JP2023130163A - クリーニング方法、半導体装置の製造方法、プラズマ処理装置、及び外周リングセット - Google Patents

クリーニング方法、半導体装置の製造方法、プラズマ処理装置、及び外周リングセット Download PDF

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Abstract

Figure 2023130163000001
【課題】外周リングの摩耗を抑制すること。
【解決手段】実施形態のクリーニング方法は、基板を処理するプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、プラズマ処理装置の、上部電極を備える処理容器内にカバーリングを搬入し、処理容器内の上部電極に対向し、周縁部に外周リングが配置された下部電極を有する基板載置台に、外周リングを覆うようにカバーリングを載置し、処理容器内にクリーニングガスを供給し、上部電極および下部電極の少なくともいずれかに電力を供給し、処理容器内にプラズマを生成して処理容器内をクリーニングし、クリーニングが終了した後、処理容器からカバーリングを搬出する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、クリーニング方法、半導体装置の製造方法、プラズマ処理装置、及び外周リングセットに関する。
基板を処理するプラズマ処理装置では、基板の処理中およびプラズマ処理装置のクリーニング中、プラズマにより処理容器内の部材が摩耗する。基板の周囲に配置される外周リングが摩耗すると、プラズマのシース歪みが生じてプロセス特性が変動してしまう。
特開平０６－０２５８５９号公報 特開昭６０－１１３４２８号公報 特許第４２４１５１３号公報
１つの実施形態は、外周リングの摩耗を抑制することができるクリーニング方法、半導体装置の製造方法、プラズマ処理装置、及び外周リングセットを提供することを目的とする。
実施形態のクリーニング方法は、基板を処理するプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、前記プラズマ処理装置の、上部電極を備える処理容器内にカバーリングを搬入し、前記処理容器内の前記上部電極に対向し、周縁部に外周リングが配置された下部電極を有する基板載置台に、前記外周リングを覆うように前記カバーリングを載置し、前記処理容器内にクリーニングガスを供給し、前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給し、前記処理容器内にプラズマを生成して前記処理容器内をクリーニングし、前記クリーニングが終了した後、前記処理容器から前記カバーリングを搬出する。
実施形態にかかるプラズマ処理装置の全体構成の一例を模式的に示す透視上面図。 実施形態にかかるプラズマ処理装置が備える処理チャンバの構成の一例を模式的に示す断面図。 実施形態にかかるプラズマ処理装置におけるプラズマ処理の一例を示す模式図。 実施形態にかかるプラズマ処理装置におけるクリーニング処理の一例を示す模式図。 実施形態の変形例１にかかるプラズマ処理装置の全体構成の一例を模式的に示す透視上面図。 実施形態の変形例２にかかるカバーリングが外周リング上に配置された様子を示す片側断面図。 実施形態の変形例３にかかるカバーリングが外周リング上に配置された様子を示す片側断面図。
以下に、本発明の実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
（プラズマ処理装置の構成例）
図１は、実施形態にかかるプラズマ処理装置１の全体構成の一例を模式的に示す透視上面図である。図１に示すように、プラズマ処理装置１は、処理チャンバ１１、搬送チャンバ７１、ロードロック８１，９１、及び制御部１００を備える。
処理容器としての処理チャンバ１１は、ウェハ１０に対してプラズマ処理を行うための容器であり、気密に封止された状態で搬送チャンバ７１に接続されている。処理チャンバ１１に収容されたウェハ１０は、外周に外周リング５０が配置された状態でプラズマによる処理がなされる。
ロードロック８１は、処理対象のウェハ１０を格納するための容器であり、気密に封止された状態で搬送チャンバ７１に接続されている。ロードロック８１は、複数のウェハ１０であって、例えば１ロット分のウェハ１０を積層した状態で格納可能に構成される。
ロードロック８１内には、処理対象とはならないダミーウェハ１０ｄを収容する収容部８３が配置されている。収容部８３は、例えばロードロック８１内に積層されるウェハ１０と上下方向に重なる位置に、ロードロック８１内の上部または下部に配置されている。収容部８３に収容可能なダミーウェハ１０ｄの個数は数個以下であってよく、１つであってもよい。
ロードロック９１は、プラズマ処理の際にウェハ１０の外周に配置される外周リング５０を格納するための容器であり、気密に封止された状態で搬送チャンバ７１に接続されている。ロードロック９１は、例えは複数の外周リング５０を積層した状態で格納可能に構成される。
