JP5364514B2 - チャンバ内クリーニング方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板処理装置のチャンバ内に設けられ基板を載置する静電チャックの外周部に付着した堆積物を除去するチャンバ内クリーニング方法に関する。
基板処理装置として、プラズマを用いて基板に対してエッチング等の所定の処理を施すプラズマ処理装置が広く知られている。プラズマ処理装置は、プラズマを内部で発生させると共に基板として、例えば半導体デバイス用のウエハを収容する減圧可能な処理室（チャンバ）と、チャンバ内に配置されウエハを載置するための載置台（サセプタ）と、該サセプタの最上部に配置されウエハを支持する静電チャック（ＥＳＣ）と、ＥＳＣと対向するように空間を隔ててその上方に配置されチャンバ内に処理ガスを導入する上部電極と、サセプタの上部外周縁部に配置されウエハを囲むフォーカスリング（Ｆ／Ｒ）等、を有している。
ＥＳＣは、例えば円板状のセラミックス部材で構成され、内部に直流電源に接続された静電電極を有する。静電電極に正の直流電圧が印加されると、ＥＳＣの上面に載置されたウエハにおけるＥＳＣ側の裏面には負の電位が生じて静電電極及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハはＥＳＣに吸着保持される。
ＥＳＣは、通常、該ＥＳＣに載置されるウエハよりもその径が一回り小さく設計され、ＥＳＣの外周部とウエハの裏面との間に若干の隙間を生じる。そして、この隙間にプラズマ処理に適用されるＣＦ系処理ガスの反応生成物であるＣＦポリマーが堆積物（以下、単に「デポ」ともいう。）として堆積する。このようなＥＳＣの外周部の特に肩部に堆積したデポ（以下、「肩デポ」ともいう。）は、ＥＳＣによるウエハＷの吸着エラーの原因となり、良好なプラズマ処理の妨げとなる。特に、基板処理装置を用いたプラズマエッチングにおいては、デポ性の高い処理ガスを用いる傾向が強くなり、肩デポ対策は大きな問題となっている。
従って、肩デポをできるだけ速やかに除去する必要があり、従来から、人手によって取り除く方法が採用されていたが、除去の度ごとにチャンバを大気解放する必要があり非効率的であることから、近年、チャンバを大気解放しないで、肩デポを分解、除去することができる酸素（Ｏ２）プラズマを用いたドライクリーニング方法が採用されている。しかしながら、ＥＳＣの外周部の直上部はウエハによって遮蔽されており、プラズマ中のイオンが上方から進入することができないために、必ずしも肩デポを効率よく除去することができなかった。
ところで、ＣＦ系処理ガスから生成されたＣＦベースの肩デポは、酸素（Ｏ２）プラズマによって除去することは可能であるが、ＣＦ成分だけでなく、ウエハ又はチャンバ内部材から放出されたＳｉやＡｌをはじめとする金属を含有する肩デポは酸素プラズマで除去することはできない。一方、ＣＦベースで、ＳｉやＡｌを含む肩デポは、Ｏ２ガスとフッ素（Ｆ）含有ガスとの混合ガスから生成されるプラズマを用いれば分解、除去できることが知られている。このようなＦ含有ガスを用いたプラズマによってチャンバ内をクリーニングする方法として、例えばフッ素含有ガスをチャンバ内に導入した状態でチャンバ内に誘導プラズマを発生させ、該誘導プラズマを用いてチャンバ内をクリーニングする方法が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１５１９７１号公報
しかしながら、フッ素含有ガスから発生したプラズマを用いてチャンバ内をクリーニンする際、例えばＡｌ２Ｏ３からなるＥＳＣの表面がＦラジカルに曝されて削れてしまうという問題がある。またＳｉ又はＳｉＣからなる上部電極がＦラジカルに曝されてその表面が荒れ、いわゆるブラックシリコン（Ｂｌａｃｋ−ｓｉｌｉｃｏｎ）化するという問題もある。
本発明の目的は、静電チャックの外周部に堆積したＣＦベースでＳｉ及び金属の少なくともいずれかを含有する堆積物を効率よく除去することができるチャンバ内クリーニング方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、静電チャックの表面を削ることなく、又は上部電極の表面荒れを防止しつつ、静電チャックの外周部に堆積したＣＦベースでＳｉ及び金属の少なくともいずれかを含有する堆積物を除去することができるチャンバ内クリーニング方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１記載のチャンバ内クリーニング方法は、基板にプラズマ処理を施す基板処理装置のチャンバ内に設けられ、前記基板を載置する台状の静電チャックの外周部に付着したＣＦベースでＳｉ及び金属のうち少なくとも１つを含有する堆積物を除去するチャンバ内クリーニング方法において、酸素ガスとフッ素含有ガスとの混合ガスから生成されたプラズマを前記静電チャックの外周部に照射して前記堆積物を除去し、前記静電チャックの外周部以外の露出表面を、マスキング材で被覆し、前記基板処理装置は、前記静電チャックとは空間を隔てて対向する上部に、Ｓｉ又はＳｉＣからなる上部電極を備えており、該上部電極に、−８０Ｖ〜−１００Ｖの直流電圧を印加すると共に、前記混合ガス中の酸素ガスの混合比率を５０％以上とすることを特徴とする。
請求項２記載のチャンバ内クリーニング方法は、請求項１記載のチャンバ内クリーニング方法において、前記混合ガスを、前記静電チャックの外周部に向けて供給し、前記混合ガスから生成されたプラズマを前記静電チャックの外周部のみに選択的に照射することを特徴とする。
