JP3437926B2 - プラズマｃｖｄ装置及び成膜方法並びにクリーニング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、成膜特性及びク
リーニング特性を向上できるプラズマＣＶＤ装置及びそ
の成膜方法並びにクリーニング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣ，ＬＳＩ，ＴＦＴ液晶等に代
表される薄膜応用デバイスの進展は著しいものがあり、
それに連れてその製造に用いられる薄膜製造装置に対す
る要求も厳しいものになってきている。例えば、高集積
化に伴う膜厚や特性の均一性の向上、パーティクルの低
減、及び、価格競争に伴う生産性向上等、が強く要求さ
れている。

【０００３】プラズマＣＶＤ装置（以下Ｐ−ＣＶＤ装置
と記す）は、高速成膜、低温成膜、段差被覆性、密着性
等に優れ、有望な薄膜デバイス製造装置である。

【０００４】以下に、Ｐ−ＣＶＤ装置及びその製造プロ
セスの概要について説明する。なお、ここではシリコン
窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する場合について説明する。
図４は、Ｐ−ＣＶＤ装置の概略断面の一例を示してい
る。反応チャンバ４０１内に、ガス導入部を兼ねる第１
の高周波電極４０２（シャワー電極、上部電極等の名称
がよく用いられる。以下、上部電極と記す）、ウエハー
加熱ヒーターを兼ねる第２の高周波電極４０３（ヒータ
ー電極、下部電極等の名称がよく用いられる。以下、下
部電極と記す）、ガス排気口４０５、ウエハー移載機構
４０６等が配置されている。

【０００５】製造プロセスは以下の通りである。シリコ
ン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する場合について説明す
る。まず、基板（Ｓｉウエハー）４０７がロードロック
室より搬送ロボット（図示せず）により２５０〜４５０
℃に保持された下部電極４０３上に移載される。上部電
極４０２と下部電極４０３の間隔は５〜５０ｍｍの所定
ギャップに調整される。

【０００６】次に、モノシラン（ＳｉＨ₄），アンモニ
ア（ＮＨ₃），窒素（Ｎ₂）ガスが、各々１０〜５００Ｓ
ＣＣＭ，１０〜５００ＳＣＣＭ，１００〜７０００ＳＣ
ＣＭずつ上部電極４０２を通して反応チャンバ内４０１
内に導入される。そして、その後、真空排気系に設けら
れたコンダクタンス調整バルブ（図示せず）により、
０．１〜８Ｔｏｒｒの圧力に調整され、高周波電源４１
２より、高周波整合器４１１を通して上部電極４０２
に、５０〜１０００Ｗの電力が供給され、上部電極４０
２と下部電極４０３の間にプラズマを発生させ膜形成が
行われる。なお、ＳｉＮ膜ではなく他の膜を形成する場
合には、導入ガスを変えて膜形成が行われる（例えば、
シリコン酸化膜を形成する場合には、導入ガスとして、
ＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏ等に変えて同様のプロセスにより膜形成
が行われる）。

【０００７】ところで、上記膜形成時には、基板（Ｓｉ
ウエハー）４０７上だけでなく、下部電極４０３，上部
電極４０２，反応チャンバ４０１内壁等にも膜形成され
る。これらの不要膜は、付着強度の差はあっても、累積
するに従い剥がれ落ち、ウエハー上へのパーティクル増
大の原因になる。そこで、定期的に反応チャンバ４０１
内壁、及び、内部構成部品に付着した不要膜を除去する
必要がある。

【０００８】その除去方法として、ドライクリーニン
グ、又は、プラズマクリーニングと称して、膜形成ガス
とは異なるクリーニング用のガスを導入し、プラズマを
発生させクリーニングを行う手法が多く取り入れられて
いる。以下に、ドライクリーニングの具体例を示し説明
する。

【０００９】上記した工程により成膜を終了後、Ｎ₂ガ
スによる反応チャンバ４０１内のパージが行われ、ウエ
ハー４０７が搬出される。その後、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｎ
Ｆ₃、ＳＦ₆等のハロゲン系ガス、及び、必要に応じて、
Ｏ₂、Ｎ₂０等の酸素を含むガスが、各々１０−５００Ｓ
ＣＣＭ上部電極４０２を通し反応チャンバ４０１内に導
入され、所定の圧力に調整された後、高周波電力が投入
されることでプラズマが発生する。ここで、不要膜は、
フッ素系ガスとの反応によりＳｉＦ₄等のフッ化物とな
り、反応チャンバ４０１から排気排出される。

【００１０】通常、Ｐ−ＣＶＤ装置では、上記のドライ
クリーニングを、ウエハー枚数１〜数枚を成膜する毎に
行うことで、パーティクルの発生を抑制する。

【００１１】このようなドライクリーニング技術は、反
応チャンバを大気解放せずクリーニングできるため、装
置の稼働率を向上でき、また、数枚以下の周期でクリー
ニングすることでパーティクルの発生を抑制し安定化で
きるため、多くのＰ−ＣＶＤ装置に導入されている。

