JP3935731B2 - プラズマｃｖｄ装置及びクリーニング方法及び成膜方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気相成長法により基板の表面に成膜を行うと共に成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理を行うプラズマＣＶＤ装置及びクリーニング方法に関する。
また、本発明はクリーニング処理を含めた成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体の製造では、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置は、膜の材料となる材料ガスを容器内の成膜室の中に導入し、高周波アンテナから高周波を入射してプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して成膜を行う装置である。
【０００３】
プラズマＣＶＤ装置においては、基板上のみならず、電極や成膜室の内壁にも成膜されるため、成膜工程の繰り返しに伴い電極や成膜室の内壁に付着・堆積した膜は剥離して基板を汚染してしまう。このため、従来から、成膜室の内部は定期的にクリーニング処理が施されて付着・堆積した膜が除去されている。クリーニング処理は、ＮＦ3 等のフッ化ガス（エッチングガス）を成膜室に均一に供給しながらプラズマを発生させ、気相のフッ化ガス分子をプラズマにより分解して電極や成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のクリーニング処理は、エッチングガスを成膜室に均一に供給しながらプラズマを発生させて成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するようになっている。しかし、プラズマＣＶＤ装置では、クリーニング処理における膜の除去分布は高周波アンテナの形状に依存するため、エッチングガスを均一に供給してのクリーニングでは、除去速度にばらつきが生じてしまう。成膜室の内壁に付着・堆積した膜を完全に除去するためには除去速度が遅い部位に合わせてクリーニング処理を実施しているのが現状であり、クリーニング処理に長時間を要すると共に除去速度が速い部位がオーバーエッチングとなる虞があった。加えて、ドーナツ型の高周波アンテナが設けられているプラズマＣＶＤ装置では、高周波アンテナの直下に多くの成膜材が付着・堆積し易くなることがある。このような場合でも、効率よくクリーニング処理を実施できることが求められていた。
【０００５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、クリーニング処理を短時間で効率良く実施できるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、クリーニング処理を短時間で効率良く実施できるプラズマＣＶＤ装置におけるクリーニング方法を提供することを目的とする。
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、クリーニング処理を短時間で効率良く実施できる成膜方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のプラズマＣＶＤ装置は、
成膜室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段としてドーナツ型のコイル状アンテナを成膜室の上部に備えると共に、成膜室内に原料ガスを導入する原料ガス導入手段を設け、
装置側に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理時にエッチングガスを水平に導入して壁面の膜を主に除去するエッチングガスノズルを設けると共に、クリーニング処理時にエッチングガスをドーナツ型のコイル状アンテナの直下に向けて上向きに導入してドーナツ型のコイル状アンテナの直下の天井面の膜を主に除去する他のエッチングガスノズルを設けたことを特徴とする。
【０００７】
また、上記プラズマＣＶＤ装置において、
前記他のエッチングガスノズルの供給位置および供給角度の少なくとも一方を変える手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、上記プラズマＣＶＤ装置において、
前記エッチングガスノズル及び前記他のエッチングガスノズルへのエッチングガスの供給は、切り換え手段を介して異なる時期に行われることを特徴とする。
【０００９】
また、エッチングガスはフッ素系ガスであることを特徴とする。また、エッチングガスは塩素系ガスであることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するための本発明のクリーニング方法は、
天井部からドーナツ型のコイル状アンテナにより成膜室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜が施されるプラズマＣＶＤ装置において、
所定の周期でエッチングガスノズルからエッチングガスを導入してプラズマを発生させ、成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理に際し、
水平方向にエッチングガスを導入してプラズマを発生させて壁面の膜を主に除去する水平導入行程と、水平導入行程とは異なる位置でドーナツ型のコイル状アンテナの直下に向けて垂直方向に角度を変えてエッチングガスを導入してプラズマを発生させてドーナツ型のコイル状アンテナの直下の天井面の膜を主に除去する垂直導入行程とによりクリーニングを行うことを特徴とする。
【００１１】
また、上記クリーニング方法において、
前記水平導入行程と前記垂直導入行程とは同一の系統のノズルによりノズルを移動させてエッチングガスを導入することを特徴とする。
【００１２】
また、上記クリーニング方法において、
前記水平導入行程と前記垂直導入行程とは異なる系統のノズルによりエッチングガスを導入することを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するための本発明の成膜方法は、
上記クリーニング方法を実施した後、再び前記成膜室で励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜を行うことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
＜参考例＞
最初に、本発明の参考例を説明してから、本発明の第１実施形態を説明する。図１には参考例のプラズマＣＶＤ装置の概略側面、図２には成膜室内の成膜材の付着・堆積状況、図３にはクリーニング機構の概念を示してある。図４及び図５にはエッチングガスノズルの構成例を表す概念、図６には水平導入行程における成膜材の除去速度の分布状況を表す概念、図７には傾斜導入行程における成膜材の除去速度の分布状況を表す概念、図８にはクリーニングレートの説明、図９にはクリーニング処理のタイムチャートの一例を示してある。
【００１８】
図１に示すように、基部１には円筒状のアルミニウム製の容器２が設けられ、容器２内に成膜室３が形成されている。容器２の上部には円形の天井板４が設けられ、容器２の中心における成膜室３にはウエハ支持台５が備えられている。ウエハ支持台５は半導体の基板６を静電的に吸着保持する円盤状の載置部７を有し、載置部７は支持軸８に支持されている。載置部７にはバイアス電源２１及び静電電源２２が接続され、載置部７に低周波を発生させると共に静電気力を発生させる。ウエハ支持台５は全体が昇降自在もしくは支持軸８が伸縮自在とすることで、上下方向の高さが最適な高さに調整できるようになっている。
【００１９】
天井板４の上には、例えば、円形リング状（平面リング状：ドーナツ型）の高周波アンテナ１３が配置され、高周波アンテナ１３には整合器１４を介して高周波電源１５が接続されている。高周波アンテナ１３に電力を供給することにより電磁波が容器２の成膜室３に入射する。容器２内に入射された電磁波は、成膜室３内のガスをイオン化してプラズマを発生させる。尚、高周波アンテナ１３の形状や配置位置等は円形リング状（平面リング状：ドーナツ型）に限定されず、容器の周囲に配されるコイル状等種々の形状を適用することができる。
