特許 6638360 プラズマ処理装置のクリーニング方法及びクリーニング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6638360

(24)【登録日】2020年1月7日

(45)【発行日】2020年1月29日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置のクリーニング方法及びクリーニング装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20200120BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101H

【請求項の数】7

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-239562(P2015-239562)

(22)【出願日】2015年12月8日

(65)【公開番号】特開2017-107943(P2017-107943A)

(43)【公開日】2017年6月15日

【審査請求日】2018年9月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001063

【氏名又は名称】栗田工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108833

【弁理士】

【氏名又は名称】早川 裕司

(74)【代理人】

【識別番号】100162156

【弁理士】

【氏名又は名称】村雨 圭介

(72)【発明者】

【氏名】沼尾 善行

(72)【発明者】

【氏名】永井 達夫

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００６／０８２７２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１８６４３１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／０３８３７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２３５５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５３１９９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９

Ｈ０１Ｌ ２１／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理基板を収容する処理チャンバと、前記処理チャンバ内に配設され、前記被処理基板が載置される下部電極と、前記下部電極と対向する上部電極と、前記処理チャンバ内を減圧する減圧機構とを有するプラズマ処理装置の前記処理チャンバ内の構成部材及び／又は前記処理チャンバの内壁面に付着した付着物を除去するプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
前記付着物がフッ化物であり、
前記処理チャンバ内に水蒸気を含む処理ガスを供給し、
前記水蒸気を含む処理ガスをプラズマ化し、
該プラズマ化した水蒸気を含む処理ガスにより前記処理チャンバ内の構成部材及び／又は前記処理チャンバの内壁面を処理する
ことを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方法。

【請求項2】

前記水蒸気を含む処理ガスが、前記プラズマ処理装置の上部電極もしくは上部電極近傍から噴霧されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置のクリーニング方法。

【請求項3】

前記水蒸気を含む処理ガスが、希ガス、酸素、窒素及び水素の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置のクリーニング方法。

【請求項4】

前記水蒸気を含む処理ガスをプラズマ化するための高周波出力（ＲＦ出力）が５〜３００Ｗ／ｃｍ^２であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置のクリーニング方法。

【請求項5】

前記水蒸気を含む処理ガスを減圧状態下で０．５〜２０Ｐａの圧力となるように供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置のクリーニング方法。

【請求項6】

被処理基板を収容する処理チャンバと、前記処理チャンバ内に配設され、前記被処理基板が載置される下部電極と、前記下部電極と対向する上部電極と、前記処理チャンバ内を減圧する減圧機構とを有するプラズマ処理装置の前記処理チャンバ内の構成部材及び／又は前記処理チャンバの内壁面に付着した付着物を除去するプラズマ処理装置のクリーニング装置であって、
前記付着物がフッ化物であり、
前記処理チャンバ内に水蒸気を含む処理ガスを噴霧する噴霧機構
を備え、
前記水蒸気を含む処理ガスをプラズマ化し、
該プラズマ化した水蒸気を含む処理ガスにより前記処理チャンバ内の構成部材を処理することを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング装置。

【請求項7】

前記噴霧機構が、前記プラズマ処理装置の上部電極もしくは上部電極近傍に前記処理ガスを噴霧する噴霧口を有することを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置のクリーニング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ドライエッチングなどに使用するプラズマ処理装置のクリーニング方法及びクリーニング装置に関し、特にプラズマ処理装置のチャンバ内を効率よく効果的にクリーニングする方法及びクリーニング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、半導体の製造工程等では、ガスをプラズマ化して被処理基板（例えば、半導体ウェハ）に作用させ、被処理基板にエッチング処理やスパッタ処理あるいはイオン注入処理等を施す際にプラズマ処理装置が用いられている。また、このようなプラズマ処理装置としては、処理チャンバ内に平板状の上部電極と下部電極とが平行に対向するように配置され、これらの電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生させながら、ガス供給部からエッチングガスを供給する、いわゆる平行平板型のプラズマ処理装置が知られており、さらに、このような構造のプラズマ処理装置において磁界を用いてプラズマ密度を制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

