JPS6370428A - プラズマ処理装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は反応性ガスのプラズマによって基板を処理す
るプラズマ処理装置に関するもので、特にこのプラズマ
処理装置の反応容器内壁等をクリーニングするための手
段を具備したプラズマ処理装置に関するものである。

（従来の技術） 反応性ガスのプラズマによって基板を処理するプラズマ
処理装置は、ドライエツチング装置、プラズマＣＶＤ装
置等としてよく知られており、こわら装置は例えば半導
体集積回路を製造するための工程中の各所で用いられて
いる。

第３図は、プラズマ処理装置の一例の従来から広く用い
ろわている平行平板型反応性イオンエツチング装置を概
略的に示す構成図である。

以下、第３図を参照してこのイオンエツチング装置の構
造と、例えばシリコン基板上に形成されたアルミ薄膜を
例えばＳ　ｉ　Ｃｆｌ　４ガスを用いてエツチングする
処理とにつき簡単に説明する。

反応容器１１の内部には平行平板の高周波電極１３及び
１５がそれぞれ配置されている。基板搬送機構１７によ
ってロードロック１９からゲートバルブ２１をを通じ、
上述の被処理基板（図示せず）が下部電極１３上に載置
される。基板を載置した後、ゲートバルブ２１を閉じ、
プロセスガス（反応性ガス）である例えば５ｉＣｕ、＋
を、ガス流量制御器２３及び反応性ガス導入バルブ２５
を通じ、反応容器１１内に導入する。導入された反応性
ガスは、第−排気バルブ２７及び排気導管２９を通り図
示していない真空ポンプ（第一排気手段）によって排気
される。この間、第一排気バルブ２７のコンダクタンス
を調整することによって反応容器１１内の圧力を所定の
値に保ちながら、高周波電源３１によって電極１３及び
１５間に高周波′准圧を印加し、この際に生ずる反応性
ガスのプラズマによって上述の被処理基板は工・ソチン
グ処理される。

このようにしてエツチングが行なわれた後、ガス導入バ
ルブ２５を閉じ、続いて反応容器１１内を真空に排気す
る。エツチング処理済み基板は搬送機構１７によって反
応容器１１内から取り出さね、代りに未処理の基板が反
応容器ｌｌ内に搬送される。

このようにして、多数枚の被処理基板が順次にエツチン
グされる。

ところで、このようなプラズマ処理装置を用い上述のよ
うな反応性ガスによるプラズマ処理を多数回行なった場
合、反応性ガスの重合物や反応生成物がこのプラズマ処
理装置の反応容器内壁、電極、或いは基板支持体等に堆
積する。これがため、エツチング処理装置の場合であれ
ばエツチング特性の劣化を招くこと、又、ＣＶＤ装置等
の場合であわば付着膜の特性変化を招くこと、さらに、
両装置において被処理基板上へのゴミ付着が起こること
等の問題が生じる。

従って、このような問題の発生を防止しプラズマ処理装
置の籾量特性を維持するためには、この装置の反応容器
内を大気に開放しこの容器の内壁等をクリーニングする
必要かあった。尚、第３図中３３は反応容器を大気に開
放するためにこの容器内に窒素ガス等を導入するための
ベントバルブを示す。

ところで、反応性ガスとして例えば上述したようなＳｉ
Ｃ，Ｑ４或いはこの５ｉＣｆｉ４と他のカスとの混合ガ
スを使用し基板をプラズマ処理した場合、反応容器内壁
等には塩化シリコン系の重合物が堆積する。又、この反
応容器を大気に開放するとこれらの重合物と、大気中に
含まれる水蒸気とが反応して多量のシリコン酸化物及び
塩化水素を発生する。従って、上述したようなりリーニ
ングを行うために反応容器を大気に開放すると、上述の
反応で生ずる塩化水素が反応容器内及びその周辺に充満
することになり、よって、プラズマ処理装置周辺の金属
を腐食させたり、又、人体に危害をおよぼしたりするこ
ととなる。

このため、このようなりリーニングを行う際には、塩化
水素の悪影響の対策として、塩１゛ヒ水素を迅速に排気
するために排気能力の大きな排気ダクトを用いたり防毒
マスクを着用したりすること等の配慮が必要であった。

