JP2006005128A - プラズマｃｖｄ装置及びそのクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フッ素系ガスを用いるクリーニングにおいてフッ素による静電チャックの損傷を防止し得るプラズマＣＶＤ方法を提供する。
【解決手段】 フッ素系のクリーニングガスプラズマにより静電チャック１０の周辺部に付着するＳｉＯ_x膜２０を除去するクリーニングの際、静電チャック１０の周辺部に付着するＳｉＯ_x膜２０が存在しない静電チャック１０の中央部分に、ダミーウェハー２５を載置して所定のクリーニングを行う。
【選択図】 図３

Description

本発明は静電チャックを有するプラズマＣＶＤ装置及びそのクリーニング方法に関する技術である。

図４は半導体製造装置であるプラズマＣＶＤ装置の全体を概念的に示す説明図である。同図に示すように、当該プラズマＣＶＤ装置は、真空引きした密閉空間であるチャンバ１内にノズル（図示せず。）を介して原料ガスを供給するとともに、給電アンテナ３を介してＲＦ周波数の電磁波を入射し、前記原料ガスのプラズマ４を発生させることにより基板であるウェハー５上に所定の薄膜を形成する装置である。ここで、チャンバ１は、円筒状の筒部１ａと、この筒部１ａの上端部を閉塞して給電アンテナ３を載置している絶縁部である天井板１ｂとを有しており、その内部が成膜室２となっている。筒部１ａはＡｌで形成してあり、天井板１ｂはＡｌ₂Ｏ₃で形成してある。

前記給電アンテナ３にはインピーダンスマッチングを行うための整合器７を介してプラズマ発生用高周波電源８が接続されている。このプラズマ発生用高周波電源８から給電アンテナ３へ高周波電力を供給することにより、給電アンテナ３から天井板１ｂを透過して成膜室２内に電磁波９を入射し、この電磁波９のエネルギー（高周波パワー）によって成膜室２内に供給する各種のガスをプラズマ状態にする。このプラズマを利用してウェハー５上に所定の薄膜を成膜する。

成膜質２にはウェハー５の支持台である静電チャック１０が配設してある。この静電チャック１０はウェハー５を載置するための円盤状の部材であるテーブル１０ａを有しており、支持台１３を介して支持軸１６に支持されている。ここで、テーブル１０ａは、通常Ａｌ₂ Ｏ₃ やＡｌＮなどのセラミック材料（絶縁材料）で形成してある。

静電チャック１０のテーブル１０ａの内部には、ウェハー５を静電的に吸着保持する静電チャック用電極１０ｂが埋設してある。この静電チャック用電極１０ｂには、直流電源１２の出力電圧である所定の直流電圧が印加され、このことにより発生するウェハー５と静電チャック用電極１０ｂとの間の電位差に基づくクーロン力によりウェハー５を静電チャック１０のテーブル１０ａの表面に吸着する。

また、静電チャック１０を一体的に支持している支持台１３の内部には、ウェハー５を所定の温度に保持するための加熱手段であるヒータ１４を埋設するとともに、冷却手段として冷媒を流通させるための冷媒通路１５を形成してある。ここで、ヒータ１４による加熱は、当該プラズマＣＶＤ装置による成膜工程の立ち上げ時においてウェハー１５の温度を所定の温度迄加熱する際に主に利用され、冷媒通路１５に冷媒を流通させての冷却は、成膜中のプラズマにより加熱されるウェハー５の温度を所定の温度に維持する際に主に利用される。

かかるプラズマ処理装置においは原料ガスとしてＳＨ₄を用いてＳｉＯ_xの薄膜を形成している。このように成膜にＳＨ₄のガスプラズマ４を用いた場合、チャンバ１の内周面及び静電チャック１０の周辺部等にはＳｉＯ_x膜が付着するので、これをクリーニングにより除去しなければならない。このため、一回乃至数回の成膜毎にクリーニングを行って前記ＳｉＯ_x膜を除去している。

具体的には、原料ガスの代わりにクリーニングガスであるフッ素系ガス（例えばＮＦ₃）をチャンバ１内に供給するとともに、これをＲＦ周波数の電磁波でプラズマ化し、チャンバ１の内周面等に付着するＳｉＯｘ膜に反応させて除去している。すなわち、ＳｉＯｘ膜にフッ素プラズマを作用させることによりＳｉＦ₄のガスとして外部に排出する。

図５は従来技術に係る静電チャック１０のクリーニング時の態様を概念的に示す説明図である。なお、同図中、図４と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。

