JP2009224596A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な制御で，被処理基板に対するダメージを抑えつつ，反応容器の内壁に反応生成物が付着し難いプラズマを励起する。
【解決手段】プラズマ処理装置１００は，反応容器１０５の側壁の周りに巻回されたコイルに高周波を印加して処理ガスを励起してプラズマを生成するプラズマ生成室１０４と，そのプラズマによってウエハＷに対して所定の処理を施す処理室１０２と，コイル１１６に供給する高周波として，基準周波数の第１高周波と，基準周波数の（２ｎ＋１）／２倍の周波数の第２高周波とを選択的に出力可能な高周波電源２００とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は，処理ガスのプラズマを励起させて被処理基板に対して所定の処理を施すプラズマ処理装置に関する。

この種のプラズマ処理装置は，例えば半導体ウエハなどの被処理基板に対するエッチング，アッシング，プラズマ蒸着などの種々のプロセス処理に使用される。近年では半導体素子の更なる微細化，多層化の要求に伴い，このようなプロセス処理においても，よりダメージの少ない処理を行うことが要請されている。例えばラジカルによってプロセス処理を行う場合には，そのラジカルによる反応を促進し，イオンダメージを極力低減することが要求される。すなわち，過剰なイオンは，ウエハにおける層間での材料の混合，酸化物の破壊，汚染物質の侵入，形質変化などのダメージを引き起こすのでこれを避けるために様々な工夫がされている。また，高精度に選択比を規定するエッチング処理などにおいては，低選択性をもたらすイオン衝撃を避けるのが好ましい。

このウエハに対するイオンダメージは，例えばできる限り電位の低いプラズマを励起することにより効果的に抑制できることが知られている。このようなプラズマを励起する装置としては，例えば減圧可能な反応容器の外側に巻回したコイル（螺旋共振コイル）を設け，このコイルに所定波長の高周波を供給して全波長モードで共振させることで定在波を誘導し，反応容器内に誘導電界を発生させて処理ガスのプラズマを励起するものがある（例えば特許文献１参照）。これによれば，位相電圧と逆位相電圧を互いに相殺し，位相電圧の切り替わる電位がゼロのノードにおいて，誘導性結合プラズマを励起できるものとされている。

特開２００７−１４２４４４号公報

しかしながら，このような全波長モードで共振するコイルによって励起されるプラズマは，電位がほとんどゼロであるため，プラズマと反応容器の内壁との間にシースが発生しない。このため，反応容器の内壁をスパッタリングなどにより自浄する能力が極めて低い。一方，処理ガスの中にはその反応生成物の蒸気圧が高く，堆積性の高いものも含まれるので，そのような処理ガスを用いる場合には，プラズマが生成される反応容器の内壁に反応生成物が付着し易くなるという問題がある。なお，この場合，例えばコイルの電気長を変えることによって位相電圧と逆位相電圧の一部が相殺されないようにすることも考えられるが，コイルの電気長を変えると，それに応じた装置の調整が容易ではなく，時間もかかる。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，コイルに供給する高周波を切り換えるという簡単な制御で，被処理基板に対するダメージを抑えつつ，反応容器の内壁に反応生成物が付着し難いプラズマを励起できるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，処理ガスを励起して生成されたプラズマにより被処理基板に対して所定の処理を施すプラズマ処理装置であって，前記処理ガスを励起させてプラズマを生成するプラズマ生成室と，前記プラズマ生成室に連通する処理室と，前記処理室内に配置され，前記被処理基板を載置する載置台とを備え，前記プラズマ生成室は，誘電体で構成される筒状の側壁を有する反応容器と，前記反応容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入部と，前記側壁の周りに巻回されたコイルと，前記コイルに供給する異なる周波数の高周波を選択的に出力可能な高周波電源と，前記高周波電源から出力する高周波を選択して前記コイルに供給させる制御部とを有し，ｎを１以上の整数とした場合に，前記コイルの電気長が基準周波数における１波長のｎ倍とし，前記高周波電源から供給される高周波には，前記基準周波数の（２ｎ＋１）／２倍の周波数の高周波を少なくとも含むことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。

