JP6339866B2 - プラズマ処理装置およびクリーニング方法 - Google Patents

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置およびクリーニング方法に関する。

処理容器と、処理容器内に設けられた上部電極と、処理容器内に設けられ且つ高周波電源に接続された下部電極とを備えるプラズマ処理装置が知られている。このようなプラズマ処理装置では、半導体ウエハが下部電極に載置され、処理容器内に処理ガスが供給され、下部電極に高周波電力が印加される。そして、下部電極を介して処理容器内に供給された高周波電力によって、処理容器内の処理ガスがプラズマ化されてイオン等が発生し、発生したイオン等によって半導体ウエハにプラズマ処理、例えばエッチング処理が施される。

このようなプラズマ処理装置では、反応ガスを含む処理ガスから生じた反応生成物が、処理容器の側壁や上部電極等に付着する。側壁や上部電極に付着した反応生成物が、側壁や上部電極から剥離してパーティクルとなって処理容器内を漂うと、その一部が半導体ウエハに付着する場合がある。このようなパーティクルは、半導体ウエハから製造される半導体デバイス等の欠陥の原因となる。したがって、処理容器内に付着した反応生成物を除去する必要がある。

例えば、上部電極に負の直流電圧を印加し、処理容器内に酸素ガスを導入し、下部電極に印加した高周波電力によって酸素ガスから酸素イオンや酸素ラジカルを発生させ、上部電極に付着した反応生成物を酸素イオンや酸素ラジカルと反応させて除去するクリーニング方法が知られている。

特開２００７−２１４５１２号公報

ところで、上記のようなクリーニングの機能を有さないプラズマ処理装置では、処理容器から上部電極を取り出して洗浄することで、上部電極に付着した反応生成物を除去する必要がある。パーティクル汚染の防止しつつ、プロセスのスループットを向上させるには、上記のようなクリーニングの機能をプラズマ処理装置に追加することが考えられる。

しかし、上記のようなクリーニング機能を追加することにより、下部電極に対する上部電極の電位が、クリーニング機能の追加前に比べて変化するなど、プラズマ処理装置内の環境が、これまで行われていたプロセスの環境から変化する場合がある。

プラズマ処理装置の中には、長年にわたり、様々なパラメータの微調整を繰り返して構築された処理レシピを用いて運用されるものがある。そのようなプラズマ処理装置では、装置内の環境が変化すると、これまでの調整で構築された処理レシピが適用できなくなる。そのため、これまで使用していたプラズマ処理装置と処理レシピとの組み合わせで実現されていたプロセス特性を再現するために、様々なパラメータを再び微調整し直す作業が必要となる。

本発明の一側面にかかるプラズマ処理装置は、処理容器と、前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、下部電極として機能し、被処理基板が載置される載置台と、前記載置台の上方に設けられた上部電極と、前記載置台に高周波を印加し、前記処理容器内において処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記上部電極に直流電圧を印加する直流電圧印加部とを備え、前記上部電極は、ベース部材と、前記ベース部材の前記載置台側に設けられたカバー部材と、前記ベース部材と前記カバー部材との間に設けられ、前記ベース部材と前記カバー部材とを絶縁する絶縁部とを有し、前記直流電圧印加部は、前記カバー部材に直流電圧を印加する。

本発明の種々の側面および実施形態によれば、既存のプラズマ処理装置にクリーニングの機能を追加することによるプロセスへの影響を低く抑えることができるプラズマ処理装置およびクリーニング方法が実現される。

図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す縦断面図である。 図２は、シャワーヘッドの一例を示す拡大断面図である。 図３は、従来のＤＲＭ方式のプラズマ処理装置の構成の一例を示す模式図である。 図４は、ＤＣＳが組み込まれたＤＲＭ方式のプラズマ処理装置の構成の一例を示す模式図である。 図５は、本実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す模式図である。 図６は、ＵＥＬベースの形状の一例を示す拡大断面図である。 図７は、ＵＥＬベースの開口部付近の形状の一例を示す拡大断面図である。 図８は、シール材が配置される溝の形状の一例を示す拡大断面図である。 図９は、ネジ孔の形状の一例を示す拡大断面図である。 図１０は、ＵＥＬベースの凸部の形状の一例を示す拡大断面図である。 図１１は、テストピースの形状の一例を示す図である。 図１２は、実験の構成の一例を説明するための説明図である。 図１３は、耐電圧の実験結果の一例を示す図である。 図１４は、ＣＥＬに印加した直流電圧に対する付着物の除去率の実験結果の一例を示す図である。 図１５は、ＣＥＬのクリーニングの手順の一例を示すフローチャートである。

