JP2004335789A - 基板処理装置のクリーニング方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】マイクロ波プラズマを用いた基板処理装置においてクリーニング時間を短縮する
【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置１０に、クリーニングガスを導入して当該クリーニングガスをマイクロ波プラズマで励起するクリーニング時に、被処理基板を保持する基板保持台１３に高周波電力を印加する基板処理装置のクリーニング方法。
【選択図】 図２
【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置１０に、クリーニングガスを導入して当該クリーニングガスをマイクロ波プラズマで励起するクリーニング時に、被処理基板を保持する基板保持台１３に高周波電力を印加する基板処理装置のクリーニング方法。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般にプラズマ処理装置に係わり、特にマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
プラズマ処理工程およびプラズマ処理装置は、近年のいわゆるディープサブミクロン素子あるいはディープサブクォーターミクロン素子と呼ばれる０．１μｍに近い、あるいはそれ以下のゲート長を有する超微細化半導体装置の製造や、液晶表示装置を含む高解像度平面表示装置の製造にとって、不可欠の技術である。
【０００３】
半導体装置や液晶表示装置の製造に使われるプラズマ処理装置としては、従来より様々なプラズマの励起方式が使われているが、特に平行平板型高周波励起プラズマ処理装置あるいは誘導結合型プラズマ処理装置が一般的である。しかしこれら従来のプラズマ処理装置は、プラズマ形成が不均一であり、電子密度の高い領域が限定されているため大きな処理速度すなわちスループットで被処理基板全面にわたり均一なプロセスを行うのが困難である問題点を有している。この問題は、特に大径の基板を処理する場合に深刻になる。しかもこれら従来のプラズマ処理装置では、電子温度が高いため被処理基板上に形成される半導体素子にダメージが生じ、また処理室壁のスパッタリングによる金属汚染が大きいなど、いくつかの本質的な問題を有している。このため、従来のプラズマ処理装置では、半導体装置や液晶表示装置のさらなる微細化およびさらなる生産性の向上に対する厳しい要求を満たすことが困難になりつつある。
【０００４】
一方、従来より直流磁場を用いずにマイクロ波電界により励起された高密度プラズマを使うマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている。例えば、均一なマイクロ波を発生するように配列された多数のスロットを有する平面状のアンテナ（ラジアルラインスロットアンテナ）から処理容器内にマイクロ波を放射し、このマイクロ波電界により真空容器内のガスを電離してプラズマを励起させる構成のプラズマ処理装置が提案されている。
【０００５】
このような手法で励起されたマイクロ波プラズマではアンテナ直下の広い領域にわたって高いプラズマ密度を実現でき、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能である。しかもかかる手法で形成されたマイクロ波プラズマではマイクロ波によりプラズマを励起するため電子温度が低く、被処理基板のダメージや金属汚染を回避することができる。さらに大面積基板上にも均一なプラズマを容易に励起できるため、大口径半導体基板を使った半導体装置の製造工程や大型液晶表示装置の製造にも容易に対応できる。
【０００６】
【従来の技術】
図１（Ａ），（Ｂ）は、かかるラジアルラインスロットアンテナを使った従来のプラズマ処理装置１００の構成を示す。ただし図１（Ａ）はプラズマ処理装置１００の断面図を、また図１（Ｂ）はラジアルラインスロットアンテナの構成を示す図である。
【０００７】
図１（Ａ）を参照するに、プラズマ処理装置１００は複数の排気ポート１１６から排気される処理室１０１を有し、前記処理室１０１中には被処理基板１１４を保持する保持台１１５が形成されている。前記処理室１０１の均一な排気を実現するため、前記保持台１１５の周囲にはリング状に空間１０１Ａが形成されており、前記複数の排気ポート１１６を前記空間１０１Ａに連通するように等間隔で、すなわち被処理基板に対して軸対称に形成することにより、前記処理室１０１を前記空間１０１Ａおよび排気ポート１１６を介して均一に排気することができる。
【０００８】
前記処理室１０１上には、前記保持台１１５上の被処理基板１１４に対応する位置に、前記処理室１０１の外壁の一部として、低損失誘電体よりなり多数の開口部１０７を形成された板状のシャワープレート１０３がシールリング１０９を介して形成されており、さらに前記シャワープレート１０３の外側に同じく低損失誘電体よりなるカバープレート１０２が、別のシールリング１０８を介して設けられている。
【０００９】
前記シャワープレート１０３にはその上面にプラズマガスの通路１０４が形成されており、前記複数の開口部１０７の各々は前記プラズマガス通路１０４に連通するように形成されている。さらに、前記シャワープレート１０３の内部には、前記処理容器１０１の外壁に設けられたプラズマガス供給ポート１０５に連通するプラズマガスの供給通路１０８が形成されており、前記プラズマガス供給ポート１０５に供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマガスは、前記供給通路１０８から前記通路１０４を介して前記開口部１０７に供給され、前記開口部１０７から前記処理容器１０１内部の前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに、実質的に一様な濃度で放出される。
【００１０】
前記処理容器１０１上には、さらに前記カバープレート１０２の外側に、前記カバープレート１０２から４〜５ｍｍ離間して、図１（Ｂ）に示す放射面を有するラジアルラインスロットアンテナ１１０が設けられている。前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は外部のマイクロ波源（図示せず）に同軸導波管１１０Ａを介して接続されており、前記マイクロ波源からのマイクロ波により、前記空間１０１Ｂに放出されたプラズマガスを励起する。前記カバープレート１０２とラジアルラインスロットアンテナ１１０の放射面との間の隙間は大気により充填されている。
【００１１】
前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は、前記同軸導波管１１０Ａの外側導波管に接続された平坦なディスク状のアンテナ本体１１０Ｂと、前記アンテナ本体１１０Ｂの開口部に形成された、図１（Ｂ）に示す多数のスロット１１０ａおよびこれに直交する多数のスロット１１０ｂを形成された放射板１１０Ｃとよりなり、前記アンテナ本体１１０Ｂと前記放射板１１０Ｃとの間には、厚さが一定の誘電体板よりなる遅相板１１０Ｄが挿入されている。
【００１２】
かかる構成のラジアルラインスロットアンテナ１１０では、前記同軸導波管１１０から給電されたマイクロ波は、前記ディスク状のアンテナ本体１１０Ｂと放射板１１０Ｃとの間を、半径方向に広がりながら進行するが、その際に前記遅相板１１０Ｄの作用により波長が圧縮される。そこで、このようにして半径方向に進行するマイクロ波の波長に対応して前記スロット１１０ａおよび１１０ｂを同心円状に、かつ相互に直交するように形成しておくことにより、円偏波を有する平面波を前記放射板１１０Ｃに実質的に垂直な方向に放射することができる。
【００１３】
