JP4836780B2 - 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

Description

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ピュータプログラムおよび記録媒体に関する。

近時、ＬＳＩの高集積化、高速化の要請から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化が求められている。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、より抵抗の低いタングステンポリメタルゲート（Ｗ／ＷＮ／ｐｏｌｙ−Ｓｉの積層構造）が注目されている。

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化する工程が存在するが、その際に、タングステン酸化物を抑制しつつポリシリコンを選択酸化する観点から、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）。

このような処理においては、タングステンを含むＳｉウエハを処理することとなり、処理後の処理チャンバー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ー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、タングステンがコンタミネーショ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ーは、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。

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ーのクリーニングは、処理チャンバーを大気開放して、チャンバー内部部品を酸などでウェットクリーニングし、それに加えて真空チャンバー内壁を酸、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いる。

しかしながら、このようにクリーニングする場合には、処理チャンバーを大気開放する時間、ウェット洗浄する時間、再排気する時間、および排気後の処理チャンバー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。

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いる。プラズマによるドライクリーニングは、一般に、クリーニングガスをプラズマ化してチャンバー内に付着した堆積物を除去する方法である。

しかしながら、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いない。

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、逆にクリーニ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ョ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。
特開２０００−２９４５５０号公報

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、高効率で清浄化することができる、基板処理装置における処理室のクリーニング方法を提供することにある。

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。

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 _２ ガス単独、またはＯ _２ ガスおよび不活性ガスを導入し、この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、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。
本発明の第２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 _２ ガスおよびＨ _２ ガスおよび不活性ガス、またはＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスを導入し、これらの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、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。

本発明の第３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 _２ ガス単独、またはＯ _２ ガスおよび不活性ガスを導入し、この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、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。
本発明の第４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 _２ ガスおよびＨ _２ ガスおよび不活性ガス、またはＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスを導入し、これらの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、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。

上記第１および第２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。

上記第３および第４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。

上記第１および第２の観点においてプラズマ処理を適用する場合、ならびに上記第３および第４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。

上記第２および第４の観点において、前記クリーニングを実施するプラズマのＯ_２ガスに対するＨ_２ガスの比が４以上であることが好ましく、８であることが特に好ましい。また、上記第１〜第４の観点において、前記クリーニングは、処理室内の温度を４００〜８００℃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１２６Ｐａ未満にして行うことが好ましい。

また、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。

本発明の第５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 _２ ガス単独、またはＯ _２ ガスおよび不活性ガスを導入し、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。
本発明の第６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 _２ ガスおよびＨ _２ ガスおよび不活性ガス、またはＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスを導入し、これらの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。

本発明の第７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 _２ ガス単独、またはＯ _２ ガスおよび不活性ガスを導入し、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。
本発明の第８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 _２ ガスおよびＨ _２ ガスおよび不活性ガス、またはＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスを導入し、これらの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、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。

本発明の第９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 _２ ガス単独、またはＯ _２ ガスおよび不活性ガスを導入し、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。
本発明の第１０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 _２ ガスおよびＨ _２ ガスおよび不活性ガス、またはＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスを導入し、これらの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、プラズマ処理装置が提供される。

本発明の第１１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、前記処理後、大気開放することなく前記処理室内にＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスおよび不活性ガス、またはＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスをクリーニングガスとして導入し、その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い増加する水素ラジカルの発光強度を測定し、その値から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が提供される。

上記第１１の観点において、前記基板の処理は、前記金属系膜を含む基板の酸化処理であることが好ましい。また、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。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化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。さらにまた、前記水素ラジカルの波長が６５６ｎｍであることが好ましい。

本発明の第１２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、前記処理後、大気開放することなく前記処理室内にＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスおよび不活性ガス、またはＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスを含むガスをクリーニングガスとして導入し、その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水素ラジカルの発光強度を測定し、その値から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、プラズマ処理装置が提供される。

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_２を含むガスのプラズマにより処理することにより、タングステン等の金属成分を酸化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、ウェット洗浄する時間、再排気する時間、および排気後の処理チャンバーを再コンデショニ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。

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ー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ニ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ョ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。

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。 従来のポリシリコンからなるゲート電極の構造を示す模式図。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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６のクリーニング方法を実施した際の酸化膜厚およびＷ濃度の変化を示す図。 Ｈ_２／Ｏ_２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クリーニング効果を示す図。 チャンバー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。 チャンバー壁温度（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。 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。 クリーニングを実施した際のサンプリング用ウエ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。 クリーニングを実施した際のサンプリング用ウエ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。

