JP2021166250A - クリーニング方法およびプラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】処理容器内におけるクリーニングの均一性を向上させる技術を提供する。【解決手段】実施形態に係るクリーニング方法は、基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置のクリーニング方法である。クリーニング方法は、保護膜生成工程と、クリーニング工程とを含む。保護膜生成工程は、プラズマ生成領域と拡散領域とを有する処理空間が形成される処理容器内に成膜ガスを供給しつつ、プラズマを発生させてプラズマ生成領域に保護膜を形成する。クリーニング工程は、処理容器内にクリーニングガスを供給しつつ、プラズマを発生させて保護膜が形成された処理容器内をクリーニングする。【選択図】図５

Description

本開示は、クリーニング方法およびプラズマ処理装置に関する。
従来、基板（以下、ウエハともいう。）にプラズマ処理を行った後に、プラズマ処理が行われた処理容器内をクリーニングすることが開示されている。
特開２００４−２９６５１２号公報
本開示は、処理容器内におけるクリーニングの均一性を向上させる技術を提供する。
本開示の一態様によるクリーニング方法は、基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置のクリーニング方法である。クリーニング方法は、保護膜生成工程と、クリーニング工程とを含む。保護膜生成工程は、プラズマ生成領域と拡散領域とを有する処理空間が形成される処理容器内に成膜ガスを供給しつつ、プラズマを発生させてプラズマ生成領域に保護膜を形成する。クリーニング工程は、処理容器内にクリーニングガスを供給しつつ、プラズマを発生させて保護膜が形成された処理容器内をクリーニングする。
本開示によれば、処理容器内におけるクリーニングの均一性を向上させることができる。
図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。 図２は、実施形態に係るマイクロ波出力部の概略を示すブロック図である。 図３は、実施形態に係るマイクロ波放射機構の一例を模式的に示す図である。 図４は、実施形態に係る処理容器の天壁部の一例を模式的に示す図である。 図５は、実施形態に係る成膜生成処理の一例を示すフローチャートである。 図６は、変形例に係る成膜生成処理の一例を示すフローチャートである。 図７は、変形例に係る成膜生成処理の一例を示すフローチャートである。 図８は、変形例に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示するクリーニング方法およびプラズマ処理装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態により開示されるクリーニング方法およびプラズマ処理装置が限定されるものではない。
＜プラズマ処理装置＞
実施形態に係るクリーニング方法が実行されるプラズマ処理装置１００について図１を参照し説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置１００の概略構成を示す図である。
プラズマ処理装置１００は、マイクロ波プラズマを用いたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によってウエハＷにプラズマ処理を行う。以下においては、ウエハＷにＳｉＮを成膜するプラズマ処理装置１００を一例として説明するが、これに限られることはない。
プラズマ処理装置１００は、処理容器１０１と、載置台１０２と、ガス供給機構１０３と、排気装置１０４と、マイクロ波導入装置１０５と、制御部１０６とを有する。
処理容器１０１は、ウエハＷを収容する。処理容器１０１は、アルミニウムや、アルミニウム合金などの金属材料によって構成される。処理容器１０１は、例えば、略円筒状に形成される。処理容器１０１は、天壁部１１１と、側壁部１１２と、底壁部１１３とを有する。
天壁部１１１には、複数の孔が形成される。孔には、ガス導入ノズル１２３、およびマイクロ波導入装置１０５のマイクロ波放射機構１４３が嵌め込まれる。すなわち、天壁部１１１には、ガス導入ノズル１２３、およびマイクロ波放射機構１４３が取り付けられる。
底壁部１１３には、排気孔１１３ａが形成される。排気孔１１３ａには、排気管１１６が接続される。排気管１１６は、排気装置１０４に接続される。
側壁部１１２は、天壁部１１１と底壁部１１３とを連結する。側壁部１１２には、搬入出口１１４が形成される。搬入出口１１４は、処理容器１０１に隣接する搬送室との間でウエハＷの搬入出を可能とするように形成される。搬入出口１１４は、ゲートバルブ１１５によって開閉される。