開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、処理容器と、処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、下部電極として機能し、被処理基板が載置される載置台と、載置台の上方に設けられた上部電極と、載置台に高周波を印加し、処理容器内において処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、上部電極に直流電圧を印加する直流電圧印加部とを備え、上部電極は、ベース部材と、ベース部材の載置台側に設けられたカバー部材と、ベース部材とカバー部材との間に設けられ、ベース部材とカバー部材とを絶縁する絶縁部とを有し、直流電圧印加部は、カバー部材に直流電圧を印加する。

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、絶縁部は、ベース部材の表面に形成された絶縁性の被膜であってもよい。

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、ベース部材は、アルミニウムで形成されており、絶縁部は、ベース部材の表面に形成された陽極酸化皮膜であってもよい。

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、ベース部材の下部電極側の面に形成された凸となる角の丸みの半径は、０．２ｍｍ以上、かつ、１．０ｍｍ以下の範囲内であってもよい。

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、絶縁部の耐電圧は、７３０ｖ以上であってもよい。

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、直流電圧印加部は、カバー部材に−７３０Ｖより大きく、かつ、−１５０Ｖ以下の範囲内の直流電圧を印加してもよい。

また、開示するクリーニング方法は、１つの実施形態において、処理容器内に処理ガスを供給するガス供給工程と、処理容器内の上部電極に直流電圧を印加する直流電圧印加工程と、被処理基板が載置される載置台に高周波を印加し、処理容器内において処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成工程とを含み、直流電圧印加工程では、ベースプレートと、ベースプレートの載置台側に設けられたカバープレートと、ベースプレートとカバープレートとの間に設けられ、ベースプレートとカバープレートとを絶縁する絶縁部とを有する上部電極において、カバープレートに直流電圧が印加される。

以下に、開示するプラズマ処理装置およびクリーニング方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示される発明が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

［プラズマ処理装置１０の構成］
図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置１０の一例を示す縦断面図である。本実施形態におけるプラズマ処理装置１０は、例えばＤＲＭ（Dipole Ring Magnet）方式のプラズマ処理装置として構成される。本実施形態におけるプラズマ処理装置１０は、例えば、プラズマを用いたエッチングやＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等に利用される。図１に示すプラズマ処理装置１０は、円筒形状の処理容器１１を有する。処理容器１１は、電気的に接地されている。処理容器１１は、内部に処理空間Ｓを有する。処理容器１１内には、被処理基板であるウエハＷを載置する載置台としての円柱状のサセプタ１２が配置されている。

処理容器１１の内壁面は、側壁部材４５で覆われている。側壁部材４５は、例えばアルミニウム等で形成され、処理空間Ｓに面する面は、例えばイットリア（Ｙ２Ｏ３）等でコーティングされている。サセプタ１２は、処理容器１１の底部に絶縁性部材２９を介して設置される。サセプタ１２の側面はサセプタ側面被覆部材１２０で覆われている。

処理容器１１の内側壁とサセプタ１２の側面とは、サセプタ１２上方の気体分子を処理容器１１の外へ排出する流路として機能する排気路１３を形成する。排気路１３の途中にはプラズマの漏洩を防止する環状のバッフル板１４が配置されている。また、排気路１３におけるバッフル板１４より下流の空間は、サセプタ１２の下方へ回り込み、可変式バタフライバルブであるＡＰＣ（Adaptive Pressure Control）バルブ１５に連通している。ＡＰＣバルブ１５は、アイソレータ１６を介して真空引き用の排気ポンプであるＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）１７に接続され、ＴＭＰ１７は、バルブＶ１を介して排気ポンプであるＤＰ（Drive Pump）１８に接続されている。

ＡＰＣバルブ１５、アイソレータ１６、ＴＭＰ１７、バルブＶ１、およびＤＰ１８によって構成される排気流路は、ＡＰＣバルブ１５によって処理容器１１内、より具体的には処理空間Ｓの圧力制御を行い、さらにＴＭＰ１７およびＤＰ１８によって処理容器１１内をほぼ真空状態になるまで減圧する。

また、ＡＰＣバルブ１５とアイソレータ１６の間には、配管１９が接続されており、配管１９は、バルブＶ２を介してＤＰ１８に接続されている。配管１９およびバルブＶ２は、ＴＭＰ１７をバイパスして、ＤＰ１８によって処理容器１１内を粗引きする。

サセプタ１２には、給電棒２１および整合器２２を介して高周波電源２０が接続されており、高周波電源２０は、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２に供給する。これにより、サセプタ１２は下部電極として機能する。また、整合器２２は、サセプタ１２から高周波電源２０への高周波電力の反射を低減してサセプタ１２への高周波電力の供給効率を最大化する。サセプタ１２は、高周波電源２０から供給された１３．５６ＭＨｚの高周波電力を処理空間Ｓに印加する。

