JP2004211168A - 処理装置クリーニング方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高周波プラズマＣＶＤ法等で薄膜形成工程にて排出される不要な副生成物をクリーニング工程において除去する際に、クリーニングガスに起因する残留物、特に７Ｂ族元素を含む残留物が処理室内の成膜空間構成部材に付着してしまうことを抑制もしくは防止する方法を提供する。
【解決手段】少なくとも壁面の一部が電極により構成される成膜空間を有する真空装置内に７Ｂ族元素を含むガスと７Ｂ族元素を含まないガスとを導入してクリーニング処理を施すクリーニング方法において、前記７Ｂ族元素を含まないガスを真空装置内に導入するとともに、前記７Ｂ族元素を含まないガスの導入位置の排気口側に前記７Ｂ族元素を含むガスを導入することにより前記成膜空間への前記７Ｂ族元素を含むガスの進入を阻止しつつクリーニング処理を施す。
【選択図】 図１
【解決手段】少なくとも壁面の一部が電極により構成される成膜空間を有する真空装置内に７Ｂ族元素を含むガスと７Ｂ族元素を含まないガスとを導入してクリーニング処理を施すクリーニング方法において、前記７Ｂ族元素を含まないガスを真空装置内に導入するとともに、前記７Ｂ族元素を含まないガスの導入位置の排気口側に前記７Ｂ族元素を含むガスを導入することにより前記成膜空間への前記７Ｂ族元素を含むガスの進入を阻止しつつクリーニング処理を施す。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波プラズマＣＶＤ法等で薄膜形成工程にて生成される不要な副生成物をクリーニング工程において除去する際に、クリーニングガスに起因する残留物、特に７Ｂ族元素を含む残留物が処理室内の成膜空間構成部材に付着してしまうことを抑制もしくは防止する処理装置クリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のドライエッチング処理後やプラズマＣＶＤ法等で排出される不要な副生成物をクリーニングした後の残留物除去方法においては、ドライエッチング後に処理室を大気に曝すことなくプラズマ加熱を行い２００℃以上の温度にすることで処理室構成部材に付着した残留物を除去するといった例がある（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
また、クリーニング後の汚染除去方法において分子状態にある水素ガスを流しながら（例えば、特許文献２を参照。）、若しくは水素含有化合物を流しながら（例えば、特許文献３を参照。）、クリーニング残留物と化学反応を起こさせ別の化合物を生成して残留物を除去するといった例がある。
【０００４】
また、クリーニングガスの供給を停止した後、真空引きしながら不活性ガスの供給と停止を複数回繰り返すことで発生する衝撃により内壁に付着していた残存ガスを離脱させて排気するといった例がある（例えば、特許文献４を参照。）。
【０００５】
また、クリーニング時に反応性ガスと不活性ガスとを反応容器内にそれぞれ別導入しパージ性能を高めるといった例がある（例えば、特許文献５を参照。）。
【０００６】
また、処理装置の処理ガス供給手段とは独立して接続された供給手段からクリーニングガスを流す際に、同時に前記処理ガス供給手段から不活性ガスを流すといった例がある（例えば、特許文献６を参照。）。
【０００７】
また、クリーニング時にエッチングガス供給系とは別のパージガス供給系を成膜室内に設置されたサセプタ内部に接続しＮ２等の不活性ガスを流すといった例がある（例えば、特許文献７を参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２７０１８１１号公報
【特許文献２】
特公平３−４８２６８号公報
【特許文献３】
特公平６−６３０９７号公報
【特許文献４】
特許第２８８１３７１号公報
【特許文献５】
特開２００１−２４４２０３号公報
【特許文献６】
特許第２９０９３９６号公報
【特許文献７】
特開２００２−４７５７１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記プラズマ加熱による手法では、残留物が付着している部材について２００℃以上に昇温することは、クリーニングガスに曝される真空処理室内部の全ての部材について２００℃の耐熱性を確保する必要があるが、装置構造上の制約や装置コスト面の制約等で耐熱性の確保が容易でない場合が少なくない。すなわち耐熱性を必ずしも満足しない、より低コストな処理装置においてもクリーニング残留物を効果的に除去する手段が望まれていた。
【００１０】
また、上記化学反応による手段では、元々塩素（分子）の自体の反応性が高いこともあり、残留物除去ガスとを反応させて生成される塩素化合物は、結合塩素原子数の少ない所望の化合物だけでなく、結合塩素原子数の多い副生成物をも生成させてしまう場合もあり制御性が難しい面があった。一般的に結合塩素原子数が少ない塩素化合物は揮発性が高い物質で真空排気にて容易に除去可能であるが、結合塩素原子数が多い塩素化合物は比較的揮発性が低く除去が容易ではなくなる。生成される塩素化合物の結合塩素原子数は反応条件、例えば処理室内に残留している塩素（分子）の量が多いほど、導入される残留物除去ガスの量が少ないほど、反応圧力が高いほど多くなる等の傾向にあるが、エッチング速度（除去反応速度）を大きくする為の最適なクリーニング条件が、必ずしも上記条件と合致するとは限らないといった問題があった。さらには、生成される塩素化合物の中で結合塩素原子数が多いものは除去が十分に行われない場合には、後の成膜工程にとって不要な残留物（コンタミネーション）であることには何ら変わらないという問題もあった。
【００１１】
