JPH0214523A - プラズマ処理方法 - 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〕 （産業上の利用分野） 本発明は、プラズマ処理方法に関する。

（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１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（ｏｃ、
Ｈ，）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６
１−１７６１１３号公報に開示されている。

この提案によれば１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、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ＲＷＩ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。

さらに、反応管外管外周にプラズマ発生用の複数の電極
を設け、この複数の電極間でプラズマを発生させて１反
応管内に付着した反応生成物を除去するものが特開昭６
２−１９６８２０号公報に開示されている。

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

すなわち、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
犬種りとなり、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。

さらに、ウェットエツチングであるが故に乾燥時間に長
時間要し、真空乾燥によって短時間化を図ろうとすれば
そのための設備も要する。

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することに
よりプラズマ化したエツチングガスにより除去する技術
では、上記反応管内に電極を挿入して使用するため、こ
の電極が上記プラズマによりスパッタリングされてしま
い、上記反応管内を汚染させてしまう、そのため、上記
反応管内に挿入する電極表面を、上記スパッタリングさ
れないような材質例えば石英等で覆う必要があり、構造
が複雑でコストが高くなってしまう問題点があった。又
、特開昭６２−１９６８２０号公報に記載された技術で
は、反応管は長方円筒状なので、ガス供給位置から排気
位置までは距離が長く、反応管内を排気制御しながらエ
ツチングガスを供給し電極間に放電を起こしても、エツ
チングガスの流れによって、ガス供給位置付近ではエツ
チングガス濃度が高いためプラズマが大量に発生するが
、排気位置に近づくにつれエツチングガス濃度が低くな
りプラズマの発生が田辺となってくる。このため反応生
成物は反応管内壁面に広範囲にわたって付着するので、
ガス供給位置付近ではエツチング速度が速く、又、排気
位置付近ではエツチング速度が遅くあるいは、エツチン
グ出来なくなり、反応管内を均一にエツチングすること
が出来ずエツチング速度を極端に低下させたり、不完全
なエツチングとなり悪影響をおよぼしていた。

この発明は上記点に対処してなされたもので、反応管内
でプラズマをほぼ均一に発生可能とし、このことにより
反応管内壁面等に付着した反応生成物を均一的に除去す
ることが出来、なおかつ反応管等を取り外すことなく反
応生成物を除去できるので装置自体の稼働率を向上可能
とす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） この発明は、処理工程により少なくとも反応管内壁面に
付着した不要な反応生成物をプラズマエツチングするに
際し、反応管内に導入するエツチングガスのプラズマ化
をパルス的に行なうことにより上記少なくとも反応管内
壁面に付着した反応生成物をプラズマエツチングするこ
とを特徴とする。

（作用効果） 反応管内に導入するエツチングガスのプラズマ化をパル
ス的に行なうことにより少なくとも反応管内壁面に付着
した反応生成物をプラズマエツチングすることにより、
反応管内でプラズマをほぼ均一に発生可能とし、このこ
とにより反応管内壁面等に付着した反応生成物を均一的
に除去することが出来、ひいてはエツチング速度を向上
する効果が得られる。又１反応管等を取り外すことなく
反応生成物を除去できるので装置自体の稼働率を向上可
能とする。

（実施例） 以下、本発明方法を半導体ウェハを複数倍同時にバッチ
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■に設定可能な被処理基板例えば半導体ウェハ■
を板厚方向に複数枚例えば１００〜１５０枚程度所定間
隔を設けて載置したボート（イ）と、このボート（イ）
を、上記反応管の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■の反応管のは、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る上面が封止されて
いる。このような反応管■の周囲には、この反応管■内
部を所望する温度例えば７００〜１０００℃に加熱可能
な加熱機構例えばコイル状のヒータ■が反応管■と所定
の間隔を設けて巻回されている。そして、上記反応管■
とヒータ■との間には、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■内部の少なくとも半導
体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、第２図に示すように上記電極■■には、ＲＦ電
源（１１）からの電力がマツチングボックス（１０）お
よびバランストランス０を介して高周波電力が供給され
る如く構成されている。上記ＲＦ電ｉ１’１（（１１）
は、電力の印加を所定時間毎にＯＮ、　ＯＦＦ可能なよ
うに制御部（１２）に接続されていて、パルス状に電力
を印加可能とされている。上記のような電力の供給によ
り、上記対向した電極０間にパルス的に高周波放電を生
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。そして、このプラズマの発
生効率を向上させるため、上記反応管■外周に、上記各
電極（８）を近接あるいは密着させる如く、上記各電極
■を横方向にスライド移動可能とし、又、上記反応管■
の交換時等において、この反応管■を所定の位置に挿入
出するため、上記反応管■と各電極■の密着を解除する
如く各電極（８）をスライド移動可能とするように移動
機構（１３）が設けられている。

