JP2002343787A - プラズマ処理装置およびそのクリーニング方法 - Google Patents

プラズマ処理装置およびそのクリーニング方法

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JP2002343787A JP2001148327A JP2001148327A JP2002343787A JP 2002343787 A JP2002343787 A JP 2002343787A JP 2001148327 A JP2001148327 A JP 2001148327A JP 2001148327 A JP2001148327 A JP 2001148327A JP 2002343787 A JP2002343787 A JP 2002343787A
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plasma
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Yoichiro Numazawa
陽一郎 沼沢
Yoshi Watabe
嘉 渡部
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Research Institute of Innovative Technology for the Earth RITE
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 クリーニングガスの利用効率を高めて排出ガ
ス量を削減し、クリーニング速度を高め、生産性を良好
にし、プロセスガスの使用量を削減し、プロセスコスト
を低減し、地球温暖化問題の解決に役立ち、チャンバの
内面への膜付着を低減するプラズマ処理装置とそのクリ
ーニング方法を提供する。 【解決手段】 反応容器１１内に上部電極１３と下部電
極１４を備え、第１電極にＶＨＦ帯高周波電源３２から
のＶＨＦ帯高周波が供給され、下部電極は基板１２を搭
載しかつ上下動機構３５によって移動されるプラズマ処
理装置３１であり、基板１２に対して成膜を行った後の
クリーニング工程の際、上下動機構により下部電極を移
動させて上部電極と下部電極の間の隙間を狭くし、狭空
間を形成し、この狭空間で所定の高密度のプラズマでク
リーニングを開始するクリーニング制御部３６を有す
る。クリーニングプロセスではステップクリーニングが
実施される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
およびそのクリーニング方法に関し、特に、クリーニン
グガスの利用効率を高めることにより排出ガス量を削減
するクリーニング機能を有した大型のプラズマＣＶＤ処
理装置およびそのクリーニングのプロセスに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の例えばプラズマＣＶＤ処理装置で
は、専ら成膜プロセスからの要求に基づいて装置の設計
を行っており、装置の成膜チャンバ内のクリーニングは
成膜プロセスのチューニングとして付加されてきたにす
ぎない。また成膜チャンバの内部に、上部電極と下部電
極から成る平行平板型電極構造を有し、高周波を上部電
極等に給電し、そのエネルギで放電を起し、プラズマを
生成するようにしていた。上記高周波としては工業バン
ドで定められた１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯域の高周波が
使用されていた。上記下部電極は基板ホルダとして機能
し、その上には成膜対象である基板が搭載される。通
常、下部電極は固定された構造で取り付けられていた。
さらに下部電極は、通常、アルミニウム合金で作られる
か、またはその一部が表面アルマイト処理されて作られ
ていた、これに対して、上記の上部電極は純アルミニウ
ムで作られている。
【０００３】また従来技術を開示する文献として特開平
１０−２３７６５７号公報を挙げることができる。この
公報に開示されるプラズマ処理装置では、反応槽（１
０：公報中で使用される番号）において、高周波が供給
されるシャワーヘッド（２１）、基板（７０）が搭載さ
れかつ基板昇降機構（５０）によって昇降されるサセプ
タ（２）が設けられ、シャワーヘッドがチャンバ（３
１）の上に絶縁体（４１）を介して固定される構造が示
されている。絶縁体（４１）はシャワーヘッド（２１）
とチャンバ（３１）を電気的に絶縁するために設けられ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年、開発される大型
のプラズマＣＶＤ処理装置等では、「クリーニングガス
の利用効率を高くすることにより排出量を削減」するた
めの装置コンセプトを先に考え、そのコンセプトの中に
成膜プロセスからの要求を入れ込む装置設計が要求され
つつある。従って、従来のごとく成膜チャンバ内のクリ
ーニングプロセスを、成膜チャンバにおける成膜プロセ
ス対する付加的なプロセスとして位置づけることはでき
ない。
【０００５】また上記プラズマＣＶＤ処理装置等におい
て、上記のＨＦ帯高周波を用いることは、工業バンドを
利用するという利点はあるが、平行平板型電極構造を有
する装置で高密度のプラズマを発生させることは困難で
ある。このことは成膜プロセスであってもクリーニング
プロセスであっても同じである。
【０００６】前述した従来のプラズマＣＶＤ処理装置に
よれば、上部電極と下部電極の間で生成されるプラズマ
の密度が低く、またバイアス電圧も印加されないので、
上部電極や下部電極の材質は前述の通りで十分である。
しかしながら、プラズマの蜜度を高くし、かつ高いバイ
アスがかかる場合には、成膜プロセスやクリーングプロ
セス、あるいはチャンバのメンテナンスの上で不十分と
なる。
【０００７】また高い密度でプラズマを生成してプラズ
マＣＶＤによる成膜を行う場合、上部電極と、これに接
近させた状態の下部電極との間に形成され、狭空間とし
て形成されるプラズマ生成およびプラズマ処理の空間に
対してチャンバの内面が露出していると、当該露出面に
膜が付着し易くなり、クリーニングが面倒となり、クリ
ーニングを効率よくできないという不具合を生じる。
【０００８】本発明の目的は、上記の課題を解決するこ
とにあり、例えば大型のプラズマＣＶＤ処理装置等で、
クリーニングガスの利用効率を高めることにより排出ガ
ス量を削減し、クリーニング速度を高め、生産性を良好
にし、プロセスガスの使用量を削減し、プロセスコスト
を低減し、地球温暖化問題の解決に役立つ、そしてチャ
ンバの内面への膜付着を低減することを企図したプラズ
マ処理装置およびそのクリーニング方法を提供すること
にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
プラズマ処理装置およびそのクリーニング装置は、上記
目的を達成するために、次のように構成される。
【００１０】第１のプラズマ処理装置（請求項１に対
応）は、真空に減圧され得るチャンバ内に第１電極と第
２電極から成る電極構造を備え、第１電極にはＶＨＦ帯
高周波電源からの高周波が供給されると共に、第２電極
は基板搭載部を有しかつ移動機構（上下動機構）によっ
て移動されるようにしたプラズマ処理装置であって、移
動機構により第２電極を移動させて第１電極と第２電極
の隙間を狭くして狭空間を形成し、この狭空間で所定の
低密度の基板に対して成膜を行い、かつ成膜・基板搬出
後のクリ−ニング工程の際、移動機構により第２電極を
移動させて第１電極と第２電極の間の隙間を狭くし、狭
空間を形成し、この狭空間で所定の高密度のプラズマで
クリーニングを開始するクリーニング制御部を有するよ
うに構成される。通常、第１電極は上部電極であり、第
２電極は下部電極である。下部電極は、基板を搭載した
状態で昇降させられる。
【００１１】上記第１のプラズマ処理装置では、第１電
極と第２電極が接近した状態の狭空間において高電力の
高密度プラズマを生成させ、プラズマクリーニングを開
始する構成を有している。
【００１２】上記プラズマ処理装置において、好ましく
は、プラズマの高密度は１E１１ｃｍ-3（１０11ｃ
ｍ-3）以上であることを特徴とする（請求項２に対
応）。
【００１３】上記のプラズマ処理装置において、好まし
くは、第１電極の主面から少なくとも３ｃｍまでのチャ
ンバの内壁部が絶縁物リングで覆われており、絶縁物リ
ングと第２電極の側部との間に間隔が５ｍｍ以下の隘路
領域が形成されることを特徴とする（請求項３に対
応）。
