JP2002151417A - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents
プラズマｃｖｄ装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高密度プラズマＣＶＤ装置において、反応室内
の壁面などに生じてそれが剥離することにより製造不良
の原因となるような堆積物のクリーニングを最適化し
て、製造不良の低減や、高価なクリーニングガスＮＦ3
の低減を図る。 【解決手段】電圧計１０４でクリーニング中に中チャン
バ１２壁に生じる電圧Ｖをモニタし、制御手段２７で電
圧降下曲線の傾きを演算し、傾きの値が１０-3〜１０-4
Ｖ／分に到達した段階で、制御手段２７で高周波電源９
を切ると共に、マスフローコントローラ２４を切ること
で、最適なクリーニングを行う。
の壁面などに生じてそれが剥離することにより製造不良
の原因となるような堆積物のクリーニングを最適化し
て、製造不良の低減や、高価なクリーニングガスＮＦ3
の低減を図る。 【解決手段】電圧計１０４でクリーニング中に中チャン
バ１２壁に生じる電圧Ｖをモニタし、制御手段２７で電
圧降下曲線の傾きを演算し、傾きの値が１０-3〜１０-4
Ｖ／分に到達した段階で、制御手段２７で高周波電源９
を切ると共に、マスフローコントローラ２４を切ること
で、最適なクリーニングを行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＶＤ（Chemical
Vapor Deposition） 装置に関し、特に、マイクロ波プ
ラズマおよび高周波プラズマを用いてウエハ等に成膜す
る機能に加えて、成膜時に反応室の壁面などに生成した
堆積物を除去するクリーニング機能を有する高密度プラ
ズマＣＶＤ装置に関する。
Vapor Deposition） 装置に関し、特に、マイクロ波プ
ラズマおよび高周波プラズマを用いてウエハ等に成膜す
る機能に加えて、成膜時に反応室の壁面などに生成した
堆積物を除去するクリーニング機能を有する高密度プラ
ズマＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロ波プラズマと高周波プラズマを
用いてウエハ等に成膜する方式のプラズマＣＶＤ装置
は、互いに電気的に絶縁された上壁（または対向板）と
周壁により囲うことで反応室を形成し、この反応室に設
けた支持台に載せたウエハ等の基板に薄膜の成膜処理
を、また反応室内の壁面のクリーニング処理を出来るよ
うにしている。
用いてウエハ等に成膜する方式のプラズマＣＶＤ装置
は、互いに電気的に絶縁された上壁（または対向板）と
周壁により囲うことで反応室を形成し、この反応室に設
けた支持台に載せたウエハ等の基板に薄膜の成膜処理
を、また反応室内の壁面のクリーニング処理を出来るよ
うにしている。
【０００３】上記プラズマＣＶＤ装置を用いてウエハ等
に薄膜を成長させる過程においては、反応室の壁面やウ
エハ等を載置する支持台などにも反応生成物が堆積して
薄膜が成長する。この薄膜（例えばＳｉＯ2等） は一定
の膜厚（数〜数１０μｍ）まで成長すると、膜自身の内
部応力により膜に亀裂が発生して堆積壁面から剥離す
る。
に薄膜を成長させる過程においては、反応室の壁面やウ
エハ等を載置する支持台などにも反応生成物が堆積して
薄膜が成長する。この薄膜（例えばＳｉＯ2等） は一定
の膜厚（数〜数１０μｍ）まで成長すると、膜自身の内
部応力により膜に亀裂が発生して堆積壁面から剥離す
る。
【０００４】堆積物が剥離すると、その結果ウエハ等に
異物として付着し、ウエハ上の半導体回路の断線や短絡
の原因となり、製造不良を招く。そこで、この様な現象
が起こる前に定期的に反応室内の壁面に堆積した膜を除
去しなければならない。その手段としてプラズマＣＶＤ
装置では、洗浄用ガス（例えばＮＦ3） をプラズマで活
性化して堆積膜を化学反応やスパッタ作用により除去す
る方法、いわゆるプラズマクリーニングが用いられてい
る。
異物として付着し、ウエハ上の半導体回路の断線や短絡
の原因となり、製造不良を招く。そこで、この様な現象
が起こる前に定期的に反応室内の壁面に堆積した膜を除
去しなければならない。その手段としてプラズマＣＶＤ
装置では、洗浄用ガス（例えばＮＦ3） をプラズマで活
性化して堆積膜を化学反応やスパッタ作用により除去す
る方法、いわゆるプラズマクリーニングが用いられてい
る。
【０００５】上記プラズマクリーニングが不十分である
と、堆積物の剥離によりウエハ等に異物が付着する一
方、必要以上にプラズマクリーニングを行うと、反応室
の壁を構成する材料（例えばＡｌ）や、それと洗浄用ガ
スとの反応物 (例えばＡｌＦ3)が異物として発生し、ウ
エハ等に付着する問題、さらに高価な洗浄用ガス（例え
ばＮＦ3） を無駄にする問題が生ずる。
と、堆積物の剥離によりウエハ等に異物が付着する一
方、必要以上にプラズマクリーニングを行うと、反応室
の壁を構成する材料（例えばＡｌ）や、それと洗浄用ガ
スとの反応物 (例えばＡｌＦ3)が異物として発生し、ウ
エハ等に付着する問題、さらに高価な洗浄用ガス（例え
