(57)【要約】【課題】  シランガス等を使った高周波プラズマＣＶＤ法等の薄膜形成工程において生成されるポリシラン等のシリコン含有副生成物を除去する為のクリーニングをプラズマレスで行う工程において、クリーニング反応を促進させクリーニングガス利用率を向上させ、かつクリーニング時間の大幅な短縮化を実現する手段の提供。【解決手段】  少なくとも反応室１０１及び／又は配管１０８内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する方法であって、シリコン含有物を、その堆積箇所から、クリーニングガスの流速がより大きな場所へ向かって移動させる工程を含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する方法であって、該シリコン含有物を移動させる工程を含むことを特徴とするシリコン含有物の除去方法。
【請求項２】
前記シリコン含有物を移動させる工程は、該シリコン含有物の堆積箇所から、前記クリーニングガスの流速がより大きな場所へ向かって移動させる工程であることを特徴とする、請求項１に記載のシリコン含有物の除去方法。
【請求項３】
前記シリコン含有物を、ガスを吹き付けて移動させることを特徴とする、請求項１又は２に記載のシリコン含有物の除去方法。
【請求項４】
前記シリコン含有物を、物理的手段により移動させることを特徴とする、請求項１又は２に記載のシリコン含有物の除去方法。
【請求項５】
少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する方法であって、該シリコン含有物を攪拌する工程を含むことを特徴とするシリコン含有物の除去方法。
【請求項６】
少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する方法であって、該シリコン含有物を粉砕する工程を含むことを特徴とするシリコン含有物の除去方法。
【請求項７】
少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する方法であって、該シリコン含有物に振動を与える工程を含むことを特徴とするシリコン含有物の除去方法。
【請求項８】
少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する方法であって、該クリーニングガスを攪拌する工程を含むことを特徴とするシリコン含有物の除去方法。
【請求項９】
前記反応室及び／又は配管内の圧力を１３．３ｋＰａ以上として行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシリコン含有物の除去方法。
【請求項１０】
少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する装置であって、該シリコン含有物を移動させる手段を有することを特徴とするシリコン含有物の除去装置。
【請求項１１】
前記シリコン含有物を移動させる手段は、ガスを吹き付けて移動させる手段であることを特徴とする、請求項１０に記載のシリコン含有物の除去装置。
【請求項１２】
前記シリコン含有物を移動させる手段は、物理的に移動させる手段であることを特徴とする、請求項１０に記載のシリコン含有物の除去装置。
【請求項１３】
少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する装置であって、該シリコン含有物を攪拌する手段を有することを特徴とするシリコン含有物の除去装置。
【請求項１４】
少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する装置であって、該シリコン含有物を粉砕する手段を有することを特徴とするシリコン含有物の除去装置。
【請求項１５】
少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する装置であって、該シリコン含有物に振動を与える手段を有することを特徴とするシリコン含有物の除去装置。
【請求項１６】
少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する装置であって、該クリーニングガスを攪拌する手段を有することを特徴とするシリコン含有物の除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シランガス等を使った高周波プラズマＣＶＤ法等の薄膜形成工程において、放電空間周辺部材表面や排気ダクト、排気配管内壁等へ堆積残留してしまうポリシラン等のシリコン含有副生成物を除去する為のクリーニング方法及びクリーニング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シランガスを含む混合ガスを使ったプラズマＣＶＤ装置等の薄膜形成工程の放電炉内において生成される副生成物、主にポリシラン等を除去する手段として、ドライエッチングによるクリーニング方法では、７Ｂ族元素を含んだガス、例えばＣＦ4やＮＦ3等のガスを処理装置内へ導入しプラズマを生起させることで前記ガスを励起、分解しクリーニングを行っていた。しかしながらこの方法ではプラズマ放電領域、すなわち電力印加電極から離れた個所にある部材のクリーニングは困難であった。
