WO2005081302A1 - 基板処理装置における処理室のクリーニング方法およびクリーニングの終点検出方法 - Google Patents

基板処理装置における処理室のクリーニング方法およびクリーニングの終点検出方法 Download PDF

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WO2005081302A1
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plasma
gas
processing
substrate
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PCT/JP2005/002394
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Shigenori Ozaki
Hideyuki Noguchi
Yoshiro Kabe
Kazuhiro Isa
Masaru Sasaki
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Tokyo Electron Limited
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    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching

Definitions

  • the present invention relates to a method of cleaning a processing chamber in a substrate processing apparatus and a method of detecting an end point of the cleaning, and more specifically, a method of cleaning a processing chamber contaminated with metal, a method of detecting an end point of cleaning, and the method
  • the present invention relates to a computer program and recording medium for execution. Background art
  • a silicon wafer containing tungsten is to be processed, and the processing chamber after processing becomes contaminated with tungsten.
  • tungsten may adversely affect the treatment and tansane may be taken into the element as contamination, and the oxidation treatment is hindered by tungsten.
  • the oxidation rate is reduced. Therefore, the post-treatment processing chamber is cleaned up to a level at which the semiconductor device can be manufactured with contamination levels. You need to lower it.
  • plasma cleaning is a method of plasmatizing the cleaning gas to remove deposits deposited in the chamber.
  • the end of cleaning is determined by time management.
  • time management since the cleaning is ended based on the preset time, the cleaning may be insufficient, or the time may be too long. If the cleaning is not sufficient, the deposits remaining in the chamber cause contamination, so it has to be re-cleaned and it is troublesome. On the contrary, if the cleaning time is too long, the time for that amount is too long. And energy is wasted.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-294550
  • An object of the present invention is to provide a method of processing a processing chamber in a substrate processing apparatus capable of cleaning a processing chamber contaminated with metal such as tungsten in a substrate processing apparatus with high efficiency. It is in.
  • Another object of the present invention is to provide a simple method for detecting an end point of cleaning in cleaning a processing chamber contaminated with metal such as tungsten in a substrate processing apparatus.
  • a method and a cleaning method are provided.
  • a cleaning method for cleaning a metal-contaminated processing chamber in a substrate processing apparatus for performing a reduced pressure processing on a substrate comprising: A gas containing O is introduced into the processing chamber without
  • a cleaning method for cleaning a processing chamber in a substrate processing apparatus for performing plasma processing on a substrate having a film containing a metal which is open to the atmosphere after the above processing. Introducing an O-containing gas into the processing chamber without
  • a method of cleaning a processing chamber of a substrate processing apparatus which forms plasma and cleans the processing chamber.
  • oxidation treatment of a substrate containing a metal can be provided.
  • tungsten can be mentioned as a typical example of the metal.
  • plasma processing can be applied as the processing of the substrate.
  • a tungsten-based film can be used as the film containing a metal, and as a specific plasma processing, selection of a gate electrode including a tungsten-based film and a polysilicon film is possible. An oxidation treatment can be applied.
  • plasma processing and cleaning of the substrate are carried out using plasma or inductive coupling type plasma using a planar antenna. It can be implemented by plasma.
  • the plasma processing of the substrate and the cleaning are performed by plasma formed by introducing a microwave into the processing chamber with a planar antenna having a plurality of slots.
  • the cleaning may be performed by using an O gas alone.
  • Plasma plasma of O gas and inert gas, O gas and H gas and inert gas
  • the ratio of H gas to O gas of the plasma for carrying out the cleaning is 4 or more.
  • the cleaning should be performed at a temperature of approximately 600 ° C. in the processing chamber. Is preferred. Further, the cleaning is preferably performed with the pressure in the processing chamber set to 67 Pa or less.
  • the cleaning may be performed by: plasma of O gas and inert gas;
  • the processing chamber may be heated by plasma prior to the cleaning.
  • the substrate processing apparatus it is preferable to use one in which at least a part of the surface of the processing chamber exposed to plasma is made of a dielectric.
  • a processing chamber in a substrate processing apparatus which operates on a computer and performs plasma processing on a substrate having a film containing a metal at the time of execution is opened to the atmosphere after the processing.
  • a gas containing O is introduced into the processing chamber without
  • a computer program is provided that controls the substrate processing apparatus to perform a cleaning method to form and clean.
  • a storage medium storing a control program operating on a computer, wherein the control program, when executed, performs plasma processing on a substrate having a film containing a metal.
  • the control program when executed, performs plasma processing on a substrate having a film containing a metal.
  • the processing chamber in the substrate processing apparatus for introducing the gas is introduced into the processing chamber without opening to the atmosphere, and a plasma of the gas is formed.
  • a storage medium is provided, which controls the substrate processing apparatus such that a cleaning method of cleaning is performed.
  • a plasma supply source for generating plasma
  • a processing container for dividing a processing chamber for processing a substrate by the plasma
  • a processing container in the processing container A plasma processing is performed on a substrate having a film containing metal, a substrate support on which the substrate is placed, an exhausting means for reducing the pressure in the processing vessel, a gas supply means for supplying a gas into the processing vessel, and After the processing, the processing chamber in the substrate processing apparatus that performs the step of introducing the gas containing O is introduced into the processing chamber without being opened to the atmosphere, and the plasma of this gas is
  • a plasma processing apparatus comprising: a control unit that controls a cleaning method to be formed and cleaned.
  • plasma processing is performed on a substrate having a film containing a metal.
  • the processing chamber in the substrate processing apparatus is not exposed to the atmosphere after the processing, and the processing chamber is not damaged. Introducing a gas containing o, forming a plasma of this gas and cleaning it,
  • the end point of the cleaning is detected.
  • An end point detection method for cleaning is provided, which measures the light emission intensity of a radical which increases with the progress of cleaning in the processing chamber, and detects the end point of the trailing edge from the value. .
  • the cleaning gas is a gas containing hydrogen gas and an inert gas
  • the radical is a hydrogen radical.
  • the treatment of the substrate is oxidation treatment of the substrate containing the metal-based film.
  • the metal-based film is a tungsten-based film.
  • the oxidation treatment of the substrate containing the tungsten-based film be a selective oxidation treatment of the polysilicon film in the laminated film containing the tungsten-based film and the polysilicon film.
  • the selective oxidation treatment and the cleaning may be performed by a force implemented by an inductive coupling type plasma, a parallel plate type plasma or a planar antenna type plasma, or a planar antenna having a plurality of slots. It is preferable to be implemented by a plasma formed by introducing a microwave into a room.
  • a trailing method in which a processing chamber of a plasma processing apparatus used for processing a substrate on which a metal-based film is formed is cleaned by plasma of a cleaning gas.
  • a cleaning method which measures the luminous intensity of a radical which increases with the progress of cleaning in the processing chamber and detects the end point of the cleaning.
  • the metal-based film is preferably a tungsten-based film.
  • a cleaning gas into the processing chamber without opening it to the atmosphere, form plasma of the cleaning gas, and clean the processing chamber.
  • the cleaning may be performed by an inductive coupling type plasma, a parallel plate type plasma or a planar antenna type plasma. It is preferable that the process be performed by a plasma formed by introducing a microphone mouth wave into the processing chamber with a flat antenna having a plurality of slots.
  • a processing chamber of a plasma processing apparatus that operates on a computer and that is used to process a substrate on which a metal-based film is formed when executed is cleaned by plasma of a cleaning gas.
  • the plasma is measured in such a way that a cleaning method is performed to measure the emission intensity of the radical which increases with the progress of Tari Jung in the processing chamber and to detect the end point of the cleaning.
  • a control program is provided to control the processing device.
  • a computer storage medium storing a control program operating on a computer, wherein the control program is a substrate on which a metal-based film is formed at the time of execution.
  • the control program is a substrate on which a metal-based film is formed at the time of execution.
  • a plasma supply source for generating plasma
  • a processing container for dividing a processing chamber for processing a substrate by the plasma
  • the processing container A substrate support on which the substrate is placed, an exhaust unit for decompressing the inside of the processing container, a gas supply unit for supplying a gas into the processing container, and a substrate on which a metal-based film is formed
  • a plasma processing apparatus comprising: a control unit that performs control such that a tuning method is performed.
  • a processing chamber contaminated with metal by plasma processing or the like of a substrate having a film containing metal is treated with plasma of an O-containing gas in situ without opening to the atmosphere.
  • metal components such as tungsten can be oxidized and sublimated, and metal components such as tungsten can be removed extremely effectively. Therefore, To significantly shorten the cleaning time as compared with the conventional cleaning process that required time to open to the atmosphere, time to wet clean, time to re-evacuate, and time to recondition the chamber after evacuation etc. Can.
  • the amount of tungsten contamination can be easily grasped by monitoring the emission intensity of hydrogen radicals (H *). can do. This makes it possible to clearly determine the end point of the drying by plasma. Therefore, it is possible to avoid contamination, reworking, excessive cleaning, and the like due to insufficient cleaning, which is a problem in the conventional dry cleaning method with time management.
  • H * hydrogen radicals
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a plasma processing apparatus in which a method of cleaning a processing chamber according to a first embodiment of the present invention is performed.
  • FIG. 2 A diagram showing the structure of a planar antenna member used in the microwave plasma device of FIG.
  • FIG. 3A A schematic view showing the structure of a conventional gate electrode which also has a polysilicon force.
  • FIG. 3B is a view showing an example of the structure of a gate electrode including a W-based film to which an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 3C is a view showing another example of the structure of the gate electrode including the W-based film to which the embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 4A is a view for explaining a cleaning method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B is a view for explaining a cleaning method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4C is a view for explaining a cleaning method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4D is a view for explaining a cleaning method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 A diagram showing the results of experiments on the difference in W removal effect depending on the gas composition.
  • FIG. 6 is a view showing the effect of actually carrying out the cleaning method of the present invention.
  • FIG. 7 A diagram showing the change in the thickness of an oxide film and the concentration of W when the cleaning method of FIG. 6 is carried out.
  • FIG. 8 Tally when the cleaning method of the present invention is actually carried out by changing the H / O ratio
  • FIG. 9 is a view showing the cleaning effect when the cleaning method of the present invention is actually carried out by changing the pressure inside the chamber.
  • FIG. 10 is a view showing the cleaning effect when the cleaning method of the present invention is actually carried out by changing the chamber wall temperature (susceptor temperature).
  • FIG. 11 A sectional view schematically showing an example of a plasma processing apparatus in which the cleaning method of the processing chamber according to the second embodiment of the present invention is performed.
  • FIG. 12 is a graph showing changes in light emission intensity and film thickness depending on the processing order of the sampling wafer when cleaning is performed.
  • FIG. 13 is a graph showing changes in emission intensity and W concentration depending on the processing order of the sampling wafer when cleaning is performed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a plasma processing apparatus in which a method of cleaning a processing chamber according to a first embodiment of the present invention is performed.
  • the microwave plasma processing apparatus 100 is guided by a microwave generation source using RLS A (Radial Line Slot Antenna), which is a planar antenna in which a plurality of slots are formed in a predetermined pattern. It is configured as an RLS A microphone mouth wave plasma processing apparatus that radiates microwaves into the chamber 1 to form a plasma, and is used, for example, for processing to selectively oxidize the sidewall of polysilicon of the gate electrode.
  • RLS A Random Line Slot Antenna
  • the plasma processing apparatus 100 has a substantially cylindrical chamber 11 which is airtightly configured and grounded.
  • a circular opening 10 is formed substantially at the center of the bottom wall la of the chamber 1, and the bottom wall la is in communication with the opening 10, and an exhaust chamber 11 projecting downward is provided.
  • a susceptor 2 which also has a ceramic force such as A1N for horizontally supporting a wafer W as a substrate to be processed and a dummy wafer Wd.
  • the susceptor 2 is supported by a support member 3 which also serves as a ceramic force such as cylindrical A1N which extends above the central force at the bottom of the exhaust chamber 11.
  • Ueno, W at the outer edge of the susceptor 2 A guide ring 4 is provided for idling.
  • a heater 5 of a resistance heating type is embedded in the susceptor 2, and the heater 5 is supplied with power from a heater power source 6 to heat the susceptor 2, and the heat is a wafer to be processed by the heat. Heat W.
  • temperature control is possible, for example, in the range from room temperature to 800 ° C.
  • a cylindrical liner 7 which is also made of dielectric, for example, quartz, is provided on the inner periphery of the chamber 1.
  • the susceptor 2 is provided with a wafer support pin (not shown) for supporting and elevating the wafer W so as to be able to protrude and retract with respect to the surface of the susceptor 2.
  • An annular gas introduction member 15 is provided on the side wall of the chamber 11, and a gas supply system 16 is connected to the gas introduction member 15.
  • the gas introducing member may be arranged in a shower shape.
  • the gas supply system 16 includes an Ar gas supply source 17 and an H gas supply source 18
  • a gas source 19 is provided, and these gases reach the gas introducing member 15 through the gas line 20 and are introduced into the chamber 11 from the gas introducing member 15.
  • Each of the gas lines 20 is provided with a mass flow controller 21 and an on-off valve 22 before and after the mass flow controller 21.
  • An exhaust pipe 23 is connected to a side surface of the exhaust chamber 11, and an exhaust device 24 including a high speed vacuum pump is connected to the exhaust pipe 23. Then, by operating the exhaust device 24, the gas is uniformly discharged into the space 11 a of the gas power exhaust chamber 11 in the chamber 1 and is exhausted through the exhaust pipe 23. As a result, the inside of the chamber 1 can be quickly depressurized to a predetermined degree of vacuum, for example, 0.133 Pa.
  • a gate valve 26 for opening and closing 25 is provided.
  • An upper portion of the chamber 1 is an opening, and an annular support 27 is provided along the periphery of the opening, and the support 27 is provided with a dielectric, for example, quartz or Al.