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。

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ＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna）を利用してマイクロ波発生源から導かれたマイクロ波をチャンバー内に放射し、プラズマを形成するＲＬＳＡマイクロ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。

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ー１を有している。チャンバー１の底壁１ａの略中央部には円形の開口部１０が形成されており、底壁１ａ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。チャンバー１内には被処理基板であるウエハＷやダミーウエハＷｄを水平に支持するためのＡｌＮ等のセラミックスからなるサセプタ２が設けられている。このサセプタ２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状のＡｌＮ等のセラミックスからなる支持部材３により支持されている。サセプタ２の外縁部にはウエハ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エハＷを加熱する。このとき、例えば室温から８００℃までの範囲で温度制御可能となっている。なお、チャンバー１の内周には、誘電体、例えば石英からなる円筒状のライナー７が設けられている。

サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（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。

チャンバー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_２ガス供給源１８、Ｏ_２ガス供給源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からチャンバー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。

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が接続されている。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ー１内のガスが、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ー１内は所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。

チャンバー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）との間でウエハＷや、ダミーウエハ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。

チャンバー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_２Ｏ_３等のセラミックスからなり、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、チャンバー１内は気密に保持される。

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からなり、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ＲＬＳＡ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。

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が設けられている。

チャンバー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からなるシールド蓋体３４が設けられている。チャンバー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。

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。

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換器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。

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からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。

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が接続されている。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よい

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。

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、高速化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６５、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。

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上に例えば熱酸化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、タングステン（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ー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化処理を行ってポリシリコン膜６３の側壁に酸化膜６８を形成し、図３Ｃの構造を得る。

プラズマ処理装置１００によりゲート電極の選択酸化処理を行う際には、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エハＷをチャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する。

そして、ガス供給系１６のＡｒガス供給源１７、Ｈ_２ガス供給源１８、およびＯ_２ガス供給源１９から、Ａｒガス、Ｈ_２ガス、およびＯ_２ガスを所定の流量でガス導入部材１５を介してチャンバー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_２ガス：２００ｍＬ／ｍｉｎ、Ｏ_２ガス：１００ｍＬ／ｍｉｎと高Ｈ_２ガス濃度の条件とし、チャンバー内圧力を３〜７００Ｐａ、例えば６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）とする。

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、モード変換器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を経てチャンバー１内におけるウエハＷの上方空間に放射される。

平面アンテナ部材３１からマイクロ波透過板２８を経てチャンバー１に放射されたマイクロ波によりチャンバー１内ではＨ_２ガス、Ａｒガス、およびＯ_２ガスがプラズマ化し、このプラズマによりウエハ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１０^１１／ｃｍ^３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化処理を行って薄い酸化膜を形成することができ、しか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_２／Ｏ_２のガス配合でポリシ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_ｘ（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。

しかしながら、ＷＯ_ｘの昇華は完全には防止することができず、昇華したＷＯ_ｘによってチャンバー１内が汚染される。このような状態のチャンバー１で次のウエハに対して選択酸化処理を行う場合には、チャンバー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）がコンタミネーショ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）によって酸化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ー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１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２オーダーまたはそれ以下、好ましくは１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２オーダー以下のレベルまで清浄化する必要がある。汚染レベルは低いほど良い。

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ー１を大気開放することなく、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いて図４Ａ〜４Ｄを参照しながら説明する。

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く、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、清浄なダミーウエハＷｄをチャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する。これはダミーウエハＷｄにて、サセプタ２をプラズマから保護するため、およびチャンバー１のクリーニング後にダミーウエハ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く、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エハＷｄは載置しなくてもよい。

次に、図４Ｂに示すように、チャンバー１内を排気しつつガス供給系１６からＯ_２を含むガスをチャンバー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化処理の際と同様、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波をチャンバー１内に導き、Ｏ_２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を経てチャンバー１内に放射され、このマイクロ波によりチャンバー１内に導入されたＯ_２を含む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、基本的にチャンバー１に付着したＷＯ_ｘは昇華し、排気管２３を介して排気され、これにより、チャンバー１内が清浄化される。この際に、処理ガス中にＨ_２が含まれていると、ＷＯ_ｘが還元されて、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枚のデバイスウエ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、デバイスウエ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よい。

