JP3768575B2 - Ｃｖｄ装置及びチャンバ内のクリーニングの方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の製造においてＣＶＤプロセスチャンバ等の真空容器のクリーン化のために行われるクリーニングのための装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造で多用されるＣＶＤ法は、目的とする物質を生成する化学反応を、密閉のプロセスチャンバ内で生じさせる。目的とする化学物質を堆積するための基板は、プロセスチャンバ内部のサセプタ等の基板支持体上で載置されるが、化学物質は基板上のみならず、プロセスチャンバの壁面にも成膜されて残留する。この残留物は、処理枚数に応じて堆積され、プロセスの不安定化やチャンバ内の異物発生を引き起こす。そのため、定期的にプロセスチャンバ内をプラズマ放電により、クリーニング（ドライクリーニング）する必要がある。
【０００３】
このクリーニングを行っている時間は生産が停止し、生産性を低下させるため、生産性を高くするためには、クリーニング完了後できるだけ速やかにクリーニングを終了して生産を再開する必要がある。チャンバ内から完全に残留物を除去したタイミングでクリーニングを停止させるために、従来は、プラズマ中の特定の光の波長の変化をモニタして、クリーニングの完了時（クリーニングの終点）を検出する方法がとられていた。
【０００４】
しかし、この終点検出の方法では、ランプ加熱方式のプロセスチャンバにおいては、ランプから放出される光にモニタが反応してしまうので、正確な終点検出を行う事は困難である。
【０００５】
このような問題点を解決する方法として、特開平６−２２４１６３号公報には、セルフクリーニング時の終点検出を、質量分析計により行う方法及び、真空計又は圧力計による圧力測定による方法が記載されている。この特許公報では、セルフクリーニング時の圧力容器内の変化を測定の直接の対象とし、例えば、圧力計による方法の場合は、反応生成物の発生に伴う真空容器内の圧力変化を、ダイヤフラムゲージ等を用いて測定することにより、セルフクリーニングの終点検出を行う事ができる旨が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平６−２２４１６３号公報において質量分析計を用いた場合は、測定系が過大なものとなり、実際の製造工程においてセルフクリーニングの終点検出だけのために質量分析計を設置する事は現実的とはいえない。また、特開平６−２２４１６３号公報において真空容器内の圧力測定を行う場合に関しても、真空容器内部の圧力の降下を単に実験的に測定してそのデータをそのまま提示しただけに止まっており、実際の製造工程における諸問題を解決して終点検出を行うための現実的な手段を提供したものとは言い難い。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、現実の半導体製造工程において、クリーニングの終点を正確に検出することができる具体的な装置及び方法を提供する事を目的とする。
【０００８】
本発明の他の目的は、現実の半導体製造工程において、クリーニング完了から堆積プロセス開始の間のタイムラグを最小にすることにより、高い生産性を実現することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＶＤ装置は、圧力調整可能なＣＶＤプロセスチャンバを有し、ＣＶＤプロセスチャンバ内部で基板上に堆積を行い、且つ、汚染されたＣＶＤプロセスチャンバの内部にプラズマを発生してＣＶＤプロセスチャンバの内部をクリーニングする機能を備えるＣＶＤ装置であって、内部に一対の電極を有し、電極間にプラズマを発生させることができる、圧力調整可能なＣＶＤプロセスチャンバと、電極に電気的に接続されて、ＣＶＤプロセスチャンバ内にプラズマを発生させるために電極間に電力を印加する電力供給手段と、ＣＶＤプロセスチャンバに接続され、クリーニング用ガスを供給するガス供給ラインと、第１の端部と第２の端部を有し、第１の端部がＣＶＤプロセスチャンバに接続され、第２の端部が排気手段に接続され、第１の端部と第２の端部の間に可変バルブを有する排気ラインと、排気ラインの、可変バルブよりも第２の端部に近い側で、排気ラインに接続されて、排気ラインの圧力を検出する第１の圧力検出手段と、第１の圧力検出手段により検出された圧力の変化をモニタしてクリーニングの終点を検出する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
排気ラインに設置された第１の圧力検出手段により検出された圧力を制御手段でモニタすることにより、クリーニングの終了時に生じるＣＶＤプロセスチャンバ内の圧力の変化を検知する事ができる。
【００１１】
また、本発明のＣＶＤ装置は、ＣＶＤプロセスチャンバの内部の圧力を検出する第２の圧力検出手段がプロセスチャンバに接続され、制御手段は更に、第２の圧力検出手段により検出された圧力の変化をモニタしてＣＶＤプロセスチャンバ内の圧力を制御することを特徴としてもよい。
【００１２】
第１の圧力検出手段が排気ラインに設置されているため、ＣＶＤプロセスチャンバの圧力を第２の圧力検出手段で別個にモニタしてＣＶＤプロセスチャンバ圧力を制御し補正しつつも、ＣＶＤプロセスチャンバ内に生じる圧力変化を、係る圧力の補正に影響されることなく正確に検知する事ができる。
【００１３】
本発明のＣＶＤプロセスチャンバのクリーニングの方法は、内部に１対の電極を有するＣＶＤプロセスチャンバと、第１の端部と第２の端部を有し、第１の端部がＣＶＤプロセスチャンバに接続され、第２の端部が排気手段に接続され、第１の端部と第２の端部の間にＣＶＤプロセスチャンバ内の圧力を調整する可変バルブを有する排気ラインとを有するＣＶＤ装置において、ＣＶＤプロセスチャンバ内の電極の間に電力を印加しプラズマを発生させてクリーニングする方法であって、ＣＶＤプロセスチャンバ内部の電極に電力を印加し、且つ、ＣＶＤプロセスチャンバ内部にクリーニングガスを導入して、ＣＶＤプロセスチャンバ内部のクリーニング工程を開始する第１のステップと、第１のステップによって開始されたクリーニング工程を継続し、且つ、ＣＶＤプロセスチャンバに接続された排気ラインの、可変バルブよりも第２の端部に近い側で、排気ラインに接続されて、排気ラインの圧力を検出する第１の圧力検出手段により測定される圧力の変化を、第１の圧力検出手段により検出された圧力の変化をモニタしてクリーニングの終点を検出する制御手段により、モニタし、所定の圧力変化が検出された時点をもって、クリーニングの終点として制御手段が検知する第２のステップとを備えることを特徴とする。
【００１４】
排気ラインに設置された第１の圧力検出手段により検出された圧力を制御手段でモニタすることにより、クリーニングの終了時に生じるＣＶＤプロセスチャンバ内の圧力の変化を検知する事ができる。
【００１５】
また、本発明のＣＶＤプロセスチャンバのクリーニングの方法は、第２のステップにおいて、制御手段が更に、ＣＶＤプロセスチャンバに接続され、ＣＶＤプロセスチャンバの内部の圧力を検出する第２の圧力検出手段により検出された圧力の変化をモニタしてＣＶＤプロセスチャンバ内の圧力を制御することを特徴としてもよい。
【００１６】
