JP2019145540A - クリーニング方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】処理容器内に設けられた部材からシリコン酸化膜を適切に除去する。【解決手段】クリーニング方法は、プラズマ処理装置の処理容器内に設けられ、表面にシリコン酸化膜が形成された部材からプラズマによりシリコン酸化膜を除去するクリーニング方法であって、処理容器内に処理ガスを供給するガス供給工程と、処理容器内に供給される処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成工程と、プラズマにおけるイオンを引き込むバイアス電力を部材に印加するバイアス電力印加工程と、を含み、処理容器内の圧力に対するバイアス電力の値の比は、１Ｗ／ｍＴｏｒｒ以下である。【選択図】図２

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、クリーニング方法及びプラズマ処理装置に関するものである。
半導体の製造プロセスでは、薄膜の堆積又はエッチング等を目的としたプラズマ処理を実行するプラズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理装置としては、例えば薄膜の堆積処理を行うプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置や、エッチング処理を行うプラズマエッチング装置等が挙げられる。
このようなプラズマ処理装置では、処理容器内において各種のプラズマ処理が実行される際に、処理容器内に設けられた部材をプラズマから保護することが重要である。このため、処理容器内に設けられた部材の表面に、保護膜としてのシリコン酸化膜が形成されることがある。
ただし、処理容器内において各種のプラズマ処理が実行されると、処理容器内に残留するフッ素含有ガス等のガスにより保護膜としてのシリコン酸化膜が消耗する。そこで、プラズマ処理装置では、処理容器内に設けられた部材からシリコン酸化膜を除去するクリーニング処理が定期的に行われる。シリコン酸化膜は、例えば、プラズマを用いて除去される。
なお、処理容器内に設けられた部材からプラズマによりシリコン酸化膜を除去する手法として、処理容器内の圧力を制御してプラズマ中のイオンを引き込む手法が提案されている。
特開２００２−５７１４９号公報 特開２００５−２４３７６５号公報
しかしながら、上述の手法では、処理容器内に設けられた部材からシリコン酸化膜を適切に除去することが困難であるという問題がある。すなわち、上述の手法では、シリコン酸化膜の下方に位置する部材の表面にプラズマによる損傷が与えられることがある。例えば、フッ素含有ガスのプラズマが用いられる場合、シリコン酸化膜の下方に位置する部材の表面がフッ素含有ガスのプラズマによりフッ化される虞がある。
開示するクリーニング方法は、１つの実施態様において、プラズマ処理装置の処理容器内に設けられ、表面にシリコン酸化膜が形成された部材からプラズマにより前記シリコン酸化膜を除去するクリーニング方法であって、前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給工程と、前記処理容器内に供給される前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成工程と、前記プラズマにおけるイオンを引き込むバイアス電力を前記部材に印加するバイアス電力印加工程と、を含み、前記処理容器内の圧力に対する前記バイアス電力の値の比は、１Ｗ／ｍＴｏｒｒ以下である。
開示するクリーニング方法の１つの態様によれば、処理容器内に設けられた部材からシリコン酸化膜を適切に除去することができるという効果を奏する。