  • a microwave transmitting plate 28 which is also a ceramic force such as 2 3 3 and transmits microwaves is airtightly provided via a seal member 29. Therefore, the inside of the chamber 1 is kept airtight.
  • a disk-shaped planar antenna member 31 is provided above the microwave transmitting plate 28 so as to face the susceptor 2.
  • the flat antenna member 31 is locked to the upper end of the support 27.
  • the planar antenna member 31 is a conductor, for example, a copper plate whose surface is gold-plated or It also serves as an aluminum plate, and has a configuration in which a plurality of microwave radiation holes (slots) 32 are formed through in a predetermined pattern.
  • the microwave radiation holes 32 are in the form of a long groove, and adjacent microwave radiation holes 32 intersect each other, typically as shown in FIG.
  • the plurality of microwave radiation holes 32 are arranged concentrically. That is, the planar antenna member 31 constitutes an RLS ⁇ antenna.
  • the length and arrangement interval of the microwave radiation holes 32 are determined according to the wavelength of the microwaves and the like.
  • the microwave radiation holes 32 may have other shapes such as a circular shape and an arc shape.
  • the arrangement of the microwave radiation holes 32 is not particularly limited, and may be arranged concentrically, for example, spirally or radially.
  • a wave retarding member 33 made of a dielectric having a dielectric constant larger than that of a vacuum is provided.
  • a shield cover 34 made of a metal material such as aluminum or stainless steel is provided on the upper surface of the chamber 1 so as to cover the planar antenna member 31 and the wave retarding member 33.
  • the upper surface of the chamber 1 and the shield lid 34 are sealed by a seal member 35.
  • a cooling water channel 34 a is formed in the shield lid 34.
  • the shield lid 34 is grounded.
  • An opening 36 is formed in the center of the upper wall of the shield lid 34, and a waveguide 37 is connected to the opening.
  • a microwave generator 39 is connected to the end of the waveguide 37 via a matching circuit 38.
  • the microwave having a frequency of 2.45 GHz generated by the microwave generator 39 is propagated to the planar antenna member 31 through the waveguide 37.
  • 8.35 GHz, 1. 98 GHz, etc. can also be used as the microwave frequency.
  • the waveguide 37 includes a coaxial waveguide 37a having a circular cross section extending upward from the opening 36 of the shield lid 34, and a rectangular waveguide 37b having a rectangular cross section extending in the horizontal direction. I have it. A mode change 40 is provided between them. An inner conductor 41 extends at the center of the coaxial waveguide 37 a, and its lower end is connected and fixed to the center of the planar antenna member 31.
  • Each component of plasma processing apparatus 100 is connected to and controlled by process controller 50.
  • the process controller 50 has a keyboard for a process manager to input commands and the like for managing the plasma processing apparatus 100 and a user interface for displaying and displaying the operation status of the plasma processing apparatus 100 in visual form.
  • Ace 51 is connected.
  • a storage unit 52 storing a program for causing the computer to execute processing, ie, a recipe, is connected.
  • the recipe may be stored in a hard disk or a semiconductor memory, or may be set at a predetermined position of the storage unit 52 in a state of being accommodated in a portable storage medium such as a CD ROM, a DVD, or the like.
  • the recipe may be appropriately transmitted from another device, for example, via a dedicated line.
  • an arbitrary recipe is called from the storage unit 52 in accordance with an instruction from the user interface 51 and the like, and the process controller 50 is executed to perform plasma processing under the control of the process controller 50.
  • the desired processing at device 100 is performed.
  • the selective oxidation process of the gate electrode is performed.
  • the gate electrode as shown in FIG. 3A, the one in which the polysilicon film 63 is formed on the Si substrate 61 via the gate insulating film 62 has been used. Due to the demand for finer design rules, there is a need to lower the resistance of the gate electrode, and as shown in FIG. 3B, a polysilicon film 63 is formed on the Si substrate 61 via the gate insulating film 62.
  • reference numeral 67 denotes a hard mask layer made of, for example, a SiN insulating film, used when etching the gate electrode, and 68 denotes an oxide film formed by selective oxidation.
  • the manufacturing process of the tungsten polymetal gate electrode of FIG. 3C as an example the gate insulating film 62 is formed on the Si substrate 61 by, for example, thermal oxidation, and the polysilicon film 63, the tungsten nitride (WN) film 65, and the tungsten (W) are formed thereon by CVD.
  • the polysilicon film 63, the tungsten nitride (WN) film 65, and the tungsten (W) are formed thereon by CVD.
  • a film 66 and a hard mask layer 67 are sequentially formed, and a photoresist film (not shown) is formed thereon, and then the hard mask layer 67 is etched by using the photoresist film as a mask by photolithography, and then the photoresist Using the film + hard mask layer 67 or the hard mask layer 67 as a mask, the tungsten (W) film 66, the tungsten nitride (WN) film 65, and the polysilicon film 63 are sequentially etched to form a gate electrode structure. The selective oxidation process is performed under the conditions to form an oxide film 68 on the side wall of the polysilicon film 63, and the structure of FIG. 3C is obtained.
  • the gate valve 26 is opened, and the wafer W on which the gate electrode is formed is loaded into the chamber 11 from the loading / unloading port 25. And place it on the susceptor 2.
  • the pressure inside the chamber is 3 to 700 Pa, for example 6. 7 Pa (50 m
  • Torr Torr
  • the microwaves from the microwave generator 39 are guided to the waveguide 37 through the matching circuit 38.
  • the microwaves are supplied to the planar antenna member 31 sequentially through the rectangular waveguide 37b, the mode converter 40, and the coaxial waveguide 37a, and from the planar antenna member 31 through the microwave transmitting plate 28 to the wafer in the chamber 1 It is emitted to the space above W.
  • the H gas, the Ar gas, and the O gas are converted to plasma by the microphone port wave radiated to the chamber 1 through the microwave transmitting plate 28 from the planar antenna member 31.
  • This microwave plasma is a low electron temperature plasma with a plasma density of about loUZ cm 3 or more and a low electron temperature of about 0.5-2 eV, and a selective oxidation treatment is performed at a low temperature for a short time to form a thin oxide film.
  • the advantage is that the plasma damage such as ions to the base film is small. is there.
  • the high-density plasma as described above causes a low H.sub.2 O.sub.2 gas composition in a short time and in a high H.sub.2 / O.
  • tungsten (W) adhering to chamber 1 adversely affects the treatment and tungsten (W) is contaminated.
  • tungsten (W) interferes with the acid treatment. Therefore, the chamber 1 after the selective oxidation treatment is cleaned to a level of tungsten (W) contamination, for example, on the order of 10 1 toms / cm 2 or less, preferably 10 1 G atoms / cm 2 on the order of 1 or less. Need to Pollution levels are low, so good!
  • the chamber 1 contaminated with W is opened to the atmosphere. Conduct.
  • this cleaning process will be described with reference to FIG. 4A to FIG. 4D.
  • the gate valve 26 is opened to the atmosphere to open the gate valve 26, and from the transfer chamber 70 held in a reduced pressure state, the transfer device 71 is Load a clean dummy Ueno Wd into the chamber 1 and place it on the susceptor 2. This is performed on the dummy wafer Wd in order to protect the susceptor 2 also from plasma power and to observe the surface of the dummy wafer Wd after cleaning the chamber 1 to evaluate the degree of improvement of the contamination state. It is to be noted that the dummy wafer Wd may not be placed if it is not necessary to consider the damage of the susceptor 2 which is not essential in this process.
  • the chamber 1 is evacuated while including O from the gas supply system 16.
  • microwave generator 39 or
  • microwaves are guided to the waveguide 37 through the matching circuit 38, and the rectangular waveguide 37b,
  • the mode converter 40, the coaxial waveguide 37a, and the wave delay member 33 are sequentially supplied to the planar antenna member 31 and radiated from the slot of the planar antenna member 31 through the microwave transmitting plate 28 into the chamber 1 , Including O introduced into chamber 1 by this microwave
  • Such a cleaning process is preferably performed every time the selective oxidation process of one device wafer is completed.
  • the pressure in the chamber 1 is set to, for example, 3-1333 Pa. Among these, 3-6 Pa is preferred, for example, 6.7 Pa is exemplified.
  • the temperature in the chamber 1 (for example, the temperature of the susceptor 2) is preferably 45 ° C. or more. At this time, the temperature of the susceptor 2 is preferably as high as 200-800 ° C. S, preferably 400-800 ° C. S. Further, the power of the microwave generator 39 is preferably 1.0-5.
  • the gas containing O may be O gas alone, but is preferably O gas + Ar gas.
  • O gas + H gas + Ar gas More preferably, O gas + H gas + Ar gas.
  • O gas alone,
  • the flow rate is preferably 50-lOOOmLzmin, particularly about 100-500mLzmin. If the flow rate of O gas increases too much, the plasma density decreases, so the cleaning effect
  • the flow rate for O gas + H gas + Ar gas is: O gas: 10
  • the cleaning effect can be enhanced when the flow ratio of H gas to O gas is 2 or more. 4 or more is more preferable and 6 or more.
  • O gas + Ar gas and O gas + H gas + Ar gas are alternately repeated, for example, O
  • the cleaning effect is further enhanced by intermittently adding H gas to Gas + Ar gas
  • the effect can be further enhanced by alternately repeating the supply of the cleaning gas and the evacuation while introducing a vacuum or a purge gas.
  • a line for introducing He gas or Ne gas into the chamber 1 is provided in the apparatus of FIG. 1, and plasma of He gas or Ne gas in the chamber 1 immediately before generating plasma of cleaning condition. It is preferable to generate As a result, the surface temperature of the chamber wall can be raised by plasma heating, and the WO is more easily sublimated, so that the cleaning efficiency is increased.
  • the W component of the chamber wall can be removed by cleaning the chamber 1 by plasma that does not open to the atmosphere, the time for opening the chamber 1 to the atmosphere can be obtained. , Cleaning time, re-evacuation time, and post-evacuating processing time
  • the cleaning time can be significantly shortened compared to the conventional wet taring process, which requires time, etc. it can. For example, what has conventionally been required for at least 2 hours can be 2-30 minutes.
  • a plasma process such as the selective oxidation process described above is performed.
  • the plasma processing can be performed in a clean state where the W contamination level is extremely low, and disadvantages such as inhibition of the selective acid treatment by W contamination do not occur.
  • the power of the microwave generator was set to 3.4 kW, and the microwave was introduced into the chamber, and a plasma was generated for 180 seconds at a wafer temperature of 400 ° C.
  • the chamber wall temperature was 45.degree.
  • the chamber 1 was cleaned to be in the W free state.
  • seasoning in chamber 1 was performed under the same conditions as the subsequent acid treatment.
  • Seasoning was performed by performing at least one cycle of oxygen plasma formation and vacuum drawing in the chamber.
  • the first bare Si wafer for sampling was placed on the susceptor, and the oxidation treatment was performed under the same conditions as the selective oxidation treatment of polysilicon.
  • Power of mouth wave generator 3.4 kW
  • wafer temperature 400 ° C.
  • chamber wall temperature 45 ° C.
  • processing time 110 seconds
  • the film thickness of the acid film was 8 nm.
  • the first sampling wafer was taken out and the W concentration on the surface was measured.
  • the W concentration is It has been confirmed that the product is less than 3 x 10 8 at O ms Zcm 2 and W free (clean).
  • the W concentration was measured using the above-mentioned TXRF (the same applies hereinafter). This value is taken as the W concentration of the reference of the chamber.
  • an Si wafer having a W film on the surface was placed on a susceptor, and an acid treatment was performed under the same conditions except that the treatment time was changed to 2 minutes, to contaminate the inside of the chamber. This time corresponds to the processing time of about 5 device wafers.
  • the wafer with W film was unloaded, the second bare Si wafer for sampling was placed on the susceptor, and the acid treatment was performed under the same conditions as the first wafer. .
  • the second sampling wafer was taken out and the W concentration on the surface was measured. As a result, the W concentration on the wafer surface is about 4 ⁇ 10 1G atoms / cm and t3 ⁇ 4 7.
  • the 14th bare silicon wafer for sampling is placed on the susceptor, and after the acid treatment is performed under the same conditions as the first wafer for sampling, the 14th sampling wafer is sampled.
  • the wafer for use was taken out and the W concentration on the surface was measured. The results of these series of experiments are shown in Figure 6.
  • FIG. 6 is a diagram showing the effect of the cleaning of the present invention, with the wafer number (processing order) on the horizontal axis and the W concentration on the wafer surface on the vertical axis.
  • the W concentration in the range of the present invention is less than l x l0 ⁇ atoms / cm 2 within 10 minutes of the wafer, ie, within 30 minutes.
  • the thickness of the oxide film at the time of selective acid treatment of each sampling wafer was measured.
  • the oxide film thickness of each sampling wafer at this time is shown in FIG.
  • the W concentration is also plotted in FIG.
  • the thickness of the oxide film on the first sampling wafer was 7.99 nm after the processing of 110 seconds
  • the second wafer has the acidity of polysilicon due to the contamination of W.
  • the film thickness is gradually reduced as the concentration of W decreases, as the film thickness is reduced to 7.75 nm in 110 seconds with the film being blocked.
  • the thickness of the oxide film on the 14th wafer was 8.03 nm, and it was confirmed that the inhibition of oxidation by W contamination was resolved.
  • there is a strong correlation between the amount of W contamination (W concentration) and the acid film thickness and it is possible to grasp the end point of Tally Jung by the acid film thickness.
  • the chamber is first cleaned to be W-free, then seasoning is performed in the chamber 1, and then the first sampling is performed.
  • a bare Si wafer for mounting was placed on the susceptor, and the acid treatment was performed in the same manner as the above test. After processing, the first wafer was taken out and the W concentration on the surface was measured, and it was confirmed that the W concentration was below the detection limit.
  • a Si wafer having a W film on the surface is placed on a susceptor, and oxidation treatment is performed for 10 minutes corresponding to about 1 lot (equivalent to 25 pieces) of device wafers under the same conditions as the above test. Contaminated with W.
