(57)【要約】【課題】  処理チャンバ内のクリーニングを容易に実行可能とする。【解決手段】  イオン供給ユニット２１は、マイナスイオンソースＳを加熱して電界を印加することにより、マイナスイオンソースＳから水素化物イオンを取り出す。イオン供給ユニット２１は、取り出した水素化物イオンを、不活性ガスであるキャリアガスによって処理チャンバ５１内に供給することにより、処理チャンバ５１内で発生した副生成物を還元する。ハロゲン供給装置２２は、ハロゲンガスを処理チャンバ５１内に供給することにより、還元された副生成物をガス化する。ガス排気装置５２は、ガス化された副生成物を処理チャンバ５１外に排出する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハに所定の処理を施す処理チャンバ内で発生した副生成物を除去するためのクリーニング処理を実行するクリーニング装置であって、
前記処理チャンバ内に水素化物イオンを供給することにより、該処理チャンバ内で発生した前記副生成物を還元するイオン供給手段と、
前記イオン供給手段によって還元された前記副生成物をガス化するためのガス化剤を、前記処理チャンバ内に供給するガス化剤供給手段と、
前記処理チャンバ内のガスを排気することにより、前記ガス化剤供給手段によってガス化された前記副生成物を該処理チャンバ内から除去する排気手段と、
を備えることを特徴とするクリーニング装置。
【請求項２】
前記イオン供給手段は、
前記水素化物イオンを含有するマイナスイオンソースを加熱するソース加熱手段と、
前記ソース加熱手段によって加熱された前記マイナスイオンソースに電界を印加することにより、該マイナスイオンソースに含有されている水素化物イオンを取り出して前記処理チャンバ内に供給する電界印加手段と、
から構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のクリーニング装置。
【請求項３】
前記電界印加手段は、前記マイナスイオンソースに２００〜１５００Ｖ／ｃｍの電界を印加する、ことを特徴とする請求項２に記載のクリーニング装置。
【請求項４】
前記ソース加熱手段は、前記マイナスイオンソースを２５０〜１０００℃に加熱する、ことを特徴とする請求項２または３に記載のクリーニング装置。
【請求項５】
前記ガス化剤供給手段は、前記ガス化剤としてハロゲンガスまたは有機酸を前記処理チャンバ内に供給する、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のクリーニング装置。
【請求項６】
半導体ウエハに所定の処理を施す処理チャンバ内で発生した副生成物を除去するためのクリーニング方法であって、
前記処理チャンバ内に水素化物イオンを供給することにより、該処理チャンバ内で発生した前記副生成物を還元するイオン供給工程と、
前記イオン供給工程で還元された前記副生成物をガス化するためのガス化剤を、前記処理チャンバ内に供給するガス化剤供給工程と、
前記処理チャンバ内のガスを排気することにより、前記ガス化剤供給工程でガス化された前記副生成物を該処理チャンバ内から除去する排気工程と、
を備えることを特徴とするクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理チャンバ内で発生した副生成物を除去するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造では、様々な処理チャンバ内で成膜処理やエッチング処理等の様々な処理が行われる。
成膜処理やエッチング処理等を繰り返し実行すると、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｔａ２Ｏ５などの副生成物が、処理チャンバの内壁等に付着する。
【０００３】
処理チャンバの内壁等に付着した副生成物は、パーティクルの発生原因となったり、エッチング形状の再現性を悪化させたり、処理チャンバに設けられたのぞき窓を曇らせたりする。このため、処理チャンバ内を定期的にクリーニングして、処理チャンバ内の副生成物を除去する必要がある。
【０００４】
処理チャンバ内の副生成物を除去するため、従来は、処理チャンバの外部で生成したＮＦ３のプラズマ（リモートプラズマ）を用いたり（例えば、特許文献１参照。）、ＣｌＦ３を処理チャンバ内に導入して加熱したりしている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１７４１６号公報（要約、請求項１０）
【特許文献２】特開２００２−９３７８５号公報（段落００１８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、リモートプラズマを生成するプラズマ源は高価であるため、上記したＮＦ３のリモートプラズマを用いるクリーニング方法では、装置コストがかかるという問題がある。
【０００６】
また、ＣｌＦ３は、フッ素などに比べて非常に高い反応性を有し、危険性が高い。このため、ＣｌＦ３の取り扱いは難しく、ＣｌＦ３を用いてクリーニング処理を実行するためには、安全のための高い制御が必要となる。
【０００７】
また、ＣｌＦ３は、その高い危険性のため、国によっては、その使用が規制されている。このため、処理チャンバのクリーニングにＣｌＦ３を用いることができない場合がある。
【０００８】
