(57)【要約】【課題】処理容器に付着した反応生成物を確実に除去する。【解決手段】クリーニング方法は、基板の第１面内位置に対応する第１領域と第１面内位置とは基板の面内位置が異なる第２面内位置に対応する第２領域とに区画された複数のガス流路を介してガスを供給し、フッ素含有ガスと酸素含有ガスとを含むガスのプラズマにより処理容器内をクリーニングする第１工程と、処理容器内の圧力を第１クリーニング工程における圧力よりも低くし、第１領域に供給する酸素含有ガスの流量が第２領域の流量より小さいガスのプラズマにより第１領域のガス流路をクリーニングする第２工程と、第１領域に供給する酸素含有ガスの流量が第２領域の流量より大きいガスのプラズマにより第２領域のガス流路をクリーニングする第３工程と、ＮＦ３ガスを含むガスのプラズマにより処理容器内をクリーニングする第４工程とを有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器に設けられ、基板の第１の面内位置に対応する第１の領域と、前記第１の面内位置とは前記基板の面内位置が異なる第２の面内位置に対応する第２の領域と、に区画された複数のガス流路を介してガスを供給するプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
前記処理容器内にフッ素含有ガスと酸素含有ガスとを含む第１のガスを供給し、該第１のガスのプラズマにより前記処理容器内をクリーニングする第１のクリーニング工程と、
前記第１のクリーニング工程後、前記処理容器内の圧力を前記第１のクリーニング工程における該処理容器内の圧力よりも低く制御し、前記第１の領域に供給する酸素含有ガスの流量を、前記第２の領域に供給する酸素含有ガスの流量よりも小さくした第２のガスのプラズマにより前記第１の領域に対応するガス流路をクリーニングする第２のクリーニング工程と、
前記第２のクリーニング工程後、前記第１の領域に供給する酸素含有ガスの流量を、前記第２の領域に供給する酸素含有ガスの流量よりも大きくした第３のガスのプラズマにより前記第２の領域に対応するガス流路をクリーニングする第３のクリーニング工程と、
前記第３のクリーニング工程後、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスを含む第４のガスを供給し、該第４のガスのプラズマにより前記処理容器内をクリーニングする第４のクリーニング工程と、
を有する、クリーニング方法。
【請求項２】
前記第４のクリーニング工程後、酸素含有ガスを含む第５のガスを供給し、該第５のガスのプラズマにより前記処理容器からフッ素系物質を除去する第５のクリーニング工程を有する、
請求項１に記載のクリーニング方法。
【請求項３】
前記第５のクリーニング工程は、
前記処理容器内の圧力を、前記第４のクリーニング工程における該処理容器内の圧力よりも高く制御する、
請求項２に記載のクリーニング方法。
【請求項４】
前記第１のガスは、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス及び酸素（Ｏ２）ガスを含むガスである、
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の面内位置は、前記基板を中心側からセンター部及びエッジ部に区画した場合に、前記センター部及び前記エッジ部のいずれか一方であり、
前記第２の面内位置は、前記センター部及び前記エッジ部の他方である、
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１の面内位置は、前記基板を中心側からセンター部、ミドル部、エッジ部及びベリーエッジ部に区画した場合に、前記センター部、前記ミドル部、前記エッジ部及び前記ベリーエッジ部の少なくとも１又は２の領域を含み、
前記第２の面内位置は、前記センター部、前記ミドル部、前記エッジ部及び前記ベリーエッジ部の残りの領域である、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを使用して半導体デバイス用の基板に対して、プラズマエッチング等のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が広く知られている。プラズマ処理装置は、例えば、内部にプラズマが発生する処理容器、対向して設けられた上部電極及び下部電極、及び上部電極及び下部電極に挟まれた空間にガス供給孔を介してガスを供給するガス供給部等を有する。そして、上部電極及び下部電極の少なくともいずれか一方に高周波電力を印加して、その電界エネルギーによりガスを励起させてプラズマを生成し、生成された放電プラズマによって基板にプラズマ処理を施す。
【０００３】
堆積性のガスを用いてプラズマエッチングを行う場合、プロセス中に生じた反応生成物が、処理容器やガス供給孔の内壁に付着する。付着した反応生成物は、パーティクルとなって半導体デバイスに欠陥を生じさせたり、プラズマ処理装置の故障を引き起こしたりする。そのため、処理容器等に付着した反応生成物を除去するためのクリーニングが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１８８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法では、クリーニング前後のプラズマエッチングにおいて、エッチングレートがシフトする場合がある。このようにクリーニング前後にてプラズマエッチングの特性に変化が生じると、半導体デバイスを安定的に製造することが妨げられ、生産性が低下する場合がある。
【０００６】