このようなプラズマ処理装置では、プラズマエッチング等のプラズマ処理を繰り返して行うと、プラズマ化するガスの一成分として用いられているハロゲン系ガス（例えばＣＦ_４）との反応による副生成物が処理チャンバ内に配置された各種構成部材（部品）、特に上部電極に副生成物が付着し次第に増大したり、ガス供給部のガス穴内に付着した場合にはガス供給量が減少したりするなど、プラズマ処理に悪影響を与える可能性がある。このため、定期的に処理チャンバ内の構成部材に付着した付着物を除去するクリーニングを行っている。

【0004】

このプラズマ処理装置の部品のクリーニング方法としては、処理チャンバ内に酸素、水素、窒素などのクリーニングガスのプラズマを発生させて付着物をエッチングし除去する方法が知られている（特許文献２）。

【0005】

また、処理チャンバ内にクリーニングガスのプラズマを発生させてプラズマによって付着物をエッチングするとともに複数のコイルに通電して磁界を発生させ、かつ上部電極に付着した付着物の径方向における厚さに応じて該複数のコイルに通電する通電量をコイル毎に変更する方法が提案されている（特許文献３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３−１４９７２２号公報

【特許文献2】特開２００９−９９８５８号公報

【特許文献3】特開２０１５−１７０６１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、近年メモリ等の半導体デバイスの微細化、高集積化は限界に近くなっており、積層によって容量を増やす３次元ＮＡＮＤメモリ等が主流になっている。この３次元ＮＡＮＤメモリは、積層数を増やすことによって容量を増やすことができるが、積層数が増える分、プラズマエッチング工程の処理時間も延びるので、処理チャンバ内の付着物も増加する。このため上述したようなチャンバ内のクリーニングを頻繁に行わなければならず、クリーニングを効率的に短時間で行う方法の開発が求められていた。

【0008】

ここで、プラズマ処理装置の処理チャンバ内の構成部材への付着物は、プラズマ化するガスの一成分として用いられているハロゲン系ガス（例えばＣＦ_４）とイットリアやアルマイトなどの半導体材料とのプラズマによる反応生成物（例えばＹＦ_３やＡｌＦ_３）が主なものであり、これを除去する必要がある。

【0009】

しかしながら、特許文献２及び特許文献３に記載されたクリーニング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内でクリーニングガスのプラズマを発生させて構成部材の付着物をエッチングして除去するものであるので、処理効率が悪く構成部材に付着した副生成物が厚いときには十分に除去できない、という問題点がある。一方、構成部材に付着した副生成物を十分に除去しようとすると、これらのクリーニングガスはプラズマ化によるエッチング作用により副生成物（付着物）を除去するものであるので、クリーニング対象となる上部電極など構成部材の素材自体が損耗してしまうという問題点がある。また、除去作業に非常に手間がかかるという課題もある。

【0010】

そこで、処理チャンバ内のプラズマ処理装置の構成部材、特に上部電極への付着物が多い時には、これを処理チャンバ内から一旦取り出して、化学薬品やサンドブラストにより付着物を除去している。しかしながら、半導体ウェハなどの被処理基板はプラズマ処理装置により処理することから、プラズマ処理装置を分解して副生成物が付着した構成部材を取り出すことなく、装置内で処理できれば作業効率やプラズマ処理装置の停止時間を短くするうえで望ましい。

【0011】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、プラズマ処理装置を分解して処理チャンバ内から副生成物が付着した構成部材を取り出すことなく、クリーニング時における上部電極など被対象物の損耗を抑制することができるとともに、プラズマによるＹＦ_３などのフッ化物の付着物を効率よく短時間で除去することの可能なプラズマ処理装置のクリーニング方法及びこのクリーニング方法を実施するためのクリーニング装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的に鑑み、本発明は、第一に、被処理基板を収容する処理チャンバと、前記処理チャンバ内に配設され、前記被処理基板が載置される下部電極と、前記下部電極と対向する上部電極と、前記処理チャンバ内を減圧する減圧機構とを有するプラズマ処理装置の前記処理チャンバ内の構成部材及び／又は前記処理チャンバの内壁面に付着した付着物を除去するプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、前記処理チャンバ内に水蒸気を含む処理ガスを供給し、前記水蒸気をプラズマ化し、該プラズマ化した水蒸気を含む処理ガスにより前記処理チャンバ内の構成部材及び／又は前記処理チャンバの内壁面を処理することを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方法を提供する（発明１）。