なお、後述するように、外周リング５０は、上部リングを含む幾つかのパーツから構成されている。ロードロック９１は、例えばこれらのパーツのうち少なくとも上部リングを格納可能な上部リング格納容器として構成される。プラズマ処理装置１が、外周リング５０の個々のパーツごとに複数のロードロックを備えていてもよい。
ロードロック９１内には、外周リング５０を覆うことが可能に構成されたカバーリング５０ｄを収容する収容部９３が配置されている。
カバーリング収容部としての収容部９３は、例えばロードロック９１内に積層される外周リング５０と上下方向に重なる位置に、ロードロック９１内の上部または下部に配置されている。収容部９３に収容可能なカバーリング５０ｄの個数は数個以下であってよく、１つであってもよい。
搬送容器としての搬送チャンバ７１は、ウェハ１０及び外周リング５０を減圧下で搬送するための容器であり、気密に封止可能に構成されている。搬送チャンバ７１は、ウェハ１０及び外周リング５０を搬送する搬送アーム７２を備える。
搬送アーム７２は、ロードロック８１から処理チャンバ１１へと未処理のウェハ１０を搬送する。また、搬送アーム７２は、処理チャンバ１１からロードロック８１へと処理済みのウェハ１０を搬送する。また、搬送アーム７２は、ロードロック８１から処理チャンバ１１へとダミーウェハ１０ｄを搬送し、また、処理チャンバ１１からロードロック８１へとダミーウェハ１０ｄを搬送する。
また、搬送アーム７２は、ロードロック９１から処理チャンバ１１へと未使用の外周リング５０を搬送する。また、搬送アーム７２は、処理チャンバ１１からロードロック９１へと使用済みの外周リング５０を搬送する。また、搬送アーム７２は、ロードロック９１から処理チャンバ１１へとカバーリング５０ｄを搬送し、また、処理チャンバ１１からロードロック９１へとカバーリング５０ｄを搬送する。
ただし、プラズマ処理装置１が、ウェハ１０及びダミーウェハ１０ｄの搬送を行う搬送アームと、外周リング５０及びカバーリング５０ｄの搬送を行う搬送アームとをそれぞれ備えていてもよい。
制御部１００は、搬送アーム７２を始めとするプラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部１００は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えるコンピュータとして構成されている。
ただし、制御部１００が、プラズマ処理装置１用途向けの機能を有するＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等として構成されていてもよい。
図２は、実施形態にかかるプラズマ処理装置１が備える処理チャンバ１１の構成の一例を模式的に示す断面図である。処理チャンバ１１は例えばプラズマを用いたエッチング処理が可能に構成されており、プラズマ処理装置１は、例えば基板としてのウェハ１０をプラズマエッチング処理するＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置として構成されている。
図２に示すように、プラズマ処理装置１は、ウェハ１０が処理される処理チャンバ１１を備える。処理チャンバ１１は例えばアルミニウム製であり、気密に封止することが可能である。
処理チャンバ１１の上部付近には、ガス供給口１３が設けられている。ガス供給口１３には、配管を通じて図示しないガス供給装置が接続され、プラズマ処理時に使用される処理ガスが供給される。また、ガス供給装置からは、処理チャンバ１１内をクリーニングするときに使用されるクリーニングガスが供給される。
処理チャンバ１１の上部付近であって、ガス供給口１３の下方には、上部電極として機能するシャワーヘッド３０が設けられている。シャワーヘッド３０には、板の厚さ方向を貫通する複数のガス流路３２が設けられている。ガス供給口１３から供給された処理ガスまたはクリーニングガスは、ガス流路３２を介して処理チャンバ１１内に導入される。
シャワーヘッド３０の下方には、シャワーヘッド３０に対向するように、基板載置台としてのウェハステージ２０が配置されている。ウェハステージ２０は、処理対象のウェハ１０を水平に支持するとともに、下部電極として機能する。
ウェハステージ２０は、処理チャンバ１１の中央付近の底壁から鉛直上方に筒状に突出する支持部１２上に支持されている。支持部１２は、シャワーヘッド３０と平行に対向するようにウェハステージ２０を支持する。また、支持部１２は、シャワーヘッド３０から所定の距離を隔てた処理チャンバ１１の中央付近に位置するようにウェハステージ２０を支持する。このような構造によって、シャワーヘッド３０とウェハステージ２０とは、１対の平行平板電極を構成している。
ウェハステージ２０には、高周波電力を供給する給電線４１が接続されている。給電線４１には、ブロッキングコンデンサ４２、整合器４３および高周波電源４４が接続されている。高周波電源４４からは、プラズマ処理時に所定の周波数の高周波電力がウェハステージ２０に供給される。このような構成により、プラズマ処理装置１は、例えば下部印加型プラズマ処理装置として構成される。