請求項３記載のチャンバ内クリーニング方法は、請求項２記載のチャンバ内クリーニング方法において、前記混合ガスの前記チャンバ内への供給圧力を１．３３×１０Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）〜１．３３×１０２Ｐａ（１０００ｍＴｏｒｒ）に調整することを特徴とする。
請求項４記載のチャンバ内クリーニング方法は、請求項１記載のチャンバ内クリーニング方法において、前記マスキング材は、酸素ガス、アルゴンガス及びヘリウムガスの少なくともいずれかからなるマスキングガスであり、該マスキングガスを前記静電チャックの外周部を除く中心部に吹き付けることを特徴とする。
請求項５記載のチャンバ内クリーニング方法は、請求項１記載のチャンバ内クリーニング方法において、前記堆積物を除去するクリーニングステップの所要時間は、１０〜１８０秒間であり、前記クリーニングステップの開始当初の１０〜２０秒間だけ、前記上部電極へ印加する直流電圧を−１５０Ｖ〜−３００Ｖとすることを特徴とする。
請求項６記載のチャンバ内クリーニング方法は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のチャンバ内クリーニング方法において、前記金属は、Ａｌであることを特徴とする。
請求項７記載のチャンバ内クリーニング方法は、請求項１乃至６いずれか１項に記載のチャンバ内クリーニング方法において、前記堆積物を除去するクリーニングステップを、前記プラズマ処理が施された処理後の前記基板を前記チャンバから搬出した後、次に処理する処理前の前記基板を前記チャンバ内に搬入するまでに行うことを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項８記載のチャンバ内クリーニング方法は、基板にプラズマ処理を施す基板処理装置のチャンバ内に設けられ、前記基板を載置する台状の静電チャックの外周部に付着したＣＦベースでＳｉ及び金属のうち少なくとも１つを含有する堆積物を除去するチャンバ内クリーニング方法において、酸素ガスとフッ素含有ガスとの混合ガスから生成されたプラズマを前記静電チャックの外周部に照射して前記堆積物を除去し、前記静電チャックの外周部以外の露出表面を、マスキング材で被覆し、前記堆積物は多層堆積物であり、前記堆積物の各層に応じて前記プラズマを生成する処理ガス組成を変更することを特徴とする。
請求項９記載のチャンバ内クリーニング方法は、請求項８記載のチャンバ内クリーニング方法において、前記混合ガスを、前記静電チャックの外周部に向けて供給し、前記混合ガスから生成されたプラズマを前記静電チャックの外周部のみに選択的に照射することを特徴とする。
請求項１０記載のチャンバ内クリーニング方法は、請求項９記載のチャンバ内クリーニング方法において、前記混合ガスの前記チャンバ内への供給圧力を１．３３×１０Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）〜１．３３×１０ ２ Ｐａ（１０００ｍＴｏｒｒ）に調整することを特徴とする。
請求項１１記載のチャンバ内クリーニング方法は、請求項８記載のチャンバ内クリーニング方法において、前記マスキング材は、酸素ガス、アルゴンガス及びヘリウムガスの少なくともいずれかからなるマスキングガスであり、該マスキングガスを前記静電チャックの外周部を除く中心部に吹き付けることを特徴とする。
請求項１２記載のチャンバ内クリーニング方法は、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のチャンバ内クリーニング方法において、前記金属は、Ａｌであることを特徴とする。
請求項１３記載のチャンバ内クリーニング方法は、請求項８記載のチャンバ内クリーニング方法において、前記堆積物が、ＣＦベースの第１の堆積物と、ＣＦベースでＳｉ及びＡｌの少なくともいずれかを含む第２の堆積物とを少なくとも含む多層堆積物の場合、前記第１の堆積物を、酸素ガスから生成されたプラズマによって除去し、前記第２の堆積物を、前記混合ガスから生成されたプラズマによって除去することを特徴とする。
請求項１４記載のチャンバ内クリーニング方法は、請求項８乃至１３のいずれか１項に記載のチャンバ内クリーニング方法において、前記堆積物を除去するクリーニングステップを、前記プラズマ処理が施された処理後の前記基板を前記チャンバから搬出した後、次に処理する処理前の前記基板を前記チャンバ内に搬入するまでに行うことを特徴とする。
請求項１記載のチャンバ内クリーニング方法によれば、酸素（Ｏ２）ガスとフッ素（Ｆ）含有ガスとの混合ガスから生成されたプラズマを静電チャックの外周部に照射して肩デポを除去するので、静電チャックの外周部に付着した堆積物を効率よく除去することができ、静電チャックの外周部以外の露出表面を、マスキング材で被覆するので、静電チャックの上部表面の外周部以外の中心部を削ることなく外周部に付着した堆積物を除去することができる。また、上部電極に、−８０Ｖ〜−１００Ｖの直流電圧を印加すると共に、混合ガス中の酸素ガスの混合比率を５０％以上とするので、上部電極の表面荒れを防止しつつ静電チャックの外周部に付着したＣＦベースでＳｉ及び金属の少なくともいずれかを含有する堆積物を除去することができる。
請求項２記載のチャンバ内クリーニング方法によれば、混合ガスを、静電チャックの外周部に向けて供給し、該混合ガスから生成されたプラズマを静電チャックの外周部のみに選択的に照射するので、静電チャックの外周部以外の中心部を削ることなく、静電チャックの外周部に付着した堆積物を効率よく除去することができる。
請求項３記載のチャンバ内クリーニング方法によれば、混合ガスのチャンバ内への供給圧力を１．３３×１０Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）〜１．３３×１０２Ｐａ（１０００ｍＴｏｒｒ）に調整するので、混合ガスを分散させることなく、該混合ガスから生成されたプラズマを静電チャックの外周部のみに照射して外周部に付着した堆積物を効率よく除去することができる。