サセプタ１２の内部上方には、導電膜からなる円板状のＥＳＣ（Electro Static Chuck）電極板２３が配置されている。ＥＳＣ電極板２３には、直流電源２４が電気的に接続されている。ウエハＷは、直流電源２４からＥＳＣ電極板２３に印加された直流電圧により発生するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力によってサセプタ１２の上面に吸着保持される。

また、サセプタ１２の上方には、サセプタ１２の上面に吸着保持されたウエハＷの周りを囲うように円環状のフォーカスリング２５が配設される。フォーカスリング２５は、処理空間Ｓに露出し、処理空間ＳにおいてプラズマをウエハＷの表面に向けて収束させることにより、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）処理やアッシング処理の効率を向上させる。

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２６が設けられている。冷媒室２６には、チラーユニット（図示せず）から冷媒用配管２７を介して所定温度の冷却水等の冷媒が循環供給される。冷媒の温度によってサセプタ１２の上面に吸着保持されたウエハＷの処理温度が制御される。

サセプタ１２の上面のウエハＷが吸着保持される面（以下、「吸着面」と呼ぶ。）には、複数のガス供給孔２８が設けられている。複数のガス供給孔２８は、サセプタ１２内部に配置されたガス供給ライン３０を介してガス供給部３２に接続されている。ガス供給部３２は、ヘリウムガス等の伝熱ガスを、ガス供給孔２８を介して、サセプタ１２の吸着面とウエハＷの裏面との間隙に供給する。

サセプタ１２の吸着面には、サセプタ１２の上面から突出自在なリフトピンとしての複数のプッシャーピン３３が配置されている。プッシャーピン３３は、モータ（図示せず）とボールねじ（図示せず）を介して接続され、ボールねじによって直線運動に変換されたモータの回転運動に起因して吸着面から自在に突出する。ウエハＷにＲＩＥ処理やアッシング処理を施すためにウエハＷを吸着面に吸着保持するときには、プッシャーピン３３はサセプタ１２に収容される。また、ＲＩＥ処理やアッシング処理が施されたウエハＷを処理容器１１から搬出するときには、プッシャーピン３３はサセプタ１２の上面から突出してウエハＷをサセプタ１２から離間させて上方へ持ち上げる。

処理容器１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド３４が配置されている。シャワーヘッド３４は、ＵＥＬ（Upper ELectrode）３５、ＵＥＬベース３６、およびＣＥＬ（Cover ELectrode）３７を有する。シャワーヘッド３４は、ガス供給部および上部電極の一例である。ＵＥＬ３５は、ＵＥＬベース３６の上方に設けられる。ＣＥＬ３７は、例えばシリコン等の導電性部材により例えば円板状に形成されている。ＣＥＬ３７は、ＵＥＬベース３６の下方に設けられ、ＵＥＬベース３６によって上方から支持される。ＣＥＬ３７の下面は、処理空間Ｓに露出しており、ＣＥＬ３７は、処理空間Ｓ内に供給された処理ガスのプラズマにより発生した反応生成物がＵＥＬベース３６に付着するのを防止する。

ＵＥＬ３５およびＵＥＬベース３６は、例えばアルミニウム等の導電性部材により形成される。ＵＥＬ３５およびＵＥＬベース３６は、電気的に接続され、処理容器１１を介して接地されている。また、ＵＥＬベース３６の下面において、ＣＥＬ３７が配置される面には、絶縁性の部材が設けられている。本実施形態において、ＵＥＬベース３６の下面に設けられている絶縁性の部材は、ＵＥＬベース３６の下面に陽極酸化処理により形成された陽極酸化皮膜（アルマイト被膜）である。そのため、ＵＥＬベース３６とＣＥＬ３７とは電気的に絶縁されている。ＵＥＬベース３６は、ベース部材の一例である。

ＵＥＬ３５とＵＥＬベース３６の間には、バッファ室４０が設けられている。ＵＥＬベース３６には、複数のガス孔３６０が形成され、それぞれのガス孔３６０は、バッファ室４０に連通している。また、ＣＥＬ３７には、複数のガス孔３７０が形成されている。それぞれのガス孔３７０の一端は、ＵＥＬベース３６のガス孔３６０に連通しており、他端は、処理空間Ｓに連通している。

バッファ室４０には、ガス導入管４１が接続されている。ガス導入管４１には、絶縁部材４２を介して処理ガスの供給源であるガス供給源４２０が接続されている。ガス供給源４２０から供給された処理ガスは、絶縁部材４２およびガス導入管４１を介してバッファ室４０に供給され、それぞれのガス孔３６０およびガス孔３７０を介して処理空間Ｓに吐出される。

