JP2717169B2 - プラズマ処理方法及び装置 - Google Patents

プラズマ処理方法及び装置

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JP2717169B2 JP63329945A JP32994588A JP2717169B2 JP 2717169 B2 JP2717169 B2 JP 2717169B2 JP 63329945 A JP63329945 A JP 63329945A JP 32994588 A JP32994588 A JP 32994588A JP 2717169 B2 JP2717169 B2 JP 2717169B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、プラズマ処理方法及び処理装置に関する。
(従来の技術) 従来より、半導体ウエハ等の被処理物を熱CVD処理す
る装置では、反応容器内に被処理物を収容した後、この
反応容器内に所定の種類のガスを流し加熱して被処理物
の処理が行われる。
このような熱CVD装置では、反応容器内に種々の反応
生成物が付着し例えば酸化膜の成膜処理ではSiO2、窒化
膜の成膜処理ではNH4ClやSi3N4等が次第に付着する。こ
の反応生成物の堆積量が増加すると、堆積した反応生成
物が反応容器の内壁から剥離して半導体ウエハ等の被処
理物に付着し、半導体製品の製造歩留りを悪化させる原
因となる。
そこで、定期的に反応容器等をウエット洗浄すること
が従来より行われているが、反応容器を取り外しウエッ
ト洗浄するため作業に手間がかかり、CVD装置に反応容
器を付けたままで行う洗浄方法が望まれていた。
従来行われている熱CVD装置のプラズマ処理装置の洗
浄方法は、第4図に示すように、反応容器1内に円筒状
の内部電極2を挿入し、一方反応容器1外周を円筒状の
外部電極3により覆い、ガス排気口4から図示を省略し
た真空機構により、反応容器1内を所定の真空度を保持
しながらガス導入口5からエッチングガス例えばNF3
スを導入する。この後、内部電極2と外部電極3間に高
周波電源6から高周波電力を印加し、エッチングガスを
プラズマ化して反応容器1内に付着した反応生成物をプ
ラズマエッチングして除去する。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら上述した従来のプラズマ洗浄方法では、
以下のような問題があった。
内部電極2は耐熱性金属部材から形成されているた
め、反応容器1内で生成されたプラズマがこの部材中の
金属例えばNa、K、Mg、Fe、Cu、Ni等をスパッタし、こ
れらスパッタされた金属により反応容器1内が汚染する
という問題があり、これを防ぐために内部電極2の表面
を絶縁物により被覆してもフランジ部7にプラズマが集
中し、スパッタによる不純物の汚染は防止できない。
また、従来のプラズマ洗浄方法では、外部電極3を高
周波電源6を印加するためのパワー電極として用いてい
るため、高い周波数を外部電極3に印加すると、外部電
極3からの高周波信号が反応容器1外周に周設された機
器例えばヒータ機構を通過して装置外へと漏洩し、周辺
に設置された機器例えば制御機器等の誤動作の原因とな
ることから、プラズマ発生に用いるには低い周波数例え
ば200kHz以下の周波数の電源を使用しなければならず、
従って、低エネルギーのプラズマしか得られず、エッチ
ング効率が低下するという問題があった。
これを解決するために内部電極2をパワー電極にしよ
うとすると、反応容器1の底部を密閉するフランジ部7
の電位がグランドであるため、このフランジ部7と内部
電極2間でプラズマが発生してフランジ部7がスパッタ
され、汚染の原因となるという問題があり、さらに均一
なプラズマの発生を阻害するという問題もあった。
本発明は、上述した従来の問題点を解決するためにな
されたもので、電極や反応容器内の金属部材のスパッタ
による不純物汚染がなく、さらに高エネルギーのプラズ
マを均一に発生させることができ、洗浄効率が向上する
プラズマ処理方法及び処理装置を提供することを目的と
するものである。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明のプラズマ処理方法は、熱CVD処理工程により
反応容器内壁面に付着した反応生成物をプラズマエッチ
ングして除去するプラズマ処理方法において、 前記反応容器内に、当該反応容器との間を気密に閉塞