図１は、本実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 図２は、一実施形態にかかるプラズマ処理装置によるクリーニング処理の一例を示すフローチャートである。 図３は、処理容器内の圧力Ｐに対するバイアス電力の値ＬＦの比を変更した場合の、静電チャックの上面のエッチングレートの変化を示す図である。 図４は、処理容器内の圧力を変更した場合の、シリコン酸化膜のエッチングレートの変化、静電チャックの上面のエッチングレートの変化及び静電チャックの上面の粗さ（Ｒａ）の変化を示す図である。 図５は、混合ガスにおいて、フッ素含有ガスの流量に対する酸素含有ガスの流量の比を変更した場合の、シリコン酸化膜のエッチングレートの変化、静電チャックの上面のエッチングレートの変化及び静電チャックの上面の粗さ（Ｒａ）の変化を示す図である。 図６は、混合ガスの総流量を変更した場合の、シリコン酸化膜のエッチングレートの変化、静電チャックの上面のエッチングレートの変化及び静電チャックの上面の粗さ（Ｒａ）の変化を示す図である。 図７は、アルミナのエッチングレートと、処理容器内の圧力及び混合ガスの総流量との関係を表す等高線図である。 図８は、図７に示す等高線図から求められた「アルミナのエッチングレートが０になる場合の混合ガスの総流量の上限値」と、処理容器内の圧力との関係の一例を示す図である。
以下、図面を参照して本願の開示するクリーニング方法及びプラズマ処理装置の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。
（プラズマ処理装置の構成例）
一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。
一実施形態にかかるプラズマ処理装置は、下部電極と上部電極とを対向配置した平行平板型のプラズマ処理装置（容量結合型プラズマ処理装置）である。ここでは、プラズマ処理装置として、１つの電極（下部電極）に例えば４０ＭＨｚの比較的高い周波数を有する第１高周波電力と、例えば１３．５６ＭＨｚの比較的低い周波数を有する第２高周波電力を重畳して印加して、ウエハ上に形成された被エッチング膜のエッチングを行うプラズマ処理装置を例に挙げて説明する。図１は、本実施形態にかかるプラズマ処理装置１００の概略構成を示す断面図である。
図１に示すように、プラズマ処理装置１００は、例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属から成る円筒形状に成形された処理容器（チャンバ）１０２を備える。処理容器１０２は接地されている。処理容器１０２内には、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」とも称する。）Ｗを載置するための載置台１１０が設けられている。載置台１１０は、ウエハＷを静電吸着力により保持する静電チャック１１２と、静電チャック１１２を支持する円板状の下部電極（サセプタ）１１１と有する。下部電極１１１は、例えばアルミニウムからなる。下部電極１１１は、処理容器１０２の底部から垂直上方に延びる筒状部１０４に絶縁性の筒状保持部１０６を介して保持されている。下部電極１１１の上方には、処理ガスやパージガスなどを導入するシャワーヘッドを兼ねた上部電極１２０が、対向して配設されている。
下部電極１１１の上面には、ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック１１２が設けられている。静電チャック１１２は、例えば導電膜からなる静電チャック電極１１４を絶縁膜内に挟み込んで構成される。絶縁膜は、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）により形成される。静電チャック電極１１４には、直流電源１１５が電気的に接続されている。直流電源１１５から静電チャック電極１１４に直流電圧が印加されるより、クーロン力でウエハＷが静電チャック１１２に吸着される。静電チャック１１２の上面にウエハＷが載置される。以下では、静電チャック１１２の上面を「載置台１１０の載置面」と適宜表記するものとする。静電チャック１１２の上面（つまり、載置台１１０の載置面）には、プラズマに対する保護膜となるシリコン酸化膜が形成されている。載置台１１０は、表面にシリコン酸化膜が形成された部材の一例である。
下部電極１１１の内部には冷却機構が設けられている。この冷却機構は、例えば下部電極１１１内の円周方向に延在する冷媒室１１６に、図示しないチラーユニットからの所定温度の冷媒（例えば冷却水）を配管を介して循環供給するように構成される。冷媒の温度によって静電チャック１１２上のウエハＷの処理温度を制御できる。
下部電極１１１と静電チャック１１２には、伝熱ガス供給ライン１１８がウエハＷの裏面に向けて配設されている。伝熱ガス供給ライン１１８には、例えばＨｅガスなどの伝熱ガス（バックガス）が導入され、静電チャック１１２の上面とウエハＷの裏面との間に供給される。これにより、下部電極１１１とウエハＷとの間の熱伝達が促進される。静電チャック１１２上に載置されたウエハＷの周囲を囲むようにフォーカスリング１１９が配置されている。フォーカスリング１１９は、例えば石英やシリコンからなり、筒状保持部１０６の上面に設けられている。