しかし、このような配慮を行った場合であっても、上述
したような反応が完全に終了するまでクリーニング作業
の実施を見合わせなければならないという欠点があった
。

又、プラズマ処理装置がクリーンルーム内に設置されて
いるような場合には、排気ダクトの能力にも制限がある
ので、塩化水素臭の除去を完全に行うことは難かしく、
このため、クリーニング作業の実行をより困難なものと
しているという欠点があった。

これら欠点を解決するためのクリーニング方法としては
、例えば、この出願の出願人に係る特願昭６０−８９４
９９号公報に開示されているものがあり、この方法は、
反応容器中に水蒸気を含んだガスを導入し、その後この
ガスを真空ポンプで排気し、これら操作を繰返して行う
ものであった。この方法によれば、クリーニング時の処
理装置内の塩化水素臭をある程度軽減することが出来た
。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述の方法であっても、堆積物による汚
れがひどい場合は、水蒸気を含ませたガス中の水蒸気だ
けでは上述の反応が充分に進行せず、ガス導入と真空排
気とを何度も縁り返し行わなければならず、この作業に
多大な時間が必要であるという問題点かあフた。

又、堆積物と水蒸気との反応の終点を検出することが難
かしいという問題点があった。さらに、反応容器内に発
生した塩化水素をこの反応容器内に閉じ込めることにな
るため、反応容器内の腐食も激しくなるという問題点が
あった。

この発明の目的は、上述した問題点を解決し、堆積物と
水蒸気との反応を比較的短時間で終了させることが出来
、かつ、この反応の終了を検知することが出来ると共に
、反応容器内の腐食を極力おさえることのできるプラズ
マ処理装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明のプラズマ処理装
置によれば、反応容器と、この反応容器内を真空に排気
するための第一排気手段と、前述の反応容器内に反応性
ガスを供給する手段と、前述の反応容器内の反応性ガス
をプラズマ化する手段とを有し、かつ、前述の反応容器
内に水蒸気とこの水蒸気用のキャリアガスとを供給する
手段と、この水蒸気とこのキャリアガスとを導入しなが
ら前述の反応容器内のガスを排気する第二排気手段とを
具えることを特徴とする。

尚、水蒸気用のキャリアガスとしては、例えばＮ　２，
０２．Ａ　ｒ、Ｈｅ及びＮ　Ｈ３の群から選ばれた一種
のガス又は二種以上の混合ガスを用いるのが好適である
。

又、前述の反応容器内に前述の水蒸気を含むキャリアガ
スを供給する手段は水を貯蔵した容器と、この貯蔵容器
内に前述のキャリアガスを供給する手段とを具えるのが
好適である。

又、前述の第二排気手段は、回転翼付き排風機及びこの
排風機と、前述の反応容器との間に設けられた開閉器を
具えるのが好適である。

さらに、この発明の実施に当り、例えば前述の第二排気
手段は、前述の反応容器内から排気されたガス中の塩化
水素を検知する手段を具えるように構成しても良い。

（作用） このように構成すれば、反応容器内壁等をクリーニング
するに当り、水蒸気が反応容器内に常に供給され、一方
、この水蒸気と反応容器内の堆積物との反応生成物であ
る塩化水素は第二排気手段によって反応容器外に排出さ
れる。このため、水蒸気と堆積物との反応が比較的短時
間に進行して塩化水素の放出がおさまるばかりでなく塩
化水素が反応容器内に充満しないため、反応容器の腐食
を極力抑えることも可能である。

尚かつ、例えば第二排気手段の排気管の途中に塩化水素
検知器を設置しておけば、反応終了を速やかに検知する
ことができる。

（実施例） 以下、第１図及び第２図を参照してこの発明のプラズマ
処理装置につき説明する。尚、これらの図面はこの発明
が理解出来る程度に概略的に示しであるにすぎず、各構
成成分の寸法、形状及び配置関係等は図示例に限定され
るものではない。