する内部反応管を配置するとともに、当該内部反応管内
にクリーニング用の電極を配置する工程と、 前記クリーニング用の電極が配置された前記内部反応
管内を大気圧雰囲気に保持した状態で、前記反応容器と
前記内部反応管との間に、所定の真空度を保持しながら
エッチングガスを導入する工程と、 前記クリーニング用の電極に高周波電力を印加し、当
該クリーニング用の電極と、前記反応容器の外側を覆う
ように設けたアース電位とされる外部電極とによって、
前記エッチングガスをプラズマ化し、このプラズマ化さ
れたエッチングガスにより前記反応容器内壁面に付着し
た反応生成物を除去する工程とを具備したことを特徴と
する。
また、請求項2のプラズマ処理方法は、熱CVD処理工
程により反応容器内壁面に付着した反応生成物をプラズ
マエッチングして除去するプラズマ処理方法において、 前記反応容器内に、表面が絶縁材で被覆されたフロー
ティング電極を配置し、当該反応容器を気密に閉塞する
工程と、 前記フローティング電極と前記反応容器との間に、所
定の真空度を保持しながらエッチングガスを導入する工
程と、 前記反応容器の外側に対向するように設けた対をなす
電極間に高周波電力を印加し、この電極と前記フローテ
ィング電極の作用により、前記エッチングガスをプラズ
マ化し、このプラズマ化されたエッチングガスにより前
記反応容器内壁面に付着した反応生成物を除去する工程
とを具備したことを特徴とする。
また、請求項3の処理装置は、熱CVD処理工程により
被処理物にCVD処理を施すための円筒状の反応容器と、 前記反応容器内に同心的に挿入可能とされ、下端部に
設けられたフランジ部により当該反応容器との間を気密
に閉塞可能とされた内部反応管と、 大気圧雰囲気とされる前記内部反応管内に配置され高
周波電源から高周波電力が供給されるクリーニング用の
電極と、 前記反応容器の外側を覆う如く配置され、アース電位
に設定されて外部電極とを具備し、 前記クリーニング用の電極と、前記外部電極とによっ
て、前記反応容器と前記内部反応管との間に導入された
エッチングガスをプラズマ化し、このプラズマ化された
エッチングガスにより前記反応容器内壁面に付着した反
応生成物を除去するよう構成されたことを特徴とする。
また、請求項4の処理装置は、熱CVD処理工程により
被処理物にCVD処理を施すための円筒状の反応容器と、 前記反応容器内に同心的に挿入可能とされ、表面を絶
縁材で被覆されたフローティング電極と、 前記反応容器の外側に対向する如く配置され、高周波
電源から高周波電力が供給される円弧状電極とを具備
し、 前記フローティング電極と、前記円弧状電極とによっ
て、前記反応容器と前記フローティングとの間に導入さ
れたエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマ化さ
れたエッチングガスにより前記反応容器内壁面に付着し
た反応生成物を除去するよう構成されたことを特徴とす
る。
(作用) 本発明方法及び装置では、内部電極や反応容器内の金
属部材のスパッタによる不純物汚染がなく、さらに高エ
ネルギーのプラズマを均一に発生させることができ、洗
浄効率の向上を図ることができる。
(実施例) 以下、本発明方法を縦型CVD装置の洗浄方法に適用し
た一実施例について第1図参照して説明する。
耐熱性部材例えば石英からなる反応容器11内には、絶
縁部材である石英等からなる円筒状の内部反応管12が反
応容器11とほぼ同心的に内挿されている。
この反応容器11と内部反応管12間の反応空気13は、反
応容器11底部および内部反応管12底部を接合するフラン
ジ部14に設けられた気密部材例えばOリング15により気
密保持されている。
内部反応管12内には、高周波電源16に接続された円筒
状の内部電極17が挿入されており、この内部電極17がパ
ワー電極となっている。
一方反応容器11全体は、筒状の外部電極18により覆わ
れており、この外部電極18はグランド側即ちアース電極
となっている。
この縦型CVD装置のプラズマ洗浄方法について以下に
説明する。
まず、反応容器11内に内部反応管12を挿入して反応容
器11と内部反応管12間の反応空間13をOリング15により
気密し、この状態で反応空間13内を所定の真空度例えば
10-3Torrとなるように、反応容器11底部側壁に設けられ
たガス排気口19から図示を省略した真空機構により排気
制御する。
次に、反応容器11底部側壁に設けられたガス導入口20
から、所定のエッチングガス例えばNF3ガスを導入す
