JPH01315137A - プラズマ処理方法及び縦型熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （従来の技術） 反応炉例えば半導体ウェハを熱処理反応させるＣＶＤ、
拡散炉等では、プロセス中にウェハ以外の反応容器等に
反応生成物が付着し、これをそのまま放置しておくとコ
ンタミネーションの発生をまねき、半導体製品の歩留ま
りが悪化するので、定期的に反応管等を洗浄する必要が
あった。

ここで、従来の反応管の洗浄方法としては、装置より反
応管を取り外し、専用の洗浄機により弗硝酸等によりウ
ェットエツチングを行ない、純水により洗浄し、乾燥機
にいれて乾燥を行ない、反応管を装置に取り付け、取り
付は後の調整を要していた。

上記の洗浄方法によれば、特に反応管の取り付け、取り
外しに多くの時間と労力とを要し、この間は装置の稼働
を停止せざるを得ないので稼働率が極めて低かった。

このような洗浄は、プロセスの種類、ガスの流量等によ
っても相違するが、洗浄時間として最短でも１日を要し
、かつ、洗浄の頻度としては通常１回／１週であり、特
にひどい場合として、シリコン窒化膜、チオＸ　（ＴＥ
ＴＲＡＥＴＨＯＸＹ　５ＩＬＡＮＥ　：　５ｉ（ＯＣ２
Ｈ５）４　）酸化膜形成の場合には、１回／２〜３日の
洗浄頻度となっていた。このような頻度で上記反応管の
取り外し、取り付けを行なうのは、作業者にとって極め
て負担が大きかった。

そこで、上記問題点を解決するための提案が。

特開昭６１−１７６１１３号公報に開示されている。

この提案によれば、反応管に洗浄用薬品の注入口および
排出口を接続し、注入口を介して弗硝酸を反応管内に導
入して所定時間放置することで、反応管のウェットエツ
チングを実行する。この後、弗硝酸を排出し、純水を注
入口より導入して洗浄を行ない、その後乾燥を実行する
ことで１反応管を装置より取り外さずに洗浄を行なうと
いうものである。

また、上記反応管外周に設けた金属製筒状電極と、上記
反応管内に挿入した金属製電極に電力を印加し、上記反
応管内に導入したエツチングガスを上記電力によりプラ
ズマ化し、このプラズマ化した上記エツチングガスによ
り上記反応管内に付着した反応生成物を除去する技術も
開示されている。

また、上記ウェハを積載するための石英製ボートを反応
管内に設置した状態で上記反応生成物を除去する技術が
特開昭６２−１９６８２０号公報に開示されている。

（発明が解決しようとする課Ｍ） 上述した特開昭６１−１７６１１３号公報による洗浄方
法は、実用化が極めて困難であった。

すわわち、装置に取り付けた状態でのウェットエツチン
グを実行するために、従来構成にさらに追加して、劇薬
である洗浄用液体の供給系および排出系を要し、設備が
大掛りとなり、設置スペースの増大およびコストアップ
が避けられない。また、既存の反応炉にこのような改造
を行なうことは事実上不可能である。

また、上記反応生成物の除去即ち洗浄装置では、上記反
応管内壁面に付着した反応生成物は除去できるが、上記
ウェハを支持している支持体であるボート表面に付着し
た反応生成物を同時に除去することは困難となっていた
。このように上記ボートに反応生成物が付着した状態で
上記ウェハの処理を行なうと、上記反応生成物がウェハ
に付着して汚染してしまうという問題があった。

また、上記特開昭６２＝　１９６８２０号公報に開示さ
れた技術では、ボートに付着している反応生成物を除去
することは可能であるが、除去に時間がかかり、完全に
除去することは困難となっていた。これは、プラズマ発
生用電極が反応管外周に配置されており、この電極間の
放電により発生するプラズマ強度は上記電極付近が強く
、上記反応管中央部は弱い特性があり、このプラズマ強
度の弱い反応管中央部にボートを設置しても、このボー
トに付着した反応生成物の完全除去は困難となっている
。