また、上記不活性ガスの衝撃で除去する手法は、従来のいわゆる真空パージ法、すなわち一旦容器内を真空引きした後不活性ガスを一定量一定時間充填して放置し、再度真空引きする作業を数回繰り返すといった手法に比べてより効果的であると説明されているものの、作業手順を考えた場合衝撃の効果をより満たす為には不活性ガスの導入量、導入時の差圧等の条件を大きくした方が良いと思われるが、一方で処理室の内容積や排気ポンプの排気量等から算出される体積から決まる上限値が存在するため衝撃の効果も限定的なものとならざるを得ない。さらに、衝撃の効果をより満たす為には処理室の内容積は小さいほうが望ましいと考えられるが、一般的に量産型の真空処理装置を考えると内容積が数百リットルを超える大型の処理室を有している場合も多く、導入されるべき不活性ガスの量は相当量なものとなることが容易に推測され、コスト的にもまた作業時間増加という面でも問題となる場合があった。
【００１２】
また、上記反応性ガスと不活性ガスとを別導入するという手法では、すくなくとも反応性ガスはウエハ設置予定部の周辺のホルダーに集中的に流すことが開示されており、容器内パージ性能を高める目的でクリーニング中において別途不活性ガスを導入する手段を併用しているものの、上記構成上ウエハ設置予定部の周辺のホルダー部分の部材がクリーニング性を有する反応性ガスに汚染されてしまうことにはなんら変わりはない。すなわちクリーニング工程時に成膜空間の部材に付着したクリーニング残留物は、これが充分に取り除かれていない状態で後工程である成膜工程を行うと、ベーキング時等に装置内部材を所望の温度まで昇温する際、あるいはプラズマ放電による加熱、分子衝突等の影響によりに部材表面から離脱し成膜雰囲気中へ混入することで膜中に取り込まれ膜質を悪化させるという問題があった。
【００１３】
また、上記クリーニングガス供給手段とは別系統の処理ガス供給手段から不活性ガスを流す手法では、両者の供給手段が処理容器に対してそれぞれ独立してシャワーヘッドに接続されることで、クリーニングガスが処理ガス供給手段側に逆流して配管内部をに付着し汚染してしまうことを防止することが開示されている。しかしながら本従来例では、あくまで成膜用途であるところの処理ガス供給手段、特にその配管内面の部分におけるクリーニングガスによる汚染の防止を目的として構成されており、被処理体が設置された成膜空間を構成する部材の同ガスによる汚染を防止する観点からは何ら効果がなかった。
【００１４】
また、上記不活性ガスをパージガスとしてサセプタ内部に流す手法では、あくまでサセプタに内蔵されたヒーター等の部品がエッチングガスにより腐食することを防止する目的で行われており、被処理体が設置された成膜空間を構成する部材の同ガスによる汚染を防止する観点からは何ら効果がなかった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記に示す従来の問題点を解決するために、成膜空間へのクリーニングガスの進入を効率的に抑制する点に着目して鋭意検討をした結果見出したものである。
【００１６】
本発明の方法においては、少なくとも壁面の一部が電極により構成される成膜空間を有する真空装置内に７Ｂ族元素を含むガスと７Ｂ族元素を含まないガスとを導入してクリーニング処理を施すクリーニング方法において、前記７Ｂ族元素を含まないガスを真空装置内に導入するとともに、前記７Ｂ族元素を含まないガスの導入位置の下流側に前記７Ｂ族元素を含むガスを導入することにより前記成膜空間への前記７Ｂ族元素を含むガスの進入を阻止しつつクリーニング処理を施すことを特徴とする。
【００１７】
さらに本発明の方法においては、前記７Ｂ族元素を含むガスが、特にＣｌ（塩素）原子を含むガスであることを特徴とする。
【００１８】
さらに本発明の方法においては、前記７Ｂ族元素を含まないガスが不活性ガスであることを特徴とする。
【００１９】
さらに本発明の方法においては、前記７Ｂ族元素を含むガスを導入する工程の前に、前記７Ｂ族元素を含まないガスを流す工程を有することを特徴とする。
【００２０】
さらに本発明の方法においては、前記７Ｂ族元素を含まないガスは真空装置内の成膜空間に導入されることを特徴とする。
【００２１】
さらに本発明の方法においては、前記７Ｂ族元素を含まないガスは真空装置内の成膜空間の外側から導入されることを特徴とする。
【００２２】
さらに本発明の方法においては、前記７Ｂ族元素を含むガスは、真空装置の真空室と排気管との間に設けられたバルブよりも上流側に導入されることを特徴とする。
【００２３】
さらに本発明の方法においては、前記７Ｂ族元素を含むガスの前記成膜空間への進入を阻止する手段として遮蔽材を用いることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明における７Ｂ族元素を含むガス、特にＣｌ（塩素）原子を含むガスとは、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣｌＦ３、ＣＣｌ４等があるが、７Ｂ族元素が含まれていてエッチング性を有するガスであれば良く特にこれらに限定されたものではない。クリーニング工程時に目的とする除去対象物、タクトタイム、コスト等に応じて適宜選択することができる。例えば、シリコン系の堆積物をプラズマレスにて除去する場合には、ＣｌＦ３を用いることが好ましい。
【００２５】
本発明における７Ｂ族元素を含まないガスとは、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅ等の希ガス族ガスやＮ２等の不活性ガスがあげられるが、上記例の中から選定された７Ｂ族元素を含むガス、その中でも特にＣｌ（塩素）原子を含むガスと互いに反応性を有しないガスであれば良く特にこれらに限定されたものではない。装置ランニングコストを低減する観点では、Ｎ２ガスが有利である。
