JP5442403B2 - 基板処理装置及びそのクリーニング方法並びにプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
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Description
本発明は，例えば半導体ウエハ，ＦＰＤ基板などの基板を載置する基板載置台を備えた処理室内をクリーニングする基板処理装置，そのクリーニング方法，プログラムを記録した記録媒体に関する。
半導体デバイスを製造する基板処理装置は，例えば半導体ウエハや液晶基板などの基板を載置する下部電極を備える載置台とこれに対向して配置した上部電極を備える処理室を設けて構成される。このような基板処理装置でエッチングや成膜などのプラズマ処理を行う場合には，載置台上の静電チャックなどに基板を載置して吸着保持させて，処理室内に所定の処理ガスを導入し，電極間にプラズマを発生させることで，基板に対するプラズマ処理を施すようになっている。
このような基板処理装置では，処理室内で基板を処理する際に発生する反応生成物や処理室内に外部から混入する微粒子などのパーティクル（微細な粒子状の異物）を適切に除去することが重要となる。
例えばパーティクルは基板の裏側まで侵入するため，その基板が載置された載置台にもパーティクルが付着する。特に載置台の周縁部にパーティクルが付着し易い。これをそのまま放置すれば，プラズマ処理が繰り返されるごとに，こうして付着した付着物（例えばＣＦポリマー）を放置しておくと，プラズマ処理を繰り返すごとに堆積していくので，載置台への基板の吸着保持力を低下させたり，搬送アームで基板を載置台に載置する際に基板の位置ずれが発生したりするという問題がある。
また，載置台上に載置された基板の裏面にパーティクルが付着すれば，次工程において問題が拡大する虞がある。さらに，処理室内にパーティクルが残留していると，基板上に付着し，その基板の処理に影響を与える虞があり，基板上に最終的に製造される半導体デバイスの品質が確保できない等の不具合が発生してしまう。
このような処理室内のパーティクルを効果的に除去する方法として，例えば特許文献１には，載置台から基板を取り除いた状態で処理室内にＯ２ガスを導入してプラズマを生成してラジカルを発生させ，このラジカルと載置台に堆積した付着物との間に化学反応を起こさせて，載置台から付着物を除去するクリーニング方法が記載されている。また，特許文献３〜４には，酸素などの酸化物を含む希ガスをプラズマ化してラジカルやイオンを発生させて処理室内のパーティクルを除去するクリーニング方法が開示されている。
しかしながら，載置台（又は載置台を兼ねる下部電極）にパーティクルが付着して堆積した付着物は重合体（例えばＣＦポリマー）を形成するので，上述したようにＯ２ガスをプラズマ化してクリーニングを行ったとしても，付着物を除去するには時間がかかる。
この点，付着物の除去レートを上げるためには，例えば処理室内圧力をできるだけ低くしたり，電極に印加する高周波電力を大きくしたりすることで，下部電極のセルフバイアス電圧を上げてラジカルやイオンのエネルギーを上昇させればよいと考えられる。
しかしながら，載置台上に基板を載置しないで行うウエハレスクリーニングでは，載置台の表面がプラズマに露出するので，下部電極のセルフバイアス電圧を上げるほど，イオンなどの衝撃が大きくなるので載置台の表面がダメージを受け易くなるという問題がある。
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，セルフバイアス電圧を上げることなく，付着物の除去レートを高めることができるクリーニング方法等を提供することにある。
一般に処理室内のクリーニングにおいてＯ２ガスと不活性ガスの混合ガスを用いる場合には，不活性ガスの流量比を増加するほど，Ｏ２ガスの分圧が下がるので付着物の除去レートも低下するものと考えられていた。ところが，本発明者らは処理室内圧力や第１及び第２高周波電力が小さい領域（例えば下部電極のセルフバイアス電圧が５０Ｖ以下ないしは１６０Ｖ以下の領域），すなわちイオンエネルギが小さい領域で実際に実験を試みたところ，予想に反してＯ２ガスの流量比が減少するように不活性ガスを増加させた方が付着物の除去レートが高くなる領域があることを発見した。以下の本発明は，このような見知から導き出されたものである。
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，減圧可能に構成された処理室内に上部電極と下部電極を対向して配置し，前記下部電極を設けた基板載置台を備えた処理室内をクリーニングする基板処理装置のクリーニング方法であって，前記処理室内を所定の処理条件に基づいてクリーニングする際に，Ｏ２ガスと不活性ガスからなる処理ガスを前記下部電極のセルフバイアス電圧の範囲によって絶対値が小さいセルフバイアス電圧の範囲ほど，前記処理ガス全体に対して前記Ｏ２ガスの流量比が減少し不活性ガスの流量比が増大するように設定した流量比で前記処理室内に供給し，前記電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生させることによって，前記基板載置台の中央部よりも周縁部の付着物除去効果を高めることを特徴とする基板処理装置のクリーニング方法が提供される。
