(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板に対して減圧条件で酸化処理又は窒化処理を施す基板処理装置における処理室のクリーニング方法であって、
前記処理室内を排気し、パージガスを導入してパージする工程と、
前記処理室内に少なくともＨ２ガスとＯ２ガスを含むクリーニングガスを導入してクリーニングガスのプラズマを形成し、前記処理室内の汚染物質を除去するクリーニング工程とを含み、
前記パージ工程と前記クリーニング工程とを複数回行い、
前記クリーニングガス中に含まれるＨ２ガスとＯ２ガスとの流量比が１：１〜５：１である、クリーニング方法。
【請求項２】
前記被処理基板を処理した後、大気開放することなくクリーニングを行なう、請求項１に記載のクリーニング方法。
【請求項３】
前記汚染物質は、前記処理室内に存在するアルカリ金属またはアルカリ土類金属である、請求項１に記載のクリーニング方法。
【請求項４】
前記クリーニングは、誘導結合方式によるプラズマ、平行平板方式によるプラズマまたは平面アンテナ方式によるプラズマにより実施される、請求項１に記載のクリーニング方法。
【請求項５】
前記クリーニングは、複数のスロットを有する平面アンテナにて前記処理室内にマイクロ波を導入して形成されるプラズマにより実施される、請求項１に記載のクリーニング方法。
【請求項６】
コンピュータ上で動作する制御プログラムであって、実行時に、
被処理基板に対して減圧条件で酸化処理又は窒化処理を施す基板処理装置における処理室内を排気し、パージガスを導入してパージする工程と、前記処理室内に少なくともＨ２ガスとＯ２ガスを含むクリーニングガスを導入してクリーニングガスのプラズマを形成し、前記処理室内の汚染物質を除去するクリーニング工程とを複数回行い、
前記クリーニングガス中に含まれるＨ２ガスとＯ２ガスとの流量比が１：１〜５：１となるように、前記基板処理装置を制御する、制御プログラム。
【請求項７】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、被処理基板に対して減圧条件で酸化処理又は窒化処理を施す基板処理装置における処理室内を排気し、パージガスを導入してパージする工程と、前記処理室内に、少なくともＨ２ガスとＯ２ガスを含むクリーニングガスを導入してクリーニングガスのプラズマを形成し、前記処理室内の汚染物質を除去するクリーニング工程とを複数回行い、
前記クリーニングガス中に含まれるＨ２ガスとＯ２ガスとの流量比が１：１〜５：１となるように、前記基板処理装置を制御する、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項８】
プラズマを発生させるプラズマ供給源と、
前記プラズマにより、被処理基板の処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理基板を載置する基板支持台と、
前記処理容器内を減圧するための排気手段と、
前記処理容器内にガスを供給するためのガス供給手段と、
前記処理室内を排気し、パージガスを導入してパージする工程と、前記処理室内に、少なくともＨ２ガスとＯ２ガスを含むクリーニングガスを導入してクリーニングガスのプラズマを形成し、前記処理室内の汚染物質を除去するクリーニング工程とを複数回行い、
前記クリーニングガス中に含まれるＨ２ガスとＯ２ガスとの流量比が１：１〜５：１となるように、制御する制御部と、
を備えた、プラズマ処理装置。
【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、制御プログラム、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体およびプラズマ処理装置に関し、より詳しくは、プラズマ処理装置においてＮａ等の金属で汚染された処理室に対しクリーニングを行なうクリーニング方法、制御プログラム、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体およびプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種半導体デバイスの製造過程で、半導体ウエハなどの被処理基板を処理するために用いられるプラズマ処理装置においては、半導体デバイスに対し悪影響を与える金属汚染を低減することが重要な課題である。特に人体に由来するＮａ等のアルカリ金属は、チャンバー内部材などを介して容易に汚染を引き起こす上、一旦半導体デバイスに混入すると、デバイス中を拡散移動する性質を持つことから、デバイス特性に大きな影響を与える汚染物質である。【０００３】
これまで、プラズマ処理装置の立ち上げ時やメンテナンス時などに発生する人体からのＮａ汚染対策は、チャンバーを大気開放して、水やイソプロピルアルコールなどの洗浄液を用い、チャンバー内の部品をウエット洗浄し、それに加えて真空チャンバー内壁を水や溶剤をしみこませたワイパーにより拭き取ることによって行っていた。さらに、クリーニング後は、長時間にわたりプラズマによるコンディショニングを実施していた。【０００４】
