JP3527915B2 - Cvd装置およびそれを用いたcvd装置のクリーニング方法 - Google Patents

Cvd装置およびそれを用いたcvd装置のクリーニング方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェハな
どの半導体用基材の表面に均一で高品質の酸化シリコン
(SiO2)、窒化シリコン(Si34など)などの薄
膜を形成する化学気相蒸着(CVD(chemical vapor de
position))装置に関する。より詳細には、薄膜形成処
理後の反応チャンバーの内壁などに付着した副生成物を
除去するためのクリーニングを実施することのできるC
VD装置、およびそれを用いたCVD装置のクリーニン
グ方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、酸化シリコン(SiO2)、
窒化シリコン(Si34など)などの薄膜は、薄膜トラ
ンジスタなどの半導体素子、光電変換素子などに広範に
用いられている。このような酸化シリコン、窒化シリコ
ンなどの薄膜を形成する方法には主に次の3種類が用い
られている。 (1)スパッタ、真空蒸着等の物理的気相成膜法 すなわち、固体の薄膜材料を物理的手法である原子ある
いは原子団にし、被成膜面上に堆積させて薄膜を形成す
る方法 (2)熱CVD法 すなわち、気体の薄膜材料を高温にすることにより、化
学反応を起こさせて薄膜を形成する方法 (3)プラズマCVD法 すなわち、気体の薄膜材料をプラズマ化させることで化
学反応を起こさせて薄膜を形成する方法 特に、(3)のプラズマCVD法(plasma enhanced ch
emical vapour deposition)が、緻密で均一な薄膜を効
率的に形成することができるために広範に用いられるよ
うになっている。
【0003】このプラズマCVD法に用いるプラズマC
VD装置100は、一般的には、図4に示したように構
成されている。すなわち、プラズマCVD装置100
は、減圧に維持された反応チャンバー102を備えてお
り、反応チャンバー102内に一定間隔離間して対向す
るように上部電極104と下部電極106が配置されて
いる。この上部電極104には、図示しない成膜用ガス
源に接続された成膜用ガス供給経路108が接続され、
上部電極104を介して、成膜用ガスを反応チャンバー
102内に供給するように構成されている。
【0004】また、反応チャンバー102には、上部電
極104の近傍に、高周波を印加する高周波印加装置1
10が接続されている。さらに、反応チャンバー102
には、ポンプ112を介して排気ガスを排気する排気経
路114が接続されている。このように構成されるプラ
ズマCVD装置100では、例えば、酸化シリコン(S
iO2)を成膜する際には、モノシラン(SiH4)、N2
O、N2、O2、Ar等を、窒化シリコン(Si34
ど)を成膜する際には、モノシラン(SiH4)、N
3、N2、O2、Ar等を、成膜用ガス供給経路10
8、上部電極104を介して、例えば、130Paの減
圧状態に維持された反応チャンバー102内に導入され
る。この際、高周波印加装置110を介して、反応チャ
ンバー102内に対向して配置された電極104、10
6間に、例えば、13.56MHzの高周波電力を印加
して、高周波電界を発生させて、この電界内で電子を成
膜用ガスの中性分子に衝突させて、高周波プラズマを形
成して成膜用ガスがイオンやラジカルに分解される。そ
して、イオンやラジカルの作用によって、一方の電極
(下部電極106)に設置されたシリコンウェハなどの
半導体製品Wの表面にシリコン薄膜を形成するように構
成されている。
【0005】ところで、このようなプラズマCVD装置
100では、成膜工程の際に、反応チャンバー102内
の放電によって、成膜すべき半導体製品W以外の反応チ
ャンバー102の内壁、電極などの表面にも、Si
2、Si34などの薄膜材料が付着、堆積して副生成
物が形成される。この副生成物が、一定の厚さまで成長
すると自重や応力などによって剥離して、これが成膜工
程の際に、異物として、半導体製品への微粒子の混入、
汚染の原因となり、高品質な薄膜製造ができず、半導体
回路の断線や短絡の原因となり、また、歩留まりなども
低下するおそれがあった。
【0006】このため、従来より、プラズマCVD装置
100では、成膜工程が終了した後に、このような副生
成物を随時除去するために、例えば、CF4、C26
COF2などの含フッ素化合物と、必要に応じO2などを
加えたクリーニングガスを用いて、副生成物を除去する
ことが行われている。すなわち、このようなクリーニン
グガスを用いた従来のプラズマCVD装置100のクリ
ーニング方法では、図4に示したように、成膜工程が終
了した後に、成膜時の成膜用ガスの代わりに、CF4
26、COF2などの含フッ素化合物からなるクリー
ニングガスを、O2および/またはArなどのガスに同
伴させて、成膜用ガス供給経路108、上部電極104
を介して、減圧状態に維持された反応チャンバー102
内に導入される。成膜時と同様に、高周波印加装置11
0を介して、反応チャンバー102内に対向して配置さ
れた電極104、106間に高周波電力を印加して、高
周波電界を発生させて、この電界内で電子をクリーニン
グガスの中性分子に衝突させて、高周波プラズマを形成
してクリーニングガスがイオンやラジカルに分解され
る。そして、イオンやラジカルが、反応チャンバー10
2の内壁、電極などの表面に付着、堆積したSiO2
Si34などの副生成物と反応して、SiF4として副
生成物をガス化することによって、ポンプ112により
排気ガスとともに排気経路114を介して、反応チャン
バー102の外部に排出されるようになっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、これらのク
リーニングガスとして用いるCF4、C26などの含フ
ッ素化合物は、大気中で寿命の長い安定な化合物であ
り、また、クリーニング後の排ガス処理が困難で、その
処理コストが高いという問題点があった。また、地球温
暖化係数(積分期間100年値)が、CF4は650
0、C26は9200、SF6は23900と極めて大
きく、環境への悪影響が懸念される。
【0008】また、排気経路114を介して、反応チャ
ンバー102の外部に排出されるガス排出割合が、例え
ば、C26の場合にあっては約60%と高く、地球温暖
化に影響を与えることになるとともに、解離効率が低
く、クリーニング能力も低いのが現状である。また、排
気経路114などの配管の側壁などにも、反応チャンバ
ー102からの副生物が付着し、これによって、排気経
路114が閉塞してしまい、成膜効率、ガス利用効率が
低下してしまうこともあった。
【0009】本発明は、このような実状に鑑みて、成膜
工程の際に反応チャンバーの内壁、電極などの表面、な
らびに排気経路などの配管などの側壁に付着、堆積した
SiO2、Si34などの副生成物を、効率良く除去す
ることができ、しかも、排出されるクリーニングガスの
排出量も極めて低く、地球温暖化などの環境へ与える影
響も少なく、ガス利用効率も良く、コストも低減できる
クリーニングを実施することができるとともに、高品質
な薄膜製造が可能なCVD装置、およびそれを用いたC
VD装置のクリーニング方法を提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述したよう
な従来技術における課題及び目的を達成するために発明
されたものであって、本発明のCVD装置は、反応チャ
ンバー内に、反応ガスを供給して、反応チャンバー内に
配置した基材表面上に堆積膜を形成するCVD装置であ
って、前記反応チャンバー内から、ドライポンプ、除害
装置を介して排気ガスを排気する排気経路に、前記ドラ
イポンプの下流側で、かつ除害装置の上流側から分岐し
て、排気経路のドライポンプの上流側に排気ガスを還流
する排気ガス還流経路を配設するとともに、前記排気ガ
ス還流経路に、プラズマ発生装置が配設し、前記排気ガ
ス還流経路に、反応チャンバーに排気ガスを還流する反
応チャンバー還流経路を設けたことを特徴とする。
【0011】また、本発明のCVD装置のクリーニング
方法は、反応チャンバー内に、反応ガス供給経路を介し
て反応ガスを供給して、反応チャンバー内に配置した基
材表面上に堆積膜を形成した後に反応チャンバー内をク
リーニングするCVD装置のクリーニング方法であっ
て、前記反応チャンバー内から、ドライポンプ、除害装
置を介して排気ガスを排気する排気経路に、前記ドライ
