JP2003264186A - Ｃｖｄ装置処理室のクリーニング方法 - Google Patents

Ｃｖｄ装置処理室のクリーニング方法

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JP2003264186A
JP2003264186A JP2002065304A JP2002065304A JP2003264186A JP 2003264186 A JP2003264186 A JP 2003264186A JP 2002065304 A JP2002065304 A JP 2002065304A JP 2002065304 A JP2002065304 A JP 2002065304A JP 2003264186 A JP2003264186 A JP 2003264186A
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remote plasma
reaction chamber
plasma discharge
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Hiroshi Arai
浩史 新井
Hideaki Fukuda
秀明 福田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】クリーニング速度が速く、クリーニングの運用
コストが低くかつ高効率なCVD装置処理室のリモートプ
ラズマクリーニング方法を与える。 【解決手段】本発明に係るCVD装置処理室内部を遠隔プ
ラズマ放電装置を用いてリモートプラズマクリーニング
する方法は、クリーニングガスを遠隔プラズマ放電装置
に供給する工程と、クリーニングガスを遠隔プラズマ放
電装置内で活性化する工程と、活性化されたクリーニン
グガスを処理室内に導入する工程とから成り、クリーニ
ングガスとしてF2ガス及び不活性ガスの混合ガスを使用
することを特徴とする。F2ガスの濃度が１０％以上であ
る。クリーニングガスであるF2ガスはF2ガスを不活性ガ
スで所定の濃度に希釈して充填したガスボンベから遠隔
プラズマ放電装置に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造用のCV
D装置の処理室内部をクリーニングする方法に関し、特
に、処理室内部をリモートプラズマクリーニングする方
法に関する。
【０００２】
【従来技術】半導体製造用のCVD（化学気相成長）装置
若しくはスパッタリング装置等の成膜処理装置では、被
処理体（例えば、半導体ウエハ）表面への成膜処理を連
続して行うと被処理体以外の処理室内壁等に堆積物が付
着する。これが剥離すると後の成膜処理プロセスにおけ
るパーティクル汚染源となり、DRAM等のデバイスの配線
断線若しくは成膜不良を引き起こすことになる。そのた
め、ある一定の周期で処理室内のクリーニングを実行す
る必要がある。
【０００３】従来より、特開平6-97154号に開示される
ように、CH4、C2F6、C3F8、CHF3、SF 6、NF3等のPFC(Per
fluorocompound)を含むガスをクリーニングガスとして
反応チャンバに導入し、上下電極間に高周波電力を印加
することによりクリーニングガスをプラズマ化して反応
活性種（主にフッ素ラジカル）を生成し、反応チャンバ
内の堆積物を気体分解により除去する方法（in-situク
リーニング）が行われてきた。
【０００４】しかしながら、in-situクリーニングの場
合、膜生成時に使用する上部電極に高周波電力を印加し
てプラズマを生成するため、下部電極であるサセプタと
の間に生成された荷電粒子によりイオン衝突が引き起こ
される。その結果、上部電極表面がスパッタリングさ
れ、副生成物の発生及び電極のダメージといった問題が
生じる。また、PFCを含むガス種は、地球温暖化係数
（＝赤外線吸収率×大気寿命）が極めて大きく、長期に
渡る地球環境への影響が懸念される。
【０００５】これらの欠点を解決するために、反応チャ
ンバの外部にてプラズマを生成し、そこでクリーニング