ばＮＦ3） を無駄にする問題が生ずる。
【０００６】従って、特開昭63−14422 号公報に記載の
ように、電極の自己バイアス電圧をモニタリングし、所
定の値に減少した時点でプラズマクリーニングを終了す
ることにより、再現性良くプラズマクリーニングを行う
方法が示されている。
ように、電極の自己バイアス電圧をモニタリングし、所
定の値に減少した時点でプラズマクリーニングを終了す
ることにより、再現性良くプラズマクリーニングを行う
方法が示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では下記の様な問題がある。すなわち、上記マイ
クロ波プラズマと高周波プラズマを用いたプラズマＣＶ
Ｄ装置は、従来技術で示された平行平板電極型のＣＶＤ
装置と比べ、反応壁全体に膜が堆積し、また磁場の影響
により、堆積膜に大きな分布が生じやすい。また、成膜
条件によっても堆積膜分布は大きく変化し、装置の個体
差も大きい。そのため、各条件，各装置に対して個別に
クリーニングを終了させる自己バイアス電圧を決める作
業が必要となる。
来技術では下記の様な問題がある。すなわち、上記マイ
クロ波プラズマと高周波プラズマを用いたプラズマＣＶ
Ｄ装置は、従来技術で示された平行平板電極型のＣＶＤ
装置と比べ、反応壁全体に膜が堆積し、また磁場の影響
により、堆積膜に大きな分布が生じやすい。また、成膜
条件によっても堆積膜分布は大きく変化し、装置の個体
差も大きい。そのため、各条件，各装置に対して個別に
クリーニングを終了させる自己バイアス電圧を決める作
業が必要となる。
【０００８】本発明の目的は、マイクロ波プラズマおよ
び高周波プラズマを用いてウエハ等に成膜する機能に加
えて、成膜時に反応室内の壁面などに生成した堆積物を
除去するクリーニング機能を有している高密度プラズマ
ＣＶＤ装置において、クリーニング時に反応室へ高周波
電圧を印加した状態で反応室内の壁面に発生する電圧を
モニタし、最適なクリーニング条件の電圧に到達した時
点でクリーニング処理を終了する手段を有するプラズマ
ＣＶＤ装置を提供することである。
び高周波プラズマを用いてウエハ等に成膜する機能に加
えて、成膜時に反応室内の壁面などに生成した堆積物を
除去するクリーニング機能を有している高密度プラズマ
ＣＶＤ装置において、クリーニング時に反応室へ高周波
電圧を印加した状態で反応室内の壁面に発生する電圧を
モニタし、最適なクリーニング条件の電圧に到達した時
点でクリーニング処理を終了する手段を有するプラズマ
ＣＶＤ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的は、反応室と、
反応室内にあってウエハを載置する基板電極と、反応室
内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入部と、マイク
ロ波を発振するマイクロ波発振器とマイクロ波電源と、
成膜時に反応室内へ成膜用ガスを導入し、クリーニング
時に反応室内へクリーニングガスを導入するガス導入部
と、ガス導入部に接続されたマスフローコントローラ
と、反応室からのガス排出を行う排出部と、基板電極に
接続された第１のマッチングボックスと高周波電源と、
反応室に接続された第２のマッチングボックスと高周波
電源と、上記ガス導入部よりクリーニングガスを導入
し、上記第２の高周波電源を用いてクリーニングを行う
ことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置において、クリー
ニング時に、上記反応室とアース間の電圧を電圧計でモ
ニタし、所定の値に到達すると上記高周波電源、及び上
記クリーニングガスを切る制御手段を有することで達成
される。
反応室内にあってウエハを載置する基板電極と、反応室
内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入部と、マイク
ロ波を発振するマイクロ波発振器とマイクロ波電源と、
成膜時に反応室内へ成膜用ガスを導入し、クリーニング
時に反応室内へクリーニングガスを導入するガス導入部
と、ガス導入部に接続されたマスフローコントローラ
と、反応室からのガス排出を行う排出部と、基板電極に
接続された第１のマッチングボックスと高周波電源と、
反応室に接続された第２のマッチングボックスと高周波
電源と、上記ガス導入部よりクリーニングガスを導入
し、上記第２の高周波電源を用いてクリーニングを行う
ことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置において、クリー
ニング時に、上記反応室とアース間の電圧を電圧計でモ
ニタし、所定の値に到達すると上記高周波電源、及び上
記クリーニングガスを切る制御手段を有することで達成
される。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１にマイクロ波プラズマおよび
高周波プラズマを用いてウエハ等に成膜する機能に加え
て、成膜時に反応室の壁面などに生成した堆積物を除去
するクリーニング機能を有している高密度プラズマＣＶ
