JP2556297B2

JP2556297B2 - プラズマ気相成長装置

Info

Publication number: JP2556297B2
Application number: JP6133489A
Authority: JP
Inventors: 博之名取
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1996-11-20
Anticipated expiration: 2011-11-20
Also published as: JPH088189A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ気相成長装置
に関し、特に反応チャンバー内をクリーニングする機能
をもつプラズマ気相成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラズマ気相成長装置では、半導
体基板であるウェーハに成膜するときにウェーハが成膜
されると同時に反応チャンバ内に成膜物質が付着する。
この反応チャンバに付着した物質が次の成膜時にウェー
ハの成膜を汚染し膜質の異常をもたらすことになる。従
って、成膜後の反応チャンバー内をクリーニングする必
要があった。しかしながら、このクリーニングは装置の
稼働率を低下させるものであって、如何に短時間で効率
的に行なうかが重要な問題となってきた。

【０００３】図３は従来の一例を示すプラズ気相成長装
置の模式断面図である。このクリーニング方法の一例と
して、例えば、図３に示すプラズマ気相成長装置では、
まず、上部電極２４と下部電極２３の間にＲＦ電源２５
により高周波電力を印加させプラズマを発生させてウェ
ーハ２１上に成膜し、その後、下部電極２３上からウェ
ーハ２１を取外し、再度、チャンバー２２を真空排気し
てから下部電極２３と上部電極２４の間に高周波電力を
印加させ再度プラズマを発生させチャンバー２２をクリ
ーニングしていた。

【０００４】しかし、このクリーニング方法であると、
成膜後、チャンバー２２を大気に戻しウェーハ２１を取
除いてから、再度真空排気しプラズマ発生させことにな
り、成膜後直ちにクリーニングする場合に比べると、倍
の時間を浪費することになる。この無駄な時間を省いて
クリーニングできる手段をもつプラズマ気相成長装置
が、特開昭６３−１４８６２１号公報に開示されてい
る。

【０００５】図４はプラズマ気相成長装置の他の例にお
ける反応炉内の構造を示す斜視図、図５は成膜時におけ
る図４の電極とサセプターの位置関係を示す図、図６は
クリーニング時における図４の電極とサセプターの位置
関係を示す図である。このクリーニング時間の短縮を図
ったプラズマ気相成長装置は、図４に示すように、上部
の電極２４ａと下部電極であるサセプター２９との間を
移動する支持軸２８に放射状に取付けらた複数のウェー
ハカバー２６を設けている。

【０００６】そして、ウェーハ２１に成膜するときは、
図５に示すように、支持軸２８を上昇させてウェーハカ
バー２６を電極２４ａの高さ位置まで引き上げ、サセプ
ター２９上のウェーハ２１を反応炉２７内の環境雰囲気
にさらす。その状態でＲＦ電源２５により高周波電力を
印加しプラズマを発生させ成膜する。次に、クリーニン
グの際には、図６に示すように、ウェーハカバー２６が
電極２４ａより離れて降下させ、ウェーハ２１の個々を
ウェーハカバー２６で覆い、各ウェーハ２１はウェーハ
カバー２６により反応炉２７内の環境雰囲気から隔離さ
れた状態でプラズマを発生させクリーニングを行なって
いた。

【０００７】このように、このプラズマ気相成長装置で
は、クリーニング時にはウェーハ２１をウェーハカバー
２６で覆い、反応炉２７内の環境雰囲気からウェーハ２
１を隔離しウェーハにダメージを与えず反応炉２７内を
クリーニングできることから、ウェーハ２１の取出して
再度真空排気することが不要となり、作業時間の短縮と
作業の簡素化が同時に図れることを特徴としていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
プラズマ気相成長装置では、クリーニング時にウェーハ
カバーで覆われたウェーハにダメージを与えずに下部電
極であるサセプターの露呈した面の膜を除去できるもの
の、このプラズマイオンによる面削りは面内で一様に行
なわれず下部電極は表面に凹凸を生じさせる。そして、
クリーニング回数を重ねる内にその凹凸が大きくなる。
通常、ウェーハを反応に必要な温度に加熱するのに抵抗
加熱ヒータあるいはＩＲランプなどによって行なわれる
が、いずれの加熱手段を用いるにしても、加熱はサセプ
ターであるウェーハ保持側電極表面を通して熱伝導によ
りウェーハに行なわれるので、電極表面に凹凸が生ずる
ことは、ウェーハに伝わる熱の不均一性をもたらすこと
になる。

【０００９】従って、従来、この凹凸度を監視しこの凹
凸度が規定値を超えた場合は、新たに電極を交換するこ
とで対処してきた。しかしながら、この対処の仕方は、
メンテナンス頻度が多くなり、その結果、ランニングコ
ストが高くなるばかりか、装置の稼働率を低下させる問
題がある。

