JP6280408B2 - 処理ガス流量の決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置における処理ガス流量の決定方法に関する。

ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やマイクロプロセッサ等の半導体装置の製造工程において、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）が広く用いられている。プラズマを用いた半導体装置の加工における課題の１つに、ウエハに付着する金属元素の付着量を低減すること（金属汚染の低減）が挙げられる。例えば鉄やアルミなどの金属原子がウエハに付着した状態でデバイスの製造を行うと、デバイス特性を劣化させる原因となり、歩留まり低下を引き起こす。そのため、被処理体に対して所定の処理を行う前（被処理体を搬入する前）に、内壁にＳｉ系の薄膜をコーティングする処理を施すことにより、内壁材料をプラズマに対して露出させないことにし、内壁の消耗に起因した金属原子の放出を抑制する方法も検討されている。また、処理室の内壁に使う材料に金属の含有量が少ない素材や、消耗量の少ない素材の採用が進められており、例えば、特許文献１にはプラズマに曝される部材を石英とし、アースはアルミナ等の絶縁性セラミックで被覆する技術が開示されている。

特開２００１−２１７２２５号公報

これまでに、金属汚染を低減するさまざまな方法が検討されてきたが、デバイスの微細化に伴って、金属汚染の低減の要求値がより厳しくなっており、更なる対策が必要となっている。

そこで発明者等は、プラズマ処理室側壁部に石英製のインナーチャンバーが配置され、プラズマによる消耗量が少ない絶縁性セラミック系材料（ここではイットリア；Ｙ_２Ｏ_３）で被覆されたアースがインナーチャンバー下部に設けられたドライエッチング装置における金属汚染源について検討した。その結果、Ｎ枚目のウエハへのエッチング処理とそのあとのＮ＋１枚目のウエハへのエッチング処理の間に、ステージ電極（ウエハ戴置電極）の上にダミーのウエハを戴置しない状態でチャンバー内に堆積した反応副生成物等の除去のためのクリーニング放電を行うと、ステージ電極のウエハ戴置面の材料が例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする場合、ステージ電極のウエハ戴置面がプラズマの照射によって消耗し、アルミニウム（Ａｌ）がチャンバー内に飛散してチャンバー内壁を汚染し、これがプロセス中に内壁、特に絶縁性セラミックで被覆されたアース部分から脱離してウエハに付着し、ウエハに対する金属汚染を引き起こす可能性のあることが分かった。

本発明の目的は、クリーニング放電に起因して発生する金属によるアース汚染を低減・防止可能な処理ガス流量の決定方法を提供することにある。

本発明の代表的なものの一例を示せば以下の通りである。即ち、プラズマを用いて被処理体を処理する処理室と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室を減圧する排気手段と、前記プラズマを生成するための高周波電源と、前記被処理体を戴置するためのステージ電極と、前記被処理体に入射するイオンを加速するための高周波バイアス電源とを備え、前記処理室の側面には絶縁性セラミックで被覆されたアースが設置され、該アースより上方の空間の内壁は石英材料で構成されたプラズマ処理装置を用いたＮ枚目の被処理体への所定のプラズマ処理とＮ＋１枚目の被処理体への所定のプラズマ処理の間に前記ステージ電極の載置面が露出した状態で行われるクリーニング放電における処理ガス流量の決定方法において、
前記ステージ電極の表面を構成する金属元素の拡散係数をＤ、前記ステージ電極の被処理体載置面と前記アースとの間の平均距離をＬ、前記クリーニング放電における処理ガスの前記被処理体載置面上方のプラズマ放電空間における滞在時間をＴｇとした場合、
Ｔ_ｇ ≦ Ｌ^２ ／（２×Ｄ）
の式を満たすように、前記クリーニング放電における前記処理ガスの流量を決定することを特徴とする処理ガス流量の決定方法とする。