載置台１０２は、例えば、円板状に形成される。載置台１０２は、Ａ１Ｎなどのセラミックスによって構成される。載置台１０２は、支持部材１２０によって支持される。支持部材１２０は、Ａ１Ｎなどのセラミックスによって構成される。支持部材１２０は、処理容器１０１の底壁部１１３の中央付近から上方の延びるように設けられる。
載置台１０２の外縁部には、ウエハＷを保持するガイドリング１８１が設けられる。載置台１０２には、ウエハＷを昇降させる昇降ピンが設けられる。載置台１０２には、ヒータ１８２が埋め込まれる。ヒータ１８２は、ヒータ電源１８３から給電されることによって発熱し、載置台１０２、およびウエハＷを加熱する。ヒータ１８２は、例えば、抵抗加熱型のヒータである。載置台１０２には、熱電対が挿入される。熱電対からの信号に基づいてヒータ１８２の発熱が制御されることによって、ウエハＷの加熱温度が制御される。
載置台１０２には、ヒータ１８２よりも上方に電極１８４が埋め込まれている。電極１８４は、ウエハＷと同程度の大きさである。電極１８４には、高周波バイアス電源１２２が電気的に接続される。載置台１０２には、イオンを引き込むための高周波バイアスが印加される。なお、高周波バイアス電源１２２は、プラズマ処理の特性によっては設けられなくてもよい。
ガス供給機構１０３は、複数のガス導入ノズル１２３を有する。また、ガス供給機構１０３は、ＳｉＨ４（シラン）ガス供給源１９２と、ＮＨ３（アンモニア）ガス供給源１９３と、Ａｒ（アルゴン）ガス供給源１９４と、ＮＦ３（三フッ化窒素）ガス供給源１９５と、Ｎ２（窒素）ガス供給源１９６とを有する。
複数のガス導入ノズル１２３は、天壁部１１１の孔に嵌め込まれる。ガス導入ノズル１２３の先端は、処理容器１０１内に突出する。ガス導入ノズル１２３は、ガス供給配管１９１を介して各ガス供給源１９２〜１９６からガスが供給され、供給されたガスを処理容器１０１内に導入する。
各ガス供給源１９２〜１９６は、分岐管１９１ａ〜１９１ｅを介してガス供給配管１９１に接続される。各分岐管１９１ａ〜１９１ｅには、マスフローコントローラ、およびバルブがそれぞれ設けられる。ガス供給機構１０３では、各バルブが制御されることによって、各ガス供給源１９２〜１９６から供給されるガスの流量がそれぞれ制御される。
ＳｉＨ４ガス供給源１９２は、成膜ガスであるＳｉＨ４ガスを供給する。成膜ガスは、ＳｉＨ４ガスの他、Ｓｉ２Ｈ６ガス、ＴＳＡ(tetra-silyl-amine)ガス等のＳｉ含有ガスであってもよい。ＮＨ３ガス供給源１９３は、成膜ガスであるＮＨ３ガスを供給する。
Ａｒガス供給源１９４は、プラズマ生成ガスであるＡｒガスを供給する。プラズマ生成ガスは、希ガスであり、Ｈｅ（ヘリウム）ガス、Ｎｅ（ネオン）ガスなどであってもよい。
ＮＦ３ガス供給源１９５は、クリーニングガスであるＮＦ３ガスを供給する。Ｎ２ガス供給源１９６は、パージガスであるＮ２ガスを供給する。Ｎ２ガスは、例えば、プラズマ生成ガスとともに供給される。なお、パージガスであるＮ２ガスが供給されずに、プラズマ生成ガスが供給されてもよい。上記する各ガスは、一例であり、上記ガスに限られることはない。
排気装置１０４は、例えば、真空ポンプによって排気管１１６を介して処理容器１０１内のガスを排出する。排気装置１０４は、処理容器１０１内の圧力を圧力制御バルブによって調整する。
マイクロ波導入装置１０５は、処理容器１０１内に電磁波（マイクロ波）を導入してプラズマを発生させる。マイクロ波導入装置１０５は、処理容器１０１の天壁部１１１と、マイクロ波出力部１３０と、アンテナユニット１４０とを有する。天壁部１１１は、天板として機能する。
マイクロ波出力部１３０は、マイクロ波を生成するとともに、マイクロ波を複数の経路に分配して出力する。マイクロ波出力部１３０は、図２に示すように、マイクロ波電源１３１と、マイクロ波発振器１３２と、アンプ１３３と、分配器１３４とを有する。図２は、実施形態に係るマイクロ波出力部１３０の概略を示すブロック図である。
マイクロ波発振器１３２はソリッドステートであり、例えば、８６０ＭＨｚでマイクロ波を発振（例えば、ＰＬＬ発振）させる。なお、マイクロ波の周波数は、８６０ＭＨｚに限らず、２．４５ＧＨｚ、８．３５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等、７００ＭＨｚから１０ＧＨｚの範囲のものを用いることができる。
アンプ１３３は、マイクロ波発振器１３２によって発振されたマイクロ波を増幅する。分配器１３４は、アンプ１３３によって増幅されたマイクロ波を複数の経路に分配する。分配器１３４は、入力側と出力側のインピーダンスを整合させながらマイクロ波を分配する。
アンテナユニット１４０は、マイクロ波出力部１３０から出力されたマイクロ波を処理容器１０１（図１参照）に導入する。アンテナユニット１４０は、複数のアンテナモジュール１４１を含む。複数のアンテナモジュール１４１は、分配器１３４によって分配されたマイクロ波をそれぞれ処理容器１０１内に導入する。各アンテナモジュール１４１は、アンプ部１４２と、マイクロ波放射機構１４３とを有する。