【００２０】
容器２には、例えば、シラン（例えば SiH4)等の材料ガスを供給するガス供給ノズル１６が設けられ、ガス供給ノズル１６から成膜室３内に成膜材料（例えばSi）となる材料ガスが供給される。また、容器２にはアルゴンやヘリウム等の不活性ガス（希ガス）や酸素、水素等の補助ガスを供給する補助ガス供給ノズル１７が設けられ、基部１には容器２の内部を排気するための真空排気系（図示省略）に接続される排気口１８が設けられている。また、図示は省略したが容器２には基板６の搬入・搬出口が設けられ、図示しない搬送室との間で基板６が搬入・搬出される。
【００２１】
上述したプラズマＣＶＤ装置では、ウエハ支持台５の載置部７に基板６が載せられ、静電的に吸着される。ガス供給ノズル１６から所定流量の材料ガスを成膜室３内に供給すると共に補助ガス供給ノズル１７から所定流量の補助ガスを成膜室３内に供給し、成膜室３内を成膜条件に応じた所定圧力に設定する。その後、高周波電源１５から高周波アンテナ１３に電力を供給して高周波を発生させると共にバイアス電源２１から載置部７に電力を供給して低周波を発生させる。
【００２２】
これにより、成膜室３内の材料ガスが放電して一部がプラズマ状態となる。このプラズマは、材料ガス中の他の中性分子に衝突して更に中性分子を電離、あるいは励起する。こうして生じた活性な粒子は、基板６の表面に吸着して効率良く化学反応を起こし、堆積してＣＶＤ膜となる。
【００２３】
基板６に対する成膜を繰り返して実施すると、図２に示すように、成膜室３の内壁、即ち、容器２の壁面や天井板４の面に成膜材３１が付着・堆積する。付着・堆積した成膜材３１はこのままでは剥離して基板６を汚染してしまうため、定期的にクリーニング処理が施されて付着・堆積した成膜材３１を除去するようになっている。クリーニング処理は、ＮＦ3 等のフッ素系ガス（エッチングガス）を成膜室３に供給しながらプラズマを発生させ、気相のフッ化ガス分子をプラズマにより分解して成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材３１を除去する。尚、エッチングガスとしては、ＣＣｌ4 等の塩素系ガスを用いることも可能である。
【００２４】
クリーニング処理を行うために、図３に示すように、容器２にはエッチングガスを導入するエッチングガスノズルとしての第１ノズル３２及び第２ノズル３３が設けられている。第１ノズル３２は容器２の上方で水平に設けられ、第２ノズル３３は第１ノズル３２の下方で上向きに設けられている（供給位置・供給角度を変えている）。第１ノズル３２からはエッチングガスが水平に導入され（水平導入行程）、主に容器２の壁面の成膜材３１が除去される。第２ノズル３３からはエッチングガスが上向きに導入され（傾斜導入行程）、主に天井板４の面（天井面）の成膜材３１が除去される。
【００２５】
第１ノズル３２は、ガス供給ノズル１６を共用したり、独立して設けることが可能である。また、図４に示したように、第２ノズル３３は、補助ガスノズル１７に角度可変機構４１を設けて共用することが可能である。共用する場合には、ガスの供給系統にバルブ４２等を設け、成膜時とクリーニング時とでバルブを切り換えて異なるガスを導入することが可能である。また、独立して設けることも可能であり、独立して設ける場合、図５に示すように、ガスの供給系統にバルブ４３等を設け、成膜時とクリーニング時とでバルブを切り換えて異なるガスを導入することが可能である。
【００２６】
エッチングガスの導入は、一つのノズルを移動自在に設けて同一系統のノズルからエッチングガスを水平に導入すると共に位置を変えて上向きにエッチングガスを導入することも可能である。この時にも、一つのノズルの供給系統にバルブを設け、バルブを切り換えてクリーニング位置を変えてエッチングガスを導入することが可能である。バルブを切り換えを自動化することも可能である。
【００２７】
また、専用の第１ノズル３２及び第２ノズル３３を設けることも可能であり、エッチングガスを導入する系統が２系統設けられていればよい。尚、エッチングガスを導入する各系統のノズルは、容器２の周方向に均等に複数本（例えば８本）設けられて１系統とされている。この時、周方向に均等に複数本配置されたノズルを、隣接するノズル同士を上下方向に位置を変更し、エッチングガスを導入する系統を２系統とすることも可能である。
【００２８】
このように、第１ノズル３２及び第２ノズル３３の構成は、装置構成や大きさ等の種類により、適宜最適な形態を選択することが可能である。
【００２９】
第１ノズル３２及び第２ノズル３３からは、成膜材３１の付着・堆積の状況により、主に高周波アンテナ１３の形状に依存する除去速度に応じて予め設定された所定のタイムスケジュールによりクリーニング用のＮＦ3 ガスが成膜室３内に導入され、プラズマを発生させることで、気相のフッ化ガス分子がプラズマにより分解されて成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材３１が除去される。クリーニング処理が終了した後、再び基板６に対する成膜を繰り返して実施する。
【００３０】
即ち、図６に示すように、成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材３１（図２中実線で示してある）に対し、第１ノズル３２からエッチングガスを導入した場合（水平導入行程）、成膜室３の内壁及び天井板４の中心部の面が主に除去される（図中点線に除去速度の状況を示してある）。また、図７に示すように、成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材３１（図中実線で示してある）に対し、第２ノズル３３からエッチングガスを導入した場合（傾斜導入行程）、成膜室３の内壁及び内壁と天井板４の面の交差部の成膜材３１が主に除去される（図中点線に除去速度の状況を示してある）。
【００３１】
このように、第１ノズル３２からエッチングガスを導入する水平導入行程と、第２ノズル３３からエッチングガスを導入する傾斜導入行程とにより、クリーニング処理を実施することにより、異なる除去分布のクリーニング処理を合わせることができ、成膜室３の内壁及び天井板４の面の成膜材３１及び内壁と天井板４の面の交差部の成膜材３１が除去される。このため、成膜材３１が付着した部位による除去速度のばらつきを抑制することができ、除去速度が遅い部位に合わせてクリーニング処理を実施する必要がなくなる。この結果、クリーニング処理の時間短縮することが可能になると共に、クリーニング処理時における成膜室３内のオーバーエッチングをなくすことが可能になる。
【００３２】
図８には第１ノズル３２及び第２ノズル３３からクリーニングガスを導入した際の成膜室３内の各部位におけるクリーニングレートの結果の一例を示してある。図に示すように、第１ノズル３２からエッチングガスを導入した場合、Ａの天井板４の中心と、Ｃの側壁上側及びＥの基板６上の時間当たりの除去量が多くなっている。これにより、水平導入行程では成膜室３の内壁及び天井板４の面が主に除去されることが判る。また、上向きに例えば30°傾けた第２ノズル３３からエッチングガスを導入した場合、Ｂの天井板４の外側と、Ｃの側壁上側及びＥの基板６上の時間当たりの除去量が多くなっている。これにより、成膜室３の内壁及び内壁と天井板４の面の交差部の成膜材３１が主に除去されることが判る。
【００３３】
図９に基づいてクリーニング処理におけるエッチングガスの導入状況、即ち、タイムスケジュールを具体的に説明する。例えば、図２に示した状態で成膜材３１が付着するプラズマＣＶＤ装置の場合、図に示すように、最初にT1からT3までの間第１ノズル３２からエッチングガスを導入して成膜室３の内壁及び天井板４の面の成膜材３１を主に除去する（水平導入行程）。水平導入行程の終了直前のT2の時点で、第２ノズル３３からエッチングガスの導入を開始してT4までエッチングガスを導入し、成膜室３の内壁及び内壁と天井板４の面の交差部の成膜材３１を主に除去する（傾斜導入行程）。T1からT3までの時間及びT2からT4までの時間の割合は、例えば、５対１に設定されている。