しかしながら、このようにウエットクリーニングと長時間のプラズマコンディショニングを行なうことによってクリーニングする場合には、処理チャンバーを大気開放する時間、ウエットクリーニングする時間、再排気する時間、および排気後の処理チャンバーをコンディショニングする時間等、数時間単位の時間を要し、半導体デバイス製造の効率を低下させる原因となっていた。また、チャンバー内のクリーニング方法として、プラズマを利用する方法も提案されているが（例えば特許文献１）、Ｎａ汚染に対して有効な方法は未だ提案されていない。
【特許文献１】特開平６−９７０７５号公報
【発明の開示】
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、Ｎａ等で汚染されたプラズマ処理装置における処理室を、プラズマを用いることによって短時間に、かつ確実に清浄化するクリーニング方法、制御プログラム、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体およびプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、被処理基板に対して減圧条件で酸化処理又は窒化処理を施す基板処理装置における処理室のクリーニング方法であって、前記処理室内を排気し、パージガスを導入してパージする工程と、前記処理室内に少なくともＨ２ガスとＯ２ガスを含むクリーニングガスを導入してクリーニングガスのプラズマを形成し、前記処理室内の汚染物質を除去するクリーニング工程とを含み、前記パージ工程と前記クリーニング工程とを複数回行い、前記クリーニングガス中に含まれるＨ２ガスとＯ２ガスとの流量比が１：１〜５：１である、クリーニング方法が提供される。
【００１０】
また、上記第１の観点において、前記被処理基板を処理した後、大気開放することなくクリーニングを行なうことが好ましい。さらに、前記汚染物質は、前記処理室内に存在するＮａ、Ｃａ等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属であることが好ましい。また、前記クリーニングは、誘導結合方式によるプラズマ、平行平板方式によるプラズマまたは平面アンテナ方式によるプラズマにより実施されるか、あるいは複数のスロットを有する平面アンテナにて前記処理室内にマイクロ波を導入して形成されるプラズマにより実施されることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の第２の観点によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムであって、実行時に、被処理基板に対して減圧条件で酸化処理又は窒化処理を施す基板処理装置における処理室内を排気し、パージガスを導入してパージする工程と、前記処理室内に少なくともＨ２ガスとＯ２ガスを含むクリーニングガスを導入してクリーニングガスのプラズマを形成し、前記処理室内の汚染物質を除去するクリーニング工程とを複数回行い、前記クリーニングガス中に含まれるＨ２ガスとＯ２ガスとの流量比が１：１〜５：１となるように、前記基板処理装置を制御する、制御プログラムが提供される。
【００１２】
また、本発明の第３の観点によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、被処理基板に対して減圧条件で酸化処理又は窒化処理を施す基板処理装置における処理室内を排気し、パージガスを導入してパージする工程と、前記処理室内に、少なくともＨ２ガスとＯ２ガスを含むクリーニングガスを導入してクリーニングガスのプラズマを形成し、前記処理室内の汚染物質を除去するクリーニング工程とを複数回行い、前記クリーニングガス中に含まれるＨ２ガスとＯ２ガスとの流量比が１：１〜５：１となるように、前記基板処理装置を制御する、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体が提供される。
【００１３】
また、本発明の第４の観点によれば、プラズマを発生させるプラズマ供給源と、前記プラズマにより、被処理基板の処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、前記処理容器内で前記被処理基板を載置する基板支持台と、前記処理容器内を減圧するための排気手段と、前記処理容器内にガスを供給するためのガス供給手段と、前記処理室内を排気し、パージガスを導入してパージする工程と、前記処理室内に、少なくともＨ２ガスとＯ２ガスを含むクリーニングガスを導入してクリーニングガスのプラズマを形成し、前記処理室内の汚染物質を除去するクリーニング工程とを複数回行い、前記クリーニングガス中に含まれるＨ２ガスとＯ２ガスとの流量比が１：１〜５：１となるように、制御する制御部と、を備えた、プラズマ処理装置が提供される。
【００１６】