アンプ部１４２は、分配されたマイクロ波を増幅して出力する。アンプ部１４２は、位相器１４５と、可変ゲインアンプ１４６と、メインアンプ１４７と、アイソレータ１４８とを有する。
位相器１４５は、マイクロ波の位相を変化させる。可変ゲインアンプ１４６は、メインアンプ１４７に入力されるマイクロ波の電力レベルを調整する。メインアンプ１４７は、ソリッドステートアンプとして構成される。アイソレータ１４８は、マイクロ波放射機構１４３のアンテナ部１５６（図３参照）で反射されてメインアンプ１４７に向かう反射マイクロ波を分離する。
ここで、図３を用いてマイクロ波放射機構１４３について説明する。図３は、実施形態に係るマイクロ波放射機構１４３の一例を模式的に示す図である。
マイクロ波放射機構１４３は、アンプ部１４２から出力されたマイクロ波を処理容器１０１（図１参照）内に放射する。マイクロ波放射機構１４３は、筒状をなす外側導体１５２、および内側導体１５３を有する。内側導体１５３は、外側導体１５２内に外側導体１５２と同軸状に設けられる。
マイクロ波放射機構１４３は、外側導体１５２と内側導体１５３との間にマイクロ波伝送路を有する同軸管１５１と、チューナ１５４と、給電部１５５と、アンテナ部１５６とを有する。チューナ１５４は、負荷のインピーダンスをマイクロ波電源１３１の特性インピーダンスに整合させる。
給電部１５５は、アンプ部１４２からの増幅されたマイクロ波をマイクロ波伝送路に給電する。給電部１５５は、外側導体１５２の上端部の側方から同軸ケーブルによりアンプ部１４２で増幅されたマイクロ波が導入され、例えば、給電アンテナによりマイクロ波を放射する。マイクロ波の放射によって、外側導体１５２と内側導体１５３との間のマイクロ波伝送路にマイクロ波電力が給電され、マイクロ波電力がアンテナ部１５６に向かって伝播する。
アンテナ部１５６は、同軸管１５１の下端部に設けられている。アンテナ部１５６は、同軸管１５１からのマイクロ波を処理容器１０１内に放射する。アンテナ部１５６は、平面アンテナ１６１と、遅波材１６２と、マイクロ波透過板１６３とを有する。
平面アンテナ１６１は、円板状である。平面アンテナ１６１は、内側導体１５３の下端部に接続される。平面アンテナ１６１には、スロット１６１ａが形成される。スロット１６１ａは、平面アンテナ１６１を貫通するように形成される。スロット１６１ａの形状は、マイクロ波が効率良く放射されるように適宜設定される。スロット１６１ａには誘電体が挿入されていてもよい。
遅波材１６２は、平面アンテナ１６１の上面側に配置される。遅波材１６２は、真空よりも大きい誘電率を有する材料によって形成される。遅波材１６２は、遅波材１６２の厚さによってマイクロ波の位相を調整することができ、マイクロ波の放射エネルギーが最大となるようにすることができる。
マイクロ波透過板１６３は、平面アンテナ１６１の下面側に配置される。マイクロ波透過板１６３は天壁部１１１に嵌め込まれる。マイクロ波透過板１６３の下面は処理容器１０１の内部空間に露出している。マイクロ波透過板１６３は、誘電体で構成されマイクロ波をＴＥモードで効率的に放射することができるような形状である。マイクロ波透過板１６３を透過したマイクロ波は、処理容器１０１内の空間にプラズマを生成する。
遅波材１６２およびマイクロ波透過板１６３を構成する材料としては、例えば、石英やセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。
チューナ１５４は、スラグチューナを構成している。チューナ１５４は、スラグ１７１ａ、１７１ｂと、アクチュエータ１７２と、チューナコントローラ１７３とを有する。スラグ１７１ａ、１７１ｂは、同軸管１５１のアンテナ部１５６よりも基端部側（上端部側）の部分に配置された２つのスラグである。スラグ１７１ａ、１７１ｂは、板状かつ環状をなし、セラミックス等の誘電体材料で構成され、同軸管１５１の外側導体１５２と内側導体１５３の間に配置されている。
アクチュエータ１７２は、２つのスラグ１７１ａ、１７１ｂをそれぞれ独立して駆動する。アクチュエータ１７２は、例えば、それぞれスラグ１７１ａ、１７１ｂが螺合する２本のねじを回転させることによってスラグ１７１ａ、１７１ｂを個別に駆動させる。アクチュエータ１７２は、チューナコントローラ１７３からの指令に基づいて、スラグ１７１ａ、１７１ｂを上下方向に移動させる。
チューナコントローラ１７３は、アクチュエータ１７２を制御する。チューナコントローラ１７３は、終端部のインピーダンスが、例えば、５０Ωになるように、スラグ１７１ａ、１７１ｂの位置を調整する。
メインアンプ１４７と、チューナ１５４と、平面アンテナ１６１とは近接配置している。そして、チューナ１５４と平面アンテナ１６１とは集中定数回路を構成し、かつ共振器として機能する。平面アンテナ１６１の取り付け部分には、インピーダンス不整合が存在する。しかしながら、チューナ１５４によりプラズマ負荷に対して直接チューニングするので、プラズマを含めて高精度でチューニングすることができ、平面アンテナ１６１における反射の影響を解消することができる。