【００３４】
尚、時間の割合や導入順は、成膜材３１の付着・堆積状況や高周波アンテナ１３の形状・配置状況、成膜材３１の種類、クリーニングガスの種類等により、予め設定したり、状況を検出しながら可変に設定する等、適宜設定することが可能である。
【００３５】
従って、上述したプラズマＣＶＤ装置及びクリーニング方法では、第１ノズル３２及び第２ノズル３３からクリーニングガスを導入し、水平導入行程と傾斜導入行程を組み合わせて成膜室３内に付着・堆積した成膜材３１を除去しているので、成膜材３１を除去する部位を合わせ込んでクリーニングが実施される。これにより、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
【００３６】
＜第１実施形態＞
ところで、参考例に示したようなプラズマＣＶＤ装置において、装置構成や大きさ等の種類により、ドーナツ型の高周波アンテナ１３が設けられているプラズマＣＶＤ装置では、高周波アンテナ１３の直下に多くの成膜材が付着・堆積し易くなることがある。このような場合に、効率よくクリーニング処理を実施することができるクリーニング機構を説明する。
【００３７】
図１０には本発明の第１実施形態例に係るプラズマＣＶＤ装置の成膜室内の成膜材の付着・堆積状況、図１１にはクリーニング機構の概念を示してある。図１２及び図１３にはエッチングガスノズルの構成例を表す概念、図１４には水平導入行程における成膜材の除去速度の分布状況を表す概念、図１５には垂直導入行程における成膜材の除去速度の分布状況を表す概念、図１６にはクリーニングレートの説明を示してある。尚、プラズマＣＶＤ装置の全体構成については、図１に示した装置と同一であるので説明は省略してある。また、クリーニング機構についても同一部材には同一符号を付してある。
【００３８】
基板６（図１参照）に対する成膜を繰り返して実施すると、図１０に示すように、成膜室３の内壁、即ち、容器２の壁面や天井板４の面に成膜材５１が付着・堆積し、高周波アンテナ１３の直下に多くの成膜材５１が付着・堆積する。付着・堆積した成膜材５１はこのままでは剥離して基板６を汚染してしまうため、定期的にクリーニング処理が施されて付着・堆積した成膜材５１を除去するようになっている。クリーニング処理は、参考例と同様に、ＮＦ3 等のフッ素系ガス（エッチングガス）を成膜室３に供給しながらプラズマを発生させ、気相のフッ化ガス分子をプラズマにより分解して成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材５１を除去する。尚、エッチングガスとしては、ＣＣｌ4 等の塩素系ガスを用いることも可能である。
【００３９】
クリーニング処理を行うために、図１１に示すように、容器２にはエッチングガスを導入するエッチングガスノズルとしての第１ノズル３２及び第２ノズル５２が設けられている。第１ノズル３２は容器２の上方で水平に設けられ、第２ノズル５２は第１ノズル３２の下方で高周波アンテナ１３に向けて垂直方向に上向きに設けられている（供給位置・供給角度を変えている）。第１ノズル３２からはエッチングガスが水平に導入され（水平導入行程）、主に容器２の壁面の成膜材５１が除去される。第２ノズル５２からはエッチングガスが垂直に上向きに導入され（垂直導入行程）、主に天井板４の面（天井面：高周波アンテナ１３の直下）の成膜材５１が除去される。
【００４０】
図１２に示したように、第２ノズル５２は、補助ガスノズル１７に角度可変機構４１を設けて共用することが可能である。共用する場合には、ガスの供給系統にバルブ４２等を設け、成膜時とクリーニング時とでバルブを切り換えて異なるガスを導入することが可能である。また、独立して設けることも可能であり、独立して設ける場合、図１３に示すように、ガスの供給系統にバルブ４３等を設け、成膜時とクリーニング時とでバルブを切り換えて異なるガスを導入することが可能である。
【００４１】
エッチングガスの導入は、一つのノズルを移動自在に設けて同一系統のノズルからエッチングガスを水平に導入すると共に位置を変えて垂直な上向きにエッチングガスを導入することも可能である。この時にも、一つのノズルの供給系統にバルブを設け、バルブを切り換えてクリーニング位置を変えてエッチングガスを導入することが可能である。バルブを切り換えを自動化することも可能である。
【００４２】
また、専用の第１ノズル３２及び第２ノズル５２を設けることも可能であり、エッチングガスを導入する系統が２系統設けられていればよい。尚、エッチングガスを導入する各系統のノズルは、容器２の周方向に均等に複数本（例えば８本）設けられて１系統とされている。この時、周方向に均等に複数本配置されたノズルを、隣接するノズル同士を上下方向に位置を変更し、エッチングガスを導入する系統を２系統とすることも可能である。
【００４３】
このように、第１ノズル３２及び第２ノズル５２の構成は、装置構成や大きさ等の種類により、適宜最適な形態を選択することが可能である。
【００４４】
第１ノズル３２及び第２ノズル５２からは、成膜材５１の付着・堆積の状況により、主に高周波アンテナ１３の形状に依存する除去速度に応じて予め設定された所定のタイムスケジュールによりクリーニング用のＮＦ3 ガスが成膜室３内に導入され、プラズマを発生させることで、気相のフッ化ガス分子がプラズマにより分解されて成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材５１が除去される。クリーニング処理が終了した後、再び基板６に対する成膜を繰り返して実施する。
【００４５】
即ち、図１４に示すように、成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材５１（図１０中実線で示してある）に対し、第１ノズル３２からエッチングガスを導入した場合（水平導入行程）、成膜室３の内壁及び天井板４の中心部の面が主に除去される（図中点線で除去速度の状況を示してある）。また、図１５に示すように、成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材５１（図１０中実線で示してある）に対し、第２ノズル５２からエッチングガスを導入した場合（垂直導入行程）、成膜室３の内壁及び内壁と天井板４の面の交差部の近傍における高周波アンテナ１３の直下の成膜材５１が主に除去される（図中点線で除去速度の状況を示してある）。
【００４６】
このように、第１ノズル３２からエッチングガスを導入する水平導入行程と、第２ノズル５２からエッチングガスを導入する垂直導入行程とにより、クリーニング処理を実施することにより、異なる除去分布のクリーニング処理を合わせることができ、成膜室３の内壁及び天井板４の面の成膜材５１及び内壁と天井板４の面の交差部の成膜材５１が除去される。このため、ドーナツ型の高周波アンテナ１３を備えた装置で直下に成膜材５１が多く付着・堆積しても、成膜材５１が付着した部位による除去速度のばらつきを抑制することができ、除去速度が遅い部位に合わせてクリーニング処理を実施する必要がなくなる。この結果、ドーナツ型の高周波アンテナ１３を備えた装置で直下に成膜材５１が多く付着・堆積しても、クリーニング処理の時間短縮することが可能になると共に、クリーニング処理時における成膜室３内のオーバーエッチングをなくすことが可能になる。
【００４７】
図１６には第１ノズル３２及び第２ノズル５２からクリーニングガスを導入した際の成膜室３内の各部位におけるクリーニングレートの結果の一例を示してある。図に示すように、第１ノズル３２からエッチングガスを導入した場合、Ａの天井板４の中心と、Ｃの側壁上側及びＥの基板６上の時間当たりの除去量が多くなっている。これにより、水平導入行程では成膜室３の内壁及び天井板４の面が主に除去されることが判る。また、垂直上向きに例えば90°傾けた第２ノズル５２からエッチングガスを導入した場合、Ａの天井板４の中心と、Ｂの天井板４の外側の時間当たりの除去量が多くなっている。これにより、成膜室３の天井板４の中心と、内壁と天井板４の面の交差部である高周波アンテナ１３の直下の成膜材５１が特に除去されることが判る。
