JP3615998B2 - プラズマｃｖｄ製膜装置及びそのセルフクリーニング方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池や薄膜トランジスタ等に用いられるアモルファスシリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン等を製膜するための装置の壁面に付着した無効な膜を除去するクリーニング機構を備えたプラズマＣＶＤ製膜装置及びそのセルフクリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマＣＶＤ法は真空容器内に基板を保持し、形成すべき薄膜の組成元素を含む化合物ガスを供給しながら、高周波エネルギーによって、前記の化合物ガスを励起し、基板表面をその低温プラズマ雰囲気に配置することによって、基板表面に薄膜を形成（堆積）する方法である。
【０００３】
プラズマＣＶＤ法による薄膜形成上の課題は、形成薄膜の膜質および膜厚分布の制御、並びにピンホールやパーティクルの付着などに起因する膜欠陥の問題である。これらのうち、パーティクルの発生は、次の２つの過程によると考えられている。
【０００４】
第１の過程は以下のようなものである。
基板表面にプラズマＣＶＤ膜を形成する際に、電極、真空容器などの真空容器構成部品の表面にも類似の膜（無効な膜）が堆積する。この類似の膜は比較的密着力が弱く、その膜厚増加とともに、真空容器内にフレークを発生させる。その結果、試料表面にパーティクルが多量に付着し、試料表面に形成した膜に欠陥を生じさせる。そこで定期的に真空容器内構成部品に付着した無効な膜を除去する必要がある。
【０００５】
第２の過程は以下のようなものである。
放電プラズマを生成する際に、気相中でシランラジカルの重合によるパーティクル化が起きる。この現象はガス流れが滞留している部分で特に顕著に生じ、真空容器の排気部などにパーティクルが付着する。これも膜欠陥の原因となるので除去する必要がある。
【０００６】
空容器内に付着した無効な膜やパーティクルを除去する方法としてはプラズマクリーニング法が用いられる。このプラズマクリーニング法は特許第２０７３７３７号公報において開示されている。この従来装置の動作例を図１３により説明する。
【０００７】
放電チャンバ９内に放電用ラダー電極１（ラダー電極については特開平４−２３６７８１号公報にはしご状平面型コイル電極として開示されている）と基板加熱用ヒータ３４とが平行に配置されている。放電用ラダー電極１には高周波電源８からインピーダンス整合器７を介して所定周波数の高周波電力が供給される。
【０００８】
放電用ラダー電極１に供給された高周波電力は、放電チャンバ９とともに接地されたサセプタ４と放電用ラダー電極１との間にグロー放電プラズマを発生させる。
【０００９】
放電チャンバ９内には、図示しないボンベから反応ガス導入管１０を通して反応ガスが供給される。供給された反応ガスは、放電用ラダー電極１により発生したグロー放電プラズマにより分解され、サセプタ４上に保持され、所定の温度に加熱された基板５上に堆積する。また、放電チャンバ９内の未反応のガスは排気管を通して真空ポンプ１１により排気される。
【００１０】
壁面に付着した無効なシリコン膜を除去するために設置された補助電極１９にも高周波電源１５より高周波電力がインピーダンス整合器１６を介して供給され、チャンバ９の壁面との間にグロー放電プラズマが生成される。
【００１１】
以下、上記装置の動作を説明する。
まず、真空ポンプ１１を駆動して反応容器内を排気した後に、反応ガス導入管１０を通して反応ガスを供給し、放電チャンバ９の内圧を０．０５Ｔｏｒｒから３Ｔｏｒｒまでの間に保持する。
【００１２】
この状態で、高周波電源８から放電用ラダー電極１に高周波電力を印加すると、グロー放電プラズマが発生する。反応ガスは、ラダー電極１とサセプタ４との間に生じるグロー放電プラズマによって分解され、この結果、ＳｉＨ_３、ＳｉＨ_２などのＳｉを含む活性ラジカルが発生し、これが基板５の表面に堆積してアモルファスシリコン薄膜が形成される。
【００１３】
次に、壁面に付着した無効なシリコン膜を除去する際の動作について説明する。
【００１４】
まず、膜１２が形成された基板５を放電チャンバ９より取り出した後、放電チャンバ９内を真空ポンプ１１で真空排気する。次いでガス導入管１０よりＮＦ_３ガスを３００ｓｃｃｍのガス流量で放電チャンバ９内に導入し、放電チャンバ内のガス圧を５〜５０００ｍＴｏｒｒになるように調整する。この状態で、高周波電源８から放電用ラダー電極１に高周波または超高周波電力を印加すると、ラダー電極１とアースシールド２との間、ラダー電極とサセプタ４との間にグロー放電プラズマが発生する。ＮＦ_３ガスは放電プラズマにより分解され、弗素ラジカルが生成される。この弗素ラジカルは、ラダー電極１の全体、アースシールド２、ヒータ３４の上面に入射し、付着したシリコン膜と反応して膜成分を分解し、表面から離脱させる。しかし、弗素ラジカルの寿命は非常に短く、チャンバ壁面、特にラダー電極１から離れた部分や、排気口近傍に付着堆積したパーティクルには弗素ラジカルが到達できないため、シリコン膜やパーティクルを除去することが困難である。
【００１５】
そこで、従来の装置ではラダー電極周りのクリーニングと並行して板状の補助電極１９にも高周波電力を印加し、補助電極１９と放電チャンバ９の壁面との間にもグロー放電プラズマを生成させる。これによりＮＦ_３が分解されて弗素ラジカルが生成され、壁面に付着したシリコン膜が除去される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術には次の（１）〜（５）のような問題点がある。
【００１７】
（１）補助電極それ自体に膜が付着堆積する。
【００１８】
（２）補助電極に膜が多量に付着してしまうと、補助電極−壁面間にプラズマが発生し難くなる。
【００１９】
（３）補助電極で放電チャンバの壁面全体を覆うことができないため、放電チャンバの壁面から完全に膜を除去できない箇所が存在する。
【００２０】
（４）補助電極−壁面間に均一にプラズマを発生させることが困難なため、膜の除去にばらつきを生じる。
【００２１】
（５）排気口付近に特に膜やパーティクルの付着が著しいため、定期的に、例えば週に一回程度は真空用器を開放して保守点検する必要がある。
【００２２】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、装置構成部品の壁面に付着した無効な膜やパーティクルを効率良く除去することができるクリーニング機能を備えたプラズマＣＶＤ製膜装置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】
本発明に係るプラズマＣＶＤ製膜装置は、壁面に付着した異物を除去するためのクリーニング機能を有するプラズマＣＶＤ製膜装置であって、弗素系エッチングガスを製膜室内に供給するエッチングガス供給手段と、直径０．１〜１０ｍｍの線材を縦横１〜５０ｍｍ間隔に格子状又は平面型はしご状に組み合せてなり、前記エッチングガスの存在下で前記壁面の近傍に局所的な放電プラズマを生成して弗素ラジカルを生じさせる網状又は平面型はしご状のクリーニング電極と、前記クリーニング電極により放電プラズマが生成されている間に製膜室内を排気する排気手段と、を具備することを特徴とする。
【００２４】
