JP2016058536A - プラズマ処理装置及びクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ処理装置の処理容器内の隅部に付着した膜を効率的に剥離させる。【解決手段】処理ガスをプラズマ化させてウェハＷを処理するプラズマ処理装置１は、ウェハＷを気密に収容する処理容器２と、処理容器２の底面に設けられ、ウェハＷを載置するサセプタ１０と、処理容器２内に処理ガスまたはパージガスの少なくともいずれかを供給するガス供給管５０と、処理容器２内で処理ガスのプラズマを生成するラジアルラインスロットアンテナ３と、処理容器２内を、排気管２２を介して排気する排気機構２１と、処理容器２内の隅部に対して超音波振動を印加する超音波振動発生機構７０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、被処理体としての基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置及び当該プラズマ処理装置におけるクリーニング方法に関する。

半導体デバイスの製造においては、例えばプラズマ処理装置などの基板処理装置に設けられた減圧処理容器内で、絶縁膜をはじめとする各種成膜処理や、これら絶縁膜等のエッチング処理などが行われる。このような減圧処理容器内には、例えば処理容器内に生成されるプラズマによるスパッタや、反応性ガスによる反応生成物が付着して成膜する。そして、処理容器内に付着したこれら反応生成物由来の膜の膜厚が例えば数μｍ程度に達すると、当該膜が処理容器内のガス流れ等により受ける応力により部分的に剥離して微細な粒子（パーティクル）となり飛散する。

このようなパーティクルが基板に付着してしまうと製品の歩留まりが低下してしまう。そのため、基板処理装置には高い清浄度が求められる。

処理容器内をクリーニングする方法として、例えば特許文献１には、処理容器内に例えばフッ素ガスなどを含有したクリーニングガスのプラズマを生成し、当該プラズマにより処理容器内に付着した反応生成物を除去することが提案されている。

特開２００５−１９７４６７号公報

ところが、クリーニングガスのプラズマなどを用いて処理容器内をクリーニングしても、処理容器内に付着する反応生成物などを完全に除去することができず、処理容器内でのパーティクルの発生を抑えることは困難であった。そのため、例えば処理容器内にパージガスを流しながら高電圧を印加し、電磁応力によりパーティクルを飛散させる、いわゆるサイクルパージといわれるクリーニング方法も併せて用いる場合もあるが、やはり、処理容器内に付着する反応生成物などを完全に除去することは困難であった。そのため現状では、定期的に処理容器を大気解放し、処理容器内を布などによりクリーニングする、いわゆるウェットクリーニングにより処理容器内を清浄に保つようにしている。

しかしながら、処理容器を大気解放すると、ウェットクリーニング後に基板処理装置を運転可能な状態に復旧させるまでに通常は数日を要する。その結果、基板処理装置の稼働率が著しく低下してしまうという問題がある。そのため、ウェットクリーニングを行うことなく処理容器内を清浄に保つ方法が望まれている。

そこで本発明者が、ウェットクリーニングの際に反応生成物の膜が付着している箇所や当該膜の成分などについて鋭意調査した結果、当該膜は処理容器内の隅部に集中的に付着しており、その成分は、処理ガスに由来するものの他に、クリーニングガスに含まれるフッ素を含有したものも含まれていることが確認された。なお、ここで隅部とは、例えば処理容器の天井と側壁との間のように面と面が重なり合って形成される部分のみならず、例えば処理容器内で凹状に窪んだ部分を含むものである。そして、本発明者は、隅部に処理ガス由来の反応生成物やフッ素含有の膜が付着する理由について鋭意検討した結果、推定される理由として、以下の２点が挙げられるとの知見を得た。１点目としては、これら凹状部分を含む隅部近傍ではガスが滞留しやすく、クリーニングガスのプラズマが十分に到達しないため、クリーニングが不十分となること考えられる。２点目としては、フッ素含有の反応生成物は揮発性がなく、ガスの流れが滞る場所に付着しやすいことが考えられる。そこで本発明者は、この隅部の反応生成物を除去できれば、ウェットクリーニングの回数を低減できるとの着想を得た。

本発明は、この着想に基づくものであり、プラズマ処理装置の処理容器内の隅部に付着した膜を効率的に剥離させることを目的としている。

前記の目的を達成するため、本発明は、処理ガスをプラズマ化させて基板を処理するプラズマ処理装置であって、基板を気密に収容する処理容器と、前記処理容器の底面に設けられ、前記基板を載置する載置台と、前記処理容器内に処理ガスまたはパージガスの少なくともいずれかを、ガス供給管を介して供給するガス供給機構と、前記処理容器内で前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、前記処理容器内を、排気管を介して排気する排気機構と、前記処理容器内の隅部に対して超音波振動を印加する超音波振動発生機構と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、処理容器内の隅部に対して超音波振動を印加する超音波振動発生機構を有しているので、処理容器内の隅部に付着した膜を効率的に剥離させ、当該剥離した膜を排気機構により速やかに排気することができる。また、ガス供給管を介してパージガスを供給してガスパージを行うことで、剥離した膜を処理容器内から速やかに排出することができる。したがって、処理容器内を清浄に保ち、ウェットクリーニングの実施回数を低減することができる。