ガスを活性化するリモートプラズマクリーニング方法が
開発された。この方法は、クリーニングガスとして主に
NF3が用い、それを遠隔プラズマ放電装置内で解離及び
活性化させ、そこで生成された反応活性種を反応チャン
バ内に導入し内壁等の堆積物を分解除去するというもの
である。
【０００６】リモートプラズマクリーニングの場合、反
応チャンバ外部にてプラズマを生成するため、反応チャ
ンバ内に導入されるのは電気的に中性な原子及び分子の
みであり荷電粒子は導入されない。そのため反応チャン
バ内のクリーニングは化学反応のみによるもので、電極
への物理的ダメージを防ぐことが可能である。
【０００７】しかし一方で、近年の被処理体の大口径化
に伴い反応チャンバ内部も大容量化しているため、プラ
ズマクリーニングではプラズマ発生部から離れた内壁等
の堆積物の除去が困難となり、クリーニングに要する時
間が増大する傾向にある。クリーニング時間が増大する
と、被処理体の単位枚数当りの処理時間が増大し、装置
の生産性（スループット）の低下に直接繋がる。
【０００８】また、特開平10-149989号に開示されてい
るように、遠隔プラズマクリーニング放電装置に用いら
れる印加プラズマ出力値は、500〜1500Wの範囲では供給
ガスの分解が完全ではない。プラズマによって分解され
ない供給ガスが排出されると環境に悪影響を及ぼす危険
性がある。したがって、供給ガスを完全に解離するため
に約3.0〜12kWの出力を用いて活性化する必要がある
が、装置運用コストの観点から、3.0kW以下の出力で効
率良くクリーニングすることが所望される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】これらの問題を解決す
るためには、反応チャンバの大容量化に追従したクリー
ニング速度の高速化及び効率化が必要とされる。そこで
本願の発明者はクリーニングの効率化を大きく左右する
と考えられるクリーニングガスに着目した。反応チャン
バクリーニングに大きく寄与するのはフッ素ラジカルで
あり、その生成量の増加が直接的にクリーニング速度の
向上に繋がると考えられる。ただし、単純に生成量が大
きいだけのガス種が良いのではなく、従来のNF3等と比
べより少ないエネルギーで解離可能（すなわち、単位エ
ネルギー当りのフッ素ラジカル生成量が大）で且つ被処
理体単位枚数当りに必要とされるガス量から算出したガ
スコストの低いガス種が最も望ましい。これらの条件に
最も合致するガスはフッ素２原子から成るF2ガスであ
る。このF2ガスは単位体積当たりのガスコストがNF3に
比べ非常に安価である。
【００１０】したがって、本発明の目的は、CVD装置の
反応チャンバのクリーニング速度が速いリモートプラズ
マクリーニング方法を与えることである。
【００１１】また、本発明の他の目的は、クリーニング
の運用コストが低くかつ高効率なリモートプラズマクリ
ーニング方法を与えることである。
【００１２】さらに、本発明の他の目的は、環境に優し
く、地球温暖化の影響が少ないリモートプラズマクリー
ニング方法を与えることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る方法は以下の工程から成る。
【００１４】本発明に係るCVD装置処理室内部を遠隔プ
ラズマ放電装置を用いてリモートプラズマクリーニング
する方法は、クリーニングガスを遠隔プラズマ放電装置
に供給する工程と、クリーニングガスを遠隔プラズマ放
電装置内で活性化する工程と、活性化されたクリーニン
グガスを処理室内に導入する工程とから成り、クリーニ
ングガスとしてF2ガス及び不活性ガスの混合ガスを使用
することを特徴とする。
【００１５】好適には、F2ガスの濃度が１０％以上であ
る。
【００１６】好適には、クリーニングガスを遠隔プラズ
マ装置に導入する工程は、F2ガスを不活性ガスで所定の
濃度に希釈して充填したガスボンベからF2ガスを供給す
る工程を含む。
【００１７】変形的には、クリーニングガスを遠隔プラ
ズマ装置に導入する工程は、F2ジェネレータによって生
成された高純度F2ガスに不活性ガスボンベから供給され
