエハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数（好ましくは１３．５６ＭＨｚ以下）たとえば２ＭＨｚの第２高周波ＬＦを出力する。マッチングユニット３４には、第１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で整合をとるための第１整合器と、第２高周波電源３２側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための第２整合器とが収容されている。
【００１７】
サセプタ１２は半導体ウエハＷよりも一回り大きな直径または口径を有している。サセプタ１２の上面には、処理対象の半導体ウエハＷが載置され、その半導体ウエハＷを囲むようにフォーカスリング（補正リング）３８が設けられる。このフォーカスリング３８は、プロセスへの影響が少ない導電性の材質たとえばＳi，ＳiＣ等からなり、消耗部品としてサセプタ１２の上面に着脱可能に取り付けられる。
【００１８】
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。この静電チャック４０は、膜状または板状の誘電体の中にシート状またはメッシュ状の導電体を挟んでいる。該導電体にはチャンバ１０の外に配置される直流電源４２がスイッチ４４、抵抗器４５および給電線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り、静電気力で半導体ウエハＷを静電チャック４０上に吸着保持することができる。
【００１９】
サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室４８が設けられている。この冷媒室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たとえば冷却水ｃｗが循環供給される。サセプタ１２の内部には、さらにヒータ（図示せず）を備えることもできる。冷媒の温度および流量によって、さらにはヒータの発熱によって静電チャック４０上の半導体ウエハＷの温度を制御できる。さらに、ウエハ温度の精度を一層高めるために、伝熱ガス供給部（図示せず）より伝熱用のバックサイドガスたとえばＨeガスが、ガス供給管５４およびサセプタ１２内部のガス通路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上部電極を兼ねるシャワーヘッド６０が設けられている。このシャワーヘッド６０は、サセプタ１２と向かい合う電極板６２と、この電極板６２をその背後（上）から着脱可能に支持する電極支持体６４を有し、電極支持体６４の内部にガス拡散室６６を設け、このガス拡散室６６からサセプタ１２側に貫ける多数のガス吐出孔６８を電極支持体６４および電極板６２に形成している。電極板６２とサセプタ１２との間の空間がプラズマ生成空間または処理空間Ｓとなる。ガス拡散室６６の上部に設けられるガス導入口６６ａには、処理ガス供給部７０からのガス供給管７２が接続されている。なお、電極板６２はたとえばＳiやＳiＣからなり、電極支持体６４はたとえばアルマイト処理されたアルミニウムからなる。
【００２１】
シャワーヘッド（上部電極）６０とチャンバ１０との間にはリング状の絶縁体６５が挿入され、シャワーヘッド（上部電極）６０は電気的にフローティング状態でチャンバ１０に取り付けられている。そして、上部電極６０に負極性の好ましくは可変の直流電圧−ＥDCを印加するための直流電源７４が備えられる。この直流電源７４の出力端子は、スイッチ７６、フィルタ回路７８および直流給電ライン８０を介して上部電極６０に電気的に接続される。フィルタ回路７８は、直流電源７４からの直流電圧−ＥDCをスルーで上部電極６０に印加する一方で、サセプタ１２から処理空間Ｓおよび上部電極６０を通って直流給電ライン８０に入ってきた高周波を接地ラインへ流して直流電源７４側へは流さないように構成されている。また、チャンバ１０内で処理空間Ｓに面する適当な箇所に、たとえばＳi，ＳiＣ等の導電性材料からなるＤＣグランドパーツ（図示せず）が取り付けられている。このＤＣグランドパーツは、接地ライン（図示せず）を介して常時接地されている。