第１の圧力検出手段が排気ラインに設置されているため、ＣＶＤプロセスチャンバの圧力を第２の圧力検出手段で別個にモニタしてＣＶＤプロセスチャンバ圧力を制御し補正しつつも、ＣＶＤプロセスチャンバ内に生じる圧力変化を、係る圧力の補正に影響されることなく正確に検知する事ができる。
【００１７】
また、本発明のＣＶＤプロセスチャンバのクリーニングの方法は、第２のステップにおいて、クリーニングの終点が検知された直後に、電極への電力の供給を停止する操作を更に含むことを特徴としてもよい。
【００１８】
クリーニング終了直後、直ちにクリーニングの操作を終了させて、クリーニングによるタイムロスを最小にする事が可能となる。
【００１９】
また、本発明のＣＶＤプロセスチャンバのクリーニングの方法は、クリーニングガスが弗素含有ガスを含み、第２のステップでは、所定の圧力変化が、圧力の一時的な上昇であることを特徴としてもよい。
【００２０】
本発明のクリーニングの方法は、弗素含有ガスを用いたクリーニングに対して、好ましく適用される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。尚、添付の図面において、同一の要素には同一の符号を付し重複説明を省略する。
【００２２】
図１は、本発明のＣＶＤ装置の構成の一例を表す構成図である。図２は、図１に示されるＣＶＤ装置のプロセスチャンバ１０の断面図である。図１に示されるように、本発明のＣＶＤ装置１は、ＣＶＤプロセスを行うための真空容器であるプロセスチャンバ１０を有している。プロセスチャンバ１０には、流量調節可能なガスソース４１ａ〜ｃ及び４４から成るガスソース系４０から、ＣＶＤの堆積のためのプロセスガスとキャリアガスをチャンバ１０へ供給するプロセスガスライン４２、４６の、２つのガス供給ラインが、チャンバ１０のガス流入ポート２０に接続されている。ガスソース系４０には、クリーニングのためのクリーニングガスを供給するクリーニングガスソースが含まれる。堆積とクリーニングのため、弗素系ガス、シラン系ガス共にプロセスチャンバ内に供給できる必要があるため、安全面のために、これらを別々のガスラインで供給するために、ガスラインは２系統具備されている。
【００２３】
一方、プロセスチャンバ１０には、プロセスチャンバ１０内のガスを排出して脱気するための排気ライン４８の一端が、チャンバ１０の排出口２４に接続されている。排気ライン４８の他方の一端は、メカニカルポンプ（図示されず）に接続されている。排気ライン４８には、排気流量調節のためのスロットルバルブ５０が具備される。以下説明の便宜上、排気ライン４８をスロットルバルブ５０の上下で分け、スロットルバルブ５０よりも上流を４８ａ、下流を４８ｂと称する。
【００２４】
また、プロセスチャンバ１０には、加熱のためのランプ３０と、プラズマ発生のための電極１４及び１８とを備え、電極１４及び１８には、ＲＦソース６０が接続されている。ランプ３０とプロセスチャンバの間には、ランプ３０からの光をプロセスチャンバ１０内部へ効果的に透過させてプロセスチャンバ１０内部を加熱するための、クオーツウィンドウ３２が配置されて、チャンバ１０とランプ３０の間を仕切っている。
【００２５】
また、図１に示されるように、プロセスチャンバ内の圧力を検出するための圧力計であるキャパシタンスマノメータ５２がチャンバ１０の壁面に接続される。他方、排気ラインのスロットルバルブ５０の下流側４８ｂには、排気ライン内の圧力を検出するキャパシタンスマノメータ５４が接続されている。
【００２６】
ここで用いられているキャパシタンスマノメータ５２及び５４はいずれも、印加されたＤＣ電圧を、測定圧力の変化に応じて変換されたＤＣ電圧として出力する。例えば、日本エムケーエス社の１２７型１Ｔｏｒｒ用絶対圧型圧力変換器を好ましく用いる事が可能である。
【００２７】
図１に示されるように、チャンバ用のキャパシタンスマノメータ５２及び排気ラインのキャパシタンスマノメータ５４は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｉボード５６を介して、システムコントローラ５８へと電気的に接続される。システムコントローラ５８はまた、図１に示されるように、ランプ３０、ガスソース系４０、スロットルバルブ５０、ＲＦソース６０にそれぞれ、電気的に接続され、これらに制御のための信号を伝達させる。
【００２８】
ここに、図１に示されるように、クリーニングの終点検出を行うための装置は、排気ラインのバルブ下流４８ｂに設置された圧力測定器（キャパシタンスマノメータ）５４と、キャパシタンスマノメータ５４からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｉボードと、Ａ／Ｉボード５６からの信号を処理して、ガスソース系４０とランプ３０とＲＦソースとを制御するシステムコントローラ５８とから構成される。ここで、システムコントローラ５８のソフトウエアは、従来からのチャンバ内の光学変化による終点検出に用いる事が可能なものであれば、バルブ下流４８ｂの圧力変化の測定による終点検出に用いる事が可能である。
【００２９】
次に、図２も参照して、プロセスチャンバ１０の内部を詳細に説明する。図２に示されるように、プロセスチャンバ１０は、金属製のチャンバ壁１１に囲まれた内部に、基板１２を支持する円板状のサセプタ１４を有している。サセプタ１４は、自ら上下に運動してサセプタ１４を上下に運動させるサセプタ組立体１５の上に支持され、更にサセプタ１４は、サセプタ組立体１５を介してチャンバ壁１１に電気的に接続されている（図示されず）。また、サセプタ１４の下方には、サセプタ１４上に載置された基板１２を搬入出字に昇降させるためのリフトピンを具備するウエハリフト組立体１７が配置される。ウエハリフト組立体１７は、サセプタ組立体１５とは機械的な接触を有しておらず、サセプタ組立体１５とは独立して運動をする。ウエハリフト組立体１７が上下に運動することにより、ウエハリフト組立体１７に具備されるリフトピンが、サセプタ１４に開けられた開口を介して、基板１２を昇降させる。
【００３０】
また、チャンバ１０内部にはガス供給のためのマニホールド１８が更に具備され、マニホールド１８の上方には、ガスソース系４０に接続されているガス流入口２０が形成されている。マニホールド１８はＲＦソース６０に接続され、チャンバ壁１１は接地されており、従って、サセプタ１４とマニホールド１８は一対の電極として機能し、マニホールド１８とサセプタ１４の間の空間が、プラズマが発生するプラズマ領域となる。ガス流入口２０の下には、ガス流入口２０からマニホールド１８を介してチャンバ１０内に導入されるガスをサセプタ１４全面にわたって分散させるための、シャワーヘッド型のディストリビュータ１６が配置される。サセプタ１４の外側には、排気の流れを制御してサセプタ上の真空度を均一にするためのポンピングプレート２２が、サセプタ１４の外縁を覆うように配置されている。ポンピングプレート２２の下側には、脱気用の環状の真空チャンネル２４が具備される。ポンピングプレート２２には、プロセスチャンバ１０から真空チャンネル２４へ流通をさせるための開口２２１が形成されている。開口２２１は図示の都合で２つしか示されていないが、充分な流通状態を与えるため、環状に沿って４個〜３２個程度形成されていることが好ましい。真空チャンネル２４に接続されて排気ライン４８に通じる排気ポート（図示されず）はチャンバの側面に形成されており、排気流れが排気ポートの方向に偏り易いが、適切なポンピングプレートを与えることにより、排気の流れが制御される。
