JPH1187248A

JPH1187248A - プラズマクリーニング装置

Info

Publication number: JPH1187248A
Application number: JP23745997A
Authority: JP
Inventors: Naomi Yagi; 有百実八木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】経験や勘に頼ることなく、プラズマクリーニ
ング処理の終了時点を正確に判定することができるプラ
ズマクリーニング装置を提供する。【解決手段】プラズマＣＶＤ装置のチャンバ１の排気
系５にパーティクルカウンタ１４を取り付け、プラズマ
クリーニング処理中の排気パーティクルをモニタし、パ
ーティクルカウンタ１４のカウント数が所定の値まで減
少した時点をプラズマクリーニング処理の終了時点と判
定する。

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ＣＶＤ
（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）法によってＩＣ，ＬＳＩ等に用いられるＳｉウエハ
上に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置に搭載されるプ
ラズマクリーニング装置に関し、より詳しくは、プラズ
マＣＶＤ装置のチャンバ内壁等に付着した不要付着物を
除去するプラズマクリーニング処理の終了時点を精度よ
く判定できるプラズマクリーニング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマＣＶＤ装置は、超ＬＳＩ等の製
造において、試料ウエハ表面に酸化膜や窒化膜などの薄
膜を成膜するのに用いられる。ところで、薄膜を成膜す
る際には、試料ウエハ表面に薄膜が形成されると同時に
チャンバの内壁やチャンバ内の構造物（シャワー電極や
サセプタ）上にも不要付着物が堆積する。このため、何
枚もの試料の成膜を繰り返していると、例えば、累積的
に付着した不要付着物が内壁からフレーク状になって剥
がれ、ウエハ上に落下する。ウエハ上に不要付着物が落
下すると、薄膜の欠陥の原因となる。

【０００３】そこで、このような問題点を解消するに
は、チャンバの内壁等に堆積した不要付着物がある程度
堆積した時点で、これを除去する必要がある。その方法
の一つとして、プラズマクリーニングが従来より広く行
われている。

【０００４】このプラズマクリーニングは、ウエハを取
り出した後の真空状態のチャンバ内に、フッ素系ガスの
ＣＦ₄，Ｃ₂Ｆ₆，Ｃ₃Ｆ₈，ＮＦ₃等と、酸素系ガスの
Ｏ₂，Ｎ₂Ｏ等からなる混合ガスを導入し、そこへ高周波
等の電界を加えて放電を起こし、プラズマ状態にする。
すると、プラズマで活性化したフッ素がチャンバ内壁等
に堆積した不要付着物と反応し、これをガス化してチャ
ンバ内壁等から放出する。よって、このガスをチャンバ
の排気系から排気すれば、チャンバ内の不要付着物を除
去できる。

【０００５】なお、プラズマクリーニングが盛んに行わ
れるようになる前は、チャンバを大気開放し、作業者が
手作業で不要付着物を剥がす作業をしていた。こういっ
た手作業のクリーニングに比べて、プラズマクリーニン
グではチャンバの大気開放や、内部ヒータの降温・再昇
温等の時間のかかる作業が不要になるので、表面に薄膜
を形成したウエハの生産性を大幅に向上できるメリット
がある。

【０００６】しかるに、プラズマクリーニングでは、チ
ャンバ内の汚れを直接観察できないので、チャンバ内を
完全に清浄な状態にクリーニングできたか否かの判定が
難しい。

【０００７】ここで、プラズマクリーニング終了時にチ
ャンバ内の状態を常に一定の清浄な状態にできれば、成
膜プロセスの再現性が確保される。そのため、安定した
性能の製品を生産するには、プラズマクリーニング処理
の終了時点を正確に判定することが特に重要である。

【０００８】プラズマクリーニング処理の終了時点の判
断で最も単純な方法は、成膜時間に見合ったクリーニン
グ時間を予め経験的に定めておき、その時間が経過した
段階でクリーニング処理を終了する方法である。

【０００９】しかし、不要付着物の発生は成膜プロセス
パラメータの変化で大きく変わったり、同一条件の成膜
後のクリーニングでも、不要付着物とフッ素ガスとの反
応の進み具合が違っていたりするため、予めプラズマの
放電時間を定めてクリーニングを行ったとしても、チャ
ンバを開けて観察してみたら不要付着物が完全に除去出
来ずに残っているといった不具合を生じる。

【００１０】また、逆に、クリーニング時間を長く取り
すぎ、装置の稼働効率を悪くしたり、クリーニングに使
用するフッ化ガスを無駄に消費したりする不具合も生じ
る。

【００１１】そこで、プラズマクリーニング処理の進行
を何らかの手段により監視する方法が幾つか考えられて
いる。従来のプラズマクリーニング処理の終了時点の検
出方法の一例として、プラズマ発光スペクトルの変化を
観測する方法がある。この方法は、プラズマクリーニン
グで不要付着物とフッ化ガスが盛んに反応しているとき
のプラズマの光と、不要付着物が除去されてフッ化ガス
だけで放電しているプラズマの光とでは、発光スペクト
ルの分布が異なるので、これを利用して、分光器でクリ
ーニング中のプラズマの光のスペクトル分布を観測する
ことにより終了時点を検出する手法を採用している。

【００１２】この他に、特開昭６３−１２９６２９号公
報に記載されたチャンバ内の圧力変化を観測する方法が
ある。この方法は、プラズマクリーニング処理の際に不
要付着物とフッ化ガスが盛んに反応している時のチャン
バ内の圧力と、不要付着物が除去されてフッ化ガスだけ
で放電している時のチャンバ内の圧力が異なることを利
用して、圧力制御手段（圧力計測手段を兼ねる）の出力
を観測することによりクリーニングの終了時点を検出す
る手法を採用している。

【００１３】以上の方法は、ｉｎ−Ｓｉｔｕ、即ち、実
際にクリーニングしている状態を「その場」でモニタ
し、クリーニング処理の終了時点を判定する方法である
が、これとは別の方法として、パーティクルカウンタ等
のパーティクル計数手段を用い、チャンバからの排気ガ
ス中の微粒子パーティクルを観測する方法がある。

【００１４】ここで、パーティクルカウンタはレーザ光
の散乱等を利用して気体中に含まれる微粒子パーティク
ルを計測するもので、最小０．２μｍ程度の微粒子の数
を最高毎秒１０００カウントまで計測できる性能の計数
器が市販されている。

【００１５】従来、このようなパーティクルカウンタ
は、成膜中もしくは成膜後にＮ₂ガスでチャンバをパー
ジする際の排気ガス中のパーティクルを計測し、カウン
ト数の上昇具合からクリーニング時期を知るのに使われ
ているが、クリーニングの終了時点を検証するのにも使
われる。

【００１６】その方法は、まず、予め定められた時間だ
けプラズマクリーニングを行い、その後、窒素パージし
て排気ガス中に含まれるパーティクル数をカウントし、
その量が減少してあるレベル以下になると、クリーニン
グ処理の終了と判定する一方、未だあるレベルまで減少
していなければ、再度、時間を定めてプラズマクリーニ
ングを行うという手法を採用している。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような方法ではプラズマクリーニング処理の終了時点の
判定を正確に行うことは困難である。以下に従来技術の
原理を述べて、その間題点を説明する。

【００１８】まず、発光スペクトルを観測する方法で
は、覗き窓やサービスポートを通してプラズマの光を分
光器に入れると、プラズマの光の波長に対応した発光ス
ペクトルのピークが観測できる。プラズマクリーニング
処理の開始とともに不要付着物とフッ化ガスの反応によ
って生じた物質の光により、スペクトル分布のある波長
で大きなピークが観測され、クリーニングが進行する
と、このピークが減少してゆく。従って、このピークの
消滅をプラズマクリーニング処理の終了と判定する。

【００１９】ところで、このような発光スペクトルを観
測する方法では、覗き窓やサービスポートを通してプラ
ズマの光が分光器に入るため、観測できる範囲が限ら
れ、死角ができる。プラズマクリーニング処理の終了時
点の検出では、チャンバ内壁やチャンバ内の複雑な構造
部分に付いた不要付着物まで完全に除去されたことを正
確に確認できることが求められるが、このような方法で
は、チャンバ内の中心付近のプラズマの光ばかりを観測
することになる。