【００１０】また、ウェーハ上への成膜後に、電極上に
ウェーハを残したままウェーハを覆うべくウェーハカバ
ーをかけても、エッチングガスのプラズマの雰囲気であ
る反応チャンバー内にある限り、ウェーハカバーにより
ウェーハを完全に覆っても、エッチングガスがウェーハ
カバー内に進入しウェーハにダメージを与えることは否
めない。

【００１１】さらに、成膜後にクリーニングしてもサセ
プター上の膜が完全に除去できず、ウェーハカバーで覆
われたウェーハの周囲部のサセプター上にリング状の膜
が残る。そして、このリング状の膜は成膜とクリーニン
グを繰返している内に積み重なり厚く形成される。この
ように局部的に厚く形成されたリング状の膜は、ウェー
ハカバーをウェーハに覆うとき、ウェーハカバーのエッ
ジとの接触により剥され微粉となって飛び散る。この微
粉がウェーハに付着し品質に重大な欠陥をもたらすとい
う問題がある。

【００１２】従って、本発明の目的は、ウェーハへの損
傷や汚染させることなく稼働率の高く安価な運用コスト
で稼働できるプラズマ気相成長装置を提供することであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、チャン
バー内の上部電極に対向して配置され半導体基板である
ウェーハを保持する載置面をもつウェーハ保持電極と、
前記上部電極に対向する対向面を有するとともに前記ウ
ェーハ保持電極の前記載置面より前記対向面を露呈させ
たり前記対向面を前記載置面より下方に配置され該載置
面部材により遮蔽されるクリーニング用電極と、このク
リーニング電極または前記ウェーハ保持電極との高周波
電源の接続を任意に切替える電源切替器と、前記チャン
バーと隣接しゲートバルブを介して取付けられる準備室
とを備えるプラズマ気相成長装置である。

【００１４】また、前記ウェハー保持電極および前記ク
リーニング電極のいずれかの一方が等分に二分割される
例えば円筒状の箱状部材であるとともに他方が前記箱状
部材に入り得る例えば円板状の板状部材であり、二分割
された前記箱状部材を互に引離したり当接させたりする
第１の駆動機構と、前記板状部を上下動させる第２の駆
動機構とを備えることが望ましい。

【００１５】

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１６】図１（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施
例を示すプラズマ気相成長装置の成膜時とクリーニング
時の断面図である。このプラズマ気相成長装置は、図１
に示すように、上部電極４に対向するウェーハ２１の載
置面１ａをもつ板状のウェーハ保持電極４と、このウェ
ーハ保持電極３を支持軸７を介して上下動させる駆動機
構９と、下降したウェーハ保持電極３を隙間なく囲むと
ともに上昇したウェーハ保持電極３の下面に上部電極４
に対向する対向面１ｂが覆われる二つ割りの箱状のクリ
ーニング電極２ａ，２ｂと、この二つ割りのクリーニン
グ電極２ａ，２ｂを分離させたり支持軸７を介して隙間
なく接合させたりするために支持軸５ａ，５ｂを介して
クリーニング電極２ａ，２ｂを移動させる駆動機構８
ａ，８ｂと、高周波電源であるＲＦ電源部の電力印加を
ウェーハ保持電極３またはクリーニング電極２ａ，２ｂ
のいずかに切替える切替スイッチ６と、チャンバー１に
隣接しゲートバルブ１４を介して取付けられる準備室１
１とを備えている。

【００１７】ウェーハ保持電極３は、例えば、円形状の
ウェーハ２１と相似のアルミニウム製のような軽く導電
性のある円板であることが望ましい。特に、枚様式のも
のであれば、一枚のウェーハ２１より稍大きめの円板で
良い。また、バッチ式であれば、載置されるウェーハの
枚数に応じて大きさのもつ正方形の板にすれば良いかも
しれない。いずれにしてもこのウェーハ保持電極３の形
状は乗せるウェーハの枚数に応じて出来るだけ小さくな
るように形状を決めるべきである。

【００１８】また、等分に二分割されたクリーニング電
極２ａ，２ｂの形状は、ウェーハ保持電極３が入り得る
ように相似の形状にすべきである。さらに、成膜時にク
リーニング電極２ａ，２ｂとウェーハ保持電極３との間
で短絡しないように、ウェーハ保持電極３のクリーニン
グ電極と接する裏面と支持軸７とには絶縁部材を設ける
ことが望ましい。

