JPH08321467A - プラズマ堆積装置のクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クリーニングの完了検出を、正確に、しかも
装置の複雑化、大型化、コストの増加を来すことなく行
うことができるようにする。 【構成】 グロー放電を利用して基体上に物質層を堆積
形成するプラズマ堆積装置の真空容器内をグロー放電を
利用して清浄化するプラズマ堆積装置のセルフクリーニ
ング方法において、セルフクリーニング時の完了検出を
プラズマ堆積装置に設置した整合器内の可変キャパシタ
の容量をモニターすることによって行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種半導体装置の製造
において、半導体層、絶縁層等の各種成膜工程で用いら
れるプラズマ堆積装置いわゆるプラズマＣＶＤ（化学的
気相成長）装置のクリーニング方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】単体半導体装置、半導体集積回路等の製
造において、基体上に各種の成膜例えば半導体層、絶縁
層の成膜工程を伴う。この成膜において、プラズマ堆積
装置が広く用いられている。

【０００３】このプラズマ堆積装置においては、これに
よって被成膜基体への成膜作業を繰り返し行うと、この
プラズマ堆積装置の真空容器の内壁面等に堆積物の付着
がなされ、安定したプラズマの発生を阻害するとか、塵
埃発生となって成膜の膜質低下、特性低下等を招来する
ことになる。

【０００４】そこで、この種の成膜装置においては、一
定期間毎のクリーニングが必要となる。ところで、この
クリーニングを堆積装置の分解等、その真空容器の大気
開放によって行うことは、著しくその作業が煩雑となっ
て作業性を阻害することから、昨今、この堆積装置の真
空容器内を大気開放することなくドライエッチング等に
よるセルフクリーニングする方法の提案がなされてい
る。

【０００５】ところで、このセルフクリーニングによる
場合、クリーニングが完全になされた時点、すなわち本
来の被成膜基体へのプラズマ堆積に問題が生じない程度
に真空容器内の不要な堆積ないしは付着物が排除された
クリーニング終点（以下クリーニング完了という）後の
できるだけ早い時期に、クリーニング作業が停止される
ことが望まれる。このクリーニング作業を停止する時点
の設定方法としては、例えばあらかじめクリーニング速
度を測定しておき、時間管理を行うことでクリーニング
完了を判定する方法の提案がある。しかしながら、この
方法はクリーニング完了を直接判定するものではないこ
とから、堆積物の発生状況の変動によってクリーニング
が充分になされなかったり、過剰クリーニングがなされ
て真空容器の内壁を損傷するなどの問題が生じる。

【０００６】一方、クリーニング完了を直接測定する方
法としては、例えば特開昭６３−３５７７８号公報等に
記載されている方法がある。この方法は、あらかじめ真
空容器内と接続して設置され、プラズマＣＶＤ法で基板
と同量または同程度の厚さの膜が形成された水晶発振子
を用いて、クリーニングの完了を膜厚の減少、すなわち
膜厚がゼロとなった時点を検出することによって検知す
るものである。

【０００７】また、他の方法としては、ドライエッチン
グ装置で行われているように、特定のプラズマ発光スペ
クトルの信号強度を測定することによってクリーニング
の完了を検知するという方法がある。

【０００８】さらに、最近では真空容器内の情報をもれ
なく反映するプロセスパラメータでクリーニング完了の
検出を行う方法の提案もなされている。具体的にはクリ
ーニング中の真空容器雰囲気の質量分析を行い、特定な
信号強度の経時変化からクリーニングの完了を検出する
方法、または圧力の変化からクリーニング完了を検出す
る四重極型質量分析計、圧力計等による測定方法による
ものである（例えば特開平６−２２４１６３号公報参
照）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たセルフクリーニング方法におけるクリーニング完了の
検出方法はいずれも問題がある。