【0013】

かかる発明（発明１）によれば、水（水蒸気）をプラズマ化すると水素ラジカル（Ｈ・）とヒドロキシラジカル（ＯＨ・）とが生成する。プラズマ処理において、処理チャンバ内の構成部材や処理チャンバの内壁面への付着物は、ほとんどはプラズマ化するガスの一成分として用いられている例えばＣＦ_４などのハロゲン系ガスとイットリアやアルマイト（Ａｌ_２Ｏ_３）などの被処理基板となる半導体材料とが反応したＹＦ_３やＡｌＦ_３などのフッ化物であるので、処理チャンバ内に水蒸気を供給し、これをブラズマ化して水蒸気プラズマで処理することにより、生成した水素ラジカル（Ｈ・）が付着物となっているＹＦ_３、ＡｌＦ_３などのフッ化物中のＦと反応してＨＦとすることでこれを除去する。また、残存するＹ、Ａｌなどのフッ化物中の陽イオン側の元素は、ヒドロキシラジカル（ＯＨ・）との反応によりイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、アルマイト（Ａｌ_２Ｏ_３）などの酸化物となる。これらによりプラズマ処理装置の処理チャンバ内の上部電極などの構成部材自身の損耗を抑制して、効率よく短時間で該構成部材をクリーニングすることができる。

【0014】

上記発明（発明１）においては、前記水蒸気を含む処理ガスが、前記プラズマ処理装置の上部電極もしくは上部電極近傍から噴霧されるのが好ましい（発明２）。

【0015】

かかる発明（発明２）によれば、水蒸気を含む処理ガスを上部電極側から噴霧してプラズマ化することにより、上部電極付近のプラズマ濃度を高めることができ、付着物の付着量が多くなりやすい上部電極を特に効率よくクリーングすることができる。

【0016】

上記発明（発明１，２）においては、前記水蒸気を含む処理ガスが、希ガス、酸素、窒素及び水素の１種又は２種以上を含有するのが好ましい（発明３）。

【0017】

かかる発明（発明３）によれば、上述したプラズマ化した水蒸気によるクリーニング効果に加え、プラズマ化した他のガス成分によるエッチング効果も期待できる。このエッチング効果は酸化物よりもフッ化物に対してより優先する傾向を示すので、効率的にプラズマ処理装置の処理チャンバ内の上部電極などの構成部材に付着した付着物をクリーニングすることができる。

【0018】

上記発明（発明１〜３）においては、前記処理ガスをプラズマ化するための高周波出力（ＲＦ出力）が５〜３００Ｗ／ｃｍ^２であるのが好ましい（発明４）。

【0019】

かかる発明（発明４）によれば、上記出力で処理ガスに高周波電力を付与することで、該処理ガスを効率的にプラズマ化することができるとともに処理対象である付着物が付着した構成部材自身の損耗が軽微で済む。

【0020】

上記発明（発明１〜４）においては、前記水蒸気を含む処理ガスを減圧状態下で０．５〜２０Ｐａの圧力となるように供給するのが好ましい（発明５）。

【0021】

かかる発明（発明５）によれば、処理空間である処理チャンバ内を減圧した状態で上記圧力の処理ガスを供給することで、該処理チャンバ内の処理ガスを効率よくプラズマ化しながら素早く拡散させて、短時間でクリーニングすることができるとともに処理対象である構成部材自身に与える影響が軽微で済む。