ただし、ブロッキングコンデンサ４２、整合器４３、及び高周波電源４４等を有する給電線４１が、上部電極として機能するシャワーヘッド３０に接続されることにより、プラズマ処理装置１が上部印加型プラズマ処理装置として構成されていてもよい。
あるいは、ブロッキングコンデンサ４２、整合器４３、及び高周波電源４４等を有する給電線４１が、ウェハステージ２０とシャワーヘッド３０との両方に接続されることにより、プラズマ処理装置１が上下部印加型プラズマ処理装置として構成されていてもよい。
また、ウェハステージ２０は、ウェハ１０を静電吸着するチャック機構を備え、ウェハ１０を静電的に吸着させる静電チャックとしても機能する。
チャック機構は、チャック電極２３、給電線４５、及び電源４６を備える。チャック電極２３はウェハステージ２０に内蔵されており、チャック電極２３には、給電線４５を介して電源４６が接続されている。このような機構によって、電源４６からチャック電極２３に直流電力が供給されて、ウェハステージ２０の上面が静電的に帯電され、ウェハ１０が吸着される。
ウェハステージ２０の周縁部には、ウェハステージ２０の側面および周縁部を覆う外周リング５０が配置されている。外周リング５０は、ウェハ１０のエッチング時に、電界がウェハ１０の周縁部で、ウェハ面に垂直な鉛直方向に対して偏向しないように電界を調整する。
外周リング５０は、例えば、下部リング５１、中間リング５２、及び上部リング５３の複数の部材から構成されている。各部材は、例えば石英、シリコン、シリコンカーバイド、またはセラミック等から構成される。
下部リング５１、中間リング５２、及び上部リング５３の各部材が、それぞれ異なる材料から構成されていてもよい。少なくとも上部リング５３の構成部材は、ウェハ１０の材質、及びウェハ１０表面のエッチング対象膜の材質に合わせて選定されていることが好ましい。これらの部材の詳細の構成については後述する。
外周リング５０の下方には、ウェハステージ２０の周縁部を貫通して上部リング５３の下面に当接するピン５４ｐが設置されている。
ピン５４ｐは、エンコーダを備えるアクチュエータ等である駆動部５４ｍに接続されている。駆動部５４ｍによってピン５４ｐが上下に駆動されることにより、上部リング５３が上下動可能に構成される。
なお、上部リング５３は、上部リング５３の周方向に沿って等間隔に配置される複数のピン５４ｐに支持される。ピン５４ｐは例えば３つ以上あればよく、また、それぞれが駆動部５４ｍを備える。
外周リング５０と処理チャンバ１１の側壁との間には、バッフルプレート１７が設けられている。バッフルプレート１７は、板の厚さ方向を貫通する複数のガス排出孔１７ｅを有する。
バッフルプレート１７よりも下部の処理チャンバ１１にはガス排気口１４が設けられている。ガス排気口１４には、配管を通じて図示しない真空ポンプが接続されている。
処理チャンバ１１内のウェハステージ２０及びバッフルプレート１７と、シャワーヘッド３０とで仕切られた領域は、プラズマ処理室６１となる。シャワーヘッド３０で仕切られた処理チャンバ１１内の上部の領域は、ガス供給室６２となる。ウェハステージ２０及びバッフルプレート１７で仕切られた処理チャンバ１１内の下部の領域はガス排気室６３となる。
ウェハ１０のプラズマ処理時には、ウェハステージ２０上に処理対象であるウェハ１０が載置される。また、ガス排気口１４に接続される図示しない真空ポンプで処理チャンバ１１内が真空引きされる。処理チャンバ１１内が所定の圧力に達すると、図示しないガス供給装置からガス供給室６２に処理ガスが供給され、シャワーヘッド３０のガス流路３２を介してプラズマ処理室６１に供給される。
また、下部印加型の装置においては、上部電極であるシャワーヘッド３０を接地した状態で、下部電極であるウェハステージ２０に高周波電圧を印加して、プラズマ処理室６１内にプラズマを生成させる。下部電極側には高周波電圧による自己バイアスにより、プラズマとウェハ１０との間に電位勾配が生じ、プラズマ中のイオンがウェハステージ２０へと加速されることになり、異方性エッチング処理が行われる。
制御部１００は、ウェハステージ２０、高周波電源４４、駆動部５４ｍ、ガス供給装置、及び真空ポンプ等のプラズマ処理装置１の各部を制御して、上記プラズマ処理を可能とする。
（プラズマ処理の例）
次に、図３を用いて、実施形態のプラズマ処理装置１におけるウェハ１０のプラズマ処理の例について説明する。プラズマ処理装置１におけるウェハ１０の処理は、例えば半導体装置の製造工程の一環として行われる。
図３は、実施形態にかかるプラズマ処理装置１におけるプラズマ処理の一例を示す模式図である。図３（ａ）は、外周リング５０が初期状態にあるときのプラズマ処理の例を示す外周リング５０の片側断面図である。図３（ｂ）は、外周リング５０の使用時間が所定時間となった後のプラズマ処理の例を示す外周リング５０の片側断面図である。