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，減圧可能に構成された処理室と，前記処理室内に対向配置された上部電極及び下部電極と，前記下部電極を設けた基板載置台と，前記電極間に所定の高周波電力を供給する電力供給装置と，前記処理室内にＯ２ガスと不活性ガスをクリーニング用の処理ガスとして供給するガス供給部と，前記処理室内を排気して所定の圧力に減圧する排気部と，前記処理室内を所定の処理条件でクリーニングする際の前記下部電極のセルフバイアス電圧の範囲によって絶対値が小さいセルフバイアス電圧の範囲ほど，前記処理ガス全体に対して前記Ｏ２ガスの流量比が減少し不活性ガスの流量比が増大するように設定された前記処理ガスの流量比を記憶する記憶部と，前記処理室内をクリーニングする際に，前記記憶部から前記セルフバイアス電圧の範囲に対応する前記流量比を読み出して，その流量比で前記Ｏ２ガスと前記不活性ガスを前記ガス供給部から供給し，前記電力供給装置から前記電極間に所定の高周波電力を印加してプラズマを生成することによって，前記基板載置台の中央部よりも周縁部の付着物除去効果を高める制御部とを設けたことを特徴とする基板処理装置が提供される。
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，上記クリーニング方法を実行するプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
また，上記クリーニング方法及び基板処理装置において，前記不活性ガスはＡｒガスとし，前記絶対値が５０Ｖ以下となるセルフバイアス電圧の処理条件を用いてクリーニングを行う場合には，前記Ｏ２ガスの流量比が前記処理ガス全体の８％以上３３％未満となるように前記各ガスの流量比を設定することが好ましい。
この場合，さらに前記絶対値が５０Ｖより大きく１６０Ｖより小さくなるセルフバイアス電圧の処理条件を用いてクリーニングを行う場合には，前記Ｏ２ガスの流量比が前記処理ガス全体の３３％以上１００％未満となるように前記各ガスの流量比を設定することが好ましい。
なお，本明細書中１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ，１ｓｃｃｍは（１０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
本発明によれば，下部電極のセルフバイアス電圧に応じて，Ｏ２ガスの流量比が減少しＡｒガスの流量比が増大するように設定することで，セルフバイアス電圧を上げることなく，付着物の除去レートを高めることができる。これにより，載置台の表面に与えるダメージを抑えつつ，付着物を除去する時間を短縮することができる。
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（基板処理装置の構成例）
先ず，本発明の実施形態にかかる基板処理装置の構成例について図面を参照しながら説明する。ここでは，基板処理装置として，１つの電極（下部電極）に例えば４０ＭＨｚの比較的高い周波数を有する第１高周波電力（プラズマ生起用高周波電力）と，例えば１３．５６ＭＨｚの比較的低い周波数を有する第２高周波電力（バイアス電圧用高周波電力）を重畳して印加して，ウエハ上に形成された被エッチング膜のエッチングを行うプラズマ処理装置を例に挙げて説明する。図１は本実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
先ず，本発明の実施形態にかかる基板処理装置の構成例について図面を参照しながら説明する。ここでは，基板処理装置として，１つの電極（下部電極）に例えば４０ＭＨｚの比較的高い周波数を有する第１高周波電力（プラズマ生起用高周波電力）と，例えば１３．５６ＭＨｚの比較的低い周波数を有する第２高周波電力（バイアス電圧用高周波電力）を重畳して印加して，ウエハ上に形成された被エッチング膜のエッチングを行うプラズマ処理装置を例に挙げて説明する。図１は本実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
図１に示すようにプラズマ処理装置１００は例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属から成る円筒形状に成形された処理容器を有する処理室（チャンバ）１０２を備える。処理室１０２は接地されている。処理室１０２内には，基板例えば半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」とも称する。）Ｗを載置する基板載置台（以下，単に「載置台」と称する）１１０が設けられている。載置台１１０は，円板状の下部電極（サセプタ）１１１を備えており，この下部電極１１１の上方には，処理ガスやパージガスなどを導入するシャワーヘッドを兼ねた上部電極１２０が対向して配設されている。
下部電極１１１は例えばアルミニウムからなる。下部電極１１１は処理室１０２の底部から垂直上方に延びる筒状部１０４に絶縁性の筒状保持部１０６を介して保持されている。下部電極１１１の上面には，ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック１１２が設けられている。静電チャック１１２は例えば導電膜からなる静電チャック電極１１４を絶縁膜内に挟み込んで構成される。静電チャック電極１１４には直流電源１１５が電気的に接続されている。この静電チャック１１２によれば，直流電源１１５からの直流電圧により，クーロン力でウエハＷを静電チャック１１２上に吸着保持することができる。
下部電極１１１の内部には冷却機構が設けられている。この冷却機構は，例えば下部電極１１１内の円周方向に延在する冷媒室１１６に，図示しないチラーユニットからの所定温度の冷媒（例えば冷却水）を配管を介して循環供給するように構成される。冷媒の温度によって静電チャック１１２上のウエハＷの処理温度を制御できる。
