(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系を備えて内部が排気可能に構成された反応容器と、該反応容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、薄膜作成用の反応性ガスを反応容器内へ導入するガス導入手段とを有し、該プラズマ形成手段によってプラズマを生成しこのプラズマによって反応性ガスを反応させ、反応容器内に配置された基板に基板薄膜を作成するプラズマＣＶＤ装置であって、
前記ガス導入手段は、前のプラズマＣＶＤ処理によって反応容器内の構成物に付着残留した材料と反応してこの材料を除去するクリーニングガスを導入するガス導入系と、この除去の後に反応容器内に付着残留したクリーニングガス材料を除去するための後処理用ガスを導入するガス導入系とを含み、
この後処理用ガスのガス導入系は、作成する基板薄膜の含有元素と共通した元素を有する材料であって前記クリーニングガス材料と反応して揮発物を生成することが可能な反応性ガスを後処理用ガスとして導入するものであり、
さらに、前記プラズマ形成手段は、付着残留したクリーニングガス材料に後処理用ガスを反応させて前記排気系により排気される揮発物を生成してクリーニングガス材料を閉じ込めることなく除去することが可能なプラズマを形成するものであり、かつ、前記基板薄膜を作成する際に比べて小さい電力を投入してこのプラズマを形成するものであることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記後処理用ガスには、前記薄膜作成用の反応性ガスと同じガスが採用されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記後処理用ガスのガス導入系は、前記プラズマ形成手段が与えるエネルギーの単位エネルギー当たりの流量が基板薄膜の作成時よりも多くなるように後処理用ガスを後処理の際に反応容器に導入することができるよう構成されていることを特徴とする請求項２記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記基板に作成する基板薄膜は珪素系の薄膜であり、前記クリーニングガスはフッ素系のガスであり、前記後処理用ガスはシランであることを特徴とする請求項１，２又は３記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記後処理用ガスとの反応による前記クリーニングガス材料中の除去すべき化学種の減少をモニターするモニター手段を備えていることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記モニター手段は、前記クリーニングガス材料中の除去すべき化学種の減少によって変量する反応容器内の生成物のプラズマ発光強度を検出する分光器であることを特徴とする請求項５記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項７】
前記モニター手段からの信号により、前記クリーニングガスを除去するための後処理を停止させる制御部を備えたことを特徴とする請求項６記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項８】
前記後処理用ガスのガス導入系は、後処理用ガスによって堆積する薄膜の堆積速度が反応律速状態となる条件で後処理用ガスを後処理の際に導入するものであり、前記プラズマ形成手段は、前記クリーニングガス材料を閉じ込めることなく除去することが可能なプラズマを、後処理用ガスによって堆積する薄膜の堆積速度が反応律速状態となる条件で形成するものであることを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項９】
排気系を備えて内部が排気可能に構成された反応容器内に基板を配置し、該反応容器内にプラズマを形成するとともに薄膜作成用の反応性ガスを反応容器内へ導入してプラズマにより所定の反応を生じさせて基板に基板薄膜を作成する際に、前のプラズマＣＶＤ処理によって反応容器内の構成物に付着残留した材料と反応してこの材料を除去することが可能なクリーニングガスを反応容器内に導入してクリーニングするその場クリーニングの後に行われる後処理方法であって、
作成する基板薄膜の含有元素と共通した元素を有する材料であって前記クリーニングガス材料と反応して揮発物を生成することが可能な材料の反応性ガスを後処理用ガスとして導入し、
さらに、後処理用ガスにエネルギーを与えてプラズマを形成し、このプラズマによって、付着残留したクリーニングガス材料に後処理用ガスを反応させて揮発物を生成し、この揮発物を前記排気系により排気することでクリーニングガス材料を閉じ込めることなく除去するとともに、その際、前記基板薄膜を作成する際に比べて小さい電力を投入することを特徴とするその場クリーニング後処理方法。
【請求項１０】
前記後処理用ガスには、前記薄膜作成用の反応性ガスと同じガスが採用されていることを特徴とする請求項９記載のその場クリーニング後処理方法。
【請求項１１】
前記後処理工程では、後処理用ガスに与えられるエネルギーの単位エネルギー当たりの流量が基板薄膜の作成時よりも多くなるように後処理用ガスを反応容器内に導入することを特徴とする請求項１０記載のその場クリーニング後処理方法。
【請求項１２】
前記基板に作成する基板薄膜は珪素系の薄膜であり、前記クリーニングガスはフッ素系のガスであり、前記後処理用ガスはシランであることを特徴とする請求項９，１０又は１１記載のその場クリーニング後処理方法。
【請求項１３】
前記後処理用ガスとの反応による前記クリーニングガス材料中の除去すべき化学種の減少をモニターすることを特徴とする請求項９，１０，１１又は１２記載のその場クリーニング後処理方法。
【請求項１４】
前記クリーニングガス材料中の除去すべき化学種の減少のモニターは、この化学種の減少によって変量する反応容器内の生成物のプラズマ発光強度を分光器で検出することにより行われることを特徴とする請求項１３記載のその場クリーニング後処理方法。
【請求項１５】
前記モニター手段が、前記クリーニングガス材料中の除去すべき化学種の減少が停止したのを検出した際に、前記クリーニングガスを除去するための後処理を停止することを特徴とする請求項１３又は１４記載のその場クリーニング後処理方法。
【請求項１６】
前記クリーニングガス材料と反応して揮発物を生成することが可能な材料の反応性ガスを後処理用ガスとして導入する際、後処理用ガスの流量の条件を、後処理用ガスによって堆積する薄膜の堆積速度が反応律速状態となるような条件とし、
前記クリーニングガス材料を閉じ込めることなく除去する際、後処理用ガスによって堆積する薄膜の堆積速度が反応律速状態となる条件で電力を投入することを特徴とする請求項９記載のその場クリーニング後処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本願の発明は、ＬＳＩ（大規模集積回路）やＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の製作に必要な薄膜作成の際に行われるプラズマ化学気相成長（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）の技術に関し、特に、反応容器内のクリーニングを行うプラズマＣＶＤ技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種メモリや論理回路等のＬＳＩ及びＬＣＤを構成するＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の微細回路は、導電性又は非導電性の薄膜を基板上に作成し、これをフォトリソグラフィ法によってパターンニングすることにより形成される。このような微細回路用薄膜の材料としては、単結晶珪素、多結晶珪素、非晶質珪素、窒化珪素、酸化珪素、酸化窒化珪素等の珪素系の材料が多く用いられる。