図３に示すように、ウェハステージ２０は、チャック電極２３が内蔵される母材２１と、ウェハ１０が載置されるセラミック板２２とを備える。母材２１とセラミック板２２とは、周縁部にそれぞれ鍔状部２１ｇ，２２ｇを有する。母材２１の鍔状部２１ｇは貫通孔２１ｔを有している。
母材２１の中央部にセラミック板２２が接合されることで、ウェハステージ２０の周縁部は、ウェハステージ２０最下部に位置する母材２１の鍔状部２１ｇ、母材２１上に接合されたセラミック板２２の鍔状部２２ｇを経て、セラミック板２２の中央部へと段階的に高くなっていく３段の段差を備える。外周リング５０は、これらの段差に沿うように配置される。
より詳細には、外周リング５０は、上述の通り、下部リング５１、中間リング５２、及び上部リング５３を備えている。
下部リング５１は、ウェハステージ２０の周縁部であって、母材２１の鍔状部２１ｇ上に配置されている。下部リング５１は内縁部に段差５１ｓｔを有する。これにより、下部リング５１が鍔状部２１ｇ上に配置された状態で、下部リング５１の内縁部上面は、セラミック板２２の鍔状部２２ｇ上面と略等しい高さとなる。下部リング５１は外縁部に貫通孔５１ｔを有する。下部リング５１が鍔状部２１ｇ上に配置された状態で、下部リング５１の貫通孔５１ｔは、鍔状部２１ｇの貫通孔２１ｔと上下に重なる位置に配置される。
中間リング５２は、下部リング５１の内縁部上面と、セラミック板２２の鍔状部２２ｇ上面とに跨って配置されている。中間リング５２は、幅方向中央部分が窪んだＣ字型の断面形状を有している。つまり、中間リング５２は、内縁部と外縁部とにそれぞれ突起５２ｉｎ，５２ｏｔを有している。
中間リング５２が下部リング５１上に配置された状態で、中間リング５２内縁部の突起５２ｉｎ上面は、セラミック板２２の中央部上面と略等しい高さとなる。
上部リング５３は、中間リング５２中央部の上面と、下部リング５１外縁部の上面とに跨って配置されている。上部リング５３は下面に凹部５３ｒｃを有しており、上述の中間リング５２外縁部の突起５２ｏｔは上部リング５３の凹部５３ｒｃ内に突出している。
駆動部５４ｍは、ウェハステージ２０の周縁部下方に配置される。駆動部５４ｍに接続されるピン５４ｐは、ウェハステージ２０の鍔状部２１ｇの貫通孔２１ｔ、及び下部リング５１の貫通孔５１ｔを通って、上部リング５３の下面に当接されている。
このように、複数の部材が組み合わされることで、外周リング５０はウェハステージ２０の周縁部を略完全に覆う。これにより、ウェハステージ２０の周縁部がプラズマに曝露されて摩耗してしまうことが抑制される。
処理チャンバ１１でのプラズマ処理が行われる際、複数のウェハ１０は１つずつ、搬送アーム７２によって、ロードロック８１から処理チャンバ１１へと搬送され、所定時間のプラズマ処理を施される。処理後のウェハ１０は、搬送アーム７２によって、処理チャンバ１１からロードロック８１へと搬出され、次のウェハ１０が処理チャンバ１１へと搬入されて処理が繰り返される。
図３（ａ）に示すように、外周リング５０が初期状態、つまり、未使用に近い状態にあるとき、ピン５４ｐは、駆動部５４ｍによって可動域の最下方に配置されている。これにより、上部リング５３は、ピン５４ｐによって押し上げられることなく、下部リング５１及び中間リング５２のそれぞれの上面に当接した状態となっている。
このように各部材が配置された状態で、ウェハ１０はプラズマによるエッチング処理を受ける。
また、図３（ａ）の状態では、初期状態にある上部リング５３の上面は、ウェハステージ２０に載置されたウェハ１０の上面と略等しい高さとなっている。これにより、ウェハ１０外周部におけるプラズマのシース歪みを抑制し、プラズマ中のイオンをウェハ１０に対して略垂直に入射することができる。
図３（ｂ）に示すように、外周リング５０が所定時間使用され続けることで、プラズマによって主に上部リング５３の上面が摩耗し、上部リング５３の厚さが減じていく。上部リング５３が薄くなって、例えば上部リング５３の上面がウェハ１０上面の高さ位置より低くなると、プラズマのシース歪みが発生して、ウェハ１０の加工形状が所望の形状から外れてしまう場合がある。
そこで、プラズマ処理装置１の制御部１００は、外周リング５０の使用時間に応じて、駆動部５４ｍにより適宜、ピン５４ｐを上方へと駆動させ、上部リング５３上面の高さ位置が一定となるよう調整する。
より具体的には、制御部１００は、例えば外周リング５０の使用時間が所定時間に到達するごとの上部リング５３の厚さに関するデータを予め記憶している。制御部１００は、このデータに基づいて、外周リング５０の使用時間が所定時間に到達するごとに、ピン５４ｐによる上部リング５３の押し上げ高さを調整する。これにより、上部リング５３の上面が、ウェハステージ２０に載置されたウェハ１０の上面と略等しい高さに維持されて、プラズマのシース歪みを抑制して所望の加工形状になるようウェハ１０が処理される。