【0022】

また、本発明は、第二に、被処理基板を収容する処理チャンバと、前記処理チャンバ内に配設され、前記被処理基板が載置される下部電極と、前記下部電極と対向する上部電極と、前記処理チャンバ内を減圧する減圧機構とを有するプラズマ処理装置の前記処理チャンバ内の構成部材及び／又は前記処理チャンバの内壁面に付着した付着物を除去するプラズマ処理装置のクリーニング装置であって、前記処理チャンバ内に水蒸気を含む処理ガスを噴霧する噴霧機構を備えることを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング装置を提供する（発明６）。

【0023】

かかる発明（発明６）によれば、水（水蒸気）をプラズマ化すると水素ラジカル（Ｈ・）とヒドロキシラジカル（ＯＨ・）とが生成する。プラズマ処理において、処理チャンバ内の構成部材や処理チャンバの内壁面への付着物は、ほとんどはプラズマ化するガスの一成分として用いられている例えばＣＦ_４などのハロゲン系ガスとイットリアやアルマイト（Ａｌ_２Ｏ_３）などの被処理基板となる半導体材料とが反応したＹＦ_３やＡｌＦ_３などのフッ化物であるので、処理チャンバ内を減圧しながら噴霧機構から処理チャンバ内に水蒸気を供給し、上部電極及び下部電極に高周波電流を供与することで、処理チャンバ内の構成部材や処理チャンバの内壁面に付着した付着物を水蒸気プラズマで処理することができる。これによりプラズマ処理装置の処理チャンバ内の上部電極などの構成部材自身の損耗を抑制して、効率よく短時間で該構成部材をクリーニングすることができる。

【0024】

前記発明（発明６）においては、前記噴霧機構が、前記プラズマ処理装置の上部電極もしくは上部電極近傍に前記処理ガスを噴霧する噴霧口を有するのが好ましい（発明７）。

【0025】

かかる発明（発明７）によれば、水蒸気を含む処理ガスを上部電極側から噴霧してプラズマ化することができるので、上部電極付近のプラズマ濃度を高めることができ、付着物の付着量が多くなりやすい上部電極を特に効率よくクリーニングすることができる。

【発明の効果】

【0026】

本発明のプラズマ処理装置のクリーニング方法によれば、プラズマ処理装置の処理チャンバ内の構成部材や処理チャンバの内壁面に付着した付着物を、該処理チャンバ内に供給した水蒸気を含む処理ガスをプラズマ化して処理しているので、水蒸気をプラズマ化して生成した水素ラジカル（Ｈ・）が付着物となっているＹＦ_３などのフッ化物中のＦと反応してＨＦとすることでこれを除去する。また、残存するＹなどのフッ化物中の陽イオン側の元素は、ヒドロキシラジカル（ＯＨ・）との反応によりイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）などの酸化物となり、エッチングなどのように付着物を過度に擦り取って素地を損耗するようなことがなく、選択的に除去することができる。これによりクリーニング対象となるプラズマ処理装置の上部電極などの構成部材を処理チャンバ内から取り出すことなく、その損耗を抑制して、効率よく短時間でプラズマ処理装置をクリーニングすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の第一の実施形態によるプラズマ処理装置のクリーニング装置を模式的に示す概略図である。

【図2】本発明の第二の実施形態によるプラズマ処理装置のクリーニング装置を模式的に示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明の第一の実施形態によるプラズマ処理装置のクリーニング装置及びこれを用いたクリーニング方法について添付図面を参照して説明する。

【0029】

図１は半導体ウェハのプラズマ処理装置に付設した本実施形態に係るクリーニング装置を示しており、図１においてプラズマ処理装置は、処理チャンバ１と、この処理チャンバ１内に設けられた構成部材としての平板状の上部電極２と、前記平板状の上部電極２と平行に対向して設けられた平板状の下部電極３とを有する。そして、下部電極３の縁部には内壁板３Ａが立設置されている。これら上部電極２及び下部電極３は、高周波電流を供与するＲＦ（高周波）電源４にそれぞれ接続されていて、ＲＦ（高周波）電源４は所望の周波数及び所望のデューティー比でプラズマ生成用の高周波電力を上部電極２及び下部電極３に印加することができるようになっている。