この発明は上記点に対処してなされたもので、反応管等
を取り外すことなく反応生成物を除去でき、しかも短時
間で反応管内壁面及び支持体表面に付着した反応生成物
を除去することができるプラズマ処理方法を提供しよう
とするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 処理工程により反応管内壁面及びこの反応管内部に設置
された被処理体を支持する支持体に付着した反応生成物
をプラズマエツチングにより除去するに際し、上記支持
体を導電性材質で構成し、この支持体を上記反応管内部
に設置した状態で、上記反応管内部に導入したエツチン
グガスをプラズマ化し、このプラズマ化したエツチング
ガスにより上記反応生成物を除去することを特徴とする
プラズマ処理方法を得るものである。

（作用効果） 被処理体を支持するための支持体を４電性材質で構成し
、この支持体を反応管内部に設置した状態で、上記反応
管内部に導入したエツチングガスをプラズマ化し、この
プラズマ化したエツチングガスにより上記反応生成物を
除去することにより、上記反応管内壁面に付着した反応
生成物及び上記支持体に付着した反応生成物を短時間で
同時に除去することができ、従来困難となっていた上記
支持体に付着した反応生成物の除去を実行することが可
能となる。そのため、上記被処理体の処理時における反
応生成物による汚染を抑止することができる。

（実施例） 以下、本発明方法を半導体ウェハを複数毎同時にバッチ
処理するＣＶＤ装置に適用した一実施例につき図面を参
照して説明する。

まず、ＣＶＤ装置の構成を説明する。

この装置は、例えば第１図に示すように縦型反応炉で、
軸方向を垂直にした反応管■から成る処理部■と、この
処理部■に搬入・搬出される被処理体例えば半導体ウェ
ハ■を上記垂直方向に複数枚例えば１００〜１５０枚程
度所定間隔を設けて積載した支持体例えばボート（イ）
と、このボートに）を、上記反応管■下方の予め定めら
れたボート（イ）受は渡し位置■から上記反応管■にロ
ード・アンロードする搬送機構０とから構成されている
。

上記処理部■の上記反応管■は、耐熱性で処理ガスに対
して反応しにくい材質例えば石英から成回されたヒータ
■が設けられ、このヒータ■は上記ウェハ（３）の載置
される領域内部を所望する温度例えば７００〜１０００
℃に均一加熱する如く設けられている。

又、上記反応管■の上部には、反応管■内部に所定の処
理ガスを供給するためのガス供給管（１３）が接続され
ていて、このガス供給管（１３）は、図示しないマスフ
ローコントローラ等を介してガス供給源に接続されてい
る。そして、上記反応管■の下部には、排気管（１４）
が接続され、　この排気管（１４）には、反応管ω内を
所望の圧力に減圧及び処理ガス等を排出可能な真空ポン
プ（図示せず）に接続されている。

上記のように構成されたの反応管ω内を気密に設定する
如く蓋体（１５）が着脱自在に設けられている。この蓋
体（１５）上方には、上記ウェハ■を積載したボートに
）が設けられている。このボートに）は、導電性材質例
えばシリコンカーバイト、グラファイト、或いは導電性
を有するセラミックから構成されており、このボートに
）を上記反応管ω内の予め定められた高さ位置に設定可
能な保温筒（１６）が。

