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JP6661283B2 - クリーニング方法及びプラズマ処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、クリーニング方法及びプラズマ処理方法に関する。
磁性材を含む被加工体を、酸化性を有する反応ガスを用いて加工し、かつ、酸化性を有する反応ガスを除去して良好な磁気特性の磁気記録媒体等を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００５−５６５４７号公報
被加工体をエッチングする場合、被加工体に含まれる金属含有堆積物、カーボン含有堆積物、及び金属膜の下地膜又は処理容器内のパーツ等として使用されるシリコン含有堆積物といった異なる種類の堆積物が発生することがある。しかしながら、特許文献１では、同一のガスを使用して複数種類の異なる堆積物をクリーニングするため、堆積物の一部が除去しきれずに処理容器の内部に残留する。これらの残留物は、エッチングレートの変動及びパーティクルの発生を引き起こし、頻繁なパーツの交換を生じさせる要因となる。
上記課題に対して、一側面では、本発明は、複数種類の堆積物の除去を効果的に行うクリーニング方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、金属を含む膜をエッチングする基板処理装置をクリーニングする方法であって、水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりカーボン含有堆積物を除去する第１のクリーニング工程と、前記第１のクリーニング工程後に、不活性ガスから生成されたプラズマにより金属含有堆積物を除去する第２のクリーニング工程と、前記第２のクリーニング工程後に、フッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりシリコン含有堆積物を除去する第３のクリーニング工程と、を有するクリーニング方法が提供される。
一の側面によれば、複数種類の堆積物の除去を効果的に行うクリーニング方法を提供することができる。
一実施形態に係るエッチング装置の縦断面の一例を示す図。 一実施形態に係るＭＲＡＭ素子の一例を示す図。 パーティクル発生の一例を説明するための図。 一実施形態に係るクリーニング処理の一例を示すフローチャート。 一実施形態に係るクリーニングとパーティクル発生の抑制を説明するための図。 一実施形態に係る第１のクリーニング工程後の終点検出結果の一例を示す図。 一実施形態に係る第２のクリーニング工程後の終点検出結果の一例を示す図。 一実施形態に係る第３のクリーニング工程後の終点検出結果の一例を示す図。 一実施形態に係るクリーニングによるＥＲシフトの抑制の一例を示す図。 一実施形態に係るエッチング及びクリーニング時の発光強度の計測結果の一例を示す図。 一実施形態に係るクリーニング時間の最適値の一例を示す図。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
［エッチング装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態に係るエッチング装置１について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るエッチング装置１の縦断面の一例を示す。本実施形態に係るエッチング装置１は、処理容器１０内に載置台２０とガスシャワーヘッド２５とを対向配置した平行平板型のプラズマ処理装置（容量結合型プラズマ処理装置）である。載置台２０は、半導体ウェハ（以下、単に「ウェハＷ」という。）を保持する機能を有するとともに下部電極として機能する。ガスシャワーヘッド２５は、ガスを処理容器１０内にシャワー状に供給する機能を有するとともに上部電極として機能する。
処理容器１０は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなり、円筒形である。処理容器１０は、電気的に接地されている。載置台２０は、処理容器１０の底部に設置され、ウェハＷを載置する。ウェハＷは、エッチング対象である基板の一例であり、ウェハＷには、ＭＲＡＭ素子の金属積層膜が形成されている。
載置台２０は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から形成されている。載置台２０の上面には、基板を静電吸着するための静電チャック１０６が設けられている。静電チャック１０６は、絶縁体１０６ｂの間にチャック電極１０６ａを挟み込んだ構造になっている。
チャック電極１０６ａには直流電圧源１１２が接続され、直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａに直流電流が供給される。これにより、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着される。