このような本発明によれば，反応容器に処理ガスを供給してコイルに高周波を供給することにより，反応容器内に処理ガスのプラズマを励起して処理室内の被処理基板に所定の処理を施すことができる。このとき，本発明によればコイルに供給する高周波を必要に応じて基準周波数の（２ｎ＋１）／２倍の周波数の高周波に切り換えるという簡単な制御により，被処理基板に対するダメージを抑えつつ，反応容器の内壁に反応生成物が付着し難いプラズマを励起できる。

すなわち，上記（２ｎ＋１）／２倍の周波数の高周波をコイルに供給すると，コイルは共振して定在波が誘導される。この定在波の電圧成分は位相電圧と逆位相電圧とによりそのほとんどが相殺されるものの，上記周波数における半波長分は相殺されずに残ることになる。従って，位相電圧と逆位相電圧との電位差が生じるのでプラズマの電位が完全にはゼロにならないことから，反応容器の内壁とプラズマとの間で容量結合が発生し，シースが形成される。これにより，反応容器の内壁に反応生成物が付着し難く，また既に付着した反応生成物を除去することもできる。しかも，定在波の電圧成分のうち，上記周波数の半波長分以外の電圧成分は相殺されるので，被処理基板にダメージを与えるほどプラズマ電位が高くなりすぎることもない。すなわち，相殺されずに残る電圧成分に応じたプラズマ電位となるので，被処理基板に対するダメージを抑えることができる。

また，上記高周波電源は，前記基準周波数の第１高周波と，前記基準周波数の（２ｎ＋１）／２倍の周波数の第２高周波とを選択的に出力可能に構成するようにしてもよい。これによれば，基準周波数の第１高周波をコイルに供給すると，位相電圧と逆位相電圧とにより電圧成分が相殺され，ほとんどゼロ電位のプラズマを生成できる。従って，本発明によれば，このような第１高周波によるプラズマと，上記（２ｎ＋１）／２倍の周波数の第２高周波のプラズマとを必要に応じて切り換えて生成させることができる。

また，上記制御部は，例えば前記反応容器内にプラズマを生成して行う処理に応じて前記コイルに供給される高周波を切り換えるようにしてもよい。この場合，上記反応容器内にプラズマを生成して行う処理は，前記被処理基板に対するプロセス処理と，前記反応容器内のクリーニング処理であり，前記制御部は，前記プロセス処理を行う場合は前記第１高周波を前記コイルに供給させ，前記クリーニング処理を行う場合は前記第２高周波を前記コイルに供給させるようにしてもよい。これによれば，プロセス処理では，ほとんどゼロ電位のプラズマを生成されるので，ウエハ上にダメージレスの処理を行うことができる。

また，クリーニング処理では，電位がゼロではないプラズマが生成されるので，上記プロセス処理で反応容器の側壁に付着した反応生成物を除去することができる。このように，反応容器内で行う処理に応じてコイルに供給される高周波を切り換えることにより，例えばプロセス処理とクリーニング処理とを連続して実行することができる。

また，上記制御部は，前記被処理基板に対するプロセス処理の処理条件に応じて前記コイルに供給させる高周波を切り換えるようにしてもよい。例えばプロセス処理が複数のステップで構成される場合に，各ステップごとに適切な高周波に切り換えることができる。

この場合，上記処理条件は，例えば前記処理ガスの種類を含み，前記制御部は，前記処理ガスの種類が水素を含むガスである場合には，前記基準周波数の（２ｎ＋１）／２倍の周波数の第２高周波を前記コイルに供給して水素プラズマを励起するようにしてもよい。このような水素を含むガスを励起して生成される水素プラズマにより，例えば被処理基板上の例えばレジストを除去するアッシング処理を行う際に比較的蒸気圧の高く，反応容器の内壁に付着し易い反応生成物が発生する。このため，水素を含むガスを処理ガスとして用いる場合には，上記（２ｎ＋１）／２倍の周波数の高周波に切り換えることで，被処理基板に対するダメージを抑えつつ，反応容器の内壁に反応生成物が付着し難い水素プラズマを励起できる。

本発明によれば，複数の周波数の高周波を切り換えるという簡単な制御により，基準周波数の（２ｎ＋１）／２倍の周波数の高周波に切り換えてコイルに供給できるので，被処理基板に対するダメージを抑えつつ，反応容器の内壁に反応生成物が付着し難いプラズマを励起できるプラズマ処理装置を提供できるものである。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（プラズマ処理装置の構成例）
まず，本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例について図面を参照しながら説明する。ここでは，処理ガスを励起させて発生したプラズマにより生成されたラジカルを用いたダウンフロータイプのプラズマ処理装置を例に挙げる。図１は，本実施形態にかかるプラズマ処理装置１００の概略構成を示す縦断面図である。