【００２０】この結果、チャンバ内壁やチャンバ内の構
造が複雑な部分での反応によるプラズマの光を観察する
ことが困難であり、プラズマクリーニング処理の終了時
点を見誤る事態が多発するという問題点がある。

【００２１】チャンバ内の圧力変化を観測する方法とし
ては、例えば、コンダクタンスバルブの開き具合を一定
にして、排気バルブのコンダクタンス（バルブの開き具
合等）を固定し、一定量のガスを供給をした状態でプラ
ズマクリーニング処理を実行し、チャンバの圧力変化を
圧力計で観察する方法と、チャンバの圧力が常に一定に
なるように排気バルブのコンダクタンスをチャンバ内の
圧力変化に追従させて調整し、圧力制御する状態でプラ
ズマクリーニング処理を実行し、排気バルブのコンダク
タンスがどのように変化するかを観察する方法がある。

【００２２】前者の圧力計で観察する方法では、プラズ
マクリーニング処理を開始すると、チャンバ内のガスが
プラズマとなり、チャンバ内壁等の不要付着物と反応
し、それをガス化することにより、チャンバ内の圧力値
が上昇する。圧力はプラズマと不要付着物との反応が盛
んになるのに合わせて暫く上昇し続け、やがて、チャン
バ内の不要付着物が少なくなってきて、反応が下火にな
ってくると、圧力値も下降し、プラズマクリーニング処
理が終了に向かうにつれて一定の値へと漸近する。そこ
で、圧力値が所定の値に達した時をプラズマクリーニン
グ処理の終了時点と判定する。

【００２３】後者の排気バルブの開き具合を観察する方
法でも、プラズマクリーニング処理を開始すると、チャ
ンバ内のガスがプラズマとなり、チャンバ内壁等の不要
付着物と反応してガス化し、チャンバ内の圧力が上昇す
る。この圧力上昇は圧力計によりリアルタイムで検知さ
れ、チャンバ内圧を一定に保つように、排気バルブにフ
ィードバックがかかるので、排気バルブの開き具合がだ
んだん大きくなり、反応の進行に合わせて開き具合が増
加し、極大を経て、チャンバ内の不要付着物が少なくな
ってくるとある値へと減少する傾向を示す。従って、こ
の時点をプラズマクリーニング処理の終了時点と判定す
る。

【００２４】ところで、これらの方法における圧力値又
はバルブの開き具合の増減の時間変化は、確かに、プラ
ズマクリーニング処理の終了時点を示唆する如く、時間
がたつにつれて収束の傾向を観測できるが、同一条件の
成膜とプラズマクリーニングの繰り返しにおいても収束
時間にばらつきがあり、終了時点の判定にあまりよい再
現性が見られない。そのために判定を誤り、クリーニン
グ不足やオーバークリーニングになってしまう等、終了
時点の判定が正確にできなかった。

【００２５】その理由は、チャンバ内の不要付着物はプ
ラズマクリーニング処理の際、フッ化ガスと反応してガ
ス化すると同時に、もともと付着力が弱いために微粒子
となってガスと一緒に排気される。従って、チャンバ内
の圧力変化を観察する方法では、微粒子となって除去さ
れる分を無視しているため、この成分が多かったり、少
なかったりすることに起因して、プラズマクリーニング
処理の終了時点の判定が早すぎたり、遅すぎたりする問
題点を生じる。なお、この問題点は次に説明するパーテ
ィクルを計数する方法でも発生する。

【００２６】また、圧力計で圧力変化を観測する方法で
は、チャンバ内の圧力に比べて圧力の変化量が小さかっ
たりするので、変化が測定しにくいという欠点もあっ
た。このため、量産装置で安定して使用するには不十分
であった。

【００２７】チャンバからのパーティクルを計数する方
法では、プラズマクリーニング処理後に、窒素パージし
てパーティクルの数を計数し、更に、プラズマクリーニ
ング処理を再行するといった操作を、場合によっては何
回か繰り返さなくてはならず、特にクリーニングを正確
に行おうとすると、クリーニング時間を短くして頻繁に
パーティクルの数を計数するといった、非常に手間がか
かる方法になる。逆に、手間を省くため、クリーニング
時間を長めにすると、オーバークリーニングし勝ちにな
ってしまう。何れにせよ、この方法でプラズマクリーニ
ング処理の終了時点の検出を行うには、クリーニング時
間の設定に特別な経験や勘が必要になってくる。

【００２８】本発明は、このような現状に鑑みてなされ
たものであり、経験や勘に頼ることなく、プラズマクリ
ーニング処理の終了時点を正確に判定することができる
プラズマクリーニング装置を提供することを目的とす
る。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマクリー
ニング装置は、プラズマＣＶＤ装置の真空状態にあるチ
ャンバ内にクリーニング用のガスを導入し、続いて、該
ガスをプラズマ状態にし、該チャンバの内壁及び該チャ
ンバ内の構造物に付着した不要付着物と反応させ、反応
物をガス化して該チャンバから排気することによりプラ
ズマＣＶＤ装置のクリーニングを行うプラズマクリーニ
ング装置であって、反応物をガス化してなる排気ガスを
該チャンバから排気する排気系にパーティクル計数手段
を設け、プラズマクリーニング時において、該パーティ
クル計数手段により該排気ガス中に含まれる微粒子パー
ティクルの数を計測し、計測値が所定の値に収束する
と、その時点でプラズマクリーニング動作を停止させる
ように構成されており、そのことにより上記目的が達成
される。

【００３０】好ましくは、前記チャンバ内の圧力を定期
的に計測することにより、該チャンバ内の圧力変化を検
出する圧力変化検出手段を更に備え、プラズマクリーニ
ング時の該チャンバ内の圧力が一定となり、且つ前記パ
ーティクル計数手段の計測値が所定の値に収束すると、
その時点でプラズマクリーニング動作を停止させるよう
に構成する。

【００３１】また、好ましくは、前記チャンバのビュー
ポート等に設けた発光スペクトル分析器を更に備え、プ
ラズマクリーニング時に該発光スペクトル分析器により
発光スペクトル強度を計測し、該発光スペクトル強度が
所定の値に収束し、且つ前記パーティクル計数手段の計
測値が所定の値に収束すると、その時点でプラズマクリ
ーニング動作を停止させるように構成する。

【００３２】また、好ましくは、前記圧力変化検出手段
により検出される圧力変化量の時間積分値及び前記パー
ティクル計数手段により計測されるパーティクル変化量
の時間積分値を求め、更にこれらの時間積分値に所定の
係数を乗ずる演算手段を備え、これらの時間積分値に所
定の係数を乗じた値の合算値が所定の値になると、その
時点でプラズマクリーニング動作を停止させるように構
成する。

【００３３】また、好ましくは、前記発光スペクトル分
析器により検出される発光スペクトル強度の時間積分値
及び前記パーティクル計数手段により計測されるパーテ
ィクル変化量の時間積分値を求め、更にこれらの時間積
分値に所定の係数を乗ずる演算手段を備え、これらの時
間積分値に所定の係数を乗じた値の合算値が所定の値に
なると、その時点でプラズマクリーニング動作を停止さ
せるように構成する。

【００３４】また、好ましくは、前記排気系は前記チャ
ンバの底面排気口から真下に真っ直ぐに伸ばした排気配
管を有し、該排気配管の途中であって、該チャンバの底
面から１０〜１００ｍｍ離反した位置に前記パーティク
ル計数手段のセンサ部を取り付ける構成とする。

【００３５】また、好ましくは、前記プラズマＣＶＤ装
置の成膜時に前記パーティクル計数手段のセンサ部を５
０〜２００℃に加熱するように構成する。

【００３６】以下に本発明の作用を説明する。

【００３７】本発明のプラズマクリーニング装置は、プ
ラズマクリーニング処理中の排気ガスに含まれるパーテ
ィクル量をその場で計数する（ｉｎ−Ｓｉｔｕモニタリ
ングする）構成をとるため、プラズマクリーニング処理
の終了時点を正確に判定することができる。

