JP2004027339A

JP2004027339A - 堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置

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Publication number: JP2004027339A
Application number: JP2002189372A
Authority: JP
Inventors: Noboru Saeki; 佐伯　登; Teruichi Miyoshi; 三好　照一
Original assignee: Pearl Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pearl Kogyo Co Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP4121320B2

Abstract

【課題】装置全体の耐久性向上及びコンパクト化、低コスト化を図りつつ、負荷インピーダンスの急激な変動に対する応答性を改善してリモートプラズマによる所定のクリーニング処理を非常に高性能かつ効率よく行なえるようにする。
【解決手段】絶縁性管状容器５の外周に誘導結合方式の高周波放電用電極７を巻回してなる高周波放電管１の容器５内に発生されるプラズマにより前駆体ガスＧを活性化して生成される反応性励起種を堆積チャンバー２に導入しクリーニングするように構成されたリモートプラズマ方式クリーニング装置における高周波電力整合回路２５を固定式または半固定式に構成するとともに、高周波電力発生源６の発振器１１を周波数可変式に構成し、この発振器１１の発振周波数を負荷インピーダンスに出力インピーダンスが整合されるように可変制御する周波数制御回路２４を設けている。
【選択図】　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置に関する。詳しくは、化学気相堆積（例えばプラズマＣＶＤなど）やスパッタ装置等のように、各種半導体やフラットディスプレイ製造プロセスで使用される成膜装置の堆積チャンバー内部をクリーニングするために用いられる堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばプラズマＣＶＤでは、一対の薄板平行電極を備えた真空堆積チャンバー内に基板が配置され、反応ガスを上位電極を通じて堆積チャンバー内に流し込むとともに、高周波（ＲＦ）電圧を一対の平行電極に印加して反応ガス中にプラズマを生成することにより、反応ガスを分解させて基板の表面上に、例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ）等の材料を堆積させて所定の半導体製品を製造するものである。
【０００３】
このような半導体やフラットディスプレイの製造プロセスで使用される成膜装置では、窒化ケイ素等の材料が基板表面上に優先的に堆積されるように設計されているものの、例えばチャンバー内壁面やチャンバー内に露出している構成要素等にも材料の一部が堆積されることを避け難く、したがって、堆積チャンバーの繰り返し使用によってチャンバー内に堆積増加している材料堆積層を除去するクリーニングが必要となる。
【０００４】
この種の堆積チャンバーのクリーニング手段として、従来から一般的に採用されている方法は、前駆体ガスを堆積チャンバー内に直接導入するとともに、この堆積チャンバー内でグロー放電プラズマを発生させて、このプラズマを前駆体ガスに局所的に印加することにより反応性励起種を生成させ、この反応性励起種がチャンバー内の材料堆積層と揮発性の化合物を形成することにより、チャンバー内部の表面をクリーニングするｉｎ−ｓｉｔｕ　クリーニング方法（通称：その場クリーニング法）である。
【０００５】
しかし、上記のようなｉｎ−ｓｉｔｕ　クリーニング方法は、反応性励起種を生成させるために堆積チャンバー内でプラズマを発生するものであるから、製品の生産性を低下させないだけのクリーニング速度を得るためには、高いレベルの出力が必要となり、出力レベルが高くなればなるほど堆積チャンバー内部のハードウェアに大きなダメージを与えやすくて堆積チャンバー自体の耐用年数が短くなり、その結果、堆積チャンバーを用いたシステムで製造される製品の基板当たりのコストが上昇する。また、出力レベルが高く設定されることから、他のシステム構成要素や部品に損傷を与えたり、あるいは、ワイピング等の物理的手段でなければ除去できないような残留物や副生成物がチャンバー内部に発生したりするという問題がある。