  • the wafer with the W film was carried out, the second bare Si wafer for sampling was placed on the susceptor, and the acid treatment was performed under the same conditions as the first wafer. After processing, the second sampling wafer was taken out and the W concentration on the surface was measured. As a result, the W concentration on the wafer surface was as high as 10 12 atoms Z cm 2 .
  • the volume ratio, chamber 1 internal pressure, and chamber 1 temperature (susceptor temperature) are changed, and the cleaning process is performed for 180 seconds, and after processing, the third wafer for sampling Si is used as a susceptor.
  • the wafer was placed and subjected to an acid treatment under the same conditions as the first sampling wafer. After processing, take out the third sampling wafer and measure the W concentration on the surface.
  • the 14th bare silicon wafer for sampling is placed on the susceptor, and acid treatment is performed under the same conditions as the first wafer, and then the 14th wafer is removed. It took out and measured W concentration of the surface.
  • the susceptor temperature is 400 ° C.
  • the pressure in the chamber is 6. 7 Pa
  • the measured value of W concentration is the flow ratio of H gas to O gas (H 2 / O
  • H / O ratio is 4 or more from this
  • the susceptor temperature is 400 ° C.
  • the measured W concentration was lower at 126 Pa when the pressure inside the chamber was lower at 6.7 Pa. From this, it was confirmed that the lower the pressure inside the chamber, the higher the cleaning effect. This is considered to be due to the high vapor pressure of the W compound.
  • the measured value of W concentration is lower.
  • the W concentration was the lowest among the adopted conditions of 3.6 ⁇ 10 1 G atoms / cm 2 . This is also considered to be due to the increase in the vapor pressure of the W composite, as in the case of changing the pressure.
  • the thickness of the oxide film in the 14th wafer at this time is 8. 1 nm, which is almost the same as the initial value, and it was confirmed that the inhibition of acidity caused by the W contamination did not occur.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing an example of a plasma processing apparatus in which the cleaning method of the processing chamber according to the second embodiment of the present invention is performed.
  • This plasma processing apparatus 200 is obtained by adding an end point detection function to the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 described above, and in FIG. 11, the same components as those in FIG. I omit it.
  • a translucent window 80 used for detecting the end point of cleaning is provided in the lower part of the side wall of the chamber.
  • a light receiving unit 81 is disposed adjacent to the window 80, and the light receiving unit 81 is electrically connected to a spectral control meter 82 such as a monochromator for measuring the light emission intensity of plasma. Since the position where the window 80 is provided is far from the flat antenna member 31 and not influenced by plasma and is not an exhaust path, stable measurement with less deposits on the window 80 should be performed. Can.
  • the installation position of the spectral controller 82 is not particularly limited, and may be any position that can be measured stably.
  • the cylindrical liner 7 also having quartz force is provided in the chamber 1, the emission intensity of the radicals in the plasma can be measured through the window 80 and the liner 7. It is possible to provide the liner 7 with an opening. From the viewpoint of preventing adhesion to the window 80, the opening is preferably not provided.
  • the process controller 50 is electrically connected to the spectral control meter 82 by the connection wiring 53, and analyzes the information of the light emission intensity such as H * radicals detected by the spectral control meter 82 in addition to the above functions. And determine the end point of the cleaning. Then, according to the instruction of the process controller 50, for example, the cleaning is automatically stopped, or the display of the user interface 51 is displayed that the cleaning is completed.
  • the cleaning process is performed according to the above-described FIGS. 4A to 4D.
  • the gate valve 26 which is not opened to the atmosphere is opened, and the transfer chamber 70 is kept in a reduced pressure state. If necessary, a clean dummy wafer Wd is carried into the chamber 1 and placed on the susceptor 2.
  • a cleaning gas which also has Ar / H / O power is introduced into the chamber 1 from the gas supply system 16.
  • Figure 4C shows that
  • the microwave generator 39 is introduced into the chamber 1 to make the cleaning gas into plasma. At this time, as shown in FIG. 4D, the inside of the chamber is cleaned by this plasma in the same manner as in the first embodiment.
  • the pressure in the chamber 11 is set to, for example, 3-1333 Pa.
  • the temperature in the chamber 1 (for example, the temperature of the chamber 1 and the susceptor 2) is preferably 45 ° C. or more. At this time, it is more preferable that the temperature of the susceptor 2 be higher, approximately 400 to 800 ° C.
  • the chamber 1 may be continuously evacuated, but it is preferable to intermittently perform the evacuation. In addition, it is effective to flow purge gas at the time of exhausting.
  • the cleaning gas to be introduced may be, for example, H gas + Ar gas, but O gas + H gas
  • the flow rate for O gas + H gas + Ar gas is: O gas: 10 500 mL Zmi
  • the cleaning effect can be further enhanced.
  • supply of cleaning gas and evacuation while introducing vacuum or purge gas are alternately repeated.
  • the apparatus shown in FIG. 11 may be provided with a line for introducing He gas or Ne gas into the chamber 1 to generate He gas or Ne gas plasma in the chamber 1 immediately before generating cleaning plasma.
  • the surface temperature of the chamber wall can be raised by plasma heating, which further facilitates sublimation of the WO, thereby increasing the cleaning efficiency.
  • the power of the microwave generator 39 is preferably 1.0-5.
  • the emission intensity of the radicals in the plasma in the chamber 1 is measured by the spectrometer 82.
  • the spectral control meter 82 divides the light emission power S spectrum of the plasma detected by the light receiving unit 81.
  • the emission intensity of a radical eg, hydrogen radical H *
  • the end point of the cleaning can be known when the light emission intensity of H * has recovered to almost the initial state (the state before the contamination by W).
  • the end point of the cleaning can graph the light emission intensity over time, and also determine the rate of change (for example, the slope of the tangent of the graph of the light emission intensity).
  • Tungsten that contaminates the inside of the chamber is often considered to be attached to the chamber wall or the like as an oxide (WO 4). Since H * in the cleaning gas plasma is consumed when reducing this WO, cleaning proceeds and the amount of H * consumed decreases as the residual WO decreases, so the emission intensity of H * is recovered. It is surmised that when the WO remains, the light emission intensity of the WO recovers almost to the initial state (the state before contamination).
  • the chamber 11 when the chamber 11 is cleaned by plasma without being opened to the atmosphere, detection of the end point of the cleaning can be performed by monitoring the emission intensity of H *. Since it can be performed accurately and reliably, it is advantageous compared with the conventional tallying method in which the cleaning is finished by time management which eliminates the problem due to the insufficient cleaning and the excessive cleaning. Also, for example, ICP-MS (inductively coupled plasma mass It is not necessary to confirm the end point of tallying by calculating the time and cost with an analyzer) or TXRF (total reflection X-ray fluorescence analysis). In addition, by monitoring the emission intensity of the light, it is also possible to understand that the contamination occurred due to the abnormality in the chamber.
  • ICP-MS inductively coupled plasma mass It is not necessary to confirm the end point of tallying by calculating the time and cost with an analyzer
  • TXRF total reflection X-ray fluorescence analysis
  • H / O 1000/400/50 mL / min, pressure inside the chamber is 6. 7 Pa (50 mT),
  • a clean sampling bare Si wafer (wafer No. 1 for sampling) is carried into a chamber free of W contamination, and plasma treated under selective acid process conditions to prepare an optical sample. It was created.
  • the internal pressure is 6.7 Pa (50 mT), the power of the microwave generator 3.4 kW, the temperature of the susceptor 2 400 ° C., the chamber wall temperature 45 ° C., and the thickness of the oxide film is 8 nm.
  • the W-contaminated wafer is carried out of the chamber 1, and a clean sampling bare silicon wafer (sampling wafer No. 3) is carried in, and the plasma treatment is carried out under the above-mentioned selective oxidation process conditions. Management, and created a monitor sample.
  • wafer No. 3 for sampling is unloaded from the chamber 1, plasma cleaning is carried out under the above-mentioned cleaning conditions, and after processing, a bare Si wafer (wafer No. 4 for sampling) for clean sampling is loaded. Selected under the same conditions as wafer No. 1 for sampling. The selective oxidation treatment was performed. Thereafter, the same cleaning process is performed, and then the operation of performing the selective oxidation process under the same conditions as the sampling wafer of wafer No. 1 for sampling is performed. — Repeated about 15).
  • the wavelength of H * is monitored by a monochromator, and the emission intensity of H * before processing the W-contaminated wafer and the H after dry tanning * The emission intensity of (wavelength: 656 nm) was compared.
  • the results are shown in FIG. In FIG. 12, the light emission intensity when the wafer for sampling No. 1-15 was put in the chamber 1 and the selective oxidation treatment was performed, and the selective oxidation treatment of the wafer Si performed before and after the cleaning treatment were performed.
  • the bare Si Ueno for sampling was taken out (wafer No. 16 for sampling), and the amount of W contamination on the surface was measured by TXRF (total reflection fluorescent X-ray analysis). W) was not detected, and it was confirmed that the cleaning was completed.
  • the thickness of the oxide film at the time of the selective acid treatment of each sampling wafer was measured.
  • the thickness of the oxide film was 7. 85 nm in the processing of 210 seconds, while in the wafer No. 3 for sampling, the oxidation of polysilicon is prevented by the W contamination and oxidation occurs.
  • the film thickness was reduced to 7.3 nm in 210 seconds.
  • the thickness of the oxide film on wafer No. 15 for sampling is 7.7 nm, and as tallying in the chamber 1 is completed and W contamination is eliminated, oxidation inhibition by W contamination occurs. It has been confirmed that it has gone away.
  • a plasma is used to propagate microwaves into a chamber with a planar antenna having a plurality of slots to form a high density plasma at a low electron temperature.
  • a processing apparatus an apparatus to which a flat antenna other than such an apparatus configuration is applied and a reflected wave plasma apparatus can be used.
  • high frequency power may be applied to the antenna to form plasma by an inductively coupled plasma processing apparatus utilizing an induced electric field generated through the dielectric. This also makes it possible to generate a high density plasma.
  • plasma processing apparatus processing such as capacitively coupled plasma, plasma using a magnetron, or processing apparatus other than plasma processing may be any processing apparatus that causes metal contamination in the container (chamber 1). It is applicable.
  • the cleaning process is performed by propagating such microwaves into a chamber by a planar antenna having a plurality of slots to generate plasma, and the invention is not limited to this, and other planar planes as described above.
  • a plasma to which an antenna is applied or an inductively coupled plasma can also be suitably used, or another plasma such as a capacitively coupled plasma may be used.
  • the present invention can also be applied to metals other than the force W shown for the case where the metal is W, such as Co, Ni, Ba, Sr, Ti, Hf, Zr, Ru, Cu and the like. Also, although an example of measuring the emission of hydrogen radicals is shown, any gas that can measure the emission of radicals can be applied.
  • An example of detection by measuring the light emission intensity of the added hydrogen radical is not limited to this. It is also possible to replace Ar gas in the above combination with other inert gases (He, Ne, Kr, Xe).