【００１０】すなわち、セルフクリーニングを行う場
合、その被処理物は真空容器内壁の全体にわたって存在
することから、上述したような水晶発振子や発光スペク
トル測定器による測定方法では、その測定点以外でクリ
ーニング律速な場所が存在した場合、その部分が完全に
クリーニングされる前にクリーニング完了と誤って測定
される可能性があるということである。これは、成膜時
とセルフクリーニング時とでは、使用するガス種や放電
条件が異なり、成膜分布とクリーニング分布が必ずしも
一致していないからである。更に、発光スペクトル測定
器は非発光領域からクリーニングに関する情報を得るこ
とは不可能である。このような不都合は大面積にわたっ
て膜堆積が可能な装置、即ち真空容器の体積、表面積が
大きくなるにつれて顕著となる。

【００１１】また、発光スペクトルを測定する方法によ
る場合は、プラズマ発光を測定する観測窓が必要である
が、この窓にも堆積物が生じることから、測定波長の透
過率が低い堆積物材料の場合は、観測窓にこの堆積物が
生じることがないように、なんらかの手段を講ずる必要
が生じ、プラズマ堆積装置の構造の複雑化をもたらす。

【００１２】また、質量分析或いは発光分析によってク
リーニングの完了判定を行う場合は、これら分析装置を
付設する必要があることから、この場合においても装置
の複雑化、コスト高を招来する。

【００１３】本発明は、プラズマ堆積装置の真空容器内
の堆積物ないしは付着物すなわち被処理物をクリーニン
グするセルフクリーニング方法において上述した従来方
法の諸問題を解決し、クリーニングの完了検出を、正確
に、しかも装置の複雑化、大型化、コストの増加を来す
ことなく行うことができるようにしたプラズマ堆積装置
のセルフクリーニング方法を提供する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、プ
ラズマ堆積装置において、これに印加される高周波（一
般に１３．５６MHz ）と、グロー放電部との間に、放電
で消費される電力を増すことと、高周波電源（高周波発
振器）の保護を目的として整合器が設置されるものであ
り、この整合器内の可変キャパシタの調整によって共鳴
条件を得ていることに着目してなされたものである。

【００１５】本発明は、グロー放電を利用して基体上に
物質層を堆積形成するプラズマ堆積装置の真空容器内を
グロー放電を利用して清浄化するプラズマ堆積装置のセ
ルフクリーニング方法において、セルフクリーニング時
の完了検出をプラズマ堆積装置に設置した整合器内の可
変キャパシタの容量をモニターすることによって行う。

【００１６】

【作用】グロー放電によるプラズマ堆積およびそのグロ
ー放電による堆積物のセルフクリーニングを行う方法に
よるプラズマ堆積装置においては、プラズマ発生のため
に高周波が印加されるものであるが、この高周波電源
（高周波発振器）とグロー放電との間には整合器が設置
されている。そして、この整合器によって負荷すなわち
プラズマ堆積装置と高周波電源のインピーダンス整合を
行ってプラズマ堆積動作時、さらにセルフクリーニング
すなわちプラズマエッチング時に、常時良好な回路結合
が行われて共鳴条件が得られるように、整合器内の可変
キャパシタの容量を放電パワーの検出による制御によっ
て調整している。

【００１７】この場合の可変キャパシタは、プラズマ堆
積装置の真空容器が持つ電気的容量に関連してその容量
値の選定すなわち制御がされるものであり、真空容器の
電気的容量は、この真空容器に対する堆積物の有無、大
小関係によって変動することから、この整合器における
制御された可変キャパシタの容量値は、真空容器に対す
る堆積物の有無、大小関係の情報を含んだものとなる。
しかもこの情報は、真空容器の特定場所での情報ではな
く、空間依存性の殆どないプロセスパラメータである。

【００１８】本発明においては、このことを利用するも
のであって、セルフクリーニング時において、この整合
器内の制御された可変キャパシタの容量をモニター（測
定）することによって真空容器の堆積物ないしは付着物
（以下被処理物という）の除去、すなわちセルフクリー
ニングの完了時点を判断するものである。

【００１９】

【実施例】本発明の具体的な実施例について説明する。
まず本発明を適用するプラズマ堆積装置（プラズマＣＶ
Ｄ装置）について図１で示す概略構成図を参照して説明
する。しかしながらいうまでもなく、本発明はこの実施
例に限定されるものではない。