る。このとき、反応空間13内の真空度が所定の真空度例
えば0.2〜1Torrとなるように排気制御する。
こうして反応空間13内にエッチングガスを導入した
後、高周波電源16から周波数例えば400kHz、電力例えば
1kWの高周波電力を内部電極17に印加する。
高周波電力を印加することにより、外部電極18と内部
電極17間に挟まれた反応空間13内でエッチングガスがプ
ラズマ化され、このプラズマにより内部反応管12外壁お
よび反応容器11内壁に付着した反応生成物がプラズマエ
ッチングされて除去される。
ここで、内部反応管12内および反応容器11外部は大気
雰囲気であるため、絶縁性に優れており、従って内部電
極17に高い周波数例えば300kHz以上の高周波を印加して
も、従来のように、内部電極17表面がプラズマによりス
パッタされて汚染の原因になるという問題は発生しな
い。
このように、内部電極17をパワー電極とし、この内部
電極17をアース電位の外部電極18で覆うことにより、従
来よりも高い周波数例えば300kHz以上の高周波を印加し
ても高周波信号が外部に漏洩することがなく、高エネル
ギーのプラズマを生成することができ、エッチング効率
が向上する。
第2図は、本発明方法の他の実施例として、二重管方
式の縦型CVD装置に適用した例を示す図で、反応容器21
は、石英からなる外筒22とこの外筒21内に同心的に内挿
され上端が解放された石英からなる内筒23とにより構成
された二重管構造となっている。
内筒23内にはこれとほぼ同心的に内部反応管24が内挿
されており、この内部反応管24と外筒22間の反応空間25
は、反応容器21底部、内筒23および内部反応管24底部を
接合するフランジ部26に設けられた気密部材例えばOリ
ング27により気密保持されている。
内部反応管24内には、高周波電源28に接続されたパワ
ー電極となる円筒状の内部電極29が挿入されている。
反応容器21外部全体は、筒状の外部電極30により覆わ
れており、この外部電極18はグランド側即ちアース電極
となっている。
このようなCVD装置のプラズマ洗浄方法では、内部反
応管24と内筒23の底部のフランジに設けられたガス導入
口31から導入されたエッチングガスは、内部反応管24に
沿って上昇し、外筒22と内筒23間に回りこんで下降して
外筒底部の側壁に設けられた排気口32より排出される。
従って反応空間25で生成されたプラズマにより、内部
反応管24外壁、内筒23内外壁および外筒22内壁に付着し
た反応生成物を全てプラズマエッチングして除去するこ
とができる。
第3図は本発明の他の実施例として、フローティング
電極を用いた例を示しており、反応容器1の外周には、
第3図(a)に示す如く、正負1組の円弧状電極3a、3b
を対向させて設け、この電極3a、3b間に高周波信号6を
印加する。
上記反応容器1内部には、表面が絶縁処理、例えば石
英2aで被覆されたフローティング電極を設置する。この
ような構造においては、上記対向電極3a、3b間に高周波
信号6を印加することにより、上記反応容器1内に発生
する高周波電界は電極3a、3b間の距離に反比例するの
で、フローティング電極2がない場合には強い電界が得
られない。しかし電極3a、3b間に電位設定されない浮上
したフローティング電極を挿入した場合には、フローテ
ィング電極2と上記電極3a、3b間には強い電界Eが得ら
れる。
外部電極3a、3bと内部電極2間の距離を外部電極3a、
3bとフランジ4、5間の距離より十分小さくすることに
より、フランジ部4、5間でのプラズマ発生やスパッタ
による不純物汚染はない。
また、反応空間25で生成された高エネルギープラズマ
により反応管内壁に付着した反応生成物を全てエッチン
グして除去することができる。
また上述各実施例では、本発明を縦型CVD装置のプラ
ズマ洗浄方法に適用した実施例について説明したが、本
発明は横型CVD装置にも勿論適用可能で、さらに他の処
理装置にも適用可能である。
[発明の効果] 以上説明したように本発明方法及び装置によれば、電
極や反応容器内の金属部材のスパッタによる不純物汚染
がなく、高周波信号によるノイズトラブルも発生せず、
さらに高エネルギーのプラズマを均一に発生させること
ができ、洗浄効率の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法を縦型CVD装置のプラズマ洗浄方法
に適用した一実施例を説明するための図、第2図は他の
実施例を説明するための図、第3図はさらに他の実施例