る不活性ガスを混合し、所定の濃度に希釈したF2ガスを
供給する工程を含む。
【００１８】具体的には不活性ガスはHe若しくはArであ
る。
【００１９】さらに好適には、CVD装置はプラズマCVD装
置であり処理室内部に上部電極及び下部電極を有し、当
該方法がさらに下部電極表面積／基板表面積の値が1.08
〜1.38となるように下部電極を選択する工程と、上部電
極表面積／下部電極表面積の値が1.05〜1.44となるよう
に上部電極を選択する工程と、上部電極温度を200℃〜4
00℃に制御する工程と、を含む。
【００２０】
【発明の実施の態様】以下、図面を参照しながら、本発
明を説明する。図１は従来より使用されている平行平板
プラズマCVD装置に遠隔プラズマ放電装置を接続したシ
ステムを略示したものである。被処理体1（典型的に、
半導体ウエハ）は反応チャンバ2内に設置されたセラミ
ック製若しくはアルミ合金製の抵抗加熱型ヒータを含む
下部電極兼サセプタ3上に載置される。被処理体1の表面
に薄膜を形成するための反応ガスは、所定の流量に制御
された後、ライン5よりバルブ6を介して反応チャンバ2
の上部開口部7を経て上部電極兼シャワーヘッド4に供給
される。シャワーヘッド4の上部にはヒータ19が設けら
れ、上部電極兼シャワーヘッド4の温度を所定の温度に
制御する。反応チャンバ2へ導入された反応ガスをプラ
ズマ化するべく高周波電力を供給するために、反応チャ
ンバ2の上部11には高周波電源（8、18）が出力ケーブル
9を通じ整合回路10を介して接続されている。高周波電
源として、膜質制御性を向上させるために13.56MHzの電
源18及び430kHzの電源8の２種類の異なる高周波数電源
が使用される。薄膜形成処理の終了後、反応ガスは排気
口16より、コンダクタンス調整弁17を介して真空ポンプ
（図示せず）により排気される。
【００２１】所定の枚数の被処理体1への成膜処理終了
後、リモートプラズマクリーニング装置によって反応チ
ャンバ2内の残存堆積物のクリーニングが行われる。リ
モートプラズマクリーニング装置は、クリーニングガス
供給手段15と、遠隔プラズマ放電装置13とから成る。ク
リーニングガス供給手段15はライン12を通じて遠隔プラ
ズマ放電装置13に結合されている。遠隔プラズマ放電装
置13はライン14を通じて反応チャンバ2の上部開口部7に
結合されている。ライン14の中間にさらに制御バルブを
取り付けてもよい。
【００２２】本発明において、以下に詳細に説明するよ
うに、クリーニングガスとしてF2を使用する。F2を使用
することにより、遠隔プラズマ放電装置13から出力され
る反応活性種がフッ素ラジカルのみとなり、クリーニン
グに不必要な生成物が無くなる。また、F2の分子間の結
合解離エネルギー（155kJ/mol）はNF3の結合解離エネル
ギー（828kJ/mol）と比べ極めて低いことから、同量の
フッ素ラジカルを生成するために必要なエネルギーを低
減することができる。その結果、遠隔プラズマ放電装置
13の単位エネルギー当りにおけるフッ素ラジカルの生成
量が大幅に向上し、このことが直接的にクリーニング速
度の高速化に繋がる。換言すると、同量のフッ素ラジカ
ル出力を得るためにガス解離に消費されるエネルギー
が、従来のNF3等と比べ大幅に低減されることからプラ
ズマCVD装置のランニングコストを削減することが可能
となる。さらに、F2は大気中では水蒸気と反応して速や
かにHFとなり大気中の寿命が０に近く、地球温暖化係数
が極めて低いことから従来のPFCを含むクリーニングガ
スに比べ地球環境への影響を大幅に緩和することができ
る。
【００２３】図２は、クリーニングガス供給手段15の好
適実施例及び他の実施例を示したものである。図２aに
示すように、クリーニングガス供給手段15は好適には、
Arガスで体積濃度２０％に希釈したF2ガス充填ボンベ20
を含む。F2は非常に反応性が高いガスであるため、ボン
ベからの供給においては安全性の面から濃度１００％を
充填するのは困難である。そのため不活性ガスで希釈し
たF2体積濃度２０％が現行のボンベ充填限界濃度となっ
