JP2011243635A - 堆積チャンバのリモートクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的低電力においてもクリーニング速度を損なわずに堆積チャンバをクリーニングできる、堆積チャンバのリモートクリーニング方法を提供すること。
【解決手段】ＣＶＤチャンバ１０をリモートプラズマ源３０を用いてクリーニングする方法は、リモートプラズマ源３０のプラズマ発生室３１を、プラズマがＣＶＤチャンバ１０内の構成備品や基板に有害な影響を与えない位置に離して配設されたシステムにおいて、クリーニング用ガスとして９０％以上の濃度のフッ素化合物ガスを１００Ｐａ以下の圧力でプラズマ発生室３１に供給するステップと、リモートプラズマ源３０にて高周波電力を供給しプラズマ発生室３１にプラズマを発生させて１００Ｐａ以下の圧力下でフッ素化合物ガスからフッ素活性種を生成するステップと、リモートプラズマ源３０にて生成したフッ素活性種をＣＶＤチャンバ１０内に導入して内部をクリーニングするステップとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｓｉ原子を含む化合物の不要な堆積物を、Ｆ原子を含む化合物ガスのプラズマによりエッチング除去する方法に関するもので、特に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）のプロセスを行うＣＶＤチャンバのクリーニングに関するものである。

例えばＰＣ（Personal Computer）やその他の電子機器において使用される各種のメモリやＣＰＵ（Central Processing Unit）などの半導体デバイス、液晶や有機ＥＬディスプレイなどのＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、および太陽電池パネルには、パッシベーション膜、絶縁膜あるいは反射防止膜として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）やシリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄膜）が使用される。これらの膜は、プラズマ化学気相堆積法（プラズマＣＶＤ法）によって形成される。

前記したシリコン酸化膜やシリコン窒化膜といったシリコン系堆積膜をプラズマＣＶＤ法で形成するときには、平行平板型プラズマ発生装置が用いられる。一般的な平行平板型プラズマ発生装置は、堆積用の原料ガスの供給路に接続されたＣＶＤチャンバ（堆積チャンバ）内に配置された２つの電極のうち一方の電極面がメッシュまたはシャワープレートになっている。そして、チャンバ内でこの一方の電極面から目的の膜を堆積させようとする基板上に原料ガスを均一に供給すると共に、この原料ガスをプラズマ化して（活性ガスとして）堆積させる。この基板への製膜が終了すると、基板を入れ替えて次の基板に同様な方法で製膜する。

このような処理を行い続けていると、チャンバ内の基板上に堆積膜が形成されると同時に、基板外に拡散した活性ガスは、チャンバの壁面内側やチャンバの側壁にあるのぞき窓の内側にも堆積してしまう。この壁面等の堆積膜は不安定であり、次の基板を処理するときに剥がれ落ち、基板への堆積膜に対して不良を引き起こす原因となる。そこで、チャンバ内の壁面等から堆積膜を除去する必要がある。これをチャンバのクリーニングという。通常は、予め定められた枚数の基板にシリコン系堆積膜を製膜する毎に定期的にチャンバのクリーニングを行っている。なお、一般にチャンバは高価であるので全体構造を保つために、堆積物のクリーニングとは別に、定期的にチャンバ内部の機構部品等の消耗品を交換する等のメンテナンスが行われている。

従来、一般的なチャンバ内クリーニング方法では、チャンバに接続されたガスの供給路から、堆積用の原料ガスの代わりにクリーニング用のＮＦ₃やＣ₃Ｆ₈などのフッ素分子を含む化合物ガス（フッ素化合物ガス）を供給し、これをプラズマ化することでＦイオンやＦラジカルなどの活性種を生成させ、次の式（１）で表される反応によって揮発性化合物ＳｉＦ₄を生成させてエッチング除去している。すなわちin-situクリーニングをおこなっている。
Ｓｉ＋４Ｆ→ＳｉＦ₄↑ … 式（１）

しかしながら、in-situクリーニングの方法では、チャンバ内において、クリーニング用の化合物ガスのプラズマ中で発生するエネルギーの高いイオンが、電極面、チャンバの内壁やその他の機構部品にダメージを与え、それら各構成材料の消耗速度が上がることで交換頻度が増加するなどの不具合が生じる場合があった。

また、チャンバ内におけるこのようなイオンダメージを避けるために、in-situクリーニングの方法に代わるクリーニング方法として、リモートプラズマクリーニング法（以下、ＲＰＣ法という）が提案され一部では使用されるようになってきた（特許文献１参照）。このＲＰＣ法は、プラズマ発生部と堆積チャンバ（被クリーニングチャンバ）とを離し、プラズマ発生部を堆積チャンバに接続する導管を設け、堆積チャンバから離間させたプラズマ発生部（リモートプラズマ源）から、クリーニングガスの中性活性種（中性のラジカル）だけを堆積チャンバ（被クリーニングチャンバ）に導入して、堆積チャンバにおいて中性活性種でエッチングすることによるクリーニングを行うものである。なお、特許文献１記載の方法では、数ＧＨｚのマイクロ波による電力５０００Ｗをプラズマ発生部であるサファイア管に出力している。

特許第３６９３７９８号公報 特許第３１９３５７５号公報

ＲＰＣ法においては、高エネルギーのイオンを用いず、中性活性種を用いて、チャンバ内壁面等の堆積物をエッチング除去するため、ＣＶＤチャンバ内構造物に対してのダメージを避けやすいといったメリットがある一方、in-situクリーニングと異なりプラズマが非エッチング物と離れることによりクリーニング速度（つまり堆積膜のエッチングレート）が低くなってしまうデメリットがある。