Ｄ装置の成膜プロセス時の反応室側断面を示す。プラズ
マＣＶＤ装置は反応室１、支持台である基板電極２、反
応室１内にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入
窓（石英製等）３、マイクロ波発振器４、真空ポンプ
５、ガス除害装置６、反応室１内に成膜やクリーニング
ガスを導入するための上ノズル７、下ノズル８、及び高
周波電源（周波数 13.56MHz）９，１０を主たる構成部
品としている。
高周波プラズマを用いてウエハ等に成膜する機能に加え
て、成膜時に反応室の壁面などに生成した堆積物を除去
するクリーニング機能を有している高密度プラズマＣＶ
Ｄ装置の成膜プロセス時の反応室側断面を示す。プラズ
マＣＶＤ装置は反応室１、支持台である基板電極２、反
応室１内にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入
窓（石英製等）３、マイクロ波発振器４、真空ポンプ
５、ガス除害装置６、反応室１内に成膜やクリーニング
ガスを導入するための上ノズル７、下ノズル８、及び高
周波電源（周波数 13.56MHz）９，１０を主たる構成部
品としている。
【００１１】反応室１は上チャンバ１１、中チャンバ１
２及び下チャンバ１３の組合せ、つまり上チャンバ１
１、中チャンバ１２及び下チャンバ１３は分割して形成
されており、各チャンバ１１，１２，１３で囲うことで
反応室１を形成している。各チャンバ１１，１２，１３
は導電性（例えばアルミ等）の材料から成る。また、上
チャンバ１１、中チャンバ１２と下チャンバ１３は各々
の組合せ面にアルミナ製等の絶縁部品１４及び１５を介
在させることで、互いに電気的に絶縁されている。
２及び下チャンバ１３の組合せ、つまり上チャンバ１
１、中チャンバ１２及び下チャンバ１３は分割して形成
されており、各チャンバ１１，１２，１３で囲うことで
反応室１を形成している。各チャンバ１１，１２，１３
は導電性（例えばアルミ等）の材料から成る。また、上
チャンバ１１、中チャンバ１２と下チャンバ１３は各々
の組合せ面にアルミナ製等の絶縁部品１４及び１５を介
在させることで、互いに電気的に絶縁されている。
【００１２】また、中チャンバ１２には酸素等の成膜用
ガスを導入するアルミナ(Ａｌ2Ｏ3)製等の上ノズル７が
複数本とマイクロ波導入窓３が数箇所設けられている。
この窓にマイクロ波を導くための導波管１６が接続さ
れ、その先にはマイクロ波を生成するためのマイクロ波
発振器４（周波数２.４５GHz）とマイクロ波電源１７が
取り付けられている。さらにマッチングボックス１８を
介して高周波電源９が接続されている。
ガスを導入するアルミナ(Ａｌ2Ｏ3)製等の上ノズル７が
複数本とマイクロ波導入窓３が数箇所設けられている。
この窓にマイクロ波を導くための導波管１６が接続さ
れ、その先にはマイクロ波を生成するためのマイクロ波
発振器４（周波数２.４５GHz）とマイクロ波電源１７が
取り付けられている。さらにマッチングボックス１８を
介して高周波電源９が接続されている。
【００１３】反応室１の外表面には、マイクロ波導入窓
３の出口近傍にＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）領域
を形成して電子密度を上げ、イオン，ラジカルの生成を
促し、高密度なプラズマを生成するためと反応室１内に
生成されたプラズマを閉じ込めるための磁場形成用の永
久磁石（図示せず）が複数個配置してある。
３の出口近傍にＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）領域
を形成して電子密度を上げ、イオン，ラジカルの生成を
促し、高密度なプラズマを生成するためと反応室１内に
生成されたプラズマを閉じ込めるための磁場形成用の永
久磁石（図示せず）が複数個配置してある。
【００１４】下チャンバ１３の下部には真空ポンプ５が
取り付けられている。真空ポンプ５の下流にはガス除害
装置６が接続されている。
取り付けられている。真空ポンプ５の下流にはガス除害
装置６が接続されている。
【００１５】また、下チャンバ１３はアース線１９、上
チャンバ１１はアース線２０で各々アースされている。
チャンバ１１はアース線２０で各々アースされている。
【００１６】絶縁部品１５には、 ＳｉＨ4、Ａｒ等の成
膜ガスを導入するためのアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）製等の下
ノズル８が周方向に複数本設けられている。
膜ガスを導入するためのアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）製等の下
ノズル８が周方向に複数本設けられている。
【００１７】基板電極２には、成膜処理用のウエハ２１
を吸着するための静電吸着装置２２が組込んである。さ
らに、高周波電圧が印加できる様に、マッチングボック
ス２３と高周波電源１０が接続されている。
を吸着するための静電吸着装置２２が組込んである。さ
らに、高周波電圧が印加できる様に、マッチングボック