【００１２】また、成膜の膜厚、及び、膜質の均一性を
上げるＰ−ＣＶＤ装置として、上部電極を同心円状に３
分割し、各々の電極にガス導入管と高周波電源を接続
し、各々の電極を独立に制御できるＰ−ＣＶＤ装置が提
案されている（特開平０８−２２７８８０号公報）。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
プラズマＣＶＤ装置によるプロセスでは、上部電極４０
２と下部電極４０３の大きさが、使用するウエハー（基
板）より少し大きいだけでほぼ同等の大きさであり、
又、単純に高周波電力を上部電極４０２のみに印加する
だけで、プラズマを制御するのはガス圧、放電ギャップ
長等の外部パラメータに依存している。

【００１４】そのため、成膜プロセスでは、ウエハー中
央部と周辺部の膜厚、及び、膜特性に分布が生じてお
り、ウエハー周辺のデバイス形成できない領域が広くな
ってしまう。例えば、ＳｉＨ₄流量１５０ＳＣＣＭ，Ｎ
Ｈ₃流量７０ＳＣＣＭ，Ｎ₂流量２０００ＳＣＣＭ，ガス
圧４Ｔｏｒｒ、及び、高周波パワー５００Ｗの条件下で
成膜したＳｉＮ膜の場合、膜厚分布の許容範囲を±３％
以下であるとすると周辺５ｍｍ以上が使えない領域とな
ってしまう。このように、従来の装置では生産性が低
く、このためデバイス価格が増大するという問題が生じ
る。そして、この課題は、近年のデバイスの微細化に起
因する分布許容範囲の更なる厳格化、及び、ウエハーの
大口径化に起因する上記不均一の増大とともに、ますま
す厳しくなってきている。

【００１５】また、他の問題点としてＰ−ＣＶＤ装置の
クリーニングに関する問題点がある。成膜プロセスによ
って、反応チャンバ内には不要膜が付着するが、上部電
極４０２，下部電極４０３及びその周辺に付着した不要
膜は、それらの部位が下部電極４０３からの放熱やプラ
ズマからの熱により１００〜４５０℃になっているため
上記不要膜は比較的大きな付着強度を有しており剥がれ
にくい。これに対して、下部電極４０３から離れた、チ
ャンバ側壁に付着する不要膜は、ラジカルの活性度も落
ち、また、付着する面の表面温度も低いため、膜と言う
より粉の付着に近く非常に剥がれやすかった。

【００１６】そのため、上記のチャンバ側壁に付着した
不要膜の剥がれによる汚染を防止するためには、ウエハ
ー１枚〜数枚毎にクリーニングを行う必要があり、Ｐ−
ＣＶＤ装置の生産性を低下させてしまうという問題があ
る。

【００１７】また、クリーニングプロセスでは、反応チ
ャンバ４０１の側壁までプラズマ領域が十分に拡がら
ず、不要膜の除去を十分に行えないという問題がある。
例えば、Ｃ₂Ｆ₆流量１００ＳＣＣＭ、Ｏ₂流量１００Ｓ
ＣＣＭ、ガス圧０．６Ｔｏｒｒ、７００Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ）条件下でチャンバ内のＳｉＮ膜のエッチングし
た場合、そのエッチング速度分布は図５に示すような特
性となる。つまり、チャンバ中央部で大きく、チャンバ
周辺（側壁部）でエッチング速度が小さくなる。

【００１８】このように、従来のＰ−ＣＶＤ装置では、
クリーニング特性にチャンバ側壁近傍でエッチング速度
が低いという分布があるため、チャンバ側壁部のクリー
ニングがなかなか進行しない。このため、クリーニング
に長時間を費やす必要があり、装置稼働時間中に占める
クリーニングプロセス時間の割合が大きくなり、生産性
が低下してしまう。また、既に不要膜のクリーニングが
終了した上部電極４０２，下部電極４０３が長時間のオ
ーバーエッチングに晒されることになるため、上部電極
４０２，下部電極４０３がプラズマ損傷してしまい、結
果として、上部電極４０２，下部電極４０３等の消耗部
品コスト、材料ガスコスト、電力コスト等のランニング
コスト増を招いてしまう。

【００１９】また、上記した特開平０８−２２７８８０
号公報に記載の手法では、上部電極構造が複雑になり装
置価格が上昇してしまい、また、上部電極は成膜及びク
リーニング時のプラズマ損傷に晒される消耗部品の１つ
であるため、装置のランニングコストの増大をも招いて
しまう。さらに、機構が複雑になりメンテナンス性能を
低下させる。また、ここには、上記した応チャンバ側壁
近傍のパーティクルの発生、及び、クリーニングの課題
及びその解決手段について何ら記載されていない。

【００２０】また、クリーニング方法としては、補助電
極を設けることで成膜用の電極へのダメージを回避する
ことが特開平４−９９２８１号公報に記載されている
が、このような放電を起こさせるには下部電極を大きく
下げ、上部電極との距離を大きくする必要があり装置の
大型化を招いていた。また、移動式の場合の装置複雑
化、及び、発塵、移動式でない場合の放電安定性等に課
題を抱えている。