請求項４記載のチャンバ内クリーニング方法によれば、マスキング材は、酸素ガス、アルゴンガス及びヘリウムガスの少なくともいずれかからなるマスキングガスであり、該マスキングガスを静電チャックの外周部を除く中心部に吹き付けるので、静電チャックの外周部以外の上部表面の削れを確実に防止することができる。
請求項５記載のチャンバ内クリーニング方法によれば、堆積物を除去するクリーニングステップの所要時間は、１０〜１８０秒間であり、クリーニングステップの開始当初の１０〜２０秒間だけ、上部電極へ印加する直流電圧を−１５０Ｖ〜−３００Ｖとするので、クリーニング開始当初から荒れている上部電極の表面を平滑化した後、静電チャックの外周部に付着した堆積物を除去することができる。
請求項８記載のチャンバ内クリーニング方法によれば、堆積物が多層堆積物であり、堆積物の各層に応じてプラズマを生成する処理ガス組成を変更するので、最適条件で効率よく多層堆積物を除去することができる。
請求項１３記載のチャンバ内クリーニング方法によれば、堆積物が、ＣＦベースの第１の堆積物と、ＣＦベースでＳｉ及びＡｌの少なくともいずれかを含有する第２の堆積物からなる多層堆積物の場合、第１の堆積物を、酸素ガスから生成されたプラズマによって除去し、第２の堆積物を、混合ガスから生成されたプラズマによって除去するので、最適条件で効率よく多層堆積物を除去することができる。
請求項１４記載のチャンバ内クリーニング方法によれば、堆積物を除去するクリーニングステップを、プラズマ処理が施された処理後の基板をチャンバから搬出した後、次に処理する処理前の基板をチャンバ内に搬入するまでに行うので、常に、堆積物が除去されたクリーンな静電チャックによって、良好なプラズマ処理を施すことができる。
本発明のチャンバ内クリーニング方法が適用される基板処理装置を示す断面図である。 図１における静電チャックの外周部近傍を示す拡大図である。 本発明の実施の形態におけるチャンバ内クリーニング方法を示す工程図である。 多層肩デポを示す断面図である。 多層肩デポを除去するチャンバ内クリーニング方法を示す工程図である。
まず、本発明の第１の実施の形態に係るチャンバ内クリーニング方法について説明する。
図１は、本実施の形態に係るチャンバ内クリーニング方法が適用される基板処理装置を示す断面図である。この基板処理装置は、基板としての半導体ウエハＷにＲＩＥ（Reactive Ion Etching）処理やアッシング処理等のプラズマ処理を施すように構成されている。
図１において、基板処理装置１０は、円筒形状の処理室（チャンバ）１１と、該チャンバ１１内に配置されて、被処理基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗを載置する載置台としての円柱状のサセプタ１２を備えている。
チャンバ１１の内壁面及びサセプタ１２の側壁面により、チャンバ内空間Ｓのガスをチャンバ１１の外部へ排出する流路として機能する排気流路１３が形成されている。排気流路１３の途中には排気プレート１４が配置されている。
排気プレート１４は多数の貫通孔を有する板状部材であり、チャンバ１１を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１の上部（以下、「反応室」という。）１５には後述するようにプラズマが発生する。また、チャンバ１１の下部（以下、「排気室（マニホールド）」という。）１６にはチャンバ１１内のガスを排出する排気管１７、１８が接続されている。排気プレート１４は反応室１５に発生するプラズマを捕捉又は反射してマニホールド１６への漏洩を防止する。
排気管１７にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）（図示省略）が接続され、排気管１８にはＤＰ（Dry Pump）（図示省略）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして減圧する。具体的には、ＤＰはチャンバ１１内を大気圧から中真空状態（例えば、１．３３×１０Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）以下）まで減圧し、ＴＭＰはＤＰと協働して処理室１１内を中真空状態より低い圧力である高真空状態（例えば、１．３３×１０−３Ｐａ（１．０×１０−２ｍＴｏｒｒ）以下）まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示省略）によって制御される。
チャンバ１１内のサセプタ１２には、第１の高周波電源１９及び第２の高周波電源２０がそれぞれ第１の整合器２１及び第２の整合器２２を介して接続され、第１の高周波電源１９は比較的高い周波数、例えば、６０ＭＨｚの高周波電力（励起用電力）をサセプタ１２に印加し、第２の高周波電源２０は比較的低い周波数、例えば、２ＭＨｚの高周波電力（バイアス用電力）をサセプタ１２に印加する。これにより、サセプタ１２は、該サセプタ１２及び後述するシャワーヘッド３０の間の処理空間Ｓに高周波電力を印加する下部電極として機能する。
サセプタ１２上には、静電電極板２３を内蔵する円板状の絶縁性部材からなる静電チャック（ＥＳＣ）２４が配置されている。サセプタ１２にウエハＷを載置するとき、該ウエハＷはＥＳＣ２４上に配される。ＥＳＣ２４では、静電電極板２３に直流電源２５が電気的に接続されている。静電電極板２３に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおけるＥＳＣ２４側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２３及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷはＥＳＣ２４に吸着保持される。