従って、本発明は、処理チャンバ内のクリーニングを容易に実行可能なクリーニング装置およびクリーニング方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、低いコストで処理チャンバ内のクリーニングを実行可能なクリーニング装置およびクリーニング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点にかかるクリーニング装置は、半導体ウエハに所定の処理を施す処理チャンバ内で発生した副生成物を除去するためのクリーニング処理を実行するクリーニング装置であって、前記処理チャンバ内に水素化物イオンを供給することにより、該処理チャンバ内で発生した前記副生成物を還元するイオン供給手段と、前記イオン供給手段によって還元された前記副生成物をガス化するためのガス化剤を、前記処理チャンバ内に供給するガス化剤供給手段と、前記処理チャンバ内のガスを排気することにより、前記ガス化剤供給手段によってガス化された前記副生成物を該処理チャンバ内から除去する排気手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
前記イオン供給手段は、前記水素化物イオンを含有するマイナスイオンソースを加熱するソース加熱手段と、前記ソース加熱手段によって加熱された前記マイナスイオンソースに電界を印加することにより、該マイナスイオンソースに含有されている水素化物イオンを取り出して前記処理チャンバ内に供給する電界印加手段と、から構成されていてもよい。
【００１２】
前記電界印加手段は、前記マイナスイオンソースに２００〜１５００Ｖ／ｃｍの電界を印加してもよい。
【００１３】
上記電界の強さは、好ましくは２００〜６００Ｖ／ｃｍである。
【００１４】
前記ソース加熱手段は、前記マイナスイオンソースを２５０〜１０００℃に加熱してもよい。
【００１５】
上記加熱温度は、好ましくは４００〜８００℃であり、さらに好ましくは７００℃である。
【００１６】
前記ガス化剤供給手段は、前記ガス化剤としてハロゲンガスまたは有機酸を前記処理チャンバ内に供給してもよい。
【００１７】
本発明の第２の観点にかかるクリーニング方法は、半導体ウエハに所定の処理を施す処理チャンバ内で発生した副生成物を除去するためのクリーニング方法であって、前記処理チャンバ内に水素化物イオンを供給することにより、該処理チャンバ内で発生した前記副生成物を還元するイオン供給工程と、前記イオン供給工程で還元された前記副生成物をガス化するためのガス化剤を、前記処理チャンバ内に供給するガス化剤供給工程と、前記処理チャンバ内のガスを排気することにより、前記ガス化剤供給工程でガス化された前記副生成物を該処理チャンバ内から除去する排気工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上の説明から明らかなように、本発明によって、処理チャンバ内のクリーニングを容易に実行することができると共に、低いコストで処理チャンバ内のクリーニングを実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態にかかるクリーニング方法について説明する。
本実施の形態にかかるクリーニング方法では、マイナスイオン、具体的には水素化物イオン（Ｈ−）と、ハロゲンガス（または有機酸）と、が用いられる。処理チャンバ内で発生した副生成物（ＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｔａ２Ｏ５など）は、マイナスイオンにより還元され、ハロゲンガスによりハロゲン化物（または有機酸により金属錯体）となり、ガス状成分として除去される。
【００２０】
上記マイナスイオンを放出するマイナスイオンソースを生成するイオンソース生成装置は、例えば窯業等で使用される雰囲気制御が可能な電気炉から構成することが可能である。
【００２１】
図１（ａ）および１（ｂ）は、上記イオンソース生成装置の構成を示している。なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すイオン生成装置をＡ−Ａ’線で切断した場合の断面を示している。
【００２２】
図１に示すように、イオンソース生成装置は、処理容器１１と、原料ガス供給装置１２と、ガス排気装置１３と、断熱容器１４と、ヒータ１５と、ヒータ制御装置１６と、制御装置１７と、から構成される。
【００２３】
処理容器１１は、耐熱性を有する金属または高い耐還元性を有するセラミックから形成された耐熱容器である。例えば、処理容器１１は、高純度のアルミナから形成された円筒状の容器である。
【００２４】
処理容器１１内には、マイナスイオンソースとなる被処理体Ｔを載置するための、アルミナなどから形成される載置台１１ａが設置されている。なお、被処理体Ｔの形状は、図２（ａ）に示すような円盤状でもよく、図２（ｂ）に示すようなシャーレ状（縁付き円盤状）であってもよい。被処理体Ｔは、処理容器１１の蓋１１ｂを取り外して搬入出される。
【００２５】
また、処理容器１１の壁には、マイナスイオンソースを生成するための原料ガスを供給するためのガス供給管１１ｃと、処理容器１１内のガスを排気するためのガス排気管１１ｄが、設置されている。
【００２６】
原料ガス供給装置１２は、ガス供給管１１ｃを介して処理容器１１に接続され、マイナスイオンソースの生成に必要な原料ガス（水素を含むガス）を処理容器１１内に供給する。
【００２７】
ガス排気装置１３は、排気ポンプ等を備え、ガス排気管１１ｄを介して処理容器１１に接続され、処理容器１１内のガスを排気する。
断熱容器１４は、断熱材から構成された容器であり、その内壁上には、パイプ型のヒータ１５が設置されている。処理容器１１は、断熱容器１４内に収納され、ヒータ１５によって加熱される。