マイクロ波放射機構１４３は、例えば、７本設けられる。７本のマイクロ波放射機構１４３に対応するマイクロ波透過板１６３は、図４に示すように、均等に六方最密配置になるように配置される。図４は、実施形態に係る処理容器１０１の天壁部１１１の一例を模式的に示す図である。
７つのマイクロ波透過板１６３のうち１つは、天壁部１１１の中央に配置される。他の６つのマイクロ波透過板１６３は、中央に配置されたマイクロ波透過板１６３の周囲に配置される。７つのマイクロ波透過板１６３は、隣接するマイクロ波透過板１６３が等間隔になるように配置されている。また、ガス供給機構１０３の複数のガス導入ノズル１２３は、中央のマイクロ波透過板１６３の周囲を囲むように配置されている。なお、マイクロ波放射機構１４３の本数は７本に限るものではない。
図１に戻り、制御部１０６は、典型的にはコンピュータからなり、プラズマ処理装置１００の各部を制御するようになっている。制御部１０６はプラズマ処理装置１００のプロセスシーケンスおよび制御パラメータであるプロセスレシピを記憶した記憶部や、入力手段およびディスプレイ等を備えており、選択されたプロセスレシピに従って所定の制御を行うことが可能である。
上記プラズマ処理装置１００では、処理容器１０１内の圧力が減圧された後に、Ａｒガスが処理容器１０１に供給される。また、マイクロ波導入装置１０５のマイクロ波出力部１３０から複数に分配されて出力されたマイクロ波が、アンテナユニット１４０の複数のアンテナモジュール１４１に導かれ、マイクロ波放射機構１４３から放射される。これにより、処理容器１０１内にプラズマが生成される。
プラズマが生成された処理容器１０１内では、天壁部１１１の直下領域、例えば、天壁部１１１の数ｃｍ程度下方の領域（天壁部１１１の下面から１ｃｍ〜３ｃｍ下方の領域）において、プラズマ生成領域２００が形成される。プラズマ生成領域２００は、Ａｒガスにマイクロ波が放射されることによってプラズマが生成される領域である。また、プラズマ生成領域２００よりも下方に位置する領域には、プラズマ生成領域２００で生成されたプラズマが拡散する拡散領域２０１が形成される。拡散領域２０１は、例えば、載置台１０２、および載置台１０２に保持されるウエハＷを含む領域である。プラズマ処理装置１００では、処理容器１０１内に、プラズマ生成領域２００と拡散領域２０１とを有する処理空間が形成される。
拡散領域２０１におけるプラズマの電子温度は、プラズマ生成領域２００におけるプラズマの電子温度よりも低い。また、拡散領域２０１におけるプラズマの電子密度は、プラズマ生成領域２００におけるプラズマの電子密度よりも小さい。
＜成膜生成処理＞
次に、実施形態に係る成膜生成処理について図５を参照し説明する。図５は、実施形態に係る成膜生成処理の一例を示すフローチャートである。
制御部１０６は、プリコート工程を行う（Ｓ１００）。制御部１０６は、処理容器１０１内にウエハＷが搬入されていない状態でプリコート工程を行う。制御部１０６は、処理容器１０１内を減圧し、Ａｒガスを処理容器１０１内に供給する。そして、制御部１０６は、マイクロ波放射機構１４３からマイクロ波を放射させて、処理容器１０１内にプラズマを生成させる。制御部１０６は、プラズマが生成されたタイミングでＳｉＨ４ガス、およびＮＨ３ガスを供給する。これにより、処理容器１０１の内壁は、ＳｉＮ膜によって被膜される。プリコート工程が行われることによって、処理容器１０１内に存在するパーティクル源がＳｉＮ膜によってカバーされる。
制御部１０６は、搬入工程を行う（Ｓ１０１）。制御部１０６は、ウエハＷを処理容器１０１に搬入し、ウエハＷを載置台１０２に載置する。
制御部１０６は、成膜工程を行う（Ｓ１０２）。制御部１０６は、載置台１０２に載置されたウエハＷにＳｉＮ膜を成膜する。制御部１０６は、処理容器１０１内でウエハＷ（基板の一例）に対しプラズマ処理を行い、ウエハＷにＳｉＮ膜を成膜する。具体的には、制御部１０６は、処理容器１０１内を第１圧力に減圧する。第１圧力は、予め設定された圧力であり、ウエハＷに対するＳｉＮ膜の成膜に適した圧力である。
そして、制御部１０６は、Ａｒガスを処理容器１０１内に供給し、マイクロ波放射機構１４３からマイクロ波を放射させて、処理容器１０１内にプラズマを生成させる。制御部１０６は、プラズマが生成されたタイミングでＳｉＨ４ガス、およびＮＨ３ガスを供給する。これにより、ウエハＷ上にＳｉＮ膜が成膜される。制御部１０６は、下記の処理条件で成膜工程が行われるように、プラズマ処理装置１００の各部を制御する。下記の処理条件は、一例であり、成膜の種類や、プラズマ処理装置１００の種類などに応じて設定される。例えば、Ａｒガスの代わりに、プラズマ生成ガスとしてＨｅガスが使用されてもよい。また、Ｎ２ガスが供給されずに、成膜工程が行われてもよい。なお、成膜工程によって、処理容器１０１内には、成膜原料を含む堆積物膜が付着する。