サセプタ１２上には、吸着保持されたウエハＷを囲うように、円環状のフォーカスリング２６が載置されている。フォーカスリング２６は、導電性部材、例えば、シリコンからなり、プラズマをウエハＷの表面に向けて収束し、ＲＩＥ処理の効率を向上させる。
また、サセプタ１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室２７が設けられている。冷媒室２７には、チラーユニット（図示省略）から冷媒用配管２８を介して低温の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）液が循環供給される。低温の冷媒によって冷却されたサセプタ１２はＥＳＣ２４を介してウエハＷ及びフォーカスリング２６を冷却する。
ＥＳＣ２４の上面におけるウエハＷが吸着保持される部分（以下、「吸着面」という。）には、複数の伝熱ガス供給孔２９が開口している。これら複数の伝熱ガス供給孔２９は伝熱ガスとしてのヘリウム（Ｈｅ）ガスを、吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給する。吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給されたヘリウムガスはウエハＷの熱をＥＳＣ２４に効率的に伝達する。
ＥＳＣ２４とは処理空間Ｓを隔てた天井部にシャワーヘッド３０が配置されている。シャワーヘッド３０は、処理空間Ｓに露出してＥＳＣ２４上に載置されたウエハＷに対向する上部電極３１と、絶縁性部材からなる絶縁板３２と、該絶縁板３２を介して上部電極３１を釣支する電極釣支体３３とを有し、上部電極３１、絶縁板３２及び電極釣支体３３はこの順で重畳されている。
上部電極３１は、導電性又は半導電性材料、例えば、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる。上部電極３１は、例えば、直径が３００ｍｍの円板状部材からなり、厚み方向に貫通する多数のガス流路３６を有する。上部電極３１には直流電源３７が接続されている。
電極釣支体３３は内部にバッファ室３９を有する。バッファ室３９はその中心軸がウエハＷの中心軸と同軸である円柱状の空間であり、円環状のシール材、例えば、Ｏリング４０によって内側バッファ室３９ａと外側バッファ室３９ｂに区分けされている。
内側バッファ室３９ａには処理ガス導入管４１が接続され、外側バッファ室３９ｂには処理ガス導入管４２が接続されており、処理ガス導入管４１，４２はそれぞれ内側バッファ室３９ａ及び外側バッファ室３９ｂに処理ガスを導入する。
処理ガス導入管４１，４２はそれぞれ流量制御器（ＭＦＣ）（図示省略）を有するので、内側バッファ室３９ａ及び外側バッファ室３９ｂへ導入される処理ガスの流量はそれぞれ独立的に制御される。また、バッファ室３９は電極釣支体３３のガス流路４３、絶縁板３２のガス流路４４及び上部電極３１のガス流路３６を介して処理空間Ｓと連通しており、内側バッファ室３９ａや外側バッファ室３９ｂへ導入された処理ガスはそれぞれ処理空間Ｓへ供給される。このとき、内側バッファ室３９ａ及び外側バッファ室３９ｂへ導入される処理ガスの流量又は圧力を調整することによって処理空間Ｓにおける処理ガスの分布を制御することができる。
図２は、図１におけるＥＳＣの外周部近傍を示す拡大図である。
図２において、フォーカスリング２６に囲まれ、ウエハＷを支持するＥＳＣ２４の外周部２４ａとフォーカスリング２６の側壁との間には隙間があり、この隙間におけるＥＳＣ２４の外周部２４ａに堆積物（以下、「デポ」という。）が付着している。このようなＥＳＣ２４の外周部２４ａの主として肩部に付着したデポ（以下、「肩デポ」という。）５０は、ＥＳＣ２４によるウエハＷの吸着エラーの原因となり、良好なプラズマ処理を実現する妨げとなる。
本発明者は、このような肩デポ５０であって、ＣＦベースでＳｉ及び金属の少なくともいずれかを含む肩デポ５０を効率よく除去する方法について鋭意研究した結果、Ｏ２ガスとＦ含有ガスを混合した混合ガスから生成されるプラズマを、ＥＳＣ２４の外周部２４ａに照射することによって、ＥＳＣ２４の外周部２４ａを除く中心部表面を削ることなく、肩デポ５０を効果的に除去できることを見出し、本発明に到達した。
図３は、本実施の形態におけるチャンバ内クリーニング方法を示す工程図である。このチャンバ内クリーニング方法は、ウエハレスドライクリーニング方法の一種である。なお、図３は、図１における要部を模式的に示したものであって、それぞれウエハＷを載置するＥＳＣ２４と、該ＥＳＣ２４とは処理空間Ｓを隔ててその上部に対向配置された上部電極３１を含むシャワーヘッド３０が示されている。
図３において、ＥＳＣ２４の外周部に堆積した肩デポ５０を除去する際は、先ず、所定のプラズマ処理、例えばエッチング処理又はアッシング処理が施された処理後のウエハＷをチャンバ１１から搬出して肩デポ５０を露出させる（図３（Ａ））。
次いで、チャンバ１１内の圧力をＡＰＣバルブ等によって、例えば１．０６×１０２Ｐａ（８００ｍＴｏｒｒ）に設定する。また、チャンバ内温度を例えば４０〜９０℃に設定する。そして、シャワーヘッド３０の外側バッファ室３９ｂから対応するガス流路を介してＯ２ガスを流量、例えば１２００ｓｃｃｍ、Ｆ含有ガスとしてＣＦ４ガス及びＳＦ６ガスをそれぞれ流量、例えば３００ｓｃｃｍでチャンバ１１内へ供給する。Ｏ２ガス、ＣＦ４ガス及びＳＦ６ガスからなる混合ガス（以下、「Ｆ含有混合ガス」という。）におけるＯ２ガスの混合比率は、５０％以上である。一方、内側バッファ室３９ａから対応するガス流路を介してＯ２単ガスを流量例えば１５００ｓｃｃｍでチャンバ１１内へ供給する。