上記ボート（へ）と蓋体（１５）との間に設けられてい
る。

そして、上記蓋体（１５）は、例えばボールネジとモー
タ等からなる搬送機＃ｔ（０に支持されており、縦軸方
向に上記ボートに）が移動可能となっている。

上述した構成のＣＶＤ装置は、図示しない制御いる。こ
の実施例では更に次に説明するクリーニング手段が設け
られている。

即ち、上記反応管■とヒータ■との間には１例えば上記
反応管■の外周形状に適応させた円筒形の導電体を、所
定の角度間隔を設けて縦方向に複数分割例えば対向する
如く２分割させた電極■が上記ヒータ■と絶縁して設け
られている。この電極（ハ）は、導電性で上記反応管■
内部の少なくともウェハ載置領域の均熱効果を有し、さ
らに重金属例えばＮａ、　Ｋ、　Ｍｇ、　Ｆｅ、　Ｃｕ
、　Ｎｉ等を透過しない材質例えばシリコンカーバイト
、導電性セラミック。

グラファイト等で形成されている。そして、上記電極（
８）　（８）対には、第２図（Ａ）（Ｂ）に示すように
ＲＦ電源（１１）からの電力がマツチングボックス（１
ｏ）及びバランストランス（９）を介し高周波電力が供
給される如く構成されている。この電力の供給により、
上記対向した電極（へ）間に高周波放電を生起させ、上
記反応管■内部に導入された処理ガスを励起してプラズ
マを発生させる。また、電極（８）　（８）対を近接あ
るいは密着させる如く、円周方向にスライド移動させる
ことによりプラズマの発生領域を反応管（ト）の全内周
域に形成でき、更にプラズマ発生効率を向上できる。又
、上記反応管（υの交挽時等においては、上記反応管■
と各電極■の密着を解除する如く第２図（Ａ）に示すよ
うにスライド移動可能とするように移動機構（１２）が
設けられている。ここで、この移動機構（１２）と上記
電極（へ）との結合部は上記ＲＦ電源（１１）との接続
端子を兼ねており、例えば移動機構（１２）に設けられ
た上記接続端子と電極■がスプリングワッシャ等を介し
てＳＵＳ製のネジにより止められている。この時、上記
ヒータ■の熱により上記結合部が加熱されると、電極（
８）及び上記ネジの熱膨張係数の違いからゆるみ等が発
生するため、上記結合部を上記ゆるみ等が発生しない温
度例えば２００℃以下に設定することが好ましい。

次に、上述したＣＶＤ装置による半導体ウェハ■への膜
形成処理及び反応管ω内に付着した反応生成物を除去す
る方法即ち洗浄方法を説明する。

まず、図示しないウェハ移替え装置によりウェハ■が積
載されたボート（へ）を、受は渡し位置〇に設定した保
温筒（１６）上に、ハンドラ（１７）により把持搬送し
載置する。そして、上記ボート（へ）を、搬送機構０に
より所定量上昇させ、上記反応管■内の予め定められた
位置に反応管の内壁に接触させることなく搬入する。こ
の時、上記反応管（ト）下端部と上記蓋体（１５）を当
接させることにより、自動的にウェハを位置決めすると
共に上記反応管■内部を気密にする。次に、上記反応管
ω内を所望の低圧状態例えば０．１〜３Ｔｏｒｒに保つ
ように図示しない真空ポンプで排気制御し、ヒータ■に
より所望の温度例えば５００〜１０００℃程度に設定す
る。そして、この改定後上記排気制御しながらガス供給
源から図示しないマスフローコントローラ等で流量を調
節しつつ、処理ガス例えばＳｉＨ４と０２を反応管ω内
にガス供給管（１３）から所定時間供給する。

すると、反応管（ト）内に設置されたウェハ■表面には
、下式■に示す５ｉｎ２膜が堆積する。

ＳｉＨ４＋　０２→Ｓｉｎ、　＋　　２８．　　↑　・
・・■このＣＶＤ処理後、処理ガスの供給を停止し、反
応管■内部を不活性ガス例えばＮ２ガスに置換し、常圧
復帰する。そして、上記処理後のウェハ■を積載したボ
ート（イ）を受は渡し位置■に搬送機構０により搬送し
処理が終了する。