Ｎａ等で汚染されたチャンバー内をプラズマによってクリーニングするにあたり、チャンバー内で、ＨとＯからなる活性種、例えばＨ２Ｏが生成するような条件でクリーニングを実施することによって、大気開放することなく効率よくＮａを除去することができる。特に、クリーニングガスとしてＨ２ガスとＯ２ガスを１：１〜５：１、好ましくは２：１の流量比で用いることにより、優れたＮａ低減効果が得られる。従って、ウエットクリーニングにおいて必要であったチャンバーを大気開放する時間、チャンバー内パーツをウエット洗浄する時間、真空チャンバーの組み付け時間、チャンバー内を再排気する時間、および排気後のチャンバーを再コンディショニングする時間等を短縮し、確実にチャンバー内をプラズマによってクリーニングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る処理室のクリーニング方法が実施されるプラズマ処理装置の一例を模式的に示す断面図。
【図２】図１のマイクロ波プラズマ装置に用いられる平面アンテナ部材の構造を示す図面。
【図３Ａ】クリーニングに用いるダミーウエハをサセプタ上に載置した状態を示す図面。
【図３Ｂ】クリーニングガスをチャンバー内に導入している状態を示す図面。
【図３Ｃ】クリーニングガスをプラズマ化している状態を示す図面。
【図３Ｄ】クリーニングガスのプラズマにより汚染物質をクリーニングしている状態を示す図面。
【図４】第１実施形態のクリーニング方法の手順を示すタイミングチャート。
【図５】第２実施形態のクリーニング方法の手順を示すタイミングチャート。
【図６】第３実施形態のクリーニング方法の手順を示すタイミングチャート。
【図７】比較例における累積プラズマクリーニング時間とＮａ汚染量との関係を示すグラフ図。
【図８】実施例における累積プラズマクリーニング時間とＮａ汚染量との関係を示すグラフ図。
【図９】Ｈ２／Ｏ２の流量比とＨ２Ｏ密度との関係を示すグラフ図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る処理室のクリーニング方法が実施されるプラズマ処理装置の一例を模式的に示す断面図である。【００１９】
このプラズマ処理装置は、複数のスロットを有する平面アンテナ、特にＲＬＳＡ（Radial
Line Slot Antenna；ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波プラズマを発生させ得るＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置として構成されており、例えば、半導体装置の製造過程における酸化膜形成などの成膜処理等に用いられる。このプラズマ処理装置１００は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバー１を有している。なお、チャンバー１は角筒状でもよい。チャンバー１の底壁１ａの略中央部には円形の開口部１０が形成されており、底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。【００２０】
チャンバー１内には被処理基板であるウエハＷやダミーウエハＷｄを水平に支持するためのＡｌＮ等のセラミックスからなるサセプタ２が設けられている。このサセプタ２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状のＡｌＮ等のセラミックスからなる支持部材３により支持されている。サセプタ２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。また、サセプタ２には抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれており、このヒータ５はヒータ電源６から給電されることによりサセプタ２を加熱して、その熱で被処理体であるウエハＷを加熱する。このとき、例えば室温から８００℃までの範囲で図示しない温度センサ（ＴＣ）により温度制御可能となっている。なお、チャンバー１の内周には、石英からなる円筒状のライナー７が設けられている。また、サセプタ２の外周側には、チャンバー１内を均一排気するため、多数の排気孔８ａを有するバッフルプレート８が環状に設けられ、このバッフルプレート８は、複数の支柱９により支持されている。【００２１】
サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられている。【００２２】
チャンバー１の側壁には環状をなすガス導入部材１５が設けられており、このガス導入部材１５にはガス供給系１６が接続されている。なお、ガス導入部材はシャワー状に配置してもよい。このガス供給系１６は、Ａｒガス供給源１７ａ、Ｈ２ガス供給源１７ｂ、Ｏ２ガス供給源１７ｃ、Ｎ２ガス供給源１７ｄを有しており、これらガスが、それぞれガスライン２０を介してガス導入部材１５に至り、ガス導入部材１５からチャンバー１内に導入される。なお、ガスライン２０の各々には、マスフローコントローラ２１およびその前後の開閉バルブ２２が設けられている。【００２３】
上記排気室１１の側面には排気管２３が接続されており、この排気管２３には高速真空ポンプを含む排気装置２４が接続されている。そしてこの排気装置２４を作動させることによりチャンバー１内のガスが、排気室１１の空間１１ａ内へ均一に排出され、排気管２３を介して排気される。これによりチャンバー１内は所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。【００２４】