を説明するための図、第4図は従来のプラズマ処理方法
を説明するための図である。 11……反応容器、12……内部反応管、13……反応空間、
16……高周波電源、17……内部電極、18……外部電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 伸治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 守屋 孝彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 審査官 吉水 純子 (56)参考文献 特開 昭62−139884(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱CVD処理工程により反応容器内壁面に付
    着した反応生成物をプラズマエッチングして除去するプ
    ラズマ処理方法において、 前記反応容器内に、当該反応容器との間を気密に閉塞す
    る内部反応管を配置するとともに、当該内部反応管内に
    クリーニング用の電極を配置する工程と、 前記クリーニング用の電極が配置された前記内部反応管
    内を大気圧雰囲気に保持した状態で、前記反応容器と前
    記内部反応管との間に、所定の真空度を保持しながらエ
    ッチングガスを導入する工程と、 前記クリーニング用の電極に高周波電力を印加し、当該
    クリーニング用の電極と、前記反応容器の外側を覆うよ
    うに設けたアース電位とされる外部電極とによって、前
    記エッチングガスをプラズマ化し、このプラズマ化され
    たエッチングガスにより前記反応容器内壁面に付着した
    反応生成物を除去する工程と を具備したことを特徴とするプラズマ処理方法。
  2. 【請求項2】熱CVD処理工程により反応容器内壁面に付
    着した反応生成物をプラズマエッチングして除去するプ
    ラズマ処理方法において、 前記反応容器内に、表面が絶縁材で被覆されたフローテ
    ィング電極を配置し、当該反応容器内を気密に閉塞する
    工程と、 前記フローティング電極と前記反応容器との間に、所定
    の真空度を保持しながらエッチングガスを導入する工程
    と、 前記反応容器の外側に対向するように設けた対をなす電
    極間に高周波電力を印加し、この電極と前記フローティ
    ング電極の作用により、前記エッチングガスをプラズマ
    化し、このプラズマ化されたエッチングガスにより前記
    反応容器内壁面に付着した反応生成物を除去する工程と を具備したことを特徴とするプラズマ処理方法。
  3. 【請求項3】熱CVD処理工程により被処理物にCVD処理を
    施すための円筒状の反応容器と、 前記反応容器内に同心的に挿入可能とされ、下端部に設
    けられたフランジ部により当該反応容器との間を気密に
    閉塞可能とされた内部反応管と、 大気圧雰囲気とされる前記内部反応管内に配置され高周
    波電源から高周波電力が供給されるクリーニング用の電
    極と、 前記反応容器の外側を覆う如く配置され、アース電位に
    設定される外部電極とを具備し、 前記クリーニング用の電極と、前記外部電極とによっ
    て、前記反応容器と前記内部反応管との間に導入された
    エッチングガスをプラズマ化し、このプラズマ化された
    エッチングガスにより前記反応容器内壁面に付着した反
    応生成物を除去するよう構成されたことを特徴とする処
    理装置。
  4. 【請求項4】熱CVD処理工程により被処理物にCVD処理を
    施すための円筒状の反応容器と、 前記反応容器内に同心的に挿入可能とされ、表面を絶縁
    材で被覆されたフローティング電極と、 前記反応容器の外側に対向する如く配置され、高周波電
    源から高周波電力が供給される円弧状電極とを具備し、 前記フローティング電極と、前記円弧状電極とによっ
    て、前記反応容器と前記フローティングとの間に導入さ
    れたエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマ化さ
    れたエッチングガスにより前記反応容器内壁面に付着し
    た反応生成物を除去するよう構成されたことを特徴とす
    る処理装置。
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