また、プラズマにより被処理体が処理され前記プラズマに曝される部材が石英で構成された処理室と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室の内部に配置され前記被処理体が載せられる載置面が金属元素を含む材料で構成されたステージ電極と、前記処理室の側壁に配置され絶縁性セラミックで被覆されたアースとを備えたプラズマ処理装置の前記処理室のクリーニング放電における処理ガス流量の決定方法において、
前記クリーニング放電は前記載置面が露出された状態で行われ、
前記金属元素の拡散係数をＤ、前記載置面と前記アースとの間の平均距離をＬ、前記クリーニング放電における処理ガスの前記載置面上方のプラズマ放電空間における滞在時間をＴｇ、前記処理室における前記被処理体が配置される上方の放電空間の容積をＶ、前記処理ガスの流量をＦ、前記処理室の圧力をＰとした場合、
Ｔ_ｇ ＝ Ｖ ／ （Ｆ×１０^５／Ｐ） ≦ Ｌ^２ ／（２×Ｄ）
の式を満たすように、前記クリーニング放電における前記処理ガスの流量Ｆを決定することを特徴とする処理ガス流量の決定方法とする。

本発明によれば、クリーニング放電に起因して発生する金属によるアース汚染を低減・防止可能な処理ガス流量の決定方法を提供することができる。

ウエハ無しチャンバー内クリーニング放電において、クリーニングガス流量が大きい場合のクリーニングガスの流れと金属元素の流れを示す模式図である。 ウエハ無しチャンバー内クリーニング放電において、クリーニングガスの流量が小さい場合のクリーニングガスの流れと金属元素の流れ示す模式図である。 本発明の実施例に係る処理ガス流量決定方法を説明するために用いたプラズマ処理装置の一例を示す概略構成断面図である。 図２に示したプラズマ処理装置の処理シーケンスの一例であり、上段は処理内容、２段目はガス流量、３段目は放電電力、下段はウエハバイアス電力を示す。 ガス流量とウエハ上方の空間におけるガスの滞在時間との関係を示す図である。 エッチング処理における除電時の状態を説明するためのドライエッチング装置の概略断面図である。 ウエハ搬出時の状態を説明するためのドライエッチング装置の概略断面図である。 クリーニング放電における前半部の状態を説明するためのドライエッチング装置の概略断面図である。 クリーニング放電における後半部の状態を説明するためのドライエッチング装置の概略断面図である。 エッチング処理の除電時において、除電ガス流量が大きい場合の除電ガスの流れと金属元素の流れを示す模式図である。 エッチング処理の除電時において、除電ガス流量が小さい場合の除電ガスの流れと金属元素の流れを示す模式図である。

本発明において、クリーニング放電に起因して発生する金属によるアース汚染を低減・防止するために、ステージ電極の被処理体載置面の消耗（エッチング）により発生した金属元素がアースへ到達する前に排気する。以下本発明について実施例により詳細に説明する。なお、図中において同一符号は同一構成要素を示す。

本発明の実施例に係る処理ガス流量の決定方法について、図面を参照しながら以下で説明する。

図２は、本発明の実施例に係る処理ガス流量決定方法を説明するために用いたプラズマ処理装置の代表的な構成例として、μ波−ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマエッチング装置の主要部を示す。プラズマ生成のためのマイクロ波は導波管１０３を通して、空洞共振部１３７に伝送され、チャンバー１０９の上部に設置された石英天板１０６、及び、シャワープレート１０５を介して処理室１０１に導入される。なお、符号１０７はプラズマを生成するための高周波電源である。処理ガスはガス供給手段１５０からガス供給ライン１５１を介して、シャワープレート１０５と天板１０６との間の空間に供給され、シャワープレート１０５に設けられているガス穴（図示せず）を介して処理室１０１に導入される。被処理体（ウエハ）１０２を戴置するためのステージ電極１０４はシャワープレート１０５の下方に、シャワープレートと対向して設置されており、ウエハに高周波バイアスを印加するための高周波バイアス電源１０８に接続されている。ステージ電極１０４のウエハ戴置面はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする素材で構成されている。処理室１０１を減圧し、且つ、供給された処理ガスを排気するめの排気手段として、チャンバー１０９の下方にターボ分子ポンプ１４１が調圧バルブ１４３を介して取り付けられている。また、図示していないがチャンバー１０９の周りには磁場を形成するための磁場コイル、及びステージ電極１０４に対して電気的に吸着させるための静電吸着のための電源が設置されている。