ス２３と高周波電源１０が接続されている。
【００１８】成膜中のウエハ２１はプラズマからの入熱
だけでなくイオンの入射および反応熱などにより加熱さ
れる。ウエハ２１の温度は膜質，成膜レートなどに大き
な影響があるのでウエハ２１の温度制御が必要である。
この制御をウエハ２１と静電吸着装置２２との空隙部に
流すヘリウムガスの圧力で行う。
だけでなくイオンの入射および反応熱などにより加熱さ
れる。ウエハ２１の温度は膜質，成膜レートなどに大き
な影響があるのでウエハ２１の温度制御が必要である。
この制御をウエハ２１と静電吸着装置２２との空隙部に
流すヘリウムガスの圧力で行う。
【００１９】この実施形態でのプラズマＣＶＤ装置で
は、複数回のウエハ２１の成膜処理後、クリーニング，
プリコートを行い、再びウエハ２１を複数回成膜処理
し、クリーニング，プリコートと順次繰り返す。複数回
の成膜処理を繰返すと、反応室１の壁面や基板電極２の
表面に反応副生成物による膜が堆積し、一定の厚さを超
えると、膜自身の内部応力により堆積膜に亀裂が発生
し、最悪の場合には、これが壁面から剥離して、ウエハ
２１表面に付着し、半導体素子配線の短絡や断線を引き
起こして、製造不良になり、生産効率を低下させる。そ
のため、この様な現象が発生する前に、反応室１内の堆
積膜を除去するためのクリーニングを定期的に行い、引
き続きクリーニングによる異物多発を防止するためのプ
リコートを行う。以下、成膜及びクリーニング方法につ
いて説明する。
は、複数回のウエハ２１の成膜処理後、クリーニング，
プリコートを行い、再びウエハ２１を複数回成膜処理
し、クリーニング，プリコートと順次繰り返す。複数回
の成膜処理を繰返すと、反応室１の壁面や基板電極２の
表面に反応副生成物による膜が堆積し、一定の厚さを超
えると、膜自身の内部応力により堆積膜に亀裂が発生
し、最悪の場合には、これが壁面から剥離して、ウエハ
２１表面に付着し、半導体素子配線の短絡や断線を引き
起こして、製造不良になり、生産効率を低下させる。そ
のため、この様な現象が発生する前に、反応室１内の堆
積膜を除去するためのクリーニングを定期的に行い、引
き続きクリーニングによる異物多発を防止するためのプ
リコートを行う。以下、成膜及びクリーニング方法につ
いて説明する。
【００２０】先ず図１を用いて成膜方法について説明す
る。搬送室（図示せず）を経由して、真空ポンプ５によ
り圧力調整された反応室１内にウエハ２１を導入し、基
板電極２上に載置すると共に、静電吸着装置２２に電圧
を印加する事により、静電気力でウエハ２１を吸着す
る。この状態で上ノズル７から酸素ガスを、下ノズル８
からＡｒガスとＳｉＨ4 ガスをマスフローコントローラ
２４，２５を用いて所定の流量を反応室１内に導入し、
真空ポンプ５を用いて、反応室内の圧力を数ミリから数
１０Ｐａの範囲で調圧する。
る。搬送室（図示せず）を経由して、真空ポンプ５によ
り圧力調整された反応室１内にウエハ２１を導入し、基
板電極２上に載置すると共に、静電吸着装置２２に電圧
を印加する事により、静電気力でウエハ２１を吸着す
る。この状態で上ノズル７から酸素ガスを、下ノズル８
からＡｒガスとＳｉＨ4 ガスをマスフローコントローラ
２４，２５を用いて所定の流量を反応室１内に導入し、
真空ポンプ５を用いて、反応室内の圧力を数ミリから数
１０Ｐａの範囲で調圧する。
【００２１】この状態で、マイクロ波導入窓３より数１
００から数kWのマイクロ波を導入すると、ＥＣＲ領域で
生成された多量の電子がＯ2，Ａｒ，ＳｉＨ4をプラズマ
化し、これで生成されたＳｉＨ4の分解物であるＳｉＨ3
と酸素等がウエハ２１の表面で反応する事で、ウエハ２
１にＳｉＯ2 膜が堆積する。同時に、基板電極２に高周
波電源１０とマッチングボックス２３を用いて、数１０
０から数kWの高周波電力を印加すると、ウエハ２１表面
とプラズマ間にプラズマシースが形成され、負の直流電
圧（自己バイアス電圧）が発生するために、導入ガスの
プラズマ化により生成されたイオン（特にＡｒ）が電界
によりウエハ２１表面に入射する。これにより、ウエハ
２１表面に堆積されるＳｉＯ2 膜がＡｒや酸素イオンで
スパッタされる。したがって、Ａｌ配線等の段差部にＳ
ｉＯ2 膜をボイド（空隙）なしに成膜できる。所定の膜
厚を堆積させた後、ガス導入，マイクロ波，高周波電圧
の印加を停止し、静電吸着装置２２の印加電圧を切断
し、反応室１外にウエハ２１を搬出する。
００から数kWのマイクロ波を導入すると、ＥＣＲ領域で
生成された多量の電子がＯ2，Ａｒ，ＳｉＨ4をプラズマ
化し、これで生成されたＳｉＨ4の分解物であるＳｉＨ3
と酸素等がウエハ２１の表面で反応する事で、ウエハ２
１にＳｉＯ2 膜が堆積する。同時に、基板電極２に高周
波電源１０とマッチングボックス２３を用いて、数１０
０から数kWの高周波電力を印加すると、ウエハ２１表面
とプラズマ間にプラズマシースが形成され、負の直流電
圧（自己バイアス電圧）が発生するために、導入ガスの
プラズマ化により生成されたイオン（特にＡｒ）が電界
によりウエハ２１表面に入射する。これにより、ウエハ
２１表面に堆積されるＳｉＯ2 膜がＡｒや酸素イオンで