【００２２】
制御部８２は、マイクロコンピュータおよび各種インタフェースを含み、外部メモリまたは内部メモリに格納されるソフトウェア（プログラム）およびレシピ情報にしたがって、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２４、高周波電源３０，３２、マッチングユニット３４、スイッチ４４，処理ガス供給部７０、７６、（可変）直流電源７４、チラーユニット（図示せず）および伝熱ガス供給部（図示せず）等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）を制御する。図示の構成例では、制御部８２が１つの制御ユニットとして示されているが、複数の制御ユニットが制御部８２の機能を並列的または階層的に分担する形態を採ってもよい。
【００２３】
このプラズマエッチング装置における枚葉ドライエッチングの基本動作は次のようにして行われる。先ず、ゲートバルブ２８を開けて加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、静電チャック４０の上に載置する。そして、チャンバ１０を密閉状態にして処理ガス供給部７０よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置２６および圧力調整器２５によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、第１および第２の高周波電源３０，３２よりそれぞれ第１高周波ＨＦおよび第２高周波ＬＦを所定のパワーで出力させ、これらの高周波ＨＦ，ＬＦをマッチングユニット３４および給電棒３６を介してサセプタ１２に印加する。さらに、必要に応じて、スイッチ７６をオンにして、直流電源７４より負極性の直流電圧−ＥDCをシャワーヘッド（上部電極）６０に印加する。また、伝熱ガス供給系より静電チャック４０と半導体ウエハＷとの間の接触界面にバックサイドガス（Ｈe）を供給すると同時に、スイッチ４４をオンにして、静電チャック４０の静電吸着力によりバックサイドガス（Ｈe）を上記接触界面に閉じ込める。シャワーヘッド６０よりプラズマ生成空間Ｓに噴射されたエッチングガスは、高周波電界の下で放電してプラズマを生成する。このエッチングガス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表面の被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。
【００２４】
このプラズマエッチング装置は、サセプタ１２にプラズマ生成に適した比較的高い周波数（２７ＭＨｚ以上）の第１高周波ＨＦを印加することにより、プラズマを好ましい解離状態で高密度化し、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。それと同時に、サセプタ１２へのイオンの引き込みに適した比較的低い周波数（１３．５６ＭＨｚ以下）の第２高周波ＬＦを印加することにより、サセプタ１２上の半導体ウエハＷに対して選択性の高い異方性のエッチングを施すことができる。もっとも、プラズマ生成用の第１高周波ＨＦはチャンバ１０内の如何なるプラズマプロセスでも必ず使用されるが、イオン引き込み制御用の第２高周波ＬＦはプロセスの種類によっては使用されないことがある。
［実施形態におけるLow-k膜エッチング加工の一例］
【００２５】
図２に、半導体デバイス製造のＢＥＯＬで行われる多層レジスト法によるエッチング加工の主要な工程を模式的に示す。その中で、ＴiＮ層をエッチングマスクにしてLow-k膜（層間絶縁膜）をエッチングする加工に、上記プラズマエッチング装置（図１）を好適に使用することができる。
【００２６】
図２の（ａ）に示すように、処理対象の半導体ウエハＷにおいては、第（ｎ−１）層配線１００およびその上層の第ｎ層配線１０２までが既に形成されている。そして、次の上層配線である第（ｎ＋１）層配線（図示せず）を形成するために、第ｎ層配線１０２の上にLow-k膜（層間絶縁膜）１０４、ＴiＮ層１０６、反射防止膜（ＢＡＲＣ）１０８およびフォトレジスト１１０が順に積層されている。ここで、Low-k膜１０４および反射防止膜１０８は、回転塗布あるいはＣＶＤ（化学的真空蒸着）によって成膜されている。ＴiＮ層１０６は、スパッタリングによって成膜されている。フォトレジスト１１０は、フォトリソグラフィによってパターニングされており、開口１１２が形成されている。この開口１１２は、Low-k膜１０４にビアホールを形成する位置の真上にある。