かかるラジアルラインスロットアンテナ１１０を使うことにより、前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに均一な高密度プラズマが形成される。このようにして形成された高密度プラズマは電子温度が低く、そのため被処理基板１１４にダメージが生じることがなく、また処理容器１０１の器壁のスパッタリングに起因する金属汚染が生じることもない。
【００１４】
図１のプラズマ処理装置１００では、さらに前記処理容器１０１中、前記シャワープレート１０３と被処理基板１１４との間に、外部の処理ガス源（図示せず）から前記処理容器１０１中に形成された処理ガス通路１１２を介して処理ガスを供給する多数のノズル１１３を形成された導体構造物１１１が形成されており、前記ノズル１１３の各々は、供給された処理ガスを、前記導体構造物１１１と被処理基板１１４との間の空間１０１Ｃに放出する。すなわち前記導体構造物１１１は処理ガス供給部として機能する。前記処理ガス供給部を構成する導体構造物１１１には、前記隣接するノズル１１３と１１３との間に、前記空間１０１Ｂにおいて形成されたプラズマを前記空間１０１Ｂから前記空間１０１Ｃに拡散により、効率よく通過させるような大きさの開口部が形成されている。
【００１５】
そこで、このように前記処理ガス供給部１１１から前記ノズル１１３を介して処理ガスを前記空間１０１Ｃに放出した場合、放出された処理ガスは前記空間１０１Ｂにおいて形成された高密度プラズマにより励起され、前記被処理基板１１４上に、一様なプラズマ処理が、効率的かつ高速に、しかも基板および基板上の素子構造を損傷させることなく、また基板を汚染することなく行われる。一方前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０から放射されたマイクロ波は、導体よりなる前記処理ガス供給部１１１により阻止され、被処理基板１１４を損傷させることはない。
【００１６】
前記プラズマ処理装置１００によって行う事が可能な基板処理には、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、プラズマ酸窒化処理、プラズマＣＶＤ処理などがあり、前記処理ガス供給部１１１の前記ノズル１１３から前記空間１０１Ｂにエッチングガスを供給し、前記保持台１１５に高周波電源１１５Ａから高周波電圧を印加することにより、前記被処理基板１１４に対して反応性イオンエッチングを行うことも可能である。
【００１７】
また、前記プラズマ処理装置１００を用いて、プラズマＣＶＤ処理など、被処理基板１１４上に成膜を行う成膜処理を行う場合は、成膜処理の際に前記処理容器１０１内部に堆積物が堆積する。例えば、成膜処理を長時間行って前記堆積物が蓄積すると、前記堆積物が堆積した部分より剥離して、パーティクルなどが発生する要因となる。
【００１８】
そのため、定期的に前記堆積物を除去するクリーニングが必要となる。
【００１９】
【特許文献１】
特開平９−６３７９３号公報
【００２０】
【特許文献２】
特開２００２−５７１０６号公報
【００２１】
【特許文献３】
特開２００２−５７１４９号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、前記クリーニングを行う場合は、前記シャワープレート１０３よりクリーニングガスを導入して、マイクロ波プラズマ励起することにより、前記クリーニングガスを解離して前記堆積物をエッチングして除去する方法がある。
【００２３】
しかし、前記したマイクロ波プラズマによるクリーニングでは前記堆積物を完全に除去できない、または除去するためのエッチング速度が遅く、クリーニングに時間を要してしまう場合がある。
【００２４】
例えば、前記処理ガス供給部１１１の下部、すなわち前記空間１０１Ｃには、マイクロ波が届かないためにマイクロ波プラズマが励起されることがなく、また前記空間１０１Ｂから拡散してくるプラズマのみ存在するため、プラズマ密度が低く、電子温度が低い。
【００２５】
このため、前記空間１０１Ｃに面する部分に堆積した前記堆積物が、前記したマイクロ波プラズマによるクリーニングでは、エッチングされない、またはエッチング速度が遅いという問題が生じる。
【００２６】
具体的には、前記処理ガス供給部１１１の前記空間１０１Ｃに面した側への堆積物や、前記処理容器１０１の内壁面の前記空間１０１Ｃに面した部分の堆積物のエッチング速度が遅く、また前記保持台１１５側壁面の堆積物に関しても完全に堆積物をクリーニングするのが困難であった。
【００２７】
そこで、本発明では上記の問題を解決した新規で有用な基板処理装置のクリーニング方法を提供することを目的とする。
【００２８】
本発明の具体的課題は、マイクロ波プラズマを用いた基板処理装置において、クリーニングを効率的に行うことにより、クリーニング時間を短縮することが可能な新規な基板処理装置のクリーニング方法を提供することである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記の課題を解決するために、
請求項１に記載したように、
外壁により画成された処理容器と、
前記処理容器中に設けられて高周波電源に接続された、被処理基板を保持する保持台と、
前記処理容器を排気する排気口と、
前記処理容器上に、前記被処理基板に対面するように前記外壁の一部として設けられたマイクロ波透過窓と、
前記マイクロ波透過窓上に設けられた、マイクロ波電源が電気的に接続されたマイクロ波アンテナと、
前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
前記保持台上の前記被処理基板と前記マイクロ波透過窓との間に前記被処理基板に対面するように設けられた処理ガス供給部よりなる基板処理装置のクリーニング方法であって、
前記処理容器中にクリーニングガスを導入するガス導入工程と、
前記マイクロ波アンテナより前記処理容器中にマイクロ波を導入して前記処理容器中にプラズマ励起をするプラズマ励起工程とを含み、
さらに前記保持台に前記高周波電源より高周波電力を印加するバイアス印加工程を含むことを特徴とする基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項２に記載したように、
前記処理ガス供給部は導電性材料により構成されて接地されていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項３に記載したように、
前記マイクロ波アンテナは同軸導波管により給電され、開口部を有するアンテナ本体と、前記アンテナ本体上に前記開口部を覆うように設けられた複数のスロットを有するマイクロ波放射面と、前記アンテナ本体と前記マイクロ波放射面との間に設けられた誘電体よりなることを特徴とした請求項１または２記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項４に記載したように、
前記クリーニングガスは、酸素を含むことを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項５に記載したように、
前記クリーニングガスは、水素を含むことを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項６に記載したように、
前記クリーニングガスは、Ｈ２Ｏを含むことを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項７に記載したように、
前記クリーニングガスは、フッ素化合物を含むことを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項８に記載したように、
前記クリーニングガスは、前記マイクロ波アンテナと前記処理ガス供給部との間に形成された前記プラズマガス供給部より導入されることを特徴とする請求項１〜７のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項９に記載したように、
