JP2002289535A - プラズマ気相化学堆積装置のクリーニング方法 - Google Patents
プラズマ気相化学堆積装置のクリーニング方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】地球温暖化を防ぐ。
【解決手段】ＰＦＣ気体を希ガスで希釈して、プラズマ
エッチングを行う。
エッチングを行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に用い
られる薄膜半導体装置（ＴＦＴ）の製造過程や半導体産
業にて使用されるプラズマ化学気相堆積装置（ＰＥＣＶ
Ｄ装置）のクリーニング方法に関する。更に詳しくは、
本願発明は地球温暖化の主因となるＰｅｒｆｌｕｏｒｏ
ｃｏｍｐｏｕｎｄ気体（ＰＦＣ気体）使用量を削減する
ＰＥＣＶＤ装置のクリーニング方法に関する。
られる薄膜半導体装置（ＴＦＴ）の製造過程や半導体産
業にて使用されるプラズマ化学気相堆積装置（ＰＥＣＶ
Ｄ装置）のクリーニング方法に関する。更に詳しくは、
本願発明は地球温暖化の主因となるＰｅｒｆｌｕｏｒｏ
ｃｏｍｐｏｕｎｄ気体（ＰＦＣ気体）使用量を削減する
ＰＥＣＶＤ装置のクリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置用の薄膜半導体装置や大規
模集積回路用の半導体装置の製造過程ではプラズマ化学
気相堆積装置（ＰＥＣＶＤ装置）が広く使用されてい
る。其処ではＰＥＣＶＤ装置の成膜室に基板を挿入した
後に酸化硅素薄膜や窒化硅素薄膜などの誘電体薄膜や硅
素薄膜などの半導体薄膜が基板上にプラズマを用いて堆
積される。此等の薄膜は基板上にのみならず、同時に成
膜室壁や電極表面にも堆積される。成膜室内壁や電極表
面に堆積した膜を放置しておくと堆積毎に薄膜は厚みを
増し、やがては剥がれ落ちてパーティクルや粉塵と化
し、不良品を生産する事になる。そこで所定の膜厚に達
する毎に、成膜室のクリーニングを定期的に施してい
る。このクリーニングに用いられる典型的な気体はＰｅ
ｒｆｌｕｏｒｏｃｏｍｐｏｕｎｄ気体（ＰＦＣ気体）と
呼ばれる三弗化窒素（ＮＦ３）や六弗化硫黄（Ｓ
Ｆ６）、弗化炭素（ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、Ｃ３
Ｆ８）等であり、通常は濃度が１００％のＰＦＣ気体の
プラズマを用いて成膜室内壁や電極のクリーニングを行
う。
模集積回路用の半導体装置の製造過程ではプラズマ化学
気相堆積装置（ＰＥＣＶＤ装置）が広く使用されてい
る。其処ではＰＥＣＶＤ装置の成膜室に基板を挿入した
後に酸化硅素薄膜や窒化硅素薄膜などの誘電体薄膜や硅
素薄膜などの半導体薄膜が基板上にプラズマを用いて堆
積される。此等の薄膜は基板上にのみならず、同時に成
膜室壁や電極表面にも堆積される。成膜室内壁や電極表
面に堆積した膜を放置しておくと堆積毎に薄膜は厚みを
増し、やがては剥がれ落ちてパーティクルや粉塵と化
し、不良品を生産する事になる。そこで所定の膜厚に達
する毎に、成膜室のクリーニングを定期的に施してい
る。このクリーニングに用いられる典型的な気体はＰｅ
ｒｆｌｕｏｒｏｃｏｍｐｏｕｎｄ気体（ＰＦＣ気体）と
呼ばれる三弗化窒素（ＮＦ３）や六弗化硫黄（Ｓ
Ｆ６）、弗化炭素（ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、Ｃ３
Ｆ８）等であり、通常は濃度が１００％のＰＦＣ気体の
プラズマを用いて成膜室内壁や電極のクリーニングを行
う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら此等従来
のクリーニング方法に於いては多量のＰＦＣ気体が消費
され、大気に放出される。ＰＦＣ気体は非常に長い寿命
を有し赤外線の吸収が大きい事から、一度大気に放出さ
れると温室効果を促進し、全地球規模での大気温度を加
速度的に上昇させる。例えば六弗化硫黄の地球温暖化へ
の影響度（GlobalWarming Potential）は２３９００と
同量の二酸化炭素（ＣＯ２）に比べて２３９００倍も地
球温暖化に寄与する。
のクリーニング方法に於いては多量のＰＦＣ気体が消費
され、大気に放出される。ＰＦＣ気体は非常に長い寿命
を有し赤外線の吸収が大きい事から、一度大気に放出さ
れると温室効果を促進し、全地球規模での大気温度を加
速度的に上昇させる。例えば六弗化硫黄の地球温暖化へ
の影響度（GlobalWarming Potential）は２３９００と
同量の二酸化炭素（ＣＯ２）に比べて２３９００倍も地
球温暖化に寄与する。
【０００４】そこで本発明は上述の諸事情を鑑み、その
目的とする所は地球温暖化の原因となるＰＦＣ気体の使
用量を削減して尚、ＰＥＣＶＤ装置の成膜室内を綺麗に
クリーニングする方法を提供する事に有る。
目的とする所は地球温暖化の原因となるＰＦＣ気体の使
用量を削減して尚、ＰＥＣＶＤ装置の成膜室内を綺麗に
クリーニングする方法を提供する事に有る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は基板上に薄膜堆
積を行うプラズマ気相化学堆積装置（ＰＥＣＶＤ装置）
のクリーニング方法に於いて、プラズマ気相化学堆積装
置の成膜室内にて所定量の薄膜を堆積した後に、此の成
膜室内に希ガス気体とエッチング気体との混合気体から
成るプラズマを立てて、成膜室内に堆積された薄膜を除
去する事を特徴とする。エッチング気体としは三弗化窒
素（ＮＦ３）や六弗化硫黄（ＳＦ６）、弗化炭素（ＣＦ