ＲＰＣ法において、クリーニング速度の低下を避けるのに有効な方法には、リモートプラズマ用のプラズマ発生部をＣＶＤチャンバ（被クリーニングチャンバ）に近づける方法と、プラズマを発生させるための電力（パワー）を上げる方法とがある。このうち前者の方法のようにプラズマ発生部をＣＶＤチャンバに近づけると、活性を失わずにクリーニングに寄与する中性活性種が相対的に増えクリーニング速度が上がる傾向がある。しかしながら、この場合、条件によっては、中性活性種だけではなくプラズマまでもがＣＶＤチャンバ内に拡散し、ＣＶＤチャンバ内の構成備品や基板に有害な影響を与える。また、ＣＶＤチャンバにおいて、活性種噴出部の近傍の壁や構成部品に、拡散したプラズマによるダメージが生じる場合がある。

また、後者の方法のように、プラズマ発生用電力を上げると、プラズマ発生部内で生成する活性種の量を増やすことができる。このことは次のことを意味する。すなわち、プラズマ発生部をＣＶＤチャンバに接続する導管内での活性種の消滅率が同じであるならば、プラズマ発生部内で生成する活性種の量が増えれば、クリーニング速度を上げることができる。

しかしながら、このようにプラズマ発生用電力を上げる場合には、プラズマ発生部内部の劣化が促進される現象が生じる。具体的には、例えば特許文献２に示されるマイクロ波プラズマ処理装置は、マイクロ波発振器で発振したマイクロ波をプラズマ発生部内部に導入するために、プラズマ発生部である放電室の天面がマイクロ波導入窓として構成されており、また、放電室の傾斜した側面には、放電室内に処理ガスを導入するための複数のガス吹出口が設けられており、マイクロ波導入窓の下方に基板が載置される。このマイクロ波プラズマ処理装置は、マイクロ波導入窓などがプラズマでエッチングされ消耗すると同時に、このときエッチングされた材料が、基板表面に拡散して行って付着し深刻な不純物パーティクル汚染の原因となるなどの問題がある。

また、最近の地球温暖化防止の観点から、あらゆる装置に対して低消費電力化が強く求められており、さらに、堆積チャンバのクリーニング用ガスとして使用されるフッ素化合物ガスは、炭酸ガス（ＣＯ₂）に比べて温暖化効果がおよそ５０００〜２００００倍ほどあるため、その使用量を減らすことが急務となっている。これに対して、ＲＰＣ法においてクリーニング速度の低下を避けるためにプラズマ発生用電力を上げる方法（後者の方法）は、地球温暖化防止の観点からもコストの観点からも不都合である。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、比較的低電力においてもクリーニング速度を損なわずに堆積チャンバをクリーニングできる、堆積チャンバのリモートクリーニング方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の堆積チャンバのリモートクリーニング方法は、シリコン化合物を堆積するプロセスを行った堆積チャンバをリモートプラズマ源を用いてクリーニングするために、前記リモートプラズマ源のプラズマ発生部が発生させるプラズマが前記堆積チャンバに拡散して前記堆積チャンバ内の構成備品や基板に有害な影響を与えない程度に前記プラズマ発生部を前記堆積チャンバから離間させて配設したリモートクリーニングシステムにおける堆積チャンバのリモートクリーニング方法であって、クリーニング用ガスとして９０％以上の濃度のフッ素またはフッ素化合物ガスを１００Ｐａ以下の圧力で前記リモートプラズマ源のプラズマ発生部に供給するステップと、前記リモートプラズマ源にて高周波電力を供給し前記プラズマ発生部にプラズマを発生させて前記１００Ｐａ以下の圧力下で前記フッ素またはフッ素化合物ガスからフッ素活性種を生成するステップと、前記リモートプラズマ源にて生成したフッ素活性種を前記堆積チャンバ内に導入して内部をクリーニングするステップと、を含むことを特徴とする。

かかる手順によれば、堆積チャンバのリモートクリーニング方法は、プラズマ発生部が発生するプラズマが堆積チャンバに拡散して堆積チャンバ内の構成備品や基板に有害な影響を与えないように、プラズマ発生部を堆積チャンバに近づけて配設したリモートクリーニングシステムでチャンバクリーニングを行うので、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の低下を避けることができる。また、クリーニング用ガスとして９０％以上の濃度のフッ素またはフッ素化合物ガスを１００Ｐａ以下の圧力でプラズマ発生部に供給し、高周波電力によりプラズマを発生させてフッ素活性種を生成するので、ＲＦ電源による比較的低電力においてもフッ素活性種を生成することができる。さらに、生成したフッ素活性種を堆積チャンバ内に導入して内部をクリーニングするので、フッ素活性種によって、不要な堆積物をエッチング除去することができる。したがって、比較的低電力においてもクリーニング速度を損なわずに堆積チャンバをクリーニングすることができる。

また、請求項２に記載の堆積チャンバのリモートクリーニング方法は、請求項１に記載の堆積チャンバのリモートクリーニング方法において、前記クリーニング用ガスのフッ素またはフッ素化合物ガスが、ＮＦ₃，Ｃ₃Ｆ₈，ＣＯＦ₂，Ｆ₂のいずれかであることとした。

かかる手順によれば、比較的低消費電力でクリーニングができることに加えて、フッ素またはフッ素化合物ガスのうち、地球温暖化係数と寿命との組み合わせから好適なガスをクリーニング用ガスとして使用するので、地球温暖化防止を促進することができる。

また、請求項３に記載の堆積チャンバのリモートクリーニング方法は、請求項１または請求項２に記載の堆積チャンバのリモートクリーニング方法において、前記クリーニング用ガスが、１０％以下の濃度のＡｒ、ＨｅまたはＸｅを含むこととした。

かかる手順によれば、クリーニング速度の低下を避けることができることに加えて、フッ素またはフッ素化合物ガスの流量を増加させてリモートプラズマ源においてプラズマの状態が不安定になり易い条件であったとしても、このプラズマの不安定性を効果的に抑制することができる。