図１に示すように，プラズマ処理装置１００は，ウエハＷの処理を行う処理室１０２と，この処理室１０２に連通し，処理ガスを励起させてプラズマを生成するプラズマ生成室１０４を備える。プラズマ生成室１０４は，処理室１０２の上方に設けられ，誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）方式によって導入される処理ガスのプラズマを生成するように構成されている。

プラズマ生成室１０４の反応容器１０５の下方の開口縁部は，処理室１０２の上方の開口縁部に取付けられ，反応容器１０５内と処理室１０２内とはほぼ同径で連通するようになっている。なお，この取付位置付近に，処理室１０２とプラズマ生成室１０４とを隔てる図示しない隔壁部材を着脱自在に取り付けるようにしてもよい。隔壁部材にはプラズマ生成室１０４で生成されたプラズマからの活性種（水素ラジカルなど）が通過できる複数の貫通孔を形成する。

処理室１０２内にはウエハＷを水平に支持する円板状の載置台１０６が設けられている。載置台１０６は，処理室１０２の底部に設けられた円筒状の支持部材１０８に支持されている。載置台１０６は，例えば窒化アルミニウムなどのセラミックスからなる。

載置台１０６の内部には，ウエハＷを加熱するためのヒータ１１２が埋設されており，このヒータ１１２はヒータ電源１１４から給電されることによりウエハＷを所定の温度（例えば３００℃）に加熱できるようになっている。このときの温度は，ウエハＷ上の低誘電率絶縁膜が大きなダメージを受けない程度の温度，例えば２５０℃〜４００℃程度の範囲で設定されることが好ましい。

処理室１０２の底壁には排気管１２６が接続されており，この排気管１２６には真空ポンプを含む排気装置１２８が接続されている。排気装置１２８を作動させることにより処理室１０２及びプラズマ生成室１０４内を所定の圧力まで減圧することができる。

また，処理室１０２の側壁には，ゲートバルブ１３０によって開閉自在な搬出入口１３２が形成されている。ウエハＷの搬出入は，例えば図示しない搬送アームなどの搬送機構によって行われる。

プラズマ生成室１０４は，例えば石英，セラミックス等の絶縁部材料からなる略円筒状の反応容器１０５を備える。反応容器１０５の上部は，着脱自在の蓋体１０７で気密に閉塞されている。蓋体１０７にはガス導入口１２２が形成されており，ガス供給源１２０から所定の処理ガスがこのガス導入口１２２を介してプラズマ生成室１０４の内部空間に導入されるようになっている。ガス供給源１２０とガス導入口１２２を接続するガス配管１２４には，ガス配管１２４を開閉するための開閉バルブ１２３，処理ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ１２５が設けられている。

上記処理ガスとしては，例えば水素を含有するガスであって水素ラジカル（Ｈ^＊）を発生させるガスを用いる。水素ガスは単体でもよく，また水素ガスと不活性ガスとの混合ガスであってもよい。この場合の不活性ガスとしては，例えばヘリウムガス，アルゴンガス，ネオンガスが挙げられる。なお，水素ガスと不活性ガスの混合ガスを処理ガスとして用いる場合には，水素ガスの混合比は，例えば４％に調整される。

反応容器１０５の外周には，アンテナ部材としてのコイル１１６が巻回されている。コイル１１６には高周波電源２００が接続されている。本実施形態にかかる高周波電源２００では，複数の周波数の高周波を選択的に切り換えて出力できるように構成されている。なお，高周波電源２００の構成の詳細は後述する。この高周波電源２００からコイル１１６に所定の周波数の高周波を所定のパワーで供給することにより，反応容器１０５内に誘導電磁界が形成される。これにより，プラズマ生成室１０４内に導入された処理ガスは励起され，プラズマが生成される。

このような構成のプラズマ処理装置１００には，各部を制御する制御部１５０が設けられている。制御部１５０は，所定のプログラムにより所定の処理条件に基づいて各部を制御することにより，例えばアッシングなどの処理室内での所定の処理を行うようになっている。