【0030】

また、処理チャンバ１の上部には上部電極２の近傍に、クリーニング装置としての水蒸気を含む処理ガスＷを噴霧するガス導入管５が複数個所（本実施形態においては２か所）設けられていて、このガス導入管５の末端側は処理チャンバ１内に噴霧口５Ａとして開口している一方、基端側は水蒸気を含む処理ガスＷの噴霧機構（図示せず）に連通している。さらに、処理チャンバ１の下部には、減圧装置（図示せず）に接続した排気口６が形成されている。

【0031】

ここで、水蒸気を含む処理ガスＷとしては、水蒸気ガス単独だけでなく、水蒸気ガスに希ガス、酸素、窒素及び水素の１種又は２種以上を１０％以下程度、特に５％以下程度配合したものを用いてもよい。これらの他のガス成分をプラズマ化して処理することにより、水蒸気プラズマによる後述するフッ化物の変性による除去効果に加え、エッチング効果も発揮することができる。特に１０％以下程度の配合量であれば、エッチング効果は酸化物よりもフッ化物に対してより優先するので、処理対象の素地をいためることもない。

【0032】

上述したようなプラズマ処理装置において、処理対象は上部電極２や下部電極３などの処理チャンバ１内の構成部材及び処理チャンバ１の内壁面である。これらの処理対象は、少なくとも表層の一部がイットリア系材料又はアルマイト系材料のものが好適である。そして、本実施形態は、このプラズマ処理装置によるＣＦ_４などのハロゲン系ガスを用いたプラズマ処理に起因して素地であるイットリアなどが変性してＹＦ_３などの付着物が付着した処理チャンバ１内の構成部材及び処理チャンバ１の内壁面をクリーニングするためのものである。このような処理対象としては、ＹＦ_３などのフッ化物が厚く付着しやすい点で特に上部電極２が好適である。

【0033】

次に上述したような構成を有する本実施形態のプラズマ処理装置のクリーニング装置を用いたクリーニング方法について説明する。

【0034】

まず、プラズマ処理装置の処理チャンバ１を密封したら図示しない減圧装置を起動して排気口６から吸引し、処理チャンバ１内を好ましくは１０^−３Ｐａ以下にまで減圧する。このように処理チャンバ１内を１０^−３Ｐａ以下にまで減圧することにより、処理チャンバ１の内壁面や処理チャンバ１内の各種構成部材、特に上部電極２に付いている微細粉やその他の不純物を除去することができ、後述する水蒸気プラズマによる処理が容易となるため好ましい。

【0035】

次に図示しない噴霧機構を起動して上部電極２に近接して設けられたガス導入管５の噴霧口５Ａから水蒸気を含む処理ガスＷを上部電極２側から供給するとともにＲＦ電源４を用いて高周波を印加することで水蒸気を含む処理ガスＷをプラズマ化する。このように水蒸気をプラズマ化することにより水素ラジカル（Ｈ・）とヒドロキシラジカル（ＯＨ・）とが生成し、水素ラジカルが処理チャンバ１の内壁面や処理チャンバ１内の各種構成部材、特に上部電極２の付着物となっているＹＦ_３などのフッ化物中のＦと反応して、これをＨＦとすることで除去する。また、残存するＹなどのフッ化物中の陽イオン側の元素は、ヒドロキシラジカル（ＯＨ・）との反応によりイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）などの酸化物となる。ここで、ＹＦ_３などのフッ化物はもともと、上部電極２や下部電極３のイットリアが変性したものであるので、処理対象、特に上部電極２に付着した付着物をエッチングなどのように過度に擦り取ることなく選択的に除去することができる。特に本実施形態においては、上部電極２側から水蒸気を含む処理ガスＷを噴霧してプラズマ化しているので、上部電極２付近のプラズマ濃度を高めることができ、付着物の付着量が多くなりやすい上部電極２を特に効率よくクリーングすることができる、という効果を奏する。