このようなＣＶＤ処理をくり返し実行すると、上記反応
管ω内壁面及び上記ボートに）に反応生成物例えば上記
処理の場合５ｕｎ２が付着してしまう。

このような反応生成物が付着したまま上記ＣＶＤ処理を
実行すると、処理中に上記付着物が反応管■から剥離し
、塵となってウェハ■に付着してしまい汚染の原因とな
る。そのため上記付着した反応生成物を定期的に除去す
る必要がある。

次に、反応管■内に付着した反応生成物の除去をプラズ
マエツチングにて行なう方法について説明する。

まず、反応管の垂直下方の受は渡し位＠１こ、ボート（
イ）を設置し、蓋体（１５）を搬送機構■により上昇し
て、反応管■下端部と当接させる。このことにより上記
反応管の内を気密とする。この状態で、反応管の内を所
望の低圧状態例えばＩ　Ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒに保つよ
うに図示しない真空ポンプで排気制御する。この特低に
、ＲＦ主電源１１）に接続された電極（ハ）は、移動機
構（１２）により反応管■の外周と密着する如くスライ
ド移動しである。このような状態で、ガス供給源から図
示しないマスフローコントローラ等で流量を例えば１１
０００８ＣＣ程度に調節しながらエツチングガス例えば
ＮＦ、を反応管ω内にガス供給管（１３）から所定時間
供給する。この時は、反応管ω内を０．２〜Ｌ　Ｔｏｒ
ｒになるように排気制御しておく。

そして、　ＲＦ主電源１１）から高周波数例えば４００
ｋＨｚ、電力例えば１にすを上記電極■■に印加する。

すると、電極（８）　（８）間に放電が起こり、即ち、
反応管ω内に放電が起こり、反応管ω内に供給されたエ
ツチングガスが励起されプラズマが発生し、このプラズ
マにより反応管■内壁面及び上記ボート（イ）表面に付
着した反応生成物をプラズマエツチングする。このプラ
ズマエツチングは、プラズマによって発生したラジカル
によるケミカルエッチと、プラズマによって発生したイ
オンシースで加速されたイオンのスパッタエッチとで行
なわれる。

上記したように反応管■内部にプラズマを発生するが、
この時、上記反応管■外周に上記各電極（へ）を密着さ
せた状態で電力を印加することにより、上記電極（８）
間に上記反応管■が存在即ち反応管■材質の石英が存在
することとなり、この石英の誘電率が空気より数倍高い
ことから上記電極（８）間の静電容量を十分に大きくす
ることができ、上記プラズマが容易に発生し、更に強い
プラズマ強度が得られる。そのため、低いＲＦ主電源１
１）周波数例えば１０ＭＨｚ以下でのプラズマの発生が
可能となり、従来使用していた高い周波数例えばＬ３．
５６ＭＨｚを使用せずに上記プラズマを発生させること
ができる。

この１３．５６ＭＨｚの周波数は、電波となって周囲に
存在する他の装置を誤動作させてしまうトラブルが頻繁
に発生しており、上記周波数の電波シールドは困難とな
っていた。しかし、上記各電極（８）を反応管■外周に
接触させることにより、上記１０ＭＨｚ以下でのプラズ
マの発生が可能であるため、上記のように他の装置を誤
動作させる問題は解決することができる。また、上記各
電極■は移動機構（１２）により上記反応管■外周と接
触或いは非接触に設定可能であるため、少なくとも上記
プラズマを発生させる場合に上記接触状態とし、上記反
応管■の交換等の場合に上記非接触状態とすることによ
り、上記反応管■を容易に取り外すことができる。また
、この反応管■の取り外し時も、上記各電極（８）とそ
の周囲に設けられているヒータ■とは常に非接触状態を
保っておき、接触による上記ヒータ■の破損及び上記電
極■の破損を防止する。