【００２８】
ヒータ制御装置１６は、断熱容器１４内に設置されたヒータ１５に接続され、ヒータ１５に所定の大きさの電流を流すことによりヒータ１５を発熱させ、断熱容器１４内に収納される処理容器１１の内部を所定温度に加熱する。
【００２９】
制御装置１７は、マイクロコンピュータ等から構成され、マイナスイオンソースを生成するためのプログラムを記憶している。制御装置１７は、記憶しているプログラムに従ってイオンソース生成装置全体の動作を制御し、マイナスイオンソースを生成する。
【００３０】
例えば、制御装置１７は、原料ガス供給装置１２を制御して、処理容器１１内に原料ガスを供給する。また、制御装置１７は、ガス排気装置１３を制御して、処理容器１１内の圧力を所定圧力に設定する。また、制御装置１７は、ヒータ制御装置１６を制御して、処理容器１１の内部を所定温度に加熱する。
【００３１】
次に、イオンソース生成装置の動作について説明する。
被処理体Ｔが載置台１１ａ上に載置され、蓋１１ｂが閉鎖されて処理容器１１内が密閉される。被処理体Ｔは、例えば12CaO・7Al2O3から形成されている。
【００３２】
被処理体Ｔが処理容器１１内に搬入された後、イオンソース生成装置は、例えばオペレータ等の指示に応答して、以下の動作を行う。なお、以下に示す動作は、制御装置１７の制御下で行われる。
【００３３】
初めに、原料ガス供給装置１２は、水素２０％、窒素８０％の混合ガスを原料ガスとして処理容器１１内に供給する。
続いて、ガス排気装置１３は、処理容器１１内のガスを排気して、処理容器１１内の圧力を所定圧力に設定する。具体的には、ガス排気装置１３は、処理容器１１内の圧力を大気圧（例えば９×１０４〜１１×１０４Ｐａ）に設定する。
【００３４】
また、ヒータ制御装置１６は、ヒータ１５に所定の大きさの電流を流すことによりヒータ１５を発熱させ、処理容器１１の内部を所定温度（約１３００℃）に加熱する。
【００３５】
制御装置１７は、以上の状態を約２時間保持する。これにより、被処理体Ｔは、マイナスイオン（水素化物イオン；Ｈ−）を放出するマイナスイオンソース（水素置換C12A7）となる。
【００３６】
以上のようにして生成されるマイナスイオンソースは、AlO4四面体が重合して形成するケージ内に水素化物イオン（水素化物イオン；Ｈ−）が閉じこめられたものである。
【００３７】
マイナスイオンソース内のマイナスイオンは、後述するように、マイナスイオンソースを所定温度に加熱して所定の強さの電界を印加することによって取り出され、処理チャンバ内のクリーニングに用いられる。
【００３８】
次に、処理チャンバ内のクリーニング方法について説明する。
図３は、処理チャンバ内のクリーニング処理を実行するための装置の構成を示している。
【００３９】
なお、以下ではハロゲンガスを用いてクリーニング処理を行う場合について説明する。また、図３は、理解を容易にするために、クリーニング処理に必要な構成を主に示しており、半導体装置の製造に必要な処理ガスを供給する装置等は省略している。
【００４０】
クリーニング処理を行うための装置は、図３に示すように、処理チャンバ５１にマイナスイオンを供給するイオン供給ユニット２１と、処理チャンバ５１にハロゲンガスを供給するハロゲン供給装置２２と、処理チャンバ５１を備え、半導体ウエハに所定の処理を施す半導体処理ユニット２３と、イオン供給ユニット２１、ハロゲン供給装置２２、および、半導体処理ユニット２３を制御する制御装置２４と、から構成される。
【００４１】
イオン供給ユニット２１は、処理室３１と、高圧電源３２と、原料ガス供給装置３３と、ガス排気装置３４と、キャリアガス供給装置３５と、から構成され、マイナスイオンソースＳからマイナスイオンを取り出し、半導体処理ユニット２３に供給する。
処理室３１は、例えばアルミニウム等から形成された処理チャンバである。処理室３１の壁には、様々なガスを流通させるための配管が設置されている。
【００４２】
具体的には、処理室３１内に原料ガスを導入するための原料ガス供給管３１ａと、処理室３１内にキャリアガスを導入するためのキャリアガス供給管３１ｂと、処理室３１内のガスを排気するためのガス排気管３１ｃと、取り出されたマイナスイオンをキャリアガスによって半導体処理ユニット２３に搬送するためのイオン供給管３１ｄと、が設置されている。
【００４３】
なお、キャリアガス供給管３１ｂとイオン供給管３１ｄとは、処理室３１内に導入されたキャリアガスによるマイナスイオンの搬送がスムーズに行われるように、互いに対向するように設置されている。
【００４４】
また、マイナスイオンは、壁にぶつかったり、他の化学種と結びついたりして、その活性を失っていく。このため、イオン供給管３１ｄの内径はできるだけ大きく、長さはできるだけ短く設定される。また、イオン供給管３１ｄの内壁は、マイナスイオンと反応しにくいフルオロカーボン（特にＰＴＦＥ；四フッ化エチレン樹脂）、または、テフロン（登録商標）等から形成される。さらに、イオン供給管３１ｄは、マイナスイオンを引きつけないように、処理中は、接地されている、または、マイナスの電位に保持されている。
【００４５】
さらに、イオン発生から処理室までの、酸素を低減した雰囲気を保つため、キャリアガスには、不活性ガス、好ましくは原料（水素ガス）を含有する不活性ガスを用いる。原料ガスを含有することで、マイナスイオンの活性を保つ（再結合を低減する）効果がある。
【００４６】
また、キャリアガスの流速を高く維持するために、キャリアガスが供給される領域（処理室３１内の後述する引出電極４６よりも上の領域）は、マイナスイオンが壁等に衝突しない範囲で、できるだけ狭く設定されることが好ましい。
