JPH1131685A - プラズマcvd装置およびそのクリーニング方法 - Google Patents

プラズマcvd装置およびそのクリーニング方法

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JPH1131685A
JPH1131685A JP20379497A JP20379497A JPH1131685A JP H1131685 A JPH1131685 A JP H1131685A JP 20379497 A JP20379497 A JP 20379497A JP 20379497 A JP20379497 A JP 20379497A JP H1131685 A JPH1131685 A JP H1131685A
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JP
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plasma
chamber
anode
cathode
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JP20379497A
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Masaki Shimono
正貴 下野
Katsumi Oyama
勝美 大山
Masayuki Hachitani
昌幸 蜂谷
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Hitachi High Tech Corp
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Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プロセスパラメータを変更することなく、プ
ラズマの拡散状態をコントロールすることができるプラ
ズマCVD装置を提供する。 【解決手段】 チャンバと、該チャンバ内に収容される
上部電極と、該上部電極に対向して配置された下部電極
とからなり、該上部電極には高周波電力出力回路が接続
されており、上部電極と高周波電力出力回路との間には
インピーダンス整合回路が更に接続されているプラズマ
CVD装置において、前記下部電極はインピーダンス調
整回路を介して接地されており、成膜時にインピーダン
ス調整回路により、印加する高周波電力の周波数に共振
させて下部電極側のインピーダンスを印加周波数に対し
て0Ωとして前記下部電極の範囲に対応するプラズマを
発生させ、クリーニング時にインピーダンス調整回路に
より、上部電極側から見た下部電極のインピーダンスを
上昇させて前記下部電極の範囲を超える幅のプラズマを
発生させることを特徴とするプラズマCVD装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマの制御方法
に関する。更に詳細には、本発明はプラズマCVD装置
などにおけるクリーニング処理の際のプラズマ制御方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体ICの製造においては、基板の表
面に酸化シリコンの薄膜を形成する工程がある。薄膜の
形成方法には化学的気相成長法(CVD)が用いられて
いる。CVD法には、常圧法、減圧法およびプラズマ法
の3方法があるが、最近の高品質で高精度な薄膜が要求
される超LSIに対してはプラズマ法が好適であるとし
て注目されている。
【0003】プラズマ法は、チャンバの真空中に噴射さ
れた数種類の反応ガスに対し、高周波電圧を印加してプ
ラズマ化し、反応に必要なエネルギーを得るもので、膜
厚の均一性と共に良好な膜質が得られ、しかも、膜形成
速度が速いなど多くの点で優れている。
【0004】図3はプラズマ法による成膜処理を行うた
めに従来から使用されてきた平行平板型プラズマCVD
装置の一例の模式的構成図である。図中、符号1は成膜
処理が行われるチャンバを示し、符号2は上部電極(カ
ソード)、3は下部電極(アノード)、4は上部電極に
高周波を印加するための高周波電力出力回路であり、5
はインピーダンス整合回路を示す。インピーダンス整合
回路5は、負荷とのインピーダンスマッチングを行うた
めに設けられている。図3に示されるような平行平板型
装置の場合、高周波プラズマは高周波を印加した上部電
極(カソード)とアースレベルの下部電極(アノード)
間の電界により発生すると考えられる。発生したプラズ
マの拡散状態は圧力及び上部及び下部の対向電極の距離
によって決定されるが、プロセスとの兼ね合いから、こ
れらのパラメータの変更範囲は限られてくる。
【0005】ところで、CVD装置では、チャンバに数
種類のガスを導入し、これを分解し、反応させウエハ上
に成膜処理を行うが、生成物はウエハ上以外のチャンバ
壁などにも付着するので、クリーニングと呼ばれる付着
生成物の除去処理が必要になる。
【0006】プラズマCVD装置では、上記の成膜処理
とクリーニング処理をガス種を変えることにより実現し
ている。ガスの分解、反応はプラズマエネルギーによっ
て促進されるため、成膜処理時はプラズマがウエハ上の
みに発生し、クリーニング時にはプラズマがチャンバ壁
まで拡がって発生することが望ましい。
【0007】特にクリーニングプロセスは本来の装置の
