JP2009021624A - 処理装置及び処理装置のクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正確な終点検出の可能な処理装置のドライクリーニング方法を提供する。
【解決手段】クリーニング中の、チャンバ圧、物質濃度又は堆積膜の厚さを測定、モニターするためのセンサを装置１１内に設け、センサからのデータを基に終点を検出する。または、チャンバ１１内にプラズマを部分的に発生させて、このプラズマの発光強度をモニターして終点を検出する。或いは、チャンバ内に光を照射し、チャンバ内を通過した光を測定、モニターして終点を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、処理装置及びそのドライクリーニング方法に関する。

半導体ウェハ等の基板に、成膜、エッチング等の処理を行う方法には、プラズマを用いた方法が用いられる。この方法に使用される処理装置では、処理の際、ウェハ上だけでなく、処理チャンバのいたるところに膜堆積が起こる。このため、処理チャンバ内に堆積した膜が剥離して、ウェハに堆積された膜上に取り込まれたり、ウェハ表面に付着したりする。これは、このウェハが構成するデバイスの欠陥につながり、デバイスの歩留まりの低下、デバイス特性の悪化といった問題を生じる。従って、これらの処理チャンバ内に付着、堆積した膜を定期的にクリーニングする必要がある。

そのためのクリーニング方法としては、クリーニング用のガスをプラズマ化してクリーニングを行うドライクリーニング方法が主流である。例えば、ウェハ上にＳｉＯＦ膜を成膜する処理を行った後、クリーニングガスとしてＮＦ_３を用いた場合は、下記式のようにクリーニングが進行する（化１）。ＮＦ_３はラジカル化（以下、本明細書中では、「ラジカル化」との語は「プラズマ化」とほぼ同様の意味で用いるものとする）されてフッ素ラジカルＦ^＊を発生し、このＦ^＊が膜であるＳｉＯＦと反応して、ＳｉＯＦ膜はＳｉＦ_４ガスの形で処理チャンバ内から除外される。
（化１）
ＳｉＯＦ＋ＮＦ_３→ＳｉＦ_４↑＋１／２Ｏ_２↑＋１／２Ｎ_２↑

上述のドライクリーニングでは、従来より、処理チャンバ内でガスをプラズマ化させてクリーニングを行っている。しかし、近年、チャンバ外部でプラズマを発生させてラジカルのみを導入してクリーニングを行う、リモートプラズマが行われている。このようなリモートプラズマクリーニングは、チャンバ内でガスをプラズマ状態としてクリーニングする、ｉｎ ｓｉｔｕ（その場）プラズマクリーニングよりもガスの活性が穏やかであるため、チャンバ壁、フォーカスリング等のチャンバ部材の劣化が抑えられるといった理由から好ましい。

従来のｉｎ ｓｉｔｕプラズマクリーニングでは、クリーニングの終点を検出する方法は、チャンバ内でクリーニング処理のために発生させているプラズマの発光（例えば、Ｏ、Ｏ_２の波長）を調べ、発光強度が一定して下がった状態をクリーニングの終点とするものである。しかし、このようなｉｎ ｓｉｔｕプラズマクリーニングでは、生成した活性種がチャンバ部材を劣化させたり、チャンバ内で異常放電が生じて汚染の原因となったりする。

上述のリモートプラズマクリーニングでは、クリーニング時にチャンバ内でプラズマを発生させないため、プラズマ発光による終点検出はできない。このため、リモートプラズマクリーニングを行う場合には、予めクリーニング条件を決定し、チャンバでの積算膜厚から終点時間を算出していた。しかし、この方法では、チャンバ内の実際の膜厚を知ることができないため、クリーニングし過ぎて部材を劣化させたり、また、逆にクリーニングが足りずにパーティクル等が発生しやすいということがあった。従って、クリーニングの終点をｉｎ ｓｉｔｕで正確に検出する方法が必要とされていた。

上記事情を鑑みて、本発明は、正確な終点検出の可能な処理装置及びそのドライクリーニング方法の提供を目的とする。
また、本発明は、適切にクリーニングを行うことができる処理装置及びそのドライクリーニング方法の提供を他の目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る処理装置は、
真空チャンバと、
前記真空チャンバをクリーニングするためのガスを該真空チャンバ内に供給可能に構成されたガス供給ラインと、
前記真空チャンバに供給されるガスを前記真空チャンバの外部で活性化可能に構成されたガス活性化手段と、
前記真空チャンバ内に局所的にプラズマを発生可能に構成されたプラズマ発生手段と、
前記プラズマ発生手段により発生されたプラズマの発光強度を測定してクリーニングの終点検出を行う終点検出手段と、
から構成されることを特徴とする。

前記真空チャンバには、局所的に前記プラズマを発生させるための筒状の突起が設けられていてもよい。

前記突起の少なくとも一部は、局所的に発生させた前記プラズマの発光が透過する透過性材料から形成されていてもよい。

前記終点検出手段は、前記突起の前記透過性材料から形成された部分を介して、前記プラズマの発光強度を測定してもよい。

前記ガス活性化手段では前記ガスのプラズマを生成してもよい。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る処理装置のクリーニング方法は、
被処理体に所定の処理を施す処理装置の真空チャンバ内を、該真空チャンバの外部で活性化したガスを用いてクリーニングする、処理装置のクリーニング方法において、
クリーニング中に前記真空チャンバ内に局所的にプラズマを発生させ、
発生したプラズマの発光強度を測定し、
測定により得られた発光強度データをモニタしてクリーニングの終点検出を行う、
ことを特徴とする。