【００４８】
クリーニング処理におけるエッチングガスの導入状況、即ち、タイムスケジュールは、図１０に示したスケジュールで実施することで問題がないことが確認されている。尚、本実施形態例の場合、第２ノズル５２でのＡの天井板４の中心の除去絶対量が多くなっているので、図１０のタイムチャートに対してT2からT4までの時間を多少短くしても成膜材５１を除去することが可能になっている。
【００４９】
従って、上述したプラズマＣＶＤ装置及びクリーニング方法では、第１ノズル３２及び第２ノズル５２からクリーニングガスを導入し、水平導入行程と垂直導入行程を組み合わせて成膜室３内に付着・堆積した成膜材５１を除去しているので、ドーナツ型の高周波アンテナ１３を備えた装置で直下に成膜材５１が多く付着・堆積しても、成膜材５１を除去する部位を合わせ込んでクリーニングが実施される。これにより、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明のプラズマＣＶＤ装置は、
成膜室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段としてドーナツ型のコイル状アンテナを成膜室の上部に備えると共に、成膜室内に原料ガスを導入する原料ガス導入手段を設け、
装置側に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理時にエッチングガスを水平に導入して壁面の膜を主に除去するエッチングガスノズルを設けると共に、クリーニング処理時にエッチングガスをドーナツ型のコイル状アンテナの直下に向けて上向きに導入してドーナツ型のコイル状アンテナの直下の天井面の膜を主に除去する他のエッチングガスノズルを設けたので、
エッチングガスノズル及び他のエッチングガスノズルからエッチングガスを導入し、膜を除去する部位を合わせ込んでクリーニングを実施することができる。この結果、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
また、ドーナツ型のコイル状アンテナを備えた装置で直下に成膜材が多く付着・堆積しても、成膜材を除去する部位を合わせ込んでクリーニングが実施される。これにより、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
【００５１】
また、本発明のプラズマＣＶＤ装置は、
前記他のエッチングガスノズルの供給位置および供給角度の少なくとも一方を変える手段を設けたので、
供給位置および供給角度の少なくとも一方を変える手段でエッチングガスを導入し、膜を除去する部位を合わせ込んでクリーニングを実施することができる。この結果、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
【００５４】
本発明のクリーニング方法は、
天井部からドーナツ型のコイル状アンテナにより成膜室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜が施されるプラズマＣＶＤ装置において、
所定の周期でエッチングガスノズルからエッチングガスを導入してプラズマを発生させ、成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理に際し、
水平方向にエッチングガスを導入してプラズマを発生させて壁面の膜を主に除去する水平導入行程と、水平導入行程とは異なる位置でドーナツ型のコイル状アンテナの直下に向けて垂直方向に角度を変えてエッチングガスを導入してプラズマを発生させてドーナツ型のコイル状アンテナの直下の天井面の膜を主に除去する垂直導入行程とによりクリーニングを行うので、
水平導入行程と垂直導入行程を組み合わせてドーナツ型のコイル状アンテナを備えた装置で直下に成膜材が多く付着・堆積した膜を除去することができる。この結果、膜を除去する部位を合わせ込んでクリーニングが実施され、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
【００５５】
本発明の成膜方法は、
上記クリーニング方法を実施した後、再び前記成膜室で励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜を行うようにしたので、
成膜処理の間のクリーニング処理時に水平及び上向きにエッチングガスを導入し、膜を除去する部位を合わせ込んでクリーニングが行える。この結果、一連の成膜処理の間におけるクリーニング処理が短時間で効率良く実施できる成膜方法とすることが可能になる。
また、ドーナツ型のコイル状アンテナを備えた装置で直下に成膜材が多く付着・堆積しても、成膜材を除去する部位を合わせ込んでクリーニングが実施される。これにより、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例のプラズマＣＶＤ装置の概略側面図。
【図２】成膜室内の成膜材の付着・堆積状況を表す概念図。
【図３】クリーニング機構の概念図。
【図４】エッチングガスノズルの構成例を表す概念図。
【図５】エッチングガスノズルの構成例を表す概念図。
【図６】水平導入行程における成膜材の除去速度の分布状況を表す概念図。
【図７】傾斜導入行程における成膜材の除去速度の分布状況を表す概念図。
【図８】クリーニングレートの説明図。
【図９】クリーニング処理のタイムチャート。
【図１０】本発明の第１実施形態例に係るプラズマＣＶＤ装置の成膜室内の成膜材の付着・堆積状況を表す概念図。
【図１１】クリーニング機構の概念図。
【図１２】エッチングガスノズルの構成例を表す概念図。
【図１３】エッチングガスノズルの構成例を表す概念図。
【図１４】水平導入行程における成膜材の除去速度の分布状況を表す概念図。
【図１５】垂直導入行程における成膜材の除去速度の分布状況を表す概念図。
【図１６】クリーニングレートの説明図。
【符号の説明】
１ 基部
２ 容器
３ 成膜室
４ 天井板
５ ウエハ支持台
６ 基板
７ 載置部
８ 支持軸
１３ 高周波アンテナ
１４ 整合器
１５ 高周波電源
１６ ガス供給ノズル
１７ 補助ガス供給ノズル
１８ 排気口
２１ バイアス電源
２２ 静電電源
３１，５１ 成膜材
３２ 第１ノズル
３３，５２ 第２ノズル
４１ 角度可変機構
４２，４３ バルブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、気相成長法により基板の表面に成膜を行うと共に成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理を行うプラズマＣＶＤ装置及びクリーニング方法に関する。
また、本発明はクリーニング処理を含めた成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体の製造では、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置は、膜の材料となる材料ガスを容器内の成膜室の中に導入し、高周波アンテナから高周波を入射してプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して成膜を行う装置である。
【０００３】
プラズマＣＶＤ装置においては、基板上のみならず、電極や成膜室の内壁にも成膜されるため、成膜工程の繰り返しに伴い電極や成膜室の内壁に付着・堆積した膜は剥離して基板を汚染してしまう。このため、従来から、成膜室の内部は定期的にクリーニング処理が施されて付着・堆積した膜が除去されている。クリーニング処理は、ＮＦ3 等のフッ化ガス（エッチングガス）を成膜室に均一に供給しながらプラズマを発生させ、気相のフッ化ガス分子をプラズマにより分解して電極や成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のクリーニング処理は、エッチングガスを成膜室に均一に供給しながらプラズマを発生させて成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するようになっている。しかし、プラズマＣＶＤ装置では、クリーニング処理における膜の除去分布は高周波アンテナの形状に依存するため、エッチングガスを均一に供給してのクリーニングでは、除去速度にばらつきが生じてしまう。成膜室の内壁に付着・堆積した膜を完全に除去するためには除去速度が遅い部位に合わせてクリーニング処理を実施しているのが現状であり、クリーニング処理に長時間を要すると共に除去速度が速い部位がオーバーエッチングとなる虞があった。加えて、ドーナツ型の高周波アンテナが設けられているプラズマＣＶＤ装置では、高周波アンテナの直下に多くの成膜材が付着・堆積し易くなることがある。このような場合でも、効率よくクリーニング処理を実施できることが求められていた。