Abstract

　タングステン系膜を含む基板にプラズマ処理を施す基板処理装置における処理室をクリーニングするにあたり、プラズマ処理後、大気開放することなく処理室内にＯ２を含むガスを導入し、このガスのプラズマを形成して処理室をクリーニングする。

Description

明 細 書
基板処理装置における処理室のクリーニング方法およびクリーニングの終 点検出方法
技術分野
[0001] 本発明は、基板処理装置における処理室のクリーニング方法およびクリーニングの 終点検出方法に関し、より詳しくは、金属で汚染された処理室のクリーニング方法、 およびクリーニングの終点検出方法、ならびにその方法を実行するためのコンビユー タプログラムおよび記録媒体に関する。 背景技術
[0002] 近時、 LSIの高集積化、高速ィ匕の要請力 LSIを構成する半導体素子のデザイン ルールが益々微細化されており、それにともなって、 DRAM等に用いられるトランジ スタのゲート電極の低抵抗ィ匕が求められている。そのため、より抵抗の低い W系膜が ゲート電極として用いられつつあり、タングステンポリサイド (WSi/poly— Siの積層膜 )や、より抵抗の低 、タングステンポリメタルゲート (WZWNZpoly-Siの積層構造） が注目されている。
[0003] 一方、このようなタングステンポリメタルゲートやタングステンポリサイドを用いたゲー ト電極の製造プロセスにおいて、その側面のポリシリコンを選択酸ィ匕する工程が存在 するが、その際に、タングステン酸ィ匕物を抑制しつつポリシリコンを選択酸ィ匕する観 点から、プラズマ密度が高い低電子温度プラズマにより低温処理が可能な、 RLSA( Radial Line Slot Antenna)マイクロ波プラズマ処理装置が用いられている（例えば特 許文献 1)。
[0004] このような処理においては、タングステンを含む Siウェハを処理することとなり、処理 後の処理チャンバ一はタングステンで汚染された状態となる。このような処理チャンバ 一で次の選択酸化処理を行う場合には、タングステンが処理に悪影響を与え、タンダ ステンがコンタミネーシヨンとして素子に取り込まれるおそれがある他、タングステンに よって酸化処理が妨げられ酸化レートが低下してしまう。したがって、処理後の処理 チャンバ一は、クリーニングにより汚染レベルを半導体素子を製造可能なレベルまで 低下させる必要がある。
[0005] 従来、このようなタングステン (W)で汚染された処理チャンバ一のクリーニングは、 処理チャンバ一を大気開放して、チャンバ一内部部品を酸などでウエットクリーニング し、それに加えて真空チャンバ一内壁を酸、水、または溶剤をしみこませたワイパー により拭き取ることによって行って 、る。
[0006] し力しながら、このようにクリーニングする場合には、処理チャンバ一を大気開放す る時間、ウエット洗浄する時間、再排気する時間、および排気後の処理チャンバ一を 再コンデショニングする時間等、数時間単位の時間を要し、スループットが低くなる原 因となっている。
[0007] 一方、プラズマを用いたドライクリーニング方法も検討されて 、る。プラズマによるド ライクリー-ングは、一般に、クリーニングガスをプラズマ化してチャンバ一内に付着し た堆積物を除去する方法である。
[0008] し力しながら、従来はドライクリーニングを用いても、タングステン (W)等の金属で汚 染された処理室を高効率で清浄化することは未だ成功して!/ヽな ヽ。
[0009] また、ドライクリーニングにおいては、終点の判断が困難であるため、クリーニングの 終了を時間管理で判断している。しかし、時間管理による場合は、予め設定した時間 を基準にクリーニングを終了させるため、クリーニングが不十分であったり、逆にタリー ユング時間が長すぎる等の不都合が生じる。クリーニングが不十分な場合は、チャン バー内に残留した堆積物がコンタミネーシヨンを引き起こすため、再度クリーニングを やり直さなければならず煩雑であり、逆にクリーニング時間が長すぎる場合は、その 分の時間とエネルギーが無駄に浪費されてしまう。
特許文献 1：特開 2000-294550号公報
発明の開示
[0010] 本発明の目的は、基板処理装置におけるタングステン等の金属で汚染された処理 室を、高効率で清浄ィ匕することができる、基板処理装置における処理室のタリーニン グ方法を提供することにある。
[0011] 本発明の他の目的は、基板処理装置におけるタングステン等の金属で汚染された 処理室を清浄化する際に、簡易な方法で終点を把握できるクリーニングの終点検出 方法およびクリーニング方法を提供することにある。
[0012] 本発明の第 1の観点によれば、基板に対して減圧処理を施す基板処理装置におけ る金属で汚染された処理室をクリーニングするクリーニング方法であって、前記処理 後、大気開放することなく前記処理室内に Oを含むガスを導入し、このガスのプラズ
2
マを形成して前記処理室をクリーニングする、基板処理装置における処理室のタリー ニング方法が提供される。
[0013] また、本発明の第 2の観点によれば、金属を含む膜を有する基板にプラズマ処理を 施す基板処理装置における処理室をクリーニングするクリーニング方法であって、前 記処理後、大気開放することなく前記処理室内に Oを含むガスを導入し、このガスの
2
プラズマを形成して前記処理室をクリーニングする、基板処理装置における処理室 のクリーニング方法が提供される。
[0014] 上記第 1の観点において、前記基板の処理としては、金属を含む基板の酸化処理 を提供することができる。また、前記金属の典型例としてタングステンを挙げることが できる。さらに、前記基板の処理としては、プラズマ処理を適用することができる。
[0015] 上記第 2の観点において、前記金属を含む膜として、タングステン系膜を用いること ができ、具体的なプラズマ処理としては、タングステン系膜とポリシリコン膜とを含むゲ ート電極の選択酸化処理を適用することができる。
[0016] 上記第 1の観点においてプラズマ処理を適用する場合、および上記第 2の観点に おいて、前記基板のプラズマ処理およびクリーニングは、平面アンテナを用いたブラ ズマまたは誘導結合型プラズマを用いたプラズマにより実施することができる。また、 前記基板のプラズマ処理および前記クリーニングは、複数のスロットを有する平面ァ ンテナにて前記処理室内にマイクロ波を導入して形成されるプラズマにより実施され ることが好ましい。
[0017] 上記第 1の観点および第 2の観点において、前記クリーニングは、 Oガス単独のプ
2
ラズマ、 Oガスおよび不活性ガスのプラズマ、 Oガスおよび Hガスおよび不活性ガ
2 2 2
スのプラズマにより実施することができる。この場合に、前記クリーニングを実施する プラズマの Oガスに対する Hガスの比が 4以上であることが好ましぐ 8であることが
2 2
特に好ましい。また、前記クリーニングは、処理室内の温度を略 600°Cにして行うこと が好ましい。さらに、前記クリーニングは、処理室内の圧力を 67Pa以下にして行うこと が好ましい。
[0018] さらにまた、前記クリーニングは、 Oガスおよび不活性ガスのプラズマと、 Oガスお
2 2 よび Hガスおよび不活性ガスのプラズマとを交互に形成して実施することができる。
2
前記クリーニングに先立って、前記処理室をプラズマにより加熱してもよい。前記基 板処理装置としては、前記処理室のプラズマに曝される面の少なくとも一部が誘電体 で構成されているものを好適に用いることができる。
[0019] 本発明の第 3の観点によれば、コンピュータ上で動作し、実行時に、金属を含む膜 を有する基板にプラズマ処理を施す基板処理装置における処理室を、前記処理後、 大気開放することなく前記処理室内に Oを含むガスを導入し、このガスのプラズマを
2
形成してクリーニングするクリーニング方法が行なわれるように前記基板処理装置を 制御する、コンピュータプログラムが提供される。
[0020] 本発明の第 4の観点によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶さ れた記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、金属を含む膜を有する 基板にプラズマ処理を施す基板処理装置における処理室を、前記処理後、大気開 放することなく前記処理室内に Oを含むガスを導入し、このガスのプラズマを形成し
2
てクリーニングするクリーニング方法が行なわれるように、前記基板処理装置を制御 するものである、記憶媒体が提供される。
[0021] 本発明の第 5の観点によれば、プラズマを発生させるプラズマ供給源と、前記ブラ ズマにより、基板の処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、前記処理容 器内で前記基板を載置する基板支持台と、前記処理容器内を減圧するための排気 手段と、前記処理容器内にガスを供給するためのガス供給手段と、金属を含む膜を 有する基板にプラズマ処理を施す基板処理装置における処理室を、前記処理後、 大気開放することなく前記処理室内に Oを含むガスを導入し、このガスのプラズマを
2
形成してクリーニングするクリーニング方法が行なわれるように制御する制御部とを具 備する、プラズマ処理装置が提供される。
[0022] 本発明の第 6の観点によれば、金属を含む膜を有する基板にプラズマ処理を施す 基板処理装置における処理室を、前記処理後、大気開放することなく前記処理室内 に oを含むガスを導入し、このガスのプラズマを形成してクリーニングする工程と、前
2
記クリーニング工程の後に、前記処理室内において基板に対してプラズマ処理を施 す工程とを具備する基板処理方法が提供される。
[0023] 本発明の第 7の観点によれば、金属系膜が形成された基板の処理に用いるプラズ マ処理装置の処理室をクリーニングガスのプラズマによりクリーニングするにあたり、ク リーニングの終点を検出するクリーニングの終点検出方法であって、前記処理室内 でクリーニングの進行に伴 、増加するラジカルの発光強度を測定し、その値からタリ 一ユングの終点検出を行なう、クリーニングの終点検出方法が提供される。
[0024] 上記第 7の観点において、前記クリーニングガスは、水素ガスと不活性ガスを含む ガスであり、前記ラジカルは水素ラジカルであることが好ましい。また、前記基板の処 理は、前記金属系膜を含む基板の酸化処理であることが好ましい。さら〖こ、前記金属 系膜がタングステン系膜であることが好ましい。またさらに、前記タングステン系膜を 含む基板の酸化処理は、タングステン系膜とポリシリコン膜とを含む積層膜における ポリシリコン膜の選択酸ィ匕処理であることが好ましい。また、前記選択酸化処理およ び前記クリーニングは、誘導結合方式によるプラズマ、平行平板方式によるプラズマ または平面アンテナ方式によるプラズマにより実施される力、あるいは、複数のスロッ トを有する平面アンテナにて前記処理室内にマイクロ波を導入して形成されるプラズ マにより実施されることが好ましい。
[0025] また、本発明の第 8の観点によれば、金属系膜が形成された基板の処理に用いる プラズマ処理装置の処理室をクリーニングガスのプラズマによりクリーニングするタリ 一-ング方法であって、前記処理室内でクリーニングの進行に伴 、増加するラジカ ルの発光強度を測定し、その値力 クリーニングの終点検出を行なう、クリーニング方 法が提供される。
[0026] 上記第 8の観点のクリーニング方法においては、前記金属系膜がタングステン系膜 であることが好ましい。また、前記基板の処理後、大気開放することなく前記処理室 内にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスのプラズマを形成して前記処理室を クリーニングすることが好ましい。また、前記クリーニングは、誘導結合方式によるブラ ズマ、平行平板方式によるプラズマまたは平面アンテナ方式によるプラズマにより実 施されるか、あるいは、複数のスロットを有する平面アンテナにて前記処理室内にマ イク口波を導入して形成されるプラズマにより実施されることが好ましい。
[0027] また、本発明の第 9の観点によれば、コンピュータ上で動作し、実行時に、金属系 膜が形成された基板の処理に用いるプラズマ処理装置の処理室をクリーニングガス のプラズマによりタリ一二ングする際に、前記処理室内でタリ一ユングの進行に伴!ヽ 増加するラジカルの発光強度を測定し、その値力 クリーニングの終点を検出するク リー-ング方法が行なわれるようにプラズマ処理装置を制御する、制御プログラムが 提供される。
[0028] また、本発明の第 10の観点によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムが 記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、金属 系膜が形成された基板の処理に用いるプラズマ処理装置の処理室をクリーニングガ スのプラズマによりタリ一二ングする際に、前記処理室内でタリ一ユングの進行に伴!ヽ 増加するラジカルの発光強度を測定し、その値力 クリーニングの終点を検出するク リー-ング方法が行なわれるように、プラズマ処理装置を制御するものである、コンビ ユータ記憶媒体が提供される。
[0029] また、本発明の第 11の観点によれば、プラズマを発生させるプラズマ供給源と、前 記プラズマにより、基板の処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、前記処 理容器内で前記基板を載置する基板支持台と、前記処理容器内を減圧するための 排気手段と、前記処理容器内にガスを供給するためのガス供給手段と、金属系膜が 形成された基板の処理に用いるプラズマ処理装置の処理室をクリーニングガスのプ ラズマによりクリーニングする際に、前記処理室内でクリーニングの進行に伴い増加 するラジカルの発光強度を測定し、その値力 クリーニングの終点を検出するタリー ニング方法が行なわれるように制御する制御部とを備えたプラズマ処理装置が提供 される。
[0030] 本発明によれば、金属を含む膜を有する基板のプラズマ処理等により金属で汚染 された処理室を、大気開放することなく in— situで Oを含むガスのプラズマにより処理
2
することにより、タングステン等の金属成分を酸ィ匕させて昇華させることができ、極め て有効にタングステン等の金属成分を除去することができる。したがって、処理室を 大気開放する時間、ウエット洗浄する時間、再排気する時間、および排気後の処理 チャンバ一を再コンデショユングする時間等が必要であった従来のクリーニング処理 に比較してクリーニング時間を著しく短縮することができる。
[0031] また、本発明によれば、タングステンで汚染されたチャンバ一内をプラズマによって ドライクリーニングするにあたり、水素ラジカル (H*)の発光強度をモニターすることに より、タングステン汚染量を容易に把握することができる。これにより、プラズマによるド ライクリー-ングの終点を明確に判定することが可能となる。したがって、従来の時間 管理によるドライクリーニング方法において課題であったクリーニング不足に起因する コンタミネーシヨンやクリーニングのやり直し、過剰なクリーニングなどを回避すること ができる。