上記課題に対して、一側面では、本発明は、クリーニング前後のプラズマエッチングにおいてエッチングレートのシフトを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、一の態様によれば、処理容器に設けられ、基板の第１の面内位置に対応する第１の領域と、前記第１の面内位置とは前記基板の面内位置が異なる第２の面内位置に対応する第２の領域と、に区画された複数のガス流路を介してガスを供給するプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、前記処理容器内にフッ素含有ガスと酸素含有ガスとを含む第１のガスを供給し、該第１のガスのプラズマにより前記処理容器内をクリーニングする第１のクリーニング工程と、前記第１のクリーニング工程後、前記処理容器内の圧力を前記第１のクリーニング工程における該処理容器内の圧力よりも低く制御し、前記第１の領域に供給する酸素含有ガスの流量を、前記第２の領域に供給する酸素含有ガスの流量よりも小さくした第２のガスのプラズマにより前記第１の領域に対応するガス流路をクリーニングする第２のクリーニング工程と、前記第２のクリーニング工程後、前記第１の領域に供給する酸素含有ガスの流量を、前記第２の領域に供給する酸素含有ガスの流量よりも大きくした第３のガスのプラズマにより前記第２の領域に対応するガス流路をクリーニングする第３のクリーニング工程と、前記第３のクリーニング工程後、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスを含む第４のガスを供給し、該第４のガスのプラズマにより前記処理容器内をクリーニングする第４のクリーニング工程と、を有する、クリーニング方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
一の側面によれば、クリーニング前後のプラズマエッチングにおいてエッチングレートのシフトを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面の一例を示す図。
【図２】一実施形態に係るガス孔の構成とクリーニングの効果の一例を説明するための図。
【図３】一実施形態に係るエッチング工程とＤＣ工程とを示す図。
【図４】一実施形態に係るクリーニングの一例を示すフローチャート。
【図５】一実施形態に係るＤＣの第１工程の終点検出とＮＦ３添加の効果を説明するための図。
【図６】一実施形態に係るクリーニング前後のエッチングレートのシフトの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１１】
［プラズマ処理装置の構成］
まず、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１の構成について、図１のプラズマ処理装置の縦断面の一例を参照しながら説明する。本実施形態では、プラズマ処理装置１の一例として容量結合型プラズマエッチング装置を挙げる。
【００１２】
本実施形態にかかるクリーニング方法を実行するプラズマ処理装置１は、特に限定されないが、半導体ウェハＷ（以下、「ウェハＷ」とも呼ぶ。）にＲＩＥ（Reactive Ion Etching）処理やアッシング処理等のプラズマ処理を施すことができる、平行平板型（容量結合型とも言う）のプラズマ処理装置が挙げられる。
【００１３】
プラズマ処理装置１は、例えばアルミニウム等の導電性材料からなる処理容器（チャンバ）１０と、処理容器１０内にガスを供給するガス供給源１５とを有する。供給されるガスは、エッチングガスやクリーニングガスとして適したガスが適宜選択される。
【００１４】
処理容器１０は電気的に接地されており、処理容器１０内には下部電極２０と、これに対向して平行に配置された上部電極２５とが設けられている。下部電極２０は、ウェハＷを載置する載置台としても機能する。下部電極２０及び上部電極２５の少なくとも一方、図１では下部電極２０には、電力供給装置３０が接続されている。電力供給装置３０は、第１周波数の第１高周波電力（プラズマ生起用高周波電力）を供給する第１高周波電源３２と、第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力（バイアス電圧発生用高周波電力）を供給する第２高周波電源３４とを備える。第１高周波電源３２は、第１整合器３３を介して下部電極２０に接続される。第２高周波電源３４は、第２整合器３５を介して下部電極２０に接続される。第１整合器３３及び第２整合器３５は、各々、第１高周波電源３２及び第２高周波電源３４の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのものである。処理容器１０内にプラズマが生成されているときには、第１高周波電源３２及び第２高周波電源３４の各々について、内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
【００１５】
上部電極２５は、その周縁部を被覆するシールドリング４０を介して処理容器１０の天井部に取り付けられている。上部電極２５には、ガス供給源１５から導入されたガスを拡散する拡散室５０が設けられている。拡散室５０内には、図１に一例を示すように、Ｏリングから成る１つ以上の環状隔壁部材２６が設けられている。１つ以上の環状隔壁部材２６は、各々、上部電極２５の径方向、即ち、処理されるウェハＷの面内位置において、異なる位置に配置される。図１の例では、環状隔壁部材２６は、上部電極２５の径方向に対して中心側から、第１の環状隔壁部材２６ａ、第２の環状隔壁部材２６ｂ、第３の環状隔壁部材２６ｃが配置されている。これにより、拡散室５０は、中心側から第１の拡散室５０ａ、第２の拡散室５０ｂ、第３の拡散室５０ｃ及び第４の拡散室５０ｄに分割される。この場合、例えば、処理されるウェハＷのセンター部に対応して第１の拡散室５０ａが、ミドル部に対応して第２の拡散室５０ｂが、エッジ部に対応して第３の拡散室５０ｃが、ベリーエッジ部に対応して第４の拡散室５０ｄが形成される。