同図に示すように、ウェハー５上への所定の成膜に伴い、静電チャック１０ｂのテーブル１０ａの周辺部等にはＳｉＯｘ膜２０が堆積する（図５（ａ）参照。）。このＳｉＯｘ膜２０は、有害なパーティクルの原因となるので、成膜後のウェハー５を搬出した状態（図５（ｂ）参照。）で上述の如きクリーニングにより定期的に除去している（図５（ｃ）参照。）。

なお、プラズマＣＶＤ装置に関する技術を開示する公知技術として下記の特許文献１が存在する。

特開平９−４１１４７号公報

上述の如きプラズマＣＶＤ装置においては、静電チャック１０のクリーニングによって発生するテーブル１０ａの表面の荒れが問題となっている。当該クリーニングは図５（ｂ）に示すような状態で行うが、このときにはテーブル１０ａのウェハー５の載置部分はクリーニングガスのプラズマに直接の晒されることとなり、この部分がクリーニングガスであるフッ素系ガス（例えばＮＦ₃）のプラズマによりエッチングされるからである。

このようにテーブル１０ａのウェハー５の載置部分の荒れ乃至摩耗を生起した場合には、静電チャック１０の吸着条件が変化してしまう。かかる吸着条件の変化は、冷媒通路１５を流れる冷媒によるテーブル１０ａからウェハー５への熱移動の変化等を生起し、成膜中のウェハー５の温度制御に悪影響を及ぼす等、種々の不都合の原因となる。

本発明は、上記従来技術に鑑み、フッ素系ガスを用いるクリーニングにおいてフッ素による静電チャックの損傷を防止し得るプラズマＣＶＤ装置及びそのクリーニング方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。

１） 密閉空間を形成するチャンバと、このチャンバ内にＲＦ周波数の電磁波を入射する給電アンテナと、前記チャンバの内部にガスを供給するガス供給手段と、前記チャンバの内部である成膜室内に配設されてウェハーを載置するとともにこのウェハーを吸着して固定する静電チャックとを有するプラズマＣＶＤ装置において、
クリーニングガスプラズマを利用した当該プラズマＣＶＤ装置のクリーニング時に、前記静電チャックのテーブルに載置するダミーウェハーを有するとともに、
ダミーウェハーは成膜用のウェハーの径よりも若干小さくしたこと。

２） 上記１）に記載するプラズマＣＶＤ装置において、
ダミーウェハーはサファイアで形成したこと。

３） ＲＦ周波数の電磁波を密閉空間を形成するチャンバ内に入射することにより前記チャンバ内に供給されたガスをプラズマ化してウェハー上に所定の成膜を行うプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
フッ素系ガスを前記チャンバ内に供給して形成するプラズマで前記チャンバの内部に配設する静電チャックの周辺部に付着する堆積膜をクリーニングする際、
前記堆積膜が存在しない静電チャックの中央部分に、ダミーウェハーを載置して前記クリーニングを行うこと。

４） 上記１）に記載するプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法において、
ダミーウェハーは成膜用のウェハーの径よりも若干小さいものを用いること。

上記構成の本発明によれば、次の様な効果を得る。
請求項１に記載する発明は、上記１）の如き構成を有するので、クリーニング時のプラズマはダミーウェハーの表面に衝突する結果、静電チャックの表面が前記プラズマにより損傷される虞はない。すなわち、静電チャックの堆積膜が付着していない中央部分は、ダミーウェハーで保護されプラズマダメージを受けることはない。一方、周辺部の堆積膜はクリーニングガスプラズマで良好に除去される。
ここで、ダミーウェハーは成膜用のウェハーの径よりも若干小さくしたので、ダミーウェハーを静電チャック上に載置する際の位置決め精度が若干劣った場合でも、この静電チャックの必要な部分を十分保護してクリーニングを行うことができ、またダミーウェハーの端部が堆積膜に乗り上げることによる不都合、すなわち乗り上げ部分の堆積膜がクリーニングで除去されることなく残ってしまうという不都合を未然に防止し得る。

請求項３に記載する発明は、上記１）の如き構成を有するので、クリーニングガスプラズマによるプラズマダメージを受けにくく長期に亘り、クリーニング時のダミーウェハーとして機能させることができる。

請求項４に記載する発明は、上記１）の如き構成を有するので、クリーニング時のプラズマはダミーウェハーの表面に衝突するので、静電チャックの表面が前記プラズマにより損傷される虞はない。すなわち、静電チャックの堆積膜が付着していない中央部分は、ダミーウェハーで保護されプラズマダメージを受けることはない。一方、周辺部の堆積膜はクリーニングガスプラズマで良好に除去される。