【０００３】
この問題を解決するためのプラズマ放電に依存しないクリーニング方法として、７Ｂ族元素を含む反応性が高いガスとしてＣｌＦ3等のガスを使いプラズマレスなクリーニング方法が行われている(例えば、特許文献１、２を参照)。この方法は、電極から離れた場所であってもガスに触れる場所であればクリーニングが進行し、前記ポリシランを除去できるという優れた利点があった。さらに、プラズマレスなクリーニング方法は、プラズマ加熱によって部材が温度上昇し必要以上の腐食を進行させるようなダメージが発生しない為、プラズマを使ったクリーニングでは必須となる部材保護の為の冷却手段等の構成で装置が複雑化しがちな面も回避でき、ガスを流すだけでクリーニングが進行するといった手順上の簡便さから運用面でも利点が大きく、プラズマを使ったクリーニング方法に比べて優れていた。
【０００４】
この利点をさらに推し進め、積極的にプラズマ放電空間以外の特定の箇所に副生成物を溜め込みクリーニングするといった例として、薄膜形成を行うガス処理部と排気配管の途中にトラップ装置を配置し反応生成物を堆積物としてトラップし、ガス処理部の非処理時に別途ＣｌＦ3ガスをトラップに供給し堆積物を除去するといったことも行われていた（特許文献３）。
【０００５】
別のトラップの例では、プラズマ放電空間内及び／又はプラズマ放電空間近傍にルーバー状部材を設け、場合によってはルーバー状部材を加熱することで、真空処理容器内においてポリシラン等のパウダーが飛散しないよう固定化させる手段が開示されている（特許文献４）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１−２３１９３６号公報
【特許文献２】特開平２−７７５７９号公報
【特許文献３】特開２００１−１８９２７７号公報
【特許文献４】特開平１１−８０９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、クリーニングによって除去しようとするポリシラン等のシリコン含有副生成物は、薄膜形成工程時に放電空間から下流側に位置する容器内壁や排気バルブ内側、真空排気配管内壁、真空ポンプ内部等いたる箇所に付着すると同時に、比較的排気流速が他に比べて小さい箇所ではより一層選択的に多量に堆積する傾向がある。例えば排気配管が曲がった形状をしている場合にはその配管断面内周側の内壁、配管径が大きくなる箇所すなわちコンダクタンスが大きくなる方向に変化している箇所等では塊状になって内壁に密着し堆積している。一方では排気配管系統の途中において意図的に流速が小さくなるような箇所を設け流れがよどむような状態にする、すなわちトラップ箇所を設ける場合にもポリシランが多量に堆積し次第に塊状に成長していく。
【０００８】
このような状況においてクリーニングを開始すると、比較的少量のポリシランが堆積している箇所はクリーニングは短時間で終了するが、多量に堆積した箇所では、まとまった量が塊状を呈しているが為、クリーニングガスとの反応はその塊の表面近傍でしか起こっておらず、ほとんどのクリーニングガスがポリシランと接触することなく未反応のまま排出されているような状況が発生していた。
【０００９】
この状況をもう少し詳しく説明すると、例えばガス流量が１０００〜５００００ｃｍ3／ｍｉｎ程度、圧力が１３３Ｐａより高圧側のいわゆる低真空プロセスでは、ガス流の性質としては粘性流領域であり、一般的に直管の中を流れているときのガス流速分布は管の断面中心部で最大であって周に向かうほど２次関数的に速度が減少し内壁付近ではほぼ０になってしまう特徴がある。これを換言すると、単位時間あたりに管断面を通過するガス分子数は、管断面中心部が最大であって管内壁に向かうほど大きく減少することを意味し、例えば内壁表面部分に付着したポリシランをガスを流しながら反応させようとしてもクリーニングガスの大部分は流速の大きな管中心部を通り抜けてしまっていてクリーニング反応にほとんど寄与することなく排出されていた。これは直管の場合の例であるが、一般的に真空排気配管は物理的な配置上必ずエルボ等の曲部を有する配管やレデューサ等の径違いを変換する為の配管等の部材の組み合わせで構成される場合が多い。例えば、エルボ等の配管部で流れの向きが変わる場合には、より複雑な流れになるもののおおよそ曲部外周側で流速が大きく曲部内周側で流速が小さくなるので、特にエルボ部出口の内周側にポリシランが多く堆積しやすいにもかかわらずクリーニングガスは供給されにくく外周側を通り抜けてしまう状況は直管の場合と同等であった。また、レデューサ等の配管では、特に径が小径から大径に変換させるような場合には、その変換箇所でガス流速は小さくなる方向へ変化するためそういった箇所の内壁部にはポリシランが堆積し易いが、クリーニングガスの流れは直管の場合と同じく管断面中心部を主に通過するためクリーニングの反応効率は良いとはいえなかった。