処理室１０１においてウエハ１０２よりも上方の空間を形成している側壁部分にはインナーチャンバー１３５が設置されている。このインナーチャンバーは石英材料を用いる。インナーチャンバー１３５の下方にはアース１３０が設置されている。このアース１３０を構成する部材はアルミ等金属の表面にイットリアやアルミナなどの絶縁性のセラミック系材料の層を形成させたものである。従って、プラズマ放電空間における内壁材料はアース１３０を除き、石英となっている。

次にプロセスフローについて図３に示した処理シーケンスの例を用いて説明する。図３の上段は処理内容を示す。ここでは、Ｎ枚目のウエハを搬入し、Ｎ枚目のウエハに対してエッチン処理を行い、その後、Ｎ枚目のウエハを搬出した後、処理室内のクリーニング放電を行い、その後、次のＮ＋１枚目のウエハを搬入してエッチング処理を行う場合を示している。

図３の２段目は、処理室内に供給するガス流量を示している。ウエハ搬入（Ｓ３０１）の時とウエハ搬出（Ｓ３０３）の時にはキャリアガスとしてＡｒガスを供給する。これは、内壁等から発生した異物粒子がウエハに付着しないようにすることを目的に異物粒子をガスの流れによって積極的にチャンバー下方へ輸送するためである。また、前の処理で残留している残留ガスを積極的に排気するためでもある。エッチング処理（Ｓ３０２）では、エッチング処理１（ＥＳ１）とエッチング処理２（ＥＳ２）、エッチング処理３（ＥＳ３）の３つの処理を連続して行う場合を示している。図３の３段目は、高周波電源から供給されるプラズマ生成のための放電電力、下段は、高周波バイアス電源から供給されるウエハへのバイアス電力を示している。エッチング処理（Ｓ３０２）が終わってウエハを搬出（Ｓ３０３）した後、次のウエハを搬入する前に、処理室内をクリーニングするためのクリーニング放電（Ｓ３０４）を行う。すなわちクリーニング放電（Ｓ３０４）では、ステージ電極１０４にウエハ１０２が戴置されていない「ウエハ無し」の状態でクリーニングを行う（以後、「ウエハ無しクリーニング」などと呼ぶ）。このクリーニング放電（Ｓ３０４）では、ステージ電極のウエハ戴置面がプラズマ照射によって消耗しないよう、バイアス電力はゼロとする。クリーニング放電（Ｓ３０４）の初期ではクリーニングガス１（ＣＧ１）を用いて放電を行い、その後ガスを切り替え、クリーニングガス２（ＣＧ２）を用いて放電を行う。なお、符号ＳＧ１〜ＳＧ３はエッチング処理ガス１〜３、符号ＪＳは除電処理、符号ＪＧは除電ガスを示す。

次に図１Ａ、図１Ｂを用いて、ウエハ無しクリーニングに起因するチャンバー内における金属汚染の低減方法について述べる。図１Ｂは、ウエハ無しクリーニング放電においてクリーニングガスの流量が少ないときのクリーニングガスの流れ１１５と、クリーニング放電により生じたプラズマ１１０に起因してステージ電極１０４のウエハ戴置面から発生したアルミニウム（Ａｌ）等の金属元素の流れ１２２を示す模式図である。図１Ｂに示すようにクリーニングガスの流量が少ない場合、金属元素は比較的等方向的に飛散する。一方、図１Ａはクリーニングガスの流量が多い場合のＡｌ等の金属の流れ１２１を示す。この場合、ステージ電極１０４から発生した金属元素は、クリーニングガスの流れ１１５に乗りクリーニングガスと共に速やかに排気される。そのため、クリーニングガスの流量を大きくすることによって内壁へのＡｌ等の金属元素の付着量を低減することができる。また、クリーニングガスの流れ１１５により発生したＡｌ等の金属元素を効率よく排気するためには、クリーニングガスの流れ１１５が粘性流としての性質を持っていることが必要である。そのためには処理室内の圧力は高い方がよい。