【0036】

なお、処理ガスＷは、水蒸気ガス以外のガス成分を含んでいても良く、例えば希ガス、酸素、窒素及び水素の１種又は２種以上を含んでいても良い。この場合、上述した水蒸気のプラズマ化による作用に加え、エッチング効果も発揮することができる。特に１０％以下程度の配合量であれば、エッチング効果は酸化物よりもフッ化物に対してより優先するので、上部電極２などの処理対象の素地をいためることもない。

【0037】

ここで水蒸気を含む処理ガスＷは０．５〜２０Ｐａの圧力となるように供給するのが好ましい。処理ガスＷの圧力供給圧が０．５Ｐａ未満ではプラズマ化しにくくなる一方、２０Ｐａを超えてもそれ以上の効果の向上が得られないばかりか、上部電極２などの処理対象の素地を損耗しやすくなるため好ましくない。

【0038】

また、ＲＦ電源４を用いて高周波を印加する処理ガスＷをプラズマ化するための高周波出力は５〜３００Ｗ／ｃｍ^２であるのが好ましい。高周波出力が５Ｗ／ｃｍ^２未満ではプラズマが発生しにくくなり、上部電極２などの処理対象に付着したＹＦ_３などのフッ化物としての付着物を変性する効果が十分に得られなくなる一方、３００Ｗ／ｃｍ^２を超えてもそれ以上の効果の向上が得られないばかりか、上部電極２など処理対象自体を破損しやすくなるため好ましくない。なお、上記出力の場合、一般的なプラズマ処理装置では装置全体としての高周波出力は２５００〜１００００Ｗの範囲内となる。

【0039】

このプラズマ化した処理ガスＷによる処理時間は特に制限はないが、あまり長時間では経済的でない一方、短時間では十分なクリーニング効果が得られないことから３〜３０分程度行えばよい。

【0040】

上述したような本実施形態のプラズマ処理装置のクリーニング方法により、処理チャンバ１内設けられた構成部材としての上部電極２、下部電極３及び内壁板３Ａ、さらには処理チャンバ１の内壁面に付着した付着物を除去することができる。特にフッ化物としての付着物が付着しやすく、かつこの付着物が厚くなりやすい上部電極２のクリーニングに好適である。

【0041】

次に本発明の第二の実施形態について説明する。第二実施形態のプラズマ処理装置のクリーニング装置は、図２に示すように水蒸気を含む処理ガスＷを噴霧するガス導入管５が上部電極２に設けられ、上部電極２の下面に噴霧口５Ａが形成されている以外は、前述した第一の実施形態と同じ構成を有する。このガス導入管５は、エッチング用などのハロゲンガスの供給用管と共有すればよい。

【0042】

本実施形態のようにガス導入管５を上部電極２に設けることにより、前述した第一の実施形態と同様の作用を発揮するだけでなく、水蒸気を含む処理ガスＷを噴霧するガス導入管５を別途設ける必要がなく、半導体基板などの加工用のエッチング用などのハロゲンガスの供給用管を共用して、必要に応じて切り変えればよく、既存の装置を簡易に改良して、本実施形態の装置とすることができる。

【0043】

以上、本実施形態について添付図面を参照して説明してきたが、本発明は上記各核実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、水蒸気を含む処理ガスＷを噴霧するガス導入管５及び噴霧口５Ａは、処理チャンバ１の上部に限定されず、下部電極３や内壁板３Ａを中心にクリーニングしたい場合には、処理チャンバ１の下側に設けてもよいし、下側から上部電極２に向けて処理ガスＷを噴霧する構造としてもよい。

【実施例】

【0044】

以下の具体的実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
〔実施例１〜９〕
アルミニウム板の表面にイットリア溶射により２００μｍのイットリア被膜を形成しこれを素地とした。このイットリア被膜形成アルミニウム板をＣＦ_４ガスのプラズマに晒すことにより、イットリア被膜の表層に模擬付着物を形成させ、試験用の模擬上部電極２とした。この模擬上部電極２上の付着物の厚さは約２μｍであった。