４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、Ｃ３Ｆ８）等のＰｅｒｆｌｕ
ｏｒｏｃｏｍｐｏｕｎｄ気体（ＰＦＣ気体）を用い、希
ガス気体にはヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）を使
用する。混合気体中に占めるエッチング気体の割合は１
％程度以上１０％程度以下とし、好ましくは１％程度以
上６％程度以下、より好ましくは１.5％程度以上4.5％
程度以下、理想的には２％程度以上4％程度以下で有
る。ＰＥＣＶＤ装置のプラズマ源は周波数が１３．５６
ＭＨｚ乃至はその整数倍などのラジオ波（ｒｆ波）や、
超高周波（ＶＨＦ波）、或いは周波数が２．４５ＧＨｚ
などのマイクロ波である。
積を行うプラズマ気相化学堆積装置（ＰＥＣＶＤ装置）
のクリーニング方法に於いて、プラズマ気相化学堆積装
置の成膜室内にて所定量の薄膜を堆積した後に、此の成
膜室内に希ガス気体とエッチング気体との混合気体から
成るプラズマを立てて、成膜室内に堆積された薄膜を除
去する事を特徴とする。エッチング気体としは三弗化窒
素（ＮＦ３）や六弗化硫黄（ＳＦ６）、弗化炭素（ＣＦ
４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、Ｃ３Ｆ８）等のＰｅｒｆｌｕ
ｏｒｏｃｏｍｐｏｕｎｄ気体（ＰＦＣ気体）を用い、希
ガス気体にはヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）を使
用する。混合気体中に占めるエッチング気体の割合は１
％程度以上１０％程度以下とし、好ましくは１％程度以
上６％程度以下、より好ましくは１.5％程度以上4.5％
程度以下、理想的には２％程度以上4％程度以下で有
る。ＰＥＣＶＤ装置のプラズマ源は周波数が１３．５６
ＭＨｚ乃至はその整数倍などのラジオ波（ｒｆ波）や、
超高周波（ＶＨＦ波）、或いは周波数が２．４５ＧＨｚ
などのマイクロ波である。
【０００６】
【発明の実施の形態】プラズマ化学気相堆積装置にて基
板上に酸化硅素薄膜や窒化硅素薄膜などの誘電体薄膜や
硅素薄膜などの半導体薄膜を所定量堆積した後に、基板
一枚毎乃至は数枚毎に成膜室内壁や電極表面等と言った
成膜室のクリーニングを施す。クリーニングの際には成
膜室内に希ガス気体とエッチング気体との混合気体を導
入した上で、此等混合気体をプラズマ化させて、成膜室
内に堆積された薄膜を除去する。
板上に酸化硅素薄膜や窒化硅素薄膜などの誘電体薄膜や
硅素薄膜などの半導体薄膜を所定量堆積した後に、基板
一枚毎乃至は数枚毎に成膜室内壁や電極表面等と言った
成膜室のクリーニングを施す。クリーニングの際には成
膜室内に希ガス気体とエッチング気体との混合気体を導
入した上で、此等混合気体をプラズマ化させて、成膜室
内に堆積された薄膜を除去する。
【０００７】希ガス気体はヘリウム（Ｈｅ）やネオン
（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キ
セノン（Ｘｅ）等が用いられるが、安定したプラズマを
立てる上ではヘリウムの使用が最適で、製造価格削減に
はアルゴンの使用が好ましい。取り分けヘリウムは狭い
空間にも容易に入り込むので例えば電極に儲けられたガ
ス導入穴などの狭い領域も綺麗にクリーニングするとの
効果を示す。又、ｒｆ波を用いた並行平板式ＰＥＣＶＤ
装置ではアルゴンを使用すると、ｒｆ出力が低くても容
易にクリーニング出来るとの効果も認められる。希ガス
気体としてクリプトンやキセノンを使用すれば、エッチ
ング気体からエッチングに関与する活性原子を効率的に
作り出し、エッチングが素早く進むとの効果をもたら
す。エッチング気体としては三弗化窒素（ＮＦ３）や六
弗化硫黄（ＳＦ６）、弗化炭素（ＣＦ ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ
ＨＦ３、Ｃ３Ｆ８）等のＰｅｒｆｌｕｏｒｏｃｏｍｐｏ
ｕｎｄ気体（ＰＦＣ気体）を用いる。三弗化窒素は地球
温暖化への影響度（ＧＷＰ値）が８０００とＰＦＣ気体
中では比較的小さいので、温暖化防止に役立つ。六弗化
硫黄はエッチング効率に優るので、比較的少量であって
もクリーニングが綺麗に行われる。弗化炭素は燃焼と水
洗とによる除害が比較的容易に行われ、放出量を最小化
させ得る。
（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キ
セノン（Ｘｅ）等が用いられるが、安定したプラズマを
立てる上ではヘリウムの使用が最適で、製造価格削減に
はアルゴンの使用が好ましい。取り分けヘリウムは狭い
空間にも容易に入り込むので例えば電極に儲けられたガ
ス導入穴などの狭い領域も綺麗にクリーニングするとの
効果を示す。又、ｒｆ波を用いた並行平板式ＰＥＣＶＤ
装置ではアルゴンを使用すると、ｒｆ出力が低くても容
易にクリーニング出来るとの効果も認められる。希ガス
気体としてクリプトンやキセノンを使用すれば、エッチ
ング気体からエッチングに関与する活性原子を効率的に
作り出し、エッチングが素早く進むとの効果をもたら
す。エッチング気体としては三弗化窒素（ＮＦ３）や六
弗化硫黄（ＳＦ６）、弗化炭素（ＣＦ ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ
ＨＦ３、Ｃ３Ｆ８）等のＰｅｒｆｌｕｏｒｏｃｏｍｐｏ
ｕｎｄ気体（ＰＦＣ気体）を用いる。三弗化窒素は地球