【００３１】
次に、本発明に従ったＣＶＤ装置１のセルフクリーニング時の動作に関して、図１及び図２を参照しつつ説明する。
【００３２】
まず、クリーニングの終点時の状態について説明する。例えば、タングステンＣＶＤのクリーニング工程においては、三弗化窒素（ＮＦ3 ）がプロセスガスライン４２から一定流量で供給され、電極１４及び１８の間にＲＦ電力が印加されてＮＦ3 プラズマを発生させてクリーニングが行われる。この際、プロセスチャンバ１０内に残留するタングステン（Ｗ）と弗素（Ｆ）が反応して、六弗化タングステン（ＷＦ6 ）が生じてチャンバ１０内雰囲気の体積が減少して、チャンバ１０内の圧力は低下する。この反応が進み、残留タングステンが全て弗素と反応してクリーニングが完結した時には、弗素と反応する物質（Ｗ）は全て消費されているが、ＮＦ3 は一定流量で供給され続けプラズマ形成が継続されるため、プロセスチャンバ１０内は弗素過剰な状態となり、チャンバ１０内部の圧力が一時的に上昇する。即ち、クリーニングの終点ではプロセスチャンバ１０内の圧力が一時的に上昇するため、このチャンバ１０内の圧力上昇を検出してモニタすることにより、クリーニングの終点を検出する事ができることになる。
【００３３】
しかし、前述のように、プラズマの安定化のため、プロセスチャンバ内の圧力は常に最適値となるように制御されている。プロセスチャンバ１０内の圧力の調整はスロットルバルブ５０の開閉により行われ、プロセスチャンバ１０内の圧力の制御は具体的には次のように行われる。即ち、プロセスチャンバ１０内部の圧力をモニタするキャパシタンスマノメータ５２から出力されたチャンバ１０内圧力に対応したアナログＤＣ信号がＡ／Ｉボード５６によりデジタル信号に変換されてシステムコントローラ５８へと入力される。そして、システムントローラ５８がスロットルバルブ５０の開閉を制御し、チャンバ１０内の圧力は最適な状態へと制御される。従って、操作中はチャンバ１０内の圧力は常に制御されており、クリーニング中もプラズマの安定化等のために一定となるように制御されなければならない。このため、チャンバ１０内部の圧力の経時変化を圧力計測装置５２によって直接測定しても、同時にシステムコントローラ５８がスロットルバルブ５０の開閉状態を制御して圧力変化を補正してしまうため、正確な終点検出を行い得なかった。
【００３４】
本発明に従ったＣＶＤ装置１では、プロセスチャンバ１０内の圧力モニタ用の圧力計５２とは別に、終点検出用の圧力計（キャパシタンスマノメータ）５４が、排気ライン４８の、スロットルバルブ５０よりも下流の部分４８ｂに配置されている。スロットルバルブ５０の開閉により圧力が制御されるため、スロットルバルブ５０の上流では、生じた圧力変化が補正されてしまう。一方、スロットルバルブ５０よりも下流では、圧力の補正がなされないため、終点検出用のキャパシタンスマノメータ５４をスロットルバルブ５０よりも下流の部分４８ｂに配置して、その部分の圧力をモニタすることにより、プロセスチャンバ１０内部で生じた圧力変化を正確に検出する事が可能となる。従って、クリーニングの終点を正確に検出する事が可能となる。
【００３５】
クリーニングガスに弗素系のガスを用いた場合は、クリーニングの完結時にチャンバ内の圧力が一時的に上昇するが、クリーニングガス種によっては、クリーニングの完結時にチャンバ内の圧力が一時的に降下することもある。本発明に従ったクリーニング終点検出の機能を有するＣＶＤ装置を用いた場合は、このような圧力の一時的な降下の場合にも、排気ラインのスロットルバルブ５０より下流の部分４８ｂに設けられたキャパシタンスマノメータ５４により圧力をモニタすることにより、正確な終点検出が可能となる。
【００３６】
図１に示される本発明に従ったＣＶＤ装置１では、プロセスチャンバ１０内の圧力は、スロットルバルブ５０よりも下流の部分４８ｂにおいて、キャパシタンスマノメータ５４によってモニタされて、Ａ／Ｉボード５６を介してシステムコントローラ５８へと入力される。クリーニングの終結に伴ってチャンバ１０内に生じた圧力変化も、システムコントローラ５８により直ちに検知され、システムコントローラ５８ではクリーニングの終点であることが認知されて、クリーニングの終了と次の成膜の準備を行うべく、ランプ３０、ガスソース４０、スロットルバルブ５０及びＲＦソース６０を制御して、温度、ガス流量、圧力及び印加電力を所定の値に設定する。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明に従ったクリーニング装置を備えたＣＶＤ装置を用いて、クリーニングの終点検出を行った例を説明する。また、比較のため、本発明の構成によらず、チャンバ内の圧力を直接測定して終点検出を行った例と、従来の光学的検出を行った例を、それぞれ示す。
【００３８】
まず、図１及び図２に示された装置を用いて、タングステンで汚染されたプロセスチャンバ１０内部のクリーニングを行い、終点を検出した。クリーニングのプロセスは、以下の表１に示されるステップの手順にて行われた。クリーニングの一連のステップにおいては、チャンバ内の温度は一定に保たれた。
【００３９】
【表１】
【００４０】
まず、クリーニングの前処理として、プロセスチャンバ１０内の雰囲気を完全に排出するため、パージガス、Ａｒ及びＮ2 を流通させるパージのステップに続いて、ガスの供給なしにスロットルバルブ５０を全開とする排気のステップを行った。次に、クリーニングのためのＮＦ3 をチャンバ１０内に導入し、チャンバ内の圧力を制御しつつ、ＲＦ電力を電極１４及び１８の間に印加し、ＮＦ3 プラズマを発生させてクリーニングを行った。この間、キャパシタンスマノメータ５２により検出されたチャンバ内圧力に基づいて、システムコントローラ５８がスロットルバルブ５０を制御することにより、チャンバ内の圧力は制御された。
【００４１】
クリーニングの終点の検出は、上述のように、スロットルバルブ５０よりも下流の排気ライン４８ｂの圧力をキャパシタンスマノメータ５４によりモニタすることにより行われた。システムコントローラ５８には、キャパシタンスマノメータ５４からの信号がある所定の値を越えたときをクリーニングの終点であると認識するソフトウエアが搭載されていた。
【００４２】
クリーニングの終点が検出された後は、チャンバ１０内の雰囲気が排気され、ここに、クリーニングの一連のステップが終了した。
【００４３】
本発明に従ったクリーニング終点検出の機能を有するＣＶＤ装置によって、クリーニングの終点を検出した例を、図３に示す。
【００４４】
また、図３には、本発明と従来技術との比較のため、クリーニング完結時に残留物が完全に除去されたタイミングでの光の波長変化を測定して終点検出とした光学的検出法の例と、従来型のチャンバ内の圧力を直接測定する方法により終点検出を行ったチャンバ内圧力測定法の例を、それぞれ比較例１、２として、その結果を図３に示した。以下、従来技術によるクリーニングの終点検出の結果（比較例１、２）と本発明に従ったクリーニングの終点検出（実施例）との比較を行う。比較例１では、図４を参照して、終点測定がランプからのノイズに影響を受けていることを明らかにした後、従来技術の光学的検出法と本発明の検出法を比較して、双方が同じ時点をクリーニングの終点とするか否かを調べた。比較例２では、チャンバ内の圧力を直接モニタする方法と、排気ラインのバルブ下流の圧力をモニタする方法との比較を行った。