【００４７】
また、処理室３１の壁には、処理室３１内の温度を測定する温度計４１と、処理室３１内の圧力を測定する圧力計４２と、が設置されている。
処理室３１の内部には、ヒータ４３と、接触電極４４と、電極支持部材４５と、引出電極４６と、が設置されている。
【００４８】
ヒータ４３は、処理室３１内の略中央に設置され、処理室３１内に配置されるマイナスイオンソースＳを後述する所定温度に加熱する。ヒータ４３の内部には、原料ガス供給管３１ａに接続され、原料ガス供給管３１ａを介して導入される原料ガスをヒータ４３の表面から噴出させるためのガス流路４３ａが形成されている。
【００４９】
接触電極４４は、マイナスイオンソースＳに貼り付けた状態で製造される。接触電極４４は、原料ガスを通す大きさの貫通した空隙のある多孔質とし、原料ガスとマイナスイオンソースＳと接触電極４４の三相界面を有するように製造する。接触電極４４の製造方法としては、例えば、微粉末を膜状に成型し焼結させたもの、もしくはスパッタリングや蒸着によって膜を堆積させる方法がある。原料ガスとの接触面積を増やすため、接触電極４４は、例えば図４に示すように、複数の開口４４ａを有する網状に形成してもよい。
【００５０】
また、接触電極４４は、電界を印加するための高圧電源３２の陰極と電気的に接続されている。原料ガスが接触電極４４とヒータ４３の隙間から大量に流れ出ることを防ぐため、この間を突起部材４３ｂで保持し、気密を保つ。
【００５１】
接触電極４４に使用可能な物質としては、（１）プロトン伝導性を有するペロブスカイト型（ABO3）複酸化物にドープしたもの、（２）水素化物イオンを含有する物質、（３）セリア系の物質、または、（４）還元雰囲気で安定な金属などのイオン伝導性の高い物質がある。
【００５２】
上記（１）に該当する物質としては、例えば、Sr(Ce,In)O3：セリウム酸ストロンチウム、セリウム酸バリウム−インジウムドープ、Ca(Zr,In)O3：ジルコン酸カルシウム−インジウムドープ、LaAlO3：アルミン酸ランタン、ランタンアルミネートなどが挙げられる。
【００５３】
上記（２）に該当する物質としては、MgO:H（マグネシアMgOを水素中で還元したもの）、および、LaSrCoO3H0.7（K2NiF4型（ペロブスカイト関連構造）を有するコバルト酸ランタンストロンチウムのトポ化学的（構造を維持した）水素置換物）などが挙げられる。
【００５４】
上記（３）に該当する物質としては、ＧＤＣ（20mol%GdO1.5-CeO2）：ガドリニウム含有セリア、および、ＳＤＣ（20mol%SmO1.5-CeO2）：サマリウム含有セリアなどが挙げられる。
【００５５】
上記（４）に該当する物質としては、Pt、AuおよびAgなどが挙げられる。なお、処理温度が比較的低い場合には、他の金属を接触電極４４として使用することもできる。
【００５６】
電極支持部材４５は、その一端が処理室３１の壁に固定されている。電極支持部材４５は、引出電極４６を、接触電極４４に対向するように支持する。なお、処理室３１内の上部には、マイナスイオンを搬送するためのキャリアガスが供給されるので、引出電極４６は、キャリアガス供給管３１ｂおよびイオン供給管３１ｄの設置位置よりも低い位置に配置される。
【００５７】
引出電極４６は、マイナスイオンソースＳから取り出されたマイナスイオンが通過可能な形状に形成された電極である。例えば、引出電極４６は、網状に形成された金属電極またはセラミック電極等あるいはそれらの複合材料で構成される。また、例えば、円板状で中心部に穴を持つ形状でも良い。なお、引出電極４６に使用可能な金属としては、耐還元性（耐水素化性）を有するPtやAuなどがある。
【００５８】
高圧電源３２は、その陰極がヒータ４３内を通る配線を介して接触電極４４に接続され、その陽極が電極支持部材４５内を通る配線を介して引出電極４６に接続されている。高圧電源３２は、接触電極４４と引出電極４６との間に所定の大きさの電圧を印加することにより、マイナスイオンソースＳに、後述する強さの電界を印加する。これにより、所定温度に加熱されたマイナスイオンソースＳからマイナスイオンが取り出される。
【００５９】
原料ガス供給装置３３は、原料ガス供給管３１ａを介して処理室３１に接続される。原料ガス供給装置３３は、マイナスイオンが取り出されたマイナスイオンソースＳに新たなマイナスイオンを補充するための原料ガス（水素ガスまたは水素ガスと不活性ガスとの混合ガス）を、原料ガス供給管３１ａを介して処理室３１内に供給する。
【００６０】
原料ガス供給装置３３によって供給される原料ガスは、原料ガス供給管３１ａを介してヒータ４３の内部に形成されたガス流路４３ａを通ってヒータ４３の表面から噴出される。そして、噴出された原料ガスは、接触電極４４を介して、マイナスイオンソースＳと接触電極４４と原料ガスとの三相界面に供給される。
【００６１】
また、原料ガス供給装置３３は、接触電極４４の背面側におけるガスの全圧および原料の分圧が、マイナスイオンソースＳの引出電極４６側におけるガスの全圧および原料の分圧と等しいかまたは少し高くなるように、原料ガスを供給する。例えば、マイナスイオンソースＳの引出電極４６側の圧力が原料ガス１０％を含む不活性ガスにより全圧４０００Pa、原料の分圧４００Paに設定されている場合、接触電極４４の背面側の全圧が１．３×１０４Pa、原料の分圧１３００Paとなるように、原料ガス１０％を含む不活性ガスを供給する。このような分圧差を設けることにより、マイナスイオンソースＳ中の目的イオンの濃度勾配を作り、マイナスイオンを引き出しやすくなる。