温暖化への影響度（ＧＷＰ値）が８０００とＰＦＣ気体
中では比較的小さいので、温暖化防止に役立つ。六弗化
硫黄はエッチング効率に優るので、比較的少量であって
もクリーニングが綺麗に行われる。弗化炭素は燃焼と水
洗とによる除害が比較的容易に行われ、放出量を最小化
させ得る。
【０００８】希ガスとエッチング気体との混合気体から
成るプラズマのプラズマ源としてはラジオ波（ｒｆ波：
１３．５６ＭＨｚや此の正数倍の周波数で２７．１２Ｍ
Ｈｚ等）や超高周波（ＶＨＦ波：１００ＭＨｚ程度から
数百ＭＨｚの周波数を有する電磁波）、或いはマイクロ
波（２．４５ＧＨｚや８．３ＧＨｚ等のＧＨｚ帯の周波
数を有する電磁波）が使用される。超高周波やマイクロ
波を用いればプラズマ密度が上がるので、クリーニング
が迅速に進行する。しかしながら５５０ｍｍ×６５０ｍ
ｍと云った様な大型基板に対応する汎用ＰＥＣＶＤ装置
のクリーニングとの視点からは１３．５６ＭＨｚに代表
されるラジオ波の使用が最適で有る。
成るプラズマのプラズマ源としてはラジオ波（ｒｆ波：
１３．５６ＭＨｚや此の正数倍の周波数で２７．１２Ｍ
Ｈｚ等）や超高周波（ＶＨＦ波：１００ＭＨｚ程度から
数百ＭＨｚの周波数を有する電磁波）、或いはマイクロ
波（２．４５ＧＨｚや８．３ＧＨｚ等のＧＨｚ帯の周波
数を有する電磁波）が使用される。超高周波やマイクロ
波を用いればプラズマ密度が上がるので、クリーニング
が迅速に進行する。しかしながら５５０ｍｍ×６５０ｍ
ｍと云った様な大型基板に対応する汎用ＰＥＣＶＤ装置
のクリーニングとの視点からは１３．５６ＭＨｚに代表
されるラジオ波の使用が最適で有る。
【０００９】混合プラズマ照射を行う際には、希ガスと
エッチング気体との混合気体中に占めるエッチング気体
の割合を１％程度以上１０％程度以下とする。特にラジ
オ波をプラズマ源としているＰＥＣＶＤ装置を使用する
場合にはプラズマ密度の低下に応じて、エッチング気体
の割合を１％程度以上６％程度未満とせねばならない。
これは本願発明が希ガスの励起状態を多量に生成し、此
の励起状態からのエネルギー遷移を以てエッチング気体
の原子状活性種（弗素原子活性種Ｆ＊）を生成し、成膜
室内壁乃至は電極表面に付着した薄膜のエッチングを促
進するとの原理に基づいて居るからで有る。従来のクリ
ーニングでは、濃度１００％のＰＦＣ気体プラズマを用
いて薄膜のエッチングを行っていた。此の場合、プラズ
マ中に発生する活性種の殆ど総てがＰＦＣ分子の活性種
（ＮＦ３ ＊やＳＦ６ ＊）で有る。活性ＰＦＣ分子からは
次に弗素が放出されねばならず、更にその弗素が硅素や
酸化硅素等の薄膜と反応してＳiＦ並びにその他の揮発
性反応物を生成してエッチングを進める。即ち従来はＰ
ＦＣ分子の活性種が生じても、ＰＦＣ分子から化学的に
活性な弗素原子を解離する必要が有り、此の解離効率が
非常に低い故に、多量のＰＦＣ気体を消費せざるを得な
かったのである。此に対して本願では混合気体の主成分
が希ガスで有る為に、プラズマ中に希ガスの活性種が多
量に生成する。希ガスの活性種は励起エネルギーが２０
ｅＶ程度と高い。一方、出願人の研究に依るとＰＦＣ分
子が弗素原子を放出し、その弗素原子が第一励起状態に
迄達する総エネルギーは凡そ２０ｅＶと思われる。従っ
てＰＦＣ分子が希ガスの励起種から共鳴状態を経てエネ
ルギーを受け取れば、容易に弗素原子の第一励起種、即
ち弗素原子活性種が生成される。
エッチング気体との混合気体中に占めるエッチング気体
の割合を１％程度以上１０％程度以下とする。特にラジ
オ波をプラズマ源としているＰＥＣＶＤ装置を使用する
場合にはプラズマ密度の低下に応じて、エッチング気体
の割合を１％程度以上６％程度未満とせねばならない。
これは本願発明が希ガスの励起状態を多量に生成し、此
の励起状態からのエネルギー遷移を以てエッチング気体
の原子状活性種（弗素原子活性種Ｆ＊）を生成し、成膜
室内壁乃至は電極表面に付着した薄膜のエッチングを促
進するとの原理に基づいて居るからで有る。従来のクリ
ーニングでは、濃度１００％のＰＦＣ気体プラズマを用
いて薄膜のエッチングを行っていた。此の場合、プラズ
マ中に発生する活性種の殆ど総てがＰＦＣ分子の活性種
（ＮＦ３ ＊やＳＦ６ ＊）で有る。活性ＰＦＣ分子からは
次に弗素が放出されねばならず、更にその弗素が硅素や
酸化硅素等の薄膜と反応してＳiＦ並びにその他の揮発
性反応物を生成してエッチングを進める。即ち従来はＰ
ＦＣ分子の活性種が生じても、ＰＦＣ分子から化学的に
活性な弗素原子を解離する必要が有り、此の解離効率が
非常に低い故に、多量のＰＦＣ気体を消費せざるを得な
かったのである。此に対して本願では混合気体の主成分
が希ガスで有る為に、プラズマ中に希ガスの活性種が多
量に生成する。希ガスの活性種は励起エネルギーが２０
ｅＶ程度と高い。一方、出願人の研究に依るとＰＦＣ分
子が弗素原子を放出し、その弗素原子が第一励起状態に
迄達する総エネルギーは凡そ２０ｅＶと思われる。従っ
てＰＦＣ分子が希ガスの励起種から共鳴状態を経てエネ
ルギーを受け取れば、容易に弗素原子の第一励起種、即
ち弗素原子活性種が生成される。
【００１０】斯うして生成された弗素原子活性種は化学
的に窮めて活性で、反応室内に付着した薄膜を容易にエ
ッチングして、反応室内のクリーニングを完遂させる訳
で有る。此の場合、エッチング気体の割合が１％程度未
満ではプラズマ中のエッチング気体原子活性種の数が少
なく、逆に１０％程度以上だと希ガスの活性種の数が減
少してＰＦＣ気体分子活性種が増えて仕舞う為、矢張り
弗素原子活性種の数は減って仕舞う。取り分けプラズマ