【0045】

この試験用の模擬上部電極２を図１に示すクリーニング装置の処理チャンバ１内にセットし、この処理チャンバ１内を１０^−３Ｐａ以下に減圧し、水蒸気を含む処理ガスＷを表１に示すように０．５〜２５Ｐａで供給するとともに表１に示すように１〜５００Ｗ／ｃｍ^２の高周波出力で、処理ガスＷをプラズマ化して１０分間クリーニング処理を行った。これらの処理条件を表１に示す。また、処理後の上部電極２の表層の元素構成比をＸＰＳ測定するとともに、素地であるイットリア被膜の膜厚の減少量を計測した。結果を表２に示す。なお、参考例としてクリーニング模擬付着物を形成しクリーニングする前の上部電極２の表層の元素構成比のＸＰＳ測定結果を表２にあわせて示す。

【0046】

〔比較例１〕
実施例１で使用したのと同じ条件で模擬付着物を形成した試験用の上部電極２を図１に示すクリーニング装置の処理チャンバ１内にセットし、この処理チャンバ１内を１０^−３Ｐａ以下に減圧し、処理ガスとしてＡｒを１０Ｐａで供給するとともに３００Ｗ／ｃｍ^２の高周波出力で、処理ガスＷをプラズマ化して１０分間クリーニング処理を行った。これらの処理条件を表１に示す。また、処理後の上部電極２の表層の元素構成比をＸＰＳ測定するとともに、素地であるイットリア被膜の膜厚の減少量を計測した。結果を表２に示す。

【0047】

〔比較例２〕
実施例１で使用したのと同じ条件で模擬付着物を形成した試験用の上部電極２を図１に示すクリーニング装置の処理チャンバ１内にセットし、この処理チャンバ１内を１０^−３Ｐａ以下に減圧し、処理ガスとしてＨ_２を１０Ｐａで供給するとともに３００Ｗ／ｃｍ^２の高周波出力で、処理ガスＷをプラズマ化して１０分間クリーニング処理を行った。これらの処理条件を表１に示す。また、処理後の上部電極２の表層の元素構成比をＸＰＳ測定するとともに、素地であるイットリア被膜の膜厚の減少量を計測した。結果を表２に示す。

【0048】

【表1】

【0049】

【表2】

【0050】

表１及び表２から明らかなとおり、試験用の上部電極２の表層の組成の変化から実施例１〜９のクリーニング方法によれば、１０分間の処理時間で参考例と比べてフッ素が減少しており付着物を選択的にクリーニングすることができることがわかる。これはＹＦ_３などのフッ化物が水蒸気プラズマに起因する水素ラジカル（Ｈ・）と反応して、ＨＦとして除去される一方、陽イオン側のイットリウムがヒドロキシラジカル（ＯＨ・）と反応してイットリアとなるためであると考えられる。

【0051】

特に水蒸気を含む処理ガスＷの圧力が３Ｐａでは、高周波電源の出力を５Ｗ／ｃｍ^２以上とすることでクリーニング効果が大きいが、高周波電源の出力が３００Ｗ／ｃｍ^２超える実施例９では、イットリア被膜の減少が大きかった。また、高周波電源の出力が３００Ｗ／ｃｍ^２で水蒸気を含む処理ガスＷの圧力が２０Ｐａを超える実施例８では、イットリア被膜の損耗がわずかに認められた。

【0052】

これに対し、Ａｒを処理ガスとしてプラズマ化して同様にして処理チャンバ１内で試験用の上部電極２を処理した比較例１では、イットリア被膜の損耗が認められ、水素を処理ガスとしてプラズマ化して同様にして処理チャンバ１内で試験用の上部電極２を処理した比較例１では、元素構成比が、クリーニングする前の参考例に近いものであり、１０分程度のクリーニングでは付着物が十分に除去でないことがわかる。

【符号の説明】

【0053】

１…処理チャンバ
２…上部電極
３…下部電極
４…ＲＦ（高周波）電源
５…ガス導入管
５Ａ…噴霧口
６…排気口
Ｗ…水蒸気を含む処理ガス

【図1】

【図2】