（成膜工程の処理条件）
中央に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０〜５００Ｗ
周囲に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：４００〜１０００Ｗ
処理容器１０１内の圧力：１〜２００Ｐａ
ウエハＷの温度：３００〜６００℃
Ａｒ（Ｈｅ）ガス：０．１〜１０００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：０〜５０ｓｃｃｍ（０ｓｃｃｍ時、Ｎ２ガスは未使用）
ＳｉＨ４ガス：１０〜１００ｓｃｃｍ
ＮＨ３ガス：１０〜３００ｓｃｃｍ
制御部１０６は、搬出工程を行う（Ｓ１０３）。制御部１０６は、ＳｉＮ膜が成膜されたウエハＷを処理容器１０１から搬出する。
制御部１０６は、保護膜生成工程を行う（Ｓ１０４）。制御部１０６は、処理容器１０１からウエハＷが搬出された状態で、保護膜生成工程を行う。制御部１０６は、処理容器１０１内を第２圧力に減圧する。第２圧力は、予め設定された圧力であり、プラズマ生成領域２００に選択的に保護膜を成膜させる圧力である。第２圧力は、第１圧力よりも高い。処理容器１０１内の圧力が高くなると、プラズマ生成領域２００で生成されたプラズマが処理容器１０１内で広がり難くなる。
そして、制御部１０６は、Ａｒガスを処理容器１０１内に供給し、マイクロ波放射機構１４３からマイクロ波を放射させて、処理容器１０１内にプラズマを生成させる。制御部１０６は、プラズマが生成されたタイミングでＳｉＨ４ガス、およびＮＨ３ガスを供給する。これにより、処理容器１０１内のプラズマ生成領域２００に保護膜が選択的に形成される。すなわち、保護膜生成工程は、保護膜をプラズマ生成領域２００に選択的に形成する。保護膜生成工程によって、拡散領域２０１よりも厚い保護膜が、プラズマ生成領域２００に形成される。保護膜は、ウエハＷに成膜されるＳｉＮ膜と同一種類の膜である。制御部１０６は、下記の処理条件で保護膜生成工程が行われるように、プラズマ処理装置１００の各部を制御する。なお、保護膜生成工程の処理条件は、成膜工程の処理条件に応じて設定される。例えば、Ａｒガスの代わりに、プラズマ生成ガスとしてＨｅガスが使用されてもよい。また、Ｎ２ガスが供給されずに、保護膜生成工程が行われてもよい。
（保護膜生成工程の処理条件）
中央に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０〜５００Ｗ
周囲に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：４００〜１０００Ｗ
処理容器１０１内の圧力：１〜２００Ｐａ
ウエハＷの温度：３００〜６００℃
Ａｒ（Ｈｅ）ガス：０．１〜１０００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：０〜５０ｓｃｃｍ（０ｓｃｃｍ時、Ｎ２ガスは未使用）
ＳｉＮ４：３０〜２００ｓｃｃｍ
ＮＨ３：０．１〜３００ｓｃｃｍ
このように、制御部１０６は、保護膜生成工程を行う。保護膜生成工程は、プラズマ生成領域２００と拡散領域２０１とを有する処理空間が形成される処理容器１０１内にＳｉＮ４ガス、およびＮＨ３ガス（成膜ガスの一例）を供給しつつ、プラズマを発生させてプラズマ生成領域２００に保護膜を形成する。保護膜生成工程は、ウエハＷ（基板の一例）にプラズマ処理が行われた後に、保護膜を形成する。保護膜生成工程において供給されるＳｉＮ４ガス、およびＮＨ３ガス（成膜ガスの一例）は、ウエハＷ（基板の一例）のプラズマ処理に用いられるＳｉＮ４ガス、およびＮＨ３ガス（成膜ガスの一例）と同一種類のガスである。
制御部１０６は、クリーニング工程を行う（Ｓ１０５）。制御部１０６は、プラズマ生成領域２００に保護膜が形成された状態で、クリーニング工程を行う。制御部１０６は、処理容器１０１内を減圧し、Ａｒガス、およびＮＦ３ガスを処理容器１０１内に供給する。そして、制御部１０６は、マイクロ波放射機構１４３からマイクロ波を放射させて、処理容器１０１内にプラズマを生成させる。これにより、処理容器１０１内に付着した堆積物膜が除去される。制御部１０６は、下記の処理条件でクリーニング工程が行われるように、プラズマ処理装置１００の各部を制御する。なお、クリーニング工程の処理条件は、成膜工程の処理条件や、保護膜生成工程の処理条件に応じて設定される。例えば、Ａｒガスの代わりに、プラズマ生成ガスとしてＨｅガスが使用されてもよい。
（クリーニング工程の処理条件）
中央に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０〜５００Ｗ
周囲に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：４００〜１０００Ｗ
処理容器１０１内の圧力：１〜２００Ｐａ
ウエハＷの温度：３００〜６００℃