【００２１】更に、特開昭６２−２８７０７９号公報に
は、プラズマの発生し難い部位におけるクリーニングを
目的として、下部部電極の下方等に補助電極を設けるこ
とが記載されているが、上部電極周辺の不要膜の除去に
ついては何ら考慮されておらず、また、クリーニング回
数の低減には効果がなく、やはり生産性が劣化するとい
う問題がある。

【００２２】本発明は、以上説明したＰ−ＣＶＤ装置に
おける課題を解決するためになされたものであり、均一
な膜を形成でき、且つ、生産性が高く、電極にダメージ
を与えないＰ−ＣＶＤ装置，その成膜方法並びにクリー
ニング方法を提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のプラズ
マＣＶＤ装置は、基板を載置するとともに、反応室内に
おいてプラズマを発生させる一方の高周波電極となる下
部電極と、該下部電極と対向し、高周波電力が供給され
る上部電極と、を有し、該上部電極は、中央部に配さ
れ、プロセスガスの吹き出し口を有する第１上部電極
と、第１上部電極の周囲に、絶縁体を介して配され、プ
ロセスガスの吹き出し口を有さない第２上部電極と、を
有し、前記第１上部電極と前記第２上部電極とはそれぞ
れ高周波電源に接続されてなることを特徴とする。

【００２４】請求項２に記載の成膜方法は、基板を載置
するとともに、反応室内においてプラズマを発生させる
一方の高周波電極となる下部電極と、該下部電極と対向
し、高周波電力が供給される上部電極と、を有し、該上
部電極は、中央部に配され、プロセスガスの吹き出し口
を有する第１上部電極と、第１上部電極の周囲に、絶縁
体を介して配され、プロセスガスの吹き出し口を有さな
い第２上部電極と、を有してなるプラズマＣＶＤ装置に
よる成膜方法であって、成膜時に、形成する膜の膜厚及
び特性に均一性が得られるように、第１上部電極と第２
上部電極のそれぞれに供給する電力を調整するものであ
る。

【００２５】請求項３に記載のクリーニング方法は、請
求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法
であって、第１上部電極と第２上部電極のそれぞれへの
電力の供給量及び／または供給時間を異ならせるもので
ある。

【００２６】請求項４に記載のクリーニング方法は、基
板を載置するとともに、反応室内においてプラズマを発
生させる一方の高周波電極となる下部電極と、該下部電
極と対向し、高周波電力が供給される上部電極と、を有
し、該上部電極は、中央部に配され、プロセスガスの吹
き出し口を有する第１上部電極と、第１上部電極の周囲
に、絶縁体を介して配され、プロセスガスの吹き出し口
を有さない第２上部電極と、を有してなるプラズマＣＶ
Ｄ装置のクリーニング方法において、第１上部電極と第
２上部電極への電力の供給を時間的にずらし、第１上部
電極及び第２上部電極と前記下部電極との間の間隔を、
第２上部電極への電力の供給時に広げるものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態のプ
ラズマＣＶＤ（Ｐ−ＣＶＤ）装置について、 ．装置構成、．成膜動作、．クリーニング動作の
順に説明する。

【００２８】．装置構成 図１は、本発明の実施形態１のＰ−ＣＶＤ装置の概略断
面図である。図１において、１０１は反応チャンバ、上
部電極はガス導入口を兼ねる中央部の上部電極１０２
と、絶縁体１０４で分離された外周部の上部電極１１０
とで構成されている（以降、説明を明確にするため、中
央部の上部電極を、単に上部電極１０２と、外周部の上
部電極１１０を２重電極１１０と記載する）。これら上
部電極１０２，２重電極１１０は、それぞれ高周波整合
器１１１ａ，１１１ｂを介して高周波電源１１２ａ，１
１２ｂに接続されている。１０３はヒータを兼ねる下部
電極、１０５はガス排気口、１０６はウエハー移載機構
（いわゆるリフトピン）である。

【００２９】２重電極１１０と上部電極１０２とは、絶
縁体１０４により５ｍｍ以上（図１中の距離Ｌ）離れて
平面的に配置されている。このため、２重電極１１０が
アース接続時でも両者の容量的結合は少なく、高周波電
力ロスは殆ど生じない。また、下方のプラズマ発生空間
以外は絶縁体１０４で囲まれた単純なリング状の平板
で、凹凸，突起等が少ないことから異常放電を起こすこ
ともない。さらに、絶縁体１０４は、アルミナ等の誘電
体で構成されており、中央の上部電極１０２がアース電
位であるチャンバ上部プレート１０１ａとの異常放電を
抑制する役割も担っている。