次に内壁のどの部分への付着が問題になるかについて説明する。発明者等が検討した結果、内壁の汚染において相対的に大きな問題となる部位はアース１３０であることが分かった。以下、詳細に説明する。クリーニング放電（Ｓ３０４）ではクリーニングガスとして例えばＳＦ_６など、石英を一定量エッチングする効果のあるガスを用いる。これにより、プラズマ１１０に曝されるチャンバー側面や天板、シャワープレートに石英を内壁材として用いている場合、クリーニング放電中に一定量消耗（エッチング）され、ウエハ無しクリーニング放電中にステージ電極１０４のウエハ戴置面から発生したＡｌ等の金属元素が石英表面に付着しても、石英自体の消耗により、アルミニウム（Ａｌ）等の金属元素は内壁から除去されてしまう。一方で、金属製のアース１３０は、ステージ電極１０４に高周波バイアスが印加されるエッチングプロセス中における比較的高いエネルギーのイオンの入射による消耗を低減し、寿命を長くするために耐プラズマ材料を用いる必要があり、イットリア等の絶縁性セラミックで被覆されて用いられる。そのため、ステージ電極１０４に高周波バイアスを印加しないクリーニング放電中には、アース１３０の表面の消耗はほとんど無い。そのため、アース１３０の表面に付着したＡｌ等の金属元素は、石英表面に付着したＡｌ等の金属元素のように簡単に除去することができない。そのため、チャンバー側面や天板に石英を用い、絶縁性セラミックで被覆されたアースが配置されたチャンバー内においては、アース１３０に付着した金属元素が金属汚染として最も大きな問題となる。

次にアースへのＡｌ等の金属元素の付着量を低減するためのクリーニングガス（処理ガス）の流量の決定方法について説明する。試料台（ステージ電極）のウエハ載置面とアースとの間の平均距離をＬ、クリーニング放電ガスにおける金属元素の拡散係数をＤとすると、平均距離Ｌの拡散に必要な時間Ｔ_ｍは下記のように示される。

Ｔ_ｍ ＝ Ｌ^２ ／（２×Ｄ） （１）

ウエハ上方の放電空間の容積をＶ、処理ガスの供給量（流量）をＦ、圧力をＰとすると、処理ガスのウエハ上方の空間における滞在時間Ｔ_ｇは、

Ｔ_ｇ ＝ Ｖ ／ （Ｆ×１０^５／Ｐ） （２）

となる。そして、ステージ電極のウエハ戴置面から発生した金属元素がアースに届くよりも早く処理ガスが排気される場合、すなわち

Ｔ_ｍ ＞ Ｔ_ｇ （３）

である場合、大半の金属元素はアースに到達することなく、処理ガスの流れに乗って排気される。式（２）と式（３）の意図は図４に示した。図４はガス流量とウエハ上方の空間におけるガスの滞在時間Ｔ_ｇとの関係を示す図である。処理ガスの流量を増加させると、処理ガスの滞在時間Ｔ_ｇが短くなり、特に、処理ガスの滞在時間Ｔ_ｇの方が、ステージ電極から発生した金属元素のアースまでの拡散に必要な時間Ｔ_ｍよりも短い場合、アースの金属汚染を大きく低減できる。なお、例えばＴ_ｍとＴ_ｇのオーダーが同程度、すなわち

Ｔ_ｍ ≒ Ｔ_ｇ （４）

の場合では、多少Ｔ_ｍの方がＴ_ｇよりも大きくても、できるだけガス流量を多く供給して、Ｔ_ｇを小さくすることによりアースへの金属元素の付着を一定程度低減できる。

次にＴ_ｍ、及び、Ｔ_ｇについて具体的な数値の例を示す。例えば、ＳＦ_６ガスををクリーニングガスとして用いる場合、Ａｌ原子のＳＦ_６ガス中における拡散係数Ｄは、ＳＦ_６の分子半径を０．２８ｎｍ、Ａｌの原子半径を０．１４ｎｍ、ガス温度を室温程度と考えると、圧力１Ｐａでは約１．１ｍ^２／ｓとなる。ステージ電極のウエハ戴置面からアースまでの平均距離Ｌを２５ｃｍとすると、式（１）よりアースまで到達する平均的な時間は０．０２８ｓとなる。

一方で、アースを含む上方の空間の直径Ｗを約４５ｃｍ、高さＨを約２０ｃｍとすると、ガスの流量を約６５０ｃｃｍ（ｍｌ／ｍｉｎ）以上としたとき、処理ガスの滞在時間Ｔｇは約０．０２８ｓ以下となる。従って、クリーニングガスの流量は６５０ｃｃｍ以上が望ましい判断される。