ポンプの下流側で、かつ除害装置の上流側から分岐し
て、排気経路のドライポンプの上流側に至るように配設
された排気ガス還流経路を介して、排気ガスをプラズマ
化して、排気経路のドライポンプの上流側に排気ガスを
還流して配管内のクリーニングを行うとともに、前記排
気ガス還流経路に、反応チャンバーに排気ガスを還流す
る反応チャンバー還流経路を設け、前記反応チャンバー
還流経路を介して反応チャンバー内をクリーニングする
ことを特徴とする。
【0012】このように構成することによって、反応チ
ャンバー内をクリーニングするとともに、排気ガス還流
経路を介して、排気経路のドライポンプの上流側にプラ
ズマ発生装置によってプラズマ化した排気ガスを還流し
ながら、排気経路、排気ガス還流経路などの配管に付着
するSiO2、Si34などの副生成物をクリーニング
することができるので、配管が閉塞することがないの
で、成膜効率、ガス利用効率が向上されることになる。
【0013】従って、反応チャンバー内に付着堆積した
SiO2、Si34などの副生成物が除去できるので、
成膜の際に、半導体製品への微粒子の混入、汚染がなく
なり、高品質な薄膜製造が可能で、歩留まりなども向上
する。また、外部に最終的に排出されるクリーニングガ
ス成分が極めて少なくなるので、クリーニングガスの排
出量も極めて低く、地球温暖化などの環境へ与える影響
も少なくなる。
【0014】また、本発明は、前記排気ガス還流経路
が、ドライポンプの下流側から排気経路のドライポンプ
の上流側に排気ガスを還流するように構成されているの
で、圧力が高くなり、パーティクルの発生がなく、フィ
ルターの目詰まりが少なく、パーティクルが反応チャン
バー内に還流することがないので、クリーニング効果が
向上することになる。
【0015】また、本発明は、前記排気ガス還流経路
に、排気ガス中の不活性ガスを吸収除去する高分子膜装
置が配設されていることを特徴とする。このように構成
することによって、高分子膜装置によって、例えば、N
2、O2などの不活性ガスを吸収除去することができるの
で、クリーニングガス成分のみを排気経路のドライポン
プの上流側に還流して、排気経路、排気ガス還流経路な
どの配管をクリーニングできるのでガス利用効率が向上
する。また、このように吸収除去した不活性ガスを回収
して再利用することが可能である。
【0016】また、本発明は、前記排気ガス還流経路
に、不要な排気ガス成分を選択的に除去する分離装置が
配設されていることを特徴とする。このように構成する
ことによって、分離装置によって、例えば、SiF4
HF、CO、CO2などの不要な排気ガス成分を選択的
に除去するので、例えば、COF2、CF4、F2などの
クリーニングガス成分または濃縮されたガス成分を反応
チャンバー内に還流して、クリーニングできるのでガス
利用効率が向上する。
【0017】また、本発明は、前記排気ガス還流経路
に、排気経路の上流側に排気ガスを昇圧して還流する圧
縮機が配設されていることを特徴とする。このように圧
縮機によって、排気ガス、すなわちクリーニングガスを
昇圧して排気経路のドライポンプの上流側に還流するの
で、排気経路、排気ガス還流経路などの配管内の圧力を
一定に保持することができるので、クリーニング効果を
一定に維持することが可能である。
【0018】また、本発明は、前記排気ガス還流経路
に、排気経路の上流側に還流する排気ガスの成分を検知
し、ガス成分を一定にするための制御装置が配設されて
いることを特徴とする。このように構成することによっ
て、制御装置によって、排気ガス還流経路を流れる、例
えば、COF2の濃度をモニターすることによって、排
気経路、排気ガス還流経路などの配管内のクリーニング
ガス成分を一定の定常状態に維持することができるの
で、均一でかつ効率の良いクリーニングを実施すること
ができる。
【0019】また、本発明は、前記排気ガス還流経路
に、排気ガス還流経路が一定の圧力以上になった際に圧
力を開放する圧力開放装置が配設されていることを特徴
とする。このように構成することによって、圧力開放装
置によって、排気ガス還流経路の圧力が、一定の圧力以
上になった際に圧力を開放するので、排気ガス還流経路
の圧力が上昇して、排気経路、排気ガス還流経路の配
管、ポンプ、高分子膜装置、分離装置などの機器類が破
損、損傷することがない。
【0020】また、本発明は、前記排気ガス還流経路
と、反応ガス供給経路とを切り換える切り換え装置を備
えるとともに、前記反応チャンバー内に反応ガス供給経
路を介してクリーニングガスを導入して反応チャンバー
内をクリーニングする際には、排気ガス還流経路を開放
し、前記反応チャンバー内の基材表面上に堆積膜を形成
する際には、排気ガス還流経路を閉止するように切り換
え装置によって切り換え制御されるように構成されてい
ることを特徴とする。
【0021】また、本発明は、前記排気ガス還流経路
と、反応ガス供給経路とを切り換える切り換え装置を備
えるとともに、前記反応チャンバー内に、リモートプラ
ズマ発生装置を介してクリーニングガスを導入して反応
チャンバー内をクリーニングする際には、排気ガス還流
経路を開放し、前記反応チャンバー内の基材表面上に堆
積膜を形成する際には、排気ガス還流経路を閉止するよ
うに切り換え装置によって切り換え制御されるように構
成されていることを特徴とする。
【0022】このように構成することによって、クリー
ニングの際には、排気ガス還流経路が開放されることに
なるので、排気ガス還流経路を介して、排気経路のドラ
イポンプの上流側に排気ガスを還流しながら、排気経
路、排気ガス還流経路の配管内をクリーニングするの
で、排気ガス中に含まれる、クリーニングガス成分を再
び、排気経路、排気ガス還流経路の配管内をクリーニン
グするクリーニングガスとして用いることができる。こ
のため、ガス利用効率が向上されることになる。
【0023】一方、反応チャンバー内の基材表面上に堆
積膜を形成する際には、排気ガス還流経路を閉止するの
で、成膜用ガスの成分を一定に保持することができ、均
一で一定の品質の薄膜を基材上に形成することが可能で
ある。
【0024】また、本発明は、前記排気ガス還流経路
に、反応チャンバーに排気ガスを還流する反応チャンバ
ー還流経路が設けられているので、反応チャンバー還流
経路を介して、反応チャンバーに排気ガスを還流しなが
ら、反応チャンバー内をクリーニングするので、排気ガ
ス中に含まれる、クリーニングガス成分を再び、反応チ
ャンバー内でクリーニングガスとして用いることができ
るので、ガス利用効率が向上されることになる。
【0025】従って、反応チャンバー内に付着堆積した
SiO2、Si34などの副生成物が除去できるので、
成膜の際に、半導体製品への微粒子の混入、汚染がなく
なり、高品質な薄膜製造が可能で、歩留まりなども向上
する。また、外部に最終的に排出されるクリーニングガ
ス成分が極めて少なくなるので、クリーニングガスの排
出量も極めて低く、地球温暖化などの環境へ与える影響
も少なくなる。
【0026】また、本発明のCVD装置は、前記クリー
ニングの際に、クリーニングの初期段階では、反応ガス
供給経路を開放し、必要な時点で排気ガス還流経路と反
応チャンバー還流経路を開放し、クリーニングが進行し
た後に、反応ガス供給経路を閉止してクリーニングを行
うように切り換え装置によって切り換え制御されるよう
に構成されていることを特徴とする。
【0027】また、本発明のCVD装置のクリーニング
方法は、前記クリーニングの際に、クリーニングの初期
段階では、反応ガス供給経路を開放し、必要な時点で排
気ガス還流経路と反応チャンバー還流経路を開放し、ク
リーニングが進行した後に、反応ガス供給経路を閉止し
てクリーニングを行うことを特徴とする。
【0028】また、本発明のCVD装置は、前記クリー
ニングの際に、クリーニングの初期段階では、リモート
プラズマ発生装置からのクリーニングガス供給経路を開
放し、必要な時点で排気ガス還流経路と反応チャンバー
還流経路を開放し、クリーニングが進行した後に、クリ
ーニングガス供給経路を閉止してクリーニングを行うよ
うに切り換え装置によって切り換え制御されるように構
成されていることを特徴とする。
【0029】また、本発明のCVD装置のクリーニング
方法は、前記反応チャンバー内に、リモートプラズマ発
生装置を介してクリーニングガスを導入して反応チャン
バー内をクリーニングする際に、クリーニングの初期段
階では、リモートプラズマ発生装置からのクリーニング
ガス供給経路を開放し、必要な時点で排気ガス還流経路
と反応チャンバー還流経路を開放し、クリーニングが進