【００４５】
まず、比較例１としての光学的検出法では、チャンバ内に光学センサを設置し、チャンバ内の光の波長の変化を測定した。前述の通り、加熱のためのランプ３０から放出される光にセンサが反応してしまい、検出される波長の変化は、図４（ａ）のごとく、ノイズを多く含んでおり、これでは正確な終点の検出ができない。ここでは、本発明の終点検出法により検出された終点が、従来から行われている光学的検出法と同じ時点として得られるか否かをまず明らかにする。実際の製造工程に対して現実的ではないが、本発明との比較のため、クリーニングの終点と予想される時点の前後１５０秒間にわたって、加熱用のランプ３０の電源を切ってノイズを除去した状態で、測定を行った。その結果、図４（ａ）と比較して、図４（ｂ）に示されるようにノイズを含まない波長変化が記録された。但し、サセプタ温度がこの１５０秒間に３３℃も降下し、温度の安定化が必要である実際のクリーニングの工程に使用できる条件ではない。また、このようにサセプタ温度が降下した後、次の堆積の工程に必要な温度までサセプタを加熱しサセプタ温度を安定させるためには、非常に時間がかかり、現実的ではない。
【００４６】
この結果は、比較例１として図３にも示される。図３に示されるように、実施例と比較例１とは、ほぼ同じ時点をクリーニングの終点としたことが判明した。従って、本発明に従って、プロセスチャンバ内の圧力の変化を、排気ラインでモニタする検出方法では、従来からの光学的終点検出法と同じ結果が得られる事が明らかになった。
【００４７】
また、比較例２として、チャンバ内の圧力を直接モニタし、チャンバ内の圧力変化を検知してクリーニングの終点を検出した。図５は、チャンバ内の圧力を直接測定して終点検出を行うＣＶＤ装置１００の構成図である。比較例２に用いられたＣＶＤ装置１００と、図１に示される本発明のＣＶＤ装置１との相違点は、本発明のＣＶＤ装置１に設置されている終点検出のための圧力測定用のキャパシタンスマノメータ５４が、従来からのＣＶＤ装置１００にはなく、ＣＶＤ装置１００では、もっぱらキャパシタンスマノメータ５２によるチャンバ１０内部の圧力の直接測定だけである。その他は、本発明に従ったＣＶＤ装置１によるクリーニングと同様にクリーニングを行い、チャンバ１０内部の圧力をキャパシタンスマノメータ５２により直接モニタしてクリーニングの終点の検出を行った。その結果を、比較例２として図３に示した。図３に示されるように、比較例２では、チャンバ圧力の制御により、圧力上昇が直ちに補正され、終点検出を困難にしている事が明らかである。これに対して、本発明に従って、排気ラインのバルブ下流４８ｂに設置された圧力計５４により圧力をモニタして終点検出を行った場合は、チャンバ内の圧力を制御しつつ、チャンバ内の圧力の変化を敏感に感知する事ができるので、正確に終点検出を行う事ができることを示している。
【００４８】
尚、本発明は、上記の実施形態及び実施例における具体例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、クリーニング用のガスには、ＮＦ3 の他にも、ＣＦ4 、ＳＦ6 、ＣｌＦ3 、Ｃ2 Ｆ6 等の弗素含有ガスを同様に用いる事ができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のＣＶＤ装置及びクリーニング方法では、排気ラインの、可変バルブよりも第２の端部に近い側で、排気ラインに接続されて、排気ラインの圧力を検出する第１の圧力検出手段が具備され、この第１の圧力検出手段によって、チャンバ内の圧力の制御を行いつつも、チャンバ内の圧力の変化を正確に検出する事が可能となる結果、クリーニングの終点を正確に検出することができる具体的な装置及び方法が提供される。
【００５０】
従って、現実の半導体製造工程において、クリーニング完了から堆積プロセス開始の間のタイムラグを最小にでき、高い生産性を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従ったＣＶＤ装置の構成図である。
【図２】図１に示されるＣＶＤプロセスチャンバの断面図である。
【図３】本発明に従った実施例と、従来技術の比較例１、２とを比較した、クリーニングの終点検出結果を表すチャートである。
【図４】従来技術に従った光学的検出法における検出結果を表すグラフである。
【図５】従来技術に従ったＣＶＤプロセスチャンバ内圧力検出による終点検出のための装置を備えたＣＶＤ装置の構成図である。
【符号の説明】
１…ＣＶＤ装置、１０…プロセスチャンバ、１１…チャンバ壁、１２…基板、１４…サセプタ、１６…ディストリビュータ、１８…マニホールド、２０…ガス流入口、２２…ポンピングプレート、２４…真空チャンネル、３０…ランプ、３２…クオーツウィンドウ、４０…ガスソース系、４１ａ〜ｃ…プロセスガスソース、４２…プロセスガスライン、４４…キャリアガスソース、４６…キャリアガスライン、４８ａ…スロットルバルブよりも上流の排気ライン、４８ｂ…スロットルバルブよりも下流の排気ライン、５０…スロットルバルブ、５２…チャンバ内用キャパシタンスマノメータ、５４…終点検出用キャパシタンスマノメータ、５６…Ａ／Ｉボード、５８…システムコントローラ、６０…ＲＦソース、１００…ＣＶＤ装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の製造においてＣＶＤプロセスチャンバ等の真空容器のクリーン化のために行われるクリーニングのための装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造で多用されるＣＶＤ法は、目的とする物質を生成する化学反応を、密閉のプロセスチャンバ内で生じさせる。目的とする化学物質を堆積するための基板は、プロセスチャンバ内部のサセプタ等の基板支持体上で載置されるが、化学物質は基板上のみならず、プロセスチャンバの壁面にも成膜されて残留する。この残留物は、処理枚数に応じて堆積され、プロセスの不安定化やチャンバ内の異物発生を引き起こす。そのため、定期的にプロセスチャンバ内をプラズマ放電により、クリーニング（ドライクリーニング）する必要がある。
【０００３】
このクリーニングを行っている時間は生産が停止し、生産性を低下させるため、生産性を高くするためには、クリーニング完了後できるだけ速やかにクリーニングを終了して生産を再開する必要がある。チャンバ内から完全に残留物を除去したタイミングでクリーニングを停止させるために、従来は、プラズマ中の特定の光の波長の変化をモニタして、クリーニングの完了時（クリーニングの終点）を検出する方法がとられていた。
【０００４】
しかし、この終点検出の方法では、ランプ加熱方式のプロセスチャンバにおいては、ランプから放出される光にモニタが反応してしまうので、正確な終点検出を行う事は困難である。
【０００５】