次に処理室内の圧力について述べる。粘性流領域では圧力が増加すると拡散係数は圧力に反比例して小さくなるが、滞在時間は圧力に比例して長くなるため、圧力は式（１）の右辺と左辺の大小関係には影響しない。一方で、ガス圧が低い分子流領域では、ガスの流れはお互いに影響を及ぼさずチャンバーの形状のみに依存するため、ガス流れによる金属汚染の低減は期待できない。従って、圧力については、金属元素の処理ガス中での輸送が粘性流領域となるように設定しなくてはならない。ガスの輸送が粘性流として扱えるようになるためには、ガス粒子同士の衝突の平均自由工程が着目している体系の大きさ（この場合、ステージ電極のウエハ戴置面からアースまでの平均距離Ｌ）よりも十分小さいことが必要である。例えばＳＦ_６ガスにおけるＡｌの平均自由工程は、０．１Ｐａでは７ｃｍ、１Ｐａでは０．７ｃｍ、１０Ｐａでは０．０７ｃｍとなる。ここで平均自由工程λの計算には下記式（５）を用いた。

λ ＝ １／（π×（ｒ_{ｍｅｔａｌ}＋ｒ_ｇａｓ）^２×ｎ_ｇａｓ） （５）

ここでｎ_ｇａｓはガスの密度、ｒ_{ｍｅｔａｌ}は金属元素の半径、ｒ_ｇａｓ処理ガスの半径（または平均的な半径）である。なおｎ_ｇａｓは圧力をＰとして

ｎ_ｇａｓ＝６．０２×１０^２３／２．２４×１０^−３×Ｐ （６）

である。

ガスの並進運動は数回の衝突で緩和することを併せて考えると、上述したようにステージ電極のウエハ戴置面からアースまでの平均距離Ｌを２５ｃｍとすると、０．１Ｐａの圧力ではＡｌはＳＦ_６に３回程度しか衝突せず、粘性流として扱えるかは疑問がある。一方で、圧力が１Ｐａとなると、３０回程度の衝突が見込まれるため、処理ガスの流れによる金属元素の輸送制御の明確な効果が見られるようになる。従って、オーダーとしては、

Ｌ＞１０λ （７）

であることが望ましい。

次にクリーニングガスの組成について述べる。ウエハ間のチャンバー内のクリーニングではＳＦ_６が広く用いられているが、ＳＦ_６を単独で用いる場合の他、ＡｒやＯ_２を添加する場合がある。ここで、１Ｐａの圧力におけるＳＦ_６、Ａｒ、Ｏ_２ガスにおけるＡｌの拡散係数をそれぞれＤ_１、Ｄ_２、Ｄ_３とすると、Ｄ_１＝１．１、Ｄ_２＝１．９、Ｄ_３＝２．５である。ここで、ＳＦ_６、Ａｒ、Ｏ_２の組成比をそれぞれＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３（但し、Ｒ_１＋Ｒ_２＋Ｒ_３＝１。処理ガスがＭ種類のガスで構成される場合について一般化すると、Ｒ_１＋Ｒ_２＋…＋Ｒ_Ｍ＝ΣＲ_ｘ＝１）、処理圧力を１Ｐａとすると、式（１）は

Ｔ_ｍ ＝ Ｌ^２ ／（２／（Ｒ_１／Ｄ_１＋Ｒ_２／Ｄ_２＋Ｒ_３／Ｄ_３）） （８）
（一般化した場合、Ｔ_ｍ ＝ Ｌ^２ ／（２／Σ（Ｒ_ｘ／Ｄ_ｘ））

となる。

例えば処理ガスの総流量を８００ｃｃｍ、処理ガスの組成についてＲ_１＝０．５、Ｒ_２＝０．２５、Ｒ_３＝０．２５とすると、電極から発生したＡｌのアースへの到達の時間Ｔ_ｍは０．０２１ｓとなる。一方で処理ガスの滞在時間Ｔｇは０．０２３ｓとなるため、