上部電極１２０は、処理容器１０２の天井部に設けられている。上部電極１２０は、接地されている。上部電極１２０には、処理容器１０２内での処理に必要なガスを供給する処理ガス供給部１２２が配管１２３を介して接続されている。処理ガス供給部１２２は、例えば、処理容器１０２内でのウエハのプロセス処理や処理容器１０２内のクリーニング処理などに必要な処理ガスやパージガスなどを供給するガス供給源、ガス供給源からのガスの導入を制御するバルブ及びマスフローコントローラにより構成される。
上部電極１２０には、多数のガス通気孔１２５を有する下面の電極板１２４と、この電極板１２４を着脱可能に支持する電極支持体１２６とを有する。電極支持体１２６の内部には、バッファ室１２７が設けられている。バッファ室１２７のガス導入口１２８には、処理ガス供給部１２２の配管１２３が接続されている。
図１では説明を簡単にするため、処理ガス供給部１２２を一系統のガスラインで表現しているが、処理ガス供給部１２２は単一のガス種の処理ガスを供給する場合に限られるものではなく、複数のガス種を処理ガスとして供給するものであってもよい。この場合には、複数のガス供給源を設けて複数系統のガスラインで構成し、各ガスラインにマスフローコントローラを設けてもよい。
処理容器１０２の側壁と筒状部１０４との間には排気路１３０が形成され、排気路１３０の入口または途中に環状のバッフル板１３２が取り付けられるとともに、排気路１３０の底部に排気口１３４が設けられている。排気口１３４には、排気管を介して排気部１３６が接続されている。排気部１３６は、例えば真空ポンプを備え、処理容器１０２内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。また、処理容器１０２の側壁には、ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ１０８が取り付けられている。
下部電極１１１には、２周波重畳電力を供給する電力供給装置１４０が接続されている。電力供給装置１４０は、第１周波数の第１高周波電力を供給する第１高周波電力供給機構１４２と、第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力を供給する第２高周波電力供給機構１５２とを有する。第１高周波電力は、プラズマを生成するための高周波電力であり、第２の高周波電力は、ウエハＷにイオンを引き込むための高周波電力（バイアス電力）である。
第１高周波電力供給機構１４２は、下部電極１１１側から順次接続される第１フィルタ１４４、第１整合器１４６、第１電源１４８を有している。第１フィルタ１４４は、第２周波数の電力成分が第１整合器１４６側に侵入することを防止する。第１整合器１４６は、第１高周波電力成分をマッチングさせる。
第２高周波電力供給機構１５２は、下部電極１１１側から順次接続される第２フィルタ１５４、第２整合器１５６、第２電源１５８を有している。第２フィルタ１５４は、第１周波数の電力成分が第２整合器１５６側に侵入することを防止する。第２整合器１５６は、第２高周波電力成分をマッチングさせる。
処理容器１０２には、その周囲を囲むように磁場形成部１７０が配設されている。磁場形成部１７０は、処理容器１０２の周囲に沿って上下に離間して配置された上部マグネットリング１７２と下部マグネットリング１７４を備え、処理容器１０２内にプラズマ処理空間を囲むカスプ磁場を発生させる。
プラズマ処理装置１００には、制御部（全体制御装置）１６０が接続されており、この制御部１６０によってプラズマ処理装置１００の各部が制御されるようになっている。また、制御部１６０には、オペレータ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操作部１６２が接続されている。制御部１６０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）により実現される。
さらに、制御部１６０には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理（ウエハＷに対するプラズマ処理など）を制御部１６０の制御にて実現するためのプログラムやプログラムを実行するために必要な処理条件（レシピ）などが記憶された記憶部１６４が接続されている。