ここで、この移動機構（１３）と上記電極■との結合す
る結合部は、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（１３）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■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２０
０℃以下に設定することが好ましい。

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（１４）が接続され
ていて、このガス供給管（１４）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（１５）
が接続され、この排気管（１５）には、反応管■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処理部■の反応管■内を気密に
設定する如く蓋体（１６）が着脱自在に設けられている
。この蓋体（１６）上方には、上記ウェハ（■を積載し
たボート（イ）が設けられている。このボ−ト（イ）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
英からなっており、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ｉ　（１７）
が、上記ボート（へ）と蓋体（１６）との間に設けられ
ている。

そして、上記蓋体（１６）は１例えばボールネジとモー
タ等からなる搬送機ａｓ＜ｅに支持されており、縦軸方
向に上記ボート■が移動可能となっている。

上述した構成のＣＶＤ装置は、図示しない制御部で動作
制御される。

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■内面に付着した反応生成物を除去
する方法を説明する。

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（イ）を、受は渡し位置（ハ）に設定し
た保温筒（１７）上に、ハンドラ（１８）により把持搬
送し載置する。そして、上記ボートに）を、搬送機構０
により所定量上昇させ、上記反応管ω内の予め定められ
た位置に設定する。この時、上記反応管■下端部と上部
蓋体（１６）を当接させることにより、上記反応管の内
部を気密としている。これと同時に、上記反応管■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、この設定径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ＳｉＨ，と０２を反応管■内にガ
ス供給管（１４）から所定時間供給する。すると、反応
管■内に設置されたウェハ■表面には、下式のに示す５
ｉｎ２膜が堆積する。

ＳｉＨ４＋Ｏ，→５ｉｎ２＋　２Ｈ，↑　・・・・・・
　■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ａ０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内に反応生成物例えば上記処理の場合５ｉＯｚ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■上に付着してしま
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、処理工程例えば上記ＣＶＤ工程により反応管ω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■垂直下方の受は渡し位置に、ボートに）
が設定されていないか確認し、蓋体（１６）を搬送機構
０により上昇して、反応管ω下端部と当接させる。この
ことにより上記反応管■内を気密とする。この状態で、
反応管（ト）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。この時既に、ＲＦｔ［（１１）に接続された電
極（ハ）は、移動機構（１３）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１１０００５ＣＣ程度に調節しながらエ
ツチングガス例えＩｆＮＦ、　を反応管ω内にガス供給
管（１４）から所定時間供給する。この時は１反応管■
内を０．２〜ＩＴｏｒｒになるように排気制御しておく
。

そして、ＲＦ電源（１１）から周波数例えば４００ｋＨ
ｚ、電力例えば１にＶを各電極■に印加する。この電力
の印加は、ＲＦ電源（１１）に接続された制御部（１２
）により、ＲＦ電源（１１）が所定時間例えば５００ｎ
ｉＳ毎にＯＮ、　ＯＦＦをくり返し、パルス的に電力を
印加するものである。すると、ＲＦ電源（１１）がＯＮ
状態の時、各電極０間に放電が起こり、ＲＦ電源がＯＦ
Ｆ状態の時には各電極（８）間に放電が発生しない。即
ち、反応管ω内にパルス放電が起こり、反応管■内に供
給されたエツチングガスが上記放電時に励起されプラズ
マが発生し、このプラズマにより反応管■内壁面に付着
した反応生成物をプラズマエツチングして除去する。又
、ＲＦ電源（１１）がＯＦＦ状態でプラズマが発生しな
い時は、反応管ω内が排気制御されているため、放電状
態でプラズマ化した後のエツチングガス濃度の低いガス
は排気管（１５）から排気され、エツチングガス濃度の
高いガスがガス供給管（１４）から反応管ω内に供給さ
れる。

即ち、エツチングガスは、常にガス供給管（１４）側か
ら排気管（１５）方向へ流れているため、放電時に使用
されたエツチングガスは無放電時に排気され。

反応管ω内が新しいエツチングガスに置換される。

このことにより、反応管■内の何れの場所においてもほ
ぼ同条件でエツチングガスをプラズマ化でき、均一的な
プラズマエツチングが可能となる。

又、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、上記反応管中外周に上記各電極■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（ハ）間に
上記反応管■が存在即ち反応管ω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０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電源（１１）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１３．５６ＭＨ
ｚ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■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（１３）により上記反応管の外周と接蝕或
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（へ）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。