【０００６】
このような従来一般的なｉｎ−ｓｉｔｕ　クリーニング方法が有する種々の問題点を解消するクリーニング手段として、従来、例えば特開平１０−１４９９８９号公報等に開示されているように、堆積チャンバーに対して離間する遠隔位置に設置した別のチャンバー内でプラズマを発生させて、該遠隔チャンバーに供給される前駆体ガスを活性化して反応性励起種を生成し、この反応性励起種を堆積チャンバーに導入することで該堆積チャンバー内部をクリーニングするリモートプラズマ方式のクリーニング装置が提案されている。
【０００７】
ところで、従来より提案されているリモートプラズマ方式のクリーニング装置におけるプラズマ発生用高周波電力発生源（電源）として、従来では、その発振周波数が工業用等に割当てられた固定周波数の発振器と、この発振器による固定発振周波数のもとで高周波放電管に印加される高周波電力の出力インピーダンスを、サーボモータ等の位相・インピーダンス調整機構を介して自動的に高周波放電管の負荷インピーダンスに整合させるように可変制御する高周波電力整合回路とを備えたものが用いられていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種のリモートプラズマ方式クリーニング装置においては、使用する前駆体ガスの種類や濃度、使用圧力範囲等の変更、あるいは、放電プラズマ着火前後のプラズマが不安定な過渡状況下におけるキャパシタンスの変動等により負荷インピーダンスが変動しやすい。特に、リモートプラズマ方式の場合は、遠隔チャンバー内でのプラズマの発生効率を高くするために、高周波放電管に印加される高周波電力の周波数が高く設定される関係から、表皮効果が顕著で高周波放電管の負荷インピーダンスの変動が大きい。このような負荷インピーダンスの変動に対応させるために従来のリモートプラズマ方式クリーニング装置では、高周波電力整合回路の構成要素であるキャパシタンスまたはインダクタンスをサーボモータ等の位相・インピーダンス調整機構を介して共振条件が成立するように調整して出力インピーダンスを負荷インピーダンスに自動整合させるものであるために、多くのメカニカル要素を必要としコストアップ及び装置の大型化が避けられないばかりでなく、サーボモータ等の可動メカニカル要素の慣性等の影響を受けて整合完了までに時間がかかり、安定したプラズマを発生させるための応答性に欠け、その結果、不安定なプラズマのもとでの処理時間が長くなるだけでなく、整合に要する時間は所定のクリーニング処理にとってのロスタイムであり、クリーニング処理効率の低下を招くという問題がある。
【０００９】
さらに、高周波放電管への印加電力の周波数が高い値に固定されたままであると、表皮効果によって電極自体が発熱して該電極のみならず、遠隔チャンバー、堆積チャンバー及び両チャンバーを接続する管等を焼損しやすい上に、サーボモータ及びそれに連係動作するリンク機構等の可動メカニカル要素の摩耗や損傷等も加わって装置全体の耐久性（耐用寿命）が短かくなるという問題もあった。
【００１０】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、電極等の焼損、消耗、損傷や可動メカニカル要素の摩耗等による耐久性の低下を抑制し、かつ、全体をコンパクトで低コストに構成しながらも、負荷インピーダンスの急激な変動に対する応答性を改善してプラズマを早く安定化し所定のクリーニング処理を非常に高性能かつ効率よく行なうことができる堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置は、前駆体ガスが供給される絶縁性管状容器の外周に誘導結合方式の高周波放電用電極を螺旋コイル状に巻回させて構成される高周波放電管と、この高周波放電管のコイル状高周波放電用電極に高周波電力を印加して上記容器内にプラズマを発生させる高周波電力発生源と、この高周波電力発生源の出力インピーダンスを上記高周波放電管の負荷インピーダンスに整合させる高周波電力整合回路とを備え、上記管状容器内に発生されたプラズマにより前駆体ガスを活性化して反応性励起種を生成し、この反応性励起種を堆積チャンバー内に導入してその内部をクリーニングするように構成されている堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置であって、上記高周波電力整合回路はインピーダンスを予め設定された値に固定保持する固定式または手動で微調整可能な半固定式に構成されているとともに、上記高周波電力発生源の発振器が周波数可変式に構成され、この発振器による発振周波数を負荷インピーダンスに高周波電力発生源の出力インピーダンスが整合されるように制御する周波数制御回路が設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
