JP2005150258A - プラズマｃｖｄ装置のクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クリーニングに要する時間とコストを低減でき、クリーニングの効率を向上させることができるプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法を提供すること。
【解決手段】本発明によるプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法は、真空容器１と、真空容器１内に設置された放電電極３とを備えるプラズマＣＶＤ装置のクリーニングを行う方法である。そのクリーニング方法は、真空容器１にフッ素系ガスを供給するステップＡと、真空容器１へのフッ素系ガスの供給を止めるステップＢとを備える。ステップＡとステップＢは交互に実行される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置に関し、特にプラズマＣＶＤ装置そのクリーニング方法に関する。

基板にシリコン膜などを蒸着させる装置としてプラズマＣＶＤ装置が知られている。一般的に、プラズマＣＶＤ装置は真空容器と、その真空容器内に設置された放電電極と、その放電電極に対向するように配置された接地電極を備える。被処理体である基板は、放電電極に対向するように配置され、接地電極により保持される。また、放電電極の周囲は、基板に対向する面を除いて電極カバーで覆われる。基板に半導体膜を蒸着させる場合、まず所望の半導体膜の材料を含む材料ガスが真空容器に供給される。この時、放電電極に高周波電圧を印加すると、その材料ガスがプラズマ状態（あるいはラジカル状態）になる。気相の材料ガスが活性化されることにより、基板表面に所望の半導体膜、例えばアモルファスシリコン膜が蒸着する。

このようなプラズマＣＶＤ装置において製膜処理が繰り返された場合、上記の電極カバーや接地電極などの部材にシリコン系の膜や粉が付着する。これら不要なシリコン系の膜や粉を除去（クリーニング）する従来の方法は以下の通りである。まず、真空容器内部にクリーニングガスが継続的に供給される。クリーニングガスとしては、例えば三フッ化窒素（ＮＦ_３）のようなフッ素系のガスが使用される。また、これと同時に、放電電極に高周波電力が供給される。これにより、ＮＦ_３からフッ素ラジカルが生成される。このフッ素ラジカルが付着したシリコン系の物質と反応し、その結果、ＳｉＦ_４がガスとして発生する。これらガス類は、真空ポンプにより外部へ排気される。

特許文献１には、上記のようなプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法が記載されている。また、特許文献１によるプラズマＣＶＤ装置は、接地電極と放電電極の間の距離Ｌ１、あるいは電極カバーと放電電極の間の距離Ｌ２が可変になるように構成されている。距離Ｌ１と距離Ｌ２の比は、製膜時とクリーニング時において変更される。これにより、発生するフッ素ラジカルの空間分布を均一することが可能になる。

特許文献２には、プラズマＣＶＤ装置のクリーニングにおいて、そのクリーニングが完了したことを判定するための手段が記載されている。特許文献２によるプラズマＣＶＤ装置は、付着した付着物の付着状態を検出する付着物検出手段を備える。その付着物検出手段として、熱電対からなる温度センサが電極カバーに設けられる。温度センサの検出結果に基づき、電極カバーの温度上昇が終了した時点が、そのクリーニングの完了と判断される。

特開２００２−１０５６４５号公報 特開２００２−２１２７３４号公報

本発明の課題は、エッチングの速度及び均一性を向上させ、クリーニングの効率を向上させることができるプラズマＣＶＤ装置、及びそのクリーニング方法を提供することにある。