又、従来と同一の構成成分については同一の符号を付し
て示しである。

第１図は、この発明のプラズマ処理装置を従来の平行平
板型反応性イオンエツチング装置に適用した場合の実施
例を示す構成図である。

先ず、第１図を参照してこの装置の概要につき説明する
が、第３図を用いて既に説明した従来の構成成分につい
てはその説明を省略する。

４１は反応容器１１内に水蒸気と、この水蒸気用のキャ
リアガスとを供給する手段を示し、この実施例の場合こ
の手段は、密閉容器内に水を貯蔵させ構成された水貯蔵
容器４１ａと、この水貯蔵容器４］ａの水中に水蒸気用
のキャリアガスを供給する配管部４１ｂと、水貯蔵容器
４１ａから水蒸気を含むキャリアガスを反応界ｉｌｌに
供給・停止するだめの水蒸気導入バルブ４１ｃとを具え
たものとしである。

又、５１は第二排気手段を示し、この実施例の場合、こ
の第二排気手段は回転翼付き排風機５１ａと、この排風
機５１ａ及び反応容器１１間に設けられた第二排気バル
ブ５１ｂとを具えたものとしである。又５この実施例の
場合、排風機５１ａ及び第二排気バルブ５Ｉｂ間の配管
の途中に、反応容器ＩＩから排気されるガス中の塩化水
素の濃度を検知するための塩化水素濃度検知器５３を設
けである。

上述のような、水蒸気を含むキャリアガスを供給する手
段４１と、第二排気手段５１とを具備したこの発明に係
る平行平板型反応性イオンエツチング装置で基板をプラ
ズマ処理する場合は、先ず、水蒸気導入バルブ４１ｃと
第二排気バルブ５１ｂとを閉じた状態としたうえで、第
３図を用いて既に説明したような手順に従ってこの装置
を動作させわば基板をプラズマ処理することが出来る。

すなわち、反応容器１１内に設けられた平行平板の高周
波電極１３及び１５のうちの電極１３上に、基板搬送機
構１７によってロードロック１９からゲートバルブ２１
を通し被処理基板を載置する。その後、ゲートバルブ２
１を閉じ、反応性ガスとして例えば５ｉＣｆｆｉ４を、
ガス流量制御器２３及び反応性ガス導入バルブ２５を介
して反応容器ｌｌ内に導入する。

導入された反応性ガスは、第一排気バルブ２７及び排気
導管２９を通り図示していない真空ポンプ（第一排気手
段）により排気される。この間、第一排気バルブ２７の
コンダクタンスを調整し反応容器１１内の圧力を所定の
値に保ちながら、高周波電源３１を用い電極１３及び１
５間に高周波電圧を印加して反応性ガスのプラズマを発
生させ、これによって基板に対するエツチング処理を行
う。

エツチングを行った後、ガス導入バルブ２５を閉じ、続
いて反応容器１１内を真空に排気する。エツチング処理
済基板を搬送機構１７によって反応容器ｌｌ内から取り
出し、代りに未処理の基板を反応容器１１内に搬送する
。

このようにして、多数枚の被処理基板を順次にエツチン
グすることが出来る。

次に、この発明の平行平板型反応性イオンエツチング装
置が具備するクリーニング処理の能力につき説明する。

既に説明したように、多数枚の基板に対して上述したよ
うなエツチング処理を行うと、反応容器内壁や高周波電
極表面には塩化ケイ素系の重合物が堆積してくる。又、
この堆積物の堆積量が過度となると種々の弊害が生じる
ので、この弊害を防止するため反応容器ＩＩ内を大気に
対して開放し容器内をクリーニングする必要があること
も既に説明した。

この発明に係るクリーニング処理においては、最初に反
応容器１１を大気から隔絶する。つまり、第一排気バル
ブ２７を介して図示しない第−排気手段によって反応容
器ｌｌ内を充分に排気しこの反応容器１１内を負圧とし
、その後、第一排気バルブ２７を閉じる。次に、水貯蔵
容器４１ａを通した水蒸気用キャリアガス例えば窒素カ
スを、水蒸気導入バルブ４１ｃを開いて反応容器ｌｌ内
に導入する。この実施例の場合、窒素ガスは水貯蔵容器
４１ａに貯蔵されている水中を一度通った後水貯蔵容器
４１ａの上部空間に貯蔵されるように構成しであるので
、反応容器ｌｌ内には水蒸気を含む窒素ガスが導入され
る。そのため、反応容器ｌｌ内の圧力が、予め設定され
た窒素ガス流量に従い上昇し大気圧に近くなるにつれ窒
素ガスが含む水蒸気と、反応容器ｌｌ内でエツチング処
理の際に形成された塩化ケイ素系重合物とが反応し、そ
の結果多量の塩化水素とシリコン酸化物とが形成される
。