下部電極１１１と静電チャック１１２には伝熱ガス供給ライン１１８がウエハＷの裏面に向けて配設されている。伝熱ガス供給ライン１１８には例えばＨｅガスなどの伝熱ガス（バックガス）が導入され，静電チャック１１２の上面とウエハＷの裏面との間に供給される。これにより，下部電極１１１とウエハＷとの間の熱伝達が促進される。静電チャック１１２上に載置されたウエハＷの周囲を囲むようにフォーカスリング１１９配置されている。フォーカスリング１１９は，例えば石英やシリコンからなり，筒状保持部１０６の上面に設けられている。
上部電極１２０は処理室１０２の天井部に設けられている。上部電極１２０は接地されている。上部電極１２０には処理室１０２内での処理に必要なガスを供給する処理ガス供給部１２２が配管１２３を介して接続されている。処理ガス供給部１２２は，例えば処理室１０２内でのウエハのプロセス処理や処理室１０２内のクリーニング処理などに必要な処理ガスやパージガスなどを供給するガス供給源，ガス供給源からのガスの導入を制御するバルブ及びマスフローコントローラにより構成される。
上部電極１２０には多数のガス通気孔１２５を有する下面の電極板１２４と，この電極板１２４を着脱可能に支持する電極支持体１２６とを有する。電極支持体１２６の内部にバッファ室１２７が設けられている。このバッファ室１２７のガス導入口１２８には上記処理ガス供給部１２２の配管１２３が接続されている。
図１では説明を簡単にするため，処理ガス供給部１２２を一系統のガスラインで表現しているが，処理ガス供給部１２２は単一のガス種の処理ガスを供給する場合に限られるものではなく，複数のガス種を処理ガスとして供給するものであってもよい。この場合には，複数のガス供給源を設けて複数系統のガスラインで構成し，各ガスラインにマスフローコントローラを設けてもよい。
このような処理ガス供給部１２２により処理室１０２内に供給する処理ガスとしては，例えば酸化膜のエッチングでは，Ｃｌなどを含むハロゲン系ガスが用いられる。具体的にはＳｉＯ２膜などのシリコン酸化膜をエッチングする場合には，ＣＨＦ３ガスなどが処理ガスとして用いられる。ＨｆＯ２，ＨｆＳｉＯ２，ＺｒＯ２，ＺｒＳｉＯ４などの高誘電体薄膜をエッチングする場合には，ＢＣｌ３ガスを処理ガスとしたり，ＢＣｌ３ガスとＯ２ガスとの混合ガスを処理ガスとして用いられる。ポリシリコン膜をエッチングする場合には，ＨＢｒガスとＯ２ガスの混合ガスなどが処理ガスとして用いられる。
また，処理室１０２内のクリーニングでは，例えばＯ２ガスの単ガス，Ｏ２ガスと不活性ガス（Ａｒガス，Ｈｅガスなど）の混合ガスが用いられる。本実施形態にかかるクリーニング処理ではその処理ガスとしてＯ２ガスとＡｒガスとの混合ガスを用いる場合を例に挙げる。
処理室１０２の側壁と筒状部１０４との間には排気路１３０が形成され，この排気路１３０の入口または途中に環状のバッフル板１３２が取り付けられるとともに，排気路１３０の底部に排気口１３４が設けられている。この排気口１３４には排気管を介して排気部１３６が接続されている。排気部１３６は，例えば真空ポンプを備え，処理室１０２内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。また，処理室１０２の側壁には，ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ１０８が取り付けられている。
下部電極１１１には，２周波重畳電力を供給する電力供給装置１４０が接続されている。電力供給装置１４０は，第１周波数の第１高周波電力（プラズマ生起用高周波電力）を供給する第１高周波電力供給機構１４２と，第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力（バイアス電圧発生用高周波電力）を供給する第２高周波電力供給機構１５２から構成されている。
第１高周波電力供給機構１４２は，下部電極１１１側から順次接続される第１フィルタ１４４，第１整合器１４６，第１電源１４８を有している。第１フィルタ１４４は，第２周波数の電力成分が第１整合器１４６側に侵入することを防止する。第１整合器１４６は，第１高周波電力成分をマッチングさせる。
第２高周波電力供給機構１５２は，下部電極１１１側から順次接続される第２フィルタ１５４，第２整合器１５６，第２電源１５８を有している。第２フィルタ１５４は，第１周波数の電力成分が第２整合器１５６側に侵入することを防止する。第２整合器１５６は，第２高周波電力成分をマッチングさせる。
処理室１０２にはその周囲を囲むように磁場形成部１７０が配設されている。磁場形成部１７０は，処理室１０２の周囲に沿って上下に離間して配置された上部マグネットリング１７２と下部マグネットリング１７４を備え，処理室１０２内にプラズマ処理空間を囲むカスプ磁場を発生させる。
プラズマ処理装置１００には，制御部（全体制御装置）１６０が接続されており，この制御部１６０によってプラズマ処理装置１００の各部が制御されるようになっている。また，制御部１６０には，オペレータがプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや，プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる操作部１６２が接続されている。
さらに，制御部１６０には，プラズマ処理装置１００で実行される各種処理（ウエハＷに対するプラズマ処理など）を制御部１６０の制御にて実現するためのプログラムやプログラムを実行するために必要な処理条件（レシピ）などが記憶された記憶部１６４が接続されている。
記憶部１６４には，例えば複数の処理条件（レシピ）が記憶されている。各処理条件は，プラズマ処理装置１００の各部を制御する制御パラメータ，設定パラメータなどの複数のパラメータ値をまとめたものである。各処理条件は例えば処理ガスの流量比，処理室内圧力，高周波電力などのパラメータ値を有する。