このような材料の薄膜を基板の表面に作成する方法としては、プラズマＣＶＤ法によるものが盛んに実用化されている。プラズマＣＶＤ法は、反応性ガスをプラズマによって分解等の反応を生じさせ、所定の材料の薄膜を基板上に作成する技術である。
【０００３】
図８は、このようなプラズマＣＶＤ法を実施する従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を説明する側面概略図である。
図８に示すプラズマＣＶＤ装置は、減圧可能に構成された反応容器１と、該反応容器１内に順次基板１０を搬入搬出する基板搬送系２と、該反応容器１内にプラズマを形成するプラズマ形成手段３と、所定の反応性ガスを反応容器１内へ導入するガス導入手段４等から主に構成されている。
反応容器１は、具体的には排気系１１が付設された真空容器であり、ターボ分子ポンプ等を備えることによって例えば１０−３Ｐａ程度まで減圧可能に構成される。
【０００４】
この反応容器１の器壁には、基板１０の搬入搬出のための出入口を構成するゲートバルブ１２が設けられており、基板搬送系２は、このゲートバルブ１２を通して基板１０を反応容器１内に順次搬入搬出するようになっている。反応容器１内の所定の位置には、基板ホルダー５が設けられており、基板搬送系２によって搬入された基板１０はこの基板ホルダー５上に載置されるようになっている。そして、基板１０は、後述のプラズマＣＶＤ処理後、基板搬送系２によって搬出される。
尚、枚葉式かバッチ式かによって基板搬送系２の構成は若干異なり、枚葉式の場合には基板１０を一枚ずつ反応容器１内に搬入搬出し、バッチ式は特定のサセプタ等により複数枚の基板１０を支持しながら反応容器１内に搬入搬出するよう構成される。
【０００５】
プラズマ形成手段３は、装置のタイプによって各種のものがある。図８には、その一例として、高周波によりプラズマを形成するものが示されている。即ち、プラズマ形成手段３は、上記基板ホルダー５に対向させた姿勢で反応容器１内に配置した板状の高周波電極３１と、この高周波電極３１に高周波電力を印加する高周波電源３２と、印加される高周波をマッチングさせる不図示のマッチング器等から主に構成されている。尚、基板ホルダー５や反応容器１は接地されて、接地電位に保持される。
ガス導入手段４は、上記プラズマ形成手段３が形成するプラズマによって気相反応を生じて基板１０に薄膜を堆積させるためのガス（以下、基板薄膜用ガス）を反応容器１内に導入するよう構成されている。その他、プラズマを形成するための水素等のガスやガスを反応容器１に導くためのキャリアガス等が補助的に導入される場合がある。
【０００６】
図８に示す従来のプラズマＣＶＤ装置は、以下の如く動作する。
まず、基板搬送系２が基板１０を反応容器１内に搬入して基板ホルダー５上に載置する。そして、反応容器１の排気系１１が動作して反応容器１内を例えば１０ー３Ｐａ程度まで減圧する。次に、ガス導入手段４が所定の基板薄膜用ガスを反応容器１内に導入する。この状態でプラズマ形成手段３が動作し、高周波電源３２によって例えば１３．５６ＭＨｚ程度の高周波電力が高周波電極３１に印加される。印加された高周波電力によって反応容器１内のガスが電離してプラズマが生成され、これによって基板薄膜用ガスが所定の反応を生じる。この結果、基板１０の表面に所定の薄膜が堆積する。薄膜が所定の膜厚に達すると、ガス導入及び高周波の印加が停止され、基板搬送系２によって基板１０が搬出される。
具体的な材料について説明すると、例えば非晶質珪素の薄膜を基板上に作成する場合には、モノシラン等のシランガスと水素ガスとを混合して導入し、プラズマによってシランガスを分解して非晶質珪素の薄膜を基板上に堆積させるようにする。
【０００７】
さて、上述のようなプラズマＣＶＤ法では、作成される薄膜の膜質を向上させることが重要な課題の一つとなっている。膜質低下の主要な原因の一つは、薄膜内部への異物の混入によるものがある。
異物の混入は、上述のようなプラズマＣＶＤ装置の場合、前の工程で反応容器内の電極や基板ホルダー、器壁等の構成物（以下、構成物と略す）の表面に付着残留した材料の剥離によるものがある。
【０００８】
例えば、プラズマＣＶＤ装置によって基板上にＰＮ接合の薄膜を得る場合、まず珪素半導体を得るためのシランガス中に３価の不純物Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ等を含む不純物気体（例えばジボラン（Ｂ２Ｈ６））を添加したガスを使用してプラズマＣＶＤを行い、Ｐ型半導体層を得る。その後、シランガス中に５価の不純物Ｐ，Ａｓ等を含む不純物（例えばフォスヒン（ＰＨ３  ）やアルシン（ＡｓＨ３  ））を添加したガスを使用してプラズマＣＶＤを行い、Ｎ型半導体層を得る。この場合、先のＰ型半導体層のＣＶＤ工程の際に反応容器内の構造物に付着残留したホウ素（Ｂ）などが、後のＮ型半導体層のＣＶＤ工程の際に剥離して薄膜中に混入してしまう。このような異物混入があると、Ｎ型半導体層の電気伝導度が低下し、期待された半導体特性が得られなくなってしまう。
【０００９】
従来、このような反応容器内の構成物に付着残留した材料の剥離による異物混入を防止する手段として、ＣＶＤ工程の後に反応容器内をクリーニングする「その場クリーニング」と呼ばれる手法が実施されている。このその場クリーニングは、反応容器を大気圧に戻して解放して行う大がかりなクリーニングではなく、ＣＶＤ工程の後に大気圧に戻すことなく放電プラズマ等を利用してクリーニングを行うものである。
【００１０】
その場クリーニングの最も一般的な手法は、前の工程の材料が付着残留した反応容器の構成物の表面に反応性の高いフッ素系等のガスをクリーニングガスとして供給して、付着残留物を除去するものである。即ち、ＣＶＤ工程を終了して基板を反応容器から搬出した後、ガス導入系を動作させてフッ素系のガス（例えば四フッ化炭素や三フッ化窒素等）を導入する。この状態でプラズマ形成手段を動作させてプラズマを生成し、このプラズマ中で生成されたフッ素活性種により付着残留物をエッチングして除去するのである。エッチングされた材料は、排気系によって反応容器外に排出されるので、つぎのＣＶＤ工程で異物となる心配が無い。尚、「そのクリーニング」の「その場」というのは、「ＣＶＤ工程が終了した後に反応容器内を大気圧に戻すことなく」という意味である。但し、その場クリーニングの際の反応容器内の圧力は前のＣＶＤ工程の際の圧力と異なっている場合がある。また、ＣＶＤ工程とその場クリーニング工程の間に、反応容器内を大気圧に戻すことなく行われる他の工程が介在される場合もある。
【００１１】