この時、第二排気バルブ５１ｂを開け、回転翼付き排風
機５１ａによって反応容器ｌｌ内の塩化水素を含むガス
を排気する。この排気に当り、例えば第二排気バルブ５
１ｂと、排風機５１ａとの間に設けられた塩化水素濃度
検知器５３によって、反応容器１１内から排気されるガ
ス中の塩化水素量をモニターすれば、塩化ケイ素系重合
物が水蒸気と完全に反応し、塩化水素ガスが許容濃度以
下になった時点をモニターすることが出来る。

上述の水蒸気を含む窒素ガスの導入を、所定時間或いは
塩化水素ガス検知器５３の指示値が所定濃度（許容濃度
）以下になるまで行った後、水蒸気導入バルブ４１ｃを
閉じ、続いて第二排気バルブ５１ｂを閉じる。

次に、ガス排気バルブ２７を開き、図示しない第一排気
手段によって反応容器１１内を真空に排気した後、この
ガス排気バルブ２７を閉じる。

その後、ガス流量制御器２３及び反応性ガス導入バルブ
２５を介して例えば三弗化窒素等のようにシリコン酸化
物を除去するに好適なガスを反応容器１１内に導入し、
この三弗化窒素のプラズマによって容器内壁等に付着し
ているシリコン酸化物を除去する。再び、反応容器１１
内をガス排気バルブ２７を介して図示しない第一排気手
段によって真空に排気した後、ガス排気バルブ２７を閉
じ、次に、ベントバルブ３３によって窒素ガスを導入し
、反応容器１１を大気圧として反応容器を開け、この反
応容器内のクリーニングを行なう。

この時、既に、未反応の塩化ケイ素系重合物はほとんど
存在しないため、これと、大気中の水蒸気とが反応する
こともない。従って、塩化水素量もないため、クリーニ
ング作業を安全に行えるばかりでなく周辺の金属が塩化
水素によって腐食されることも防止出来る。

尚、この発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。

例えば水蒸気を含むキャリアガスを供給する手段４１を
第２図に示すような構成とした場合であってもこの発明
の目的を達成することが出来る。

第２図に示した水蒸気を含むキャリアガス供給手段４１
はその内部にヒーター４１ｄを具備した構造と成ってい
て、内部に貯蔵された水を水蒸気とすることが出来るよ
う構成しである。従って、この構成によれば供給された
窒素ガスは飽和量の水蒸気を含んで反応容器１１に供給
されることはもとより、負圧となっている反応容器ｌｌ
内に水蒸気自体が供給されることも期待出来る。

又、上述した実施例においては、水蒸気用キャリアガス
を窒素ガスとした例で説明したが、この素、アンモニア
、空気等のうちの一種のガス、又は、二種以上の混合ガ
ス等のどのようなガスとしても良い。尚、このキャリア
ガスをアンモニアとした場合であれば、塩化水素を中和
する働きも期待でき、好適である。ところで、この実施
例で云うキャリアガスとは、反応容器】ｌ内に水蒸気を
意図的に供給するため、この水蒸気を含ませるためのガ
スのことであり、Ｓ　ｉ　Ｃ１１４等の反応性ガスでな
いこと明らかである。

又、水蒸気を含むガスと塩化ケイ素系重合物とを反応さ
せる手順については、上述の実施例以外の方法であって
も良い。例えば、水蒸気導入バルブ４１ｃを閉じた後に
、第二排気バルブ５１ｂを開けても良い。

又、上述した実施例においては、塩化水素濃度検知器５
３を具備させたイオエッチング装置の例で説明を行なっ
たが、この塩化水素濃度検知器５３は必ずしも必要なも
のでは無く、例えば堆積物と水蒸気とが反応するために
必要な所定時間を予め調＆イ＋）、％　　ｚ／＋＋１ｈ
（：中ｎ−ｈＦＪ１１１−ｌＬ小ｎｔｎ１１＜↓π竺宿
〕を行うようにし、クリーニング処理を行っても良い。