このようなクリーニング処理において、チャンバー１内の圧力は、例えば３〜１３３３Ｐａに設定される。この中では３〜６７Ｐａが好ましく、例えば６．７Ｐａが例示される。また、チャンバー１内の温度（例えばサセプタ２の温度）は、４５℃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く、２００〜８００℃が好ましく、４００〜８００℃が特に好ましい。さらに、マイクロ波発生装置３９のパワーは１．０〜５．０ｋＷが好ましい。

導入するＯ_２を含むガスは、Ｏ_２ガス単独でもよいが、好ましくはＯ_２ガス＋Ａｒガスであり、さらに好ましくはＯ_２ガス＋Ｈ_２ガス＋Ａｒガスである。Ｏ_２ガス単独の場合には、その流量は５０〜１０００ｍＬ／ｍｉｎが好ましく、特に、１００〜５００ｍＬ／ｍｉｎ程度が好ましい。Ｏ_２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、クリーニング効果が低下してしまう。また、Ｏ_２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に調整することにより、Ｏ_２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。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_２ガス：１０〜５００ｍＬ／ｍｉｎ、Ａｒガス：２００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎが好ましい。そして、さらにＨ_２ガスを適量加えたプラズマの場合は、クリーニング効果を一層高めることができる。Ｏ_２ガス＋Ｈ_２ガス＋Ａｒガスの場合の流量は、Ｏ_２ガス：１０〜５００ｍＬ／ｍｉｎ、Ａｒガス：２００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ、Ｈ_２ガス１０〜５００ｍＬ／ｍｉｎが好ましい。Ｏ_２ガスに対するＨ_２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以上がより好ましく、さらには６以上である。

また、Ｏ_２ガス＋Ａｒガスと、Ｏ_２ガス＋Ｈ_２ガス＋Ａｒガスとを交互に繰り返す、例えばＯ_２ガス＋ＡｒガスにＨ_２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１の装置にＨｅガスまたはＮｅガスをチャンバー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、チャンバー内に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、チャンバー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_ｘ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。

このように、本実施形態によれば、チャンバー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してチャンバー壁のＷ成分を除去することができるので、チャンバーを大気開放する時間、ウェット洗浄する時間、再排気する時間、および排気後の処理チャンバーを再コンデショニングする時間等が必要であった従来のウェット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。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。

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コンタミネーションによる選択酸化処理の阻害等の不都合が生じない。

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ーに全面にＷ膜が形成されたＳｉウエハ（２００ｍｍ）１枚をチャンバーに搬入し、クリーニング処理を模擬して、Ｏ_２ガス単独、Ｏ_２ガス＋Ａｒガス、Ｏ_２ガス＋Ｈ_２ガス＋Ａｒガスを用い、流量を種々変化させてチャンバー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ーに導入し、ウエハ温度４００℃でプラズマを１８０秒間生成した。チャンバー壁温度は４５℃であった。

次いで、Ｗ膜が形成されたＳｉウエハを搬出し、清浄なベアＳｉウエハを搬入し、ポリシリコンの選択酸化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：Ａｒ／Ｈ_２／Ｏ_２＝１０００／２００／１００ｍＬ／ｍｉｎとし、チャンバー内圧力：６．７Ｐａ、マイクロ波発生装置のパワー：３．４ｋＷ、サセプタ温度：４００℃、処理時間：１１０秒とした。

この処理の後、ベアＳｉウエハを搬出し、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付きウエハから取り去られた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。

図５に示すように、Ｏ_２ガス単独の場合、流量を１００、３００、５００ｍＬ／ｍｉｎで変化させたが、これらの中で、３００ｍＬ／ｍｉｎが最もクリーニング効果が高かった。これは、Ｏ_２ガスが多すぎるとプラズマ密度が低下しＷＯ_ｘの生成率が低くなるためであると考えられる。Ｏ_２ガスとＡｒガスの両方を供給した場合（Ａｒ／Ｏ_２＝１０００／１００ｍＬ／ｍｉｎ）には、ベアＳｉウエハのＷ濃度が増加し、Ｏ_２ガス単独の場合に比較してクリーニング効果が上昇することが確認された。

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、チャンバーをクリーニングし、Ｗフリーの状態とした。次いで、次の酸化処理と同じ条件でチャンバー内のシーズニングを行った。シーズニングは、チャンバー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。