【００３８】今少し具体的に説明すると、プラズマクリ
ーニング処理中の排気ガスには不要付着物から生じたパ
ーティクルが含まれており、排気パーティクル量が不要
付着物除去の目安となる。その量は排気系に取り付けた
パーティクル計数手段（パーティクルカウンタ）でモニ
タできる。このパーティクルの測定で、プラズマクリー
ニング処理の進行に連れ、パーティクルのカウント量は
先ず増大し、ピークに達してから減少して行くので、そ
れが所定の値以下になった時点をクリーニング終了時点
の判断材料とすることができるのである。

【００３９】なお、この所定の値については、チャンバ
内の不要付着物が完全になくなり、清浄な状態になる
と、パーティクルもなくなり、理想的には０になるはず
であるが、実際にはパーティクルカウンタのノイズや、
取り付け位置に元からあるバックグラウンドのパーティ
クルがあるため、完全に０にはならない。従って、この
点を考慮して所定の値を選ぶものとする。

【００４０】また、チャンバ内の圧力を定期的に計測す
ることにより、チャンバ内の圧力変化を検出する圧力変
化検出手段を更に備え、プラズマクリーニング時のチャ
ンバ内の圧力が一定となり、且つパーティクル計数手段
の計測値が所定の値に収束すると、その時点でプラズマ
クリーニング動作を停止させる構成によれば、プラズマ
クリーニング処理の終了時点をより一層正確に判定する
ことができる。

【００４１】即ち、プラズマクリーニング処理中におい
て、チャンバの内壁等に付着した不要付着物がプラズマ
からのイオンやラジカルを受けて微粒子パーティクルを
発生する際に、不要付着物とフッ化ガスが反応し、不要
付着物がガス化してチャンバ内壁等から放出されるの
で、このガス量をチャンバ内に取り付けた圧力変化検出
手段によって測定される圧力変化から測定する。同時
に、パーティクルカウンタがパーティクル量を測定す
る。

【００４２】このように、チャンバ内の圧力変化と、パ
ーティクル量の両方をモニタする構成によれば、不要付
着物がガス化されて除去される分と、パーティクルとな
って除去される分の双方の成分、即ち、除去される不要
付着物の全成分をモニタすることができる。

【００４３】このとき、圧力変化とパーティクル量はプ
ラズマクリーニング処理の進行に連れて減少するので、
圧力が一定の値となる条件と、パーティクル量が所定の
値に収束する条件を組み合わせてプラズマクリーニング
処理の終了時点を判定する。これにより、どちらか一方
の条件のみで終了時点を判定する場合に比べて、より正
確な終了判定ができる。

【００４４】また、発光スペクトル分析器を更に備え、
プラズマクリーニング時に発光スペクトル分析器により
発光スペクトル強度を計測し、発光スペクトル強度が所
定の値に収束し、且つパーティクル計数手段の計測値が
所定の値に収束すると、その時点でプラズマクリーニン
グ動作を停止させる構成によっても、プラズマクリーニ
ング処理の終了時点をより一層正確に判定することがで
きる。

【００４５】即ち、不要付着物がガス化した気体の発光
スペクトルに注目すれば、発光スペクトルの強度とガス
化した量との間に相関があるので、この発光スペクトル
の強度を観察することで、不要付着物のガス化によるチ
ャンバ内の圧力変化をモニタできる。同時にパーティク
ルカウンタでパーティクル量を観察し、発光スペクトル
強度が所定の値に収束する条件とパーティクル量が所定
の値に収束する条件を組み合わせると、パーティクルに
なる現象とガス化される現象の両方を総合したプラズマ
クリーニング処理の終了時点の判定が可能になる。

【００４６】但し、発光スペクトル観察の欠点である死
角ができないような構造にする。また、発光スペクトル
強度は受光器の感度により、発光が激しく光が強い時、
飽和して正確に強度が測れなかったりするので、その時
は、受光部を離したり、感度を下げたりするものとす
る。

【００４７】また、圧力変化検出手段により検出される
圧力変化量の時間積分値及びパーティクル計数手段によ
り計測されるパーティクル変化量の時間積分値を求め、
更にこれらの時間積分値に所定の係数を乗ずる演算手段
を備え、これらの時間積分値に所定の係数を乗じた値の
合算値が所定の値になると、その時点でプラズマクリー
ニング動作を停止させる構成によれば、作業者の主観に
よらない客観的でより安定なプラズマクリーニング処理
の終了時点の判定を正確に行える。

【００４８】同様に、発光スペクトル分析器により検出
される発光スペクトル強度の時間積分値及びパーティク
ル計数手段により計測されるパーティクル変化量の時間
積分値を求め、更にこれらの時間積分値に所定の係数を
乗ずる演算手段を備え、これらの時間積分値に所定の係
数を乗じた値の合算値が所定の値になると、その時点で
プラズマクリーニング動作を停止させる構成によって
も、作業者の主観によらない客観的でより安定なプラズ
マクリーニング処理の終了時点の判定を正確に行える。

【００４９】即ち、圧力変化又は発光スペクトル強度の
時間積分値はガス化して除去される不要付着物の量に比
例し、パーティクル量の時間積分値はパーティクル化し
て除去される不要付着物の量に比例するので、各積分値
に比例係数を掛け、足し合わせることで、全不要付着物
の除去量を計算できる。

【００５０】そして、この計算値を計算する毎に所定の
値と比較して、計算値が所定の値と等しくなったらプラ
ズマクリーニング処理の終了時点と判定する。このとき
用いる所定の値については、過去の実験で既知となって
いるチャンバ内に付着する全不要付着物量を用いる。そ
こで、予め各種の成膜条件についての全不要付着物量を
データベース化してメモリに取り込んでおき、プラズマ
クリーニング処理の開始前にその時の成膜条件に合うも
のをメモリから呼び出して使用するものとする。

【００５１】また、排気系はチャンバの底面排気口から
真下に真っ直ぐに伸ばした排気配管を有し、排気配管の
途中であって、チャンバの底面から１０〜１００ｍｍ離
反した位置にパーティクル計数手段のセンサ部を取り付
ける構成によれば、パーティクルカウンタの測定感度を
向上でき、且つ正確に動作させることが可能になる。

【００５２】即ち、パーティクルカウンタをチャンバか
らあまりに離れた位置に取り付けると、チャンバからの
パーティクルが排気配管内に落下してカウントされない
不具合を生じたり、逆に、排気配管内に滞留したパーテ
ィクルがカウントされることで、プラズマクリーニング
処理で発生したパーティクルの測定感度を悪くしてしま
う一方、あまりにチャンバに近い位置にパーティクルカ
ウンタを取り付けると、成膜時にパーティクルカウンタ
自体に不要付着物が付いてしまったり、プラズマの光が
パーティクルカウンタに入り、正しく動作しなくなって
しまうからである。

【００５３】よって、パーティクルカウンタの取り付け
位置としては、上記の位置が好ましい。

【００５４】また、プラズマＣＶＤ装置の成膜時にパー
ティクル計数手段のセンサ部を５０〜２００℃に加熱す
る構成によれば、成膜時にパーティクルカウンタのセン
サ部に不要付着物が付きにくくなり、その分、精度のよ
い測定が可能になるからである。

【００５５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき具体的に説明する。

【００５６】（実施形態１）図１は本発明プラズマクリ
ーニング装置の実施形態１をこのプラズマクリーニング
装置を備えたプラズマＣＶＤ装置と共に示す。本実施形
態１のプラズマクリーニング装置は、プラズマＣＶＤ装
置の排気経路の途中に設けたパーティクルカウンタ１４
の測定結果、即ちパーティクルのカウント数に基づきプ
ラズマクリーニング処理の終了時点を判定する点に特徴
を有するものである。