【００２６】
本発明における成膜空間とは、高周波電源、直流電源等が接続された電力印加電極とその対向電極で構成された空間を意味し、前記対向電極とは被処理体であるところの基板を保持するための部材等を含んだ電気的に接地された部材が含まれ、特に前記基板として導電性部材を用いる場合には基板そのものも対向電極に含まれる。さらに詳しく言及すると、これら対向した電極に加え接地された側壁構成部材や排気口構成部材等を含めて囲まれた有限の空間内でプラズマ放電空間が構成され、これがすなわち成膜空間を意味するものである。
【００２７】
本発明では、真空装置内へ７Ｂ族元素を含まないガスをまず先に導入し所望の圧力まで充填する工程を行った後に７Ｂ族元素を含むガスを導入することで、真空装置内部材、特に成膜空間構成部材の表面へ不必要に７Ｂ族元素を含むガス分子が付着することを防止する。真空装置内の圧力調整は、ガスの供給を一旦停止させかつ排気バルブを閉じた状態すなわち封止された状態であっても良いし、ガスを供給しながら別途排気配管に設けられた圧力調整用バタフライバルブによって所望の圧力に維持した状態であっても良い。いずれにしても真空装置に対して７Ｂ族元素を含むガスを導入する前に７Ｂ族元素を含まないガスを先に導入することが大切である。
【００２８】
本発明において、７Ｂ族元素を含むガスを導入する個所は、プラズマＣＶＤ成膜工程時に生成されるポリシラン等の副生成物が多く堆積されクリーニングを行いたい個所であり、すなわち成膜空間よりもガス流れ方向でいう下流側であり、主として排気ダクト内側である。これに対し、７Ｂ族元素を含まないガスを導入すべき個所は、例えば成膜空間に導入しても良く、さらに上流側である成膜空間の外側であっても良い。いずれにしても上記７Ｂ族元素を含むガスの上流側に導入されることが重要である。
【００２９】
本発明の目的は、排気配管のクリーニング、すなわち通常の多くの真空装置において処理室近傍に設置されている排気バルブよりも下流側で真空ポンプ上流側部分の配管をクリーニングする際の改善ではない。なぜなら排気配管のクリーニングは、単に上記排気バルブを閉じ、そのバルブよりも下流側にてクリーニングガスを導入することで成膜空間へのクリーニングガスによる汚染や逆流を容易に回避しながらクリーニングが可能できるからである。本発明の目的は、あくまでも成膜空間近傍の排気口を構成する部材で排気バルブよりも上流側に位置し、かつバルブ等の開閉手段で空間的に容易に分離できない部分、すなわち放電空間近傍に位置する排気ダクト等の排気系統をクリーニングする際にクリーニングガスによる汚染や逆流を防止することにある。
【００３０】
本発明における７Ｂ族元素を含むガスの導入位置は、成膜空間の下流側に導入されることが望ましいが、その導入形態として、例えば導入配管口の向きが成膜空間に向いていては意味をなさないし、何ら遮蔽物に一度もあたることなく成膜空間に吹き付けられる構成も意味をなさない。例えば７Ｂ族元素を含むガスの導入配管の導入口が排気下流側を向いている形態、あるいは導入口近傍にて導入されたガスが一旦あたって排気下流側へ流れるように遮蔽材を設ける形態等が望ましい。いずれにせよ７Ｂ族元素を含むガスの導入口は、成膜空間に向くことなくガス流れの上流からくる上記７Ｂ族元素を含まないガスの流れをできるだけ妨げないように、上記不活性ガスの流れに沿うような導入形態とすることが重要である。
【００３１】
【実施例】
本発明のクリーニング方法に関し、以下に具体的に例を挙げて記述をするが、本発明の主旨はなんらこれらの記述に限定されるものではない。
【００３２】
（実施例１）
図１に、本発明の処理方法を説明する為の処理室を示す。まずプラズマＣＶＤ成膜工程の一例について説明する。被処理体であるガラス基板１０４を処理室１０２内の加熱機構付基板ホルダー１０３へ設置し、プロセスガス導入管１１０から成膜用材料ガスであるＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスをそれぞれ１５０ｃｃ／分、５００ｃｃ／分の流量に不図示のマスフローコントローラーで制御し、シャワー型マニホールド付電力印加電極１０８を介して成膜空間１１３へ導入した。この時排気バルブ１０７は全開とし、不図示の真空ポンプで排気しながら不図示の圧力調整用バタフライバルブにより圧力を１３３Ｐａに調整した。高周波電源１１２を使って周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力８００Ｗをマッチングネットワーク１１１を介して電力印加電極１０８へ印加した。成膜空間１１３でプラズマ放電が生起された状態にて４０分維持し成膜を行うとガラス基板１０４上に膜厚２μｍのシリコン薄膜が形成された。成膜中膜堆積に寄与しない残ガスは排気ダクト１０５を通り不図示の真空ポンプにて排出された。４０分経過後、材料ガスの供給を停止し処理室内を真空引きし、さらにＮ２ガスにてパージを行った後処理室をベントした。シリコン薄膜が形成されたガラス基板をホルダーから取り外して回収した。この時、排気ダクト１０５を観察すると、ダクト内壁のほぼ前面に副生成物である粉状のポリシランがおおよそ厚さ５ｍｍ程度付着していた。このポリシランを後に行うクリーニング工程にて除去した。
【００３３】