このようなその場クリーニングによって前の工程での付着残留物の除去が可能になるのであるが、その場クリーニングのために反応容器内に導入したクリーニングガス材料が反応容器内に付着残留してさらに別の問題を発生させる。即ち、このような反応性の高いガス材料が反応容器内に付着残留していると、次のＣＶＤ工程において遊離して基板薄膜中に混入して異物となる問題がある。また、その場クリーニングに用いられるガスは、フッ素系ガス等の反応性の極めて高いガスであり、詳細なメカニズムは解明されていないものの、このような反応性の高いガスが遊離して存在することによって薄膜堆積反応が阻害され、薄膜堆積速度が低下する問題もある。
【００１２】
このようなクリーニングガス材料の付着残留に起因した問題を解決する方法として、従来、次のような方法が提案されている。
この方法は、化学的な手法によってクリーニングガスを除去して後のＣＶＤ工程において支障の無いようにするものである。具体的には、付着残留したクリーニングガス材料と反応してクリーニングガス材料を揮発性の高いガス材料に転換させて排気系によって排出可能とするガスを導入するものである。
例えば、前述のフッ系のガスがクリーニングガスとして用いられた場合には、水素ガスを導入し、水素プラズマを生成するようにする。プラズマ中で生じた励起水素は、残留したフッ素化学種（フッ素単体，フッ素化合物等）と反応してフッ化水素を生成する。フッ化水素は蒸気圧が高いため、排気系によって反応容器外に搬出され、反応容器内には残留しない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような方法により、その場クリーニング後に反応容器内に付着残留したクリーニングガス材料の影響を除去するための処理（以下、後処理と略す）が可能であるものの、この方法は、後処理に要する時間が長いという問題を有している。
即ち、前述のように励起水素によってフッ素化学種を除去する場合、プラズマは反応容器内の中央においてプラズマ密度が大きく、周囲にいくに従って次第に弱くなる分布を有する。そして、そのような水素放電プラズマ中における励起水素の生成量や寿命の要因により、水素放電だけで反応容器内全域（特に放電プラズマの届きにくい器壁領域）に充分な励起水素を供給するには、数十分にも及ぶ長い時間を要することになる。このような長時間を要する工程が付加されることは、量産用のプラズマＣＶＤ装置としては甚だ好ましくない。
【００１４】
本願発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、上述のような後処理を、短時間に効率的に行うことを可能し、良質な薄膜を高い生産性で作成することができるようなプラズマＣＶＤ装置及びその場クリーニング後処理方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願の請求項１記載の発明は、排気系を備えて内部が排気可能に構成された反応容器と、該反応容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、薄膜作成用の反応性ガスを反応容器内へ導入するガス導入手段とを有し、該プラズマ形成手段によってプラズマを生成しこのプラズマによって反応性ガスを反応させ、反応容器内に配置された基板に基板薄膜を作成するプラズマＣＶＤ装置であって、
前記ガス導入手段は、前のプラズマＣＶＤ処理によって反応容器内の構成物に付着残留した材料と反応してこの材料を除去するクリーニングガスを導入するガス導入系と、この除去の後に反応容器内に付着残留したクリーニングガス材料を除去するための後処理用ガスを導入するガス導入系とを含み、
この後処理用ガスのガス導入系は、作成する基板薄膜の含有元素と共通した元素を有する材料であって前記クリーニングガス材料と反応して揮発物を生成することが可能な反応性ガスを後処理用ガスとして導入するものであり、
さらに、前記プラズマ形成手段は、付着残留したクリーニングガス材料に後処理用ガスを反応させて前記排気系により排気される揮発物を生成してクリーニングガス材料を閉じ込めることなく除去することが可能なプラズマを形成するものであり、かつ、前記基板薄膜を作成する際に比べて小さい電力を投入してこのプラズマを形成するものであるという構成を有する。
また同様に上記目的を達成するため、本願の請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、後処理用ガスには、薄膜作成用の反応性ガスと同じガスが採用されているという構成を有する。
また同様に上記目的を達成するため、本願の請求項３記載の発明は、上記請求項２の構成において、後処理用ガスのガス導入系は、プラズマ形成手段が与える電力の単位電力当たりの流量が基板薄膜の作成時よりも多くなるように後処理用ガスを後処理の際に反応容器に導入することができるよう構成されている。
また同様に上記目的を達成するため、本願の請求項４記載の発明は、上記請求項１，２又は３の構成において、基板に作成する基板薄膜は珪素系の薄膜であり、クリーニングガスはフッ素系のガスであ、後処理用ガスはシランであるという構成を有する。
また同様に上記目的を達成するため、本願の請求項５記載の発明は、上記請求項１，２，３又は４の構成において、後処理用ガスとの反応によるクリーニングガス材料中の除去すべき化学種の減少をモニターするモニター手段を備えているという構成を有する。
また同様に上記目的を達成するため、本願の請求項６記載の発明は、上記請求項５の構成において、モニター手段は、クリーニングガス材料中の除去すべき化学種の減少によって変量する反応容器内の生成物のプラズマ発光強度を検出する分光器であるという構成を有する。
また同様に上記目的を達成するため、本願の請求項７記載の発明は、上記請求項６の構成において、モニター手段からの信号により、クリーニングガスを除去するための後処理を停止させる制御部を備えている。
また同様に上記目的を達成するため、本願の請求項８記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記後処理用ガスのガス導入系は、後処理用ガスによって堆積する薄膜の堆積速度が反応律速状態となる条件で後処理用ガスを後処理の際に導入するものであり、前記プラズマ形成手段は、前記クリーニングガス材料を閉じ込めることなく除去することが可能なプラズマを、後処理用ガスによって堆積する薄膜の堆積速度が反応律速状態となる条件で形成するものであるという構成を有する。
また同様に上記目的を達成するため、本願の請求項９記載の発明は、排気系を備えて内部が排気可能に構成された反応容器内に基板を配置し、該反応容器内にプラズマを形成するとともに薄膜作成用の反応性ガスを反応容器内へ導入してプラズマにより所定の反応を生じさせて基板に基板薄膜を作成する際に、前のプラズマＣＶＤ処理によって反応容器内の構成物に付着残留した材料と反応してこの材料を除去することが可能なクリーニングガスを反応容器内に導入してクリーニングするその場クリーニングの後に行われる後処理方法であって、
作成する基板薄膜の含有元素と共通した元素を有する材料であって前記クリーニングガス材料と反応して揮発物を生成することが可能な材料の反応性ガスを後処理用ガスとして導入し、
さらに、後処理用ガスに電力を与えてプラズマを形成し、このプラズマによって、付着残留したクリーニングガス材料に後処理用ガスを反応させて揮発物を生成し、この揮発物を前記排気系により排気することでクリーニングガス材料を閉じ込めることなく除去するとともに、その際、前記基板薄膜を作成する際に比べて小さい電力を投入するという構成を有する。