Ａｒ（Ｈｅ）ガス：０．１〜１０００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：０．１〜５０ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガス：５００〜２０００ｓｃｃｍ
このように、制御部１０６は、処理容器１０１内にＮＦ３ガス（クリーニングガスの一例）を供給しつつ、プラズマを発生させて保護膜が形成された処理容器１０１内をクリーニングするクリーニング工程を実行する。
プラズマ処理装置１００では、クリーニング工程が行われることによって、処理容器１０１内に付着した堆積物膜が除去される。プラズマ生成領域２００におけるプラズマの電子密度は、拡散領域２０１におけるプラズマの電子密度よりも大きい。そのため、単位時間に対する堆積物膜の除去量は、拡散領域２０１よりもプラズマ生成領域２００が大きくなる。
プラズマ生成領域に保護膜が形成されない比較例に係るプラズマ処理装置では、クリーニング工程を行うことによって、プラズマ生成領域における堆積物膜の除去が完了した後に処理容器の材質が露出した状態で、クリーニング工程が継続される。すなわち、比較例に係るプラズマ処理装置では、堆積物膜が形成されていない状態の処理容器を基準とするクリーニングの度合いであるクリーニングレートが、プラズマ生成領域と、拡散領域とで異なる。そのため、比較例に係るプラズマ処理装置では、プラズマ生成領域を形成する処理容器が過剰にクリーニングされるオーバークリーニングが生じるおそれがある。オーバークリーニングが生じると、露出した処理容器の材質とガスとが反応し、例えば、パーティクルが発生するおそれがある。また、比較例に係るプラズマ処理装置は、処理容器の交換頻度が高くなり、コストが高くなるおそれがある。
実施形態に係るクリーニング方法は、ウエハＷ（基板の一例）にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置１００において実行される。実施形態に係るクリーニング方法は、保護膜生成工程と、クリーニング工程とを含む。保護膜生成工程は、プラズマ生成領域２００と拡散領域２０１と有する処理空間が形成される処理容器１０１内にＳｉＮ４ガス、およびＮＨ３ガス（成膜ガスの一例）を供給しつつ、プラズマを発生させてプラズマ生成領域２００に保護膜を形成する。クリーニング工程は、処理容器１０１内にＮＦ３ガス（クリーニングガスの一例）を供給しつつ、プラズマを発生させて保護膜が形成された処理容器１０１内をクリーニングする。
これにより、プラズマ処理装置１００は、プラズマ生成領域２００と拡散領域２０１とのクリーニングレートの差を小さくし、プラズマ生成領域２００の処理容器１０１にオーバークリーニングが生じることを抑制することができる。すなわち、プラズマ処理装置１００は、プラズマ生成領域２００、および拡散領域２０１における処理容器１０１のクリーニングの均一性を向上させることができる。従って、プラズマ処理装置１００は、例えば、クリーニング工程によるパーティクルの発生を抑制することができる。また、プラズマ処理装置１００は、例えば、処理容器１０１の交換頻度を低くし、コストを低減することができる。
また、保護膜生成工程は、ウエハＷ（基板の一例）にプラズマ処理が行われた後に、保護膜を形成する。
これにより、プラズマ処理装置１００は、保護膜が形成された状態で、ウエハＷの成膜工程が実行されることを防止することができ、保護膜に起因するパーティクルの発生を防止することができる。
また、保護膜生成工程は、保護膜をプラズマ生成領域２００に選択的に形成する。
これにより、プラズマ処理装置１００は、プラズマ生成領域２００に保護膜を形成し、プラズマ生成領域２００、および拡散領域２０１における処理容器１０１のクリーニングの均一性を向上させることができる。
また、保護膜生成工程において供給されるＳｉＨ４ガス、およびＮＨ３ガス（成膜ガスの一例）は、ウエハＷ（基板の一例）のプラズマ処理に用いられるＳｉＨ４ガス、およびＮＨ３ガス（成膜ガスの一例）と同一種類のガスである。
これにより、プラズマ処理装置１００は、保護膜を形成するためのガス供給源を別途用いることなく、保護膜を形成することができる。そのため、プラズマ処理装置１００は、装置全体が大型化することを抑制しつつ、プラズマ生成領域２００、および拡散領域２０１における処理容器１０１のクリーニングの均一性を向上させることができる。
次に、変形例に係るプラズマ処理装置１００のクリーニング方法について説明する。
変形例に係るプラズマ処理装置１００のクリーニング方法では、図６に示すように、保護膜生成工程と、クリーニング工程とが繰り返し行われてもよい。図６は、変形例に係る成膜生成処理の一例を示すフローチャートである。