また、請求項４に記載の堆積チャンバのリモートクリーニング方法は、絶縁体で囲まれた放電室とその外側に配置されたＲＦ電力供給部品とを備えるリモートプラズマ源を用いて、シリコン化合物を堆積するプロセスを行った堆積チャンバをクリーニングするために、前記リモートプラズマ源の放電室が発生させるプラズマが前記堆積チャンバに拡散して前記堆積チャンバ内の構成備品や基板に有害な影響を与えない程度に前記放電室を前記堆積チャンバから離間させて配設したリモートクリーニングシステムにおける堆積チャンバのリモートクリーニング方法であって、クリーニング用ガスとして９０％以上の濃度のフッ素またはフッ素化合物ガスを１００Ｐａ以下の圧力で前記リモートプラズマ源の放電室に供給するステップと、前記リモートプラズマ源にて前記ＲＦ電力供給部品によって前記放電室に高周波電力を供給し前記放電室にプラズマを発生させて前記１００Ｐａ以下の圧力下で前記フッ素またはフッ素化合物ガスからフッ素活性種を生成するステップと、前記リモートプラズマ源にて生成したフッ素活性種を前記堆積チャンバ内に導入して内部をクリーニングするステップと、を含むことを特徴とする。

かかる手順によれば、堆積チャンバのリモートクリーニング方法は、請求項１に記載の方法と同様に、比較的低電力においてもクリーニング速度を損なわずに堆積チャンバをクリーニングすることができる。

また、請求項５に記載の堆積チャンバのリモートクリーニング方法は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の堆積チャンバのリモートクリーニング方法において、前記フッ素活性種を生成するステップは、３０００ワット未満の高周波電力を供給してプラズマを発生させることとした。

かかる手順によれば、従来よりも格段に少ない電力で、クリーニング速度の低下を避けつつ効率よくクリーニングを実施することができる。したがって、低コストでかつ地球温暖化に対するインパクトの少ないプロセスを提供することができる。

本発明によれば、リモートプラズマによって堆積チャンバをクリーニングする際、プラズマが堆積チャンバに拡散しない程度にプラズマ発生部を放した状態でかつ比較的低パワーにおいてもクリーニング速度を損なわずにチャンバクリーニングができる。
また、本発明によれば、従来より格段に少ない電力で、かつ少ないフッ素化合物ガス供給量でクリーニングを実施することができる。これにより低コストでかつ地球温暖化に対するインパクトの少ないプロセスを提供することができる。

本発明の実施形態に係る堆積チャンバのリモートクリーニング方法を適用するＣＶＤ装置を模式的に示す構成図である。 図１に示すリモートプラズマ源の一例を模式的に示す構成図である。 プラズマ発生部の圧力を変化させたときの、ＣＶＤチャンバクリーニングレートを示している。 Ａｒ濃度を変化させたときの、ＣＶＤチャンバクリーニングレートを示している。

以下、本発明の堆積チャンバのリモートクリーニング方法を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。

［リモートクリーニングシステムの構成］
図１に示すリモートクリーニングシステムは、ＣＶＤ装置１に対してリモートクリーニング方法を適用したものであり、ＣＶＤ装置１とは別にリモートプラズマ源３０を備えており、プラズマＣＶＤプロセスの後に、リモートプラズマクリーニングができる機能を備えている。ＣＶＤ装置１は、例えばシリコンウェーハ用のプラズマＣＶＤ装置であって、シリコン化合物を堆積するプロセスを行う堆積チャンバとしてＣＶＤチャンバ１０を備えている。

ＣＶＤチャンバ１０は、真空チャンバであり、その内部に、平行平板である上部電極１１および下部電極１２を備えている。
上部電極１１と下部電極１２の間にプラズマを発生させるために、ＣＶＤチャンバ１０の外部においてＲＦ電源１８がマッチング回路１９を介して高周波出力（ＲＦ電力）を上部電極１１に供給する。

上部電極１１は、下面に、例えばφ１ｍｍ程度の多数の穴１７が設けられたシャワー板が取り付けられており、上面がＣＶＤチャンバ１０の原料ガス吸気口２０を介して外部のＣＶＤ用ガス供給システム２１に接続されている。これにより、ＲＦ電力印加と同時に基板１３に対して均一に原料ガスを供給することができる。

下部電極１２の上には、基板１３が載置される。下部電極１２は温度制御が可能になっている。下部電極１２を介した基板１３の温度は、図示しないヒータを駆動する基板温度制御器１６によって、このリモートクリーニングシステムで実行するプロセスにより指示される適切な温度レベルに維持される。基板１３は、物質（膜）をその上に堆積させるためのものであり、例えばシリコンウェーハからなる。基板１３は、例えば、ＥＳＣ（Electrostatic Chuck）により吸着固定される。なお、下部電極１２とＣＶＤチャンバ１０本体は接地されている。

ＣＶＤチャンバ１０の外部において、基板搬送装置１４は、基板１３を下部電極１２上に配置したり、下部電極１２から取り除く手段であり、例えば、ロボットアーム等の公知の搬送装置から構成されている。基板搬送装置１４が基板１３をＣＶＤチャンバ１０に出し入れするゲートにはゲートバルブ１５が設けられ、気密に保持される。

ＣＶＤ用ガス供給システム２１は、原料ガスをＣＶＤチャンバ１０に供給するものであり、図示は省略するが、原料ガス供給源と、この原料ガス供給源からＣＶＤチャンバ１０内へのガスの流れを制御する制御手段とを備えている。ＣＶＤ用ガス供給システム２１は、オペレータが選択した流量で原料ガスをその供給源からＣＶＤチャンバ１０に供給することができる。原料ガスは原料ガス吸気口２０を通って上部電極１１内に流入し、さらにシャワーヘッドを通って流入する。

原料ガスは、基板１３上に堆積すべき物質に依存する。具体的には、ＳｉＯ₂膜を製膜する場合には、原料ガスとして、モノシランガス（ＳｉＨ₄）と酸素（Ｏ₂）とを用いる。また、Ｓｉ₃Ｎ₄膜を製膜する場合には、原料ガスとして、モノシランガス（ＳｉＨ₄）とアンモニアガス（ＮＨ₃）とを用いる。なお、原料ガスには、さらに、酸素（Ｏ₂）、窒素ガス（Ｎ₂）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などを含めてもよい。

