JP2001271170A - プラズマｃｖｄ装置とそのドライクリーニング方法 - Google Patents

プラズマｃｖｄ装置とそのドライクリーニング方法

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】平行平板形プラズマＣＶＤ装置において、反応
室内のドライクリーニングの不均一性による反応室内構
成部品のプラズマ損傷の低減およびコストの低下を目的
とする。 【解決手段】平行平板形プラズマＣＶＤ装置１０１にお
いて、高周波電源と上部電極１０２および下部電極１０
３間に、マッチング回路１０５と、第一の切り替えスイ
ッチ１１２とパルス振幅変調回路１１４とを有し、前記
第一の切り替えスイッチと下部電極間にインバーター回
路１１１と、第二の切り替えスイッチと接地用の配線を
有し、上部電極および下部電極に相互に波形が反転した
パルス波の高周波電圧を印加し、また、パルス波の反転
間隔を任意に変化することのできる平行平板型プラズマ
ＣＶＤ装置で反応室内をドライクリーニングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は平行平板型形プラズ
マＣＶＤ装置に関するもので、特に反応室内のドライク
リーニングに適した構成を有する平行平板形プラズマＣ
ＶＤ装置とそのドライクリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】各種半導体装置などの作製において、薄
膜形成の方法として、減圧下で、スパッタリング現象を
利用したスパッタ法、蒸着現象を利用した真空蒸着法、
プラズマによる低温ガス分解を利用したプラズマＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition）法、ガスの熱分解を
利用した熱ＣＶＤ法、短波長光や紫外線のエネルギーに
よってガスを分解する光ＣＶＤ法などがある。このう
ち、プラズマＣＶＤ法は、形成する薄膜の元素を含んだ
分解しやすいガスを減圧下で反応室内に供給し、電極間
に高周波電力を供給してプラズマを発生させ、このプラ
ズマにより供給したガスを活性化させるため、低温で目
的とする薄膜を形成することができ、アモルファスシリ
コン、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜などの薄膜形成
に利用される方法である。
【０００３】しかし、目的とする薄膜は被処理対象物表
面だけでなく反応室の壁面、電極表面、シールド材など
にも付着する。付着した膜は累積膜厚が増加するほど反
応室の壁面、電極表面、シールド材などから剥離するた
め、反応室内にパーティクルが発生する。発生したパー
ティクルは被処理対象物表面に付着してこの表面を汚染
し、歩留まりの低下をもたらすという問題が生じる。そ
のため、反応室の壁面、電極表面、シールド材などに付
着した膜が所定の累積膜厚に達したときまたは所定の時
間稼動させたときに、この付着した膜を除去する必要が
ある。この除去方法の一つとして例えば、反応室内にエ
ッチングガスを導入し、薄膜形成と同様プラズマで活性
化させ、付着した膜をプラズマエッチングして除去する
ドライクリーニングがある。
【０００４】プラズマエッチングを用いたドライクリー
ニングの一例について図１（ａ）に簡略化して示した平
行平板形プラズマＣＶＤ装置を用いて説明する。
【０００５】反応室１０１内に高周波電圧印加電極であ
る上部電極１０２と接地電極である下部電極１０３があ
る。反応室はターボ分子ポンプ１０８やドライポンプ１
０９などを有する真空排気システム１１０により減圧下
に保たれる。また、上部電極と下部電極にはヒーターが
取り付けられ（図示せず）ドライクリーニングに適した
温度条件に保たれる。ドライクリーニングに用いられる
エッチングガスはマスフローコントローラー１０７によ
りドライクリーニングに適したガス流量に制御されバル
ブ１０６を通じて反応室内に供給される（以下、これら
を総称してエッチングガス供給ラインとする）。そし
て、高周波電圧が高周波電源１０４からマッチング回路
１０５を通じて上部電極１０２に供給されプラズマが発
生しエッチングによるドライクリーニングが行われる。
ここで、上部電極には高周波電源を接続し、下部電極は
接地させているため、高周波電圧の波形は模式的に図２
（a）のようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図１（ａ）に示したよ
うなプラズマＣＶＤ装置では、薄膜形成時、反応室内の
温度を良質な薄膜形成条件にするため上部電極と下部電
極のヒーター温度を異なる値に設定することがある。ま
た、上部電極から高周波電圧を供給し、下部電極を接地
させていることから、反応室内の壁面、電極表面などに