変形例に係るプラズマ処理装置１００は、実施形態に係るプラズマ処理装置１００と同様に、ウエハＷに成膜を行う（Ｓ２００〜Ｓ２０３）。変形例に係るプラズマ処理装置１００は、保護膜生成工程によって保護膜をプラズマ生成領域２００に形成した後に、クリーニング工程によってクリーニングを行う（Ｓ２０４、Ｓ２０５）。変形例に係るプラズマ処理装置１００は、再生成条件を満たす場合には（Ｓ２０６：Ｙｅｓ）、再び保護膜生成工程を行った後に、クリーニング工程を行う（Ｓ２０４、Ｓ２０５）。変形例に係るプラズマ処理装置１００は、再生成条件を満たさない場合には（Ｓ２０６：Ｎｏ）、クリーニングが完了したと判定し、成膜生成処理を終了する。
再生成条件は、例えば、クリーニング工程の回数に関する条件である。変形例に係るプラズマ処理装置１は、クリーニング工程の回数が、予め設定された回数よりも少ない場合に、再生成条件を満たすと判定する。すなわち、変形例に係るプラズマ処理装置１は、クリーニング工程の回数が予め設定された回数以上になると、クリーニングが完了したと判定する。再生成条件は、変更可能であり、処理容器１０１の状態に応じて変更される。
これにより、変形例に係るプラズマ処理装置１００は、クリーニングが行われたプラズマ生成領域２００の処理容器１０１の状態に応じて、保護膜を形成しつつ、クリーニングを行うことができる。そのため、変形例に係るプラズマ処理装置１００は、プラズマ生成領域２００、および拡散領域２０１における処理容器１０１のクリーニングの均一性を向上させることができる。
また、変形例に係るプラズマ処理装置１００のクリーニング方法では、設定された複数枚のウエハＷに対し、成膜工程が行われた後に、保護膜生成工程、およびクリーニング工程が行われてもよい。
変形例に係るプラズマ処理装置１００は、成膜工程におけるウエハＷの成膜枚数が多く、堆積物膜が厚い場合には、図７に示すように、成膜工程を行った後にクリーニング工程を行ってもよい。図７は、変形例に係る成膜生成処理の一例を示すフローチャートである。
変形例に係るプラズマ処理装置１００は、実施形態に係るプラズマ処理装置１００と同様に、ウエハＷに成膜を行う（Ｓ３００〜Ｓ３０３）。変形例に係るプラズマ処理装置１００は、クリーニング条件を満たさない場合には（Ｓ３０４：Ｎｏ）、新たなウエハＷを処理容器１０１に搬入し、新たなウエハＷに対して成膜を行う（Ｓ３０１〜Ｓ３０３）。変形例に係るプラズマ処理装置１００は、クリーニング条件を満たす場合には（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、クリーニング工程を行う（Ｓ３０５）。
クリーニング条件は、例えば、設定された複数枚のウエハＷに対し、成膜工程が行われた場合に満たされる。変形例に係るプラズマ処理装置１００は、クリーニング工程を行った後に、保護膜生成工程を行い（Ｓ３０６）、再びクリーニング工程を行う（Ｓ３０７）。例えば、変形例に係るプラズマ処理装置１００は、予め設定された時間、クリーニング工程を行った後に、保護膜を生成し、再びクリーニング工程を行う。
これにより、変形例に係るプラズマ処理装置１００は、堆積物膜の厚さに応じて、クリーニング工程を実行することができる。
また、変形例に係るプラズマ処理装置１００のクリーニング方法では、保護膜生成工程において、ウエハＷ（基板の一例）に対するプラズマ処理の積算処理時間に基づいて保護膜を形成してもよい。積算処理時間は、堆積物膜が処理容器１０１に付着していない状態からのプラズマ処理の積算処理時間である。例えば、積算処理時間は、クリーニング工程が行われた後の、ウエハＷに対するプラズマ処理の積算処理時間である。例えば、プラズマ処理の積算処理時間が長くなるほど、保護膜生成工程において保護膜を形成する時間が長くなる。すなわち、例えば、成膜工程におけるプラズマ処理の積算処理時間が長くなるほど、形成される保護膜の厚さが厚くなる。
これにより、変形例に係るプラズマ処理装置１００は、成膜工程によって処理容器１０１に付着する堆積物膜の厚さに応じて、保護膜の厚さを調整することができる。そのため、変形例に係るプラズマ処理装置１００は、プラズマ生成領域２００、および拡散領域２０１における処理容器１０１のクリーニングの均一性を向上させることができる。
また、変形例に係るプラズマ処理装置１００のクリーニング方法では、クリーニング工程におけるプラズマの発光量に基づいて保護膜を形成する。例えば、変形例に係るプラズマ処理装置１００は、図８に示すように、受光器２２０を有する。図８は、変形例に係るプラズマ処理装置１００の概略構成を示す図である。変形例に係るプラズマ処理装置１００は、処理容器１０１に観察用の開口２２１が設けられる。開口２２１には、観察用窓２２２が気密に取り付けられる。受光器２２０は、観察用窓２２２の外側に設けられる。受光器２２０は、プラズマの発光量を検出する。例えば、処理容器１０１に付着する堆積物膜が厚い場合には、受光器２２０によって検出されるプラズマの発光量が小さくなる。すなわち、受光器２２０によって検出されるプラズマの発光量が小さくなるほど、形成される保護膜の厚さが厚くなる。