ＣＶＤチャンバ１０の排気口２２には、ＣＶＤチャンバ１０の圧力を制御するＡＰＣ（Auto Pressure Control）２３が接続されており、排気口２２から排出されてＭＢＰ（Mechanical Booster Pump）２４と、ＤＰ（Dry Pump）２５とによって減圧された排気ガスは排気管２６から排ガス処理装置２７に導入される。ここで、ＤＰ２５は、ＣＶＤチャンバ１０内を減圧するために使用される。後記するように、クリーニング時には、ＤＰ２５によって、ＣＶＤチャンバ１０に接続されたリモートプラズマ源３０のプラズマ発生部３１が１００Ｐａ以下に減圧される。なお、このときＣＶＤチャンバ１０内の圧力は、プラズマ発生部３１の圧力よりも低い。

排気管２６には、排ガス中のガス成分濃度を調査するためにガス分析装置２８が介挿されている。ガス分析装置２８は、例えば、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ-ＩＲ：Fourier transform Infra-Red Spectroscopy）から構成される。

排ガス処理装置２７は、例えば水スクラバを備える。水溶性の排気ガスは、水スクラバで十分な量の水に溶解されて、廃液として公知の廃液処理装置で適正に処理される。また、水スクラバで溶解されない成分のガスは、必要に応じて処理を施した後、系外へ排気される。

ＣＶＤチャンバ１０は、導管２９を介してリモートプラズマ源３０に接続されている。
リモートプラズマ源３０は、ＣＶＤチャンバ１０外に間隔を置いて位置する。この間隔は、リモートプラズマ源３０で生成するプラズマがＣＶＤチャンバ１０に拡散してＣＶＤチャンバ１０内の構成備品や基板に有害な影響を与えない程度の長さである。リモートプラズマ源３０は、一連の堆積作業後に、ＣＶＤチャンバ１０内部をクリーニングするために使用され、クリーニング用ガスをＣＶＤチャンバ１０に供給する。リモートプラズマ源３０は、プラズマ発生部３１と、このプラズマ発生部３１内のクリーニング用ガスを活性化するためのプラズマ発生手段３２とを備える。

プラズマ発生部３１は、導管３３と接続される流入口と、導管２９と接続される流出口とを備えた反応管であって、例えば絶縁材料で構成されている。
プラズマ発生部３１には、導管３３を介してクリーニング用ガスとしてフッ素またはフッ素化合物ガスが流入する。プラズマ発生部３１の圧力は、ＤＰ２５等によって、１００Ｐａ以下に減圧されている。つまり、クリーニング用ガスは１００Ｐａ以下にて供給される。ここで、プラズマ発生部３１の圧力を１００Ｐａ以下とした理由は、後記する圧力依存エッチレート実験（実施例１，２）に示すとおり、この圧力範囲ならば、比較的低電力においてもクリーニング速度の低下が生じないという測定結果が得られたからである。特に、クリーニング用ガスは７５Ｐａ以下（実施例２）にて供給されることが好ましい。なお、特許文献１に記載のＲＰＣ法では、実質的に１５ｔｏｒｒ（約２０００Ｐａ）もの圧力下でなければクリーニングができない。

プラズマ発生手段３２は、高周波電力（ＲＦ電力）をプラズマ発生部３１に供給し、プラズマ発生部３１にプラズマ３５を発生させるものである。プラズマ発生手段３２は、高周波電力を供給することで、プラズマ発生部３１内の１００Ｐａ以下の圧力下でフッ素またはフッ素化合物ガスからフッ素活性種を生成する。プラズマ発生部３１内にて生成されたフッ素活性種は、導管２９を介してＣＶＤチャンバ１０に導入される。

プラズマ発生手段３２は、３０００ワット未満の高周波電力を供給してプラズマを発生させることが好ましい。その理由は、一般にリモートプラズマクリーニングは、in-situクリーニングに比べてクリーニング速度が低くなるデメリットがあり、活性種の量を増やすためにプラズマ発生用電力をできるだけ上げる必要がある。例えば、特許文献１に記載のＲＰＣ法では、従来のチャンバクリーニングに通常良く用いられるＮＦ₃ガスのプラズマに対しては、２．５４ＧＨｚのマイクロ波による電力５０００Ｗを用いることで、ＲＦ１３．５６ＭＨｚ高周波による３０００Ｗを用いる場合の２倍の速度を実現している。このため従来のチャンバクリーニングに通常良く用いられる電力は５０００ワット程度である。一方で、地球温暖化防止の観点から低消費電力化が強く求められており、プラズマ発生用電力をできるだけ下げることが要望されている。後記する圧力依存エッチレート実験（実施例１，２）に示すとおり、１００Ｐａ以下にて供給されるＮＦ₃ガス（クリーニング用ガス）に対しては、２５００Ｗの低電力においてもクリーニング速度の低下が生じないという測定結果が得られた。また、後記する濃度依存エッチレート実験（実施例３）に示すとおり、ＮＦ₃ガスにアルゴン（Ａｒ）を１０％添加して１００Ｐａにて供給されるクリーニング用ガスに対しては、２９００Ｗの低電力においてもクリーニング速度の低下が生じないという測定結果が得られた。したがって、これらの実験結果から、１００Ｐａ以下にて供給されるクリーニング用ガスに対しては、プラズマ発生手段３２は、３０００ワット未満の高周波電力を供給することとした。

ここで、リモートプラズマ源３０の一例を図２に示す。リモートプラズマ源３０は、図２に示すように、プラズマ発生部（放電室）３１と、プラズマ発生手段３２とを備え、プラズマ発生手段３２は、高周波コイル３２１と、高周波電源ユニット３２２と、変換アダプタ３２３とを主たる構成要素として備えている。