静電チャック１０６には、ウェハＷの周縁部を囲うように、円環状のフォーカスリング１０３が載置される。フォーカスリング１０３は、導電性部材、例えば、シリコンからなり、処理容器１０の内部においてプラズマをウェハＷの表面に向けて収束し、エッチングの効率を向上させる。
載置台２０は、支持体１０４により支持されている。支持体１０４の内部には、冷媒流路１０４ａが形成されている。冷媒流路１０４ａには、冷媒入口配管１０４ｂ及び冷媒出口配管１０４ｃが接続されている。チラー１０７から出力された例えば冷却水やブライン等の冷却媒体は、冷媒入口配管１０４ｂ、冷媒流路１０４ａ及び冷媒出口配管１０４ｃを循環する。これにより、載置台２０及び静電チャック１０６は冷却される。
伝熱ガス供給源８５は、ヘリウムガス（Ｈｅ）やアルゴンガス（Ａｒ）等の伝熱ガスをガス供給ライン１３０に通して静電チャック１０６上のウェハＷの裏面に供給する。係る構成により、静電チャック１０６は、冷媒流路１０４ａに循環させる冷却媒体と、ウェハＷの裏面に供給する伝熱ガスとによって温度制御される。この結果、基板を所定の温度に制御することができる。
第１高周波電源３４は、整合器３５を介してガスシャワーヘッド２５に電気的に接続される。第１高周波電源３４は、例えば、６０ＭＨｚのプラズマ励起用の高周波電力ＨＦを載置台２０に印加する。なお、本実施形態では、高周波電力ＨＦはガスシャワーヘッド２５に印加されるが、載置台２０に印加されてもよい。第２高周波電源３２は、整合器３３を介して載置台２０に電気的に接続される。第２高周波電源３２は、例えば、１３．５６ＭＨｚのバイアス用の高周波電力ＬＦを載置台２０に印加する。
整合器３５は、第１高周波電源３４の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。整合器３３は、第２高周波電源３２の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。整合器３５及び整合器３３は、処理容器１０内にプラズマが生成されているときに第１高周波電源３４及び第２高周波電源３２の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
ガスシャワーヘッド２５は、多数のガス供給孔５５を有する天井電極板４１と、天井電極板４１を着脱可能に釣支するクーリングプレート４２とを有する。ガスシャワーヘッド２５は、その周縁部を被覆するシールドリング４０を介して処理容器１０の天井部の開口を閉塞するように取り付けられている。ガスシャワーヘッド２５には、ガスを導入するガス導入口４５が形成されている。ガスシャワーヘッド２５の内部にはガス導入口４５から分岐したセンタ側の拡散室５０ａ及びエッジ側の拡散室５０ｂが設けられている。ガス供給源１５から出力されたガスは、ガス導入口４５を介して拡散室５０ａ、５０ｂに供給され、それぞれの拡散室５０ａ、５０ｂにて拡散されて多数のガス供給孔５５から載置台２０に向けて導入される。
処理容器１０の底面には排気口６０が形成されており、排気口６０に接続された排気装置６５によって処理容器１０内が排気される。これにより、処理容器１０内を所定の真空度に維持することができる。処理容器１０の側壁にはゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧの開閉により処理容器１０からウェハＷの搬入及び搬出が行われる。
エッチング装置１には、石英窓１０９を通して処理容器１０内のプラズマ中の各波長の光の強度を測定可能な発光センサ１０８が取り付けられている。
エッチング装置１には、装置全体の動作を制御する制御部１００が設けられている。制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０５、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１０及びＲＡＭ（Random Access Memory）１１５を有している。ＣＰＵ１０５は、これらの記憶領域に格納された各種レシピに従って、後述されるエッチング処理及び除電処理等の所望の処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、処理容器１０内温度（上部電極温度、処理容器の側壁温度、静電チャック温度など）、チラー１０７の温度などが記載されている。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶領域の所定位置にセットするようにしてもよい。
また、制御部１００は、発光センサ１０８が検出した検出値に基づき、各波長の発光スペクトルを測定し、後述される各クリーニング工程の終点検出を行う。