目的であるデポプロセスと同様に装置のインデックスを
決定する大きな要因であり、スループット向上の点から
も高速化が要求される。
【0008】高速クリーニングには以下のような条件が
必要となる。 クリーニングに寄与する活性種やイオンの滞留時間が
長く、デポ生成物と反応する時間が十分であること。 単位体積当たりの活性種やイオンの量が多く、デポ生
成物と反応する物量が多いこと。 イオンのエネルギーが高く、デポ生成物の原子間結合
を容易に切断し、反応後に蒸気圧の低い物質に変化する
こと。 上記の及びの要件は反応圧力を高くすることで満た
される。また、の要件はイオン引き込みのための電極
にバイアスを印加することなどで満たされる。
【0009】しかし、上記の及びの要件を満たす目
的で反応圧力を高くすることはプラズマを絞り込むこと
となり、平行平板の電極面はクリーニングできてもチャ
ンバ壁面に付着したデポ生成物は除去することができな
い。このため従来の装置では、(1)高い反応圧力の条
件で電極間のデポ生成物を先ず除去(クリーニング)
し、(2)その後に非効率とは判っていながらも低圧力
下の条件にてプラズマを拡散させ、チャンバ壁の生成物
を除去(クリーニング)するという2ステップクリーニ
ング法を用いたり、チャンバ壁周辺が電極間に比べて除
去速度の速い条件を選定し、総合的クリーニング時間が
短時間となる条件を精密に探索するなどの方法を用いて
いる。
【0010】また、ウエハを設置するサセプタ(アノー
ド電極側)は、デポプロセスの性能を最大に引き出すた
めに、アースレベル固定となるような機構が一般的に採
用されている。このため、高速クリーニングはプロセス
条件を煮詰めることにより実現しているのが実状であ
り、合理的な方法とは言えない。負バイアス印加により
イオンエネルギーを高める場合も、チャンバ壁へのプラ
ズマの拡散には殆ど寄与しない。従って、クリーニング
の高速化は重要な課題ではあるが、実現困難なのが実状
である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、プロセスパラメータを変更することなく、プラズマ
の拡散状態をコントロールすることができるプラズマC
VD装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記課題は、高周波が印
加されるカソード電極に対向するアノード電極側に、印
加周波数に対して、或るインピーダンスを持つ機構を付
加し、チャンバ壁(一種のアノード電極と考えられる)
の持つインピーダンスとのバランスをコントロールする
ことで電界を制御し、プラズマの発生範囲を変化させる
ことができるプラズマCVD装置により解決される。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は本発明のプラズマCVD装
置の回路構成図である。上部電極(カソード)2には、
高周波電力出力回路4と、インピーダンス整合回路5が
接続され、下部電極(アノード)3にはインピーダンス
調整回路7が接続されている。
【0014】例えば、成膜時にはインピーダンス調整回
路7により下部電極(アノード)3側から見たインピー
ダンスを下げることにより高周波電流は下部電極(アノ
ード)側に集中して流れ込み、プラズマがウエハに集中
して発生し、クリーニング時には逆にインピーダンス調
整回路7によりインピーダンスを上げ全体のバランスを
制御することでプラズマをチャンバ内全体に広げて発生
させることが可能となる。
【0015】インピーダンス調整回路7は、印加する高
周波電力の周波数に対してインピーダンスを0〜∞
(Ω)に可変できることが望ましいが、最終的にプラズ
マの拡散はチャンバ壁の持つインピーダンスとのバラン
スで決定されるので、必要な範囲のインピーダンスを制
御できればよい。
【0016】図2は、本発明で使用されるインピーダン
ス調整回路7の構成の一例を示すブロック図である。図
示されているように、インピーダンス調整回路7は、コ
イル11と容量可変コンデンサ12で構成される共振周
波数可変型の直列共振器である。ここで、共振周波数の
可変範囲は、高周波電力出力回路4の周波数を含むよう
に、接続する下部電極(アノード)3の持つインピーダ
ンスも考慮して、コイル11と容量可変コンデンサ12
の各値を選択する必要がある。
【0017】インピーダンス調整回路7により、印加す
る高周波電力の周波数に共振させると、下部電極(アノ
ード)3側のインピーダンスが印加周波数に対して0
(Ω)となる。これを電極間隔の調整等と合わせて実施
することによりプラズマの発生を電極間に限定すること
ができる。この条件は、一般的には、デポプロセスに適
している。
【0018】また、容量可変コンデンサ12の調整によ
り共振点を変化させると、結果的に上部電極(カソー
ド)2側から見た下部電極(アノード)3側のインピー
ダンスも変化(上昇)させることができる。これによ
り、電界は或るバランスを保って電極間とチャンバ壁間
に発生することになり、プラズマの発生もこれに従い拡
散させることが可能となる。これは、圧力が高い条件に
おいても実現可能であることから、クリーニングに必要
な活性種やイオンの量が多い条件下でプラズマをチャン
バ全体に拡散することが可能となり、高速クリーニング
を実現できることとなる。
【0019】
【実施例】図1に示されるプラズマCVD装置におい