プラズマ発生部３１は、円筒状で外周に高周波コイル３２１が巻き付けられたセラミックス製の反応管である。この例では、プラズマ発生部３１をアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックチューブで構成した。

高周波コイル３２１は、当該高周波コイル３２１に高周波電流を流すことで電磁誘導によって生じる磁場により、プラズマ発生部３１内にプラズマを発生させる。または高周波電圧を印加することによって生じる高周波電界によりプラズマを生成することもできる。この高周波コイル３２１は、プラズマ発生部３１の外周面から所定距離離間した位置に、プラズマ発生部３１の上流から下流に向かってプラズマ発生部３１の外周面上に沿って螺旋状に巻き付けられている。この高周波コイル３２１は例えば銅製の管であり、管の内部には、冷却水を挿通させる冷却路が形成されている。

高周波電源ユニット３２２は、例えば数ＭＨｚの図示しない高周波電源とマッチングボックスとを備え、この高周波電源からマッチングボックスを介して高周波コイル３２１と接続され、高周波コイル３２１に流される電流の制御を行うものである。変換アダプタ３２３は、交流電源を直流電源に変換し、高周波電源ユニット３２２に供給するものである。

図１に戻って、リモートクリーニングシステムの構成の説明を続ける。
リモートプラズマ源３０は、導管３３を介して、クリーニング用ガス供給システム３４に接続されている。
クリーニング用ガス供給システム３４は、クリーニング用ガスをリモートプラズマ源３０に供給するものであり、図示は省略するが、クリーニング用ガス供給源と、このクリーニング用ガス供給源からリモートプラズマ源３０へのガスの流れを制御する制御手段とを備えている。クリーニング用ガス供給システム３４は、オペレータが選択した流量でクリーニング用ガスをその供給源からリモートプラズマ源３０に供給することができる。

クリーニング用ガスは、９０％以上の濃度のフッ素またはフッ素化合物ガスである。ここで、フッ素またはフッ素化合物ガスは、ＣＦ₄（四フッ化メタン）やＣ₂Ｆ₆（六フッ化エタン）でも採用可能であるが、ＮＦ₃，Ｃ₃Ｆ₈，ＣＯＦ₂，Ｆ₂のいずれかであることが好ましい。

前記クリーニング用ガスとしてのフッ素化合物ガス等の地球温暖化係数（ＧＷＰ：Global Warming Potential）を単純に比較すると、例えば、ＮＦ₃（三フッ化窒素）のＧＷＰ値は、他のフッ素化合物ガスの１つであるＣＦ₄（四フッ化メタン）のＧＷＰ値の２倍近い値であるが、寿命年数はおよそ７０分の１である。

また、Ｃ₃Ｆ₈（八フッ化プロパン）のＧＷＰ値は、ＣＦ₄（四フッ化メタン）のＧＷＰ値の１．５倍ほどの値であるが、寿命年数はおよそ２０分の１である。
ＣＯＦ₂（フッ化カルボニル）のＧＷＰ値は１であり、ＮＦ₃の約１万分の１なので、ＮＦ₃（三フッ化窒素）の代替ガスとしても好ましい。
Ｆ₂（フッ素ガス）のＧＷＰ値は０なので好ましい。
本実施形態のリモートクリーニング方法を使えば、後記するようにクリーニング効率が上がるので、これらのクリーニング用ガスの消費量を減らすことができ、温暖化防止の観点からも、大きな効果がある。

ここで、フッ素系ガスの流量を増やしていくと、条件によっては、リモートプラズマ源３０においてプラズマの状態が不安定になる場合がある。この不安定性を抑制するために、適当な非反応性ガスとして、例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）あるいはキセノン（Ｘｅ）ガスを添加することが非常に有効であることが経験上知られている。したがって、このクリーニング用ガスに、前記した希ガスを添加するようにしてもよい。その場合、後記する濃度依存エッチレート実験に示すように、１０％以下の濃度で添加することが好ましい。

［リモートクリーニング方法の手順］
事前にＣＶＤ装置１において、まず、ＣＶＤチャンバ１０にリモートプラズマ源３０を接続する。このとき、導管２９によって、リモートプラズマ源３０のプラズマ発生部３１を、プラズマがＣＶＤチャンバ１０に拡散してＣＶＤチャンバ１０内の構成備品や基板に有害な影響を与えない程度に離間させて配設する。そして、リモートプラズマ源３０とクリーニング用ガス供給システム３４とを接続する。なお、クリーニング用ガス供給システム３４に接続した後でリモートプラズマ源３０をＣＶＤチャンバ１０に接続してもよい。

ここで、プラズマがＣＶＤチャンバ１０内に拡散しているか否かは、ＣＶＤチャンバ１０の壁面に設けられた図示しないビューポート（のぞき窓）から、発光部の状態を目視観察して判断することができる。より詳細には、想定される様々な条件において、リモートクリーニングを実際に行い、ＣＶＤチャンバ１０の内部の構成部品のダメージや、シリコンウェーハなどの基板のダメージを測定する実験を行い導管２９の長さを決定する。その後、異常が無いかの確認をビューポートからの目視で行う。なお、その他の確認方法として、ＣＶＤチャンバ１０内でイオンからの発光が無いことを発光分光器で観測する方法もある。

各装置の接続が完了した後、所定の真空度のＣＶＤチャンバ１０内に基板１３をセットし、ＣＶＤ用ガス供給システム２１から原料ガスをＣＶＤチャンバ１０に供給すると共に、ＲＦ電源１８からマッチング回路１９を介して高周波出力を上部電極１１に供給し、所定のチャンバ圧力、基板温度、原料ガス流量の条件で、上部電極１１と下部電極１２との間にプラズマを発生させて、基板１３上にシリコン化合物を堆積するプロセスを行う。