【００５７】まず、図１に基づきプラズマＣＶＤ装置の
概略構成について説明する。チャンバ１の下部には試料
ウエハ２が載置されるサセプタ３が配置されており、そ
の内部には試料ウエハ２の加熱を行うヒータ４が配置さ
れている。

【００５８】また、チャンバ１の上部にはサセプタ３と
対向してシャワー電極６が配置されている。シャワー電
極６にはＲＦ電源８が接続され、ＲＦ電源８は制御部１
５によってオン・オフされる。

【００５９】チャンバ１の下部には排気配管５が連通さ
れ、真空ポンプ７によって１０ｍＴｏｒｒ以下の真空に
排気される。排気配管５の途中にはパーティクルカウン
タ１４が設けられている。

【００６０】加えて、チャンバ１の上端部には供給配管
９の一端部が連通され、供給配管９の他端側にはボンベ
１０、１１、１２が接続されている。ボンベ１０内には
ＳｉＨ₄、ＮＨ₃等の材料ガスが充填されており、供給配
管９を通してチャンバ１内にこの材料ガスが供給され
る。なお、図では省略してあるが、ボンベ１０は上記し
たガス種ごとに複数本設けられており、チャンバ１内に
はその混合ガスが供給される。また、ボンベ１１内には
プラズマクリーニング用のガスが充填され、ボンベ１２
内にはＮ₂ガスが充填されている。

【００６１】次に、窒化膜を成膜する場合を例にとっ
て、このプラズマＣＶＤ装置による試料ウエハ２に対す
る薄膜の形成工程について説明する。まず、サセブタ３
上に試料ウエハ２を載置する。次に、真空ポンプ７によ
り排気配管５を通してチャンバ１内を１０ｍＴｏｒｒ以
下の真空に排気する。次に、ヒータ４により試料ウエハ
２を３００〜４００℃程度に加熱する。

【００６２】試料ウエハ２が加熱されたら、ボンベ１０
から供給配管９とシャワー電極６を通してチャンバ１内
にＳｉＨ₄、ＮＨ₃等の混合ガスからなる材料ガスを供給
する。より具体的には、それぞれの材料ガスの流量を調
整し、例えば、ＳｉＨ₄を３０〜８０ｓｃｃｍ、ＮＨ₃を
５〜３５ｓｃｃｍ、Ｎ₂を５００〜１０００ｓｃｃｍ程
度流す。

【００６３】そして、チャンバ１内の圧力が２〜５Ｔｏ
ｒｒの範囲で設定した圧力になり、安定したら制御部１
５がＲＦ電源８をオンする。これにより、シャワー電極
６とサセプタ３との間に３００〜６００Ｗ程度の高周波
電界を印加し、チャンバ１内にプラズマを発生させる。
すると、プラズマによりエネルギーを得た材料ガスが、
加熱された試料ウエハ２上で反応して薄膜を生成する。
所望の膜厚が得られたらＲＦ電源８をオフする。一例と
して、７００ｎｍの膜厚を得るのに２分３０秒ほど放電
を加える。

【００６４】次に、材料ガスの供給を停止し、真空ポン
プ７によりチャンバ１内を１０ｍＴｏｒｒ以下に真空引
きする。そして、残留した材料ガスをチャンバ１内から
完全に無くすために、Ｎ₂ガスが充填されたボンベ１２
から供給配管９とシャワー電極６を通して、チャンバ１
内にＮ₂ガスを供給して窒素パージを行う。

【００６５】そして、窒素パージ後、窒化膜が成膜され
た試料ウエハ２は不図示のロードロック室へ搬送ロボッ
ト等により搬出される。

【００６６】以上が試料ウエハ２への成膜のプロセスで
あるが、このとき同時にチャンバ１の内壁やサセプタ３
及びシャワー電極６の表面にも不要付着物が堆積してし
まう。

【００６７】この不要付着物はプラズマクリーニング処
理によって除去される。以下にプラズマクリーニング処
理の概略について説明する。

【００６８】まず、サセプタ３上の試料ウエハ２を取り
出し、窒素パージ後、チャンバ１内を１０ｍＴｏｒｒ以
下に真空引きする。次に、チャンバ１内にボンベ１１か
らＣ₂Ｆ₆ガス及びＯ₂ガス等を混合したクリーニング用
のガスを、供給配管９とシャワー電極６を通して、チャ
ンバ１内に流量調整しながら供給する。一例として、Ｃ
₂Ｆ₆を５０〜２００ｓｃｃｍ、Ｏ₂を５０〜２００ｓｃ
ｃｍ程度流し、チャンバ１内の圧力が０．１から５Ｔｏ
ｒｒ程度になるように調整する。この時、サセプタ３は
ヒータ４で加熱していても、いなくてもよいが、２００
〜４００℃程度に加熱していた方が効率的にクリーニン
グできるので、実施する上で好ましいものになる。

【００６９】また、プラズマクリーニング用のガスの流
量は多いほど短時間でクリーニングできるが、チャンバ
１内の圧力は成膜時の圧力より低い方がプラズマがチャ
ンバ１内に拡がり易く、隅々までクリーニングできるの
で、排気のコンダクタンスを調整して適当に選択するも
のとする。

【００７０】そして、チャンバ１内の圧力が安定した
ら、ＲＦ電源８をオンしてシャワー電極６とサセプタ３
との間に高周波電界を印加し、チャンバ１内にプラズマ
を発生させる。すると、プラズマにより活性化したフッ
化ガスがチャンバ１の内壁等の不要付着物と反応してこ
れをガス化したり、パーティクル化して内壁等から放出
させる。

【００７１】そして、チャンバ１内の不要付着物が完全
に除去されたら、ＲＦ電源８をオフして放電を止め、プ
ラズマクリーニング用のガスの供給を停止し、チャンバ
１内を１０ｍＴｏｒｒ以下に真空引きする。その後、残
留したプラズマクリーニング用のガスを完全に無くすた
め、ボンベ１２から供給配管９とシャワー電極６を通し
て、Ｎ₂ガスをチャンバ１内に供給して窒素パージを行
う。以上のプラズマクリーニング処理によりチャンバ１
内は不要付着物が完全に除去され、清浄な状態に戻るの
で、再び、成膜プロセスを行うことが可能になる。

【００７２】次に、上記のプラズマクリーニング処理に
おける終了時点の判定方法について説明する。この判定
方法に本実施形態１のプラズマクリーニング装置は特徴
を有するものである。

【００７３】プラズマクリーニング処理の開始とともに
高いエネルギーを得たラジカル又はイオンがチャンバ１
の内壁や構造物、即ちシャワー電極６やサセプタ３の表
面の不要付着物と反応し、ガス化すると共にパーティク
ルが発生する。このパーティクルはチャンバ１内のガス
の流れにより排気配管５から排気されるが、その途中に
取り付けたパーティクルカウンタ１４によりその数がカ
ウントされる。

【００７４】ここで、パーティクルカウンタ１４の取り
付け位置については注意が必要である。即ち、チャンバ
１からあまりに離れた位置にパーティクルカウンタ１４
を取り付けると、チャンバ１からのパーティクルが排気
配管５内に落下してカウントされない不具合を生じた
り、逆に、排気配管５内に滞留したパーティクルがカウ
ントされることで、プラズマクリーニング処理で発生し
たパーティクルの測定感度を悪くしてしまうからであ
る。

【００７５】一方、あまりにチャンバ１に近い位置にパ
ーティクルカウンタ１４を取り付けると、成膜時にパー
ティクルカウンタ１４自体に不要付着物が付いてしまっ
たり、プラズマの光がパーティクルカウンタ１４に入
り、正しく動作しなくなってしまうからである。

【００７６】このため、取り付け方法としては、チャン
バ１の底面の排気口からの排気配管５は真下に曲がりな
く伸ばし、その途中、即ち、チャンバ１の底面から１０
〜１００ｍｍ程度の位置にパーティクルカウンタ１４の
センサ部を取り付けるのがよい。また、成膜時にパーテ
ィクルカウンタ１４のセンサ部に不要付着物が付きにく
くするため、センサ部を構成する投光部・受光部をヒー
タ４で５０〜２００℃程度に加熱するとよい。