ている。不活性ガスとしてArの他にHeを用いてもよい。
F2ガス供給ライン26上にはバルブ23及びマスフローコン
トローラ22が設けられている。クリーニングガス供給手
段15は、さらに不活性ガス供給ボンベ21を含むことがで
きる。不活性ガス供給ボンベ21は好適にはArボンベであ
るが、Heボンベであってもよい。F2ガス供給ライン26と
は別に不活性ガス供給ライン25が設けられている。不活
性ガス供給ライン25上にはバルブ23及びマスフローコン
トローラ22が設けられている。
【００２４】図２bは高濃度のF2ガスを供給するための
クリーニングガス供給手段15の他の実施例を示したもの
である。高純度のF2ガスはF2ジェネレータ24によって生
成される。F2ジェネレータ24は電解槽中でHFを電気分解
することによりF2を生成する。このプロセスでは効率的
に高純度なF2及びH2が生成され、F2は反応チャンバ2へH
2は排気へそれぞれダイレクトに供給されるシステムが
与えられる。またこのシステムは一つ若しくは複数の反
応チャンバに対し必要に応じてF2を供給可能である（参
考例：FOC社製F2ジェネレータ）。F2ジェネレータ24の
上流部には不活性ガス供給ボンベ21が設けられ、該不活
性ガス供給ボンベ21はライン27を通じてバルブ23を介し
マスフローコントローラ22に結合されている。F2ジェネ
レータ24はF2ガス供給ライン28を通じてバルブ23を介
し、不活性ガス供給ボンベ21とマスフローコントローラ
22の間のライン27に結合されている。F2ガス供給ライン
28は、F2に対して耐腐食性を有する樹脂材料であるテフ
ロン（登録商標）から製造されている。
【００２５】図２cは図２bのクリーニングガス供給手段
の変形例を示したものである。F2ジェネレータ24からの
F2ガス供給ライン29上にはバルブ23及びマスフローコン
トローラ22が設けられている。F2ガス供給ライン29とは
別に、不活性ガス供給ライン25が設けられている。不活
性ガス供給ライン25上には、バルブ23及びマスフローコ
ントローラ22が設けられている。F2ガス供給ライン29の
材質は図２bのF2ガス供給ライン28と同じである。
【００２６】次に、本発明に係るCVD装置の反応チャン
バをリモートプラズマクリーニングする方法について説
明する。当該方法は、クリーニングガス供給手段15から
F2ガス及び不活性ガスの混合ガスを遠隔プラズマ放電装
置13に供給する工程を含む。図２aに示される好適実施
例によれば、Arガスで体積濃度２０％に希釈されたF2ガ
スは、ガス充填ボンベ20からライン26を通じバルブ23を
介してマスフローコントローラ22で流量制御された後遠
隔プラズマ放電装置13に供給される。一方Arガスは、Ar
１００％のガスボンベ21からライン25を通じバルブ23を
介してマスフローコントローラ22で流量制御された後F2
ガスと合流する。それによって、遠隔プラズマ放電装置
13に供給されるF2ガスの濃度を変化させることができ
る。
【００２７】図２bに示される他の実施例によれば、F2
ジェネレータ24で生成された高純度F 2ガスは、ライン28
を通じバルブ23を介して上流側に設置されたAr１００％
のガスボンベ21からのArガスとライン27で混合され所定
の濃度に希釈されてマスフローコントローラ22で流量制
御された後遠隔プラズマ放電装置13に供給される。
【００２８】図２cに示される変形例によれば、F2ジェ
ネレータ24で生成された高純度F2ガスは、ライン29を通
じバルブ23を介してマスフローコントローラ22によって
流量制御される。一方、Ar１００％のガスボンベ21から
のArガスはライン25を通じバルブ23を介してマスフロー
コントローラ22で流量制御された後、F2ガスと合流す
る。それによって、遠隔プラズマ放電装置13に供給され
るF2ガスの濃度を所定の濃度に希釈することができる。
【００２９】図２に示されるクリーニングガス供給手段
によれば、以下に詳細に示されるように好適には１０％
〜１００％のF2ガスを供給することができる。
【００３０】クリーニングガス供給手段15から遠隔プラ