なお，これらのプログラムや処理条件はハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよく，またＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶部１６４の所定位置にセットするようになっていてもよい。
制御部１６０は，操作部１６２からの指示等に基づいて所望のプログラム，処理条件を記憶部１６４から読み出して各部を制御することで，プラズマ処理装置１００での所望の処理を実行する。また，操作部１６２からの操作により処理条件を編集できるようになっている。
（プラズマ処理装置の動作）
次に，上述したような構成のプラズマ処理装置１００の動作について説明する。例えばウエハＷにプラズマエッチング処理を行う場合には，図示しない搬送アームによって未処理ウエハＷを処理室１０２にゲートバルブ１０８から搬入する。ウエハＷが載置台１１０上，すなわち静電チャック１１２上に載置されると，直流電源１１５をオンしてウエハＷを静電チャック１１２に吸着保持し，プラズマエッチング処理を開始する。
次に，上述したような構成のプラズマ処理装置１００の動作について説明する。例えばウエハＷにプラズマエッチング処理を行う場合には，図示しない搬送アームによって未処理ウエハＷを処理室１０２にゲートバルブ１０８から搬入する。ウエハＷが載置台１１０上，すなわち静電チャック１１２上に載置されると，直流電源１１５をオンしてウエハＷを静電チャック１１２に吸着保持し，プラズマエッチング処理を開始する。
プラズマエッチング処理は，予め設定されたプロセスレシピに基づいて実行される。具体的には処理室１０２内が所定の圧力に減圧され，上部電極１２０から所定の処理ガス（例えばＣ４Ｆ８ガス，Ｏ２ガス，およびＡｒガスを含む混合ガス）を所定の流量および流量比で処理室１０２内に導入される。
この状態で，下部電極１１１に，第１電源１４８から第１高周波として１０ＭＨｚ以上，例えば１００ＭＨｚを供給し，第２電源１５８から第２高周波として２ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ未満，例えば３ＭＨｚの第２の高周波電力を供給する。これにより，第１高周波の働きで下部電極１１１と上部電極１２０との間に処理ガスのプラズマが発生するとともに，第２高周波の働きで下部電極１１１にセルフバイアス電圧（−Ｖｄｃ）が発生し，ウエハＷに対してプラズマエッチング処理を実行することができる。このように，下部電極１１１に第１高周波および第２高周波を供給してこれらを重畳させることにより，プラズマを適切に制御して良好なプラズマエッチング処理を行うことができる。
エッチング処理が終了すると，直流電源１１５をオフして静電チャック１１２の吸着保持力を除去し，図示しない搬送アームによってウエハＷをゲートバルブ１０８から搬出する。
このようなウエハＷのプラズマエッチング処理が実行されると，処理室１０２内にプラズマ処理による反応生成物などのパーティクルが発生する。このパーティクルは処理室１０２内の側壁のみならず，処理室１０２内に配置される載置台１１０などにも付着する。例えば図２に示すようにパーティクルはウエハＷとフォーカスリング１１９の間にも入り込んで静電チャック１１２の周縁部の上側にも付着する。
こうして付着した付着物（例えばＣＦポリマー）を放置しておくと，プラズマエッチング処理を繰り返すごとに堆積していくので，ウエハＷの吸着保持力を低下させたり，搬送アームでウエハＷを静電チャック１１２上に載置する際にウエハＷの位置ずれが発生したりという問題がある。また，付着物の一部が削れて浮遊すると，ウエハＷ上にも付着する虞がある。ウエハＷに付着するとそこから製造される半導体デバイスの配線ショート等の原因となり，ひいては歩留り低下の要因となる。
このため，プラズマ処理装置１００では，一定のタイミングで処理室１０２内のクリーニング処理を行うようになっている。例えば１枚のウエハＷのプラズマエッチング処理が終了するごとにクリーニング処理を行ってもよく，また１ロット（例えば２５枚）分のウエハＷのプラズマエッチング処理が終了するごとにクリーニング処理を行うようにしてもよい。
クリーニング処理では，クリーニング用の処理ガスを処理室１０２内に導入し，所定の圧力を保持する。この状態で，下部電極１１１に，第１電源１４８から第１高周波として１０ＭＨｚ以上，例えば１００ＭＨｚを供給し，第２電源１５８から第２高周波として２ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ未満，例えば３ＭＨｚの第２の高周波電力を供給する。これにより，第１高周波の働きで下部電極１１１と上部電極１２０との間に処理ガスのプラズマが発生するとともに，第２高周波の働きで下部電極１１１にセルフバイアス電位が発生し，処理室１０２内のクリーニング処理を実行することができる。
（クリーニング処理で用いる処理ガス）
このようなクリーニング処理では，Ｏ２ガスを処理ガスとして用いてＯ２プラズマで付着物を除去するのが一般的である。ところが，Ｏ２プラズマでは除去レートが遅く時間がかかるという問題がある。特に図２に示すような静電チャック１１２の周縁部の上側に付着する付着物は重合体（例えばＣＦポリマー）を形成するので除去するのに時間がかかる。
このようなクリーニング処理では，Ｏ２ガスを処理ガスとして用いてＯ２プラズマで付着物を除去するのが一般的である。ところが，Ｏ２プラズマでは除去レートが遅く時間がかかるという問題がある。特に図２に示すような静電チャック１１２の周縁部の上側に付着する付着物は重合体（例えばＣＦポリマー）を形成するので除去するのに時間がかかる。