行した後に、反応ガス供給経路を閉止してクリーニング
を行うことを特徴とする。
【0030】このように構成することによって、クリー
ニングガスである、例えば、C26を一定時間流した後
は、COF2が発生することになるので、このCOF2
排気ガス還流経路、反応チャンバー還流経路によって還
流することによって、これをクリーニングガスとして用
いることができ、クリーニングガスの利用効率が向上
し、コストも低減できる。
【0031】また、本発明では、前記CVD装置によっ
て基板の成膜処理を行なった後に、反応チャンバー内に
付着した副生成物を除去する際に使用するクリーニング
ガスが、フッ素ガスを含むクリーニングガスであること
を特徴とする。このようにフッ素ガスを含むクリーニン
グガスを用いることによって、安定してプラズマを発生
することができるとともに、良好なクリーニング均一性
が得られる。
【0032】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(実施
例)を図面に基づいてより詳細に説明する。図1は、本
発明のCVD装置の第1の実施例を示す概略図である。
図1に示したように、プラズマCVD法に用いるプラズ
マCVD装置10は、減圧状態(真空状態)に維持され
る反応チャンバー12を備えており、反応チャンバー1
2の底壁12cに形成された排気経路16を介して、メ
カニカルブースターポンプ11、ドライポンプ14、排
気ガスを無毒化する除害装置13によって、内部の気体
を外部に排出することによって、一定の真空状態(減圧
状態)に維持されるようになっている。
【0033】また、反応チャンバー12の内部には、例
えば、シリコンウェハなどの表面にシリコン薄膜を堆積
(蒸着を含む)する基材Aを載置するためのステージを
構成する下部電極18が配置されている。この下部電極
18は、反応チャンバー12の底壁12cを貫通して、
図示しない駆動機構によって上下に摺動可能に構成さ
れ、位置調整可能となっている。なお、図示しないが、
下部電極18と底壁12cとの間の摺動部分には、反応
チャンバー12内の真空度を確保するために、シールリ
ングなどのシール部材が配設されている。
【0034】一方、反応チャンバー12の上方には、上
部電極20が設けられており、その基端部分22が、反
応チャンバー12の頂壁12aを貫通して、反応チャン
バー12外部に設けられた高周波電源24に接続されて
いる。この上部電極20には、図示しないが、高周波印
加コイルなどの高周波印加装置25が設けられており、
この高周波印加装置25と高周波電源24の間には、図
示しないマッチング回路が配設されている。これによ
り、高周波電源24により発生した高周波を損失なく高
周波印加コイルなどの高周波印加装置25へ伝播できる
ようになっている。
【0035】また、上部電極20には、反応ガス供給経
路26が形成されており、成膜用ガス供給源28から、
反応ガス供給経路26、上部電極20を介して、成膜用
ガスが、減圧状態に維持された反応チャンバー12内に
導入されるように構成されている。一方、反応ガス供給
経路26には、クリーニングガス供給経路30が分岐し
て接続されており、クリーニングガス源34からのクリ
ーニングガスを、クリーニングガス供給経路30を介し
て、反応チャンバー12内に導入することができるよう
になっている。
【0036】また、排気経路16のドライポンプ14の
下流側で、かつ除害装置13の上流側から分岐して、排
気経路16のドライポンプ14の上流側に至るように配
設された排気ガス還流経路36が配設されている。ま
た、排気ガス還流経路36には、途中で分岐して、反応
ガス供給経路26に至り、反応チャンバー12に還流す
る排気ガスを還流する反応チャンバー還流経路32が配
設されている。さらに、排気ガス還流経路36には、ク
リーニングの際に、反応チャンバー12内に導入された
クリーニングガスの排気ガスを、プラズマ化した後に、
排気経路16のドライポンプ14の上流側に還流するプ
ラズマ発生装置33が配設されている。
【0037】なお、プラズマ発生装置33としては、特
に限定されるものではないが、ASTEX社のアストロン
(商品名)などが使用可能である。排気ガス還流経路3
6には、排気ガス中の、例えば、N2、O2などの不活性
ガスを吸収除去する高分子膜装置40が配設されてい
る。このような高分子膜装置40としては、特に限定さ
れるものではないが、例えば、ポリスルホンや中空糸膜
などの高分子膜を用いたものを採用することが可能であ
る。
【0038】そして、高分子膜装置40の下流には、必
要に応じて、例えば、0.01〜0.5MPaの圧力に
昇圧する圧縮機42を介して、分離装置44を配設する
ことができる。この分離装置44によって、例えば、S
iF4、HF、CO、CO2などの不要な排気ガス成分を
選択的に除去することも考えられる。さらに、排気ガス
還流経路36には、ガス分析センサー46が配設されて
おり、これにより、反応チャンバー12内に還流する排
気ガス還流経路36中の排気ガスの成分を検知して、図
示しない制御装置によって、高分子膜装置40と、分離
装置44と、反応チャンバー12内に導入されるクリー
ニングガスガスの量を制御することによって、ガス成分
を一定にするようになっている。例えば、COF2の濃
度をモニターすることによって、反応チャンバー還流経
路32が開放された場合でも、反応チャンバー12内の
クリーニングガス成分を一定の定常状態に持するように
なっている。
【0039】また、排気ガス還流経路36には、圧力開
放装置を構成する安全バルブ50が構成されており、排
気ガス還流経路36が、例えば、0.5MPaの一定の
圧力以上になった際に、図示しない制御装置の制御によ
って、圧力を開放するように構成されている。なお、こ
の安全バルブ50は、制御装置の制御によらず、自動的
に一定圧力になったら開弁するリリーフバルブから構成
してもよい。
【0040】さらに、排気ガス還流経路36には、排気
ガス還流経路36から分岐して反応チャンバー12に排
気ガスを還流する反応チャンバー還流経路32が設けら
れている。なお、図中、52、54、56、58、6
0,62は、開閉バルブである。このように構成される
本発明のCVD装置10は、下記のように作動される。
【0041】先ず、反応チャンバー12の下部電極18
のステージ上に、例えば、シリコンウェハなどの表面に
シリコン薄膜を蒸着する基材Aを載置して、図示しない
駆動機構によって、上部電極20との間の距離を所定の
距離に調整される。そして、反応チャンバー12の底壁
12cに形成された排気経路16を介して、ドライポン
プ14を介して内部の気体を外部に排出することによっ
て、一定の真空状態(減圧状態)例えば、10〜200
0Paの減圧状態に維持される。
【0042】そして、反応ガス供給経路26に配設され
た開閉バルブ52を開弁して、成膜用ガス供給源28か
ら、反応ガス供給経路26、上部電極20を介して、成
膜用ガスが、減圧状態に維持された反応チャンバー12
内に導入される。この際、反応ガス供給経路26に配設
された開閉バルブ52と、排気経路16に配設された開
閉バルブ54は開弁し、クリーニングガス供給経路30
に配設された開閉バルブ56と、排気ガス還流経路36
に配設された開閉バルブ58、62と、反応チャンバー
還流経路32に配設された開閉バルブ60とは閉止され
ている。
【0043】この場合、成膜用ガス供給源28から供給
される成膜用ガスとしては、例えば、酸化シリコン(S
iO2)を成膜する際には、モノシラン(SiH4)、N
2O、N2、O2、Ar等を、窒化シリコン(Si34
ど)を成膜する際には、モノシラン(SiH4)、N
3、N2、O2およびArを供給すればよい。しかしな
がら、この成膜用ガスとしては、これに限定されるもの
ではなく、成膜する薄膜の種類などに応じて、例えば、
成膜用ガスとして、ジシラン(Si26)、TEOS
(テトラエトキシシラン;Si(OC25)4)等、同伴
ガスとして、O2、O3などを使用するなど適宜変更する
ことができる。
【0044】そして、高周波電源24により発生した高
周波を高周波印加コイルなどの高周波印加装置25から
上部電極20に高周波電界を発生させて、この電界内で
電子を成膜用ガスの中性分子に衝突させて、高周波プラ
ズマを形成して成膜用ガスがイオンとラジカルに分解さ
れる。そして、イオンやラジカルの作用によって、下部
電極18に設置されたシリコンウェハなどの基材Aの表
面にシリコン薄膜を形成する。
【0045】ところで、このようなCVD装置10で