このような問題点を解決する方法として、特開平６−２２４１６３号公報には、セルフクリーニング時の終点検出を、質量分析計により行う方法及び、真空計又は圧力計による圧力測定による方法が記載されている。この特許公報では、セルフクリーニング時の圧力容器内の変化を測定の直接の対象とし、例えば、圧力計による方法の場合は、反応生成物の発生に伴う真空容器内の圧力変化を、ダイヤフラムゲージ等を用いて測定することにより、セルフクリーニングの終点検出を行う事ができる旨が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平６−２２４１６３号公報において質量分析計を用いた場合は、測定系が過大なものとなり、実際の製造工程においてセルフクリーニングの終点検出だけのために質量分析計を設置する事は現実的とはいえない。また、特開平６−２２４１６３号公報において真空容器内の圧力測定を行う場合に関しても、真空容器内部の圧力の降下を単に実験的に測定してそのデータをそのまま提示しただけに止まっており、実際の製造工程における諸問題を解決して終点検出を行うための現実的な手段を提供したものとは言い難い。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、現実の半導体製造工程において、クリーニングの終点を正確に検出することができる具体的な装置及び方法を提供する事を目的とする。
【０００８】
本発明の他の目的は、現実の半導体製造工程において、クリーニング完了から堆積プロセス開始の間のタイムラグを最小にすることにより、高い生産性を実現することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＶＤ装置は、圧力調整可能なＣＶＤプロセスチャンバを有し、ＣＶＤプロセスチャンバ内部で基板上に堆積を行い、且つ、汚染されたＣＶＤプロセスチャンバの内部にプラズマを発生してＣＶＤプロセスチャンバの内部をクリーニングする機能を備えるＣＶＤ装置であって、内部に一対の電極を有し、電極間にプラズマを発生させることができる、圧力調整可能なＣＶＤプロセスチャンバと、電極に電気的に接続されて、ＣＶＤプロセスチャンバ内にプラズマを発生させるために電極間に電力を印加する電力供給手段と、ＣＶＤプロセスチャンバに接続され、クリーニング用ガスを供給するガス供給ラインと、第１の端部と第２の端部を有し、第１の端部がＣＶＤプロセスチャンバに接続され、第２の端部が排気手段に接続され、第１の端部と第２の端部の間に可変バルブを有する排気ラインと、排気ラインの、可変バルブよりも第２の端部に近い側で、排気ラインに接続されて、排気ラインの圧力を検出する第１の圧力検出手段と、第１の圧力検出手段により検出された圧力の変化をモニタしてクリーニングの終点を検出する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
排気ラインに設置された第１の圧力検出手段により検出された圧力を制御手段でモニタすることにより、クリーニングの終了時に生じるＣＶＤプロセスチャンバ内の圧力の変化を検知する事ができる。
【００１１】
また、本発明のＣＶＤ装置は、ＣＶＤプロセスチャンバの内部の圧力を検出する第２の圧力検出手段がプロセスチャンバに接続され、制御手段は更に、第２の圧力検出手段により検出された圧力の変化をモニタしてＣＶＤプロセスチャンバ内の圧力を制御することを特徴としてもよい。
【００１２】
第１の圧力検出手段が排気ラインに設置されているため、ＣＶＤプロセスチャンバの圧力を第２の圧力検出手段で別個にモニタしてＣＶＤプロセスチャンバ圧力を制御し補正しつつも、ＣＶＤプロセスチャンバ内に生じる圧力変化を、係る圧力の補正に影響されることなく正確に検知する事ができる。
【００１３】
本発明のＣＶＤプロセスチャンバのクリーニングの方法は、内部に１対の電極を有するＣＶＤプロセスチャンバと、第１の端部と第２の端部を有し、第１の端部がＣＶＤプロセスチャンバに接続され、第２の端部が排気手段に接続され、第１の端部と第２の端部の間にＣＶＤプロセスチャンバ内の圧力を調整する可変バルブを有する排気ラインとを有するＣＶＤ装置において、ＣＶＤプロセスチャンバ内の電極の間に電力を印加しプラズマを発生させてクリーニングする方法であって、ＣＶＤプロセスチャンバ内部の電極に電力を印加し、且つ、ＣＶＤプロセスチャンバ内部にクリーニングガスを導入して、ＣＶＤプロセスチャンバ内部のクリーニング工程を開始する第１のステップと、第１のステップによって開始されたクリーニング工程を継続し、且つ、ＣＶＤプロセスチャンバに接続された排気ラインの、可変バルブよりも第２の端部に近い側で、排気ラインに接続されて、排気ラインの圧力を検出する第１の圧力検出手段により測定される圧力の変化を、第１の圧力検出手段により検出された圧力の変化をモニタしてクリーニングの終点を検出する制御手段により、モニタし、所定の圧力変化が検出された時点をもって、クリーニングの終点として制御手段が検知する第２のステップとを備えることを特徴とする。
【００１４】
排気ラインに設置された第１の圧力検出手段により検出された圧力を制御手段でモニタすることにより、クリーニングの終了時に生じるＣＶＤプロセスチャンバ内の圧力の変化を検知する事ができる。
【００１５】
また、本発明のＣＶＤプロセスチャンバのクリーニングの方法は、第２のステップにおいて、制御手段が更に、ＣＶＤプロセスチャンバに接続され、ＣＶＤプロセスチャンバの内部の圧力を検出する第２の圧力検出手段により検出された圧力の変化をモニタしてＣＶＤプロセスチャンバ内の圧力を制御することを特徴としてもよい。
【００１６】
第１の圧力検出手段が排気ラインに設置されているため、ＣＶＤプロセスチャンバの圧力を第２の圧力検出手段で別個にモニタしてＣＶＤプロセスチャンバ圧力を制御し補正しつつも、ＣＶＤプロセスチャンバ内に生じる圧力変化を、係る圧力の補正に影響されることなく正確に検知する事ができる。
【００１７】
また、本発明のＣＶＤプロセスチャンバのクリーニングの方法は、第２のステップにおいて、クリーニングの終点が検知された直後に、電極への電力の供給を停止する操作を更に含むことを特徴としてもよい。
【００１８】
クリーニング終了直後、直ちにクリーニングの操作を終了させて、クリーニングによるタイムロスを最小にする事が可能となる。
【００１９】
また、本発明のＣＶＤプロセスチャンバのクリーニングの方法は、クリーニングガスが弗素含有ガスを含み、第２のステップでは、所定の圧力変化が、圧力の一時的な上昇であることを特徴としてもよい。
【００２０】
本発明のクリーニングの方法は、弗素含有ガスを用いたクリーニングに対して、好ましく適用される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。尚、添付の図面において、同一の要素には同一の符号を付し重複説明を省略する。
【００２２】
図１は、本発明のＣＶＤ装置の構成の一例を表す構成図である。図２は、図１に示されるＣＶＤ装置のプロセスチャンバ１０の断面図である。図１に示されるように、本発明のＣＶＤ装置１は、ＣＶＤプロセスを行うための真空容器であるプロセスチャンバ１０を有している。プロセスチャンバ１０には、流量調節可能なガスソース４１ａ〜ｃ及び４４から成るガスソース系４０から、ＣＶＤの堆積のためのプロセスガスとキャリアガスをチャンバ１０へ供給するプロセスガスライン４２、４６の、２つのガス供給ラインが、チャンバ１０のガス流入ポート２０に接続されている。ガスソース系４０には、クリーニングのためのクリーニングガスを供給するクリーニングガスソースが含まれる。堆積とクリーニングのため、弗素系ガス、シラン系ガス共にプロセスチャンバ内に供給できる必要があるため、安全面のために、これらを別々のガスラインで供給するために、ガスラインは２系統具備されている。