【００１４】上記のプラズマ処理装置において、好まし
くは、絶縁物リングはアルマイトで作られていることを
特徴とする（請求項４に対応）。
【００１５】上記のプラズマ処理装置において、好まし
くは、ＶＨＦ帯高周波電源からの高周波に対してＬＦ帯
低周波電源からの低周波が重畳されることを特徴とする
（請求項５に対応）。
【００１６】上記のプラズマ処理装置において、好まし
くは、第１電極と第２電極は共に純度１E-4（１０-4）
以上の純アルミニウムで作られることを特徴とする（請
求項６に対応）。
【００１７】本発明に係るプラズマ処理装置のクリーニ
ング方法（請求項７に対応）は、基板上に絶縁膜をプラ
ズマＣＶＤで成長させ、その後に基板を取り出した後チ
ャンバ内部に付着した膜をプラズマで取り除くクリーニ
ング方法であり、クリーニング工程が複数のステップか
ら成り、第１ステップは、第１電極と第２電極の間隔が
狭空間であり、かつＶＨＦ帯高周波の高電力領域で形成
する高密度プラズマの状態で行われ、第２ステップは、
第１電極の主面から所定距離下までのチャンバの内壁部
を覆う絶縁物リングの下面まで第２電極を降下させ、こ
の状態でＶＨＦ帯高周波の高電力領域で形成する高密度
プラズマのみで行われ、第３ステップは、第２電極を最
下位まで降下させ、ＶＨＦ帯高周波の低電力領域で形成
するプラズマでクリーニングが行われる、ことで特徴づ
けられる。
【００１８】上記のクリーニング方法において、好まし
くは、第１電極と第２電極の間に形成される狭空間は１
〜２ｃｍの間隔で形成されることを特徴とする（請求項
８に対応）。
【００１９】上記のクリーニング方法において、好まし
くは、第１ステップおよび第２ステップにおける高密度
プラズマの密度はほぼ１Ｅ１１ｃｍ-3であり、第３ステ
ップにおける低密度プラズマの密度はほぼ１Ｅ１０ｃｍ
-3であることを特徴とする（請求項９に対応）。
【００２０】上記のクリーニング方法において、好まし
くは、クリーニング工程の第１ステップと第２ステップ
のプラズマ形成が、ＶＨＦ帯高周波電源からの高周波に
対してＬＦ帯低周波電源からのＬＦ帯低周波が重畳され
て行われることを特徴とする（請求項１０に対応）。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】実施形態で説明される構成、形状、大きさ
および配置関係については本発明が理解・実施できる程
度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構
成の組成（材質）について例示にすぎない。従って本発
明は、以下に説明される実施形態に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸
脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００２３】以下の説明では大型のプラズマＣＶＤ装置
の例を挙げて説明する。しかしながら、本発明はこれに
限定されるものではなく、プラズマ処理装置に一般的に
適用できるものである。
【００２４】図１と図２はプラズマＣＶＤ装置の内部構
成を示した断面図である。このプラズマＣＶＤ装置３１
は上部電極１３と下部電極１４から成る平行平板型電極
構造を有している。上部電極１３は、ＶＨＦ帯高周波の
高周波電源３２とＬＦ帯低周波の低周波電源３３から整
合回路３４を介して２種類の周波が重畳されて供給され
る電極である。下部電極１４は、基板搭載部となる基板
ホルダステージを形成する接地電極である。下部電極１
４には上下動機構３５が付設され、この上下動機構３５
によって下部電極１４は昇降させられる。図１は下部電
極１４が上限位置にある状態を示しており、図２は下部
電極１４が下限位置にある状態を示している。
【００２５】上記において、対向する２つの電極を「上
部電極」と「下部電極」と述べたが、第１と第２の電極
であればよく、上部と下部に限定されるものではない。
【００２６】成膜チャンバを形成する反応容器１１は、
図示例では、密閉された構造で作られ、内部が所要の真
空状態（減圧状態）になるように設定されている。反応
容器１１は金属材で作られ、導電性を有している。反応
容器１１は、実際には、処理対象である基板１２を搬入
・搬出するポート、内部を所要の真空状態にする排気ポ
ートと排気装置等、放電を生じさせる放電ガスを導入す
るガス導入機構が付設されている。図１と図２では、上
記要素に関して周知の構造が設けられていることから、
説明の便宜上、それらの図示が省略されている。
【００２７】反応容器１１は、円筒形の側面部材４１
と、天井部材４２と、底部材４３とから構成されてい
る。反応容器１１は接地され、接地電位に保持されてい
る。底部材４３は、反応容器１１の全体を支える複数本
の支持柱４４で支持されている。天井部材４２の中央に
は開口部が形成され、この開口部にはリング状絶縁体４
５を介して上部電極１３がボルト４６によって取り付け
られる。上部電極１３は、上部部材１３ａと下部部材１
３ｂから構成されている。上部部材１３ａの上面の中心
部に設けられた接続端部４７には、高周波伝送ケーブル
１７が接続されている。上部部材１３ａの下面に下部部
材１３ｂがビス４８で固定されている。ビス４８によっ
て、同時に、リング状の絶縁体４９が上部電極１３の下
部部材１３ｂの下面周縁部に取り付けられている。上部
部材１３ａと下部部材１３ｂの間のスペースと、上部部
材１３ａの内部にはプロセスガスを流すガス流路５０が
形成されている。このガス流路５０に放電ガスを導入す
るためのガス導入機構の図示は省略されている。
【００２８】上部電極１３と下部電極１４は基本的に全
体として円形の導電性平板の形態をなし、望ましい間隔
で平行に対向して配置されている。上部電極１３と下部
電極１４の間の間隔は、下部電極１４の高さ位置を前述
の上下動機構３５によって変化させることにより、任意
に変更することができる。
【００２９】上部電極１３は整合回路３４を介して高周
波電源３２と低周波電源３３に接続されている。高周波
電源３２はＶＨＦ帯に属する周波数の電力を出力する電
源であり、低周波電源３３はＬＦ帯に属する周波数の電
力を出力する電源である。高周波電源３２から出力され
る高周波は好ましくは６０ＭＨｚであり、低周波電源３
３から出力される低周波は好ましくは４００ＫＨｚであ
る。電源３２，３３の各々から出力される周波は整合回
路３４で重畳され、この状態で上部電極１３に供給され
る。電源３２，３３から出力される高周波および低周波
は、ケーブル１７と接続端部４７を経由して上部電極１
３に供給される。上部電極１３に供給された周波は、上
部電極１３と下部電極１４の間の隙間で発生させられる
主放電のエネルギとなる。
【００３０】上記高周波電源３２は、プラズマ放電を励
起させるための電力であり、高密度プラズマを生成する
ための高電力等を供給する。その密度としては、代表的
に１Ｅ１１ｃｍ-3である。また低周波電源３３は、プラ
スイオンの衝突エネルギを決めるセルフバイアス電圧を
与えるためのものである。
【００３１】下部電極１４の状面に基板１２が搭載され
る。図２に示すごとく下部電極１４が降下して下限位置
にあるときには、基板１２は、押出し棒５１で支持さ
れ、下部電極１４の搭載面から浮いた状態にある。また
図１に示すごとく下部電極１４が上限位置にあるときに
は、下部電極１４は上昇して上方に移動するので、基板
１２は下部電極１４の上面に接触状態で搭載されてい
る。
【００３２】下部電極１４が上昇して上限位置にあると
き、上部電極１３と下部電極１４で作られる空間は比較
的に狭く、狭空間が形成される。このとき、上部電極１
３の下面（主面）と下部電極１４の上面の間隔は代表的
に１〜２ｃｍ程度である。
【００３３】下部電極１４の裏面側には、リング状の第
１絶縁体５２、ドーナツ円板状の第２絶縁体５３、リン
グ状の第３絶縁体５４、円筒状の第４絶縁体５５が配置
されている。第１から第４の絶縁体５２〜５５によって
下部電極１４の裏面と支柱１９の表面の全部が覆われ
る。さらに第２〜第４の絶縁体５３〜５５の表面が２つ
の導電性部材５６，５７によって覆われている。絶縁体
５２〜５５は、第１と第２の絶縁体５２，５３の側部周
囲表面を除いて反応容器１１内で露出するすべての表面
が導電性部材５６，５７によって覆われている。
【００３４】また上記構成において、固定された上部電
極１３の下面に対して、そこから下方へ代表的に少なく
とも３ｃｍの距離の間において、反応容器１１の内壁面
を被うごとく絶縁体リング５８が設けられている。この
絶縁体リング５８は、アルマイトのごとき材質で作られ