ズマ放電装置13に供給されたF2ガスは、そこで解離され
及び活性化される。
【００３１】その後、活性化されたF2ガスはライン14を
通じて反応チャンバ2の上部11の開口部7へ導入され、シ
ャワーヘッド4を介して反応チャンバ2内に均一に分配さ
れる。活性化F2ガスは反応チャンバ内壁等に付着した堆
積物と化学反応し、それを気化させる。反応チャンバ2
内部の活性化F2ガス及び生成物は真空ポンプ（図示せ
ず）により排気口16及びコンダクタンス調整弁17を経て
外部の除害装置（図示せず）へ排気される。
【００３２】
【実施例】以下、本発明に係るリモートプラズマクリー
ニング方法を用いた評価実験を行ったので説明する。
【００３３】（実験１）まず、クリーニングガスとして
NF3及びArの混合ガスを用いた従来のリモートプラズマ
クリーニングとクリーニングガスとしてF2及びArの混合
ガスを用いた本発明に係るリモートプラズマクリーニン
グとの比較実験を行った。
【００３４】比較例の実験には図１と同じ構成のシステ
ムを使用した。まず、TEOS流量115sccm、O2流量1000scc
m、反応チャンバ圧力3.5Torr、高周波電力（13.56MHz）
315W、高周波電力（430kHz）300W、電極間距離10mm、上
部電極温度130℃、下部電極温度400℃、反応チャンバ側
壁温度120℃の成膜条件にてφ200mmシリコン基板上にプ
ラズマ酸化膜の成膜を行った。成膜終了後NF3流量1.0sl
m、Ar流量2slm、反応チャンバ圧力5Torr、電極間隔14m
m、上部電極温度130℃、下部電極温度400℃、反応チャ
ンバ側壁温度120℃の条件にて、反応チャンバ2のリモー
トプラズマクリーニングを行った。クリーニング終点検
出方法として、クリーニングガスと残存する堆積物が反
応して生成される物質（SiF4等）の発光をプラズマ発光
分光分析法によりプラズマ中から検出し、その発光強度
の低下及びプラズマインピーダンスの変化からクリーニ
ングの終点を決定し、クリーニング速度を算出する方法
を利用した。
【００３５】上記条件を標準条件としたときに得られた
クリーニング速度は1.14μm/minであり、その時に消費
された遠隔プラズマ放電装置の消費電力は3.0kWであっ
た。NF3を1.0slm流したとき遠隔プラズマ放電装置にて
１００％解離により出力されるフッ素ラジカルのアウト
プットは3.0slmになる。これらの結果から本条件下では
遠隔プラズマ放電装置の単位電力当りに放出されるフッ
素ラジカルアウトプットは1.0×10-3mol/Wであることが
分かった。また、プラズマ酸化膜1μm成膜後の基板１枚
当りに要するガスコストは約62(yen/wafer)であった。
【００３６】次に本発明に係る好適実施例によるリモー
トプラズマクリーニング実験について説明する。好適実
施例の実験には図１と同じ構成のシステムを使用した。
まず、TEOS流量115sccm、O2流量1000sccm、反応チャン
バ圧力3.5Torr、高周波電力（13.56MHz）315W、高周波
電力（430kHz）300W、電極間距離10mm、上部電極温度13
0℃、下部電極温度400℃、反応チャンバ側壁温度120℃
の成膜条件にてφ200mmシリコン基板上にプラズマ酸化
膜の膜厚が1μmとなるように成膜を行った。また、プラ
ズマ酸化膜の膜応力が約-120Mpaの一定値になるように
高周波電力を調整した。成膜終了後、図２aのクリーニ
ングガス供給手段を用いてボンベ充填された体積濃度２
０％F2（８０％Ar希釈）を遠隔プラズマ放電装置13に供
給した。このときガスライン25のバルブ23を閉じ、不活
性ガスボンベ21からArガスが供給されないようにした。
クリーニングは、反応チャンバ圧力5Torr、電極間距離1
4mm、上部電極温度130℃、下部電極温度400℃、反応チ
ャンバ側壁温度120℃の条件で行った。実験は濃度２０
％F2ガスの流量をマスフローコントローラ22によって変
化させて行った。そのときに消費される遠隔プラズマ放
電装置13の消費電力は、クランプメータを用いて測定し
た。クリーニング速度の測定は比較例と同じ方法で行っ