なお、外周リング５０の使用時間とは、例えば外周リング５０がプラズマに曝露された積算の時間である。つまり、外周リング５０の使用時間は、未使用の外周リング５０が処理チャンバ１１内にインストールされた後に処理を受けたウェハ１０の数に、１つのウェハ１０の処理時間を掛け合わせた時間と略等しい。
制御部１００は、ピン５４ｐによる上部リング５３の押し上げ高さを、プラズマに曝露された積算時間で管理してもよく、未使用の外周リング５０のインストール後のウェハ１０の処理枚数で管理してもよい。
このように、外周リング５０は、ウェハステージ２０の周縁部を覆い、ウェハステージ２０がプラズマに曝露されて摩耗してしまうことを抑制する。その分、外周リング５０自体が摩耗するものの、外周リング５０は複数の部材に分かれて構成される。よって、例えば、最も摩耗の激しい上部リング５３のみを適宜交換すればよく、外周リング５０のその他の部材の交換頻度を下げることができる。
これに加えて、上部リング５３の高さ位置を駆動部５４ｍとピン５４ｐとによって調整することで、上部リング５３自体の寿命を延ばして交換頻度を下げることが可能である。上部リング５３は、駆動部５４ｍとピン５４ｐとにより調整可能な厚さ未満になると、交換される。
上部リング５３の交換時には、上述の搬送アーム７２によって、使用済みの上部リング５３が処理チャンバ１１からロードロック９１へと搬送される。また、ロードロック９１に格納される未使用の上部リング５３の１つが、搬送アーム７２によって処理チャンバ１１へと搬送される。
（クリーニング処理の例）
ところで、ウェハ１０をエッチングするための処理ガスとして、例えばＣＦ４，ＣＨ３Ｆ，Ｃ４Ｆ６，Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８等のハロゲン化炭化水素が用いられることがある。この場合、ウェハ１０の処理枚数が増えていき、積算のプラズマの印加時間が加算されていくと、処理チャンバ１１の内壁、及び処理チャンバ１１内の種々の部材にＣＦ系のデポ物（Ｄｅｏｉｓｉｔｉｏｎ）が堆積される。デポ物の堆積量が増加すると、パーティクル源となってウェハ１０を汚染してしまうことがある。
プラズマ処理装置１においては、例えばプラズマ印加の積算時間が所定時間を超えるごとに、クリーニングガスによるプラズマにより、処理チャンバ１１内のクリーニングが行われる。クリーニングガスとしては、例えばＣＦ４等のハロゲン化炭化水素のような腐食性ガス、あるいは酸素、水素、二酸化炭素等の酸化性ガスまたは還元性ガス等が用いられることがある。
制御部１００は、プラズマ印加の積算時間が所定時間に達すると、あるいはウェハ１０の処理枚数が所定数に達すると、処理チャンバ１１におけるクリーニング処理を行う。
次に、図４を用いて、実施形態のプラズマ処理装置１における処理チャンバ１１のクリーニング処理の例について説明する。
図４は、実施形態にかかるプラズマ処理装置１におけるクリーニング処理の一例を示す模式図である。図４（ａ）は、外周リング５０が初期状態にあるときのクリーニング処理の例を示す外周リング５０の片側断面図である。図４（ｂ）は、外周リング５０の使用時間が所定時間となった後のクリーニング処理の例を示す外周リング５０の片側断面図である。
図４に示すように、処理チャンバ１１のクリーニング処理を行う際には、プラズマ処理の対象ではないダミーウェハ１０ｄと、外周リング５０を覆うカバーリング５０ｄとを処理チャンバ１１内に搬送しておく。
ダミーウェハ１０ｄは、例えばベアシリコンウェハ等であり、処理対象のウェハ１０が格納されるロードロック８１内の収容部８３から、搬送アーム７２によって処理チャンバ１１内に搬送され、ウェハステージ２０の上面に載置される。これにより、クリーニング処理の際に、ウェハステージ２０上面のセラミック板２２が、クリーニングガスのプラズマに曝露されて摩耗してしまうことが抑制される。
カバーリング５０ｄは、例えば樹脂部材、または酸化アルミニウム膜もしくはイットリア膜等の被膜を有するアルミニウム部材等である。あるいは、カバーリング５０ｄは、例えばシリコン部材、シリコンカーバイド部材、セラミック部材、または石英部材のような上部リング５３と同様の部材であってもよい。
また、カバーリング５０ｄは、上部リング５３の上面および側面を覆うことが可能なように、例えばＬ字型の断面を有している。カバーリング５０ｄは、未使用の上部リング５３が格納されるロードロック９１内の収容部９３から、搬送アーム７２によって処理チャンバ１１内に搬送され、上部リング５３の上面に載置される。
これにより、上部リング５３の上面および側面は、Ｌ字型の断面形状を有するカバーリング５０ｄによって覆われる。したがって、クリーニング処理の際に、クリーニングガスのプラズマに曝露されて上部リング５３が摩耗してしまうことが抑制される。
また、カバーリング５０ｄがＬ字型の断面形状を有することで、上部リング５３上に自己整合的に載置可能となる。これにより、高精度の搬送動作を要することなく、カバーリング５０ｄにより上部リング５３の全体が覆われることとなる。
なお、下部リング５１、中間リング５２、及び上部リング５３を含む外周リング５０と、カバーリング５０ｄとの組み合わせを外周リングセットと呼ぶことがある。