【００２０】図１に示す例では、平行平板型プラズマＣ
ＶＤ装置を示している。プラズマＣＶＤ装置は、排気手
段すなわち真空ポンプ（図示せず）によって内部が高真
空度に排気される真空容器１を有してなる。真空容器１
内には、相対向して配置された平行平板電極２および３
が配置される。一方の電極例えば上部電極２は例えばメ
ッシュ状電極によって構成される。真空容器１の例えば
上部電極２の上方には、プロセスガスが導入されるガス
導入口４が設けられ、これに対向してこのガス導入口４
から導入されたガスを拡散する拡散板５が配置されてい
る。

【００２１】他方の電極例えば下部電極３には、プラズ
マＣＶＤによって目的とする例えばシリコン系物質によ
る半導体層、絶縁層等の成膜がなされる被成膜基体５の
例えば半導体基板が配置される。また、電極３にはこれ
を所定の温度に保持する加熱ないしは冷却手段６が設け
られる。

【００２２】そして、対向電極２および３間に高周波電
源７すなわち１３．５６MHz のＲＦ発振器が整合器８を
介して接続される。

【００２３】このプラズマ堆積装置は、プラズマ堆積す
なわち成膜を行う動作状態では、高真空にされた真空容
器１に所定のプロセスガスすなわち原料ガス、例えばＳ
ｉの成膜においてはＳｉＨ₄ およびＨｅガスの導入し、
高周波印加によってプラズマを発生させて被成膜基体１
１に対する成膜を行う。また、この成膜の繰り返し使用
後のセルフクリーニングにおいては、被成膜基体５が配
置されない状態で、高真空にされた真空容器１に所定の
プロセスガス例えばＳＦ₄ を導入して同様に高周波印加
によってプラズマを発生させて被処理物のドライエッチ
ングによる除去を行う。

【００２４】このプラズマ堆積装置において、その整合
器８は、可変キャパシタ９を有し、プラズマ堆積装置側
すなわち負荷と高周波電源のインピーダンス整合を行っ
て、上述のプラズマ成膜動作時、およびセルフクリーニ
ングすなわちプラズマエッチング時に、常時良好な回路
結合が行われて共鳴条件が得られるように、整合器８内
の可変キャパシタ９の容量を放電パワーの検出によって
制御されてその調整がなされている。

【００２５】本発明においては、セルフクリーニング時
において、その制御がなされた可変キャパシタ９の容量
を測定して真空容器１内の堆積物の排除がなされたすな
わちクリーニングの完了を検出する。すなわち、この場
合、先ずプラズマ堆積装置によるプラズマ堆積作業前の
初期の状態すなわちその真空容器１が清浄な状態にある
とみなされる状態での、整合状態にある整合器８の可変
キャパシタの容量値Ｃ _i を予め測定する。そして上述し
た成膜作業後にセルフクリーニングをングを行い、可変
キャパシタ９の容量を測定すると、図２に示すように、
クリーニングの経過とともにその容量が変化、例えば減
少し、上記初期の値Ｃ_i もしくはこれに近い値となる。
つまり、被処理物が排除されて初期の状態となってその
クリーニングが完了したことになる。したがって、この
容量のモニターによってクリーニングの完了を知ること
ができるので、これによって例えば自動的にセルフクリ
ーニングを停止させる機能を持たすことができる。

【００２６】本発明の具体的実施例を挙げる。 〔実施例１〕この実施例１は、図１で説明した平行平板
型プラズマＣＶＤ装置を用いたセルフクリーニングの例
である。この場合、被処理物質が酸化シリコンの場合で
あり、この場合、３フッ化窒素（ＮＦ₃ ）を用いてセル
フクリーニングした。このときのクリーニング条件は下
記条件とした。 このセルフクリーニングにおける上述の可変キャパシタ
９の容量変化、すなわち、信号強度変化は、図２のよう
に、クリーニング時間の増加と共に単調に減少し、ある
時間以後一定値Ｃ_i となった。この一定値となった時点
が真空容器内に付着した被処理物のシリコン酸化膜がな
くなりセルフクリーニングが完了したことを意味する。
実際にこのようなセルフクリーニングの完了検出方法で
管理したセルフクリーニングした真空容器１内を観察す
ると真空容器１内の全ての場所で完全に堆積物ないしは
付着物のクリーニングが行われていた。