密度の低いラジオ波を用いたプラズマでは弗素原子活性
種の数を多くする必要が有り、混合気体中に於けるエッ
チング気体の割合を１％程度以上６％程度未満とせねば
ならない。斯うすればｒｆプラズマで有っても効率的に
反応室のクリーニングが行われる訳である。
的に窮めて活性で、反応室内に付着した薄膜を容易にエ
ッチングして、反応室内のクリーニングを完遂させる訳
で有る。此の場合、エッチング気体の割合が１％程度未
満ではプラズマ中のエッチング気体原子活性種の数が少
なく、逆に１０％程度以上だと希ガスの活性種の数が減
少してＰＦＣ気体分子活性種が増えて仕舞う為、矢張り
弗素原子活性種の数は減って仕舞う。取り分けプラズマ
密度の低いラジオ波を用いたプラズマでは弗素原子活性
種の数を多くする必要が有り、混合気体中に於けるエッ
チング気体の割合を１％程度以上６％程度未満とせねば
ならない。斯うすればｒｆプラズマで有っても効率的に
反応室のクリーニングが行われる訳である。
【００１１】本願発明の汎用ＰＥＣＶＤ装置に適応させ
る際には、成膜室最高温度は凡そ４５０℃程度未満であ
る。斯うした低温で成膜室のクリーニングをきちんと行
うには、低温化に伴うエッチング反応速度の低下を補償
する為にエッチング気体原子活性種の数を最大とせねば
成らず、故に混合気体中に於けるエッチング気体の割合
を１．５％程度以上４．５％程度未満とする必要が有
る。更に３０ｃｍ径以上の大型基板に対応したＰＥＣＶ
Ｄ装置の成膜室をクリーニングするには、大きな反応室
容積全体に弗素原子活性種を行き渡らせる為に、混合気
体中に於けるエッチング気体の割合を２％程度以上４％
程度未満とするのが好ましい。混合気体によるクリーニ
ング時間は１５秒程度以上とすると、従来のエッチング
気体１００％でのクリーニングと同等の効果が得られ、
それ故地球温暖化の一因となるＰＦＣ気体を十分の一程
度以下へと削減し得る。
る際には、成膜室最高温度は凡そ４５０℃程度未満であ
る。斯うした低温で成膜室のクリーニングをきちんと行
うには、低温化に伴うエッチング反応速度の低下を補償
する為にエッチング気体原子活性種の数を最大とせねば
成らず、故に混合気体中に於けるエッチング気体の割合
を１．５％程度以上４．５％程度未満とする必要が有
る。更に３０ｃｍ径以上の大型基板に対応したＰＥＣＶ
Ｄ装置の成膜室をクリーニングするには、大きな反応室
容積全体に弗素原子活性種を行き渡らせる為に、混合気
体中に於けるエッチング気体の割合を２％程度以上４％
程度未満とするのが好ましい。混合気体によるクリーニ
ング時間は１５秒程度以上とすると、従来のエッチング
気体１００％でのクリーニングと同等の効果が得られ、
それ故地球温暖化の一因となるＰＦＣ気体を十分の一程
度以下へと削減し得る。
【００１２】
【実施例】（実施例１）本願発明のクリーニング方法で
効率良く薄膜ががエッチングされる事を本実施例１にて
示す。エッチング速度は３００ｍｍ×３００ｍｍのガラ
ス基板上に成膜された非晶質硅素膜を用いて調べられ
た。非晶質硅素膜表面には凡そ１ｎｍから２ｎｍの厚み
の自然酸化膜が形成されている。従って本実施例が示す
エッチングは酸化硅素膜と非晶質硅素膜との両者のエッ
チングである。斯うして準備された基板のエッチングを
をＰＥＣＶＤ装置にて行った。
効率良く薄膜ががエッチングされる事を本実施例１にて
示す。エッチング速度は３００ｍｍ×３００ｍｍのガラ
ス基板上に成膜された非晶質硅素膜を用いて調べられ
た。非晶質硅素膜表面には凡そ１ｎｍから２ｎｍの厚み
の自然酸化膜が形成されている。従って本実施例が示す
エッチングは酸化硅素膜と非晶質硅素膜との両者のエッ
チングである。斯うして準備された基板のエッチングを
をＰＥＣＶＤ装置にて行った。
【００１３】ＰＥＣＶＤ装置は枚葉式容量結合型でプラ
ズマは工業用周波数（１３．５６ＭＨｚ）のラジオ高周
波電源を用いて平行平板電極間に発生させる。成膜室は
反応容器に依り外気から隔絶され、プラズマ処理中で凡
０．１ｔｏｒｒから１０ｔｏｒｒ程度の減圧状態とされ
る。反応容器内には下部平板電極と上部平板電極が互い
に平行に設置されて居り、これら二枚の電極が平行平板
電極を形成する。この平行平板電極間が成膜室となる。
本願発明で用いたＰＥＣＶＤ装置は４７０ｍｍ×５６０
ｍｍの平行平板電極を備え、此等平行平板電極間距離は
下部平板電極の位置を上下させる事に依り、１８．０ｍ
ｍから３７．０ｍｍの間で自由に設定し得る。此に応じ
て成膜室の容積は４７３８ｃｍ３から９７３８ｃｍ３と
変化する。又電極間距離を所定の値に設定した場合、４
７０ｍｍ×５６０ｍｍの平板電極面内での電極間距離の
偏差は０．５ｍｍ程度で有る。従って電極間に生ずる電
界強度の偏差は平板電極面内で２％程度以下となり窮め
て均質なプラズマが成膜室に発生する。下部平板電極上
に薄膜をエッチングすべき基板を置く。下部平板電極内
部にはヒーターが設けられて居り、下部平板電極の温度
を２５０℃から４００℃の間で任意に調整し得る。周辺
２ｍｍを除いた下部平板電極内の温度分布は設定温度に
対して±５℃以内で有り、基板として３６０ｍｍ×４６
５ｍｍとの大きな物を使用しても基板内温度偏差を±２
℃以内に保つ事が出来る。希ガスとエッチング気体から
成る混合気体は配管を通じて上部平板電極内に導入さ
れ、更に上部平板電極内に設けられたガス拡散板の間を
擦り抜けて上部平板電極全面より略均一な圧力で成膜室
に流れ出る。処理中で有れば混合気体の一部は上部平板
電極から出た所で電離し、平行平板電極間にプラズマを