請求項５に記載する発明は、上記１）の如き構成を有するので、ダミーウェハーを静電チャック上に載置する際の位置決め精度が若干劣った場合でも、この静電チャックの必要な部分を十分保護してクリーニングを行うことができ、またダミーウェハーの端部が堆積膜に乗り上げることによる不都合、すなわち乗り上げ部分の堆積膜がクリーニングで除去されることなく残ってしまうという不都合を未然に防止し得る。

本発明の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置は、成膜処理に伴い静電チャックの周辺部に堆積する堆積膜（例えば、ＳｉＯｘ）をフッ素系クリーニングガスプラズマ（例えばＮＦ₃ガスプラズマ）を除去する際に用いるダミーウェハーを有するものである。すなわち、基本的な構成は、図４に示すプラズマＣＶＤ装置と同一であるが、クリーニングの際に、静電チャック１０上にダミーウェハー（図４には図示せず。）を載置するように構成した点が異なる。

上記クリーニングは上記ダミーウェハーを静電チャック１０上に載置した状態で行う。この結果、クリーニングガスプラズマに直接晒されるのはダミーウェハーとなり、静電チャック１０の堆積膜が付着していない部分がクリーニングガスプラズマでアタックされる防止して良好に堆積膜の除去を行うことができる。

図１は本実施例に係るプラズマＣＶＤ装置の静電チャック１０部分を抽出して示す拡大図である。同図に示すように、この静電チャック１０は、成膜処理を行うウェハー５を載置するもので、図４に示すプラズマＣＶＤ装置の成膜質２に配設してある。この静電チャック１０はウェハー５を載置するための円盤状の部材であるテーブル１０ａを有しており、支持台３を介して支持軸１６に支持されている。ここで、テーブル１０ａは、通常Ａｌ₂ Ｏ₃ やＡｌＮなどのセラミック材料（絶縁材料）で形成してある。

静電チャック１０のテーブル１０ａの内部には、ウェハー５を静電的に吸着保持する静電チャック用電極１０ｂが埋設してある。この静電チャック用電極１０ｂには、直流電源１２の出力電圧である所定の直流電圧が印加され、このことにより発生するウェハー５と静電チャック用電極１０ｂとの間の電位差に基づくクーロン力によりウェハー５を静電チャック１０のテーブル１０ａの表面に吸着する。なお、図４に示すヒータ１４及び冷媒通路１５は図１中では図示を省略した。

当該プラズマ処理装置においは原料ガスとしてＳＨ₄を用いてウェハー５上にＳｉＯ_xの薄膜を形成している。このように成膜にＳＨ₄のガスプラズマ４（図４参照。）を用いた場合、静電チャック１０の周辺部にはＳｉＯ_x膜２０が付着するので、これをクリーニングにより除去しなければならない。本実施例では、このクリーニングの際に静電チャック１０のテーブル１０ａ上に載置するダミーウェハー２５を有している。

ここで、静電チャック用電極１０ｂの径をｌ₁、ダミーウェハー２５の径をｌ2、ウェハー５の径をｌ₃とすると、ｌ₁＝ｌ₂＜ｌ₃の関係となっている。すなわち、ダミーウェハー２５の径ｌ₂はウェハー５の径ｌ₃よりも若干小さくしてある。かくして、周辺部にＳｉＯ_x膜２０が付着した状態の静電チャック１０にダミーウェハー２５を載置した場合でも、図２に示すようにダミーウェハー２５の一端部（図では右端部）がＳｉＯ_x膜２０に乗り上げることがないように工夫している。

ちなみに、クリーニングで除去すべきＳｉＯ_x膜２０は、ウェハー５が載置される部分には形成されず、ウェハー５の径を超える静電チャック１０の周辺部に堆積し、その内周端面の径がウェハー５の径に一致している。したがって、ダミーウェハー２５の径をウェハー５の径と同一に形成した場合には、ロボットによるダミーウェハー２５の静電チャック１０上への位置決め・載置の際の誤差を吸収できず、上述の如くダミーウェハー２５の端部がＳｉＯ_x膜２０に乗り上げてしまうこととなる。そして、かかる状態でクリーニングを行った場合、乗り上げ部分のＳｉＯ_x膜２０がそのまま静電チャック１０のテーブル１０ａ表面に異物（ゴミ）として残ってしまい、その後のウェハー５を載置しての成膜処理に支障をきたしてしまう。この異物の部分でウェハー５がテーブル１０ａから浮き上がり、静電チャック１０による吸着力が変わってしまい、形成される膜質に悪影響を及ぼすからである。