ＣＥＬ３７は、アルミニウム等で形成された導電性の接続部材５１を介して接続ケーブル４７に接続されている。接続ケーブル４７は、高周波を遮断するフィルタ４８を介して直流電源４９に接続されている。直流電源４９は、フィルタ４８、接続ケーブル４７、および接続部材５１を介して、ＣＥＬ３７に例えば負の直流電圧を供給する。なお、接続部材５１とＵＥＬベース３６との間には、絶縁部材５０が設けられており、接続部材５１とＵＥＬベース３６とは絶縁されている。また、接続部材５１において、ＵＥＬ３５と接する面は例えばアルマイト処理されており、接続部材５１とＵＥＬベース３６とは絶縁されている。

また、処理容器１１の内側壁には、プッシャーピン３３によってサセプタ１２から上方へ持ち上げられたウエハＷの高さに対応する位置にウエハＷの開口部４３が設けられている。開口部４３には、開口部４３を開閉するゲートバルブ４４が設けられている。

また、処理容器１１の側壁の外周には、上下一対の環状または同心状のダイボールリングマグネット（ＤＲＭ）４６が配置されている。これらのＤＲＭ４６により、処理容器１１内の処理空間Ｓに、ウエハＷの面方向の磁界が形成される。

プラズマ処理装置１０の処理容器１１内では、下部電極として機能するサセプタ１２と、上部電極として機能するシャワーヘッド３４との間の処理空間Ｓに、ＤＲＭ４６によって磁界が形成されている。そして、高周波電源２０からサセプタ１２を介して高周波電力が印加されことにより、処理空間Ｓにおいてマグネトロン放電が発生する。これにより、シャワーヘッド３４から供給された処理ガスが解離してプラズマ化し、イオンやラジカル等が発生する。そして、発生したイオンやラジカル等によって、サセプタ１２上に配置されたウエハＷに、ＲＩＥ等のプラズマ処理が施される。高周波電源２０は、プラズマ生成部の一例である。

なお、上述したプラズマ処理装置１０の各構成部品の動作は、プラズマ処理装置１０が備える制御部（図示しない）のＣＰＵによって、ＲＩＥ等のプラズマ処理に対応するプログラムに応じて制御される。

上述したプラズマ処理装置１０では、ウエハＷにＲＩＥ等のプラズマ処理が施されるが、このとき、処理ガスから生じた反応生成物が、ＣＥＬ３７の下面等に付着する。付着した反応生成物は、その後の処理において、ウエハＷのパーティクル汚染の原因となる。そのため、ＣＥＬ３７の下面等に付着した反応生成物を除去するために、以下のようなクリーニング処理が実行される。

クリーニング処理では、シャワーヘッド３４から処理空間Ｓ内に例えば酸素ガスが供給され、酸素ガスが供給された処理空間Ｓにサセプタ１２から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加される。処理空間Ｓでは高周波電力によって酸素ガスから酸素イオンや酸素ラジカル等が生成される。この酸素イオンや酸素ラジカル等が、ＣＥＬ３７の下面等に付着した反応生成物と反応し、ＣＥＬ３７の下面等から反応生成物が除去される。

［シャワーヘッド３４の構成］
図２は、シャワーヘッド３４の一例を示す拡大断面図である。ＣＥＬ３７にはメネジが形成されたブッシュ３７１が設けられる。ＣＥＬ３７は、ＵＥＬベース３６の上方から挿入されてブッシュ３７１に締結されたネジ３６１により、上方から支持される。ブッシュ３７１およびネジ３６１は、絶縁性の材料で形成される。なお、ネジ３６１は、導電性の材料（例えばアルミニウム）で形成され、その表面が絶縁性の被膜（例えばアルマイト被膜）で覆われたものであってもよい。

ＵＥＬベース３６の下面において、ＣＥＬ３７が配置される面には、絶縁性の部材で形成された絶縁部３６６が設けられている。本実施形態において、絶縁部３６６は、ＵＥＬベース３６の下面に陽極酸化処理により形成された陽極酸化皮膜（アルマイト被膜）である。ＣＥＬ３７が配置されるＵＥＬベース３６には、例えば図２に示すように、絶縁部材５０および接続部材５１が挿入される開口部３６２、Ｏリング等のシール部材が配置される溝３６３、ネジ３６１が挿入されるネジ孔３６４、および凸部３６５等の複数の凹凸が形成されている。