【００２３】
一方、プロセスチャンバ１０には、プロセスチャンバ１０内のガスを排出して脱気するための排気ライン４８の一端が、チャンバ１０の排出口２４に接続されている。排気ライン４８の他方の一端は、メカニカルポンプ（図示されず）に接続されている。排気ライン４８には、排気流量調節のためのスロットルバルブ５０が具備される。以下説明の便宜上、排気ライン４８をスロットルバルブ５０の上下で分け、スロットルバルブ５０よりも上流を４８ａ、下流を４８ｂと称する。
【００２４】
また、プロセスチャンバ１０には、加熱のためのランプ３０と、プラズマ発生のための電極１４及び１８とを備え、電極１４及び１８には、ＲＦソース６０が接続されている。ランプ３０とプロセスチャンバの間には、ランプ３０からの光をプロセスチャンバ１０内部へ効果的に透過させてプロセスチャンバ１０内部を加熱するための、クオーツウィンドウ３２が配置されて、チャンバ１０とランプ３０の間を仕切っている。
【００２５】
また、図１に示されるように、プロセスチャンバ内の圧力を検出するための圧力計であるキャパシタンスマノメータ５２がチャンバ１０の壁面に接続される。他方、排気ラインのスロットルバルブ５０の下流側４８ｂには、排気ライン内の圧力を検出するキャパシタンスマノメータ５４が接続されている。
【００２６】
ここで用いられているキャパシタンスマノメータ５２及び５４はいずれも、印加されたＤＣ電圧を、測定圧力の変化に応じて変換されたＤＣ電圧として出力する。例えば、日本エムケーエス社の１２７型１Ｔｏｒｒ用絶対圧型圧力変換器を好ましく用いる事が可能である。
【００２７】
図１に示されるように、チャンバ用のキャパシタンスマノメータ５２及び排気ラインのキャパシタンスマノメータ５４は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｉボード５６を介して、システムコントローラ５８へと電気的に接続される。システムコントローラ５８はまた、図１に示されるように、ランプ３０、ガスソース系４０、スロットルバルブ５０、ＲＦソース６０にそれぞれ、電気的に接続され、これらに制御のための信号を伝達させる。
【００２８】
ここに、図１に示されるように、クリーニングの終点検出を行うための装置は、排気ラインのバルブ下流４８ｂに設置された圧力測定器（キャパシタンスマノメータ）５４と、キャパシタンスマノメータ５４からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｉボードと、Ａ／Ｉボード５６からの信号を処理して、ガスソース系４０とランプ３０とＲＦソースとを制御するシステムコントローラ５８とから構成される。ここで、システムコントローラ５８のソフトウエアは、従来からのチャンバ内の光学変化による終点検出に用いる事が可能なものであれば、バルブ下流４８ｂの圧力変化の測定による終点検出に用いる事が可能である。
【００２９】
次に、図２も参照して、プロセスチャンバ１０の内部を詳細に説明する。図２に示されるように、プロセスチャンバ１０は、金属製のチャンバ壁１１に囲まれた内部に、基板１２を支持する円板状のサセプタ１４を有している。サセプタ１４は、自ら上下に運動してサセプタ１４を上下に運動させるサセプタ組立体１５の上に支持され、更にサセプタ１４は、サセプタ組立体１５を介してチャンバ壁１１に電気的に接続されている（図示されず）。また、サセプタ１４の下方には、サセプタ１４上に載置された基板１２を搬入出字に昇降させるためのリフトピンを具備するウエハリフト組立体１７が配置される。ウエハリフト組立体１７は、サセプタ組立体１５とは機械的な接触を有しておらず、サセプタ組立体１５とは独立して運動をする。ウエハリフト組立体１７が上下に運動することにより、ウエハリフト組立体１７に具備されるリフトピンが、サセプタ１４に開けられた開口を介して、基板１２を昇降させる。
【００３０】
また、チャンバ１０内部にはガス供給のためのマニホールド１８が更に具備され、マニホールド１８の上方には、ガスソース系４０に接続されているガス流入口２０が形成されている。マニホールド１８はＲＦソース６０に接続され、チャンバ壁１１は接地されており、従って、サセプタ１４とマニホールド１８は一対の電極として機能し、マニホールド１８とサセプタ１４の間の空間が、プラズマが発生するプラズマ領域となる。ガス流入口２０の下には、ガス流入口２０からマニホールド１８を介してチャンバ１０内に導入されるガスをサセプタ１４全面にわたって分散させるための、シャワーヘッド型のディストリビュータ１６が配置される。サセプタ１４の外側には、排気の流れを制御してサセプタ上の真空度を均一にするためのポンピングプレート２２が、サセプタ１４の外縁を覆うように配置されている。ポンピングプレート２２の下側には、脱気用の環状の真空チャンネル２４が具備される。ポンピングプレート２２には、プロセスチャンバ１０から真空チャンネル２４へ流通をさせるための開口２２１が形成されている。開口２２１は図示の都合で２つしか示されていないが、充分な流通状態を与えるため、環状に沿って４個〜３２個程度形成されていることが好ましい。真空チャンネル２４に接続されて排気ライン４８に通じる排気ポート（図示されず）はチャンバの側面に形成されており、排気流れが排気ポートの方向に偏り易いが、適切なポンピングプレートを与えることにより、排気の流れが制御される。
【００３１】
次に、本発明に従ったＣＶＤ装置１のセルフクリーニング時の動作に関して、図１及び図２を参照しつつ説明する。
【００３２】
まず、クリーニングの終点時の状態について説明する。例えば、タングステンＣＶＤのクリーニング工程においては、三弗化窒素（ＮＦ3 ）がプロセスガスライン４２から一定流量で供給され、電極１４及び１８の間にＲＦ電力が印加されてＮＦ3 プラズマを発生させてクリーニングが行われる。この際、プロセスチャンバ１０内に残留するタングステン（Ｗ）と弗素（Ｆ）が反応して、六弗化タングステン（ＷＦ6 ）が生じてチャンバ１０内雰囲気の体積が減少して、チャンバ１０内の圧力は低下する。この反応が進み、残留タングステンが全て弗素と反応してクリーニングが完結した時には、弗素と反応する物質（Ｗ）は全て消費されているが、ＮＦ3 は一定流量で供給され続けプラズマ形成が継続されるため、プロセスチャンバ１０内は弗素過剰な状態となり、チャンバ１０内部の圧力が一時的に上昇する。即ち、クリーニングの終点ではプロセスチャンバ１０内の圧力が一時的に上昇するため、このチャンバ１０内の圧力上昇を検出してモニタすることにより、クリーニングの終点を検出する事ができることになる。
【００３３】
しかし、前述のように、プラズマの安定化のため、プロセスチャンバ内の圧力は常に最適値となるように制御されている。プロセスチャンバ１０内の圧力の調整はスロットルバルブ５０の開閉により行われ、プロセスチャンバ１０内の圧力の制御は具体的には次のように行われる。即ち、プロセスチャンバ１０内部の圧力をモニタするキャパシタンスマノメータ５２から出力されたチャンバ１０内圧力に対応したアナログＤＣ信号がＡ／Ｉボード５６によりデジタル信号に変換されてシステムコントローラ５８へと入力される。そして、システムントローラ５８がスロットルバルブ５０の開閉を制御し、チャンバ１０内の圧力は最適な状態へと制御される。従って、操作中はチャンバ１０内の圧力は常に制御されており、クリーニング中もプラズマの安定化等のために一定となるように制御されなければならない。このため、チャンバ１０内部の圧力の経時変化を圧力計測装置５２によって直接測定しても、同時にシステムコントローラ５８がスロットルバルブ５０の開閉状態を制御して圧力変化を補正してしまうため、正確な終点検出を行い得なかった。