次に処理室内のクリーニング工程の一例について説明する。基板を取り出した後、処理室蓋１０１を閉め処理室内の真空引きを開始した。真空に引ききった後、プロセスガス導入管１１０からＮ２ガスを５０００ｃｃ／分の流量に不図示のマスフローコントローラーで制御し、シャワー型マニホールド付電力印加電極１０８を介して成膜空間１１３へ導入した。これより下流側に位置するクリーニングガス導入管１０６からＣｌＦ３ガスを５０ｃｃ／分の流量に不図示のマスフローコントローラーで制御し、排気ダクト１０５内へ導入した。この時、成膜空間１１３からのガスが流れ込む排気ダクト１０５の入口部分の開口は、クリーニングガス導入管１０６を導入している個所の開口（断面）よりも狭く形成した。また、クリーニングガス導入管１０６の導入口は下流側を向くように形成した。これらの措置によりクリーニングガスが成膜空間側へ逆流することを防止しながら、かつ成膜空間から流れてくる不活性ガスの流れを妨げないようにした。排気バルブ１０７は全開とし、不図示の真空ポンプで排気しながら不図示の圧力調整用バタフライバルブにより圧力を１３．３ｋＰａに調整した。この状態を８０分維持し、クリーニングを行った。８０分経過後、Ｎ２ガスおよびＣｌＦ３ガスの供給を停止し処理室内を真空引きし、さらにＮ２ガスにてパージを行った後処理室をベントした。この時、排気ダクト１０５を観察すると、ダクト内壁に付着していたポリシランは完全に除去されていた。
【００３４】
次に、プラズマＣＶＤ成膜工程時におけるクリーニングガスによる汚染を分析するために、上述した手法と同様にして再度プラズマＣＶＤ成膜工程を行いガラス基板上にシリコン薄膜を形成した。得られたシリコン薄膜中に含まれるＣｌ（塩素）元素を定量するために二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ法）による解析を行った。その結果、膜中Ｃｌ（塩素）元素濃度は１．３×１０１６／ｃｍ３であった（試料１）。
【００３５】
（比較例１）
次に、図３に示したような処理室を使うこと以外は実施例１と同様な手法により、プラズマＣＶＤ成膜工程→クリーニング工程→プラズマＣＶＤ成膜工程の順でクリーニングガスによる汚染分析用の試料を作成した。図３に示した処理室では、クリーニングガス導入管３０６が、排気ダクト３０５に対してプロセスガス導入管３１０のよりも上流側に設置されている点が実施例１とは異なる。
【００３６】
得られたシリコン薄膜中に含まれるＣｌ（塩素）元素を定量するために二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ法）による解析を行った。その結果、膜中Ｃｌ（塩素）元素濃度は４．７×１０１ ８／ｃｍ３であった（試料２）。
【００３７】
試料１と試料２のＣｌ（塩素）元素濃度計測結果の比較から、実施例１の手法は膜中Ｃｌ（塩素）元素濃度が非常に低減されており、本発明による効果が実証された。
【００３８】
（実施例２）
次に、図２に示したような処理室を使うこと以外は実施例１と同様な手法により、プラズマＣＶＤ成膜工程→クリーニング工程→プラズマＣＶＤ成膜工程の順でクリーニングガスによる汚染分析用の試料を作成した。図２に示した処理室では、クリーニングガス導入管２０６が、排気ダクト２０５に対してプロセスガス導入管２１０のよりも下流側に設置されている点は実施例１と同様であるが、プロセスガス導入管２１０が実施例１に比べてより上流側に位置している点が異なる。
【００３９】
得られたシリコン薄膜中に含まれるＣｌ（塩素）元素を定量するために二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ法）による解析を行った。その結果、膜中Ｃｌ（塩素）元素濃度は１．４×１０１ ６／ｃｍ３であった（試料３）。
【００４０】
試料３と試料２のＣｌ（塩素）元素濃度計測結果の比較から、実施例２の手法は膜中Ｃｌ（塩素）元素濃度が非常に低減されており、本発明による効果が実証された。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の手段を用いることで、クリーニング工程時において処理室内構成部材に付着し残留が問題となる７Ｂ族原子もしくはこれを含む化合物が、クリーニング工程の最中に成膜空間への流入し部材への付着してしまうことを防止することが可能となり、装置ダウンタイムを削減できることに加え、処理室内構成部材への腐食等のダメージを低減することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明する為の処理室断面図
【図２】本発明を説明する為の別の処理室断面図
【図３】従来の手法を説明する為の処理室断面図
【符号の説明】
１０１ 処理室蓋
１０２ 処理室
１０３ 加熱機構付基板ホルダー
１０４ 基板
１０５ 排気ダクト
１０６ クリーニングガス導入管
１０７ 排気バルブ
１０８ シャワー型ガスマニホールド付電力印加電極
１０９ 絶縁体
１１０ プロセスガス導入管
１１１ マッチングネットワーク
１１２ 高周波電源
１１３ 成膜空間
２０１ 処理室蓋
２０２ 処理室
２０３ 加熱機構付基板ホルダー
２０４ 基板
２０５ 排気ダクト
２０６ クリーニングガス導入管
２０７ 排気バルブ
２０８ 電力印加電極
２０９ 絶縁体
２１０ プロセスガス導入管
２１１ マッチングネットワーク
２１２ 高周波電源
２１３ 成膜空間
３０１ 処理室蓋
３０２ 処理室
３０３ 加熱機構付基板ホルダー
３０４ 基板
３０５ 排気ダクト
３０６ クリーニングガス導入管
３０７ 排気バルブ
３０８ シャワー型ガスマニホールド付電力印加電極
３０９ 絶縁体
３１０ プロセスガス導入管
３１１ マッチングネットワーク
３１２ 高周波電源
３１３ 成膜空間