Ｔ_ｍ ＜ Ｔ_ｇ （９）

となり、式（３）を満たさない。これはＳＦ_６ガスに比べて分子半径の小さいＯ_２、及び、原子半径の小さいＡｒの組成比が高いためである。そこで、例えばガスの総流量を変えずにＡｒとＯ_２の比率を保ちながら、Ｔ_ｍを大きくする数値を探すと、おおむねＲ_１＝０．６、Ｒ_２＝０．２、Ｒ_３＝０．２と、ＳＦ_６の割合を高くすると、Ｔ_ｍが０．２３ｓまで長くなり、式（３）を満たすようになる。従って、例えばシャワープレートの最大ガス流量などの制限により、ガス流量を大きくすることによってＴ_ｇを小さくできない場合においては、分子半径（または原子半径）の大きいガスの組成比を大きくすることによってＴ_ｍを大きくし、金属汚染を低減することができる。もちろん、処理ガスはＳＦ_６やＯ_２やＡｒに限定されることなく、特に分子半径や原子半径の大きいガスの添加は、金属汚染低減の観点からは望ましい。また、式（５）において、ガス粒子の平均的な大きさが大きくなると平均自由工程λは小さくなるため、粘性流として傾向が強くなり、処理ガスの平均の原子・分子半径を大きくすることは望ましいといえる。

次に、ガス流量やガスの組成比の調整で重要なタイミングについて図３と図５Ａ〜図５Ｄを用いて説明する。図５Ａはエッチング処理における除電時の状態を、図５Ｂはウエハ搬出時の状態を、図５Ｃはクリーニング放電における前半部の状態を、図５Ｄはクリーニング放電における後半部の状態をそれぞれ説明するためのドライエッチング装置の概略断面図である。エッチング処理において、エッチングを終えた後には除電（ＪＳ）を行う（図３、図５Ａ）。これはエッチング処理（Ｓ３０２）中にステージ電極１０４にウエハ１０２を固定するための静電吸着を解消するための放電である。この除電（ＪＳ）では除電ガス（ＪＧ）をＡｒとし、静電吸着の電力をＯＦＦとし（図５Ａの状態）、ウエハ１０２をプッシャーピン１６０で電極の上方に引き上げ（図５Ｂの状態）、その後、プラズマをＯＦＦとする方法がある。この場合、たとえＡｒで除電中の放電ガスを置換したとしても、除電よりも前の放電ステップで用いた処理ガスの一部が残留していることにより、完全にはＡｒガスによる放電とはなっていない場合が多い。この場合、プッシャーピン１６０でウエハ１０２を持ち上げた際、残留ガスを含んだプラズマがステージ電極１０４とウエハ１０２の間の空間に回り込み、ステージ電極１０４のウエハ戴置面の表面にダメージ層１１２が形成されることがある。符号１１１はプラズマの回り込みを示す。そして、その後のウエハ無しクリーニング放電の初期には、このダメージ層１１２が除去されることにより、多くの金属元素が発生し（図５Ｃ）、さらにクリーニング放電を続けると、金属元素の発生量が低減する（図５Ｄ）ことがある。符号１２０はステージ電極表面（載置面）から発生した金属元素を示す。そのため、ウエハ無しクリーニング中においては、最初の方がアースを金属汚染するリスクが相対的には高い場合がある。従って、クリーニング放電を複数のステップに分割し、初期のステップでは、電極表面のダメージ層から発生する金属元素がアースに付着しないようにすることを優先して、ガス流量や、処理ガスの粒子の平均半径が大きくなるようにすると良い。そして、その後のステップでは内壁のクリーニング処理に適した処理ガスの流量や、組成に調整するのが望ましい。