本発明の他の課題は、クリーニングに要する時間を短縮することができるプラズマＣＶＤ装置、及びそのクリーニング方法を提供することにある。

本発明の更に他の課題は、クリーニングに要するコストを低減することができるプラズマＣＶＤ装置、及びそのクリーニング方法を提供することにある。

本発明の更に他の課題は、クリーニング中のプラズマの状態を安定させることができるプラズマＣＶＤ装置、及びそのクリーニング方法を提供することにある。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法は、真空容器（１）と、真空容器（１）内に設置された放電電極（３）とを備えるプラズマＣＶＤ装置のクリーニングを行う方法である。そのクリーニング方法は、真空容器（１）にフッ素系ガスを供給するステップＡと、真空容器（１）へのフッ素系ガスの供給を止めるステップＢとを備える。ステップＡとステップＢは交互に実行される。また、ステップＡと同時に、高周波電力が放電電極（３）に供給される。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法は、真空容器（１）に不活性ガスを供給するステップＣを更に備える。この時、ステップＣは、ステップＢと同時に実行される。真空容器（１）に供給されるフッ素系ガスの単位時間あたりの供給量と、真空容器（１）に供給される不活性ガスの単位時間あたりの供給量は、真空容器（１）内部の圧力変動を少なくするために、略等しいと好ましい。不活性ガスとして、アルゴンや窒素が例示される。また、高周波電力が放電電極（３）に継続的に供給される。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法において、フッ素系ガスは三フッ化窒素（ＮＦ_３）である。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法において、ステップＢの１回の継続時間（Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６）は、クリーニングが行われる時間（Ｔａｌｌ）の０．５％〜３％である。ステップＡの１回の継続時間（Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７）は、クリーニングが行われる時間（Ｔａｌｌ）の１０％〜３０％である。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法において、クリーニングが行われる期間（Ｔａｌｌ）は、第一期間（Ｔａ）と、第一期間（Ｔａ）に続く第二期間（Ｔｂ）を含む。クリーニングは、第一期間（Ｔａ）に始まる。第一期間（Ｔａ）において放電電極（３）に供給される高周波電力は、第二期間（Ｔｂ）において放電電極（３）に供給される高周波電力と略等しい、または小さい。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法において、クリーニングが行われる期間（Ｔａｌｌ）は、第三期間（Ｔｃ）と、第三期間（Ｔｃ）に続く第四期間（Ｔｄ）を含む。クリーニングは、第四期間（Ｔｄ）に終了する。第四期間（Ｔｄ）において放電電極（３）に供給される高周波電力は、第三期間（Ｔｃ）において放電電極（３）に供給される高周波電力よりも小さい。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置は、真空容器（１）と、真空容器（１）にフッ素系ガスを供給するガス供給部（１１）と、真空容器（１）内に設置された放電電極（３）と、放電電極（３）に接続された高周波電源（１５）と、ガス供給部（１１）と高周波電源（１５）に接続される制御器（１２）とを備える。制御器（１２）は、フッ素系ガスが真空容器（１）に間欠的に供給されるようにガス供給部（１１）を制御する。また、制御器（１２）は、フッ素系ガスの供給に同期して高周波電力が放電電極（３）に供給されるように高周波電源（１５）を制御する。ここで、フッ素系ガスは、材料ガス導入管（７）から導入されてもよいし、放電電極（３）から噴出するように導入されても良い。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置は、真空容器（１）と、真空容器（１）にガスを供給するガス供給部（１１）と、ガス供給部（１１）に接続される制御器（１２）とを備える。制御器（１２）は、フッ素系ガスと不活性ガスが真空容器（１）に交互に供給されるように、ガス供給部（１１）を制御する。制御器（１２）は、フッ素系ガスの供給が停止する時間が数分間になるように、ガス供給部（１１）を制御してもよい。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置、及びそのクリーニング方法によれば、エッチングの速度及び均一性を向上させ、クリーニングの効率を向上させることが可能である。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置、及びそのクリーニング方法によれば、クリーニングに要する時間を短縮することが可能である。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置、及びそのクリーニング方法によれば、クリーニングガスの総消費量を低減して、クリーニングに要するコストを低減することが可能である。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置、及びそのクリーニング方法によれば、クリーニング中のプラズマの状態を安定させることが可能である。

添付図面を参照して、本発明によるプラズマＣＶＤ装置、及びそのクリーニング方法について説明する。

まず、クリーニング方法の説明に必要なプラズマＣＶＤ装置の構成について説明する。図１は、本発明によるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。図１において、真空容器１の内部には、ヒータカバー２が設置され、そのヒータカバー２と対向するようにラダー型の放電電極３が設置される。製膜時には、被処理体である基板４が、放電電極３に対向するようにヒータカバー２によって保持される。ヒータカバー２は接地電極である。また、ヒータカバー２はヒータ５を内蔵する。放電電極３は、ヒータカバー２に対向する面を除いて電極カバー６により覆われる。製膜時においては、材料ガスが材料ガス導入管７により真空容器１内に供給される。クリーニング時においては、クリーニングガスがクリーニングガス供給部１１によりクリーニングガス導入管８を介して真空容器１内に供給される。また、クリーニングガスは、材料ガス導入管７から導入されてもよいし、放電電極３から噴出すように導入されてもよい。真空容器１には、ガス排気管９を介して真空ポンプ１０が接続される。材料ガス、クリーニングガス、反応後のガス等のガス類は、真空ポンプ１０により外部に排気される。真空容器１内の圧力は、真空ポンプ１０の上流にある圧力調整弁１６により制御される。放電電極３には、高周波同軸ケーブル１３を介してインピーダンス整合器１４、高周波電源１５が電気的に接続されている。高周波同軸ケーブル１３は、絶縁シールを通して真空容器１内外を結ぶ。

本発明において、クリーニングガス供給部１１と高周波電源１５は、制御器１２に接続される。制御器１２は、クリーニングガス供給部１１による真空容器１へのクリーニングガスの供給を制御する。また、制御部１２は、高周波電源１５による放電電極３への電力の供給を制御する。

（第一の実施の形態）
図２は、本発明の第一の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法を示すタイミング図である。具体的には、図２中の（Ａ）は、放電電極３に高周波電源１５により高周波（ＲＦ；Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力を供給するタイミングを示す。また、図２中の（Ｂ）は、クリーニングガス導入管８から真空容器１にクリーニングガスを供給するタイミングを示す。横軸は時間を示し、縦軸はそれぞれの物理量を任意単位で示す。

本実施の形態において、クリーニングガスの真空容器１への供給は、複数回に分割され、間欠的に実行される。すなわち、真空容器１へクリーニングガスを供給するステップと、真空容器１へのクリーニングガスの供給を止めるステップが交互に実行される。また、真空容器１へのクリーニングガスの供給に対応して、放電電極３にＲＦ電力が供給される。例えば、図２中の（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、クリーニングガスの供給とＲＦ電力の供給は、それぞれ４回ずつ断続的に繰り返される。