（制御部の構成例）
このような制御部１５０の具体的な構成例について図面を参照しながら説明する。制御部１５０は，図２に示すように，制御部本体を構成するＣＰＵ（中央処理装置）１５１，ＣＰＵ１５１が各部を制御するデータなどを格納するＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）１５２，ＣＰＵ１５１が行う各種データ処理のために使用されるメモリエリア等を設けたＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）１５３，操作画面や選択画面などを表示する液晶ディスプレイなどで構成される表示部１５４，オペレータによる各種の操作や情報の入力などを行うことができる操作パネル１５５，例えばブザーのような警報器等で構成される報知部１５６を備える。

また，制御部１５０は，プラズマ処理装置１００の各部を制御するための各種コントローラ１５７を備える。各種コントローラ１５７には，高周波電源２００，マスフローコントローラ１２５，開閉バルブ１２３，排気装置１２８，ヒータ電源１１４などを制御するコントローラが含まれる。

さらに，制御部１５０は，プラズマ処理装置１００の処理を行うプログラムデータを格納するプログラムデータ記憶部１５８，およびプログラムデータに基づく処理を実行するときに使用するレシピデータなどの各種処理条件を記憶する処理条件記憶部１５９を備える。ここでいう処理条件としては，例えば処理ガスの種類，処理ガスの流量，処理室内圧力，高周波電源２００から選択して出力する高周波の周波数などが含まれる。プログラムデータ記憶部１５８と処理条件記憶部１５９は，例えばフラッシュメモリ，ハードディスク，ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で構成され，必要に応じてＣＰＵ１５０によってデータが読み出される。

これらＣＰＵ１５１と，ＲＯＭ１５２，ＲＡＭ１５３，表示部１５４，操作パネル１５５，報知部１５６，各種コントローラ１５７，プログラムデータ記憶部１５８，処理条件記憶部１５９とは，制御バス，システムバス，データバス等のバスラインによって電気的に接続されている。

制御部１５０は，プログラムデータ記憶部１５８から読み出した所定のプログラムにより，処理条件記憶部１５９から読み出した所定の処理条件に基づいて，各部を制御することにより，例えばエッチングなどの所定の処理を行うようになっている。

（高周波電源）
ここで，本実施形態にかかる高周波電源２００から選択的に出力可能な各高周波について説明する。本実施形態にかかるコイル１１６は，所定波長の定在波を形成するため，ある周波数（例えば２７．１２ＭＨｚ）を基準として，その基準周波数の１波長の整数倍で共振（全波長モードで共振）するように巻径，巻回ピッチ，巻数が設定される。

高周波電源２００は例えばこの基準周波数の高周波を出力する。高周波電源２００から基準周波数の高周波をコイル１１６に印加して全波長モードで共振させることによって，図３に示すように高周波の正負の半サイクル毎に互いに瞬時容量が逆方向に増減するので，図３のＡ部のように位相電圧と逆位相電圧とによって電圧成分が相殺されるような定在波が形成される。

これにより，反応容器１０５内においてコイル１１６の電圧成分がゼロとなる部位では，９０度位相がずれている電流成分が最も高くなるので，そこに最も大きな誘導プラズマが生成される。しかも，このプラズマは容量結合がほとんどなく，電気的ポテンシャルの極めて低いドーナツ状のプラズマとなる。

ところが，このようなプラズマでは電圧成分がほとんどゼロであるため，プラズマと反応容器１０５の内壁（例えば側壁の内側）との間にシースが形成されない。このため，このため，反応容器１０５の内壁をイオンアタックなどにより自浄する能力が極めて低いので反応生成物がより付着し，堆積し易くなる。

これに対して，ｎは１以上の整数とした場合に，基準周波数の（２ｎ＋１）／２倍の周波数（共振周波数）の高周波をコイル１１６に供給すると，（２ｎ＋１）／２波長モードで共振して定在波が誘導され，反応容器１０５内に誘導電界が発生し，処理ガスのプラズマが生成される。このときのコイル１１６の共振モードは全波長モードではないため，電圧成分の一部（半波長分）は相殺されずに残るので，反応容器１０５の内壁とプラズマとの間で容量結合が発生し，相殺されずに残った電圧成分に応じた強さのシースが形成される。