上記のような特徴構成を有する本発明によれば、プラズマ発生のための高周波放電用電極が絶縁性管状容器の外周に螺旋コイル状に巻回されてプラスマ領域外に配置されているために、励起状態のＮＦ３　等の存在に起因して生成されるフッ素ラジカルやフッ素イオン等に高周波放電用電極やその保護材が直接接触することに伴う電極等の消耗、損傷を極力、減少することが可能であるのはもとより、高周波電力整合回路が固定式または半固定式に構成されサーボモータ等のような摩耗や損傷しやすい可動メカニカル要素を用いていないので、装置全体の耐久性向上を図ることが可能である。しかも、使用する前駆体ガスの種類や濃度、使用圧力範囲等の変更、あるいは、放電プラズマ着火前後のプラズマが不安定な過渡状況下におけるキャパシタンスの変動、さらには遠隔チャンバー内でのプラズマの発生効率を高くするために高周波放電管に印加される高周波電力の周波数を高く設定して用いられることに伴う表皮効果の影響等を受けて負荷インピーダンスが急激に変動した場合、周波数制御回路を介して高周波電力発生源における発振器の発振周波数を負荷インピーダンスに高周波電力発生源の出力インピーダンスが整合されるように制御することによって、サーボモータ及びその制御回路などのメカニカル要素を用いて高周波電力整合回路の構成要素であるキャパシタンスまたはインダクタンスを共振条件が成立するように自動調整する従来のものに比べて、装置全体のコンパクト化及び低コスト化を図りつつ、負荷インピーダンスの急激な変動に対して応答性よく追随させて放電プラズマを安定よく発生させるとともに、その発生プラズマを早く安定状態に維持させて所定のクリーニング処理を非常に高性能かつ効率よく行なうことが可能である。
【００１３】
上記構成の本発明に係る堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置において、請求項２に記載のように、上記高周波放電用電極に印加する高周波電力の反射波を検出し、その検出反射波電力が予め設定された値以上になったとき、高周波電力の進行波電力を低下させる進行波電力抑制回路を付設することにより、リモートプラズマによるクリーニング処理時に発生する反射波電力が設定値以上に増大したとき、進行波電力を低下させて、つまり、実効電力が一定以上に上昇することを制限して特別な電力調整装置や磁界印加装置等を要することなく、高周波電力発生源を保護し装置全体の耐久性を一層向上することができるとともに、電力発生源周辺への悪影響を回避することができる。
【００１４】
また、上記構成の本発明に係る堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置において、請求項３に記載のように、高周波電力発生源の発振器による発振周波数を負荷インピーダンスに高周波電力発生源の出力インピーダンスが整合されるように可変制御する状態と設定周波数に固定する状態とに切替え可能な周波数切替回路を付設することにより、プラズマ着火前や着火直後のように、負荷のンピーダンスが急激に変動しやすい条件下では、発振器の発振周波数を可変制御状態に切替え使用することで負荷インピーダンスの変動に速やかに応答させてプラズマを早く安定化させ所定のクリーニング処理を効率よく行えるのはもとより、プラズマ着火後のように、前駆体ガスがコンスタントに供給されることから負荷インピーダンスの変動がない、あるいは、変動が非常に少ない条件下では、発振器の発振周波数を固定状態に切替え使用することで、発振周波数のフィードバック可変制御に伴う不安定要素をなくして所定のクリーニング処理を常に適正かつ安定よく行えるといったように、負荷インピーダンスの変動状況等に対応して発振周波数を可変制御する状態と発振周波数を固定する状態との二通りの使用態様を任意に選択することができる。
【００１５】