また同様に上記目的を達成するため、本願の請求項１０記載の発明は、上記請求項９の構成において、後処理用ガスには、薄膜作成用の反応性ガスと同じガスが採用されているという構成を有する。
また同様に上記目的を達成するため、本願の請求項１１記載の発明は、上記請求項１０の構成において、後処理工程では、後処理用ガスに与えられる電力の単位電力当たりの流量が基板薄膜の作成時よりも多くなるように後処理用ガスを反応容器内に導入するという構成を有する。
また同様に上記目的を達成するため、本願の請求項１２記載の発明は、上記請求項１０又は１１の構成において、基板に作成する基板薄膜は珪素系の薄膜であり、クリーニングガスはフッ素系のガスであり、後処理用ガスはシランであるという構成を有する。
また同様に上記目的を達成するため、本願の請求項１３記載の発明は、上記請求項１０，１１又は１２の構成において、後処理用ガスとの反応によるクリーニングガス材料中の除去すべき化学種の減少をモニターするという構成を有する。
また同様に上記目的を達成するため、本願の請求項１４記載の発明は、上記請求項１３の構成において、クリーニングガス材料中の除去すべき化学種の減少のモニターは、前記クリーニングガス材料中の除去すべき化学種の減少によって変量する反応容器内の生成物のプラズマ発光強度を分光器で検出することにより行われるという構成を有する。
また同様に上記目的を達成するため、本願の請求項１５記載の発明は、上記請求項１４の構成において、生成物の量の増加が飽和したのを検出した際に、クリーニングガスを除去するための後処理を停止するという構成を有する。
また同様に上記目的を達成するため、本願の請求項１６記載の発明は、上記請求項９の構成において、前記クリーニングガス材料と反応して揮発物を生成することが可能な材料の反応性ガスを後処理用ガスとして導入する際、後処理用ガスの流量の条件を、後処理用ガスによって堆積する薄膜の堆積速度が反応律速状態となるような条件とし、
前記クリーニングガス材料を閉じ込めることなく除去する際、後処理用ガスによって堆積する薄膜の堆積速度が反応律速状態となる条件で電力を投入するという構成を有する。
【００１６】
【作用】
上記構成に係る本願発明のプラズマＣＶＤ装置およびその場クリーニング後処理においては、あるプラズマＣＶＤ処理の後に、クリーニングガス導入系によってクリーニングガスが反応容器内に導入され、反応容器内の構成物に付着残留した材料がクリーニングガスと反応して除去される。次に、後処理用ガスが反応容器内に導入され、反応容器内の構成物に付着残留したクリーニングガス材料に反応して揮発物を生成する。この揮発物は、排気系によって反応容器から排出される。
【００１７】
【実施例】
以下、本願発明の実施例を説明する。図１は、本願発明のプラズマＣＶＤ装置の実施例を説明する側面概略図である。
図１に示すプラズマＣＶＤ装置は、排気系１１を備えて内部が排気可能に構成された反応容器１と、反応容器１内に配置された基板ホルダー５と、反応容器１内に基板１０を搬入して基板ホルダー５上に載置し、ＣＶＤ処理後に基板１０を反応容器１外に搬出する基板搬送系２と、反応容器１内にプラズマを形成するプラズマ形成手段３と、各種のガスを反応容器１内へ導入するガス導入手段４と、プラズマにより生成される生成物の量をモニターするモニター手段６と、装置全体の動作を制御する制御部７等から主に構成されている。
【００１８】
反応容器１は、排気系１１が付設された真空容器であり、基板１０の搬入搬出のためのゲートバルブ１２を器壁に備えている。排気系１１は、ターボ分子ポンプ等を備えることによって反応容器１内を例えば１０−３Ｐａ程度まで減圧可能に構成される。
枚葉式かバッチ式かによって基板搬送系２の構成は若干異なり、枚葉式の場合には基板１０を一枚ずつ反応容器１内に搬入搬出し、バッチ式は特定のサセプタ等により複数枚の基板１０を支持しながら反応容器１内に搬入搬出するよう構成される。
尚、基板１０としては、本実施例では、液晶ディスプレイを構成する液晶基板が想定されている。このような液晶基板に対するプラズマＣＶＤ処理としては、ＴＦＴの電極部として非晶質珪素の薄膜を作成する場合があげられる。
【００１９】
プラズマ形成手段３は、装置のタイプによって各種のものがある。図１に示す実施例では、その一例として、高周波によりプラズマを形成するものが示されている。即ち、プラズマ形成手段３は、上記基板ホルダー５に対向させた姿勢で反応容器１内に配置した板状の高周波電極３１と、この高周波電極３１に高周波電力を印加する高周波電源３２と、印加される高周波をマッチングさせる不図示のマッチング器等から主に構成されている。尚、基板ホルダー５や反応容器１の器壁は接地されて、接地電位に保持される。
【００２０】
ガス導入手段４は、複数種のガスを反応容器１に導入できるよう、複数のガス導入系４１，４２，４３，４４から構成されている。各々のガス導入系４１，４２，４３，４４は、所定のガスを収容したガスタンク４１１，４２１，４３１，４４１と、ガスタンク４１１，４２１，４３１，４４１を反応容器１に連通させる配管４１２，４２２，４３２，４４２と、配管４１２，４２２，４３２，４４２上に設けられたコンダクタンスバルブ４１３，４２３，４３３，４４３、マスフローコントローラ４１４，４２４，４３４，４４４及び不図示の流量計やフィルター等から構成されている。
上記ガス導入手段４は、薄膜作成用ガスのガス導入系４１と、クリーニングガスのガス導入系４２と、後処理用ガスのガス導入系４１とを含み、その他、プラズマ生成のために補助的に導入される補助ガスのガス導入系４３やキャリアガスのガス導入系４４等を備えている。
【００２１】
具体的なガスの例について説明すると、薄膜作成用ガスのガス導入系４１はモノシランガスを導入するものであり、クリーニングガスのガス導入系４２はクリーニングガスとして三フッ化窒素を導入するよう構成されている。また、後処理用ガスとしては、後述のように薄膜作成用ガスと同じモノシランガスが用いられており、薄膜作成用ガスのガス導入系４１と後処理用ガスのガス導入系４１とは兼用されている。尚、本実施例では、補助ガスとして水素ガスがモノシランガスに混合されて導入されるようになっており、水素ガスのガス導入系４３を備えている。
こららのガス導入系４１，４２，４３，４４の配管４１２，４２２，４３２，４４２は、反応容器１に接続された主配管４０に接続されている。
【００２２】
モニター手段６は、具体的にはプラズマにより励起された材料の発光強度を検出する分光器である。反応容器１の器壁には、検出波長の光を充分透過する材料で形成された観察窓１３が設けられており、反応容器１内のプラズマにより生じた光をこの観察窓１３を通して受光可能な位置に、分光器が配置されている。
【００２３】
装置全体の動作を制御する制御部７は、装置の動作プログラムを格納したメモリや各種信号の入出力回路、制御動作の判断を行う中央演算回路等から構成されている。制御部７からの制御信号は、高周波電源３２、排気系１１、ガス導入手段４に設けられたコンダクタンスバルブ４１３，４２３，４３３，４４３及びマスフローコントローラ４１４，４２４，４３４，４４４等に送られるよう構成されている。逆に、モニター手段６からの信号が制御部７に送られるよう構成されている。
【００２４】
上記構成にかかる本実施例のプラズマＣＶＤ装置の動作について、実施例のその場クリーニング後処理方法の説明も兼ねて以下に述べる。