前記ガス供給管は、前記載置台の上方に設けられ、前記排気管は、前記載置台に載置された基板よりも下方に設けられ、前記超音波振動発生機構は、前記処理容器内における前記ガス供給管と前記排気管との間の隅部に超音波振動を印加するように、前記処理容器の外部に配置されていてもよい。かかる場合、前記排気管は、前記載置台の上方であって且つ前記処理容器の中央部に設けられていてもよい。

基板処理終了後、前記処理容器内でのプラズマ生成を停止するように前記プラズマ生成機構を制御し、前記プラズマ生成停止後に前記隅部に超音波振動を印加するように超音波振動発生機構を制御し、超音波振動の印加中に前記処理容器内にパージガスを供給するように、前記ガス供給機構を制御するように構成された制御部をさらに有していてもよい。

前記制御部は、超音波振動を印加して第１の所定期間経過した後にパージガスの供給及び超音波振動の印加を停止し、当該パージガスの供給及び超音波振動の印加の停止から第２の所定期間経過に再度パージガスの供給及び超音波振動の印加を行うように、前記ガス供給機構及び前記超音波振動発生機構を制御してもよい。

前記制御部は、前記パージガスの供給と停止及び前記超音波振動の印加と停止を繰り返し行うように前記ガス供給機構及び前記超音波振動発生機構を制御していてもよい。

前記排気管には、当該排気管を通過して排気されるパーティクル数を計測するパーティクルモニタが設けられ、前記制御部は、前記パーティクルモニタにより単位時間に計測されるパーティクル数が所定の値を下回った場合には、前記超音波振動の印加を停止してもよい。

別な観点による本発明は、処理容器内で処理ガスをプラズマ化させて基板を処理するプラズマ処理装置において、前記処理容器内をクリーニングする方法であって、前記処理容器内に処理ガスを供給して当該処理ガスのプラズマを生成し、前記処理容器内の載置台に載置された基板をプラズマ処理した後に、前記処理ガスの供給及び前記プラズマの生成を停止し、次いで、基板を前記処理容器から搬出した後に、前記処理容器内の隅部に超音波振動を印加すると共に、前記超音波振動の印加中に前記処理容器内にパージガスを供給することを特徴としている。

前記パージガスの供給は、前記載置台の上方に設けられたガス供給管を介して行われ、前記処理容器内は、前記載置台に載置された基板よりも下方に設けられた排気管を介して排気され、前記超音波振動は、前記処理容器内における前記ガス供給管と前記排気管との間の隅部に超音波振動を印加するように、前記処理容器の外部に配置された超音波振動発生機構により印加されてもよい。かかる場合、前記排気管は、前記載置台の上方であって且つ前記処理容器の中央部に設けられていてもよい。

前記超音波振動を印加して第１の所定期間経過した後にパージガスの供給及び超音波振動の印加を停止し、当該パージガスの供給及び超音波振動の印加の停止から第２の所定期間経過に再度パージガスの供給及び超音波振動の印加を行ってもよい。

前記パージガスの供給と停止及び前記超音波振動の印加と停止を繰り返し行ってもよい。

前記排気管に設けたパーティクルモニタにより、当該排気管を通過して排気されるパーティクル数を計測し、前記パーティクルの単位時間における排気管の通過量が所定の値を下回った場合には、前記超音波振動の印加を停止してもよい。

本発明によれば、プラズマ処理装置において、基板処理装置の処理容器内の隅部に付着した膜を効率的に剥離させることができ、また、ガスパージを同時に行うことで処理容器内から速やかに排気することができ、処理容器内を清浄に保つことができる。

本実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 超音波振動発生機構の配置の概略を示す横断面図である。 処理容器内の隅部付近に反応生成物が付着した様子を示す縦断面図である。 処理容器内の隅部付近に付着した反応生成物が剥離する様子を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかる超音波振動発生機構の配置の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかる超音波振動発生機構の配置の概略を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１の構成の概略を示す縦断面図である。なお、本実施の形態のプラズマ処理装置１では、被処理体としてのウェハＷの表面に対してプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｏｔｉｏｎ）処理を行い、当該ウェハＷの表面にＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）を形成する場合を一例にして説明する。また、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。

プラズマ処理装置１は、内部を気密に保持する処理容器２と、プラズマ生成用のマイクロ波を処理容器２内に供給するラジアルラインスロットアンテナ３を有している。処理容器２は上面が開口した略円筒状の本体部２ａと、本体部２ａの開口を気密に塞ぐ略円盤状の蓋体２ｂを有している。本体部２ａ及び蓋体２ｂは、例えばアルミニウム等の金属から形成され、その表面に耐プラズマ性の高いイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）などからなる保護層（図示せず）が溶射されている。また、本体部２ａは接地線（図示せず）により接地されている。