【００７７】図２はプラズマクリーニング処理時のパー
ティクルのカウント数の変化の一例を示す。但し、縦軸
はパーティクルのカウント数Ｎを表し、横軸は時間ｔを
表している。図２に示すように、本実施形態１では、時
刻ｔ１にＲＦ電源８をオンして、プラズマクリーニング
処理を開始し、時刻ｔ２にＲＦ電源８をオフしてプラズ
マクリーニング処理を終了している。放電開始時刻ｔ１
より前はパーティクルカウンタ１４のカウント値はノイ
ズレベルにある。これは、チャンバ１内や排気配管５に
積もった不要付着物が自然に粉化して生じた微粒子によ
るもので、パーティクルカウンタ１４の取り付けにもよ
るが、毎秒０〜２カウント程度の極少ない値である。

【００７８】プラズマクリーニング処理を開始すると、
クリーニングにより生じるパーティクルが排気されてき
て、カウント数が増加し始め、やがてピークを迎える。
このピークはチャンバ１の汚れ具合によって全く異なる
が、例えば、放電開始より５〜１０分後に毎秒４０から
１００カウントになる。クリーニングが進み、不要付着
物が少なくなってくると、カウント数は徐々に減少して
行き、不要付着物が全て除去されてチャンバ１内が清浄
な状態になると最初のノイズレベルへ戻る。

【００７９】本実施形態１では、このようなパーティク
ルカウント数の変化をモニタし、カウント数が最初のレ
ベル（毎秒２カウント）まで減少したら、その時点をク
リーニング処理の終了時点と判定し、ＲＦ電源８をオフ
する。

【００８０】なお、ここでは、クリーニング放電開始前
のパーティクル量のレベルを終了判定レベルとしている
が、より厳しい条件の、完全なクリーニングが必要な場
合は、予め、成膜開始前のチャンバ１内がクリーンな状
態でプラズマクリーニング処理を行い、パーティクル量
のレベルを求めておき、それを終了判定レベルとすると
よい。これらの終了判定レベルは装置構造やパーティク
ルカウンタの機種、取り付けにより異なる。

【００８１】なお、本実施形態１で例示した成膜・クリ
ーニング条件の数値は、チャンバ１の構造等により変わ
るものであり、特に本発明を代表する数値ではない、本
発明はこれらの数値が変わっても適用できるものであ
る。更に、本実施形態１でプラズマクリーニング処理の
終了時点の判定に使用する終了判定レベルについても、
チャンバ１の構造、検出手段の種類、取り付け方や、ど
の程度までのクリーニング度を必要とするかなど、使用
環境・目的により大きく変える必要がある。

【００８２】また、本実施形態１では、窒化膜の成膜の
場合を示しているが、酸化膜、金属膜等についても、原
理的にはプラズマクリーニング時の次の反応、即ち、不
要付着物＋クリーニング用のガス→排気ガス＋パーティ
クルが、窒化膜の場合は、（ＳｉＮ）＋（Ｆ）→（ＳｉＦ＋Ｎ₂）＋（ＳｉＮ）となるのが、酸化膜の場合は、（ＳｉＯ）＋（Ｆ）→（ＳｉＦ＋Ｏ₂）＋（ＳｉＯ₂）となり、金属膜の場合は、（Ｍ）＋（Ｆ）→（ＭｘＦｙ）＋（Ｍ）但し、Ｍ：金属元素ｘ、ｙ：任意の自然数となるので、同様に適用できる。

【００８３】（実施形態２）図３は本発明プラズマクリ
ーニング装置の実施形態２を示す。本実施形態２のプラ
ズマクリーニング装置は、パーティクルカウンタ１４の
カウント値と圧力計１３の測定値に基づきプラズマクリ
ーニング処理の終了時点を判定する構成をとり、圧力計
１３を付加した点のみが実施形態１のプラズマクリーニ
ング装置とは異なっている。即ち、図２に示すように、
本実施形態２では、チャンバ１の図上左側壁にチャンバ
１内の圧力変化を測定する圧力計１３を設けており、そ
の他の構成は実施形態１と同様である。従って、実施形
態１と対応する部分については同一の符号を付し、重複
する説明は省略する。

【００８４】本実施形態２においても、実施形態１と同
様に、プラズマクリーニング処理中に発生するパーティ
クルは排気配管５の途中に取り付けたパーティクルカウ
ンタ１４で測定する。加えて、本実施形態２では、それ
と同時にプラズマクリーニング処理中のチャンバ１内の
圧力変化を圧力計１３により測定している。

【００８５】即ち、プラズマクリーニング処理の開始と
共にプラズマの粒子によりチャンバ１の内壁等から弾き
出された不要付着物のパーティクルが排気ガスとともに
排出されるので、それをパーティクルカウンタ１４によ
りモニタする。それと同時に、フッ化ガスと不要付着物
の反応で生じた放出ガスによりチャンバ１内の圧力は上
昇するので、これを圧力計１３によりモニタする構成を
とっている。

【００８６】このように、本実施形態２では、圧力計１
３とパーティクルカウンタ１４を両方備えることで、圧
力計１３からは不要付着物のガス化した分を、パーティ
クルカウンタ１４からは不要付着物のパーティクル化し
た分をモニタし、両方の測定結果を総合することで不要
付着物の全ての除去具合をモニタし、プラズマクリーニ
ング処理の終了時点を実施形態１よりも一層精度よく判
定する構成をとっている。

【００８７】以下にその詳細を図４を用いて説明する。
但し、同図（ａ）は圧力計１３の出力値、即ち、チャン
バ１内の圧力Ｐの時間変化を表し、同図（ｂ）はパーテ
ィクルカウンタ１４の出力値、即ち、パーティクルのカ
ウント数Ｎの時間変化を表わしており、これは図２のグ
ラフと同様である。

【００８８】同図（ａ）、（ｂ）共に横軸は時間を表
し、時刻ｔ１にＲＦ電源８をオンしてプラズマクリーニ
ング処理を開始し、時刻ｔ２にＲＦ電源８をオフしてプ
ラズマクリーニング処理を終了している。圧力Ｐはプラ
ズマクリーニング処理の開始前はクリーニング用のガス
の供給量と排気コンダクタンスで決まる圧力Ｐ０（同図
（ａ）では０．６Ｔｏｒｒ）になっている。

【００８９】プラズマクリーニング処理を開始すると、
クリーニング用のガスがプラズマ状態になることと、プ
ラズマ化したフッ化ガスと不要付着物の反応で生じたガ
スの放出により体積が増え、急に圧力が（同図（ａ）で
は０．６５Ｔｏｒｒに）増加し、その後、フッ化ガスと
不要堆積物の反応で生じるガスの放出により更に体積が
増え、圧力も増え、緩やかに増加して、ピークを迎え
（同図（ａ）では放電開始から９分後に０．６７Ｔｏｒ
ｒ）、反応が下火になるにつれ、徐々に一定の圧力Ｐ１
（０．６２Ｔｏｒｒ）へと減衰する。なお、Ｐ１は不要
付着物の無い状態で放電した時の圧力である。

【００９０】そして、十分に圧力がＰ１に収束し、圧力
変化がなくなった時点（同図（ａ）では放電開始から２
６分後）にプラズマクリーニング処理の終了時点と判定
して放電を停止する。すると、プラズマが消滅して最初
の圧力Ｐ０に戻る。ここで、圧力変化が無くなったかど
うかは、圧力計１３の出力が変化しなくなったかどうか
で判定する。本実施形態２では、出力分解能１ｍＴｏｒ
ｒの圧力計を用いて１０秒間の圧力変化が±２ｍＴｏｒ
ｒ以下であればガス化のクリーニング処理の終了時点と
判定した。カウント数Ｎについては実施形態１と同じ
で、放電開始前はカウント値はノイズレベルにあり、プ
ラズマクリーニング処理を開始するとクリーニングによ
り微粒子パーティクルが生じてカウント数Ｎが増加し始
める。クリーニングが進み、不要付着物が少なくなって
くるとカウント数Ｎは徐々に減少して行き、やがて、最
初のノイズレベルヘ戻る。