そして、ＥＳＣ２４に励起用電力として７５０Ｗ、バイアス電力として０Ｗを印加する。このとき、外側バッファ室３９ｂから供給されたＯ２、ＣＦ４及びＳＦ６からなるＦ含有混合ガスは処理空間Ｓに印加された励起用電力によって励起されてプラズマになりイオンやラジカルが発生する（図３（Ｂ））。これらのイオンやラジカルのうち主としてＦラジカルがＥＳＣ２４の外周部２４ａに堆積したＣＦベースでＳｉ及びＡｌを含む肩デポ５０に衝突し、当該肩デポ５０を化学的に分解、除去する（図３（Ｃ））。
このとき、肩デポ５０に含まれるＳｉは、ＳｉＦｘとして、Ａｌは、ＡｌＦｘとして飛散し、最終的にチャンバ外に排出される。従って、肩デポ５０が分解、除去されることによってＳｉ又はＡｌがチャンバ内に滞留することはない。また、ＥＳＣ２４の外周部２４ａ以外の上部表面には、Ｏ２ガスから生成されたＯ２プラズマのラジカルが照射されるので（図３（Ｂ）参照）、ＥＳＣ２４の外周部２４ａ以外の上部表面へのＦラジカルの照射が妨げられる。従って、ＥＳＣ２４の外周部２４ａ以外の上部表面がＦラジカルによって削られることはない。なお、ＥＳＣ２４は、例えばＡｌ２Ｏ３で構成されているので、酸素ラジカルが照射されても安定であり、削られることはない。このときＯ２ガスから生成したプラズマは、ＥＳＣ２４の外周部２４ａを除く表面中心部を保護するマスク材として機能する。
このようにして、ＥＳＣ２４の肩デポ５０を分解、除去した後、次に処理する未処理のウエハＷをチャンバ１１内に搬入し、ＥＳＣ２４上に載置する。
本実施の形態によれば、Ｏ２ガス、ＣＦ４ガス及びＳＦ６ガスを含むＦ含有混合ガスから生成されたプラズマをＥＳＣ２４の外周部２４ａに照射するようにしたので、肩デポ５０がＳｉ及びＡｌを含むデポであっても、主としてプラズマ中のＦラジカルによって肩デポ５０を分解、除去することができる。また、このとき、ＥＳＣ２４の外周部を除く上部表面は酸素プラズマによって覆われるので、Ｆラジカルによって削られるのを防止することができる。
本実施の形態において、Ｆ含有混合ガスのチャンバ１１内への導入圧力を、１．３３×１０Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）〜１．３３×１０２Ｐａ（１０００ｍＴｏｒｒ）、好ましくは、５．３２×１０Ｐａ（４００ｍＴｏｒｒ）〜１．０６×１０２Ｐａ（８００ｍＴｏｒｒ）に調整する。導入圧力が１．３３×１０Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）よりも低いと、Ｆ含有混合ガスが分散しやすくなって方向性が定まらず、結果としてＦラジカルをＥＳＣ２４の外周部２４ａに照射することができなくなり、肩デポ５０を効率よく除去することができない。一方、導入圧力を１．３３×１０２Ｐａ（１０００ｍＴｏｒｒ）よりも高くしても得られる効果はほとんど変わらず、制御が煩雑になる。Ｆ含有混合ガスの導入圧力が、１．３３×１０Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）〜１．３３×１０２Ｐａ（１０００ｍＴｏｒｒ）の範囲、特に５．３２×１０Ｐａ（４００ｍＴｏｒｒ）〜１．０６×１０２Ｐａ（８００ｍＴｏｒｒ）の範囲内であれば、Ｆ含有混合ガスから生成したＦラジカルをＥＳＣ２４の外周部２４ａのみに選択的に照射して肩デポ５０を効率よく分解、除去することができる。
本実施の形態において、Ｆ含有混合ガスに適用されるＦ含有ガスとしては、ＣｘＦｙガス、ＳＦ６ガス、ＮＦ３ガス、Ｆ２ガス等を適用することができる。また、ＥＳＣ２４の外周部２４ａ以外の表面を覆うマスキングガスとしては、酸素ガスの外、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス等を用いることができる。
本実施の形態において、シャワーヘッド３０がＳｉ又はＳｉＣで構成されている場合は、シャワーヘッド３０にプラズマ中のイオンを吸引するためのバイアス電圧を印加し、且つＦ含有混合ガスにおけるＯ２ガスの混合比率を５０％以上にすることが好ましい。Ｓｉ又はＳｉＣからなるシャワーヘッド３０がＦラジカルに被曝され、表面が凸凹状になる、いわゆるブラックシリコン（black silicon）化を防止するためである。
ここで、Ｓｉ及びＳｉＣ部材のブラックシリコン化について、Ｓｉ部材を例にして説明する。
Ｓｉからなる構成部材、例えばシャワーヘッドがプラズマ中の酸素ラジカル及びＦラジカルに曝されると、シャワーヘッド表面のＳｉは酸素ラジカルによって酸化されてＳｉＯ２になる。このとき、ミクロ的には、シャワーヘッド表面のＳｉが均一にＳｉＯ２に酸化されるのではなく、斑状に酸化されてＳｉＯ２になり、斑状に酸化されていないＳｉが残存する。そして、Ｆラジカルは、一定以上のエネルギーがないとＳｉＯ２とは反応しないが、酸化されずに残ったＳｉとはエネルギーがなくても自発的に反応するので、斑状に残存したＳｉと反応し、当該ＳｉをＳｉＦｘとして飛散させ、Ｓｉが存在した部分に凹部を形成する。このようにしてシャワーヘッド表面に斑状に形成された凹部に、さらにＦラジカルが侵入し、当該凹部表面のＳｉと反応して同様にＳｉＦｘとして飛散させ、より大きい凹部を形成する。このようにして、シャワーヘッド表面の凹凸がより大きくなって、ブラックシリコンのような凹凸表面となる。