前のプラズマＣＶＤ処理が終了すると、基板１０を基板搬送系２によって搬出し、反応容器１に隣接して設けられる不図示の予備室等に搬入する。次に、排気系１１が反応容器１内を１０−３Ｐａ程度まで排気して残留ガスを排出した後、クリーニングガスのガス導入系４２が動作して、三フッ化窒素ガスからなるクリーニングガスを反応容器１内に導入する。この際の流量は、例えば１０００ｃｍ３  の容積の反応容器に対して１００ｓｃｃｍ程度である。尚、「ｓｃｃｍ」とは、「ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｕｂｉｃ  ｃｅｎｔｉ−ｍｅｔｅｒ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ」の略であり、０℃一気圧における毎分の流量（ｃｍ３  ／分）を意味している。
【００２５】
このようにクリーニングガスを導入した状態で、高周波電源３２を動作させて三フッ化窒素ガスのプラズマを形成する。このプラズマによってフッ素活性種が生成され、反応容器１内の構成物に付着残留した薄膜がこのフッ素活性種によってエッチング除去される。このようなクリーニング処理を所定の方法で終点が確認されるまで行い、その後クリーニングガスの導入及びプラズマ形成手段３の動作を停止させる。この終点を確認する所定の方法とは、例えばプラズマを形成する放電回路の特性値の変化を検出する方法がある。尚、プラズマ形成のために印加される高周波電力は、周波数１３．５６ＭＨｚで、電力密度（投入電力を高周波電極３１の放電面（プラズマ空間を臨む前面）で割った値）が１０Ｗ／ｃｍ２  程度である。
【００２６】
次に、排気系１１が反応容器１内のガスを再び排気し、１Ｐａ程度まで真空引きする。この状態で、後処理用ガスのガス導入系４１が動作してモノシランガスが導入される。この際、水素ガスのガス導入手段４３も動作してモノシランガスに所定の流量の水素ガスを混合させる。水素ガス混合比は、全ガスの流量に対して例えば２０％程度である。また、具体的には、例えばモノシランガスの流量が９６ｓｃｃｍで水素ガスの流量が２４ｓｃｃｍとする。
このように後処理用ガスを導入させた状態でプラズマ形成手段３を動作させ、反応容器１内にプラズマを形成する。これにより、後述するような後処理用ガスとクリーニングガス材料との反応が生じ、反応容器１内に残留していたクリーニングガス材料の除去が行われる。尚、この際に印加される高周波電力は、周波数１３．５６Ｈｚで電力密度が０．１Ｗ／ｃｍ２  程度の大きさである。
【００２７】
このようにして後処理を行ったのち、排気系１１によって再び反応容器１内を排気して１０−３Ｐａ程度の圧力に保持し、基板搬送系２を動作させて基板１１０を反応容器１内に搬入して基板ホルダー５上に載置する。そして、基板薄膜用ガスのガス導入手段４１及び水素のガス導入手段４３を動作させてモノシランと水素の混合ガスを導入し、プラズマ形成手段３を再び動作させてプラズマを形成する。これによってモノシランの分解反応が生じて、非晶質珪素の薄膜が基板１０に作成される。
【００２８】
さて、上述のような本実施例のプラズマＣＶＤ装置及びその場クリーニング後処理方法の大きな特徴は、後処理用ガスとして、「作成する基板薄膜の含有元素と共通した元素を有する材料であってクリーニングガス材料と反応して揮発物を生成させることが可能な反応性ガス」を使用することである。
このような後処理用ガスの選択は、以下のような発明者の研究の結果によるものである。
【００２９】
まず、後処理用ガスの条件のうち、「作成する基板薄膜の含有元素と共通した元素を有する材料」の部分は、後の基板薄膜の作成工程において異物を混入させないという要請に基づくものである。本願の発明者は、研究の過程で、このようなガスのうち、「クリーニングガス材料と反応して揮発物を生成させることが可能な」反応性ガスが存在することを見い出した。
前述したように、従来の後処理では、単に水素プラズマによって励起水素を生成してフッ素系ガスと反応させるのみであったため、非常に長い時間がかかっていた。そこで、発明者は、後処理において生成されるプラズマが特定の薄膜を堆積させるよう動作させ、反応容器１内の構成物の表面に薄膜を堆積させてクリーニングガス分子を閉じ込めるようにすることを試みた。前述した従来の励起水素との反応という化学的な手法に対比させると、このような薄膜によるクリーニングガス分子の閉じ込めは「物理的手法」ということができる。
【００３０】
発明者は、このような予測のもと、後の基板薄膜の作成の際のガスと同じモノシランガスを使用して上記「物理的手法」によるクリーニングガス材料の除去を試みた。すると、水素プラズマのみによる従来の「化学的手法」に比べ大幅な時間短縮が図られたものの、そこで生じているプロセスは、上記のような「物理的手法」を使用しているとは評価し難いものであった。即ち、モノシランガスによって堆積した薄膜によってクリーニングガス材料が閉じ込められるのではなく、モノシランガスとクリーニングガス材料との特定の反応によって揮発物が生成されているとしか評価できないことが判明した。
【００３１】
この点をさらに詳しく説明する。
後処理用ガスとして導入されたモノシラン／水素混合ガスのようなガスの放電プラズマ中では、次のような反応が主に生じることが報告されている（電子技術総合研究所研究報告第８６４号（１９８６），「プラズマＣＶＤによるシリコン薄膜の成長過程に関する研究」）。
ＳｉＨ４  ＋ｅ→ＳｉＨ４＊        （１）
ＳｉＨ４  ＋ｅ→ＳｉＨ３  ＋Ｘ’  （２）
ＳｉＨ４  ＋ｅ→ＳｉＨ＊  ＋Ｘ”  （３）
【００３２】
上記反応式において、Ｘ’，Ｘ”は現時点では特定されていない。これらの式のうち、（２）の反応から生じるＳｉＨ３  の分子は基板表面に達して非晶質珪素薄膜の作成に寄与する化学種である。また、（３）の反応で生じたＳｉＨ＊  は、基底状態に落ちる際に光を放出し、波長４１４ｎｍの発光が観測される。（２）及び（３）の反応は、両者とも一電子過程で生じている。即ち、電子密度ｎｅ  ，成膜速度Ｖｄｅｐｏについて、次のような関係が成立する。
ｎｅ  ∝［ＳｉＨ３  ］，ｎｅ  ∝［ＳｉＨ＊  ］，Ｖｄｅｐｏ∝［ＳｉＨ３  ］
∴  Ｖｄｅｐｏ∝［ＳｉＨ＊  ］
つまり、ＳｉＨ分子の発光を観測することにより、非晶質珪素成膜の過程をモニターできる。
【００３３】
一方、反応容器１内に残留したフッ素化学種は、上記ＳｉＨ分子の発光をクエンチング（抑止）するように作用する。即ち、ＳｉＨが励起されてＳｉＨ＊  になったとしても、たちどころにフッ素化学種と反応してＳｉＦ４  等を生成してしまう。従って、ＳｉＨの発光強度の変化をモニターすることで、フッ素化学種の残留量の変化も同時に知ることができる。
【００３４】
発明者らは、このような考えのもと、ＳｉＨの発光強度をモニターしながら、上記「珪素系薄膜の堆積によるクリーニングガス分子の閉じ込め」によって後処理が行えるかどうか確かめるべく実験を行った。
図２は、この実験の結果を示したものであり、ＳｉＨの発光強度の変化をモニターしながら後処理を行った実験の結果を示す。図２では、縦軸がＳｉＨの発光（波長４１４ｎｍ）の分光発光強度、横軸が時間になっている。
【００３５】
図２において、ＳｉＨの発光強度の増加は、フッ素化学種の残量の減少に相当している。上記後処理が開始された時点ではフッ素化学種が多く残留しており、従って、クエンチングされるＳｉＨ＊  の量が多い。つまり、ＳｉＨが励起されてＳｉＨ＊  になってもフッ素化学種によってによってたちどころにＳｉＦ４  等の形になってしまう。従って、この段階では反応容器１内に存在するＳｉＨ＊  の量は少ない。しかし、後処理が進行し、フッ素化学種の量が少なくなると、上記クエンチング効果が徐々に解消される。これに伴って、反応容器１内のＳｉＨ＊  が増加する。さらに後処理が進行し、フッ素化学種が完全に除去されると、ＳｉＨ＊  の増加は飽和して一定の量に安定する。この状態は、ＳｉＨ＊  の生成が、印加されている高周波電力のエネルギーに応じて平衡に達した状態である。