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波プラズマＣＶＤ法等で薄膜形成工程にて生成される不要な副生成物をクリーニング工程において除去する際に、クリーニングガスに起因する残留物、特に７Ｂ族元素を含む残留物が処理室内の成膜空間構成部材に付着してしまうことを抑制もしくは防止する処理装置クリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のドライエッチング処理後やプラズマＣＶＤ法等で排出される不要な副生成物をクリーニングした後の残留物除去方法においては、ドライエッチング後に処理室を大気に曝すことなくプラズマ加熱を行い２００℃以上の温度にすることで処理室構成部材に付着した残留物を除去するといった例がある（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
また、クリーニング後の汚染除去方法において分子状態にある水素ガスを流しながら（例えば、特許文献２を参照。）、若しくは水素含有化合物を流しながら（例えば、特許文献３を参照。）、クリーニング残留物と化学反応を起こさせ別の化合物を生成して残留物を除去するといった例がある。
【０００４】
また、クリーニングガスの供給を停止した後、真空引きしながら不活性ガスの供給と停止を複数回繰り返すことで発生する衝撃により内壁に付着していた残存ガスを離脱させて排気するといった例がある（例えば、特許文献４を参照。）。
【０００５】
また、クリーニング時に反応性ガスと不活性ガスとを反応容器内にそれぞれ別導入しパージ性能を高めるといった例がある（例えば、特許文献５を参照。）。
【０００６】
また、処理装置の処理ガス供給手段とは独立して接続された供給手段からクリーニングガスを流す際に、同時に前記処理ガス供給手段から不活性ガスを流すといった例がある（例えば、特許文献６を参照。）。
【０００７】
また、クリーニング時にエッチングガス供給系とは別のパージガス供給系を成膜室内に設置されたサセプタ内部に接続しＮ２等の不活性ガスを流すといった例がある（例えば、特許文献７を参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２７０１８１１号公報
【特許文献２】
特公平３−４８２６８号公報
【特許文献３】
特公平６−６３０９７号公報
【特許文献４】
特許第２８８１３７１号公報
【特許文献５】
特開２００１−２４４２０３号公報
【特許文献６】
特許第２９０９３９６号公報
【特許文献７】
特開２００２−４７５７１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記プラズマ加熱による手法では、残留物が付着している部材について２００℃以上に昇温することは、クリーニングガスに曝される真空処理室内部の全ての部材について２００℃の耐熱性を確保する必要があるが、装置構造上の制約や装置コスト面の制約等で耐熱性の確保が容易でない場合が少なくない。すなわち耐熱性を必ずしも満足しない、より低コストな処理装置においてもクリーニング残留物を効果的に除去する手段が望まれていた。
【００１０】
また、上記化学反応による手段では、元々塩素（分子）の自体の反応性が高いこともあり、残留物除去ガスとを反応させて生成される塩素化合物は、結合塩素原子数の少ない所望の化合物だけでなく、結合塩素原子数の多い副生成物をも生成させてしまう場合もあり制御性が難しい面があった。一般的に結合塩素原子数が少ない塩素化合物は揮発性が高い物質で真空排気にて容易に除去可能であるが、結合塩素原子数が多い塩素化合物は比較的揮発性が低く除去が容易ではなくなる。生成される塩素化合物の結合塩素原子数は反応条件、例えば処理室内に残留している塩素（分子）の量が多いほど、導入される残留物除去ガスの量が少ないほど、反応圧力が高いほど多くなる等の傾向にあるが、エッチング速度（除去反応速度）を大きくする為の最適なクリーニング条件が、必ずしも上記条件と合致するとは限らないといった問題があった。さらには、生成される塩素化合物の中で結合塩素原子数が多いものは除去が十分に行われない場合には、後の成膜工程にとって不要な残留物（コンタミネーション）であることには何ら変わらないという問題もあった。
【００１１】
また、上記不活性ガスの衝撃で除去する手法は、従来のいわゆる真空パージ法、すなわち一旦容器内を真空引きした後不活性ガスを一定量一定時間充填して放置し、再度真空引きする作業を数回繰り返すといった手法に比べてより効果的であると説明されているものの、作業手順を考えた場合衝撃の効果をより満たす為には不活性ガスの導入量、導入時の差圧等の条件を大きくした方が良いと思われるが、一方で処理室の内容積や排気ポンプの排気量等から算出される体積から決まる上限値が存在するため衝撃の効果も限定的なものとならざるを得ない。さらに、衝撃の効果をより満たす為には処理室の内容積は小さいほうが望ましいと考えられるが、一般的に量産型の真空処理装置を考えると内容積が数百リットルを超える大型の処理室を有している場合も多く、導入されるべき不活性ガスの量は相当量なものとなることが容易に推測され、コスト的にもまた作業時間増加という面でも問題となる場合があった。
【００１２】
また、上記反応性ガスと不活性ガスとを別導入するという手法では、すくなくとも反応性ガスはウエハ設置予定部の周辺のホルダーに集中的に流すことが開示されており、容器内パージ性能を高める目的でクリーニング中において別途不活性ガスを導入する手段を併用しているものの、上記構成上ウエハ設置予定部の周辺のホルダー部分の部材がクリーニング性を有する反応性ガスに汚染されてしまうことにはなんら変わりはない。すなわちクリーニング工程時に成膜空間の部材に付着したクリーニング残留物は、これが充分に取り除かれていない状態で後工程である成膜工程を行うと、ベーキング時等に装置内部材を所望の温度まで昇温する際、あるいはプラズマ放電による加熱、分子衝突等の影響によりに部材表面から離脱し成膜雰囲気中へ混入することで膜中に取り込まれ膜質を悪化させるという問題があった。
【００１３】