チャンバー１の側壁には、プラズマ処理装置１００に隣接する搬送室（図示せず）との間でウエハＷや、ダミーウエハＷｄの搬入出を行うための搬入出口２５と、この搬入出口２５を開閉するゲートバルブ２６とが設けられている。【００２５】
チャンバー１の上部は開口部となっており、この開口部の周縁部に沿って環状の支持部２７が設けられており、この支持部２７に誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３等のセラミックスからなり、マイクロ波を透過するマイクロ波透過板２８がＯリング等のシール部材２９を介して気密に設けられている。したがって、チャンバー１内は気密に保持される。【００２６】
マイクロ波透過板２８の上方には、サセプタ２と対向するように、円板状の平面アンテナ部材３１が設けられている。この平面アンテナ部材３１はチャンバー１の側壁上端に係止されている。平面アンテナ部材３１は、例えば表面が金もしくは銀メッキされた銅板またはアルミニウム板からなり、多数のマイクロ波放射孔３２が所定のパターンで貫通して形成された構成となっている。このマイクロ波放射孔３２は、例えば図２に示すように長溝状をなし、典型的には隣接するマイクロ波放射孔３２同士が「Ｔ」字状に配置され、これら複数のマイクロ波放射孔３２が同心円状に配置されている。マイクロ波放射孔３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（λｇ）に応じて決定され、例えばマイクロ波放射孔３２の間隔は、λｇ／２またはλｇとなるように配置される。なお、図２においては、同心円状に形成された隣接するマイクロ波放射孔３２同士の間隔をΔｒで示している。また、マイクロ波放射孔３２は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、マイクロ波放射孔３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。【００２７】
この平面アンテナ部材３１の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する遅波材３３が設けられている。この遅波材３３は、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。なお、平面アンテナ部材３１とマイクロ波透過板２８との間は密着した状態となっており、また、遅波材３３と平面アンテナ３１との間も密着されている。【００２８】
チャンバー１の上面には、これら平面アンテナ部材３１および遅波材３３を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材からなるシールド蓋体３４が設けられている。チャンバー１の上面とシールド蓋体３４とはシール部材３５によりシールされている。シールド蓋体３４には、冷却水流路３４ａが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、シールド蓋体３４、遅波材３３、平面アンテナ３１、マイクロ波透過板２８を冷却するようになっている。なお、シールド蓋体３４は接地されている。【００２９】
シールド蓋体３４の上壁の中央には開口部３６が形成されており、この開口部には導波管３７が接続されている。この導波管３７の端部には、マッチング回路３８を介してマイクロ波発生装置３９が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置３９で発生した例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管３７を介して上記平面アンテナ部材３１へ伝搬されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。【００３０】
導波管３７は、上記シールド蓋体３４の開口部３６から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部にモード変換器４０を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管３７ｂとを有している。矩形導波管３７ｂと同軸導波管３７ａとの間のモード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内をＴＥモードで伝播するマイクロ波をＴＥＭモードに変換する機能を有している。同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在しており、この内導体４１の下端部は、平面アンテナ部材３１の中心に接続固定されている。これにより、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して平面アンテナ部材３１へ効率よく均一に伝播される。さらに、マイクロ波は、マイクロ波放射孔３２を介してチャンバー１内に均一に導入される。【００３１】
プラズマ処理装置１００の各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ５０には、工程管理者がプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。【００３２】