図面の簡単な説明
[0032] [図 1]本発明の第 1の実施形態に係る処理室のクリーニング方法が実施されるプラズ マ処理装置の一例を模式的に示す断面図。
[図 2]図 1のマイクロ波プラズマ装置に用いられる平面アンテナ部材の構造を示す図
[図 3A]従来のポリシリコン力もなるゲート電極の構造を示す模式図。
[図 3B]本発明の実施形態が適用される W系膜を含むゲート電極の構造の一例を示 す図。
[図 3C]本発明の実施形態が適用される W系膜を含むゲート電極の構造の他の例を 示す図。
[図 4A]本発明の一実施形態に係るクリーニング方法を説明するための図。
[図 4B]本発明の一実施形態に係るクリーニング方法を説明するための図。
[図 4C]本発明の一実施形態に係るクリーニング方法を説明するための図。
[図 4D]本発明の一実施形態に係るクリーニング方法を説明するための図。
[図 5]ガス組成による W除去効果の差を実験した結果を示す図。
[図 6]実際に本発明のクリーニング方法を実施した場合の効果を示す図。
[図 7]図 6のクリーニング方法を実施した際の酸ィ匕膜厚および W濃度の変化を示す図 [図 8]H /O比を変化させて実際に本発明のクリーニング方法を実施した場合のタリ
2 2
一ユング効果を示す図。
[図 9]チャンバ一内圧力を変化させて実際に本発明のクリーニング方法を実施した場 合のクリーニング効果を示す図。
[図 10]チャンバ一壁温度 (サセプタ温度）を変化させて実際に本発明のクリーニング 方法を実施した場合のクリーニング効果を示す図。
[図 11]本発明の第 2の実施形態に係る処理室のクリーニング方法が実施されるブラ ズマ処理装置の一例を模式的に示す断面図。
[図 12]クリーニングを実施した際のサンプリング用ウェハの処理順番による発光強度 および膜厚の変化を示すグラフ。
[図 13]クリーニングを実施した際のサンプリング用ウェハの処理順番による発光強度 および W濃度の変化を示すグラフ。
発明を実施するための最良の形態
[0033] 以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図 1は、本発明の第 1の実施形態に係る処理室のクリーニング方法が実施されるプ ラズマ処理装置の一例を模式的に示す断面図である。
[0034] このマイクロ波プラズマ処理装置 100は、所定のパターンで複数のスロットが形成さ れた平面アンテナである RLS A (Radial Line Slot Antenna)を利用してマイクロ波発 生源カゝら導かれたマイクロ波をチャンバ一内に放射し、プラズマを形成する RLS Aマ イク口波プラズマ処理装置として構成されており、例えば、ゲート電極のポリシリコンの 側壁を選択酸化する処理に用いられる。
[0035] このプラズマ処理装置 100は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバ一 1を有している。チャンバ一 1の底壁 laの略中央部には円形の開口部 10が形成され ており、底壁 laにはこの開口部 10と連通し、下方に向けて突出する排気室 11が設 けられている。チャンバ一 1内には被処理基板であるウェハ Wやダミーウェハ Wdを 水平に支持するための A1N等のセラミックス力もなるサセプタ 2が設けられて 、る。こ のサセプタ 2は、排気室 11の底部中央力 上方に延びる円筒状の A1N等のセラミツ タス力もなる支持部材 3により支持されている。サセプタ 2の外縁部にはウエノ、 Wをガ イドするためのガイドリング 4が設けられている。また、サセプタ 2には抵抗加熱型のヒ ータ 5が埋め込まれており、このヒータ 5はヒータ電源 6から給電されることによりサセ プタ 2を加熱して、その熱で被処理体であるウェハ Wを加熱する。このとき、例えば室 温から 800°Cまでの範囲で温度制御可能となっている。なお、チャンバ一 1の内周に は、誘電体、例えば石英力もなる円筒状のライナー 7が設けられている。
[0036] サセプタ 2には、ウェハ Wを支持して昇降させるためのウェハ支持ピン（図示せず） がサセプタ 2の表面に対して突没可能に設けられている。
[0037] チャンバ一 1の側壁には環状をなすガス導入部材 15が設けられており、このガス導 入部材 15にはガス供給系 16が接続されている。ガス導入部材はシャワー状に配置 してもよい。このガス供給系 16は、 Arガス供給源 17、 Hガス供給源 18
2 、 Oガス供給
2 源 19を有しており、これらガスが、それぞれガスライン 20を介してガス導入部材 15に 至り、ガス導入部材 15からチャンバ一 1内に導入される。なお、ガスライン 20の各々 には、マスフローコントローラ 21およびその前後の開閉バルブ 22が設けられている。
[0038] 上記排気室 11の側面には排気管 23が接続されており、この排気管 23には高速真 空ポンプを含む排気装置 24が接続されて 、る。そしてこの排気装置 24を作動させる ことによりチャンバ一 1内のガス力 排気室 11の空間 11a内へ均一に排出され、排気 管 23を介して排気される。これによりチャンバ一 1内は所定の真空度、例えば 0. 133 Paまで高速に減圧することが可能となって 、る。
[0039] チャンバ一 1の側壁には、プラズマ処理装置 100に隣接する搬送室（図示せず）と の間でウェハ Wや、ダミーウェハ Wdの搬入出を行うための搬入出口 25と、この搬入 出口 25を開閉するゲートバルブ 26とが設けられている。
[0040] チャンバ一 1の上部は開口部となっており、この開口部の周縁部に沿って突出する 環状の支持部 27が設けられており、この支持部 27に誘電体、例えば石英や Al O
2 3 等のセラミックス力もなり、マイクロ波を透過するマイクロ波透過板 28がシール部材 29 を介して気密に設けられている。したがって、チャンバ一 1内は気密に保持される。
[0041] マイクロ波透過板 28の上方には、サセプタ 2と対向するように、円板状の平面アン テナ部材 31が設けられている。この平面アンテナ部材 31は支持部 27の上端に係止 されている。平面アンテナ部材 31は、導体、例えば表面が金メッキされた銅板または アルミニウム板力もなり、複数のマイクロ波放射孔 (スロット） 32が所定のパターンで貫 通して形成された構成となっている。このマイクロ波放射孔 32は、例えば図 2に示す ように長溝状をなし、隣接するマイクロ波放射孔 32同士が交差するように、典型的に は図示のように直交するように（「T」字状に）配置され、これら複数のマイクロ波放射 孔 32が同心円状に配置されている。すなわち、平面アンテナ部材 31は RLS Αアン テナを構成している。マイクロ波放射孔 32の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長等 に応じて決定される。また、マイクロ波放射孔 32は、円形状、円弧状等の他の形状で あってもよい。さらに、マイクロ波放射孔 32の配置形態は特に限定されず同心円状の 他、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。
[0042] この平面アンテナ部材 31の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体か らなる遅波材 33が設けられて 、る。
[0043] チャンバ一 1の上面には、これら平面アンテナ部材 31および遅波材 33を覆うように 、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材カ なるシールド蓋体 34が設けられ ている。チャンバ一 1の上面とシールド蓋体 34とはシール部材 35によりシールされて いる。シールド蓋体 34には、冷却水流路 34aが形成されている。なお、シールド蓋体 34は接地されている。
[0044] シールド蓋体 34の上壁の中央には開口部 36が形成されており、この開口部には 導波管 37が接続されている。この導波管 37の端部には、マッチング回路 38を介して マイクロ波発生装置 39が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置 39で発生 した例えば周波数 2. 45GHzのマイクロ波が導波管 37を介して上記平面アンテナ部 材 31へ伝搬されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、 8. 35GHz 、 1. 98GHz等を用いることもできる。
[0045] 導波管 37は、上記シールド蓋体 34の開口部 36から上方へ延出する断面円形状 の同軸導波管 37aと、水平方向に延びる断面矩形状の矩形導波管 37bとを有してい る。これらの間にはモード変翻 40が設けられている。同軸導波管 37aの中心には 内導体 41が延在しており、その下端部は、平面アンテナ部材 31の中心に接続固定 されている。
[0046] プラズマ処理装置 100の各構成部は、プロセスコントローラ 50に接続されて制御さ れる構成となっている。プロセスコントローラ 50には、工程管理者がプラズマ処理装 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力もなるユーザーインターフ エース 51が接続されている。
[0047] また、プロセスコントローラ 50には、プラズマ処理装置 100で実行される各種処理を プロセスコントローラ 50の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応 じてプラズマエッチング装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわ ちレシピが格納された記憶部 52が接続されて 、る。レシピはハードディスクや半導体 メモリーに記憶されていてもよいし、 CDROM、 DVD等の可搬性の記憶媒体に収容 された状態で記憶部 52の所定位置にセットするようになっていてもよい。さらに、他の 装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもょ ヽ
[0048] そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース 51からの指示等にて任意のレシ ピを記憶部 52から呼び出してプロセスコントローラ 50に実行させることで、プロセスコ ントローラ 50の制御下で、プラズマ処理装置 100での所望の処理が行われる。
[0049] このように構成されたプラズマ処理装置 100においては、上述したように、ゲート電 極の選択酸化処理が行われる。ゲート電極は、従来、図 3Aに示すように、 Si基板 61 上にゲート絶縁膜 62を介してポリシリコン膜 63を形成したものが用いられてきたが、 LSIの高集積化、高速ィ匕にともなうデザインルールの微細化の要請から、ゲート電極 の低抵抗化が求められており、図 3Bに示すような、 Si基板 61上にゲート絶縁膜 62を 介してポリシリコン膜 63を形成し、さらにその上にタングステンシリサイド (WSi) 64を 形成したタングステンポリサイド構造や、図 3Cに示すような、 Si基板 61上にゲート絶 縁膜 62を介してポリシリコン膜 63を形成し、さらにタングステンナイトライド (WN)膜 6 5、およびタングステン (W)膜 66を形成した、より抵抗の低いタングステンポリメタルゲ ート構造等、タングステン (W)を用いたゲートが用いられている。したがって、ポリシリ コンのみを酸化する選択酸化が必要となる。なお、図 3A— 3Cにおいて、符号 67は ゲート電極をエッチングする際に用いられた、例えば SiN絶縁膜からなるハードマス ク層、 68は選択酸化により形成された酸化膜である。
[0050] これらのうち、図 3Cのタングステンポリメタルゲート電極を例にとってその製造工程 を説明すると、まず、 Si基板 61上に例えば熱酸ィ匕等によりゲート絶縁膜 62を形成し 、その上に CVDによりポリシリコン膜 63、タングステンナイトライド (WN)膜 65、タンダ ステン (W)膜 66、ハードマスク層 67を順次成膜し、その上にフォトレジスト膜（図示せ ず)を形成した後、フォトリソグラフィ一によりフォトレジスト膜をマスクとしてハードマス ク層 67をエッチングし、さらにフォトレジスト膜 +ハードマスク層 67またはハードマスク 層 67をマスクとしてタングステン (W)膜 66、タングステンナイトライド (WN)膜 65、ポリ シリコン膜 63を順次エッチングしてゲート電極構造を形成し、その後、以下の条件で 選択酸ィ匕処理を行ってポリシリコン膜 63の側壁に酸ィ匕膜 68を形成し、図 3Cの構造 を得る。
[0051] プラズマ処理装置 100によりゲート電極の選択酸ィ匕処理を行う際には、まず、ゲー トバルブ 26を開にして搬入出口 25からゲート電極が形成されたウェハ Wをチャンバ 一 1内に搬入し、サセプタ 2上に載置する。
[0052] そして、ガス供給系 16の Arガス供給源 17、 Hガス供給源 18、および Oガス供給
2 2 源 19から、 Arガス、 Hガス、および Oガスを所定の流量でガス導入部材 15を介して
2 2
チャンバ一 1内に導入し、所定の圧力に維持する。この際の条件としては、例えばガ ス流量を、 Arガス： 1000mL/min、 Hガス： 200mL/min
2 、 Oガス： lOOmLZmi
2
nと高 Hガス濃度の条件とし、チャンバ一内圧力を 3— 700Pa、例えば 6. 7Pa (50m
2
Torr)とする。
[0053] 次いで、マイクロ波発生装置 39からのマイクロ波をマッチング回路 38を経て導波管 37に導く。マイクロ波は、矩形導波管 37b、モード変 40、および同軸導波管 37a を順次通って平面アンテナ部材 31に供給され、平面アンテナ部材 31からマイクロ波 透過板 28を経てチャンバ一 1内におけるウェハ Wの上方空間に放射される。
[0054] 平面アンテナ部材 31からマイクロ波透過板 28を経てチャンバ一 1に放射されたマ イク口波によりチャンバ一 1内では Hガス、 Arガス、および Oガスがプラズマ化し、こ
2 2
のプラズマによりウェハ Wのゲート電極のポリシリコン側壁を選択酸化する。このマイ クロ波プラズマは、略 loUZcm3以上のプラズマ密度でかつ略 0. 5— 2eVの低電子 温度プラズマであり、低温かつ短時間で選択酸ィ匕処理を行って薄い酸ィ匕膜を形成 することができ、し力も下地膜へのイオン等のプラズマダメージが小さい等のメリットが ある。また、図 3B、図 3Cに示すようなタングステン (W)を含むゲート電極の場合に、 このように高密度プラズマにより低温、短時間で、かつ高 H /Oのガス配合でポリシ
2 2
リコンの選択酸化処理を行うので、タングステン (W)の酸化による WO (wo
3、wo 2
