JP2000355768A - プラズマｃｖｄ装置におけるクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クリーニング時間の短縮によるスループット
の向上と重金属汚染の減少を図る。 【解決手段】 上部電極７とサセプタ８と円筒電極３を
有するプラズマＣＶＤ装置において、サセプタ８を上部
電極７に対して接近離間自在に構成し、クリーニング時
に、サセプタ８を上部電極７から離間させた状態で円筒
電極３に高周波電力を印加して反応室内にマグネトロン
放電型プラズマを発生させて反応室内をクリーニングす
る工程と、サセプタ８を上部電極７に接近させた状態で
上部電極７に高周波電力を印加して反応室内に容量結合
型プラズマを発生させて反応室内をクリーニングする工
程とを前後して行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマＣＶＤ装
置の反応室壁に付着した副生成物を除去するプラズマＣ
ＶＤ装置におけるクリーニング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板に処理をするプラズマ処理装置のな
かで、磁石の磁場を利用したマグネトロン放電型プラズ
マ処理装置がある。マグネトロン放電型プラズマ処理装
置は、陰極から放出された電子がドリフトしながらサイ
クロイド運動を続けて周回することにより長寿命となっ
て電離生成率を高めるので、多く使用されている容量結
合型プラズマ処理装置よりも高密度のプラズマが得られ
る。

【０００３】この種のマグネトロン型プラズマ処理装置
として、特開平７−２０１８３１号公報に記載のものが
知られており、図２はそれと類似の従来のマグネトロン
型プラズマ処理装置の概略構成を示す。

【０００４】１は反応室を構成するチャンバ本体であ
り、その上に絶縁材２を介して円筒電極３が配設され、
円筒電極３の上に絶縁材４を介してチャンバ蓋５が配設
され、チャンバ蓋５の中央に絶縁材６を介して、原料ガ
スをシャワー状に供給するガスシャワー板機能を備えた
上部電極７が配設されている。

【０００５】円筒電極３及びその上下両端の絶縁材２、
４は反応室の周壁の一部を構成しており、反応室中央の
プラズマ生成領域としての空間を囲んでいる。円筒電極
３の上下両端の絶縁材２、４の外周には、リング状の磁
石ホルダ１１ａ、１１ｂに保持された磁石１０ａ、１０
ｂが配設されている。

【０００６】この場合、チャンバ本体１からチャンバ蓋
５までの範囲が一つのユニットとして構成され、このユ
ニットに、円筒状ケースを構成する円筒電極ベース１４
及び円筒電極蓋１５と、円筒電極３と、絶縁材２、４
と、リング磁石を構成する磁石ホルダ１１ａ、１１ｂ及
び永久磁石１０ａ、１０ｂとが含まれている。ここで、
隣接する各部材間にはＯリングが配され、反応室の気密
性が保たれている。

【０００７】また、チャンバ本体１、円筒電極３、絶縁
材２、４、チャンバ蓋５等で構成された反応室の内部中
央下部には、シリコンウェーハなどの基板９を設置する
サセプタ８が配設されている。また、第１の高周波電源
１２が円筒電極３に、第２の高周波電源１３が上部電極
７につながれており、各電極３、７に高周波電力が印加
されるようになっている。さらに、反応室には、反応室
内の雰囲気ガスを排気する排気手段（図示略）と、反応
室内に処理ガスを導入するガス導入手段（図示略）とが
接続されている。

【０００８】図３は反応室の平面図で、円筒電極３と磁
石１０ａ、１０ｂの配置を示している。上側の複数個の
磁石１０ａと下側の複数個の磁石１０ｂのどちらか一方
の磁石は、Ｎ極が反応室中心方向を向くようにリング状
に配置され、他方の磁石はＳ極が反応室中心を向くよう
にリング状に配置されている。また、磁石１０ａ、１０
ｂは、円筒電極３の軸線に対して点対称に配置されてい
る。これにより、円筒電極３の周囲の上側と下側に、内
周側が異極となったリング磁石が配置された構成となっ
ている。