具体的には例えば基準周波数の３／２倍となる周波数の高周波をコイル１１６に印加すると，３／２波長モードで共振して定在波が誘導されて反応容器１０５内にプラズマが生成される。このとき，その定在波の電圧成分は図４に示すＡ部のように位相電圧と逆位相電圧とにより相殺されるものの，Ｂ部のようにその周波数の半波長分は相殺されずに残ることになる。このため，位相電圧と逆位相電圧との電位差が生じるのでプラズマの電位が完全にはゼロにならず，相殺されずに残る電圧成分に対応する電位によって，反応容器１０５の内壁とプラズマとの間で容量結合が発生し，シースが形成される。

なお，基準周波数の５／２倍となる周波数の高周波をコイル１１６に印加した場合においても，５／２波長モードで共振して定在波が誘導され，反応容器１０５内にプラズマが生成される。このとき，その定在波の電圧成分は図５に示すＡ部のように位相電圧と逆位相電圧とにより相殺されるものの，Ｂ部のようにその周波数の半波長分は相殺されずに残ることになる。このため，反応容器１０５の内壁とプラズマとの間でも容量結合が発生し，シースが形成される。なお，このように位相電圧と逆位相電圧とにより相殺されずに残る半波長分の電圧成分は，ｎが大きくなるほど小さくなるので，プラズマ電位もｎが大きくなるほど小さくなる。従って，より電位の低いプラズマを生成するには，よりｎが大きい周波数の高周波をコイル１１６に供給すればよい。

このように，基準周波数の（２ｎ＋１）／２倍の周波数の高周波（基準周波数における１波長の（２ｎ＋１）／２倍の波長の高周波）をコイル１１６に印加することにより，コイル１１６を共振させて反応容器１０５内にプラズマを生成できるとともに，そのプラズマと反応容器１０５の内壁との間にシースを形成することができる。これにより，反応容器１０５の側壁に付着した反応生成物を除去することができるとともに，反応生成物が新たに付着することを防止できる。しかも，定在波の電圧成分のうち，上記周波数の半波長分以外の電圧成分は相殺され，相殺されずに残る電圧成分に応じたプラズマ電位となるので，ウエハＷや反応容器１０５の内壁にダメージを与えるほどプラズマ電位が高くなりすぎることもない。

そこで，本実施形態では，例えば全波長モードでコイル１１６を共振させる周波数を基準周波数とすると，高周波電源２００はこの基準周波数の高周波と基準周波数の（２ｎ＋１）／２倍の周波数の高周波とを含む複数の周波数の高周波（コイル１１６を共振させる高周波）を選択的に出力できるように構成し，これらを切り換えてコイル１１６に供給できるようにしている。これによれば，所定のタイミングで基準周波数の（２ｎ＋１）／２倍の周波数の高周波に切り換えて処理を行うことによって，反応容器１０５の側壁に付着した反応生成物を除去することができる。

（高周波電源の構成例）
このような高周波電源２００の具体的構成例について説明する。例えば図１に示すように基準周波数の第１高周波を所定のパワーで出力する第１高周波電源２１０，基準周波数の（２ｎ＋１）／２倍の周波数の第２高周波を所定のパワーで出力する第２高周波電源２２０，第１高周波電源２１０をコイル１１６に接続するための切換スイッチ２１２，第２高周波電源２２０をコイル１１６に接続するための切換スイッチ２２２を備える。これら切換スイッチ２１２，２２２は制御部１５０により制御されるようになっている。なお，高周波電源２００はこのような構成に限られるものではない。例えば切換スイッチの変わりに制御部１５０からの制御信号により動作するセレクタを設けて，このセレクタにより第１高周波と第２高周波との出力を切り換えるようにしてもよい。また，ここでは高周波電源２００を複数の高周波電源で構成した場合について説明したが，これに限られるものではなく，複数の周波数の高周波を生成して切り換えて出力できる１つの高周波電源２００で構成してもよい。

上記第１高周波の基準周波数は例えば２７．１２ＭＨｚとし，第２高周波の周波数は例えば基準周波数の３／２倍の周波数４０．６８ＭＨｚとする。このとき，コイル１１６の電気長は，基準周波数の整数倍によって共振する長さ，すなわち基準周波数である２７．１２ＭＨｚにおける１波長の整数倍の長さである。