前記真空チャンバには、局所的に前記プラズマを発生させるための筒状の突起が設けられており、
前記プラズマの発光強度は、前記突起内に発生させた前記プラズマの発光強度であってもよい。

前記突起の少なくとも一部は、局所的に発生させた前記プラズマの発光が透過する透過性材料から形成されており、
前記透過性材料から形成された部分を介して、前記プラズマの発光強度を測定してもよい。

前記プラズマを誘導結合的に発生させてもよい。

前記所定の処理は、プラズマ処理であってもよい。

前記活性化はプラズマ化であってもよい。

本発明によれば、正確な終点検出の可能なプラズマ処理装置等の処理装置及びそのドライクリーニング方法が提供される。上記方法によれば、特に、プラズマ発光を伴わないリモートプラズマクリーニングにおいて、正確な終点検出が可能となる。従って、クリーニングし過ぎてチャンバ部材が劣化したり、また、逆にクリーニングが足りずにパーティクル等が発生するといったことを防ぐことができる。

本発明の実施の形態に係る処理装置について、以下図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１に第１の実施の形態に係る処理装置の構成例を示す。
この処理装置は、ＳｉＨ_４、ＳｉＦ_４をプロセスガスとして、被処理体にＳｉＯＦ膜を成膜し、被処理体以外のチャンバ内に堆積したＳｉＯＦ膜をＮＦ_３、Ａｒのクリーニングガスによりクリーニングする機能を有するもので、図１に示すように、処理チャンバ１１と、ラジカル発生装置１２と、システムコントローラ１００とから構成される。

ラジカル発生装置１２は、バルブＶ１及びマスフローコントローラＭＡ、ＭＢを介してクリーニングガス供給源であるＮＦ_３源ＳＡ及びＡｒ源ＳＢに接続されている。ラジカル発生装置１２は、プラズマ発生機構を有し、内部を通過するガスをプラズマ状態として、所定の原子をラジカル化する。クリーニングガス供給源ＳＡ、ＳＢから供給されるＮＦ_３等のクリーニングガスは、ラジカル発生装置１２を通って、プラズマ化され、さらに、電離されたＦ原子の少なくとも一部がラジカル化され、排気側に接続されたクリーニングガス供給ラインＬ１を介して処理チャンバ１１に供給される。

処理チャンバ１１の排気側には、圧力調整弁（Auto Pressure Control：ＡＰＣ）１４を介してターボ分子ポンプ（Turbo Molecular Pump：ＴＭＰ）１３が接続されている。ターボ分子ポンプ１３は、処理チャンバ１１内を排気し、圧力調整弁１４により、処理チャンバ１１内の圧力は所定の真空度とされる。

システムコントローラ１００は、成膜処理及びクリーニング処理時に、ガス供給系、処理チャンバ１１、ラジカル発生装置１２、圧力調整弁１４等、プラズマ処理装置全体の制御を行う。また、システムコントローラは、タイマ、例えば、ソフトウェアタイマを備える。

図２は、図１に示す処理装置の処理チャンバ１１の断面図である。
図に示すように、本実施の形態のプラズマ処理装置の内部は、サセプタ２１と、電極板２２と、ガス供給ラインＬ２と、圧力計２３とから構成される。

サセプタ２１は処理チャンバ１１の中央に設けられ、例えば、アルミニウムから構成され、ほぼ円柱状に形成されている。サセプタ２１には、被処理体、例えば、半導体ウェハが戴置される。サセプタ２１の表面には静電チャック（図示せず）が設けられている。この静電チャックは、薄い誘電層の中にチャック電極を埋設して構成され、チャック電極は直流電圧源から直流電圧が印加されることにより、ウェハを静電吸着するものである。

サセプタ２１内には、冷媒の流路が形成され、冷媒供給管２５から供給された冷媒が冷媒流路２４を通って冷媒排出管２６から排出される。処理されるウェハの温度は、この冷媒による冷熱等により調整される。

サセプタ２１は平行平板型電極の一方の電極である下部電極としても機能する。サセプタ２１は、処理チャンバ１１に対して絶縁されるように、絶縁体２７の上に配置されている。そして、下部電極であるサセプタ２１と基準電位、例えば、アースとの間には、整合器２８及び第１のＲＦ電源３０が接続されている。

サセプタ２１の上部周縁部には、ウェハに反応性イオンを効果的に入射させるために絶縁材よりなるフォーカスリング３２が設けられている。また、ウェハの受け渡し用のリフトピン（図示せず）が、サセプタ２１及び静電チャックを貫通して昇降可能に設けられている。

電極板２２は、処理チャンバ１１の天井部に、サセプタ２１に対して平行、かつ、対向する上部電極を構成するように設けられている。この電極板２２は、例えば、アルミニウムから構成される。

電極板２２を支持する電極支持体３３中には、ガス供給ラインＬ２に接続されたガス流路（図示せず）が形成されており、ガス供給ラインＬ２からのガスはガス流路を介して電極板２２のガス供給穴３５から処理チャンバ１１内に供給される。ここで、電極板２２及び電極支持体３３は、絶縁体３４により処理チャンバ１１に対して絶縁されている。上部電極である電極板２２と基準電位、例えば、アースとの間には整合器２９及び第２のＲＦ電源３１が接続されている。

ガス供給ラインＬ２は、バルブＶ２を介して、ＳｉＦ_４、ＳｉＨ_４、Ｏ_２、Ａｒのガス源であるガス供給源ＳＣ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＦに接続されている。ガス供給源ＳＣ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＦから、マスフローコントローラＭＣ、ＭＤ、ＭＥ、ＭＦを介して、所望の処理に応じて上記ガスが所定の順序、流量で供給される。