処理容器２の本体部２ａ底面には、ウェハＷを載置するサセプタ１０が設けられている。サセプタ１０は、例えば円盤形状を有し、アルミニウム等の金属から形成されている。サセプタ１０には、電極１１が内蔵され、電極１１にはウェハＷを吸着保持するための電圧を印加する電源１２が接続されている。また、電源１２は、電極１１に例えば±１ｋＶの高電圧を交互に印加可能に構成されている。そのため、電源１２により高電圧を断続的に印加し、処理容器２内に電磁応力を発生させることで、処理容器２内に付着するパーティクルを飛散させることができる。また、サセプタ１０には、図示しない整合器を介してバイアス用の高周波電源（図示せず）が接続されている。高周波電源は、ウェハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を出力する。なお、図示していないが、サセプタ１０の内部にはヒータが設けられ、ウェハＷを所定の温度に加熱することができる。

なお、サセプタ１０の下方には、ウェハＷを下方から支持し昇降させるための昇降ピン（図示せず）が設けられている。昇降ピンは、サセプタ１０に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し、サセプタ１０の上面から突出可能になっている。

サセプタ１０の上面には、ウェハＷを囲むように環状のフォーカスリング１３が設けられている。フォーカスリング１３には例えばセラミックスあるいは石英などの絶縁性材料が用いられる。処理容器２内に発生したプラズマは、当該フォーカスリング１３の作用によりウェハＷ上に収束し、これにより、ウェハＷ面内におけるプラズマ処理の均一性が向上する。

処理容器２の本体部２ａの底部には、例えば本体部２ａの側方に突出して排気室２０が形成されている。排気室２０の底面には、処理容器２内を排気する排気機構２１が、排気管２２を介して接続されている。排気管２２には、排気機構２１による排気量を調整する調整弁２３が設けられている。

排気室２０の上方には、処理容器２内を均一に排気するための円環状のバッフル板２４が、サセプタ１０の外側面及び本体部２ａの内側面に沿って設けられている。バッフル板２４には、当該バッフル板２４を厚み方向に貫通する開口（図示せず）が全周にわたって形成されている。

処理容器２の本体部２ａの側面であってバッフル板２４の上方には、ウェハＷの搬入出口２５が形成されている。搬入出口２５には、開閉自在に構成されたゲートバルブ２６が設けられ、ゲートバルブ２６を閉止することで、処理容器２の内部が密閉されるように構成されている。

処理容器２の天井面開口部には、処理容器２内にプラズマ生成用のマイクロ波を供給するラジアルラインスロットアンテナ３（ｒａｄｉａｌ ｌｉｎｅ ｓｌｏｔ ａｎｔｅｎｎａ）が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ３は、マイクロ波透過板３１、スロット板３２、遅波板３３を有している。マイクロ波透過板３１、スロット板３２、遅波板３３は、この順に下から積層して設けられ、マイクロ波透過板３１は、処理容器２の本体部２ａの開口部近傍から内側に突出して設けられた円環状の支持部材３４により支持されている。支持部材３４は、処理容器２と同様に、例えばアルミニウム等の金属から形成され、その表面に耐プラズマ性の高いイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）などからなる保護層（図示せず）が溶射されている。マイクロ波透過板３１と支持部材３４との間は、例えばＯリング等のシール材（図示せず）により気密に保たれている。マイクロ波透過板３１には誘電体、例えば石英、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ等が用いられ、マイクロ波透過板３１はマイクロ波を透過させる。また、遅波板３３の上面は、蓋体２ｂにより覆われている。

マイクロ波透過板３１の上面に設けられたスロット板３２には複数のスロットが形成され、スロット板３２はアンテナとして機能する。スロット板３２には、導電性を有する材料、たとえば銅、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。

スロット板３２の上面に設けられた遅波板３３は、低損失誘電体材料、例えば石英、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ等により構成されており、マイクロ波の波長を短縮する。

遅波板３３の上面を覆う蓋体２ｂは、その内部に例えば冷却媒体を流通させる円環状の流路３５が複数設けられている。流路３５を流れる冷却媒体によって、蓋体２ｂ、マイクロ波透過板３１、スロット板３２及び遅波板３３が所定の温度に調節される。

蓋体２ｂの中央部には同軸導波管４０が接続されている。同軸導波管４０の上端部には、矩形導波管４１およびモード変換器４２を介して、マイクロ波発生源４３が接続されている。マイクロ波発生源４３は、処理容器２の外部に設置されており、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させることができる。

同軸導波管４０は、内部導体４４と外管４５を有している。内部導体４４は、スロット板３２と接続されている。内部導体４４のスロット板３２側は円錐形に形成されて、スロット板３２に対してマイクロ波を効率よく伝播するようになっている。