【００１９】クリーニング電極２ａ，２ｂは左右方向に
移動可能であって、駆動機構８ａ，８ｂにより移動して
当接することで、円板状のウェーハ保持電極３を完全に
包むコップ状のものとなる。すなわち、このコップ状の
クリーニング用電極１４内部にウェハー保持電極１１が
収納可能な空間が設けられることになる。そして、これ
らクリーニング電極２ａ，２ｂはウェーハ保持電極３と
同様の材料で製作してある。

【００２０】ウェーハ２１への成膜時及びプラズマクリ
ーニング時にプラズマを発生させるためのＲＦ電源１０
は、一方をアース電位である上部電極４に他方をウェー
ハ保持電極３あるいはクリーニング用電極２ａ，２ｂに
切替電スイッチ６を介して接続されている。

【００２１】駆動機構８ａ，８ｂおよび９は、同様の機
構であって、支持軸５ａ，５ｂおよび７の後端に接続さ
れた送りねじに噛み合っているナットを回転することで
支持軸５ａ，５ｂおよび９の移動を行なっている。

【００２２】準備室１１は成膜後のウェーハ２１を退避
させるための部屋であり、チャンバー１にウェーハ２１
を入れる前のウェーハ２１を待機するための部屋でもあ
る。そして、チャンバー１と準備室１１との間はゲート
バルブ１４で仕切られている。また、この準備室１１の
中には、ウェーハ２１の側面を掴み準備室１１内とチャ
ンバー１内との間を移動しウェーハ２１を運搬するピッ
クアップ１５が備えられている。

【００２３】次に、このプラズマ気相成長装置の動作を
説明する。まず、ゲートバルブ１４を閉じた状態でチャ
ンバー１を真空排気する。次に、チャンバー１が所定の
真空度に達したら、予め真空排気された準備室１１から
ピックアップ１５によりウェーハ２１をウェーハ保持電
極２ａ，２ｂの載置面１ａに載置する。そして、ゲート
バルブが閉じられガス導入口１２から反応ガスを導入し
排気口１３から排気しながらガス圧を一定に保つ、次
に、ＲＦ電源部１０を切替スイッチ６によりウェーハ保
持電極３側へ切替えられ、プラズマが発生させられる。
そして、ウェーハ２１に所望の膜が形成される。

【００２４】次に、チャンバー１内のガスの導入を停止
し残余ガスが排気されてから、ゲートバルブ１４が開け
られ、成膜後のウェーハ２１はピックアップ１５により
準備室１１へ移動させ、準備室１１の載置ステージに仮
置きする。次に、再びゲートバルブ１４が閉じ、真空状
態が維持されたチャンバー１内のクリーニング電極２
ａ，２ｂは、駆動機構８ａ，８ｂによりング用電極１４
を左右に開き、ウェーハ保持電極３は駆動機構９により
下方に下げる。そして、クリーニング電極２ａ，２ｂは
再び駆動機構８ａ，８ｂにより閉じ、ウェーハ保持電極
３をクリーニング電極２ａ，２ｂの空間内に閉じ込め
る。

【００２５】次に、ガス導入口１２からＣ₂Ｆ₆，Ｏ₂
などのガスを導入し排気口１３で排気しながらガス圧を
一定にする。そして、ＲＦ電源部１０を切替スイッチ６
によりクリーニング用電極２ａ，２ｂ側へ切替える。こ
のことによりプラズマが発生させられチャンバー１内は
プラズマクリーニングされる。

【００２６】勿論、クリーニング電極２ａ，２ｂ内に収
納されたウェーハ保持電極３はプラズマイオンによるダ
メージは受けない。何故ならば、クリーニング電極２
ａ，２ｂ内の圧力とチャンバー１の圧力が同じで差圧が
生じることがなく、しかも、チャンバー１の底壁とクリ
ーニング電極２ａ，２ｂとの隙間およびクリーニング電
極２ａ，２ｂの合せ目の隙間が小さく、ガスがクリーニ
ング電極２ａ，２ｂ内に侵入することがないからであ
る。なお、ウェーハ保持電極３の側面に成膜された膜が
ウェーハ保持電極３の上下動により剥れウェーハを汚染
する懸念があるが、再度、必要に応じてウェーハ保持電
極３のみをクリーニング電極２ａ，２ｂより突き出して
プラズマクリーニングすれば実用上問題とはならない。

【００２７】図２（ａ）および（ｂ）は図１のプラズマ
気相成長装置の変形例における成膜時とクリーニング時
の断面図である。このプラズマ気相成長装置は、図２に
示すように、前述の実施例とは逆に、ウェーハ保持電極
３ａ，３ｂを二分割し、駆動機構８ａ，８ｂにより左右
に移動できるようにし、クリーニング電極２を一体の円
板上にし、駆動機構９により上下動できるようにしたこ
とである。それ以外は前述の実施例と同じである。ま
た、この実施例では、ウェーハ保持電極３ａ，３ｂとク
リーニング電極２との絶縁を図るために、クリーニング
電極２の裏面と支持軸の首下に絶縁部材を貼り付けるこ
とが望ましい。