圧力計２３は、処理チャンバ１１下方の壁面に設置されている。圧力計２３は、処理チャンバ１１内の圧力を測定し、アナログ信号として出力する。圧力計２３の出力信号は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３６を介して、システムコントローラ１００に供給されている。システムコントローラ１００は、クリーニング時には圧力計２３から送られるチャンバ圧データをモニタし、クリーニングの終点を所定の条件に従って検出し、クリーニング動作を終了する信号を発する。

ここで、チャンバ圧から終点を検出する原理について説明する。チャンバ内に堆積したＳｉＯＦをＮＦ_３を含むガスでクリーニングすると、化学式２に示すようにクリーニングが進行し、ＳｉＯＦ膜が分解されるにつれ、ＳｉＦ_４、Ｏ_２、Ｎ_２等の気体成分が増加し、処理チャンバ１１内の圧力は上昇することになる。ＳｉＯＦの除去が進み、残膜が減少するとともに生成する気体も減少し、圧力は減少に転じる。最終的にＳｉＯＦが除去されれば、圧力調整弁１４により圧力は一定となる。従って、圧力計２３により処理チャンバ１１内の圧力の変化をモニタすれば、クリーニングの終点を検出することができる。
（化２）
ＳｉＯＦ＋ＮＦ_３→ＳｉＦ_４↑＋１／２Ｏ_２↑＋１／２Ｎ_２↑

具体的には、クリーニング時、システムコントローラ１００は、ラジカル発生装置１２をオンとした時点から内部タイマ（例えば、ソフトウェアタイマ）を起動させ、所定時間毎の圧力計２３の出力した圧力データの差分をとる。この差分が、所定期間中に所定回数、負の値をとった場合、システムコントローラ１００は処理チャンバ１１内の圧力が減少に転じたと判別し、タイマを参照して時間を読み込み、この読み込んだ時間を予め定められた係数倍した時間をクリーニングの終点とする。システムコントローラ１００は、この算出した終点時間に、クリーニングを終了する信号を発する。

次に、本実施の形態の処理装置のクリーニング時の動作に関して、図１及び図２を参照して説明する。
被処理体であるウェハの処理チャンバ１１内への搬入後、システムコントローラ１００の制御の下、ＳｉＦ_４、ＳｉＨ_４、Ｏ_２、Ａｒといったプロセスガスを処理チャンバ１１内に供給し、上部電極及び下部電極にＲＦ電力を印加して、ウェハ上にＳｉＯＦ膜を成膜する。所定の膜厚のＳｉＯＦ膜がウェハ上に成膜された後、ウェハは処理チャンバ１１から搬出される。上述の動作で所定枚数のウェハを処理した後、システムコントローラ１００は、処理チャンバ１１のクリーニングを開始する。

まず、クリーニング用のダミーウェハを処理チャンバ１１内に搬入してサセプタ２１上に戴置し、静電チャックにより吸着保持する。続いて、バルブＶ１を開放して、Ａｒガスをクリーニングガス供給源ＳＢから、ラジカル発生装置１２、クリーニングガス供給ラインＬ１を介してクリーニングガス供給口３７から処理チャンバ１１内に供給する。

Ａｒガスの供給の後、ラジカル発生装置１２をオンとする。この後、ＮＦ_３ガスがクリーニングガス供給源ＳＡから、ラジカル発生装置１２に供給されて、ＮＦ_３ガスは電離され、さらに、多数のＦ原子がラジカル化され、クリーニングガス供給ラインＬ１を介して処理チャンバ１１に供給される。生成されたＦ^＊等が処理チャンバ１１内に堆積、付着したＳｉＯＦ膜と反応してＳｉＦ_４等となり（化学式２）、これら反応生成物は排気とともに除去される。

システムコントローラ１００が、圧力計２３からの圧力データからクリーニングが終点に達したと判断すると、ラジカル発生装置１２をオフとし、バルブＶ１を閉鎖してクリーニングガスの処理チャンバ１１内への供給を止める。次に、バルブＶ２を開放してＯ_２ガスを処理チャンバ１１内に供給すると共に、ウェハの吸着状態を解除する。続いて、バルブＶ１を閉鎖してＯ_２ガスの流入を止めると共に、上部電極２２へのＲＦ電力の印加をオフとする。最後に、ダミーウェハを処理チャンバ１１から搬出し、クリーニングを終了する。

本実施の形態の処理装置のクリーニング時の圧力変動を圧力計２３でモニタした結果を図３（ａ）に示す。
なお、クリーニング条件を示すと、電極間距離が５０ｍｍ、ＳｉＯＦを４μｍ成膜し、その後ＮＦ_３ガスとＡｒガスをラジカル発生装置１２でラジカル化し、その流量は５００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、ＮＦ_３ガス供給前の処理チャンバ１１内の圧力は２００Ｐａとした。

図３（ａ）は、処理チャンバ１１内の圧力変動をモニタした結果を示す。図より、チャンバ圧はＮＦ_３ガス導入後約１１分で極大となり、約１４分後に圧力の低下が始まっている。

システムコントローラ１００は、圧力計２３から得られる、図に示すような処理チャンバ１１内の圧力変動をモニタしている。システムコントローラ１００は、上述したように、処理チャンバ１１内の圧力の低下を検出すると、圧力低下の検出された時点でのタイマの値（約１４分）を読みとり、これを所定倍（１．３倍）した時間（約１８分）後に、クリーニングを終了すると判別する。システムコントローラ１００はそのままクリーニングを続け、タイマの値が１８分を示すと終了させる。