、または wo)の昇華を極力抑えて極めて高精度の処理を行うことができる。
[0055] し力しながら、 WOの昇華は完全には防止することができず、昇華した WOによつ てチャンバ一 1内が汚染される。このような状態のチャンバ一 1で次のウェハに対して 選択酸ィ匕処理を行う場合には、チャンバ一 1に付着したタングステン (W)が処理に悪 影響を与えタングステン (W)がコンタミネーシヨンとして素子に取り込まれるおそれが ある他、タングステン (W)によって酸ィ匕処理が妨げられてしまう。したがって、選択酸 化処理後のチャンバ一 1はクリーニングによりタングステン (W)の汚染レベルを例え ば 101 toms/cm2オーダーまたはそれ以下、好ましくは 101Gatoms/cm2オーダ 一以下のレベルまで清浄ィ匕する必要がある。汚染レベルは低 、ほど良!、。
[0056] 本実施形態においては、上述のような Wを含有するゲート電極のポリシリコン側壁 の選択酸化処理を行った後、 Wによって汚染されたチャンバ一 1を大気開放すること なぐプラズマによるドライクリーニングを実施する。以下、このクリーニング処理につ V、て図 4A— 4Dを参照しながら説明する。
[0057] 選択酸化処理後、まず、図 4Aに示すように、大気開放することなぐゲートバルブ 2 6を開にして減圧状態に保持された搬送室 70から搬入出口 25を介して搬送装置 71 により、清浄なダミーウエノ、 Wdをチャンバ一 1内に搬入し、サセプタ 2上に載置する。 これはダミーウェハ Wdにて、サセプタ 2をプラズマ力も保護するため、およびチャン バー 1のクリーニング後にダミーウェハ Wdの表面を観察して汚染状態の改善度合い を評価するために行われる。なお、この工程は必須のものではなぐサセプタ 2のダメ ージを考慮する必要がない場合にはダミーウェハ Wdは載置しなくてもよい。
[0058] 次に、図 4Bに示すように、チャンバ一 1内を排気しつつガス供給系 16から Oを含
2 むガスをチャンバ一 1内に導入する。そして、図 4Cに示すように、上記ポリシリコン側 壁の選択酸ィ匕処理の際と同様、マイクロ波発生装置 39からのマイクロ波をチャンバ 一 1内に導き、 Oを含むガスをプラズマ化する。すなわち、マイクロ波発生装置 39か
2
らのマイクロ波は、マッチング回路 38を経て導波管 37に導かれ、矩形導波管 37b、 モード変換器 40、および同軸導波管 37a、遅波材 33を順次通って平面アンテナ部 材 31に供給され、平面アンテナ部材 31のスロットからマイクロ波透過板 28を経てチ ヤンバー 1内に放射され、このマイクロ波によりチャンバ一 1内に導入された Oを含む
2 ガスがプラズマ化する。その際に、図 4Dに示すように、このプラズマにより、基本的に チャンバ一 1に付着した WOは昇華し、排気管 23を介して排気され、これにより、チ ヤンバー 1内が清浄ィ匕される。この際に、処理ガス中に Hが含まれていると、 WOが
2
還元されて、イオンなどのより不安定な状態となっていっそう昇華しやすくなるものと 推測される。このようなクリーニング処理は、 1枚のデバイスウェハの選択酸化処理が 終了する毎に行うことが好ましい。また、選択酸化処理に先立って、クリーニング処理 と同様の条件でシーズニング処理を行うことが好ましい。もちろん、デバイスウェハを 複数枚処理した後にクリーニングするようにしてもょ 、。
[0059] このようなクリーニング処理において、チャンバ一 1内の圧力は、例えば 3— 1333P aに設定される。この中では 3— 67Paが好ましぐ例えば 6. 7Paが例示される。また、 チャンバ一 1内の温度（例えばサセプタ 2の温度）は、 45°C以上が好ましい。この際に サセプタ 2の温度は高い方がよぐ 200— 800°C力 S好ましく、 400— 800°C力 S特に好 ましい。さらに、マイクロ波発生装置 39のパワーは 1. 0-5. OkWが好ましい。
[0060] 導入する Oを含むガスは、 Oガス単独でもよいが、好ましくは Oガス +Arガスであ
2 2 2
り、さらに好ましくは Oガス +Hガス +Arガスである。 Oガス単独の場合には、その
2 2 2
流量は 50— lOOOmLZminが好ましぐ特に、 100— 500mLZmin程度が好まし い。 Oガスの流量が多くなりすぎるとプラズマ密度が低下するため、クリーニング効果
2
が低下してしまう。また、 Oガスと Arガスのプラズマの場合には、これらの流量を適切
2
に調整することにより、 oガス単独の場合よりもクリーニング効果を高めることができる
2
。これは、 Arガスが入ることにより、プラズマ密度が高くなるためであると思われる。こ の場合の流量は、 Oガス： 10 500mL/min、 Arガス： 200 2000mLZmin力 ^
2
好ましい。そして、さらに Hガスを適量カ卩えたプラズマの場合は、クリーニング効果を
2
一層高めることができる。 Oガス +Hガス +Arガスの場合の流量は、 Oガス： 10
2 2 2
500mLZmin、 Arガス： 200 2000mLZmin、 Hガス 10 500mL/minが好ま
2
しい。 Oガスに対する Hガスの流量比が 2以上でクリーニング効果を高めることがで き、 4以上がより好ましぐさらには 6以上である。
[0061] また、 Oガス +Arガスと、 Oガス +Hガス +Arガスとを交互に繰り返す、例えば O
2 2 2
ガス +Arガスに Hガスを間欠的に添加することにより、クリーニング効果をさらに高
2 2
めることができる。また、クリーニングガスの供給と、真空引きあるいはパージガスを導 入しながらの真空引きとを交互に繰り返すことでさらに効果を高めることができる。
[0062] さらに、図 1の装置に Heガスまたは Neガスをチャンバ一 1内に導入するラインを設 け、クリーニング条件のプラズマを生成する直前に、チャンバ一内に Heガスまたは N eガスのプラズマを生成させることが好ましい。これにより、チャンバ一 1壁の表面温度 をプラズマ加熱で上昇させておくことができ、 WOを一層昇華させやすくなるため、ク リーニング効率が上昇する。
[0063] このように、本実施形態によれば、チャンバ一 1を大気開放することなぐプラズマに よりクリーニングしてチャンバ一壁の W成分を除去することができるので、チャンバ一 を大気開放する時間、ウエット洗浄する時間、再排気する時間、および排気後の処理 チャンバ一を再コンデショユングする時間等が必要であった従来のウエットタリーニン グ処理に比較してクリーニング時間を著しく短縮することができる。一例を挙げれば、 従来少なくとも 2時間必要であったものを、 2— 30分にすることができる。
[0064] このようにしてクリーニング処理した後、上述した選択酸化処理のようなプラズマ処 理が実施される。これにより、 W汚染レベルが極めて低い清浄な状態でプラズマ処理 を行うことができ、 Wコンタミネーシヨンによる選択酸ィ匕処理の阻害等の不都合が生じ ない。
[0065] 次に、本実施形態の効果を確認した実験について説明する。
まず、クリーニングのガス種および流量を変化させてクリーニング効果を確認した。 この実験では、図 1の装置を用い、最初に W汚染のないチャンバ一に全面に W膜が 形成された Siウェハ（200mm) 1枚をチャンバ一に搬入し、クリーニング処理を模擬 して、 Oガス単独、 Oガス +Arガス、 Oガス +Hガス +Arガスを用い、流量を種々
2 2 2 2
変化させてチャンバ一に導入するとともに、マイクロ波発生装置のパワーを 3. 4kWと してマイクロ波をチャンバ一に導入し、ウェハ温度 400°Cでプラズマを 180秒間生成 した。チャンバ一壁温度は 45°Cであった。 [0066] 次 、で、 W膜が形成された Siウェハを搬出し、清浄なベア Siウェハを搬入し、ポリ シリコンの選択酸ィ匕条件と同様の条件にてプラズマ処理を行った。すなわち、ガス流 量： ArZH /O = 1000Z200Zl00mLZminとし、チャンバ
2 2 一内圧力： 6. 7Paゝ マイクロ波発生装置のパワー： 3. 4kW、サセプタ温度： 400°C、処理時間： 110秒と した。
[0067] この処理の後、ベア Siウェハを搬出し、その表面の W汚染量を TXRF (Total
Reflection X- Ray Fluorescence：全反射蛍光 X線分析）により計測した。この W汚染 量は上述のクリーニング条件によって W付きウエノ、から取り去られた W量と強い相関 があると考えられ、取り去られた W量が多いほどクリーニング効果が大きいと判断でき るため、この W汚染量によってクリーニング効果の大小を判断した。結果を図 5に示 す。
[0068] 図 5に示すように、 Oガス単独の場合、流量を
2 100、 300、 500mLZminで変化さ せたが、これらの中で、 300mLZminが最もクリーニング効果が高かった。これは、 Oガスが多すぎるとプラズマ密度が低下し WOの生成率が低くなるためであると考
2
えられる。 Oガスと Arガスの両方を供給した場合 (ArZO = 1000/lOOmL/min
2 2
)には、ベア Siウェハの W濃度が増加し、 oガス単独の場合に比較してクリーニング
2
効果が上昇することが確認された。
[0069] 次に、実際のクリーニングテストを行った。
ここでは、図 1の構造の装置を用い、まず、チャンバ一をクリーニングし、 Wフリーの 状態とした。次いで、次の酸ィ匕処理と同じ条件でチャンバ一内のシーズニングを行つ た。シーズニングは、チャンバ一内において酸素プラズマ形成と真空引きとを少なくと も 1サイクル実施することにより行った。
[0070] その後、 1枚目のサンプリング用のベア Siウェハをサセプタ上に載せ、ポリシリコン の選択酸化処理と同様の条件で酸化処理を行った。その際の条件は、ガス流量: Ar ZH /O = 1000Z200Zl00mLZminとし、チャンバ一内圧力： 6. 7Paゝマイク
2 2
口波発生装置のパワー： 3. 4kW、ウェハ温度： 400°C、チャンバ一壁温度： 45°C、処 理時間： 110秒として酸ィ匕膜の膜厚が 8nmとなるように実施した。処理後、この 1枚目 のサンプリング用ウェハを取り出して表面の W濃度を測定した。その結果 W濃度は検 出限界の 3 X 108atOmsZcm2以下と Wフリー（清浄）と確認された。なお、 W濃度測 定は、上述した TXRFを用いて行った（以下、同じ)。この値をチャンバ一のリファレン スの W濃度とした。
[0071] 引き続き、表面に W膜を有する Siウェハをサセプタ上に載置し、処理時間を 2分間 にした以外は同様の条件で酸ィ匕処理を行いチャンバ一内を汚染させた。なお、この 時間はデバイスウェハ約 5枚の処理時間に相当する。処理後、この W膜付きウェハを 搬出し、 2枚目のサンプリング用のベア Siウェハをサセプタ上に載置し、 1枚目のゥェ ノ、と同様の条件で酸ィ匕処理を行った。処理後、この 2枚目のサンプリング用ウェハを 取り出して表面の W濃度を測定した。その結果、ウェハ表面の W濃度は約 4 X 101G atoms/ cm と t¾くなつ 7こ。
[0072] 次いで、 Ar/Oガスによるプラズマクリーニングを行った。すなわち、ガス流量: Ar
2
/O = 1000/300mL/min,チャンバ一内圧力： 6. 7Pa、マイクロ波発生装置の
2
パワー： 3. 4kW、サセプタ温度： 400°C、処理時間： 180秒の条件でクリーニング処 理を行い、処理後、 3枚目のサンプリング用のベア Siウェハをサセプタ上に載置し、 1 枚目のサンプリング用ウェハと同様の条件で酸ィ匕処理を行った。処理後、この 3枚目 のサンプリングウェハを取り出して表面の W濃度を測定した。その結果、ウェハ表面 の W濃度は約 1. S X loHatoms/cm2であった。以降、同様のクリーニング処理を行 い、次いで 1枚目のサンプリングウェハと同様の条件での酸ィ匕処理を行った後、 W濃 度測定する一連の操作を 13枚目のサンプリング用ウェハまで合計 11枚繰り返した。
[0073] 最後に、 14枚目のサンプリング用のベア Siウェハをサセプタに載置し、 1枚目のサ ンプリング用ウェハと同じ条件で酸ィ匕処理を行った後、この 14枚目のサンプリング用 ウェハを取り出して表面の W濃度を測定した。これら一連の実験の結果を図 6に示す
[0074] 図 6は、横軸にウェハ番号 (処理順番）をとり、縦軸にウェハ表面の W濃度をとつて 、本発明のクリーニングによる効果を示す図である。この図に示すように、本発明の範 囲内の 3分間のクリーニング処理がウェハ 10枚分以内、すなわち 30分間以内で W 濃度が l X lO^atoms/cm2以下となることが確認された。具体的には、 21分以上、 好ましくは 27分以上で W濃度が 1 X lC^atoms/cm2以下を達成可能であることが 確認された。
[0075] また、各サンプリング用ウェハの選択酸ィ匕処理の際の酸ィ匕膜の厚さを測定した。こ の際の各サンプリングウェハにおける酸ィ匕膜厚を図 7に示す。なお、図 7には酸化膜 厚の他、 W濃度もプロットした。この図に示すように、 1枚目のサンプリング用ウェハで は酸化膜の厚さが 110秒の処理で 7. 99nmであったのに対し、 2枚目では Wの汚染 によりポリシリコンの酸ィ匕が妨げられて酸ィ匕膜の厚さが 110秒で 7. 75nmと薄くなつ た力 チャンバ一内がクリーニングされて W濃度が減少するにつれて酸ィ匕膜厚さが 徐々に回復し、最後の 14枚目のウェハにおける酸化膜の厚さは 8. 03nmであり、 W 汚染による酸ィ匕阻害が解消されていることが確認された。このことから理解されるよう に、 W汚染量 (W濃度)と酸ィ匕膜厚とは強い相関関係があり、酸ィ匕膜厚によってタリー ユングの終点を把握することが可能である。
[0076] 次に、条件を種々変化させて、実際のクリーニングテストを行った。
ここでは、図 1の構造の装置を用い、上のテストと同様、まず、チャンバーをクリー- ングし、 Wフリーの状態とし、次いで、チャンバ一内のシーズニングを行い、その後、 1 枚目のサンプリング用のベア Siウェハをサセプタ上に載せ、上記テストと同様に酸ィ匕 処理を行った。処理後、この 1枚目のウェハを取り出して表面の W濃度を測定し、 W 濃度は検出限界以下であることを確認した。
[0077] 引き続き、表面に W膜を有する Siウェハをサセプタ上に載せ、上のテストと同様の 条件でデバイスウェハ約 1ロット（25枚相当）に対応する 10分間酸化処理を行いチヤ ンバー内を Wで汚染させた。 W膜付きウェハを搬出し、 2枚目のサンプリング用ベア Siウェハをサセプタ上に載置し、 1枚目と同様の条件で酸ィ匕処理を行った。処理後、 この 2枚目のサンプリングウェハを取り出して表面の W濃度を測定した。その結果、ゥ ェハ表面の W濃度は 1012atomsZcm2オーダーと高い値となった。
[0078] 次 、で、 ArZO /Hガスによるプラズマクリーニングを行った。すなわち、ガス流
2 2