【００３４】
本発明に従ったＣＶＤ装置１では、プロセスチャンバ１０内の圧力モニタ用の圧力計５２とは別に、終点検出用の圧力計（キャパシタンスマノメータ）５４が、排気ライン４８の、スロットルバルブ５０よりも下流の部分４８ｂに配置されている。スロットルバルブ５０の開閉により圧力が制御されるため、スロットルバルブ５０の上流では、生じた圧力変化が補正されてしまう。一方、スロットルバルブ５０よりも下流では、圧力の補正がなされないため、終点検出用のキャパシタンスマノメータ５４をスロットルバルブ５０よりも下流の部分４８ｂに配置して、その部分の圧力をモニタすることにより、プロセスチャンバ１０内部で生じた圧力変化を正確に検出する事が可能となる。従って、クリーニングの終点を正確に検出する事が可能となる。
【００３５】
クリーニングガスに弗素系のガスを用いた場合は、クリーニングの完結時にチャンバ内の圧力が一時的に上昇するが、クリーニングガス種によっては、クリーニングの完結時にチャンバ内の圧力が一時的に降下することもある。本発明に従ったクリーニング終点検出の機能を有するＣＶＤ装置を用いた場合は、このような圧力の一時的な降下の場合にも、排気ラインのスロットルバルブ５０より下流の部分４８ｂに設けられたキャパシタンスマノメータ５４により圧力をモニタすることにより、正確な終点検出が可能となる。
【００３６】
図１に示される本発明に従ったＣＶＤ装置１では、プロセスチャンバ１０内の圧力は、スロットルバルブ５０よりも下流の部分４８ｂにおいて、キャパシタンスマノメータ５４によってモニタされて、Ａ／Ｉボード５６を介してシステムコントローラ５８へと入力される。クリーニングの終結に伴ってチャンバ１０内に生じた圧力変化も、システムコントローラ５８により直ちに検知され、システムコントローラ５８ではクリーニングの終点であることが認知されて、クリーニングの終了と次の成膜の準備を行うべく、ランプ３０、ガスソース４０、スロットルバルブ５０及びＲＦソース６０を制御して、温度、ガス流量、圧力及び印加電力を所定の値に設定する。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明に従ったクリーニング装置を備えたＣＶＤ装置を用いて、クリーニングの終点検出を行った例を説明する。また、比較のため、本発明の構成によらず、チャンバ内の圧力を直接測定して終点検出を行った例と、従来の光学的検出を行った例を、それぞれ示す。
【００３８】
まず、図１及び図２に示された装置を用いて、タングステンで汚染されたプロセスチャンバ１０内部のクリーニングを行い、終点を検出した。クリーニングのプロセスは、以下の表１に示されるステップの手順にて行われた。クリーニングの一連のステップにおいては、チャンバ内の温度は一定に保たれた。
【００３９】
【表１】
まず、クリーニングの前処理として、プロセスチャンバ１０内の雰囲気を完全に排出するため、パージガス、Ａｒ及びＮ2 を流通させるパージのステップに続いて、ガスの供給なしにスロットルバルブ５０を全開とする排気のステップを行った。次に、クリーニングのためのＮＦ3 をチャンバ１０内に導入し、チャンバ内の圧力を制御しつつ、ＲＦ電力を電極１４及び１８の間に印加し、ＮＦ3 プラズマを発生させてクリーニングを行った。この間、キャパシタンスマノメータ５２により検出されたチャンバ内圧力に基づいて、システムコントローラ５８がスロットルバルブ５０を制御することにより、チャンバ内の圧力は制御された。
【００４１】
クリーニングの終点の検出は、上述のように、スロットルバルブ５０よりも下流の排気ライン４８ｂの圧力をキャパシタンスマノメータ５４によりモニタすることにより行われた。システムコントローラ５８には、キャパシタンスマノメータ５４からの信号がある所定の値を越えたときをクリーニングの終点であると認識するソフトウエアが搭載されていた。
【００４２】
クリーニングの終点が検出された後は、チャンバ１０内の雰囲気が排気され、ここに、クリーニングの一連のステップが終了した。
【００４３】
本発明に従ったクリーニング終点検出の機能を有するＣＶＤ装置によって、クリーニングの終点を検出した例を、図３に示す。
【００４４】
また、図３には、本発明と従来技術との比較のため、クリーニング完結時に残留物が完全に除去されたタイミングでの光の波長変化を測定して終点検出とした光学的検出法の例と、従来型のチャンバ内の圧力を直接測定する方法により終点検出を行ったチャンバ内圧力測定法の例を、それぞれ比較例１、２として、その結果を図３に示した。以下、従来技術によるクリーニングの終点検出の結果（比較例１、２）と本発明に従ったクリーニングの終点検出（実施例）との比較を行う。比較例１では、図４を参照して、終点測定がランプからのノイズに影響を受けていることを明らかにした後、従来技術の光学的検出法と本発明の検出法を比較して、双方が同じ時点をクリーニングの終点とするか否かを調べた。比較例２では、チャンバ内の圧力を直接モニタする方法と、排気ラインのバルブ下流の圧力をモニタする方法との比較を行った。
【００４５】
まず、比較例１としての光学的検出法では、チャンバ内に光学センサを設置し、チャンバ内の光の波長の変化を測定した。前述の通り、加熱のためのランプ３０から放出される光にセンサが反応してしまい、検出される波長の変化は、図４（ａ）のごとく、ノイズを多く含んでおり、これでは正確な終点の検出ができない。ここでは、本発明の終点検出法により検出された終点が、従来から行われている光学的検出法と同じ時点として得られるか否かをまず明らかにする。実際の製造工程に対して現実的ではないが、本発明との比較のため、クリーニングの終点と予想される時点の前後１５０秒間にわたって、加熱用のランプ３０の電源を切ってノイズを除去した状態で、測定を行った。その結果、図４（ａ）と比較して、図４（ｂ）に示されるようにノイズを含まない波長変化が記録された。但し、サセプタ温度がこの１５０秒間に３３℃も降下し、温度の安定化が必要である実際のクリーニングの工程に使用できる条件ではない。また、このようにサセプタ温度が降下した後、次の堆積の工程に必要な温度までサセプタを加熱しサセプタ温度を安定させるためには、非常に時間がかかり、現実的ではない。
【００４６】
この結果は、比較例１として図３にも示される。図３に示されるように、実施例と比較例１とは、ほぼ同じ時点をクリーニングの終点としたことが判明した。従って、本発明に従って、プロセスチャンバ内の圧力の変化を、排気ラインでモニタする検出方法では、従来からの光学的終点検出法と同じ結果が得られる事が明らかになった。
【００４７】