た。
【００３７】図３は、２０％F2ガスの流量変化に対する
クリーニング速度及び遠隔プラズマ放電装置13の消費電
力の関係を示したグラフである。グラフ中に、NF3流量3
slm（Ar流量2slmを含む）における比較例のクリーニン
グ速度及び消費電力が１点で示されている。
【００３８】図３のグラフより、２０％F2流量の変化に
対して、クリーニング速度及び遠隔プラズマ放電装置の
消費電力はともに比例関係にあることが分かる。２０％
F2流量が比較例のNF3と同流量（3slm）であるときの消
費電力が比較例の3.0kWから約1.5kWまで約50％大きく低
下していることがわかる。また、遠隔プラズマ放電装置
13の消費電力3.0kWで分解可能なNF3の流量は3slm（Ar流
量2slm）であったのに対し、２０％F2の流量はグラフか
ら約12slmであると推測される。さらにその時に得られ
るクリーニング速度は約1.75μm/minと推測される。こ
れは遠隔プラズマ放電装置の消費電力が3.0kW時におけ
る２０％F2（実施例１）のクリーニング速度がNF3（比
較例）のクリーニング速度1.14μm/minの約1.53倍に向
上することを示している。
【００３９】２０％F2を12slm供給したときの単位エネ
ルギー当りにおけるフッ素ラジカルアウトプットを評価
した。２０％F2を12slm流したときのpure-F2の流量は2.
4slmであり、遠隔プラズマ放電装置13で完全に解離され
ると反応チャンバ内に導入されるフッ素ラジカルの流量
は4.8slmとなる。そのときの遠隔プラズマ放電装置の消
費電力は3.0kWであることから、２０％F2をクリーニン
グガスに使用したときの遠隔プラズマ放電装置の単位電
力当りに放出されるフッ素ラジカルアウトプットは1.6
×10-3mol/Wであることが分かった。これは比較例であ
るNF3の場合と比べて1.6倍高い出力である。この結果か
らフッ素ラジカルアウトプット量の増加が直接的にクリ
ーニング速度の向上に大きく関与していることが実証で
きた。
【００４０】さらに、２０％F2流量12slm、クリーニン
グ速度1.75μm/minの場合において、NF3と同様にクリー
ニングするのに消費されるガスコストをF2、Arをそれぞ
れ別単価として算出すると40(yen/wafer)となり、比較
例より約35％のコストダウンが可能となった。クリーニ
ングガスにF2を使用することにより、クリーニング速度
が向上するばかりか、プラズマ酸化膜1μm成膜後の基板
１枚当りに要するガスコストも低減され、装置の運用コ
ストを大幅に削減することが可能となった。
【００４１】（実験２）次に、本発明に係るリモートプ
ラズマクリーニング方法に従ってpure-F2濃度とクリー
ニング速度の関係について評価実験を行った。実験には
図２aに示すクリーニングガス供給手段の好適実施例を
使用した。実験２では、Arガスボンベ21のバルブ23を開
放し、Arのみの流量を増やすことにより、pure-F2の流
量を変化させずにF2の濃度を２０％以下に制御できるよ
うにした。まず、実験１と同じ成膜条件にてφ200mmシ
リコン基板上にプラズマ酸化膜を1μm成膜した。成膜終
了後、シリコン基板を反応チャンバ外部に搬出し、その
後でクリーニングを実行した。２０％F2（８０％Ar希
釈）流量は実験１において消費電力3.0kW内での限界流
量であった12slm（pure-F2:2.4slm）で一定とし、Ar流
量を0slmとしたときを２０％F2とした。また、Arガスの
流量は、マスフローコントローラ22によって、１５％F2
においては4slm、１０％F2においては12slmにそれぞれ
制御した。他のクリーニング条件は実験１と全く同様に
した。
【００４２】図４は、F2濃度を変化させた場合における
反応チャンバ2のクリーニング速度の変化を示したグラ
フである。F2をArにより２０％以下に希釈するに従い、
クリーニング速度が低下するのがわかる。換言すれば、
F2濃度とクリーニング速度は比例関係にあることがわか
る。ここでは希釈ガスであるAr流量の変化により濃度を
制御しているためpure-F2の流量は一定である。すなわ