エッチング処理時には、ゲートバルブＧの開閉が制御され、ウェハＷが処理容器１０に搬入され、載置台２０に載置される。直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａに直流電流が供給されることにより、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着され、保持される。
次いで、エッチング用のガス、プラズマ励起用の高周波電力ＨＦ及びバイアス用の高周波電力ＬＦが処理容器１０内に供給され、プラズマが生成される。生成されたプラズマによりウェハＷにプラズマエッチング処理が施される。
エッチング処理後、直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａにウェハＷの吸着時とは正負が逆の直流電圧ＨＶを印加してウェハＷの電荷を除電し、ウェハＷを静電チャック１０６から剥がす。ゲートバルブＧの開閉が制御され、ウェハＷが処理容器１０から搬出される。
［ＭＲＡＭ素子］
本実施形態に係るエッチング装置１は、ウェハＷ上のＭＲＡＭ素子をエッチングした後のクリーニングを複数のクリーニング工程に分けて順に実行することでエッチング時に処理容器１０の内部に堆積した金属、カーボン、シリコンの反応生成物を効率よく除去する。
本実施形態に係るクリーニング方法について説明する前に、ＭＲＡＭ素子２の一例について、図２を参照しながら簡単に説明する。ＭＲＡＭ素子は、金属積層膜を含む多層膜から形成される。金属積層膜としては、例えば、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ボロン（Ｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、マンガン（Ｍｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等が含まれてもよい。また、上記いずれかの金属を含む酸化物又は窒化物が含まれてもよい。
図２は、ＭＲＡＭ素子２の断面の一例を示す。ＭＲＡＭ素子２は、シリコンのウェハＷ上に配置されており、下から順に下部電極層３、ピン止め層４、第２磁性層５、絶縁層６、第１磁性層７、上部電極層８、及びマスク９が積層されている。ＭＲＡＭ素子２の第１磁性層７、上部電極層８、及びマスク９の側壁には、保護膜１１が設けられている。以下では、第２磁性層５、絶縁層６及び第１磁性層７の積層膜を金属積層膜１２とも称呼する。
下部電極層３は、基板上に形成される電気伝導性を有する電極部材である。下部電極層３の厚さは、例えば約５ｎｍである。ピン止め層４は、下部電極層３及び第２磁性層５の間に配置される。ピン止め層４は、反強磁性体によるピン止め効果により下部電極層３の磁化の方向を固定する。ピン止め層４としては、例えばＩｒＭｎ（イリジウムマンガン）、ＰｔＭｎ（プラチナマンガン）等の反強磁性体材料が用いられ、その厚さは、例えば約７ｎｍである。
第２磁性層５は、ピン止め層４上に配置される強磁性体を含む層である。第２磁性層５は、ピン止め層４によるピン止め効果により、磁化の方向が外部磁界の影響を受けず一定に保持されるいわゆるピンド層として機能する。第２磁性層５としては、ＣｏＦｅＢが用いられ、その厚さは、例えば約２．５ｎｍである。
絶縁層６は、第２磁性層５及び第１磁性層７により挟まれ、磁性トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel junction）を構成する。磁性トンネル接合（ＭＴＪ）では、第２磁性層５と第１磁性層７との間に絶縁層６が介在することにより、第２磁性層５と第１磁性層７との間に、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Tunnel magnetoresistance）が生じる。すなわち、第２磁性層５と第１磁性層７との間には、第２磁性層５の磁化方向と第１磁性層７の磁化方向との相対関係（平行または反平行）に応じた電気抵抗が生じる。絶縁層６としては、Ａｌ２Ｏ３やＭｇＯが用いられ、その厚さは、例えば１．３ｎｍである。
第１磁性層７は、絶縁層６上に配置される強磁性体を含む層である。第１磁性層７は、磁気情報である外部磁場に磁化の向きが追従する、いわゆるフリー層として機能する。第１磁性層７としては、ＣｏＦｅＢが用いられ、その厚さは、例えば約２．５ｎｍである。
上部電極層８は、第１磁性層７上に形成される電気伝導性を有する電極部材である。上部電極層８の厚さは、例えば約５ｎｍである。マスク９は、上部電極層８上に形成される。マスク９は、ＭＲＡＭ素子２の平面形状に応じた形状に形成される。マスク９としては、例えばＴａ、ＴｉＮ、ＳｉＯ２、Ｗ、Ｔｉ等が用いられ、その厚さは例えば５０ｎｍである。
