JPH04243121A - ウエハ処理装置およびそのクリーニング方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体製造工程等で
プラズマＣＶＤを利用して薄膜の形成を行う場合の装置
内部の清浄状態を維持するためのクリーニング方法に関
するものであって、基本的には反応室内のドライクリー
ニング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマＣＶＤ装置内ではウエハ等の基
板への膜付け時に、装置内壁にも膜が堆積し、時間を経
るに従ってその厚さを増し、膜自体の有する内部応力に
よって、剥離飛散し、基板表面をパーティクルで汚損す
るようになる。このため、従来、図６に示すように反応
室１の内部に薄板から成る防着板１１を装着し、成膜条
件・時間を管理して、一定の膜厚まで膜が付着した時に
取り替えて、パーティクル汚損の低減を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のパーティクル汚
損の低減方法では、周期的な反応室の大気開放・防着板
の取り替えが必要なため、メンテナンスに時間を要する
のみでなく、成膜再開に対しての装置状態の安定性の確
保のための、枯らし運転時間を要し、非効率的であった
。

【０００４】パーティクル汚損の低減を効率的に行う方
法として、例えば、特開平２−１７４２２９号公報にお
いて、反応室を大気開放することなく、装置内壁に付着
した膜を高速にかつ均一に除去する方法が開示されてい
る。この方法は、マイクロ波共振器内にＳＦ６　ガス等
のエッチングガスを導入するとともに、マイクロ波共振
器内に面状の電子サイクロトロン共鳴　（ＥＣＲ）　磁
場領域を形成してエッチングガスを効率よく，すなわち
電離度高く電離するとともに、このＥＣＲ磁場領域を形
成する励磁コイルに流す直流電流を変調することにより
、ＥＣＲ磁場領域を軸方向に振動させて高電離度の電離
領域を軸方向に広げ、かつ直流電流の変調に伴う磁界の
変化を妨げようとして電離領域内に生じる周方向の誘導
電流により電離密度を均一化して、装置内壁に付着した
膜を高速かつ均一に除去しようとするものである。

【０００５】しかし、この方法では、直流電流の変調の
ために補助機器を必要とし、装置が高価となる欠点があ
る。

【０００６】この発明の目的は、反応室を大気開放する
ことなく、かつ装置コストをさほど上昇させることなく
、反応室内にクリーニング用のエッチングガスを導入し
てプラズマ化し、反応室内壁の前面に積極的なエッチン
グ反応をおこさせて、高速かつ均一なドライクリーニン
グを行うことができるようにするためのウエハ処理装置
の構成と、この装置においてドライクリーニングを行う
際のクリーニング方法とを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明においては、電子サイクロトロン共鳴電離
領域形成のための主コイルを備えたプラズマ室と膜付け
されるウエハが装着されるウエハステージを内包する反
応室とから成るウエハ処理装置を、反応室の外側で且つ
前記ウエハステージの後方に磁界制御コイルを配置した
装置構成とし、成膜時は電子サイクロトロン運動を発生
させる主コイル電流のみかまたは磁界制御コイルとの電
流にて、ウエハ面への均一なプラズマ輸送・照射を行い
、ドライクリーニングの実施時には、主コイル電流と磁
界制御コイル電流とでミラー磁界を形成して、プラズマ
室および反応室内壁に積極的にプラズマを輸送するクリ
ーニング方法をとるものとする。

【０００８】

【作用】マイクロ波共振器の一端にマイクロ波を透過さ
せるための真空シール可能な部材より成るマイクロ波窓
と他端にプラズマ送出のための開口部とを配置してプラ
ズマ室とし、電子サイクロトロン運動を起こさせる主コ
イルをプラズマ室と同軸的に且つ主コイルの幾何学的中
心をマイクロ波窓の真空端面より大気側に位置するよう
に配置する。

【０００９】ここで、プラズマ室内部を適当な圧力に保
ちつつ、主コイル電流をマイクロ波窓の真空側端面より
プラズマ室内部側に電子サイクロトロン共鳴磁界強度と
なるように通電する、と同時にマイクロ波電力を供給す
るとプラズマ室内にプラズマが形成され、また、磁力線
の周りに回転する電子の磁気モーメントと主コイル電流
の作る磁界との作用で、プラズマは磁界の発散方向　（
プラズマ室開口部側）　に輸送される。プラズマ室の開
口部側に真空シール可能にして設けられた反応室内にウ
エハをマイクロ波窓と対向的に配置し、且つ反応室の外
側に磁界制御コイルを配置してウエハ近傍の磁界形状を
制御すれば、前述の方法で発生・輸送されたプラズマは
ウエハに均一に照射される。この時プラズマ室内および
反応室内にＣＶＤガスを導入することにより、均質膜の
形成ができる。同時に活性化されたＣＶＤガスはプラズ
マ室および反応室内壁に拡散付着する。