【００１６】
環状隔壁部材２６の数は、１つ以上であれば特に制限されず、例えばＮ個の環状隔壁部材２６を配置することにより、Ｎ＋１個に分割された拡散室５０を設置することができる。拡散室５０ａ〜５０ｄには、各々、ガス導入口４５ａ〜４５ｄが形成され、このガス導入口４５ａ〜４５ｄを介して、ガス供給源１５から各種ガスを拡散室５０ａ〜５０ｄへと導入することができる。
【００１７】
上部電極２５には、この拡散室５０からのガスを処理容器１０内に供給するための、多数のガス流路５５ａが形成されている。図２にガス流路５５ａの近傍を拡大して示すように、上部電極２５の、下部電極２０側の表面には、上部電極２５をプラズマや傷から保護すると共に、メタルコンタミネーションを抑制するための、石英等の絶縁性セラミックスから構成されるカバー部材２７が配置される。カバー部材２７にも、上部電極２５のガス流路５５ａに対応してガス流路５５ｂが形成されている。上部電極２５のガス流路５５ａは、カバー部材２７に近い側の孔径がカバー部材２７に遠い側の孔径よりも小さくなる構成を有している。これにより、外部からの漏出ガスの混入を低減することができる。
【００１８】
ガス供給源１５からのガスは、先ず、図１に示すガス導入口４５ａ〜４５ｄを介して拡散室５０ａ〜５０ｄに分配供給される。そして、拡散室５０に供給されたガスは、図２に示すガス流路５５ａ、５５ｂを経て、カバー部材２７に形成されたガス供給孔２８を介して、処理容器１０内に供給される。以上から、かかる構成の上部電極２５は、ガスを供給するガスシャワーヘッドとしても機能する。
【００１９】
図１に戻り、処理容器１０の底面には排気口６０が形成されており、排気口６０に接続された排気装置６５によって処理容器１０内が排気される。これによって、処理容器１０内を所定の真空度に維持することができる。
【００２０】
処理容器１０の側壁には、ゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧは、処理容器１０からウェハＷの搬入及び搬出を行う際に搬出入口を開閉する。また、処理容器１０の周囲には、環状又は同心状に延在する図示しない磁石が、例えば上下２段に配置されていてもよい。磁石を配置する場合、下部電極２０と上部電極２５との間の空間には、高周波電力により鉛直方向にＲＦ電界が形成されるとともに、水平方向に磁界が形成される。これらの直交電磁界を用いるマグネトロン放電により、下部電極２０の表面近傍には高密度のプラズマを形成することができる。
【００２１】
プラズマ処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御部１００が設けられている。制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０５と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１０及びＲＡＭ（Random Access Memory）１１５の記録領域とを有している。
【００２２】
ＣＰＵ１０５は、これらの記憶領域に格納された各種レシピに従って、各種プラズマ処理（クリーニング、エッチング処理、アッシング処理等）を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種プロセスガス流量、チャンバ内温度（例えば、上部電極温度、チャンバの側壁温度、ＥＳＣ温度）等が記載されている。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよい。また、レシピは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で、記憶領域の所定位置にセットするようにしてもよい。
【００２３】
プラズマ処理１には、石英窓１０９を通して処理容器１０内のプラズマ中の各波長の光の強度を測定可能な発光センサ１０８が取り付けられている。発光センサ１０８に検出されたプラズマ中の各波長の光の強度に関する検出値は、制御部１００に送られる。制御部１００は、発光センサ１０８が検出した検出値に基づき、各波長の発光スペクトルを測定し、後述されるクリーニング工程の終点検出を行う。
【００２４】
［エッチング処理及びクリーニング］
次に、プラズマ処理装置１を使用した、本実施形態にかかるエッチング処理及びドライクリーニング（以下、「クリーニング」ともいう。）の概要について、図３を参照しながら説明する。まず、ウェハＷが処理容器１０内に搬入され、下部電極２０（載置台）上に載置される（ステップＳ１）。次に、所定のエッチングガスが供給され、印加された高周波電力によりプラズマが生成され、エッチングガスのプラズマによりウェハＷがエッチングされる（ステップＳ２）。次に、ウェハＷが処理容器１０外に搬出される（ステップＳ３）、次に、所定のクリーニングガスが供給され、印加された高周波電力によりプラズマが生成され、クリーニングガスのプラズマにより処理容器１０の内壁等がクリーニングされる（ステップＳ４）。クリーニング後、ステップＳ１に戻り次のウェハＷが処理容器１０内に搬入され、次のウェハＷのエッチングが行われる。クリーニングが行われるタイミングは、１枚のウェハＷのエッチングが行われた後に限らず、複数枚のウェハＷのエッチングが行われた後でもよいし、１ロットに含まれるウェハＷのエッチングが行われた後でもよい。