【０００５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、クリーニング処理を短時間で効率良く実施できるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、クリーニング処理を短時間で効率良く実施できるプラズマＣＶＤ装置におけるクリーニング方法を提供することを目的とする。
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、クリーニング処理を短時間で効率良く実施できる成膜方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のプラズマＣＶＤ装置は、
成膜室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段としてドーナツ型のコイル状アンテナを成膜室の上部に備えると共に、成膜室内に原料ガスを導入する原料ガス導入手段を設け、
装置側に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理時にエッチングガスを水平に導入して壁面の膜を主に除去するエッチングガスノズルを設けると共に、クリーニング処理時にエッチングガスをドーナツ型のコイル状アンテナの直下に向けて上向きに導入してドーナツ型のコイル状アンテナの直下の天井面の膜を主に除去する他のエッチングガスノズルを設けたことを特徴とする。
【０００７】
また、上記プラズマＣＶＤ装置において、
前記他のエッチングガスノズルの供給位置および供給角度の少なくとも一方を変える手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、上記プラズマＣＶＤ装置において、
前記エッチングガスノズル及び前記他のエッチングガスノズルへのエッチングガスの供給は、切り換え手段を介して異なる時期に行われることを特徴とする。
【０００９】
また、エッチングガスはフッ素系ガスであることを特徴とする。また、エッチングガスは塩素系ガスであることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するための本発明のクリーニング方法は、
天井部からドーナツ型のコイル状アンテナにより成膜室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜が施されるプラズマＣＶＤ装置において、
所定の周期でエッチングガスノズルからエッチングガスを導入してプラズマを発生させ、成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理に際し、
水平方向にエッチングガスを導入してプラズマを発生させて壁面の膜を主に除去する水平導入行程と、水平導入行程とは異なる位置でドーナツ型のコイル状アンテナの直下に向けて垂直方向に角度を変えてエッチングガスを導入してプラズマを発生させてドーナツ型のコイル状アンテナの直下の天井面の膜を主に除去する垂直導入行程とによりクリーニングを行うことを特徴とする。
【００１１】
また、上記クリーニング方法において、
前記水平導入行程と前記垂直導入行程とは同一の系統のノズルによりノズルを移動させてエッチングガスを導入することを特徴とする。
【００１２】
また、上記クリーニング方法において、
前記水平導入行程と前記垂直導入行程とは異なる系統のノズルによりエッチングガスを導入することを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するための本発明の成膜方法は、
上記クリーニング方法を実施した後、再び前記成膜室で励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜を行うことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
＜参考例＞
最初に、本発明の参考例を説明してから、本発明の第１実施形態を説明する。図１には参考例のプラズマＣＶＤ装置の概略側面、図２には成膜室内の成膜材の付着・堆積状況、図３にはクリーニング機構の概念を示してある。図４及び図５にはエッチングガスノズルの構成例を表す概念、図６には水平導入行程における成膜材の除去速度の分布状況を表す概念、図７には傾斜導入行程における成膜材の除去速度の分布状況を表す概念、図８にはクリーニングレートの説明、図９にはクリーニング処理のタイムチャートの一例を示してある。
【００１８】
図１に示すように、基部１には円筒状のアルミニウム製の容器２が設けられ、容器２内に成膜室３が形成されている。容器２の上部には円形の天井板４が設けられ、容器２の中心における成膜室３にはウエハ支持台５が備えられている。ウエハ支持台５は半導体の基板６を静電的に吸着保持する円盤状の載置部７を有し、載置部７は支持軸８に支持されている。載置部７にはバイアス電源２１及び静電電源２２が接続され、載置部７に低周波を発生させると共に静電気力を発生させる。ウエハ支持台５は全体が昇降自在もしくは支持軸８が伸縮自在とすることで、上下方向の高さが最適な高さに調整できるようになっている。
【００１９】
天井板４の上には、例えば、円形リング状（平面リング状：ドーナツ型）の高周波アンテナ１３が配置され、高周波アンテナ１３には整合器１４を介して高周波電源１５が接続されている。高周波アンテナ１３に電力を供給することにより電磁波が容器２の成膜室３に入射する。容器２内に入射された電磁波は、成膜室３内のガスをイオン化してプラズマを発生させる。尚、高周波アンテナ１３の形状や配置位置等は円形リング状（平面リング状：ドーナツ型）に限定されず、容器の周囲に配されるコイル状等種々の形状を適用することができる。
【００２０】
容器２には、例えば、シラン（例えば SiH4)等の材料ガスを供給するガス供給ノズル１６が設けられ、ガス供給ノズル１６から成膜室３内に成膜材料（例えばSi）となる材料ガスが供給される。また、容器２にはアルゴンやヘリウム等の不活性ガス（希ガス）や酸素、水素等の補助ガスを供給する補助ガス供給ノズル１７が設けられ、基部１には容器２の内部を排気するための真空排気系（図示省略）に接続される排気口１８が設けられている。また、図示は省略したが容器２には基板６の搬入・搬出口が設けられ、図示しない搬送室との間で基板６が搬入・搬出される。
【００２１】
上述したプラズマＣＶＤ装置では、ウエハ支持台５の載置部７に基板６が載せられ、静電的に吸着される。ガス供給ノズル１６から所定流量の材料ガスを成膜室３内に供給すると共に補助ガス供給ノズル１７から所定流量の補助ガスを成膜室３内に供給し、成膜室３内を成膜条件に応じた所定圧力に設定する。その後、高周波電源１５から高周波アンテナ１３に電力を供給して高周波を発生させると共にバイアス電源２１から載置部７に電力を供給して低周波を発生させる。
【００２２】
これにより、成膜室３内の材料ガスが放電して一部がプラズマ状態となる。このプラズマは、材料ガス中の他の中性分子に衝突して更に中性分子を電離、あるいは励起する。こうして生じた活性な粒子は、基板６の表面に吸着して効率良く化学反応を起こし、堆積してＣＶＤ膜となる。
【００２３】