【００１０】この拡散付着した膜を除去するには、プラ
ズマ室または反応室の少なくとも一方にエッチングガス
を導入し、主コイル電流を前述の通りに通電すると同時
にマイクロ波電力を供給してエッチングガスをプラズマ
化すれば、気化物質として除去可能となる。この時、主
コイル電流のみまたは磁界制御コイル電流をカスプ磁界
形成方向とするとプラズマの発散磁界方向への輸送力が
大きくなるために、反応室の一部分へ優先的にエッチン
グラジカルが到達し、全体的な膜の除去が出来なくなる
。磁界制御コイル電流をミラー磁界を形成する方向とす
ると、プラズマの発散磁界方向への輸送力が小さくなり
、エッチングラジカルは効果的にプラズマ室および反応
室内壁に到達するために、全体的に且つ効果的な膜の除
去ができるようになる。さらに、エッチングラジカルの
流れはマクロ的にはプラズマの流れに従うので、プラズ
マ室側からウエハ側に向かってクリーニングが進む方が
、気化物質の再分解・付着の発生が無くなり一層効果的
である。このためには、クリーニング開始直後は圧力を
高くして、プラズマ下流側へのラジカル輸送能力を抑え
、プラズマ室側のクリーニングが済んだところで圧力を
低くして、プラズマ下流側へのラジカル輸送能力を積極
的に大きくすることが効果的である。

【００１１】

【実施例】図１に本発明に係わる装置の構成例を示す。 １は反応室でウエハ３１をセットするためのウエハステ
ージ３を内包している。ウエハ３１は図示のないゲート
バルブで開閉可能なウエハ搬送口３２から図示のない搬
送機構で出し入れされる。ガス供給口４１は図示のない
ガス供給システムと接続されており、ＣＶＤガスおよび
エッチングガスが供給される。排気口１６は図示のない
排気システムと接続されており、反応室内の圧力を所定
の値に保つためのものである。反応室１の外周には磁界
制御コイル６が設けられている。反応室１のウエハステ
ージ３と対向する側にはプラズマ室２が気密にて接続さ
れている。 プラズマ室２にはマイクロ波窓２１を通してマイクロ波
電力を供給するための導波管７が接続される。主コイル
８はその幾何学的中心をマイクロ波窓の真空側端面より
大気側となるように配置されている。

【００１２】図２は成膜特性に関するデータの一例で、
主コイル電流を一定とし、磁界制御コイル電流値を変化
させたときの成膜速度と膜厚分布、ならびに応力を示し
ている。パラメータはマイクロ波電力である。図より、
磁界制御コイル電流とマイクロ波電力を適当に選定すれ
ば、所期の膜特性を得ることができることが分かる。

【００１３】図３および図４はともにドライクリーニン
グに関するデータの一例で、反応室の開口部からウエハ
ステージ側に向かっての各ポイントに対するエッチング
レートをプロットしたものである。図３中Ａ，　Ｂ，Ｃ
はそれぞれ低圧力でのミラー磁界，　発散磁界，　カス
プ磁界でのエッチングレートを、図４中Ｄ，　Ｅ，　Ｆ
はそれぞれ高圧力でのミラー磁界，　発散磁界，　カス
プ磁界でのエッチングレートを示している。これらの図
から、反応室側壁のクリーニングには高圧力でのミラー
磁界が有効であることが明確であり、ウエハホルダー部
のクリーニングには低圧力でのミラー磁界が有効である
ことが明確である。また、ウエハホルダー部のクリーニ
ングの場合、ウエハ取付け面にＲＦ電力を供給するとス
パッタエッチングが加わるため、クリーニング速度が飛
躍的に向上する。図５はプラズマ下流部分のクリーニン
グ状況の時間変化を示す。プラズマ上流部で化学反応に
より気化した成膜物質がプラズマにより再び活性化され
て下流側に輸送されるため、ウエハホルダー近傍ではエ
ッチング速度より成膜速度が高くなる。従って、ウエハ
ホルダー近傍は膜厚が一旦増えた後、クリーニングが進
むことになる。再付着の膜は緻密でないため、比較的容
易にエッチングが可能である。このことから、クリーニ
ングプロセスとしては、