かかる構成により、マイクロ波発生源４３から発生したマイクロ波は、矩形導波管４１、モード変換器４２、同軸導波管４０内を順次伝播し、遅波板３３で圧縮され短波長化される。そして、スロット板３２から円偏波状のマイクロ波が、マイクロ波透過板３１を透過して処理容器２内に照射される。このマイクロ波により処理容器２内では処理ガスがプラズマ化し、このプラズマによりウェハＷのプラズマ処理が行われる。

なお、本実施の形態では、ラジアルラインスロットアンテナ３、同軸導波管４０、矩形導波管４１、モード変換器４２及びマイクロ波発生源４３が、本発明におけるプラズマ生成機構を構成している。

処理容器２の天井面中央部、すなわちラジアルラインスロットアンテナ３の中央部には、第１のガス供給管５０が設けられている。第１のガス供給管５０はラジアルラインスロットアンテナ３を上下方向に貫通し、当該第１のガス供給管５０の一端部はマイクロ波透過板３１の下面において開口している。また、第１のガス供給管５０は同軸導波管４０の内部導体４４の内部を貫通し、さらにモード変換器４２内を挿通している。当該第１のガス供給管５０の他端部は第１のガス供給源５１に接続されている。

第１のガス供給源５１の内部には、処理ガス、パージガス及びクリーニングガスがそれぞれ個別に貯留されている。処理ガスとしては、例えばＴＳＡ（トリシリルアミン）、Ｎ_２ガス、Ｈ_２ガス、Ａｒガスがそれぞれ個別に貯留されている。このうち、ＴＳＡ、Ｎ_２ガス、Ｈ_２ガスはＳｉＮ膜の成膜用の原料ガスであり、Ａｒガスはプラズマ励起用ガスである。なお、以下において、この処理ガスを「第１の処理ガス」という場合がある。パージガスとしては、例えば窒素ガスが貯留されている。なお、以下において、このパージガスを「第１のパージガス」という場合がある。クリーニングガスとしては、例えばＣＦ_４ガスが貯留されている。なお、以下において、このクリーニングガスを「第１のクリーニングガス」という場合がある。

第１のガス供給管５０には、当該第１のガス供給管５０内のガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群５２が設けられている。第１のガス供給源５１から供給された第１の処理ガスまたは第１のクリーニングガスは、第１のガス供給管５０を介して処理容器２内に供給され、サセプタ１０に載置されたウェハＷに向かって鉛直下方に流れる。

また、図１に示すように、処理容器２の上部の内周面には、第２のガス供給管６０が設けられている。第２のガス供給管６０は、処理容器２の内周面に沿って等間隔に複数設けられている。第２のガス供給管６０には、第２のガス供給源６１が接続されている。第２のガス供給源６１の内部には、処理ガスとして、例えばＴＳＡ（トリシリルアミン）、Ｎ_２ガス、Ｈ_２ガス、Ａｒガスがそれぞれ個別に貯留されている。なお、以下において、この処理ガスを「第２の処理ガス」という場合がある。パージガスとしては、例えば窒素ガスが貯留されている。なお、以下において、このパージガスを「第２のパージガス」という場合がある。クリーニングガスとしては、例えばＣＦ_４ガスが貯留されている。なお、以下において、このクリーニングガスを「第２のクリーニングガス」という場合がある。

第２のガス供給管６０には、当該第２のガス供給管６０内のガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群６２が設けられている。第２のガス供給源６１から供給された第２の処理ガスまたは第２の処理ガスは、第２のガス供給管６０を介して処理容器２内に供給され、サセプタ１０に載置されたウェハＷの外周部に向かって流れる。このように、第１のガス供給管５０からのガスはウェハＷの中心部に向けて供給され、第２のガス供給管６０からのガスはウェハＷの外周部に向けて供給される。

なお、第１のガス供給管５０と第２のガス供給管６０から処理容器２内にそれぞれ供給されるガスは、同種のガスであっても、別種類のガスであってもよく、各々独立した流量で、或いは任意の流量比で供給することができる。

図１に示すように、処理容器２の本体部２ａの外側面における支持部材３４と同程度の高さの位置には、処理容器２に対して超音波振動を印加する超音波振動発生機構７０が複数設けられている。超音波振動発生機構７０は、例えば図２に示すように、本体部２ａの外側面の全周にわたって例えば等間隔で複数配置されている。超音波振動発生機構７０としては、公知の超音波振動子を用いることができる。また、超音波振動発生機構７０により発生させる振動の周波数やパワーは、概ね１ＫＨｚ以上、１０Ｗ以上であることが好ましく、概ね１０ＫＨｚ〜１ＭＨｚ、２０〜１００Ｗの範囲内であることがより好ましい。