スパッタされる。したがって、Ａｌ配線等の段差部にＳ
ｉＯ2 膜をボイド（空隙）なしに成膜できる。所定の膜
厚を堆積させた後、ガス導入，マイクロ波，高周波電圧
の印加を停止し、静電吸着装置２２の印加電圧を切断
し、反応室１外にウエハ２１を搬出する。
【００２２】次に図２を用いてクリーニング方法につい
て説明する。搬送室（図示せず）を経由して、真空ポン
プ５により調圧された反応室１内に静電吸着装置２２の
表面をプラズマから保護するためのアルミナ製などのカ
バーウエハ２６を導入して基板電極２上に設置する。そ
して、上ノズル７からＮＦ3 ガスをマスフローコントロ
ーラ２４を用いて所定の流量を反応室１内に導入し、真
空ポンプ５を用いて反応室１内の圧力を数から数１００
０Ｐａに調圧すると共に、中チャンバ１２に高周波電源
９及びマッチングボックス１８を用いて数１００から数
ｋＷの高周波電力を印加し、反応室１内にＮＦ3プラズ
マを生成する。ＮＦ3ガスの分解で生成したＦラジカ
ル、Ｆイオンが反応室１壁面に堆積したＳｉＯ2 膜のＳ
ｉと反応し、ＳｉＦ4 などのガスにして排出する事によ
り壁面の堆積膜をクリーニングする。
て説明する。搬送室（図示せず）を経由して、真空ポン
プ５により調圧された反応室１内に静電吸着装置２２の
表面をプラズマから保護するためのアルミナ製などのカ
バーウエハ２６を導入して基板電極２上に設置する。そ
して、上ノズル７からＮＦ3 ガスをマスフローコントロ
ーラ２４を用いて所定の流量を反応室１内に導入し、真
空ポンプ５を用いて反応室１内の圧力を数から数１００
０Ｐａに調圧すると共に、中チャンバ１２に高周波電源
９及びマッチングボックス１８を用いて数１００から数
ｋＷの高周波電力を印加し、反応室１内にＮＦ3プラズ
マを生成する。ＮＦ3ガスの分解で生成したＦラジカ
ル、Ｆイオンが反応室１壁面に堆積したＳｉＯ2 膜のＳ
ｉと反応し、ＳｉＦ4 などのガスにして排出する事によ
り壁面の堆積膜をクリーニングする。
【００２３】ここで、プラズマクリーニングが不十分で
あると、堆積物の剥離によりウエハ等に異物が付着する
一方、必要以上にプラズマクリーニングを行うと、反応
室の壁を構成する材料（例えばＡｌ）や、それと洗浄用
ガスとの反応物(例えばAlF3)が異物として発生し、ウエ
ハ等に付着する問題があり、最適なクリーニング条件を
設定してクリーニングすることが重要である。そこで中
チャンバ１２壁に生じる電圧Ｖに着目する。
あると、堆積物の剥離によりウエハ等に異物が付着する
一方、必要以上にプラズマクリーニングを行うと、反応
室の壁を構成する材料（例えばＡｌ）や、それと洗浄用
ガスとの反応物(例えばAlF3)が異物として発生し、ウエ
ハ等に付着する問題があり、最適なクリーニング条件を
設定してクリーニングすることが重要である。そこで中
チャンバ１２壁に生じる電圧Ｖに着目する。
【００２４】まず、図３に堆積膜１００が中チャンバ１
２の壁面に付着している状況を示す。ここで堆積膜１０
０は言わばコンデンサに相当する。これを電気回路で置
き換えた図を図４に示す。プラズマインピーダンス１０
１と、堆積膜１００と等価なコンデンサ１０２、図３で
示す中チャンバの壁面に生じる電圧Ｖの測定点１０３、
測定点１０３とアース間の電圧を測定する電圧計１０
４、及び可変コンデンサとコイルで構成されたマッチン
グボックス１８とが直列で接続されている。
２の壁面に付着している状況を示す。ここで堆積膜１０
０は言わばコンデンサに相当する。これを電気回路で置
き換えた図を図４に示す。プラズマインピーダンス１０
１と、堆積膜１００と等価なコンデンサ１０２、図３で
示す中チャンバの壁面に生じる電圧Ｖの測定点１０３、
測定点１０３とアース間の電圧を測定する電圧計１０
４、及び可変コンデンサとコイルで構成されたマッチン
グボックス１８とが直列で接続されている。
【００２５】図４中の測定点１０３での電圧を電圧計１
０４でモニタしながら図２で示したクリーニングを開始
すると、図５に示すように、時間の経過に伴って電圧Ｖ
が下降し、ある値で一定となる。図５の場合では、クリ
ーニング開始時（０分）でＶは０であったが、９０分後
には−７０Ｖに達した。この現象は以下のように説明さ
れる。クリーニング開始時点で堆積膜１００の表面が負
に帯電して自己バイアス電圧が発生するが、堆積膜１０
０によるコンデンサ１０２のインピーダンスが存在する
ため、堆積膜１００の表面から測定点１０３へ電子電流
が流れ難い状態となる。従って、アースから見た測定点
１０３での電圧は殆どゼロとなる。しかしながらクリー
ニングが進むと、図３中の堆積膜１００が次第に薄くな
ることでコンデンサ１０２のインピーダンスが減少する
ため、堆積膜１００表面から測定点１０３への電子電流
が増加し、アースから見た測定点１０３での電圧がゼロ
より減少し、完全に除去された段階でプラズマの自己バ
イアス電圧（この場合−７０Ｖ）に到達する。
０４でモニタしながら図２で示したクリーニングを開始
すると、図５に示すように、時間の経過に伴って電圧Ｖ
が下降し、ある値で一定となる。図５の場合では、クリ
ーニング開始時（０分）でＶは０であったが、９０分後