このような構成の高周波電源２００を備えるプラズマ処理装置１００によれば，コイル１１６に第１高周波を供給して共振させたときには，反応容器１０５内にゼロ電位のプラズマを励起することができ，コイル１１６に第２高周波を供給して共振させたときには，反応容器１０５内に低い電位のプラズマを励起することができる。従って，本実施形態によれば，このようなコイル１１６に供給する高周波をウエハＷの処理条件に応じてその途中で切り換えることができる。また処理の種類によってコイル１１６に供給する高周波を切り換えるようにしてもよい。例えばウエハＷの処理には，第１高周波によりゼロ電位のプラズマを生成して，よりダメージレスの処理を行い，反応容器１０５内のクリーニング処理には第２高周波により低い電位のプラズマを生成して反応容器１０５の内壁に付着した反応生成物を除去するようにしてもよい。

次に，このような高周波電源２００を備えたプラズマ処理装置１００を用いて実施されるウエハの処理の具体例を図面を参照しながら説明する。図６は，ウエハの処理の具体例を示すフローチャートである。図６に示すウエハＷの処理は，例えばＬｏｗ−ｋ膜などの低誘電率絶縁膜を，レジスト膜をマスクとして選択的にエッチング除去したウエハＷに対して，レジスト膜を除去するアッシング処理を行う場合の具体例である。

制御部１５０は，図６に示すフローチャートに基づいて各部を制御することにより，ウエハＷの処理を行う。ここでは，エッチング処理でウエハＷ上の付着した例えば残渣などの付着物を取り除く前処理を行った上で連続してアッシング処理を行い，その後に反応容器１０５内の内壁に付着した反応生成物などの付着物を除去するクリーニング処理を行う。

制御部１５０は，先ずステップＳ１１０にてエッチング処理が施されたウエハＷを処理室１０２内に搬入する。具体的には図示しない搬送アームなどによりゲートバルブ１３０を介してウエハＷを処理室１０２内に搬入して載置台１０６上に載置する。なお，ヒータ１１２の設定温度は例えば３００℃に保持して，以下の処理を行う。

続いてステップＳ１２０にてコイル１１６に第２高周波を供給してプラズマを励起し，ステップＳ１３０にてウエハＷ上の付着物を除去する前処理を行う。具体的には所定の圧力に減圧された反応容器１０５内に，ガス供給源１２０から処理ガス（例えば水素ガスとヘリウムガス）を供給し，高周波電源２００の切換スイッチ２１２はオフのまま切換スイッチ２２２をオンしてコイル１１６に３／２波長の周波数の第２高周波を供給する。

これにより，反応容器１０５内に誘導電磁界が形成され，プラズマが励起される。このとき生成されるプラズマの電圧成分は例えば図４に示すように位相電圧と逆位相電圧とで相殺されずに残る電圧成分がある。このため，その残った電圧成分に応じたプラズマ電位になるので，プラズマ中のイオンがウエハＷ上まで到達し，ウエハ上の付着物（例えばエッチングで生じた残渣など）を除去することができる。なお，ここで生成されるプラズマの電圧成分は図４に示すように位相電圧と逆位相電圧とにより大部分が相殺されるので，プラズマ電位はそれほど高くはならならず，ウエハＷにイオンダメージを与えることを防止できる。

また，プラズマと反応容器１０５の内壁との間にシースが形成されるので，プラズマ中のイオンの一部が反応容器１０５の内壁まで達し，反応容器１０５の側壁に付着した反応生成物を除去することができるとともに，反応生成物が新たに付着することを防止できる。前処理が終了すると，高周波電源２００の切換スイッチ２２２をオフにして第２高周波の供給を停止する。

次に，ステップＳ１４０にてコイル１１６に第１高周波を供給してプラズマを励起し，ステップＳ１５０にてウエハＷ上のレジスト膜を除去するアッシング処理を行う。具体的には所定の圧力に減圧された反応容器１０５内に，ガス供給源１２０から処理ガス（例えば水素ガスとヘリウムガス）を供給し，高周波電源２００の切換スイッチ２２２をオフのまま切換スイッチ２１２をオンしてコイル１１６に基準周波数の第１高周波を供給する。

これにより，反応容器１０５内に誘導電磁界が形成され，電位がほとんどゼロのプラズマが励起される。このため，プラズマ中のイオンがウエハＷ上まで到達することはなく，ラジカルのみがウエハ上に到達してアッシング処理が進行する。これにより，ウエハＷ上にダメージのない処理を行うことができる。アッシング処理が終了すると，高周波電源２００の切換スイッチ２１２をオフにして第１高周波の供給を停止する。続いて，ステップＳ１６０にてウエハＷの搬出を行う。具体的には図示しない搬送アームなどによりゲートバルブ１３０を介してウエハＷを処理室１０２から搬出する。