【００２５】
なお、ステップＳ４のクリーニングは、クリーニング用ウェハを載置させた状態で行ってもよいし、クリーニング用ウェハを載置させない状態（ウェハレスドライクリーニング:ＷＬＤＣ）で行ってもよい。
【００２６】
［第１〜第５のクリーニング工程］
次に、図３のステップＳ４に示すクリーニングの詳細について、図４のフローチャートを参酌しながら説明する。図４のクリーニングでは、第１〜第５のクリーニング工程が、第１工程から第５工程まで順に実行される。
【００２７】
本実施形態にかかるクリーニング前に実行されるエッチング工程では、エッチングガスとして例えば、ハイドロフルオロカーボンガスやフルオロカーボンガスが用いられる。エッチングガスから生成されたプラズマによりウエハＷをエッチングする際、エッチングガスから生じた主にポリマーの反応生成物が、上部電極２５の表面、処理容器１０の側壁、ガス供給孔２８の内部表面等に付着する。このために、以下に述べる第１〜第５のクリーニング工程が行われる。
【００２８】
＜第１のクリーニング工程：処理容器のクリーニング＞
本実施形態にかかるクリーニングが開始されると、まず、ステップＳ１０において第１のクリーニング工程が実行される。第１のクリーニング工程では、処理容器１０内の全体がクリーニングされる。
【００２９】
第１のクリーニング工程では、処理容器１０内にフッ素含有ガスと酸素含有ガスとを含む第１のガスが導入される。第１のガスは、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス及び酸素（Ｏ２）ガスを含むガスであってもよい。第１のガスは、下部電極２０に印加されたプラズマ生成用の高周波電力により電離及び解離してプラズマを生成させる。第１のガスから生成されたプラズマ中には酸素ラジカル及びフッ素ラジカルが含まれる。酸素ラジカル及びフッ素ラジカルは、処理容器１０の内壁及び上部電極２５の表面等に付着した反応生成物と反応し、この反応生成物を分解して除去する。分解された反応生成物は、排気装置６５によって排気口６０から排出される。
【００３０】
本実施形態にかかる第１のクリーニング工程の終点検出結果の一例を比較例とともに図５に示す。第１のクリーニング工程中、フッ素ガス及び酸素ガスを含む第１のガスのプラズマと反応生成物とが反応することにより発生する所定波長の発光強度が検出される。
【００３１】
終点検出（ＥＰＤ：Endpoint detection）は、プラズマ処理装置１に取り付けられた発光センサ１０８を用いてプラズマ中の各波長の光の強度を測定することにより行われる。制御部１００は、測定した処理容器１０内のプラズマ中の発光スペクトルから、エッチングにより生じた処理容器内のポリマーの反応生成物とプラズマに含まれるフッ素及び酸素成分とが反応することで発生する一酸化炭素ラジカル（４８３ｎｍ）の発光強度を検出する。制御部１００は、この所定波長の発光強度の時間に対する傾きが０となったとき、終点検出ＥＰＤ（End Point Detection）と判定する。
【００３２】
図５のウェハＮｏ．３，５に対する終点検出の時間Ｃ，Ｅは、本実施形態にかかる第１のクリーニング工程による終点検出の結果の一例である。すなわち、下記のプロセス条件の一例を示すように酸素含有ガスと三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスとを含むガスのプラズマによりクリーニングが行われたときの終点検出結果の一例である。
・「Ｃ」及び「Ｅ」の終点検出の際のプロセス条件（第１のクリーニング工程）
圧力                                ：８００ｍＴ（１０６．７Ｐａ）
ガス種                              ：Ｏ２／Ｈｅ／ＮＦ３
ＨＦ（プラズマ生成用の高周波電力）  ：３０００Ｗ
観測している所定波長の発光強度の時間に対する傾きがほぼ０になったとき、処理容器１０内の反応生成物であるポリマーはほとんどないと判定できる。このように本実施形態の制御部１００は、観測している所定波長の発光強度の時間に対する傾きがほぼ０になったときを終点検出と判定することで、第１のクリーニング工程のクリーニング時間を実際にポリマーをほぼ除去した時間に最適化することができる。これにより、ポリマーをほぼ除去した後に第２のクリーニング工程に移行することができる。
【００３３】
なお、第１のクリーニング工程において、ＨＦ（プラズマ生成用の高周波電力）は、３０００Ｗ以上であればよい。
【００３４】
これに対して、ウェハＮｏ．１，２，４に対する終点検出の時間Ａ、Ｂ，Ｄは比較例のクリーニング工程による終点検出の結果の一例であり、下記に示すように、酸素含有ガスを含み、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスを含まないガスのプラズマによりクリーニングが行われる。
・「Ａ」の終点検出の際のプロセス条件
圧力                                ：８００ｍＴ（１０６．７Ｐａ）
ガス種                              ：Ｏ２／Ｈｅ
ＨＦ（プラズマ生成用の高周波電力）  ：３０００Ｗ
・「Ｂ」及び「Ｄ」の終点検出の際のプロセス条件
圧力                                ：８００ｍＴ（１０６．７Ｐａ）
ガス種                              ：Ｏ２／Ｈｅ／Ｎ２