これにより、変形例に係るプラズマ処理装置１００は、成膜工程によって処理容器１０１に付着する堆積物膜の厚さに応じて、保護膜の厚さを調整することができる。そのため、変形例に係るプラズマ処理装置１００は、プラズマ生成領域２００、および拡散領域２０１における処理容器１０１のクリーニングの均一性を向上させることができる。
また、変形例に係るプラズマ処理装置１００のクリーニング方法では、成膜工程が行われた後に処理容器１０１に付着した堆積物膜が計測され、計測結果に基づいて、保護膜生成工程における保護膜の厚さが調整されてもよい。また、変形例に係るプラズマ処理装置１００のクリーニング方法では、ウエハＷに付着したパーティクル量が計測され、計測結果に基づいて、保護膜生成工程における保護膜の厚さが調整されてもよい。
変形例に係るプラズマ処理装置１００のクリーニング方法では、保護膜生成工程によって形成される保護膜は、Ｃ（炭素）や、Ｂ（ホウ素）や、Ａｌ（アルミニウム）などの元素を含む膜であってもよい。また、保護膜生成処理によって形成される保護膜は、Ｆ（フッ素）や、Ｃｌ（塩素）などのハロゲン系の元素を含む膜であってもよい。上記元素を含む保護膜を形成することによって、保護膜自身の除去量を変化させることができる、したがって、変形例に係るプラズマ処理装置１００は、単位時間に対する保護膜の除去量を調整してクリーニングレートを制御することが可能となる。
これにより、変形例に係るプラズマ処理装置１００は、単位時間に対する堆積物膜の除去量を調整することができ、クリーニング工程におけるプラズマ生成領域２００と拡散領域２０１とのクリーニングレートを調整することができる。そのため、変形例に係るプラズマ処理装置１００は、プラズマ生成領域２００、および拡散領域２０１における処理容器１０１のクリーニングの均一性を向上させることができる。
プラズマ処理装置１００は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）や、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を用いた処理装置であってもよい。保護膜は、プラズマ生成領域２００に対応する保護領域に形成される。すなわち、保護膜は、クリーニング工程においてオーバークリーニングが生じる保護領域に形成されればよい。
なお、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
１００ プラズマ処理装置
１０１ 処理容器
１０３ ガス供給機構
１０５ マイクロ波導入装置
１０６ 制御部
２００ プラズマ生成領域
２０１ 拡散領域

Claims (8)

  1. 基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
    プラズマ生成領域と拡散領域とを有する処理空間が形成される処理容器内に成膜ガスを供給しつつ、プラズマを発生させて前記プラズマ生成領域に保護膜を形成する保護膜生成工程と、
    前記処理容器内にクリーニングガスを供給しつつ、プラズマを発生させて前記保護膜が形成された前記処理容器内をクリーニングするクリーニング工程と
    を含むクリーニング方法。
  2. 前記保護膜生成工程は、前記基板に前記プラズマ処理が行われた後に、前記保護膜を形成する
    請求項１に記載のクリーニング方法。
  3. 前記保護膜生成工程、および前記クリーニング工程は、繰り返し行われる
    請求項１または２に記載のクリーニング方法。
  4. 前記保護膜生成工程は、前記保護膜を前記プラズマ生成領域に選択的に形成する
    請求項１〜３のいずれか１つに記載のクリーニング方法。
  5. 前記保護膜生成工程は、前記基板に対する前記プラズマ処理の積算処理時間に基づいて前記保護膜を形成する
    請求項１〜４のいずれか１つに記載のクリーニング方法。
  6. 前記保護膜生成工程は、前記クリーニング工程におけるプラズマの発光量に基づいて前記保護膜を形成する
    請求項１〜４のいずれか１つに記載のクリーニング方法。
  7. 前記保護膜生成工程において供給される前記成膜ガスは、前記基板の前記プラズマ処理に用いられる成膜ガスと同一種類のガスである
    請求項１〜６のいずれか１つに記載のクリーニング方法。
  8. プラズマ生成領域と拡散領域とを有する処理空間が形成される処理容器と、
    前記処理容器内で基板に対しプラズマ処理を行う制御部と
    を備え、
    前記制御部は、
    前記処理容器内に成膜ガスを供給しつつ、プラズマを発生させて前記プラズマ生成領域に保護膜を形成する保護膜生成工程と、
    前記処理容器内にクリーニングガスを供給しつつ、プラズマを発生させて前記保護膜が形成された前記処理容器内をクリーニングするクリーニング工程とを実行する
    プラズマ処理装置。
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