【００９１】圧力Ｐの変化もカウント数Ｎの変化も、一
般的にこの様な変化を辿るが、同じ条件で成膜とプラズ
マクリーニングを繰り返していても、いつも図４のよう
に同時に終了するのではなく、ある時は、不要付着物が
プラズマクリーニングでガス化するよりもパーティクル
になる量が多いため、圧力Ｐの変化が小さくカウント数
Ｎの変化が大きくなったり、逆に、ある時はガス化する
量の方が多いため、圧力Ｐの変化が大きく、カウント数
Ｎの変化が小さかったり、また、ある時はプラズマクリ
ーニング処理の前半にガス化が進み、後からパーティク
ルがよく出て、圧力Ｐのピークがカウント数Ｎのピーク
より時間的に先に起こったり、逆に、ある時は、後から
ガス化が起こって圧力Ｐのピークがカウント数Ｎのピー
クより後であったりする。

【００９２】そのため、チャンバ１内の圧力Ｐを単独で
モニタする従来の方法や、パーティクルのカウント数Ｎ
を単独にモニタする実施形態１の手法では、およそのプ
ラズマクリーニング処理の終了時点は判っても、確実な
終了時点の判定はできない。

【００９３】本実施形態２は、これをより正確に終了判
定するために、圧力Ｐとカウント数Ｎの両方をモニタし
て、圧力ＰはＰ１に、パーティクルカウント数Ｎはノイ
ズレベルに十分に収束した時点でプラズマクリーニング
処理の終了時点と判定する。この時点でチャンバ１内の
不要付着物は十分にガス化反応したか、表面から離脱し
て、全て除去されている。

【００９４】このため、本実施形態２のプラズマクリー
ニング装置によってプラズマクリーニング処理の終了時
点を判定すれば、プラズマクリーニングにおいて不要付
着物のガス化と微粒子パーティクルになる反応がどの割
合で起こり、どの様に進行してもチャンバ１内がクリー
ニングされたことを検知することができる。

【００９５】（実施形態３）図５は本発明プラズマクリ
ーニング装置の実施形態３を示す。本実施形態３のプラ
ズマクリーニング装置は、実施形態２の圧力計１３の代
わりに発光分析器１９を用いてプラズマクリーニング処
理中の不要付着物のガス化をモニタし、プラズマクリー
ニング処理の終了時点を判定する構成をとっており、そ
の他の構成は実施形態２と同様である。従って、実施形
態２と対応する部分には同一の符号を付して重複する説
明は省略し、以下に異なる部分について説明する。

【００９６】図５に示すように、チャンバ１の図上右側
壁には覗き窓１８が付いており、この覗き窓１８の外部
に発光分析器１９が、チャンバ１内での発光を観察でき
るように設置されている。

【００９７】図６はプラズマクリーニング処理中の発光
をスペクトル分析した結果を示す。図６において、横軸
は光の波長を表し、縦軸はその波長の光の強度（縦軸Ｗ
は単位のない相対量である）を表している。プラズマの
光は全ての波長の光を含むのではなく、幾つかの特定の
波長の光で構成されており、例えば図６で波長λ１の光
が強い強度を持っているが、これはフッ化ガスと不要付
着物が反応して生じたＳｉＦガスがプラズマからエネル
ギーを受けて出す光である。同様にλ２はフッ化ガス自
体がプラズマからエネルギーを受けて出す光である。プ
ラズマクリーニング処理の進行と共にチャンバ１内の不
要付着物が減少するので、λ１のピークは小さくなり、
逆に、λ２のピークは大きくなって行く。

【００９８】その様子を図７に示す。図７において、縦
軸Ｗは図６と同じく光の強度を示し、横軸ｔは時間を表
している。図６のλ１とλ２の光に注目し、その強度Ｗ
が時間と共にどうように変化するのかを示している。時
刻ｔ１にプラズマクリーニング処理を開始すると、始め
はフッ化ガスの多くが不要付着物と反応するので、λ１
の強度が強く、λ２の強度は弱い。反応が進み、不要付
着物が少なくなってくると、λ１が減少してきて、逆
に、λ２が増加してくる。チャンバ１内の不要付着物が
除去されて清浄な状態になると、λ１の光は０になり、
λ２は飽和する。

【００９９】ここで、プラズマクリーニング処理中のλ
１の光の強度をモニタすれば、不要付着物のガス化する
量をモニタすることになる。λ１とλ２は相補的な関係
（λ１の光が減るとλ２の光が増える）にあるので、λ
２の光の強度をモニタしてもよい。λ１の光が０になっ
たかどうかの判定は発光分析器１９の出力で図６のよう
に波長λ１の強度が他の波長の強度に比ベてピークにな
っているかどうかで判定する。

【０１００】本実施形態３の装置では、ピークの無い部
分での発光強度は５０００以下だったのでこれを判定レ
ベルとし、λ１の光の強度がそれ以下に下がった時をガ
ス化のプラズマクリーニング処理の終了時点と判定し
た。

【０１０１】また、λ２の光を使用する場合は、１０秒
毎に発光強度の変化を観察し、増加量が２０以下の時を
ガス化のプラズマクリーニング処理の終了時点と判定し
た。本実施形態２の装置で、不要付着物のガス化する量
をモニタし、実施例形態１のパーティクルカウンタ１４
で、不要付着物のパーティクル化する量をモニタした結
果と合わせることで、全不要付着物の除去をモニタでき
るので、実施形態２同様に正確なプラズマクリーニング
処理の終了時点の判定ができる。

【０１０２】（実施形態４）図８は本発明プラズマクリ
ーニング装置の実施形態４を示す。本実施形態４のプラ
ズマクリーニング装置は、圧力計１３とパーティクルカ
ウンタ１４の他に、計算機１６及びメモリ１７を備え、
計算機１６によりプラズマクリーニング処理の開始時点
からの圧力変化の積分値Σｐと、プラズマクリーニング
処理の開始時点からのトータルのパーティクル量Σｎを
演算し、これらの演算結果に基づきプラズマクリーニン
グ処理の終了時点を判定する構成をとっている。以下に
その詳細を説明する。なお、上記各実施形態と対応する
部分には同一の符号を付し重複する説明については省略
する。

【０１０３】図９（ａ）、（ｂ）は、図４（ａ）、
（ｂ）と同様に圧力計１３とパーティクルカウンタ１４
の出力の時間変化を示している。図９（ａ）中の斜線で
示した部分は、プラズマクリーニング処理の開始時点か
らの圧力変化の積分値Σｐを示している。

【０１０４】なお、圧力値のうち、Ｐ０からＰ１までの
変化、即ち、同図（ａ）中の点々で塗った部分について
は、プラズマが生じている間、クリーニング用のガス自
身のプラズマ化による圧力の増加分であり、常にオフセ
ット値として加わってくる。これは、不要付着物とは関
係ない一定値である。この部分については予め不要付着
物のない状態で、同じ条件でプラズマクリーニングを行
い、その値Ｐ１を求めておき、それを実際に、不要付着
物がある場合の圧力値Ｐから減ずる（Ｐ−Ｐ１）という
補正をする。この補正により不要付着物だけのガス化に
よる圧力値の増減の変化を求めることができ、これを積
分したものがΣｐになる。また、同図（ｂ）中の斜線で
示した部分はプラズマクリーニング処理の開始時点から
のトータルのパーティクル量Σｎを示している。

【０１０５】ここで、不要付着物のガス化した量Ｘｐと
Σｐとの間にはほぼ比例関係が成り立ち、また、不要付
着物のパーティクル化した量ＸｎとΣｎとの間にもほぼ
比例関係がなりたつ。即ち、それぞれ比例係数をα、β
とすると、下記（１）式、（２）式の関係が成立する。