は、成膜工程の際に、反応チャンバー12内の放電によ
って、成膜すべき半導体製品A以外の反応チャンバー1
2の内壁、電極などの表面にも、SiO2、Si34
どの薄膜材料が付着、堆積して副生成物が形成される。
この副生成物が、一定の厚さまで成長すると自重、応力
などによって剥離、飛散して、これが成膜工程の際に、
異物として、半導体製品への微粒子の混入、汚染の原因
となり、高品質な薄膜製造ができず、半導体回路の断線
や短絡の原因となり、また、歩留まりなども低下するお
それがある。
【0046】また、排気経路16などの配管の側壁など
にも、反応チャンバー12からの副生物が付着し、これ
によって、排気経路16の流路が狭くなってしまい、成
膜効率、ガス利用効率が低下してしまうこともあった。
このため、本発明のCVD装置10では、含フッ素化合
物を含んだフッ素系のクリーニングガス、すなわち、ク
リーニングガス源34からのクリーニングガスを、クリ
ーニングガス供給経路30を介して、反応チャンバー1
2内に導入するようになっている。
【0047】すなわち、上記のように薄膜処理が終了し
た後、反応ガス供給経路26に配設された開閉バルブ5
2を閉止して、成膜用ガス供給源28からの反応チャン
バー12内への成膜用ガスの供給を停止する。そして、
クリーニングガス供給経路30に配設された開閉バルブ
56を開弁して、クリーニングガス源34からのクリー
ニングガスを、クリーニングガス供給経路30を介し
て、反応チャンバー12内に導入する。
【0048】そして、高周波電源24により発生した高
周波を高周波印加コイルなどの高周波印加装置25から
上部電極20に高周波電界を発生させて、高周波プラズ
マを形成してクリーニングガスがイオンやラジカルに分
解され、イオンとラジカルが、反応チャンバー12の内
壁、電極などの表面に付着、堆積したSiO2、Si3
4などの副生成物と反応して、SiF4として副生成物を
ガス化されるようになっている。
【0049】この際、排気経路16に配設された開閉バ
ルブ54を閉止し、排気ガス還流経路36に配設された
開閉バルブ58、62と、反応チャンバー還流経路32
に配設された開閉バルブ60とを開弁することによっ
て、排気ガス還流経路36と、反応チャンバー還流経路
32が開放される。この場合、開閉バルブ54は全閉の
必要はなく、排気ガスの一部は、排気経路16の除害装
置13に流れるようにしても良い。
【0050】これによって、反応チャンバー12内でク
リーニング処理を行った後の排気ガスが、排気ガス還流
経路36を流れて、プラズマ発生装置33によって、排
気ガスがプラズマ化された後に、排気経路16のドライ
ポンプ14の上流側に還流するようになる。また、反応
チャンバー12内でクリーニング処理を行った後の排気
ガスが、排気ガス還流経路36から、反応チャンバー還
流経路32に流れて、反応ガス供給経路26に至り、反
応チャンバー12に還流するようになる。
【0051】ところで、反応チャンバー12内でクリー
ニング処理を行った後の排気ガス中には、例えば、CO
2、CF4、C26、F2、SiF4、CO、CO2、H
F、N2、O2などのガス成分が含まれている。そして、
排気ガス還流経路36を流れる排ガスは、高分子膜装置
40によって、排気ガス中の、例えば、N2、O2などの
不活性ガスを吸収除去される。なお、このように高分子
膜装置40によって吸収除去した不活性ガスは、別途図
示しない回収経路を介して回収して再利用することも可
能である。
【0052】このように高分子膜装置40によって、排
気ガス中の不活性ガスが除去された排気ガスは、必要に
応じて、圧縮機42を介して昇圧された後、分離装置4
4が必要な場合には、分離装置44に導入される。な
お、この場合、圧縮機42によって昇圧する圧力として
は、分離装置44の目詰まりを防止するとともに、パー
ティクルの発生を防止するためには、0.01〜0.5
MPaの圧力に昇圧するのが望ましい。
【0053】このように分離装置44を設置した場合に
は、排気ガスから、例えば、SiF 4、HF、CO、C
2などの不要な排気ガス成分を選択的に除去すること
ができる。なお、この場合には、分離装置44を介して
除去した不要な排気ガス成分は、適宜、図示しないが、
無害化する除害装置を介して廃棄されるか、または、適
宜分離して再利用するようにしてもよい。
【0054】従って、この分離装置44を通過した排気
ガス中には、クリーニングガス成分として、例えば、C
OF2、CF4、C26、F2などのクリーニングガス成
分、または濃縮されたガスを含むことになる。この排気
ガスを、排気ガス還流経路36から、プラズマ発生装置
33によって、排気ガスがプラズマ化した後に、排気経
路16のドライポンプ14の上流側に還流することによ
って、排気経路16などの配管内の側壁をクリーニング
でき、排気経路16が閉塞することがないので、成膜効
率、ガス利用効率が向上することになる。
【0055】また、分離装置44を通過して、反応チャ
ンバー還流経路32を介して、反応ガス供給経路26に
至り、反応チャンバー12に還流する排気ガス中には、
クリーニングガス成分として、例えば、COF2、C
4、C26、F2などのクリーニングガス成分または濃
縮されたガス成分を含み、クリーニングできるのでガス
利用効率が向上することになる。なお、この場合ガス利
用効率とは、供給されたクリーニングガスの何%がリサ
イクルガスで置換されたかを示す比率を意味する。
【0056】この場合、上記の排気ガス還流経路36、
プラズマ発生装置33による排気ガス(クリーニングガ
ス)の排気経路16のドライポンプ14の上流側に還
流、および反応チャンバー還流経路32による排気ガス
(クリーニングガス)の反応チャンバー12に還流は、
両方を同時に行ってもよく、また、いずれか一方のみを
行ってもよい。このような制御は、予め制御装置でのプ
ログラムに基づいて、排気ガス還流経路36に配設され
た開閉バルブ58、62と、反応チャンバー還流経路3
2に配設された開閉バルブ60とを制御することによっ
て行えばよい。
【0057】なお、この場合、上記したように、排気ガ
ス還流経路36には、ガス分析センサー46が配設され
ている。これにより、反応チャンバー12内に還流する
排気ガス還流経路36および反応チャンバー還流経路3
2中の排気ガスの成分を検知して、制御装置によって、
高分子膜装置40と、分離装置44と、反応チャンバー
12内に導入されるクリーニングガスガスの量を制御す
ることによって、ガス成分を一定にするようになってい
る。
【0058】すなわち、例えば、COF2の濃度をモニ
ターすることによって、反応チャンバー12内のクリー
ニングガス成分を一定の定常状態に持するようになって
いる。これによって、均一でかつ効率の良いクリーニン
グを実施することができる。このような定常状態として
は、ガス利用効率を考慮すれば、例えば、COF2の濃
度として、50%以上、好ましくは70〜80%の濃度
範囲になるように設定すればよい。
【0059】また、上記したように、排気ガス還流経路
36には、圧力開放装置を構成する安全バルブ50が構
成されており、排気ガス還流経路36が、一定の圧力以
上になった際に、制御装置の制御によって、圧力を開放
するように構成されている。このように構成することに
よって、圧力開放装置によって、排気ガス還流経路36
の圧力が、一定の圧力以上になった際に圧力を開放する
ので、排気ガス還流経路36の圧力が上昇して、排気ガ
ス還流経路36の配管、ポンプ、高分子膜装置、分離装
置などの機器類が破損、損傷することがないようになっ
ている。なお、この安全バルブ50は、前述したように
成膜工程の際に、この排気ガス還流経路36に滞留する
排気ガスの圧力が上昇した際にも、作動するように制御
されている。
【0060】そして、このように排気ガスを排気ガス還
流経路36を介して反応チャンバー12内に還流しなが
ら、クリーニング処理を行うとともに、排気ガス還流経
路36を流れて、プラズマ発生装置33によって、排気
ガスをプラズマ化した後に、排気経路16のドライポン
プ14の上流側に還流することによって、排気経路16
などの配管内の側壁をクリーニングを行う。
【0061】その後、クリーニング処理が終了した後、
クリーニングガス供給経路30に配設された開閉バルブ
56を閉止して、クリーニングガス源34からのクリー
ニングガスの供給を停止する。また、排気ガス還流経路
36に配設された開閉バルブ58、62と、反応チャン
バー還流経路32に配設された開閉バルブ60とを閉止
して、排気ガス還流経路36と反応チャンバー還流経路