続いてステップＳ１７０にてコイル１１６に第２高周波を供給してプラズマを励起し，ステップＳ１８０にて反応容器１０５内のクリーニング処理を行って，一連の処理を終了する。具体的には所定の圧力に減圧された反応容器１０５内に，ガス供給源１２０から処理ガス（例えば水素ガスとヘリウムガス）を供給し，高周波電源２００の切換スイッチ２２２をオンしてコイル１１６に３／２波長の周波数の第２高周波を供給する。

これにより，反応容器１０５内に誘導電磁界が形成され，プラズマが励起される。このとき生成されるプラズマの電圧成分は例えば図４に示すように位相電圧と逆位相電圧とにより相殺されずに残る部分がある。このため，プラズマ電位がゼロではないので，プラズマと反応容器１０５の内壁の間にシースが形成される。これにより，プラズマ中のイオンが反応容器１０５の内壁まで達し，反応容器１０５の側壁に付着した反応生成物を除去することができるとともに，反応生成物が新たに付着することを防止できる。なお，ここで生成されるプラズマの電圧成分は位相電圧と逆位相電圧とにより大部分が相殺されるので，プラズマ電位はそれほど高くはならならず，反応容器１０５の側壁にイオンダメージを与えることを防止できる。

なお，上述した実施形態では，アッシング処理において水素含有ガスを処理ガスとして用いた場合について説明したが，これに限定されるものではなく，アッシングで除去する膜の種類によっては酸素含有ガスを処理ガスとして用いるようにしてもよい。アッシング処理には従来より酸素含有ガスをプラズマ励起して発生した酸素ラジカルが用いられているが，例えばＬｏｗ−ｋ膜などの低誘電率絶縁膜では酸素ラジカルによるダメージを受けやすいため，低誘電率絶縁膜のエッチング処理やアッシング処理には，よりダメージを抑えることのできる水素ラジカルを用いることが好ましい。

ところが，水素含有ガスを励起して生成される水素プラズマは，処理対象となる膜の種類にもよるが，エッチング処理やアッシング処理を行う際に比較的蒸気圧の高い反応生成物（例えばポリマ）が発生するので，反応容器の内壁に反応生成物が付着し易い。これに対して，酸素含有ガスを励起して生成される酸素プラズマは，エッチング処理やアッシング処理を行う際に比較的蒸気圧の低い反応生成物（例えばＣＯ_２，ＣＯ）が発生するので，反応容器の内壁に反応生成物が付着し難い。

従って，上述したステップＳ１４０においては，水素含有ガスを処理ガスとして用いる場合は，コイル１１６に（２ｎ＋１）／２倍の周波数の第２高周波を供給することで，ゼロではないが低い電位の水素プラズマを生成するようにしてもよい。これにより，ウエハＷに対するダメージを抑えつつ，反応容器１０５の内壁に反応生成物が付着し難いアッシング処理を行うことができる。

また，上記ステップＳ１４０において，酸素含有ガスを処理ガスとして用いる場合は，反応容器１０５の側壁に反応生成物が付着し難いので，コイル１１６に基本周波数の第１高周波を供給することで，ほとんどゼロに近い電位の酸素プラズマを生成するようにしてもよい。これにより，よりダメージの少ないアッシング処理を行うことができる。

なお，上記実施形態により詳述した本発明については，複数の機器から構成されるシステムに適用しても，１つの機器からなる装置に適用してもよい。上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体をシステムあるいは装置に供給し，そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体等の媒体に格納されたプログラムを読み出して実行することによっても，本発明が達成され得る。

この場合，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラム自体が上述した実施形態の機能を実現することになり，そのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体は本発明を構成することになる。プログラムを供給するための記憶媒体等の媒体としては，例えば，フロッピー（登録商標）ディスク，ハードディスク，光ディスク，光磁気ディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ＋ＲＷ，磁気テープ，不揮発性のメモリカード，ＲＯＭなどが挙げられる。また，媒体に対してプログラムを，ネットワークを介してダウンロードして提供することも可能である。