ＨＦ                                ：３０００Ｗ
図５の結果によれば、比較例の三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスを添加しなかった場合と比べて、本実施形態にかかる第１のクリーニング工程では、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスを酸素含有ガスに添加することでクリーニング時間が短縮されることがわかった。
【００３５】
通常、処理容器１０内の全体をクリーニングする工程では、クリーニング時間が長くなり生産性を低下させる。しかしながら、本実施形態にかかる第１のクリーニング工程では、酸素含有ガスにフッ素含有ガスを添加することでクリーニング時間を短縮させることができ、生産性を向上させることができる。
【００３６】
なお、第１のクリーニング工程において供給される第１のガスは、三フッ化窒素ガス等のフッ素含有ガスと酸素ガス等の酸素含有ガスとを含むガスである。
【００３７】
＜第２及び第３のクリーニング工程：ガス供給孔のクリーニング＞
（第２のクリーニング工程）
ステップＳ１０の第１のクリーニング工程では、処理容器内１０の全体をクリーニングできるが、ガス供給孔２８の内部表面等に付着した反応生成物を除去することは難しい。例えば、プラズマ処理装置１のガス供給孔２８近傍の概略を示す図２において、下方向の矢印は、クリーニングガスの移動方向を概略的に示す。上方向の矢印は、クリーニングガスから生成されたプラズマ中のラジカルの移動方向を概略的に示す。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、従来のクリーニング方法では、クリーニングガスである酸素ガスを、拡散室５０からガス流路５５ａ、５５ｂを介して処理容器１０へと高い流量で供給する。そのため、処理容器１０内で生成したプラズマ中の酸素ラジカルは、処理容器１０からガス流路５５ｂ、５５ａへと入り込むことが困難である。そのため、ガス流路５５の壁面に付着した反応生成物Ｒは、第１のクリーニング工程では除去しきれずに残存する。
【００３９】
そこで、本実施形態では、環状隔壁部材２６により少なくとも２つ以上の領域に区画された拡散室５０に関して、供給されるクリーニングガスの流量が大きい領域と、供給されるクリーニングガスの流量が小さい領域とが生じるようにクリーニングガスを供給する。つまり、環状隔壁部材２６によって少なくとも２つ以上のゾーンに区画された拡散室５０に関して、ウエハＷの第１の面内位置に対応する第１の領域に、第１の流量でクリーニングガスを供給すると共に、第１の面内位置とはウエハＷの面内位置が異なる第２の面内位置に対応する第２の領域に、第１の流量よりも流量が大きい第２の流量でクリーニングガスを供給する。別の言い方をすると、第１の流量を、第２の流量よりも小さくして、第２のクリーニング工程を実行する。
【００４０】
第２の流量でクリーニングガスを導入した第２の領域に対応するガス供給孔２８では、図２（ａ）を用いて説明したように、処理容器１０内で生成したラジカルは処理容器１０からガス流路５５ａ、５５ｂへと入り込むことが困難である。しかし、第２の流量よりも流量が小さい第１の流量でクリーニングガスを導入した第１の領域に対応するガス供給孔２８では、図２（ｂ）に示すようプラズマ中のラジカルが、処理容器１０からガス流路５５ａ、５５ｂへと入り込むことが容易となる。入り込んだラジカルは、ガス流路５５の内部表面上に付着した反応生成物Ｒを分解して除去する。これにより、第１の領域に対応するガス流路５５は、この入り込んだラジカルによってクリーニングされる。
【００４１】
図４に戻り、第１のクリーニング工程後、以上に説明した第２のクリーニング工程が実行される（ステップＳ１１）。下記に第２のクリーニング工程におけるプロセス条件の一例を示す。
・プロセス条件（第２のクリーニング工程）
圧力                                ：２００ｍＴ（２６．７Ｐａ）
ガス種                              ：Ｏ２
ＨＦ                                ：３０００Ｗ
ガス流量比  センター部：ミドル部:エッジ部：ベリーエッジ部＝４８：２：４８：２
これによれば、第２のクリーニング工程における処理容器１０内の圧力は、第１のクリーニング工程における処理容器１０内の圧力よりも低く制御される。第２のクリーニング工程では、処理容器１０内の圧力を低くし、かつ第１の流量（ここではミドル部とベリーエッジ部のガス流路５５に供給されるガス流量）を第２の流量（ここではセンター部とエッジ部のガス流路５５に供給されるガス流量）よりも下げる。
【００４２】
第２のクリーニング工程では、第１の流量でクリーニングガスを導入する第１の領域を、ミドル部に対応した第２の拡散室５０ｂ及びベリーエッジ部に対応した第４の拡散室５０ｄに連通するガス流路５５とする。また、第２の流量でクリーニングガスを導入する第２の領域を、センター部に対応した第１の拡散室５０ａ及びエッジ部に対応した第３の拡散室５０ｃに連通するガス流路５５とする。
【００４３】
そして、第１の領域に供給する酸素含有ガスの流量（第１の流量）を、第２の領域に供給する酸素含有ガスの流量（第２の流量）よりも小さくした第２のガスのプラズマにより第１の領域に対応するガス流路がクリーニングされる。このとき、第１の領域に対応するガス流路５５に酸素ラジカルが入り込むことが可能になる。このため、第１の領域に対応するミドル部及びベリーエッジ部のガス流路５５内をクリーニングすることができる。なお、ステップＳ１１において、ミドル部及びベリーエッジ部に供給される第１の流量とセンター部及びエッジ部に供給される第２の流量との流量比は、例えば０：１００〜４０：６０の範囲内とすることが好ましい。