また、上記クリーニングガス供給手段とは別系統の処理ガス供給手段から不活性ガスを流す手法では、両者の供給手段が処理容器に対してそれぞれ独立してシャワーヘッドに接続されることで、クリーニングガスが処理ガス供給手段側に逆流して配管内部をに付着し汚染してしまうことを防止することが開示されている。しかしながら本従来例では、あくまで成膜用途であるところの処理ガス供給手段、特にその配管内面の部分におけるクリーニングガスによる汚染の防止を目的として構成されており、被処理体が設置された成膜空間を構成する部材の同ガスによる汚染を防止する観点からは何ら効果がなかった。
【００１４】
また、上記不活性ガスをパージガスとしてサセプタ内部に流す手法では、あくまでサセプタに内蔵されたヒーター等の部品がエッチングガスにより腐食することを防止する目的で行われており、被処理体が設置された成膜空間を構成する部材の同ガスによる汚染を防止する観点からは何ら効果がなかった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記に示す従来の問題点を解決するために、成膜空間へのクリーニングガスの進入を効率的に抑制する点に着目して鋭意検討をした結果見出したものである。
【００１６】
本発明の方法においては、少なくとも壁面の一部が電極により構成される成膜空間を有する真空装置内に７Ｂ族元素を含むガスと７Ｂ族元素を含まないガスとを導入してクリーニング処理を施すクリーニング方法において、前記７Ｂ族元素を含まないガスを真空装置内に導入するとともに、前記７Ｂ族元素を含まないガスの導入位置の下流側に前記７Ｂ族元素を含むガスを導入することにより前記成膜空間への前記７Ｂ族元素を含むガスの進入を阻止しつつクリーニング処理を施すことを特徴とする。
【００１７】
さらに本発明の方法においては、前記７Ｂ族元素を含むガスが、特にＣｌ（塩素）原子を含むガスであることを特徴とする。
【００１８】
さらに本発明の方法においては、前記７Ｂ族元素を含まないガスが不活性ガスであることを特徴とする。
【００１９】
さらに本発明の方法においては、前記７Ｂ族元素を含むガスを導入する工程の前に、前記７Ｂ族元素を含まないガスを流す工程を有することを特徴とする。
【００２０】
さらに本発明の方法においては、前記７Ｂ族元素を含まないガスは真空装置内の成膜空間に導入されることを特徴とする。
【００２１】
さらに本発明の方法においては、前記７Ｂ族元素を含まないガスは真空装置内の成膜空間の外側から導入されることを特徴とする。
【００２２】
さらに本発明の方法においては、前記７Ｂ族元素を含むガスは、真空装置の真空室と排気管との間に設けられたバルブよりも上流側に導入されることを特徴とする。
【００２３】
さらに本発明の方法においては、前記７Ｂ族元素を含むガスの前記成膜空間への進入を阻止する手段として遮蔽材を用いることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明における７Ｂ族元素を含むガス、特にＣｌ（塩素）原子を含むガスとは、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣｌＦ３、ＣＣｌ４等があるが、７Ｂ族元素が含まれていてエッチング性を有するガスであれば良く特にこれらに限定されたものではない。クリーニング工程時に目的とする除去対象物、タクトタイム、コスト等に応じて適宜選択することができる。例えば、シリコン系の堆積物をプラズマレスにて除去する場合には、ＣｌＦ３を用いることが好ましい。
【００２５】
本発明における７Ｂ族元素を含まないガスとは、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅ等の希ガス族ガスやＮ２等の不活性ガスがあげられるが、上記例の中から選定された７Ｂ族元素を含むガス、その中でも特にＣｌ（塩素）原子を含むガスと互いに反応性を有しないガスであれば良く特にこれらに限定されたものではない。装置ランニングコストを低減する観点では、Ｎ２ガスが有利である。
【００２６】
本発明における成膜空間とは、高周波電源、直流電源等が接続された電力印加電極とその対向電極で構成された空間を意味し、前記対向電極とは被処理体であるところの基板を保持するための部材等を含んだ電気的に接地された部材が含まれ、特に前記基板として導電性部材を用いる場合には基板そのものも対向電極に含まれる。さらに詳しく言及すると、これら対向した電極に加え接地された側壁構成部材や排気口構成部材等を含めて囲まれた有限の空間内でプラズマ放電空間が構成され、これがすなわち成膜空間を意味するものである。
【００２７】
本発明では、真空装置内へ７Ｂ族元素を含まないガスをまず先に導入し所望の圧力まで充填する工程を行った後に７Ｂ族元素を含むガスを導入することで、真空装置内部材、特に成膜空間構成部材の表面へ不必要に７Ｂ族元素を含むガス分子が付着することを防止する。真空装置内の圧力調整は、ガスの供給を一旦停止させかつ排気バルブを閉じた状態すなわち封止された状態であっても良いし、ガスを供給しながら別途排気配管に設けられた圧力調整用バタフライバルブによって所望の圧力に維持した状態であっても良い。いずれにしても真空装置に対して７Ｂ族元素を含むガスを導入する前に７Ｂ族元素を含まないガスを先に導入することが大切である。
【００２８】
本発明において、７Ｂ族元素を含むガスを導入する個所は、プラズマＣＶＤ成膜工程時に生成されるポリシラン等の副生成物が多く堆積されクリーニングを行いたい個所であり、すなわち成膜空間よりもガス流れ方向でいう下流側であり、主として排気ダクト内側である。これに対し、７Ｂ族元素を含まないガスを導入すべき個所は、例えば成膜空間に導入しても良く、さらに上流側である成膜空間の外側であっても良い。いずれにしても上記７Ｂ族元素を含むガスの上流側に導入されることが重要である。
【００２９】