て、図2の回路構成を用いて実験したところ、チャンバ
壁のエッチングレートについて下記(1)及び(2)の
結果が得られた。ポイント1はゲートバルブ周辺であ
り、ポイント2はゲートバルブから最も遠い部分で測定
した。ガス流量、チャンバ内圧力、電極間隔などのレシ
ピは一定とし、印加する高周波の周波数に対するサセプ
タ側のインピーダンスのみを共振回路の調整により変更
した。 (1)共振回路を印加周波数に対して低インピーダンス
となるように設定した場合。 ポイント1のエッチングレート:638Å/秒 ポイント2のエッチングレート:840Å/秒 (2)共振回路を印加周波数に対して高インピーダンス
となるように設定した場合。 ポイント1のエッチングレート:990Å/秒 ポイント2のエッチングレート:912Å/秒 上記の各ポイントにおいて、約9%及び55%のエッチ
ングレートの向上が確認できた。
【0020】以上、チャンバ内でのプラズマ拡散手段に
ついて、前記の実施例では単純な直列共振回路を用いた
が、実施例と同様な回路構成でコイル11のインダクタ
ンスを可変タイプにしたものや、高調波成分を考慮した
数次のフィルタを持つインピーダンス調整回路や、アク
ティブな回路などを用いてもインピーダンスの調整は可
能である。また、インピーダンスの調整を外部からモー
タ駆動などによって自動調整可能な構造にしても、本発
明と本質的に何ら変わるところはない。更に、チャンバ
壁そのもののインピーダンスが可変な構造を持たせた場
合も、本発明の概念の応用と言える。
【0021】以上、平行平板型プラズマCVD装置を例
に挙げて本発明の内容を詳細に説明してきたが、本発明
の回路構成はECR方式などのようなバイアス電極を有
する装置などにおいても適用可能である。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プロセスパラメータを変更することなく、プラズマの拡
散状態をコントロールすることができるプラズマCVD
装置が得られる。本発明の機構を備えれば、プラズマの
集中及び拡散に対する自由度が拡大されるため、拡散プ
ラズマ形成のための低圧力化が不要になり、前記の高速
クリーニング条件及びを満たしながら電極間及びチ
ャンバ壁の個々に適したプラズマ状態を形成できるよう
になる。従って、本発明によれば、従来の装置に比べ
て、合理的にクリーニングプロセスの高速化がはかれ
る。特に、本発明によれば、圧力、電極間隔のパラメー
タとは直接関与しないため、これらのプロセスパラメー
タを変更できないプロセスについては特に有効な手段と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラズマCVD装置の構成を示す模式
的構成図である。
【図2】図1の装置で使用されるインピーダンス調整回
路の構成の一例を示すブロック図である。
【図3】従来のプラズマCVD装置の構成を示す模式的
構成図である。
【符号の説明】
1 チャンバ 2 上部電極 3 下部電極 4 高周波電力出力回路 5 インピーダンス整合回路7 7 インピーダンス調整回路 11 コイル 12 容量可変コンデンサ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャンバと、該チャンバ内に収容される
    上部電極(カソード)と、該上部電極(カソード)に対
    向して配置された下部電極(アノード)とからなり、該
    上部電極(カソード)には高周波電力出力回路が接続さ
    れており、上部電極と高周波電力出力回路との間にはイ
    ンピーダンス整合回路が更に接続されているプラズマC
    VD装置において、 前記下部電極(アノード)はインピーダンス調整回路を
    介して接地されており、成膜時にインピーダンス調整回
    路により、印加する高周波電力の周波数に共振させて下
    部電極(アノード)側のインピーダンスを印加周波数に
    対して0Ωとして前記下部電極の範囲に対応するプラズ
    マを発生させ、クリーニング時にインピーダンス調整回
    路により、上部電極(カソード)側から見た下部電極
    (アノード)のインピーダンスを上昇させて前記下部電
    極の範囲を超える幅のプラズマを発生させることを特徴
    とするプラズマCVD装置。
  2. 【請求項2】 インピーダンス調整回路はコイルと容量
    可変コンデンサとから構成されている請求項1のプラズ
    マCVD装置。
  3. 【請求項3】 チャンバと、該チャンバ内に収容される
    上部電極(カソード)と、該上部電極(カソード)に対
    向して配置された下部電極(アノード)とからなり、該
    上部電極(カソード)には高周波電力出力回路が接続さ
    れており、上部電極と高周波電力出力回路との間にはイ
    ンピーダンス整合回路が更に接続されているプラズマC
    VD装置のチャンバ内部のクリーニング方法において、 前記下部電極(アノード)をインピーダンス調整回路を
    介して接地し、該インピーダンス調整回路により、上部
    電極(カソード)側から見た下部電極(アノード)側の
    インピーダンスを上昇させて、プラズマをチャンバ内に
    拡散させることを特徴とするプラズマCVD装置のチャ
    ンバ内部のクリーニング方法。
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