【００１０】
さらには、例えば薄膜形成容器内や真空排気配管内における排気経路の適当な箇所においてルーバー状部材を適宜設けガス流が直線的に流れないような構成にした場合、ガス流は折れ曲がりながら流れるようになる結果、ガス流が排気管内壁面と適宜衝突し得る箇所を設けることができるが、しかしながらこの構成は排気管にエルボ部が多数設けられた場合と近似的に同等な構成であり、ルーバー状部材の表裏においてガス流速の大小が発生することは自明であって上記の問題が根本的に取り除かれるわけではない。
【００１１】
これらの事象をまとめると、ポリシランが溜まり易い箇所はガス流速が小さい箇所であり、その一方でクリーニングガスの供給量が多い箇所はガス流速が大きな箇所であって、両者は相反する箇所になってしまう傾向が元来あって、特にプラズマレスでガスを流しながら行うＣｌＦ3ガスを使ったクリーニングにおいては本質的には非効率的であるといった問題があった。さらにはＣｌＦ3ガスは腐食性が高い性質を有する為、実際の運用では装置内部の金属系部材や樹脂系部材を保護する意味でも窒素ガス等の不活性ガスで１％〜５０％程度に希釈して使用する場合が多く、当然希釈度が大きくなるほど分子の衝突確率は低下することになり、クリーニング効率をより一層低下させざるを得ない状況であった。
【００１２】
こうしたクリーングガス利用効率が低下した状態でクリーニング工程を行うことは、クリーニングガス自体を浪費していると同時にクリーニングが完了するまでの時間も長くなってしまい、装置ダウンタイムを短縮する意味で問題であった。したがってガス流速が小さな場所に堆積し易いポリシランをクリーニングガスに対して一層効率よく反応を起こさせ得る手段を見出し、クリーニング時間を短縮することが可能な手段の提供が望まれていた。
【００１３】
一方、クリーニング工程の容器内圧力や配管内圧力は、ガス分子同士の衝突確率を増加させる目的で比較的高めの圧力、例えば１３．３ｋＰａ以上の圧力で行われることが多く、流速が小さな箇所に堆積したポリシランとクリーニングガスとの衝突確率がより増加したことに対応して除去時間が短縮化される意味では一定の効果があった。しかしながら、圧力を高めに設定したとしてもいわゆる粘性流領域であることには変わりなくクリーニングガスの大部分が管断面中心部を通過しやすいという本質的な問題が解消されるわけではなかった為、これだけでは十分な手段とはいえなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記従来の問題点の解決する本発明の構成は以下のとおりである。
即ち、本発明のシリコン含有物の除去方法は、少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する方法であって、該シリコン含有物を移動させる工程を含むことを特徴とする。
また、前記シリコン含有物を移動させる工程は、該シリコン含有物の堆積箇所から、前記クリーニングガスの流速がより大きな場所へ向かって移動させる工程であることを特徴とする。
また、前記シリコン含有物を、ガスを吹き付けて移動させることを特徴とする。
そしてまた、前記シリコン含有物を、物理的手段により移動させることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の他のシリコン含有物の除去方法は、少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する方法であって、該シリコン含有物を攪拌する工程を含むことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の他のシリコン含有物の除去方法は、少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する方法であって、該シリコン含有物を粉砕する工程を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の他のシリコン含有物の除去方法は、少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する方法であって、該シリコン含有物に振動を与える工程を含むことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の他のシリコン含有物の除去方法は、少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する方法であって、該クリーニングガスを攪拌する工程を含むことを特徴とする。