更に、上記反応管■内壁面及び上記ボート（イ）表面に
付着した反応生成物を除去する際、上記ボート（イ）を
導電性材質例えばシリコンカーバイト、グラファイト或
いは導電性を有するセラミックにより構成し、このよう
に構成したボート０）を周囲と絶縁状態即ちフローティ
ング状態に設けて上記電極（ハ）に電力を印加すると、
上記ボート（イ）か導電性を有するため、電界が上記ボ
ート（イ）に集中して電界強度が強くなり、強いプラズ
マが発生するようになる。これは、上記導電部であるボ
ートに）に電界が集中し、このことにより発生したイオ
ンシースにより加速されたイオンが導電部分に衝突して
表面をスパッタエツチングするため、ラジカルによるケ
ミカルエツチングと併合して効率良くエツチングするこ
とができる。上記強いプラズマの発生により上記反応管
■内壁面及び上記ボート（イ）表面に付着した反応生成
物を同時に且つ高速にエツチング除去することができる
。更に、上記反応管■外周に複数例えば４分割された電
極（８）を設け、まず、対向する１組の電極■に所定時
間電力を印加して放電させ、所定時間の後、他の対向す
る１組の電極（８）に切り換えて電力を印加し、放電さ
せるように繰り返し行なうことにより、上記反応管■の
中央部に強い電界を発生させることができ、上記ボート
（イ）に付着している反応生成物を効率よく除去するこ
とができる。この場合、上記電極■は４分割のみに限ら
ず、対向電極を有する複数構造であれば何れでもよい、
また、上記ボートに）をフローティング状態とせずに接
地（アース）し、内部電極として使用しても同様に上記
反応生成物の除去が可能となる。これと同時に、上記ボ
ート（へ）を載置している保温筒（１６）に付着してい
る反応生成物も除去することができ、より洗浄効果が向
上する。上記ボートに）を内部電極として上記反応管■
外周の電極■と放電させた場合、この放電をより均一化
するために上記ボート（イ）を連続或いは間欠的に回転
させてもよい。また、上記ボート（イ）の周囲に上記反
応管■と非接触状態で、導電性材質例えば複数の開孔を
有するシリコンカーバイト。

グラファイト、或いは導電性を有するセラミックにより
構成された筒状内部電極を設け、この筒状内部電極及び
上記反応管外周の電極０間に電力を印加してプラズマを
発生させ、この発生したプラズマにより上記ボート（イ
）表面に付着した反応生成物を除去しても良い。この時
、上記発生したプラズマは、上記筒状内部電極に形成さ
れた複数の開孔を通過してこの筒状内部電極内側に進入
することで上記ボート（イ）表面に付着した反応生成物
の除去が可能となる。また、上記反応管内壁面のみの除
去を必要とする場合、上記ボート（イ）を内部に設定せ
ずに上記筒状内部電極酸いはフローティング状態の内部
導電体を設けて、上記と同様に反応生成物の除去を行な
ってもよい。このようなエツチングガスにより剥離され
た反応生成物は、排気管（１４）から排気され、反応管
ω内に反応生成物は残留しない。そして、所定時間エツ
チング後、エツチングガスを停止し、反応管の内部を不
活性ガス例えばＮ２ガスに置換し、常圧復帰する。この
後、蓋体（１５）を移動機構（１２）により受は渡し位
置■に設置してエツチング処理が終了する。

上記実施例では電極を複数分割する構造として、２分割
する例について説明したが、これに限定するのではなく
、例えば第３図に示すように８分割に構成しても同様な
効果が得られる。このように複数分割した電極（８）と
夫々隣接する電極（８）に、各々異なる極性の電力を印
加してもよく、この場合、上記隣接する電極（８）間、
即ち反応管（ト）内壁の表面付近に強い電界（１８）が
発生するため、上記反応管〇内壁に付着した反応生成物
を効率良く、高速にエツチングすることができる。この
時、上記各電極（８）に電力を印加するＲＦ定電源１１
）は、複数系統使用してもよいし、１系統のＲＦ定電源
１１）から上記各電極（８）に複数分配してもよい。