【００３０】２重電極１１０は、反応チャンバ１０１の
大きさにも依存するが、５〜１２インチウエハー対応の
枚葉式の装置の場合、以下のように設定する。つまり、
チャンバ内壁からの距離Ｌ１を、絶縁性，異常（局所）
放電抑制から余り近づけられないため３ｍｍ以上に設定
する。また、この距離Ｌ１は本来の側壁部等のプラズマ
密度を上げるためには余り大きくすることは好ましくな
いため、３〜３０ｍｍの範囲に設定することが望まし
い。２重電極１１０の寸法は、形状安定性，取付性，絶
縁体１０４寸法等に依存し、幅５〜６０ｍｍ，厚さ１〜
２０ｍｍ、より好ましくは、幅１０〜４０ｍｍ，厚さ２
〜１０ｍｍに設定する。一方、上部電極１０２は成膜す
るウエハー形状と同等程度以上の大きさに設定する。

【００３１】上部電極１０２，２重電極１１０の構成材
料は、Ａｌ，Ａｌ系合金，ＳＵＳ系合金等通常の高周波
電極に用いられる材料が使用でき、必要に応じ、アルマ
イト処理，セラッミクス溶射，フッ化処理，メッキ等の
表面処理を施すことも可能である。

【００３２】このように、本実施の形態のＰ−ＣＶＤ装
置では、上部電極を絶縁体１０４により２分割している
ため、成膜プロセスにおいて中央部の上部電極１０２と
外周部の２重電極１１０を独立に制御することが可能と
なる。そして、この上部電極１０２と２重電極１１０に
印加する電力を制御することにより、従来の課題であっ
たウエハーの中心部と周辺部における膜厚分布等を改善
できる。

【００３３】また、図１においてＡまたはＢで示す反応
チャンバ１０１の側壁、及び、上部プレートに付着する
不要膜（従来は粉状で剥がれやすい）が、本実施の形態
の２重電極の採用により、膜状になり剥がれ難くなる。
したがって、パーティクルの発生等が抑制でき、製造の
精密化及び生産性の向上を実現できる。

【００３４】本実施の形態の利点としては、その他に、
２重電極１１０への電力供給部１１３、及び、絶縁体１
１４等を追加するだけで良く、機構が複雑にならない、
装置の大型化に繋がらない、駆動部がなく発塵等の問題
がない等、従来のＰ−ＣＶＤ装置の問題点を安価に解決
するものである。

【００３５】−２．変形例 上記実施の形態では、上部電極１０２と２重電極１１０
は別々の高周波電源系１１２ａ，１１２ｂに接続してい
るが、単一の電源系を用いて、切り替えスイッチを設
け、上部電極単独、２重電極単独、又は、両方の電極
等、高周波電力の供給をプロセスにより切り替えても差
し支えない。また、２重電極構造の片側の高周波電極の
みに高周波が印加されている場合、印加されていない高
周波電極はチャンバアース接地が好ましいが、高周波電
源系に接続されたままであっても、単純に高周波回路か
ら分離されたフローティング状態であっても差し支えな
い。

【００３６】また、図１に示した第１の高周波電極は、
プロセスガス吹き出し口を兼ねているが、プロセスガス
吹き出し口が別途、反応チャンバ１０１の側壁部近傍等
に設けられたＰ−ＣＶＤ装置であっても本実施例の内容
はなんら変わることがなく、適用可能である。

【００３７】さらに、図１における２重電極１１０は、
図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の拡大図に示すように様々
な形態に変形可能である。

【００３８】図２（Ａ）は、２重電極２１０ａの、絶縁
体２０４ａへの埋設状態を変えたものである。また、図
２（Ｂ）は、絶縁体２０４ｂに埋設せずに取り付けた実
施例である。両図の様に、絶縁体２０４ａ、２０４ｂに
埋設されない部分が生じる場合、同図２１５ａ、２１５
ｂで示したＲ形状等の面取りによる異常放電の抑制のた
めの措置を必要とするが、同じ電極面積を稼ぐ場合、絶
縁体２０４ａ，２０４ｂで分離される距離を広くとるこ
とができ、２重電極２１０ａ，２１０ｂと、チャンバ上
部との容量的結合を下げ、高周波ロスの低減等が図られ
る。

【００３９】また、図２（Ｃ）は、既存構成物である絶
縁体１０４、２０４等を利用せず、新たに２重電極構造
を取り入れた場合を示している。２重電極２１０ｃの取
付部、及び、２重電極のための絶縁体２１４ｃ等のため
チャンバ外形は、大型化するが、これらの構成物の取付
性、高周波電力導入性等の制約が少ない等の利点を有し
ている。

【００４０】なお、上記した様々な変形によっても、成
膜分布特性、及び、クリーニング特性についてが良好な
結果が得られた。

【００４１】また、これらの変形も、２重電極１１０へ
の電力供給部１１３、及び、絶縁体１１４等を追加する
だけで良く、機構が複雑にならない、装置の大型化に繋
がらない、駆動部がなく発塵等の問題がない等、従来提
案されていた方式の課題を、安価に解決することができ
る。

【００４２】．成膜動作 以下、本実施の形態の製造装置による製造プロセスを具
体的に説明する。なお、ここではシリコン窒化膜（Ｓｉ
Ｎ膜）を製造する場合を例にとって説明する。