［従来のプラズマ処理装置の構成］
ここで、従来のプラズマ処理装置の概略構成について説明する。図３は、従来のＤＲＭ方式のプラズマ処理装置の構成の一例を示す模式図である。従来のプラズマ処理装置は、外周にＤＲＭ６４が配置された処理容器６０内に、上部電極６１と、ウエハＷが載置される下部電極６２とが設けられる。上部電極６１は、ＵＥＬとＣＥＬの２重構造になっており、ＣＥＬが下部電極６２と対向するように配置されている。

上部電極６１のＵＥＬとＣＥＬとは共に接地されている。高周波電源６３には、高周波電源６３から所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力が印加される。これにより、上部電極６１と下部電極６２との間にマグネトロン放電が発生し、上部電極６１内に供給された処理ガスがプラズマ化して、イオンやラジカル等によって下部電極６２上に配置されたウエハＷに、ＲＩＥ等のプラズマ処理が施される。そして、処理ガスから生じた反応生成物が、上部電極６１のＣＥＬの下面に付着する。

図３のプラズマ処理装置では、上部電極６１のＣＥＬに付着した反応生成物を除去するためには、処理容器６０からＣＥＬを取り外して洗浄する必要がある。ウエハＷを処理するたびに処理容器６０からＣＥＬを取り出して洗浄するとすれば、プロセスのスループット向上の妨げとなる。

そこで、上部電極６１に負の直流電圧を印加し、処理容器内に供給した処理ガスのプラズマによって生成されたイオンやラジカルを上部電極６１に導くことにより、上部電極６１のＣＥＬの下面に付着した反応生成物を、イオンやラジカルと反応させて除去するＤＣＳ（Direct Current Superposition）方式を用いたクリーニング方法が知られている。

図４は、ＤＣＳが組み込まれたＤＲＭ方式のプラズマ処理装置の構成の一例を示す模式図である。ＤＣＳが組み込まれたＤＲＭ方式のプラズマ処理装置では、上部電極６１に、フィルタ６５を介して直流電源６６が接続されている。直流電源６６は、フィルタ６５を介して上部電極６１に負の直流電圧を印加する。図４のような構成により、処理容器６０内に供給された処理ガスのプラズマによって生成されたイオンやラジカルが上部電極６１に引き寄せられ、上部電極６１のＣＥＬに付着した反応生成物が、イオンやラジカルと反応して除去される。

これにより、ＣＥＬに付着した反応生成物を、処理容器６０からＣＥＬを取り出すことなく除去することが可能となる。そのため、パーティクル汚染の防止しつつ、プロセスのスループットを向上させることが可能となる。

ここで、高周波電源６３から印加された高周波電力は、下部電極６２から処理容器６０内の空間を通って上部電極６１に伝搬し、上部電極６１からグランドに伝搬する。しかし、図４に例示した構成のプラズマ処理装置では、上部電極６１とグランドの間には、フィルタ６５が介在しており、フィルタ６５には、高周波電力によってインダクタ等による電圧降下が生じる。そのため、高周波電力における上部電極６１の電位は、下部電極６２から見た場合には、フィルタ６５の電圧降下の分だけグランド電位よりも高い電位となる。そのため、処理容器６０内の空間の電位の分布は、図３に示した従来のプラズマ処理装置とは異なる分布となる。

そのため、図３に例示した構成のプラズマ処理装置を用いて、所望の特性のウエハＷを製造するために、温度、圧力、処理ガスの流量比、高周波の電力、処理時間等の様々なパラメータを微調整することで処理レシピが構築された場合、図３に例示したプラズマ処理装置を、図４に例示したプラズマ処理装置に改造してしまうと、これまで使用していた処理レシピを適用できなくなってしまう。あるいは、これまで使用していた処理レシピを適用しても、図３に例示したプラズマ処理装置を用いてこれまでに製造されたウエハＷと同等の特性を有するウエハＷを製造できなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、図３に例示した構成のプラズマ処理装置にＤＣＳの機能を追加することによる、処理容器６０内の空間内の電位の分布の変化を低く抑える。これにより、図３に例示した構成のプラズマ処理装置に対して調整した従来の処理レシピを用いた場合であっても、ＤＣＳの機能の追加前と同等の特性のウエハＷを製造することが可能となる。すなわち、プロセストレースを確保することが可能となる。

［本実施形態のプラズマ処理装置１０の構成］
図５は、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０の構成の一例を示す模式図である。本実施形態のプラズマ処理装置１０では、ＵＥＬベース３６とＣＥＬ３７とを絶縁し、ＵＥＬベース３６を接地し、ＣＥＬ３７に負の直流電圧を印加する。高周波電力において、ＣＥＬ３７は、フィルタ４８内のインダクタによる電圧降下の分だけグランド電位よりも高い電位となる。