【００２７】
この多層レジスト法では、先ず、フォトレジスト１１０のパターンをＴiＮ層１０６に転写するために、別のプラズマエッチング装置において、フォトレジスト１１０をエッチングマスクに用いて反射防止膜１０８をエッチングする。反射防止膜１０８が高分子樹脂からなる場合、この反射防止膜１０８のエッチングには、たとえばＨＦ3ガスおよびＨＢｒガスを含む混合ガスがエッチングガスに用いられる。次いで、同一または更に別のプラズマエッチング装置において、フォトレジスト１１０および反射防止膜１０８をエッチングマスクに用いてＴiＮ層１０６をエッチングする。このＴiＮ層１０６のエッチングには、たとえばＣｌ2ガスおよびＮ2ガスを含む混合ガスがエッチングガスに用いられる。
【００２８】
こうして、図２の（ｂ）に示すように、フォトレジスト１１０の開口パターンが反射防止膜１０８を介してＴiＮ層１０６に転写され、ＴiＮ層１０６にはフォトレジスト１１０の開口１１２と対応する位置に開口１１４が形成される。この後、プラズマアッシング装置において、Ｏ2ガスのプラズマを用いるアッシングによりフォトレジスト１１０および反射防止膜１０８が剥離または除去される。その結果、半導体ウエハＷの表面には、図２の（ｃ）に示すように開口１１４を有するＴiＮ層１０６が露出する。
【００２９】
この実施形態におけるプラズマエッチング装置（図１）は、上記のように多層レジスト法によりパターニングされたＴiＮ層１０６が表面に露出している半導体ウエハＷを被処理体として、ＴiＮ層１０６をエッチングマスクに用いてLow-k膜１０４をエッチングする。このLow-k膜１０４のエッチングにはＣＦ系のガスたとえばＣＦ4ガスとＡｒガスを含む混合ガスがエッチングガスに用いられる。このドライエッチングにより、図２の（ｄ）に示すように、Low-k膜１０４には、ＴiＮ層１０６の開口１１４と対応する位置に貫通孔またはビアホール１１６が形成される。
【００３０】
この後、半導体ウエハＷの表面に残ったＴiＮ層１０６つまりエッチングマスクの残膜は、たとえばフッ化水素酸を用いるウエット処理により除去される。そして、ビアホール１１６に導体金属たとえば銅が埋め込まれ、Low-k膜１０４の上面に第（ｎ＋１）層配線が形成される。
［実施形態におけるLow-k膜エッチング加工の詳細内容］
【００３１】
このプラズマエッチング装置において行われる上記のようなLow-k膜１０４のエッチング加工は、より詳細には図３に示すように複数の工程Ｓ1〜Ｓ5に分割されている。
【００３２】
先ず、図２の（ｃ）のようにＴiＮ層１０６が表面に露出している半導体ウエハＷを被処理体としてチャンバ１０に搬入し（ステップＳ1）、静電チャック４０の上に載置する。次いで、処理ガス供給部７０よりＣＦ4ガスおよびＡｒガスを含むエッチングガスの供給を開始し、排気部（２５，２６）の排気動作によりチャンバ１０内の圧力を設定値に調整し、さらにはチラーユニット、ヒータ、伝熱ガス供給部等の温度調整機構によりチャンバ１０内の各部の温度を設定値に調整する。
【００３３】
そして、圧力調整および温度調整を完了した後、第１および第２の高周波電源３０，３２をオンにし、さらには必要に応じて上部ＤＣバイアス（−ＥDC）印加用のスイッチ７６をオンにして、Low-k膜１０４に貫通孔１１６を形成するためのドライエッチングのプロセスを開始する（ステップＳ2）。
【００３４】
このドライエッチング工程（Ｓ2）では、チャンバ１０内の処理空間Ｓにおいてエッチングガスの高周波放電によるプラズマが生成され、このプラズマの活性種、特にフッ素ラジカルやアルゴンイオンがLow-k膜１０４の材質と化学的または物理的に反応し、それによって揮発性の反応生成物が生じる。これらの反応生成物の多くは排気部（２５，２６）によって排出されるが、一部はチャンバ１０内に残留し、処理空間Ｓに浮遊したり、チャンバ１０の内壁やサセプタ１２等の部材に付着する。
【００３５】