本実施の形態においては、シャワーヘッド３０のブラックシリコン化を防止するために、Ｓｉ又はＳｉＣからなるシャワーヘッド３０が酸素ラジカル及びＦラジカルに曝される肩デポ５０のクリーニング時に、シャワーヘッド３０にバイアス電圧を印加し、プラズマ中のイオンを吸引し、該イオンによってＳｉが酸化されたＳｉＯ２部分及び未だ酸化されていないＳｉ部分を均等にスパッタリングし、これによって、シャワーヘッド３０表面を平滑化してブラックシリコン化を防止する。
このとき、シャワーヘッド３０に印加するバイアス電圧を、例えば−３００Ｖ程度までその絶対値を高めることによって、ＦラジカルのＳｉＯ２に対するＳｉへの選択性がなくなり、ＳｉＯ２とＳｉの両方が均等に削られるようになるので、Ｆ含有混合ガスにおけるＯ２濃度の如何に拘わらずブラックシリコン化を防止することができる。しかしながら、バイアス電圧の増大に伴ってシャワーヘッド３０表面の削れ量も多くなるので、シャワーヘッド３０の摩耗が促進されてしまう。
従って、本実施の形態においては、Ｓｉからなるシャワーヘッド３０のブラックシリコン化を防止しつつ、シャワーヘッド３０の摩耗量を最小限にするために、シャワーヘッド３０に印加する直流電圧を−８０Ｖ〜−１００Ｖとし、且つＦ含有混合ガス中のＯ２ガスの混合比率を５０％以上とする。この条件を満たすことにより、シャワーヘッド３０の表面の削れ量を必要最小限に保持しつつブラックシリコン化を防止して肩デポ５０を良好に分解、除去することができる。
バイアス電圧の絶対値を８０Ｖよりも小さくするとイオンの引き込み量が不十分で、十分なブラックシリコン化防止効果が得られず、一方、バイアス電圧の絶対値を１００Ｖよりも大きくするとイオンの引き込み量が多くなりすぎて、シャワーヘッド３０表面を必要以上に削って摩耗させることになる。
本実施の形態において、肩デポ５０を除去するクリーニング開始当初から、既にシャワーヘッド３０の表面が荒れている場合は、シャワーヘッド３０に印加するバイアス電圧をクリーニング開始当初の所定時間だけ高くしてシャワーヘッド３０の表面を積極的に削って平滑化することができる。
このとき、クリーニング開始当初のシャワーヘッド３０に印加するバイアス電圧を−１５０Ｖ〜−３００Ｖとする。また、肩デポ５０を分解、除去する全クリーニング時間は、例えば１０〜１８０秒間であり、クリーニング開始当初の高いバイアス電圧を印加する時間を、例えば１０〜２０秒間とする。これによって、クリーニング開始当初は、シャワーヘッド３０の表面に比較的多量のイオンを引きつけて該イオンによって荒れた表面を積極的にスパッタリングして平滑化し、その後、通常の条件、例えば−８０Ｖ〜−１００Ｖのバイアス電圧を印加してブラックシリコン化を防止しつつＥＳＣ２４の外周部に付着した肩デポ５０を分解、除去する。
このとき、クリーニング開始当初のバイアス電圧の絶対値を１５０Ｖよりも小さくすると、イオンの引き込み量が不足してシャワーヘッド３０の表面平滑化効果が十分得られない。一方、バイアス電圧の絶対値を３００Ｖよりも大きくすると、イオン引き込み量が多すぎてシャワーヘッド３０の表面が削れ過ぎて摩耗を促進させることになる。また、バイアス電圧を高くするクリーニング開始当初の時間が１０秒よりも短いと、シャワーヘッド３０の表面平滑化効果が不十分であり、一方、２０秒を超えるとシャワーヘッド３０の表面を必要以上に削ることになる。
クリーニング開始当初の所定時間内において、且つバイアス電圧の絶対値を適正範囲内で高くすることにより、シャワーヘッド３０の表面の平滑性を回復させ、且つその後の表面荒れを抑制できるので、チャンバ内のクリーニング又はメンテナンスサイクルが延び、これによって基板処理装置における処理効率又は生産性が向上する。
本実施の形態において、バイアス電圧として直流電圧を用いたが、同様の効果が得られる交流電圧を印加することもできる。
本実施の形態において、肩デポ５０は、ＣＦベースで、Ｓｉ及び金属のうち少なくともいずれかを含むデポである。Ｃ及びＦはＣＨＦ３等のデポガスの構成元素であり、Ｓｉ及びメタル例えばＡｌは、チャンバ内部材又はウエハＷから放出されたものである。すなわち、Ｓｉは、例えばＳｉＯ２からなるハードマスクをマスク材として有機膜をエッチングする際にハードマスクから放出される。またハードマスクとして、例えばＴｉＯ２膜を用いた場合は、Ｔｉが放出され、肩デポ５０にＴｉが混入することになる。Ａｌは、チャンバ内部材、例えばＥＳＣ２４の構成元素であり、チャンバ内部材から放出される。
本実施の形態において、Ｓｉ又はＳｉＣからなるチャンバ内部材としてシャワーヘッドについて説明したが、フォーカスリング又はその他のチャンバ内部材がＳｉ又はＳｉＣで構成されている場合は、当該フォーカスリング等についても同様に対処することができる。
本実施の形態において、肩デポ５０を除去するクリーニングステップは、枚葉に、すなわち、各ウエハＷに対してプラズマ処理を行うごとに実施される。
次に、本発明の第２の実施の形態に係るチャンバ内クリーニング方法ついて説明する。
本実施の形態は、肩デポが多層のデポからなる多層肩デポである場合、多層肩デポの各層に応じてクリーニング条件、特に、プラズマを生成する処理ガス組成を変更するものである。
図４は、多層肩デポを示す断面図である。図４において、ＥＳＣ２４の外周部２４ａに多層肩デポ６０が付着、堆積している。多層肩デポ６０は、ＣＦ成分からなる下層デポ６１と、下層デポ６１の表面に堆積したＣＦベースにＳｉ及びＡｌを含有する中間層デポ６２と、中間層デポ６２の表面に堆積したＣＦ成分からなる上層デポ６３とで構成されている。下層デポ６１及び上層デポ６３の主成分は、炭素（Ｃ）、フッ素（Ｆ）、及び酸素（Ｏ）である。一方、中間層デポ６２の主成分は、炭素（Ｃ）、フッ素（Ｆ）、酸素（Ｏ）、珪素（Ｓｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）である。
このような多層肩デポは、以下のようにして除去される。