記憶部１６４には、例えば複数の処理条件（レシピ）が記憶されている。各処理条件は、プラズマ処理装置１００の各部を制御する制御パラメータ、設定パラメータなどの複数のパラメータ値をまとめたものである。各処理条件は、例えば処理ガスの流量比、処理容器内圧力、高周波電力などのパラメータ値を有する。
なお、これらのプログラムや処理条件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く、また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部１６４の所定位置にセットするようになっていてもよい。
制御部１６０は、操作部１６２からの指示等に基づいて所望のプログラム、処理条件を記憶部１６４から読み出して各部を制御することで、プラズマ処理装置１００での所望の処理を実行する。また、操作部１６２からの操作により処理条件を編集できるようになっている。
（プラズマ処理装置のクリーニング処理）
図２は、一実施形態にかかるプラズマ処理装置１００によるクリーニング処理の一例を示すフローチャートである。図２に示すクリーニング処理は、載置台１１０の載置面にウエハＷが載置されていない状態で、実行される。図２に示すように、プラズマ処理装置１００の制御部１６０は、処理ガス供給部１２２を制御して、処理容器１０２内に処理ガスを供給する（ステップＳ１０１）。処理ガスは、例えば、フッ素含有ガスと酸素含有ガスとを含む混合ガスである。フッ素含有ガスは、例えば、ＮＦ３、ＳＦ６及びＣＦ４の少なくともいずれか一つである。酸素含有ガスは、例えば、Ｏ２である。また、混合ガスには、更に、希ガスが添加されても良い。希ガスは、例えば、Ａｒである。
続いて、制御部１６０は、処理容器１０２内に供給される処理ガスのプラズマを生成する（ステップＳ１０２）。具体的には、制御部１６０は、第１高周波電力供給機構１４２から第１高周波電力を載置台１１０（下部電極１１１）に供給する。また、第１高周波電力が供給される際、制御部１６０は、第２高周波電力供給機構１５２から第２高周波電極（バイアス電力）を載置台１１０（下部電極１１１）に供給する。第１高周波電力の供給により処理ガスのプラズマが生成され、第２高周波電力の供給により処理ガスのプラズマ中のイオンが載置台１１０の表面（つまり、静電チャック１１２の上面）に引き込まれる。これにより、載置台１１０の表面（つまり、静電チャック１１２の上面）から保護膜としてのシリコン酸化膜が除去される。
また、処理ガスのプラズマが生成される場合、処理容器１０２内の圧力に対するバイアス電力の値の比は、１．０Ｗ／ｍＴｏｒｒ以下である。これにより、載置台１１０の表面（つまり、静電チャック１１２の上面）に引き込まれるイオンのエネルギーが低減される。その結果、シリコン酸化膜の下方に位置する載置台１１０の表面（つまり、静電チャック１１２の上面）にプラズマから与えられる損傷が軽減されるとともに、シリコン酸化膜が適切に除去される。例えば、処理ガスが、フッ素含有ガスと酸素含有ガスとの混合ガスである場合を想定する。この場合、シリコン酸化膜の下方に位置する載置台１１０の表面（つまり、静電チャック１１２の上面）がフッ素含有ガスのプラズマによりフッ化される度合いが軽減されるとともに、シリコン酸化膜が適切に除去される。
ここで、静電チャック１１２の上面にプラズマから与えられる損傷が、処理容器１０２内の圧力に対するバイアス電力の値の比に依存することを確認した実験について、図３を参照して説明する。
図３は、処理容器１０２内の圧力Ｐに対するバイアス電力の値ＬＦの比を変更した場合の、静電チャック１１２の上面のエッチングレートの変化を示す図である。図３に示す実験では、アルミナで形成されたテストピースを静電チャック１１２の上面に配置し、下記の処理条件で処理ガスのプラズマを生成し、アルミナのエッチングレートを静電チャック１１２の上面のエッチングレートとして測定した。なお、図３の横軸は、処理容器１０２内の圧力Ｐに対するバイアス電力の値ＬＦの比を平方根の形式で示している。
図３に示す実験は、下記の処理条件で行われた。
処理容器１０２内の圧力：３０〜４００ｍＴｏｒｒ
第１高周波電力／第２高周波電力（バイアス電力）：６００〜２４００／０〜２００Ｗ