【００２７】〔実施例２〕この実施例２では、ＥＣＲ
（電子サイクロトロン共鳴）マイクロ波プラズマＣＶＤ
装置に適用した場合である。この実施例での被処理物は
窒化シリコンである。この場合のセルフクリーニング条
件は下記の条件とした。 ガス流量 ＳＦ₆ ３５０ 〔sccm〕 マイクロ波パワー １５００ 〔Ｗ〕 圧力 １２ 〔m Torr〕 ＲＦ出力 １０００ 〔Ｗ〕 この場合においても、可変キャパシタ９の容量に基く検
出信号強度は、クリーニング時間の増加と共に単調に減
少し、ある時間の後に一定になることを確認した。すな
わち、真空容器１に堆積ないしは付着した被処理物の窒
化リコンが排除され、クリーニングが完了した。実際に
このようなクリーニング完了の検出で管理したセルフク
リーニングを施した真空容器１内を観察すると真空容器
内の全ての場所で完全にセルフクリーニングが行われて
いることが確認された。

【００２８】上述したように、本発明によるセルフクリ
ーニング方法によれば、確実にプラズマ堆積装置の真空
容器内の堆積ないしは付着物が排除された完了状態の検
出を行うことができる。

【００２９】尚、本発明は上述した被処理物の例に限ら
れるものではなく、例えば、各種シリコン系の物質の例
えばアモルファス酸化物の窒化物の酸窒化物である場
合、またプラズマ堆積装置としては、マイクロ波電子
型，誘導コイル型，ヘリコン波型，トランス結合型等種
々のプラズマ堆積装置に適用することができるなど、上
述した例に限らず種々の変形変更を行うことができる。

【００３０】

【発明の効果】上述したように、本発明によるセルフク
リーニング方法によれば、確実にプラズマ堆積装置の真
空容器内の堆積ないしは付着物が排除された完了状態の
検出を行うことができるので、すなわち正確な完了検出
信号を取り出すことができるので、これを用いてそのセ
ルフクリーニングの停止の自動化を容易に行うことがで
きる。したがって、過不足なくセルフクリーニングを行
うことができ、プラズマ堆積装置の真空容器に損傷を来
すことなく、また目的とするプラズマ成膜を清浄化され
た真空容器内で行うことができることから、膜質にすぐ
れ、純度の高い目的の組成を有する成膜、すなわち信頼
性にすぐれ、歩留りの高い膜の成膜を行うことができ
る。

【００３１】そして、本発明方法によれば、プラズマ堆
積装置が具備する整合器の可変キャパシタを利用してそ
のクリーニングの完了を検出する方法をとるので装置の
大型化、複雑化等を来すことがなく、簡便に、したがっ
て低コストで実施することができることから、工業的利
益は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるセルフクリーニング方法を適用す
るプラズマ堆積装置の一例の平行平板型プラズマＣＶＤ
装置の概略構成図である。

【図２】本発明方法の一実施例の説明に供する容量変化
を示す図である。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２，３ 電極 ４ ガス導入口 ７ 高周波電源 ８ 整合器 ９ 可変キャパシタ １１ 被成膜基体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 グロー放電を利用して基体上に物質層を
   堆積形成するプラズマ堆積装置の真空容器内をグロー放
   電を利用して清浄化するプラズマ堆積装置のセルフクリ
   ーニング方法において、 セルフクリーニングの完了時点の検出をプラズマ堆積装
   置に設置した整合器内の可変キャパシタの容量をモニタ
   ーすることによって行うことを特徴とするプラズマ堆積
   装置のクリーニング方法。
2. 【請求項２】 上記セルフクリーニングの被処理物がシ
   リコン系物質であることを特徴とする請求項１に記載の
   プラズマ堆積装置のクリーニング方法。