ＭＲＡＭ素子２のエッチングの際、金属膜に含まれるマグネシウム（Ｍｇ）等の金属の堆積物、ＭＲＡＭ素子２のエッチングガスとして用いられる炭素含有ガスの反応生成物等から生じるカーボン（Ｃ）の堆積物、金属膜の下地のシリコンのウェハＷ又はシリコンを含む処理容器内パーツ等がエッチングされることにより生じるシリコン（Ｓｉ）の堆積物といった異なる種類の堆積物が発生する。これらの堆積物Ｄｐは、図３（ａ）に示すようにガスシャワーヘッド２５の天井面に付着する。堆積物Ｄｐの一部は、図３（ｂ）に示すようにその厚さが所定以上になったとき等に天井面から剥がれ、ウェハＷ上やフォーカスリング１０３上に飛来し、堆積する。これにより、ガスシャワーヘッド２５の天井面には、堆積物Ｄｐが付着したままの部分と堆積物Ｄｐが脱離した部分が生じ、堆積物Ｄｐが脱離した部分は、クリーニングやエッチングの際にスパッタされて削れ、天井部には例えば縞状の凹凸が形成される。この結果、図３（ｃ）に示すように天井面Ａがマイクロマスク化し、例えば１００ミクロン程度の通常よりも大きなパーティクルとなってウェハＷ上に落ちてくる。
金属含有堆積物、カーボン含有堆積物、シリコン含有堆積物を同一のガスでクリーニングすると堆積物の一部が除去しきれずに処理容器の内部に残留し、エッチングレートを変動させたり、パーティクルを発生させたりする要因となる。
そこで、本実施形態にかかるクリーニング方法は、金属含有堆積物、カーボン含有堆積物、シリコン含有堆積物を、別々のクリーニング工程においてそれぞれに適した特定のガスから生成されたプラズマを用いて除去する。これにより、金属含有堆積物、カーボン含有堆積物、シリコン含有堆積物の成分を分けて除去することができ、長期運用時にエッチングレートの安定化を図り、パーティクルの発生を抑制し、パーツの寿命を長期化できる。
［クリーニング方法］
本実施形態にかかるクリーニング方法について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。前提として本クリーニングの前にステップＳ１０〜Ｓ１４においてＭＲＡＭのエッチングが実行される。具体的には、ステップＳ１０において製品用のウェハＷが搬入され、ステップＳ１２において炭化水素ガスを含むエッチングガスによりプラズマエッチングが実行され、ステップＳ１４においてエッチング後のウェハＷが搬出される。本実施形態にかかるクリーニング方法は、１枚又は複数枚の製品用のウェハＷのエッチングが実行された後のエッチング装置１のクリーニングに使用される。
（第１のクリーニング工程：カーボン含有堆積物の除去）
クリーニング工程では、まず、ステップＳ１６にてダミーウェハが搬入される。次に、ステップＳ１８にて、処理容器１０内にＮ２（Ｎ２）ガス及びＨ２（Ｈ２）ガスを含むガスを供給し、窒素ガス及び水素ガスのプラズマを生成する。生成したプラズマのうちの主に水素ラジカルの作用によりカーボン含有堆積物を除去することができる。なお、本工程は、水素含有ガスを含むガスを供給し、水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりカーボン含有堆積物を除去する第１のクリーニング工程の一例である。
第１のクリーニング工程では、水素含有ガス及び窒素含有ガスを含むガスを供給すればよい。例えば、第１のクリーニング工程では、窒素ガス、水素ガス及びアルゴンガス（Ａｒ）を供給してもよい。なお、第１のクリーニング工程では、酸素（Ｏ２）ガス及びフッ素（Ｆ）ガスを含むガスは供給しない。次工程で除去する金属含有堆積物が酸素ガス及びフッ素ガスを含むガスにより酸化及びフッ化することを防止するためである。
第１のクリーニング工程では図５（ａ）の「１．カーボン含有堆積物の除去」を完全に行うために、制御部１００は、発光センサ１０８の検出値に基づき３８７ｎｍのＣＮ（炭化窒素）の発光強度を測定して第１の終点検出を行った後に次のクリーニング工程に進む。
終点検出（ＥＰＤ：Endpoint detection）は、エッチング装置１に取り付けられた発光センサ１０８を用いてプラズマ中の各波長の光の強度を測定することにより行われる。制御部１００は、測定した処理容器１０内のプラズマ中の発光スペクトルから、カーボン含有堆積物とプラズマに含まれる窒素成分とが反応することで発生する窒化炭素（387nm）の発光強度を検出する。制御部１００は、この窒化炭素の発光強度の時間に対する傾きが０となったときに第１の終点検出と判定する。例えば、図６Ａは、７枚のダミーウェハについての第１の終点検出の結果を示している。図６Ａのグラフの横軸は時間を示し、縦軸は窒化炭素（387nm）の発光強度を示す。窒化炭素（387nm）の発光強度の時間に対する傾きがほぼ０になったとき、処理容器１０内のカーボン含有堆積物はほとんどないと判定できる。
このように本実施形態の制御部１００は、窒化炭素の発光強度の時間に対する傾きがほぼ０となったときを第１の終点検出と判定することで、クリーニング時間を実際にカーボン含有堆積物をほぼ完全に除去する時間に最適化することができる。これにより、カーボン含有堆積物をほぼ完全に除去した後に次の第２のクリーニング工程に移行することができる。
（第２のクリーニング工程：金属含有堆積物の除去）