この点，付着物の除去レートを上げるためには，例えば処理室１０２内圧力をできるだけ低くしたり，各電極に印加する高周波電力を大きくしたりすることで，下部電極１１１のセルフバイアス電圧を上げるのが最も容易である。しかしながら，静電チャック１１２上にウエハＷを載置しないで行うウエハレスクリーニングでは，静電チャック１１２の表面はプラズマに露出する。このため，下部電極１１１のセルフバイアス電圧を上げるほどイオン衝撃が大きくなるので静電チャック１１２の表面がダメージを受け易くなる。
そこで，本発明者らは様々な実験を行ったところ，クリーニング処理の処理ガスとしてＯ２ガスと不活性ガス（例えばＡｒガス）の混合ガスを用い，その流量比を変えるだけで，セルフバイアス電圧を上げることなく，除去レートを高めることができることを見出した。これによれば，静電チャック１１２の表面に与えるダメージを抑えつつ，付着物の除去レートを高めることができる。
より具体的に説明すると，発明者らは，Ｏ２ガスと不活性ガスの流量比に対する，処理室１０２内の圧力，第１高周波電力（プラズマ生起用高周波電力），第２高周波電力（バイアス電圧発生用高周波電力）との関係を実験で確認したところ，予期せぬ結果が得られた。
一般にはＯ２ガスと不活性ガスの混合ガスを用いる場合，不活性ガスの流量比を増加するほど，Ｏ２ガスの分圧が下がるので付着物の除去レートも低下するものと考えられていた。ところが，実際の実験では処理室内圧力や第１及び第２高周波電力の大きさによっては，Ｏ２ガスの流量比が減少するようにＡｒガスを増加させた方が付着物の除去レートが高くなる領域があることが実験結果から判明した。
以下，これらの実験結果について図面を参照しながら説明する。先ず，クリーニング処理における処理室内圧力を変えたときの処理ガスの流量比と付着物の除去レートの関係についての実験結果について説明する。この実験では，下部電極に付着する成分と同様のＣＦポリマーを形成した直径３００ｍｍのウエハＷに対して，処理ガスとしてＯ２ガスとＡｒガスの混合ガスを用いてクリーニングの処理条件と同様の条件でエッチングを行って，そのエッチングレートを付着物の除去レートとして測定した。
図３Ａ〜図３Ｄはそれぞれ，処理室内圧力を１００ｍＴｏｒｒ，２００ｍＴｏｒｒ，４００ｍＴｏｒｒ，７５０ｍＴｏｒｒとしたときの処理ガスの流量比を変えて測定した除去レートをプロットしたものである。処理ガスの流量比は，処理ガスの全体の流量を１０００ｓｃｃｍとしてＯ２ガスとＡｒガスの流量比を変えてエッチング（クリーニング）を行った。
具体的には，図３Ａ〜図３Ｄにも凡例のようにＯ２ガスの流量比／Ａｒガスの流量比で示すと，１０００ｓｃｃｍ／０ｓｃｃｍ（Ｏ２ガス１００％），７５０ｓｃｃｍ／２５０ｓｃｃｍ（Ｏ２ガス７５％），５００ｓｃｃｍ／５００ｓｃｃｍ（Ｏ２ガス５０％），１５０ｓｃｃｍ／８５０ｓｃｃｍ（Ｏ２ガス１５％），５０ｓｃｃｍ／９５０ｓｃｃｍ（Ｏ２ガス５％），１０ｓｃｃｍ／９９０ｓｃｃｍ（Ｏ２ガス１％）についてそれぞれエッチングを行って除去レートを測定した。なお，その他の処理条件は以下の通りである。
［処理条件］
第１高周波電力：５００Ｗ
第２高周波電力：０Ｗ
上部電極温度：６０ｄｅｇ
側壁温度：６０ｄｅｇ
下部電極温度：４０ｄｅｇ
処理時間：３０ｓｅｃ
第１高周波電力：５００Ｗ
第２高周波電力：０Ｗ
上部電極温度：６０ｄｅｇ
側壁温度：６０ｄｅｇ
下部電極温度：４０ｄｅｇ
処理時間：３０ｓｅｃ
図３Ａ〜図３Ｄによれば，ウエハＷの面内位置を全体的に見れば，図３Ａ，図３Ｂに示す１００ｍＴｏｒｒ，２００ｍＴｏｒｒの場合には，Ｏ２ガスの流量比が減少するようにＡｒガスを増加させるほど，除去レートも低下している。これに対して，図３Ｃ，図３Ｄに示す４００ｍＴｏｒｒ，７５０ｍＴｏｒｒの場合には，Ｏ２ガスの流量比が減少するようにＡｒガスを増加させた方が除去レートが高くなっている。しかも，Ｏ２ガスの流量比を減少させると，ウエハＷの中央部よりも周縁部の方がより除去レートが高くなっていることがわかる。このため，特に静電チャック１１２の中央部にダメージを与えずに，周縁部の付着物の除去効率を高めることができる点で効果が大きい。
そこで，図３Ａ〜図３ＤのウエハＷの周縁部の除去レートを縦軸にとって，処理ガスの流量比を横軸にとってまとめると，図４Ａ，図４Ｂに示すようになる。図４Ａ，図４Ｂの横軸は，処理ガスの流量比をＡｒガス／（Ａｒガス＋Ｏ２ガス）の百分率で示しているので，流量比０％はＯ２１００％であり，流量比１００％はＯ２ガス０％である。
図４Ａは，ウエハＷの外縁から中心部に向けて１ｍｍの位置（図３Ａ〜図３Ｄでは−１４９ｍｍの位置）の除去レートを各圧力ごとにグラフにしたものである。図４Ｂは，図４ＡのＡｒガスの流量比０（Ｏ２ガス１００％）の除去レートを基準（１）として各流量比の除去レートを基準化したものである。すなわち，各流量比の除去レートをＡｒガスの流量比０（Ｏ２ガス１００％）の除去レートで割り算した値をプロットしてグラフにしたものである。なお，図４Ａ，図４Ｂでは，Ｏ２ガスの流量比／Ａｒガスの流量比が２５０ｓｃｃｍ／７５０ｓｃｃｍ（Ｏ２ガス２５％），３０ｓｃｃｍ／９７０ｓｃｃｍ（Ｏ２ガス３％）の場合の実験データも加えている。
図４Ａ，図４Ｂによれば，ウエハＷの周縁部の除去レートは，１００ｍＴｏｒｒの場合には，Ｏ２ガスの流量比が減少するようにＡｒガスを増加させるほど，除去レートも低下している。これに対して，２００ｍＴｏｒｒ，４００ｍＴｏｒｒ，７５０ｍＴｏｒｒと圧力が高くなるほど，Ｏ２ガスの流量比が減少するようにＡｒガスを増加させた方が除去レートが増大する。特に４００ｍＴｏｒｒ以上では除去レートがＯ２ガス１００％の場合に比して略１．７５倍と大幅に増大する流量比がある。但し，いずれの圧力の場合もＯ２ガスが少なすぎると，除去レートも低下するので，除去レートが最大付近の流量比を用いることが好ましい。