32を閉止する。そして、排気経路16に配設された開
閉バルブ54を開放するとともに、反応ガス供給経路2
6に配設された開閉バルブ52を開弁して、成膜用ガス
供給源28からの反応チャンバー12内への成膜用ガス
の供給を開始し、再び成膜処理サイクルが開始されるよ
うになっている。
【0062】この場合、クリーニングの際に、クリーニ
ングの初期段階では、反応ガス供給経路26を開放し、
必要な時点で、排気ガス還流経路36と反応チャンバー
還流経路32とを開放し、クリーニングが進行した後
に、反応ガス供給経路26を閉止してクリーニングを行
うように制御装置によって制御するようにしてもよい。
このように構成することによって、クリーニングガスで
ある、例えば、C26を一定時間流した後は、COF2
が発生することになるので、このCOF2を反応チャン
バー還流経路32、排気ガス還流経路36によって還流
することによって、これをクリーニングガスとして用い
ることができ、クリーニングガスの利用効率が向上し、
コストも低減できる。
【0063】この場合、クリーニング処理に使用するフ
ッ素化合物を含んだフッ素系のクリーニングガスとして
は、例えば、CF4、C2F6、C38、C410、C512などの
鎖状脂肪族系パーフルオロカーボン類;C4F8、C5F10、C
6F12などの脂環系パーフルオロカーボン類;CF3OCF3、C
F3OC2F5、C2F5OC2F5などの直鎖状パーフルオロエーテル
類;C3F6O、C4F8O、C5F10Oなどの環状パーフルオロエー
テル類;C3F6、C4F8、C5F10などの不飽和系パーフルオ
ロカーボン類;C4F6、C5F8などのジエン系パーフルオロ
カーボン類などの炭素原子数1〜6のパーフルオロカー
ボン類が挙げられる。
【0064】また、COF2、CF3COF、CF3OFなどの酸素を
含むパーフルオロカーボン類、NF3、FNO、F3NO、FNO2
どの窒素を含むフッ素化合物、好ましくは酸素と窒素を
含むフッ素化合物などを用いることもできる。なお、こ
れらの含フッ素化合物は、フッ素原子の一部が水素原子
で置き換えられた少なくとも1個のフッ素原子を含む含
フッ素化合物であってもよい。これらのうちでは、C
F4、C2F6、C38を用いることが好ましく、CF4、C2F6
用いることがさらに好ましい。
【0065】これらの含フッ素化合物は、1種単独でま
たは複数を組み合わせて用いることができる。また、本
発明で用いる含フッ素化合物を含んだクリーニングガス
は、本発明の効果を損なわない範囲で、適宜他のガスを
混合して用いることができる。このような他のガスとし
ては、たとえば、He、Ne、Ar、O2などが挙げら
れる。このような他のガスの配合量は特に限定されず、
CVD装置10の反応チャンバー12の内壁などに付着
した副生成物(付着物)の量、厚さ、使用する含フッ素
化合物の種類、副生成物の組成などに対応して決定する
ことができる。
【0066】また、クリーニング処理に使用するクリー
ニングガスとしては、上記のフッ素化合物を含んだフッ
素系のクリーニングガス以外にも、フッ素ガス(F2
を用いることができる。すなわち、通常、プラズマクリ
ーニングの際には、クリーニングガスとともに、酸素、
アルゴン等の適量の添加ガスを混合して用いている。
【0067】ところで、クリーニングガスと添加ガスと
の混合ガス系において、ガス総流量一定の条件下に、ク
リーニングガスの含有濃度を高めてゆくと、エッチング
速度が上昇する傾向がある。しかしながら、クリーニン
グガスが一定濃度を超えるとプラズマの発生の不安定
化、エッチング速度の鈍化、低下が起こったり、クリー
ニング均一性が悪化したりするなどの問題がある。特
に、クリーニングガスを100%の濃度で用いると、プ
ラズマの発生の不安定化、エッチング速度の鈍化、低下
や、クリーニング均一性の悪化がより顕著となる傾向が
あり、実用性に欠けるという問題がある。
【0068】このため、クリーニングガスの濃度をエッ
チング速度−クリーニングガス濃度曲線のピークの濃度
または、それら以下の低濃度に希釈して使用する必要が
あり、希釈化に伴うエッチング速度の低下を抑えるため
にクリーニング時のチャンバー圧を高める、もしくはガ
ス流量を増加させて、クリーニング条件の最適化がなさ
れている。しかしながら、このように、クリーニング時
のチャンバー圧を高める、もしくはガス流量を増加させ
ると、プラズマの発生が安定しなくなり、クリーニング
均一性が損なわれ、効率的なクリーニングが行えないこ
とになる。
【0069】一方、フッ素ガス、またはフッ素ガスと、
プラズマ中において実質的にフッ素と反応しないガスと
の混合ガスをクリーニングガスとして用いると、プラズ
マ処理することができ、極めて優れたエッチング速度が
得られ、しかも、ガス総流量が1000sccm程度でチャ
ンバー圧が400Pa程度の条件下においても安定してプ
ラズマを発生させることができるとともに、良好なクリ
ーニング均一性が確保できる。
【0070】また、このようなフッ素ガスを用いれば、
反応チャンバー12内でクリーニング処理を行った後の
排気ガスには、未反応のF2の他は、HF、SiF4などを含
むものである。従って、分離装置44を作動させなくて
も、高分子膜装置40を作動させることによって、排気
ガス還流経路36中の排気ガス中に含まれる、例えば、
2、O2などの不活性ガスを吸収除去するだけで、再び
排気ガスをクリーニングガスとして再利用することがで
きるので、さらに均一でかつ効率の良いクリーニングを
実施することができる。
【0071】この際、開閉バルブ54を全閉とせず、一
部の排気ガスを除害装置13の方に流して、HF、SiF4
過剰蓄積を抑制する。このようなクリーニングガスとし
て用いるフッ素ガスは、100容量%のフッ素ガスであ
って、放電によりプラズマを発生させるフッ素ガスであ
るのが望ましい。
【0072】また、クリーニング用ガスが、放電により
プラズマを発生させるフッ素ガスと、プラズマ中におい
て実質的にフッ素と反応しないガスとから構成されてい
てもよい。この場合、放電によりプラズマを発生させる
フッ素ガスの濃度が20容量%を超えて100容量%未
満の範囲にあり、前記プラズマ中で実質的にフッ素と反
応しないガスの濃度が0容量%を超えて80容量%以下
の範囲にある(ただし、放電によりプラズマを発生させ
るフッ素ガス+実質的にフッ素と反応しないガス=10
0容量%)ことが好ましい。
【0073】また、前記放電によりプラズマを発生させ
るフッ素ガスの濃度が30容量%を超えて100容量%
未満の範囲にあり、前記プラズマ中で実質的にフッ素と
反応しないガスの濃度が0容量%を超えて70容量%以
下の範囲にある(ただし、放電によりプラズマを発生さ
せるフッ素ガス+実質的にフッ素と反応しないガス=1
00容量%)ことがより好ましい。
【0074】さらに、プラズマ中で実質的にフッ素と反
応しないガスが、窒素、酸素、二酸化炭素、N2O、乾
燥空気、アルゴン、ヘリウム、ネオンからなる群から選
ばれる少なくとも1種であることが好ましい。なお、こ
の場合、実質的にフッ素と反応しないガスにおける「フ
ッ素」は、フッ素分子、フッ素原子、フッ素ラジカル、
フッ素イオンなどを含んでいる。
【0075】このようなフッ素系化合物によるチャンバ
ークリーニングの目的化合物としては、CVD法等によ
り、CVDチャンバー壁あるいはCVD装置の冶具等に
付着した、ケイ素系化合物からなる付着物が挙げられ
る。このようなケイ素系化合物の付着物としては、たと
えば、(1)ケイ素からなる化合物、(2)酸素、窒
素、フッ素または炭素のうちの少なくとも1種と、ケイ
素とからなる化合物、または(3)高融点金属シリサイ
トからなる化合物などのうちの少なくとも1種が挙げら
れ、より具体的には、たとえば、Si、SiO2、Si3
4、WSi等の高融点金属シリサイトなどが挙げられ
る。
【0076】また、クリーニングガスの反応チャンバー
12内への導入流量としては、上記のチャンバー12の
内壁に付着した副生成物をクリーニングする効果を考慮
すれば、0.1〜10L/分、好ましくは、0.5〜1
L/分とするのが望ましい。すなわち、クリーニングガ
スの反応チャンバー12内への導入流量が、0.1L/
分より少なければ、上記クリーニング効果が期待でき
ず、逆に導入流量が、10L/分より多くなれば、クリ
ーニングに寄与せずに外部に排出されるクリーニングガ
スの量が多くなってしまうからである。
【0077】なお、この導入流量は、例えば、フラット
パネルディスクなど、基材Aの種類、大きさなどにもよ
って適宜変更可能である。一例を挙げれば、例えば、含