ここで、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの期間を期間Ｔ１とする。同様に、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３までの期間、時刻ｔ_３から時刻ｔ_４までの期間、時刻ｔ_４から時刻ｔ_５までの期間、時刻ｔ_５から時刻ｔ_６までの期間、時刻ｔ_６から時刻ｔ_７までの期間、時刻ｔ_７から時刻ｔ_８までの期間を、それぞれ期間Ｔ２、期間Ｔ３、期間Ｔ４、期間Ｔ５、期間Ｔ６、期間Ｔ７、期間Ｔ８とする。プラズマＣＶＤ装置のクリーニングは時刻ｔ_１に始まり、時刻ｔ_８に終了する。クリーニングに要する時間（時刻ｔ_１〜時刻ｔ_８）をＴａｌｌとする。

期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７において、真空容器１へのクリーニングガスの供給と、放電電極３へのＲＦ電力の供給が行われる。また、期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６において、クリーニングガスの供給とＲＦ電力の供給が停止する。つまり、期間Ｔ１の時刻ｔ_１において、クリーニングガスの供給が始まる。より実際的には、図２中の（Ｂ）に示されるように、クリーニングガスは、時刻ｔ_１の直前から増加するように供給されてもよい。この場合、クリーニングガスの供給量は、時刻ｔ_１において所定の値に達する。時刻ｔ_２において、クリーニングガスの供給が停止する。これに対応するように、ＲＦ電力の供給は、時刻ｔ_１において始まり、時刻ｔ_２において終了する。期間Ｔ２の時刻ｔ_２から時刻ｔ_３（あるいは時刻ｔ_３の直前）まで、クリーニングガスの供給は停止したままである。また、期間Ｔ２において、ＲＦ電力の供給は停止したままである。そして、期間Ｔ３〜Ｔ７において、期間Ｔ１、Ｔ２と同様な処理が実行される。

クリーニングの開始（時刻ｔ１）からクリーニングの終了（時刻ｔ８）後しばらくの間、真空容器１の内部のガス類は、ガス排気管９を介して真空ポンプ１０により外部に排気される。ここで、期間Ｔ１、期間Ｔ３、期間Ｔ５、期間Ｔ７において、供給されるクリーニングガス、及び反応したガス類は真空ポンプ１０により排気される。そして、真空ポンプ１０の上流側にある圧力調整弁１６の開度を調整することで、真空容器１の内部の圧力は、所定の設定値になるように保たれる。

図２中の（Ｃ）は、真空容器１内部の圧力の時間変化を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は真空容器内圧力を任意単位で示す。時刻ｔ_１において真空容器１内部の圧力は、所定の値に達する。期間Ｔ１において、圧力はほぼ一定に保たれる。時刻ｔ_２において、クリーニングガスの供給が停止すると、圧力調整弁１６の開度が閉方向に制御され、真空容器１の内部のガスが徐々に真空ポンプ１０から排出され、圧力は減少し始める。その後、時刻ｔ_３において、クリーニングガスが再び供給されるので、真空容器１内部の圧力は、再び所定の値に達する。同様に、期間Ｔ３、期間Ｔ５、期間Ｔ７において圧力はほぼ一定に保たれ、期間Ｔ４、期間Ｔ６において圧力は所定の値より低い圧力になる。時刻ｔ_８においてクリーニングガスの供給が停止した後、圧力調整弁１６の開度は全開とされ、真空ポンプ１０によりガス類が外部に排出される。これにより、真空容器１内部の圧力は急速に低下し、真空容器１内部は高真空状態となり、クリーニングの工程が終了する。

真空容器１内の部材に付着した不要なシリコン系膜を除去するためのクリーニングガスとして、フッ素系ガスが例示される。例えば、三フッカ窒素（ＮＦ_３）が、プラズマＣＶＤ装置のクリーニングに用いられる。また、クリーニングガスにフッ素ガスやアルゴンガスが混入されていてもよい。

図２中の（Ｄ）は、本実施の形態において、付着した不要なシリコン系膜が除去（エッチング）される速度の時間変化を示す。横軸は時間を示し、縦軸はエッチング速度を任意単位で示す。図２中の（Ｄ）において、破線は従来の方法（クリーニングガスの導入とＲＦ電力供給を継続的に行う方法）によるエッチング速度を、実線は本実施の形態に係る方法によるエッチング速度をそれぞれ示す。エッチング速度は、真空容器１の内部、特にヒータカバー２、電極カバー６の周辺に取り付けた熱電対で計測した温度により算出される熱流束のバランス状態と実際のシリコン膜の総エッチング量を対比することで、算出することが出来る。時刻ｔ_１において、放電電極３にＲＦ電力が供給され、不要なシリコン系膜の除去（エッチング）が始まる。エッチング速度は時間の経過と共に減少する。時刻ｔ_２において、クリーニングガスとＲＦ電力の供給が停止し、それによりシリコン系膜のエッチングも停止する。その後、期間Ｔ３の時刻ｔ_３において再びエッチングが始まり、時刻ｔ_４において再びエッチングが停止する。この時、図２中の（Ｄ）に示されるように、本実施の形態によるエッチング速度は、従来の方法によるエッチング速度よりも大きくなる。すなわち、本実施の形態による方法によれば、従来の方法よりも効率良く不要なシリコン系膜を除去できる。これは、期間Ｔ５、期間Ｔ７においても同様である。