前記クリーニングガスは、前記処理ガス供給部より導入されることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項１０に記載したように、
前記クリーニングガスは、前記マイクロ波プラズマおよび前記高周波電力により励起された高周波プラズマにより解離されて反応種となり、前記反応種によって前記処理容器の内部に堆積した堆積物をエッチングして除去することを特徴とする請求項１〜９のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項１１に記載したように、
前記堆積物は、フッ素添加カーボン膜を含むことを特徴とする請求項１０記載の基板処理装置のクリーニング方法により、解決する。
［作用］
本発明によれば、マイクロ波を用いた基板処理装置において、成膜処理で堆積した堆積物を除去するクリーニング時に、マイクロ波プラズマを用いると共に被処理基板の保持台に高周波電力を印加することで、堆積物のエッチング速度を増大させてクリーニング時間を短縮することが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態に関して、具体的に説明する。
［第１実施例］
まず、図１で前記したプラズマ処理装置１００による基板処理の例として、プラズマＣＶＤ処理を行って被処理器基板１１４に成膜を行う場合の具体的な例を以下に示す。
【００３１】
前記したプラズマ処理装置１００の場合、プラズマＣＶＤ処理で被処理基板１１４上に絶縁膜を形成する場合、プラズマガスにＯ２、Ａｒ、処理ガスにＳｉＨ４を用いることでシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を、同様にしてプラズマガスにＮ２、Ａｒ、処理ガスにＳｉＨ４を用いることで窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成することが可能である。
【００３２】
さらに、同様にしてプラズマガスに、Ａｒ、Ｈ２、処理ガスにフロロカーボン系のガス、例えばＣ４Ｆ８を用いることでフッ素添加カーボン膜（ＣｘＦｙ膜）を形成することが可能である。
【００３３】
前記したような成膜処理を行う場合、被処理基板１１４上と同様に、前記処理容器１０１内にも前記したシリコン酸化膜、窒化膜、フッ素添加カーボン膜などが堆積物となって堆積する。
【００３４】
前記堆積物が蓄積すると、前記処理容器１０１内部より剥離してパーティクル発生の原因となるので、定期的にクリーニングを行う必要が有る。そこで、本発明によるクリーニング方法を実施して、前記処理容器１０１内をクリーニングして、前記したような堆積物の除去を行う。
【００３５】
次に、前記プラズマ処理装置１００の具体的なクリーニング方法に関して以下に示す。
【００３６】
図２は、本発明の第２実施例による基板処理装置のクリーニング方法を示すフローチャートである。本実施例の場合、前記したフッ素添加カーボン膜をクリーニングする方法を説明する。
【００３７】
図２を参照するに、まずステップ１（図中Ｓ１と表記、以下同様）でクリーニング工程が開始されると、ステップ２において、前記処理容器１０１内に、クリーニングガスを導入する。フッ素添加カーボン膜をクリーニングする場合、クリーニングガスとしては例えば、Ｏ２およびＨ２が用いられる。また、Ｏ２およびＨ２などのクリーニングガスを希釈してクリーニングガスによるエッチングを前記処理容器１０１内で均一にするためと、プラズマ励起を容易にするために希釈ガスとしてさらにＡｒを用いる場合がある。
【００３８】
そこで、ステップ２においては、Ｏ２／Ｈ２／Ａｒをそれぞれ１００／１００／８００ｓｃｃｍ前記シャワープレート１０３の前記開口部１０７より前記空間１０１Ｂに導入する。
【００３９】
次に、ステップ３において、マイクロ波電源より１４００Ｗのマイクロ波電力を前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０に導入して、前記処理容器１０１内にマイクロ波プラズマを励起する。
【００４０】
本ステップにおいてマイクロ波プラズマが励起されているため、導入された、Ｏ２／Ｈ２が解離されて酸素ラジカル、水素ラジカル、また酸素イオン、水素イオンなどフッ素添加カーボン膜のエッチングに寄与する反応種が生成されて、以下のように前記処理容器１１内の堆積物であるフッ素添加カーボン膜をエッチングして実質的なクリーニングが開始される。
【００４１】
【化１】
また、本ステップにおいて、クリーニングガスとしてＯ２／Ｈ２に加えてＨ２Ｏを添加することにより、前記したエッチングに寄与する酸素ラジカル、水素ラジカル、酸素イオン、水素イオンの形成を促進してさらにクリーニングレートを向上させることができる。
【００４２】
しかし、前記したマイクロ波プラズマによるクリーニングのみではフッ素添加カーボン膜を除去するためのエッチング速度が遅く、クリーニングに時間を要してしまう場合がある。
【００４３】
図３には、前記プラズマ処理装置１００にマイクロ波プラズマＭを励起した状態を模擬的に示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４４】
図３を参照するに、例えば前記処理ガス供給部１１１の下部、すなわち前記空間１０１Ｃには、マイクロ波が届かないためにマイクロ波プラズマが励起されることがなく、また前記空間１０１Ｂから拡散してくるプラズマのみ存在するため、プラズマ密度が低く、電子温度が低い。
【００４５】
このため、前記空間１０１Ｃに面する部分に堆積した前記堆積物が、前記したマイクロ波プラズマのみによるクリーニングでは、エッチングされない、またはエッチング速度が遅いという問題が生じる。
【００４６】
具体的には、前記処理ガス供給部１１１の前記空間１０１Ｃに面した側への堆積物や、前記処理容器１０１の内壁面の前記空間１０１Ｃに面した部分の堆積物のエッチング速度が遅く、また前記保持台１１５側壁面の堆積物に関しても完全に堆積物をクリーニングするのが困難であった。
【００４７】
そこで、本発明による基板処理装置のクリーニング方法では、次にステップ４で、前記保持台１１５に接続された高周波電源１１５Ａより前記保持台１１５に高周波電力を３００Ｗ印加する。なお、本実施例に用いた高周波電源の周波数は２ＭＨｚであるが、周波数は５００ＭＨｚ以下、好ましくは１００ｋＨｚ〜１５ＭＨｚのものを用いるのがよい。また、直流バイアスを用いてもよい。
【００４８】
本ステップにおいて、前記基板保持台１１５に高周波電力を印加しているため、プラズマ電位が振動して、前記空間１０１Ｃのプラズマ電位が引き上げられる。
【００４９】
前記空間１０１Ｃにおいて高周波プラズマが励起されるため、クリーニングガスの解離が進行して堆積物のエッチングに必要なラジカル、イオンなどの反応種が生成されると共に、プラズマ電位が引き上げられるため、クリーニング対象の壁面に入射するイオンエネルギーが大きくなり、堆積物のエッチングが促進される。
【００５０】
その結果、前記処理ガス供給部１１１の前記空間１０１Ｃに面した側への堆積物や、前記処理容器１０１の内壁面の前記空間１０１Ｃに面した部分、また前記保持台１１５側壁面の堆積物のエッチング速度が向上し、クリーニングレートが向上する効果が得られる。
【００５１】
次に、堆積物のエッチングが完了すると、ステップ５およびステップ６においてそれぞれ高周波電力およびマイクロ波電力の導入を停止し、ステップ７においてクリーニングが完了する。
【００５２】
なお、本実施例においては、前記シャワープレート１０３よりクリーニングガスおよび希釈ガスを導入しているが、必要に応じて、例えば前記シャワープレート１０３および前記処理ガス供給部１１１の双方より、もしくは前記処理ガス供給部１１１からのみ導入することも可能である。また、前記シャワープレート１０３からと、および前記処理ガス供給部１１１から導入する割合を変更することも可能である。
【００５３】