本発明の目的は、排気配管のクリーニング、すなわち通常の多くの真空装置において処理室近傍に設置されている排気バルブよりも下流側で真空ポンプ上流側部分の配管をクリーニングする際の改善ではない。なぜなら排気配管のクリーニングは、単に上記排気バルブを閉じ、そのバルブよりも下流側にてクリーニングガスを導入することで成膜空間へのクリーニングガスによる汚染や逆流を容易に回避しながらクリーニングが可能できるからである。本発明の目的は、あくまでも成膜空間近傍の排気口を構成する部材で排気バルブよりも上流側に位置し、かつバルブ等の開閉手段で空間的に容易に分離できない部分、すなわち放電空間近傍に位置する排気ダクト等の排気系統をクリーニングする際にクリーニングガスによる汚染や逆流を防止することにある。
【００３０】
本発明における７Ｂ族元素を含むガスの導入位置は、成膜空間の下流側に導入されることが望ましいが、その導入形態として、例えば導入配管口の向きが成膜空間に向いていては意味をなさないし、何ら遮蔽物に一度もあたることなく成膜空間に吹き付けられる構成も意味をなさない。例えば７Ｂ族元素を含むガスの導入配管の導入口が排気下流側を向いている形態、あるいは導入口近傍にて導入されたガスが一旦あたって排気下流側へ流れるように遮蔽材を設ける形態等が望ましい。いずれにせよ７Ｂ族元素を含むガスの導入口は、成膜空間に向くことなくガス流れの上流からくる上記７Ｂ族元素を含まないガスの流れをできるだけ妨げないように、上記不活性ガスの流れに沿うような導入形態とすることが重要である。
【００３１】
【実施例】
本発明のクリーニング方法に関し、以下に具体的に例を挙げて記述をするが、本発明の主旨はなんらこれらの記述に限定されるものではない。
【００３２】
（実施例１）
図１に、本発明の処理方法を説明する為の処理室を示す。まずプラズマＣＶＤ成膜工程の一例について説明する。被処理体であるガラス基板１０４を処理室１０２内の加熱機構付基板ホルダー１０３へ設置し、プロセスガス導入管１１０から成膜用材料ガスであるＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスをそれぞれ１５０ｃｃ／分、５００ｃｃ／分の流量に不図示のマスフローコントローラーで制御し、シャワー型マニホールド付電力印加電極１０８を介して成膜空間１１３へ導入した。この時排気バルブ１０７は全開とし、不図示の真空ポンプで排気しながら不図示の圧力調整用バタフライバルブにより圧力を１３３Ｐａに調整した。高周波電源１１２を使って周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力８００Ｗをマッチングネットワーク１１１を介して電力印加電極１０８へ印加した。成膜空間１１３でプラズマ放電が生起された状態にて４０分維持し成膜を行うとガラス基板１０４上に膜厚２μｍのシリコン薄膜が形成された。成膜中膜堆積に寄与しない残ガスは排気ダクト１０５を通り不図示の真空ポンプにて排出された。４０分経過後、材料ガスの供給を停止し処理室内を真空引きし、さらにＮ２ガスにてパージを行った後処理室をベントした。シリコン薄膜が形成されたガラス基板をホルダーから取り外して回収した。この時、排気ダクト１０５を観察すると、ダクト内壁のほぼ前面に副生成物である粉状のポリシランがおおよそ厚さ５ｍｍ程度付着していた。このポリシランを後に行うクリーニング工程にて除去した。
【００３３】
次に処理室内のクリーニング工程の一例について説明する。基板を取り出した後、処理室蓋１０１を閉め処理室内の真空引きを開始した。真空に引ききった後、プロセスガス導入管１１０からＮ２ガスを５０００ｃｃ／分の流量に不図示のマスフローコントローラーで制御し、シャワー型マニホールド付電力印加電極１０８を介して成膜空間１１３へ導入した。これより下流側に位置するクリーニングガス導入管１０６からＣｌＦ３ガスを５０ｃｃ／分の流量に不図示のマスフローコントローラーで制御し、排気ダクト１０５内へ導入した。この時、成膜空間１１３からのガスが流れ込む排気ダクト１０５の入口部分の開口は、クリーニングガス導入管１０６を導入している個所の開口（断面）よりも狭く形成した。また、クリーニングガス導入管１０６の導入口は下流側を向くように形成した。これらの措置によりクリーニングガスが成膜空間側へ逆流することを防止しながら、かつ成膜空間から流れてくる不活性ガスの流れを妨げないようにした。排気バルブ１０７は全開とし、不図示の真空ポンプで排気しながら不図示の圧力調整用バタフライバルブにより圧力を１３．３ｋＰａに調整した。この状態を８０分維持し、クリーニングを行った。８０分経過後、Ｎ２ガスおよびＣｌＦ３ガスの供給を停止し処理室内を真空引きし、さらにＮ２ガスにてパージを行った後処理室をベントした。この時、排気ダクト１０５を観察すると、ダクト内壁に付着していたポリシランは完全に除去されていた。
【００３４】
次に、プラズマＣＶＤ成膜工程時におけるクリーニングガスによる汚染を分析するために、上述した手法と同様にして再度プラズマＣＶＤ成膜工程を行いガラス基板上にシリコン薄膜を形成した。得られたシリコン薄膜中に含まれるＣｌ（塩素）元素を定量するために二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ法）による解析を行った。その結果、膜中Ｃｌ（塩素）元素濃度は１．３×１０１６／ｃｍ３であった（試料１）。
【００３５】
（比較例１）
次に、図３に示したような処理室を使うこと以外は実施例１と同様な手法により、プラズマＣＶＤ成膜工程→クリーニング工程→プラズマＣＶＤ成膜工程の順でクリーニングガスによる汚染分析用の試料を作成した。図３に示した処理室では、クリーニングガス導入管３０６が、排気ダクト３０５に対してプロセスガス導入管３１０のよりも上流側に設置されている点が実施例１とは異なる。