図３（ｂ）は、従来のように、同一のクリーニング中に処理チャンバ１１内で発生したプラズマ発光をモニタした結果である。これによると、発生したプラズマの発光強度はＮＦ_３ガス導入後１８分から一定となり、従ってクリーニングの終了時間は１８分であることがわかる。これは、圧力変動をモニタして得られた終点と同様の値である。

上記結果に見られるように、チャンバ圧の変動をモニタしてクリーニングの終点検出を行う本実施の形態によれば、従来の、プラズマを発光させてその発光強度をモニタする方法と同様の確度で終点を検出することができる。従って、クリーニング時に処理チャンバ１１内にプラズマを発生させなくても、チャンバ１１内の圧力の変化をモニタすることにより正確な終点の検出ができる。

上記実施の形態では、終点を圧力低下の始まった時間を係数倍（１．３倍）した時間とした。しかし、係数を１．３よりも大きくし、クリーニングされにくい部分も十分にクリーニングされるようしてもよい。また、時間を係数倍するのではなく、例えば、圧力低下の始まった時間の４分後というように、所定時間を加えて終点を求める等、正確な終点が検出可能な処理であればいかなる処理も可能である。

さらに、圧力が低下を始めた時間を基準とするのではなく、圧力が極大化した時間（例えば、図３（ａ）に示す１１分後）を基準として、係数倍等の処理を行ってクリーニングの終点を求める等、基準とする時間は、圧力変動が検出される時間であればいかなる時間でもよい。

上記実施の形態では、圧力調整弁（ＡＰＣ）１４により初期圧力を固定して、処理チャンバ１１内の圧力をモニタする構成とした。しかし、処理チャンバ１１内の圧力を固定して、圧力調整弁１４による排気流量の制御の様子をモニタしてクリーニングの終点検出を行う構成も可能である。

（第２の実施の形態）
図４に第２の実施の形態の処理装置の構成を示す。図４において、図１、図２と同一部分には同一符号を付す。上記実施の形態と同様に、この処理装置は、ＳｉＨ_４、ＳｉＦ_４ガスにより被処理体にＳｉＯＦ膜を成膜し、処理チャンバ１１内に堆積したＳｉＯＦ膜をクリーニングする機能を有する。

図に示すように、ターボ分子ポンプ１３の排気側に接続された排気ラインＬ３には、排気ラインＬ３から分岐し、再合流するループ部分Ｌ４が設けられている。このループ部分Ｌ４には、２つのバルブＶ４、Ｖ５に挟まれて、Ｏ_２濃度を示すアナログ信号を出力する酸素濃度計４１が配置されている。酸素濃度計４１は、例えば、酸化ジルコニウムを用いたジルコニア式酸素濃度計から構成される。

酸素濃度計４１の出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ３６を介して、システムコントローラ１００に供給されている。システムコントロ−ラ１００は、クリーニング時には酸素濃度計４１から送られる酸素濃度データをモニタし、クリーニングの終点を所定の条件に従って検出し、クリーニング動作を終了する信号を発する。

ここで、図５を参照して、酸素濃度データに基づいてクリーニングの終点を検出する原理について説明する。図５にＳｉＯＦ膜の成膜後にＮＦ_３を含むクリーニングガスを用いてチャンバのクリーニングを行った場合のチャンバ内の酸素濃度の変動の様子を示す。上記化学式２に示すように、クリーニングが進行し、ＳｉＯＦ膜が分解されていくにつれ、Ｏ_２が発生する。このように発生したＯ_２の濃度は、クリーニング初期には上昇するが、クリーニングが進むにつれ、残膜が減少するためＯ_２濃度も低下し、最終的には一定となる。

システムコントローラ１００は、ラジカル発生装置１２をオンとした時点からタイマを起動させ、所定時間毎の酸素濃度計４１の出力した酸素濃度データの差分をとる。この差分が、所定期間中に所定回数、所定範囲内の値をとった場合、システムコントローラ１００は処理チャンバ１１内の酸素濃度が一定になったと判別し、タイマを参照して時間ｔ_１を読み込み、この読み込んだ時間ｔ_１を所定係数倍した時間ｔ_２をクリーニングの終点と判別する。システムコントローラ１００は、そのままクリーニングを続け、タイマの値が時間ｔ_２を示すとクリーニングを終了する。

次に、本実施の形態の処理装置のクリーニング時の動作に関して図２及び図４を参照して説明する。
上記第１の実施の形態で説明したのと同様に、ＳｉＯＦ膜の成膜工程の後、クリーニングガスの供給に始まるクリーニング工程が開始される。
クリーニング工程中、システムコントローラ１００は、バルブＶ４及びＶ５を開放し、ループ部分Ｌ４に処理チャンバ１１からの排気を流入させる。システムコントローラ１００は、ループ部分Ｌ４に配設された酸素濃度計４１から得られる、処理チャンバ１１内の酸素濃度の変動をモニタしていて、クリーニングが終点に達したと判断すると、ラジカル発生装置１２をオフとし、バルブＶ１を閉鎖してクリーニングガスの処理チャンバ１１内への供給を止める。次に、バルブＶ２を開放してＯ_２ガスを処理チャンバ１１内に供給すると共に、ウェハの吸着状態を解除する。続いて、バルブＶ２を閉鎖してＯ_２ガスの流入を止めると共に、上部電極へのＲＦ電力の印加をオフとする。最後に、ダミーウェハを処理チャンバ１１から搬出し、クリーニングを終了する。