また、プロセスコントローラ５０には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部５２が接続されている。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下で、プラズマ処理装置１００での所望の処理、例えば酸化膜形成やクリーニング処理が行われる。また、前記レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させて利用したりすることも可能である。【００３３】
本実施形態においては、被処理基板であるウエハＷに任意の処理を行った後、あるいは、部品の交換などのメンテナンスを行なった後、プラズマ処理装置１００のチャンバー１内をプラズマによりクリーニングする。特に、減圧条件でウエハＷの処理を行なった後は、チャンバー１を大気開放することなくクリーニングを行なうことができる。これにより、ウエットクリーニングに比較して、チャンバーを大気開放する時間、ウエット洗浄する時間、再排気する時間、および排気後の処理チャンバーを再コンディショニングする時間等が節約され、クリーニング時間を著しく短縮することができる。一例を挙げれば、従来少なくとも１０〜２０時間必要であったクリーニング時間を、１〜５時間に短縮することができる。【００３４】
以下、このクリーニング処理について図３Ａ〜図３Ｄを参照しながら説明する。
まず、図３Ａに示すように、大気開放することなく、ゲートバルブ２６を開にして減圧状態に保持された搬送室７０から搬入出口２５を介して搬送装置７１により、清浄なダミーウエハＷｄをチャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する。これはダミーウエハＷｄにて、サセプタ２をプラズマから保護するため、およびチャンバー１のクリーニング後にダミーウエハＷｄの表面を観察して汚染状態の改善度合いを評価するために行われる。なお、この工程は必須のものではなく、サセプタ２のダメージを考慮する必要がない場合にはダミーウエハＷｄは載置しなくてもよい。【００３５】
次に、図３Ｂに示すように、チャンバー１内を排気しつつガス供給系１６から、例えばＨ２／Ｏ２からなるクリーニングガスをチャンバー１内に導入する。そして、図３Ｃに示すように、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波をチャンバー１内に導き、クリーニングガスをプラズマ化する。すなわち、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波は、マッチング回路３８を経て導波管３７に導かれ、矩形導波管３７ｂ、モード変換器４０、および同軸導波管３７ａを順次通って平面アンテナ部材３１に供給され、平面アンテナ部材３１からマイクロ波透過板２８を経てチャンバー１内に放射され、このマイクロ波によりチャンバー１内に導入されたクリーニングガスがプラズマ化する。このプラズマ中にはＨ２Ｏが存在するため、図３Ｄに示すように、多くの場合チャンバー１に付着した状態で存在する汚染物質のＮａにＨ２Ｏが作用して排出されやすくなり、これらは排気ガスとともに排気管２３を介して容易に排気され、チャンバー１内が清浄化されると考えられる。このようなクリーニング処理は、ウエハＷに対する任意の処理（成膜など）が終了する毎に行なってもよいし、ウエハＷを複数枚処理した後にクリーニングするようにしてもよい。また、チャンバー１内の部品のメンテナンス後の立ち上げ時にも実施することが特に好ましい。【００３６】
このようなクリーニング処理において、チャンバー１内の圧力は、例えば２６６．７〜６６６５Ｐａ、より好ましくは４００〜１３３３Ｐａに設定することができる。また、チャンバー１内の温度（例えば、サセプタ２の温度）は、室温〜８００℃が好ましい。さらにマイクロ波発生装置３９のパワーは１〜４．５ｋＷが好ましい。【００３７】
導入するクリーニングガスは、チャンバー１で生成するプラズマ中にＨ２Ｏが含まれるようなガス種であればよく、好適にはＨ２とＯ２の混合ガス、またはＨ２Ｏ（水蒸気として）を含むガスを用いることができる。クリーニングガスとして、Ｈ２ガス＋Ｏ２ガスの混合ガスを用いる場合の流量は、Ｈ２ガス：１〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ、好ましくは５００〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ、Ｏ２ガス：１〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ、好ましくは、２５〜５００ｍＬ／ｍｉｎとすることができる。この場合、Ｈ２ガスとＯ２ガスとの流量比は０．５：１〜２０：１、好ましくは１：１〜５：１とすることが可能であり、特に２：１程度に設定することにより、クリーニング効果を最も高めることができる。なお、クリーニングガス中には、例えばＡｒ等の希ガスや不活性ガスを含むことができ、例えば上記Ｈ２／Ｏ２ガス流量比において、さらにＡｒガス：１００〜３０００ｍＬ／ｍｉｎ、好ましくは、１００〜１０００ｍＬ／ｍｉｎを加えることができる。【００３８】