例えば、フッ素添加カーボン膜の成膜条件に応じて、前記空間１０１Ｂに面する部分の堆積物が多い場合は、前記シャワープレート１０３から導入するクリーニングガスおよび希釈ガスの流量の割合を増加させ、また前記空間１０１Ｃに面する部分の堆積物が多い場合は、前記処理ガス供給部１１１から導入するクリーニングガスおよび希釈ガスの流量の割合を増加させることで、クリーニングガスを効率的に使用することができる。その結果、クリーニングガスの使用量を抑えて、かつクリーニング速度を向上させたより効率的なクリーニングが可能となる。
【００５４】
なお、前記処理容器１０１内の堆積物の除去が完了してクリーニングが終了したことを確認するためには、プラズマの発光状態をモニタする方法がある。例えば、クリーニング中の発光を分光器などで分光処理することにより、特定の波長の光の強度の変化をモニタし、発行強度の変化が収束した時点でクリーニングの終了とし、クリーニングの終点を検出している。
【００５５】
また、クリーニングの対象である堆積物の堆積状態によって、例えば前記空間１０１Ｃに面する部分の堆積物が多い場合は、高周波電力を印加する時間を増加させることによって、効率的にクリーニングレートを向上させることが可能となる。
【００５６】
さらに、必要に応じてマイクロ波電力を導入する時間と高周波電力を導入する時間、またマイクロ波電力を導入・停止するタイミングと高周波電力を導入・停止するタイミングを変更して、堆積物の量に応じた効率的なクリーニングを行うことが可能となる。必要に応じて高周波電力での高周波プラズマのみでクリーニングを行うことも可能である。
【００５７】
また、ここまでの実施例はフッ素添加カーボン膜をクリーニングする方法を示したが、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、フッ素添加シリコン酸化膜（ＳｉＯＦ膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）などの絶縁膜も同様の方法でクリーニングすることが可能である。
【００５８】
前記したＳｉＯ２膜、ＳｉＯＦ膜、ＳｉＮ膜などは、クリーニングガスにフッ素化合物のガス、例えばＮＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６などを用いることで、図２に示した方法でクリーニングを行う事が可能であり、前記したフッ素添加カーボン膜をクリーニングする場合と同様の効果を得ることが可能である。
【００５９】
また、例えばフッ素添加カーボン膜とＳｉＯ２膜、ＳｉＯＦ膜、ＳｉＮ膜が積層された堆積物をクリーニングする場合や、ＳｉＣＯ膜、ＳｉＣＯ（Ｈ）膜など無機絶縁膜と有機系の絶縁膜が混在する堆積物をクリーニングする場合は、ＮＦ３とＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏを混合したガスをクリーニングガスとして用いる、またはＮＦ３によるクリーニングとＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏによるクリーニングを交互に行うなどしてクリーンングを行う事が可能である。その場合も、前記したフッ素添加カーボン膜をクリーニングする場合と同様の効果を得ることが可能である。
［第２実施例］
次に、第１実施例に前記した、図２に示した基板処理装置のクリーニング方法を用いてクリーニングを行った際のクリーニング速度を図４に示す。ただし文中、先に説明した場合には同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【００６０】
図４は、第１実施例に記載した方法により、フッ素添加カーボン膜のクリーニングを行った場合のクリーニング速度を示したものであり、前記保持台１１５への高周波電力を３００Ｗとした場合および５００Ｗとした場合の結果が示してある。さらに、比較のために、前記保持台１１５に高周波電力を印加せずに、マイクロ波プラズマのみでクリーニングを行った場合の結果も併記する。
【００６１】
図４を参照するに、マイクロ波プラズマのみでクリーニングを行った場合はクリーニング速度が１９４ｎｍ／ｍｉｎであるのに対し、高周波電力を３００Ｗ印加した場合はクリーニング速度が５４０ｎｍ／ｍｉｎとなり、高周波電力を印加しない場合に比べてクリーニング速度が２．８倍となっている。さらに高周波電力を５００Ｗとするとクリーニング速度が６８０ｎｍ／ｍｉｎとなって高周波電力を印加しない場合に比べて３．５倍となって、さらにクリーニング時間を短縮することが可能になっている。
【００６２】
これは、前記したように、前記保持台１１５に高周波電力を印加することで、前記処理ガス供給部１１１の前記空間１０１Ｃに面した側への堆積物や、前記処理容器１０１の内壁面の前記空間１０１Ｃに面した部分、また前記保持台１１５側壁面の堆積物のエッチング速度が向上することでクリーニング速度が上昇する効果が得られているためであると考えられる。
【００６３】
また、前記保持台１１５の表面を保護するため、前記保持台１１５上に、たとえばＡｌ２Ｏ３やＳｉＮなどの焼結セラミックからなる保護ウェハを載置してクリーニングを実施してもよい。
【００６４】
また前記したクリーニングは、被処理基板の成膜処理が１枚終了する毎に実施することも可能であるが、例えば複数の被処理基板の成膜処理が終了する毎に実施することも可能である。
【００６５】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、マイクロ波を用いた基板処理装置において、成膜処理で堆積した堆積物を除去するクリーニング時に、マイクロ波プラズマを用いると共に被処理基板の保持台に高周波電力を印加することで、堆積物のエッチング速度を増大させてクリーニング時間を短縮することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマ処理装置の概略を示す図である。
【図２】本発明による基板処理装置のクリーニング方法を示すフローチャートである。
【図３】図１のプラズマ処理装置にマイクロ波プラズマを励起した状態を模擬的に示した図である。
【図４】本発明の基板処理装置のクリーニング方法によるクリーニング速度を示す図である。
【符号の説明】
１００ プラズマ処理装置
１０１ 処理容器
１１５，１１６ 排気ポート
１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ 空間
１１４ 被処理基板
１１５ 保持台
１０８，１０９ シールリング
１１０Ａ，１１０Ｂ スロット
１１０Ｄ 遅相板
１１０Ａ 同軸導波管
１１０Ｂ アンテナ本体
１１０ ラジアルラインスロットアンテナ
１０３ シャワープレート
１０４ プラズマガス通路
１０５ プラズマガス供給ポート
１０７ 開口部
１０８ 供給通路
１１０Ｃ 放射版
導体構造物 １１１
処理ガス通路 １１２
ノズル １１３
【発明の属する技術分野】
本発明は一般にプラズマ処理装置に係わり、特にマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
プラズマ処理工程およびプラズマ処理装置は、近年のいわゆるディープサブミクロン素子あるいはディープサブクォーターミクロン素子と呼ばれる０．１μｍに近い、あるいはそれ以下のゲート長を有する超微細化半導体装置の製造や、液晶表示装置を含む高解像度平面表示装置の製造にとって、不可欠の技術である。
【０００３】
半導体装置や液晶表示装置の製造に使われるプラズマ処理装置としては、従来より様々なプラズマの励起方式が使われているが、特に平行平板型高周波励起プラズマ処理装置あるいは誘導結合型プラズマ処理装置が一般的である。しかしこれら従来のプラズマ処理装置は、プラズマ形成が不均一であり、電子密度の高い領域が限定されているため大きな処理速度すなわちスループットで被処理基板全面にわたり均一なプロセスを行うのが困難である問題点を有している。この問題は、特に大径の基板を処理する場合に深刻になる。しかもこれら従来のプラズマ処理装置では、電子温度が高いため被処理基板上に形成される半導体素子にダメージが生じ、また処理室壁のスパッタリングによる金属汚染が大きいなど、いくつかの本質的な問題を有している。このため、従来のプラズマ処理装置では、半導体装置や液晶表示装置のさらなる微細化およびさらなる生産性の向上に対する厳しい要求を満たすことが困難になりつつある。