その後、１枚目のサンプリング用のベアＳｉウエ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／Ｈ_２／Ｏ_２＝１０００／２００／１００ｍＬ／ｍｉｎとし、チャンバー内圧力：６．７Ｐａ、マイクロ波発生装置のパワー：３．４ｋＷ、ウエハ温度：４００℃、チャンバー壁温度：４５℃、処理時間：１１０秒として酸化膜の膜厚が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エ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３×１０^８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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）。この値をチャンバーのリファレンスのＷ濃度とした。

引き続き、表面にＷ膜を有するＳｉウエ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化処理を行いチャンバー内を汚染させた。なお、この時間はデバイスウエハ約５枚の処理時間に相当する。処理後、このＷ膜付きウエハを搬出し、２枚目のサンプリング用のベアＳｉウエハをサセプタ上に載置し、１枚目のウエハと同様の条件で酸化処理を行った。処理後、この２枚目のサンプリング用ウエハを取り出して表面のＷ濃度を測定した。その結果、ウエハ表面のＷ濃度は約４×１０^１０atoms／ｃｍ^２と高くなった。

次いで、Ａｒ／Ｏ_２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／Ｏ_２＝１０００／３００ｍＬ／ｍｉｎ、チャンバー内圧力：６．７Ｐａ、マイクロ波発生装置のパワー：３．４ｋＷ、サセプタ温度：４００℃、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ウエハをサセプタ上に載置し、１枚目のサンプリング用ウエハと同様の条件で酸化処理を行った。処理後、この３枚目のサンプリングウエハを取り出して表面のＷ濃度を測定した。その結果、ウエハ表面のＷ濃度は約１．３×１０^１１atoms／ｃｍ^２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エ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用ウエハまで合計１１枚繰り返した。

最後に、１４枚目のサンプリング用のベアＳｉウエハをサセプタに載置し、１枚目のサンプリング用ウエハと同じ条件で酸化処理を行った後、この１４枚目のサンプリング用ウエ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。

図６は、横軸にウエハ番号（処理順番）をとり、縦軸にウエハ表面のＷ濃度をとって、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エハ１０枚分以内、すなわち３０分間以内でＷ濃度が１×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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１×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以下を達成可能であることが確認された。

また、各サンプリング用ウエハの選択酸化処理の際の酸化膜の厚さを測定した。この際の各サンプリングウエハにおける酸化膜厚を図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エ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化が妨げられて酸化膜の厚さが１１０秒で７．７５ｎｍと薄くなったが、チャンバー内がクリーニングされてＷ濃度が減少するにつれて酸化膜厚さが徐々に回復し、最後の１４枚目のウエハにおける酸化膜の厚さは８．０３ｎｍであり、Ｗ汚染による酸化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）と酸化膜厚とは強い相関関係があり、酸化膜厚によってクリーニングの終点を把握することが可能である。

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ニングし、Ｗフリーの状態とし、次いで、チャンバー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ウエハをサセプタ上に載せ、上記テストと同様に酸化処理を行った。処理後、この１枚目のウエ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。

引き続き、表面にＷ膜を有するＳｉウエ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エハ約１ロット（２５枚相当）に対応する１０分間酸化処理を行いチャンバー内をＷで汚染させた。Ｗ膜付きウエハを搬出し、２枚目のサンプリング用ベアＳｉウエハをサセプタ上に載置し、１枚目と同様の条件で酸化処理を行った。処理後、この２枚目のサンプリングウエハを取り出して表面のＷ濃度を測定した。その結果、ウエハ表面のＷ濃度は１０^１２atoms／ｃｍ^２オーダーと高い値となった。

次いで、Ａｒ／Ｏ_２／Ｈ_２ガスによるプラズマクリーニングを行った。すなわち、ガス流量の比率、チャンバー内圧力、チャンバー温度（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ウエハをサセプタ状に載置し、１枚目のサンプリング用ウエハと同様の条件で酸化処理を行った。処理後、この３枚目のサンプリングウエ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エ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ウエハまで合計１１枚繰り返した。

最後に、１４枚目のサンプリング用のベアＳｉウエハをサセプタに載置し、１枚目のウエハと同じ条件で酸化処理を行った後、この１４枚目のウエハを取り出して表面のＷ濃度を測定した。