上記クリーニング電極は、網状、平面型はしご状（ラダー状）、環状、棒状、線状のいずれの形状としてもよいが、膜が付着した状態であっても容易に放電できる形状とする必要がある。ちなみにクリーニング電極に面状の電極を用いると、その全表面に膜が付着した状態では容易に放電させることができない。従って、クリーニング電極は線材を単一又は複数を組み合せた網状または平面型はしご状とし、特に網状とすることが最適である。このような網状電極は、直径０．１〜１０ｍｍの線材を縦横１〜５０ｍｍ間隔に格子状に編み込んだものとし、製膜室の内壁面、基板サセプタの外周壁面およびアースシールドの外周壁面との間にそれぞれ２〜５０ｍｍの間隔をもつように離して配置する。なお、網状電極の編み込み形状は格子状に限られることはなく六角状、三角状、八角状、輪状、ひし形状等の他の編み込み形状であってもよい。また、クリーニング電極材料にはラダー電極と同じ材料を用いることが望ましく、例えばアルミ、ニッケル、インコネル６００等の金属又は合金を用いることが好ましい。
【００２５】
また、上記クリーニング電極として環状電極を用いる場合は、局部放電プラズマを製膜室の内壁面全体に行き渡らせるために、環状電極を製膜室の内壁面に沿って移動可能とする必要がある。このような環状電極は製膜室内で場所を取らないので設置しやすく、それ自身に付着する膜の量が少なくなるという利点がある。
【００２６】
また、環状電極は膜が付着した状態であっても容易に放電させことができるという利点もある。壁面への無効なシリコン膜の付着は一様ではなく、局所的に厚く膜が堆積する場合もある（例えばアースシールドの内面の角など）。このような場合には、エッチングを行いたい部分に電極を移動（またはあらかじめ固定）させ、その部分のみを重点的にクリーニングすることができる。
【００２７】
また、上記クリーニング電極として棒状電極を用いる場合は、棒状電極を排気手段の排気管内に設け、排気管内壁に付着した異物を除去することが望ましい。
【００２８】
さらに、上記クリーニング電極は、高周波又は高高周波を発生する高周波電源に接続され、かつ上記排気手段の排気管の近傍に配置され、該高周波電源からクリーニング電極に周波数１０〜４００ＭＨｚの高周波電力を供給することにより排気管の内壁面との間にエッチングガスのホロー放電を発生させ、該排気管の内壁面に付着した異物を除去することが望ましい。「ホロー放電」とは、高周波プラズマを生成の際、高周波を印加しているパワー電極（ここではクリーニング電極）の近傍に（アース電位にある）窪みや穴が存在するとそこで放電が起こる現象をいう。
【００２９】
上記エッチングガス供給手段は、エッチングガス供給源の他に、クリーニング後の壁面からの不純物成分の放出を阻止するために該壁面にバリヤ膜を形成するための製膜ガスとしてＳｉＨ₄もしくはＳｉＨ₄とＨ₂との混合ガスを製膜室内に供給する製膜ガス供給源をさらに有することが望ましい。このような製膜ガス供給源は、基板上に製膜する際に用いるガス供給源と共用するようにしてもよい。なお、バリヤ膜を形成するための製膜ガスとしてはＳｉＨ₄もしくはＳｉＨ₄とＨ₂との混合ガスの他にＳｉ₂Ｈ₆とＨ₂ との混合ガスや、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂とＨ₂ との混合ガス等を用いることができる。また、エッチングガスとしてはＮＦ₃、ＣＦ₄、ＣＦ₆等のような弗素系ガスを用いる。
【００３０】
上記クリーニング電極は直流電源に接続され、該直流電源はクリーニング電極に正バイアスを印加することにより、放電プラズマから製膜室の内壁面および排気管の内壁面へ入射する正イオンのエネルギーを増加させることが好ましい。また、この直流電源は高周波電源からの高周波の伝播を防ぐため、コイル４０を介してクリーニング電極に接続されている必要がある。
【００３１】
さらに壁面をもつ部材に接続された電源回路を有し、該電源回路は、壁に並列に接続された次の３系統▲１▼接地された直流電源、▲２▼ブロッキングキャパシタ、▲３▼▲２▼とは別のブロッキングキャパシタを介し壁面へ接続される高周波電源、とから構成される。また、この高周波電源および前記ブロッキングキャパシタおよび前記直流電源のいずれか一方と前記壁面をもつ部材との接続を切り替えるスイッチを具備し、クリーニング動作時に前記直流電源を前記部材に接続して前記壁面に負バイアスを印加することにより、放電プラズマから該壁面に入射する正イオンのエネルギーを増加させ、また、前記ブロッキングキャパシタを前記部材に接続して前記壁面に負バイアスを印加することにより、放電プラズマから該壁面に入射する正イオンのエネルギーを増加させ、また、前記高周波電源を前記部材に接続して前記壁面へ負バイアスを印加させることにより、放電プラズマから該壁面に入射する正イオンエネルギーを増加させることが好ましい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の種々の好ましい実施の形態について説明する。
【００３３】
（第１の実施形態）
図１〜図４を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。
製膜室としての放電チャンバ９内には、グロー放電プラズマを発生させるためのラダー電極１、アースシールド２、サセプタ４、網状電極１３、基板ヒータ３４、環状電極３５が設けられている。図示しないが、網状電極１３の代りにラダー電極を用いることも出来る。ヒータ３４は、基板サセプタ４を介して基板５を保持し、製膜中の基板５を所望の温度域に加熱保持するためのものである。サセプタ４の上方にはアースシールド２が設けられている。アースシールド２はサセプタ４と対面配置されており、これらアースシールド２とサセプタ４との間にはラダー電極１が配置されている。
【００３４】
ラダー電極１は矩形枠内に複数の平行線材が等ピッチ間隔に並ぶ平面型の放電電極であり、ヒータ３４上の基板５との間に適宜の間隔を有するように配置されている。ラダー電極１は整合器７を介して高周波電源８に接続されている。高周波電源８は一方側が接地され、例えば周波数１００ＭＨｚの高高周波をラダー電極に印加するようになっている。なお、高周波電源８からは周波数１０〜４００ＭＨｚの範囲内の高周波又は高高周波（ＶＨＦ）をラダー電極１に印加することができるようになっている。また、ラダー電極１の給電回路はセラミック部材３により放電チャンバ９およびアースシールド２から絶縁されている。
【００３５】
放電チャンバ９の上部壁およびアースシールド２を貫通して反応ガス導入管１０が製膜室内に開口している。反応ガス導入管１０は図示しない反応ガス供給源に連通し、製膜用の反応ガスとしてＳｉＨ_４ガスとＨ_２ガスとが所望の割合で混合された混合ガスが放電チャンバ９のほぼ中央領域に導入されるようになっている。
【００３６】
また、複数のエッチングガス導入管１４が放電チャンバ９の上部壁を貫通して製膜室内にそれぞれ開口している。複数のエッチングガス導入管１４は図示しないエッチングガス供給源にそれぞれ連通し、エッチングガスとしてＮＦ_３ガスが放電チャンバ９の内側壁の近傍に又は内側壁に沿って導入されるようになっている。エッチングガス導入管１４は放電チャンバ９の大きさに応じてその数を増加又は減少させる必要がある。例えばサイズ５０ｍｍ×５０ｍｍの基板５に用いられる放電チャンバ９に対してはエッチングガス導入管１４の数を１〜２とし、サイズ４００ｍｍ×４００ｍｍの基板５に用いられる放電チャンバ９に対してはエッチングガス導入管１４の数を２〜４とすることが望ましい。図には示してないが、ガスの供給を壁面に沿って均一におこなうために、放電チャンバ９内部（チャンバ９上面）にガス噴出口を１００〜２０００有した環状のパイプを設置した。このパイプにガス導入管１４を接続し、ガスの流れの制御が可能となっている。
【００３７】
真空ポンプ１１に連通する排気管２０が放電チャンバ９の側壁の適所に開口し、放電チャンバ９の内部が真空排気されるようになっている。この真空ポンプ１１は放電チャンバ９の内圧が１×１０^−３〜１×１０^{− ９}Ｔｏｒｒのレベルになるまで排気する能力を有している。なお、真空ポンプ１１、反応ガス供給源およびエッチングガス供給源（図示せず）は図示しない制御器によって動作が制御されるようになっており、各ガスの供給量が調整されると共に、放電チャンバ９の内圧が所望範囲にコントロールされるようになっている。
【００３８】