また、上記構成の本発明に係る堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置において、上記高周波放電管の管状容器内に供給される前駆体ガスとしては、ＣＦ４　，Ｃ２　Ｆ６　，Ｃ３　Ｆ８　，Ｃ６　Ｆ１４等の過フッ素炭素ガス、ＮＦ３等のフッ素化窒素ガス、ＳＦ６　等のフッ素化硫黄ガスなどのフッ素系ガス及びそれらの混合ガスの中から選ばれたものを用いればよいが、特に、ＮＦ３　等のフッ素化窒素ガスを用いることによって、シリコン（Ｓｉ）、ドープされたシリコン、窒化シリコン（Ｓｉ３　Ｎ４　）及び酸化シリコン（ＳｉＯ２　）が堆積したチャンバーをクリーニングすることが可能で、アクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）製造に用いられる複数プロセスチャンバーを備えたシステムに有効に活用することができる。
【００１６】
さらに、上記構成の本発明に係る堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置における高周波放電管としては、絶縁性管状容器の外周に誘導結合方式の高周波放電用電極を螺旋コイル状に巻回させて構成されたものであればよいが、請求項５に記載のように、その高周波放電用電極が、内部に冷却水を流通可能な状態で絶縁性管状容器の外周に螺旋コイル状に巻回された大径の導電性金属管と、この大径導電性金属管の螺旋ピッチ間に配置されて上記絶縁性管状容器の外周に螺旋コイル状に巻回された小径の高周波電力線とから構成され、上記大径導電性金属管の排ガス導出口側の端部と小径高周波電力線の排ガス導入口側の端部とが電気的に接続された構成のものを用いることが望ましい。この場合は、プラズマ発生時に大径導電性金属管の内部に冷却水を流通させることにより、誘導結合によるプラズマ発生効率を高めるために電極への印加電力の周波数を高く設定したとしても、表皮効果による発熱を抑制して電力損失の低減が図れるとともに、電極、遠隔チャンバーとなる高周波放電管及び堆積チャンバーとの間を接続する管等の焼損を防いで装置全体の耐久性を一段と向上することができる。その上、大径導電性金属管の螺旋ピッチ間というデッドスペースに小径高周波電力線が配置されているために小径高周波電力線に対する冷却作用も保たれ、かつ、全長の短い高周波放電管を用いながらも、高周波放電用電極全体の巻数の増大化が図れ、安定よいプラズマ発生のための実効電力の低下及び電極の耐久性を一層向上することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置全体の概略構成図であり、例えばＣＦ４　，Ｃ２　Ｆ６　，Ｃ３　Ｆ８　，Ｃ６　Ｆ１４等のＰＣＦ（過フッ素化炭素）ガス、ＮＦ３　等のフッ素化窒素ガス、ＳＦ６　等のフッ素化硫黄ガスなどのフッ素系ガス及びそれらの混合ガスの中から選ばれた前駆体ガスＧが供給可能で、この前駆体ガスＧをプラズマ発生に伴い活性化して反応性励起種を生成することが可能な高周波放電管１（遠隔チャンバー）が、各種半導体やフラットディスプレイ製造プロセスで使用される成膜装置の堆積チャンバー２に対して適当な距離をおいた遠隔位置に設置されている。この堆積チャンバー２と高周波放電管１とが配管３を介して接続されているとともに、この配管３の途中には堆積チャンバー２内に導入される前の反応性励起種から不必要な材料を除去するフィルター４が介在されている。
【００１８】
上記高周波放電管１は、図２に示されているように、上記前駆体ガスＧの供給口５ａと配管３に接続される反応性励起種の排出口５ｂを有する、例えば耐熱セラミックあるいは石英ガラス等の絶縁性管状容器５と、この絶縁性管状容器５の外周に螺旋コイル状に巻回されて後述する高周波電力発生源６から高周波電力を印加することにより管状容器５内にプラズマを発生させることが可能な誘導結合方式の高周波放電用電極７とにより構成されている。
【００１９】
ここで、上記高周波放電用電極７の一例しては、例えば図３に明示のように、内部に冷却水ＣＷを流通可能な状態で絶縁性管状容器５の外周に螺旋コイル状に巻回された銅管等の大径の導電性金属管８と、該大径導電性金属管８の螺旋ピッチ間のデッドスペースの全てに一本づつ配置されて上記絶縁性管状容器５の外周に螺旋コイル状に巻回されたリッツ線等の小径の高周波電力線９とから構成されてなり、大径導電性金属管８の排ガス導出口５ｂ側の端部８ｂと小径高周波電力線９の排ガス導入口５ａ側の端部９ａとをリード線１０を介して電気的に接続するとともに、大径導電性金属管８の排ガス導入口５ａ側の端部８ａ及び小径高周波電力線９の排ガス導出口５ｂ側の端部９ｂを高周波電源８に接続し、これによって、高周波放電用電極７全体のコイル巻数を大径導電性金属管８のコイル巻数の２倍に構成したものを用いる。なお、高周波放電用電極７は、図３に明示した構成のもの以外に、例えば高周波電力線を単に絶縁性管状容器の外周に螺旋コイル状に巻回した構成のものを用いてもよい。
【００２０】