【００４４】
（第３のクリーニング工程）
図４に戻り、第２のクリーニング工程後、第３のクリーニング工程が実行される（ステップＳ１２）。第３のクリーニング工程におけるプロセス条件は、ガス流量比のみ第２のクリーニング工程と異なる。
・プロセス条件（第３のクリーニング工程）
圧力                                ：２００ｍＴ（２６．７Ｐａ）
ガス種                              ：Ｏ２
ＨＦ                                ：３０００Ｗ
ガス流量比  センター部：ミドル部:エッジ部：ベリーエッジ部＝２：４８：２：４８
第３のクリーニング工程では、処理容器１０内の圧力は第２のクリーニング工程における処理容器１０内の圧力に維持される。つまり、第３のクリーニング工程においても、処理容器１０内の圧力は第１のクリーニング工程における処理容器１０内の圧力よりも低く制御される。
【００４５】
第３のクリーニング工程では、第１の領域に供給する酸素含有ガスの流量（第１の流量）を、第２の領域に供給する酸素含有ガスの流量（第２の流量）よりも大きくした第３のガスのプラズマにより第２の領域に対応するガス流路がクリーニングされる。つまり、第２の領域に対応するガス流路５５に酸素ラジカルが入り込むことにより、第２の領域に対応するセンター部及びエッジ部のガス流路５５がクリーニングされる。なお、ステップＳ１２において、ミドル部及びベリーエッジ部に供給される第１の流量とセンター部及びエッジ部に供給される第２の流量との流量比は、例えば１００：０〜６０：４０の範囲内とすることが好ましい。
【００４６】
なお、本実施形態では、第１の領域を、ミドル部に対応した第２の拡散室５０ｂ及びベリーエッジ部に対応した第４の拡散室５０ｄに連通するガス流路５５とし、第１の領域に同じ流量の酸素ガスを供給した。しかしながら、これに限られず、ミドル部に対応した第２の拡散室５０ｂに連通するガス流路５５と、ベリーエッジ部に対応した第４の拡散室５０ｄに連通するガス流路５５とに異なる流量の酸素ガスを供給してもよい。同様に、第２の領域を構成するセンター部に対応した第１の拡散室５０ａに連通するガス流路５５と、エッジ部に対応した第３の拡散室５０ｃに連通するガス流路５５とに異なる流量の酸素ガスを供給してもよい。図１のプラズマ処理装置１を用いたエッチング処理のプロセス条件等によって、ガス流路５５に付着する反応生成物Ｒは異なる。そのため、反応生成物Ｒの種類や付着量に応じて、前述の流量比やクリーニング時間を調整することにより、ガス流路５５内の反応生成物Ｒを十分に除去することが重要である。
【００４７】
本実施形態においては、拡散室５０を環状隔壁部材２６によって少なくとも２つ以上のゾーンに区画する。例えば、１つの環状隔壁部材２６を使用することにより、拡散室５０を、例えばウエハＷのセンター部とエッジ部に対応する、２つのゾーンに区画することができる。この場合にも第１の領域と第２の領域とに供給する酸素ガスの流量比を異ならせ、最適な流量比で酸素ガスを供給する。これにより、少ない流量の酸素ガスが供給される領域に対応するガス流路５５に酸素ラジカルが入り込むことによって、その領域に対応するガス流路５５がクリーニングされる。
【００４８】
以上から、第２及び第３のクリーニング工程によれば、２つ以上のゾーンに区画された拡散室５０に繋がる複数の領域のガス流路５５に、領域毎に異なる流量比の酸素ガスを供給する。これにより、流量の少ないガス流路５５側に酸素ラジカルを入り込み易くすることでガス流路５５の内部及びガス供給孔２８をクリーニングする。
【００４９】
別の形態では、２つの環状隔壁部材２６を使用することにより、拡散室５０を、例えばウエハＷのセンター部、ミドル部、エッジ部に対応する、３つのゾーンに区画することができる。この場合、例えば、第１の領域をセンター部に対応させ、第２の領域をミドル部及びエッジ部に対応させても良いし、その逆でも良い。また、第１の領域をセンター部及びミドル部に対応させ、第２の領域をエッジ部に対応させても良いし、その逆でも良い。さらに、第１の領域をセンター部及びエッジ部に対応させ、第２の領域をミドル部に対応させても良いし、その逆でも良い。
【００５０】
なお、３つの環状隔壁部材２６を使用することにより、例えばウエハＷのセンター部、ミドル部、エッジ部、ベリーエッジ部に対応する、４つのゾーンに区画した場合も、第１の領域及び第２の領域の割当は、如何なる組み合わせであってもよい。
【００５１】
即ち、例えばＮ個の環状隔壁部材２６を配置することにより、Ｎ＋１個に分割された拡散室５０を設置した場合、Ｎ＋１個の拡散室を、当業者は適宜、第１の領域及び第２の領域に割り当てることができる。第１の流量が第２の流量よりも、相対的に流量が小さい場合、先ず、ステップＳ１１で第１の領域に対応するガス流路５５がクリーニングされる。その後、ステップＳ１２で第１の流量が第２の流量よりも相対的に流量が大きくなるように制御し、第２の領域に対応するガス流路５５がクリーニングされる。
【００５２】
本実施形態の第２及び第３のクリーニング工程によれば、従来のクリーニング方法では除去が困難であったガス流路５５内の反応生成物を残留させずに除去することができる。この結果、ガス流路５５内における異常放電を抑制及びパーティクルの低減を図り、かつクリーニング時間の短縮することで生産性を高めることができる。
【００５３】