【００４３】まず、真空ポンプ（図示せず）により１０
ｍＴｏｒｒ以下に真空排気された反応チャンバ１０１内
に、基板（Ｓｉウエハー）１０７をロードロック室より
搬送ロボット（図示せず）により搬入し、２５０〜４５
０℃に保持した下部電極１０３上に移載する。上部電極
１０２と下部電極１０３の間隔は５〜５０ｍｍの所定ギ
ャップに調整されている。

【００４４】次に、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）の場
合、モノシラン（ＳｉＨ₄），アンモニア（ＮＨ₃），窒
素（Ｎ₂）ガスを、各々、１０〜５００ＳＣＣＭ，１０
〜５００ＳＣＣＭ，１００〜７０００ＳＣＣＭ上部電極
１０２を通して反応チャンバ内１０１内に導入する。

【００４５】その後、真空排気系に設けられたコンダク
タンス調整バルブ（図示せず）により、０．１〜８Ｔｏ
ｒｒの圧力に調整する。

【００４６】更に、高周波電源１１２ａより、高周波整
合器１１１ａを通して上部電極１０２に５０〜１０００
Ｗの電力を供給して、上部電極１０２と下部電極１０３
の間にプラズマを発生させＳｉＮ膜形成を行う。このと
き、同時に高周波電源１１２ｂより、高周波整合器１１
１ｂを通して２重電極１１０に５０〜１０００Ｗの電力
を供給する。

【００４７】本実施の形態では、このように分割された
２つの上部電極による放電により、従来のＰ−ＣＶＤ装
置では困難であった基板外周部でのプラズマ密度の向上
を、２重電極１１０の放電により増強することができ、
これにより、膜厚分布，特性分布の改善を実現できると
ともに、反応チャンバ１０１のＡ部，Ｂ部の膜質が強固
になりパーティクル発生を抑制することができる。

【００４８】実際に、中央部に８００Ｗ，２重電極に４
００Ｗの電力を加えた場合、最外周から５ｍｍの領域を
除いては膜厚分布は±１．５％以内に入り、また、最外
周から２ｍｍの領域を除いては膜厚分布は±３％以内と
なった。従来のＰ−ＣＶＤ装置では５ｍｍより外側で±
３％以上の分布，内側で±３％程度の分布となるため、
本実施の形態により均一性が大きく改善される。そし
て、このように膜厚分布を著しく低減できたため、デバ
イス製造可能領域を広げることができ、チップ取れ数の
大幅な増大を実現した。

【００４９】なお、上記のごとく膜厚分布を抑制できた
原因としては以下のことが考えられる。本実施の形態の
２重電極１１０は、ガス吹き出し機能を有さない単なる
高周波電極である。それにもかかわらず膜厚及び特性の
分布を抑制できた（Ｓｉウエハー１０７の外周部分にお
ける膜厚を増大できた）のは、プラズマにより活性化さ
れたラジカル密度の分布が改善されたことによるものと
考えられる。つまり、本実施の形態では、ガスの流れは
中央の上部電極１０２から反応チャンバ側壁に向かうも
のであり、ある程度の流量さえ確保できていれば材料ガ
スの供給は足りており、２重電極１１０による反応チャ
ンバ側壁近傍でのプラズマ密度の補強によって、膜厚及
び特性の均一性が得られたと考えられる。これは、本願
発明者の検討によって初めて明らかになったものであ
る。

【００５０】また、本実施の形態のＰ−ＣＶＤ装置によ
れば、反応チャンバ１０１のＡ部，Ｂ部の膜質が強固に
なり、従来においてクリーニング無しで成膜可能であっ
た枚数（２〜３枚）の２倍程度の枚数（４〜６枚）まで
連続成膜可能になり、生産性を向上できた。これは、本
実施の形態では、反応チャンバ１０１のＡ部，Ｂ部の膜
質を、特別に設けられたヒーター等による加熱でなく２
重電極１１０を使用したプラズマによって制御できるこ
とに起因するが、このような制御性については本願発明
者の検討によって初めて明らかになったものである。

【００５１】−１．クリーニング方法 以上、本実施の形態の２重電極１１０を用いた成膜につ
いて説明したが、以下に２重電極１１０によるクリーニ
ングについて説明する。

【００５２】図３は、本実施の形態のＰ−ＣＶＤ装置に
おいて、Ｃ₂Ｆ₆流量１００ＳＣＣＭ、Ｏ₂流量１００Ｓ
ＣＣＭ、ガス圧０．６Ｔｏｒｒ、７００Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ）条件下でチャンバ内のＳｉＮ膜のエッチングを
行ったときの、エッチング速度分布を示したものであ
る。図３に示すように、チャンバ中央部でエッチング速
度は非常に遅く、チャンバ周辺（側壁部）で大きく、図
５のものとは対照的な分布特性を示している。

【００５３】具体的なクリーニング方法等は後述する
が、図３に示すように、本実施の形態によれば２重電極
１１０によりチャンバ周辺でのクリーニング速度が大き
くなり、短時間で効率良くクリーニングできる。また、
中央部のクリーニング終了後、２重電極１１０のみを放
電する等の手法によりオーバーエッチングに起因する中
央上部電極１０２、下部電極１０３のプラズマ損傷を低
減できる等の効果も得られる。