処理ガス及び流量：ＮＦ３／Ｏ２／Ａｒ＝３００〜５６０／３０〜５６０／０〜５６０ｓｃｃｍ 又はＳＦ６／Ｏ２／Ａｒ＝３００〜５６０／３０〜５６０／０〜５６０ｓｃｃｍ 又はＣＦ４／Ｏ２／Ａｒ＝３００〜５６０／３０〜５６０／０〜５６０ｓｃｃｍ
図３に示すように、処理容器１０２内の圧力Ｐに対するバイアス電力の値ＬＦの比が１．０Ｗ／ｍＴｏｒｒ以下である場合、該比が１．０Ｗ／ｍＴｏｒｒより大きい場合と比較して、アルミナのエッチングレートが小さく、ほぼ０であった。すなわち、処理容器１０２内の圧力Ｐに対するバイアス電力の値ＬＦの比を１．０Ｗ／ｍＴｏｒｒ以下とすることにより、静電チャック１１２の上面にフッ素含有ガス（ＮＦ３、ＳＦ６又はＣＦ４）のプラズマから与えられる損傷が軽減されることが分かった。
また、圧力Ｐに対するバイアス電力の値ＬＦの比が１．０Ｗ／ｍＴｏｒｒ以下である条件下で、圧力Ｐは、好ましくは、２５０〜４００ｍＴｏｒｒの範囲内、より好ましくは、３００〜４００ｍＴｏｒｒの範囲内である。これにより、シリコン酸化膜の下方に位置する載置台１１０の表面（つまり、静電チャック１１２の上面）において発生する反応生成物が載置台１１０の表面から脱離することが抑制され、結果として、載置台１１０の表面の粗さ（Ｒａ）の劣化が抑制される。例えば、静電チャック１１２の上面がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で形成される場合を想定する。この場合、載置台１１０の表面（つまり、静電チャック１１２の上面）がフッ素含有ガスのプラズマによりフッ化されて発生するＡｌ２Ｆ３が静電チャック１１２の上面から脱離することが抑制されるので、フッ化が最表層のみに収まる。結果として、載置台１１０の表面（静電チャック１１２の上面）の粗さ（Ｒａ）の劣化が抑制される。
ここで、静電チャック１１２の上面にプラズマから与えられる損傷が、処理容器１０２内の圧力に依存することを確認した実験について、図４を参照して説明する。
図４は、処理容器１０２内の圧力を変更した場合の、シリコン酸化膜のエッチングレートの変化、静電チャック１１２の上面のエッチングレートの変化及び静電チャック１１２の上面の粗さ（Ｒａ）の変化を示す図である。図４に示す実験では、シリコン酸化膜で形成されたテストピースを静電チャック１１２の上面に配置し、下記の処理条件で処理ガスのプラズマを生成し、シリコン酸化膜のエッチングレートを測定した。また、図４に示す実験では、アルミナで形成されたテストピースを静電チャック１１２の上面に配置し、下記の処理条件で処理ガスのプラズマを生成し、アルミナのエッチングレートを静電チャック１１２の上面のエッチングレートとして測定した。さらに、アルミナの粗さ（Ｒａ）の変化量（ΔＲａ）を静電チャック１１２の上面の粗さ（Ｒａ）の変化量（ΔＲａ）として測定した。
図４に示す実験は、下記の処理条件で行われた。
処理容器１０２内の圧力：３０〜４００ｍＴｏｒｒ
第１高周波電力／第２高周波電力（バイアス電力）：１５００／１００Ｗ
処理ガス及び流量：ＮＦ３／Ｏ２／Ａｒ＝４３０／（混合ガスの総流量が６００〜１１２０ｓｃｃｍとなる流量）／０ｓｃｃｍ
図４に示すように、処理容器１０２内の圧力を大きくすることにより、アルミナのエッチングレートが小さくなった。また、処理容器１０２内の圧力の変更に関わらず、シリコン酸化膜のエッチングレートは予め定められた許容スペックを満たした。さらに、処理容器１０２内の圧力が２５０〜４００ｍＴｏｒｒの範囲内である場合、アルミナの粗さ（Ｒａ）の変化量（ΔＲａ）が０ｎｍ以下であった。これらの結果から、処理容器１０２内の圧力を２５０〜４００ｍＴｏｒｒの範囲内とすることにより、シリコン酸化膜がフッ素含有ガスのプラズマにより除去される際に静電チャック１１２の上面にプラズマから与えられる損傷が軽減されることが分かった。
また、フッ素含有ガスと酸素含有ガスとを含む混合ガスが処理ガスとして用いられる場合、混合ガスにおいて、フッ素含有ガスの流量に対する酸素含有ガスの流量の比は、０．７以上、より好ましくは、１．０以上である。これにより、混合ガスにおいてフッ素含有ガスの分圧を低減することができ、結果として、載置台１１０の表面（つまり、静電チャック１１２の上面）の損傷が抑制される。