量の比率、チャンバ一内圧力、チャンバ一温度 (サセプタ温度）を変化させ、処理時 間 180秒でクリーニング処理を行い、処理後、 3枚目のサンプリング用のベア Siゥェ ハをサセプタ状に載置し、 1枚目のサンプリング用ウェハと同様の条件で酸ィ匕処理を 行った。処理後、この 3枚目のサンプリングウェハを取り出して表面の W濃度を測定し た。同様のクリーニング処理を行い、次いで 1枚目のサンプリングウェハと同様の条件 での酸化処理を行った後、 W濃度測定する一連の操作を 13枚目のサンプリングゥェ ハまで合計 11枚繰り返した。
[0079] 最後に、 14枚目のサンプリング用のベア Siウェハをサセプタに載置し、 1枚目のゥ ェハと同じ条件で酸ィ匕処理を行った後、この 14枚目のウェハを取り出して表面の W 濃度を測定した。
[0080] この際に、クリーニング処理の条件として、サセプタ温度を 400°C、チャンバ一内圧 力を 6. 7Paとし、 H /O比を 0 (ArZO /H = 1000： 300： OmL/min) , 8 (Ar/
2 2 2 2
O /H = 1000： 50： 400mL/min) , 10 (Ar/O /Η = 700： 50 : 500mL/mi
2 2 2 2
n)と変化させて、上記クリーニング処理を行い、その後酸ィ匕処理を行ってサンプリン グ用ウェハ表面の W濃度を測定した。その結果を図 8に示す。
[0081] 図 8に示すように、 W濃度の測定値は、 Oガスに対する Hガスの流量比（H /O
2 2 2 2 比）が 10までは、流量比の増加にともなって低下する傾向があり、その値が 2以上で 比較的良好なクリーニング効果が得られる。そして、 H /O比が 8で最も W濃度が低
2 2
くなり、それを超えてもクリーニング効果が飽和する。このことから H /O比が 4以上
2 2
力 り好ましぐ 6以上がさらに好ましいことが確認された。
[0082] 次に、サセプタ温度を 400°C、ガス組成を ArZO /H = 1000： 50： 400mL/mi
2 2
nとし、チャンバ一内圧力を 6. 7Paにした場合と 126Paにした場合とで上記タリー- ング処理を行 、、その後酸ィ匕処理を行ってサンプリング用ウェハ表面の W濃度を測 定した。その結果を図 9に示す。
[0083] 図 9に示すように、チャンバ一内圧力が低い 6. 7Paのほうが 126Paよりも W濃度の 測定値が低い結果となった。このことから、チャンバ一内圧力が低いほどクリーニング 効果が高いことが確認された。これは、 Wィ匕合物の蒸気圧が高くなつているからと考 えられる。
[0084] 次に、ガス組成を ArZO /H = 1000： 50： 400mL/min,チャンバ
2 2 一内圧力を
6. 7Paとし、サセプタ温度を 400°Cにした場合と 600°Cにした場合とで上記タリー- ング処理を行い、表面の W濃度を測定した。その結果を図 10に示す。
[0085] 図 10に示すように、サセプタ温度が高いほうが W濃度の測定値が低ぐ 600°Cの場 合に、 W濃度が 3. 6 X 101Gatoms/cm2と採用した条件の中では最も低くなつた。こ れも、上記圧力を変化させた場合と同様、 Wィ匕合物の蒸気圧が上昇したためである と考えられる。
[0086] また、この際の 14枚目のウェハにおける酸化膜の厚さは、ほぼ初期値と同等の 8. lnmであり、 W汚染による酸ィ匕阻害が生じていないことが確認された。
[0087] 次に、本発明の第 2の実施形態について説明する。
図 11は、本発明の第 2の実施形態に係る処理室のクリーニング方法が実施される プラズマ処理装置の一例を模式的に示す断面図である。
[0088] このプラズマ処理装置 200は、前記図 1のプラズマ処理装置に終点検出機能が付 カロされたものであり、図 11において図 1と同一のものには同一の符号を付して説明を 省略する。
[0089] このプラズマ処理装置 200においては、チャンバ一 1の側壁の下部に、クリーニング の終点検出の際に利用される透光性の窓 80が設けられている。この窓 80に隣接し て受光部 81が配備され、受光部 81はプラズマの発光強度を測定するためのモノクロ メータなどの分光制御計 82と電気的に接続されている。窓 80を設けた位置は、平面 アンテナ部材 31から離れているためプラズマの影響を受けにくぐまた排気経路にも なっていないため、窓 80への付着物が少なぐ安定して測定を行なうことができる。な お、分光制御計 82の設置位置は特に限定されず、安定して測定可能な位置であれ ばどの位置でもよい。また、チャンバ一 1内には、石英力もなる円筒状のライナー 7が 設けられているので、窓 80とライナー 7を通してプラズマ中のラジカルの発光強度を 測定可能である。ライナー 7に開口を設けることは可能である力 窓 80への付着物防 止の観点からはむしろ開口を設けな 、ことが好ま 、。
[0090] プロセスコントローラ 50は、接続配線 53によって分光制御計 82と電気的に接続さ れており、上記機能の他、分光制御計 82で検出された H*ラジカル等の発光強度の 情報を解析し、クリーニングの終点判断を行なう。そして、プロセスコントローラ 50の 指示により、例えばクリーニングを自動停止したり、クリーニングが終了した旨をユー ザ一インターフェース 51のディスプレイに表示したりする。
[0091] このように構成されたプラズマ処理装置 200においては、第 1の実施形態と同様に 、ゲート電極の選択酸化処理が行われ、その後、 woxの昇華により汚染されたチャン バー 1を大気開放することなぐプラズマによるドライクリーニングを実施する。なお、 本実施形態の場合には、クリーニングガスとして水素含有ガスが必須である。
[0092] 具体的には、上述の図 4A— 4Dに従ってクリーニング処理を実施する。選択酸ィ匕 処理後、まず、図 4Aに示すように、大気開放することなぐゲートバルブ 26を開にし て減圧状態に保持された搬送室 70から搬入出口 25を介して搬送装置 71により、必 要に応じて清浄なダミーウェハ Wdをチャンバ一 1内に搬入し、サセプタ 2上に載置す る。その後、図 4Bに示すように、チャンバ一 1内を排気しつつガス供給系 16から Ar /H /O力もなるクリーニングガスをチャンバ一 1内に導入する。そして、図 4Cに示
2 2
すように、上記ポリシリコン側壁の選択酸化処理の際と同様、マイクロ波発生装置 39 力ものマイクロ波をチャンバ一 1内に導き、クリーニングガスをプラズマ化する。その際 に、図 4Dに示すように、このプラズマにより、第 1の実施形態と同様にして、チャンバ 一 1内が清浄化される。
[0093] このようなクリーニング処理において、チャンバ一 1内の圧力は、例えば 3— 1333P aに設定される。また、チャンバ一 1内の温度（例えば、チャンバ一壁ゃサセプタ 2の 温度）は、 45°C以上が好ましい。この際、サセプタ 2の温度は高い方がよぐ略 400— 800°Cがより好ましい。また、クリーニング中は、連続的にチャンバ一 1の排気を行な つてもよいが、間欠的に排気を行なうようにすることが好ましい。また、排気の際にパ ージガスを流しても効果がある。
[0094] 導入するクリーニングガスは、例えば、 Hガス +Arガスでもよいが、 Oガス +Hガ
2 2 2 ス +Arガスが好ましい。 Hガスを適量加えることにより、クリーニング効果を高めるこ
2
とができる。 Oガス +Hガス +Arガスの場合の流量は、 Oガス： 10 500mLZmi
2 2 2
n、 Arガス： 200 2000mLZmin、 Hガス： 40 2000mL/minが好ましい。 Oガ
2 2 スに対する Hガスの流量比が 2以上でクリーニング効果を高めることができ、 4以上
2
力 り好ましぐさらには 6以上である。また、 Oガス +Arガスと、 Oガス +Hガス +
2 2 2
Arガスとを交互に繰り返す、すなわち Oガス +Arガスに Hガスを間欠的に添加する
2 2
ことにより、クリーニング効果をさらに高めることができる。また、クリーニングガスの供 給と、真空引きあるいはパージガスを導入しながらの真空引きとを交互に繰り返すこ とでさらに効果を高めることができる。さらに、図 11の装置に Heガスまたは Neガスを チャンバ一 1内に導入するラインを設け、クリーニング条件のプラズマを生成する直前 に、チャンバ一内に Heガスまたは Neガスのプラズマを生成させることが好ましい。こ れにより、チャンバ一 1壁の表面温度をプラズマ加熱で上昇させておくことができ、 W Oを一層昇華させやすくなるため、クリーニング効率が上昇する。さらに、マイクロ波 発生装置 39のパワーは 1. 0-5. OkWが好ましい。
[0095] クリーニング中は、チャンバ一 1内のプラズマ中のラジカルの発光強度を分光制御 計 82によって測定する。分光制御計 82では、受光部 81で検知したプラズマの発光 力 Sスペクトルに分けられる。分光制御計 82により測定されるラジカルの発光スペクトル の中から、クリーニングの進行に伴って増加するラジカル、例えば水素ラジカル H*の 波長 656nmの発光強度を測定し、モニターする。本実施形態では、 H*の発光強度 力 ほぼ初期状態 (Wによる汚染前の状態)まで回復した時点を以てクリーニングの 終点を知ることができる。また、クリーニングの終点は、 の発光強度を経時的にグ ラフ化し、その変化率 (例えば発光強度のグラフの接線の傾き)力も判定することもで きる。
[0096] 水素ラジカルの発光強度によりクリーニングの終点検出が可能となるメカニズムは 未だ明らかではないが、以下のように考えれば合理的な説明が可能となる。
[0097] チャンバ一内を汚染しているタングステンは、多くの場合、酸ィ匕物 (WO )としてチヤ ンバー壁等に付着しているものと考えられる。クリーニングガスプラズマ中の H*は、こ の WOを還元する際に消費されることから、クリーニングが進行し、残存 WOが低減 するに従い H*消費量も少なくなるため、 H*の発光強度が回復していき、 WOの残 存がなくなった時点で、 の発光強度はほぼ初期状態 (汚染前の状態)まで回復す るちのと推察される。
[0098] このように、本実施形態によれば、チャンバ一 1を大気開放することなくプラズマによ りクリーニングする際に、 H*の発光強度をモニターすることにより、クリーニングの終 点の検出を精度よぐ確実に行えるので、クリーニング不足や過剰なクリーニングによ る問題が生じることがなぐ時間管理によってクリーニングを終了していた従来のタリ 一ユング方法に比べて有利である。また、例えば、 ICP-MS (誘導結合プラズマ質量 分析装置)や TXRF (全反射蛍光 X線分析)などにより時間と費用をカゝけてタリーニン グの終点を確認する必要がない。また、 の発光強度をモニターすることにより、チ ヤンバー内の異常によって汚染が生じたことも把握することができる。
[0099] 次に、本実施形態の効果を確認した試験について説明する。
チャンバ内の W汚染に対し、図 11と同様のプラズマ処理装置 200を用い、 RLSA プラズマによる in-situクリーニングを実施し、 H*の発光をモニターした。なお、この 試験では、クリーニングガスとして、 ArZH /Oの混合ガスを用い、流量比は Ar/
2 2
H /O = 1000/400/50mL/min,チャンバ一内圧力は、 6. 7Pa (50mT)、マ
2 2
イク口波発生装置のパワー 3. 4kW、サセプタ 2の温度 400°C、チャンバ一壁温度 45 °Cでクリーニングを実施した。
[0100] まず、 W汚染の無いチャンバ一内に清浄なサンプリング用のベア Siウェハ（サンプ リング用ウェハ No. 1)を搬入し、選択酸ィ匕プロセス条件にてプラズマ処理し、ィ-シ ャルサンプルを作成した。選択酸化プロセス条件は、処理ガスとして ArZH /Oの
2 2 混合ガスを用い、流量比は ArZH /O = 1000/200/100mL/min,チャンバ
2 2
一内圧力は、 6. 7Pa (50mT)、マイクロ波発生装置のパワー 3. 4kW、サセプタ 2の 温度 400°C、チャンバ一壁温度 45°Cで酸ィ匕膜の膜厚が 8nmとなるように実施した。
[0101] サンプリング用ウェハ No. 1をチャンバ一 1から搬出した後、清浄なサンプリング用 のベア Siウエノ、（サンプリング用ウェハ No. 2)を搬入し、同様の選択酸化プロセス条 件にてプラズマ処理を施した。選択酸ィ匕処理後のサンプリング用ウェハ No. 2をチヤ ンバーから搬出した後、 60nm程度の厚みで全面にタングステン (W)が蒸着された Wブランケットウェハを搬入、酸化処理し、チャンバ一内をタングステン (W)で強制的 に汚染させた。
[0102] 次に、 W汚染ウェハをチャンバ一 1から搬出し、清浄なサンプリング用のベア Siゥェ ノ、（サンプリング用ウェハ No. 3)を搬入し、前記選択酸ィ匕プロセス条件でプラズマ処 理を実施し、モニターサンプルを作成した。
[0103] サンプリング用ウェハ No. 3をチャンバ一内から搬出した後、前記クリーニング条件 でプラズマクリーニングを実施し、処理後、清浄なサンプリング用のベア Siウェハ（サ ンプリング用ウェハ No. 4)を搬入し、サンプリング用ウェハ No. 1と同様の条件で選 択酸化処理を実施した。以降、同様のクリーニング処理を行い、次いでサンプリング 用ウェハ No. 1のサンプリングウェハと同様の条件での選択酸化処理を行う操作を 1 1枚のサンプリング用のベア Siウエノ、（サンプリング用ウェハ No. 5— 15)について繰 り返した。
[0104] 以上の各サンプリング用ウェハ処理の選択酸ィ匕処理において、モノクロメータにより H*の波長をモニターし、 W汚染ウェハを処理する前の H*の発光強度と、ドライタリ 一ユング後の H* (波長： 656nm)の発光強度を比較した。その結果を図 12に示す。 図 12には、チャンバ一 1内に上記サンプリング用ウェハ No. 1— 15のウェハを入れ て選択酸化処理を行なった時の各発光強度と、クリーニング処理前後に行なったベ ァ Siの選択酸化処理の膜厚を示している。この図 12から、ベア Siウェハの処理枚数 が増え、クリーニングが進むに従い、 H*の発光強度が回復していくことがわかる。ま た、この処理の後、サンプリング用のベア Siウエノ、（サンプリング用ウェハ No. 16)を 搬出し、その表面の W汚染量を TXRF (全反射蛍光 X線分析）により計測したところ、 タングステン (W)は検出されず、クリーニングが完了していることが確認された。
[0105] また、各サンプリング用ウェハの選択酸ィ匕処理の際の酸ィ匕膜の厚さを測定した。そ の結果サンプリング用ウェハ No. 1では酸化膜の厚さが 210秒の処理で 7. 85nmで あつたのに対し、サンプリング用ウェハ No. 3では W汚染によりポリシリコンの酸化が 妨げられて酸化膜の厚さが 210秒で 7. 3nmと薄くなつた。これに対し、サンプリング 用ウェハ No. 15における酸化膜の厚さは 7. 7nmであり、チャンバ一内のタリーニン グが完了し、 W汚染が解消されるに従い、 W汚染による酸ィ匕阻害が生じなくなつたこ とが確認された。