基板６に対する成膜を繰り返して実施すると、図２に示すように、成膜室３の内壁、即ち、容器２の壁面や天井板４の面に成膜材３１が付着・堆積する。付着・堆積した成膜材３１はこのままでは剥離して基板６を汚染してしまうため、定期的にクリーニング処理が施されて付着・堆積した成膜材３１を除去するようになっている。クリーニング処理は、ＮＦ3 等のフッ素系ガス（エッチングガス）を成膜室３に供給しながらプラズマを発生させ、気相のフッ化ガス分子をプラズマにより分解して成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材３１を除去する。尚、エッチングガスとしては、ＣＣｌ4 等の塩素系ガスを用いることも可能である。
【００２４】
クリーニング処理を行うために、図３に示すように、容器２にはエッチングガスを導入するエッチングガスノズルとしての第１ノズル３２及び第２ノズル３３が設けられている。第１ノズル３２は容器２の上方で水平に設けられ、第２ノズル３３は第１ノズル３２の下方で上向きに設けられている（供給位置・供給角度を変えている）。第１ノズル３２からはエッチングガスが水平に導入され（水平導入行程）、主に容器２の壁面の成膜材３１が除去される。第２ノズル３３からはエッチングガスが上向きに導入され（傾斜導入行程）、主に天井板４の面（天井面）の成膜材３１が除去される。
【００２５】
第１ノズル３２は、ガス供給ノズル１６を共用したり、独立して設けることが可能である。また、図４に示したように、第２ノズル３３は、補助ガスノズル１７に角度可変機構４１を設けて共用することが可能である。共用する場合には、ガスの供給系統にバルブ４２等を設け、成膜時とクリーニング時とでバルブを切り換えて異なるガスを導入することが可能である。また、独立して設けることも可能であり、独立して設ける場合、図５に示すように、ガスの供給系統にバルブ４３等を設け、成膜時とクリーニング時とでバルブを切り換えて異なるガスを導入することが可能である。
【００２６】
エッチングガスの導入は、一つのノズルを移動自在に設けて同一系統のノズルからエッチングガスを水平に導入すると共に位置を変えて上向きにエッチングガスを導入することも可能である。この時にも、一つのノズルの供給系統にバルブを設け、バルブを切り換えてクリーニング位置を変えてエッチングガスを導入することが可能である。バルブを切り換えを自動化することも可能である。
【００２７】
また、専用の第１ノズル３２及び第２ノズル３３を設けることも可能であり、エッチングガスを導入する系統が２系統設けられていればよい。尚、エッチングガスを導入する各系統のノズルは、容器２の周方向に均等に複数本（例えば８本）設けられて１系統とされている。この時、周方向に均等に複数本配置されたノズルを、隣接するノズル同士を上下方向に位置を変更し、エッチングガスを導入する系統を２系統とすることも可能である。
【００２８】
このように、第１ノズル３２及び第２ノズル３３の構成は、装置構成や大きさ等の種類により、適宜最適な形態を選択することが可能である。
【００２９】
第１ノズル３２及び第２ノズル３３からは、成膜材３１の付着・堆積の状況により、主に高周波アンテナ１３の形状に依存する除去速度に応じて予め設定された所定のタイムスケジュールによりクリーニング用のＮＦ3 ガスが成膜室３内に導入され、プラズマを発生させることで、気相のフッ化ガス分子がプラズマにより分解されて成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材３１が除去される。クリーニング処理が終了した後、再び基板６に対する成膜を繰り返して実施する。
【００３０】
即ち、図６に示すように、成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材３１（図２中実線で示してある）に対し、第１ノズル３２からエッチングガスを導入した場合（水平導入行程）、成膜室３の内壁及び天井板４の中心部の面が主に除去される（図中点線に除去速度の状況を示してある）。また、図７に示すように、成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材３１（図中実線で示してある）に対し、第２ノズル３３からエッチングガスを導入した場合（傾斜導入行程）、成膜室３の内壁及び内壁と天井板４の面の交差部の成膜材３１が主に除去される（図中点線に除去速度の状況を示してある）。
【００３１】
このように、第１ノズル３２からエッチングガスを導入する水平導入行程と、第２ノズル３３からエッチングガスを導入する傾斜導入行程とにより、クリーニング処理を実施することにより、異なる除去分布のクリーニング処理を合わせることができ、成膜室３の内壁及び天井板４の面の成膜材３１及び内壁と天井板４の面の交差部の成膜材３１が除去される。このため、成膜材３１が付着した部位による除去速度のばらつきを抑制することができ、除去速度が遅い部位に合わせてクリーニング処理を実施する必要がなくなる。この結果、クリーニング処理の時間短縮することが可能になると共に、クリーニング処理時における成膜室３内のオーバーエッチングをなくすことが可能になる。
【００３２】
図８には第１ノズル３２及び第２ノズル３３からクリーニングガスを導入した際の成膜室３内の各部位におけるクリーニングレートの結果の一例を示してある。図に示すように、第１ノズル３２からエッチングガスを導入した場合、Ａの天井板４の中心と、Ｃの側壁上側及びＥの基板６上の時間当たりの除去量が多くなっている。これにより、水平導入行程では成膜室３の内壁及び天井板４の面が主に除去されることが判る。また、上向きに例えば30°傾けた第２ノズル３３からエッチングガスを導入した場合、Ｂの天井板４の外側と、Ｃの側壁上側及びＥの基板６上の時間当たりの除去量が多くなっている。これにより、成膜室３の内壁及び内壁と天井板４の面の交差部の成膜材３１が主に除去されることが判る。
【００３３】
図９に基づいてクリーニング処理におけるエッチングガスの導入状況、即ち、タイムスケジュールを具体的に説明する。例えば、図２に示した状態で成膜材３１が付着するプラズマＣＶＤ装置の場合、図に示すように、最初にT1からT3までの間第１ノズル３２からエッチングガスを導入して成膜室３の内壁及び天井板４の面の成膜材３１を主に除去する（水平導入行程）。水平導入行程の終了直前のT2の時点で、第２ノズル３３からエッチングガスの導入を開始してT4までエッチングガスを導入し、成膜室３の内壁及び内壁と天井板４の面の交差部の成膜材３１を主に除去する（傾斜導入行程）。T1からT3までの時間及びT2からT4までの時間の割合は、例えば、５対１に設定されている。
【００３４】
尚、時間の割合や導入順は、成膜材３１の付着・堆積状況や高周波アンテナ１３の形状・配置状況、成膜材３１の種類、クリーニングガスの種類等により、予め設定したり、状況を検出しながら可変に設定する等、適宜設定することが可能である。
【００３５】
従って、上述したプラズマＣＶＤ装置及びクリーニング方法では、第１ノズル３２及び第２ノズル３３からクリーニングガスを導入し、水平導入行程と傾斜導入行程を組み合わせて成膜室３内に付着・堆積した成膜材３１を除去しているので、成膜材３１を除去する部位を合わせ込んでクリーニングが実施される。これにより、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
【００３６】
＜第１実施形態＞
ところで、参考例に示したようなプラズマＣＶＤ装置において、装置構成や大きさ等の種類により、ドーナツ型の高周波アンテナ１３が設けられているプラズマＣＶＤ装置では、高周波アンテナ１３の直下に多くの成膜材が付着・堆積し易くなることがある。このような場合に、効率よくクリーニング処理を実施することができるクリーニング機構を説明する。
【００３７】
図１０には本発明の第１実施形態例に係るプラズマＣＶＤ装置の成膜室内の成膜材の付着・堆積状況、図１１にはクリーニング機構の概念を示してある。図１２及び図１３にはエッチングガスノズルの構成例を表す概念、図１４には水平導入行程における成膜材の除去速度の分布状況を表す概念、図１５には垂直導入行程における成膜材の除去速度の分布状況を表す概念、図１６にはクリーニングレートの説明を示してある。尚、プラズマＣＶＤ装置の全体構成については、図１に示した装置と同一であるので説明は省略してある。また、クリーニング機構についても同一部材には同一符号を付してある。