図５は、混合ガスにおいて、フッ素含有ガスの流量に対する酸素含有ガスの流量の比を変更した場合の、シリコン酸化膜のエッチングレートの変化、静電チャック１１２の上面のエッチングレートの変化及び静電チャック１１２の上面の粗さ（Ｒａ）の変化を示す図である。図５に示す実験では、シリコン酸化膜で形成されたテストピースを静電チャック１１２の上面に配置し、下記の処理条件で処理ガスのプラズマを生成し、シリコン酸化膜のエッチングレートを測定した。また、図５に示す実験では、アルミナで形成されたテストピースを静電チャック１１２の上面に配置し、下記の処理条件で処理ガスのプラズマを生成し、アルミナのエッチングレートを静電チャック１１２の上面のエッチングレートとして測定した。さらに、アルミナの粗さ（Ｒａ）の変化量（ΔＲａ）を静電チャック１１２の上面の粗さ（Ｒａ）の変化量（ΔＲａ）として測定した。
図５に示す実験は、下記の処理条件で行われた。
処理容器１０２内の圧力：４００ｍＴｏｒｒ
第１高周波電力／第２高周波電力（バイアス電力）：１５００／１００Ｗ
処理ガス及び流量：ＮＦ３／Ｏ２／Ａｒ＝４３０／（ＮＦ３の流量に対するＯ２の流量の比が０．１〜１．０となる流量）／０ｓｃｃｍ
図５に示すように、混合ガスにおいて、フッ素含有ガスの流量に対する酸素含有ガスの流量の比を増加させることにより、アルミナのエッチングレートが小さくなった。また、フッ素含有ガスの流量に対する酸素含有ガスの流量の比の変更に関わらず、シリコン酸化膜のエッチングレートは、予め定められた許容スペックを満たした。また、フッ素含有ガスの流量に対する酸素含有ガスの流量の比の変更に関わらず、アルミナの粗さ（Ｒａ）の変化量（ΔＲａ）は、ほぼ０ｎｍに維持された。さらに、フッ素含有ガスの流量に対する酸素含有ガスの流量の比が０．７以上である場合、アルミナのエッチングレートが０ｎｍ／ｍｉｎ以下であった。これらの結果から、フッ素含有ガスの流量に対する酸素含有ガスの流量の比は、０．７以上とすることにより、静電チャック１１２の上面にフッ素含有ガスのプラズマから与えられる損傷が軽減されることが分かった。より好ましくは、フッ素含有ガスの流量に対する酸素含有ガスの流量の比を１．０以上とすることにより、静電チャック１１２の上面にフッ素含有ガスのプラズマから与えられる損傷がより軽減されることが分かった。
また、フッ素含有ガスと酸素含有ガスとを含む混合ガスのプラズマが処理ガスのプラズマとして生成される場合、混合ガスの総流量は、処理容器１０２内の圧力に応じて選択されることが好ましい。例えば、混合ガスの総流量は、処理容器１０２内の圧力が２５０ｍＴｏｒｒである場合、７１０ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。また、混合ガスの総流量は、処理容器１０２内の圧力が３００ｍＴｏｒｒである場合、８６０ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。また、混合ガスの総流量は、処理容器１０２内の圧力が３５０Ｔｏｒｒである場合、１０００ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。また、混合ガスの総流量は、処理容器１０２内の圧力が４００ｍＴｏｒｒである場合、１１４０ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。これにより、載置台１１０の表面（つまり、静電チャック１１２の上面）がフッ素含有ガスのプラズマによりフッ化されて発生するＡｌ２Ｆ３が静電チャック１１２の上面から脱離することが抑制される。結果として、静電チャック１１２の上面にフッ素含有ガスのプラズマから与えられる損傷が抑制される。
ここで、静電チャック１１２の上面にプラズマから与えられる損傷が、混合ガスの総流量に依存することを確認した実験について、図６を参照して説明する。
図６は、混合ガスの総流量を変更した場合の、シリコン酸化膜のエッチングレートの変化、静電チャック１１２の上面のエッチングレートの変化及び静電チャック１１２の上面の粗さ（Ｒａ）の変化を示す図である。図６に示す実験では、シリコン酸化膜で形成されたテストピースを静電チャック１１２の上面に配置し、下記の処理条件で処理ガスのプラズマを生成し、シリコン酸化膜のエッチングレートを測定した。また、図６に示す実験では、アルミナで形成されたテストピースを静電チャック１１２の上面に配置し、下記の処理条件で処理ガスのプラズマを生成し、アルミナのエッチングレートを静電チャック１１２の上面のエッチングレートとして測定した。さらに、アルミナの粗さ（Ｒａ）の変化量（ΔＲａ）を静電チャック１１２の上面の粗さ（Ｒａ）の変化量（ΔＲａ）として測定した。