しかし、ＣＥＬ３７よりも広いＵＥＬベース３６がグランド電位に接続されているため、サセプタ１２から印加された高周波電力のほとんどはＵＥＬベース３６を介してグランドに伝搬する。そのため、ＣＥＬ３７は、高周波電力の伝搬に対してはほとんど影響を与えない。そのため、高周波電力における処理容器１１内の電位の分布は、ＵＥＬベース３６とＣＥＬ３７とを導通させて接地した図３の構成とほとんど同じ分布となる。

従って、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、図３に例示した構成のプラズマ処理装置に合わせて調整した処理レシピを用いた場合であっても、ＤＣＳの機能の追加前と同等の特性のウエハＷを製造することが可能となる。すなわち、プロセストレースを確保することが可能となる。

［直流電圧の範囲］
次に、ＣＥＬ３７に印加する負の直流電圧の範囲について検討する。図６は、ＵＥＬベース３６の形状の一例を示す拡大断面図である。図６では、図１におけるＵＥＬベース３６の右半分が図示されている。図６に示すように、ＵＥＬベース３６には、絶縁部材５０および接続部材５１が挿入される開口部３６２、Ｏリング等のシール部材が配置される溝３６３、ネジ３６１が挿入されるネジ孔３６４、および凸部３６５等が形成されている。

ここで、本実施形態において、ＣＥＬ３７が配置されるＵＥＬベース３６の下面に形成された絶縁部３６６は、例えば陽極酸化皮膜（アルマイト被膜）である。絶縁部３６６により、ＵＥＬベース３６とＣＥＬ３７とが絶縁されている。しかし、ＵＥＬベース３６の下面に形成された凸となる角の丸みが小さい（丸みの半径が短い）と、丸みの小さい角には所望の厚みの絶縁部３６６が形成されず、丸みの小さい角には薄い絶縁部３６６が形成される場合がある。そのため、本実施形態において、ＵＥＬベース３６の下面に形成された凸となる角には、所定以上の大きさ（所定以上の半径）の丸みを形成する。

ＵＥＬベース３６の下面には、例えば数十μｍ程度の厚みの絶縁部３６６が形成される。本実施形態において、ＵＥＬベース３６の下面には、例えば５０μｍ程度の厚みの絶縁部３６６が形成される。なお、絶縁部３６６の厚みは、２０μｍ以上、かつ、１００μｍ以下の範囲内であればよい。

図７は、ＵＥＬベース３６の開口部３６２付近の形状の一例を示す拡大断面図である。ＵＥＬベース３６の開口部３６２とＵＥＬベース３６の下面との間の角には、例えば図７に示すように、例えばＲ１．０（円の半径が１ｍｍ）となる断面形状の丸みが形成される。また、ＵＥＬベース３６のガス孔３６０とＵＥＬベース３６の下面との間の角においても、例えば図７に示すように、例えばＲ１．０となる断面形状の丸みが形成される。

図８は、シール材が配置される溝３６３の形状の一例を示す拡大断面図である。溝３６３は、開口部３６２の周囲を囲むように、開口部３６２の周囲に例えば円状に形成されている。溝３６３とＵＥＬベース３６の下面との間の角には、例えば図８に示すように、例えばＲ０．２５（円の半径が０．２５ｍｍ）以上となる断面形状の丸みが形成される。

図９は、ネジ孔３６４の形状の一例を示す拡大断面図である。ネジ孔３６４とＵＥＬベース３６の下面との間の角には、例えば図９に示すように、例えばＲ１．０となる断面形状の丸みが形成される。

図１０は、ＵＥＬベース３６の凸部３６５の形状の一例を示す拡大断面図である。凸部３６５の角には、例えば図１０に示すように、Ｒ１．０、例えばＲ０．５（円の半径が０．５ｍｍ）以上となる断面形状の丸みが形成される。

次に、図７から図１０に示した丸みの角が形成された部材の表面に、絶縁部３６６として陽極酸化皮膜を形成した場合の耐電圧について測定した実験結果について説明する。図１１は、テストピース７０の形状の一例を示す図である。テストピース７０は、ＵＥＬベース３６と同じ材料（例えばアルミニウム）で形成されている。テストピース７０としては、角の丸みがＲ０．２５である溝、角の丸みがＲ１．０の孔、および平面の３種類を準備した。図１１には、表面７２に溝７１が形成されたテストピース７０が例示されている。テストピース７０の表面７２は、５０μｍの厚みの陽極酸化被膜が形成されている。