ところで，処理室１０２内の圧力を２００ｍＴｏｒｒ，４００ｍＴｏｒｒ，７５０ｍＴｏｒｒと高くすると，イオンエネルギが減少する。そうとすると，上記実験結果からイオンエネルギが低い領域ほどＯ２ガスの流量比が減少するようにＡｒガスを増大させた方が除去レートが増大するものと考えられるので，それを検証する実験を行った。
ここでは先ず，Ａｒガスを増大させてもそれほど除去レートが上がらなかった条件，すなわち処理室内圧力が１００ｍＴｏｒｒ，２００ｍＴｏｒｒのときに，下部電極１１１に印加する第１高周波電力の大きさを変えて行った実験結果を説明する。具体的には，第２高周波電力を０Ｗに固定して第１高周波電力の大きさを変えて図３Ａ（１００ｍＴｏｒｒ），図３Ｂ（２００ｍＴｏｒｒ）の場合と同様の実験を行った。図５Ａ，図５Ｂは，１００ｍＴｏｒｒの場合について図４Ａ，図４Ｂと同様にウエハＷの周縁部（−１４９ｍｍの位置）の除去レートを横軸にとり，処理ガスの流量比を縦軸にとってまとめたものである。図６Ａ，図６Ｂは，４００ｍＴｏｒｒの場合について図４Ａ，図４Ｂと同様にウエハＷの周縁部（−１４９ｍｍの位置）の除去レートを横軸にとり，処理ガスの流量比を縦軸にとってまとめたものである。
図５Ａ，図５Ｂ，図６Ａ，図６Ｂによれば，処理室内圧力が１００ｍＴｏｒｒの場合と２００ｍＴｏｒｒの場合ともに，第１高周波電力を５００Ｗから２００Ｗに小さくした方が，Ｏ２ガスの流量比が減少するようにＡｒガスを増加させていったときの除去レートの上昇率が大きくなることがわかる。図６Ａ，図６Ｂによれば，４００ｍＴｏｒｒの場合ではさらに顕著に除去レートの上昇率が大きくなっている。これにより，処理室内圧力が１００ｍＴｏｒｒの場合と２００ｍＴｏｒｒの場合でも，第１高周波電力を小さくしてイオンエネルギを減少させると，図３Ｃ（４００ｍＴｏｒｒ）や図３Ｄ（７５０ｍＴｏｒｒ）の場合と同様にＡｒガス増大の効果が現れる傾向があることがわかった。
続いて，Ａｒガスを増大させると除去レートが上がった条件，すなわち処理室内圧力が４００ｍＴｏｒｒの場合に，下部電極１１１に印加する第２高周波電力を大きくしてイオンエネルギを増大させた場合の実験結果を説明する。具体的には，第１高周波電力を５００Ｗに固定して第２高周波電力の大きさを変えて図３Ｃ（４００ｍＴｏｒｒ）の場合と同様の実験を行った。図７Ａ，図７Ｂは，４００ｍＴｏｒｒの場合について図４Ａ，図４Ｂと同様にウエハＷの周縁部（−１４９ｍｍの位置）の除去レートを横軸にとり，処理ガスの流量比を縦軸にとってまとめたものである。
図７Ａ，図７Ｂによれば，第２高周波電力を１５０Ｗ，３００Ｗと大きくしてイオンエネルギを増大すると，０Ｗの場合に比してＯ２ガスの流量比が減少するようにＡｒガスを増加させていっても除去レートは大きくならない。これにより，処理室内圧力が４００ｍＴｏｒｒの場合でも，第２高周波電力を大きくしてイオンエネルギを増大させると，図３Ａ（１００ｍＴｏｒｒ）や図３Ｂ（２００ｍＴｏｒｒ）の場合と同様にＡｒガス増大の効果が薄れる傾向があることがわかった。
以上の実験結果によれば，付着物の除去レートを高められるＡｒガスとＯ２ガスの流量比は，イオンエネルギと密接な関係があることがわかった。イオンエネルギは，下部電極のセルフバイアス電圧（−Ｖｄｃ）の大きさに対応するため，ここでは上述した各実験結果からセルフバイアス電圧（−Ｖｄｃ）と付着物の除去レートとの関係をまとめてみた。これをグラフで表したのが図８である。
図８は，上記各実験結果において除去レートを高めるのに適した処理ガスの流量比を選択して，そのときのセルフバイアス電圧（−Ｖｄｃ）を求めてその絶対値を横軸にとり，付着物の除去レートを縦軸にとってこれらの関係をグラフにしたものである。具体的には図４Ａ，図４Ｂ等の実験結果に基づいて除去レートが最も大きくなる範囲で処理ガス流量比を選択した。ここでは，Ｏ２ガスとＡｒガスからなる処理ガス全体に対するＯ２ガスの流量の割合が８％，３３％，１００％で除去レートを求める実験を行った場合のデータを用いている。
図８によれば，Ｏ２ガス８％，３３％，１００％のプロットデータをそれぞれ直線近似すると，各直線ｙ８，ｙ３３，ｙ１００のようになる。すなわち，これらの直線ｙ８，ｙ３３，ｙ１００は傾きが異なる。これらの直線ｙ８，ｙ３３，ｙ１００のうち上側にくるものほど除去レートを高めることができるのであるから，セルフバイアス電圧の領域によって上側にくる直線も変わることになる。これにより，セルフバイアス電圧の領域によって，除去レートを高めるのに適した処理ガスの流量比が変わることがわかった。
例えばセルフバイアス電圧（−Ｖｄｃ）の絶対値が非常に大きい１６０Ｖ以上の場合は，直線１００が最も上側にあるのでＯ２ガス１００％の場合が最も除去レートを高めることができる。これに対して，セルフバイアス電圧の絶対値がそれよりも低い５０Ｖ以上１６０以下の場合は，直線ｙ３３が最も上側にあるので，Ｏ２ガス３３％の場合が最も除去レートを高めることができる。さらに，セルフバイアス電圧の絶対値が低い５０Ｖ以下の場合は，直線ｙ８が最も上側にあるので，Ｏ２ガス８％の場合が最も除去レートを高めることができる。
このように，セルフバイアス電圧が小さい領域でも，Ｏ２ガスの流量比が減少するようにＡｒガスを増加する方が付着物の除去レートを高めることができる理由としては例えばプラズマ密度の観点から以下のことが考えられる。Ａｒガスは電離にエネルギーを費やすことができるのでＡｒイオンになり易いのに対して，Ｏ２ガスは酸素ラジカルに解離するのにも多くのエネルギーを要するので，Ｏ２ガスだけではプラズマ密度が上がらなくなってしまう。このため，Ａｒガスを増やすほど，セルフバイアス電圧が下がってくるので除去レートをとり難くなってくるものの，その分Ａｒイオンの数が増大してイオン密度や電子密度も増大するので，Ｏ２ガスの解離を促進する。従って，セルフバイアス電圧が小さい領域では，Ａｒガスを増大した方が，Ｏ２ガスも電離し易くなり，付着物の除去効率を大幅に高めることができると推察される。