図４は上記のような基本構成を有する堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置における高周波放電管１の高周波放電用電極７に高周波電力を印加する高周波電力発生源（電源）６の構成図である。同図において、１１は周波数可変式の水晶発振器で、その発振周波数は中心周波数が２ＭＨｚ又は４ＭＨｚであり、その中心周波数に対して±０．５ＭＨｚの範囲、つまり、１．５〜２．５ＭＨｚ又は３．５〜４．５ＭＨｚの範囲で可変制御可能に構成されている。１２は位相同期回路（ＰＬＬ）で、発振器１１の発振周波数をその中心周波数２ＭＨｚまたは４ＭＨｚに固定する状態と上記範囲（１．５〜２．５ＭＨｚ又は３．５〜４．５ＭＨｚ）で可変制御する状態とに切替え可能に構成されている周波数切替回路１３を固定周波数側に切り替えたとき、出力周波数をフィードバックさせて発振周波数を放電プラズマの発生に必要な固定周波数に自動調整する機能を有している。
【００２１】
１４，１５は電力増幅器で、電力設定器１６により予め設定されている設定電力Ｐｔｆと電力方向性結合器１７で検出され帰還される進行波電力Ｐｆとの偏差を演算アンプ１８で演算し、その偏差に相当する電力増幅率を算出する実効電力自動調整回路１９の出力信号に基づいて発振周波数を電力増幅して高周波電力を出力する。２０は上記電力方向性結合器１７で検出され帰還される反射波電力Ｐｒと反射電力設定器２１により予め上限が設定されている設定反射波電力Ｐｔｒとの偏差を演算アンプ２２で演算し、その偏差がゼロ以下となるように進行波電力を低下（垂下）させる進行波電力抑制回路であり、以上の各構成要素１１〜２２により高周波電力発生源（電源）６が構成されている。
【００２２】
２３は高周波電力の電圧Ｖと電流Ｉの位相差を検出するＶ−Ｉ位相差検出回路であり、上記周波数切替回路１３が周波数可変側に切り替えられているとき、このＶ−Ｉ位相差検出回路２３による高周波電力の電圧と電流の位相差を検出する演算アンプ２６による検出信号Ｓに基づいて上記発振器１１による発振周波数を上記した範囲（１．５〜２．５ＭＨｚ又は３．５〜４．５ＭＨｚ）で可変制御する電圧可変周波数制御回路（ＶＣＯ）２４が周波数可変ループのフィードバック系に介在されている。２５はキャパシタンスとインダクタンスで構成される高周波電力整合回路であり、高周波放電管１の負荷インピーダンスに高周波電力発生源（電源）６の出力インピーダンスを整合させるものであり、その構成要素であるキャパシタンス及びインダクタンスの値を予め設定された値に固定保持する固定式あるいは手動により微調整可能な半固定式に構成されている。
【００２３】
上記のように構成された堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置によれば、前駆体ガスＧを高周波放電管１の絶縁性管状容器５内に供給するとともに、高周波電力発生源（電源）６から高周波放電用電極７に２ＭＨｚ又は４ＭＨｚ程度の高周波電力を印加して管状容器５内に誘導結合によってプラズマを発生させることにより、上記前駆体ガスＧが活性化されてイオンやラジカル等の反応性励起種が生成される。この反応性励起種は配管３を経て堆積チャンバー２内に導入される前に、フィルター４に通されて該反応性励起種中に含まれている粒状物質や反応副生成物などの不必要材料が除去された後、堆積チャンバー２内に導入され、そのエッチング作用によって、チャンバー２内壁面やチャンバー２内に露出している構成要素等に付着している材料堆積層を除去する所定のクリーニング処理が行われる。
【００２４】
このような誘導結合リモートプラズマによる堆積チャンバー２内のクリーニング処理時において、通常は周波数切替回路１３が可変周波数側に切り替えられており、使用する前駆体ガスＧの種類や濃度、使用圧力範囲等の変更あるいはプラズマ着火前後のプラズマが不安定な過渡状況下での高周波放電管１のキャパシタンスの変動等によって負荷インピーダンスが急激に変動した場合、Ｖ−Ｉ位相差検出回路２３による高周波電力の電圧と電流の位相差検出信号Ｓが電圧可変周波数制御回路（ＶＣＯ）２４に帰還（フィードバック）入力され、その帰還信号に応じて、高周波電力発生源６の発振器１１の発振周波数が負荷インピーダンスに高周波電力発生源６の出力インピーダンスを整合させるように可変制御される。これによって、高周波電力整合回路２５が固定式あるいは半固定式のものであっても負荷インピーダンスの急激な変動に応答性よく追随させて放電プラズマを速やかに発生させるとともに、その発生した放電プラズマは安定状態に維持させて所定のクリーニング処理を高性能かつ効率よく行なうことができる。