ている。また下部電極１４が上限の位置にあるとき、下
部電極１４の周囲側面と絶縁体リング５８の内面との間
の距離は好ましくは５ｍｍ以下になっており、隘路（ま
たは隘路領域）７１が形成される。
【００３５】下部電極１４の支柱１９はロッド状であ
り、導電性を有する部材で作られている。支柱１９の下
端には導電性フランジ６１が設けられている。下部電極
１４の支柱１９およびこれに関連する部分は、底部材４
３の中央に形成された開口部４３ａを介して反応容器１
１の下側領域に延設される。これらの部分は、底部材４
３に形成された開口部４３ａの外側を覆うように底部材
４３の下面に取り付けられたベローズ２１によって囲ま
れている。すなわち開口部４３ａを形成する縁部とフラ
ンジ６１との間には円筒状の導電性ベローズ２１が設け
られている。ベローズ２１は開口部４３ａの縁部とフラ
ンジ６１の周縁部とを密閉状態を保って連結している。
【００３６】前述のごとく反応容器１１は接地されてお
り、接地電位に保持されている。下部電極１４は、支柱
１９、フランジ６１、ベローズ２１を経由して反応容器
１１に電気的に接続されているので、同様に接地電位に
保持されることになる。
【００３７】図１と図２において、上記フランジ６１は
上下動機構３５に取り付けられている。上下動機構３５
によって、フランジ６１は案内部６２に沿って矢印６３
のごとく上下することができる。フランジ６１の上下動
作に伴って下部電極１４およびこれに関連する構造部分
も上下動する。ベローズ２１は構造的に伸縮自在である
ので、前述の密閉性を保持した状態で伸縮する。かかる
構造に基づいて、下部電極１４を上下させることがで
き、これにより、基板１２の高さ位置を変化させると共
に、上部電極１３と下部電極１４の間隔（距離）を変
え、隙間の大きさを変化させることができる。上部電極
１３と下部電極１４の間の隙間に主放電を起しプラズマ
を発生させて下部電極１４の上の基板１２にＣＶＤ作用
に基づき成膜を行うときには、下部電極１４を上限位置
まで移動させ、上部電極１３と下部電極１４の間の距離
を小さくする。本実施形態による構造では、比較的に狭
く間隔のスペースに放電を立てプラズマを生成してＣＶ
Ｄ成膜を行うようにしている。基板１２に対する成膜が
完了したときには、上下動機構３５によって下部電極１
４を下方へ移動させ、上部電極１３と下部電極１４の間
隔を広げる。これにより処理対象である基板１２を交換
することが可能となる。
【００３８】上記のごとく上下動機構３５によって、図
１と図２に示すごとく、下部電極１４およびこれに関連
する構造部分は、下限位置と上限位置の間において昇降
する。かかる上下動機構３５の動作は、コンピュータで
構成される制御部３６によって制御される。制御部３６
に付設されたメモリには、成膜プロセス、およびクリー
ニングプロセスを実行するためのプログラムが格納され
ている。
【００３９】なお反応容器１１の上側にはカバー６０が
固定され、反応容器１１における上部電極１３の上側を
保護している。
【００４０】図１および図２に示した構造において、下
部電極１４の裏面側の構造部分は、下部電極１４の裏面
を含め、接地電位部（フランジ部分）までの接続部分
（支柱１９）の外表面はすべて絶縁体５２〜５５で覆わ
れ、当該絶縁体の部分は側面部分を除いて伝導性部材５
６，５７ですべて覆われている。この結果、下部電極１
４の裏面側における望ましくない放電の発生を防止する
ことができる。
【００４１】上記構成を有するプラズマＣＶＤ装置にお
いて、通常、下部電極１４が上昇し上限位置にあるとき
には成膜プロセスが実行される位置であり、下部電極１
４が下降したときには基板搬送が行われる位置である。
また成膜プロセスが終了した時に適宜なタイミング（基
板搬出等の後）でプラズマを作ってクリーニングが行わ
れる。このクリーニング工程は、複数のステップ（段
階）からなるステップクリーニングである。このステッ
プクリーニングでは、最初のステップで、下部電極１４
は上限位置に移動して、狭空間でプラズマ放電を励起し
低密度等のプラズマを生成し、クリーニングを行う。ス
テップクリーニングの最終ステップでは、下部電極１４
は下限位置まで移動される。
【００４２】図１と図２に示した大型のプラズマＣＶＤ
装置の反応容器１１では、成膜プロセスの際に上部電極
１３と下部電極１４の間の電極間隔が１〜２ｃｍ、より
好ましくは１ｃｍと、ナローギャップ（狭空間）方式を
採用している。すなわち狭空間成膜を行うように構成さ
れている。このように電極間隔を狭くすることにより、
プラズマを電極間に閉じ込めることが容易になる。
【００４３】さらに、基板１２を搭載する下部電極ステ
ージ、すなわち下部電極１４は、高周波をバイパスする
構造を通して接地されている。この構造は、前述の通
り、メタル（支柱１９）と絶縁体（第４絶縁体５５）と
メタル（導電性部材５７）から成る同軸型構造に基づい
ている。支柱１９と導電性部材５７は終端のフランジ６
１で電気的に接続され、接地されている。この構造を設
けることにより、帰還高周波が下部電極１４から漏れな
い。このことは、電磁界シミュレーションからも確認さ
れている。
【００４４】以上のごとく上記構造を採用することによ
り、プラズマを電極間の空間に閉じ込めることが可能と
なり、下部電極ステージの下側空間ではプラズマが生成
されない。従って、下部電極ステージの下側空間等への
成膜を防止することが可能となる。
【００４５】また前述のごとく絶縁体リング５８が設け
られているため、成膜プロセスにおいて反応容器１１の
露出する内面に膜が付着するのを低減することができ
る。この理由を次に詳述する。
【００４６】図３は上記理由を説明するための図であ
る。図３で（Ａ）は絶縁体リング５８と狭空間として形
成される成膜空間８１との位置的関係を部分的に示し、
（Ｂ）は絶縁体リング５８が設けられた状態での成膜時
における反応容器１１のＺ方向での膜付着の程度を示
す。図３（Ａ）ではＺ方向が示され、図３（Ｂ）は横軸
がＺ方向の距離（単位はｃｍ）、縦軸が反応容器１１の
内壁面に付着する膜厚（単位はオングストロームÅ）を
示している。図３（Ａ）に示すごとく上部電極１３と下
部電極１４との間の距離Ｄが例えば２ｃｍであって成膜
空間が狭空間であるときに成膜プロセスを行うと、図３
（Ｂ）において明らかにされるように、反応容器１１の
内側壁面では、上部電極１４の下面からほぼ２ｃｍ程度
の下までほぼ１０4Å程度の膜厚で膜が付着し、２ｃｍ
から３ｃｍの間で膜の付着量が大きく低減し、上部電極
１４の下面からほぼ３ｃｍ程度のところでは１０Å程度
になる。従って、その後の反応容器１１の内面のクリー
ニング工程を考慮すると、上部電極１４の下面からほぼ
３ｃｍ程度の箇所まで絶縁体リング５８で被うことが望
ましい。
【００４７】次にクリーニングプロセスを説明する。反
応容器１１内のクリーニングではステップクリーニング
が実行される。ステップクリーニングは、プラズマ空間
を時間の経過に伴って段階的に広げるクリーニングプロ
セスであり、条件が異なる複数のステップから成るクリ
ーニング方法である。ステップクリーニングでは、クリ
ーニング開始時には下部電極１４は上昇して成膜プロセ
ス時の位置にあり、プラズマ空間は狭くされる。このた
め、この状態のクリーニングでは、最も厚く膜が堆積し
ている上部電極１３と下部電極１４の両電極に高周波電
力を集中することができる。続いて、下部電極１４を段
階的（ステップ的）に下降させることにより、上部電極
１３と下部電極１４と反応容器１１の一部で形成されて
いる広い空間を各壁面に対するクリーニングを行う。ス
テップクリーニングの最終段階では、下部電極１４が基
板搬送の位置まで下降し、これにより下部電極１４の基
板１２を搭載するステージ表面から突き出ているリフト
ピンの頭のクリーニングが行われる。
【００４８】より具体的には、好ましくは第１から第３
のステップで構成される。第１ステップは、上部電極１
３と下部電極１４の間隔が狭空間であり、かつＶＨＦ帯
高周波の高電力領域で形成する高密度プラズマの状態で
行われ、第２ステップは、下部電極１４の下面（主面）
から絶縁物リング５８の下面まで下部電極１４を降下さ
せ、この状態でＶＨＦ帯高周波の高電力領域で形成する
高密度プラズマのみで行われ、第３ステップは、下部電
極１４を最下位まで降下させ、ＶＨＦ帯高周波の低電力
領域で形成する低密度プラズマでクリーニングが行われ
る。なおＶＨＦ帯の高周波を利用してプラズマを生成す
るとき、電力を調整することによりプラズマの密度を調
整することも可能である。