図４に戻り、ステップＳ２０において制御部１００が第１の終点を検出した場合、ステップＳ２２に進み、第２のクリーニング工程が実行される。第２のクリーニング工程において処理容器１０内にはアルゴンガスが供給され、アルゴンガスのプラズマの主にイオンのスパッタの作用により金属含有堆積物がたたき出され、処理容器１０外に除去される。なお、本工程は、第１のクリーニング工程後に、不活性ガスを供給し、不活性ガスから生成されたプラズマにより金属含有堆積物を除去する第２のクリーニング工程の一例である。
本実施形態では、第２のクリーニング工程のガスとしてアルゴンガスが供給されるが、第２のクリーニング工程にて供給されるガスはこれに限らず、ヘリウム（Ｈｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の他の不活性ガスであってもよい。なお、第２のクリーニング工程では、酸素ガス及びフッ素ガスを含むガスは供給しない。金属含有堆積物が酸素ガス及びフッ素ガスを含むガスにより酸化及びフッ化することを防止するためである。
第２のクリーニング工程では、制御部１００は、発光センサ１０８が測定した処理容器１０内のプラズマ中の発光スペクトルから、アルゴンガスのプラズマによりスパッタされた金属含有堆積物の発光強度を検出する。測定対象の金属含有堆積物には、白金（Ｐｔ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）及びルテニウム（Ｒｕ）が含まれてもよい。測定対象の金属含有堆積物には、ＭＲＡＭ素子２に含まれるコバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ），ボロン（Ｂ），パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ），マンガン（Ｍｎ），イリジウム（Ｉｒ），ルテニウム（Ｒｕ），マグネシウム（Ｍｇ），チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）及び下地膜のタンタル（Ｔａ）の少なくともいずれかが含まれてもよい。なお、タンタルの堆積物は、例えば、ＭＲＡＭ素子２に含まれるタンタル（Ｔａ）からなる下地膜をオーバーエッチングしたときに発生する。
制御部１００は、これらの金属含有堆積物の発光強度の時間に対する傾きが０となったときに第２の終点検出と判定する。図６Ｂは７枚のダミーウェハについての第２の終点検出の結果を示している。例えば、図６Ｂの第２の終点検出の対象は、（ｂ−１）の266nmの白金（Ｐｔ）、（ｂ−２）の285nmのマグネシウム（Ｍｇ）及びタンタル（Ｔａ）、（ｂ−３）の345nmのコバルト（Ｃｏ）及び（ｂ−４）の373nmのルテニウム（Ｒｕ）である。各金属の発光強度の時間に対する傾きがほぼ０になったとき、処理容器１０内の各金属含有堆積物はほとんどないと判定できる。
このように本実施形態の制御部１００は、所定の金属の発光強度の時間に対する傾きがほぼ０となったときを第２の終点検出と判定することで、クリーニング時間を実際に金属含有堆積物をほぼ完全に除去する時間に最適化することができる。これにより、金属含有堆積物をほぼ完全に除去した後に次の第３のクリーニング工程に移行することができる。
図４に戻り、ステップＳ２４において制御部１００が第２の終点を検出した場合、ステップＳ２６においてダミーウェハが搬出され、ステップＳ２８において別のダミーウェハが搬入される。これにより、図５（ｂ）に示すように特に第２のクリーニング工程中にスパッタによりに天井部から落ちてダミーウェハ上に堆積したカーボンや金属の反応生成物を処理容器外に速やかに排出することができる。その後、図５（ｃ）に示すＳｉＯ２やＳｉＣ等のシリコン含有堆積物の除去を実行する次の第３のクリーニング工程が開始される。ただし、ステップＳ２６及びＳ２８のダミーウェハの取替処理は省略することができる。また、ステップＳ２６のダミーウェハの取り出しを実行した後、ステップＳ２８にて新しいダミーウェハを搬入する処理を省略してもよい。
（第３のクリーニング工程：シリコン含有堆積物の除去）
図４に戻り、ステップＳ３０に進み、第３のクリーニング工程が実行される。第３のクリーニング工程では、処理容器１０内に四フッ化炭素（ＣＦ４）ガス及び酸素ガスを含むガスが供給され、四フッ化炭素ガス及び酸素ガスのプラズマが生成される。生成したプラズマのうちの主にフッ素系ラジカルの作用によりシリコン（シリコン酸化膜を含む）の堆積物が除去される。なお、本工程は、第２のクリーニング工程後に、フッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含むガスを供給し、フッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりシリコン含有堆積物を除去する第３のクリーニング工程の一例である。
第３のクリーニング工程では、フッ素含有ガスの他の例としてフッ素ガス（Ｆ２）、三フッ化窒素ガス（ＮＦ３）及び六フッ化硫黄ガス（ＳＦ６）を供給してもよい。また、フッ素含有ガス及び酸素含有ガスとともに不活性ガスを導入してもよい。