【０００９】次に基板処理の流れについて説明する。ま
ず、図示略の基板搬送手段によって、反応室内のサセプ
タ８上に基板９を搬送し、図示略の排気機構を用いて反
応室内を真空にする。次にその基板９をその処理に適し
た温度に加熱する。基板９の加熱には、例えば抵抗加熱
ヒータを埋め込んだサセプタを使用したり、赤外線ラン
プを使用したりする。あるいは、不活性ガスを使用して
プラズマを生成し、そのエネルギを利用して基板を加熱
する方法をとることもできる。

【００１０】基板９を所定の温度に加熱したら、図示略
のガス導入手段から処理ガスをガスシャワー板機能を備
えた上部電極７に送り、反応室内に処理ガスを供給す
る。同時に、第１の高周波電源１２と第２の高周波電源
１３から高周波電力をそれぞれ円筒電極３並びに上部電
極７に印加し、反応室内にプラズマを発生させる。その
際、円筒電極３の内周面に沿って軸方向に磁力線が形成
されるので、円筒電極３の内周表面近傍に高密度のリン
グ状のプラズマＰが生成され、それが反応室内部に拡散
することで、基板９上で均一なプラズマ密度になって、
基板９に均一な薄膜が形成される。なお、ガスの供給か
ら停止、高周波の供給から停止までの一連の処理の間、
排気機構やガス導入機構によって、反応室内は一定の圧
力に保たれている。そして、処理が終わった基板９は、
搬送手段を用いて反応室外へ搬送される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
プラズマＣＶＤ装置では、処理時には処理基板以外の反
応室壁や電極表面に副生成物が付着する。この反応室壁
や電極表面に付着した副生成物はある程度推積すると剥
がれ落ち、反応室内にてパーティクルの原因となって装
置全体の歩留まりを悪くする恐れがある。このため、プ
ラズマＣＶＤ装置には多くの場合、歩留まりを悪化させ
ないようにクリーニング用のガスを流してプラズマを発
生させ、反応室内の副生成物を除去するクリーニング処
理機能が付加されている。

【００１２】通常、クリーニング処理は１枚の基板処理
ごとに、または、複数枚の基板処理ごとに１回ずつ行わ
れるが、このクリーニング時間や回数は装置のスループ
ットに影響してくるため、処理時間はできるだけ短いの
が望ましい。短い時間でクリーニングを終わらせるに
は、クリーニングレートが大きいことが前提となる。ク
リーニング用のガスは主にフッ素系のガス、例えばＣ2
Ｆ6やＮＦ3 が使用されるが、図２に示した反応室でこ
れらのガスを使用した実験では、ガスの供給流量が多い
方がクリーニングレートが大きくなる。しかし反面、ガ
スの供給流量が多いと、排気能力の関係により反応室内
圧が高くなってしまう。

【００１３】図２のマグネトロン放電型プラズマ処理装
置では、圧力が高くなるほど円筒電極３の表面近傍でプ
ラズマが生成され、反応室の中心部分までプラズマが拡
散されにくくなるため、円筒電極３の表面に対するクリ
ーニングレートは高くなるものの、上部電極７のシャワ
ー板表面やサセプタ８上のクリーニングレートは低くな
ってしまい、クリーニングの不均一が生じる。

【００１４】このような不均一が生じると、クリーニン
グレートが低い部位の除去に時間をかける必要が生じる
ため、装置のスループットが低下してしまう。また、ク
リーニングレートの高い部位は、副生成物除去後もプラ
ズマに晒されることになるため、チャンバ材質がエッチ
ングされて、重金属などの汚染を引き起こすという問題
もある。また、排気能力を上げようと高性能のポンプを
使用したり、ポンプの個数を増やすと、装置のコストが
高くなってしまうという問題もある。