なお，コンピュータが読み出したプログラムを実行することにより，上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく，そのプログラムの指示に基づき，コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部または全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。

さらに，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラムが，コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後，そのプログラムの指示に基づき，その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば本発明は，アッシング処理のみならず，エッチング処理や成膜処理など，被処理基板に対してプラズマ処理を行う各種プラズマ処理装置に適用可能である。また，本発明にかかるプラズマ生成室としては，上述したダウンフロータイプのものに限られるものではなく，ウエハから離れた空間にプラズマを発生させるリモートプラズマタイプのものであってもよい。

本発明は，処理ガスのプラズマを励起させて被処理基板に対して所定の処理を施すプラズマ処理装置に適用可能である。

本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す縦断面図である。 図１に示す制御部の構成例を示すブロック図である。 同実施の形態において基準周波数の高周波をコイルに供給したときに発生する定在波の電圧成分の具体例を示す模式図である。 同実施の形態において基準周波数の３／２倍の周波数の高周波をコイルに供給したときに発生する定在波の電圧成分の具体例を示す模式図である。 同実施の形態において基準周波数の５／２倍の周波数の高周波をコイルに供給したときに発生する定在波の電圧成分の具体例を示す模式図である。 同実施の形態にかかるプラズマ処理装置を用いて行うウエハの処理の具体例を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ プラズマ処理装置
１０２ 処理室
１０４ プラズマ生成室
１０５ 反応容器
１０６ 載置台
１０７ 蓋体
１０８ 支持部材
１１２ ヒータ
１１４ ヒータ電源
１１６ コイル
１２０ ガス供給源
１２２ ガス導入口
１２３ 開閉バルブ
１２４ ガス配管
１２５ マスフローコントローラ
１２６ 排気管
１２８ 排気装置
１３０ ゲートバルブ
１３２ 搬出入口
１５０ 制御部
１５１ ＣＰＵ
１５２ ＲＯＭ
１５３ ＲＡＭ
１５４ 表示部
１５５ 操作パネル
１５６ 報知部
１５７ 各種コントローラ
１５８ プログラムデータ記憶部
１５９ 処理条件記憶部
２００ 高周波電源
２１０ 第１高周波電源
２１２ 切換スイッチ
２２０ 第２高周波電源
２２２ 切換スイッチ
Ｗ ウエハ

Claims (6)

1. 処理ガスを励起して生成されたプラズマにより被処理基板に対して所定の処理を施すプラズマ処理装置であって，
   前記処理ガスを励起させてプラズマを生成するプラズマ生成室と，
   前記プラズマ生成室に連通する処理室と，
   前記処理室内に配置され，前記被処理基板を載置する載置台と，を備え，
   前記プラズマ生成室は，
   誘電体で構成される筒状の側壁を有する反応容器と，
   前記反応容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入部と，
   前記側壁の周りに巻回されたコイルと，
   前記コイルに供給する異なる周波数の高周波を選択的に出力可能な高周波電源と，
   前記高周波電源から出力する高周波を選択して前記コイルに供給させる制御部と，
   を有し，
   ｎを１以上の整数とした場合に，前記コイルの電気長が基準周波数における１波長のｎ倍とし，前記高周波電源から供給される高周波には，前記基準周波数の（２ｎ＋１）／２倍の周波数の高周波を少なくとも含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記高周波電源は，前記基準周波数の第１高周波と，前記基準周波数の（２ｎ＋１）／２倍の周波数の第２高周波とを選択的に出力可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記制御部は，前記反応容器内にプラズマを生成して行う処理に応じて前記コイルに供給される高周波を切り換えることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記反応容器内にプラズマを生成して行う処理は，前記被処理基板に対するプロセス処理と，前記反応容器内のクリーニング処理であり，
   前記制御部は，前記プロセス処理を行う場合は前記第１高周波を前記コイルに供給させ，前記クリーニング処理を行う場合は前記第２高周波を前記コイルに供給させることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記制御部は，前記被処理基板に対するプロセス処理の処理条件に応じて前記コイルに供給させる高周波を切り換えることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記処理条件は，前記処理ガスの種類を含み，
   前記制御部は，前記処理ガスの種類が水素を含むガスである場合には，前記基準周波数の（２ｎ＋１）／２倍の周波数の第２高周波を前記コイルに供給して水素プラズマを励起することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
   

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