【００１９】
そしてまた、これら本発明のシリコン含有物の除去方法は、前記反応室及び／又は配管内の圧力を１３．３ｋＰａ以上として行うことを特徴とする。
【００２０】
本発明のシリコン含有物の除去装置は、少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する装置であって、該シリコン含有物を移動させる手段を有することを特徴とする。
また、前記シリコン含有物を移動させる手段は、ガスを吹き付けて移動させる手段であることを特徴とする。
また、前記シリコン含有物を移動させる手段は、物理的に移動させる手段であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の他のシリコン含有物の除去装置は、少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する装置であって、該シリコン含有物を攪拌する手段を有することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の他のシリコン含有物の除去装置は、少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する装置であって、該シリコン含有物を粉砕する手段を有することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の他のシリコン含有物の除去装置は、少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する装置であって、該シリコン含有物に振動を与える手段を有することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の他のシリコン含有物の除去装置は、少なくとも反応室及び／又は配管内に堆積したシリコン含有物をクリーニングガスを導入して除去する装置であって、該クリーニングガスを攪拌する手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の除去方法および除去装置を用いることで、プラズマレスで装置クリーニングを行う際、流速の小さな箇所に溜まった塊状に堆積したシリコン含有物があったとしても、効率よく除去反応を促進させることが可能となり、クリーニング時間の大幅な短縮化が実現し、クリーニングガスの有効利用、装置部材損傷の低減が達成され運用コスト面、装置ダウンタイム削減等の効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１に本発明の一例を示す。真空に保持可能な薄膜形成容器１０１には供給ガス配管１０３が供給バルブ１０２を介して接続され容器内にガスを導入することが可能であり、排気バルブ１０７を開け真空排気配管１０８を経由させ真空ポンプ１０９によって排気管１１０へ排出される。この場合、例えば排気バルブ１０７として開度調整可能なバルブを使ったり、真空ポンプ１０９としてモーター回転数調整可能な機能を有する真空ポンプを用いたりすれば、容器内や排気配管内を所望の圧力に調整維持可能である。
【００２７】
薄膜形成容器１０１内には不図示の高周波電源が接続された高周波印加電極１０６が設置され、基板１０５を保持可能な基板ホルダー兼対向電極１０４との間の空間にてプラズマ放電可能な構造となっている。例えば、不図示のマスフローコントローラー等で構成されたミキシング装置等を使ってガス流量を調整し、シランガスと水素ガスをそれぞれ５００ｃｍ3／ｍｉｎ、２，０００ｃｍ3／ｍｉｎ流しながら混合し供給ガス配管１０３を通して容器内へ流し、排気バルブ１０７を使って容器内圧力を１３３Ｐａに調整し、高周波印加電極１０６にＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を８００Ｗ印加してプラズマを生起させ、基板１０５としてガラス板を使いその表面にアモルファスシリコン薄膜を形成した。このような薄膜形成工程を５０時間続けた後には、容器１０１の内壁、排気バルブ１０７や真空排気配管１０８の内壁やトラップ１１１にはポリシランが付着堆積し、特に堆積箇所１１２、１１３には多量のポリシランが塊状に堆積した。
【００２８】
この状態でクリーニング工程を行った。例えば、不図示のマスフローコントローラー等で構成されたミキシング装置等を使ってガス流量を調整し、ＣｌＦ3ガスと窒素ガスをそれぞれ２，０００ｃｍ3／ｍｉｎ、２０，０００ｃｍ3／ｍｉｎ流しながら混合し供給ガス配管１０３を通して容器内へ流し、排気バルブ１０７は全開にして、不図示のインバーターを使って真空ポンプの回転数を調整することで容器内圧力、真空排気配管内圧力を１３．３ｋＰａ以上に調整し混合ガスを流しながら放置しクリーニングを行った。