【００３６】
上述した考察から、ＳｉＨの発光強度の増加が停止した時点ｔＥＮＤ  をもって後処理の終了と判断することができる。このｔＥＮＤ  までの時間は、処理開始から３分程度であり、３分程度の時間で後処理が完了できたことを示している。前述の通り、水素プラズマの励起水素のみを使用した従来例では数十分を要していたことを考えると、かなりの時間短縮が図られたことになる。なお、この際のモノシランガスの流量は１２ｓｃｃｍ、水素ガスの流量は４８ｓｃｃｍであり、印加した高周波電力は、周波数１３．５６ＭＨｚで電力密度は０．１Ｗ／ｃｍ２  程度であった。また、反応容器１内の真空度は１００Ｐａ程度であった。
【００３７】
発明者は、このような大幅な時間短縮が図られる本実施例の後処理プロセスの特性を調べるため、ガス流量、雰囲気圧力、高周波電力等の諸条件について検討を行った。
図３及び図４は、このような後処理プロセスの特性を調べるために行った実験の結果を示す図である。このうち、図３は、ガス流量を変化させて行った実験の結果を示す図、図４は、雰囲気圧力及びガス流量を変化させて行った実験の結果を示す図である。図２と同様、図３及び図４の縦軸は波長４１４ｎｍの光の発光強度、横軸は時間である。
【００３８】
まず、図３において、曲線（１）はモノシラン２４ｓｃｃｍで水素９６ｓｃｃｍの流量の場合、曲線（２）はモノシラン１８ｓｃｃｍで水素７２ｓｃｃｍの流量の場合、曲線（３）はモノシラン１２ｓｃｃｍで水素４８ｓｃｃｍの流量の場合（図２と同様）、曲線（４）はモノシラン６ｓｃｃｍで水素２４ｓｃｃｍの流量の場合の発光強度の時間的変化をそれぞれ示している。
また、図４において、曲線（１）は雰囲気圧力が２００Ｐａで印加高周波電力が１５Ｗの場合、曲線（２）は雰囲気圧力が１００Ｐａで印加高周波電力が１５Ｗの場合（図２と同様）、曲線（３）は雰囲気圧力が１５０Ｐａで印加高周波電力が１０Ｗの場合、曲線（４）は雰囲気圧力が１００Ｐａで印加高周波電力１０Ｗの場合の発光強度の時間変化をそれぞれ示している。
【００３９】
まず、図３から分かる通り、モノシラン／水素の混合ガスの総流量が増加するにしたがって、後処理終了時点ｔＥＮＤ  に達するまでの時間が短縮していることが分かる。
一方、図４に示すように、雰囲気圧力や印加高周波電力を変更させても、図３に示すような後処理の時間短縮効果は得られないことが分かる。即ちまず図４の曲線（３）と曲線（４）とを比べた結果から、１００Ｐａから１５０Ｐａに圧力を増加させても、後処理終了時点ｔＥＮＤ  に達するまでの時間は殆ど変化しない。また、図４の曲線（４）と曲線（２）とを比べた結果から、高周波電力を増加させた場合、プラズマ密度が増大によって発光強度の飽和値は増加するものの、後処理終了時点ｔＥＮＤ  に達するまでの時間は、むしろ増加してしまう。
【００４０】
尚、図３及び図４に示す実験は、後述のように薄膜堆積が反応律速状態となる条件即ち高周波電力と薄膜堆積速度との間に線形関係が成立する範囲で行われている。つまり、高周波電力の増大は、薄膜堆積速度の増大を意味する。これを考慮すると、上記図４の結果は従来の予想に反するものである。つまり、高周波電力の増大は薄膜堆積速度の増大を伴う。薄膜堆積速度が増大すると、薄膜堆積によるフッ素化学種の閉じ込めが促進されるから、上記後処理終了までの時間は短縮されると考えられていた。
しかしながら現実には図４に示す通り、高周波電力を増大させても後処理終了までの時間は短縮されていない。このことから、上述のような後処理のプロセスにおいては、珪素薄膜の堆積はフッ素化学種の除去する上で支配的な過程ではないと判断できる。
【００４１】
一方、図５は、上記後処理開始前の反応容器１の器壁表面の状態を示した図であり、器壁表面をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅ１ｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，走査型電子顕微鏡）で観察した結果の図である。
図５に示すように、反応容器の器壁に付着残留したクリーニングガス材料は、複雑な凹凸を形成している。従って、このような凹凸を完全に覆ってクリーニングガス材料の閉じ込めを行うためには、かなりの膜厚の薄膜が堆積しなければならない。
高周波電極から離れた位置の器壁表面にこのような厚い膜厚の薄膜が堆積するには、かなりの時間がかかり、図２に示したような３分程度の後処理時間内では不可能である。
【００４２】
三フッ化窒素が付着残留した表面にモノシラン／水素のプラズマを供給した場合、以下のような反応も生じていると考えられる。即ち、プラズマは、三フッ化窒素を分解して
ＮＦ３  →ＮＦ＋２Ｆ＊
等の反応を生じ、フッ素活性種が生成する。生成されたフッ素活性種は、器壁等に付着して失活し、通常のフッ素化学種となる。このようなフッ素化学種は、モノシランから生成された特定の化学種と反応し、ＳｉＦ４  等の不活性で蒸気圧の高い揮発物を作り出す（以下、このような揮発物を作り出す反応を特に後処理反応と命名する）。そして、このようなＳｉＦ４  等のガスは排気系１１によって反応容器１から排出されて除去されることになる。なお、この後処理反応により除去されるフッ素化学種は、三フッ化窒素のクリーニングガス材料がそのまま付着している場合もあるし、ＮＦやＮＦ２  のように解離した状態で付着している場合もある。また、反応容器１の構成物の材料（例えばアルミニウム）と反応して何らかの化合物を形成した状態で付着している場合もある。
【００４３】
以上の考察から、本実施例における後処理プロセスは、モノシランガスから生成された特定の化学種（以下、化学種Ｘ）とフッ素化学種との反応が支配的な過程であり、前述した珪素薄膜の堆積による三フッ化窒素等の閉じ込めというような現象は本質的に生じていないとみなすことができる。
このような化学種Ｘが生成されるために必要なエネルギーは、珪素薄膜堆積に必要なエネルギーに比して著しく低く、印加する高周波電力が僅かな場合でも充分な量が生成される。生成された化学種Ｘは長い寿命を持ち、プラズマの届きにくい器壁領域にまで拡散して器壁領域に残留するフッ素化学種と反応できる。また、高周波電力の増大させた際の後処理終了までの時間の長期化は、高周波電力の増大により化学種Ｘの分解が促進されて短寿命の別の化学種Ｙに変化してしまい、器壁領域まで到達できる化学種Ｘの絶対量が減少してしまうことに起因すると考えられる。
【００４４】
このような化学種Ｘ及び化学種Ｙについては、現時点では断定できないが、化学種Ｘとしては例えばＳｉＨ４＊  、化学種Ｙとしては例えばＳｉＨ３＊，ＳｉＨ＊  ，Ｈ＊  等が該当すると予想される。