【００４９】第１ステップと第２ステップでは、反応容
器１１の内面は絶縁体リング５８で被われているので、
高密度プラズマでクリーニングを行うことができる。第
３ステップでは、反応容器１１の内面が現れ、かつ反応
容器１１はアルミニウム合金で作られているため、低密
度プラズマでクリーニングを行うようにしている。
【００５０】上記クリーニング方法で第１ステップおよ
び第２ステップにおける高密度プラズマの密度はほぼ１
Ｅ１１ｃｍ-3であり、第３ステップにおける低密度プラ
ズマの密度はほぼ１Ｅ１０ｃｍ-3である。
【００５１】なお上記のステップクリーニングで、ステ
ップ数やどのようなタイミングでステップ降下を行うか
については、目的に応じて、装置に応じて任意に定める
ことができる。
【００５２】本実施形態では、高周波電源３２から供給
されるＶＨＦ帯の高周波（代表的に６０ＭＨｚ）で高密
度プラズマを生成している。プラズマの励起周波数を高
くすることにより、通常、プラズマ密度を高くできるこ
と知られているが、本実施形態によればプラズマ密度を
高くすることでクリーニングガスの高次解離が促進して
いる。その結果、酸化膜のエッチングに有効であるＦラ
ジカル量を多くすることができる。
【００５３】本実施形態に係る大型のプラズマＣＶＤ装
置の反応容器１１では、従来の１３．５６ＭＨｚの代わ
りに例えば６０ＭＨｚで３ｋＷのプラズマ励起用高周波
を供給する高周波電源３２を搭載している。さらに、イ
オン衝撃による酸化膜のエッチング速度の向上を目的と
して４００ｋＨｚでのバイアス印加プロセスのための低
周波電源３３も組み込んでいる。すなわち、本実施形態
では、高周波の安定伝送を図るために、４００ｋＨｚの
低周波を上記高周波に重畳して上部電極１３に印加して
いる。
【００５４】また上記プラズマＣＶＤ装置において、上
部電極１３と下部電極１４の間の空間を狭空間として成
膜を行うので、成膜における均一性を確保できる。狭空
間成膜での均一性を確保するために、装置部品の精度向
上が図られている。一般に基板１２の表面上で成膜を均
一に行うポイントは、均一なプラズマを生成すること、
および下部電極１４上での均一性の良いガス密度分布を
作ること、である。この観点で、本実施形態によるプラ
ズマＣＶＤ装置は、次の点の特徴を有する。
【００５５】下部電極１４のステージ上で均一性の良い
ガス密度分布を形成する。このプラズマＣＶＤ装置で
も、ガス供給は、上部電極１３に設けたシャワー部を通
して行っている。下部電極１４上でのガス密度分布均一
性を決める第１の要因は、シャワー部のシャワー孔の配
列にある。電極間隔は１ｃｍでも均一ガス分子供給を可
能とするため、シャワー孔間の距離を好ましくは４ｍｍ
にしている。
【００５６】ガス密度分布の均一性を決める第２の要因
は下部電極１４上で対称かつ均一なガス流を生成させる
ことである。そのため、下部電極１４の側部と反応容器
１１の内壁に設けた絶縁体リング５８との間を５ｍｍと
する隘路７１を設けている。この隘路７１を設けること
により、当該隘路のガス流れコンダクタンスが小さくな
る。従って、上部電極１３と下部電極１４の電極間空間
におけるガス流れは、反応容器１１の下部におけるコン
ダクタンス分布の影響を受けにくくなる。その結果とし
て、下部電極１４の下側の反応容器壁に排気口を設けた
側面排気であるにも拘わらず、電極間空間において対称
性の良いガス流れを得ることができる。
【００５７】成膜プロセスでのガスの流れについて説明
する。上記視点に基づき、成膜プロセス時の電極間隔１
ｃｍの場合についてのみ、ガスの流れをシミュレートし
た状態を図４に示す。最初にガスとしてＡｒガスを用い
た場合の結果を示す。排気口での圧力を３００Ｐａと固
定し、上部電極１３のシャワー部から導入するガス流量
を５００sccmと変化させシミュレートした結果を示して
いる。このシミュレーションから明らかなように、前述
のごとく隘路７１の間隔を好ましくは５ｍｍとすること
により、渦等がないガス流れが得られていることが分か
る。
【００５８】上記において上部電極１３と下部電極１４
は共に１Ｅ−４以上の純アルミニウムで作られているの
で、Ｆラジカルによる腐食が小さくなる。
【００５９】また上記第１ステップにおいて、ＨＦ帯高
周波を利用して、上部電極１３、下部電極１４、絶縁体
等の表面での電界を強く（バイアス印加）すると、イオ
ン運動エネルギの効果でクリーニング速度が増加させる
ことができる。
【００６０】なお具体的な実施例として、シリコン酸化
膜を成膜するときには、プロセスガスとしてＳｉＨ4、
Ｎ2Ｏ、希釈されたＡｒが使用され、圧力が３００Ｐ
ａ、基板温度が３００℃の条件が設定される。またシリ
コン窒化膜を成膜するときには、プロセスガスとしてＳ
ｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2が使用され、圧力が３００Ｐａ、基
板温度が３００℃の条件が設定される。またクリーニン
グプロセスとしては、Ｃ2Ｆ6（パーフロロカーボン）、
Ｏ2が使用され、上記ステップクリーニングによってク
リーニング速度が増大される。
【００６１】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば次の効果を奏する。
【００６２】例えば大型のプラズマＣＶＤ処理装置等
で、クリーニング工程においてステップクリーニングを
採用するようにしたため、クリーニングガスの利用効率
を高めることでき、これにより排出ガス量を削減するこ
とができ、クリーニング速度を高めることができ、生産
性を良好にし、プロセスガスの使用量を削減し、プロセ
スコストを低減することができる。特に、第１ステップ
と第２ステップにおいて高密度プラズマクリーニングに
よりＣ2Ｆ6の解離を高めることができるので、使用量を
削減でき、地球温暖化問題の解決に役立たせることがで
きる。また成膜チャンの上部電極の主面から所定距離ま
で絶縁体リングで被うようにしたため、成膜チャンバ内
における内面への膜付着量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の内
部構造の縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の内
部構造の他の状態を示す縦断面図である。
【図３】（Ａ）は絶縁体リングと成膜空間との位置的関
係を部分的に示す図であり、（Ｂ）は絶縁体リング５８
が設けられた状態での成膜時における反応容器１１のＺ
方向での膜付着の程度を示す。
【図４】成膜プロセスの際のガスの流れをシミュレート
した状態図である。
【符号の説明】
１１ 反応容器 １２ 基板 １３ 上部電極 １４ 下部電極 ３１ プラズマ処理装置 ３２ 高周波電源 ３３ 低周波電源 ３５ 上下動機構 ３６ 制御部 ５８ 絶縁体リング ７１ 隘路（または隘路領域） ８１ 成膜空間
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年６月２２日（２００１．６．２
２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 プラズマ処理装置およびそのクリーニ
ング方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
およびそのクリーニング方法に関し、特に、クリーニン
グガスの利用効率を高めることによりＰＦＣ（パーフロ
ロカーボン）排出ガス量を削減するクリーニング機能を
有した大型のプラズマＣＶＤ処理装置およびそのクリー
ニングのプロセスに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の例えばプラズマＣＶＤ処理装置で
は、専ら成膜プロセスからの要求に基づいて装置の設計
を行っており、装置の成膜チャンバ内のクリーニングは
成膜プロセスのチューニングとして付加されてきたにす
ぎない。また成膜チャンバの内部に、上部電極と下部電
極から成る平行平板型電極構造を有し、高周波を上部電
極等に給電し、そのエネルギで放電を起し、プラズマを
生成するようにしていた。上記高周波としては工業バン
ドで定められた１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯域の高周波が
使用されていた。上記下部電極は基板ホルダとして機能
し、その上には成膜対象である基板が搭載される。通
常、下部電極は固定された構造で取り付けられていた。
さらに下部電極は、通常、アルミニウム合金で作られる
か、またはその一部が表面アルマイト処理（表面酸化ア