【００６２】
ガス排気装置３４は、排気ポンプ等を備え、ガス排気管３１ｃを介して処理室３１に接続される。ガス排気装置３４は、処理室３１内のガスを排気し、処理室３１内の圧力を後述する圧力に設定する。
【００６３】
キャリアガス供給装置３５は、キャリアガス供給管３１ｂを介して処理室３１に接続される。キャリアガス供給装置３５は、アルゴン、ヘリウムまたは窒素などの不活性ガス、水素ガス、または、これらの混合ガスを、マイナスイオンソースＳから取り出されたマイナスイオンを搬送するキャリアガスとして処理室３１内に供給する。この際、キャリアガス供給装置３５は、マイナスイオンが、壁にぶつかったり、他の化学種と結びついたりして、その活性を失うのを抑制するために、比較的高い流速（例えば５０cm/s）でキャリアガスを処理室３１内に供給する。
【００６４】
ハロゲン供給装置２２は、イオン供給管３１ｄを介して半導体処理ユニット２３の処理チャンバ５１に接続され、後述する量のハロゲンガス（F2、Cl2、Br2、I2など）を処理チャンバ５１内に供給する。
【００６５】
半導体処理ユニット２３は、処理チャンバ５１と、ガス排気装置５２と、から構成され、供給されるマイナスイオンおよびハロゲンガスを用いて、処理チャンバ５１の内壁等に付着している副生成物を除去する。
【００６６】
処理チャンバ５１は、例えばアルミニウム等から構成され、上記したイオン供給管３１ｄを介して、イオン供給ユニット２１の処理室３１およびハロゲン供給装置２２に接続される。処理チャンバ５１は、成膜処理やエッチング処理などの半導体装置の製造に関わる所定の処理を半導体ウエハに施すために設けられている。
【００６７】
処理チャンバ５１には、半導体ウエハを載置するためのサセプタ５１ａと、処理チャンバ５１を加熱するためのヒータ５１ｂと、処理チャンバ５１内の温度を測定するための温度計５１ｃと、処理チャンバ５１内の圧力を測定するための圧力計５１ｄと、が設置される。
【００６８】
なお、ヒータ５１ｂによって加熱される処理チャンバ５１内の温度は、副生成物を、マイナスイオンによって還元し、ハロゲンガスによってガス化するのに適した温度に設定される。
【００６９】
例えば処理チャンバ５１内の温度が高すぎると、副生成物以外のもの（処理チャンバ５１自体やサセプタ５１ａなど）とマイナスイオンやハロゲンガスとの反応が起こりやすくなる場合がある。一方、処理チャンバ５１内の温度が低すぎると、副生成物とマイナスイオンおよびハロゲンガスとの反応が進行しにくくなる場合がある。
【００７０】
従って、副生成物を除去する際の処理チャンバ５１内の温度は、１００〜４００℃、好ましくは２００〜３００℃に設定される。これにより、実質的に副生成物のみを適切に除去することができる。
【００７１】
ガス排気装置５２は、ガス排気管５４を介して処理チャンバ５１に接続される。ガス排気装置５２は、排気ポンプ等を備え、処理チャンバ５１内のガスを排気し、処理チャンバ５１内の圧力を所定の圧力（例えば１３３〜６６７Pa（１〜５Torr））に設定する。
【００７２】
制御装置２４は、マイクロコンピュータ等から構成され、半導体処理ユニット２３の処理チャンバ５１内で発生した副生成物を除去するためのプログラムを記憶している。制御装置２４は、記憶しているプログラムに従って、イオン供給ユニット２１、ハロゲン供給装置２２、および、半導体処理ユニット２３の動作を制御し、処理チャンバ５１内の副生成物を除去する。
【００７３】
例えば、制御装置２４は、ヒータ４３を制御し、温度計４１の測定結果を用いて、処理室３１内の温度を所定温度に設定する。また、制御装置２４は、ガス排気装置３４を制御し、圧力計４２の測定結果を用いて、処理室３１内を所定の圧力に設定する。また、制御装置２４は、高圧電源３２を制御し、マイナスイオンソースＳに所定強さの電界を印加する。また、制御装置２４は、キャリアガス供給装置３５を制御してキャリアガスを供給し、マイナスイオンを半導体処理ユニット２３に供給する。また、制御装置２４は、ハロゲン供給装置２２を制御し、半導体処理ユニット２３にハロゲンガスを供給する。また、制御装置２４は、ヒータ５１ｂを制御し、温度計５１ｃの測定結果を用いて、処理チャンバ５１内を所定温度に加熱する。また、制御装置２４は、ガス排気装置５２を制御し、圧力計５１ｄの測定結果を用いて、処理チャンバ５１内を所定の圧力に設定する。
【００７４】
次に、ヒータ４３が加熱するマイナスイオンソースＳの温度、高圧電源３２が印加する電圧の大きさ、ガス排気装置３４が設定する処理室３１内の圧力の大きさ、および、ハロゲン供給装置２２が供給するハロゲンガスの量について説明する。
【００７５】
マイナスイオンソースＳ内のマイナスイオンは、マイナスイオンソースＳを加熱して電界を印加することにより取り出される。この際、マイナスイオンソースＳの温度が低すぎると、マイナスイオンソースＳ中のマイナスイオンが活性化しないため、マイナスイオンを取り出すのが困難になる。一方、マイナスイオンソースＳの温度が高すぎると、活性化されたマイナスイオンが異常発生し、マイナスイオンソースＳが変性するおそれがある。さらに、加熱温度が高すぎると、処理室３１内に設置されるヒータ４３や電極などに、高い耐熱性を有する特殊なセラミックや金属等を用いなければならなくなる。
【００７６】
このため、ヒータ４３が加熱するマイナスイオンソースＳの温度は、マイナスイオンソースＳからマイナスイオンを容易に取り出すことが可能であり、一般的な金属などの材質を使用可能な温度、２５０〜１０００℃、好ましくは４００〜８００℃、さらに好ましくは７００℃に設定される。