図１に示すように、製膜室としての放電チャンバ９の内壁全面を覆うように網状電極１３が設けられている。また、網状電極１３は基板サセプタ４の外周面、ヒータ３４の外周面、アースシールド２の上面と外周面をも覆うように設けられている。このように網状電極１３は放電チャンバ９内のいたるところに設置できるが、シリコン膜の堆積がひどくない箇所は、コスト低減のため、設置数を間引いている。これらの網状電極１３は放電チャンバ９、基板サセプタ４、ヒータ３４、アースシールド２との間にそれぞれ１〜５０ｍｍの間隔を保つように図示しない絶縁部材により支持されている。なお、網状電極１３はアモルファスシリコン製膜中においても設置したままである。
【００３９】
網状電極１３には電源回路が接続されている。この電源回路には接地側から順に直流電源２６、高周波電源１５、整合器１６が直列に接続されている。なお、電源回路が放電チャンバ９を貫通する部分はセラミック部材３により絶縁されている。高周波電源１５としては、一般的に普及し安価な高周波電源（周波数１３．５６ＭＨｚ）、あるいは高価ではあるが高速のエッチング速度が得られる高高周波電源（周波数１０〜４００ＭＨｚ）を用いることができる。なお、網状電極１３には直流電源２６が接続されているので、プラズマクリーニング時に正バイアスを印加することにより、放電チャンバ９の内壁へプラズマから入射する正イオンのエネルギーを増加させ、更に効果的にクリーニングを行うことができる。
【００４０】
図２に示すように、網状電極１３は線材１３ａを縦横に格子状に交叉するように編み込んで成るもの、もしくは、格子状に溶接などにより組んでなるものである。この場合に、線材１３ａの径ｄは０．１〜１０ｍｍの範囲とすることが好ましく、２〜６ｍｍとすることが最も好ましい。線材１３ａの径ｄが０．１ｍｍを下回ると放電寿命が短くなり実用に耐えられなくなるからであり、線材１３ａの径ｄが６ｍｍを上回り、特に１０ｍｍを上回ると、プラズマが不均一となりエッチングが不均一になるとともに、膜付着量が増加しすぎるようになるからである。また、線材１３ａの相互間隔Ｓ１，Ｓ２は縦横とも１〜５０ｍｍの範囲とすることが好ましく、４〜１０ｍｍの範囲とすることが最も好ましい。線材１３ａの相互間隔Ｓ１，Ｓ２が１ｍｍを下回ると膜の付着により目詰まりして安定して放電しなくなるからであり、線材１３ａの相互間隔Ｓ１，Ｓ２が５０ｍｍを上回ると局部放電プラズマが生成されないか又は弱い部分を生じるとともに、プラズマ体積が広がる分、密度が低下してエッチング速度が遅くなるからである。また、各部材の壁面から網状電極１３までの相互間隔（間隙）は１〜５０ｍｍの範囲とすることが好ましく、１０〜５０ｍｍの範囲とすることが最も好ましい。この相互間隔（間隙）が１ｍｍより小さくなると電極／壁面間に短絡を生じ易くなるからであり、相互間隔（間隙）が５０ｍｍより大きくなると局部放電プラズマが不安定になるか又は発生しなくなるからである。
【００４１】
図１に示すように、アースシールド２内の角に環状電極３５が設けられている。アースシールド２の形状が正方形であるため、環状電極３５の形状は正方形のものを用いた。アースシールド２内へのシリコン膜の堆積は角の部分が特に著しい。そのため、ラダー電極１の放電のみでクリーニングを行うと、角の部分にシリコン膜が除去されず残ってしまうことが多い。そこでアースシールド２の角の部分に堆積したシリコン膜を重点的に除去できるように環状電極３５を設置した。
【００４２】
環状電極３５への給電は、図には示さないが、網状電極１３へ供給されている電力の一部を分岐し供給した。
【００４３】
環状電極３５の線材の径ｄは、１〜１０ｍｍの範囲とした。環状電極の形状は、クリーニング対象の形状に応じて種々変えられるので、特に決まったものではない。ただし、環状電極とクリーニング対象面（アースシールド２）との間隔は１０〜５０ｍｍの範囲となるように設置する必要かある。なお、環状電極３５の材質は網状電極１３と同じく耐食性を有するアルミ、ニッケル、インコネル６００等である。
【００４４】
放電チャンバ９には負バイアス印加回路が接続されている。この負バイアス印加回路には直流電源２５とブロッキングキャパシタ２７とブロッキングキャパシタ４３、整合器４１を介し、高周波電源４２とが並列に接続され、切替スイッチ２８により直流電源２５とブロッキングキャパシタ２７と高周波電源４２の間で放電チャンバ９への接続が切り替えられるようになっている。
【００４５】
このような負バイアス印加回路を用いてプラズマクリーニング時には直流電源２５により放電チャンバ９に負バイアスを印加して、プラズマから放電チャンバ９壁面に入射する正イオンのエネルギーを増加させることができ、効果的にクリーニングを行えるようになっている。また、放電チャンバ９をブロッキングキャパシタ２７に接続した場合は、放電チャンバ９に負バイアスが印加されるため、プラズマから放電チャンバ９壁面に入射する正イオンのエネルギーを増加させることができ、効果的にクリーニングを行えるようになっている。また、放電チャンバ９をブロッキングキャパシタ４３を介し高周波電源４２に接続した場合も、放電チャンバ９に負バイアスが印加されるため、プラズマから放電チャンバ９壁面に入射する正イオンのエネルギーを増加させることができ、効果的にクリーニングを行えるようになっている。
【００４６】
さらに、排気管２０内には棒状電極２３が設けられている。棒状電極２３は直径２〜１０ｍｍの線材１３ａに電源回路を接続しただけの簡易な構造のものである。この棒状電極２３には、接地側から順に、高周波電源２２、整合器２１が直列に接続されている。また、棒状電極２３には、バイアス印加のために直流電源２４がコイル４０（高周波電源２２から直流電源２４への高周波の伝播を防止するため）を介して接続されている。なお、電源回路が排気管２０を貫通する部分はセラミック部材３により絶縁されている。高周波電源２２としては、一般的に普及し安価な高周波電源（周波数１３．５６ＭＨｚ）、あるいは高価ではあるが高速のエッチング速度が得られる高高周波電源（周波数１０〜４００ＭＨｚ）を用いることができる。なお、棒状電極２３には直流電源２４が接続されているので、プラズマクリーニング時に正バイアスを印加することにより、排気管２０の内壁へプラズマから入射する正イオンのエネルギーを増加させ、更に効果的にクリーニングを行うことができる。
【００４７】
さらに、排気管２０の開口近傍にも網状電極１３を設置し、かつ高周波電力を供給することにより、排気管２０の内部にエッチングガス（例えばＮＦ_３）のホロー放電を発生させ、排気管２０の内壁に堆積した膜を除去するようにしてもよい。ここで「ホロー放電」とは、高周波プラズマを生成の際、高周波を印加しているパワー電極（ここでは網状電極１３）の近傍に（アース電位にある）窪みや穴が存在すると、そこで放電が起こる現象のことをいう。
【００４８】
次に、アモルファスシリコン膜１２の製膜動作とこれに続くクリーニング動作とについて説明する。
【００４９】
図示しないシャッタ扉を開けて放電チャンバ９内にサセプタ４に保持された基板５を搬入し、ヒータ３４の上に載置した。シャッタ扉を閉じ、放電チャンバ９の内部を真空ポンプ１１により真空引きした。次いで、流量５ｓｃｃｍのＳｉＨ_４ガスと流量３００ｓｃｃｍのＨ_２ガスとを反応ガス導入管１０を介して放電チャンバ９内に供給すると共に、真空ポンプ１１により排気する。このとき放電チャンバ９の内圧が１００ｍＴｏｒｒに保たれるように制御する。この状態で高周波電源８から例えば６０ＭＨｚ，５０Ｗの高高周波を同軸ケーブルを介してラダー電極１に給電し、放電プラズマを生成させて製膜を行った。この間にチャンバ壁面には約５０μｍ程度のシリコン膜が付着した。また、製膜時は網状電極１３、棒状電極２３、放電チャンバ９はアース電位である（直流電源２４，２５，２６をゼロボルト電位とする）。
【００５０】
製膜工程が完了し、アモルファスシリコン膜が堆積した基板５をチャンバ９からサセプタ４ごと取り出した後に、クリーニングを以下の手順で行った。