このような観点に立って、図２をもう一度検討してみると、急激に発光強度が増加する期間Ａでは、モノシラン／水素のプラズマによって反応容器１内中央の高周波電極３１等の構成物に付着残留したフッ素化学種に対する後処理反応が進み、フッ素化学種の急激な減少によってＳｉＨ＊  の急激な増加をもたらしていると考えられる。しかし反応容器１の器壁部分にはまだ多くのフッ素化学種が付着残留しており、ここから放出されるフッ素化学種によるクエンチングのため、ＳｉＨ＊  の絶対量は少ない。そして期間Ｂでは、器壁部分に付着残留したフッ素化学種に対する後処理反応が徐々に進み、ＳｉＨ＊  が緩やかに増加する。この期間Ｂは、後処理の全過程の律速段階であると言える。そして、器壁部分に付着残留したフッ素化学種に対する後処理反応が進んでこの部分からのフッ素化学種の放出が無くなると、反応容器１内には全域に亘ってフッ素化学種が除去され、ＳｉＨ＊  のクエンチングが完全に解消されてＳｉＨ＊  の増加が停止するのである。
【００４５】
このように、本実施例の後処理プロセスは、薄膜を堆積させてフッ素化学種を閉じ込めようとして導入した後処理用ガスは、実際には、フッ素化学種と反応して揮発物を生成している、という新規な知見に基づいている。そして、発明者が行った実験の結果は、薄膜が作成されるとしても、それによってフッ素化学種が閉じ込められる訳ではないことを示しているのである。
【００４６】
このような後処理プロセスの別の重要な条件は、「導入した後処理用ガスによって堆積する薄膜の堆積速度が反応律速状態となる条件でこの後処理用ガスを導入する」ということと、「後処理用ガスによって堆積する薄膜の堆積速度が反応律速状態となる条件でプラズマ形成手段が後処理用ガスにエネルギーを与える」ということである。
この点を図６及び図７を使用して説明する。図６は、プラズマ形成のためにガスに与えるエネルギーと薄膜の堆積速度との関係を示した図であり、図７は、ガス流量と薄膜の堆積速度との関係を示した図である。
【００４７】
まず、図６に示すように、原料ガスに与えるエネルギーを大きくしていると、エネルギーが小さいうちはエネルギーと堆積速度とが線形関係を有してエネルギーの増大とともに堆積速度も増す。しかし、ある値Ｅｃ  以上はエネルギーを増大させても堆積速度は増加しなくなり、飽和した状態となる。この理由は、次の通りである。即ち、堆積速度は膜堆積に寄与する化学種の量に依存し、堆積速度を増大させるには、この化学種をプラズマによって原料ガスからできるだけ多く作り出すことが必要になる。しかし、このような化学種の生成は、原料ガスが有限である以上必ず上限が存在し、限度以上のエネルギーを与えても原料ガスが増えない限りそのような化学種は増加せず、従って堆積速度は飽和してしまい上昇しない。従って、この状態で堆積速度を増加させるためには、図６に示すように、ガス流量を増加させて堆積速度の飽和値を上側にもっていくしかない。
【００４８】
このような堆積速度の特性において、エネルギーと堆積速度とが線形関係を有してエネルギーの増大とともに堆積速度も増大する領域を「反応律速」と呼び、エネルギーを増大させても堆積速度が飽和して上昇しない領域を「供給律速」と呼ぶ。「反応律速」とは、上記化学種の生成が上限に達しておらず、エネルギー増大によってさらに多くの化学種を反応によって生成できるという点で、「反応」が堆積プロセス全体の速度を決定する要因になっているという意味である。また、「供給律速」とは、必要な化学種の反応生成が上限に達しているため、元となる原料ガスの供給を増加させるしかない、つまりガス供給の量が堆積プロセス全体の速度を決定する要因になっているという意味である。
【００４９】
さて、本実施例のエネルギー即ち高周波電力は、上記のうち堆積速度が「反応律速」となる条件で与えられる。これは、薄膜堆積に必要な化学種の生成反応が高周波電力の増大に対して飽和しない状態とするということである。
この構成要件の意味は、二つある。一つは、高周波電力を低下させることにより薄膜堆積を少なくすることである。前述したように、後処理プロセスでは高周波電力を増大させるとかえって後処理時間が長くかかる。このことは、後処理プロセスでは、高周波電力を低下させて行うことができることを意味する。高周波電力が低下すると、上記「反応律速」の状態では薄膜の堆積速度が低下する。堆積速度が低下するということは、後処理プロセスおける不要な薄膜堆積を抑制することができることを意味し、このことは次の基板薄膜作成工程の後のその場クリーニング等のクリーニング工程における所要時間を短くできる効果がある。
二つめの意味は、完全に解明された訳ではないが、本実施例のような後処理プロセスは、「反応律速」状態となるような低いエネルギーの場合の方がより促進されるという点にある。これは、前述したように後処理反応を可能とする化学種Ｘは比較的小さいエネルギーにおいて充分生成され、エネルギーが大きくなると後処理が困難な別の化学種Ｙに解離してしまうとの推定によるものである。
【００５０】
次に、ガス流量に関して、図７を用いて説明する。図７に示すように、ガス流量についてもエネルギーと同様、流量が少ないうちは流量と堆積速度は線形関係を有して上昇するが、ある値Ｆｃ  以上の流量では飽和して堆積速度は増加しなくなる。これは、与えられるエネルギーが有限であるため薄膜堆積に必要な化学種の生成反応が飽和して上限に達してしまうという理由に基づく。従って、この状態で堆積速度を増加させるためには、図７に示すように、投入エネルギーを増大させて堆積速度の飽和値を上側にもっていくしかない。
この図７を図６に対応させると、ガス流量と堆積速度が線形関係を有して上昇する領域が「供給律速」の状態であり、ガス流量の増加にかかわらず堆積速度が飽和して一定になった領域が「反応律速」の状態である。
【００５１】
前述の通り、本実施例の後処理は、「堆積速度が反応律速状態となる条件で後処理用ガスを導入する」ものであるが、これは、次のような意味を持つ。即ち、反応律速状態では、図７に示す通りガス流量を増大させても堆積速度は増加しない。一方、前述した通り、後処理終了までの所要時間は、ガス流量を増加させるに従って短くなる傾向を示した。従って、反応律速状態を保持することで、ガス流量を増加させることよって薄膜堆積を促進することなく後処理反応のみを促進させることが可能となるのである。
【００５２】
尚、前述のモノシランの例のように、基板薄膜作成の際と同じガスを後処理用ガスとして使用する場合の上記投入エネルギー及びガス流量の条件について補助的に説明すると、薄膜の堆積を抑制する意味で、基板薄膜作成時よりも小さいエネルギーを与えることが好適である。また、後処理に要する時間を短くする意味で、基板薄膜作成時よりも多い流量で後処理用ガスを導入しておくことが好適である。これらのことをまとめて表現すると、結局、「単位エネルギーあたりのガス流量」（単位は例えばリットル／ジュール）を基板薄膜作成時よりも大きくしておくということになる。
尚、ガス流量の調整はガス導入手段４に設けられたマスフローコントローラ４１４，４２４，４３４，４４４によって行われるが、上述のように通常よりも多いの量のガスを安定して精度よく導入することができるような高信頼性のマスフローコントローラを使用することが好ましい。
【００５３】
次に、本実施例の別の特徴点である後処理の停止機構について説明する。すなわち、本実施例では、生成物の量をモニターするモニター手段６からの信号によって制御部７が後処理を停止させるよう構成されている。
前述したように、分光器からなるモニター手段６は、ＳｉＨの発光である４１４ｎｍの光の発光強度を検出できるよう構成されており、このモニター手段６からの信号は制御部７に送られるようになっている。
【００５４】