このように、プラズマ印加の積算時間が所定時間に達するごとに、ウェハステージ２０の上面と上部リング５３の上面とを、ダミーウェハ１０ｄとカバーリング５０ｄとでそれぞれ覆った状態で、クリーニング処理が行われる。
図４（ａ）に示すように、外周リング５０が初期状態に近く、上部リング５３が最下方位置にあるとき、カバーリング５０ｄは、その上部リング５３の上面および側面全体、並びに下部リング５１の一部側面を覆っている。
また、カバーリング５０ｄの上面は、ウェハステージ２０上に載置されたウェハ１０上面の高さよりも高い位置にある。カバーリング５０ｄが導電性部材である場合等には、ダミーウェハ１０ｄの外周部においてプラズマのシース歪みが生じる可能性もあるが、処理対象のウェハ１０に対する処理ではないので問題はない。
図４（ｂ）に示すように、外周リング５０が所定時間使用され続け、上部リング５３がピン５４ｐで押し上げられた位置にあるときも、カバーリング５０ｄは、その上部リング５３の上面および側面全体を覆っている。
また、このときにも、カバーリング５０ｄの上面は、ウェハステージ２０上に載置されたウェハ１０上面の高さよりも高い位置にある。これにより、例えばプラズマのシース歪みが生じても、上述の通り特に問題はない。
クリーニング処理が終了すると、ダミーウェハ１０ｄは、搬送アーム７２によって再びロードロック８１内の収容部８３に収容され、カバーリング５０ｄは、搬送アーム７２によって再びロードロック９１内の収容部９３に収容され、それぞれ次のクリーニング時に再び使用される。
ダミーウェハ１０ｄとカバーリング５０ｄとは、クリーニング処理時にのみ使用されるので、これらの部材におけるプラズマへの積算の曝露時間は、例えば上部リング５３等に比べて徐々にしか増加していかない。このため、ダミーウェハ１０ｄとカバーリング５０ｄとは、例えば上部リング５３等に比べて消耗が低く抑えられ、上記のように、所定回数のクリーニング処理において繰り返し使用することが可能である。
このように、処理対象のウェハ１０が、例えばロット単位でロードロック８１内に格納され、また、比較的消耗の早い上部リング５３が、ロードロック９１内に複数格納されるのに対し、ダミーウェハ１０ｄとカバーリング５０ｄとは、プラズマ処理装置１内に１つ、あるいは数個程度ストックされていれば足りる。このため、ダミーウェハ１０ｄとカバーリング５０ｄとに対して専用のロードロック等を用意することなく、これらを例えばロードロック８１，９１内にそれぞれストックしておくことができる。
（比較例）
プラズマ処理装置においては、プラズマによってチャンバ内の部材が摩耗する。ウェハ外周に配置される外周リングが摩耗すると、プラズマのシースに歪みが生じ、プロセス特性が変動する場合がある。
そこで、外周リングを複数の部材で構成し、特に摩耗しやすい上部リングのみを小まめに交換したり、上部リングを押し上げる駆動部等を設けて上部リングの長寿命化を図ったり等の対策が採られている。
一方で、所定間隔で繰り返される処理チャンバ内のクリーニングにおいても、上部リングの摩耗は進んでしまう。クリーニング時の上部リングの摩耗を抑制することができれば、上部リングの寿命を更に延ばすことが可能となる。
実施形態のクリーニング方法によれば、処理チャンバ１１内のウェハステージ２０に、外周リング５０を覆うようにカバーリング５０ｄを載置し、処理チャンバ１１内にプラズマを生成して処理チャンバ１１内をクリーニングする。これにより、クリーニング処理の際に外周リング５０の摩耗を抑制することができる。
実施形態のプラズマ処理装置１によれば、外周リング５０を覆うカバーリング５０ｄを収容可能な収容部９３を、上部リング５３を格納可能なロードロック９１内に配置する。
上述のように、カバーリング５０ｄは複数回のクリーニング処理において繰り返し使用することができ、プラズマ処理装置１内に多量にストックする必要がない。このため、ロードロック９１内のスペースを利用して、カバーリング５０ｄを収容する収容部９３を設けておくことができる。
実施形態の外周リングセットによれば、プラズマ処理装置１でウェハ１０を処理するときに、ウェハ１０の周囲を囲むよう配置される外周リング５０と、プラズマ処理装置１のクリーニングをするときに、外周リング５０を覆うことが可能に構成されたカバーリング５０ｄと、を備える。これにより、クリーニング処理の際に外周リング５０の摩耗を抑制することができる。
実施形態の外周リングセットによれば、カバーリング５０ｄは、樹脂部材、または被膜を有するアルミニウム部材であり、被膜は、酸化アルミニウム膜またはイットリア膜である。これにより、腐食性ガス等のクリーニングガスを用いたプラズマに対する耐性を高めることができ、カバーリング５０ｄの寿命を延ばして複数回のクリーニング処理時に繰り返し使用することができる。
実施形態の外周リングセットによれば、カバーリング５０ｄは、上記の例によらず、シリコン部材、シリコンカーバイド部材、セラミック部材、または石英部材である。上部リング５３の摩耗を抑制することができれば、上記のように、カバーリング５０ｄが例えば外周リング５０と同様の部材から構成されていてもよい。