第３のクリーニング工程において図５（ｃ）の「３．シリコン含有堆積物の除去」をほぼ完全に行うために、制御部１００はシリコンの発光強度を測定して第３の終点検出を行う。例えば、図６Ｃでは、７枚のダミーウェハについての第３の終点検出の結果の一例が示されている。制御部１００は、シリコンの発光強度の時間に対する傾きが０となったときに第３の終点検出と判定する。第３の終点検出が第３のクリーニング工程毎に実行されることで、クリーニング時間が実際にシリコン含有堆積物を完全に除去できる時間に最適化される。これにより、シリコン含有堆積物を完全に除去することができる。
（シーズニング工程：処理容器内の雰囲気を整える）
図４に戻り、ステップＳ３２において制御部１００が第３の終点を検出した場合、ステップＳ３４に進み、窒素ガス及び水素ガスを含むガスを供給し、第３のクリーニング工程で発生したフッ素系ガス及び酸素系ガスを処理容器外に除去する（シーズニング工程）。これにより、処理容器内の雰囲気を整え、本処理を終了する。
シーズニング工程では、水素含有ガスを含むガスを供給すればよい。例えば、シーズニング工程では、窒素ガス、水素ガス及びアルゴンガス（Ａｒ）を供給してもよい。また、供給するガスに水素含有ガスが含まれていれば、窒素含有ガスが含まれていなくてもよい。なお、本工程は、第３のクリーニング工程後に、水素含有ガスを含むガスを供給し、該水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりフッ素含有ガス及び酸素含有ガスを除去する第４のクリーニング工程の一例である。
本実施形態にかかるクリーニングする方法を使用してクリーニング及びシーズニングを行った後のエッチング装置１にて、ＭＲＡＭ素子２のエッチングを実行した結果の一例を図７に示す。図７には、ＭＲＡＭ素子２のエッチングの際の白金（Ｐｔ：266nm）のプラズマ中の発光スペクトルの時間的変化が示されている。７枚の製品ウェハのエッチングにおいて発光スペクトルのピーク、つまりＭＲＡＭ素子２の白金層（Ｐｔ）のエッチングが行われている時間にバラツキがないことが示されている。これにより、本実施形態にかかるクリーニングする方法によってエッチングレートの変動を防止できたことがわかる。
なお、図７では、白金層（Ｐｔ）のエッチングに注目したが、ＭＲＡＭ素子２の他の金属層の発光スペクトルを測定しても同様にエッチングが行われている時間にバラツキがないことは容易に予想される。図８（ａ）は、ＭＲＡＭ素子２のエッチング時に測定された発光スペクトルの一例を示す。図８（ｂ）は、ＭＲＡＭ素子２のクリーニング時に測定された発光スペクトルの一例を示す。これによれば、エッチングが開始されてから発光スペクトルのピークが生じる順番は、図８（ａ）に示すようにルテニウム（Ｒｕ）→マグネシウム（Ｍｇ）及びタンタル（Ｔａ）→コバルト（Ｃｏ）→白金（Ｐｔ）の順である。
これに対して、クリーニングが開始されてから発光スペクトルのピークが生じる順番は、エッチングと逆になり、図８（ｂ）に示すように白金（Ｐｔ）→コバルト（Ｃｏ）→マグネシウム（Ｍｇ）及びタンタル（Ｔａ）→ルテニウム（Ｒｕ）の順である。よって、エッチング時に最も新しく堆積された堆積物から順にクリーニングにより除去されていることがわかる。
以上、本実施形態にかかるクリーニングする方法によれば、クリーニング工程毎に特定のガスを供給して特定のプラズマによりクリーニングを行う。また、クリーニング工程毎に発光スペクトルに基づく終点検出が実行される。これにより、エッチングがされた際に発生した複数種類の異なる積層膜を順に除去することができる。
なお、前記の終点検出は、質量ガス分析計や二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）計を用いてもよいし、これらの計測器と同じイオン検出原理の分析計を用いてもよい。
以上に説明したように、本実施形態にかかるクリーニングする方法によれば、ＭＲＡＭ素子の金属膜をエッチング後の処理容器１０内のカーボン、金属、シリコン含有堆積物を効率良く除去できる。これにより、処理容器内のパーツ上に金属成分及びカーボン成分が残留することにより生じるマイクロマスクをなくすることができ、パーツ表面のラフネスの安定とパーティクルの発生を効率的に抑制し、パーツの寿命を延ばすことができる。また、本実施形態にかかるクリーニングする方法によれば、一枚又は複数枚の製品ウェハのエッチング後にカーボン、金属、シリコンの成分を別々のクリーニングガスにより別々にクリーニングする工程を設けることによって効率よく除去できる。このため、エッチングレートが変動せず、長期運用における安定したエッチングコンディションを保持することができる。
さらに、制御部１００が発光スペクトルに基づく終点検出を実行することで、発光センサ１０８の検出値に応じてクリーニング時間の最適値を算出できる。これにより、第１〜第３の終点検出の時間に基づき、クリーニング時間の自動制御を行うことができる。