【００５４】次に、２重電極を用いたクリーニングプロ
セスについて具体的に説明する。なお、ここでは、クリ
ーニングプロセスに先立つ成膜プロセスについても具体
的に説明する。まず、真空排気された反応チャンバ１０
１にＳｉウエハー１０７を搬入し、成膜用のプロセスガ
スとして、ＳｉＨ₄（シラン）、ＮＨ₃（アンモニア）、
Ｎ₂（窒素）を、各々１０〜５００ＳＣＣＭ、１０〜５
００ＳＣＣＭ、１００〜７０００ＳＣＣＭずつ上部電極
１０２を通して導入し、０．１〜８Ｔｏｒｒのガス圧に
排気系に設けられた調整バルブ（図示せず）により調整
する。なお、基板温度は、２５０〜４５０℃、放電ギャ
ップ（上部電極と下部電極間距離）は、５〜５０ｍｍに
設定している。

【００５５】次に、高周波電源系１１２ａより、上部電
極に高周波電力が１００〜１０００Ｗ供給し、ＳｉＮ膜
がＳｉウエハー上に所定膜厚形成する（成膜プロセ
ス）。

【００５６】成膜プロセスが終了した後、Ｎ₂パージ等
を経てＳｉウエハー１０７を搬出する。この成膜プロセ
スを１〜５回行った後、チャンバのドライクリーニング
を行う。成膜ウエハー枚数は、チャンバ内汚れ、パーテ
ィクル発生状況に決定される。

【００５７】上記ドライクリーニングは以下の手順で行
う。まず、第１ステップで、上部電極１０２のみに高周
波電力を供給し、上部電極１０２、下部電極１０３に付
着した不要膜のクリーニングを行う。その後、第２ステ
ップで、上部電極１０２への高周波電力の供給を停止
し、２重電極１１０のみに高周波電力を供給しチャンバ
側壁等の従来クリーニングされ難かった部分のクリーニ
ングを行う。

【００５８】第１ステップ，第２ステップでの放電条件
は、放電ギャップ長５〜５０ｍｍ、Ｃ₂Ｆ₆流量１０〜５
００ＳＣＣＭ、Ｏ₂流量１０〜５００ＳＣＣＭ、ガス圧
０．１〜５Ｔｏｒｒ、印加高周波電力１００〜１０００
Ｗの範囲で設定する。ここで、第１ステップと第２ステ
ップで放電条件は、同一でも良いし、又、変更して行う
こともできる。クリーニング効率から、第１ステップは
放電ギャップを狭く５〜３０ｍｍとし、第２ステップで
プラズマ拡がりから１０〜５０ｍｍと広くした方がより
好ましい。

【００５９】また、第２ステップのガス圧は、チャンバ
側壁側の局所放電を抑制して放電を安定化させるため
に、２Ｔｏｒｒ以下の低ガス圧がより好ましい。これ
は、以下の理由による。２重電極１１０による放電は、
上部電極１０２と下部電極１０３との間の放電のように
調整された電極間距離を持つ対向した電極による高周波
回路が形成されておらず、対向する接地電極はチャンバ
側壁，図示していない排気プレート等のチャンバアース
接地部品，下部電極等となる。そのため、ガス圧が高い
時には、対向距離の狭いチャンバ側壁の限られた領域と
の局所的な放電が支配的となりプラズマの拡がりが得ら
れ難くなる。ガス圧を２Ｔｏｒｒ以下としておけば、安
定に放電を起こすことが可能となる。また、これによ
り、プラズマが十分拡がり、安定したクリーニング特性
が得ることができる。

【００６０】また、クリーニングの切り替え、終点検出
は、経験に基づく時間管理でも、発光分析，圧力分析
等，通常用いられるクリーニング時間管理機能を用いて
も良い。

【００６１】次に、クリーニング結果の具体例を示す。
第１ステップのクリーニングをＣ₂Ｆ₆流量１００〜３０
０ＳＣＣＭ、Ｏ₂流量１００〜４００ＳＣＣＭ、ＲＦ４
００〜９００Ｗ、ガス圧０．６〜２Ｔｏｒｒ、放電ギャ
ップを１０〜３０ｍｍとした条件で行い、第２ステップ
のクリーニングをＣ₂Ｆ₆流量１００〜３００ＳＣＣＭ、
Ｏ₂流量１００〜４００ＳＣＣＭ、ＲＦ４００〜９００
Ｗ、ガス圧０．６〜２Ｔｏｒｒ、放電ギャップを２０〜
５０ｍｍとした条件で行った場合、チャンバ側壁等のク
リーニングを効率的に行うことができ、クリーニング時
間を１０〜５０％短縮し、又、上部電極、サセプタ等の
寿命を１．５〜３倍に延ばすことができた。また、ドラ
イクリーニングの不完全性も大幅に解消され、ウエット
クリーニング周期も２〜５倍に延ばすことができた。