また、比較例２として、チャンバ内の圧力を直接モニタし、チャンバ内の圧力変化を検知してクリーニングの終点を検出した。図５は、チャンバ内の圧力を直接測定して終点検出を行うＣＶＤ装置１００の構成図である。比較例２に用いられたＣＶＤ装置１００と、図１に示される本発明のＣＶＤ装置１との相違点は、本発明のＣＶＤ装置１に設置されている終点検出のための圧力測定用のキャパシタンスマノメータ５４が、従来からのＣＶＤ装置１００にはなく、ＣＶＤ装置１００では、もっぱらキャパシタンスマノメータ５２によるチャンバ１０内部の圧力の直接測定だけである。その他は、本発明に従ったＣＶＤ装置１によるクリーニングと同様にクリーニングを行い、チャンバ１０内部の圧力をキャパシタンスマノメータ５２により直接モニタしてクリーニングの終点の検出を行った。その結果を、比較例２として図３に示した。図３に示されるように、比較例２では、チャンバ圧力の制御により、圧力上昇が直ちに補正され、終点検出を困難にしている事が明らかである。これに対して、本発明に従って、排気ラインのバルブ下流４８ｂに設置された圧力計５４により圧力をモニタして終点検出を行った場合は、チャンバ内の圧力を制御しつつ、チャンバ内の圧力の変化を敏感に感知する事ができるので、正確に終点検出を行う事ができることを示している。
【００４８】
尚、本発明は、上記の実施形態及び実施例における具体例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、クリーニング用のガスには、ＮＦ3 の他にも、ＣＦ4 、ＳＦ6 、ＣｌＦ3 、Ｃ2 Ｆ6 等の弗素含有ガスを同様に用いる事ができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のＣＶＤ装置及びクリーニング方法では、排気ラインの、可変バルブよりも第２の端部に近い側で、排気ラインに接続されて、排気ラインの圧力を検出する第１の圧力検出手段が具備され、この第１の圧力検出手段によって、チャンバ内の圧力の制御を行いつつも、チャンバ内の圧力の変化を正確に検出する事が可能となる結果、クリーニングの終点を正確に検出することができる具体的な装置及び方法が提供される。
【００５０】
従って、現実の半導体製造工程において、クリーニング完了から堆積プロセス開始の間のタイムラグを最小にでき、高い生産性を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従ったＣＶＤ装置の構成図である。
【図２】図１に示されるＣＶＤプロセスチャンバの断面図である。
【図３】本発明に従った実施例と、従来技術の比較例１、２とを比較した、クリーニングの終点検出結果を表すチャートである。
【図４】従来技術に従った光学的検出法における検出結果を表すグラフである。
【図５】従来技術に従ったＣＶＤプロセスチャンバ内圧力検出による終点検出のための装置を備えたＣＶＤ装置の構成図である。
【符号の説明】
１…ＣＶＤ装置、１０…プロセスチャンバ、１１…チャンバ壁、１２…基板、１４…サセプタ、１６…ディストリビュータ、１８…マニホールド、２０…ガス流入口、２２…ポンピングプレート、２４…真空チャンネル、３０…ランプ、３２…クオーツウィンドウ、４０…ガスソース系、４１ａ〜ｃ…プロセスガスソース、４２…プロセスガスライン、４４…キャリアガスソース、４６…キャリアガスライン、４８ａ…スロットルバルブよりも上流の排気ライン、４８ｂ…スロットルバルブよりも下流の排気ライン、５０…スロットルバルブ、５２…チャンバ内用キャパシタンスマノメータ、５４…終点検出用キャパシタンスマノメータ、５６…Ａ／Ｉボード、５８…システムコントローラ、６０…ＲＦソース、１００…ＣＶＤ装置。
Claims (6)
- 圧力調整可能なＣＶＤプロセスチャンバを有し、前記ＣＶＤプロセスチャンバ内部で基板上に堆積を行い、且つ、汚染された前記ＣＶＤプロセスチャンバの内部にプラズマを発生して前記ＣＶＤプロセスチャンバの内部をクリーニングする機能を備えるＣＶＤ装置であって、
内部に一対の電極を有し、前記電極間にプラズマを発生させることができる、圧力調整可能なＣＶＤプロセスチャンバと、
前記電極に電気的に接続されて、前記ＣＶＤプロセスチャンバ内にプラズマを発生させるために前記電極間に電力を印加する電力供給手段と、
前記ＣＶＤプロセスチャンバに接続され、クリーニング用ガスを供給するガス供給ラインと、
第１の端部と第２の端部を有し、前記第１の端部が前記ＣＶＤプロセスチャンバに接続され、前記第２の端部が排気手段に接続され、前記第１の端部と前記第２の端部の間に前記ＣＶＤプロセスチャンバ内の圧力を調整する可変バルブを有する排気ラインと、
前記排気ラインの、前記可変バルブよりも前記第２の端部に近い側で、前記排気ラインに接続されて、前記排気ラインの圧力を検出する第１の圧力検出手段と、
前記第１の圧力検出手段により検出された圧力の変化をモニタしてクリーニングの終点を検出する制御手段と
を備えることを特徴とするＣＶＤ装置。 - 前記ＣＶＤプロセスチャンバの内部の圧力を検出する第２の圧力検出手段が前記ＣＶＤプロセスチャンバに接続され、前記制御手段は更に、前記第２の圧力検出手段により検出された圧力の変化をモニタして前記ＣＶＤプロセスチャンバ内の圧力を制御することを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ装置。
- 内部に１対の電極を有するＣＶＤプロセスチャンバと、
第１の端部と第２の端部を有し、前記第１の端部がＣＶＤプロセスチャンバに接続され、前記第２の端部が排気手段に接続され、前記第１の端部と前記第２の端部の間に前記ＣＶＤプロセスチャンバ内の圧力を調整する可変バルブを有する排気ラインと
を有するＣＶＤ装置において、前記ＣＶＤプロセスチャンバ内の前記電極の間に電力を印加しプラズマを発生させて前記ＣＶＤプロセスチャンバ内部をクリーニングする方法であって、
前記ＣＶＤプロセスチャンバ内部の前記電極に電力を印加し、且つ、前記ＣＶＤプロセスチャンバ内部にクリーニングガスを導入して、前記ＣＶＤプロセスチャンバ内部のクリーニング工程を開始する第１のステップと、
前記第１のステップによって開始されたクリーニング工程を継続し、且つ、前記ＣＶＤプロセスチャンバに接続された前記排気ラインの、前記可変バルブよりも前記第２の端部に近い側で、前記排気ラインに接続されて、前記排気ラインの圧力を検出する第１の圧力検出手段により測定される圧力の変化を、前記第１の圧力検出手段により検出された圧力の変化をモニタしてクリーニングの終点を検出する１つ以上の制御手段によりモニタし、所定の圧力変化が検出された時点をもって、クリーニングの終点として前記制御手段が検知する第２のステップとを備えることを特徴とするＣＶＤプロセスチャンバのクリーニングの方法。 - 前記第２のステップにおいて、前記制御手段が更に、前記ＣＶＤプロセスチャンバに接続され、前記ＣＶＤプロセスチャンバの内部の圧力を検出する第２の圧力検出手段により検出された圧力の変化をモニタして前記ＣＶＤプロセスチャンバ内の圧力を制御することを特徴とする請求項３に記載のＣＶＤプロセスチャンバのクリーニングの方法。
- 前記第２のステップにおいて、前記クリーニングの終点が検知された直後に、前記電極への電力の供給を停止する操作を更に含むことを特徴とする請求項３又は４のいずれかに記載のＣＶＤプロセスチャンバのクリーニングの方法。
- 前記クリーニングガスが弗素含有ガスを含み、前記第２のステップでは、前記所定の圧力変化が、圧力の一時的な上昇であることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のＣＶＤプロセスチャンバのクリーニングの方法。
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