各超音波振動発生機構７０は後述する制御部１００にそれぞれ接続されており、当該制御部１００により超音波振動の印加が制御される。

以上のプラズマ処理装置１には、図１に示すように制御部１００が設けられている。制御部１００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、上述の超音波振動発生機構７０やマイクロ波発生源４３、各ガス供給源５１、６１といった機器の動作を制御して、
プラズマ処理装置１における後述のプラズマ処理やクリーニング方法を実現させるためのプログラムが格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御部１００にインストールされたものであってもよい。

本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１は以上のように構成されている。次に、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１で行われるウェハＷのプラズマ処理及び処理容器２内のクリーニング方法について説明する。本実施の形態では、上述したようにウェハＷにプラズマ成膜処理を行って、当該ウェハＷの表面にＳｉＮ膜を形成する場合を例にして説明する。

ウェハＷの処理にあたっては、先ず、処理容器２の本体部２ａ側面に設けられたゲートバルブ２６が開き、搬入出口２５を介して処理容器２内にウェハＷが搬入される。ウェハＷは、昇降ピンを介してサセプタ１０上に載置される。それと共に、静電チャックに直流電圧が印可され、クーロン力によりウェハＷがサセプタ１０上に静電吸着する。そして、ゲートバルブ２６を閉じ、処理容器２内を密閉した後、排気機構２１を作動させ、処理容器２内を所定の圧力、例えば４００ｍＴｏｒｒ（＝５３Ｐａ）に減圧する。

その後、第１のガス供給管５０から処理容器２内に第１の処理ガスを供給し、第２のガス供給管６０から処理容器２内に第２の処理ガスを供給する。このとき、第１のガス供給管５０から供給されるＡｒガスの流量は例えば１００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）であり、第２のガス供給管６０から供給されるＡｒガスの流量は例えば７５０ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）である。

処理容器２内に第１の処理ガス、第２の処理ガスを供給すると共に、マイクロ波発生源４３を作動させ、当該マイクロ波発生源４３において、例えば２．４５ＧＨｚの周波数で所定の電力のマイクロ波を発生させる。マイクロ波は、矩形導波管４１、モード変換器４２、同軸導波管４０、ラジアルラインスロットアンテナ３を介して、処理容器２内に照射される。このマイクロ波によって処理容器２内では処理ガスがプラズマ化し、プラズマ中で処理ガスの解離が進み、その際に発生したラジカル（活性種）によってウェハＷの表面にＳｉＮ膜が形成される。

なお、ウェハＷにプラズマ処理を行っている間、図示しない高周波電源により例えば１３．５６ＭＨｚの周波数で所定の電力の高周波がサセプタ１０に印加される。適切な範囲でのＲＦバイアスの印加により、プラズマ中のイオンをウェハＷへ引き込むように作用するため、ＳｉＮ膜の緻密性を向上させるとともに、膜中のトラップを増加させるように作用する。

その後、ＳｉＮ膜が成長し、ウェハＷに所定の膜厚のＳｉＮ膜が形成されると、第１の処理ガス及び第２の処理ガスの供給と、マイクロ波の照射が停止される。その後、ウェハＷは処理容器２から搬出されて、一連のプラズマ処理が終了する。

上述のプラズマ処理が繰り返し行われると、処理容器２内に徐々に反応生成物の膜が付着する。そのため、例えば所定枚数のウェハＷ処理が完了する毎に、処理容器２内に第１のクリーニングガス及び第２のクリーニングガスが供給される。それと共に、マイクロ波が照射され、処理容器２内でクリーニングガスのプラズマが生成され、所定の期間当該プラズマによるクリーニングが実施され、処理容器２内に付着した反応生成物由来の膜が除去される。しかしながら既述の通り、例えば図３に示すような、処理容器２の天井と側壁との間の隅部、本実施の形態では、マイクロ波透過板３１の下面と支持部材３４の内周面との間の隅部や、支持部材３４の下面と本体部２ａの内側面との間の隅部は、ガスが滞留しやすくクリーニングガスのプラズマが十分に到達しないため、反応生成物Ｄの除去が十分に行われず、反応生成物Ｄが堆積してしまう。また、クリーニングガスと処理ガスとの反応により生成した例えばＳｉＦなどの生成物は揮発性を有しておらず、やはりガスが滞留しやすい隅部に付着してしまう。なお、反応生成物Ｄとしては、処理ガス由来のものや、クリーニングガス由来の少なくともいずれかを含むものである。

そこで、処理容器２内でクリーニングガスのプラズマを生成した後に、本発明に係るクリーニング方法を実施する。本発明に係るクリーニングを実施するに当たっては、先ず、クリーニングガスの供給とマイクロ波の照射が停止される。次いで、例えば２Ｌ／ｍｉｎ（２０００ＳＣＣＭ）の流量で処理容器２内への第１のパージガス及び第２のパージガスの供給を開始する。この大流量のパージガスの導入により処理容器２内に衝撃波が発生し、当該処理容器２内に物理的に付着していた反応生成物Ｄが飛散する。飛散した反応生成物Ｄは、排気管２２から排気される。しかしながら、この時点では、隅部に付着、堆積した反応生成物Ｄは除去されずに残ってしまう。