【００１５】本発明は、上記事情を考慮し、排気能力の
アップを図らずに、クリーニング時間の短縮によるスル
ープットの向上と重金属汚染の減少が図れるクリーニン
グ方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るクリーニン
グ方法は、基板処理のための反応室を構成するチャンバ
と、反応室内の雰囲気ガスを排気する排気手段と、反応
室内に処理ガスを導入するガス導入手段と、反応室内の
上部に配された上部電極と、該上部電極に高周波電力を
印加する手段と、前記上部電極に対向するよう配された
サセプタと、反応室内のプラズマ生成領域を囲うように
配された円筒電極と、該円筒電極に高周波電力を印加す
る手段と、前記円筒電極の周囲に配されて円筒電極の内
周面に沿った磁場を発生させるリング磁石とを備えたプ
ラズマＣＶＤ装置において、前記サセプタを上部電極に
対して接近離間自在に構成し、クリーニング時に、前記
サセプタを上部電極から離間させた状態で前記円筒電極
に高周波電力を印加して反応室内にプラズマを発生させ
て該プラズマにより反応室壁等に付着した副生成物を除
去するマグネトロン放電型プラズマ利用のクリーニング
工程と、前記サセプタを上部電極に接近させた状態で前
記上部電極に高周波電力を印加して反応室内にプラズマ
を発生させて該プラズマにより反応室壁等に付着した副
生成物を除去する容量結合型プラズマ利用のクリーニン
グ工程と、を前後して行うことを特徴とする。

【００１７】先に述べたように、円筒電極を使ってマグ
ネトロン放電型プラズマを発生させ反応室内のクリーニ
ングを行った場合は、反応室の周壁のクリーニングレー
トが高くなる。一方、一般的に知られている容量結合型
プラズマ処理装置（＝平行平板型プラズマ処理装置）に
おいて、上部電極とサセプタ間に高周波電力を印加して
容量結合型プラズマを発生させ反応室内のクリーニング
を行った場合は、上部電極とサセプタ間で放電を行うた
め、上部電極のシャワー板表面やサセプタ表面のクリー
ニングレートが高くなる。

【００１８】そこで、本発明では、マグネトロン放電型
プラズマを利用したクリーニングの工程と、容量結合型
プラズマを利用したクリーニングの工程とを前後して行
うようにしているのである。この場合、前者のマグネト
ロン放電型プラズマ利用のクリーニング工程は従来構成
のままで実施できるが、後者の容量結合型プラズマ利用
のクリーニング工程は従来構成のままでは実施できな
い。つまり、図２に示した従来の構成では、上部電極７
とサセプタ８間の距離が遠く、上部電極７と円筒電極３
やチャンバ蓋５間の距離が近いために、上部電極７とサ
セプタ８間で安定した放電を起こさせることは困難であ
る。

【００１９】このため、本発明では、後者のクリーニン
グ工程を行うときには、サセプタを上部電極により接近
させて、上部電極とサセプタ間で安定した放電が起きる
ようにし、上部電極とサセプタの表面近傍でプラズマを
発生させて、クリーニングを行うようにしているのであ
る。ここで、前者のクリーニングと後者のクリーニング
はどちらを先に行ってもよく、両方のクリーニング工程
を前後して実施することにより、各個別のクリーニング
工程では除去し切れない部分の付着物を除去できるよう
にしている。

【００２０】このようにすることで、円筒電極表面や上
部電極及びサセプタ表面のクリーニング能力の均一化を
図ることができ、クリーニング時間の短縮が図れるよう
になる。また、クリーニング能力の均一化とクリーニン
グ時間の短縮とにより、重金属汚染の減少とスループッ
トの改善が図れる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は実施形態のクリーニング方法
を実現するためのプラズマＣＶＤ装置の断面図である。

【００２２】このプラズマＣＶＤ装置では、サセプタ８
を昇降自在とすることで、上部電極７に対してサセプタ
８を接近離間自在に構成している。１６はサセプタ８を
昇降させるための駆動機構であり、１７はサセプタ８の
支持ロッドとチャンバ孔の隙間を、サセプタ８の上下動
に拘わらずに塞ぐためのベローズである。

【００２３】このプラズマＣＶＤ装置での基板の処理は
前述したものと同じであるので、以下においてはクリー
ニングの方法のみ説明する。

【００２４】クリーニング時には、クリーニングガスの
供給流量を多くした条件下で、第１のステップとして、
マグネトロン放電型プラズマ利用のクリーニングを実施
し、第２のステップとして、容量結合型プラズマ利用の
クリーニングを実施する。