図１２は、実験の構成の一例を説明するための説明図である。実験では、図１２に示すように、陽極酸化被膜が形成された表面７２に、ＣＥＬ３７と同じ導電性の材料（例えばシリコン）で形成された部材７３を接触させる。そして、テストピース７０を接地し、部材７３に印加する直流電圧を増加させ、放電が始まる電圧を耐電圧として測定した。

図１３は、耐電圧の実験結果の一例を示す図である。実験では、溝、平面、および孔のそれぞれについて、テストピース７０を１０個ずつ作成し、それぞれの耐電圧を測定した。溝が形成されたテストピース７０では、溝とテストピース７０の表面との間の角の丸みはＲ０．２５である。また、孔が形成されたテストピース７０では、孔とテストピース７０の表面との間の角の丸みはＲ１．０である。

図１３に示すように、溝の耐電圧は、平面や孔の耐電圧に比べて全体的に低い。これは、溝とテストピース７０の面との間の角の丸みの半径が、孔とテストピース７０の表面との間の角の丸みの半径よりも小さいため、溝とテストピース７０の面との間の角に形成された陽極酸化被膜の厚みが薄くなったものと考えられる。溝の耐電圧の最小値は、７３０Ｖであった。

図１３の実験結果より、図６に示した形状のＵＥＬベース３６において、ＣＥＬ３７と接する面に５０μｍの厚みの陽極酸化被膜を設け、ＵＥＬベース３６を接地した場合、ＣＥＬ３７に印加する直流電圧が−７３０Ｖ以上であれば、放電しないことがわかった。そのため、ＣＥＬ３７に印加する直流電圧は、−７３０Ｖ以上であることが好ましい。

［直流電圧と付着物の除去率の関係］
次に、ＣＥＬ３７に印加する直流電圧と、ＣＥＬ３７に付着した反応生成物の除去率の関係について実験した。図１４は、ＣＥＬ３７に印加した直流電圧に対する付着物の除去率の実験結果の一例を示す図である。

図１４に示すように、付着物が例えばアルミニウム（Ａｌ）の場合、−１５０Ｖ以下であれば、９９％以上の付着物の除去率が得られた。また、付着物がハフニウム（Ｈｆ）の場合、−５０Ｖ以下であれば、９９％以上の付着物の除去率が得られた。この他にも、タンタル（Ｔａ）やチタン（Ｔｉ）などの遷移金属元素の付着物について実験を行った結果、−１５０Ｖ以下であれば、遷移金属元素を有する付着物の除去率が９９％以上となることが分かった。

従って、図１３の耐電圧の実験結果を考慮すると、ＣＥＬ３７に印加する負の直流電圧の範囲は、−７３０Ｖより大きく、かつ、−１５０Ｖ以下の範囲内であることが好ましい。なお、凸となる角の丸みの半径がＲ０．２５〜Ｒ１．０の範囲で実験を行ったが、ＵＥＬベース３６において、凸となる角の丸みの半径は、Ｒ０．２以上、かつ、Ｒ１．０以下の範囲内であればよい。

［クリーニングの手順］
図１５は、ＣＥＬ３７のクリーニングの手順の一例を示すフローチャートである。

まず、ＲＩＥ等の処理が施されたウエハＷを処理容器１１から搬出する（Ｓ１００）。そして、例えば酸素ガスを、ガス供給源４２０からシャワーヘッド３４を介して処理空間Ｓ内に供給する（Ｓ１０１）。そして、−７３０Ｖ〜−１５０Ｖの範囲内の負の直流電圧（例えば−１５０Ｖ）を、直流電源４９からＣＥＬ３７に印加する（Ｓ１０２）。

次に、高周波電源２０からサセプタ１２を介して処理空間Ｓに、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加する。これによって、処理空間Ｓ内にマグネトロン放電が発生する。そして、処理空間Ｓ内の酸素ガスが解離してプラズマ化し、酸素イオンや酸素ラジカルが発生する。そして、発生した酸素イオンや酸素ラジカルによって、ＣＥＬ３７の下面がプラズマ処理される（Ｓ１０３）。具体的には、発生した酸素イオンや酸素ラジカルによって、ＣＥＬ３７の下面に付着した反応生成物が分解され、除去される。なお、処理ガスとして酸素ガスを用いた場合、ＣＥＬ３７の下面には、酸素イオンにより酸化物が形成される。

次に、直流電源４９からＣＥＬ３７への負の直流電圧の印加を停止する。そして、処理空間Ｓの酸素イオンや酸素ラジカル等によって分解された反応生成物のガス等を、排気路１３を介して排気する（Ｓ１０４）。