付着する膜の堆積機構が異なってくるため膜質および累
積膜厚も異なっていた。さらに、プラズマエッチングに
よるドライクリーニングを行った場合も同様な要因で、
反応室内の壁面、電極表面などでエッチング機構が異な
ってくるためエッチング速度も異なり、付着した膜の除
去は不均一であった。
【０００７】例えば、図１（a）に示したようなプラズ
マＣＶＤ装置において、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の
順で付着した膜がエッチングされ除去されていた。つま
り、下部電極、下部電極付近から上部電極付近の反応室
内壁面、そして上部電極の順、すなわち下部電極から上
部電極へ向かった方向性を持って除去されていた。これ
は、上部電極の場合、活性ラジカルと付着した膜の化学
反応により化学的エッチングが進行するが、下部電極の
場合、活性ラジカルとともにわずかにイオンが存在しそ
れらイオンによる化学的エッチングのほかスパッタ効果
による物理的エッチングも加わることに起因しているも
のと考えられる。このようにして、下部電極、下部電極
付近などは付着した膜が上部電極より先にエッチング除
去されるため、表面が露出した状態でプラズマ照射を長
時間受けなければならず、プラズマ損傷によるダメージ
が大きかった。
【０００８】また、付着した膜の除去が不均一であった
ため、完全に付着した膜を除去するために除去に要する
時間が長くなり、その分余計にガスや電力などを消費し
ていた。
【０００９】
【発明を解決するための手段】本発明の構成は高周波電
源と上部電極および下部電極間に、マッチング回路と、
第一の切り替えスイッチと、パルス振幅変調回路とを有
し、前記第一の切り替えスイッチと下部電極間に、イン
バーター回路と、第二の切り替えスイッチと、接地用の
配線と、を有することを特徴とする平行平板形プラズマ
ＣＶＤ装置およびそのドライクリーニングの方法であ
る。
【００１０】上記の平行平板形プラズマＣＶＤ装置のド
ライクリーニングの方法は、エッチングガスを反応室内
に供給したのち、上部電極および下部電極にパルス振幅
変調回路を通じてパルス振幅変調された高周波電圧を印
加する方法である。また、このとき下部電極に印加され
るパルス振幅変調された高周波電圧はインバーター回路
を通じて上部電極に対して位相を１８０°ずれる。
【００１１】また、反応室内に付着した膜の付着の不均
一性に応じて、つまり、付着した膜の膜質および累積膜
厚の反応室内での不均一性に応じて、また、プラズマエ
ッチングの不均一性に応じてパルス振幅変調するための
信号波のパルス間隔を任意に選択する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図
１、図２を用いて説明する。
【００１３】図１（ｂ）に本発明のプラズマ装置につい
て簡略化して示した。反応室内の構造、エッチングガス
供給ライン、真空排気システムといった構成は従来のＣ
ＶＤ装置図１（ａ）と同じで、エッチングガス供給ライ
ンからエッチングガスを反応室内に供給しプラズマを発
生させプラズマエッチングによりドライクリーニングを
行うという点でも同じである。従来のＣＶＤ装置図１
（ａ）との相違点はドライクリーニング時の高周波電圧
の印加方法つまりプラズマの発生方法という点にある。
【００１４】具体的には、上部電極１０２と下部電極１
０３にパルス振幅変調された高周波電圧を印加するわけ
だが、下部電極１０２には上部電極１０３に対して位相
を１８０°ずらした高周波電圧を印加する。これによっ
て、上部電極１０２と下部電極１０３の高周波電圧印加
電極と接地電極の関係を交互に反転させる。そのため
に、高周波電源１０４から高周波電圧を印加するライン
に、図１（ｂ）に示したようにパルス振幅変調回路１１
４およびインバーター回路１１１を設ける。また、通
常、薄膜形成時は上部電極１０２を高周波電圧印加電極
とし下部電極１０３を接地電極とするため、薄膜形成時
とドライクリーニング時で高周波電圧印加電極と接地電
極との関係を切り替える、切り替えスイッチ１１２およ
び１１３を設ける。例えば、スイッチ、、、を
それぞれOFF、ON、ON、OFFとすることにより、上部電極
１０２と下部電極１０３の高周波電圧印加電極と接地電
極の関係を交互に反転させることが可能となるためドラ
イクリーニングに適用でき、スイッチ、、、を
それぞれON、OFF、OFF、ONとすることにより上部電極１
０２を高周波電圧印加電極とし下部電極１０３を接地電
極とすることが可能となるため、薄膜形成に適用でき
る。
【００１５】ドライクリーニングは、減圧下でエッチン
グガス供給ラインからエッチングガスを反応室内に供給
したのち、高周波電源から上部電極、下部電極にパルス
振幅変調された高周波電圧を印加してプラズマエッチン