【００３８】
基板６（図１参照）に対する成膜を繰り返して実施すると、図１０に示すように、成膜室３の内壁、即ち、容器２の壁面や天井板４の面に成膜材５１が付着・堆積し、高周波アンテナ１３の直下に多くの成膜材５１が付着・堆積する。付着・堆積した成膜材５１はこのままでは剥離して基板６を汚染してしまうため、定期的にクリーニング処理が施されて付着・堆積した成膜材５１を除去するようになっている。クリーニング処理は、参考例と同様に、ＮＦ3 等のフッ素系ガス（エッチングガス）を成膜室３に供給しながらプラズマを発生させ、気相のフッ化ガス分子をプラズマにより分解して成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材５１を除去する。尚、エッチングガスとしては、ＣＣｌ4 等の塩素系ガスを用いることも可能である。
【００３９】
クリーニング処理を行うために、図１１に示すように、容器２にはエッチングガスを導入するエッチングガスノズルとしての第１ノズル３２及び第２ノズル５２が設けられている。第１ノズル３２は容器２の上方で水平に設けられ、第２ノズル５２は第１ノズル３２の下方で高周波アンテナ１３に向けて垂直方向に上向きに設けられている（供給位置・供給角度を変えている）。第１ノズル３２からはエッチングガスが水平に導入され（水平導入行程）、主に容器２の壁面の成膜材５１が除去される。第２ノズル５２からはエッチングガスが垂直に上向きに導入され（垂直導入行程）、主に天井板４の面（天井面：高周波アンテナ１３の直下）の成膜材５１が除去される。
【００４０】
図１２に示したように、第２ノズル５２は、補助ガスノズル１７に角度可変機構４１を設けて共用することが可能である。共用する場合には、ガスの供給系統にバルブ４２等を設け、成膜時とクリーニング時とでバルブを切り換えて異なるガスを導入することが可能である。また、独立して設けることも可能であり、独立して設ける場合、図１３に示すように、ガスの供給系統にバルブ４３等を設け、成膜時とクリーニング時とでバルブを切り換えて異なるガスを導入することが可能である。
【００４１】
エッチングガスの導入は、一つのノズルを移動自在に設けて同一系統のノズルからエッチングガスを水平に導入すると共に位置を変えて垂直な上向きにエッチングガスを導入することも可能である。この時にも、一つのノズルの供給系統にバルブを設け、バルブを切り換えてクリーニング位置を変えてエッチングガスを導入することが可能である。バルブを切り換えを自動化することも可能である。
【００４２】
また、専用の第１ノズル３２及び第２ノズル５２を設けることも可能であり、エッチングガスを導入する系統が２系統設けられていればよい。尚、エッチングガスを導入する各系統のノズルは、容器２の周方向に均等に複数本（例えば８本）設けられて１系統とされている。この時、周方向に均等に複数本配置されたノズルを、隣接するノズル同士を上下方向に位置を変更し、エッチングガスを導入する系統を２系統とすることも可能である。
【００４３】
このように、第１ノズル３２及び第２ノズル５２の構成は、装置構成や大きさ等の種類により、適宜最適な形態を選択することが可能である。
【００４４】
第１ノズル３２及び第２ノズル５２からは、成膜材５１の付着・堆積の状況により、主に高周波アンテナ１３の形状に依存する除去速度に応じて予め設定された所定のタイムスケジュールによりクリーニング用のＮＦ3 ガスが成膜室３内に導入され、プラズマを発生させることで、気相のフッ化ガス分子がプラズマにより分解されて成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材５１が除去される。クリーニング処理が終了した後、再び基板６に対する成膜を繰り返して実施する。
【００４５】
即ち、図１４に示すように、成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材５１（図１０中実線で示してある）に対し、第１ノズル３２からエッチングガスを導入した場合（水平導入行程）、成膜室３の内壁及び天井板４の中心部の面が主に除去される（図中点線で除去速度の状況を示してある）。また、図１５に示すように、成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材５１（図１０中実線で示してある）に対し、第２ノズル５２からエッチングガスを導入した場合（垂直導入行程）、成膜室３の内壁及び内壁と天井板４の面の交差部の近傍における高周波アンテナ１３の直下の成膜材５１が主に除去される（図中点線で除去速度の状況を示してある）。
【００４６】
このように、第１ノズル３２からエッチングガスを導入する水平導入行程と、第２ノズル５２からエッチングガスを導入する垂直導入行程とにより、クリーニング処理を実施することにより、異なる除去分布のクリーニング処理を合わせることができ、成膜室３の内壁及び天井板４の面の成膜材５１及び内壁と天井板４の面の交差部の成膜材５１が除去される。このため、ドーナツ型の高周波アンテナ１３を備えた装置で直下に成膜材５１が多く付着・堆積しても、成膜材５１が付着した部位による除去速度のばらつきを抑制することができ、除去速度が遅い部位に合わせてクリーニング処理を実施する必要がなくなる。この結果、ドーナツ型の高周波アンテナ１３を備えた装置で直下に成膜材５１が多く付着・堆積しても、クリーニング処理の時間短縮することが可能になると共に、クリーニング処理時における成膜室３内のオーバーエッチングをなくすことが可能になる。
【００４７】
図１６には第１ノズル３２及び第２ノズル５２からクリーニングガスを導入した際の成膜室３内の各部位におけるクリーニングレートの結果の一例を示してある。図に示すように、第１ノズル３２からエッチングガスを導入した場合、Ａの天井板４の中心と、Ｃの側壁上側及びＥの基板６上の時間当たりの除去量が多くなっている。これにより、水平導入行程では成膜室３の内壁及び天井板４の面が主に除去されることが判る。また、垂直上向きに例えば90°傾けた第２ノズル５２からエッチングガスを導入した場合、Ａの天井板４の中心と、Ｂの天井板４の外側の時間当たりの除去量が多くなっている。これにより、成膜室３の天井板４の中心と、内壁と天井板４の面の交差部である高周波アンテナ１３の直下の成膜材５１が特に除去されることが判る。
【００４８】
クリーニング処理におけるエッチングガスの導入状況、即ち、タイムスケジュールは、図１０に示したスケジュールで実施することで問題がないことが確認されている。尚、本実施形態例の場合、第２ノズル５２でのＡの天井板４の中心の除去絶対量が多くなっているので、図１０のタイムチャートに対してT2からT4までの時間を多少短くしても成膜材５１を除去することが可能になっている。
【００４９】
従って、上述したプラズマＣＶＤ装置及びクリーニング方法では、第１ノズル３２及び第２ノズル５２からクリーニングガスを導入し、水平導入行程と垂直導入行程を組み合わせて成膜室３内に付着・堆積した成膜材５１を除去しているので、ドーナツ型の高周波アンテナ１３を備えた装置で直下に成膜材５１が多く付着・堆積しても、成膜材５１を除去する部位を合わせ込んでクリーニングが実施される。これにより、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明のプラズマＣＶＤ装置は、
成膜室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段としてドーナツ型のコイル状アンテナを成膜室の上部に備えると共に、成膜室内に原料ガスを導入する原料ガス導入手段を設け、
装置側に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理時にエッチングガスを水平に導入して壁面の膜を主に除去するエッチングガスノズルを設けると共に、クリーニング処理時にエッチングガスをドーナツ型のコイル状アンテナの直下に向けて上向きに導入してドーナツ型のコイル状アンテナの直下の天井面の膜を主に除去する他のエッチングガスノズルを設けたので、