実施形態の外周リングセットによれば、カバーリング５０ｄは、外周リング５０の上面と側面とを覆うＬ字型の断面形状を有する。
これにより、高精度の搬送を要することなく、カバーリング５０ｄが外周リング５０の上面全体を覆うよう、自己整合的にカバーリング５０ｄをウェハステージ２０上に載置することができる。また、外周リング５０の上面のみならず側面も、カバーリング５０ｄによって保護することができる。
なお、上述の実施形態のプラズマ処理装置１において、外周リング５０上に載置されたカバーリング５０ｄに接触するよう接地線が設けられていてもよい。これにより、カバーリング５０ｄが導電部材で構成されている場合には、カバーリング５０ｄをグランドに落とすことができ、プラズマ中において、カバーリング５０ｄへのイオンの入射が抑制される。よって、カバーリング５０ｄの消耗をいっそう抑制することができる。
また、上述の実施形態のプラズマ処理装置１では、上部リング５３が駆動部５４ｍ及びピン５４ｐによって高さ調整されることとしたが、これに限られない。駆動部５４ｍ及びピン５４ｐを有さないプラズマ処理装置においても、上記のカバーリング５０ｄを用いて上部リング５３の寿命を延ばすことが可能である。
（変形例１）
次に、図５を用いて、実施形態の変形例１のプラズマ処理装置２について説明する。変形例１のプラズマ処理装置２においては、カバーリング５０ｄのストック場所が上述の実施形態とは異なる。
図５は、実施形態の変形例１にかかるプラズマ処理装置２の全体構成の一例を模式的に示す透視上面図である。なお、図５において、上述の実施形態のプラズマ処理装置１と同様の構成に対して同様の符号を付し、その説明を省略することがある。
図５に示すように、プラズマ処理装置２においては、カバーリング５０ｄを収容可能な収容部７３は、上部リング５３を格納可能なロードロック９１内ではなく、搬送チャンバ７１内に配置される。
収容部７３もまた、上述の実施形態の収容部９３と同様、カバーリング５０ｄを１つ、または数個程度、収容することが可能に構成される。少ない個数のカバーリング５０ｄを収容可能であれば足りるため、収容部７３は、例えば搬送チャンバ７１のスペースを利用して配置可能である。
プラズマ処理装置２の制御部２００は、クリーニング処理の際には、搬送チャンバ７１内の収容部７３からカバーリング５０ｄを処理チャンバ１１へと搬入し、クリーニング処理が終了した際には、処理チャンバ１１から搬送チャンバ７１内の収容部７３へとカバーリング５０ｄを搬出するよう、搬送アーム７２を制御する。
変形例１のプラズマ処理装置２によれば、実施形態のプラズマ処理装置１と同様の効果を奏する。
なお、上述の実施形態および変形例１のプラズマ処理装置１，２においては、ダミーウェハ１０ｄを収容する収容部８３は、カバーリング５０ｄを収容する収容部９３，７３とは異なる場所に配置されることとした。しかし、ダミーウェハ１０ｄの収容部と、カバーリング５０ｄの収容部とが、搬送チャンバ内、または、同一のロードロック内等、同じ場所に配置されていてもよい。
（変形例２）
次に、図６を用いて、実施形態の変形例２のプラズマ処理装置について説明する。変形例２のプラズマ処理装置においては、カバーリング１５０ｄの形状が上述の実施形態とは異なる。
図６は、実施形態の変形例２にかかるカバーリング１５０ｄが外周リング５０上に配置された様子を示す片側断面図である。なお、図６において、上述の実施形態のプラズマ処理装置１と同様の構成に対して同様の符号を付し、その説明を省略することがある。
図６に示すように、変形例２のカバーリング１５０ｄは、Ｌ字型の断面形状ではなく、略平板状の断面形状を有する。また、カバーリング１５０ｄの内径は上部リング５３の内径と略等しく、カバーリング１５０ｄの外径は上部リング５３の外径よりも大きい。
このような形状のカバーリング１５０ｄによっても、上部リング５３のうち最も消耗の激しい上面を少なくとも保護することができる。また、カバーリング１５０ｄの外径を上部リング５３の外径より大きく構成しているので、高精度の搬送を要することなく、カバーリング１５０ｄが上部リング５３の上面全体を覆うよう、カバーリング１５０ｄをウェハステージ２０上に載置することができる。
変形例２のプラズマ処理装置によれば、その他、実施形態のプラズマ処理装置１と同様の効果を奏する。
（変形例３）
次に、図７を用いて、実施形態の変形例３のプラズマ処理装置について説明する。変形例３のプラズマ処理装置においては、上部リング２５３及びカバーリング２５０ｄの形状が上述の実施形態とは異なる。
図７は、実施形態の変形例２にかかるカバーリング２５０ｄが外周リング２５０上に配置された様子を示す片側断面図である。なお、図６において、上述の実施形態のプラズマ処理装置１と同様の構成に対して同様の符号を付し、その説明を省略することがある。