以上説明したように、この実施の形態の発明によれば、処理装置のドライクリーニングにおいて、処理チャンバ１１内のＯ_２濃度の変動をモニタすることにより、クリーニングの終点を正確に検出することが可能となる。

上記実施の形態では、終点を酸素濃度が一定となった時間を係数倍した時間とした。ここで、係数は、クリーニングされにくい部分も十分にクリーニングされるよう実験等により決定することが可能である。また、時間を係数倍するのではなく、例えば、酸素濃度が一定となった時間の所定時間後というように、所定時間を加えて終点を求める等、正確な終点が検出可能な処理であればいかなる処理も可能である。

上記実施の形態では、酸素濃度計４１は、ターボ分子ポンプ１３の下流、ドライポンプの上流に配置された。ここで、酸素濃度計４１の劣化を防ぐため、上流側にＦフィルターを設けることが望ましい。また、酸素濃度計４１の位置は、Ｏ_２濃度の変化がモニタ可能な位置であれば、どのような場所であっても構わない。

この実施の形態では、酸素濃度をモニタしてクリーニングの終点検出を行う。しかし、酸素に限らず、クリーニングの対象に応じて、クリーニング時に濃度変化がモニタできる物質が生成するようなクリーニングであれば、上記手法の応用が可能である。

（第３の実施の形態）
図６に第３の実施の形態の処理装置の構成を示す。図６において、図１、２と同一部分には同一符号を付す。
図に示すように、処理チャンバ１１の下部に、例えば、Ｆプラズマ耐性の強いＡｌＮ等のセラミックからなる円筒状の突起６１が形成され、その周りを第３のＲＦ電源６３に接続されたコイル６２が配置されている。さらに、円筒部６１の外側にはプラズマ発光センサ６４が備えられている。

プラズマ発光センサ６４は、プラズマ発光強度を示すアナログ信号を出力する。プラズマ発光センサ６４の出力信号はＡ／Ｄコンバータ３６を介して、システムコントローラ１００に供給されている。システムコントローラ１００は、クリーニング時にはプラズマ発光センサ６４から送られる発光強度データをモニタし、クリーニングの終点を所定の条件に従って検出し、クリーニング動作を終了する信号を発する。

ここで、プラズマ発光強度データからクリーニングの終点を検出する原理について説明する。
まず、第３のＲＦ電源６３により、コイル６２に電流を流すことにより、この円筒部６１の内部に誘導結合プラズマ（Inductive Coupled Plasma：ＩＣＰ）を発生させ、処理チャンバ内に部分的にＯプラズマ等のプラズマを発生させる。この円筒部６１の少なくとも一部は石英とされていて、この部分を透過するプラズマの発光を、プラズマ発光センサ６４は測定し、発光強度データのアナログ信号として出力する。プラズマ発光センサ６４より得られるデータは、図３（ｂ）に示すものと同様のものとなる。

詳細には、システムコントローラ１００は、ラジカル発生装置１２をオンとした時点からタイマを起動させ、所定時間毎のプラズマ発光センサ６４の出力した発光強度データの差分をとる。この差分が、所定期間中に所定回数、所定範囲内の値をとった場合、システムコントローラ１００は発光強度が一定になったと判別し、この時間をクリーニングの終点と判別する。システムコントローラ１００は、この時点でクリーニングを終了する信号を発する。

次に、本実施の形態の処理装置のクリーニング時の動作に関して図１及び図６を参照して説明する。
上記第１の実施の形態で説明したのと同様に、ＳｉＯＦ膜の成膜工程の後、クリーニングガスの供給に始まるクリーニング工程が開始される。
クリーニング工程中、システムコントローラ１００は、第３のＲＦ電源６３をオンとしてコイル６２に電流を流し、円筒部６１にプラズマを発生させる。システムコントローラ１００は、プラズマ発光センサ６４から得られるプラズマ発光強度の変動をモニタしていて、クリーニングが終点に達したと判断すると、ラジカル発生装置１２と第３のＲＦ電力をオフとし、バルブＶ１を閉鎖してクリーニングガスの処理チャンバ１１内への供給を止める。次に、バルブＶ２を開放してＯ_２ガスを処理チャンバ１１内に供給すると共に、ウェハの吸着状態を解除する。続いて、バルブＶ２を閉鎖してＯ_２ガスの流入を止めると共に、上部電極２２へのＲＦ電力の印加をオフとする。最後に、ダミーウェハを処理チャンバ１１から搬出し、クリーニングを終了する。

この構成によれば、処理チャンバ１１全体ではなく、処理チャンバ１１の下流の一部にのみプラズマを発生させて、そのプラズマの発光をモニタすることが可能となり、チャンバ部材へのダメージを低減させつつ、クリーニングの終点を検出することが可能になる。

上記構成では、円筒部６１の一部を石英として、この部分を通してプラズマ発光をモニタする。しかし、石英はプラズマに弱いため、石英部分にはＦ耐性が強く、Ｏプラズマ発光の波長を通す材料（例えば、サファイア）をコーティングする等してもよい。

この実施の形態では、処理チャンバ１１の下部で部分的に誘導結合プラズマを発生させてプラズマ発光をモニタする構成とした。しかしながら、プラズマを発生させる位置は、チャンバ部材を劣化させない場所ならばいかなる位置でもよく、また、プラズマを発生させる方法には、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）法等を用いてもよい。