ち、遠隔プラズマ放電装置13により解離及び活性化され
て反応チャンバ2に導入されるフッ素ラジカルのアウト
プットも一定である。実験１からクリーニング速度はフ
ッ素ラジカルのアウトプットの増加量に対して比例的に
向上することが分かっているので、より高純度のF2を使
用することが更にクリーニング速度を向上させるための
要因であることがわかった。
【００４３】ボンベ充填では２０％以上の高純度F2を供
給することは不可能であるが、図２b若しくは図２cに示
される本発明に係る他の実施例に従い５０％F2（実施例
２）を供給した場合、クリーニング速度は約3.19μm/mi
nまで向上できると推測される。これは比較例であるNF3
の約2.8倍である。また、このときのプラズマ酸化膜1μ
m成膜後の基板１枚当りに要するガスコストを算出する
と14(yen/wafer)となり、比較例に比べ約77％もの大幅
なコストダウンが可能となる。より高純度のF2を使用す
ることによりクリーニング速度の向上と装置運用コスト
の削減の両方において相乗的な効果が得られることがわ
かった。もし、希釈ガスのArを使用せずにpure-F2（１
００％）のみを図２b及び図２cのF2ジェネレータから流
したと仮定すると、クリーニング速度は約4.74μm/min
になると推測される。また、このときのプラズマ酸化膜
1μm成膜後の基板１枚あたりに要するガスコストを同様
に算出すると、Arを未使用であることも大きく影響して
7.6(yen/wafer)と極めて低くなり、比較例に比べ約88％
のコストダウンが可能となる。表１は、クリーニングガ
スとしてNF3を使用した場合（比較例）、２０％F2を使
用した場合（実施例１）及び５０％F2使用した場合（実
施例２）の実験結果をまとめたものである。
【００４４】
【表１】 ５０％F2をクリーニングガスに使用することにより、ク
リーニング速度及び装置生産性が比較例に比べドラステ
ィックに向上しているのがわかる。
【００４５】（実験３）さらに、反応チャンバのクリー
ニング効率を向上させるために、装置ハードウエアによ
る評価実験を行った。装置として、日本エー・エス・エ
ム（株）製300mm基板処理用平行平板プラズマCVD装置
（DragonTM212）を使用した。当該装置はここに参考文
献として組み込む特願2001-361669号に開示されるよう
に、下部電極表面積／基板表面積の値が1.08〜1.38にな
るように下部電極が選択され、上部電極表面積／下部電
極表面積の値が1.05〜1.44になるように上部電極が選択
され、上部電極温度が200℃〜400℃に制御されている。
【００４６】当該装置と図１に示した従来の300mm基板
処理用プラズマCVD装置とを比較すると、膜厚面内均一
性及び膜応力は変わらないが成膜速度が約7％向上し、
クリーニングガスとしてNF3を用いた所定の条件の下で
のリモートプラズマクリーニングにおいて、クリーニン
グ速度が約３倍、クリーニングサイクルが約４倍に向上
することが既に実証されている。
【００４７】当該装置を使用し図２aに示される好適実
施例により２０％F2（８０％Ar希釈）をボンベから供給
して反応チャンバのクリーニングを行った。その結果、
実施例１で得られたクリーニング速度（1.75μm/min）
の３倍である5.25μm/minのクリーニング速度が得られ
た。図２b及び図２cに示される他の実施例により５０％
F2を供給した結果、実験２で得られたクリーニング速度
（3.19μm/min）の３倍である9.57μm/minのクリーニン
グ速度が得られた。当該プラズマCVD装置を使用するこ
とにより、従来のプラズマCVD装置に比べ大幅にクリー
ニング速度が向上し、反応チャンバクリーニングの効率
化を実現することができた。
【００４８】
【効果】本発明に係るリモートプラズマクリーニング方
法によれば、CVD装置の反応チャンバのクリーニング速
度を大幅に向上させることができた。
【００４９】また、本発明に係るリモートプラズマクリ
ーニング方法によれば、遠隔プラズマ放電装置において
低エネルギーで解離可能となり、ガスコストも低下する