この理由について、図３Ａ、図３Ｂを用いて説明する。図３Ａ、図３Ｂは、本実施の形態に係るクリーニング方法の効果を示す概略図である。図３Ａは、クリーニングガスとＲＦ電力が供給されている期間Ｔ１（Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７）におけるエッチングプロセスを示す。まず、クリーニングガス（ＮＦ_３）が真空容器１に供給される（プロセスＰ１）。放電電極３にＲＦ電力が印加されると、供給されたＮＦ_３は、フッ素ラジカル（Ｆ）と窒素（Ｎ_２）に分解される（プロセスＰ２）。フッ素ラジカルは、真空容器１に付着したシリコン系膜と反応し、その結果、主として四フッ化シリコン（ＳｉＦ_４）がガスとして発生する（プロセスＰ３）。フッ素ラジカルの一部は、未反応のままフッ素（Ｆ_２）となる（プロセスＰ４）。発生したＳｉＦ_４は、拡散する（プロセスＰ５）、あるいはシリコン系膜近傍に滞留する。窒素やフッ素、ＳｉＦ_４等のガス類は、真空ポンプ１０により真空容器１の外部に排出される（プロセスＰ６）。

ＮＦ_３の供給（プロセスＰ１）が継続すると、ＳｉＦ_４が発生し続け（プロセスＰ３）、シリコン系膜の周辺で滞留するＳｉＦ_４の量が増加し続ける。この時、プロセスＰ２において生成されたフッ素ラジカルが、シリコン系膜の表面周辺に到達する割合が低下する。また、滞留したＳｉＦ_４がプラズマにより再度分解し、シリコン系膜にシリコン（Ｓｉ）として再付着する（プロセスＰ７）割合が増加し、のシリコン系膜の除去量が減少する。このため、図２中の（Ｄ）で示されたように、時間が経過するに伴いエッチング速度が低下し始める。

図３Ｂは、クリーニングガスとＲＦ電力の供給が停止した期間Ｔ２（Ｔ４、Ｔ６）における、エッチングプロセスを示す。図２中の（Ｂ）に示されたように、期間Ｔ２において、ＮＦ_３の真空容器１への供給は停止する。よって、フッ素ラジカルが発生しないのでＳｉＦ_４が新たに生成されることは無くなる。一方、窒素やフッ素、ＳｉＦ_４等のガス類は、真空ポンプ１０により真空容器１の外部に排出され続け（プロセスＰ９）、シリコン系膜周辺のＳｉＦ_４は順次拡散する（プロセスＰ８）。よって、発生したＳｉＦ_４がシリコン系膜周辺に滞留することは無くなる。また、ＲＦ電力の供給がなくＳｉＦ_４が分解されなくなるので、ＳｉＦ_４がシリコン系膜にシリコンとして再付着する（プロセスＰ１０）ことは抑制される。尚、図２中の（Ｃ）に示されたように、期間Ｔ２における真空容器１内の圧力は、期間Ｔ１における圧力よりも小さくなり、ガス類の拡散、排気が促進される。

次に、期間Ｔ３において、再びＮＦ_３が真空容器１に供給され始め、図３Ａに示されたプロセスが再び繰り返される。この時、シリコン系膜周辺に滞留するＳｉＦ_４の量は非常に少ない。よって、プロセスＰ２において生成されたフッ素ラジカルは、再び容易にシリコン系膜の表面周辺に到達できるようになる。従って、図２中の（Ｄ）で示されたように、従来のエッチング速度と比較した場合、本実施の形態によるエッチング速度は格段に増加する。不要なシリコン膜が除去される量は、図２中の（Ｄ）で示された斜線領域の分だけ増加する。さらに、ガス類の拡散が促進されるため、エッチング分布は均一化され、効率良くクリーニングを行うことが可能となる。期間Ｔ５、期間Ｔ７においても、エッチング速度は期間Ｔ３と同様に増加する。

期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６はエッチングが行われない無効時間であるので、この継続時間が少ない程、クリーニングに要する総時間Ｔａｌｌは減少し望ましい。但し、この継続時間が短すぎると、拡散の効果が低下してエッチング速度の向上は少なくなる。期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６の各々の継続時間は、シリコン系膜周辺のフッ素ラジカルがある程度拡散するのに必要な時間で十分である。具体的には、その各々の継続時間は１分間〜数分間で十分である。例えば、３０〜５０μｍ堆積付着したシリコン系膜のクリーニングに要する総時間Ｔａｌｌは、典型的には１００〜１２０分間程度である。よって、真空容器１へのクリーニングガスの供給が停止する１回あたりの時間は、総時間Ｔａｌｌの０．５％〜３％で十分である。真空容器１へクリーニングガスが供給される１回あたりの時間は、長くなるとエッチング速度が低下して総時間Ｔａｌｌが長くなる。一方、１回あたりの時間が短くなると、期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６のような停止回数が増加するため、総時間Ｔａｌｌが長くなる。このため、１回あたりの時間として、総時間Ｔａｌｌの１０％〜３０％が例示される。