一方で、プラズマの活性種、特にフッ素ラジカルやアルゴンイオンは、エッチングマスクであるＴiＮ層１０６とも化学的または物理的に反応し、それによって揮発性の反応生成物が生じる。ＴiＮ層１０６から発生するこれらの反応生成物も、その多くは排気部（２５，２６）によって排気されるが、一部はチャンバ１０内に残留し、処理空間Ｓに浮遊したり、チャンバ１０の内壁やサセプタ１２等の各種部材に付着する。その中には、Ｔi-ＦXやＴi-ＯＦ等のＴi含有反応物が含まれる。
【００３６】
こうしてLow-k膜１０４に形成されるエッチング孔１１６が下地層の第ｎ層配線１０２に到達すると、所定のエッチング終点検出によって、このドライエッチング工程（Ｓ2）のプロセスを終了させる。すなわち、高周波電源３０，３２をオフにし、このプロセスで直流電源７４よりシャワーヘッド（上部電極）６０に直流電圧−ＥDCを印加していた場合はスイッチ７６をオフにする。また、処理ガス供給部７０からのガス供給をオフにする。ただし、排気部（２５，２６）の排気動作は継続させる。
【００３７】
この実施形態では、上記ドライエッチング工程（Ｓ2）を終了した直後に、半導体ウエハＷをサセプタ１２上に保持したままでのドライクリーニングつまりウエハ有りドライクリーニングのプロセスを実行する（ステップＳ3）。
【００３８】
このウエハ有りドライクリーニング工程（Ｓ3）は、主にチャンバ１０内に残留しているＴi含有反応物を除去するために行われる。このために、処理ガス供給部７０よりＨ2ガスとＮ2ガスを所定の流量比（好ましくは１：０〜１：３）で含むクリーニングガスをチャンバ１０内に導入し、圧力調整後に第１高周波電源３０をオンにして、プラズマ生成用の第１高周波ＨＦを所定のパワーでサセプタ１２に印加し、チャンバ１０内でクリーニングガスの高周波放電によるプラズマを生成する。なお、このドライクリーニング工程（Ｓ3）は、プラズマの活性種の中でも主にラジカルの化学的反応が支配的に作用するプロセスであるため、プラズマからイオンをサセプタ１２上の半導体ウエハＷに引き込む必要性もなければ、イオンをシャワーヘッド６０の電極板６２に当ててスパッタする必要性も特にない。このため、通常は第２高周波電源３２や直流電源７４をオフ状態に保っておく。
【００３９】
このウエハ有りドライクリーニング（Ｓ3）においては、クリーニングガスのプラズマに含まれる水素系の活性種すなわち水素励起原子、水素ラジカルおよび水素イオンのいずれかが、チャンバ１０内の任意の場所に浮遊または付着しているＴi-ＦXやＴi-ＯＦ等のＴi含有反応物とよく反応して、ＴiＨ等のＴiを含む揮発性の反応生成物を生成する。一方、プラズマに含まれる窒素系の活性種すなわち窒素励起原子、窒素ラジカルおよび窒素イオン等は、Ｔi含有反応物と直接に化学反応を起こすことはほとんどなく、むしろ水素系活性種とＴi含有反応物との化学反応を促進し、あるいは適度に抑制するように作用する。こうして生成されたＴi含有反応生成物は、他の反応生成物や未反応ガス等と一緒にチャンバ１０から排気部（２５，２６）に排出される。
【００４０】
このウエハ有りドライクリーニング（Ｓ3）は、実用上のＴi汚染低減効果を得るために、一定の処理時間好ましくは８秒以上の処理時間を要して行うのが好ましい。上記ドライエッチング工程（Ｓ2）によってチャンバ１０内に発生したＴi含有反応物の大部分または多くを、このウエハ有りドライクリーニング（Ｓ3）により効果的に除去することができる。また、上記ドライエッチング工程（Ｓ2）によってチャンバ１０内に発生する他のフッ素系反応物、特にフッ素とＨ2Ｏ分子との反応によって生じるフッ化水素ＨＦは、Low-k膜にダメージを与えやすい。このような望ましくない他のフッ素系反応物も、このウエハ有りドライクリーニング（Ｓ3）によってＴi含有反応物と一緒に除去される。
【００４１】
上記ウエハ有りドライクリーニング工程（Ｓ3）は、第１高周波電源３０をオフにすることによって、終了させる。この直後に、処理ガス供給部７０のガス供給も止める。ただし、排気部（２５，２６）の排気動作はそのまま継続させる。
【００４２】