ことから装置の運用コストを大幅に削減することができ
た。その結果、効率及び生産性が高い半導体処理装置を
実現できた。
【００５０】さらに本発明に係るリモートプラズマクリ
ーニング方法によれば、地球温暖化係数の小さいF2を使
用することで、地球環境に悪影響を及ぼす危険性が無く
なった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来のプラズマCVD装置に遠隔プラズ
マ放電装置を組み込んだシステムを略示したものであ
る。
【図２】図２は、本発明に係るクリーニングガス供給手
段の実施例を示したものである。
【図３】図３は、２０％F2ガスの流量変化に対するクリ
ーニング速度及び遠隔プラズマ放電装置の消費電力の関
係を示したグラフである。
【図４】図４は、F2濃度を変化させた場合における反応
チャンバのクリーニング速度の変化を示したグラフであ
る。
【符号の説明】
1 被処理体 2 反応チャンバ 3 サセプタ 4 シャワーヘッド 5 ライン 6 バルブ 7 上部開口部 8 高周波電源 9 出力ケーブル 10 整合回路 11 反応チャンバ上部 12 ライン 13 遠隔プラズマ放電装置 14 ライン 15 クリーニングガス供給手段 16 排気口 17 コンダクタンス調整弁 18 高周波電源 19 ヒータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 DA06 JA06 JA10 5F004 AA15 BA03 BA04 BD04 CA02 CA03 CB15 DA00 DA22 DA23 DB03 5F045 AA08 AB32 AC16 AC17 BB08 BB15 DP03 EB06 EH14 EH18

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】CVD装置処理室内部を遠隔プラズマ放電装
    置を用いてリモートプラズマクリーニングする方法であ
    って、クリーニングガスを前記遠隔プラズマ放電装置に
    供給する工程と、前記クリーニングガスを前記遠隔プラ
    ズマ放電装置内で活性化する工程と、活性化された前記
    クリーニングガスを前記処理室内に導入する工程とから
    成り、前記クリーニングガスとしてF2ガス及び不活性ガ
    スの混合ガスを使用することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の方法であって、前記F2ガ
    スの濃度が１０％以上である、ところの方法。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の方法であって、クリーニ
    ングガスを前記遠隔プラズマ装置に導入する工程は、F2
    ガスを不活性ガスで所定の濃度に希釈して充填したガス
    ボンベからF2ガスを供給する工程を含む、ところの方
    法。
  4. 【請求項４】請求項１に記載の方法であって、クリーニ
    ングガスを前記遠隔プラズマ装置に導入する工程は、F2
    ジェネレータによって生成された高純度F2ガスに不活性
    ガスボンベから供給される不活性ガスを混合し、所定の
    濃度に希釈したF2ガスを供給する工程を含む、ところの
    方法。
  5. 【請求項５】請求項１から４に記載の方法であって、前
    記不活性ガスはHe若しくはArである、ところの方法。
  6. 【請求項６】請求項１に記載の方法であって、前記CVD
    装置はプラズマCVD装置であり前記処理室内部に上部電
    極及び下部電極を有し、当該方法がさらに下部電極表面
    積／基板表面積の値が1.08〜1.38となるように下部電極
    を選択する工程と、 上部電極表面積／下部電極表面積の値が1.05〜1.44とな
    るように上部電極を選択する工程と、 上部電極温度を200℃〜400℃に制御する工程と、を含む
    ところの方法。
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