【００７７】
以上のような好適な温度に加熱されたマイナスイオンソースＳに電界を印加することにより、マイナスイオンソースＳに含有されているマイナスイオンを取り出すことができる。
【００７８】
高圧電源３２が印加する電圧の大きさは、クリーニング対象となる処理チャンバ５１の大きさ（またはクリーニング面積等）に応じて設定される。言い換えると、電圧の大きさは、マイナスイオンソースＳに印加される電界の強さが、副生成物の還元に必要な量のマイナスイオンを取り出すことができる強さとなるように設定される。
【００７９】
一般的に、処理チャンバ内の下面に半導体ウエハが配置される場合、副生成物は処理チャンバ内の上部及び側面に主に付着する。例えば、３００mmウエハ用の円柱状の処理チャンバにおいて、上部及び側面の１５７０cm2（φ４００mm、高さ２５mm）範囲に付着した厚さ１μmのTa2O5を仮定すると、全てのTa2O5を還元するためには、３．０×１０−２molの水素化物イオンが必要である。マイナスイオン電流を１０〜１００μAとし、キャリアガス中に水素ガスを１００sccm相当混合し、水素化物イオンの活性を保つ（再結合を低減する）ことで、処理時間約４分で対象となるTa2O5を還元できる。
【００８０】
また、還元されたTaを更に除去するために、フッ素F2などのハロゲンガスを用いて揮発性の化合物を形成し除去することも可能である。ハロゲンガスは、水素化物イオンに等しいないし２倍程度の供給が適している。例えば、上記例の大きさの処理チャンバの場合、１３３Pa、２００℃の条件でマイナスイオンを供給すると同時に、２００sccm相当のフッ素ガスを注入することで、反応物を揮発成分として除去できる。
【００８１】
また、上記例の処理チャンバ内の上部及び側面の１５７０cm2範囲に、厚さ１μmのAl2O3が付着したと仮定すると、全てのAl2O3を還元するためには５．６×１０−２molの水素化物イオンが必要である。マイナスイオン電流を１０〜１００μAとし、キャリアガス中に水素ガスを１００sccm相当混合し、水素化物イオンの活性を保つ（再結合を低減する）ことで、処理時間約６分で対象となるAl2O3を還元できる。
【００８２】
また、還元されたAlをさらに除去するために、ヘキサフルオロアセチルアセトンなどの有機酸を用いて揮発性の化合物を形成し除去することも可能である。例えば、上記例の大きさの処理チャンバの場合、１３３Pa、３００℃の条件で、ヘキサフルオロアセチルアセトン４００sccm、N2ガス２００sccmを供給することで、約１０分で反応物を揮発成分として除去できる。
【００８３】
マイナスイオンソースＳから得られる電流量は、マイナスイオンソースＳのサイズ（イオンが取り出される面の面積）が大きくなるほど大きく、また、印加する電界を強くするほど大きくなる。
【００８４】
例えば、マイナスイオンソースＳとして水素置換C12A7を用い、マイナスイオンソースＳを７００℃に加熱した場合、４００V/cmの電界を印加することにより約０．１μA/cm2の電流量を得ることができる。
【００８５】
従って、マイナスイオンソースＳに印加される電界の強さ（即ち、高圧電源３２が印加する電圧の大きさ）は、マイナスイオンソースＳのサイズに応じて、上記した電流量（１０〜１００μA）が得られるように設定される。
【００８６】
半導体処理ユニット２３の処理チャンバ５１にマイナスイオンを供給するため、マイナスイオンソースＳからマイナスイオンを取り出す際の処理室（マイナスイオン生成室）３１の雰囲気および圧力は、不活性ガスもしくは不活性ガスと原料ガスを含み、酸素を低減した雰囲気で処理チャンバ５１より高い圧力に設定される。
【００８７】
例えば、半導体処理ユニット２３の処理チャンバ５１内が１３３〜６６７Pa（１〜５Torr）に設定される場合、処理室３１内の圧力は原料（水素ガス）を１０％含有する不活性ガスを用いて、１０００〜１．０１×１０５Pa（７．５〜７６０Torr）に、好ましくは１０００〜１００００Pa（７．５〜７５Torr）に、設定することができる。
【００８８】
この圧力範囲のうち、大気圧では、処理室３１内で放電を生じない、使用可能な印加電界範囲は２００〜１５００V/cm、好ましい圧力範囲では２００〜６００V/cmとなる。このとき、生成できるイオン電流の範囲は０．０５〜０．１５μA/cm2となる。より好ましい印加電界は４００V/cmであり、このときのイオン電流は０．１μA/cm2となる。
【００８９】
例えば、上記した３００mmウエハ用の処理チャンバ内に付着したTa2O5を還元するのに必要なイオン電流１０〜１００μAを引き出すのに対応する面積としては、上記の好ましい電界範囲より、２００〜１０００cm2の電極に対向するマイナスイオンソースＳの面積があればよい。具体的には、例えば直径が１６〜３６cmの円板状とすれば、印加電界４００V/cmで、イオン電流２０〜１００μAを引き出すことができる。
【００９０】
ハロゲンガスの供給量は、多すぎると、副生成物以外のものがハロゲンガスと反応しやすくなり、一方、少なすぎると、副生成物を十分に除去することができなくなる。
【００９１】
従って、ハロゲンガスの供給量は、クリーニング対象となる処理チャンバ５１の大きさ（またはクリーニング面積等）に応じて設定される。言い換えると、ハロゲンガスの供給量は、副生成物を十分に除去可能な量に設定される。
【００９２】
例えば、半導体ウエハを処理する枚葉式の処理チャンバに対しては、ハロゲンガスの供給量は、マイナスイオンの量（または水素化物イオンと水素ガスとの合計量）と等量から２倍となるように設定される。
【００９３】