エッチングガスノズル及び他のエッチングガスノズルからエッチングガスを導入し、膜を除去する部位を合わせ込んでクリーニングを実施することができる。この結果、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
また、ドーナツ型のコイル状アンテナを備えた装置で直下に成膜材が多く付着・堆積しても、成膜材を除去する部位を合わせ込んでクリーニングが実施される。これにより、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
【００５１】
また、本発明のプラズマＣＶＤ装置は、
前記他のエッチングガスノズルの供給位置および供給角度の少なくとも一方を変える手段を設けたので、
供給位置および供給角度の少なくとも一方を変える手段でエッチングガスを導入し、膜を除去する部位を合わせ込んでクリーニングを実施することができる。この結果、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
【００５４】
本発明のクリーニング方法は、
天井部からドーナツ型のコイル状アンテナにより成膜室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜が施されるプラズマＣＶＤ装置において、
所定の周期でエッチングガスノズルからエッチングガスを導入してプラズマを発生させ、成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理に際し、
水平方向にエッチングガスを導入してプラズマを発生させて壁面の膜を主に除去する水平導入行程と、水平導入行程とは異なる位置でドーナツ型のコイル状アンテナの直下に向けて垂直方向に角度を変えてエッチングガスを導入してプラズマを発生させてドーナツ型のコイル状アンテナの直下の天井面の膜を主に除去する垂直導入行程とによりクリーニングを行うので、
水平導入行程と垂直導入行程を組み合わせてドーナツ型のコイル状アンテナを備えた装置で直下に成膜材が多く付着・堆積した膜を除去することができる。この結果、膜を除去する部位を合わせ込んでクリーニングが実施され、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
【００５５】
本発明の成膜方法は、
上記クリーニング方法を実施した後、再び前記成膜室で励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜を行うようにしたので、
成膜処理の間のクリーニング処理時に水平及び上向きにエッチングガスを導入し、膜を除去する部位を合わせ込んでクリーニングが行える。この結果、一連の成膜処理の間におけるクリーニング処理が短時間で効率良く実施できる成膜方法とすることが可能になる。
また、ドーナツ型のコイル状アンテナを備えた装置で直下に成膜材が多く付着・堆積しても、成膜材を除去する部位を合わせ込んでクリーニングが実施される。これにより、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例のプラズマＣＶＤ装置の概略側面図。
【図２】成膜室内の成膜材の付着・堆積状況を表す概念図。
【図３】クリーニング機構の概念図。
【図４】エッチングガスノズルの構成例を表す概念図。
【図５】エッチングガスノズルの構成例を表す概念図。
【図６】水平導入行程における成膜材の除去速度の分布状況を表す概念図。
【図７】傾斜導入行程における成膜材の除去速度の分布状況を表す概念図。
【図８】クリーニングレートの説明図。
【図９】クリーニング処理のタイムチャート。
【図１０】本発明の第１実施形態例に係るプラズマＣＶＤ装置の成膜室内の成膜材の付着・堆積状況を表す概念図。
【図１１】クリーニング機構の概念図。
【図１２】エッチングガスノズルの構成例を表す概念図。
【図１３】エッチングガスノズルの構成例を表す概念図。
【図１４】水平導入行程における成膜材の除去速度の分布状況を表す概念図。
【図１５】垂直導入行程における成膜材の除去速度の分布状況を表す概念図。
【図１６】クリーニングレートの説明図。
【符号の説明】
１ 基部
２ 容器
３ 成膜室
４ 天井板
５ ウエハ支持台
６ 基板
７ 載置部
８ 支持軸
１３ 高周波アンテナ
１４ 整合器
１５ 高周波電源
１６ ガス供給ノズル
１７ 補助ガス供給ノズル
１８ 排気口
２１ バイアス電源
２２ 静電電源
３１，５１ 成膜材
３２ 第１ノズル
３３，５２ 第２ノズル
４１ 角度可変機構
４２，４３ バルブ
Claims (9)
- 成膜室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段としてドーナツ型のコイル状アンテナを成膜室の上部に備えると共に、成膜室内に原料ガスを導入する原料ガス導入手段を設け、
装置側に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理時にエッチングガスを水平に導入して壁面の膜を主に除去するエッチングガスノズルを設けると共に、クリーニング処理時にエッチングガスをドーナツ型のコイル状アンテナの直下に向けて上向きに導入してドーナツ型のコイル状アンテナの直下の天井面の膜を主に除去する他のエッチングガスノズルを設けたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。 - 請求項１に記載するプラズマＣＶＤ装置において、
前記他のエッチングガスノズルの供給位置および供給角度の少なくとも一方を変える手段を設けたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。 - 請求項１又は２に記載するプラズマＣＶＤ装置において、
前記エッチングガスノズル及び前記他のエッチングガスノズルへのエッチングガスの供給は、切り換え手段を介して異なる時期に行われることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。 - 請求項１ないし３のいずれかに記載するプラズマＣＶＤ装置において、
エッチングガスはフッ素系ガスであることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。 - 請求項１ないし４のいずれかに記載するプラズマＣＶＤ装置において、
エッチングガスは塩素系ガスであることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。 - 天井部からドーナツ型のコイル状アンテナにより成膜室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜が施されるプラズマＣＶＤ装置において、
所定の周期でエッチングガスノズルからエッチングガスを導入してプラズマを発生させ、成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理に際し、
水平方向にエッチングガスを導入してプラズマを発生させて壁面の膜を主に除去する水平導入行程と、水平導入行程とは異なる位置でドーナツ型のコイル状アンテナの直下に向けて垂直方向に角度を変えてエッチングガスを導入してプラズマを発生させてドーナツ型のコイル状アンテナの直下の天井面の膜を主に除去する垂直導入行程とによりクリーニングを行うことを特徴とするクリーニング方法。 - 請求項６に記載するクリーニング方法において、
前記水平導入行程と前記垂直導入行程とは同一の系統のノズルによりノズルを移動させてエッチングガスを導入することを特徴とするクリーニング方法。 - 請求項６に記載するクリーニング方法において、
前記水平導入行程と前記垂直導入行程とは異なる系統のノズルによりエッチングガスを導入することを特徴とするクリーニング方法。 - 請求項６ないし８のいずれかに記載するクリーニング方法を実施した後、再び前記成膜室で励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜を行うことを特徴とする成膜方法。
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