【００６２】以上説明したように、本発明のクリーニン
グ方法によれば、２重電極を用いてクリーニングを行う
ため、中央部の電極（上部電極）への印加電力を低めに
設定することで、上部電極へのオーバクリーニングを抑
えてそのダメージを抑制することができ、また、それと
ともに、チャンバ側壁に付着した不要膜の除去を確実に
行うことができる。

【００６３】−２．クリーニング方法の変形例１ クリーニング方法は上記−１に記載の方法に限るもの
ではなく、例えば上部電極１０２，２重電極１１０に同
時に高周波を印加してドライクリーニングを行ってもよ
い。例えば具体的には、放電ギャップを１０〜４０ｍ
ｍ、ガス圧を０．１〜２Ｔｏｒｒとし、その他は、上記
のクリーニング方法と同一条件で、上部電極１０２，２
重電極１１０に同時に高周波を印加しドライクリーニン
グを行ってもよい。

【００６４】このように、中央部と、側壁部等の周辺を
同時にクリーニングした場合にも、上記したクリーニン
グ方法と同様の効果が得られた。また、中央部と側壁部
等周辺部のクリーニングが同時に終了するように設定で
き、これにより、オーバークリーニングが不要になるた
め、上記クリーニング方法に比してクリーニング時間を
短縮できる。さらに、ドライクリーニングが単一のプロ
セスで行えるため、電極間距離移動や、ガス圧調整の為
の時間が省略でき時間短縮が図られると共に、プロセス
管理が容易になる。また、上部電極１０２，２重電極１
１０を別々の高周波電源系につないでおけば、印加電力
を別々に制御でき、よりクリーニング速度を合わすこと
ができるが、単一電源から分配して供給してもガス圧、
放電ギャップ長等のパラメータで概ね制御可能である。

【００６５】なお、上部電極１０２，２重電極１１０に
供給する電力の設定は以下のように行う。すなわち、２
重電極１１０に加える電力の比率を大きくするとチャン
バ側壁に対するエッチングレートが上がり、上部電極１
０２に加える電力の比率を大きくすると中央部における
エッチングレートが上がること、及び、中央部のエッチ
ングレートを高くし過ぎると消耗部品のダメージが大き
くなること等を考慮して、各使用用途に合わせて設定す
る。

【００６６】−３．クリーニング方法の変形例２ 上記したクリーニング方法は成膜プロセスを１〜５回行
った後に行う周期的クリーニングについて説明した。こ
こでは、このような周期的なクリーニングに加えて、そ
れよりも長周期のクリーニングを行うクリーニング方法
について説明する。

【００６７】上述の実施例のようなプロセス条件で、１
〜５枚の成膜プロセスを実行した後に、従来から行われ
ていた上部電極１０２単独のクリーニングプロセス、ま
たは、上記−２に示したようなクリーニングプロセス
を行う（これらのクリーニングプロセスを短周期プロセ
スと記す）。本例では、このような成膜プロセスと短周
期プロセスを複数回、例えば５〜５０回繰り返した後、
２重電極１１０によるクリーニング（長周期プロセス）
を実施する。

【００６８】本例では、２重電極１１０による周期的な
クリーニングプロセスを導入することにより、１〜５枚
毎に実施しているクリーニング条件をより余裕のあるも
のにできる。つまり、従来の上部電極１０２のみのクリ
ーニングプロセスでも余りオーバークリーニングしない
で、パーティクルが増大する前に２重電極１１０による
クリーニングを実施すればよく、クリーニング時間の短
縮、消耗部品のプラズマダメージ低減効果が得られる。
また、上記−２で示したクリーニングプロセスであっ
ても、厳密な条件設定、時間管理が不要になりプロセス
マージンが増大する効果が得られる。更に、本変形例で
は、ウエットクリーニング周期を更に増大させる効果も
得られ、生産性向上にも寄与する。

【００６９】−４．その他の変形例 本実施の形態のクリーニング方法としては、上記したも
のの他、第１ステップ、及び、第２ステップ共上部電極
１０２と２重電極１１０に高周波を印加し、第１ステッ
プと第２ステップで、放電ギャップ長、ガス圧を変える
ドライクリーニング方法、第１ステップでは、上部電極
１０２のみに、第２ステップでは、上部電極１０２と２
重電極１１０の両方に高周波を印加するドライクリーニ
ング方法等、であってもよい。これらの方法によっても
上記の効果がえられた。

【００７０】また、ドライクリーニング条件は、材料ガ
ス等も含めた成膜プロセス条件、反応チャンバの内部構
成等に依存し決定されるものである。従って、本発明の
クリーニング方法は、種々のプロセスバリエーションを
限定するものでなく、２重電極による独立制御性を利用
する事により、個々の条件に合わせ条件設定が可能であ
り、クリーニング時間短縮、プラズマダメージ低減等の
効果を得る事ができる。

【００７１】また、 尚、本変形例では、上部電極１０
２と２重電極１１０は別々の高周波電源系１１２ａ、１
１２ｂに接続しているが、単一の電源系を用いて、切り
替えスイッチを設け、上部電極単独、２重電極単独、又
は、両方の電極等、高周波電力の供給をプロセスにより
切り替えても差し支えない。又、２重電極構造の片側の
高周波電極のみに高周波が印加されている場合、印加さ
れていない高周波電極はチャンバアース接地が好ましい
が、高周波電源系に接続されたままであっても、又、単
純に高周波回路から分離されたフローティング状態であ
っても差し支えない。