には−７０Ｖに達した。この現象は以下のように説明さ
れる。クリーニング開始時点で堆積膜１００の表面が負
に帯電して自己バイアス電圧が発生するが、堆積膜１０
０によるコンデンサ１０２のインピーダンスが存在する
ため、堆積膜１００の表面から測定点１０３へ電子電流
が流れ難い状態となる。従って、アースから見た測定点
１０３での電圧は殆どゼロとなる。しかしながらクリー
ニングが進むと、図３中の堆積膜１００が次第に薄くな
ることでコンデンサ１０２のインピーダンスが減少する
ため、堆積膜１００表面から測定点１０３への電子電流
が増加し、アースから見た測定点１０３での電圧がゼロ
より減少し、完全に除去された段階でプラズマの自己バ
イアス電圧（この場合−７０Ｖ）に到達する。
【００２６】Ｖがいつどの値で一定となるかは、同一の
装置においても成膜処理回数の違いによる堆積膜１００
の厚さの違いや、クリーニング条件（圧力，ガス流量，
プラズマ密度等）の差異、また同機種かつ同プロセス条
件下でもプロセス結果が異なってしまう問題（機差）に
より、一概には決定出来ない。そこで本実施例では、図
５のバイアス電圧降下曲線の傾きに注目する。Ｖが一定
になれば理想的には傾きゼロとなるが、実際には有り得
ない。本実施例ではその傾きが１０-3〜１０-4Ｖ／分
（図５中では、７０〜９０分）でＶが−７０Ｖに安定
し、堆積膜が完全に除去された。
装置においても成膜処理回数の違いによる堆積膜１００
の厚さの違いや、クリーニング条件（圧力，ガス流量，
プラズマ密度等）の差異、また同機種かつ同プロセス条
件下でもプロセス結果が異なってしまう問題（機差）に
より、一概には決定出来ない。そこで本実施例では、図
５のバイアス電圧降下曲線の傾きに注目する。Ｖが一定
になれば理想的には傾きゼロとなるが、実際には有り得
ない。本実施例ではその傾きが１０-3〜１０-4Ｖ／分
（図５中では、７０〜９０分）でＶが−７０Ｖに安定
し、堆積膜が完全に除去された。
【００２７】上述した現象を利用した本実施例を図２で
説明すると、クリーニング方法の手順は前述した通りで
あるが、電圧計１０４でクリーニング中に中チャンバ１
２壁に生じる電圧Ｖをモニタし、制御手段２７で電圧降
下曲線の傾きを演算し、傾きの値が１０-3〜１０-4Ｖ／
分に到達した段階で、制御手段２７で高周波電源９を切
ると共に、マスフローコントローラ２４を切るようにす
る。こうすることで、最適なクリーニングが出来、製造
不良の低減につながる。かつ一般に高価な NF3クリーニ
ングガスの節約にもなるので、本プラズマＣＶＤ装置を
低コストで運用出来る。
説明すると、クリーニング方法の手順は前述した通りで
あるが、電圧計１０４でクリーニング中に中チャンバ１
２壁に生じる電圧Ｖをモニタし、制御手段２７で電圧降
下曲線の傾きを演算し、傾きの値が１０-3〜１０-4Ｖ／
分に到達した段階で、制御手段２７で高周波電源９を切
ると共に、マスフローコントローラ２４を切るようにす
る。こうすることで、最適なクリーニングが出来、製造
不良の低減につながる。かつ一般に高価な NF3クリーニ
ングガスの節約にもなるので、本プラズマＣＶＤ装置を
低コストで運用出来る。
【００２８】図２は、中チャンバ１２に高周波電源９
を、そして上チャンバ１１と下チャンバ１３とは各々絶
縁部品１４，１５を挟み込んで電気的に絶縁した構成で
あるが、機種，条件においてはこの絶縁構成に限らず、
図６に示すように上チャンバ１１と中チャンバ１２とを
導電部品２９を介してプラズマクリーニングを行う場合
にも本発明が同じように適用出来る。
を、そして上チャンバ１１と下チャンバ１３とは各々絶
縁部品１４，１５を挟み込んで電気的に絶縁した構成で
あるが、機種，条件においてはこの絶縁構成に限らず、
図６に示すように上チャンバ１１と中チャンバ１２とを
導電部品２９を介してプラズマクリーニングを行う場合
にも本発明が同じように適用出来る。
【００２９】また、図７に示すように、上チャンバ１１
に高周波電源２９、マッチングボックス３０を接続し、
中チャンバ１２、下チャンバ１３とは各々接続部品１
４，１５を挟み込んで電気的に絶縁させた構成における
プラスマクリーニングにおいても、電圧計１０４で上チ
ャンバ１１壁に生じる電圧Ｖをクリーニング中にモニタ
し、制御手段２７で電圧降下曲線の傾きを演算し、傾き
の値が１０-3〜１０-4Ｖ／分に到達した段階で、制御手
段２７高周波電源２９を切ると共に、マスフローコント
ローラ２４を切るようにすることで、同上の効果が得ら
れる。
に高周波電源２９、マッチングボックス３０を接続し、
中チャンバ１２、下チャンバ１３とは各々接続部品１
４，１５を挟み込んで電気的に絶縁させた構成における
プラスマクリーニングにおいても、電圧計１０４で上チ
ャンバ１１壁に生じる電圧Ｖをクリーニング中にモニタ
し、制御手段２７で電圧降下曲線の傾きを演算し、傾き
の値が１０-3〜１０-4Ｖ／分に到達した段階で、制御手
段２７高周波電源２９を切ると共に、マスフローコント
ローラ２４を切るようにすることで、同上の効果が得ら
れる。
【００３０】図２，６，７はプラズマクリーニングに高
周波電源のみを用いた実施例を示したが、図８に示すよ