ルミニウム処理）されて作られていた。これに対して、
上記の上部電極は純アルミニウムで作られている。
【０００３】また従来技術を開示する文献として特開平
１０−２３７６５７号公報を挙げることができる。この
公報に開示されるプラズマ処理装置では、反応槽（１
０：公報中で使用される番号）において、高周波が供給
されるシャワーヘッド（２１）、基板（７０）が搭載さ
れかつ基板昇降機構（５０）によって昇降されるサセプ
タ（２）が設けられ、シャワーヘッドがチャンバ（３
１）の上に絶縁体（４１）を介して固定される構造が示
されている。絶縁体（４１）はシャワーヘッド（２１）
とチャンバ（３１）を電気的に絶縁するために設けられ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年、開発される大型
のプラズマＣＶＤ処理装置等では、「ＰＦＣクリーニン
グガスの利用効率を高くすることにより排出量を削減」
するための装置コンセプトを先に考え、そのコンセプト
の中に成膜プロセスからの要求を入れ込む装置設計が要
求されつつある。従って、従来のごとく成膜チャンバ内
のクリーニングプロセスを、成膜チャンバにおける成膜
プロセス対する付加的なプロセスとして位置づけること
はできない。
【０００５】また上記プラズマＣＶＤ処理装置等におい
て、上記の１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯高周波を用いるこ
とは、工業バンドを利用するという利点はあるが、平行
平板型電極構造を有する装置で高密度のプラズマを発生
させることは困難である。このことは成膜プロセスであ
ってもクリーニングプロセスであっても同じであるが、
特にクリーニングプロセスにおいてより重要な意味を持
つ。
【０００６】前述した従来のプラズマＣＶＤ処理装置に
よれば、上部電極と下部電極の間で生成されるプラズマ
の密度が低く、またバイアス電圧も印加されないので、
上部電極や下部電極の材質は前述の通りで十分である。
しかしながら、プラズマの蜜度を高くし、かつ高いバイ
アスがかかる場合には、成膜プロセスやクリーングプロ
セス、あるいはチャンバのメンテナンスの上で不十分と
なる。
【０００７】また高い密度でプラズマを生成してプラズ
マＣＶＤによる成膜を行う場合、上部電極と、これに接
近させた状態の下部電極との間に形成され、狭空間とし
て形成されるプラズマ生成およびプラズマ処理の空間に
対してチャンバの内面が露出していると、当該露出面に
膜が付着し易くなり、クリーニングが面倒となり、クリ
ーニングを効率よくできないという不具合を生じる。
【０００８】本発明の目的は、上記の課題を解決するこ
とにあり、例えば大型のプラズマＣＶＤ処理装置等で、
クリーニングガスの利用効率を高めることにより排出ガ
ス量を削減し、クリーニング速度を高め、生産性を良好
にし、プロセスガスの使用量を削減し、プロセスコスト
を低減し、地球温暖化問題の解決に役立つ、そしてチャ
ンバの内面への膜付着を低減することを企図したプラズ
マ処理装置およびそのクリーニング方法を提供すること
にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
プラズマ処理装置およびそのクリーニング装置は、上記
目的を達成するために、次のように構成される。
【００１０】第１のプラズマ処理装置（請求項１に対
応）は、真空に減圧され得るチャンバ内に第１電極と第
２電極から成る電極構造を備え、第１電極にはＶＨＦ帯
高周波電源からの高周波が供給されると共に、第２電極
は基板搭載部を有しかつ移動機構（上下動機構）によっ
て移動されるようにしたプラズマ処理装置であって、移
動機構により第２電極を移動させて第１電極と第２電極
の隙間を狭くして狭空間を形成し、この狭空間で所定の
低密度のプラズマで基板に対して成膜を行い、かつ成膜
・基板搬出後のクリ−ニング工程の際、移動機構により
第２電極を移動させて第１電極と第２電極の間の隙間を
狭くし、狭空間を形成し、この狭空間で所定の高密度の
プラズマでクリーニングを開始するクリーニング制御部
を有するように構成される。通常、第１電極は上部電極
であり、第２電極は下部電極である。下部電極は、基板
を搭載した状態で昇降させられる。
【００１１】上記第１のプラズマ処理装置では、第１電
極と第２電極が接近した状態の狭空間において高電力の
高密度プラズマを生成させ、プラズマクリーニングを開
始する構成を有している。
【００１２】上記プラズマ処理装置において、好ましく
は、プラズマの高密度は電子密度の指標として１Ｅ１１
ｃｍ-3（１０11ｃｍ-3）以上であることを特徴とする
（請求項２に対応）。
【００１３】上記のプラズマ処理装置において、好まし
くは、第１電極の主面から少なくとも３ｃｍまでのチャ
ンバの内壁部が絶縁物リングで覆われており、絶縁物リ
ングと第２電極の側部との間に間隔が５ｍｍ以下の隘路
領域が形成されることを特徴とする（請求項３に対
応）。
【００１４】上記のプラズマ処理装置において、好まし
くは、絶縁物リングはアルマイト（酸化アルミニウム）
で作られていることを特徴とする（請求項４に対応）。
【００１５】上記のプラズマ処理装置において、好まし
くは、ＶＨＦ帯高周波電源からの高周波に対してＬＦ帯
低周波電源からのＬＦ帯低周波が重畳されることを特徴
とする（請求項５に対応）。
【００１６】上記のプラズマ処理装置において、好まし
くは、第１電極と第２電極は共に純度１Ｅ−４（１
０-4）以上の純アルミニウムで作られることを特徴とす
る（請求項６に対応）。
【００１７】本発明に係るプラズマ処理装置のクリーニ
ング方法（請求項７に対応）は、基板上に絶縁膜をプラ
ズマＣＶＤで成長させ、その後に基板を取り出した後チ
ャンバ内部に付着した膜をプラズマで取り除くクリーニ
ング方法であり、クリーニング工程が複数のステップか
ら成り、第１ステップは、第１電極と第２電極の間隔が
狭空間であり、かつＶＨＦ帯高周波の高電力領域で形成
する高密度プラズマの状態で行われ、第２ステップは、
第１電極の主面から所定距離下までのチャンバの内壁部
を覆う絶縁物リングの下面まで第２電極を降下させ、こ
の状態でＶＨＦ帯高周波の高電力領域で形成する高密度
プラズマのみで行われ、第３ステップは、第２電極を最
下位まで降下させ、ＶＨＦ帯高周波の低電力領域で形成
するプラズマでクリーニングが行われる、ことで特徴づ
けられる。
【００１８】上記のクリーニング方法において、好まし
くは、第１電極と第２電極の間に形成される狭空間は１
〜２ｃｍの間隔で形成されることを特徴とする（請求項
８に対応）。
【００１９】上記のクリーニング方法において、好まし
くは、第１ステップおよび第２ステップにおける高密度
プラズマの密度はほぼ１Ｅ１１ｃｍ-3であり、第３ステ
ップにおける低密度プラズマの密度はほぼ１Ｅ１０ｃｍ
-3であることを特徴とする（請求項９に対応）。
【００２０】上記のクリーニング方法において、好まし
くは、クリーニング工程の第１ステップと第２ステップ
のプラズマ形成が、ＶＨＦ帯高周波電源からの高周波に
対してＬＦ帯低周波電源からのＬＦ帯低周波が重畳され
て行われることを特徴とする（請求項１０に対応）。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】実施形態で説明される構成、形状、大きさ
および配置関係については本発明が理解・実施できる程
度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構
成の組成（材質）について例示にすぎない。従って本発
明は、以下に説明される実施形態に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸
脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００２３】以下の説明では大型のプラズマＣＶＤ装置
の例を挙げて説明する。しかしながら、本発明はこれに
限定されるものではなく、プラズマ処理装置に一般的に
適用できるものである。
【００２４】図１と図２はプラズマＣＶＤ装置の内部構
成を示した断面図である。このプラズマＣＶＤ装置３１
は上部電極１３と下部電極１４から成る平行平板型電極
構造を有している。上部電極１３は、ＶＨＦ帯高周波の
高周波電源３２とＬＦ帯低周波の低周波電源３３から整
合回路３４を介して２種類の周波が重畳されて供給され
る電極である。下部電極１４は、基板搭載部となる基板
ホルダステージを形成する接地電極である。下部電極１