【００５１】
エッチングガスにはＮＦ_３を用い、反応ガス導入管１０を介して１５０ｓｃｃｍのガス流量でＮＦ_３をチャンバ９内に導入した。ラダー電極１に高周波または高高周波電源８より周波数１０〜４００ＭＨｚで、パワー５〜２００Ｗの高周波電力を供給し、ラダー電極１とアースシールド２との間、ならびにラダー電極１とサセプタ４との間にグロー放電プラズマを生成させた。これによりアースシールド２、ラダー電極１、ヒータ３４上面に付着したシリコン膜を除去した。
【００５２】
これと並行して、放電チャンバ９の壁面に付着した膜を除去するため、エッチングガス導入管１４からもＮＦ_３ガスを１５０ｓｃｃｍの流量で導入し、網状電極１３にも高周波又は高高周波電源１５より周波数１０〜４００ＭＨｚ、パワー５〜２００Ｗの高周波電力を供給し、網状電極１３と放電チャンバ９の内壁との間にグロー放電プラズマを生成させ、チャンバ壁面に堆積したシリコン膜の除去を行った。このクリーニングの間、網状電極１３には、直流電源２６により０〜８００Ｖの正バイアスを印加した。また、放電チャンバ９には直流電源２５により０〜−８００Ｖの負バイアスを印加、またはブロッキングキャパシタ２７、または高周波電源４２に接続した。
【００５３】
図３は横軸に高周波の周波数（ＭＨｚ）をとり、縦軸にエッチング速度（ｎｍ／秒）をとって、チャンバ壁面に付着したシリコン膜のエッチングレートの周波数依存性を示す特性線図である。エッチング速度は、６０秒間エッチングを行い、エッチング前後での膜厚の変化量を時間（６０秒）で割って算出した。この時のその他の条件は、高周波電源１５のパワー２００Ｗ、圧力１Ｔｏｒｒである。この時の放電チャンバ９の内壁に付着した膜のエッチング速度は投入電力２００ＭＨｚのとき、最高で７ｎｍ／秒が得られ、超高周波プラズマがエッチング速度の向上に有効であることが確認された。
【００５４】
また、従来、排気管２０にはシリコンパーティクルが大量に堆積してクリーニングしきれなかった。そのため、この部分は定期的に（週１回程度）装置を大気開放し、洗浄する必要があった。この部分に付着したパーティクルを除去するため、本発明で導入した棒状電極２３を排気管２０内部に挿入し、これに高周波または高高周波電源２２を設置し、プラズマを生成、付着したパーティクルの除去も行った。この間、棒状電極２３には直流電源２４より０〜８００Ｖの正バイアスを印加した。ちなみにエッチングガスは反応ガス導入管１０、エッチングガス導入管１４より導入したＮＦ_３ガスのうちラダー電極１まわり、チャンバ壁面に付着した膜のエッチングに利用されなかったものが使われる。
【００５５】
排気管２０に付着したパーティクルをホロー放電により除去することを試みた。高周波放電を行う際、高周波を印加するパワー電極の周囲に（アース電位にある）窪みや穴などが存在するとその部分で放電が起こることが知られており、これをホロー放電という。本発明では、壁際に設置した網状電極１３に高周波電力を印加し、壁面に付着した膜の除去を行っている。そのため、付随的に内壁に空いた排気管２０内にホロー放電が生じ、排気管２０に付着したパーティクルの除去も効率的に行うことが可能である。
【００５６】
図４は横軸に高周波の周波数（ＭＨｚ）をとり、縦軸にエッチングレート（ｎｍ／秒）をとって、排気管に堆積したパーティクルを棒状電極の放電のみで除去する方法と網状電極によるホロー放電のみで除去する方法とについてエッチング速度の周波数依存性をそれぞれ調べた結果を比べて示す特性線図である。図中の特性線Ｂ（黒菱形）は前者の方式でクリーニングした結果を、特性線Ｃ（白四角）は後者の方式でクリーニングした結果を示す。計測点は排気管２０の入口から１０ｃｍの地点で計測した。エッチング速度の算出方法は図３の場合と同じである。棒状電極２３には高高周波電源２２から周波数２００ＭＨｚ、１００Ｗの電力を供給し、放電させた。ホロー放電の場合、網状電極２３には、高高周波電源１５より２００ＭＨｚ、２００Ｗの電力を供給し放電させた。どちらの場合もガス圧は１Ｔｏｒｒ、ＮＦ_３流量は３００ｓｃｃｍである。いずれの場合においても、図３の結果と同様に、周波数を上げるに従ってエッチングレートは上昇する。２つの場合のエッチング性能を単純には比較できないが、棒状電極を用いた場合は専用の電源を用意すれば個別にエッチングレートを制御できる利点はあるが設備費等のコストがかかる欠点がある。ホロー放電を利用すれば専用の設備投資は必要ないがエッチング速度を個別に制御できない欠点がある。
【００５７】
次に、網状電極１３により生成されたプラズマの均一性評価のため、チャンバ内壁に付着したシリコン膜のエッチングレートの分布を求めた。エッチングレートの算出方法は、図３の場合と同じ方法を用いた。分布はエッチングの条件は最高速度が得られた条件でエッチングを行い、エッチングレートを等間隔に計２００点計測し算出してものである。これによると分布は±２２％であり、プラズマがほぼ均一に生成されているといえる。
【００５８】
クリーニング直後は（膜が堆積していないため）チャンバや電極の構造材の表面がそのまま露出した状態にある。そのため、クリーニング直後に製膜を行うと、これら構造材の構成物質が基板上に堆積される膜（例えばアモルファスシリコン１２に混入してしまい、膜質を劣化させるおそれがある。そのため、本格的な製膜の前にこれら構造材から不純物が飛び出さないようにガードするバリヤ膜を故意にチャンバ壁面、電極表面に堆積させるために製膜を行う。しかし、製膜に使用するラダー電極１から離れたところや、プラズマに直接さらされない箇所には膜が付きにくく、効果的にバリヤ膜が形成されているか疑わしい。そこでバリヤ膜形成を効率的に行うために、従来のラダー電極での放電意外に、エッチングガス導入管１４より材料ガス（ＳｉＨ_４／Ｈ_２）を導入し、網状電極に高周波電力を供給し、チャンバ内壁との間にもプラズマを生成させ、チャンバ壁面へのバリヤ膜を堆積させる必要がある。
【００５９】
具体的には、エッチング終了後、再び製膜する前に電極表面、内壁に故意にシリコン膜を堆積させた。これは、製膜中に電極やチャンバ内壁の構造材から飛び出てくる物質により膜が汚染されるのを防ぐ目的で実施されるものである。製膜条件は先に示した製膜の条件と同じであるが、放電チャンバ９の壁面への膜の堆積をより効率的に行うため、エッチングに用いた網状電極１３も製膜に利用した。そのため、エッチングガス導入管１４からもＳｉＨ_４／Ｈ_２の混合ガスを１００ｓｃｃｍだけ導入し、高周波電力を網状電極１３に印加し、チャンバ壁面との間にプラズマを生成させ、壁面に膜を堆積させた。網状電極１３を用いた放電の均一性はエッチング速度の均一性のところで述べたように高いため、ラダー電極１のみでの放電に比べて速く、かつ均一にバリヤ膜を形成することができる。
【００６０】
上記第１実施形態の装置によれば、網状電極１３により局部放電プラズマを生じさせ、チャンバ壁面に付着したシリコン膜をエッチングにより除去することができた。
【００６１】
また、上記装置によれば、網状電極１３を用いることにより、壁面近傍に均一なプラズマを生成でき、ムラなく壁面に付着したシリコン膜を除去できた。
【００６２】
また、上記装置によれば、排気管２０内に堆積したシリコンパーティクルを網状電極１３のホロー放電もしくは棒状電極２３によるグロー放電により除去できるようになった。
【００６３】
また、上記装置によれば、網状電極１３および棒状電極２３の導入により、放電チャンバ全体のプラズマクリーニングが可能となり、製膜装置の稼動効率が向上し、膜生産歩留まりが向上できた。
【００６４】
また、上記装置によれば、網状電極１３を用い、クリーニング直後のバリヤ膜形成を行うことにより、ラダー電極のみによる場合に比べ、効率的に膜形成を行うことができるようになった。
【００６５】
さらに、上記装置によれば、網状電極１３そのものに膜が付着堆積した場合であっても、その構造的理由から、従来の平板状の電極に比べて放電が容易であった。