フッ素化合物が、C2F6の場合には、0.5〜5L/分と
すればよい。さらに、クリーニングガスの反応チャンバ
ー12内での圧力としては、上記のチャンバー12の内
壁に付着した副生成物をクリーニングする効果を考慮す
れば、10〜2000Pa、好ましくは、50〜500
Paとするのが望ましい。すなわち、クリーニングガス
の反応チャンバー12内での圧力が、10Paより小さ
いか、もしくは、逆に、反応チャンバー12内での圧力
が、2000Paより大きくなれば、上記クリーニング
効果が期待できないからである。なお、この反応チャン
バー12内での圧力は、例えば、フラットパネルディス
クなど、基材Aの種類、大きさなどにもよって適宜変更
可能である。一例を挙げれば、例えば、含フッ素化合物
が、C2F6の場合には、100〜500Paとすればよ
い。
【0078】図2は、本発明のCVD装置10の第2の
実施例の概略図である。この実施例のCVD装置10、
図1に示したCVD装置10と基本的には同様な構成で
あり、同一の構成部材には同一の参照番号を付して、そ
の詳細な説明を省略する。なお、図2中、63は、それ
ぞれの排気ガス還流経路36に設けられた開閉弁を示し
ている。
【0079】図1の実施例のCVD装置10では、反応
チャンバー12を単一の反応チャンバーとしたが、この
実施例のCVD装置10では、図2に示したように、複
数の反応チャンバー12を並列に接続した、いわゆるマ
ルチチャンバー方式としている。これにより、成膜効率
およびガス利用効率がより向上することになる。図3
は、本発明のCVD装置10の第3の実施例の概略図で
ある。
【0080】この実施例のCVD装置10、図1に示し
たCVD装置10と基本的には同様な構成であり、同一
の構成部材には同一の参照番号を付して、その詳細な説
明を省略する。図1の実施例のCVD装置10では、ク
リーニングガス源34からのクリーニングガスを、クリ
ーニングガス供給経路30を介して、反応チャンバー1
2内に導入するように構成したが、この実施例のCVD
装置10では、図3に示したように、リモートプラズマ
発生装置70によって、含フッ素化合物を含んだフッ素
系のクリーニングガスをプラズマ化して、接続配管72
を介して、減圧状態に維持された反応チャンバー12の
側壁12bから反応チャンバー12内に導入されるよう
になっている。
【0081】この場合、接続配管72の材質としては、
特に限定されるものではないが、上記のガス化効率の低
下を防ぐ効果を考慮すれば、例えば、アルミナ、不働態
化したアルミニウム、フッ素系樹脂、フッ素系樹脂でコ
ーティングした金属などとするのが望ましい。また、こ
の実施例の場合には、リモートプラズマ発生装置70と
反応チャンバー12を、接続配管72を介して、チャン
バー側壁12bからプラズマ化したクリーニングガスを
導入するようにしたが、これに限定されるものではな
く、直接クリーニングガスを反応チャンバー12内に導
入するようにすればよく、例えば、チャンバー12の頂
壁12aから、底壁12cから導入するようにしても良
い。
【0082】さらに、図3に示したように、クリーニン
グガスをリモートプラズマ発生装置74を介して、プラ
ズマ化したクリーニングガスを、反応チャンバー12の
上部の上部電極20のシャワーヘッドを通して、反応チ
ャンバー12内に導入することも可能である。なお、排
気ガス還流経路36によって還流されるクリーニングガ
スは、図3に示したように、リモートプラズマ発生装置
70またはリモートプラズマ発生装置74の前に戻し
て、これらのリモートプラズマ発生装置70またはリモ
ートプラズマ発生装置74によって、クリーニングガス
をプラズマ化して、反応チャンバー12のチャンバー側
壁12bから、または反応チャンバー12の上部の上部
電極20のシャワーヘッドを通して、反応チャンバー1
2内に導入するのが望ましい。
【0083】この場合、クリーニングの際に、クリーニ
ングの初期段階では、リモートプラズマ発生装置70ま
たは74からのクリーニングガス供給経路(接続配管7
2)を開放して、必要な時点で、排気ガス還流経路3
6、反応チャンバー還流経路32を開放し、クリーニン
グが進行した後に、クリーニングガス供給経路を閉止し
てクリーニングを行うように制御装置によって制御する
ようにしてもよい。このように構成することによって、
クリーニングガスである、例えば、C26を一定時間流
した後は、COF2が発生することになるので、このC
OF2を排気ガス還流経路によって還流することによっ
て、これをクリーニングガスとして用いることができ、
クリーニングガスの利用効率が向上し、コストも低減で
きる。
【0084】さらに、リモートプラズマ発生装置70と
しては、公知のリモートプラズマ発生装置を用いれば良
く、特に限定されるものではないが、一例を挙げれば、
「ASTRON」(ASTEX社製)を使用することが
できる。このように成膜処理を行なった後に、含フッ素
化合物を含んだフッ素系のクリーニングガスをリモート
プラズマ発生装置70によってプラズマ化し、プラズマ
化したクリーニングガスを、反応チャンバー12内に導
入して、反応チャンバー内に付着した副生成物を除去す
るように構成したので、クリーニングガスの解離効率が
良く、反応チャンバー12の内壁、電極などの表面に付
着、堆積したSiO2、Si34などの副生成物を、効
率良く除去することができる。しかも、排出されるクリ
ーニングガスの排出量も極めて低く、地球温暖化などの
環境へ与える影響も少なく、コストも低減できる。
【0085】以上、本発明のプラズマCVD装置のクリ
ーニング装置の実施例について説明したが、本発明の範
囲内において、例えば、以上の実施例については、シリ
コン薄膜の形成について述べたが、他のシリコンゲルマ
ニウム膜(SiGe)、シリコンカーバイド膜(Si
C)、SiOF膜、SiON膜、含炭素SiO2膜など
の薄膜を形成する場合にも適用可能である。
【0086】また、上記実施例では、横置き型の装置に
ついて説明したが、縦置き型の装置に変更することも可
能であり、また、上記実施例では、枚葉式のものについ
て説明したが、バッチ式のCVD装置にも適用可能であ
る。また、上記実施例では、排気ガス(クリーニングガ
ス)を、排気ガス還流経路36から、プラズマ発生装置
33によって、排気ガスがプラズマ化した後に、排気経
路16のドライポンプ14の上流側に還流することによ
って、排気経路16などの配管内の側壁をクリーニング
するように構成したが、このような排気経路16などの
配管以外にも使用することも可能である。
【0087】さらには、上記実施例では、一例としてプ
ラズマCVD装置に適用したが、薄膜材料を高温中で熱
分解、酸化、還元、重合、気相化反応などによって基板
上に薄膜を堆積する、真空蒸着法などのその他のCVD
法にも適用可能であるなど種々変更することが可能であ
ることはもちろんである。以上、本発明の好ましい実施
例を説明したが、本発明はこれに限定されることはな
く、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能
である。
【0088】
【発明の効果】本発明によれば、反応チャンバー内をク
リーニングするとともに、排気ガス還流経路を介して、
排気経路のドライポンプの上流側にプラズマ発生装置に
よってプラズマ化した排気ガスを還流しながら、排気経
路、排気ガス還流経路などの配管に付着するSiO2
Si34などの副生成物をクリーニングすることができ
るので、配管が閉塞することがないので、成膜効率、ガ
ス利用効率が向上されることになる。
【0089】また、本発明によれば、排気ガス還流経
路、反応チャンバー還流経路を介して、反応チャンバー
に排気ガスを還流しながら、反応チャンバー内をクリー
ニングするので、排気ガス中に含まれる、クリーニング
ガス成分を再び、反応チャンバー内でクリーニングガス
として用いることができるので、ガス利用効率が向上さ
れることになる。
【0090】従って、排気経路、排気ガス還流経路など
の配管、反応チャンバー内に付着堆積したSiO2、S
34などの副生成物が除去できるので、成膜の際に、
半導体製品への微粒子の混入、汚染がなくなり、高品質
な薄膜製造が可能で、歩留まりなども向上する。また、
外部に最終的に排出されるクリーニングガス成分が極め
て少なくなるので、クリーニングガスの排出量も極めて
低く、地球温暖化などの環境へ与える影響も少なくな
る。
【0091】また、本発明によれば、ドライポンプの下
流側から排気経路のドライポンプの上流側に排気ガスを
還流するように構成されているので、圧力が高くなり、