具体的には、例えば上記した３００mmウエハ用の処理チャンバに付着したTa2O5を除去する場合、マイナスイオン電流１００μA、キャリアガスに含まれる水素ガス流量１００sccmの時には、ハロゲンガスの流量は５０〜５００sccm、好ましくは１００〜２００sccmに設定される。
【００９４】
また、副生成物を揮発性の物質に変化させるための有機酸ガスの具体例としては、上記した３００mmウエハ用の処理チャンバに付着したAl2O3を除去する場合、マイナスイオン電流１００μA、キャリアガスに含まれる水素ガス１００sccmの時には、例えば、ヘキサフルオロアセチルアセトン４００sccm、窒素ガス２００sccmに設定することができる。
【００９５】
次に、上記した装置が行うクリーニング動作について説明する。
マイナスイオンソースＳは、処理室（マイナスイオン生成室）３１に予めセットされる。
【００９６】
制御装置２４は、オペレータのクリーニング開始指示に応答して、または、記憶しているプログラムに設定された枚数の半導体ウエハの処理が終了すると、以下に示すクリーニング処理を実行する。
【００９７】
初めに、制御装置２４は、ガス排気装置５２を制御して、処理チャンバ５１内に残っているガス等を排気する。
そして、制御装置２４は、原料ガス供給装置３３を制御して、水素ガス（または水素ガスと不活性ガスとの混合ガス）を処理室３１内に供給する。
【００９８】
続いて、制御装置２４は、ガス排気装置３４を制御し、圧力計４２の測定結果を用いて、処理室３１内を上記した圧力に設定する。
そして、制御装置２４は、ヒータ４３を制御し、温度計４１の測定結果を用いて、接触電極４４上にセットされたマイナスイオンソースＳを約７００℃に加熱する。
【００９９】
続いて、制御装置２４は、キャリアガス供給装置３５を制御し、処理室３１内に所定の流量（例えば１０％H2-Arを５００sccm）でキャリアガスを供給する。
その後、制御装置２４は、高圧電源３２を制御して、接触電極４４と引出電極４６との間に電圧を印加することにより、上記した強さの電界をマイナスイオンソースＳに印加する。
【０１００】
これにより、マイナスイオンソースＳ内のマイナスイオンが印加された電界によって取り出される。取り出されたマイナスイオンは、引出電極４６を通過し、処理室３１内の上部を流通するキャリアガスによって、半導体処理ユニット２３に搬送される。
【０１０１】
また、制御装置２４は、マイナスイオンを半導体処理ユニット２３に供給するのに続いて、ハロゲン供給装置２２を制御して、ハロゲンガス（例えばF2）を所定の流量で半導体処理ユニット２３の処理チャンバ５１内に供給する。
【０１０２】
また、制御装置２４は、マイナスイオンおよびハロゲンガスの供給を行うと共に、ガス排気装置５２を制御し、圧力計５１ｄの測定結果を用いて、処理チャンバ５１内を所定の圧力（例えば１３３Pa（１Torr））に設定する。
【０１０３】
そして、制御装置２４は、ヒータ５１ｂを制御し、温度計５１ｃの測定結果を用いて、処理チャンバ５１内を所定の温度（例えば２００℃）に設定する。
これにより  処理チャンバ５１の内壁等に付着している副生成物は、供給されるマイナスイオンによって還元され、供給されるハロゲンガスによってガス化される。具体的には、処理チャンバ５１の内壁等において、例えば化学式１、２に示す反応が生じ、副生成物がガス化される。
（化学式１）
Ｔａ２Ｏ５＋１０Ｈ−→２Ｔａ＋５Ｈ２Ｏ↑
（化学式２）
２Ｔａ＋５Ｆ２→２ＴａＦ５↑
【０１０４】
以上のようにして、処理チャンバ５１の内壁等に付着している副生成物が、供給されたマイナスイオンによって還元され、供給されたハロゲンガスによってガス化されて、ガス排気装置５２によって処理チャンバ５１外へ排出される。
【０１０５】
制御装置２４は、以上の状態を所定時間維持した後、マイナスイオンおよびハロゲンガスの供給を停止し、処理チャンバ５１のクリーニング処理を終了する。
【０１０６】
以上のように、マイナスイオンは、マイナスイオンソースＳを加熱して電界を印加するという簡単な方法で得ることができる。言い換えると、イオン供給ユニット２１を簡単な構成とすることができる。これにより、高価なプラズマ源を用いる場合に比べて、低いコストでクリーニング処理を行うことができる。
【０１０７】
また、水素のマイナスイオンやハロゲンガスは、ＣｌＦ３に比べて反応性が低いので、より安全により容易にクリーニング処理を行うことができる。
【０１０８】
なお、上記実施の形態では、マイナスイオンおよびハロゲンガスが１つの処理チャンバ５１に供給される例を示した。しかし、イオン供給ユニット２１およびハロゲン供給装置２２は、複数の処理チャンバ５１に接続され、複数の処理チャンバ５１にマイナスイオンおよびハロゲンガスを供給してもよい。
【０１０９】
また、図３では、半導体処理ユニット２３の処理チャンバ５１におけるマイナスイオンの吹出口としてシャワーヘッド型のものを示したが、処理チャンバ５１の容積や装置の設定等に応じて、ノズル型など他のものを用いてもよい。
【０１１０】
また、イオン供給ユニット２１の構成は、図３に示した構成に限らず、例えば図５（ａ）〜５（ｃ）に示すような構成であってもよい。
具体的には、マイナスイオンソースＳが図２（ａ）に示したような円盤状である場合、クランプ６１によってマイナスイオンソースＳを固定してもよい。この場合は、例えば図５（ａ）に示すように、マイナスイオンソースＳを垂直に設置することも可能である。
【０１１１】
また、図５（ａ）に示すように、ヒータ４３の代わりに、被覆ヒータ６２ａを内包する、TaまたはMoから形成される孔開き金属ホットプレート６２ｂが用いられてもよく、温度差を吸収する、中空の金属管６３上にホットプレート６２ｂが設置されてもよい。