ここで、本実施の形態による効果を概算的に見積る。真空容器１へクリーニングガスが供給される時間をＴｏｎとする。真空容器１へクリーニングガスが供給されない時間をＴｏｆｆとする。ここで、例として、Ｔｏｎ＝１０×Ｔｏｆｆ（数式１）とする。従来の方法によってクリーニングが完了する時間をＴｐｒｉｏｒとする。また、本実施の形態によるエッチング速度が、従来のエッチング速度より平均３０％向上したとする。この時、同じ量のシリコン系膜を除去することを考えると、Ｔｏｎ＝Ｔｐｒｉｏｒ／１．３（数式２）となる。これらの条件において、Ｔａｌｌ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ＝０．８５×Ｔｐｒｉｏｒとなる。すなわち、クリーニングに要する総時間が約１５％向上する。また、クリーニングガスの単位時間当たりの供給量が等しいとすると、本実施の形態において必要なクリーニングガスの総量は、従来の方法において必要なクリーニングガスの総量の約７７％となる（数式２を参照）。特に、ＮＦ_３などのガスは非常に高価であり、本実施の形態による方法は、クリーニングに要するコストを低減するのに有効である。

以上のように、本実施の形態において、真空容器１へクリーニングガスを供給するステップと、真空容器１へのクリーニングガスの供給を止めるステップが交互に実行される。この方法により、エッチング分布の均一性が向上し、プラズマＣＶＤ装置を効率良くクリーニングすることが可能になる。また、クリーニング時間は短縮される。更に、消費されるクリーニングガスの総量が減少するので、クリーニングに要するコストが低減される。

（第二の実施の形態）
図４は、本発明の第ニの実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法を示すタイミング図である。具体的には、図４中の（Ａ）は、放電電極３に高周波電源１５によりＲＦ電力を供給するタイミングを示す。また、図４中の（Ｂ）は、クリーニングガス導入管８から真空容器１にクリーニングガス及び不活性ガスを供給するタイミングを示す。横軸は時間を示し、縦軸はそれぞれの物理量を任意単位で示す。また、図４における時刻や期間の定義は、図２における定義と同一とする。

本実施の形態において、クリーニングガスの真空容器１への供給は、複数回に分割され、間欠的に実行される。また、クリーニングガスの供給が停止する期間は、不活性ガスが真空容器１へ供給される。すなわち、真空容器１へクリーニングガスを供給するステップと、真空容器１へ不活性ガスを供給するステップが交互に実行される。ここで、放電電極３へのＲＦ電力の供給は継続的に実行される。

例えば、図４中の（Ｂ）に示されるように、クリーニングガスの供給は４回、不活性ガスの供給は３回、それぞれ断続的に繰り返される。つまり、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７において、真空容器１へクリーニングガスが供給される。また、期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６において、クリーニングガスの供給は停止し、不活性ガスが真空容器１へ供給される（図中のハッチング領域）。図４中の（Ａ）に示されるように、ＲＦ電力の供給は、全期間にわたって行われる。期間Ｔ１の時刻ｔ_１において、クリーニングガスの供給が始まる。より実際的には、図４中の（Ｂ）に示されるように、クリーニングガスは、時刻ｔ_１の直前から増加するように供給されてもよい。この場合、クリーニングガスの供給量は、時刻ｔ_１において所定の値に達する。時刻ｔ_２において、クリーニングガスの供給が停止する。また、時刻ｔ_２において、不活性ガスの供給が始まる。より実際的には、図４中の（Ｂ）に示されるように、不活性ガスは、時刻ｔ_２の直前から増加するように供給されてもよい。そして、期間Ｔ３〜Ｔ７において、期間Ｔ１、Ｔ２と同様な処理が実行される。

クリーニングの開始（時刻ｔ_１）からクリーニングの終了（時刻ｔ_８）後しばらくの間、真空容器１の内部のガス類は、ガス排気管９を介して真空ポンプ１０により外部に排気される。ここで、供給されるクリーニングガス、不活性ガス及び反応したガス類が真空ポンプ１０により排気される。真空容器１の圧力は、真空ポンプ１０の上流にある圧力調整弁１６の開度を調整することにより制御される。また、図４中の（Ｂ）に示されるように、クリーニングガスと不活性ガスの単位時間当たりの供給量はほぼ等しく設定されると好ましい。これにより、真空容器１の内部の圧力は、圧力調整弁１６の開度の調整範囲内で十分に制御され、ほぼ一定となるように保たれる。

図４中の（Ｃ）は、真空容器１内部の圧力の時間変化を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は真空容器内圧力を任意単位で示す。本実施の形態において、クリーニングガスの供給が停止する間は不活性ガスが供給されるので、真空容器１内の圧力はほぼ一定に保たれる。また、図４中の（Ａ）に示されたように、ＲＦ電力は放電電極３に継続的に供給されるので、プラズマの状態の変化は少なくなる。つまり、ＲＦ電力供給のマッチング状態の変動に追従できず、放電電極などから反射波が増加するなどのこと、又それらに起因するトラブルが抑制され、装置の制御が容易になる。

本実施の形態において、不活性ガスとしてアルゴン（Ａｒ）や窒素（Ｎ_２）が例示される。また、クリーニングガスとしては、第一の実施の形態と同様に、三フッカ窒素（ＮＦ_３）のようなフッ素系ガスが例示される。クリーニングガスにフッ素ガスやアルゴンガスが混入されていてもよい。