１回のクリーニング時間は、例えば１００〜３００秒間、好ましくは１５０〜２００秒間とし、１回のクリーニング毎にその後５〜１８０秒間、好ましくは２０〜４０秒間、クリーニング温度を維持した状態で、Ｎａの排気を促進する為の真空引き又はパージ処理を行なうことが好ましい。真空引きは、クリーニングガスの導入を停止し、引き切り状態となるまで減圧することにより行なうことができる。パージ処理は、クリーニング圧力を変化させずに、パージガスを導入することにより行なうことができる。パージガスとしては、例えばＮ２ガス、Ａｒガスなどの不活性ガス、これらにさらにＨ２を添加したガスなどを使用できる。なお、真空引きの際に、これらのパージガスを導入してもよい。
以上のように、クリーニングと、真空引き又はパージ処理との組み合わせを１ステップとして継続的に数時間にわたり多数のステップを繰り返すことによって、効率的なクリーニングを実施できる。【００３９】
次に、図４〜図６のタイミングチャートを参照しながら、本発明のクリーニング方法における処理手順について説明する。
図４は、クリーニングガスとしてＨ２ガスとＯ２ガスを含むガスを用いた本発明のクリーニング方法の手順の第１の態様を示すものである。この例では、プラズマ処理装置１００のチャンバー１内を、プラズマにより複数回繰り返してクリーニングを行なうとともにクリーニングとクリーニングの間に、パージガスとしてＡｒガスを導入してパージを行なう。
まず、プラズマ処理装置１００のチャンバー１内を排気しつつガス供給系１６からＡｒガスを導入し、所定時間、例えば５〜１８０秒間かけてチャンバー１内をパージする。【００４０】
次に、パージガスの導入を停止し、パージガスと交代にガス供給系１６からクリーニングガスであるＯ２ガスとＨ２ガスをチャンバー１内に導入するとともに、チャンバー１内にクリーニングガスが充満したタイミングで、マイクロ波パワーをＯＮにし、平面アンテナ部材３１を介してマイクロ波をチャンバー１内に導入する。このようにしてチャンバー１内でクリーニングガスのプラズマを励起させ、クリーニングを行なう。所定時間のクリーニング後、Ｏ２ガス、Ｈ２ガスおよびマイクロ波パワーの供給を停止し、第１回目のクリーニング工程を終了する。そして、第１回目のクリーニング工程の終了後に、クリーニングガスと交代で再度パージガスをチャンバー１内に導入し、第２回目のパージ工程を実施する。以降は、第１回目のクリーニング工程と同様の手順で、第２回目のクリーニング工程を実施し、その後、第３回目のパージ工程、第３回目のクリーニング工程・・・第ｎ回目のパージ工程、第ｎ回目のクリーニング工程、と所定回数のクリーニングを繰り返し実施する。本実施形態では、クリーニング工程の合間に、パージガスを導入することによってＮａの排出が促進されるので、高いクリーニング効果を得ることができる。【００４１】
図５は、クリーニングガスとしてＨ２ガスとＯ２ガスを含むガスを用いた本発明のクリーニング方法の手順の第２の態様を示すものである。この例では、プラズマ処理装置１００のチャンバー１内を、プラズマにより複数回繰り返してクリーニングを行なう過程で、パージガスとしてＡｒガスを導入し続けて連続パージを行なう点が上記第１の態様と異なる。
まず、プラズマ処理装置１００のチャンバー１内を排気しつつガス供給系１６からＡｒガスを導入し、チャンバー１内をパージする。【００４２】
次に、パージガスの導入を継続した状態で、ガス供給系１６からクリーニングガスであるＯ２ガスとＨ２ガスをチャンバー１内に導入するとともに、チャンバー１内にクリーニングガスが充満したタイミングで、マイクロ波パワーをＯＮにし、平面アンテナ部材３１を介してマイクロ波をチャンバー１内に導入する。このようにしてチャンバー１内でクリーニングガスのプラズマを励起させ、クリーニングを行なう。所定時間のクリーニング後、Ｏ２ガス、Ｈ２ガスおよびマイクロ波パワーの供給を停止し、第１回目のクリーニング工程を終了する。第１回目のクリーニング工程の終了後は、パージガスのみをチャンバー１内に導入し続け、第２回目のパージ工程を実施する。以降は、第１回目のクリーニング工程と同様の手順で、第２回目のクリーニング工程を実施し、その後、第３回目のパージ工程、第３回目のクリーニング工程・・・第ｎ回目のパージ工程、第ｎ回目のクリーニング工程、とパージガスを導入したまま所定回数のクリーニングを繰り返し実施する。本実施形態では、クリーニング工程の合間だけでなく、クリーニング工程中にもパージガスを導入し続けることによって、Ｎａの排出がいっそう促進されるので、より高いクリーニング効果が得られる。【００４３】
図６は、クリーニングガスとしてＨ２ガスとＯ２ガスを含むガス用いた本発明のクリーニング方法の手順の第３の態様を示すものである。この例では、パージガスを用いたプラズマ処理装置１００のチャンバー１内のパージは行なわず、希ガスを含むクリーニングガスのプラズマにより複数回繰り返してクリーニングを行なう点が上記第１の態様と異なる。