【００６６】
（第２の実施形態）
次に、図５及び図６を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。
【００６７】
上記第１の実施形態では壁面に付着したシリコン膜を除去するためにエッチングガスとしてＮＦ_３を用いた。ＮＦ_３はＨ_２、Ａｒなどのガスに比べてエッチング速度が大きく、放電チャンバ内壁のクリーニングが短時間で完了するという利点がある。しかし、ＮＦ_３を用いてエッチングを行うためにはアモルファスシリコン１２の製膜を中断しなければならない。そこで、本実施形態では次の（１），（２）のようにすることにより製膜を中断することなく、製膜と同時にチャンバ壁面のクリーニングを実施することが可能となる。
【００６８】
（１）アモルファスシリコン膜１２の製膜は、ＳｉＨ_４をＨ_２で希釈したガス系で行われる。そこで、エッチングガスに製膜にも用いられるＨ_２、あるいは不活性ガスであるＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅを用い、製膜雰囲気を汚染することなく製膜と同時にチャンバ壁面に付着した膜のエッチングを行う。
【００６９】
（２）Ｈ_２，Ａｒの利用効率を向上させるため、これらエッチングガスの流れを制御した。具体的には、エッチングガス導入管１４の内径は、Ｈ_２ガスが放電チャンバ９内に導入される際に衝撃波が立たないように設計する。衝撃波の発生を抑制するには、マッハ数が０．８以下になるようにすればよい（機械工学便覧，Ａ５−６４，１９８７，日本機会学会）。マッハ数はガスの流速をその点における音速で割ったものである。
【００７０】
第２の実施形態に係る装置の概要を図５に示す。なお、本実施形態が上記第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００７１】
網状電極１３を放電チャンバ９の内側壁およびアースシールド２の外周側壁にそれぞれ設置した。網状電極１３は図２に示す格子状のものを用いた。線材１３ａの径ｄは１〜１０ｍｍの範囲とした。線材１３ａの相互間隔Ｓ１，Ｓ２は４〜１０ｍｍの範囲とした。この網状電極１３を壁面から１０〜５０ｍｍの距離をおいて複数の絶縁部材（図示せず）により支持した。図示しないが、網状電極１３の代りにラダー電極を用いることも出来る。
【００７２】
エッチングガス導入管１４は放電チャンバ９の内側壁と網状電極１３との間に壁面に沿って複数箇所に設置されている。エッチングガス導入管１４の数は放電チャンバ９の大きさに応じて１〜４個の範囲で決定する。Ｈ_２ガスのエッチングに利用される効率を上げるために、エッチングガス導入管１４の内径は、Ｈ_２ガスが放電チャンバ９内に導入される際に衝撃波を生じないように設計している。本実施形態ではエッチングガス導入管１４の内径を約３ｍｍとすることにより衝撃波の発生を回避するようにした。また、図には示してないが、ガスの供給を壁面に沿ってより均一におこなうために、放電チャンバ９内部（チャンバ９上面）にガス噴出口（ガス噴出口の内径は衝撃波の発生を回避できるように設計）を１００〜２０００有した環状のパイプを設置した。このパイプにガス導入管１４を接続し、ガスの流れの制御が可能となっている。
【００７３】
アモルファスシリコン膜の製膜条件は次のようにした。ＳｉＨ_４：２〜１０ｓｃｃｍ，Ｈ_２：０〜３００ｓｃｃｍを反応ガス導入管１０を介して放電チャンバ９内に供給すると共に、真空ポンプ１１により放電チャンバ９内を排気し、放電チャンバ９の内圧を１０〜５０００ｍＴｏｒｒの範囲に保つ。次いで高周波又は高高周波電源８により周波数１３．５６〜４００ＭＨｚ，パワー１０〜２００Ｗの高周波をラダー電極１に印加してプラズマ３を生成させ、２００℃に加熱された基板５の上にアモルファスシリコン膜１２を堆積させた。
【００７４】
製膜と同時並行してクリーニングを以下の手順で行った。
Ｈ_２ガス又はＡｒガスをエッチングガス導入管１４より１００ｓｃｃｍ（全導入管から導入されるＨ_２ガス流量の合計）の流量で導入した。次いで、高周波電源又は高高周波電源１５より周波数１０〜４００ＭＨｚ，パワー１０〜２００Ｗの高高周波を網状電極１３に印加してプラズマを生成させ、エッチングを行った。このとき網状電極１３には直流電源２６により０〜８００Ｖの正バイアスを印加した。
【００７５】
図６は横軸にアモルファスシリコン堆積速度（ｎｍ／秒）をとり、縦軸に壁面に付着したシリコン膜厚（ｎｍ）をとって、網状電極によりエッチング（クリーニング）を行った場合と行わなかった場合とにつき製膜速度を種々変えて５時間ずつアモルファスシリコン膜をそれぞれ製膜した後に、チャンバ壁面に付着したシリコンの膜厚をそれぞれ測定した結果を示す特性線図である。図中にて特性線Ｄ（黒菱形）は水素ガス（Ｈ_２）プラズマによるエッチング有りの結果を、特性線Ｅ（白四角）はアルゴンガス（Ａｒ）プラズマによるエッチング有りの結果を、特性線Ｆ（黒三角）はエッチング無しの結果をそれぞれ示す。図から明らかなように、エッチングを同時に行った場合の特性線Ｄ，Ｅのほうがエッチングを行わない場合の特性線Ｆに比べて壁面への膜の堆積量が少なくなる。このようにアモルファスシリコン膜１２の製膜と同時に網状電極１３を用いて、水素ガス（Ｈ_２）あるいはアルゴンガス（Ａｒ）プラズマをチャンバ壁面近傍に集中的に生成させることにより、壁面へのシリコン膜１８の堆積を抑制できることが確認された。
【００７６】
上記第２実施形態の装置によれば、水素ガス（Ｈ_２）を衝撃波が発生しないようにチャンバ内に導入し、網状電極によりチャンバ壁面近傍に放電プラズマを局所的に生成させることができ、製膜と同時にクリーニングを実施することが可能となった。このため製膜工程を長時間にわたり中断することなく、連続的に製膜工程を次々に実施することが可能になり、生産性が大幅に向上した。
【００７７】
また、上記の装置によれば、製膜と同時に水素プラズマによるクリーニングを行うことにより膜の堆積を抑制することができた。
【００７８】
（第３の実施形態）
次に、図７〜図９を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。
【００７９】
第３の実施形態に係る装置の概要を図７に示す。なお、本実施形態が上記第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００８０】
本実施形態では網状電極の代わりに図８に示す環状状電極２９を用いて放電チャンバ９の壁面に付着した膜をクリーニングするようにした。環状状電極２９は図示しない昇降装置により放電チャンバ９の内側壁に沿って上方から下方へ（あるいは下方から上方へ）移動されるように水平に支持されている。このような昇降装置には空気圧シリンダ機構やボールスクリュウ機構を用いることができる。なお、本実施形態では放電チャンバ９が円筒状であるため、環状状電極２９もリング形状のものを用いた。
【００８１】
環状状電極２９はフレキシブルケーブル（図示せず）を介して電源回路に接続されている。この電源回路には接地側から順に直流電源３０、高周波電源３２、整合器３１が直列に接続されている。なお、電源回路が放電チャンバ９を貫通する部分はセラミック部材３により絶縁されている。
【００８２】
高周波電源３２としては、一般的に普及し安価な高周波電源（周波数１３．５６ＭＨｚ）、あるいは高価ではあるが高速のエッチング速度が得られる高高周波電源（周波数１０〜４００ＭＨｚ）を用いることができる。なお、環状状電極２９には直流電源３０が接続されているので、プラズマクリーニング時に正バイアスを印加することにより、放電チャンバ９の内壁へプラズマから入射する正イオンのエネルギーを増加させ、更に効果的にクリーニングを行うことができる。
【００８３】