クリーニング時間の最適化について、図９を用いて簡単に説明する。図９では、シリコン（Ｓｉ：252nm）、白金（Ｐｔ：266nm）、マグネシウム（Ｍｇ：285nm）、コバルト（Ｃｏ：345nm）、ルテニウム（Ｒｕ：373nm）の発光スペクトルの一例が示されている。本例では、制御部１００は、シリコンと上記の金属のすべての発光強度の時間に対する傾きがほぼ０になる８００秒をクリーニング時間の最適値として算出し、第２及び第３のクリーニング工程におけるクリーニング時間を８００秒に制御する。これにより、クリーニング時間の自動制御を行うことができる。
以上、クリーニング方法を上記実施形態により説明したが、本発明に係るクリーニング方法は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
例えば、上記実施形態では、第１磁性層及び第２磁性層により絶縁層を挟んで積層された金属を含む膜のＭＲＡＭをエッチングしたエッチング装置１の処理容器の内部をクリーニングする方法について説明した。しかしながら、エッチング対象膜は、ＭＲＡＭに限られず、金属を含む膜又は金属膜を含む多層膜材料であればよい。
また、上記実施形態にかかるクリーニング方法では、第１〜第４のクリーニング工程（シーズニング工程を含む）が実行された。しかしながら、本発明にかかるクリーニング方法はこれに限らず、第１及び第２のクリーニング工程が実行され、第３及び第４のクリーニング工程は実行されなくてもよい。
この場合、水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりカーボン含有堆積物をクリーニングする第１のクリーニング工程と、第１のクリーニング工程後に、不活性ガスを供給し、該不活性ガスから生成されたプラズマにより金属含有堆積物をクリーニングする第２のクリーニング工程とを有するクリーニング方法が実行される。第１のクリーニング工程においてプラズマ中の主に水素ラジカルの化学作用によりカーボン含有堆積物が除去される。次に、第２のクリーニング工程においてプラズマのうちの主にアルゴンイオンのスパッタにより金属含有堆積物が物理的にたたき出され、処理容器１０外に排出される。このようにして種類の異なる堆積物を順にほぼ完全に除去でき、これにより、エッチングレートの変動、パーティクルの発生を防止でき。パーツの寿命を延ばすことができる。
本実施形態に係るエッチング装置は、本発明に係る基板処理装置の一例である。本発明に係る基板処理装置には、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置だけでなく、その他の基板処理装置を適用することができる。その他の基板処理装置としては、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置等があげられる。
また、本発明に係る基板処理装置により処理される基板は、ウェハに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
なお、ＭＲＡＭ素子２のエッチングガスとして用いられる炭素含有ガスの例には、メタン（ＣＨ４）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、四フッ化炭素（ＣＦ４）、フッ化カルボニル（ＣＯＦ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ、アセチルアセトン（Ｃ５Ｈ８Ｏ２）、ヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｃ５Ｈ２Ｆ６Ｏ２）、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）、ピリジン（Ｃ５Ｈ５Ｎ）、および／またはギ酸（ＨＣＯＯＨ）などがあるが、これに限定されない。
１：エッチング装置
２：ＭＲＡＭ素子
３：下部電極層
４：ピン止め層
５：第２磁性層
６：絶縁層
７：第１磁性層
８：上部電極層
９：マスク
１０：処理容器
１２：金属積層膜
１５：ガス供給源
２０：載置台
２５：ガスシャワーヘッド
３２：第２高周波電源
３４：第１高周波電源
１００：制御部
１０３：フォーカスリング
１０６：静電チャック
１０８：発光センサ
Ｄｐ：堆積物
Ｗ：シリコン基板

Claims (10)

  1. 金属を含む膜をエッチングする基板処理装置をクリーニングする方法であって、
    水素含有ガスを含むガスを供給し、該水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりカーボン含有堆積物を除去する第１のクリーニング工程と、
    前記第１のクリーニング工程後に、不活性ガスを供給し、該不活性ガスから生成されたプラズマにより金属含有堆積物を除去する第２のクリーニング工程と、