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℃、チャンバー内圧力を６．７Ｐａとし、Ｈ_２／Ｏ_２比を０（Ａｒ／Ｏ_２／Ｈ_２＝１０００：３００：０ｍＬ／ｍｉｎ），８（Ａｒ／Ｏ_２／Ｈ_２＝１０００：５０：４００ｍＬ／ｍｉｎ），１０（Ａｒ／Ｏ_２／Ｈ_２＝７００：５０：５００ｍＬ／ｍｉｎ）と変化させて、上記クリーニング処理を行い、その後酸化処理を行ってサンプリング用ウエハ表面のＷ濃度を測定した。その結果を図８に示す。

図８に示すように、Ｗ濃度の測定値は、Ｏ_２ガスに対するＨ_２ガスの流量比（Ｈ_２／Ｏ_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_２／Ｏ_２比が８で最もＷ濃度が低くなり、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_２／Ｏ_２比が４以上がより好ましく、６以上がさらに好ましいことが確認された。

次に、サセプタ温度を４００℃、ガス組成をＡｒ／Ｏ_２／Ｈ_２＝１０００：５０：４００ｍＬ／ｍｉｎとし、チャンバー内圧力を６．７Ｐａにした場合と１２６Ｐａにした場合とで上記クリーニング処理を行い、その後酸化処理を行ってサンプリング用ウエハ表面のＷ濃度を測定した。その結果を図９に示す。

図９に示すように、チャンバー内圧力が低い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、チャンバー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化合物の蒸気圧が高くなっているからと考えられる。

次に、ガス組成をＡｒ／Ｏ_２／Ｈ_２＝１０００：５０：４００ｍＬ／ｍｉｎ、チャンバー内圧力を６．７Ｐａとし、サセプタ温度を４００℃にした場合と６００℃にした場合とで上記クリーニング処理を行い、表面のＷ濃度を測定した。その結果を図１０に示す。

図１０に示すように、サセプタ温度が高いほうがＷ濃度の測定値が低く、６００℃の場合に、Ｗ濃度が３．６×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２と採用した条件の中では最も低くなった。これも、上記圧力を変化させた場合と同様、Ｗ化合物の蒸気圧が上昇したためであると考えられる。

また、この際の１４枚目のウエハにおける酸化膜の厚さは、ほぼ初期値と同等の８．１ｎｍであり、Ｗ汚染による酸化阻害が生じていないことが確認された。

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。

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加されたものであり、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。

このプラズマ処理装置２００においては、チャンバー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く、また排気経路にもなっていないため、窓８０への付着物が少なく、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、チャンバー１内には、石英から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が、窓８０への付着物防止の観点からはむしろ開口を設けないことが好ましい。

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ーインターフェース５１のディスプレイに表示したりする。

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、ＷＯ_ｘ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く、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。

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。選択酸化処理後、まず、図４Ａに示すように、大気開放することなく、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エハＷｄをチャンバー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、チャンバー１内を排気しつつガス供給系１６からＡｒ／Ｈ_２／Ｏ_２からなるクリーニングガスをチャンバー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化処理の際と同様、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波をチャンバー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、チャンバー１内が清浄化される。

このようなクリーニング処理において、チャンバー１内の圧力は、例えば３〜１３３３Ｐａに設定される。また、チャンバー１内の温度（例えば、チャンバー壁やサセプタ２の温度）は、４５℃以上が好ましい。この際、サセプタ２の温度は高い方がよく、略４００〜８００℃がより好ましい。また、クリーニング中は、連続的にチャンバー１の排気を行なってもよいが、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。

導入するクリーニングガスは、例えば、Ｈ_２ガス＋Ａｒガスでもよいが、Ｏ_２ガス＋Ｈ_２ガス＋Ａｒガスが好ましい。Ｈ_２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とができる。Ｏ_２ガス＋Ｈ_２ガス＋Ａｒガスの場合の流量は、Ｏ_２ガス：１０〜５００ｍＬ／ｍｉｎ、Ａｒガス：２００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ、Ｈ_２ガス：４０〜２０００ｍＬ／ｍｉｎが好ましい。Ｏ_２ガスに対するＨ_２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以上がより好ましく、さらには６以上である。また、Ｏ_２ガス＋Ａｒガスと、Ｏ_２ガス＋Ｈ_２ガス＋Ａｒガスとを交互に繰り返す、すなわちＯ_２ガス＋ＡｒガスにＨ_２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ガスをチャンバー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、チャンバー内に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、チャンバー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_ｘ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１．０〜５．０ｋＷが好ましい。