発生させる。混合気体の一部乃至全部は薄膜のエッチン
グに関与し、エッチングに関与しなかった残留混合気体
及び薄膜エッチングの化学反応の結果として生じた生成
ガスは排気ガスと成って反応容器周辺上部に設けられた
排気穴を介して排気される。排気穴のコンダクタンスは
平行平板電極間のコンダクタンスに比べて十分に大き
く、その値は平行平板電極間のコンダクタンスの１００
倍以上が好ましい。更に平行平板電極間のコンダクタン
スはガス拡散板のコンダクタンスよりも十分に大きく、
やはりその値はガス拡散板のコンダクタンスの１００倍
以上が好ましい。こうした構成に依り４７０ｍｍ×５６
０ｍｍとの大型上部平板電極全面より略均一な圧力でク
リーニングを行う反応ガスが成膜室に導入され、同時に
排気ガスが成膜室から総ての方向に均等な流量で排気さ
れるので有る。各種反応ガスの流量は配管に導入される
前にマス・フロー・コントローラーに依り所定の値に調
整される。又成膜室内の圧力は排気穴出口に設けられた
コンダクタンス・バルブに依り所望の値に調整される。
コンダクタンス・バルブの排気側にはターボ分子ポンプ
等の真空排気装置が設けられて居る。本願発明ではオイ
ル・フリーのドライ・ポンプが真空排気装置の一部とし
て用いられ、成膜室等の反応容器内の背景真空度を１０
ー５ｔｏｒｒ台として居る。反応容器及び下部平板電極
は接地電位に有り、これらと上部平板電極は絶縁リング
に依り電気的に絶縁状態が保たれる。
ズマは工業用周波数（１３．５６ＭＨｚ）のラジオ高周
波電源を用いて平行平板電極間に発生させる。成膜室は
反応容器に依り外気から隔絶され、プラズマ処理中で凡
０．１ｔｏｒｒから１０ｔｏｒｒ程度の減圧状態とされ
る。反応容器内には下部平板電極と上部平板電極が互い
に平行に設置されて居り、これら二枚の電極が平行平板
電極を形成する。この平行平板電極間が成膜室となる。
本願発明で用いたＰＥＣＶＤ装置は４７０ｍｍ×５６０
ｍｍの平行平板電極を備え、此等平行平板電極間距離は
下部平板電極の位置を上下させる事に依り、１８．０ｍ
ｍから３７．０ｍｍの間で自由に設定し得る。此に応じ
て成膜室の容積は４７３８ｃｍ３から９７３８ｃｍ３と
変化する。又電極間距離を所定の値に設定した場合、４
７０ｍｍ×５６０ｍｍの平板電極面内での電極間距離の
偏差は０．５ｍｍ程度で有る。従って電極間に生ずる電
界強度の偏差は平板電極面内で２％程度以下となり窮め
て均質なプラズマが成膜室に発生する。下部平板電極上
に薄膜をエッチングすべき基板を置く。下部平板電極内
部にはヒーターが設けられて居り、下部平板電極の温度
を２５０℃から４００℃の間で任意に調整し得る。周辺
２ｍｍを除いた下部平板電極内の温度分布は設定温度に
対して±５℃以内で有り、基板として３６０ｍｍ×４６
５ｍｍとの大きな物を使用しても基板内温度偏差を±２
℃以内に保つ事が出来る。希ガスとエッチング気体から
成る混合気体は配管を通じて上部平板電極内に導入さ
れ、更に上部平板電極内に設けられたガス拡散板の間を
擦り抜けて上部平板電極全面より略均一な圧力で成膜室
に流れ出る。処理中で有れば混合気体の一部は上部平板
電極から出た所で電離し、平行平板電極間にプラズマを
発生させる。混合気体の一部乃至全部は薄膜のエッチン
グに関与し、エッチングに関与しなかった残留混合気体
及び薄膜エッチングの化学反応の結果として生じた生成
ガスは排気ガスと成って反応容器周辺上部に設けられた
排気穴を介して排気される。排気穴のコンダクタンスは
平行平板電極間のコンダクタンスに比べて十分に大き
く、その値は平行平板電極間のコンダクタンスの１００
倍以上が好ましい。更に平行平板電極間のコンダクタン
スはガス拡散板のコンダクタンスよりも十分に大きく、
やはりその値はガス拡散板のコンダクタンスの１００倍
以上が好ましい。こうした構成に依り４７０ｍｍ×５６
０ｍｍとの大型上部平板電極全面より略均一な圧力でク
リーニングを行う反応ガスが成膜室に導入され、同時に
排気ガスが成膜室から総ての方向に均等な流量で排気さ
れるので有る。各種反応ガスの流量は配管に導入される
前にマス・フロー・コントローラーに依り所定の値に調
整される。又成膜室内の圧力は排気穴出口に設けられた
コンダクタンス・バルブに依り所望の値に調整される。
コンダクタンス・バルブの排気側にはターボ分子ポンプ
等の真空排気装置が設けられて居る。本願発明ではオイ
ル・フリーのドライ・ポンプが真空排気装置の一部とし
て用いられ、成膜室等の反応容器内の背景真空度を１０
ー５ｔｏｒｒ台として居る。反応容器及び下部平板電極
は接地電位に有り、これらと上部平板電極は絶縁リング
に依り電気的に絶縁状態が保たれる。
【００１４】プラズマ発生時には高周波発振源から出力
された１３．５６ＭＨｚのラジオ高周波がインピーダン
ス・マッチング回路を介して上部平板電極に印加され
る。
された１３．５６ＭＨｚのラジオ高周波がインピーダン
ス・マッチング回路を介して上部平板電極に印加され
る。
【００１５】本発明に用いたＰＥＣＶＤ装置では最も汎
用性の高い周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を用いてい
るが、この他にこの高周波の整数倍の高周波を利用して
も良い。例えば２倍の２７．１２ＭＨｚや３倍の４０．
６８ＭＨｚ、４倍の５４．２４ＭＨｚ等も有効で有る。
更には１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ程度のＶＨＦ波を利用し
ても良い。周波数が１０ＭＨｚ程度のｒｆ波から数百Ｍ