図４中の（Ｄ）は、本実施の形態において、付着した不要なシリコン系膜が除去（エッチング）される速度の時間変化を示す。横軸は時間を示し、縦軸はエッチング速度を任意単位で示す。また、破線は従来の方法（クリーニングガスの導入とＲＦ電力供給を継続的に行う方法）によるエッチング速度を、実線は本実施の形態に係る方法によるエッチング速度をそれぞれ示す。第一の実施の形態と同様に、本実施の形態によるエッチング速度は、従来の方法によるエッチング速度よりも大きくなる。すなわち、本実施の形態による方法によれば、従来の方法よりも効率良く不要なシリコン系膜を除去できる。

この理由について、図５Ａ、図５Ｂを用いて説明する。図５Ａ、図５Ｂは、本実施の形態に係るクリーニング方法の効果を示す概略図である。図５Ａは、クリーニングガスが供給される期間Ｔ１（Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７）におけるエッチングプロセスを示す。まず、クリーニングガス（ＮＦ_３）が真空容器１に供給される（プロセスＰ１）。放電電極３にＲＦ電力が印加され、供給されたＮＦ_３は、フッ素ラジカル（Ｆ）と窒素（Ｎ_２）に分解される（プロセスＰ２）。フッ素ラジカルは、真空容器１に付着したシリコン系膜と反応し、その結果、四フッ化シリコン（ＳｉＦ_４）がガスとして発生する（プロセスＰ３）。フッ素ラジカルの一部は、未反応のままフッ素（Ｆ_２）となる（プロセスＰ４）。発生したＳｉＦ_４は、拡散する（プロセスＰ５）、あるいはシリコン系膜近傍に滞留する。窒素やフッ素、ＳｉＦ_４等のガス類は、真空ポンプ１０により真空容器１の外部に排出される（プロセスＰ６）。

ＮＦ_３の供給（プロセスＰ１）が継続すると、ＳｉＦ_４が発生し続け（プロセスＰ３）、シリコン系膜の表面周辺で滞留するＳｉＦ_４の量が増加し続ける。この時、プロセスＰ２において生成されたフッ素ラジカルが、シリコン系膜の表面周辺に到達する割合が低下する。また、滞留したＳｉＦ_４がプラズマで再度分解し、シリコン系膜にシリコン（Ｓｉ）として再付着する（プロセスＰ７）割合が増加する。このため、図４中の（Ｄ）で示されたように、時間が経過するに伴いエッチング速度が低下し始める。

図５Ｂは、クリーニングガスの代わりに不活性ガスが供給される期間Ｔ２（Ｔ４、Ｔ６）における、エッチングプロセスを示す。期間Ｔ２において、ＮＦ_３の代わりに不活性ガス（Ａｒ）が真空容器１へ供給される（プロセスＰ８）。従って、フッ素ラジカルは発生せず、ＳｉＦ_４が新たに生成されることは無くなる（プロセスＰ９）。窒素、フッ素、Ａｒ、ＳｉＦ_４等のガス類は、真空ポンプ１０により真空容器１の外部に排出され続け（プロセスＰ１１）、シリコン系膜周辺のＳｉＦ_４は順次拡散する（プロセスＰ１０）。よって、ＳｉＦ_４がシリコン系膜周辺に滞留することは無くなる。更に、プラズマのエネルギーのほとんどが不活性ガス（Ａｒ）の分解に消費されるので、ＳｉＦ_４が分解されシリコン系膜にシリコンとして再付着する（プロセスＰ１２）ことは抑制される。

次に、期間Ｔ３において、再びＮＦ_３が真空容器１に供給され始め、図５Ａに示されたプロセスが再び繰り返される。この時、シリコン系膜周辺に滞留するＳｉＦ_４の量は非常に少ない。よって、プロセスＰ２において生成されたフッ素ラジカルは、再び容易にシリコン系膜の表面周辺に到達できるようになる。従って、図４中の（Ｄ）で示されたように、従来のエッチング速度と比較した場合、本実施の形態によるエッチング速度は格段に増加する。不要なシリコン膜が除去される量は、図４中の（Ｄ）で示された斜線領域の分だけ増加する。さらに、ガス類の拡散が促進されるので、エッチング分布が均一化され、効率よくクリーニングすることが可能となる。期間Ｔ５、期間Ｔ７においても、エッチング速度は期間Ｔ３と同様に増加する。

期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６の継続時間が少ない程、クリーニングに要する総時間Ｔａｌｌは減少し望ましい。但し、期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６の継続時間が短すぎると、拡散の効果が低下しエッチング速度の向上は少なくなる。期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６の各々の継続時間は、第一の実施の形態における各々の継続時間と同様に設定される。また、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７の各々の継続時間も、第一の実施の形態における各々の継続時間と同様に設定される。ここで、第一の実施の形態における計算と同様な計算を行い、本実施の形態による効果を概算的に見積る。本実施の形態によるエッチング速度が、従来のエッチング速度より平均５０％向上したとすると、クリーニングに要する総時間が約２７％向上する。また、クリーニングに要するクリーニングガスの総量が約３３％削減される。特に、ＮＦ_３などのガスは非常に高価であり、本実施の形態による方法は、クリーニングに要するコストを低減するのに有効である。