図６に示す実験は、下記の処理条件で行われた。
処理容器１０２内の圧力：２００〜４００ｍＴｏｒｒ
第１高周波電力／第２高周波電力（バイアス電力）：１５００／１００Ｗ
処理ガス及び流量：ＮＦ３／Ｏ２／Ａｒ＝４３０／（混合ガスの総流量が２００〜１２００ｓｃｃｍとなる流量）／０ｓｃｃｍ
図６に示すように、混合ガスの総流量を減少させることにより、アルミナのエッチングレートが小さくなった。また、混合ガスの総流量の変更に関わらず、シリコン酸化膜のエッチングレートは、予め定められた許容スペックを満たした。また、混合ガスの総流量の変更に関わらず、アルミナの粗さ（Ｒａ）の変化量（ΔＲａ）は、０ｎｍに維持された。
図６に示す実験の結果を基にして、本願の発明者は、アルミナのエッチングレートを更に分析した。すなわち、本願の発明者は、処理容器１０２内の圧力と混合ガスの総流量とを用いてアルミナのエッチングレートを重回帰分析した。その結果、アルミナのエッチングレートは、混合ガスのレジデンスタイムの一次関数になることが分かった。レジデンスタイムは、（処理容器１０２内の圧力）/（混合ガスの総流量）に比例する。アルミナのエッチングレートとレジデンスタイムとの回帰式を用いて得られた、アルミナのエッチングレートと、処理容器１０２内の圧力及び混合ガスの総流量との関係を表す等高線図を図７に示す。図７に示す等高線図では、処理容器１０２内の圧力が高くなるに従ってアルミナのエッチングレートが低くなり、また、混合ガスの総流量が高くなるに従ってアルミナのエッチングレートが高くなる状況が表現されている。
図８は、図７に示す等高線図から求められた「アルミナのエッチングレートが０になる場合の混合ガスの総流量の上限値」と、処理容器１０２内の圧力との関係の一例を示す図である。上述したように、処理容器１０２内の圧力が２５０〜４００ｍＴｏｒｒの範囲内である場合、アルミナの粗さ（Ｒａ）の変化量（ΔＲａ）が０ｎｍ以下となる。図８から、アルミナの粗さ（Ｒａ）の変化量（ΔＲａ）を抑制し且つアルミナのエッチングレートを抑制するためには、混合ガスの総流量は、処理容器１０２内の圧力に応じて選択されることが好ましいことが分かる。すなわち、混合ガスの総流量は、処理容器１０２内の圧力が２５０ｍＴｏｒｒである場合、７１０ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。また、混合ガスの総流量は、処理容器１０２内の圧力が３００ｍＴｏｒｒである場合、８６０ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。また、混合ガスの総流量は、処理容器１０２内の圧力が３５０Ｔｏｒｒである場合、１０００ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。また、混合ガスの総流量は、処理容器１０２内の圧力が４００ｍＴｏｒｒである場合、１１４０ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。
以上、一実施形態によれば、載置台１１０からプラズマによりシリコン酸化膜を除去する際に、バイアス電力を載置台１１０に印加し、処理容器１０２内の圧力に対するバイアス電力の値の比を１．０Ｗ／ｍＴｏｒｒ以下とした。これにより、載置台１１０の表面（つまり、静電チャック１１２の上面）に引き込まれるイオンのエネルギーが低減される。その結果、シリコン酸化膜の下方に位置する載置台１１０の表面（つまり、静電チャック１１２の上面）にプラズマから与えられる損傷を可能な限り軽減しつつ、シリコン酸化膜を適切に除去することができる。
（他の実施形態）
以上、一実施形態に係るクリーニング方法及びプラズマ処理装置について説明したが、これに限定されるものではない。以下では、他の実施形態について説明する。
上記実施形態では、載置台１１０からプラズマによりシリコン酸化膜を除去するクリーニング処理を行う例を示したが、クリーニング処理の対象となる部材は、載置台１１０に限定されない。例えば、上記実施形態にかかるクリーニング処理は、処理容器１０２内に設けられ、表面にシリコン酸化膜が形成された他の部材に対しても同様に適用することができる。表面にシリコン酸化膜が形成された他の部材としては、例えば、処理容器１０２の内壁が想定される。この場合、処理容器１０２の内壁にバイアス電力が印加される。