ダミーウェハー２５はクリーニングガスプラズマに直接晒される部分であるため、プラズマに対して耐性のある部材で形成するのが望ましい。サファイア、アルミナ、窒化アルミ等を材料とするものが好適である。

ダミーウェハー２５を載置して行う本実施例におけるクリーニング方法を図２に基づき説明する。

図４に示すプラズマＣＶＤ装置においてウェハー５上に所定の成膜を行うと、図３（ａ）に示すように、ウェハー５の径を超える静電チャック１０の周辺部にはＳｉＯ_x膜２０が付着・堆積する。

ウェハー５に対する所定の成膜が終了した後、ウェハー５を搬出するが、この搬出後の状態を図３（ｂ）に示す。同図に示すように、この場合、ウェハー５が載置されていた部分を除く静電チャック１０のテーブル１０ａの周辺部にＳｉＯ_x膜２０が付着・堆積し、その他の部分では前記テーブル１０ａの表面が表れている状態となる。

かかる状態で、図３（ｃ）に示すように、前記テーブル１０ａ上にダミーウェハー２５を載置する。この結果、ダミーウェハー２５はその外周端面がＳｉＯ_x膜２０の内周端面に対し若干の隙間を残してテーブル１０ａ上に載置される。ここで、ダミーウェハー２５の外径はＳｉＯ_x膜２０の内径、すなわちウェハー５の外径よりも若干小さいのでロボット等を使用したダミーウェハー２５の位置決め載置の精度が多少粗くても、ダミーウェハー２５の端部がＳｉＯ_x膜２０に乗り上げるのを未然に防止し得る。

かかる状態でクリーニングを行う。すなわち、図４に示すプラズマＣＶＤ装置において、原料ガスの代わりにクリーニングガスであるフッ素系ガス（例えばＮＦ₃）をチャンバ１内に供給するとともに、これをＲＦ周波数の電磁波でプラズマ化し、静電チャック１０の周辺部に付着するＳｉＯｘ膜２０に反応させて除去する。このときテーブル１０ａのダミーウェハー２５が載置されている部分はこのダミーウェハー２５で保護され、クリーニングガスプラズマにアタックされることはない。かくして、図３（ｄ）に示すように、ＳｉＯ_x膜２０が除去された状態となる。

本発明は半導体素子を製造するプラズマＣＶＤ装置に適用して特に有用なものである。

本発明の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の静電チャック部分を抽出して示す拡大図である。 図１に示す静電チャックのクリーニング時における不都合な態様を概念的に示す説明図である。 図１に示す静電チャックのクリーニング時の態様を概念的に示す説明図である。 プラズマＣＶＤ装置の全体を概念的に示す説明図である。 従来技術に係る静電チャックのクリーニング時の態様を概念的に示す説明図である。

符号の説明

１ チャンバ
２ 成膜質
３ 給電アンテナ
４ プラズマ
５ ウェハー
１０ 静電チャック
１０ａ テーブル
１０ｂ 静電チャック用電極
２０ ＳｉＯｘ膜
２５ ダミーウェハー

Claims (4)

1. 密閉空間を形成するチャンバと、このチャンバ内にＲＦ周波数の電磁波を入射する給電アンテナと、前記チャンバの内部にガスを供給するガス供給手段と、前記チャンバの内部である成膜室内に配設されてウェハーを載置するとともにこのウェハーを吸着して固定する静電チャックとを有するプラズマＣＶＤ装置において、
   クリーニングガスプラズマを利用した当該プラズマＣＶＤ装置のクリーニング時に、前記静電チャックのテーブルに載置するダミーウェハーを有するとともに、
   ダミーウェハーは成膜用のウェハーの径よりも若干小さくしたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
2. 請求項１に記載するプラズマＣＶＤ装置において、
   ダミーウェハーはサファイアで形成したことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
3. ＲＦ周波数の電磁波を密閉空間を形成するチャンバ内に入射することにより前記チャンバ内に供給されたガスをプラズマ化してウェハー上に所定の成膜を行うプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
   フッ素系ガスを前記チャンバ内に供給して形成するプラズマで前記チャンバの内部に配設する静電チャックの周辺部に付着する堆積膜をクリーニングする際、
   前記堆積膜が存在しない静電チャックの中央部分に、ダミーウェハーを載置して前記クリーニングを行うことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
4. 請求項１に記載するプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法において、
   ダミーウェハーは成膜用のウェハーの径よりも若干小さいものを用いることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。

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