【００２８】このプラズマ気相成長装置は、成膜時に
は、ウェーハ保持電極３ａ，３ｂの内部にクリーニング
電極２を収納しプラズマを発生させウェーハ２へ成膜す
る。プラズマクリーニング時には、クリーニング電極２
をウェーハ保持電極３ａ，３ｂの外側に出し、ウェーハ
保持電極３ａ，３ｂの載置面１ａをクリーニング電極２
でおおうことである。

【００２９】この実施例では上下動するクリーニング電
極２の側面が成膜されないので、前述の実施例のよう
に、ウェーハ保持電極３のように側面に成膜されるのに
比べて、成膜が剥れウェーハ２１を汚染させるという懸
念が全くなくなる。それ以外の動作は前述に述べた通り
である。

【００３０】このプラズマ気相成長装置を使用すれば、
従来装置のように１回／月以上の頻度でウェーハ保持電
極を交換する必要があったものがほぼ半永久的に連続使
用することが可能になる。その結果、数十万円するウェ
ーハ保持電極の交換頻度が少なくなり数百万円以上のラ
ンニングコストの低減が可能となった。また、それにと
もない交換に必要な工数も削減することができるばかり
か、交換時間の削減により装置稼働時間の向上、すなわ
ちスループットの向上も図ることができた。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ウェーハ
をクリーニング時に退避させる準備室と、ウェーハを載
置し成膜に使用するウェハー保持電極とチャンバー内の
プラズマクリーニング時に使用するクリーニング電極と
を別々に設け、クリーニング時にクリーニング用電極に
よりウェーハ保持電極を覆う構造にすることによって、
チャンバー内のクリーニング時にウェーハ保持電極がプ
ラズマによる受けるダメージを実質的にはほとんどゼロ
にすることができ、その結果、稼働率の向上が図れると
ともに安価な運用コストで稼働できるという効果があ
る。また、クリーニング時にウェーハはチャンバーとは
隔離された別室に収納されているので、全くプラズマイ
オンに晒されることがなくウェーハの汚染あるいは損傷
の問題が解消されるという効果ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すプラズマ気相成長装置
の成膜時とクリーニング時の断面図である。

【図２】図１のプラズマ気相成長装置の変形例における
成膜時とクリーニング時の断面図である。

【図３】従来の一例を示すプラズ気相成長装置の模式断
面図である。

【図４】プラズマ気相成長装置の他の例における反応炉
内の構造を示す斜視図である。

【図５】成膜時における図４の電極とサセプターの位置
関係を示す図である。

【図６】クリーニング時における図４の電極とサセプタ
ーの位置関係を示す図である。

【符号の説明】

１，２２チャンバー１ａ載置面１ｂ対向面２，２ａ，２ｂクリーニング電極３，３ａ，３ｂウェーハ保持電極４，２４上部電極５ａ，５ｂ，７，２８支持軸６切替スイッチ８ａ，８ｂ，９駆動機構１０，２５ＲＦ電源１１準備室１２ガス導入口１３排気口１４ゲートバルブ２１ウェーハ２３下部電極２４ａ電極２６ウェーハカバー２７反応炉２９サセプター

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンバー内の上部電極に対向して配置
され半導体基板であるウェーハを保持する載置面をもつ
ウェーハ保持電極と、前記上部電極に対向する対向面を
有するとともに前記ウェーハ保持電極の前記載置面より
前記対向面を露呈させたり前記対向面を前記載置面より
下方に配置され該載置面部材により遮蔽されるクリーニ
ング用電極と、このクリーニング電極または前記ウェー
ハ保持電極との高周波電源の接続を任意に切替える電源
切替器と、前記チャンバーと隣接しゲートバルブを介し
て取付けられる準備室とを備えることを特徴とするプラ
ズマ気相成長装置。
【請求項２】前記ウェハー保持電極および前記クリー
ニング電極のいずれかの一方が等分に二分割される箱状
部材であるとともに他方が前記箱状部材に入り得る板状
部材であり、二分割された前記箱状部材を互に引離した
り当接させたりする第１の駆動機構と、前記板状部を上
下動させる第２の駆動機構とを備えることを特徴とする
請求項１記載のプラズマ数気相成長装置。
【請求項３】前記箱状部材が底をもつ円筒部材である
とともに前記板状部材が円板部材であることを特徴とす
る請求項２記載のプラズマ気相成長装置。