【０００４】
一方、従来より直流磁場を用いずにマイクロ波電界により励起された高密度プラズマを使うマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている。例えば、均一なマイクロ波を発生するように配列された多数のスロットを有する平面状のアンテナ（ラジアルラインスロットアンテナ）から処理容器内にマイクロ波を放射し、このマイクロ波電界により真空容器内のガスを電離してプラズマを励起させる構成のプラズマ処理装置が提案されている。
【０００５】
このような手法で励起されたマイクロ波プラズマではアンテナ直下の広い領域にわたって高いプラズマ密度を実現でき、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能である。しかもかかる手法で形成されたマイクロ波プラズマではマイクロ波によりプラズマを励起するため電子温度が低く、被処理基板のダメージや金属汚染を回避することができる。さらに大面積基板上にも均一なプラズマを容易に励起できるため、大口径半導体基板を使った半導体装置の製造工程や大型液晶表示装置の製造にも容易に対応できる。
【０００６】
【従来の技術】
図１（Ａ），（Ｂ）は、かかるラジアルラインスロットアンテナを使った従来のプラズマ処理装置１００の構成を示す。ただし図１（Ａ）はプラズマ処理装置１００の断面図を、また図１（Ｂ）はラジアルラインスロットアンテナの構成を示す図である。
【０００７】
図１（Ａ）を参照するに、プラズマ処理装置１００は複数の排気ポート１１６から排気される処理室１０１を有し、前記処理室１０１中には被処理基板１１４を保持する保持台１１５が形成されている。前記処理室１０１の均一な排気を実現するため、前記保持台１１５の周囲にはリング状に空間１０１Ａが形成されており、前記複数の排気ポート１１６を前記空間１０１Ａに連通するように等間隔で、すなわち被処理基板に対して軸対称に形成することにより、前記処理室１０１を前記空間１０１Ａおよび排気ポート１１６を介して均一に排気することができる。
【０００８】
前記処理室１０１上には、前記保持台１１５上の被処理基板１１４に対応する位置に、前記処理室１０１の外壁の一部として、低損失誘電体よりなり多数の開口部１０７を形成された板状のシャワープレート１０３がシールリング１０９を介して形成されており、さらに前記シャワープレート１０３の外側に同じく低損失誘電体よりなるカバープレート１０２が、別のシールリング１０８を介して設けられている。
【０００９】
前記シャワープレート１０３にはその上面にプラズマガスの通路１０４が形成されており、前記複数の開口部１０７の各々は前記プラズマガス通路１０４に連通するように形成されている。さらに、前記シャワープレート１０３の内部には、前記処理容器１０１の外壁に設けられたプラズマガス供給ポート１０５に連通するプラズマガスの供給通路１０８が形成されており、前記プラズマガス供給ポート１０５に供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマガスは、前記供給通路１０８から前記通路１０４を介して前記開口部１０７に供給され、前記開口部１０７から前記処理容器１０１内部の前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに、実質的に一様な濃度で放出される。
【００１０】
前記処理容器１０１上には、さらに前記カバープレート１０２の外側に、前記カバープレート１０２から４〜５ｍｍ離間して、図１（Ｂ）に示す放射面を有するラジアルラインスロットアンテナ１１０が設けられている。前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は外部のマイクロ波源（図示せず）に同軸導波管１１０Ａを介して接続されており、前記マイクロ波源からのマイクロ波により、前記空間１０１Ｂに放出されたプラズマガスを励起する。前記カバープレート１０２とラジアルラインスロットアンテナ１１０の放射面との間の隙間は大気により充填されている。
【００１１】
前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は、前記同軸導波管１１０Ａの外側導波管に接続された平坦なディスク状のアンテナ本体１１０Ｂと、前記アンテナ本体１１０Ｂの開口部に形成された、図１（Ｂ）に示す多数のスロット１１０ａおよびこれに直交する多数のスロット１１０ｂを形成された放射板１１０Ｃとよりなり、前記アンテナ本体１１０Ｂと前記放射板１１０Ｃとの間には、厚さが一定の誘電体板よりなる遅相板１１０Ｄが挿入されている。
【００１２】
かかる構成のラジアルラインスロットアンテナ１１０では、前記同軸導波管１１０から給電されたマイクロ波は、前記ディスク状のアンテナ本体１１０Ｂと放射板１１０Ｃとの間を、半径方向に広がりながら進行するが、その際に前記遅相板１１０Ｄの作用により波長が圧縮される。そこで、このようにして半径方向に進行するマイクロ波の波長に対応して前記スロット１１０ａおよび１１０ｂを同心円状に、かつ相互に直交するように形成しておくことにより、円偏波を有する平面波を前記放射板１１０Ｃに実質的に垂直な方向に放射することができる。
【００１３】
かかるラジアルラインスロットアンテナ１１０を使うことにより、前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに均一な高密度プラズマが形成される。このようにして形成された高密度プラズマは電子温度が低く、そのため被処理基板１１４にダメージが生じることがなく、また処理容器１０１の器壁のスパッタリングに起因する金属汚染が生じることもない。
【００１４】
図１のプラズマ処理装置１００では、さらに前記処理容器１０１中、前記シャワープレート１０３と被処理基板１１４との間に、外部の処理ガス源（図示せず）から前記処理容器１０１中に形成された処理ガス通路１１２を介して処理ガスを供給する多数のノズル１１３を形成された導体構造物１１１が形成されており、前記ノズル１１３の各々は、供給された処理ガスを、前記導体構造物１１１と被処理基板１１４との間の空間１０１Ｃに放出する。すなわち前記導体構造物１１１は処理ガス供給部として機能する。前記処理ガス供給部を構成する導体構造物１１１には、前記隣接するノズル１１３と１１３との間に、前記空間１０１Ｂにおいて形成されたプラズマを前記空間１０１Ｂから前記空間１０１Ｃに拡散により、効率よく通過させるような大きさの開口部が形成されている。
【００１５】
そこで、このように前記処理ガス供給部１１１から前記ノズル１１３を介して処理ガスを前記空間１０１Ｃに放出した場合、放出された処理ガスは前記空間１０１Ｂにおいて形成された高密度プラズマにより励起され、前記被処理基板１１４上に、一様なプラズマ処理が、効率的かつ高速に、しかも基板および基板上の素子構造を損傷させることなく、また基板を汚染することなく行われる。一方前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０から放射されたマイクロ波は、導体よりなる前記処理ガス供給部１１１により阻止され、被処理基板１１４を損傷させることはない。
【００１６】
前記プラズマ処理装置１００によって行う事が可能な基板処理には、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、プラズマ酸窒化処理、プラズマＣＶＤ処理などがあり、前記処理ガス供給部１１１の前記ノズル１１３から前記空間１０１Ｂにエッチングガスを供給し、前記保持台１１５に高周波電源１１５Ａから高周波電圧を印加することにより、前記被処理基板１１４に対して反応性イオンエッチングを行うことも可能である。