[0106] 上述した図 7に示すように、選択酸ィ匕処理の際の酸ィ匕膜厚と W汚染度 (W濃度）と は強い相関があり、結局、 の発光強度をモニターすることにより、 W汚染度 (W濃 度）を把握することができる。この場合における H*の発光強度と W汚染度 (W濃度）と の関係は、例えば図 13に示すようになる。
[0107] なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。たとえば 、上記実施の形態では、処理装置としてマイクロ波を複数のスロットを有する平面アン テナでチャンバ一内に伝播して低電子温度で高密度のプラズマを形成するプラズマ 処理装置を用いたが、このような装置構成以外の平面アンテナを適用した装置、反 射波プラズマ装置を用いることができる。また、アンテナに高周波電力を印加し、これ によって誘電体を介して生じる誘導電界を利用する誘導結合型プラズマ処理装置に よりプラズマを形成するようにすることもできる。これによつても高密度のプラズマを生 成することができる。さらに、これら限らず、容量結合型プラズマやマグネトロンを用い たプラズマ等の他のプラズマ処理装置処理でも、プラズマ処理以外の処理装置でも 、容器 (チャンバ一）内に金属汚染が生じる処理装置であれば適用可能である。また 、クリーニング処理をこのようなマイクロ波を複数のスロットを有する平面アンテナでチ ヤンバー内に伝播してプラズマを生成することにより行った力 これに限らず、上述し たような、これ以外の平面アンテナを適用したプラズマや誘導結合型プラズマも好適 に用いることができるし、容量結合型等、他のプラズマであってもよい。また、上記実 施形態では金属が Wの場合について示した力 W以外の他の金属、例えば Co、 Ni 、 Ba、 Sr、 Ti、 Hf、 Zr、 Ru、 Cu等にも適用することができる。また、水素ラジカルの 発光を測定する例にっ 、て示したが、ラジカルの発光が測定可能なガスであれば適 用可能である。
[0108] さらに、第 1の実施形態において、クリーニングガスとして、 Oガス単独、 Oガス +
2 2
Arガス、 Oガス +Hガス +Arガスを例示した力 Oガスを含むものであればよぐこ
2 2 2
れら組み合わせに限定されない。また、上記組み合わせにおける Arガスを他の不活 性ガス (He、 Ne、 Kr、 Xe)に置き換えることも可能である。
[0109] また、第 2の実施形態において、クリーニングガスとして、 Hガス +Arガス、 Oガス
2 2
+Hガス +Arガスを例示し、クリーニングの終点をクリーニングの進行にともない増
2
加する水素ラジカル の発光強度を測定することにより検出する例について示した 力 これに限るものではない。また、上記組み合わせにおける Arガスを他の不活性ガ ス (He、 Ne、 Kr、 Xe)に置き換えることも可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 基板に対して減圧処理を施す基板処理装置における金属で汚染された処理室を クリーニングするクリーニング方法であって、
前記処理後、大気開放することなく前記処理室内に oを含むガスを導入し、このガ
2
スのプラズマを形成して前記処理室をクリーニングする、基板処理装置における処理 室のクリーニング方法。
[2] 請求項 1に係るクリーニング方法にぉ 、て、前記基板の処理は金属を含む基板の 酸化処理である、処理室のクリーニング方法。
[3] 請求項 1に係るクリーニング方法にぉ 、て、前記金属はタングステンである、処理室 のクリーニング方法。
[4] 請求項 1に係るクリーニング方法にぉ 、て、前記基板の処理はプラズマ処理である
、処理室のクリーニング方法。
[5] 請求項 4に係るクリーニング方法において、前記基板のプラズマ処理およびタリー ユングは、平面アンテナを用いたプラズマまたは誘導結合型プラズマを用いたプラズ マにより実施される、処理室のクリーニング方法。
[6] 請求項 4に係るクリーニング方法において、前記基板のプラズマ処理および前記ク リー-ングは、複数のスロットを有する平面アンテナにて前記処理室内にマイクロ波を 導入して形成されるプラズマにより実施される、処理室のクリーニング方法。
[7] 請求項 1に係るクリーニング方法にぉ 、て、前記クリーニングは、 Oガス単独、また
2
は oガスおよび不活性ガスのプラズマにより実施される、処理室のクリーニング方法
2
[8] 請求項 1に係るクリーニング方法にぉ 、て、前記クリーニングは、 Oガスおよび H
2 2 ガスおよび不活性ガス、または Oガスおよび Hガスのプラズマにより実施される、処
2 2
理室のクリーニング方法。
[9] 請求項 8に係るクリーニング方法において、前記クリーニングを実施するプラズマの Oガスに対する Hガスの比が 2以上である、処理室のクリーニング方法。
2 2
[10] 請求項 8に係るクリーニング方法において、前記クリーニングを実施するプラズマの Oガスに対する Hガスの比が 4以上である、処理室のクリーニング方法。
[11] 請求項 1に係るクリーニング方法において、前記クリーニングに先立って、前記処理 室をプラズマにより加熱する、処理室のクリーニング方法。
[12] 請求項 1に係るクリーニング方法において、前記基板処理装置は、前記処理室の プラズマに曝される面の少なくとも一部が誘電体で構成されている、処理室のタリー ユング方法。
[13] 金属を含む膜を有する基板にプラズマ処理を施す基板処理装置における処理室 をクリーニングするクリーニング方法であって、
前記処理後、大気開放することなく前記処理室内に Oを含むガスを導入し、このガ
2
スのプラズマを形成して前記処理室をクリーニングする、基板処理装置における処理 室のクリーニング方法。
[14] 請求項 13に係るクリーニング方法において、前記金属を含む膜は、タングステン系 膜である、処理室のクリーニング方法。
[15] 請求項 14に係るクリーニング方法において、前記金属を含む膜を有する基板のプ ラズマ処理は、タングステン系膜とポリシリコン膜とを含むゲート電極の選択酸ィ匕処理 である、クリーニング方法。
[16] 請求項 13に係るクリーニング方法において、前記基板のプラズマ処理およびタリー ユングは、平面アンテナを用いたプラズマまたは誘導結合型プラズマを用いたプラズ マにより実施される、クリーニング方法。
[17] 請求項 13に係るクリーニング方法において、前記基板のプラズマ処理および前記 クリーニングは、複数のスロットを有する平面アンテナにて前記処理室内にマイクロ波 を導入して形成されるプラズマにより実施される、クリーニング方法。
[18] 請求項 13に係るクリーニング方法において、前記クリーニングは、 Oガス単独、ま
2
たは oガスおよび不活性ガスのプラズマにより実施される、処理室のクリーニング方
2
法。
[19] 請求項 13に係るクリーニング方法において、前記クリーニングは、 Oガスおよび H
2 2 ガスおよび不活性ガス、または Oガスおよび Hガスのプラズマにより実施される、処
2 2
理室のクリーニング方法。
[20] 請求項 19に係るクリーニング方法において、前記クリーニングを実施するプラズマ の Oガスに対する Hガスの比が 2以上である、処理室のクリーニング方法。
2 2
[21] 請求項 19に係るクリーニング方法において、前記クリーニングを実施するプラズマ の Oガスに対する Hガスの比が 4以上である、処理室のクリーニング方法。
2 2
[22] 請求項 13に係るクリーニング方法において、前記クリーニングに先立って、前記処 理室をプラズマにより加熱する、処理室のクリーニング方法。
[23] 請求項 13に係るクリーニング方法において、前記クリーニングは、処理室内の温度 を略 400— 800°C〖こして行う、処理室のクリーニング方法。
[24] 請求項 13に係るクリーニング方法において、前記クリーニングは、処理室内の圧力 を 126Pa未満にして行う、処理室のタリ一ユング方法。
[25] 請求項 13に係るクリーニング方法において、前記基板処理装置は、前記処理室の プラズマに曝される面の少なくとも一部が誘電体で構成されている、処理室のタリー ユング方法。
[26] コンピュータ上で動作し、実行時に、金属を含む膜を有する基板にプラズマ処理を 施す基板処理装置における処理室を、前記処理後、大気開放することなく前記処理 室内に Oを含むガスを導入し、このガスのプラズマを形成してクリーニングするタリー
2
ユング方法が行なわれるように前記基板処理装置を制御する、コンピュータプロダラ ム。
[27] コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、金属を含む膜を有する基板にプラズマ処理を 施す基板処理装置における処理室を、前記処理後、大気開放することなく前記処理 室内に Oを含むガスを導入し、このガスのプラズマを形成してクリーニングするタリー
2
ニング方法が行なわれるように、前記基板処理装置を制御するものである、記憶媒体
[28] プラズマを発生させるプラズマ供給源と、
前記プラズマにより、基板の処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、 前記処理容器内で前記基板を載置する基板支持台と、
前記処理容器内を減圧するための排気手段と、
前記処理容器内にガスを供給するためのガス供給手段と、 金属を含む膜を有する基板にプラズマ処理を施す基板処理装置における処理室 を、前記処理後、大気開放することなく前記処理室内に oを含むガスを導入し、この
2
ガスのプラズマを形成してクリーニングするクリーニング方法が行なわれるように制御 する制御部とを具備する、プラズマ処理装置。
[29] 金属を含む膜を有する基板にプラズマ処理を施す基板処理装置における処理室 を、前記処理後、大気開放することなく前記処理室内に Oを含むガスを導入し、この
2
ガスのプラズマを形成してクリーニングする工程と、
前記クリーニング工程の後に、前記処理室内において基板に対してプラズマ処理 を施す工程と
を具備する基板処理方法。
[30] 金属系膜が形成された基板の処理に用いるプラズマ処理装置の処理室をタリー- ングガスのプラズマによりクリーニングするにあたり、クリーニングの終点を検出するク リーニングの終点検出方法であって、
前記処理室内でクリーニングの進行に伴い増加するラジカルの発光強度を測定し 、その値力もクリーニングの終点検出を行なう、クリーニングの終点検出方法。
[31] 請求項 30に係るクリーニングの終点検出方法において、前記クリーニングガスは、 少なくとも水素ガスを含むガスであり、前記ラジカルは水素ラジカルである、タリーニン グの終点検出方法。
[32] 請求項 31に係るクリーニングの終点検出方法において、前記クリーニングガスは、 さらに酸素ガスを含む、クリーニングの終点検出方法。
[33] 請求項 30に係るクリーニングの終点検出方法において、前記基板の処理は、前記 金属系膜を含む基板の酸ィ匕処理である、クリーニングの終点検出方法。
[34] 請求項 30に係るクリーニングの終点検出方法において、前記金属系膜がタンダス テン系膜である、クリーニングの終点検出方法。
[35] 請求項 34に係るクリーニングの終点検出方法において、前記タングステン系膜を 含む基板の酸化処理は、タングステン系膜とポリシリコン膜とを含む積層膜における ポリシリコン膜の選択酸ィ匕処理である、クリーニングの終点検出方法。
[36] 請求項 35に係るクリーニングの終点検出方法において、前記選択酸化処理および 前記クリーニングは、誘導結合方式によるプラズマ、平行平板方式によるプラズマ、 平面アンテナ方式によるプラズマ、反射波プラズマ、またはマグネトロンプラズマによ り実施される、クリーニングの終点検出方法。
[37] 請求項 35に係るクリーニングの終点検出方法において、前記選択酸化処理および 前記クリーニングは、複数のスロットを有する平面アンテナにて前記処理室内にマイ クロ波を導入して形成されるプラズマにより実施される、クリーニングの終点検出方法
[38] 金属系膜が形成された基板の処理に用いるプラズマ処理装置の処理室をタリー- ングガスのプラズマによりクリーニングするクリーニング方法であって、
前記処理室内でクリーニングの進行に伴い増加するラジカルの発光強度を測定し
、その値力 クリーニングの終点検出を行なう、クリーニング方法。
[39] 請求項 38に係るクリーニング方法において、前記金属系膜がタングステン系膜で ある、クリーニング方法。
[40] 請求項 38に係るクリーニング方法において、前記基板の処理後、大気開放するこ となく前記処理室内にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスのプラズマを形成 して前記処理室をクリーニングする、クリーニング方法。
[41] 請求項 38に係るクリーニング方法において、前記クリーニングは、誘導結合方式に よるプラズマ、平行平板方式によるプラズマまたは平面アンテナ方式によるプラズマ、 反射波プラズマ、またはマグネトロンプラズマにより実施される、クリーニング方法。
[42] 請求項 38に係るクリーニング方法において、前記クリーニングは、複数のスロットを 有する平面アンテナにて前記処理室内にマイクロ波を導入して形成されるプラズマ により実施される、クリーニング方法。
[43] コンピュータ上で動作し、実行時に、金属系膜が形成された基板の処理に用いるプ ラズマ処理装置の処理室をクリーニングガスのプラズマによりクリーニングする際に、 前記処理室内でクリーニングの進行に伴い増加するラジカルの発光強度を測定し、 その値力 クリーニングの終点を検出するクリーニング方法が行なわれるようにプラズ マ処理装置を制御する、制御プログラム。
[44] コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であ つて、
前記制御プログラムは、実行時に、金属系膜が形成された基板の処理に用いるプ ラズマ処理装置の処理室をクリーニングガスのプラズマによりクリーニングする際に、 前記処理室内でクリーニングの進行に伴い増加するラジカルの発光強度を測定し、 その値力 クリーニングの終点を検出するクリーニング方法が行なわれるように、ブラ ズマ処理装置を制御するものである、コンピュータ記憶媒体。
プラズマを発生させるプラズマ供給源と、
前記プラズマにより、基板の処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、 前記処理容器内で前記基板を載置する基板支持台と、
前記処理容器内を減圧するための排気手段と、
前記処理容器内にガスを供給するためのガス供給手段と、
金属系膜が形成された基板の処理に用いるプラズマ処理装置の処理室をタリー- ングガスのプラズマによりクリーニングする際に、前記処理室内でクリーニングの進行 に伴い増加するラジカルの発光強度を測定し、その値力 クリーニングの終点を検出 するクリーニング方法が行なわれるように制御する制御部と
を備えた、プラズマ処理装置
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