Ｈｚ程度のＶＨＦ波で有れば平行平板電極間にプラズマ
を発生させる事が可能で有る。従って本願発明に用いた
ＰＥＣＶＤ装置の高周波発振源とインピーダンス・マッ
チング回路を交換する事に依り容易に所望の周波数の高
周波を用いてプラズマを発生出来る。
用性の高い周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を用いてい
るが、この他にこの高周波の整数倍の高周波を利用して
も良い。例えば２倍の２７．１２ＭＨｚや３倍の４０．
６８ＭＨｚ、４倍の５４．２４ＭＨｚ等も有効で有る。
更には１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ程度のＶＨＦ波を利用し
ても良い。周波数が１０ＭＨｚ程度のｒｆ波から数百Ｍ
Ｈｚ程度のＶＨＦ波で有れば平行平板電極間にプラズマ
を発生させる事が可能で有る。従って本願発明に用いた
ＰＥＣＶＤ装置の高周波発振源とインピーダンス・マッ
チング回路を交換する事に依り容易に所望の周波数の高
周波を用いてプラズマを発生出来る。
【００１６】本実施例１では、基板は下部平板電極の温
度が３７５℃に保たれている成膜室に設置される。プラ
ズマを立てる事を除いて成膜室内の条件をエッチング過
程と同一とする。具体的には三弗化窒素（ＮＦ３）を１
００ＳＣＣＭとヘリウム（Ｈｅ）を４９００ＳＣＣＭ流
し、成膜室内の圧力を０．５Ｔｏｒｒに保つ。平行平板
電極間距離は最大となる３７．０ｍｍで有る。成膜室の
クリーニングは成膜室体積が最大となる条件にて行う
と、成膜室全体から綺麗に薄膜が除去される。設置基板
がこうした系と平衡状態となった後の非晶質硅素基板表
面温度は３５０℃で有る。設置された基板と処理室とが
平衡状態に達した後、上部平板電極に高周波を印加して
プラズマを発生させ、基板表面に設けられた薄膜のエッ
チングを行う。高周波出力は１３００Ｗで有る。従って
エッチング条件の一例は以下の通りとなる。
度が３７５℃に保たれている成膜室に設置される。プラ
ズマを立てる事を除いて成膜室内の条件をエッチング過
程と同一とする。具体的には三弗化窒素（ＮＦ３）を１
００ＳＣＣＭとヘリウム（Ｈｅ）を４９００ＳＣＣＭ流
し、成膜室内の圧力を０．５Ｔｏｒｒに保つ。平行平板
電極間距離は最大となる３７．０ｍｍで有る。成膜室の
クリーニングは成膜室体積が最大となる条件にて行う
と、成膜室全体から綺麗に薄膜が除去される。設置基板
がこうした系と平衡状態となった後の非晶質硅素基板表
面温度は３５０℃で有る。設置された基板と処理室とが
平衡状態に達した後、上部平板電極に高周波を印加して
プラズマを発生させ、基板表面に設けられた薄膜のエッ
チングを行う。高周波出力は１３００Ｗで有る。従って
エッチング条件の一例は以下の通りとなる。
【００１７】三弗化窒素流量：ＮＦ３＝１００ＳＣＣＭ ヘリウム流量：Ｈｅ＝４９００ＳＣＣＭ （エッチング
気体濃度２．０％） ラジオ高周波出力：ＲＦ＝１３００Ｗ（０．４９Ｗ／ｃ
ｍ２） 圧力：Ｐ＝０．５Ｔｏｒｒ 電極間距離：Ｓ＝３７．０ｍｍ 下部平板電極温度：Ｔｓｕｓ＝３７５℃ 硅素基板表面温度：Ｔｓｕｂ＝３５０℃ プラズマ処理時間：ｔ＝２５秒 此の条件下で硅素膜は６９ｎｍのエッチングされた。
気体濃度２．０％） ラジオ高周波出力：ＲＦ＝１３００Ｗ（０．４９Ｗ／ｃ
ｍ２） 圧力：Ｐ＝０．５Ｔｏｒｒ 電極間距離：Ｓ＝３７．０ｍｍ 下部平板電極温度：Ｔｓｕｓ＝３７５℃ 硅素基板表面温度：Ｔｓｕｂ＝３５０℃ プラズマ処理時間：ｔ＝２５秒 此の条件下で硅素膜は６９ｎｍのエッチングされた。
【００１８】以下、エッチング速度を調べる為にプラズ
マ処理時間を１０秒と１５秒、２０秒として非晶質硅素
膜のエッチングを行った。又、上例で希ガスをヘリウム
からアルゴンに変えて同じプラズマ処理を非晶質硅素膜
に施した。又、比較の為にエッチング気体濃度１００％
とする従来のクリーニング方法でも同じ非晶質硅素膜の
エッチング速度を調べた。従来技術でのエッチング条件
は従来最も優れているとされるエッチング条件で、以下
に示される。
マ処理時間を１０秒と１５秒、２０秒として非晶質硅素
膜のエッチングを行った。又、上例で希ガスをヘリウム
からアルゴンに変えて同じプラズマ処理を非晶質硅素膜
に施した。又、比較の為にエッチング気体濃度１００％
とする従来のクリーニング方法でも同じ非晶質硅素膜の
エッチング速度を調べた。従来技術でのエッチング条件
は従来最も優れているとされるエッチング条件で、以下
に示される。
【００１９】三弗化窒素流量：ＮＦ３＝１０００ＳＣＣ
Ｍ （エッチング気体濃度１００％） ラジオ高周波出力：ＲＦ＝１３００Ｗ（０．４９Ｗ／ｃ
ｍ２） 圧力：Ｐ＝０．５Ｔｏｒｒ 電極間距離：Ｓ＝３７．０ｍｍ 下部平板電極温度：Ｔｓｕｓ＝３７５℃ 硅素基板表面温度：Ｔｓｕｂ＝３５０℃ プラズマ処理時間：ｔ＝１０秒、又は１５秒、２０秒、
２５秒 斯うして得られた結果を図１に示す。図１中でＮＦ３２
％＆Ｈｅ９８％と記して有るのが希ガスとしてヘリウム
を用いた本発明に相当し、ＮＦ３２％＆Ａｒ９８％と記
して有るのが希ガスとしてアルゴンを用いた本発明に相
当する。更に図１には比較の為に従来技術に当たる三弗
化窒素１００％でのエッチングの結果（図１中にＮＦ３
１００％と記す）をも記す。図１から分かる様に本願発
明に依り、クリーニング時間を１５秒程度以上とする
と、従来のＰＦＣ気体１００％と同等のエッチング特性
を、ＰＦＣ気体濃度が５０分の１で有る２％としても得
られる事が分かる。