【００２５】
また、上記クリーニング処理時において、高周波放電用電極７に印加される高周波電力の反射波は常に検出されており、その検出反射波電力Ｐｒが予め設定された値Ｐｔｒ以上になったとき、進行波電力抑制回路２０を介してその偏差がゼロ以下となるように進行波電力Ｐｆを低下（垂下）させることが可能であり、これによって、放電プラズマによるクリーニング処理時に発生不可避な反射波電力が設定値以上に増大することに伴う進行波電力の上昇、つまりは、実効電力の異常な上昇を抑制し、高周波電力発生源６を保護して装置全体の耐久性を向上することができるとともに、高周波電力発生源６周辺への悪影響を回避することができる。
【００２６】
また、高周波放電管１の高周波放電用電極７を構成する大径導電性金属管８の内部に冷却水ＣＷを流通させておくことによって、電極７への印加電力の周波数を２ＭＨｚ又は４ＭＨｚを越える高い値に設定したとしても、表皮効果による発熱を抑制して電力損失の低減が図れるとともに、電極７、高周波放電管１及び配管３等の焼損を防いでそれらの耐久性を高めることができる。また、大径導電性金属管８の螺旋ピッチ間というデッドスペースに小径高周波電力線９が配置されているので、小径高周波電力線９に対する冷却作用も良好に保ち、かつ、高周波放電管１の全長Ｌを短くして装置全体のコンパクト化を可能としながらも、高周波放電用電極７全体のコイル巻数を増大化することが可能であり、これによっても、プラズマ着火電力の低下及び電極７の耐久性向上も図ることができる。
【００２７】
なお、上記実施の形態では、前駆体ガスの種類の変更やプラズマ着火前から着火直後までのように、高周波放電管１の負荷インピーダンスが急激に変動しやすい条件下での応答動作を説明するために、周波数切替回路１３を可変制御側に切り替えて使用したが、プラズマ着火後のように、前駆体ガスがコンスタントに供給されて負荷インピーダンスの変動がない、あるいは、変動が非常に少ない条件下では、周波数切替回路１３を固定側に切り替えて使用することにより、発振周波数のフィードバック可変制御に伴う不安定要素をなくしてプラズマを常に安定よく保持させ、所定のクリーニング処理を残留物や副生成物の発生のない状態で常に確実かつ適正に行なうことができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、誘導結合方式の高周波放電用電極を採用することにより電極やその保護材の消耗、損傷を極力減少できること、及び、固定式又は半固定式の高周波電力整合回路を用いてサーボモータ等のような摩耗、損傷や故障しやすい可動メカニカル要素の使用を省くことで、装置全体の耐久性の著しい向上を図ることができる。しかも、使用する前駆体ガスの種類や濃度、使用圧力範囲等の変更、あるいは、プラズマ着火前後のプラズマが不安定な過渡状況下におけるキャパシタンスの変動、さらにはプラズマの発生効率を高くするために高周波放電管に印加される高周波電力の周波数を高く設定することに伴う表皮効果の影響等による負荷インピーダンスの急激な変動に対しては高周波電力発生源の発振器の発振周波数を可変制御することにより、高周波電力発生源の出力インピーダンスを負荷インピーダンスに整合させることが可能であり、サーボモータ等のメカニカル要素を必要とする従来の自動整合回路を用いる場合に比べて、装置全体のコンパクト化及び低コスト化を図りつつ、負荷インピーダンスの急激な変動に応答性よく追随させて放電プラズマを速やかに発生させるとともに、発生プラズマを常に安定状態に維持させて所定のクリーニング処理を非常に高性能かつ効率よく行なうことができるという効果を奏する。
【００２９】
また、請求項２に記載のような進行波電力抑制回路を付設することにより、リモートプラズマによるクリーニング処理時に発生することの避けられない反射波電力が設定値以上に増大することによる実効電力の異常な上昇を抑制し、特別な電力調整装置や磁界印加装置等を要することなく、高周波電力発生源を保護して装置全体の耐久性を一層向上することができるとともに、電力発生源周辺への悪影響を回避することができる。
【００３０】
また、請求項３に記載のような周波数切替回路を付設することによって、負荷インピーダンスが急激に変動しやすい条件下ではプラズマの早期着火及び安定維持という応答性改善効果が得られるとともに、プラズマ着火後のように負荷インピーダンスの変動がない、あるいは、変動が非常に少ない条件下では発振器の発振周波数を固定状態に切替え使用することで、発振周波数のフィードバック可変制御に伴う不安定要素をなくして、残留物や副生成物の発生を伴わずに常に確実かつ適正なクリーニング処理を行なうことができる。