４には上下動機構３５が付設され、この上下動機構３５
によって下部電極１４は昇降させられる。図１は下部電
極１４が上限位置にある状態を示しており、図２は下部
電極１４が下限位置にある状態を示している。
【００２５】上記において、対向する２つの電極を「上
部電極」と「下部電極」と述べたが、第１と第２の電極
であればよく、上部と下部に限定されるものではない。
【００２６】成膜チャンバを形成する反応容器１１は、
図示例では、密閉された構造で作られ、内部が所要の真
空状態（減圧状態）になるように設定されている。反応
容器１１は金属材で作られ、導電性を有している。反応
容器１１は、実際には、処理対象である基板１２を搬入
・搬出するポート、内部を所要の真空状態にする排気ポ
ートと排気装置等、放電を生じさせる放電ガスを導入す
るガス導入機構が付設されている。図１と図２では、上
記要素に関して周知の構造が設けられていることから、
説明の便宜上、それらの図示が省略されている。
【００２７】反応容器１１は、円筒形の側面部材４１
と、天井部材４２と、底部材４３とから構成されてい
る。反応容器１１は接地され、接地電位に保持されてい
る。底部材４３は、反応容器１１の全体を支える複数本
の支持柱４４で支持されている。天井部材４２の中央に
は開口部が形成され、この開口部にはリング状絶縁体４
５を介して上部電極１３がボルト４６によって取り付け
られる。上部電極１３は、上部部材１３ａと下部部材１
３ｂから構成されている。上部部材１３ａの上面の中心
部に設けられた接続端部４７には、高周波伝送ケーブル
１７が接続されている。上部部材１３ａの下面に下部部
材１３ｂがビス４８で固定されている。ビス４８によっ
て、同時に、リング状の絶縁体４９が上部電極１３の下
部部材１３ｂの下面周縁部に取り付けられている。上部
部材１３ａと下部部材１３ｂの間のスペースと、上部部
材１３ａの内部にはプロセスガスを流すガス流路５０が
形成されている。このガス流路５０に放電ガスを導入す
るためのガス導入機構の図示は省略されている。
【００２８】上部電極１３と下部電極１４は基本的に全
体として円形の導電性平板の形態をなし、望ましい間隔
で平行に対向して配置されている。上部電極１３と下部
電極１４の間の間隔は、下部電極１４の高さ位置を前述
の上下動機構３５によって変化させることにより、任意
に変更することができる。
【００２９】上部電極１３は整合回路３４を介して高周
波電源３２と低周波電源３３に接続されている。高周波
電源３２はＶＨＦ帯に属する周波数の電力を出力する電
源であり、低周波電源３３はＬＦ帯に属する周波数の電
力を出力する電源である。高周波電源３２から出力され
る高周波は好ましくは６０ＭＨｚであり、低周波電源３
３から出力される低周波は好ましくは４００ｋＨｚであ
る。電源３２，３３の各々から出力される周波は整合回
路３４で重畳され、この状態で上部電極１３に供給され
る。電源３２，３３から出力される高周波および低周波
は、ケーブル１７と接続端部４７を経由して上部電極１
３に供給される。上部電極１３に供給された周波は、上
部電極１３と下部電極１４の間の隙間で発生させられる
主放電のエネルギとなる。
【００３０】上記高周波電源３２は、プラズマ放電を励
起させるための電源であり、高密度プラズマを生成する
ための高電力等を供給する。その密度としては、代表的
に１Ｅ１１ｃｍ-3である。また低周波電源３３は、プラ
スイオンの衝突エネルギを決めるバイアス電圧を与える
ためのものである。
【００３１】下部電極１４の上面に基板１２が搭載され
る。図２に示すごとく下部電極１４が降下して下限位置
にあるときには、基板１２は、押出し棒５１で支持さ
れ、下部電極１４の搭載面から浮いた状態にある。また
図１に示すごとく下部電極１４が上限位置にあるときに
は、下部電極１４は上昇して上方に移動するので、基板
１２は下部電極１４の上面に接触状態で搭載されてい
る。
【００３２】下部電極１４が上昇して上限位置にあると
き、上部電極１３と下部電極１４で作られる空間は比較
的に狭く、狭空間が形成される。このとき、上部電極１
３の下面（主面）と下部電極１４の上面の間隔は代表的
に１〜２ｃｍ程度である。
【００３３】下部電極１４の裏面側には、リング状の第
１絶縁体５２、ドーナツ円板状の第２絶縁体５３、リン
グ状の第３絶縁体５４、円筒状の第４絶縁体５５が配置
されている。第１から第４の絶縁体５２〜５５によって
下部電極１４の裏面と支柱１９の表面の全部が覆われ
る。さらに第２〜第４の絶縁体５３〜５５の表面が２つ
の導電性部材５６，５７によって覆われている。絶縁体
５２〜５５は、第１と第２の絶縁体５２，５３の側部周
囲表面を除いて反応容器１１内で露出するすべての表面
が導電性部材５６，５７によって覆われている。
【００３４】また上記構成において、固定された上部電
極１３の下面に対して、そこから下方へ代表的に少なく
とも３ｃｍの距離の間において、反応容器１１の内壁面
を被うごとく絶縁体リング５８が設けられている。この
絶縁体リング５８は、アルマイト（酸化アルミニウム）
のごとき材質で作られている。また下部電極１４が上限
の位置にあるとき、下部電極１４の周囲側面と絶縁体リ
ング５８の内面との間の距離は好ましくは５ｍｍ以下に
なっており、隘路（または隘路領域）７１が形成され
る。
【００３５】下部電極１４の支柱１９はロッド状であ
り、導電性を有する部材で作られている。支柱１９の下
端には導電性フランジ６１が設けられている。下部電極
１４の支柱１９およびこれに関連する部分は、底部材４
３の中央に形成された開口部４３ａを介して反応容器１
１の下側領域に延設される。これらの部分は、底部材４
３に形成された開口部４３ａの外側を覆うように底部材
４３の下面に取り付けられたベローズ２１によって囲ま
れている。すなわち開口部４３ａを形成する縁部とフラ
ンジ６１との間には円筒状の導電性ベローズ２１が設け
られている。ベローズ２１は開口部４３ａの縁部とフラ
ンジ６１の周縁部とを密閉状態を保って連結している。
【００３６】前述のごとく反応容器１１は接地されてお
り、接地電位に保持されている。下部電極１４は、支柱
１９、フランジ６１、ベローズ２１を経由して反応容器
１１に電気的に接続されているので、同様に接地電位に
保持されることになる。
【００３７】図１と図２において、上記フランジ６１は
上下動機構３５に取り付けられている。上下動機構３５
によって、フランジ６１は案内部６２に沿って矢印６３
のごとく上下することができる。フランジ６１の上下動
作に伴って下部電極１４およびこれに関連する構造部分
も上下動する。ベローズ２１は構造的に伸縮自在である
ので、前述の密閉性を保持した状態で伸縮する。かかる
構造に基づいて、下部電極１４を上下させることがで
き、これにより、基板１２の高さ位置を変化させると共
に、上部電極１３と下部電極１４の間隔（距離）を変
え、隙間の大きさを変化させることができる。上部電極
１３と下部電極１４の間の隙間に主放電を起しプラズマ
を発生させて下部電極１４の上の基板１２にＣＶＤ作用
に基づき成膜を行うときには、下部電極１４を上限位置
まで移動させ、上部電極１３と下部電極１４の間の距離
を小さくする。本実施形態による構造では、比較的に狭
い間隔のスペースに放電を立てプラズマを生成してＣＶ
Ｄ成膜を行うようにしている。基板１２に対する成膜が
完了したときには、上下動機構３５によって下部電極１
４を下方へ移動させ、上部電極１３と下部電極１４の間
隔を広げる。これにより処理対象である基板１２を交換
することが可能となる。
【００３８】上記のごとく上下動機構３５によって、図
１と図２に示すごとく、下部電極１４およびこれに関連
する構造部分は、下限位置と上限位置の間において昇降
する。かかる上下動機構３５の動作は、コンピュータで
構成される制御部３６によって制御される。制御部３６
に付設されたメモリには、成膜プロセス、およびクリー
ニングプロセスを実行するためのプログラムが格納され
ている。
【００３９】なお反応容器１１の上側にはカバー６０が
固定され、反応容器１１における上部電極１３の上側を
保護している。
【００４０】図１および図２に示した構造において、下
部電極１４の裏面側の構造部分は、下部電極１４の裏面
を含め、接地電位部（フランジ部分）までの接続部分
（支柱１９）の外表面はすべて絶縁体５２〜５５で覆わ
れ、当該絶縁体の部分は側面部分を除いて伝導性部材５
６，５７ですべて覆われている。この結果、下部電極１
４の裏面側における望ましくない放電の発生を防止する
ことができる。
【００４１】上記構成を有するプラズマＣＶＤ装置にお
いて、通常、下部電極１４が上昇し上限位置にあるとき