通常、このプラズマエッチング装置（図１）は、ゲートバルブ２８を介して常時減圧状態のトランスファチャンバ（図示せず）に連結されている。この隣のトランスファチャンバ内に配備されている搬送アーム（図示せず）が、半導体ウエハＷの搬入または搬出のために、開状態のゲートバルブ２８を通り抜けて、チャンバ１０に出入りするようになっている。
【００４３】
上記のようなウエハ有りドライクリーニング工程（Ｓ3）が終了した時は、チャンバ１０内の減圧状態を保ったまま、直後にゲートバルブ２８を空けて、上記搬送アームにより処理済の半導体ウエハＷを搬出する（ステップＳ4）。
【００４４】
こうして処理済の半導体ウエハＷがチャンバ１０から搬出されると、静電チャック４０の上面つまりウエハ載置面は空き状態になる。この実施形態では、このように静電チャック４０上に半導体ウエハが無いままでのドライクリーニングつまりウエハ無しのドライクリーニング工程が最後の後処理として行われる（ステップＳ5）。
【００４５】
このウエハ無しドライクリーニング工程（Ｓ5）は、主にチャンバ１０内に残留している有機系の浮遊物や堆積膜を除去するために行われる。このために、処理ガス供給部７０よりＯ2ガスを含むクリーニングガスをチャンバ１０内に導入し、圧力調整後に第１高周波電源３０をオンにして、プラズマ生成用の第１高周波ＨＦを所定のパワーでサセプタ１２に印加し、チャンバ１０内でクリーニングガスの高周波放電によるプラズマを生成する。このウエハ無しドライクリーニング工程（Ｓ5）でも、プラズマからイオンをウエハ無しの静電チャック４０に引き込む必要性もなければ、イオンをシャワーヘッド６０の電極板６２に当ててスパッタする必要性も特にない。このため、通常は、第２高周波電源３２や直流電源７４をオフ状態に保っておく。
【００４６】
このウエハ無しドライクリーニング（Ｓ5）では、プラズマに含まれる酸素ラジカルがチャンバ１０内の有機系の浮遊物や堆積膜と反応して、揮発性の反応生成物を生成する。それらの反応生成物は、他の反応生成物や未反応ガス等と一緒にチャンバ１０から排気部（２５，２６）に排出される。この場合、チャンバ１０内にはＴi含有反応物が殆どまたは僅かしか残留していないので、このウエハ無しドライクリーニング（Ｓ5）のプロセス中にチャンバ１０内でＴi含有反応物が拡散したり静電チャック４０のウエハ載置面に付着するようなことは殆どないか、有っても非常に少ない。
【００４７】
上記のようなウエハ無しドライクリーニング（Ｓ5）が済むと、１枚の半導体ウエハＷに対するLow-k膜エッチング加工の全プロセスが終了する。この後、図２の（ｃ）のようにＴiＮ層１０６が表面に露出している新規の半導体ウエハＷに対して、同じ工程（Ｓ1〜Ｓ5）が上記と同様に繰り返される。
［実施形態における作用効果（検証実験１）］
【００４８】
本発明者は、上記プラズマエッチング装置（図１）において行われるLow-k膜エッチング加工の第３工程（Ｓ3）において、上記のようにＨ2ガスとＮ2ガスとを含むクリーニングガスのプラズマを用いてチャンバ１０内のクリーニングを行う場合（実施例）と、チャンバ１０内にプラズマを発生せずに不活性ガス（Ａｒガス，Ｎ2ガス）を流してチャンバ１０内を換気する場合（比較例１，比較例２）とで、１枚の半導体ウエハＷに対するLow-k膜エッチング加工の全プロセスの終了後に静電チャック４０のウエハ載置面上に付着するＴi汚染量（１０atms／cm2）をそれぞれ実験により測定して比較した。図４に、この検証実験の結果を示す。この検証実験における実施例および比較例１，２の処理条件は下記のとおりである。
［実施例の処理条件］
チャンバ内の圧力：１５０mTorr，
高周波のパワー：  ＨＦ＝４００Ｗ，  ＬＦ＝０Ｗ
クリーニングガス：  Ｈ2／Ｎ2＝１００／３００sccm
処理時間：  ３０秒
［比較例１の処理条件］
チャンバ内の圧力：２０mTorr，
高周波のパワー：  ＨＦ＝０Ｗ，  ＬＦ＝０Ｗ
パージングガス：  Ａr＝１０００sccm
処理時間：  ３０秒
［比較例２の処理条件］
チャンバ内の圧力：２０mTorr，
高周波のパワー：  ＨＦ＝０Ｗ，  ＬＦ＝０Ｗ
パージングガス：  Ｎ2＝１０００sccm
処理時間：  ３０秒
【００４９】
なお、第５工程つまりウエハ無しドライクリーニング工程（Ｓ5）の処理条件は、実施例および比較例１，２のすべてで同じ（共通）であり、次のとおりであった。