Ｍ （エッチング気体濃度１００％） ラジオ高周波出力：ＲＦ＝１３００Ｗ（０．４９Ｗ／ｃ
ｍ２） 圧力：Ｐ＝０．５Ｔｏｒｒ 電極間距離：Ｓ＝３７．０ｍｍ 下部平板電極温度：Ｔｓｕｓ＝３７５℃ 硅素基板表面温度：Ｔｓｕｂ＝３５０℃ プラズマ処理時間：ｔ＝１０秒、又は１５秒、２０秒、
２５秒 斯うして得られた結果を図１に示す。図１中でＮＦ３２
％＆Ｈｅ９８％と記して有るのが希ガスとしてヘリウム
を用いた本発明に相当し、ＮＦ３２％＆Ａｒ９８％と記
して有るのが希ガスとしてアルゴンを用いた本発明に相
当する。更に図１には比較の為に従来技術に当たる三弗
化窒素１００％でのエッチングの結果（図１中にＮＦ３
１００％と記す）をも記す。図１から分かる様に本願発
明に依り、クリーニング時間を１５秒程度以上とする
と、従来のＰＦＣ気体１００％と同等のエッチング特性
を、ＰＦＣ気体濃度が５０分の１で有る２％としても得
られる事が分かる。
【００２０】成膜室のクリーニングは、 三弗化窒素流量：ＮＦ３＝１００ＳＣＣＭ ヘリウム流量：Ｈｅ＝４９００ＳＣＣＭ （エッチング
気体濃度２．０％） ラジオ高周波出力：ＲＦ＝１３００Ｗ（０．４９Ｗ／ｃ
ｍ２） 圧力：Ｐ＝０．５Ｔｏｒｒ 電極間距離：Ｓ＝３７．０ｍｍ 下部平板電極温度：Ｔｓｕｓ＝３７５℃ 硅素基板表面温度：Ｔｓｕｂ＝３５０℃ と言った条件にて行えば、ＰＦＣ気体使用量を減らして
尚従来と同じクリーニング効果を示す。プラズマ処理時
間は１５秒以上で、堆積された膜厚に応じて定める。
気体濃度２．０％） ラジオ高周波出力：ＲＦ＝１３００Ｗ（０．４９Ｗ／ｃ
ｍ２） 圧力：Ｐ＝０．５Ｔｏｒｒ 電極間距離：Ｓ＝３７．０ｍｍ 下部平板電極温度：Ｔｓｕｓ＝３７５℃ 硅素基板表面温度：Ｔｓｕｂ＝３５０℃ と言った条件にて行えば、ＰＦＣ気体使用量を減らして
尚従来と同じクリーニング効果を示す。プラズマ処理時
間は１５秒以上で、堆積された膜厚に応じて定める。
【００２１】
【発明の効果】以上詳述してきた様に本願に依ると、プ
ラズマ化学気相堆積装置成膜室のクリーニングに費や
し、地球温暖化の一因となるＰＦＣ気体を従来の使用量
の十分の一程度以下へと削減する事が実現し、地球環境
の保全と産業振興を両立させるとの計り知れない絶大な
る効果が認められる。
ラズマ化学気相堆積装置成膜室のクリーニングに費や
し、地球温暖化の一因となるＰＦＣ気体を従来の使用量
の十分の一程度以下へと削減する事が実現し、地球環境
の保全と産業振興を両立させるとの計り知れない絶大な
る効果が認められる。
【図１】 本願発明の効果を確認した図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 DA06 JA06 JA18 LA18 5F004 AA15 BB13 BB14 BB26 DA01 DA02 DA03 DA16 DA17 DA18 DA22 DA23 DA30 DB01 DB03 5F045 AA08 AB04 AB32 AC02 AF07 BB20 EB06 EE12 EE14 EH01 EH05 EH13 EH19
Claims (16)
- 【請求項１】 基板上に薄膜堆積を行うプラズマ気相化
学堆積装置（ＰＥＣＶＤ装置）のクリーニング方法に於
いて、 該プラズマ気相化学堆積装置の成膜室内にて所定量の薄
膜を堆積した後に、該成膜室内に希ガス気体とエッチン
グ気体との混合気体から成るプラズマを立てて該成膜室
内に堆積された薄膜を除去する事を特徴とするプラズマ
化学気相堆積装置のクリーニング方法。 - 【請求項２】 前記エッチング気体がＰｅｒｆｌｕｏｒ
ｏｃｏｍｐｏｕｎｄ気体（ＰＦＣ気体）で有る事を特徴
とする請求項１記載のプラズマ化学気相堆積装置のクリ
ーニング方法。 - 【請求項３】 前記Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｃｏｍｐｏｕｎ
ｄ気体（ＰＦＣ気体）が三弗化窒素（ＮＦ３）で有る事
を特徴とする請求項２記載のプラズマ化学気相堆積装置
のクリーニング方法。 - 【請求項４】 前記Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｃｏｍｐｏｕｎ
ｄ気体（ＰＦＣ気体）が六弗化硫黄（ＳＦ６）で有る事
を特徴とする請求項２記載のプラズマ化学気相堆積装置
のクリーニング方法。 - 【請求項５】 前記エッチング気体が弗化炭素（Ｃ
Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、Ｃ３Ｆ８）で有る事を特徴
とする請求項１記載のプラズマ化学気相堆積装置のクリ
ーニング方法。 - 【請求項６】 前記希ガス気体がヘリウム（Ｈｅ）で有
る事を特徴とする請求項１乃至５記載のプラズマ化学気
相堆積装置のクリーニング方法。 - 【請求項７】 前記希ガス気体がアルゴン（Ａｒ）で有
る事を特徴とする請求項１乃至５記載のプラズマ化学気
相堆積装置のクリーニング方法。 - 【請求項８】 前記混合気体中に占めるエッチング気体
の割合が１％程度以上１０％程度以下で有る事を特徴と
する請求項１乃至７記載のプラズマ化学気相堆積装置の
クリーニング方法。 - 【請求項９】 前記混合気体中に占めるエッチング気体
の割合が１％程度以上６％程度以下で有る事を特徴とす
る請求項１乃至７記載のプラズマ化学気相堆積装置のク
リーニング方法。 - 【請求項１０】 前記混合気体中に占めるエッチング気
体の割合が１.5％程度以上4.5％程度以下で有る事を特
徴とする請求項１乃至７記載のプラズマ化学気相堆積装