以上のように、本実施の形態において、真空容器１へクリーニングガスを供給するステップと、真空容器１へ不活性ガスを供給するステップが交互に実行される。この方法により、プラズマＣＶＤ装置を効率良くクリーニングすることが可能になる。また、クリーニング時間は短縮される。更に、クリーニングに要するコストが低減される。

（第三の実施の形態）
図６は、本発明の第三の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法を示すタイミング図である。具体的には、図６中の（Ａ）は、放電電極３に高周波電源１５によりＲＦ電力を供給するタイミングを示す。また、図６中の（Ｂ）は、不要なシリコン系膜をエッチングする速度の時間変化を示す。横軸は時間を示し、縦軸はそれぞれの物理量を任意単位で示す。クリーニングは時刻ｔ_１に始まり、時刻ｔ_４に終了する。そのクリーニングの継続時間はＴａｌｌである。図６において、クリーニングの開始時刻ｔ_１から時刻ｔ_２を期間Ｔａとする。時刻ｔ_３からクリーニングの終了時刻ｔ_４を、期間Ｔｄとする。期間Ｔａに続く期間を期間Ｔｂとする。期間Ｔｄは、期間Ｔｃに続くとする。

図６中の（Ａ）に示されるように、期間Ｔａ（時刻ｔ_１〜ｔ_２）におけるＲＦ電力は、その後に続く期間ＴｂにおけるＲＦ電力と略等しく、またはそれより小さく設定される。その電力の比として、４０％〜１００％が例示される。ＲＦ電力比が小さいものを選定した時、図６中の（Ｂ）に示されるように、期間Ｔａにおけるエッチング速度は、その後に続く期間Ｔｂにおけるエッチング速度よりも小さくなる。これらの効果は以下の通りである。

一般的に、クリーニングの開始時点では、シリコン系膜表面に吸着した水素原子とフッ素ラジカルが反応し、フッ化水素（ＨＦ）が発生する。このＨＦの発生とＳｉＦ_４の発生が混在するため、フッ素ラジカルの消費量が変動し、プラズマが不安定になりやすい。これらは、クリーニング速度の低下や、ＲＦ供給系の反射波増大による機器の損傷の原因となる。一般に、水素を多く含むシリコン系膜のエッチング初期段階に、プラズマは不安定になり易い。このような膜のクリーニングの初期段階におけるＲＦ電力を小さくすることによって、余剰なＦラジカルは減少し、プラズマが安定する。ここで、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの時間として、クリーニングの総時間Ｔａｌｌの５％〜２０％が例示される。プラズマの不安定が発生しにくい膜種のエッチングの場合においては、エッチング初期段階におけるＲＦ電力を特に小さくする必要はない。

また、本実施の形態において、時刻ｔ_３において、クリーニングがほぼ完了したことを検知したとする。クリーニングの完了を検知するために、例えば特許文献２に記載された手段が使用される。すなわち、電極カバー６の温度を温度センサで測定し、その温度の上昇が終了した時点がクリーニングの完了と判定される。この時点で、放電電極３に供給するＲＦ電力を減少させる。つまり、本実施の形態において、期間Ｔｄ（時刻ｔ_３〜ｔ_４）におけるＲＦ電力は、その前の期間ＴｃにおけるＲＦ電力よりも小さく設定される。その電力の比として、４０％〜６０％が例示される。その効果は以下の通りである。

時刻ｔ_３においてクリーニングの完了が検知されても、放電電極３や電極カバー６などの一部の領域において若干のシリコン系膜が残存している。一方、シリコン系膜が完全に除去された領域も存在する。よって、このままクリーニングを継続すると、放電電極３などの構造物自体がエッチングされ、かえって不純物が多く発生したり構造物の寿命が短くなるする不具合が発生する。時刻ｔ_３から時刻ｔ_４において弱いプラズマを発生させることによって、エッチング速度を下げる（図６中の（Ｂ）参照）。これにより、構造物を余計にエッチングする量を極力少なくし、残存シリコン膜を除去することで、クリーニングを仕上げることが可能となる。ここで、時刻ｔ_３から時刻ｔ_４までの時間として、クリーニングの総時間Ｔａｌｌの５％〜２０％が例示される。

前述の実施の形態において、放電電極３に供給するＲＦ電力の量を、本実施の形態のように変化させてもよい。例えば、図２中の（Ａ）を参照して、期間Ｔ１におけるＲＦ電力は、期間Ｔ３におけるＲＦ電力より小さく設定されてもよい。また、期間Ｔ７におけるＲＦ電力は、期間Ｔ５におけるＲＦ電力より小さく設定されてもよい。あるいは、図４中の（Ａ）を参照して、期間Ｔ１におけるＲＦ電力は、期間Ｔ３〜Ｔ６におけるＲＦ電力より小さく設定されてもよい。また、期間Ｔ７におけるＲＦ電力は、期間Ｔ３〜Ｔ６におけるＲＦ電力より小さく設定されてもよい。これらにより、プラズマが安定した状態でさらに残存するシリコン系膜が少なくなるようにクリーニング処理を行うことが可能になる。