以上、クリーニング放電における処理ガスの流量や組成の決定方法について説明したが、金属汚染低減の観点から、エッチング処理における除電においてもガス流量を増加させることが望ましい。これについて図６Ａ、図６Ｂを併せて参照して述べる。図６Ａはエッチング処理の除電時において、除電ガス流量が大きい場合の除電ガスの流れ１１５と金属元素の流れ１３１を、図６Ｂはエッチング処理の除電時において、除電ガス流量が小さい場合の除電ガスの流れ１１５と金属元素の流れ１３２を示す模式図である。図３に示したように、一般にエッチング処理中ではウエハバイアスが印加されているため、アース等に付着した金属元素が脱離してウエハに付着しても、被エッチング層と一緒に除去されるため、金属汚染がウエハ上に蓄積することはあまり無い。一方で、エッチングが終わった後の除電ステップでは、ウエハバイアスを印加しないため、ウエハに付着した金属元素は除去されにくい。この除電中のガス流量が少ない場合、図６Ｂに示すように、アースから発生した金属元素はガスの流れの影響を受けにくいため、容易にウエハに到達する。一方で図６Ａに示すように、除電ガス流量を大きくするとアースから発生した金属元素はガスの流れに乗って積極的に排気されるようになるため、ウエハへの付着量を大きく低減することができる。また除電中は、エッチング中と異なり加工形状への影響が少ないため処理ガスの流量の変更の自由度が高く、容易に大流量にすることができる。流量は望ましくは式（３）を満たすようにするのが良い。例えば、除電ガスをＡｒとし、Ｌをウエハとアースの平均距離２５ｃｍとすると、式（３）を満たすガス流量は約１２００ｍｌ／ｍｉｎ以上となる。もちろんガス流量調節器の最大流量やシャワープレートの耐圧の関係で十分に大流量化できない場合は、処理装置が許容する最大流量にできるだけ近い値に設定するのが望ましい。これにより、仮に絶縁性セラミック系材料で被覆されたアースに金属が付着している場合であっても、除電時におけるウエハへの金属汚染を低減・防止することができる。

上記式（３）や式（４）を満たすようにクリーニングガスや除電ガスの流量を決定してウエハのプラズマ処理を行った結果、ウエハの金属汚染を低減することができた。

なお、本実施例ではマイクロ波ＥＣＲ装置を例に述べてきたが、内壁の構造が異なる他のプラズマ装置でも、クリーニング放電或いは除電の際にガス流量やガスの組成を調整して、金属元素の拡散を抑えながら、処理ガスの流れによって金属元素を効果的に排気することができ、ウエハの金属汚染（金属元素の付着量）を低減することができる。

以上本実施例によれば、クリーニング放電に起因して発生する金属によるアース汚染を低減・防止可能な処理ガス流量の決定方法を提供することができる。また、除電時のガス流量を制御することによりウエハへの金属汚染を低減することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１０１…処理室、１０２…被処理体（ウエハ）、１０３…導波管、１０４…ステージ電極、１０５…シャワープレート、１０６…石英天板、１０７…高周波電源、１０８…高周波バイアス電源、１０９…チャンバー、１１０…プラズマ、１１１…プラズマの回り込み、１１２…ステージ電極表面に生じたダメージ層、１１５…処理ガス（クリーニングガス）の流れ、１２０…ステージ電極表面から発生した金属元素、１２１…ステージ電極表面から発生した金属元素の流れ（処理ガス流量大）、１２２…ステージ電極表面から発生した金属元素の流れ（処理ガス流量小）、１３０…アース、１３１…アースからの金属元素の流れ（処理ガス流量大）、１３２…アースからの金属元素の流れ（処理ガス流量小）、１３５…インナーチャンバー、１３７…空洞共振部、１４１…ターボ分子ポンプ、１４３…調圧バルブ、１５０…ガス供給手段、１５１…ガス供給ライン、１６０…プッシャーピン、Ｓ３０１…エウハ搬入、Ｓ３０２…エッチング処理、Ｓ３０３…ウエハ搬出、Ｓ３０４…クリーニング放電、ＥＳ１…エッチング処理１、ＥＳ２…エッチング処理２、ＥＳ３…エッチング処理３、ＪＳ…除電、ＳＧ１…処理ガス１、ＳＧ２…処理ガス２、ＳＧ３…処理ガス３、ＪＧ…除電ガス、ＣＧ１…クリーニングガス１、ＣＧ２…クリーニングガス２。

Claims (7)