置のクリーニング方法。 - 【請求項１１】 前記混合気体中に占めるエッチング気
体の割合が２％程度以上4％程度以下で有る事を特徴と
する請求項１乃至７記載のプラズマ化学気相堆積装置の
クリーニング方法。 - 【請求項１２】 前記プラズマのプラズマ源がラジオ波
（ｒｆ波）で有る事を特徴とする請求項１乃至１１記載
のプラズマ化学気相堆積装置のクリーニング方法。 - 【請求項１３】 前記ラジオ波（ｒｆ波）の周波数が１
３．５６ＭＨｚ乃至はその整数倍で有る事を特徴とする
請求項１２記載のプラズマ化学気相堆積装置のクリーニ
ング方法。 - 【請求項１４】 前記プラズマのプラズマ源が超高周波
（ＶＨＦ波）で有る事を特徴とする請求項１乃至１１記
載のプラズマ化学気相堆積装置のクリーニング方法。 - 【請求項１５】 前記プラズマのプラズマ源がマイクロ
波で有る事を特徴とする請求項１乃至１１記載のプラズ
マ化学気相堆積装置のクリーニング方法。 - 【請求項１６】 前記マイクロ波の周波数が２．４５Ｇ
Ｈｚで有る事を特徴とする請求項１５記載のプラズマ化
学気相堆積装置のクリーニング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001088840A JP2002289535A (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | プラズマ気相化学堆積装置のクリーニング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001088840A JP2002289535A (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | プラズマ気相化学堆積装置のクリーニング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002289535A true JP2002289535A (ja) | 2002-10-04 |
Family
ID=18943870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001088840A Withdrawn JP2002289535A (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | プラズマ気相化学堆積装置のクリーニング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002289535A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007520080A (ja) * | 2004-01-30 | 2007-07-19 | ラム リサーチ コーポレーション | 銅表面に対する表面還元、不動態化、腐食防止、および活性化のためのシステムおよび方法 |
| JP2007531996A (ja) * | 2004-03-31 | 2007-11-08 | 東京エレクトロン株式会社 | ドライクリーニングプロセスのプラズマ処理システムからチャンバ残渣を除去するシステム及び方法 |
| JP2009021220A (ja) * | 2007-06-11 | 2009-01-29 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置、アンテナおよびプラズマ処理装置の使用方法 |
| CN106373868A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-02-01 | 昆山龙腾光电有限公司 | 一种阵列基板的制造方法 |
-
2001
- 2001-03-26 JP JP2001088840A patent/JP2002289535A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007520080A (ja) * | 2004-01-30 | 2007-07-19 | ラム リサーチ コーポレーション | 銅表面に対する表面還元、不動態化、腐食防止、および活性化のためのシステムおよび方法 |
| JP2007531996A (ja) * | 2004-03-31 | 2007-11-08 | 東京エレクトロン株式会社 | ドライクリーニングプロセスのプラズマ処理システムからチャンバ残渣を除去するシステム及び方法 |
| JP4801045B2 (ja) * | 2004-03-31 | 2011-10-26 | 東京エレクトロン株式会社 | ドライクリーニングプロセスのプラズマ処理システムからチャンバ残渣を除去する方法 |
| JP2009021220A (ja) * | 2007-06-11 | 2009-01-29 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置、アンテナおよびプラズマ処理装置の使用方法 |
| CN106373868A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-02-01 | 昆山龙腾光电有限公司 | 一种阵列基板的制造方法 |
| CN106373868B (zh) * | 2016-10-10 | 2020-03-10 | 昆山龙腾光电股份有限公司 | 一种阵列基板的制造方法 |
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