クリーニング中は、チャンバー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が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^＊の発光強度が、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、Ｈ^＊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）から判定することもできる。

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。

チャンバー内を汚染しているタングステンは、多くの場合、酸化物（ＷＯ_ｘ）としてチャ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_ｘ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_ｘ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_ｘの残存がなくなった時点で、Ｈ^＊の発光強度はほぼ初期状態（汚染前の状態）まで回復するものと推察される。

このように、本実施形態によれば、チャンバー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く、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く、時間管理によってクリーニングを終了していた従来のクリーニ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かけてクリーニングの終点を確認する必要がない。また、Ｈ^＊の発光強度をモニターすることにより、チャ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。

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、Ａｒ／Ｈ_２／Ｏ_２の混合ガスを用い、流量比はＡｒ／Ｈ_２／Ｏ_２＝１０００／４００／５０ｍＬ／ｍｉｎ、チャンバー内圧力は、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℃、チャンバー壁温度４５℃でクリーニングを実施した。

まず、Ｗ汚染の無いチャンバー内に清浄なサンプリング用のベアＳｉウエハ（サンプリング用ウエハＮｏ．１）を搬入し、選択酸化プロセス条件にてプラズマ処理し、イニ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Ａｒ／Ｈ_２／Ｏ_２の混合ガスを用い、流量比はＡｒ／Ｈ_２／Ｏ_２＝１０００／２００／１００ｍＬ／ｍｉｎ、チャンバー内圧力は、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℃、チャンバー壁温度４５℃で酸化膜の膜厚が８ｎｍとなるように実施した。

サンプリング用ウエハＮｏ．１をチャンバー１から搬出した後、清浄なサンプリング用のベアＳｉウエハ（サンプリング用ウエハ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。選択酸化処理後のサンプリング用ウエハＮｏ．２をチャ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ブランケットウエハを搬入、酸化処理し、チャンバー内をタングステン（Ｗ）で強制的に汚染させた。

次に、Ｗ汚染ウエハをチャンバー１から搬出し、清浄なサンプリング用のベアＳｉウエハ（サンプリング用ウエハＮｏ．３）を搬入し、前記選択酸化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。

サンプリング用ウエハＮｏ．３をチャンバー内から搬出した後、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ウエハ（サンプリング用ウエハＮｏ．４）を搬入し、サンプリング用ウエハ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エハＮｏ．１のサンプリングウエハと同様の条件での選択酸化処理を行う操作を１１枚のサンプリング用のベアＳｉウエハ（サンプリング用ウエハＮｏ．５〜１５）について繰り返した。

以上の各サンプリング用ウエハ処理の選択酸化処理において、モノクロメータによりＨ^＊の波長をモニターし、Ｗ汚染ウエハを処理する前のＨ^＊の発光強度と、ドライクリーニング後の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、チャンバー１内に上記サンプリング用ウエハＮｏ．１〜１５のウエ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ア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ウエ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ウエハ（サンプリング用ウエハ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。

また、各サンプリング用ウエハの選択酸化処理の際の酸化膜の厚さを測定した。その結果サンプリング用ウエハＮｏ．１では酸化膜の厚さが２１０秒の処理で７．８５ｎｍであったのに対し、サンプリング用ウエハ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と薄くなった。これに対し、サンプリング用ウエハＮｏ．１５における酸化膜の厚さは７．７ｎｍであり、チャンバー内のクリーニングが完了し、Ｗ汚染が解消されるに従い、Ｗ汚染による酸化阻害が生じなくなったことが確認された。

上述した図７に示すように、選択酸化処理の際の酸化膜厚とＷ汚染度（Ｗ濃度）とは強い相関があり、結局、Ｈ^＊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。

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ー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。これによっ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（チャンバー）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ャ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が、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が、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ついて示したが、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。

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_２ガス単独、Ｏ_２ガス＋Ａｒガス、Ｏ_２ガス＋Ｈ_２ガス＋Ａｒガスを例示したが、Ｏ_２ガスを含むものであればよく、こ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。

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_２ガス＋Ａｒガス、Ｏ_２ガス＋Ｈ_２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加する水素ラジカルＨ^＊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が、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 (37)