【００１７】
また、前記プラズマ処理装置１００を用いて、プラズマＣＶＤ処理など、被処理基板１１４上に成膜を行う成膜処理を行う場合は、成膜処理の際に前記処理容器１０１内部に堆積物が堆積する。例えば、成膜処理を長時間行って前記堆積物が蓄積すると、前記堆積物が堆積した部分より剥離して、パーティクルなどが発生する要因となる。
【００１８】
そのため、定期的に前記堆積物を除去するクリーニングが必要となる。
【００１９】
【特許文献１】
特開平９−６３７９３号公報
【００２０】
【特許文献２】
特開２００２−５７１０６号公報
【００２１】
【特許文献３】
特開２００２−５７１４９号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、前記クリーニングを行う場合は、前記シャワープレート１０３よりクリーニングガスを導入して、マイクロ波プラズマ励起することにより、前記クリーニングガスを解離して前記堆積物をエッチングして除去する方法がある。
【００２３】
しかし、前記したマイクロ波プラズマによるクリーニングでは前記堆積物を完全に除去できない、または除去するためのエッチング速度が遅く、クリーニングに時間を要してしまう場合がある。
【００２４】
例えば、前記処理ガス供給部１１１の下部、すなわち前記空間１０１Ｃには、マイクロ波が届かないためにマイクロ波プラズマが励起されることがなく、また前記空間１０１Ｂから拡散してくるプラズマのみ存在するため、プラズマ密度が低く、電子温度が低い。
【００２５】
このため、前記空間１０１Ｃに面する部分に堆積した前記堆積物が、前記したマイクロ波プラズマによるクリーニングでは、エッチングされない、またはエッチング速度が遅いという問題が生じる。
【００２６】
具体的には、前記処理ガス供給部１１１の前記空間１０１Ｃに面した側への堆積物や、前記処理容器１０１の内壁面の前記空間１０１Ｃに面した部分の堆積物のエッチング速度が遅く、また前記保持台１１５側壁面の堆積物に関しても完全に堆積物をクリーニングするのが困難であった。
【００２７】
そこで、本発明では上記の問題を解決した新規で有用な基板処理装置のクリーニング方法を提供することを目的とする。
【００２８】
本発明の具体的課題は、マイクロ波プラズマを用いた基板処理装置において、クリーニングを効率的に行うことにより、クリーニング時間を短縮することが可能な新規な基板処理装置のクリーニング方法を提供することである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記の課題を解決するために、
請求項１に記載したように、
外壁により画成された処理容器と、
前記処理容器中に設けられて高周波電源に接続された、被処理基板を保持する保持台と、
前記処理容器を排気する排気口と、
前記処理容器上に、前記被処理基板に対面するように前記外壁の一部として設けられたマイクロ波透過窓と、
前記マイクロ波透過窓上に設けられた、マイクロ波電源が電気的に接続されたマイクロ波アンテナと、
前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
前記保持台上の前記被処理基板と前記マイクロ波透過窓との間に前記被処理基板に対面するように設けられた処理ガス供給部よりなる基板処理装置のクリーニング方法であって、
前記処理容器中にクリーニングガスを導入するガス導入工程と、
前記マイクロ波アンテナより前記処理容器中にマイクロ波を導入して前記処理容器中にプラズマ励起をするプラズマ励起工程とを含み、
さらに前記保持台に前記高周波電源より高周波電力を印加するバイアス印加工程を含むことを特徴とする基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項２に記載したように、
前記処理ガス供給部は導電性材料により構成されて接地されていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項３に記載したように、
前記マイクロ波アンテナは同軸導波管により給電され、開口部を有するアンテナ本体と、前記アンテナ本体上に前記開口部を覆うように設けられた複数のスロットを有するマイクロ波放射面と、前記アンテナ本体と前記マイクロ波放射面との間に設けられた誘電体よりなることを特徴とした請求項１または２記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項４に記載したように、
前記クリーニングガスは、酸素を含むことを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項５に記載したように、
前記クリーニングガスは、水素を含むことを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項６に記載したように、
前記クリーニングガスは、Ｈ２Ｏを含むことを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項７に記載したように、
前記クリーニングガスは、フッ素化合物を含むことを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項８に記載したように、
前記クリーニングガスは、前記マイクロ波アンテナと前記処理ガス供給部との間に形成された前記プラズマガス供給部より導入されることを特徴とする請求項１〜７のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項９に記載したように、
前記クリーニングガスは、前記処理ガス供給部より導入されることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項１０に記載したように、
前記クリーニングガスは、前記マイクロ波プラズマおよび前記高周波電力により励起された高周波プラズマにより解離されて反応種となり、前記反応種によって前記処理容器の内部に堆積した堆積物をエッチングして除去することを特徴とする請求項１〜９のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法により、また、
請求項１１に記載したように、
前記堆積物は、フッ素添加カーボン膜を含むことを特徴とする請求項１０記載の基板処理装置のクリーニング方法により、解決する。
［作用］
本発明によれば、マイクロ波を用いた基板処理装置において、成膜処理で堆積した堆積物を除去するクリーニング時に、マイクロ波プラズマを用いると共に被処理基板の保持台に高周波電力を印加することで、堆積物のエッチング速度を増大させてクリーニング時間を短縮することが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態に関して、具体的に説明する。
［第１実施例］
まず、図１で前記したプラズマ処理装置１００による基板処理の例として、プラズマＣＶＤ処理を行って被処理器基板１１４に成膜を行う場合の具体的な例を以下に示す。
【００３１】
前記したプラズマ処理装置１００の場合、プラズマＣＶＤ処理で被処理基板１１４上に絶縁膜を形成する場合、プラズマガスにＯ２、Ａｒ、処理ガスにＳｉＨ４を用いることでシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を、同様にしてプラズマガスにＮ２、Ａｒ、処理ガスにＳｉＨ４を用いることで窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成することが可能である。
【００３２】
さらに、同様にしてプラズマガスに、Ａｒ、Ｈ２、処理ガスにフロロカーボン系のガス、例えばＣ４Ｆ８を用いることでフッ素添加カーボン膜（ＣｘＦｙ膜）を形成することが可能である。