【００２５】即ち、第１のステップでは、サセプタ８を
図中二点鎖線で示すように下端に下げ、上部電極７から
離間させた状態で、第１の高周波電源１２から円筒電極
３に高周波電力を印加し、マグネトロン放電型プラズマ
を発生させてクリーニングを行う。また、第２のステッ
プでは、サセプタ８を図中実線で示すように上端に持ち
上げ、上部電極７に接近させた状態で、第２の高周波電
源１３から上部電極７に高周波電力を印加し、容量結合
型プラズマを発生させてクリーニングを行う。

【００２６】この場合、第１のステップでは、円筒電極
３の内面でのクリーニングレートが上がるため、該円筒
電極３の表面の付着物の除去が効率よく行われる。ま
た、第２のステップでは、サセプタ８を上部電極７に近
づけることで、安定した放電が行われて、上部電極７と
サセプタ８のクリーニングレートが上がるため、上部電
極７とサセプタ８の表面の付着物の除去が効率よく行わ
れる。

【００２７】従って、１回のクリーニング処理において
第１のステップと第２のステップの両方を前後して行う
ことにより、円筒電極３の表面でのクリーニングレート
と上部電極７及びサセプタ８の表面でのクリーニングレ
ートの均一化が図られて、クリーニング時間の短縮が可
能となる。このため、スループットの向上と重金属汚染
の減少が図れる。また、排気能力を特別高める必要がな
いので、コストアップの防止が図れる。

【００２８】なお、第１のステップと第２のステップは
順番を逆にしてもよいし、回数を複数回に設定してもよ
い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のクリーニ
ング方法を実施することにより、全体のクリーニングレ
ートの平均化を図ることができ、クリーニング処理時間
の短縮が図れる。従って、装置のスループットを向上さ
せることができるのは勿論、クリーニングの不均一によ
る部分的なオーバーエッチングもなくなり、重金属汚染
を低減することができる。また、高性能な排気手段を使
用する必要もなくことから、コストの削減も図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のクリーニング方法を実施す
るためのマグネトロン放電型プラズマ処理装置の概略構
成を示す断面図である。

【図２】従来のマグネトロン放電型プラズマ処理装置の
概略構成を示す断面図である。

【図３】図２の要部水平断面図である。

【符号の説明】

１ チャンバ本体（チャンバ） ２，４ 絶縁材 ３ 円筒電極 ５ チャンバ蓋（チャンバ） ７ 上部電極 ８ サセプタ １０ａ，１０ｂ 磁石 １２ 第１の高周波電源 １３ 第２の高周波電源 １６ サセプタの昇降駆動機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 DA06 FA03 GA02 HA06 KA30 KA34 5F004 AA15 BA04 BA13 BB13 BB14 BC08 BD04 CA05 DA02 DA17 5F045 AA09 BB08 BB14 EB06 EF05 EH05 EH07 EH13 EH16 EH19 EM10

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板処理のための反応室を構成するチャ
   ンバと、反応室内の雰囲気ガスを排気する排気手段と、
   反応室内に処理ガスを導入するガス導入手段と、反応室
   内の上部に配された上部電極と、該上部電極に高周波電
   力を印加する手段と、前記上部電極に対向するよう配さ
   れたサセプタと、反応室内のプラズマ生成領域を囲うよ
   うに配された円筒電極と、該円筒電極に高周波電力を印
   加する手段と、前記円筒電極の周囲に配されて円筒電極
   の内周面に沿った磁場を発生させるリング磁石とを備え
   たプラズマＣＶＤ装置において、 前記サセプタを上部電極に対して接近離間自在に構成
   し、 クリーニング時に、 前記サセプタを上部電極から離間させた状態で前記円筒
   電極に高周波電力を印加して反応室内にプラズマを発生
   させて該プラズマにより反応室壁等に付着した副生成物
   を除去するマグネトロン放電型プラズマ利用のクリーニ
   ング工程と、 前記サセプタを上部電極に接近させた状態で前記上部電
   極に高周波電力を印加して反応室内にプラズマを発生さ
   せて該プラズマにより反応室壁等に付着した副生成物を
   除去する容量結合型プラズマ利用のクリーニング工程
   と、 を前後して行うことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置の
   クリーニング方法。