そこで，本実施形態のクリーニング処理では，処理室１０２内を所定の処理条件に基づいてクリーニングする際に，Ｏ２ガスとＡｒガスからなる処理ガスを下部電極１１１のセルフバイアス電圧に応じてその絶対値が小さいほど，Ｏ２ガスの流量比が減少しＡｒガスの流量比が増大するように設定した流量比で処理室１０２内に供給し，電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる。
より具体的には，セルフバイアス電圧（−Ｖｄｃ）の絶対値が５０Ｖ以下となる処理条件を用いる場合には，Ｏ２ガス８％以上３３％未満となるようにＯ２ガスとＡｒガスの流量比を設定する。また，セルフバイアス電圧の絶対値が５０Ｖより大きく１６０Ｖより小さくなる処理条件を用いる場合には，Ｏ２ガス３３％以上１００％未満となるようにＯ２ガスとＡｒガスの流量比を設定する。これらの処理ガスの流量比は，予め他の処理条件とともに記憶部１６４に記憶しておき，クリーニングを実行する際に読み出して用いるようにしてもよい。
このように，本発明者らはセルフバイアス電圧（−Ｖｄｃ）と，処理ガスの流量比との間に一定の関連性があることを発見し，クリーニングに用いる処理ガスの流量比をセルフバイアス電圧（−Ｖｄｃ）に応じて変えるだけで，効果的に除去レートを高めることができることを見出した。
これにより，セルフバイアス電圧（−Ｖｄｃ）を高めることなく，付着物の除去レートを高めることができるので，静電チャック１１２の表面に与えるダメージを抑えつつ，静電チャック１１２の周縁部に付着する付着物を除去するのに要する時間を短縮できる。
なお，セルフバイアス電圧の絶対値が１６０Ｖ以上となる処理条件を用いる場合には，Ｏ２ガス１００以上となるようにＯ２ガスとＡｒガスの流量比を設定するようにしてもよい。但し，載置台１１０の表面（静電チャック１１２の表面）へのダメージも抑えつつ，Ａｒガスの増大によって付着物の除去レートを高めるには，セルフバイアス電圧の絶対値が１６０Ｖより小さい領域や５０Ｖより小さい領域となる処理条件でクリーニングを行うことが好ましい。
また，上記実施形態においてクリーニング用の処理ガスとしては，Ｏ２ガスに加える不活性ガスとしてＡｒガスを例に挙げて説明したが，これに限定されるものではない。このような不活性ガスとしてはＡｒガスの他に，例えばＨｅガス，Ｎｅガス，Ｋｒガスなどを用いることもできる。
また，上述した実施形態の機能を実現するソフトウエアのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体をシステムあるいは装置に供給し，そのシステムあるいは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体等の媒体に記憶されたプログラムを読み出して実行することによっても，本発明が達成され得る。
この場合，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラム自体が上述した実施形態の機能を実現することになり，そのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体は本発明を構成することになる。プログラムを供給するための記憶媒体等の媒体としては，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，磁気テープ，不揮発性のメモリカード，ＲＯＭなどが挙げられる。また，媒体に対してプログラムを，ネットワークを介してダウンロードして提供することも可能である。
なお，コンピュータが読み出したプログラムを実行することにより，上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく，そのプログラムの指示に基づき，コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部又は全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。
さらに，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラムが，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，そのプログラムの指示に基づき，その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば上記実施形態では基板処理装置として，下部電極のみに２種類の高周波電力を重畳して印加してプラズマを生起させるタイプのプラズマ処理装置を例に挙げて説明したが，これに限定されるものではなく，別のタイプ例えば下部電極のみに１種類の高周波電力を印加するタイプや２種類の高周波電力を上部電極と下部電極にそれぞれ印加するタイプのプラズマ処理装置に適用してもよい。さらに，本発明を適用可能な基板処理装置としては，プラズマ処理装置に限定されることはなく，成膜処理を行う熱処理装置に適用してもよい。
本発明は，例えば半導体ウエハ，ＦＰＤ基板などの基板を載置する基板載置台を備えた処理室内をクリーニングする基板処理装置，そのクリーニング方法，プログラムを記録した記録媒体に適用可能である。
１００ プラズマ処理装置
１０２ 処理室
１０４ 筒状部
１０６ 筒状保持部