制御部７では、この検出信号のデータを格納する不図示の記憶部が設けられており、送られたデータが逐次記憶される。制御部７は、記憶されたデータを前のデータと比較し、発光強度の増加が無くなったと判断すると、ガス導入手段４及びプラズマ形成手段３に後処理停止信号を送るよう構成されている。具体的には、制御部７のメモリにこのような処理プログラムが格納されている。このような構成により、制御部７は、発光強度の増加が無くなったと判断した時点で後処理を自動停止させるのである。
尚、このような停止機構が無いと、場合によっては後処理終了後も後処理用ガスが供給される恐れがある。このような過剰がガス供給やプラズマ形成手段３の動作があると、シランガスの分解による珪素薄膜の堆積量が多くなる等の問題が発生し、次の基板薄膜作成工程の後に行われるクリーニング工程の所要時間が長くなったり、反応容器１を大気圧に戻しての定期的なクリーニングの頻度が増す等の問題が派生する。
【００５５】
上記実施例では、クリーニングガスとして三フッ化窒素を用いたが、四フッ化炭素や六フッ化硫黄、三フッ化塩素等のようなフッ素化合物のガスもクリーニングガスとして使用可能である。特に、三フッ化塩素ガスを使用した場合、プラズマを形成させることなく珪素化合物の残留付着物を除去できる。また、プラズマを形成させる場合にも、フッ素化合物ガスにアルゴン等の不活性ガスを６０〜８０％程度添加することで、プラズマ密度を増加させ、クリーニング効率を上昇させることができる。尚、本願における「フッ素系のガス」とは、フッ素ガス及びフッ素化合物のガスを含む概念である。
【００５６】
後処理用ガスとしては、基板薄膜として非晶質珪素薄膜を後に作成するためモノシランガスを使用したが、これに限られず、ジシラン、トリシラン、テトラシラン等の他のシランガスも使用可能である。このようなシランガスは、多結晶珪素薄膜や単結晶珪素薄膜を作成する際にも使用できるのは明かである。
また、後に酸化珪素薄膜を作成する場合には、上記シランガスに笑気ガスを混合して後処理用ガスとすれば良いし、窒化珪素薄膜を作成する場合には、シランガスに窒素ガスを混合して後処理用ガスとすれば良い。さらに、炭化珪素薄膜を後に基板薄膜として作成する場合には、シランとメタンとの混合ガスが後処理用ガスとして使用できる。尚、本願における「珪素系の薄膜」とは、珪素薄膜又は珪素化合物の薄膜を含む概念である。
【００５７】
尚、後処理において「薄膜」と呼び得るものが反応容器１内の構成物の表面に堆積することは、本実施例の必須要件ではない。即ち、モノシランガスを後処理用ガスとして使用した場合、前述した後処理反応に引き続き、モノシランの分解反応によって珪素系の薄膜が反応容器内に堆積する場合があると考えられる。しかしながら、薄膜の堆積が完了する時点では、フッ素化学種は後処理反応によって揮発物を形成して除去されているので、堆積した薄膜中へのフッ素化学種の閉じ込めという現象は本質的に生じない。この点は、前述した図４及び図５の説明から明かであろう。
【００５８】
また、前述したプラズマ形成手段３の構成は、放電空間の容量で高周波回路を結合した容量結合型高周波プラズマということができるが、これ以外にも、反応容器１の周囲に配置した高周波コイルによるもの、反応容器１内に挿通した高周波アンテナによるもの、導波管を反応容器１に接続して高周波を導入するもの等を採用することができる。
高周波以外のものとしては、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ＣｙｃｒｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ，電子サイクロトロン共鳴）放電を利用するもの、ヘリコン波プラズマを形成するもの、さらには、直流二極放電を利用するもの等が、プラズマ形成手段として採用することができる。
【００５９】
また、モニター手段６としては、ＳｉＨの発光強度を検出する分光器の例を取り上げたが、これ以外にも、Ｓｉの発光を検出する方法や、その場クリーニングの終点検出として説明したプラズマ放電の特性値を検出する方法等を採用することができる。さらに、プラズマ中の生成物を質量分析計等によってモニターする方法も採用することが可能である。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１若しくは８記載のプラズマＣＶＤ装置又は請求項９若しくは１６記載のその場クリーニング後処理方法によれば、クリーニング後の後処理が短時間に効率的に行われ、良質な基板薄膜を高い生産性で作成することができる。
また、請求項２のプラズマＣＶＤ装置又は請求項１０のその場クリーニング後処理方法によれば、上記効果に加え、薄膜作成用ガスと同じガスが後処理用ガスとして採用されるので、基板薄膜の品質をさらに向上させることができるという効果が得られる。
また、請求項３のプラズマＣＶＤ装置又は請求項１１のその場クリーニング後処理方法によれば、上記請求項２又は１０の効果に加え、多量の後処理用ガスを流すことによりさらに短時間に後処理を終了することができ、この点でさらに薄膜の生産性を向上させることができる。
また、請求項４のプラズマＣＶＤ装置又は請求項１２のその場クリーニング後処理方法によれば、珪素系の薄膜を作成するに際し、上記効果を得ることができる。
また、請求項５若しくは６のプラズマＣＶＤ装置又は請求項１３若しくは１４のその場クリーニング後処理方法によれば、上記効果において、クリーニングガス中の減少がモニターされるので、減少が停止した時点を後処理終了の時点とすることができ、最適な後処理時間を設定することができるという効果が得られる。
また、請求項７のプラズマＣＶＤ装置又は請求項１５のその場クリーニング後処理方法によれば、上記効果において、後処理終了と判断された時点で自動的に処理が終了されるので、後処理が過剰に行われることによる問題を未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明のプラズマＣＶＤ装置の実施例を説明する側面概略図である。
【図２】図１のプラズマＣＶＤ装置において、ＳｉＨの発光強度の変化をモニターしながら後処理を行った実験の結果を示す図である。
【図３】図１のプラズマＣＶＤ装置において、ガス流量を変化させて行った実験の結果を示す図である。
【図４】図１のプラズマＣＶＤ装置において、雰囲気圧力及びガス流量を変化させて行った実験の結果を示す図である。
【図５】後処理開始前の反応容器の器壁表面の状態を示した図であり、器壁表面をＳＥＭで観察した結果の図である。
【図６】プラズマ形成のためにガスに与えるエネルギーと薄膜の堆積速度との関係を示した図である。
【図７】ガス流量と薄膜の堆積速度との関係を示した図である。
【図８】プラズマＣＶＤ法を実施する従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を説明する側面概略図である。
【符号の説明】
１  反応容器
１０  基板
１１  排気系
２  基板搬送系
３  プラズマ形成手段
４  ガス導入手段
５  基板ホルダー
６  モニター手段
７  制御部
【図１】
0003571404.tif 000002
【図２】
0003571404.tif 000003
【図３】
0003571404.tif 000004
【図４】
0003571404.tif 000005
【図５】
0003571404.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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