また、上記実施形態に係るプラズマ処理装置は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)を用いたプラズマ処理装置であったが、任意のプラズマ源がプラズマ処理装置に適用され得る。例えば、プラズマ処理装置に適用されるプラズマ源として、Inductively Coupled Plasma（ＩＣＰ）、Radial Line Slot Antenna（ＲＬＳＡ）、Electron Cyclotron Resonance Plasma（ＥＣＲ）、Helicon Wave Plasma（ＨＷＰ）などが挙げられる。
１００ プラズマ処理装置
１０２ 処理容器
１１０ 載置台
１１１ 下部電極
１１２ 静電チャック
１２０ 上部電極
１２２ 処理ガス供給部
１４０ 電力供給装置
１４２ 第１高周波電力供給機構
１５２ 第２高周波電力供給機構
１６０ 制御部
１６２ 操作部
１６４ 記憶部

Claims (9)

  1. プラズマ処理装置の処理容器内に設けられ、表面にシリコン酸化膜が形成された部材からプラズマにより前記シリコン酸化膜を除去するクリーニング方法であって、
    前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給工程と、
    前記処理容器内に供給される前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成工程と、
    前記処理ガスのプラズマにおけるイオンを引き込むバイアス電力を前記部材に印加するバイアス電力印加工程と、
    を含み、
    前記処理容器内の圧力に対する前記バイアス電力の値の比は、１．０Ｗ／ｍＴｏｒｒ以下であることを特徴とするクリーニング方法。
  2. 前記処理容器内の圧力は、２５０〜４００ｍＴｏｒｒの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のクリーニング方法。
  3. 前記処理ガスは、フッ素含有ガスと酸素含有ガスとを含む混合ガスであり、
    前記混合ガスにおいて、前記フッ素含有ガスの流量に対する前記酸素含有ガスの流量の比は、０．７以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のクリーニング方法。
  4. 前記混合ガスの総流量は、前記処理容器内の圧力が２５０ｍＴｏｒｒである場合、７１０ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のクリーニング方法。
  5. 前記混合ガスの総流量は、前記処理容器内の圧力が３００ｍＴｏｒｒである場合、８６０ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のクリーニング方法。
  6. 前記混合ガスの総流量は、前記処理容器内の圧力が３５０ｍＴｏｒｒである場合、１０００ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のクリーニング方法。
  7. 前記混合ガスの総流量は、前記処理容器内の圧力が４００ｍＴｏｒｒである場合、１１４０ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のクリーニング方法。
  8. 前記部材は、被処理基板が載置される載置面を有する載置台であり、
    前記シリコン酸化膜は、前記載置台の載置面に形成され、
    前記クリーニング方法は、前記載置台の載置面に被処理基板が載置されていない状態で、実行されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のクリーニング方法。
  9. 処理容器と、
    前記処理容器内に設けられ、表面にシリコン酸化膜が形成された部材と、
    前記処理容器内に前記処理ガスを供給するガス供給部と、
    前記処理容器内に供給される前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    請求項１〜８のいずれか一つに記載のクリーニング方法を実行する制御部と
    を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
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