【００３６】
得られたシリコン薄膜中に含まれるＣｌ（塩素）元素を定量するために二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ法）による解析を行った。その結果、膜中Ｃｌ（塩素）元素濃度は４．７×１０１ ８／ｃｍ３であった（試料２）。
【００３７】
試料１と試料２のＣｌ（塩素）元素濃度計測結果の比較から、実施例１の手法は膜中Ｃｌ（塩素）元素濃度が非常に低減されており、本発明による効果が実証された。
【００３８】
（実施例２）
次に、図２に示したような処理室を使うこと以外は実施例１と同様な手法により、プラズマＣＶＤ成膜工程→クリーニング工程→プラズマＣＶＤ成膜工程の順でクリーニングガスによる汚染分析用の試料を作成した。図２に示した処理室では、クリーニングガス導入管２０６が、排気ダクト２０５に対してプロセスガス導入管２１０のよりも下流側に設置されている点は実施例１と同様であるが、プロセスガス導入管２１０が実施例１に比べてより上流側に位置している点が異なる。
【００３９】
得られたシリコン薄膜中に含まれるＣｌ（塩素）元素を定量するために二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ法）による解析を行った。その結果、膜中Ｃｌ（塩素）元素濃度は１．４×１０１ ６／ｃｍ３であった（試料３）。
【００４０】
試料３と試料２のＣｌ（塩素）元素濃度計測結果の比較から、実施例２の手法は膜中Ｃｌ（塩素）元素濃度が非常に低減されており、本発明による効果が実証された。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の手段を用いることで、クリーニング工程時において処理室内構成部材に付着し残留が問題となる７Ｂ族原子もしくはこれを含む化合物が、クリーニング工程の最中に成膜空間への流入し部材への付着してしまうことを防止することが可能となり、装置ダウンタイムを削減できることに加え、処理室内構成部材への腐食等のダメージを低減することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明する為の処理室断面図
【図２】本発明を説明する為の別の処理室断面図
【図３】従来の手法を説明する為の処理室断面図
【符号の説明】
１０１ 処理室蓋
１０２ 処理室
１０３ 加熱機構付基板ホルダー
１０４ 基板
１０５ 排気ダクト
１０６ クリーニングガス導入管
１０７ 排気バルブ
１０８ シャワー型ガスマニホールド付電力印加電極
１０９ 絶縁体
１１０ プロセスガス導入管
１１１ マッチングネットワーク
１１２ 高周波電源
１１３ 成膜空間
２０１ 処理室蓋
２０２ 処理室
２０３ 加熱機構付基板ホルダー
２０４ 基板
２０５ 排気ダクト
２０６ クリーニングガス導入管
２０７ 排気バルブ
２０８ 電力印加電極
２０９ 絶縁体
２１０ プロセスガス導入管
２１１ マッチングネットワーク
２１２ 高周波電源
２１３ 成膜空間
３０１ 処理室蓋
３０２ 処理室
３０３ 加熱機構付基板ホルダー
３０４ 基板
３０５ 排気ダクト
３０６ クリーニングガス導入管
３０７ 排気バルブ
３０８ シャワー型ガスマニホールド付電力印加電極
３０９ 絶縁体
３１０ プロセスガス導入管
３１１ マッチングネットワーク
３１２ 高周波電源
３１３ 成膜空間
Claims (8)
- 少なくとも壁面の一部が電極により構成される成膜空間を有する真空装置内に７Ｂ族元素を含むガスと７Ｂ族元素を含まないガスとを導入してクリーニング処理を施すクリーニング方法において、前記７Ｂ族元素を含まないガスを真空装置内に導入するとともに、前記７Ｂ族元素を含まないガスの導入位置の下流側に前記７Ｂ族元素を含むガスを導入することにより前記成膜空間への前記７Ｂ族元素を含むガスの進入を阻止しつつクリーニング処理を施すことを特徴とするクリーニング方法。
- 前記７Ｂ族元素を含むガスが、Ｃｌ（塩素）原子を含むガスであることを特徴とする請求項１に記載のクリーニング方法。
- 前記７Ｂ族元素を含まないガスが不活性ガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載のクリーニング方法。
- 前記７Ｂ族元素を含むガスを導入する工程の前に、前記７Ｂ族元素を含まないガスを流す工程を有する請求項１乃至３いずれかに記載のクリーニング方法。
- 前記７Ｂ族元素を含まないガスは真空装置内の成膜空間に導入されることを特徴とする請求項１乃至４いすれかに記載のクリーニング方法。
- 前記７Ｂ族元素を含まないガスは真空装置内の成膜空間の外側から導入されることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のクリーニング方法。
- 前記７Ｂ族元素を含むガスは、真空装置の真空室と排気管との間に設けられたバルブよりも上流側に導入されることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載のクリーニング方法。
- 前記７Ｂ族元素を含むガスの前記成膜空間への進入を阻止する手段として遮蔽材を用いることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載のクリーニング方法。
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2003
- 2003-01-06 JP JP2003000372A patent/JP2004211168A/ja not_active Withdrawn
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