うに高周波電源のみならず、マイクロ波（マイクロ波発
振器４、マイクロ波電源１７）によるプラズマも併用し
たクリーニングも可能である。この場合においても、電
圧計１０４でクリーニング中の電圧Ｖをモニタし、制御
手段２７で電圧降下曲線の傾きを演算し、傾きの値が１
０-3〜１０-4Ｖ／分に到達した段階で、制御手段２７を
介して高周波電源９、マスフローコントローラ２４、及
びマイクロ波電源１７を切断する。こうすることで、同
上の効果が得られる。
周波電源のみを用いた実施例を示したが、図８に示すよ
うに高周波電源のみならず、マイクロ波（マイクロ波発
振器４、マイクロ波電源１７）によるプラズマも併用し
たクリーニングも可能である。この場合においても、電
圧計１０４でクリーニング中の電圧Ｖをモニタし、制御
手段２７で電圧降下曲線の傾きを演算し、傾きの値が１
０-3〜１０-4Ｖ／分に到達した段階で、制御手段２７を
介して高周波電源９、マスフローコントローラ２４、及
びマイクロ波電源１７を切断する。こうすることで、同
上の効果が得られる。
【００３１】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、クリーニ
ング時に反応壁へ高周波電源を印加した状態で反応壁に
発生する電圧をモニタし、最適なクリーニング条件での
電圧に到達した時点でクリーニング処理を終了出来るの
で、製造不良の低減や、高価なクリーニングガスＮＦ3
の低減を図れ、低コストで運用出来るプラズマＣＶＤ装
置が得られる。
ング時に反応壁へ高周波電源を印加した状態で反応壁に
発生する電圧をモニタし、最適なクリーニング条件での
電圧に到達した時点でクリーニング処理を終了出来るの
で、製造不良の低減や、高価なクリーニングガスＮＦ3
の低減を図れ、低コストで運用出来るプラズマＣＶＤ装
置が得られる。
【図１】プラズマＣＶＤ装置の成膜プロセス時の反応室
側を示す断面図である。
側を示す断面図である。
【図２】第１実施形態におけるプラズマＣＶＤ装置のク
リーニング時の反応室側を示す断面図である。
リーニング時の反応室側を示す断面図である。
【図３】堆積膜が中チャンバの壁面に付着している状況
図である。
図である。
【図４】プラズマインピーダンスと堆積膜とマッチング
ボックスとの直列等価電気回路図である。
ボックスとの直列等価電気回路図である。
【図５】バイアス電圧降下時の曲線図である。
【図６】第２実施形態におけるプラズマＣＶＤ装置のク
リーニング時の反応室側を示す断面図である。
リーニング時の反応室側を示す断面図である。
【図７】第３実施形態におけるプラズマＣＶＤ装置のク
リーニング時の反応室側を示す断面図である。
リーニング時の反応室側を示す断面図である。
【図８】第４実施形態におけるプラズマＣＶＤ装置のク
リーニング時の反応室側を示す断面図である。
リーニング時の反応室側を示す断面図である。
１…反応室、２…基板電極、３…マイクロ波導入窓、４
…マイクロ波発振器、５…真空ポンプ、６…ガス除害装
置、７…上ノズル、８…下ノズル、９…高周波電源、１
０…高周波電源、１１…上チャンバ、１２…中チャン
バ、１３…真空ポンプ、１４…絶縁部品、１５…絶縁部
品、１６…導波管、１７…マイクロ波電源、１８…マッ
チングボックス、１９…アース線、２０…アース線、２
１…ウエハ、２２…静電吸着装置、２３…マッチングボ
ックス、２４…マスフローコントローラ、２５…マスフ
ローコントローラ、２６…カバーウエハ、２７…制御手
段、２８…導電部品、２９…高周波電源、３０…マッチ
ングボックス、３１…アース、１００…堆積膜、１０１
…プラズマインピーダンス、１０２…コンデンサ、１０
３…電圧Ｖの測定点、１０４…電圧計。
…マイクロ波発振器、５…真空ポンプ、６…ガス除害装
置、７…上ノズル、８…下ノズル、９…高周波電源、１
０…高周波電源、１１…上チャンバ、１２…中チャン
バ、１３…真空ポンプ、１４…絶縁部品、１５…絶縁部
品、１６…導波管、１７…マイクロ波電源、１８…マッ
チングボックス、１９…アース線、２０…アース線、２
１…ウエハ、２２…静電吸着装置、２３…マッチングボ
ックス、２４…マスフローコントローラ、２５…マスフ
ローコントローラ、２６…カバーウエハ、２７…制御手
段、２８…導電部品、２９…高周波電源、３０…マッチ
ングボックス、３１…アース、１００…堆積膜、１０１
…プラズマインピーダンス、１０２…コンデンサ、１０
３…電圧Ｖの測定点、１０４…電圧計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 雄一郎 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 Ｆターム(参考） 4K030 DA06 JA05 JA17 KA39 KA41 5F045 AA09 AA10 AB32 AC01 AC02 AC11 AC16 BB08 BB15 EB06 EC05 EE04 EF08 EF11 EG08 EH03 EH17 EH20 EM05 GB04
Claims (1)
- 【請求項１】反応室と、反応室内にあってウエハを載置