【００３１】
さらに、高周波放電管として、請求項５に記載のような構成のものを用いる場合は、誘導結合によるプラズマ発生効率を高めるために電極への印加電力の周波数を高く設定したとしても、表皮効果による発熱を抑制して電力損失の低減を図れるとともに、電極、高周波放電管及び配管等の焼損を防いでそれらの耐久性、ひいては装置全体の耐久性を一段と高めることができる。また、大径導電性金属管の螺旋ピッチ間というデッドスペースに小径高周波電力線が配置されているために小径高周波電力線に対する冷却作用も保たれ、かつ、全長の短い高周波放電管を用いながらも、高周波放電用電極全体の巻数の増大化が図れ、安定よいプラズマ発生のための実効電力の低下及び電極の耐久性の一層の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置全体の概略構成図である。
【図２】同上装置における高周波放電管の構成を示す正面図である。
【図３】図２の要部の拡大正面図である。
【図４】同上装置における高周波電力発生源の構成図である。
【符号の説明】
１　高周波放電管（遠隔チャンバー）
２　堆積チャンバー
３　接続配管
５　絶縁性管状容器
６　高周波電力発生源
７　高周波放電用電極
８　大径導電性金属管
９　小径高周波電力線
１１　周波数可変式発振器
１３　周波数切替回路
２０　反射電力抑制回路
２４　周波数制御回路
２５　高周波電力整合回路
Ｇ　前駆体ガス

Claims

前駆体ガスが供給される絶縁性管状容器の外周に誘導結合方式の高周波放電用電極を螺旋コイル状に巻回させて構成される高周波放電管と、この高周波放電管のコイル状高周波放電用電極に高周波電力を印加して上記容器内にプラズマを発生させる高周波電力発生源と、この高周波電力発生源の出力インピーダンスを上記高周波放電管の負荷インピーダンスに整合させる高周波電力整合回路とを備え、上記管状容器内に発生されたプラズマにより前駆体ガスを活性化して反応性励起種を生成し、この反応性励起種を堆積チャンバー内に導入してその内部をクリーニングするように構成されている堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置であって、
上記高周波電力整合回路はインピーダンスを予め設定された値に固定保持する固定式または手動で微調整可能な半固定式に構成されているとともに、上記高周波電力発生源の発振器が周波数可変式に構成され、この発振器による発振周波数を負荷インピーダンスに高周波電力発生源の出力インピーダンスが整合されるように制御する周波数制御回路が設けられていることを特徴とする堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置。
上記高周波放電用電極に印加する高周波電力の反射波を検出し、その検出反射波電力が予め設定された値以上になったとき、高周波電力の進行波電力を低下させる進行波電力抑制回路が付設されている請求項１に記載の堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置。
上記高周波電力発生源の発振器による発振周波数を、負荷インピーダンスに高周波電力発生源の出力インピーダンスが整合されるように可変制御する状態と設定周波数に固定する状態とに切替え可能な周波数切替回路が付設されている請求項１または２に記載の堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置。
上記高周波放電管の管状容器内に供給される前駆体ガスが、ＣＦ４　，Ｃ２　Ｆ６　，Ｃ３　Ｆ８　，Ｃ６　Ｆ１４等の過フッ素炭素ガス、ＮＦ３　等のフッ素化窒素ガス、ＳＦ６　等のフッ素化硫黄ガスなどのフッ素系ガス及びそれらの混合ガスの中から選ばれたものである請求項１ないし３のいずれかに記載の堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置。
上記高周波放電用電極が、内部に冷却水を流通可能な状態で絶縁性管状容器の外周に螺旋コイル状に巻回された大径の導電性金属管と、この大径導電性金属管の螺旋ピッチ間に配置されて上記絶縁性管状容器の外周に螺旋コイル状に巻回された小径の高周波電力線とから構成され、上記大径導電性金属管の排ガス導出口側の端部と小径高周波電力線の排ガス導入口側の端部とは電気的に接続されている請求項１ないし４のいずれかに記載の堆積チャンバーのリモートプラズマ方式クリーニング装置。