１０８ ゲートバルブ
１１０ 載置台
１１１ 下部電極
１１２ 静電チャック
１１４ 静電チャック電極
１１５ 直流電源
１１６ 冷媒室
１１８ 伝熱ガス供給ライン
１１９ フォーカスリング
１２０ 上部電極
１２２ 処理ガス供給部
１２３ 配管
１２４ 電極板
１２５ ガス通気孔
１２６ 電極支持体
１２７ バッファ室
１２８ ガス導入口
１３０ 排気路
１３２ バッフル板
１３４ 排気口
１３６ 排気部
１４０ 電力供給装置
１４２ 第１高周波電力供給機構
１４４ 第１フィルタ
１４６ 第１整合器
１４８ 第１電源
１５２ 第２高周波電力供給機構
１５４ 第２フィルタ
１５６ 第２整合器
１５８ 第２電源
１６０ 制御部
１６２ 操作部
１６４ 記憶部
１７０ 磁場形成部
１７２ 上部マグネットリング
１７４ 下部マグネットリング
Ｗ ウエハ
１０２ 処理室
１０４ 筒状部
１０６ 筒状保持部
１０８ ゲートバルブ
１１０ 載置台
１１１ 下部電極
１１２ 静電チャック
１１４ 静電チャック電極
１１５ 直流電源
１１６ 冷媒室
１１８ 伝熱ガス供給ライン
１１９ フォーカスリング
１２０ 上部電極
１２２ 処理ガス供給部
１２３ 配管
１２４ 電極板
１２５ ガス通気孔
１２６ 電極支持体
１２７ バッファ室
１２８ ガス導入口
１３０ 排気路
１３２ バッフル板
１３４ 排気口
１３６ 排気部
１４０ 電力供給装置
１４２ 第１高周波電力供給機構
１４４ 第１フィルタ
１４６ 第１整合器
１４８ 第１電源
１５２ 第２高周波電力供給機構
１５４ 第２フィルタ
１５６ 第２整合器
１５８ 第２電源
１６０ 制御部
１６２ 操作部
１６４ 記憶部
１７０ 磁場形成部
１７２ 上部マグネットリング
１７４ 下部マグネットリング
Ｗ ウエハ
Claims (7)
- 減圧可能に構成された処理室内に上部電極と下部電極を対向して配置し，前記下部電極を設けた基板載置台を備えた処理室内をクリーニングする基板処理装置のクリーニング方法であって，
前記処理室内を所定の処理条件に基づいてクリーニングする際に，Ｏ２ガスと不活性ガスからなる処理ガスを前記下部電極のセルフバイアス電圧の範囲によって絶対値が小さいセルフバイアス電圧の範囲ほど，前記処理ガス全体に対して前記Ｏ２ガスの流量比が減少し前記不活性ガスの流量比が増大するように設定した流量比で前記処理室内に供給し，前記電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生させることによって，前記基板載置台の中央部よりも周縁部の付着物除去効果を高めることを特徴とする基板処理装置のクリーニング方法。 - 前記不活性ガスはＡｒガスとし，
前記絶対値が５０Ｖ以下となるセルフバイアス電圧の範囲の処理条件を用いてクリーニングを行う場合には，前記Ｏ２ガスの流量比が前記処理ガス全体の８％以上３３％未満となるように前記各ガスの流量比を設定することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置のクリーニング方法。 - 前記絶対値が５０Ｖより大きく１６０Ｖより小さくなるセルフバイアス電圧の範囲の処理条件を用いてクリーニングを行う場合には，前記Ｏ２ガスの流量比が前記処理ガス全体の３３％以上１００％未満となるように前記各ガスの流量比を設定することを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置のクリーニング方法。
- 減圧可能に構成された処理室と，
前記処理室内に対向配置された上部電極及び下部電極と，
前記下部電極を設けた基板載置台と，
前記電極間に所定の高周波電力を供給する電力供給装置と，
前記処理室内にＯ２ガスと不活性ガスをクリーニング用の処理ガスとして供給するガス供給部と，
前記処理室内を排気して所定の圧力に減圧する排気部と，
前記処理室内を所定の処理条件でクリーニングする際の前記下部電極のセルフバイアス電圧の範囲によって絶対値が小さいセルフバイアス電圧の範囲ほど，前記処理ガス全体に対して前記Ｏ２ガスの流量比が減少し前記不活性ガスの流量比が増大するように設定された前記処理ガスの流量比を記憶する記憶部と，
前記処理室内をクリーニングする際に，前記記憶部から前記セルフバイアス電圧の範囲に対応する前記流量比を読み出して，その流量比で前記Ｏ２ガスと前記不活性ガスを前記ガス供給部から供給し，前記電力供給装置から前記電極間に所定の高周波電力を印加してプラズマを生成することによって，前記基板載置台の中央部よりも周縁部の付着物除去効果を高める制御部と，
を設けたことを特徴とする基板処理装置。 - 前記不活性ガスはＡｒガスとし，
前記絶対値が５０Ｖ以下となるセルフバイアス電圧の範囲の処理条件を用いてクリーニングを行う場合には，前記Ｏ２ガスの流量比が前記処理ガス全体の８％以上３３％未満となる前記各ガスの流量比を前記記憶部に記憶することを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。 - 前記絶対値が５０Ｖより大きく１６０Ｖより小さくなるセルフバイアス電圧の範囲の処理条件を用いてクリーニングを行う場合には，前記Ｏ２ガスの流量比が前記処理ガス全体の３３％以上１００％未満となる前記各ガスの流量比を前記記憶部に記憶することを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
- 請求項１に記載のクリーニング方法を実行するプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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