グして行う。上部電極、下部電極に印可される高周波電
圧は高周波電源と下部電極の間に設けられたインバータ
ーにより互いに位相が１８０°ずれている。ここで、上
部電極に高周波電圧印加電極となる電圧（ＯＮ電圧）
を、下部電極に接地電極となる電圧（ＯＦＦ電圧）を印
加したときの時間をａとし、下部電極に高周波電圧印加
電極となる電圧（ＯＮ電圧）を上部電極に接地電極とな
る電圧（ＯＦＦ電圧）を印加したときの時間をｂとし、
ａ／（ａ＋ｂ）をパルス波のデューティー比とする。こ
のデューティー比を反応室内に付着した膜の付着の不均
一性に応じて、つまり、付着した膜の膜質および累積膜
厚の反応室内での不均一性に応じて、また、プラズマエ
ッチングの不均一性に応じて任意に選択することによ
り、付着した膜を均一に除去することができる。具体的
には、高周波電圧をパルス振幅変調するための信号波の
パルス幅を任意に選択して行えばよい。なお、OFF電圧
は必ずしも０Ｖに設定しなければならないという訳では
なく、わずかに電圧を印加してもよい。プラズマの進行
波および反射波の整合は図２（ｂ）でいえばパルス波の
波形が立ち上がる各所でマッチング回路１０５により行
われるが、わずかに電圧を印加することによってこの整
合が容易になる。
【００１６】以上のようにして、付着した膜の膜質およ
び累積膜厚の反応室内での不均一性、また、プラズマエ
ッチングの不均一性に伴って生じる反応室内の壁面およ
び電極などのプラズマ損傷を防ぐ。また、これまで除去
過程が遅い部分があったために処理時間が余計にかかっ
ていたが、付着した膜を均一に除去できることから、処
理時間を短縮できガスや電力などの消費量が削減され
る。
【００１７】
【実施例】本発明の実施例について図１（ｂ）を用いて
説明する。ここでは、反応室内の壁面および電極などに
付着した膜を酸化シリコン膜とし、この付着した酸化シ
リコン膜の推定累積膜厚がドライクリーニングを必要と
される所定の膜厚に達した時のドライクリーニングの方
法について説明する。
【００１８】反応室内の温度、つまり、上部電極および
下部電極に取り付けられたヒーター（それぞれ上部ヒー
ター、下部ヒーターと示す）の設定温度は除去対象であ
る酸化シリコン膜を成膜する時と同じ条件で行う。これ
により、ドライクリーニングのために反応室内の温度を
調整する時間が不要になる。ここでは、上部ヒーター、
下部ヒーターともにそれぞれ３００℃とした。もちろ
ん、付着した膜の成膜時の設定温度はそれぞれ異なる
し、上部ヒーターと下部ヒーター間で異なる値に設定さ
れることもあるため、ドライクリーニング時の反応室内
の温度はこれに限定されるわけではない。また、付着し
た膜の膜質によりドライクリーニング適した温度に設定
し、温度調整を行っても良い。
【００１９】まず、排気配管中での化学反応による危険
性を避けるために、薄膜形成ガス専用の配管からエッチ
ングガス専用の配管へ排気配管をバルブで切り替える
（図示せず）。その後、真空排気システム１１０を用い
て反応室内を所定の圧力まで真空引きする。この間、上
部電極１０２と下部電極１０３の間隔をプラズマの発生
に適した条件に設定する。ここでは、２５mmとした。所
定の圧力まで減圧されたら、次に圧力０．８Torr、流量
２００SCCMでN2パージを行う。そして再び真空引きを行
い所定の圧力まで減圧する。
【００２０】上記のようにして、ＣＶＤ装置内の配管系
統に残留する未反応ガスなどを除去し清浄化する。配管
系統の清浄化を行った後、ドライクリーニング用のエッ
チングガスとしてNF3をマスフローコントローラー１０
７で流量を１００SCCMに制御しバルブ１０６を通して反
応室内に供給し、圧力をドライクリーニングに適した圧
力に調整する。ここでは圧力０．１Torrとした。
【００２１】次に、高周波電源１０４から上部電極１０
２または下部電極１０３にパルス振幅変調された高周波
電圧を印加しプラズマを発生させプラズマエッチングに
よりドライクリーニングを行う。高周波電圧を印可する
前に、予め電極への電圧印加方法を切り替える切り替え
スイッチ１１２および１１３を薄膜形成用からドライク
リーニング用に切り替えておく。また、反応室内に付着
した膜の付着の不均一性に応じて、つまり、付着した膜
の膜質および累積膜厚の反応室内での不均一性に応じ
て、また、プラズマエッチングの不均一性に応じてパル
ス振幅変調回路において信号波のパルス間隔（デューテ
ィー比）を任意に設定しておく。電圧印加方法を切り替
える操作およびデューティー比の設定は、電圧を印加す
る以前であればいつでも良い。ここで、薄膜形成用の電
圧印加方法とは、上部電極１０２を高周波電圧印加電極
とし下部電極１０３を接地電極とする方法で、ドライク
リーニング用の電圧印加方法とは上部電極１０２と下部
電極１０３にパルス振幅変調された高周波電圧を印加す