（第４の実施の形態）
図７（ａ）、７（ｂ）に第４の実施の形態の処理装置の構成を示す。図７（ａ）において、図１、２と同一部分には同一符号を付す。図中、クリーニングガス供給ラインＬ１は省略した。
図に示すように、処理チャンバ１１の内壁には、対向する２つの石英窓７１、７２が設けられている。この２つの窓７１、７２の真空側はＦ^＊耐性を有するサファイアでコーティングされている。一方の窓７１の非真空側にはレーザー等の光源７３が配置されており、他方の窓７２の非真空側にはフォトダイオード等を用いた受光センサ７４が配置されている。

一方の窓７１に入射された光源７３からの光７５は、処理チャンバ１１内、そして、他方の窓７２を通過して受光センサ７４により受光される。受光センサ７４の出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ３６を介して、システムコントローラ１００に供給されている。システムコントロ−ラ１００は、クリーニング時には受光センサ７４から送られる受光強度データをモニタし、クリーニングの終点を所定の条件に従って検出し、クリーニング動作を終了する信号を発する。

ここで、プラズマ発光強度データからクリーニングの終点を検出する原理について図８を参照して説明する。
上記クリーニング中、光源７３からはレーザー光７５が２つの窓７１、７２を通して、受光センサ７４に当てられている。このときの受光センサ７４の受光した光の干渉状態は図に示すようなものとなる。成膜工程後の窓７１、７２の真空側の表面にはＳｉＯＦが堆積している。クリーニングが開始されると、この堆積膜の膜厚の減少に従って、膜を透過する光の位相にずれが生じ、受光センサ７４で測定される光の干渉状態が変化していく。窓７１、７２部分の堆積膜が除かれ、サファイアコートが露出した状態に達すると、もはや位相差は生じず、波形は一定となる（時間ｔ_３）。時間ｔ_３では、まだクリーニングレートの遅い他の部分には堆積膜が残っている状態なので、ｔ_３を係数倍したｔ_４をクリーニングの終点とする。

詳細には、システムコントローラ１００は、ラジカル発生装置１２をオンとした時点からタイマを起動させ、所定時間毎の受光センサ７４の出力した光強度データの差分をとる。この差分が、所定期間中に所定回数、所定範囲内の値をとった場合、システムコントローラ１００は受光センサ７４の受光した光強度が一定になったと判別し、タイマを参照して時間ｔ_３を読み込み、この読み込んだ時間ｔ_３を所定係数倍した時間ｔ_４をクリーニングの終点と判別する。システムコントローラ１００は、そのままクリーニングを続け、タイマが時間ｔ_４を示すとクリーニングを終了する信号を発する。

次に、本実施の形態の処理装置のクリーニング時の動作に関して図１及び図７（ａ）を参照して説明する。
上記第１の実施の形態で説明したのと同様に、ＳｉＯＦ膜の成膜工程の後、クリーニングガスの供給に始まるクリーニング工程が開始される。
クリーニング工程中、システムコントローラ１００は、光源７３をオンとして処理チャンバ１１内に光を照射し、窓７１、７２を介して受光センサ７４に受光させる。システムコントローラ１００は、受光センサ７４から得られる光強度の変動をモニタしていて、クリーニングが終点に達したと判断すると、ラジカル発生装置１２と光源７３をオフとし、バルブＶ１を閉鎖してクリーニングガスの処理チャンバ１１内への供給を止める。次に、バルブＶ２を開放してＯ_２ガスを処理チャンバ１１内に供給すると共に、ウェハの吸着状態を解除する。続いて、バルブＶ２を閉鎖してＯ_２ガスの流入を止めると共に、上部電極２２へのＲＦ電力の印加をオフとする。最後に、ダミーウェハを処理チャンバ１１から搬出し、クリーニングを終了する。

上記構成に限らず、窓７１、７２の材質、表面コートは、Ａｌ_２Ｏ_３等他の材料も可能であり、光を透過し、クリーニングガスにより劣化されない材料であればよい。

図７（ｂ）の破線矢印に示すように、モニタ用の光線７５は、必ずしも処理チャンバ１１の中心を通る必要はなく、処理チャンバ１１内の一部を通過すればよい。従って、モニタ用の光線７５が処理チャンバ１１内を通過可能なように窓７１、７２を配置すればよい。

また、モニタに使用する光は、単波長光が特に好ましいが、複数の波長または一定範囲の波長を有する光も可能である。受光センサ７４は上記光を受光し、この光の干渉状態をモニタ可能なものであれば、いかなるものも可能である。

この実施の形態では、クリーニングされにくい部分も十分にクリーニングされるよう、レーザー光の干渉状態が一定となった時間ｔ_３を係数倍してクリーニングの終点ｔ_４とした。この係数は一定のものではなく、窓の材料組成、配置位置、処理条件等により可変である。また、ｔ_３を係数倍して終点ｔ_４とするのではなく、ｔ_３に所定時間を足すことにより終点ｔ_４としてもよい。

（第５の実施の形態）
図９に第５の実施の形態の処理装置の構成を示す。図１、２と同一部分には同一符号を付す。図中、クリーニングガス供給ラインＬ１は省略した。
図に示すように、処理チャンバ１１内にスパッタリング等の処理で用いる膜厚測定用のセンサ９１が３個、Ａ、Ｂ、Ｃの各地点に配置されている。この膜厚センサ９１は水晶振動子を含んで構成され、水晶に付着した膜の厚さにより周波数が変化することを利用して膜厚を測定するものである。

膜厚センサ９１は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３６を介して、システムコントローラ１００に電気的に接続されている。システムコントロ−ラ１００は、クリーニング時には膜厚センサ９１から送られる膜厚データのアナログ信号をモニタし、クリーニングの終点を所定の条件に従って検出し、クリーニング動作を終了する信号を発する。