【００１４】■高圧力域ミラー磁界→■低圧力域ミラー
磁界→■低圧力域ミラー磁界＋ＲＦ印加

【００１５】ま
たは

【００１６】■高圧力域ミラー磁界→■高圧力域ミラー
磁界＋ＲＦ印加→■低圧力域ミラー磁界

【００１７】が
有効である。

【００１８】

【発明の効果】本発明では、プラズマＣＶＤ装置のクリ
ーニング方法として、プラズマエッチング作用を利用し
、且つ磁界によるプラズマ輸送の量を制御する方法を採
用しているので、

【００１９】（１）　ＣＶＤ装置内部に堆積する膜の除
去清掃が真空状態を保ったまま実施できる。

【００２０】（２）　従って、除去清掃のための大気開
放・除去清掃後の真空立上げ時間が不要である。

【００２１】（３）　大気開放に伴う装置内表面性状の
変動がない。

【００２２】（４）　装置オペレートのみでクリーニン
グが可能なため、熟練を要しない。

【００２３】等、生産性・安定性が高くなるという効果
がある。また、

【００２４】（５）　成膜時に使用するコイルをそのま
ま利用して磁界形状制御を行うので、装置に特別の補助
機器を必要としない。

【００２５】（６）　磁界形状制御で積極的にクリーニ
ング部位を選定しているため、効率的で且つ容器内部の
過度のエッチング損傷がない。

【００２６】等、低廉で信頼性が高くなるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるウエハ処理装置構成の一実施例を
示す装置断面図

【図２】本発明のウエハ処理装置による成膜特性例を示
す線図

【図３】本発明が対象とするウエハ処理装置において、
低圧エッチングガスを用いてドライクリーニングを行っ
たときの磁界形状によるエッチングレートの差異を示す
線図

【図４】本発明が対象とするウエハ処理装置において、
高圧エッチングガスを用いてドライクリーニングを行っ
たときの磁界形状によるエッチングレートの差異を示す
線図

【図５】本発明によるウエハ処理装置内のプラズマ下流
部分のクリーニング状況の時間変化を示す線図

【図６】
本発明が対象とするウエハ処理装置の従来の構成例を示
す装置断面図

【符号の説明】

１　　　　反応室 ２　　　　プラズマ室　　（マイクロ波共振器）３　　
　　ウエハステージ ６　　　　磁界制御コイル ８　　　　主コイル １６　　　　排気口 ２１　　　　マイクロ波窓 ３１　　　　ウエハ ４１　　　　ガス供給口

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端にマイクロ波を導入するための窓と他
   端にプラズマを取り出すための開口部とを設けたマイク
   ロ波共振器と、電子サイクロトロン運動を生ぜしめるた
   めの主コイルとから成るマイクロ波プラズマ発生部と、
   前記プラズマ取り出し用の開口部に対向して被処理ウエ
   ハを設置するウエハステージを内包する反応室とが気密
   にて配置され、前記プラズマ室および反応室の少なくと
   も一方の容器内に反応ガスを供給するとともに反応室か
   ら排気を行うことにより所定の反応圧力を得て、成膜を
   行うウエハ処理装置において、反応室の外側で且つ前記
   ウエハステージの後方に磁界制御コイルを配置し成膜時
   には電子サイクロトロン運動を生ぜしめるための主コイ
   ル電流のみかまたは磁界制御コイル電流とでウエハステ
   ージまでに適度な磁場を形成してプラズマ輸送を可能に
   し、成膜後のプラズマ室および反応室のドライクリーニ
   ング時には電子サイクロトロン運動を生ぜしめるための
   主コイル電流と磁界制御コイルとでミラー磁場を形成し
   てプラズマを閉じ込めることを特徴とするウエハ処理装
   置。
2. 【請求項２】請求項第１項に記載のウエハ処理装置にお
   いて、ミラー磁場の最小磁界強度部がウエハ表面の近傍
   となるように磁界制御コイル電流を設定することを特徴
   とするクリーニング方法。
3. 【請求項３】請求項第２項に記載のクリーニング方法に
   おいて、反応ガスをＮＦ３　とすることを特徴とするク
   リーニング方法。
4. 【請求項４】請求項第２項または第３項に記載のクリー
   ニング方法において、プラズマ室および反応室の両方ま
   たは何れか一方にエッチングガスを供給すると同時に排
   気し、第一のステップとして反応圧力を１００　〜１０
   ００ｍＴｏｒｒ　とし、第二ステップとして反応圧力を
   ２〜５０ｍｔｏｒｒ　とすることを特徴とするクリーニ
   ング方法。
5. 【請求項５】請求項第４項に記載のクリーニング方法に
   おいて、第一ステップの終段または第二ステップの終段
   の何れか一方でウエハホルダー部にＲＦバイアスを印加
   することを特徴とするクリーニング方法。