図５は、多層肩デポ６０を除去するチャンバ内クリーニング方法を示す工程図である。
図５において、多層肩デポ６０をクリーニングする際は、先ず、図１の基板処理装置１０のＥＳＣ２４に載置された処理後のウエハＷを搬出して多層肩デポ６０を露出させる（図５（Ａ））。次いで、チャンバ１１内の圧力をＡＰＣバルブ等によって、例えば１．０６×１０２Ｐａ（８００ｍＴｏｒｒ）に設定する。また、チャンバ内温度を例えば４０〜９０℃に設定する。
そして、シャワーヘッド３０の外側バッファ室３９ｂから対応するガス流路を介してＯ２単ガスを流量、例えば１５００ｓｃｃｍでチャンバ１１内へ供給する。そして、ＥＳＣ２４に励起用電力として、例えば７５０Ｗを印加し、バイアス電力として０Ｗを印加する。このとき、チャンバ内に供給されたＯ２ガスは処理空間Ｓに印加された励起用電力によって励起されてプラズマになり、イオンやラジカルが発生する（図５（Ｂ））。これらのイオンやラジカルはＥＳＣ２４の外周部２４ａに堆積した多層肩デポ６０の上層デポ６３に衝突し、当該上層デポ６３を分解、除去する（図５（Ｃ））。
このとき、ＥＳＣ２４は、例えばＡｌ２Ｏ３で構成されているので、酸素プラズマによってエッチングされることがない。従って、外側バッファ室３９ｂだけでなく内側バッファ室３９ａからも酸素ガスを導入してもよく、また、ＥＳＣ２４の表面を覆うマスキング材を適用する必要はない。
上層デポ６３を分解、除去した後、Ｏ２ガスの供給を停止してチャンバ１１内をクリーニング開始当初の初期状態に戻す。その後、シャワーヘッド３０の外側バッファ室３９ｂから対応するガス流路を介してＯ２ガス及びＣＦ４ガスの混合ガスをチャンバ１１内へ供給する。Ｏ２ガスの流量は、例えば１５００ｓｃｃｍ、ＣＦ４ガスの流量は、例えば１５００ｓｃｃｍであり、Ｏ２ガス及びＣＦ４ガスからなるＦ含有混合ガスにおけるＯ２ガスの混合比率は、５０％である。また、このとき、内側バッファ室３９ａから対応するガス流路を介してＯ２単ガスを流量、例えば１５００ｓｃｃｍでチャンバ１１内へ供給する。
そして、ＥＳＣ２４に励起用電力として７５０Ｗ、バイアス電力として０Ｗを印加する。このとき、外側バッファ室３９ｂから供給されたＯ２ガス及びＣＦ４ガスを含むＦ含有混合ガスは処理空間Ｓに印加された高周波電力によって励起されてプラズマになり、イオンやラジカルが発生する（図５（Ｄ））。これらのイオンやラジカルのうち主としてＦラジカルが多層肩デポ６０の中間層デポ６２に衝突し、該中間層デポ６２を分解、除去する（図５（Ｅ））。
このとき、ＥＳＣ２４の外周部２４ａ以外の上部表面には、Ｏ２プラズマのラジカルが照射され、これによってＥＳＣ２４の外周部２４ａ以外の上部表面へのＦラジカルの照射が妨げられる。従って、ＥＳＣ２４の外周部２４ａ以外の上部表面がＦラジカルに被曝されて削れることはない。
中間層デポ６２を分解、除去した後、Ｆ含有混合ガス及びＯ２単ガスの供給を停止してチャンバ１１内を初期状態に戻す。その後、シャワーヘッド３０の外側バッファ室３９ｂから対応するガス流路を介してＯ２単ガスを流量、例えば１５００ｓｃｃｍでチャンバ１１内へ供給する。そして、ＥＳＣ２４に励起用電力として７５０Ｗ、バイアス電力として０Ｗを印加する。このとき、チャンバ内に供給されたＯ２ガスは処理空間Ｓに印加された高周波電力によって励起されてプラズマになり、イオンやラジカルが発生する（図５（Ｆ））。
これらのイオンやラジカルはＥＳＣ２４の外周部の肩部２４ａに堆積した下層デポ６１に衝突し、該下層デポ６１を分解、除去する（図５（Ｇ））。このようにして、ＥＳＣ２４の外周部に堆積した多層肩デポ６０を分解、除去した後、所定のプラズマ処理を施す未処理のウエハＷをチャンバ１１内に搬入する。
本実施の形態によれば、Ｓｉや金属を含まないＣＦ成分をベースとする下層デポ６１及び上層デポ６３と、ＣＦベースにＳｉ及び金属としてＡｌを含む中間層デポ６２とからなる多層肩デポ６０を、各層に見合ったプラズマを用いて効率よく分解、除去することができる。
本実施の形態において、処理ガスをＯ２単ガスからＦ含有混合ガスに切り換えるタイミング、及びＦ含有混合ガスからＯ２単ガスに切り換えるタイミングは、通常、事前に同様の多層肩デポ６０を用いた実験等によって求められる。なお、チャンバ内に特定元素の検知手段を装備し、クリーニング中における特定の元素の検出又は、検出停止をトリガーとして切り換えることもできる。
本実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様、シャワーヘッド３０のブラックシリコン化を防止する対策、及びクリーニング当初からシャワーヘッド３０表面が荒れている場合は、クリーニング開始当初に表面を平滑化する対策を講ずることができる。
上述した各実施の形態において、プラズマ処理が施される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）を含むＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。
また、本発明の目的は、上述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した各実施の形態の機能が実現されるだけではなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等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各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、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、そのプログラムコードの指示に基づき、その拡張機能を拡張ボードや拡張ユニットに備わるＣＰＵ等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各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