には成膜プロセスが実行される位置であり、下部電極１
４が下降したときには基板搬送が行われる位置である。
また成膜プロセスが終了した時に適宜なタイミング（基
板搬出等の後）でプラズマを作ってクリーニングが行わ
れる。このクリーニング工程は、複数のステップ（段
階）からなるステップクリーニングである。このステッ
プクリーニングでは、最初のステップで、下部電極１４
は上限位置に移動して、狭空間でプラズマ放電を励起し
低密度等のプラズマを生成し、クリーニングを行う。ス
テップクリーニングの最終ステップでは、下部電極１４
は下限位置まで移動される。
【００４２】図１と図２に示した大型のプラズマＣＶＤ
装置の反応容器１１では、成膜プロセスの際に上部電極
１３と下部電極１４の間の電極間隔が１〜２ｃｍ、より
好ましくは１ｃｍと、ナローギャップ（狭空間）方式を
採用している。すなわち狭空間成膜を行うように構成さ
れている。このように電極間隔を狭くすることにより、
プラズマを電極間に閉じ込めることが容易になる。
【００４３】さらに、基板１２を搭載する下部電極ステ
ージ、すなわち下部電極１４は、高周波をバイパスする
構造を通して接地されている。この構造は、前述の通
り、メタル（支柱１９）と絶縁体（第４絶縁体５５）と
メタル（導電性部材５７）から成る同軸型構造に基づい
ている。支柱１９と導電性部材５７は終端のフランジ６
１で電気的に接続され、接地されている。この構造を設
けることにより、帰還高周波が下部電極１４から漏れな
い。このことは、電磁界シミュレーションからも確認さ
れている。
【００４４】以上のごとく上記構造を採用することによ
り、プラズマを電極間の空間に閉じ込めることが可能と
なり、下部電極ステージの下側空間ではプラズマが生成
されない。従って、下部電極ステージの下側空間等への
成膜を防止することが可能となる。
【００４５】また前述のごとく絶縁体リング５８が設け
られているため、成膜プロセスにおいて反応容器１１の
露出する内面に膜が付着するのを低減することができ
る。この理由を次に詳述する。
【００４６】図３は上記理由を説明するための図であ
る。図３で（Ａ）は絶縁体リング５８と狭空間として形
成される成膜空間８１との位置的関係を部分的に示し、
（Ｂ）は絶縁体リング５８が設けられた状態での成膜時
における反応容器１１のＺ方向での膜付着の程度を示
す。図３（Ａ）ではＺ方向が示され、図３（Ｂ）は横軸
がＺ方向の距離（単位はｃｍ）、縦軸が反応容器１１の
内壁面に付着する膜厚（単位はオングストローム ）を
示している。図３（Ａ）に示すごとく上部電極１３と下
部電極１４との間の距離Ｄが例えば２ｃｍであって成膜
空間が狭空間であるときに成膜プロセスを行うと、図３
（Ｂ）において明らかにされるように、反応容器１１の
内側壁面では、上部電極１４の下面からほぼ２ｃｍ程度
の下までほぼ１０4 程度の膜厚で膜が付着し、２ｃｍ
から３ｃｍの間で膜の付着量が大きく低減し、上部電極
１４の下面からほぼ３ｃｍ程度のところでは１０ 程度
になる。従って、その後の反応容器１１の内面のクリー
ニング工程を考慮すると、上部電極１４の下面からほぼ
３ｃｍ程度の箇所まで絶縁体リング５８で被うことが望
ましい。
【００４７】次にクリーニングプロセスを説明する。反
応容器１１内のクリーニングではステップクリーニング
が実行される。ステップクリーニングは、プラズマ空間
を時間の経過に伴って段階的に広げるクリーニングプロ
セスであり、条件が異なる複数のステップから成るクリ
ーニング方法である。ステップクリーニングでは、クリ
ーニング開始時には下部電極１４は上昇して成膜プロセ
ス時の位置にあり、プラズマ空間は狭くされる。このた
め、この状態のクリーニングでは、最も厚く膜が堆積し
ている上部電極１３と下部電極１４の両電極に高周波電
力を集中することができる。続いて、下部電極１４を段
階的（ステップ的）に下降させることにより、上部電極
１３と下部電極１４と反応容器１１の一部で形成されて
いる広い空間を各壁面に対するクリーニングを行う。ス
テップクリーニングの最終段階では、下部電極１４が基
板搬送の位置まで下降し、これにより下部電極１４の基
板１２を搭載するステージ表面から突き出ているリフト
ピンの頭のクリーニングが行われる。
【００４８】より具体的には、好ましくは第１から第３
のステップで構成される。第１ステップは、上部電極１
３と下部電極１４の間隔が狭空間であり、かつＶＨＦ帯
高周波の高電力領域で形成する高密度プラズマの状態で
行われ、第２ステップは、上部電極１３の下面（主面）
から絶縁物リング５８の下面まで下部電極１４を降下さ
せ、この状態でＶＨＦ帯高周波の高電力領域で形成する
高密度プラズマのみで行われ、第３ステップは、下部電
極１４を最下位まで降下させ、ＶＨＦ帯高周波の低電力
領域で形成する低密度プラズマでクリーニングが行われ
る。なおＶＨＦ帯の高周波を利用してプラズマを生成す
るとき、電力を調整することによりプラズマの密度を調
整することも可能である。
【００４９】第１ステップと第２ステップでは、反応容
器１１の内面は絶縁体リング５８で被われているので、
高密度プラズマでクリーニングを行うことができる。第
３ステップでは、反応容器１１の内面が現れ、かつ反応
容器１１はアルミニウム合金で作られているため、低密
度プラズマでクリーニングを行うようにしている。
【００５０】上記クリーニング方法で第１ステップおよ
び第２ステップにおける高密度プラズマの密度はほぼ１
Ｅ１１ｃｍ-3であり、第３ステップにおける低密度プラ
ズマの密度はほぼ１Ｅ１０ｃｍ-3である。
【００５１】なお上記のステップクリーニングで、ステ
ップ数やどのようなタイミングでステップ降下を行うか
については、目的に応じて、装置に応じて任意に定める
ことができる。
【００５２】本実施形態では、高周波電源３２から供給
されるＶＨＦ帯の高周波（代表的に６０ＭＨｚ）で高密
度プラズマを生成している。プラズマの励起周波数を高
くすることにより、通常、プラズマ密度を高くできるこ
と知られているが、本実施形態によればプラズマ密度を
高くすることでクリーニングガスの高次解離が促進して
いる。その結果、酸化膜のエッチングに有効であるＦラ
ジカル量を多くすることができる。
【００５３】本実施形態に係る大型のプラズマＣＶＤ装
置の反応容器１１では、従来の１３．５６ＭＨｚの代わ
りに例えば６０ＭＨｚで３ｋＷのプラズマ励起用高周波
を供給する高周波電源３２を搭載している。さらに、イ
オン衝撃による酸化膜のエッチング速度の向上を目的と
して４００ｋＨｚでのバイアス印加プロセスのための低
周波電源３３も組み込んでいる。すなわち、本実施形態
では、高周波の安定伝送を図るために、４００ｋＨｚの
低周波を上記高周波に重畳して上部電極１３に印加して
いる。
【００５４】また上記プラズマＣＶＤ装置において、上
部電極１３と下部電極１４の間の空間を狭空間として成
膜を行うので、成膜における均一性を確保できる。狭空
間成膜での均一性を確保するために、装置部品の精度向
上が図られている。一般に基板１２の表面上で成膜を均
一に行うポイントは、均一なプラズマを生成すること、
および下部電極１４上での均一性の良いガス密度分布を
作ること、である。この観点で、本実施形態によるプラ
ズマＣＶＤ装置は、次の点の特徴を有する。
【００５５】下部電極１４のステージ上で均一性の良い
ガス密度分布を形成する。このプラズマＣＶＤ装置で
も、ガス供給は、上部電極１３に設けたシャワー部を通
して行っている。下部電極１４上でのガス密度分布均一
性を決める第１の要因は、シャワー部のシャワー孔の配
列にある。電極間隔は１ｃｍでも均一ガス分子供給を可
能とするため、シャワー孔間の距離を好ましくは４ｍｍ
にしている。
【００５６】ガス密度分布の均一性を決める第２の要因
は下部電極１４上で対称かつ均一なガス流を生成させる
ことである。そのため、下部電極１４の側部と反応容器
１１の内壁に設けた絶縁体リング５８との間を５ｍｍと
する隘路７１を設けている。この隘路７１を設けること
により、当該隘路のガス流れコンダクタンスが小さくな
る。従って、上部電極１３と下部電極１４の電極間空間
におけるガス流れは、反応容器１１の下部におけるコン
ダクタンス分布の影響を受けにくくなる。その結果とし
て、下部電極１４の下側の反応容器壁に排気口を設けた
側面排気であるにも拘わらず、電極間空間において対称
性の良いガス流れを得ることができる。
【００５７】成膜プロセスでのガスの流れについて説明
する。上記視点に基づき、成膜プロセス時の電極間隔１
ｃｍの場合についてのみ、ガスの流れをシミュレートし