詳細には、システムコントローラ１００は、ラジカル発生装置１２をオンとした時点からタイマを起動させ、３カ所の膜厚センサ９１の全てから膜厚が０であるという出力を受け取ると、タイマを参照して時間を読み込み、この読み込んだ時間を所定係数倍した時間をクリーニングの終点と判別する。システムコントローラ１００は、そのままクリーニングを続け、タイマが係数倍した時間を示すとクリーニングを終了する信号を発する。

次に、本実施の形態の処理装置のクリーニング時の動作に関して図１及び図９を参照して説明する。
上記第１の実施の形態で説明したのと同様に、ＳｉＯＦ膜の成膜工程の後、クリーニングガスの供給に始まるクリーニング工程が開始される。
クリーニング工程中、システムコントローラ１００は、膜厚センサ９１から得られる膜厚の変動をモニタしていて、クリーニングが終点に達したと判断すると、ラジカル発生装置１２をオフとし、バルブＶ１を閉鎖してクリーニングガスの処理チャンバ１１内への供給を止める。次に、バルブＶ２を開放してＯ_２ガスを処理チャンバ１１内に供給すると共に、ウェハの吸着状態を解除する。続いて、バルブＶ２を閉鎖してＯ_２ガスの流入を止めると共に、上部電極２２へのＲＦ電力の印加をオフとする。最後に、ダミーウェハを処理チャンバ１１から搬出し、クリーニングを終了する。

図１０は、本実施の形態の装置でクリーニングを行った結果を示す。クリーニング条件を示すと、電極間距離が５０ｍｍ、ＳｉＯＦを４μｍ成膜し、その後ＮＦ_３ガスとＡｒガスをラジカル発生装置１２でプラズマ化して、Ｆラジカル等を生成し、その流量は５００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、ＮＦ_３ガス供給前の処理チャンバ１１内の圧力は２００Ｐａとした。

本実施の形態では、処理チャンバ１１内のＡ、Ｂ、Ｃの３カ所に膜厚センサ９１を配置している。図よりわかるように各地点の膜厚は経時的に減少に向かい、最もクリーニングされにくいＣ点でのクリーニングの終点は約１４分であった。従って、システムコントローラ１００は、この時間を係数倍（例えば、１．３倍）した時間（約１８分）をクリーニングの終点として判別する。

この実施の形態の構成によれば、膜厚測定用のセンサ９１を用いて膜厚の変化をモニタすることにより、ドライクリーニング時のクリーニングの進行状況を経時的に知ることができ、従って、クリーニングの終点を検出することが可能となる。

この実施の形態では、水晶振動子を用いた膜厚測定用センサ９１を処理チャンバ１１内に複数配置した構成とした。しかし、処理チャンバ１１内で膜厚の測定が可能なセンサならどのようなセンサでもよく、センサの配置位置、個数は上記構成に限られない。

（第６の実施の形態）
図１１に第６の実施の形態の処理装置の構成を示す。図１、２と同一部分には同一符号を付す。図中、クリーニングガス供給ラインＬ１は省略した。
図よりわかるように、本実施の形態の装置は、上記実施の形態で説明した、圧力計２３、光源７３と受光センサ７４及び膜厚センサ９１を備え、これらは全てＡ／Ｄコンバータ３６を介してシステムコントローラ１００に接続されている。

システムコントローラ１００は、圧力計２３、受光センサ７４及び膜厚センサ９１がそれぞれ出力した圧力データ、光の干渉データ及び膜厚データを、上記実施の形態で説明したようにモニタする。そして、システムコントローラ１００は、各データをモニタして得られる、圧力低下が始まった時間、光の波形が一定となった時間及び膜厚が一定となった時間の中で、最も遅く検出された時間を係数倍し、その時間を終点としてクリーニングを終了する。ここで、システムコントローラ１００が終点検出に利用する上記データは、３種すべてではなく、２種以上であるよう設定可能である。

図１２は、第６の実施の形態の処理装置で処理を行った結果を示す。クリーニング条件を示すと、電極間距離が５０ｍｍ、ＳｉＯＦを８μｍ成膜し、その後ＮＦ_３ガスとＡｒガスをラジカル発生装置１２でラジカル化し、その流量は５００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、ＮＦ_３ガス供給前の処理チャンバ１１内の圧力は２００Ｐａとした。

図中、平均パーティクル量は、上記プロセス条件下での成膜、及び、各終点検出方法を用いたクリーニング工程により、ウェハを２，０００枚処理した場合のパーティクル発生量の平均値（個／ウェハ）である。なお、パーティクルの測定は、１カセット（２５枚）ごとに１枚行った。

図中、Ｉは、所定時間（２０分）クリーニングを行った結果である。
ＩＩは、圧力データのみから終点を求めてクリーニングを行った結果である。
ＩＩＩは、光の干渉データのみから終点を求めてクリーニングを行った結果である。
ＩＶは、膜厚データのみから終点を求めてクリーニングを行った結果である。
Ｖは、圧力データ及び光の干渉データから終点を求めてクリーニングを行った結果である。
ＶＩは、圧力データ及び膜厚データのみから終点を求めてクリーニングを行った結果である。
ＶＩＩは、膜厚データ及び光の干渉データのみから終点を求めてクリーニングを行った結果である。
ＶＩＩＩは、圧力データ、光の干渉データ及び膜厚データから終点を求めてクリーニングを行った結果である。

図よりわかるように、圧力データ、光の干渉データ及び膜厚データの２種以上を利用してクリーニングの終点を検出する本実施の形態の処理装置では、これらのデータを単独で用いる場合よりも、パーティクル発生量を低減することができ、さらに、クリーニング後の処理チャンバ１１の清浄度のばらつきを抑えることができる。