【００３３】
前記したような成膜処理を行う場合、被処理基板１１４上と同様に、前記処理容器１０１内にも前記したシリコン酸化膜、窒化膜、フッ素添加カーボン膜などが堆積物となって堆積する。
【００３４】
前記堆積物が蓄積すると、前記処理容器１０１内部より剥離してパーティクル発生の原因となるので、定期的にクリーニングを行う必要が有る。そこで、本発明によるクリーニング方法を実施して、前記処理容器１０１内をクリーニングして、前記したような堆積物の除去を行う。
【００３５】
次に、前記プラズマ処理装置１００の具体的なクリーニング方法に関して以下に示す。
【００３６】
図２は、本発明の第２実施例による基板処理装置のクリーニング方法を示すフローチャートである。本実施例の場合、前記したフッ素添加カーボン膜をクリーニングする方法を説明する。
【００３７】
図２を参照するに、まずステップ１（図中Ｓ１と表記、以下同様）でクリーニング工程が開始されると、ステップ２において、前記処理容器１０１内に、クリーニングガスを導入する。フッ素添加カーボン膜をクリーニングする場合、クリーニングガスとしては例えば、Ｏ２およびＨ２が用いられる。また、Ｏ２およびＨ２などのクリーニングガスを希釈してクリーニングガスによるエッチングを前記処理容器１０１内で均一にするためと、プラズマ励起を容易にするために希釈ガスとしてさらにＡｒを用いる場合がある。
【００３８】
そこで、ステップ２においては、Ｏ２／Ｈ２／Ａｒをそれぞれ１００／１００／８００ｓｃｃｍ前記シャワープレート１０３の前記開口部１０７より前記空間１０１Ｂに導入する。
【００３９】
次に、ステップ３において、マイクロ波電源より１４００Ｗのマイクロ波電力を前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０に導入して、前記処理容器１０１内にマイクロ波プラズマを励起する。
【００４０】
本ステップにおいてマイクロ波プラズマが励起されているため、導入された、Ｏ２／Ｈ２が解離されて酸素ラジカル、水素ラジカル、また酸素イオン、水素イオンなどフッ素添加カーボン膜のエッチングに寄与する反応種が生成されて、以下のように前記処理容器１１内の堆積物であるフッ素添加カーボン膜をエッチングして実質的なクリーニングが開始される。
【００４１】
【化１】
【００４２】
しかし、前記したマイクロ波プラズマによるクリーニングのみではフッ素添加カーボン膜を除去するためのエッチング速度が遅く、クリーニングに時間を要してしまう場合がある。
【００４３】
図３には、前記プラズマ処理装置１００にマイクロ波プラズマＭを励起した状態を模擬的に示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４４】
図３を参照するに、例えば前記処理ガス供給部１１１の下部、すなわち前記空間１０１Ｃには、マイクロ波が届かないためにマイクロ波プラズマが励起されることがなく、また前記空間１０１Ｂから拡散してくるプラズマのみ存在するため、プラズマ密度が低く、電子温度が低い。
【００４５】
このため、前記空間１０１Ｃに面する部分に堆積した前記堆積物が、前記したマイクロ波プラズマのみによるクリーニングでは、エッチングされない、またはエッチング速度が遅いという問題が生じる。
【００４６】
具体的には、前記処理ガス供給部１１１の前記空間１０１Ｃに面した側への堆積物や、前記処理容器１０１の内壁面の前記空間１０１Ｃに面した部分の堆積物のエッチング速度が遅く、また前記保持台１１５側壁面の堆積物に関しても完全に堆積物をクリーニングするのが困難であった。
【００４７】
そこで、本発明による基板処理装置のクリーニング方法では、次にステップ４で、前記保持台１１５に接続された高周波電源１１５Ａより前記保持台１１５に高周波電力を３００Ｗ印加する。なお、本実施例に用いた高周波電源の周波数は２ＭＨｚであるが、周波数は５００ＭＨｚ以下、好ましくは１００ｋＨｚ〜１５ＭＨｚのものを用いるのがよい。また、直流バイアスを用いてもよい。
【００４８】
本ステップにおいて、前記基板保持台１１５に高周波電力を印加しているため、プラズマ電位が振動して、前記空間１０１Ｃのプラズマ電位が引き上げられる。
【００４９】
前記空間１０１Ｃにおいて高周波プラズマが励起されるため、クリーニングガスの解離が進行して堆積物のエッチングに必要なラジカル、イオンなどの反応種が生成されると共に、プラズマ電位が引き上げられるため、クリーニング対象の壁面に入射するイオンエネルギーが大きくなり、堆積物のエッチングが促進される。
【００５０】
その結果、前記処理ガス供給部１１１の前記空間１０１Ｃに面した側への堆積物や、前記処理容器１０１の内壁面の前記空間１０１Ｃに面した部分、また前記保持台１１５側壁面の堆積物のエッチング速度が向上し、クリーニングレートが向上する効果が得られる。
【００５１】
次に、堆積物のエッチングが完了すると、ステップ５およびステップ６においてそれぞれ高周波電力およびマイクロ波電力の導入を停止し、ステップ７においてクリーニングが完了する。
【００５２】
なお、本実施例においては、前記シャワープレート１０３よりクリーニングガスおよび希釈ガスを導入しているが、必要に応じて、例えば前記シャワープレート１０３および前記処理ガス供給部１１１の双方より、もしくは前記処理ガス供給部１１１からのみ導入することも可能である。また、前記シャワープレート１０３からと、および前記処理ガス供給部１１１から導入する割合を変更することも可能である。
【００５３】
例えば、フッ素添加カーボン膜の成膜条件に応じて、前記空間１０１Ｂに面する部分の堆積物が多い場合は、前記シャワープレート１０３から導入するクリーニングガスおよび希釈ガスの流量の割合を増加させ、また前記空間１０１Ｃに面する部分の堆積物が多い場合は、前記処理ガス供給部１１１から導入するクリーニングガスおよび希釈ガスの流量の割合を増加させることで、クリーニングガスを効率的に使用することができる。その結果、クリーニングガスの使用量を抑えて、かつクリーニング速度を向上させたより効率的なクリーニングが可能となる。
【００５４】
なお、前記処理容器１０１内の堆積物の除去が完了してクリーニングが終了したことを確認するためには、プラズマの発光状態をモニタする方法がある。例えば、クリーニング中の発光を分光器などで分光処理することにより、特定の波長の光の強度の変化をモニタし、発行強度の変化が収束した時点でクリーニングの終了とし、クリーニングの終点を検出している。
【００５５】
また、クリーニングの対象である堆積物の堆積状態によって、例えば前記空間１０１Ｃに面する部分の堆積物が多い場合は、高周波電力を印加する時間を増加させることによって、効率的にクリーニングレートを向上させることが可能となる。
【００５６】
さらに、必要に応じてマイクロ波電力を導入する時間と高周波電力を導入する時間、またマイクロ波電力を導入・停止するタイミングと高周波電力を導入・停止するタイミングを変更して、堆積物の量に応じた効率的なクリーニングを行うことが可能となる。必要に応じて高周波電力での高周波プラズマのみでクリーニングを行うことも可能である。
【００５７】
また、ここまでの実施例はフッ素添加カーボン膜をクリーニングする方法を示したが、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、フッ素添加シリコン酸化膜（ＳｉＯＦ膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）などの絶縁膜も同様の方法でクリーニングすることが可能である。
【００５８】
前記したＳｉＯ２膜、ＳｉＯＦ膜、ＳｉＮ膜などは、クリーニングガスにフッ素化合物のガス、例えばＮＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６などを用いることで、図２に示した方法でクリーニングを行う事が可能であり、前記したフッ素添加カーボン膜をクリーニングする場合と同様の効果を得ることが可能である。