まず、プラズマ処理装置１００のチャンバー１内を排気しつつガス供給系１６からクリーニングガスであるＡｒガスとＯ２ガスとＨ２ガスをチャンバー１内に導入するとともに、チャンバー１内にガスが充満したタイミングで、マイクロ波パワーをＯＮにし、平面アンテナ部材３１を介してマイクロ波をチャンバー１内に導入する。このようにしてチャンバー１内で希ガスを含むクリーニングガスのプラズマを励起させ、クリーニングを行なう。所定時間のクリーニング後、Ａｒガス、Ｏ２ガス、Ｈ２ガスおよびマイクロ波パワーの供給を停止し、第１回目のクリーニング工程を終了する。第１回目のクリーニング工程の終了後は、パージガスを導入せずにチャンバー１内を排気し続ける。以降は、第１回目のクリーニング工程と同様の手順で、第２回目のクリーニング工程を実施し、第３回目のクリーニング工程・・・第ｎ回目のクリーニング工程、のように所定回数のクリーニングを繰り返し実施する。本実施形態では、クリーニング工程の合間に真空引きすることにより、Ｎａの排出が促される。【００４４】
次に、本発明の効果を確認した試験について説明する。
まず、予備実験として、図１と同様のプラズマ処理装置１００を用い、チャンバー内にダミーウエハＷｄを入れてＲＬＳＡプラズマによるプラズマ処理（空運転）を実施し、途中でダミーウエハＷｄをサンプリングウエハに換え、サンプリングウエハに付着したＮａ量を測定した。このような空運転によって、チャンバー内部品等に付着していたＮａが、プラズマ処理中にウエハＷに付着してコンタミネーションを引き起こす状況を再現することができる。この試験では、ダミー処理ガスとして、Ａｒ／Ｏ２の混合ガスを用いた。その結果、サンプリングウエハ上のＮａの汚染量は１×１０１１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）以上に達することが確認された。【００４５】
次に、以下の比較例（従来方法）と実施例の方法でクリーニングを実施した。
＜比較例＞
チャンバー内にダミーウエハＷｄを入れ、Ａｒ／Ｏ２＝３７５／１２５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、チャンバー内圧力は６６７Ｐａ、マイクロ波発生装置のパワー３．５ｋＷ、サセプタ２の温度６００℃でプラズマクリーニングを実施した。
クリーニングの開始から所定時間後に、ダミーウエハＷｄをサンプリングウエハに換え、Ａｒ／Ｏ２＝３７５／１２５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、チャンバー内圧力は６６７Ｐａ、マイクロ波発生装置のパワー３．５ｋＷ、サセプタ２の温度６００℃でプラズマ処理を実施し、ＴＸＲＦ（全反射蛍光Ｘ線分析；テクノス社製ＴＲＥＸ６１０Ｔを使用）によって、サンプリングウエハ上のＮａ汚染量を測定した。その結果を図７に示した。【００４６】
次に、約１２時間経過時点でチャンバーを大気開放してウエットクリーニングを実施した。その後、同様に累積２０時間を超えるまでプラズマクリーニングを実施し、サンプリングウエハを用いて測定を行なったが、最終的なＮａ量低減の目標である１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２を下回るまでには至らなかった。【００４７】
＜実施例＞
チャンバー内にダミーウエハＷｄを入れ、処理ガスとしてＨ２とＯ２を導入して圧力１２６７Ｐａのもとでサセプタ２の温度４００℃までプレヒートした後、Ｈ２／Ｏ２＝５０／５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、チャンバー内圧力は１２６７Ｐａ、マイクロ波発生装置のパワー４．０ｋＷ、サセプタ２の温度４００℃でクリーニングを実施した。１回のクリーニング時間は１８０秒とし、１回のクリーニング毎にその後３０秒間、温度を維持したままガスの導入を停止し、排気の目的で真空引きを行なった。これを１ステップとして継続的に数時間にわたり複数のステップを繰り返した。クリーニングの開始から１，２，４時間後に、ダミーウエハＷｄをサンプリングウエハに換え、処理ガスとしてＯ２を５００ｍＬ／ｍｉｎで用いた以外は、上記クリーニングと同様の条件でプラズマ処理し、比較例と同様にＮａ汚染量を測定した。その結果を図８に示した。【００４８】
図８から、Ｈ２／Ｏ２流量比＝１：１のクリーニングガスを用いた本実施例では、累積クリーニング時間が５時間程度でＮａ量低減の目標である１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２をほぼ下回る結果が得られた。これは、クリーニングガス中に含まれるＨ２とＯ２から、プラズマ中で活性な水分子（Ｈ２Ｏ）が生成し、この水分子がチャンバー１内に付着しているＮａに作用して、Ｎａを伴ってチャンバー内から排出させたためであると考えられる。このことを裏付ける実験結果を図９に示す。図９は、例えば全流量が１００ｍＬ／ｍｉｎとなるようにＨ２ガスとＯ２ガスの流量比（Ｈ２／Ｏ２比）を変化させ、圧力１１３３Ｐａ、マイクロ波パワー３．５ｋＷ、温度４００℃でプラズマ処理を行なった場合のＨ２Ｏ分子の密度の変化を示している。この図９から、Ｈ２／Ｏ２比が２のときに最も効率的にＨ２Ｏが生成された。以上の結果から、Ｈ２：Ｏ２の流量比が、０．５：１〜２０：１、好ましくは１：１〜５：１、望ましくは２：１のクリーニングガスを用いることがＮａ汚染の低減に最も有効であることが確認された。