上記実施の形態では、クリーニングの終点検出に用いるデータには、圧力データ、光の干渉データ及び膜厚データの３種を用いた。しかし、モニタにより終点検出の可能なデータであれば、いかなるデータを用いてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、終点を正確に検出可能なプラズマ処理装置のドライクリーニング方法が提供される。上記方法によれば、特に、プラズマ発光を伴わないリモートプラズマクリーニングにおいて、正確なクリーニングの終点検出が可能となる。

上記実施の形態では、平行平板型プラズマ処理装置でウェハにＳｉＯＦ膜を成膜した後にＮＦ_３ガスでクリーニングを行う場合を例として説明した。しかし、本発明は、ドライクリーニングが行われるいかなる処理装置にも適用可能である。また、膜としては、ＳｉＯＦの他、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＨ、ＳｉＯＣＨ等も可能である。クリーニングガスとしては、ＮＦ_３の他に、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、ＳＦ_６等のフッ素系ガス、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_４等の塩素系ガスを使用してもよい。

第１の実施の形態のプラズマ処理装置の構成図である。 第１の実施の形態のプラズマ処理装置の構成図である。 （ａ）は、プラズマ処理装置のドライクリーニングをチャンバ圧に基づいてモニタした結果を示すグラフであり、（ｂ）は、プラズマ処理装置のドライクリーニングをプラズマ発光に基づいてモニタした結果を示すグラフである。 第２の実施の形態のプラズマ処理装置の構成図である。 プラズマ処理装置のドライクリーニングを酸素濃度に基づいてモニタした結果を示すグラフである。 第３の実施の形態のプラズマ処理装置の構成図である。 第４の実施の形態のプラズマ処理装置の構成図である。 プラズマ処理装置のドライクリーニングをチャンバ内にレーザー光を透過させてモニタした結果を示すグラフである。 第５の実施の形態のプラズマ処理装置の構成図である。 プラズマ処理装置のドライクリーニングを膜厚センサによりモニタした結果を示すグラフである。 第６の実施の形態のプラズマ処理装置の構成図である。 各種終点検出方法に従いウェハを２０００枚処理した場合のパーティクル発生量及びその標準偏差を示すグラフである。

符号の説明

１１ 処理チャンバ
１２ ラジカル発生装置
１３ ターボ分子ポンプ
１４ 圧力調整弁
２１ サセプタ
２２ 電極板
２３ 圧力計
２４ 冷媒流路
２５ 冷媒供給管
２６ 冷媒排出管
２７、３４ 絶縁体
２８、２９ 整合器
３０、３１、６３ ＲＦ電源
３２ フォーカスリング
３３ 電極支持体
３５ ガス供給穴
３６ Ａ／Ｄコンバータ
３７ クリーニングガス供給口
４１ 酸素濃度計
６１ 円筒部
６２ コイル
６４ プラズマ発光センサ
７１、７２ 窓
７３ 光源
７４ 受光センサ
７５ 光線
９１ 膜厚センサ
１００ システムコントローラ
Ｌ１ クリーニングガス供給ライン
Ｌ２ ガス供給ライン
Ｖ バルブ

Claims (11)

1. 真空チャンバと、
   前記真空チャンバをクリーニングするためのガスを該真空チャンバ内に供給可能に構成されたガス供給ラインと、
   前記真空チャンバに供給されるガスを前記真空チャンバの外部で活性化可能に構成されたガス活性化手段と、
   前記真空チャンバ内に局所的にプラズマを発生可能に構成されたプラズマ発生手段と、
   前記プラズマ発生手段により発生されたプラズマの発光強度を測定してクリーニングの終点検出を行う終点検出手段と、
   から構成されることを特徴とする処理装置。
2. 前記真空チャンバには、局所的に前記プラズマを発生させるための筒状の突起が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
3. 前記突起の少なくとも一部は、局所的に発生させた前記プラズマの発光が透過する透過性材料から形成されていることを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
4. 前記終点検出手段は、前記突起の前記透過性材料から形成された部分を介して、前記プラズマの発光強度を測定することを特徴とする請求項３に記載の処理装置。
5. 前記ガス活性化手段では前記ガスのプラズマを生成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の処理装置。
6. 被処理体に所定の処理を施す処理装置の真空チャンバ内を、該真空チャンバの外部で活性化したガスを用いてクリーニングする、処理装置のクリーニング方法において、
   クリーニング中に前記真空チャンバ内に局所的にプラズマを発生させ、
   発生した前記プラズマの発光強度を測定し、
   測定により得られた発光強度データをモニタしてクリーニングの終点検出を行う、
   ことを特徴とする処理装置のクリーニング方法。
7. 前記真空チャンバには、局所的に前記プラズマを発生させるための筒状の突起が設けられており、
   前記プラズマの発光強度は、前記突起内に発生させた前記プラズマの発光強度であることを特徴とする請求項６に記載の処理装置のクリーニング方法。
8. 前記突起の少なくとも一部は、局所的に発生させた前記プラズマの発光が透過する透過性材料から形成されており、
   前記透過性材料から形成された部分を介して、前記プラズマの発光強度を測定することを特徴とする請求項７に記載の処理装置のクリーニング方法。
9. 前記プラズマを誘導結合的に発生させることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の処理装置のクリーニング方法。
10. 前記所定の処理は、プラズマ処理であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の処理装置のクリーニング方法。
11. 前記活性化はプラズマ化であることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の処理装置のクリーニング方法。

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