そこで、第１のパージガス及び第２のパージガスの供給と並行して、制御部１００により、各超音波振動発生機構７０を起動し、処理容器２に対して例えば周波数４０ｋＨｚ、パワー５０Ｗの超音波振動を印加する。この際、各超音波振動発生機構７０が、支持部材３４と同程度の高さの位置に設けられているので、処理容器２内の隅部に対して超音波振動が付与される。それにより、図４に示すように隅部に堆積、付着していた反応生成物Ｄが処理容器２から剥離する。そして、剥離した反応生成物Ｄは、第１のパージガス及び第２のパージガスの流れに随伴して排気管２２から排気される。

その後、超音波振動が所定の期間として、例えば２〜２０秒間印加されると、制御部１００により、各超音波振動発生機構７０による超音波振動の印加及び第１のパージガス及び第２のパージガスの供給が停止される。その後、電源１２により電極１１に高電圧を断続的に印加すると共に、再度パージガスを供給し、電磁応力によるサイクルパージを行う。なお、パージガスは連続して供給していてもよい。これにより、超音波振動による剥離後、再度処理容器２内に付着した反応生成物Ｄや、クリーニングガスやパージガスでは剥離しきれなかった、処理容器２内の隅部以外に付着していた反応生成物Ｄが飛散する。飛散した反応生成物Ｄは、第１のパージガス及び第２のパージガスの流れに随伴して排気管２２から排気される。

その後、高電圧の印加が所定の回数繰り返されると、第１のパージガス及び第２のパージガスの供給量が低減され、引き続き処理容器２からの反応生成物Ｄの排出が継続される。その後、第１のパージガス及び第２のパージガスの供給が停止され、処理容器２内のクリーニングが完了する。

その後、処理容器２内に新たなウェハＷが搬入され、プラズマ処理が施される。そして、このウェハＷの処理が終了すると、ウェハＷが処理容器２から搬出される。そして、このウェハＷのプラズマ処理が所定の繰り返し行われると、再びクリーニングガスによるクリーニング、パージガス及び超音波振動によるクリーニング、及び高電圧の印加によるクリーニングが行われ、この一連の工程が繰り返し行われる。

以上の実施の形態によれば、処理容器２内の隅部に対して超音波振動を印加する超音波振動発生機構７０を有しているので、処理容器２内の隅部に付着した反応生成物Ｄの膜やパーティクルを効率的に剥離、飛散させ、当該剥離、飛散した膜やパーティクルを排気機構２１により速やかに排気することができる。したがって、従来のクリーニングガスによるクリーニングやサイクルパージを用いたクリーニングを行う場合と比較して、処理容器２内を清浄に保ち、ウェットクリーニングの実施回数を低減することができる。

以上の実施の形態では、第１のパージガス及び第２のパージガスを供給しながら超音波振動を印加したが、超音波振動の印加にあたっては、例えば第１のパージガスのみを供給すれば足りる。第１のパージガスを供給することで、処理容器２内に第１のガス供給管５０から排気管２２へ向かうガスの流れが形成され、隅部はそのガスの流れの途中に位置することとなる。そのため、少なくとも第１のパージガスの供給が維持されていれば、超音波振動により剥離した反応生成物Ｄを効果的に排気することができる。換言すれば、隅部の上流側から下流側へのガスの流れを維持することができれば、処理容器２内にどのようにパージガスを供給するかは任意に設定できる。但し、処理容器２内を均等に排気し、ガスが滞留する箇所を極力少なくするという観点からは、サセプタ１０に載置されたウェハＷの下方に排気管２２を設けて排気しつつ、ウェハＷを挟んで処理容器２における排気管２２が設けられた側と反対側の面近傍、即ちウェハＷの上方の位置に第１のガス供給管５０を設けてパージガスを供給することが好ましい。

また、超音波振動の印加も、パージガスの供給と同時に開始する必要はなく、例えばパージガスの供給を開始し、その後超音波振動を印加するようにしてもよい。

以上の実施の形態では、印加する超音波振動のパワーを概ね２０〜２００Ｗの範囲としたが、パワーが高すぎる場合、例えば処理容器２内に溶射しているイットリアの保護膜も剥離させてしまう可能性がある。そのため、印加する超音波振動のパワーについては、処理容器２内の保護膜の種類や膜厚、強度などに基づき適宜設定することが好ましい。

以上の実施の形態では、超音波振動の印加期間を例えば２〜２０秒に設定していたが、超音波振動の印加期間についても本実施の形態の内容に限定されるものではない。超音波振動を印加する時間が長ければ反応生成物Ｄの剥離の効果も大きくなるが、その分クリーニングに要する時間が長くなり、プラズマ処理装置１の生産性は低下するので、超音波振動を印加する時間は、要求される処理容器２内の清浄度に合せて適宜設定することが好ましい。