図１は、本発明によるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。 図２は、本発明の第一の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法を示すタイミング図である。 図３Ａは、本発明の第一の実施の形態の効果を説明する図である。 図３Ｂは、本発明の第一の実施の形態の効果を説明する図である。 図４は、本発明の第ニの実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法を示すタイミング図である。 図５Ａは、本発明の第ニの実施の形態の効果を説明する図である。 図５Ｂは、本発明の第ニの実施の形態の効果を説明する図である。 図６は、本発明の第三の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法を示すタイミング図である。

符号の説明

１ 真空容器
２ ヒータカバー
３ 放電電極
４ 基板
５ ヒータ
６ 電極カバー
７ 材料ガス導入管
８ クリーニングガス導入管
９ ガス排気管
１０ 真空ポンプ
１１ クリーニングガス供給部
１２ 制御器
１３ 高周波同軸ケーブル
１４ インピーダンス整合器
１５ 高周波電源
１６ 圧力調整弁

Claims (17)

1. 真空容器と、
   前記真空容器内に設置された放電電極とを具備する
   プラズマＣＶＤ装置のクリーニングを行う方法であって、
   （ａ）前記真空容器にフッ素系ガスを供給するステップと、
   （ｂ）前記真空容器への前記フッ素系ガスの供給を止めるステップとを具備し、
   前記（ａ）供給するステップと、前記（ｂ）止めるステップが交互に実行される
   プラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
2. 請求項１において、
   （ｃ）前記真空容器に不活性ガスを供給するステップを更に具備し、
   前記（ｃ）供給するステップは、前記（ｂ）止めるステップと同時に実行される
   プラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
3. 請求項２において、
   前記真空容器に供給される前記フッ素系ガスの単位時間あたりの供給量と、前記真空容器に供給される前記不活性ガスの単位時間あたりの供給量は略等しい
   プラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
4. 請求項２又は３において、
   前記不活性ガスはアルゴンである
   プラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
5. 請求項２又は３において
   前記不活性ガスは窒素である
   プラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
6. 請求項１において、
   前記（ａ）供給するステップと略同時に、高周波電力が前記放電電極に供給される
   プラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
7. 請求項２乃至５のいずれかにおいて、
   高周波電力が前記放電電極に継続的に供給される
   プラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
8. 請求項６又は７において、
   前記クリーニングが行われる期間は、第一期間と、前記第一期間に続く第二期間を含み、
   前記クリーニングは、前記第一期間に始まり、
   前記第一期間において前記放電電極に供給される高周波電力は、前記第二期間において前記放電電極に供給される高周波電力と略等しい、または小さい
   プラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
9. 請求項６乃至８のいずれかにおいて、
   前記クリーニングが行われる期間は、第三期間と、前記第三期間に続く第四期間を含み、
   前記クリーニングは、前記第四期間に終了し、
   前記第四期間において前記放電電極に供給される高周波電力は、前記第三期間において前記放電電極に供給される高周波電力よりも小さい
   プラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
10. 請求項１乃至９のいずれかにおいて、
    前記フッ素系ガスは三フッ化窒素である
    プラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
11. 請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    前記（ｂ）止めるステップの１回の継続時間は、前記クリーニングが行われる時間の０．５％〜３％である
    プラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
12. 請求項１乃至１１のいずれかにおいて、
    前記（ａ）供給するステップの１回の継続時間は、前記クリーニングが行われる時間の１０％〜３０％である
    プラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
13. 真空容器と、
    前記真空容器内に設置された放電電極とを具備する
    プラズマＣＶＤ装置のクリーニングを行う方法であって、
    前記クリーニングが行われる期間は、第一期間と、前記第一期間に続く第二期間を含み、
    前記クリーニングは、前記第一期間に開始し、
    前記第一期間において前記放電電極に供給される高周波電力は、前記第二期間において前記放電電極に供給される高周波電力と略等しい、または小さい
    プラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
14. 請求項１３において、
    前記クリーニングが行われる期間は、第三期間と、前記第三期間に続く第四期間を含み、
    前記クリーニングは、前記第四期間に終了し、
    前記第四期間において前記放電電極に供給される高周波電力は、前記第三期間において前記放電電極に供給される高周波電力よりも小さい
    プラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
15. 真空容器と、
    前記真空容器にフッ素系ガスを供給するガス供給部と、
    前記真空容器内に設置された放電電極と、
    前記放電電極に接続された高周波電源と、
    前記ガス供給部と前記高周波電源に接続される制御器とを具備し、
    前記制御器は、前記フッ素系ガスが前記真空容器に間欠的に供給されるように前記ガス供給部を制御し、又、前記フッ素系ガスの供給に同期して高周波電力が前記放電電極に供給されるように前記高周波電源を制御する
    プラズマＣＶＤ装置。
16. 真空容器と、
    前記真空容器にガスを供給するガス供給部と、
    前記ガス供給部に接続される制御器とを具備し、
    前記制御器は、フッ素系ガスと不活性ガスが前記真空容器に交互に供給されるように、前記ガス供給部を制御する
    プラズマＣＶＤ装置。
17. 請求項１５又は１６において、
    前記制御器は、前記フッ素系ガスの供給が停止する時間が数分になるように、前記ガス供給部を制御する
    プラズマＣＶＤ装置。

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