そして、予め定められた枚数の基板に、シリコン化合物を堆積するプロセスを行った後、ＣＶＤチャンバ１０内の残余のガスを抜き、このＣＶＤチャンバ１０のクリーニングを下記ステップＳ１〜Ｓ３の手順で行う。ます、ＤＰ２５等によって減圧された１００Ｐａ以下の圧力下で、クリーニング用ガス供給システム３４から、クリーニング用ガスとして９０％以上の濃度のフッ素またはフッ素化合物ガスを１００Ｐａ以下の圧力でリモートプラズマ源３０のプラズマ発生部３１に供給する（ステップＳ１）。そして、リモートプラズマ源３０にて、プラズマ発生手段３２からプラズマ発生部３１に高周波電力を供給し、１００Ｐａ以下の圧力および所定のクリーニングガス流量の条件で、プラズマ発生部３１にプラズマを発生させて、フッ素またはフッ素化合物ガスからフッ素活性種を生成する（ステップＳ２）。なお、ステップＳ１にてクリーニング用ガスの供給を開始した後、ステップＳ１とステップＳ２とは並列に行う。

そして、リモートプラズマ源３０にて生成したフッ素活性種を導管２９を介してＣＶＤチャンバ１０内に導入して内部をクリーニングする（ステップＳ３）。ＣＶＤチャンバ１０は、ＡＰＣ２３にて圧力制御され、その排ガスは、排気管２６から排ガス処理装置２７に導入される。なお、ガス分析装置２８にて排ガス中のガス成分濃度は調査される。

以上がチャンバクリーニングの主な処理手順である。より具体的には、基板１３に例えばＳｉ₃Ｎ₄を製膜した後でクリーニングを行うときには、クリーニング用ガスから生成されたフッ素活性種であるＦラジカルが、ＣＶＤチャンバ１０の内側壁等に残ったＳｉ₃Ｎ₄をエッチング除去する。このクリーニング中（堆積物のエッチング中）には、前記した式（１）で表される反応によって反応生成物として、揮発性化合物である四フッ化珪素（ＳｉＦ₄）が発生する。すなわち、ＳｉＦ₄の発生量はエッチング量（クリーニング速度）と比例しているので、排ガス中の反応生成物であるＳｉＦ₄ガスの発生濃度によってエッチレート（クリーニング速度）を相対的に評価することができる。したがって、後記する実験では、クリーニング速度は、ＣＶＤチャンバ１０内に堆積したＳｉ₃Ｎ₄膜がエッチングされて生成する反応生成物であるＳｉＦ₄ガスの量で相対的に評価している。

本実施形態によれば、ＣＶＤチャンバ１０をクリーニングする際、リモートプラズマ源３０で生成するプラズマがＣＶＤチャンバ１０に拡散しない程度にプラズマ発生部３１を放した状態でかつ比較的低パワーにおいてもクリーニングレートを損なわずにチャンバクリーニングができる。また、本実施形態によれば、リモートプラズマ源３０にてＲＦ電力によりプラズマを発生させ、かつ、１００Ｐａ以下の減圧下で導入したフッ素化合物ガスからプラズマによりフッ素活性種を生成して、導管２９を介してＣＶＤチャンバ１０に導入して堆積物をエッチング除去するので、従来よりも格段に少ない電力で、かつ少ないフッ素化合物ガス供給量でクリーニングを実施することができる。これにより低コストでかつ地球温暖化に対するインパクトの少ないプロセスを提供することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲で実施することができる。例えば、ＣＶＤチャンバ１０に堆積するシリコン化合物の具体例として窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）をエッチング除去するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、シリコン化合物は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）等でもよい。

本発明を評価するために本実施形態に係る堆積チャンバのリモートクリーニング方法によって実際にプラズマＣＶＤ装置のＣＶＤチャンバを様々な条件でクリーニングし、反応生成ガスの量を測定し、クリーニング速度（クリーニングレート）を算出した。
ここでは、まず、クリーニングレートの圧力依存性を調べるために圧力依存エッチレート実験を行い、次いで、クリーニングレートのクリーニングガス濃度依存性を調べるために濃度依存エッチレート実験を行った。

［前提条件および使用機材］
各実験では、図１に例示するＣＶＤ装置１として２００ｍｍシリコンウェーハ用のプラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉ₃Ｎ₄の製膜を行った後に、リモートプラズマ源３０として、ランドマークテクノロジー社製プラズマ発生装置ＬＳ４０００を利用してリモートクリーニングを行った。

（圧力依存エッチレート実験）
＜堆積条件＞
被クリーニングチャンバ（堆積チャンバ）は、次の条件によりＳｉ₃Ｎ₄を堆積するプロセスを行った。すなわち、ＣＶＤチャンバ１０に供給した原料ガスの種類および流量は以下の通りである。モノシランガス（ＳｉＨ₄）を流量２２０ｓｃｃｍ、アンモニアガス（ＮＨ₃）を流量４００ｓｃｃｍ、窒素ガス（Ｎ₂）を流量１５００ｓｃｃｍでそれぞれＣＶＤチャンバ１０に供給した。なお、ｓｃｃｍは、standard cc per minを示し、０℃，１気圧の条件で１分間当たりのｃｃで表した流量単位である。
その他の条件としては、ＣＶＤチャンバ１０の圧力は４００Ｐａに維持した。
また、ＲＦ電源１８は、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を１２００Ｗ印加しプラズマを発生させた。基板１３の温度は３００Ｋに設定した。なお、Ｓｉ₃Ｎ₄膜の製膜条件は、これらの条件に限定されるわけではなく、例えば、原料ガスの種類として、モノシラン＋ヘリウム＋窒素によっても形成することができる。

＜堆積とクリーニングとの間に行った処理＞
前記した堆積条件でＳｉ₃Ｎ₄膜を堆積させた後、原料ガスをＣＶＤチャンバ１０内から完全に除去するため真空排気した後、Ｎ_２ガスを流量２０００ｓｃｃｍ、圧力１００Ｐａの条件で３０分間流した。