また、超音波振動の印加の停止にあたっては、例えば排気管２２に、当該排気管２２を通過して排気されるパーティクル（反応生成物Ｄ）数を計測するパーティクルモニタを設け、単位時間当たりに係数されるパーティクル数、即ちパーティクルの単位時間当たりにおける排気管の通過量が所定の値を下回った場合に超音波振動の印加を停止するようにしてもよい。かかる場合、処理容器２内の状況に応じて適切な期間だけ超音波振動を印加するので、効率的に処理容器２内のクリーニングを行うことができる。

以上の実施の形態では、処理容器２内をクリーニングガスのプラズマによりクリーニングした後に超音波振動を印加したが、クリーニングガスによるクリーニングの実施については、任意に設定が可能である。同様に、サセプタ１０に高電圧を印加することにより行われるクリーニングであるサイクルパージについても、その実施については、任意に設定が可能である。

また、以上の実施の形態では、超音波振動を印加して所定の期間（第１の期間）経過した後にパージガスの供給及び超音波振動の印加を停止し、その後サイクルパージを行ったが、パージガスの供給及び超音波振動の印加を停止した後に処理容器２内を一旦所定の真空度まで排気し、その後、再びパージガスの供給と超音波振動の印加を行ってもよく、このサイクルを繰り返し行ってもよい。

以上の実施の形態では、複数の超音波振動発生機構７０を、例えば図２に示すように、処理容器２の外周部に等間隔で設けていたが、処理容器２内の隅部に超音波振動を印加し、反応生成物Ｄを適切に剥離できれば、超音波振動発生機構７０の配置場所や設置数などは本実施の形態の内容に限定されるものではなく、任意に設定が可能である。例えば図５に示すように、処理容器２の蓋体２ｂの上方であって、支持部材３４の上方に対応する位置に超音波振動発生機構７０を設けてもよい。当然に、処理容器２の蓋体２ｂの上方と、本体部２ａの外側面の両方に設けてもよい。

さらには、例えば図６に示すように、処理容器２の本体部２ａの外周部であって支持部材３４と同程度の高さの位置に、処理容器２に中心方向に窪む窪み部２ｃを設け、当該窪み部２ｃに超音波振動発生機構７０を配置してもよい。窪み部２ｃに超音波振動発生機構７０を配置し、超音波振動印加の対象物と超音波振動発生機構７０との距離を近づけることで、当該対象物に対して効率的に超音波振動を印加することができるので、超音波振動発生機構７０のパワーをより小さくすることができる。その結果、超音波振動発生機構７０のコストを低減できると共に、処理容器２内に形成された保護膜が剥離することを防止できる。

以上の実施の形態では、複数の超音波振動発生機構７０を同時に起動して一斉に超音波振動を印加したが、超音波振動発生機構７０による超音波の印加パターンについては任意に設定が可能である。即ち、例えば隣り合う超音波振動発生機構７０のいずれかのみを起動し、所定時間経過後、起動する超音波振動発生機構７０を入れ替えるようにしてもよい。

また、以上の実施の形態では、処理容器２内の隅部として、マイクロ波透過板３１の下面と支持部材３４の内周面との間の隅部や、支持部材３４の下面と本体部２ａの内側面との間の隅部を例にして説明したが、本実施の形態における隅部とは、支持部材３４の下面と本体部２ａの内側面との間のように、面と面が重なり合って形成される部分に限定されるものではなく、例えば搬入出口２５とゲートバルブ２６とにより形成される凹状に窪んだ部分を含む。したがって、搬入出口２５とゲートバルブ２６とにより形成される隅部に対して超音波振動を印加するように、他の超音波振動発生機構を適宜設けるようにしてもよい。かかる場合、パージガスの上流側から下流側に向かって、超音波振動発生機構７０と他の超音波振動発生機構が多段で設けられることになるので、例えば先ず上流側に位置する超音波振動発生機構７０により超音波振動を印加し、その後他の超音波振動発生機構を順に印加するようにしてもよい。

以上の実施の形態では、マイクロ波によるプラズマ処理を行った後のクリーニング方法について説明したが、本実施の形態に係るクリーニング方法が適用されるプラズマ処理はマイクロ波プラズマによるものに限定されるものではなく、例えばマイクロ波以外にも、平行平板プラズマや、やＩＣＰプラズマ等、他の手段により生成されたプラズマで行われるプラズマ処理後のクリーニングに対しても、本発明を適用することができる。

以上、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説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、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。また、以上の実施の形態では、本発明を成膜処理を行うプラズマ処理に適用していたが、本発明は、成膜処理以外の基板処理、例えばエッチング処理やスパッタリングを行うプラズマ処理にも適用できる。さらに、本発明のプラズマ処理で処理される被処理体は、ガラス基板、有機ＥＬ基板、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用の基板等のいずれのものであってもよい。