【０１１２】
また、図５（ｂ）に示すように、ヒータ４３の代わりに、複数のランプ６４を設置し、ランプ６４の輻射熱によってマイナスイオンソースＳを加熱するようにしてもよい。この場合、接触電極４４とランプ６４との間には、光を透過する石英窓６５が設置される。また、輻射熱をマイナスイオンソースＳに集中させるために、ランプ６４の光を反射する反射板６６等が設置されてもよい。
【０１１３】
また、図５（ｃ）に示すように、マイクロ波を発生させるマイクロ波電源６７と、マイクロ波を伝搬させる導波管６８ａおよび円錐石英ガラス（導波管）６８ｂと、を設置し、マイクロ波によってマイナスイオンソースＳを加熱するようにしてもよい。この場合、円錐石英ガラス６８ｂと接触電極４４との間には、マイナスイオンソースＳの全面を均一に加熱するために、高いマイクロ波吸収率と高い熱伝導性を有するSiCやムライト（3Al2O3・2SiO2）等から形成される均熱板６９を設置しても良い。
【０１１４】
以上のようにイオン供給ユニット２１を構成しても、上記した実施の形態と同様に、マイナスイオンをマイナスイオンソースＳから取り出し、処理チャンバ５１の内壁等に付着した副生成物の還元を行うことができる。
【０１１５】
また、上記したイオン供給ユニット２１は、例えば図５（ａ）に示すように構成され、図６に示すように、処理チャンバ５１に直接接続されても良い。この場合、イオン供給ユニット２１のイオン生成室３１と処理チャンバ５１との間に、引出電極４６が設置される。この場合の引出電極４６は、イオン生成室３１と処理チャンバ５１との間の圧力差を調整するコンダクタンス板としても機能する。このようにすれば、キャリアガスによる搬送距離が短く、水素化物イオンの失活を最小限に抑えることができる。
【０１１６】
また、上記したイオン供給ユニット２１およびハロゲン供給装置２２を、バッチ式の処理チャンバに接続して、上記と同様のクリーニング処理を実行してもよい。
【０１１７】
また、上記実施の形態では、水素化物イオンを含有するマイナスイオンソースＳの例として水素置換C12A7を示したが、水素化物イオンを放出するマイナスイオンソースＳとしてこれ以外のものが用いられてもよい。
【０１１８】
水素化物イオンを放出するマイナスイオンソースＳとして使用可能なものには、例えば、水素置換マイエナイトや、上記した接触電極４４に使用可能な（１）プロトン伝導性を有するペロブスカイト型（ABO3）複酸化物にドープしたもの、および、（２）水素化物イオンを含有する物質などがある。
【０１１９】
また、以上では、ハロゲンガスを用いて処理チャンバ５１内の副生成物を除去する場合を示したが、ハロゲンガスの代わりに有機酸が用いられてもよい。この場合、ハロゲン供給装置２２の代わりに有機酸供給装置が設けられ、上記したハロゲンガスの代わりに、例えば霧状の有機酸が処理チャンバ５１内に供給される。このようにしても、上記と同様に、クリーニング処理を行うことができる。
【０１２０】
また、数Torrオーダ〜大気圧の圧力では難しいが、もし可能であれば、マイナスイオンをキャリアガスにより処理チャンバ５１内に供給せず、偏向コイル等から構成される偏向装置を処理チャンバ５１に接続して、取り出されたマイナスイオンのビームを、処理チャンバ５１の側壁等に直接照射するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の実施の形態にかかるイオンソース生成装置の構成図である。
【図２】図１のイオンソース生成装置で用いられる被処理体を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかるクリーニング処理を実行するための装置の構成図である。
【図４】図３に示す装置を構成するマイナス電極の構成図である。
【図５】図３のクリーニング装置を構成するイオン供給装置の他の構成を示す図である。
【図６】クリーニング装置の他の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１１    処理容器
１１ａ  載置台
１１ｂ  蓋
１１ｃ  ガス供給管
１１ｄ  ガス排気管
１２    原料ガス供給装置
１３    ガス排気装置
１４    断熱容器
１５    ヒータ
１６    ヒータ制御装置
１７    制御装置
２１    イオン供給ユニット
２２    ハロゲン供給装置
２３    半導体処理ユニット
２４    制御装置
３１    処理室
３１ａ  原料ガス供給管
３１ｂ  キャリアガス供給管
３１ｃ  ガス排気管
３１ｄ  イオン供給管
３２    高圧電源
３３    原料ガス供給装置
３４    ガス排気装置
３５    キャリアガス供給装置
４１    温度計
４２    圧力計
４３    ヒータ
４３ａ  ガス流路
４３ｂ  突起部材
４４    接触電極
４４ａ  開口
４５    電極支持部材
４６    引出電極
５１    処理チャンバ
５１ａ  サセプタ
５１ｂ  ヒータ
５１ｃ  温度計
５１ｄ  圧力計
５２    ガス排気装置
５４    ガス排気管
【図１】
2005302801.tif 000003
【図２】
2005302801.tif 000004
【図３】
2005302801.tif 000005
【図４】
2005302801.tif 000006
【図５】
2005302801.tif 000007
【図６】
2005302801.tif 000008