た状態を図４に示す。最初にガスとしてＡｒガスを用い
た場合の結果を示す。排気口での圧力を３００Ｐａと固
定し、上部電極１３のシャワー部から導入するガス流量
を５００sccmと変化させシミュレートした結果を示して
いる。このシミュレーションから明らかなように、前述
のごとく隘路７１の間隔を好ましくは５ｍｍとすること
により、渦等がないガス流れが得られていることが分か
る。
【００５８】上記において上部電極１３と下部電極１４
は共に１Ｅ−４以上の純アルミニウムで作られているの
で、Ｆラジカルによる腐食が小さくなる。
【００５９】また上記第１ステップにおいて、ＨＦ帯高
周波を利用して、上部電極１３、下部電極１４、絶縁体
等の表面での電界を強く（バイアス印加）すると、イオ
ン運動エネルギの効果でクリーニング速度が増加させる
ことができる。
【００６０】なお具体的な実施例として、シリコン酸化
膜を成膜するときには、プロセスガスとしてＳｉＨ4、
Ｎ2Ｏ、希釈されたＡｒが使用され、圧力が３００Ｐ
ａ、基板温度が３００℃の条件が設定される。またシリ
コン窒化膜を成膜するときには、プロセスガスとしてＳ
ｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2が使用され、圧力が３００Ｐａ、基
板温度が３００℃の条件が設定される。またクリーニン
グプロセスとしては、Ｃ2Ｆ6（パーフロロカーボン）、
Ｏ2が使用され、上記ステップクリーニングによってク
リーニング速度が増大される。
【００６１】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば次の効果を奏する。
【００６２】例えば大型のプラズマＣＶＤ処理装置等
で、クリーニング工程においてステップクリーニングを
採用するようにしたため、クリーニングガスの利用効率
を高めることでき、これにより排出ガス量を削減するこ
とができ、クリーニング速度を高めることができ、生産
性を良好にし、プロセスガスの使用量を削減し、プロセ
スコストを低減することができる。特に、第１ステップ
と第２ステップにおいて高密度プラズマクリーニングに
よりＣ2Ｆ6の解離を高めることができるので、使用量を
削減でき、地球温暖化問題の解決に役立たせることがで
きる。また成膜チャンの上部電極の主面から所定距離ま
で絶縁体リングで被うようにしたため、成膜チャンバ内
における内面への膜付着量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の内
部構造の縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の内
部構造の他の状態を示す縦断面図である。
【図３】（Ａ）は絶縁体リング５８と成膜空間８１との
位置的関係を部分的に示す図であり、（Ｂ）は絶縁体リ
ング５８が設けられた状態での成膜時における反応容器
１１のＺ方向での膜付着の程度を示す。
【図４】成膜プロセスの際のガスの流れをシミュレート
した状態図である。
【符号の説明】 １１ 反応容器 １２ 基板 １３ 上部電極 １４ 下部電極 ３１ プラズマ処理装置 ３２ 高周波電源 ３３ 低周波電源 ３５ 上下動機構 ３６ 制御部 ５８ 絶縁体リング ７１ 隘路（または隘路領域） ８１ 成膜空間
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA57 AA61 BA01 BC04 CA24 CA25 CA57 CA62 CA65 DA02 DA18 EB01 EB42 EC02 EC10 EC13 EC21 ED13 FA02 FB02 FC09 FC11 FC15 4K030 DA06 FA03 JA00 JA03 KA19 KA30 KA46 LA02 5F004 AA15 BA07 BB11 BB29 BD04 CA03 CA05 DA02 DA26 5F045 AA08 AB32 AB33 AC01 AC12 AC16 AD07 AE21 BB02 BB15 DP03 DQ10 EB02 EB06 EC05 EF05 EH14 EH20 EM10 HA13

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 チャンバ内に第１電極と第２電極から成
    る電極構造を備え、前記第１電極にはＶＨＦ帯高周波電
    源からの高周波が供給され、前記第２電極は基板搭載部
    を有しかつ移動機構によって移動されるようにしたプラ
    ズマ処理装置において、 前記移動機構により前記第２電極を移動させて前記第１
    電極と前記第２電極の隙間を狭くして狭空間を形成し、
    この狭空間で所定の低密度の基板に対して成膜を行い、
    かつ成膜・基板搬出後のクリーニング工程の際、前記移
    動機構により前記第２電極を移動させて前記第１電極と
    前記第２電極の間の隙間を狭くし、狭空間を形成し、こ
    の狭空間で所定の高密度のプラズマでクリーニングを開
    始するクリーニング制御部を有することを特徴とするプ
    ラズマ処理装置。
  2. 【請求項２】 前記プラズマの前記高密度は１E１１ｃ
    ｍ-3以上であることを特徴とする請求項１記載のプラズ
    マ処理装置。
  3. 【請求項３】 前記第１電極の主面から少なくとも３ｃ
    ｍまでの前記チャンバの内壁部が絶縁物リングで覆われ
    ており、前記絶縁物リングと前記第２電極の側部との間
    に間隔が５ｍｍ以下の隘路領域が形成されることを特徴
    とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
  4. 【請求項４】 前記絶縁物リングはアルマイトで作られ
    ていることを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装
    置。
  5. 【請求項５】 前記ＶＨＦ帯高周波電源からの高周波に
    対してＬＦ帯低周波電源からの低周波が重畳されること
    を特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
  6. 【請求項６】 前記第１電極と前記第２電極は共に純度
    １E−４以上の純アルミニウムで作られることを特徴と
    する請求項１記載のプラズマ処理装置。
  7. 【請求項７】 基板上に絶縁膜をプラズマＣＶＤで成長
    させ、その後に前記基板を取り出した後チャンバ内部に
    付着した膜をプラズマで取り除くクリーニング方法にお
    いて、 クリーニング工程が複数のステップから成り、 前記クリーニング工程の第１ステップは、第１電極と第
    ２電極の間隔が狭空間であり、かつＶＨＦ帯高周波の高
    電力領域で形成する高密度プラズマの状態で行われ、 前記クリーニング工程の第２ステップは、前記第１電極
    の主面から所定距離下までの前記チャンバの内壁部を覆
    う絶縁物リングの下面まで前記第２電極を降下させ、こ
    の状態で前記ＶＨＦ帯高周波の高電力領域で形成する高
    密度プラズマのみで行われ、 前記クリーニング工程の第３ステップは、前記第２電極
    を最下位まで降下させ、前記ＶＨＦ帯高周波の低電力領
    域で形成するプラズマでクリーニングが行われる、 ことを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方
    法。
  8. 【請求項８】 前記第１電極と前記第２電極の間に形成
    される前記狭空間は１〜２ｃｍの間隔で形成されること
    を特徴とする請求項７記載のプラズマ処理装置のクリー
    ニング方法。
  9. 【請求項９】 前記第１ステップおよび前記第２ステッ
    プにおける前記高密度プラズマの密度はほぼ１Ｅ１１ｃ
    ｍ-3であり、前記第３ステップにおける前記低密度プラ
    ズマの密度はほぼ１Ｅ１０ｃｍ-3であることを特徴とす
    る請求項７または８記載のプラズマ処理装置のクリーニ
    ング方法。
  10. 【請求項１０】 前記クリーニング工程の前記第１ステ
    ップと前記第２ステップのプラズマ形成が、前記ＶＨＦ
    帯高周波電源からの高周波に対してＬＦ帯低周波で源か
    らのＬＦ帯低周波が重畳されて行われることを特徴とす
    る請求項７記載のプラズマ処理装置のクリーニング方
    法。
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