【００７２】また、図１に示した第１の高周波電極は、
プロセスガス吹き出し口を兼ねているが、プロセスガス
吹き出し口が別途、反応チャンバ１０１の側壁部近傍等
に設けられたＰ−ＣＶＤ装置であっても本実施例の内容
はなんら変わることがなく、適用可能である。

【００７３】なお、以上の説明では、主にＳｉＮ膜に関
するプロセスを基に説明してきたが、ＳｉＯ₂、アモル
ファスＳｉ等の成膜装置、プロセスに適用可能である。
また、実施の形態例では、プラズマＣＶＤ装置及びその
使用方法について説明してきたが、熱ＣＶＤ装置、エッ
チング装置等の薄膜製造装置にも適用可能である。又、
装置が半導体用、液晶用、又は、薄膜太陽電池、薄膜磁
気ヘッド等の他の薄膜デバイス用であっても、装置の大
きさ等の変化であって、基本構成要素は変わらず、本発
明が適用できる。

【００７４】

【発明の効果】以上の通り、本発明のＰ−ＣＶＤ装置に
よれば、成膜プロセスでは、膜厚及び特性分布の均一
化、チャンバ周辺部の膜質制御によるパーティクル低減
効果が得られ、また、クリーニングプロセスでは、クリ
ーニング時間短縮、消耗品等の延命に基づくランニング
コストの低減等の効果が得られる。

【００７５】このように、本発明によれば、成膜プロセ
スにおいてパーティクルの発生を抑制でき、クリーニン
グプロセスにおいて消耗品の寿命を伸ばすことができる
ため、生産性を大きく向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のＰ−ＣＶＤ装置の構成
を示す概略断面図である。

【図２】本発明における２重電極の変形例を示す概略断
面図である。

【図３】本発明における２重電極によるドライクリーニ
ング速度分布の一例を示す図である。

【図４】従来のＰ−ＣＶＤ装置の構成を示す概略断面図
である。

【図５】従来の高周波電極によるドライクリーニング速
度分布の例を示す図である。

【符号の説明】

１０２ 上部電極（第１上部電極） １０３ 下部電極 １０４ 絶縁体 １１０，２１０ａ ２重電極（第２上部電極） １１４，２１４ 絶縁体

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ // Ｃ２３Ｃ 16/34 Ｈ０１Ｌ 21/302 １０１Ｈ (72)発明者 方志 教和 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−326410（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−157164（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−227880（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−114976（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/31 C23C 16/44 C23C 16/50 H01L 21/205 H01L 21/3065 C23C 16/34

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を載置するとともに、反応室内にお
   いてプラズマを発生させる一方の高周波電極となる下部
   電極と、 該下部電極と対向し、高周波電力が供給される上部電極
   と、を有し、 該上部電極は、 中央部に配され、プロセスガスの吹き出し口を有する第
   １上部電極と、 第１上部電極の周囲に、絶縁体を介して配され、プロセ
   スガスの吹き出し口を有さない第２上部電極と、を有
   し、前記第１上部電極と前記第２上部電極とはそれぞれ高周
   波電源に接続され てなることを特徴とするプラズマＣＶ
   Ｄ装置。
2. 【請求項２】 基板を載置するとともに、反応室内にお
   いてプラズマを発生させる一方の高周波電極となる下部
   電極と、 該下部電極と対向し、高周波電力が供給される上部電極
   と、を有し、 該上部電極は、 中央部に配され、プロセスガスの吹き出し口を有する第
   １上部電極と、 第１上部電極の周囲に、絶縁体を介して配され、プロセ
   スガスの吹き出し口を有さない第２上部電極と、を有し
   てなるプラズマＣＶＤ装置による成膜方法であって、 成膜時に、形成する膜の膜厚及び特性に均一性が得られ
   るように、第１上部電極と第２上部電極のそれぞれに供
   給する電力を調整することを特徴とする成膜方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置の
   クリーニング方法であって、 第１上部電極と第２上部電極のそれぞれへの電力の供給
   量及び／または供給時間を異ならせることを特徴とする
   クリーニング方法。
4. 【請求項４】 基板を載置するとともに、反応室内にお
   いてプラズマを発生させる一方の高周波電極となる下部
   電極と、 該下部電極と対向し、高周波電力が供給される上部電極
   と、を有し、 該上部電極は、 中央部に配され、プロセスガスの吹き出し口を有する第
   １上部電極と、 第１上部電極の周囲に、絶縁体を介して配され、プロセ
   スガスの吹き出し口を有さない第２上部電極と、を有し
   てなるプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法におい
   て、 第１上部電極と第２上部電極への電力の供給を時間的に
   ずらし、 第１上部電極及び第２上部電極と前記下部電極との間の
   間隔を、第２上部電極への電力の供給時に広げることを
   特徴とするクリーニング方法。