【０１０６】Ｘｐ＝α・ΣＰ …（１）Ｘｎ＝β・Σｎ …（２）ここで、比例係数α、βはチャンバ１の容積やプラズマ
クリーニング処理時のガスの圧力、温度などにより異な
る。そこで、予め使用するチャンバ１の使用するプラズ
マクリーニング条件で成膜条件を同一にして成膜し（全
不要付着物量Ｘ０が同一の条件で）、クリーニングを行
う実験を数回行い、Σｐ、Σｎを求め、それからα、β
を求める。

【０１０７】例えば、パーティクルがあまり出ない場合
は、Ｘｐ≒Ｘより、比例係数αは下記（３）式で表され
る。

【０１０８】α≒Ｘ０／ΣＰ …（３）また、圧力があまり変化しない場合は、Ｘｎ≒Ｘ０よ
り、比例係数βは下記（４）式で表される。

【０１０９】β≒Ｘ０／Σｎ …（４）この比例係数α、βを初期値として、他のΣｐ、Σｎの
場合に合うように補正を加えて正確なα、βの値を求め
る。実際にはＸ０は求めることが困難なので、比例係数
α、βはＡ＝α／βのように比で求まる。

【０１１０】本実施形態４の装置では、Ａ＝１５０００
［個／Ｔｏｒｒ］の関係が得られた。この比例係数α、
βから、プラズマクリーニング処理の開始時点からの不
要付着物の除去された量Ｘが、下記（５）により求めら
れる。

【０１１１】Ｘ＝Ｘｐ＋Ｘｎ＝α・Σｐ＋β・Σｎ …（５）ここで、Ｘはプラズマクリーニング処理の開始時０で、
クリーニングの進行とともに増加し、最終的にある一定
値、即ち、全不要付着物量Ｘ０まで増加する。そこで、
過去の実験で既知の全不要付着物量の除去量を予定値Ｘ
０として、計算値Ｘの変化をモニタし、ＸがＸ０になっ
た時点をプラズマクリーニング処理の終了時点であると
判定する。

【０１１２】ここでもＸ０は絶対値で求まらず、下記
（６）式に示すように、Ｘ０＝α・Σｐ０＋β・Σｎ０＝（Ａ・ΣＰ０＋Σｎ０）・β …（６）未知のβを残した形になる。

【０１１３】ここで、Ａは先のα／βであり、Σｐ０と
Σｎ０はプラズマクリーニング処理の終了時のΣｐとΣ
ｎである。このプラズマクリーニング処理の終了時点の
判定方法は、上記実施形態１〜３の手法に比べて少し複
雑であるが、不要付着物の除去量の増加そのものをモニ
タできるので、もし真空ポンプ７の異常やガス供給系の
異常など、何らかの事情で作業者の気付かないうちにク
リーニング反応が途中で止まってしまっても、完全に不
要付着物が除去されたのか、それとも、まだ途中なのか
区別することが可能になる。

【０１１４】本実施形態４では、このプラズマクリーニ
ング処理の終了時点の判定方法を利用して、圧力計１３
の出力とパーティクルカウンタ１４の出力の変化を計算
機１６に取り込み、プラズマクリーニング処理の終了時
点を自動的に判定する構成をとっている。

【０１１５】図８において、制御部１５からの指令でＲ
Ｆ電源８がオンし、プラズマクリーニング処理が開始す
ると、同時に、制御部１５は計算機１６に指令を出し、
時刻ｔに圧力計１３で測定された圧力値Ｐ（ｔ）とパー
ティクルカウンタ１４で測定されたパーティクル量Ｎ
（ｔ）を計算機１６へ取り込む。計算機１６内ではこれ
ら入力データを使って終了判定を行い、終了と判定した
ら制御部１５へ終了信号を出す。

【０１１６】制御部１５は終了信号が入ったらＲＦ電源
８へ指令を出して放電をオフし、ププラズマクリーニン
グ処理を終了する。

【０１１７】メモリ１７には予め、実験して求めた各種
の成膜条件でチャンバ１内に堆積する全不要付着物の除
去量の予定値Ｘ０と、やはり実験で求めた各種のプラズ
マクリーニング条件での、クリーニング用のガス自身の
プラズマ化による圧力のオフセット分Ｐ１と、圧力変化
と不要付着物量の比例係数数α、パーティクル量と不要
付着物量の比例係数βをデータとして記憶させておき、
計算機１６が終了判定の計算をする際に適宜参照する。

【０１１８】計算機１６は実際に行った成膜に対応する
不要付着物除去量の予定値Ｘ０と、これから行うクリー
ニング条件に対応する圧力のオフセット分Ｐ１、比例係
数α、βをメモリ１７から取り出す。計算機１６はプラ
ズマクリーニング処理の進行中、各時刻ｔの圧力値Ｐｉ
＝Ｐ（ｔ）とパーティクル数Ｎｉ＝Ｎ（ｔ）をメモリ１
７へ格納すると同時に、リアルタイムでプラズマクリー
ニング処理の開始時点からのＰ（ｔ）とＮ（ｔ）の積分
値Σｐ＝ΣＰｉ（＝Ｐ１＋Ｐ２＋…十Ｐｉ）とΣｎ＝Σ
Ｎｉ（＝Ｎ１＋Ｎ２＋…十Ｎｉ）を計算し、Σｐから不
要付着物のガス化した量の推定値Ｘｐ＝α・Σｐを、Σ
ｎから不要付着物のパーティクルとなって排気された量
の推定値Ｘｎ＝β・Σｎを計算する。クリーニングで除
去された全不要付着物の推定値Ｘは、ＸｐとＸｎの和と
して計算できる。ＸとＸ０を比較してＸ＝Ｘ０となった
時点でチャンバ１内の不要付着物が全て除去されたと判
定し、プラズマクリーニング処理を終了する信号を制御
部１５へ送る。

【０１１９】計算機１６による上記の処理手順を図１０
に基づき今少し具体的に説明する。計算機１６は、プラ
ズマクリーニング処理が開始されると、まず、ステップ
Ｓ１でメモリ１７から上記のＰ１、α、β、Ｘ０を読み
出す。続いて、ステップＳ２でｉ＝０とする初期化を行
う。

【０１２０】次に、ステップＳ３でｉ＝ｉ＋１にインク
リメントする。続いて、ステップＳ４で、圧力計１３及
びパーティクルカウンタ１４からのデータを取り込み、
圧力値の補正を行う。続いて、ステップＳ５でプラズマ
クリーニング処理の開始時点からのデータの積算を行
う。そして、ステップＳ６でデータ積算値を不要付着物
の量に換算する。続いて、ステップＳ７で全不要付着物
量を演算し、ステップＳ８でＸ≧Ｘ０を確認した時点
で、プラズマクリーニング処理の終了時点であると判定
し、この処理を終了する。

【０１２１】本実施形態４の手法は、圧力計１３の代わ
りに、発光分析器１９を使用する場合も、オフセット分
Ｐ１が０になり、圧力値Ｐ（ｔ）を特定波長の発光強度
Ｗ（ｔ）と読み替えれば、全く同様に使用することがで
きる。

【０１２２】圧力計１３の代わりに、発光分析器１９を
使用する場合については、図１１のようになる。即ち、
圧力Ｐ（ｔ）のグラフが同図（ａ）に示す発光強度Ｗ
（ｔ）のグラフのようになり、オフセット分がなくなる
点が異なるが、それ以外は同じでΣｐと同様にΣＷを求
めればよい。

【０１２３】

【発明の効果】以上の本発明プラズマクリーニング装置
によれば、プラズマクリーニング処理中の排気ガスに含
まれるパーティクル量をパーティクル計数手段によりそ
の場で計数し、パーティクルのカウント値が所定の値に
収束した時点でプラズマクリーニング動作を停止させる
構成をとるので、プラズマクリーニング処理の終了時点
を正確に判定することができる。

【０１２４】また、特に請求項２記載のプラズマクリー
ニング装置によれば、チャンバ内の圧力を定期的に計測
することにより、チャンバ内の圧力変化を検出する圧力
変化検出手段を更に備え、プラズマクリーニング時のチ
ャンバ内の圧力が一定となり、且つパーティクル計数手
段の計測値が所定の値に収束すると、その時点でプラズ
マクリーニング動作を停止させる構成をとるので、プラ
ズマクリーニング処理の終了時点をより一層正確に判定
することができる。