＜クリーニング条件＞
クリーニング用ガスとして三フッ化窒素ガス（ＮＦ₃）を流量１８００ｓｃｃｍでリモートプラズマ源３０のプラズマ発生部３１に供給し、リモートプラズマ源３０のプラズマ発生手段３２にてＲＦ電力２５００Ｗにてプラズマを発生させた。
このとき、他の条件としては、プラズマ発生部３１の中心とＣＶＤチャンバ１０の中心との距離を９００ｍｍ、導管２９の内径を５０ｍｍとした。

＜実験方法＞
ＣＶＤチャンバ１０内に堆積したＳｉ₃Ｎ₄膜がエッチングされて生成する反応生成物である四フッ化珪素（ＳｉＦ₄）ガスの量を測定した。
プラズマ発生部３１の圧力を様々な値に変化させたときに、同様な測定を行った。ここでは、主な測定点として、７５Ｐａ（実施例１），１００Ｐａ（実施例２），１６０Ｐａ（参考例１），２００Ｐａ（参考例２），３００Ｐａ（参考例３）の各圧力にて測定した結果を図３にプロットした。

＜評価方法＞
クリーニング速度（クリーニングレート）は、ＣＶＤチャンバ１０内に堆積したＳｉ₃Ｎ₄膜がエッチングされて生成する反応生成物である四フッ化珪素（ＳｉＦ₄）ガスの量で相対的に評価した。つまり、反応生成物であるＳｉＦ₄の濃度からクリーニングレートを計算で求めた。

＜測定結果＞
測定結果を図３のグラフに示す。
図３のグラフにおいて、横軸はプラズマ発生部３１の圧力をＰａの単位で示し、縦軸は任意単位（ａ．ｕ．：arbitrary units）でクリーニングレートを示している。
図３に示すように、圧力３００Ｐａの場合、クリーニングレートは任意単位で２０５０であった。この圧力（３００Ｐａ）を基準にして１００Ｐａ低下させた場合（圧力２００Ｐａの場合）、クリーニングレートは約６０％上昇して任意単位で３２５０であった。
この圧力（２００Ｐａ）を基準にして４０Ｐａ低下させた場合（圧力１６０Ｐａの場合）、クリーニングレートは約２％上昇して任意単位で３３２０であった。
この圧力（１６０Ｐａ）を基準にして６０Ｐａ低下させた場合（圧力１００Ｐａの場合）、クリーニングレートは約１２％上昇して任意単位で３７２０であった。
この圧力（１００Ｐａ）を基準にして２５Ｐａ低下させた場合（圧力７５Ｐａの場合）、クリーニングレートは約１００％上昇して任意単位で約２倍の７５００であった。
以上の測定結果から、圧力依存エッチレート実験では、圧力が１００Ｐａ以下で急激にエッチレート（クリーニングレート）が上昇することが分かる。

＜比較例＞
実施例１，２および各参考例と比較するために比較例として、ＮＦ₃流量と、圧力と、ＲＦ電力の各条件を、クリーニング条件として通常良く用いられる値にそれぞれ変更して同様の測定を行った。比較例の条件は、ＮＦ₃流量２０００ｓｃｃｍ、圧力２０００Ｐａ、ＲＦ電力５０００Ｗとした。実施例１，２および各参考例と同一測定系を利用して、この比較例の条件において測定したときの反応生成物であるＳｉＦ₄の濃度から計算で求めたクリーニングレートは、任意単位で２３００であった。

＜比較例との対比＞
実施例１（圧力７５Ｐａ）の場合、ＮＦ₃流量１８００ｓｃｃｍ、ＲＦ電力２５００Ｗの条件としたときのクリーニングレートは、任意単位で７５００であった。
したがって、実施例１において７５Ｐａにすることで、比較例の５０％のＲＦ電力、かつ、比較例の９０％のＮＦ₃使用量（流量）で、約３．２倍のクリーニングレートが得られた。例えると、比較例で示す従来の方法でクリーニングに１０分間要すると仮定すると、３分でクリーニングできることを意味する。すなわち、実施例１の測定結果は、低い消費電力で短時間でクリーニングが終了することを示し、従来と比して十分低コストのクリーニングを実現することができると結論付けられる。
また、実施例２（圧力１００Ｐａ）の場合には、比較例の５０％のＲＦ電力、かつ、比較例の９０％のＮＦ₃使用量で、約１．６倍のクリーニングレートが得られた。
なお、参考例１（１６０Ｐａ）または参考例２（２００Ｐａ）の場合には、比較例の５０％のＲＦ電力、かつ、比較例の９０％のＮＦ₃使用量で、約１．４倍のクリーニングレートが得られた。

（濃度依存エッチレート実験）
濃度依存エッチレート実験は、クリーニング用ガスの濃度を変化させた点以外は、圧力依存エッチレート実験と同様なので、詳細な説明は省略し、異なる点について説明する。
クリーニング用ガスにアルゴン（Ａｒ）を添加する場合について、Ａｒ濃度０〜４１％の範囲の様々な値でＮＦ₃ガスを用いて測定した。

＜クリーニング条件＞
アルゴン（Ａｒ）を添加または無添加のＮＦ₃ガスを、流量４０００ｓｃｃｍでリモートプラズマ源３０のプラズマ発生部３１に供給し、リモートプラズマ源３０のプラズマ発生手段３２にてＲＦ電力２９００Ｗにてプラズマを発生させた。また、他の条件としては、クリーニングガスを１００Ｐａの圧力でリモートプラズマ源３０のプラズマ発生部３１に供給した。

＜測定評価方法＞
前記した測定方法、評価方法以外に、プラズマの不安定性を調べた。具体的には、リモートプラズマ源３０で生成したプラズマ発光状態が時間的に変動したり、プラズマ吹き出し口付近に異常な放電が見られた場合にプラズマが不安定であると判断した。なお、プラズマの発光状態や異常放電の有無は、ＣＶＤチャンバ１０の壁面に設けられた図示しないビューポート（のぞき窓）から、発光部の状態を目視観察して判断することができる。