    前記第２のクリーニング工程後に、フッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含むガスを供給し、該フッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりシリコン含有堆積物を除去する第３のクリーニング工程と、
    を有するクリーニング方法。
  2. 前記第３のクリーニング工程後に、水素含有ガスを含むガスを供給し、該水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりフッ素含有ガス及び酸素含有ガスを除去する第４のクリーニング工程を有する、
    請求項１に記載のクリーニング方法。
  3. 前記第１のクリーニング工程においてＣＮ（炭化窒素）の発光強度に基づき第１の終点検出を行った後に前記第２のクリーニング工程を開始する、
    請求項１又は２に記載のクリーニング方法。
  4. 前記第２のクリーニング工程においてＰｔ（白金）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｃｏ（コバルト）及びＲｕ（ルテニウム）の少なくともいずれかの発光強度に基づき第２の終点検出を行った後に前記第３のクリーニング工程を開始する、
    請求項１〜３のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
  5. 前記第３のクリーニング工程においてＳｉ（シリコン）の発光強度に基づき第３の終点検出を行った後に前記第４のクリーニング工程を開始する、
    請求項２に記載のクリーニング方法。
  6. 前記第１のクリーニング工程においてＣＮ（炭化窒素）の発光強度に基づき第１の終点検出を行った後に前記第２のクリーニング工程を開始し、
    前記第２のクリーニング工程においてＰｔ（白金）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｃｏ（コバルト）及びＲｕ（ルテニウム）の少なくともいずれかの発光強度に基づき第２の終点検出を行った後に前記第３のクリーニング工程を開始し、
    前記第３のクリーニング工程においてＳｉ（シリコン）の発光強度に基づき第３の終点検出を行った後に前記第４のクリーニング工程を開始し、
    前記第１の終点検出の時間、前記第２の終点検出の時間及び前記第３の終点検出の時間に基づき、クリーニング時間の自動制御を行う、
    請求項２に記載のクリーニング方法。
  7. 前記第１のクリーニング工程前にダミーウェハを搬入し、
    前記第２のクリーニング工程後に該ダミーウェハを搬出して新たなダミーウェハを搬入する、
    請求項１〜６のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
  8. 金属を含む膜をエッチングする基板処理装置をクリーニングする方法であって、
    水素含有ガスを含むガスを供給し、該水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりカーボン含有堆積物をクリーニングする第１のクリーニング工程と、
    前記第１のクリーニング工程後に、不活性ガスを供給し、該不活性ガスから生成されたプラズマにより金属含有堆積物をクリーニングする第２のクリーニング工程と、
    を有するクリーニング方法。
  9. 前記第１のクリーニング工程においてＣＮ（窒化炭素）の発光強度に基づき該第１のクリーニングの終点検出を行った後に前記第２のクリーニング工程を開始する、
    請求項８に記載のクリーニング方法。
  10. 基板処理装置内にてエッチングガスにより金属を含む膜をエッチングする工程と、
    前記基板処理装置内に水素含有ガスを含むガスを供給し、該水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりカーボン含有堆積物を除去し、前記基板処理装置の内部をクリーニングする第１のクリーニング工程と、
    前記第１のクリーニング工程後に前記基板処理装置内に不活性ガスを供給し、該不活性ガスから生成されたプラズマにより金属含有堆積物を除去し、前記基板処理装置の内部をクリーニングする第２のクリーニング工程と、
    前記第２のクリーニング工程後に前記基板処理装置内にフッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含むガスを供給し、該フッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりシリコン含有堆積物を除去し、前記基板処理装置の内部をクリーニングする第３のクリーニング工程と、
    を有するプラズマ処理方法。
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