［ウエハ無しクリーニング工程の処理条件］
チャンバ内の圧力：４００mTorr，
高周波のパワー：  ＨＦ＝４００Ｗ，  ＬＦ＝０Ｗ
クリーニングガス：  Ｏ2＝１５００sccm
処理時間：  ３６秒
【００５０】
図４に示すように、第３工程（Ｓ3）をパスした場合、つまりウエハ有りクリーニングまたはウエハ有りパージングのいずれも行わない場合（比較基準）に比して、比較例１，２によればＴi汚染量を約１／２程度までしか低減できないのに対して、実施例によればＴi汚染量を１／１０以下に低減できることが確認された。
［実施形態における作用効果（検証実験２）］
【００５１】
本発明者は、上記プラズマエッチング装置（図１）において行われるLow-k膜エッチング加工の第３工程つまりウエハ有りドライクリーニング工程（Ｓ3）の効果を別の観点から確認するために、７００枚の半導体ウエハＷに対して、上記の５工程（Ｓ1〜Ｓ5）の全部を含むLow-k膜エッチング加工（枚葉処理）を繰り返し行った場合と、第３工程つまりウエハ有りドライクリーニング工程（Ｓ3）を抜かして他の４工程（Ｓ1〜Ｓ2，Ｓ4〜Ｓ5）を含むLow-k膜エッチング加工（枚葉処理）を繰り返し行った場合（比較例）とで、測定用ウエハの径方向における各位置におけるＴi堆積量をそれぞれ実験により測定して比較した。図５に、この検証実験の結果を示す。
【００５２】
この検証実験では、ウエハ無しドライクリーニング（Ｓ5）において、半導体ウエハＷと同じ形状を有する測定用のウエハを静電チャック４０のウエハ載置面上に載置し、７００枚の半導体ウエハＷに対するLow-k膜エッチング加工の結果としてこの測定用ウエハ上に得られた径方向における各位置のＴi堆積量を静電チャック４０のウエハ載置面上の径方向における各位置のＴi堆積量とみなした。ウエハ有りクリーニング工程（Ｓ3）およびウエハ無しクリーニング工程（Ｓ5）の処理条件は、上記第１検証実験とそれぞれ同じであった。
【００５３】
また、この検証実験では、２０枚の半導体ウエハＷを処理する度毎に、実プロセスと同様にシーズニング処理を行った。
【００５４】
図６に、シーズニング処理の手順を示す。シーズニング処理では、被処理体の半導体ウエハＷの代わりに同形状のダミーウエハが使用され、第２工程（Ｓ12）においてドライエッチング工程の代わりに所定のクリーニングガスのプラズマを用いてチャンバ１０内の定期的クリーニングや初期化等が行われる。その他の工程（Ｓ11，Ｓ13〜Ｓ15）では、上記Low-k膜エッチング加工と略同じプロセスないし動作が行われる。定期的クリーニング（Ｓ12）では、たとえばＯ2ガスを含むクリーニングガスあるいはＯ2ガスとＣＦ系ガスを含むクリーニングガスを用いてチャンバ１０内の有機系の堆積膜を除去するクリーニングが行われる。
【００５５】
図５に示すように、ウエハ有りクリーニング工程（Ｓ3）を有しない比較例においては、Ｔi堆積量が測定用ウエハのエッジ付近で最も大きくて約６０ｎｍであり、ウエハの中心部に向かって次第に減少するものの、エッジから２０ｍｍ入った位置で未だ７０ｎｍ以上もある。これに対し、実施例においては、Ｔi堆積量が測定用ウエハのエッジ付近で最も大きく、ウエハの中心部に向かって次第に減少することについては、比較例と同様であるが、各位置におけるＴｉ堆積量の絶対量が顕著に減少する。すなわち、測定用ウエハのエッジ付近で僅か１２ｎｍ程度であり、エッジから１０ｍｍ以上内側に入ると実質的に０ｎｍである。
【００５６】
したがって、径方向におけるウエハ上の各位置における比較例および実施例のそれぞれのＴi堆積量をＡ，Ｂとすると、比較例に対する実施例の減少率Ｃは、次の式（１）で与えられる。
Ｃ＝１００％×（Ｂ−Ａ）／Ｂ      ・・・・（１）
【００５７】
図５から、減少率Ｃはウエハのエッジ付近が最大で約８０％であり、エッジから１０ｍｍ以上内側では１００％である。このように、Ｃ≧８０％であり、実施例においてＴi堆積量を大幅に低減できることが確認された。
［実施形態における作用効果（検証実験３）］
【００５８】
本発明者は、本発明におけるウエハ有りドライクリーニング工程（Ｓ3）に用いるクリーニングガスの要件を決定するために、クリーニングガスのガス種および流量比をパラメータにして、上記第１の検証実験と同様に、１枚の半導体ウエハＷに対するLow-k膜エッチング加工の全プロセスの終了後に静電チャック４０のウエハ載置面上に付着するＴi汚染量（１０atms／cm2）をそれぞれ実験により測定して比較した。