測定結果を図４のグラフに示す。図４のグラフにおいて、横軸はアルゴン含有率を％で示し、縦軸は任意単位（ａ．ｕ．）でクリーニングレートを示している。なお、主な測定点のみをプロットして説明する。

＜測定結果＞
図４に示すように、例えばＡｒ濃度０％（濃度１００％のＮＦ₃）の場合（実施例３）、クリーニングレートは任意単位で３４７０であった。
Ａｒ濃度１５％（濃度８５％のＮＦ₃）の場合（参考例３）、クリーニングレートは無添加の場合に比べて約９％下降して任意単位で３１５０であった。
Ａｒ濃度２６％（濃度７４％のＮＦ₃）の場合（参考例４）、クリーニングレートは無添加の場合に比べて約１４％下降して任意単位で３０００であった。
Ａｒ濃度４１％（濃度５９％のＮＦ₃）の場合（参考例５）、クリーニングレートは無添加の場合に比べて約１７％下降して任意単位で２８７０であった。

図４に示す結果より、濃度依存エッチレート実験では、Ａｒ添加によりクリーニングレートは単調減少することが分かった。つまり、Ａｒはクリーニングガスを希釈するだけでクリーニングレートを向上させる効果がなかった。したがって、クリーニングレートを高く維持するにはＡｒガスの添加量はなるべく少ないことが望ましい。

一方、プラズマの不安定性を調べる実験からは、Ａｒ添加量を徐々に増加させていったときにＡｒ濃度３％でプラズマを安定化させることができた。その後もＡｒ添加量を徐々に増加させていったところ、多くても１０％の添加で十分な安定化が図れることが分かった。図４に示すグラフから、Ａｒ濃度１０％によるクリーニングレートは、任意単位で３２６０であって、クリーニングレートは無添加の場合に比べて約６％下降する程度の許容できる範囲に収まっている。

１ ＣＶＤ装置
１０ ＣＶＤチャンバ（堆積チャンバ）
１１ 上部電極
１２ 下部電極
１３ 基板
１４ 基板搬送装置
１５ ゲートバルブ
１６ 基板温度制御器
１７ 穴
１８ ＲＦ電源
１９ マッチング回路
２０ 原料ガス吸気口
２１ ＣＶＤ用ガス供給システム
２２ 排気口
２３ ＡＰＣ
２４ ＭＢＰ
２５ ＤＰ
２６ 排出管
２７ 排ガス処理装置
２８ ガス分析装置（ＦＴ−ＩＲ）
２９ 導管
３０ リモートプラズマ源
３１ プラズマ発生部（放電室）
３２ プラズマ発生手段
３２１ 高周波コイル
３２２ 高周波電源ユニット
３２３ 変換アダプタ
３３ 導管
３４ クリーニング用ガス供給システム

Claims (5)

1. シリコン化合物を堆積するプロセスを行った堆積チャンバをリモートプラズマ源を用いてクリーニングするために、前記リモートプラズマ源のプラズマ発生部が発生させるプラズマが前記堆積チャンバに拡散して前記堆積チャンバ内の構成備品や基板に有害な影響を与えない程度に前記プラズマ発生部を前記堆積チャンバから離間させて配設したリモートクリーニングシステムにおける堆積チャンバのリモートクリーニング方法であって、
   クリーニング用ガスとして９０％以上の濃度のフッ素またはフッ素化合物ガスを１００Ｐａ以下の圧力で前記リモートプラズマ源のプラズマ発生部に供給するステップと、
   前記リモートプラズマ源にて高周波電力を供給し前記プラズマ発生部にプラズマを発生させて前記１００Ｐａ以下の圧力下で前記フッ素またはフッ素化合物ガスからフッ素活性種を生成するステップと、
   前記リモートプラズマ源にて生成したフッ素活性種を前記堆積チャンバ内に導入して内部をクリーニングするステップと、
   を含むことを特徴とする堆積チャンバのリモートクリーニング方法。
2. 前記クリーニング用ガスのフッ素またはフッ素化合物ガスは、ＮＦ₃，Ｃ₃Ｆ₈，ＣＯＦ₂，Ｆ₂のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の堆積チャンバのリモートクリーニング方法。
3. 前記クリーニング用ガスは、１０％以下の濃度のＡｒ、ＨｅまたはＸｅを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の堆積チャンバのリモートクリーニング方法。
4. 絶縁体で囲まれた放電室とその外側に配置されたＲＦ電力供給部品とを備えるリモートプラズマ源を用いて、シリコン化合物を堆積するプロセスを行った堆積チャンバをクリーニングするために、前記リモートプラズマ源の放電室が発生させるプラズマが前記堆積チャンバに拡散して前記堆積チャンバ内の構成備品や基板に有害な影響を与えない程度に前記放電室を前記堆積チャンバから離間させて配設したリモートクリーニングシステムにおける堆積チャンバのリモートクリーニング方法であって、
   クリーニング用ガスとして９０％以上の濃度のフッ素またはフッ素化合物ガスを１００Ｐａ以下の圧力で前記リモートプラズマ源の放電室に供給するステップと、
   前記リモートプラズマ源にて前記ＲＦ電力供給部品によって前記放電室に高周波電力を供給し前記放電室にプラズマを発生させて前記１００Ｐａ以下の圧力下で前記フッ素またはフッ素化合物ガスからフッ素活性種を生成するステップと、
   前記リモートプラズマ源にて生成したフッ素活性種を前記堆積チャンバ内に導入して内部をクリーニングするステップと、
   を含むことを特徴とする堆積チャンバのリモートクリーニング方法。
5. 前記フッ素活性種を生成するステップは、
   ３０００ワット未満の高周波電力を供給してプラズマを発生させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の堆積チャンバのリモートクリーニング方法。

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