第２及び第３のクリーニング工程においてガス流路５５内のクリーニングを行った後、上部電極２５及びカバー部材２７に形成されたガス流路５５及びガス供給孔２８を、目視により確認したところ、反応生成物Ｒの付着は確認されなかった。一方、第１のクリーニング工程後、第２及び第３のクリーニング工程を行わなかった場合のガス流路には反応生成物Ｒが残留していた。このことから、本実施形態にかかる第２及び第３のクリーニング工程により、ガス流路５５及びガス供給孔２８を確実にクリーニングできることがわかる。
【００５４】
＜第４のクリーニング工程：エッチングシフトの改善＞
図４に戻り、第３のクリーニング工程後、第４のクリーニング工程では、ステップＳ１３に示すように、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスを含む第４のガスを供給し、生成されたプラズマにより処理容器１０内の残留物を除去する（ステップＳ１３）。第４のクリーニング工程におけるプロセス条件を以下に示す。
・プロセス条件（第４のクリーニング工程）
圧力                                ：２００ｍＴ（２６．７Ｐａ）
ガス種                              ：ＮＦ３／Ｏ２
ＨＦ                                ：１５００Ｗ
第４のクリーニング工程では、三フッ化窒素ガス及び酸素ガスから生成されたプラズマにより、第２及び第３のクリーニング工程後に処理容器１０内に残存する主にカーボン（Ｃ）を含む残留物を分解して除去する。第４のガスとしては、三フッ化窒素ガス及びアルゴンガスよりも三フッ化窒素ガス及び酸素ガスを含むガスが好ましい。第４のクリーニング工程において三フッ化窒素ガス及び酸素ガスを供給することで、パーティクルの低減も同時に図ることができる。
【００５５】
（第４のクリーニング工程の効果）
第４のクリーニング工程では、処理容器１０から残留物を除去することで、次に実行されるエッチングにおけるエッチングレートのシフトを改善することができる。図６（ａ）は、比較例のクリーニングとして、クリーニングガスに四フッ化炭素（ＣＦ４）ガス及び酸素ガスを供給した場合のレジスト膜（ＰＲ）のエッチングレートを示す。図６（ｂ）は、本実施形態にかかる第４のクリーニング工程において、三フッ化窒素ガス及びアルゴンガスを供給した場合のレジスト膜のエッチングレートを示す。いずれの場合にも、処理容器１０内の圧力は２００ｍＴである。また、レジスト膜は、有機膜又はアモルファスカーボン膜である。
【００５６】
図６（ａ）及び（ｂ）の横軸は、ウェハＷの径方向の位置を示し、縦軸は、レジスト膜のエッチングレートを示す。ウェハＷの径方向のうちのＸ軸方向及びＸ軸と垂直方向のＹ軸方向のエッチングレートがプロットされている。
【００５７】
図６（ａ）に示す比較例の場合、フッ素含有ガスに四フッ化炭素（ＣＦ４）ガスが使用されている。この場合、エッチングとクリーニングとの累積時間が１．５ｈの場合、エッチングのみでクリーニングを行っていない場合（０ｈ）と比べて、ウェハＷのエッジ側のエッチングレートが高くなっている。これにより、累積時間が１．５ｈの場合のエッチングレートの平均値「３５．６ｎｍ／ｍｉｎ」は、クリーニング時間が０ｈの場合のエッチングレートの平均値「２６．１ｎｍ／ｍｉｎ」よりも高くなっている。つまり、第４のクリーニング工程において、フッ素含有ガスに四フッ化炭素（ＣＦ４）ガスが使用された場合、エッチングレートのシフトが生じることがわかる。エッチングレートのシフトにより、例えば、マスクの穴径が大きくなったり、エッチング形状が悪くなったりする。このため、ウェハＷのエッジ側のエッチングレートが高くなる現象をなくし、エッチングレートのシフトを改善することが好ましい。
【００５８】
そこで、図６（ｂ）に示す本実施形態にかかる第４のクリーニング工程では、エッチングレートのシフトを改善するために、フッ素含有ガスに三フッ化窒素ガスを使用する。図６（ｂ）の結果では、累積時間が４．５ｈの場合のそれぞれのエッチングレートの平均値は「３２．８ｎｍ／ｍｉｎ」であり、このエッチングレートの平均値は、クリーニング時間が０ｈの場合のエッチングレート「３２．６ｎｍ／ｍｉｎ」とほぼ同一である。また、累積時間が４．５ｈの場合のエッチングレートの平均値「３２．８ｎｍ／ｍｉｎ」からのバラツキは「±４５．７％」であり、クリーニング時間が０ｈの場合のエッチングレートの平均値「３２．６ｎｍ／ｍｉｎ」からのバラツキは「±４３．０％」とほぼ同一である。この結果から、本実施形態にかかる第４のクリーニング工程によれば、ウェハＷのエッジ側のエッチングレートが高くなる現象をなくすことができる。
【００５９】
これにより、本実施形態にかかる第４のクリーニング工程によれば、次のエッチング工程においてエッチングレートのシフトを改善することがわかる。つまり、第２及び第３のクリーニング工程後、四フッ化炭素ガスを使用したクリーニング工程を実行すると、処理容器１０内はクリーニングされるものの、次のエッチング工程においてエッチングレートのシフトが生じてしまう。これに対して、本実施形態にかかるクリーニング方法では、第２及び第３のクリーニング工程後、三フッ化窒素ガスを使用した第４のクリーニング工程の実行により残留物が除去され、処理容器１０内の雰囲気を安定化させることができる。この結果、次のエッチング工程においてエッチングレートのシフトを改善することができ、半導体デバイスを安定的に製造でき、生産性を向上させることができる。なお、第４のクリーニング工程で使用する第４のガスには、三フッ化窒素ガスが含まれ、酸素ガス等の他のガスは含まれなくてもエッチングレートのシフトを改善することができる。