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（１５）から排気され１反応管の内に反応生
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■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（１
６）を移動機構（１３）により受は渡し位置（ハ）に設
置してエツチング処理が終了する。

この発明は上記実施例に限定されるものではなく１例え
ば第３図に示すような反応管が二重管構造のものにも適
用できる。この反応管（１９）は、上面が封止された筒
状の外管（２０）と、この外管（２０）と非接触状態で
筒状の内管（２１）とから構成され、上記実施例と同様
に外管（２０）の外周には対向電極（２２）とヒータ（
２３）が設けられている。又、下方向から蓋体（２４）
を反応管（１９）に当接すると反応管（１９）内は気密
となり、上記蓋体（２４）と内管（２１）は当接状態と
なる。そして内管（２１）下部からエツチングガスが供
給可能なようにガス供給管（２４）が設けられ、外管（
２０）下部から排気可能なように排気管（２５）が設け
られている。このような反応管（１９）内にエツチング
ガスを供給すると、エツチングガスは矢印（２６）のよ
うに、内管（２１）下部から上部に流れ、上部において
外管（２０）側にＵターンし、外管（２０）上部から下
部方向へ流れ排気される。′このようなガスの流れを有
する二重管構造の反応管（１９）内壁面に付着した反応
生成物を除去する場合、パルス放電が起こる如く電力を
印加する。すると、上記実施例と同様に、放電時に使用
されたエツチングガスは無放電時に排気され、反応！　
（１９）内が新しいガスに置換される。このことにより
反応管（１９）内の何れの場所において、常に濃度の高
いエツチングガスによりプラズマが高密度に発生し、エ
ツチングの均一性が良いものとなる。

さらに、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、　ＲＦ電源のＯＮ、　ＯＦＦのタイミングは５００
ｍ５毎でなくとも、反応管内に供給するエツチングガス
流量や排気量により適宜選択可能であり、状況に応じて
設定可能である。又、常に一定の時間毎に電源のＯＮ、
　ＯＦＦをくり返すのでなくとも、所望時間内範囲でＯ
Ｎ、　ＯＦＦ動作が行なわれるように設定すれば良く、
電源のＯＮ、　ＯＦＦでなくとも、電極間の放電がパル
ス放電となるように設定できるものなら何れでも良い。

又、上記実施例ではＲＦ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、２
００℃以上の場所で結合する場合は、ＲＦｉｔ源からは
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ＲＦｌｔ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は高温に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ことが望ましい。

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
るものなら何分剤でも良く、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ＩＯＭ
）Ｉｚ以下であれば何れでも良い。

さらに又、上記実施例では石英製の反応管内部に付着し
た反応生成物をプラズマエツチングしていたが、ウェハ
を載置していない石英製のボートや保温筒を反応管内に
設置した状態でプラズマエツチングを行なっても良く、
このようにするとボートや保温筒に付着した反応生成物
を除去することが可能となり汎用性が高いものとなる。

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、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、反応管内でプラ
ズマをほぼ均一に発生可能とし、このことにより反応管
内壁面等に付着した反応生成物を均一的に除去可能とす
る。又、反応管等を取り外すことなく反応生成物を除去
できるので、装置自体の稼働率を向上可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例に使用される、縦型反応
炉から成るＣＶＤ装置の構成図、第２図は第１図装置の
処理部説明図、第３図は第２図の他の実施例を説明する
ための図である。 １・・・反応管　　　　　　２・・・処理部７・・・ヒ
ータ　　　　　　　８・・・電極１１・・・ＲＦ電源　
　　　　１２・・・制御部特許出願人　　チル相模株式
会社 第 図 第 図（Ａ） 第 図 力ス 手 続 補 正 書 （自発） ６゜ 昭和 年 月 日 「 反 」 に ２゜ 発明の名称 プラズマ処理方法 ３゜ 補正をする者 事件との関係

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 処理工程により少なくとも反応管内壁面に付着した不要
   な反応生成物をプラズマエッチングするに際し、反応管
   内に導入するエッチングガスのプラズマ化をパルス的に
   行うことにより上記少なくとも反応管内壁面に付着した
   反応生成物をプラズマエッチングすることを特徴とする
   プラズマ処理方法。