また、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、例えば石英製の反応管は単管でなくとも、石英製の二
重管例えば上面が封止された筒状の外管と、この外管と
非接触状態で筒状の内管とから反応管を構成したもので
も良い。この場合、二重管構造の反応管の内管にエツチ
ングガスを供給し、内管と外管との間にエツチングガス
が流れるように排気制御すると、エツチングガスは、外
部電極に沿って流れる。すると、電極の近くは電界が強
く、プラズマが強く発生するため、供給されたエツチン
グガスのプラズマへの変換効率が向上する。例えばＮＦ
、ガス流量１０００ＳＣ：ＣＭ、　ＲＦ周波数４００ｋ
ｌｌｚ、電力ＩＫυ時ではプラズマへの変換効率が９５
％と高効率が得られた。又、上記実施例では、ＲＦ定電
源１１）からの接続端子と電極■との結合をネジ等によ
り行ない、ネジのゆるみ対策として、結合部を２００℃
以下に設定していたが、２００℃以上の場所で結合する
場合は、ＲＦ定電源らはＲＦ倍信号伝えるので結合部で
直流の導通がなくとも交流の導通が得られれば良いこと
になる。即ち、ＳｉＣ等の電極■とＲＦ定電源１１）の
金属性端子との結合表面積を大きくし、複数箇所でネジ
止めする。すると、大気中におかれたＳｉＣは高温とな
ると表面に酸化膜が発生し直流の導通が得られなくなる
が、結合表面積が大きいため、静電容量を大きくとるこ
とが出来るので、ＲＦ雷電流十分に流すことが出来る。

この時、金属性接続端子と引き出しリードの接続は、接
続端子の温度が２００℃以下の所で接続する。さらに、
上記実施例では電極は均熱管を兼ねて設けられていたが
、夫々別系統で設けても良く、電極の分割は２分割でな
くともプラズマが有効に発生するものなら何分側でも良
く、又、電極材質として耐熱性金属をセラミックで被覆
したものでも良く、電極に印加する周波数は周縁装置に
悪影響を与えない例えば１０ＭＨｚ以下であれば何れで
も良い。

さらに又、上記実施例ではウェハをバッチ処理する縦型
反応炉からなるＣＶＤ装置として説明したが、ＣＶＤ装
置でなくとも気相エピタキシャル成長装置や拡散装置等
の反応炉から成る装置であれば何れでも良く１反応炉も
横型に適応して良いことは言うまでもない。又、上記実
施例を応用してウェハをバッチ処理するプラズマＣＶＤ
装置等として使用しても良い。

以上述べたようにこの実施例によれば、被処理体を支持
するための支持体を導電性材質で構成し、この支持体を
反応管内部に設置した状態で、上記反応管内部に導入し
たエツチングガスをプラズマ化し、このプラズマ化した
エツチングガスにより上記反応生成物を除去することに
より、上記反応管内壁面に付着した反応生成物及び上記
支持体に付着した反応生成物を短時間で同時に除去する
ことができ、従来困難となっていた上記支持体に付着し
た反応生成物の除去を効率よく、且つ短時間で実行する
ことが可能となる。そのため、上記被処理体の処理時に
おける反応生成物による汚染を抑止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を説明するためのＣＶＤ
装置の構成図、第２図は第１図の電極説明図、第３図は
第１図電極の他の実施例説明図である。 １・・・反応管　　　　　３・・・ウェハ４・・・ボー
ト　　　　　８・・・電極１６・・・保温筒

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　処理工程により反応管内壁面及びこの反応管内部に設
   置された被処理体を支持する支持体に付着した反応生成
   物をプラズマエッチングにより除去するに際し、上記支
   持体を導電性材質で構成し、この支持体を上記反応管内
   部に設置した状態で、上記反応管内部に導入したエッチ
   ングガスをプラズマ化し、このプラズマ化したエッチン
   グガスにより上記反応生成物を除去することを特徴とす
   るプラズマ処理方法。