放電チャンバ９には、スイッチ２８を切り替えることにより、直流電源２５、ブロッキングキャパシタ２７、高周波電源４２に接続可能である。プラズマクリーニング時に直流電源２５により放電チャンバ９に負バイアスを印加することにより、プラズマから放電チャンバ９壁面に入射する正イオンのエネルギーを増加させることができ、効果的にクリーニングを行える。また、放電チャンバ９をブロッキングキャパシタに接続した場合は、放電チャンバ９に負バイアスが印加されるため、プラズマから放電チャンバ９壁面に入射する正イオンのエネルギーを増加させることができ、効果的にクリーニングを行うことができる。また、放電チャンバ９をブロッキングキャパシタ４３を介し高周波電源４２に接続した場合も、放電チャンバ９に負バイアスが印加されるため、プラズマから放電チャンバ９壁面に入射する正イオンのエネルギーを増加させることができ、効果的にクリーニングを行えるようになっている。
【００８４】
上記装置の動作について説明する。
先ず放電チャンバ９を真空ポンプ１１により真空引きした。次いで、５ｓｃｃｍのＳｉＨ_４ガスと３００ｓｃｃｍのＨ_２ガスとを反応ガス導入管１０を介してチャンバ９内に供給するとともに、真空ポンプ１１によりチャンバ９内を排気することにより、放電チャンバ９の内圧を約１００ｍＴｏｒｒに保持する。この状態で高周波電源８により例えば周波数６０ＭＨｚ，パワー５０Ｗの高高周波を同軸ケーブルを介してラダー電極１に給電し、プラズマを生成させ、製膜を行った。この間にチャンバ壁面には約５０μｍ程度のアモルファスシリコン膜が付着した。また、製膜時は環状状電極２９、棒状電極２３、放電チャンバ９はアース電位である（直流電源３０，２４，２５をゼロボルト電位とする）。
【００８５】
エッチングガスにはＮＦ_３を用い、反応ガス導入管１０より１５０ｓｃｃｍのガス流量でチャンバ９の内側壁近傍に導入した。ラダー電極１に高周波または高高周波電源８より１０〜４００ＭＨｚ、５〜２００Ｗの電力を供給し、ラダー電極１とアースシールド２の間、ならびにラダー電極１とサセプタ４との間にグロー放電プラズマを生成させた。これによりアースシールド２の内部、ラダー電極１、ヒータ３４の上面に付着したシリコン膜をそれぞれ除去した。
【００８６】
これと並行して、放電チャンバ９の壁面に付着した膜を除去するため、エッチングガス導入管１４からもＮＦ_３を１５０ｓｃｃｍのガス流量で導入し、環状電極２９にも高周波あるいは高高周波電源１５より１０〜４００ＭＨｚ、５〜２００Ｗの電力を供給し、環状電極１３と放電チャンバ９の内壁との間にグロー放電プラズマを生成させ、環状電極１３をチャンバ９の上側から下側へ（または下側から上側へ）徐々に移動させ、壁面に堆積した膜の除去を行った。このクリーニングの間、網状電極１３には、直流電源２６により０〜８００Ｖの正バイアスを印加した。また、放電チャンバ９には直流電源２５により−０〜−８００Ｖの負バイアスを印加するか、またはブロッキングキャパシタ２７に接続し負バイアスを印加するか、高周波電源４２に接続し負バイアスを印加した。なお、環状電極２９の移動速度は５ｍｍ／分とした。だだし、放電チャンバ９内壁へのシリコン膜の堆積厚さは一様ではない。そのため、特に膜の堆積が著しい箇所では環状電極２９の移動を止め、重点的にクリーニングを行った。
【００８７】
なお、製膜中は環状電極２９への膜の付着をできる限り避けるために、環状電極２９は製膜時の放電プラズマから離れた位置、例えばチャンバ９の天井近傍または床近傍に待機させておくことが好ましい。
【００８８】
また、環状電極２９は、それ自身に膜が堆積した場合であっても、その構造的理由から平板状の電極に比べて容易に放電できるので、長期間にわたり保守点検することなく継続使用することが可能である。
【００８９】
クリーニング直後は（膜が堆積してないため）チャンバや電極の構造材があらわな状態である。そのため、クリーニング直後に製膜を行うと、これら構造材の構成物質が基板上に堆積される膜（例えばアモルファスシリコン１２に混入してしまい、膜の性能を低下させるおそれがある。そのため、本格的な製膜の前にこれら構造材から不純物が飛び出さないようにガードするバリヤ膜を故意にチャンバ壁面、電極表面に堆積させるために製膜を行う。しかし、製膜に使用するラダー電極１から離れたところや、プラズマに直接さらされない箇所には膜が付きにくく、効果的にバリヤ膜が形成されているか疑わしい。
【００９０】
そこで、エッチング終了後、再び製膜する前に電極表面、内壁に故意にシリコン膜を堆積させた。（これは、製膜中に電極やチャンバ内壁の構造材から飛び出てくる物質により膜が汚染されるのを防ぐ目的で実施されるものである。）製膜条件は先に示した製膜の条件を同じであるが、チャンバ９の壁面への膜の堆積をより効率的に行うため、エッチングに用いた環状状電極２９も製膜に利用した。そのため、エッチングガス導入管からもＳｉＨ_４／Ｈ_２混合ガスを１００ｓｃｃｍの流量で導入し、高周波電力を網状電極２９に印加し、壁面との間にプラズマを生成させ、クリーニング時同様にチャンバ９内を上から下へ（あるいは下から上へ）徐々に移動させながら壁面に膜を堆積させた。この方法により、ラダー電極のみでの放電にくらべ速く均一にバリヤ膜の形成が可能である。
【００９１】
図９は横軸に高周波の周波数（ＭＨｚ）をとり、縦軸にエッチング速度（ｎｍ／秒）をとって、チャンバ壁面に付着したシリコン膜のエッチングレートの周波数依存性を示す特性線図である。エッチング速度の算出は、環状状電極を移動させずに定位置に固定し、６０秒間エッチングを行い、エッチング前後での膜厚の変化量を時間（６０秒）で割って算出した。この時のその他の条件は、高周波電源１５のパワー１００Ｗ、圧力１Ｔｏｒｒである。図中の特性線Ｇ（黒菱形）から明らかなように、放電チャンバ９の内壁に付着した膜のエッチング速度は周波数２００ＭＨｚのとき、最高で５．２ｎｍ／秒が得られ、高高周波プラズマがエッチング速度の向上に有効であることが確認された。
【００９２】
上記の環状状電極を用いることにより、チャンバ壁面に付着したシリコン膜をエッチングすることができ、本方法によるセルフクリーニングが有効であることが確認された。
【００９３】
また、環状状電極の導入により、放電チャンバ全体のプラズマクリーニングが可能となり、製膜装置の稼動効率が向上し、膜生産歩留まりが向上できた。
【００９４】
さらに、環状状電極を用い、クリーニング直後のバリヤ膜形成を行うことにより、ラダー電極のみによる場合に比べて、効率的に膜形成を行うことができるようになった。
【００９５】
（第４の実施形態）
次に、図１０を参照して本発明の第４の実施形態について説明する。なお、本実施形態が上記第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００９６】
本実施形態では、チャンバ９のすべての内壁面、アースシールド２の外面、ヒータ３４の側周壁面などのラダー電極１での放電によってラジカルが到達しにくい部分はすべてセラミック部材３Ａ（例えばアルミナ板）で覆い、放電チャンバ９の内壁面などに付着した膜をクリーニングするようにしている。セラミック部材３Ａの厚さは２〜３０ｍｍの範囲とする。電極／壁面間の最小限の絶縁を確保するとともに放電プラズマの生成を容易にするためにはこの厚み範囲が適しているからである。
【００９７】
セラミック部材３Ａの上には網状電極１３がネジどめされている。網状電極１３は図２に示した第１実施形態のものと同じ構成である。この網状電極１３はアモルファスシリコン製膜中にも放電チャンバ９内に設置したままである。また、網目状電極の代りにラダー電極を同様に設置することも可能である。
【００９８】
次に、本実施形態の装置の動作について説明する。
【００９９】
先ず、基板５の上にアモルファスシリコン膜１２を製膜した。この手順は実施例１と同じなので省く。製膜後、アモルファスシリコン膜１２が堆積した基板５をサセプタ４ごとチャンバ９から搬出した後、クリーニングを以下の手順で行った。
【０１００】