パーティクルの発生がなく、フィルターの目詰まりが少
なく、パーティクルが反応チャンバー内に還流すること
がないので、クリーニング効果が向上することになる。
また、本発明によれば、高分子膜装置によって、例え
ば、N2、O2などの不活性ガスを吸収除去することがで
きるので、クリーニングガス成分のみを排気経路のドラ
イポンプの上流側に還流して、排気経路、排気ガス還流
経路などの配管をクリーニングできるのでガス利用効率
が向上する。また、このように吸収除去した不活性ガス
を回収して再利用することが可能である。
【0092】また、本発明によれば、分離装置によっ
て、例えば、SiF4、HF、CO、CO2などの不要な
排気ガス成分を選択的に除去するので、例えば、COF
2、CF4、F2などのクリーニングガス成分または濃縮
されたガス成分を排気経路のドライポンプの上流側に還
流して、排気経路、排気ガス還流経路などの配管をクリ
ーニングできるのでガス利用効率が向上する。
【0093】また、本発明によれば、圧縮機によって、
排気ガス、すなわちクリーニングガスを昇圧して排気経
路のドライポンプの上流側に還流するので、排気経路、
排気ガス還流経路などの配管内の圧力を一定に保持する
ことができるので、クリーニング効果を一定に維持する
ことが可能である。また、本発明によれば、制御装置に
よって、排気ガス還流経路を流れる、例えば、COF2
の濃度をモニターすることによって、排気経路、排気ガ
ス還流経路などの配管内のクリーニングガス成分を一定
の定常状態に維持することができるので、均一でかつ効
率の良いクリーニングを実施することができる。
【0094】また、本発明によれば、圧力開放装置によ
って、排気ガス還流経路の圧力が、一定の圧力以上にな
った際に圧力を開放するので、排気ガス還流経路の圧力
が上昇して、排気経路、排気ガス還流経路の配管、ポン
プ、高分子膜装置、分離装置などの機器類が破損、損傷
することがない。また、本発明によれば、クリーニング
の際には、排気ガス還流経路が開放されることになるの
で、排気ガス還流経路を介して、排気経路のドライポン
プの上流側に排気ガスを還流しながら、排気経路、排気
ガス還流経路の配管内をクリーニングするので、排気ガ
ス中に含まれる、クリーニングガス成分を再び、排気経
路、排気ガス還流経路の配管内をクリーニングするクリ
ーニングガスとして用いることができるので、ガス利用
効率が向上されることになる。
【0095】一方、反応チャンバー内の基材表面上に堆
積膜を形成する際には、排気ガス還流経路を閉止するの
で、成膜用ガスの成分を一定に保持することができ、均
一で一定の品質の薄膜を基材上に形成することが可能で
ある。さらに、本発明によれば、クリーニングガスであ
る、例えば、C26を一定時間流した後は、COF2
発生することになるので、このCOF2を排気ガス還流
経路、反応チャンバー還流経路によって還流することに
よって、これをクリーニングガスとして用いることがで
き、クリーニングガスの利用効率が向上し、コストも低
減できるなどの幾多の顕著で特有な作用効果を奏する極
めて優れた発明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明のCVD装置の第1の実施例を
示す概略図である。
【図2】図2は、本発明のCVD装置の第2の実施例の
概略図である。
【図3】図3は、本発明のCVD装置の第3の実施例の
概略図である。
【図4】図4は、従来のプラズマCVD法に用いるプラ
ズマCVD装置示す概略図である。
【符号の説明】
10 CVD装置 11 メカニカルブースターポンプ、 12 反応チャンバー 12a 頂壁 12b 側壁 12c 底壁 13 除害装置 14 ドライポンプ 16 排気経路 18 下部電極 20 上部電極 22 基端部分 24 高周波電源 25 高周波印加装置 26 反応ガス供給経路 28 成膜用ガス供給源 30 クリーニングガス供給経路 32 反応チャンバー還流経路 33 プラズマ発生装置 34 クリーニングガス源 36 排気ガス還流経路 40 高分子膜装置 42 圧縮機 44 分離装置 46 ガス分析センサー 50 安全バルブ 52、54、56、58、60、62 開閉バルブ 70 リモートプラズマ発生装置 72 接続配管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 000003078 株式会社東芝 東京都港区芝浦一丁目1番1号 (73)特許権者 000005049 シャープ株式会社 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 (73)特許権者 000006013 三菱電機株式会社 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 (73)特許権者 000001122 株式会社日立国際電気 東京都中野区東中野三丁目14番20号 (73)特許権者 000219967 東京エレクトロン株式会社 東京都港区赤坂五丁目3番6号 (73)特許権者 000227294 アネルバ株式会社 東京都府中市四谷5丁目8番1号 (73)特許権者 000157119 関東電化工業株式会社 東京都千代田区丸の内1丁目2番1号 (73)特許権者 000231464 株式会社アルバック 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地 (73)特許権者 000002004 昭和電工株式会社 東京都港区芝大門1丁目13番9号 (73)特許権者 301021533 独立行政法人産業技術総合研究所 東京都千代田区霞が関1−3−1 (72)発明者 坂 井 克 夫 東京都港区西新橋2丁目11番地6号 ニ ュー西新橋ビル9階 財団法人地球環境 産業技術研究機構 半導体CVD洗浄プ ロジェクト室内 (72)発明者 大 倉 誠 司 東京都港区西新橋2丁目11番地6号 ニ ュー西新橋ビル9階 財団法人地球環境 産業技術研究機構 半導体CVD洗浄プ ロジェクト室内 (72)発明者 坂 村 正 二 東京都港区西新橋2丁目11番地6号 ニ ュー西新橋ビル9階 財団法人地球環境 産業技術研究機構 半導体CVD洗浄プ ロジェクト室内 (72)発明者 安 部 薫 東京都港区西新橋2丁目11番地6号 ニ ュー西新橋ビル9階 財団法人地球環境 産業技術研究機構 半導体CVD洗浄プ ロジェクト室内 (72)発明者 村 田 等 東京都港区西新橋2丁目11番地6号 ニ ュー西新橋ビル9階 財団法人地球環境 産業技術研究機構 半導体CVD洗浄プ ロジェクト室内 (72)発明者 和 仁 悦 夫 東京都港区西新橋2丁目11番地6号 ニ ュー西新橋ビル9階 財団法人地球環境 産業技術研究機構 半導体CVD洗浄プ ロジェクト室内 (72)発明者 亀 田 賢 治 東京都港区西新橋2丁目11番地6号 ニ ュー西新橋ビル9階 財団法人地球環境 産業技術研究機構 半導体CVD洗浄プ ロジェクト室内 (72)発明者 三 井 有 規 東京都港区西新橋2丁目11番地6号 ニ ュー西新橋ビル9階 財団法人地球環境 産業技術研究機構 半導体CVD洗浄プ ロジェクト室内 (72)発明者 大 平 豊 東京都港区西新橋2丁目11番地6号 ニ ュー西新橋ビル9階 財団法人地球環境 産業技術研究機構 半導体CVD洗浄プ ロジェクト室内 (72)発明者 米 村 泰 輔 東京都港区西新橋2丁目11番地6号 ニ ュー西新橋ビル9階 財団法人地球環境 産業技術研究機構 半導体CVD洗浄プ ロジェクト室内 (72)発明者 関 屋 章 茨城県つくば市東1−1−1 独立行政 法人産業技術総合研究所つくばセンター 内 (56)参考文献 特開2000−9037(JP,A) 特開2002−75973(JP,A) 特開2001−332498(JP,A) 特開2002−33315(JP,A) 特開2003−17416(JP,A) 特開2003−59916(JP,A) 特開2003−77897(JP,A) 実開 平11−219936(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/31 H01L 21/205 C23C 16/44

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応チャンバー内に、反応ガスを供給し
    て、反応チャンバー内に配置した基材表面上に堆積膜を
    形成するCVD装置であって、 前記反応チャンバー内から、ドライポンプ、除害装置を