次に、例えば四弗化炭素（ＣＦ４）ガスを、ガス供給源４２０からシャワーヘッド３４を介して処理空間Ｓ内に供給する（Ｓ１０５）。そして、−７３０Ｖ〜−１５０Ｖの範囲内の負の直流電圧（例えば−１５０Ｖ）を、再び直流電源４９からＣＥＬ３７に印加する（Ｓ１０６）。

次に、高周波電源２０からサセプタ１２を介して処理空間Ｓに、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加する。これによって、処理空間Ｓ内にマグネトロン放電が発生し、処理空間Ｓ内のＣＦ４ガスが解離してプラズマ化し、フッ素イオンやフッ素ラジカルが発生する。そして、発生したフッ素イオンやフッ素ラジカルによって、ＣＥＬ３７の下面がプラズマ処理される（Ｓ１０７）。具体的には、発生したフッ素イオンやフッ素ラジカルによって、ＣＥＬ３７の下面に形成された酸化物が分解され、除去される。

次に、直流電源４９からＣＥＬ３７への負の直流電圧の印加を停止する。そして、処理空間Ｓのフッ素イオンやフッ素ラジカル等によって分解された反応生成物のガス等を、排気路１３を介して排気する（Ｓ１０８）。

以上、一実施形態について説明した。本実施形態のプラズマ処理装置１０によれば、既存のプラズマ処理装置にクリーニングの機能を追加することによるプロセスへの影響を低く抑えることができる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

例えば、上記した実施形態において、ＣＥＬ３７と直流電源４９との間にはフィルタ４８が設けられるが、本発明はこれに限られない。他の形態として、フィルタ４８を介さずにＣＥＬ３７と直流電源４９とが接続されてもよい。これにより、プラズマ処理装置１０にフィルタ４８を設ける必要がなくなり、プラズマ処理装置１０の部品点数を少なくすることができる。

また、上記した実施形態において、ＵＥＬベース３６とＣＥＬ３７との間に設けられた絶縁部３６６は、ＵＥＬベース３６の下面に形成された陽極酸化被膜であるが、本発明はこれに限られない。例えば、絶縁性の材料により形成された板状の部材を、絶縁部３６６としてＵＥＬベース３６とＣＥＬ３７との間に配置してもよい。あるいは、ＵＥＬベース３６に接するＣＥＬ３７の上面に、絶縁性の膜を形成するようにしてもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

Ｗ ウエハ
１０ プラズマ処理装置
１１ 処理容器
１２ サセプタ
２０ 高周波電源
３４ シャワーヘッド
３６ ＵＥＬベース
３６６ 絶縁部
３７ ＣＥＬ
４９ 直流電源

Claims (7)

1. 処理容器と、
   前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
   下部電極として機能し、被処理基板が載置される載置台と、
   前記載置台の上方に設けられた上部電極と、
   前記載置台に高周波を印加し、前記処理容器内において処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
   前記上部電極に直流電圧を印加する直流電圧印加部と
   を備え、
   前記上部電極は、
   ベース部材と、
   前記ベース部材の前記載置台側に設けられたカバー部材と、
   前記ベース部材と前記カバー部材との間に設けられ、前記ベース部材と前記カバー部材とを絶縁する絶縁部と
   を有し、
   前記ベース部材は前記カバー部材よりも広く、
   前記ベース部材がグランド電位に接続されており、
   前記直流電圧印加部は、
   前記カバー部材に直流電圧を印加することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記絶縁部は、前記ベース部材の表面に形成された絶縁性の被膜であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記ベース部材は、アルミニウムで形成されており、
   前記絶縁部は、前記ベース部材の表面に形成された陽極酸化皮膜であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記ベース部材の前記載置台側の面に形成された凸となる角の丸みの半径は、０．２ｍｍ以上、かつ、１．０ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記絶縁部の耐電圧は、７３０Ｖ以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記直流電圧印加部は、
   前記カバー部材に−７３０Ｖより大きく、かつ、−１５０Ｖ以下の範囲内の直流電圧を印加することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 処理容器内に処理ガスを供給するガス供給工程と、
   前記処理容器内の上部電極に直流電圧を印加する直流電圧印加工程と、
   被処理基板が載置される載置台に高周波を印加し、前記処理容器内において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
   を含み、
   直流電圧印加工程では、
   ベースプレートと、
   前記ベースプレートの前記載置台側に設けられたカバープレートと、
   前記ベースプレートと前記カバープレートとの間に設けられ、前記ベースプレートと前記カバープレートとを絶縁する絶縁部と
   を有し、
   前記ベースプレートは前記カバープレートよりも広く、
   前記ベースプレートがグランド電位に接続されている前記上部電極において、前記カバープレートに直流電圧を印加することを特徴とするクリーニング方法。

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