本発明は、例えば半導体ウェハ等をプラズマ処理する際に有用である。

１ プラズマ処理装置
２ 処理容器
３ ラジアルラインスロットアンテナ
１０ サセプタ
１１ 電極
１２ 電源
１３ フォーカスリング
２０ 排気室
２１ 排気機構
２２ 排気管
２３ 調整弁
２４ バッフル板
２５ 搬入出口
３１ マイクロ波透過板
３２ スロット板
３３ 遅波板
３４ 支持部材
４０ 同軸導波管
７０ 超音波振動発生機構
１００ 制御部
Ｗ ウェハ

Claims (13)

1. 処理ガスをプラズマ化させて基板を処理するプラズマ処理装置であって、
   基板を気密に収容する処理容器と、
   前記処理容器の底面に設けられ、前記基板を載置する載置台と、
   前記処理容器内に処理ガスまたはパージガスの少なくともいずれかを、ガス供給管を介して供給するガス供給機構と、
   前記処理容器内で前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
   前記処理容器内を、排気管を介して排気する排気機構と、
   前記処理容器内の隅部に対して超音波振動を印加する超音波振動発生機構と、を有することを特徴とする、プラズマ処理装置。
2. 前記ガス供給管は、前記載置台の上方に設けられ、
   前記排気管は、前記載置台に載置された基板よりも下方に設けられ、
   前記超音波振動発生機構は、前記処理容器内における前記ガス供給管と前記排気管との間の隅部に超音波振動を印加するように、前記処理容器の外部に配置されてい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. 前記ガス供給管は、前記載置台の上方であって且つ前記処理容器の中央部に設けられてい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. 基板処理終了後、前記処理容器内でのプラズマ生成を停止するように前記プラズマ生成機構を制御し、前記プラズマ生成停止後に前記隅部に超音波振動を印加するように超音波振動発生機構を制御し、超音波振動の印加中に前記処理容器内にパージガスを供給するように、前記ガス供給機構を制御するように構成された制御部をさらに有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記制御部は、超音波振動を印加して第１の所定期間経過した後にパージガスの供給及び超音波振動の印加を停止し、当該パージガスの供給及び超音波振動の印加の停止から第２の所定期間経過に再度パージガスの供給及び超音波振動の印加を行うように、前記ガス供給機構及び前記超音波振動発生機構を制御することを特徴とする、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記制御部は、前記パージガスの供給と停止及び前記超音波振動の印加と停止を繰り返し行うように前記ガス供給機構及び前記超音波振動発生機構を制御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. 前記排気管には、当該排気管を通過して排気されるパーティクル数を計測するパーティクルモニタが設けられ、
   前記制御部は、前記パーティクルモニタにより単位時間に計測されるパーティクル数が所定の値を下回った場合には、前記超音波振動の印加を停止することを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 処理容器内で処理ガスをプラズマ化させて基板を処理するプラズマ処理装置において、前記処理容器内をクリーニングする方法であって、
   前記処理容器内に処理ガスを供給して当該処理ガスのプラズマを生成し、前記処理容器内の載置台に載置された基板をプラズマ処理した後に、前記処理ガスの供給及び前記プラズマの生成を停止し、
   次いで、基板を前記処理容器から搬出した後に、前記処理容器内の隅部に超音波振動を印加すると共に、前記超音波振動の印加中に前記処理容器内にパージガスを供給することを特徴とする、クリーニング方法。
9. 前記パージガスの供給は、前記載置台の上方に設けられたガス供給管を介して行われ、
   前記処理容器内は、前記載置台に載置された基板よりも下方に設けられた排気管を介して排気され、
   前記超音波振動は、前記処理容器内における前記ガス供給管と前記排気管との間の隅部に超音波振動を印加するように、前記処理容器の外部に配置された超音波振動発生機構により印加されることを特徴とする、請求項８に記載のクリーニング方法。
10. 前記ガス供給管は、前記載置台の上方であって且つ前記処理容器の中央部に設けられていることを特徴とする、請求項９に記載のクリーニング方法。
11. 前記超音波振動を印加して第１の所定期間経過した後にパージガスの供給及び超音波振動の印加を停止し、当該パージガスの供給及び超音波振動の印加の停止から第２の所定期間経過に再度パージガスの供給及び超音波振動の印加を行うことを特徴とする、請求項１０に記載のクリーニング方法。
12. 前記パージガスの供給と停止及び前記超音波振動の印加と停止を繰り返し行うことを特徴とする、請求項１１に記載のクリーニング方法。
13. 前記排気管に設けたパーティクルモニタにより、当該排気管を通過して排気されるパーティクル数を計測し、
    前記パーティクルの単位時間における排気管の通過量が所定の値を下回った場合には、前記超音波振動の印加を停止することを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のクリーニング方法。

Images