エッチングガスにはＮＦ_３を用い、反応ガス導入管１０より１５０ｓｃｃｍのガス流量で放電チャンバ９内に導入した。ラダー電極１に高周波または高高周波電源８より周波数１０〜４００ＭＨｚ、パワー５〜２００Ｗの高周波を給電し、ラダー電極１とアースシールド２の間、ならびにラダー電極１とサセプタ４との間にグロー放電プラズマを生成させた。これによりアースシールド２の内部、ラダー電極１、ヒータ３４の上面に付着したシリコン膜を除去した。
【０１０１】
これと並行して、放電チャンバ９の内側面、アースシールド２の外側面、ヒータ３４の側周面に取り付けたセラミック部材３Ａにそれぞれ付着した膜を除去するために、エッチングガス導入管１４からもＮＦ_３ガスを１５０ｓｃｃｍの流量で導入し、網状電極１３にも高周波あるいは高高周波電源１５より周波数１０〜４００ＭＨｚ、パワー５〜２００Ｗの電力を供給し、網状電極１３の周りにグロー放電プラズマを生成させ、セラミック部材３Ａに堆積したシリコン膜の除去を行った。このクリーニングの間、網状電極１３には、直流電源２６により０．０１〜８００Ｖの正バイアスを印加した。
【０１０２】
次に、網状電極１３により生成されたプラズマの均一性評価のため、チャンバ内壁に付着したシリコン膜のエッチングレートの分布を求めた。エッチングレートの算出方法には図３の場合と同じ方法を用いた。分布はエッチングの条件は最高速度が得られた条件でエッチングを行い、エッチングレートを等間隔で計２００点計測し、算出したものである。これによるとエッチングレートの分布は±１４％の範囲内に収まり、プラズマがほぼ均一に生成されているといえる。これは上記第１実施形態のときの２２％より高い。第１実施形態の装置では網状電極１３と壁面との間隔が必ずしも一定でない可能性があるのに対して、本実施形態ではセラミック部材３Ａの設置により網状電極１３を壁面からほぼ一定間隔に取り付けることができるために、プラズマの均一性が高められたものと推察される。
【０１０３】
エッチング終了後、再び製膜する前に電極表面、内壁（セラミック部材３Ａ）に故意にシリコン膜を堆積させた。（これは、製膜中に電極やチャンバ内壁の構造材から飛び出てくる物質により膜が汚染されるのを防ぐ目的で実施されるものである。）製膜条件は先に示した製膜の条件を同じであるが、チャンバ９の壁面への膜の堆積をより効率的に行うため、エッチングに用いた網状電極１３も製膜に利用した。そのため、エッチングガス導入管からもＳｉＨ_４／Ｈ_２混合ガスを１００ｓｃｃｍの流量で導入し、高周波電力を網状電極１３に印加し、壁面との間にプラズマを生成させ、壁面に膜を堆積させた。網状電極１３を用いた放電の均一性は上述のエッチング速度の均一性で述べたように高いため、ラダー電極１のみでの放電に比べて速く、均一にバリヤ膜の形成が可能である。
【０１０４】
本実施形態の装置によれば、チャンバ壁面、アースシールド壁面、サセプタ／ヒータ壁面を絶縁性のセラミック部材で覆い、その上に網状電極を直接貼り付けているので、無効な膜は網状電極とこれらのセラミック部材とに付着する。また、網状電極／壁面間に生成される局部放電プラズマが表面に密接して発生するので、エッチング速度が大きい。
【０１０５】
（第５の実施形態）
次に、図１１、１２を参照して本発明の第５の実施形態について説明する。
【０１０６】
第５の実施形態に係る装置の概要を図１１に示す。なお、本実施形態が上記第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【０１０７】
本実施形態では網状電極の代わりに図１２に示す線状電極３６を用いて放電チャンバ９の壁面に付着した膜をクリーニングするようにした。
【０１０８】
図１２に示すように、線状電極３６は、直径２〜１０ｍｍの線材であるため、エッチング対象となる部材の形状に応じて設置形状を自由に選択することができる。本実施例では円筒状の放電チャンバ９の内壁に設置するため、図１２に示すようなら旋状のものを用いた。線状電極３６の一端には図示したように、直流電源３９、高周波電源３８、整合器３７を接続した。もう一端の終端は、▲１▼開放、▲２▼アースに短絡、▲３▼キャパシタンス・インダクタンス・抵抗の１つもしくは組合せからなる負荷インピーダンスのいずれか１種を接続し、終端インピーダンスを調整することにより線状電極に生じる定在波分布を均一、もしくは任意の分布に調整し、この分布により生じるプラズマ分布をセルフクリーニングに適した分布（例えば堆積膜が厚く、早いエッチングが必要な箇所には強いプラズマ、すなわち、大きな定在波電圧を生じさせる）になるようにした。さらに線状電極上の電圧分布をセルフクリーニング上好ましい分布にするために、線状電極の途中にインピーダンス調整用のコンデンサ等のリアクタンスを並列・直列に接続する方法もある。なお、電源回路が放電チャンバ９を貫通する部分はセラミック部材３により絶縁されている。
【０１０９】
高周波電源３８としては、一般的に普及し安価な高周波電源（周波数１３．５６ＭＨｚ）、あるいは高価ではあるが高速のエッチング速度が得られる高高周波電源（周波数１０〜４００ＭＨｚ）を用いることができる。なお、線状電極３６には直流電源３９が接続されているので、プラズマクリーニング時に正バイアスを印加することにより、放電チャンバ９の内壁へプラズマから入射する正イオンのエネルギーを増加させ、更に効果的にクリーニングを行うことができる。
【０１１０】
放電チャンバ９には、スイッチ２８を切り替えることにより、直流電源２５、ブロッキングキャパシタ２７、高周波電源４２に接続可能である。プラズマクリーニング時に直流電源２５により放電チャンバ９に負バイアスを印加することにより、プラズマから放電チャンバ９壁面に入射する正イオンのエネルギーを増加させることができ、効果的にクリーニングを行える。また、放電チャンバ９をブロッキングキャパシタに接続した場合は、放電チャンバ９に負バイアスが印加されるため、プラズマから放電チャンバ９壁面に入射する正イオンのエネルギーを増加させることができ、効果的にクリーニングを行うことができる。また、ブロッキングコンデンサ４３を介し高周波電源４２に接続した場合には、放電チャンバ９壁面に負バイアスが印加されるため、プラズマから放電チャンバ９に入射する正イオンのエネルギーを増加させることができ、効果的にクリーニングを行うことができる。
【０１１１】
上記装置の動作について説明する。
先ず放電チャンバ９を真空ポンプ１１により真空引きした。次いで、５ｓｃｃｍのＳｉＨ_４ガスと３００ｓｃｃｍのＨ_２ガスとを反応ガス導入管１０を介してチャンバ９内に供給するとともに、真空ポンプ１１によりチャンバ９内を排気することにより、放電チャンバ９の内圧を約１００ｍＴｏｒｒに保持する。この状態で高周波電源８により例えば周波数６０ＭＨｚ，パワー５０Ｗの高高周波を同軸ケーブルを介してラダー電極１に給電し、プラズマを生成させ、製膜を行った。この間にチャンバ壁面には約５０μｍ程度のアモルファスシリコン膜が付着した。また、製膜時は、線状電極３６、放電チャンバ９はアース電位である（直流電源３８，２４，２５をゼロボルト電位とする）。
【０１１２】
エッチングガスにはＮＦ_３を用い、反応ガス導入管１０より１５０ｓｃｃｍのガス流量でチャンバ９の内側壁近傍に導入した。ラダー電極１に高周波または高高周波電源８より１０〜４００ＭＨｚ、５〜２００Ｗの電力を供給し、ラダー電極１とアースシールド２の間、ならびにラダー電極１とサセプタ４との間にグロー放電プラズマを生成させた。これによりアースシールド２の内部、ラダー電極１、ヒータ３４の上面に付着したシリコン膜をそれぞれ除去した。
【０１１３】