する基板電極と、反応室内にマイクロ波を導入するマイ
クロ波導入部と、マイクロ波を発振するマイクロ波発振
器とマイクロ波電源と、成膜時に反応室内へ成膜用ガス
を導入し、クリーニング時に反応室内へクリーニングガ
スを導入するガス導入部と、ガス導入部に接続されたマ
スフローコントローラと、反応室からのガス排出を行う
排出部と、基板電極に接続された第１のマッチングボッ
クスと高周波電源と、反応室に接続された第２のマッチ
ングボックスと高周波電源と、上記ガス導入部よりクリ
ーニングガスを導入し、上記第２の高周波電源を用いて
クリーニングを行うプラズマＣＶＤ装置において、上記
クリーニング時に、上記反応室とアース間の電圧を電圧
計でモニタし、所定の値に到達すると上記高周波電源、
及び上記クリーニングガスを切る制御手段を有すること
を特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000345468A JP2002151417A (ja) | 2000-11-08 | 2000-11-08 | プラズマｃｖｄ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000345468A JP2002151417A (ja) | 2000-11-08 | 2000-11-08 | プラズマｃｖｄ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002151417A true JP2002151417A (ja) | 2002-05-24 |
Family
ID=18819497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000345468A Pending JP2002151417A (ja) | 2000-11-08 | 2000-11-08 | プラズマｃｖｄ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002151417A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008536306A (ja) * | 2005-03-28 | 2008-09-04 | ラム リサーチ コーポレーション | プラズマ処理システムにおけるクリーニングまたはコンディショニングプロセスのエンドポイント決定方法及び装置 |
| JP2016145385A (ja) * | 2015-02-06 | 2016-08-12 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜装置及び成膜方法 |
| US10309014B2 (en) | 2016-05-24 | 2019-06-04 | Spts Technologies Limited | Method of cleaning a plasma processing device |
-
2000
- 2000-11-08 JP JP2000345468A patent/JP2002151417A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008536306A (ja) * | 2005-03-28 | 2008-09-04 | ラム リサーチ コーポレーション | プラズマ処理システムにおけるクリーニングまたはコンディショニングプロセスのエンドポイント決定方法及び装置 |
| JP2013085002A (ja) * | 2005-03-28 | 2013-05-09 | Lam Research Corporation | プラズマ処理システムにおけるクリーニングまたはコンディショニングプロセスのエンドポイント決定方法及び装置 |
| US8518209B2 (en) | 2005-03-28 | 2013-08-27 | Lam Research Corporation | Apparatus for determining the endpoint of a cleaning or conditioning process in a plasma processing system |
| JP2016145385A (ja) * | 2015-02-06 | 2016-08-12 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜装置及び成膜方法 |
| US10309014B2 (en) | 2016-05-24 | 2019-06-04 | Spts Technologies Limited | Method of cleaning a plasma processing device |
| TWI795358B (zh) * | 2016-05-24 | 2023-03-11 | 英商Ｓｐｔｓ科技公司 | 以基團來清潔電漿處理裝置之一腔室的方法及電漿處理裝置 |
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