また、上記実施例のように、プラズマクリーニングと交互に真空引き（好ましくは同時にパージガス導入）を行なうことにより、Ｎａの除去効率をよりいっそう高めることができる。なお、パージガスとしては、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅなどの不活性ガスのほか、Ｈ２、Ｏ２、Ｎ２などを用いることが可能であるが、それらの中でもＡｒ、Ｈｅ、Ｎ２が好ましい。【００４９】
以上述べたように、本発明のクリーニング方法を実施することによって、効率よくＮａを除去することができる。従って、ウエハＷなどの基板へのプラズマ処理プロセス、例えば酸化処理や窒化処理などのプロセスにおいて、Ｎａ等によるコンタミネーションが発生した場合に、チャンバー１を大気開放することなくｉｎ−ｓｉｔｕでクリーニングできる。このため、本発明のクリーニング方法は、例えば図１のプラズマ処理装置１００を用いる酸化処理や窒化処理などのプラズマ処理プロセスに、その一部として組み込むこともできる。
すなわち、本発明のプラズマ処理方法は、プラズマ処理装置１００のチャンバー１内に少なくともＨ２ガスとＯ２ガスを含むクリーニングガスを導入してクリーニングガスのプラズマを形成し、チャンバー１内のＮａなどの汚染物質を除去するクリーニング工程と、このクリーニング工程の後に、ウエハＷなどの基板に対して酸化処理、窒化処理または酸窒化処理を行なうプラズマ処理工程と、を含むことができる。【００５０】
ここで、図１のプラズマ処理装置１００を用いる酸化処理としては、例えば、Ｈ２とＯ２とを含む処理ガスにより、ウエハＷ等の基板上のシリコンを酸化するプラズマ酸化処理などを挙げることができる。この場合、例えば、処理圧力１．３〜１３３３Ｐａ、処理温度２００〜６００℃で、処理ガス中の水素ガス流量が１０〜５００ｍｌ／ｍｉｎ、酸素ガス流量が１０〜５００ｍｌ／ｍｉｎおよびＡｒなどの希ガス流量が０〜２０００ｍｌ／ｍｉｎとなる条件でプラズマ酸化処理を行なうことができる。
また、図１のプラズマ処理装置１００を用いる窒化処理としては、例えば、Ｎ２、ＮＨ３、またはＮ２とＨ２を含む処理ガスにより、ウエハＷ等の基板上のシリコンを窒化するプラズマ窒化処理などを挙げることができる。この場合、例えば処理圧力１．３〜１３３３Ｐａ、処理温度２００〜６００℃で、処理ガス中のＮ２ガス流量が１０〜５００ｍｌ／ｍｉｎ、水素ガス流量が１０〜５００ｍｌ／ｍｉｎ、および希ガス流量が０〜２０００ｍｌ／ｍｉｎとなる条件でプラズマ酸化処理を行なうことができる。さらに、酸窒化処理の場合は、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｎ２＋Ｏ２の少なくとも一つと、希ガスとを用い、上記酸化処理および窒化処理に準じた条件で処理することができる。【００５１】
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されるものではない。すなわち、上記実施形態は、あくまでも本発明の技術的内容を明らかにすることを意図するものであって、本発明はこのような具体例にのみ限定して解釈されるものではなく、本発明の精神とクレームに述べる範囲で、種々に変更して実施することができるものである。
たとえば、上記実施の形態では、マイクロ波を複数のスロットを有する平面アンテナでチャンバー内に伝播して低電子温度で高密度のプラズマを形成するプラズマ処理装置におけるクリーニングを例に挙げたが、これに限らず、処理容器（チャンバー）内にＮａ等による汚染が生じる処理装置であれば本発明を適用可能であり、例えば容量結合方式や誘導結合方式、平行平板方式、表面反射波方式、マグネトロン方式等のプラズマ処理装置であってもよい。【００５２】
また、上記実施形態では、チャンバー内の汚染物質としてＮａ汚染を例に挙げたが、他の汚染物質、例えばＫ、Ｍｇ、Ｃａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属、Ｆｅ、Ｃｒ等の金属や重金属による汚染にも同様に適用できる。【００５３】
さらに、クリーニングガスとして、Ｈ２ガス＋Ｏ２ガス＋Ａｒガスを例示したが、上記組み合わせにおいて、Ａｒガスを他の希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）に置き換えることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、各種半導体装置などの製造過程において使用されるプラズマ処理装置の処理室内をクリーニングする際に好適に利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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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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