    介して排気ガスを排気する排気経路に、前記ドライポンプの下流側で、かつ除害装置の上流側か
    ら分岐して、 排気経路のドライポンプの上流側に排気ガ
    スを還流する排気ガス還流経路を配設するとともに、 前記排気ガス還流経路に、プラズマ発生装置が配設し 前記排気ガス還流経路に、反応チャンバーに排気ガスを
    還流する反応チャンバー還流経路を設けた ことを特徴と
    するCVD装置。
  2. 【請求項2】 前記排気ガス還流経路に、排気ガス中の
    不活性ガスを吸収除去する高分子膜装置が配設されてい
    ることを特徴とする請求項1に記載のCVD装置。
  3. 【請求項3】 前記排気ガス還流経路に、不要な排気ガ
    ス成分を選択的に除去する分離装置が配設されているこ
    とを特徴とする請求項1から2のいずれかに記載のCV
    D装置。
  4. 【請求項4】 前記排気ガス還流経路に、排気経路の上
    流側に排気ガスを昇圧して還流する圧縮機が配設されて
    いることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載
    のCVD装置。
  5. 【請求項5】 前記排気ガス還流経路に、排気経路の上
    流側に還流する排気ガスの成分を検知し、ガス成分を一
    定にするための制御装置が配設されていることを特徴と
    する請求項1から4のいずれかに記載のCVD装置。
  6. 【請求項6】 前記排気ガス還流経路に、排気ガス還流
    経路が一定の圧力以上になった際に圧力を開放する圧力
    開放装置が配設されていることを特徴とする請求項1か
    ら5のいずれかに記載のCVD装置。
  7. 【請求項7】 前記排気ガス還流経路と、反応ガス供給
    経路とを切り換える切り換え装置を備えるとともに、 前記反応チャンバー内に反応ガス供給経路を介してクリ
    ーニングガスを導入して反応チャンバー内をクリーニン
    グする際には、排気ガス還流経路を開放し、 前記反応チャンバー内の基材表面上に堆積膜を形成する
    際には、排気ガス還流経路を閉止するように切り換え装
    置によって切り換え制御されるように構成されているこ
    とを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のCV
    D装置。
  8. 【請求項8】 前記排気ガス還流経路と、反応ガス供給
    経路とを切り換える切り換え装置を備えるとともに、 前記反応チャンバー内に、リモートプラズマ発生装置を
    介してクリーニングガスを導入して反応チャンバー内を
    クリーニングする際には、排気ガス還流経路を開放し、 前記反応チャンバー内の基材表面上に堆積膜を形成する
    際には、排気ガス還流経路を閉止するように切り換え装
    置によって切り換え制御されるように構成されているこ
    とを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のCV
    D装置。
  9. 【請求項9】 前記クリーニングの際に、クリーニング
    の初期段階では、反応ガス供給経路を開放し、必要な時
    点で排気ガス還流経路と反応チャンバー還流経路を開放
    し、 クリーニングが進行した後に、反応ガス供給経路を閉止
    してクリーニングを行うように切り換え装置によって切
    り換え制御されるように構成されていることを特徴とす
    請求項8に記載のCVD装置。
  10. 【請求項10】 前記クリーニングの際に、クリーニン
    グの初期段階では、リモートプラズマ発生装置からのク
    リーニングガス供給経路を開放し、必要な時点で排気ガ
    ス還流経路と反応チャンバー還流経路を開放し、 クリーニングが進行した後に、クリーニングガス供給経
    路を閉止してクリーニングを行うように切り換え装置に
    よって切り換え制御されるように構成されていることを
    特徴とする請求項8に記載のCVD装置。
  11. 【請求項11】 前記CVD装置によって基板の成膜処
    理を行なった後に、反応チャンバー内に付着した副生成
    物を除去する際に使用するクリーニングガスが、フッ素
    ガスを含むクリーニングガスであることを特徴とする
    求項1から10のいずれかに記載のCVD装置。
  12. 【請求項12】 反応チャンバー内に、反応ガス供給経
    路を介して反応ガスを供給して、反応チャンバー内に配
    置した基材表面上に堆積膜を形成した後に反応チャンバ
    ー内をクリーニングするCVD装置のクリーニング方法
    であって、 前記反応チャンバー内から、ドライポンプ、除害装置を
    介して排気ガスを排気する排気経路に、前記ドライポン
    プの下流側で、かつ除害装置の上流側から分岐して、排
    気経路のドライポンプの上流側に至るように配設された
    排気ガス還流経路を介して、 排気ガスをプラズマ化して、排気経路のドライポンプの
    上流側に排気ガスを還流して配管内のクリーニングを行
    うとともに、 前記排気ガス還流経路に、反応チャンバーに排気ガスを
    還流する反応チャンバー還流経路を設け、 前記反応チャンバー還流経路を介して反応チャンバー内
    をクリーニングすることを特徴とするCVD装置のクリ
    ーニング方法。
  13. 【請求項13】 前記排気ガス還流経路が、ドライポン
    プの下流側から排気経路の上流側に排気ガスを還流する
    ように構成されていることを特徴とする請求項12に記
    載のCVD装置のクリーニング方法。
  14. 【請求項14】 前記排気ガス還流経路に、排気ガス中
    の不活性ガスを吸収除去する高分子膜装置が配設されて
    いることを特徴とする請求項12から13のいずれかに
    記載のCVD装置のクリーニング方法。
  15. 【請求項15】 前記排気ガス還流経路に、不要な排気
    ガス成分を選択的に除去する分離装置が配設されている
    ことを特徴とする請求項12から14のいずれかに記載
    のCVD装置のクリーニング方法。
  16. 【請求項16】 前記排気ガス還流経路に、排気経路の
    上流側に排気ガスを昇圧して還流する圧縮機が配設され
    ていることを特徴とする請求項12から15のいずれか
    に記載のCVD装置のクリーニング方法。
  17. 【請求項17】 前記排気ガス還流経路に、排気経路の
    上流側に還流する排気ガスの成分を検知し、ガス成分を
    一定にするための制御装置が配設されていることを特徴
    とする請求項12から16のいずれかに記載のCVD装
    置のクリーニング方法。
  18. 【請求項18】 前記排気ガス還流経路に、排気ガス還
    流経路が一定の圧力以上になった際に圧力を開放する圧
    力開放装置が配設されていることを特徴とする請求項1
    2から17のいずれかに記載のCVD装置のクリーニン
    グ方法。
  19. 【請求項19】 前記クリーニングの際に、クリーニン
    グの初期段階では、反応ガス供給経路を開放し、必要な
    時点で排気ガス還流経路と反応チャンバー還流経路を開
    放し、クリーニングが進行した後に、反応ガス供給経路
    を閉止してクリーニングを行うことを特徴とする請求項
    12から18のいずれかに記載のCVD装置のクリーニ
    ング方法。
  20. 【請求項20】 前記反応チャンバー内に、リモートプ
    ラズマ発生装置を介してクリーニングガスを導入して反
    応チャンバー内をクリーニングする際に、クリーニング
    の初期段階では、リモートプラズマ発生装置からのクリ
    ーニングガス供給経路を開放し、必要な時点で排気ガス
    還流経路と反応チャンバー還流経路を開放し、 クリーニングが進行した後に、反応ガス供給経路を閉止
    してクリーニングを行うことを特徴とする請求項12か
    ら18のいずれかに記載のCVD装置のクリーニング方
    法。
  21. 【請求項21】 前記CVD装置によって基板の成膜処
    理を行なった後に、反応チャンバー内に付着した副生成
    物を除去する際に使用するクリーニングガスが、フッ素
    ガスを含むクリーニングガスであることを特徴とする
    求項12から20のいずれかに記載のCVD装置のクリ
    ーニング方法。
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