1. プラズマを用いて被処理体を処理する処理室と、前記処理室にＳＦ _６ を含む処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室を減圧する排気手段と、前記プラズマを生成するための高周波電源と、前記被処理体を戴置する載置面が金属元素Ａｌを含む材料で構成されたステージ電極と、前記被処理体に入射するイオンを加速するための高周波バイアス電源とを備え、前記処理室の側面には絶縁性セラミックで被覆されたアースが設置され、該アースより上方の空間の内壁は石英材料で構成されたプラズマ処理装置を用いたＮ枚目の被処理体への所定のプラズマ処理とＮ＋１枚目の被処理体への所定のプラズマ処理の間に前記ステージ電極の載置面が露出した状態で行われるクリーニング放電における処理ガス流量の決定方法において、
   前記ステージ電極の表面を構成する金属元素Ａｌの拡散係数をＤ、前記ステージ電極の被処理体載置面と前記アースとの間の平均距離をＬ、前記クリーニング放電における処理ガスの前記被処理体載置面上方のプラズマ放電空間における滞在時間をＴｇとした場合、
   Ｔ_ｇ ≦ Ｌ^２ ／（２×Ｄ）
   の式を満たすように、前記クリーニング放電における前記処理ガスの流量を決定することを特徴とする処理ガス流量の決定方法。
2. 請求項１に記載の処理ガス流量の決定方法において、
   前記クリーニング放電における前記処理ガスはＳＦ _６ 、Ａｒ、Ｏ _２ の３種類のガスで構成され、各ガスの組成比をＲｘ（Ｘ＝１〜３、ΣＲｘ＝１）、各ガスに対する前記ステージ電極表面を構成する金属元素Ａｌの拡散係数をＤｘ（Ｘ＝１〜３）とした場合、
   前記式は、
   Ｔ_ｇ ≦ Ｌ^２ ／（２／Σ（Ｒｘ／Ｄｘ））
   で表記されることを特徴とする処理ガス流量の決定方法。
3. 請求項１に記載の処理ガス流量の決定方法において、
   前記クリーニング放電は、第１クリーニング放電と、これに続く第２クリーニング放電とを含み、
   前記第１クリーニング放電における処理ガスの分子半径の平均値が前記第２クリーニング放電における処理ガスの分子半径の平均値によりも大きいことを特徴とする処理ガス流量の決定方法。
4. 請求項１に記載の処理ガス流量の決定方法において、
   前記クリーニング放電は、第１クリーニング放電と、これに続く第２クリーニング放電とを含み、
   前記第１クリーニング放電における処理ガスの流量は、前記第２クリーニング放電における処理ガスの流量よりも大きいことを特徴とする処理ガス流量の決定方法。
5. 請求項１に記載の処理ガス流量の決定方法において、
   金属元素の平均自由工程をλとしたとき、
   Ｌ＞１０λ
   の式が成り立つように前記処理室の圧力が設定されることを特徴とする処理ガス流量の決定方法。
6. プラズマにより被処理体が処理され前記プラズマに曝される部材が石英で構成された処理室と、前記処理室にＳＦ _６ を含む処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室の内部に配置され前記被処理体が載せられる載置面が金属元素Ａｌを含む材料で構成されたステージ電極と、前記処理室の側壁に配置され絶縁性セラミックで被覆されたアースとを備えたプラズマ処理装置の前記処理室のクリーニング放電における処理ガス流量の決定方法において、
   前記クリーニング放電は前記載置面が露出された状態で行われ、 前記金属元素Ａｌの拡散係数をＤ、前記載置面と前記アースとの間の平均距離をＬ、前記クリーニング放電における処理ガスの前記載置面上方のプラズマ放電空間における滞在時間をＴｇ、前記処理室における前記被処理体が配置される上方の放電空間の容積をＶ、前記処理ガスの流量をＦ、前記処理室の圧力をＰとした場合、
   Ｔ_ｇ ＝ Ｖ ／ （Ｆ×１０^５／Ｐ） ≦ Ｌ^２ ／（２×Ｄ）
   の式を満たすように、前記クリーニング放電における前記処理ガスの流量Ｆを決定することを特徴とする処理ガス流量の決定方法。
7. 請求項６に記載の処理ガス流量の決定方法において、
   前記クリーニング放電は、第１クリーニング放電と、これに続く第２クリーニング放電とを含み、
   前記第１クリーニング放電における処理ガスの流量は、前記第２クリーニング放電における処理ガスの流量よりも大きいことを特徴とする処理ガス流量の決定方法。

Images