これと並行して、放電チャンバ９の壁面に付着した膜を除去するため、エッチングガス導入管１４からもＮＦ_３を１５０ｓｃｃｍのガス流量で導入し、線状状電極３６にも高周波あるいは高高周波電源３２より１０〜４００ＭＨｚ、５〜２００Ｗの電力を供給し、線状電極３６と放電チャンバ９の内壁との間にグロー放電プラズマを生成させ、壁面に堆積した膜の除去を行った。このクリーニングの間、線状電極３６には、直流電源３９により０〜８００Ｖの正バイアスを印加した。また、放電チャンバ９には直流電源２５により−０〜−８００Ｖの負バイアスを印加するか、またはブロッキングキャパシタ２７に接続し負バイアスを印加するか、もしくはブロッキングキャパシタ４３を介し高周波電源４２に接続し負バイアスを印加した。
【０１１４】
また、線状電極３６は、それ自身に膜が堆積した場合であっても、その構造的理由から平板状の電極に比べて容易に放電できるので、長期間にわたり保守点検することなく継続使用することが可能である。
【０１１５】
クリーニング直後は（膜が堆積してないため）チャンバや電極の構造材があらわな状態である。そのため、クリーニング直後に製膜を行うと、これら構造材の構成物質が基板上に堆積される膜（例えばアモルファスシリコン１２に混入してしまい、膜の性能を低下させるおそれがある。そのため、本格的な製膜の前にこれら構造材から不純物が飛び出さないようにガードするバリヤ膜を故意にチャンバ壁面、電極表面に堆積させるために製膜を行う。しかし、製膜に使用するラダー電極１から離れたところや、プラズマに直接さらされない箇所には膜が付きにくく、効果的にバリヤ膜が形成されているか疑わしい。
【０１１６】
そこで、エッチング終了後、再び製膜する前に電極表面、内壁に故意にシリコン膜を堆積させた。（これは、製膜中に電極やチャンバ内壁の構造材から飛び出てくる物質により膜が汚染されるのを防ぐ目的で実施されるものである。）製膜条件は先に示した製膜の条件と同じであるが、チャンバ９の壁面への膜の堆積をより効率的に行うため、エッチングに用いた線状電極３６も製膜に利用した。そのため、エッチングガス導入管からもＳｉＨ_４／Ｈ_２混合ガスを１００ｓｃｃｍの流量で導入し、高周波電力を線状電極３６に印加し、壁面との間にプラズマを生成させ、クリーニング時同様にチャンバ９内を上から下へ（あるいは下から上へ）徐々に移動させながら壁面に膜を堆積させた。この方法により、ラダー電極のみでの放電にくらべ速く均一にバリヤ膜の形成が可能である。
【０１１７】
この線状電極３６によるクリーニング効果確認のため、エッチング速度を算出した。エッチング速度の算出は、環状状電極を移動させずに定位置に固定し、６０秒間エッチングを行い、エッチング前後での膜厚の変化量を時間（６０秒）で割って算出した。試験条件は、高周波電源３８のパワー１００Ｗ、周波数２００ＭＨｚ、圧力１Ｔｏｒｒである。放電チャンバ９の内壁に付着した膜のエッチング速度は、４．６ｎｍ／秒が得られ、線状電極を用いたクリーニングが有効であることが確認された。
【０１１８】
また、線状電極３６の導入により、放電チャンバ全体のプラズマクリーニングが可能となり、製膜装置の稼動効率が向上し、膜生産歩留まりが向上できた。
【０１１９】
さらに、線状電極３６を用い、クリーニング直後のバリヤ膜形成を行うことにより、ラダー電極のみによる場合に比べて、効率的に膜形成を行うことができるようになった。
【０１２０】
【発明の効果】
本発明によれば、網状、はしご状（ラダー状）、環状、棒状、線状のクリーニング電極を用いることによりチャンバ内の壁面に付着したシリコン膜を高効率でエッチングすることができ、本方法によるセルフクリーニングが有効であることが確認された。
【０１２１】
また、本発明によれば、クリーニング電極として網状電極またはラダー電極を用いることにより、壁面近傍に均一な局部放電プラズマを生成することができ、壁面全体をムラなくクリーニングすることができた。
【０１２２】
また、本発明によれば、排気管内に堆積したシリコンパーティクルを網状電極のホロー放電もしくは棒状電極によるグロー放電により、除去可能となった。
【０１２３】
また、本発明によれば、網状電極、棒状電極の導入により、製膜と同時に放電チャンバ全体のプラズマクリーニングが可能となり、製膜装置の稼動効率が向上し、膜生産歩留まりが向上できた。
【０１２４】
また、本発明によれば、網状電極、環状電極、線状電極を用いて、クリーニング直後にバリヤ膜形成を行うことにより、ラダー電極のみによる場合に比べて効率的に膜形成を行うことができるようになった。
【０１２５】
さらに、本発明によれば、セラミック部材に貼り付けた状態で網状電極を用いることにより、壁面近傍に均一なプラズマを生成でき、ムラなく壁面に付着したシリコン膜を除去できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ製膜装置を示す内部透視断面図。
【図２】網状電極の平面図。
【図３】ＮＦ_３エッチングガスプラズマによる壁面付着物（シリコン膜）のエッチング速度の周波数依存性を示す特性線図。
【図４】ＮＦ_３エッチングガスプラズマによる排気管に付着したシリコン膜のエッチング速度の周波数依存性を示す特性線図。
【図５】本発明の他の実施形態に係るプラズマＣＶＤ製膜装置を示す内部透視断面図。
【図６】同じ製膜速度でアモルファスシリコン膜（１２）を製膜した場合、Ｈ_２プラズマエッチングを行った方が行わなかった場合に比べ壁面へのシリコン膜（１８）の堆積を抑制できることを示す特性線図。
【図７】本発明の他の実施形態に係るプラズマＣＶＤ製膜装置を示す内部透視断面図。
【図８】環状電極の平面図。
【図９】ＮＦ_３エッチングプラズマによる壁面に付着したシリコン膜のエッチング速度の周波数依存性を示す特性線図。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るプラズマＣＶＤ製膜装置を示す内部透視断面図。
【図１１】本発明の他の実施形態に係るプラズマＣＶＤ製膜装置を示す内部透視断面図。
【図１２】線状電極の概要斜視図。
【図１３】従来の装置の概要を示す内部透視断面図。
【符号の説明】
１…ラダー電極、
２…アースシールド、
３，３Ａ…セラミック部材（絶縁部材）、
４…サセプタ、
５…基板、
７，１６，２１…整合器、
８，１５，２２…高周波電源、
９…チャンバ（製膜室）、
１０…反応ガス導入管、
１１…真空ポンプ、
１２…アモルファスシリコン膜、
１３…網状電極（クリーニング電極）、１３ａ…線材、
１４…エッチングガス導入管、
２０…排気管、
２３…棒状電極（クリーニング電極）、
２４，２５，２６…直流電源、
２７…ブロッキングキャパシタ、
２８…スイッチ、
２９…環状電極（クリーニング電極）、
３４…ヒータ、
３５…環状電極（クリーニング電極）、
３６…線状電極（クリーニング電極）、
３７…整合器、
３８…高周波電源、
３９…直流電源、
４０…コイル、
４１…整合器、
４２…高周波電源、
４３…コンデンサ。

Claims (3)

1. 壁面に付着した異物を除去するためのクリーニング機能を有するプラズマＣＶＤ製膜装置であって、
   弗素系エッチングガスを製膜室内に供給するエッチングガス供給手段と、
   直径０．１〜１０ｍｍの線材を縦横１〜５０ｍｍ間隔に格子状又は平面型はしご状に組み合せてなり、前記エッチングガスの存在下で前記壁面の近傍に局所的な放電プラズマを生成して弗素ラジカルを生じさせる網状又は平面型はしご状のクリーニング電極と、
   前記クリーニング電極により放電プラズマが生成されている間に製膜室内を排気する排気手段と、
   を具備することを特徴とするプラズマＣＶＤ製膜装置。
2. 前記クリーニング電極は、網状をなし、製膜室の内壁面、ヒータの外周壁面およびアースシールドの外周壁面との間にそれぞれ２〜５０ｍｍの間隔をもつように配置されることを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ製膜装置。
3. 上記請求項１および２のうちのいずれか１項記載のプラズマＣＶＤ製膜装置を用いたことを特徴とするプラズマＣＶＤ製膜装置のセルフクリーニング方法。

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