【００５９】
また、例えばフッ素添加カーボン膜とＳｉＯ２膜、ＳｉＯＦ膜、ＳｉＮ膜が積層された堆積物をクリーニングする場合や、ＳｉＣＯ膜、ＳｉＣＯ（Ｈ）膜など無機絶縁膜と有機系の絶縁膜が混在する堆積物をクリーニングする場合は、ＮＦ３とＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏを混合したガスをクリーニングガスとして用いる、またはＮＦ３によるクリーニングとＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏによるクリーニングを交互に行うなどしてクリーンングを行う事が可能である。その場合も、前記したフッ素添加カーボン膜をクリーニングする場合と同様の効果を得ることが可能である。
［第２実施例］
次に、第１実施例に前記した、図２に示した基板処理装置のクリーニング方法を用いてクリーニングを行った際のクリーニング速度を図４に示す。ただし文中、先に説明した場合には同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【００６０】
図４は、第１実施例に記載した方法により、フッ素添加カーボン膜のクリーニングを行った場合のクリーニング速度を示したものであり、前記保持台１１５への高周波電力を３００Ｗとした場合および５００Ｗとした場合の結果が示してある。さらに、比較のために、前記保持台１１５に高周波電力を印加せずに、マイクロ波プラズマのみでクリーニングを行った場合の結果も併記する。
【００６１】
図４を参照するに、マイクロ波プラズマのみでクリーニングを行った場合はクリーニング速度が１９４ｎｍ／ｍｉｎであるのに対し、高周波電力を３００Ｗ印加した場合はクリーニング速度が５４０ｎｍ／ｍｉｎとなり、高周波電力を印加しない場合に比べてクリーニング速度が２．８倍となっている。さらに高周波電力を５００Ｗとするとクリーニング速度が６８０ｎｍ／ｍｉｎとなって高周波電力を印加しない場合に比べて３．５倍となって、さらにクリーニング時間を短縮することが可能になっている。
【００６２】
これは、前記したように、前記保持台１１５に高周波電力を印加することで、前記処理ガス供給部１１１の前記空間１０１Ｃに面した側への堆積物や、前記処理容器１０１の内壁面の前記空間１０１Ｃに面した部分、また前記保持台１１５側壁面の堆積物のエッチング速度が向上することでクリーニング速度が上昇する効果が得られているためであると考えられる。
【００６３】
また、前記保持台１１５の表面を保護するため、前記保持台１１５上に、たとえばＡｌ２Ｏ３やＳｉＮなどの焼結セラミックからなる保護ウェハを載置してクリーニングを実施してもよい。
【００６４】
また前記したクリーニングは、被処理基板の成膜処理が１枚終了する毎に実施することも可能であるが、例えば複数の被処理基板の成膜処理が終了する毎に実施することも可能である。
【００６５】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、マイクロ波を用いた基板処理装置において、成膜処理で堆積した堆積物を除去するクリーニング時に、マイクロ波プラズマを用いると共に被処理基板の保持台に高周波電力を印加することで、堆積物のエッチング速度を増大させてクリーニング時間を短縮することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマ処理装置の概略を示す図である。
【図２】本発明による基板処理装置のクリーニング方法を示すフローチャートである。
【図３】図１のプラズマ処理装置にマイクロ波プラズマを励起した状態を模擬的に示した図である。
【図４】本発明の基板処理装置のクリーニング方法によるクリーニング速度を示す図である。
【符号の説明】
１００ プラズマ処理装置
１０１ 処理容器
１１５，１１６ 排気ポート
１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ 空間
１１４ 被処理基板
１１５ 保持台
１０８，１０９ シールリング
１１０Ａ，１１０Ｂ スロット
１１０Ｄ 遅相板
１１０Ａ 同軸導波管
１１０Ｂ アンテナ本体
１１０ ラジアルラインスロットアンテナ
１０３ シャワープレート
１０４ プラズマガス通路
１０５ プラズマガス供給ポート
１０７ 開口部
１０８ 供給通路
１１０Ｃ 放射版
導体構造物 １１１
処理ガス通路 １１２
ノズル １１３
Claims (11)
- 外壁により画成された処理容器と、
前記処理容器中に設けられて高周波電源に接続された、被処理基板を保持する保持台と、
前記処理容器を排気する排気口と、
前記処理容器上に、前記被処理基板に対面するように前記外壁の一部として設けられたマイクロ波透過窓と、
前記マイクロ波透過窓上に設けられた、マイクロ波電源が電気的に接続されたマイクロ波アンテナと、
前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
前記保持台上の前記被処理基板と前記マイクロ波透過窓との間に前記被処理基板に対面するように設けられた処理ガス供給部よりなる基板処理装置のクリーニング方法であって、
前記処理容器中にクリーニングガスを導入するガス導入工程と、
前記マイクロ波アンテナより前記処理容器中にマイクロ波を導入して前記処理容器中にプラズマ励起をするプラズマ励起工程とを含み、
さらに前記保持台に前記高周波電源より高周波電力を印加するバイアス印加工程を含むことを特徴とする基板処理装置のクリーニング方法。 - 前記処理ガス供給部は導電性材料により構成されて接地されていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置のクリーニング方法。
- 前記マイクロ波アンテナは同軸導波管により給電され、開口部を有するアンテナ本体と、前記アンテナ本体上に前記開口部を覆うように設けられた複数のスロットを有するマイクロ波放射面と、前記アンテナ本体と前記マイクロ波放射面との間に設けられた誘電体よりなることを特徴とした請求項１または２記載の基板処理装置のクリーニング方法。
- 前記クリーニングガスは、酸素を含むことを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法。
- 前記クリーニングガスは、水素を含むことを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法。
- 前記クリーニングガスは、Ｈ２Ｏを含むことを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法。
- 前記クリーニングガスは、フッ素化合物を含むことを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法。
- 前記クリーニングガスは、前記マイクロ波アンテナと前記処理ガス供給部との間に形成された前記プラズマガス供給部より導入されることを特徴とする請求項１〜７のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法。
- 前記クリーニングガスは、前記処理ガス供給部より導入されることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法。
- 前記クリーニングガスは、前記マイクロ波プラズマおよび前記高周波電力により励起された高周波プラズマにより解離されて反応種となり、前記反応種によって前記処理容器の内部に堆積した堆積物をエッチングして除去することを特徴とする請求項１〜９のうち、いずれか１項記載の基板処理装置のクリーニング方法。
- 前記堆積物は、フッ素添加カーボン膜を含むことを特徴とする請求項１０記載の基板処理装置のクリーニング方法。
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