【０１２５】また、特に請求項３記載のプラズマクリー
ニング装置によれば、発光スペクトル分析器を更に備
え、プラズマクリーニング時に発光スペクトル分析器に
より発光スペクトル強度を計測し、発光スペクトル強度
が所定の値に収束し、且つパーティクル計数手段の計測
値が所定の値に収束すると、その時点でプラズマクリー
ニング動作を停止させる構成をとるので、プラズマクリ
ーニング処理の終了時点をより一層正確に判定すること
ができる。

【０１２６】また、特に請求項４記載のプラズマクリー
ニング装置によれば、圧力変化検出手段により検出され
る圧力変化量の時間積分値及びパーティクル計数手段に
より計測されるパーティクル変化量の時間積分値を求
め、更にこれらの時間積分値に所定の係数を乗ずる演算
手段を備え、これらの時間積分値に所定の係数を乗じた
値の合算値が所定の値になると、その時点でプラズマク
リーニング動作を停止させる構成によれば、作業者の主
観によらない客観的でより安定なプラズマクリーニング
処理の終了時点の判定を正確に行える。

【０１２７】また、特に請求項５記載のプラズマクリー
ニング装置によれば、発光スペクトル分析器により検出
される発光スペクトル強度の時間積分値及びパーティク
ル計数手段により計測されるパーティクル変化量の時間
積分値を求め、更にこれらの時間積分値に所定の係数を
乗ずる演算手段を備え、これらの時間積分値に所定の係
数を乗じた値の合算値が所定の値になると、その時点で
プラズマクリーニング動作を停止させる構成をとるの
で、作業者の主観によらない客観的でより安定なプラズ
マクリーニング処理の終了時点の判定を正確に行える。

【０１２８】また、特に請求項６記載のプラズマクリー
ニング装置によれば、排気系はチャンバの底面排気口か
ら真下に真っ直ぐに伸ばした排気配管を有し、排気配管
の途中であって、チャンバの底面から１０〜１００ｍｍ
離反した位置にパーティクル計数手段のセンサ部を取り
付ける構成をとるので、パーティクルカウンタの測定感
度を向上でき、且つ正確に動作させることが可能にな
る。

【０１２９】また、特に請求項７記載のプラズマクリー
ニング装置によれば、プラズマＣＶＤ装置の成膜時にパ
ーティクル計数手段のセンサ部を５０〜２００℃に加熱
する構成によれば、成膜時にパーティクルカウンタのセ
ンサ部に不要付着物が付きにくくなり、その分、精度の
よい測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明プラズマクリーニング装置の実施形態１
をプラズマＣＶＤ装置と共に示す模式図。

【図２】実施形態１のプラズマクリーニング装置に装置
されるパーティクルカウンタの出力の時間変化を示すグ
ラフ。

【図３】本発明プラズマクリーニング装置の実施形態２
をプラズマＣＶＤ装置と共に示す模式図。

【図４】（ａ）は実施形態２のプラズマクリーニング装
置に装置される圧力計の出力の時間変化を示すグラフ、
（ｂ）はパーティクルカウンタの出力の時間変化を示す
グラフ。

【図５】本発明プラズマクリーニング装置の実施形態３
をプラズマＣＶＤ装置と共に示す模式図。

【図６】実施形態３のプラズマクリーニング装置に装置
される発光分析器で観測したプラズマクリーニング中の
発光スペクトルを示すグラフ。

【図７】実施形態３のプラズマクリーニング装置に装置
される発光分析器で観測した特定波長の発光強度の時間
変化を示すグラフ。

【図８】本発明プラズマクリーニング装置の実施形態４
をプラズマＣＶＤ装置と共に示す模式図。

【図９】（ａ）は実施形態４のプラズマクリーニング装
置に装置される圧力計の出力の時間変化を圧力変化の積
分値Σｐと共に示すグラフ、（ｂ）はパーティクルカウ
ンタの出力の時間変化をパーティクル量の積分値Σｎと
共に示すグラフ。

【図１０】プラズマクリーニング処理の終了時点を判定
する計算機の処理手順を示すフローチャート。

【図１１】（ａ）は発光強度の時間変化を発光強度の積
分値ΣＷと共に示すグラフ、（ｂ）はパーティクルカウ
ンタの出力の時間変化をパーティクル量の積分値Σｎと
共に示すグラフ。

【符号の説明】

１チャンバ２試料ウエハ３サセプタ４ヒータ５排気配管６シャワー電極７真空ポンプ８ＲＦ電源９供給配管１０、１１、１２ボンベ１３圧力計１４パーティクルカウンタ１５制御部１６計算機１７メモリ１９発光分析器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマＣＶＤ装置の真空状態にあるチ
ャンバ内にクリーニング用のガスを導入し、続いて、該
ガスをプラズマ状態にし、該チャンバの内壁及び該チャ
ンバ内の構造物に付着した不要付着物と反応させ、反応
物をガス化して該チャンバから排気することによりプラ
ズマＣＶＤ装置のクリーニングを行うプラズマクリーニ
ング装置であって、反応物をガス化してなる排気ガスを該チャンバから排気
する排気系にパーティクル計数手段を設け、プラズマク
リーニング時において、該パーティクル計数手段により
該排気ガス中に含まれる微粒子パーティクルの数を計測
し、計測値が所定の値に収束すると、その時点でプラズ
マクリーニング動作を停止させるように構成したプラズ
マクリーニング装置。
【請求項２】前記チャンバ内の圧力を定期的に計測す
ることにより、該チャンバ内の圧力変化を検出する圧力
変化検出手段を更に備え、プラズマクリーニング時の該
チャンバ内の圧力が一定となり、且つ前記パーティクル
計数手段の計測値が所定の値に収束すると、その時点で
プラズマクリーニング動作を停止させるように構成した
請求項１記載のプラズマクリーニング装置。
【請求項３】前記チャンバのビューポート等に設けた
発光スペクトル分析器を更に備え、プラズマクリーニン
グ時に該発光スペクトル分析器により発光スペクトル強
度を計測し、該発光スペクトル強度が所定の値に収束
し、且つ前記パーティクル計数手段の計測値が所定の値
に収束すると、その時点でプラズマクリーニング動作を
停止させるように構成した請求項１記載のプラズマクリ
ーニング装置。
【請求項４】前記圧力変化検出手段により検出される
圧力変化量の時間積分値及び前記パーティクル計数手段
により計測されるパーティクル変化量の時間積分値を求
め、更にこれらの時間積分値に所定の係数を乗ずる演算
手段を備え、これらの時間積分値に所定の係数を乗じた
値の合算値が所定の値になると、その時点でプラズマク
リーニング動作を停止させるように構成した請求項２記
載のプラズマクリーニング装置。
【請求項５】前記発光スペクトル分析器により検出さ
れる発光スペクトル強度の時間積分値及び前記パーティ
クル計数手段により計測されるパーティクル変化量の時
間積分値を求め、更にこれらの時間積分値に所定の係数
を乗ずる演算手段を備え、これらの時間積分値に所定の
係数を乗じた値の合算値が所定の値になると、その時点
でプラズマクリーニング動作を停止させるように構成し
た請求項３記載のプラズマクリーニング装置。
【請求項６】前記排気系は前記チャンバの底面排気口
から真下に真っ直ぐに伸ばした排気配管を有し、該排気
配管の途中であって、該チャンバの底面から１０〜１０
０ｍｍ離反した位置に前記パーティクル計数手段のセン
サ部を取り付けた請求項１〜請求項５のいずれかに記載
のプラズマクリーニング装置。
【請求項７】前記プラズマＣＶＤ装置の成膜時に前記
パーティクル計数手段のセンサ部を５０〜２００℃に加
熱するようにした請求項１〜請求項６のいずれかに記載
のプラズマクリーニング装置。