る方法で、下部電極１０３に印加する高周波電圧の波形
はインバーター回路を通じて上部電極１０２に対して位
相が１８０°ずれた波形となり、上部電極１０２と下部
電極１０３間で高周波電圧印加電極と接地電極の関係が
一定の周期を持って反転する方法を指す。
【００２２】プラズマエッチングによるドライクリーニ
ングが終了したら、真空排気システム１１０を用いて反
応室内を所定の圧力まで真空引きする。次に、圧力０．
８Torr、流量２００SCCM でN2パージを行う。そして、
再び真空引きを行い所定の圧力まで真空引きする。これ
により、ＣＶＤ装置内の配管系統に残留する未反応ガス
などを除去し清浄化する。この間、上部電極１０２と下
部電極１０３の間隔を初期値に戻す。
【００２３】以上のようにして、プラズマＣＶＤ装置の
反応室壁面および電極などに付着した膜を均一に除去
し、反応室壁面および電極などのプラズマ損傷を防ぐと
ともに、処理時間が短縮化される。なお、本実施例で
は、酸化シリコン膜を除去するドライクリーニングの方
法について述べたが、アモルファスシリコン、窒化シリ
コン膜などの平行平板形プラズマＣＶＤ装置を用いて成
膜される薄膜についても条件を任意に選択することによ
り適用することができる。また、ドライクリーニング時
の圧力、温度などの条件は本実施例に記載したものに限
定されるわけではなく、任意に選択して行えばよい。
【００２４】
【発明の効果】本発明により、反応室内構成部品である
反応室内の壁面、電極などに付着した膜を均一に除去す
ることができるため不均一なプラズマエッチングに起因
する反応室内構成部品のプラズマ損傷を防ぐことができ
る他、処理時間の短縮化でガスや電力の消費量を抑える
ことができるため反応室内構成部品に付着した膜を除去
するドライクリーニングのコスト低下を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の平行平板形プラズＣＶＤ装置および従
来の平行平板形プラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略
図。
【図２】本発明の平行平板形プラズＣＶＤ装置および従
来の平行平板形プラズマＣＶＤ装置で高周波電源から電
極に印加される電圧の波形を示す図。
【図３】従来の平行平板形プラズマＣＶＤ装置で付着し
た膜のプラズマエッチングによる除去過程を示す図。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】平行平板形プラズマＣＶＤ装置において、 高周波電源と上部電極および下部電極間に、 マッチング回路と、 第一の切り替えスイッチと、 パルス振幅変調回路とを有し、 前記第一の切り替えスイッチと下部電極間に、 インバーター回路と、 第二の切り替えスイッチと、 接地用の配線と、 を有することを特徴とする平行平板形プラズマＣＶＤ装
    置。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記上部電極は、前記
    第一の切り替えスイッチを切り替えることにより、前記
    パルス振幅変調回路を通じてあるいは前記パルス振幅変
    調回路を通じずに、前記高周波電源と接続できることを
    特徴とする平行平板形プラズマＣＶＤ装置。
  3. 【請求項３】請求項１において、前記下部電極は、前記
    第一の切り替えスイッチおよび第二の切り替えスイッチ
    を切り替えることにより、前記パルス振幅変調回路およ
    び前記インバーター回路を通じて前記高周波電源と接続
    でき、前記第二の切り替えスイッチを切り替えることに
    より、前記接地用の配線と接続できることを特徴とする
    平行平板形プラズマＣＶＤ装置。
  4. 【請求項４】請求項１乃至３の平行平板形プラズマＣＶ
    Ｄのドライクリーニング法であって、前記上部電極に前
    記第一の切り替えスイッチを切り替えることによって前
    記パルス振幅変調回路を通じてパルス振幅変調された高
    周波電圧を印加し、前記下部電極に前記第一の切り替え
    スイッチを切り替えることによって前記パルス振幅変調
    回路を通じてパルス振幅変調され前記第二の切り替えス
    イッチを切り替えることにより前記インバーター回路を
    通じて前記上部電極に対して位相が１８０°ずれた高周
    波電圧を印加することを特徴とするドライクリーニング
    の方法。
  5. 【請求項５】請求項４において、前記パルス振幅変調回
    路はパルス振幅変調するための信号波のパルス間隔を任
    意に選択できることを特徴とするドライクリーニングの
    方法。
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