１０ 基板処理装置
１１ 処理室（チャンバ）
２４ 静電チャック（ＥＳＣ）
３０ シャワーヘッド
３１ 上部電極
３６、４３、４４ ガス流路
３９ バッファ室
３９ａ 内側バッファ室
３９ｂ 外側バッファ室
５０ 肩デポ
６０ 多層肩デポ

Claims (14)

  1. 基板にプラズマ処理を施す基板処理装置のチャンバ内に設けられ、前記基板を載置する台状の静電チャックの外周部に付着したＣＦベースでＳｉ及び金属のうち少なくとも１つを含有する堆積物を除去するチャンバ内クリーニング方法において、
    酸素ガスとフッ素含有ガスとの混合ガスから生成されたプラズマを前記静電チャックの外周部に照射して前記堆積物を除去し、前記静電チャックの外周部以外の露出表面を、マスキング材で被覆し、
    前記基板処理装置は、前記静電チャックとは空間を隔てて対向する上部に、Ｓｉ又はＳｉＣからなる上部電極を備えており、該上部電極に、−８０Ｖ〜−１００Ｖの直流電圧を印加すると共に、前記混合ガス中の酸素ガスの混合比率を５０％以上とすることを特徴とするチャンバ内クリーニング方法。
  2. 前記混合ガスを、前記静電チャックの外周部に向けて供給し、前記混合ガスから生成されたプラズマを前記静電チャックの外周部のみに選択的に照射することを特徴とする請求項１記載のチャンバ内クリーニング方法。
  3. 前記混合ガスの前記チャンバ内への供給圧力を１．３３×１０Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）〜１．３３×１０２Ｐａ（１０００ｍＴｏｒｒ）に調整することを特徴とする請求項２記載のチャンバ内クリーニング方法。
  4. 前記マスキング材は、酸素ガス、アルゴンガス及びヘリウムガスの少なくともいずれかからなるマスキングガスであり、該マスキングガスを前記静電チャックの外周部を除く中心部に吹き付けることを特徴とする請求項１記載のチャンバ内クリーニング方法。
  5. 前記堆積物を除去するクリーニングステップの所要時間は、１０〜１８０秒間であり、前記クリーニングステップの開始当初の１０〜２０秒間だけ、前記上部電極へ印加する直流電圧を−１５０Ｖ〜−３００Ｖとすることを特徴とする請求項１記載のチャンバ内クリーニング方法。
  6. 前記金属は、Ａｌであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のチャンバ内クリーニング方法。
  7. 前記堆積物を除去するクリーニングステップを、前記プラズマ処理が施された処理後の前記基板を前記チャンバから搬出した後、次に処理する処理前の前記基板を前記チャンバ内に搬入するまでに行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のチャンバ内クリーニング方法。
  8. 基板にプラズマ処理を施す基板処理装置のチャンバ内に設けられ、前記基板を載置する台状の静電チャックの外周部に付着したＣＦベースでＳｉ及び金属のうち少なくとも１つを含有する堆積物を除去するチャンバ内クリーニング方法において、
    酸素ガスとフッ素含有ガスとの混合ガスから生成されたプラズマを前記静電チャックの外周部に照射して前記堆積物を除去し、前記静電チャックの外周部以外の露出表面を、マスキング材で被覆し、
    前記堆積物は多層堆積物であり、前記堆積物の各層に応じて前記プラズマを生成する処理ガス組成を変更することを特徴とするチャンバ内クリーニング方法。
  9. 前記混合ガスを、前記静電チャックの外周部に向けて供給し、前記混合ガスから生成されたプラズマを前記静電チャックの外周部のみに選択的に照射することを特徴とする請求項８記載のチャンバ内クリーニング方法。
  10. 前記混合ガスの前記チャンバ内への供給圧力を１．３３×１０Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）〜１．３３×１０ ２ Ｐａ（１０００ｍＴｏｒｒ）に調整することを特徴とする請求項９記載のチャンバ内クリーニング方法。
  11. 前記マスキング材は、酸素ガス、アルゴンガス及びヘリウムガスの少なくともいずれかからなるマスキングガスであり、該マスキングガスを前記静電チャックの外周部を除く中心部に吹き付けることを特徴とする請求項８記載のチャンバ内クリーニング方法。
  12. 前記金属は、Ａｌであることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のチャンバ内クリーニング方法。
  13. 前記堆積物が、ＣＦベースの第１の堆積物と、ＣＦベースでＳｉ及びＡｌの少なくともいずれかを含む第２の堆積物とを少なくとも含む多層堆積物の場合、前記第１の堆積物を、酸素ガスから生成されたプラズマによって除去し、前記第２の堆積物を、前記混合ガスから生成されたプラズマによって除去することを特徴とする請求項８記載のチャンバ内クリーニング方法。
  14. 前記堆積物を除去するクリーニングステップを、前記プラズマ処理が施された処理後の前記基板を前記チャンバから搬出した後、次に処理する処理前の前記基板を前記チャンバ内に搬入するまでに行うことを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載のチャンバ内クリーニング方法。
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