【００６０】
＜第５のクリーニング工程：フッ素系物質の除去＞
図４に戻り、第４のクリーニング工程後、第５のクリーニング工程では、酸素含有ガスを含む第５のガスを供給し、生成されたプラズマにより処理容器１０内のフッ素系物質を除去する（ステップＳ１４）。第５のクリーニング工程におけるプロセス条件を以下に示す。
・プロセス条件（第５のクリーニング工程）
圧力                                ：８００ｍＴ（１０６．７Ｐａ）
ガス種                              ：Ｏ２／Ｈｅ
ＨＦ                                ：３０００Ｗ
プロセス条件に示すように、第５のクリーニング工程では、処理容器１０内の圧力が、第４のクリーニング工程における処理容器１０内の圧力よりも高く制御される。
【００６１】
また、第５のクリーニング工程では、酸素ガス及びヘリウムガスを含む第５のガスから生成されたプラズマにより、処理容器１０内のフッ素系物質（Ｆ）を除去することができる。そして、本実施形態のクリーニング方法を終了する。なお、第５のガスには、酸素含有ガスが含まれ、ヘリウムガスは含まれなくてもよい。
【００６２】
（第５のクリーニング工程の効果）
第５のクリーニング工程では、第４のクリーニング工程において処理容器１０内に残留したフッ素系物質を除去することができる。第４のクリーニング工程において四フッ化炭素ガスと酸素ガスとを供給した場合、反応生成物が残った状態で本クリーニングが終了する。このため、第５のクリーニング工程では、酸素ガスから生成したＯ２プラズマでカーボン（Ｃ）を含む残留物を完全に除去する必要があった。これに対して、本実施形態では、第４のクリーニング工程において四フッ化炭素ガスに替えて三フッ化窒素ガスが供給された。よって、本実施形態にかかる第５のクリーニング工程では、カーボン（Ｃ）を含む残留物を除去するためではなく、処理容器１０内のフッ素（Ｆ）系物質を除去するために実行される。これにより、処理容器１０内にフッ素（Ｆ）が残存していることで次のエッチングに影響を及ぼすことを回避できる。
【００６３】
第１のクリーニング工程〜第４のクリーニング工程後のエッチング工程において、下部電極２０に印加されているプラズマ励起用高周波電力の電圧値ＨＦ  Ｖｐｐ及びバイアス用高周波電力の電圧値ＬＦ  Ｖｐｐには揺れが生じた。これは、処理容器１０内にフッ素（Ｆ）系物質が残っていることを示す。
【００６４】
これに対して、本実施形態にかかる第４のクリーニング工程後に第５のクリーニング工程を行い、その後のエッチング工程において、下部電極２０に印加されているプラズマ励起用高周波電力の電圧値ＨＦ  Ｖｐｐ及びバイアス用高周波電力の電圧値ＬＦ  Ｖｐｐには揺れが生じない。
【００６５】
前述したように、第４のクリーニング工程において三フッ化窒素ガス及び酸素ガスが供給され、それらのガスから生成されたプラズマによりクリーニングが実行される。第５のクリーニング工程では、酸素ガスとヘリウムガスとから生成されたプラズマによりクリーニングが実行される。そして、第５のクリーニング工程では、処理容器１０内のフッ素（Ｆ）を除去するためのクリーニングが実行される。
【００６６】
第５のクリーニング工程後におけるエッチングにて高周波電力の電圧値ＨＦ  Ｖｐｐ、ＬＦ  Ｖｐｐに揺れが生じていないという結果は、エッチング中のインピーダンスが安定し、プラズマが安定して生成されていることを示す。つまり、本実施形態の第４及び第５のクリーニング工程によれば、処理容器１０内のフッ素（Ｆ）除去後にエッチングを実行することで、次のエッチングにおいて安定して良好なプラズマ処理を行うことができる。
【００６７】
以上、クリーニング方法を及びプラズマ処理方法を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるクリーニング方法は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００６８】
例えば、本発明に係るクリーニング方法を及びプラズマ処理方法は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置だけでなく、その他のプラズマ処理に適用可能である。その他のプラズマ処理装置としては、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置等であってもよい。
【００６９】
本明細書では、エッチング対象として半導体ウェハＷについて説明したが、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いられる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
【符号の説明】
【００７０】
１：プラズマ処理装置
１０：処理容器
１５：ガス供給源
２０：下部電極
２５：上部電極
２６：環状隔壁部材
２６ａ：第１の環状隔壁部材
２６ｂ：第２の環状隔壁部材
２７:カバー部材
２６ｃ：第３の環状隔壁部材
３０：電力供給装置
３２：第１高周波電源
３４：第２高周波電源
４５ａ〜４５ｄ:ガス導入口
５０：拡散室
５０ａ：第１の拡散室
５０ｂ：第２の拡散室
５０ｃ：第３の拡散室
５０ｄ:第４の拡散室
５５、５５ａ、５５ｂ：ガス流路
１００：制御部
【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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