図７に示すように、変形例２の外周リング２５０は、上述の実施形態の上部リング５３とは異なる形状の上部リング２５３を含む。変形例２の上部リング２５３は、周縁部に上面から突出する突起２５３ｐｒを有する。すなわち、上部リング２５３は、内側部分の上面が窪んだ形状を有している。
変形例２のカバーリング２５０ｄは、略平板状の断面形状を有する。また、カバーリング２５０ｄの内径は上部リング２５３の内径と略等しく、カバーリング２５０ｄの外径は上部リング２５３の外径よりも小さい。これにより、カバーリング２５０ｄは、上部リング２５３の突起２５３ｐｒの内側であって、上部リング２５３の内側部分の上面に載置される。
上部リング２５３とカバーリング２５０ｄとが、それぞれこのような形状を有することにより、最も消耗の激しい上部リング５３上面の略全体を保護することができる。
また、カバーリング２５０ｄが、上部リング２５３の突起２５３ｐｒの内側にはめ込まれるように載置されることで、高精度の搬送を要することなく、カバーリング２５０ｄが上部リング２５３の内側部分の上面を覆うよう、カバーリング２５０ｄをウェハステージ２０上に載置することができる。
変形例３のプラズマ処理装置によれば、その他、実施形態のプラズマ処理装置１と同様の効果を奏する。
（その他の変形例）
上述の実施形態および変形例１～３では、プラズマ処理装置はＲＩＥ装置として構成されることとしたがこれに限られない。プラズマ処理装置は、ＣＤＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｒｙ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置等のエッチング以外のプラズマ処理を行う装置であってもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１，２…プラズマ処理装置、１０…ウェハ、１０ｄ…ダミーウェハ、１１…処理チャンバ、２０…ウェハステージ、３０…シャワーヘッド、４４…高周波電源、５０…外周リング、５０ｄ，１５０ｄ，２５０ｄ…カバーリング、５１…下部リング、５２…中間リング、５３，２５３…上部リング、７１…搬送チャンバ、８１，９１…ロードロック、８３，７３，９３…収容部、１００，２００…制御部。

Claims (5)

  1. 基板を処理するプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
    前記プラズマ処理装置の、上部電極を備える処理容器内にカバーリングを搬入し、
    前記処理容器内の前記上部電極に対向し、周縁部に外周リングが配置された下部電極を有する基板載置台に、前記外周リングを覆うように前記カバーリングを載置し、
    前記処理容器内にクリーニングガスを供給し、前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給し、前記処理容器内にプラズマを生成して前記処理容器内をクリーニングし、
    前記クリーニングが終了した後、前記処理容器から前記カバーリングを搬出する、
    クリーニング方法。
  2. 前記外周リングは、
    前記基板載置台の前記周縁部上に載置される下部リングと、
    前記下部リング上に載置される上部リングと、を含む、
    請求項１に記載のクリーニング方法。
  3. 請求項１または請求項２に記載のクリーニング方法が、複数の基板を処理する合間に行われるプラズマ処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
    前記処理容器内に、前記複数の基板のうち１つの基板を搬入し、
    前記基板載置台に前記基板を載置し、
    前記処理容器内に処理ガスを供給し、前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給し、前記処理容器内にプラズマを生成して前記基板を処理し、
    前記処理が終了した後、前記処理容器から前記基板を搬出する、
    半導体装置の製造方法。
  4. 基板が処理される処理容器と、
    前記処理容器内に設置される上部電極と、
    前記上部電極に対向する下部電極を有し、前記基板が載置される基板載置台と、
    前記下部電極の周縁部に配置され、前記基板の周囲を囲む外周リングと、
    前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給して前記処理容器内にプラズマを生成する電源と、
    前記外周リングを覆うカバーリングを収容可能なカバーリング収容部と、を備える、
    プラズマ処理装置。
  5. プラズマ処理装置で基板を処理するときに、前記基板の周囲を囲むよう配置される外周リングと、
    前記プラズマ処理装置のクリーニングをするときに、前記外周リングを覆うことが可能に構成されたカバーリングと、を備える、
    外周リングセット。
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