【００５９】
ウエハ有りドライクリーニング工程における実施例１，２，３および比較例１，２，３における固有のガス条件および全部に共通の他の処理条件は、次のとおりである。また、ウエハ無しクリーニング工程（Ｓ5）の処理条件は、上記第１検証実験と同じである。
［実施例１］
クリーニングガス：  Ｈ2＝４００sccm
［実施例２］
クリーニングガス：  Ｈ2／Ｎ2＝１００／３００sccm
［実施例３］
クリーニングガス：  Ｈ2／Ｎ2＝２００／２００sccm
［比較例１］
クリーニングガス：  ＣＨＦ3／Ｏ2＝２３／１５００sccm
［比較例２］
クリーニングガス：  Ｎ2＝４００sccm
［比較例３］
クリーニングガス：  Ａr＝８００sccm
［共通の処理条件］
チャンバ内の圧力：１５０mTorr，
高周波のパワー：  ＨＦ＝４００Ｗ，  ＬＦ＝０Ｗ
処理時間：  ３０秒
【００６０】
図７に示すように、第３工程（Ｓ3）をパスした場合、つまりウエハ有りクリーニングまたはウエハ有りパージングのいずれも行わない場合（比較基準）に比して、比較例１，２，３によればＴi汚染量を約２０％程度までしか低減できないのに対して、実施例１，２，３によればＴi汚染量を１／１０程度に低減できることが確認された。特に、Ｈ2ガスとＮ2ガスの流量比を同じにした実施例３において、Ｔi汚染低減効果が最も大きかった。また、Ｈ2ガスの単ガスでも十分なＴi汚染低減効果を得られることが判った。
【００６１】
比較例１，２，３の中で特に注目すべき点は、クリーニングガスにＮ2ガスの単ガスを用いる比較例２においてＴi汚染低減効果が殆ど見られなかったことである。すなわち、実施形態のウエハ有りクリーニング工程（Ｓ3）においては、Ｈ2ガスがＴi汚染低減効果に支配的に寄与することがこの検証実験によって確認された。
［他の実施形態又は変形例］
【００６２】
上記第１の検証実験の結果によれば、Low-k膜エッチング加工においてドライエッチング工程の直後にチャンバ１０内にプラズマを発生せずに不活性ガス（Ａｒガス，Ｎ2ガス等）を流してチャンバ１０内を換気する手法（ウエハ有りパージング工程）は、Ｈ2ガスとＮ2ガスとを含むクリーニングガスのプラズマを用いてチャンバ１０内をクリーニングする手法（ウエハ有りドライクリーニング工程）に比べれば比較にならないほど低いが、一定のＴi汚染低減効果を奏することがわかる。したがって、このようなウエハ有りパージング工程を実施形態におけるウエハ有りドライクリーニング工程の直前または直後に入れる（併用する）ことも可能である。
【００６３】
本発明は、上記実施形態のような下部２周波印加方式への適用に限定されるものではなく、たとえばシャワーヘッド（上部電極）６０にプラズマ生成用の第１高周波ＨＦを印可する方式のプラズマエッチング装置にも適用可能である。
【００６４】
また、本発明は、容量結合型のプラズマエッチング装置に限定されず、マイクロ波プラズマエッチング装置や、誘導結合プラズマエッチング装置、ヘリコン波プラズマエッチング装置等にも適用可能であり、さらにはプラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ、有機ＥＬ、太陽電池用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０    チャンバ
１２    サセプタ（下部電極）
２６    排気装置
３０    第１高周波電源
３２    第２高周波電源
４０    静電チャック
６０    シャワーヘッド（上部電極）
７０    処理ガス供給部
８２    制御部
【図１】
2015162544.tif 000003
【図３】
2015162544.tif 000004
【図４】
2015162544.tif 000005
【図６】
2015162544.tif 000006
【図２】
2015162544.tif 000007
【図５】
2015162544.tif 000008
【図７】
2015162544.tif 000009