又、第二排気手段をこの発明の目的の達成出来る範囲内
で他の構成としても良い。すなわち、水蒸気を含むガス
の供給能力を考慮し、水蒸気を含むガスを適度に反応容
器ｌｌ内に滞留させこの間に堆積物と水蒸気との反応を
行わせ、かつ、反応によって生じた塩化水素を排気する
ことが出来るような排気能力を具えた排気手段とするの
が好適である。従って、例えば、第二排気手段から適当
な排気量調整器を介して反応容器に至る配管を設け、こ
の系をクリーニング処理時には第二排気手段として用い
ることも可能である。

さらに、上述した実施例においては、この発明を反応性
イオンエツチング装置に通用した例について説明したが
、例えばプラズマＣＶＤ装置等にこの発明を適用しても
同様な効果が得られる。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明のプラズ
マ処理装置によれば、プラズマ処理を従来通りに行える
ことはもとより、反応容器内壁等への堆積物と、水蒸気
との反応を比較的短時間で終了させることが出来、かつ
、この反応の終了を検知することが出来る。これがため
、安全に然も迅速に、周囲に対して悪影響を与えること
なく反応容器内をクリーニングすることが出来る。従っ
て、この発明の工業的利用価値は非常に大きなものと云
える。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のプラズマ処理装置の一実施例を示す
平行平板型反応性イオンエツチング装置の構成図、 第２図はこの発明に係る水蒸気発生器の他の実施例の説
明図、 第３図は従来の平行平板型イオンエツチング装置を示す
構成図である。 ＩＩ・・・反応容器、　　　１３．１５・・・高周波電
極１７・・・基板搬送機構、　１９・・・ロードロック
２１・・・ゲーＰバルブ、　２３・・・ガス流量ＭＪ御
器２５・・・反応性ガス導入バルブ ２７・・・第二排気バルブ、２９・・・排気導入管３１
・・・高周波′市源、　　３３・・・ベントバルブ４１
・・・水蒸気を含むガスの供給手段４１ａ・・・水貯蔵
容器、　４１ｂ・・・配管部４１ｃ・・・水ｌを気導入
パルブ イ１ｄ・・・ヒーター ５１・・・第二排気手段、　５１ａ・・・回転翼付き排
風機５１ｂ・・・第二排気バルブ ５３・・・塩化水素濃度検知器。 特　許　出　願　人　日電アネルバ株式会社この亦口月
のブラズ々づ乍工里メ瞥１のイ也／ｌ　Ｔ’３ｅ　（幻
の名マ明図第２図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応容器と、該反応容器内を真空に排気するため
   の第一排気手段と、該反応容器内に反応性ガスを供給す
   る手段と、前記反応容器内の反応性ガスをプラズマ化す
   る手段とを有し、前記反応容器内に載置された基板を前
   記反応性ガスのプラズマによって処理するプラズマ処理
   装置において、前記反応容器内に水蒸気及び該水蒸気用
   のキャリアガスを供給する手段と、 該水蒸気及び該キャリアガスを導入しながら前記反応容
   器内のガスを排気する第二排気手段とを具えることを特
   徴とするプラズマ処理装置。
2. （２）前記キャリアガスを、Ｎ＿２、Ｏ＿２、Ａｒ、Ｈ
   ｅ及びＮＨ＿３の群から選ばれた一種のガス又は二種以
   上の混合ガスとしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のプラズマ処理装置。
3. （３）前記水蒸気を含むキャリアガスを供給する手段は
   、 水を貯蔵した容器と、 該貯蔵容器中に前記キャリアガスを供給する手段と を具えることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   プラズマ処理装置。
4. （４）前記第二排気手段は、 回転翼付き排風機及び 該排風機と、前記反応容器との間に設けられた開閉器 を具えることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   プラズマ処理装置。
5. （５）反応容器と、該反応容器内を真空に排気するため
   の第一排気手段と、該反応容器内に反応性ガスを供給す
   る手段と、前記反応容器内の反応性ガスをプラズマ化す
   る手段とを有し、前記反応容器内に載置された基板を前
   記反応性ガスのプラズマによって処理するプラズマ処理
   装置において、前記反応容器内に水蒸気と該水蒸気用の
   キャリアガスとを供給する手段と、 該水蒸気と該キャリアガスとを導入しながら前記反応容
   器内のガスを排気する第二排気手段と、前記反応容器内
   から排気されたガス中の塩化水素を検知する手段と を具えることを特徴とするプラズマ処理装置。