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 _２ ガス単独、またはＯ _２ ガスおよび不活性ガスを導入し、この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、基板処理装置における処理室のクリーニング方法。
2. 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 _２ ガスおよびＨ _２ ガスおよび不活性ガス、またはＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスを導入し、これらの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、基板処理装置における処理室のクリーニング方法。
3. 前記基板の処理は金属を含む基板の酸化処理である、請求項１または請求項２に記載の処理室のクリーニング方法。
4. 前記金属はタングステンである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の処理室のクリーニング方法。
5. 前記基板の処理はプラズマ処理である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の処理室のクリーニング方法。
6. 前記基板のプラズマ処理および前記クリーニングは、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、請求項５に記載の処理室のクリーニング方法。
7. 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、請求項５に記載の処理室のクリーニング方法。
8. 前記クリーニングを実施するプラズマのＯ_２ガスに対するＨ_２ガスの比が２以上である、請求項２に記載の処理室のクリーニング方法。
9. 前記クリーニングを実施するプラズマのＯ_２ガスに対するＨ_２ガスの比が４以上である、請求項２に記載の処理室のクリーニング方法。
10. 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、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の処理室のクリーニング方法。
11. 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、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の処理室のクリーニング方法。
12. 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 _２ ガス単独、またはＯ _２ ガスおよび不活性ガスを導入し、この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、基板処理装置における処理室のクリーニング方法。
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 _２ ガスおよびＨ _２ ガスおよび不活性ガス、またはＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスを導入し、これらの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、基板処理装置における処理室のクリーニング方法。
14. 前記金属を含む膜は、タングステン系膜である、請求項１２または請求項１３に記載の処理室のクリーニング方法。
15. 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化処理である、請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の処理室のクリーニング方法。
16. 前記基板のプラズマ処理および前記クリーニングは、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、請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載の処理室のクリーニング方法。
17. 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、請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載の処理室のクリーニング方法。
18. 前記クリーニングを実施するプラズマのＯ_２ガスに対するＨ_２ガスの比が２以上である、請求項１３に記載の処理室のクリーニング方法。
19. 前記クリーニングを実施するプラズマのＯ_２ガスに対するＨ_２ガスの比が４以上である、請求項１３に記載の処理室のクリーニング方法。
20. 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、請求項１２から請求項１９のいずれか１項に記載の処理室のクリーニング方法。
21. 前記クリーニングは、処理室内の温度を４００〜８００℃にして行う、請求項１２から請求項２０のいずれか１項に記載の処理室のクリーニング方法。
22. 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、請求項１２から請求項２１のいずれか１項に記載の処理室のクリーニング方法。
23. 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、請求項１２から請求項２２のいずれか１項に記載の処理室のクリーニング方法。
24. 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 _２ ガス単独、またはＯ _２ ガスおよび不活性ガスを導入し、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。
25. 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 _２ ガスおよびＨ _２ ガスおよび不活性ガス、またはＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスを導入し、これらの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前記基板処理装置を制御する、コンピュータプログラム。
26. 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 _２ ガス単独、またはＯ _２ ガスおよび不活性ガスを導入し、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。
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 _２ ガスおよびＨ _２ ガスおよび不活性ガス、またはＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスを導入し、これらの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、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 _２ ガス単独、またはＯ _２ ガスおよび不活性ガスを導入し、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. 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 _２ ガスおよびＨ _２ ガスおよび不活性ガス、またはＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスを導入し、これらの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。
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、前記処理後、大気開放することなく前記処理室内にＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスおよび不活性ガス、またはＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスをクリーニングガスとして導入し、その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い増加する水素ラジカルの発光強度を測定し、その値から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. 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、請求項３０に記載のクリーニングの終点検出方法。
32. 前記金属系膜がタングステン系膜である、請求項３０または請求項３１に記載のクリーニングの終点検出方法。
33. 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化処理である、請求項３２に記載のクリーニングの終点検出方法。
34. 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、請求項３３に記載のクリーニングの終点検出方法。
35. 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、請求項３３に記載のクリーニングの終点検出方法。
36. 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、前記処理後、大気開放することなく前記処理室内にＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスおよび不活性ガス、またはＯ _２ ガスおよびＨ _２ ガスをクリーニングガスとして導入し、その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水素ラジカルの発光強度を測定し、その値から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。
37. 前記水素ラジカルの波長が６５６ｎｍである、請求項３０から請求項３５のいずれか１項に記載のクリーニングの終点検出方法。

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