【００２９】
クリーニングの進行度合いあるいは終了の判定方法は、ＣｌＦ3ガスとポリシランとの反応がかなりの発熱を伴う為配管等の部材の外壁の温度を監視することで判断可能である。すなわち外壁温度はクリーニングが始まると室温付近から４０℃以上に上昇しクリーニング反応が起こっている最中は温度が上がった状態を続け、その後ポリシランが除去されてくると外壁温度は下降しはじめ最終的には室温に戻るといった経過を示す。このようにあるひとつの部位における経過が排気管経路の各部位において観測され、クリーニングガス流の上流側の外壁温度が先に上昇しはじめ、下流側に向かって温度上昇箇所が次第に移動していくような状況になる。最終的には最後まで温度上昇がおこっている箇所の温度が室温に戻った時点で系全体のクリーニングが終了したと判定した。
【００３０】
薄膜形成時のガス流速が大きい箇所ではポリシラン堆積量が少ないことから温度が上昇している時間が８０分程度の時間経過後室温に戻りクリーニングが終了した。一方、まとまった量のポリシランが存在する堆積箇所１１２、１１３のような箇所では反応の進行が遅いため、ポリシランを移動、攪拌、粉砕するような手段を講じると反応が促進され効果的である。例えば、トラップに回転式羽根を使った攪拌器１１４を設置し、クリーニングガスを流しながら定期的にハンドルを回転させ、堆積箇所１１３すなわちトラップ内部に堆積しているポリシランを攪拌すると、クリーニングガスと接触するポリシラン量を増加させることができ反応が促進される。この場合回転羽根を使ったが、溜まっているポリシランを物理的に攪拌することができる手段であれば良く、特にこれに限定されない。別の手段としては、例えば超音波発信子を使った振動手段、振動子、振動板等の振動器を攪拌したい箇所に取付け又は接触させて振動エネルギーを与えることによって攪拌することも可能である。またクリーニングガス流路中でポリシランの堆積量の比較的少ない所定の位置に、固定式の突起物１１７や又は薄膜形成時にはガス流を妨げないように格納され、クリーニング時にはガス流路に適度に飛び出すような移動式突起物１１８等の障害物を設けておくことによってクリーニングガスを攪拌することも可能である。さらに移動式突起物１１８のような往復運動可能な機能を有する部材を排気配管内の流速が小さな個所、すなわちポリシラン堆積個所の近傍に設け、エッチング中において適宜これを動作されることによってポリシランを移動させることも可能である。このとき突起物の形状は、丸棒状、角柱状、長板形状等が考えられるが、ガス流を著しく妨げない形状、構造であれば良く特にこれらに限定されない。
【００３１】
また、別の例として、真空排気配管１０８の堆積箇所１１２の近傍にガス配管１１５を設け、バルブ１１６を介して上流に例えば圧力が０．１ＭＰａに調整された窒素ガスを接続しておき、クリーニング中にバルブ１１６を適宜開閉することで窒素ガスを瞬間的に噴出し堆積箇所１１２近傍の圧力を急変させても良い。窒素ガスの噴射によって堆積しているポリシランを粉砕し、吹飛ばしながらガス流速の大きな箇所へ移動させることが可能となり、よりクリーニング反応が促進される。またこの窒素ガスの噴射によってクリーニングガス自体が攪拌されることにより未反応のクリーニングガスがポリシランと効率良く接触しクリーニング反応が一層促進される。この場合窒素ガスを使ったが、他にはアルゴンガス、ヘリウムガス等のようにこの系において不活性なガスであれば良く特にこれに限定されない。供給させるガス圧力は、この場合０．１ＭＰａとしたが、個々の装置形態に則して設定されれば良く特にこれに限定されない。
【００３２】
また、ポリシランを移動、拡散、粉砕させるような手段を講じるタイミングとしては、上述に加え、クリーニング開始前、クリーニングを一時停止させた時に行うことも効果がある。すなわちガス流速が大きな箇所というのは、ある特定の装置については予め判明している場合が多く、予測することも難しいことではない為、薄膜形成工程の後に、そういった箇所に予めポリシランを移動させておきクリーニングを開始するといったことを行っても良い。さらに、前述したようにクリーニングする所定の箇所や部位に温度検出手段を設け各部位の温度を検出する。そして検出した温度に基づいて前記ポリシランの移動、攪拌、粉砕を行うことも一層効果がある。
【実施例】
【００３３】
上記の通り薄膜形成工程をそれぞれ５０時間行った後、クリーニングガスを上記の通り同条件にして流しながら、以下の条件だけを変えて本発明の効果を確認するための実験を行った。
【００３４】
（実験１）堆積箇所１１２において、上記に示した手法でガス配管１１５から窒素ガスを噴射させながらクリーニングを行った。窒素ガスの噴射は連続５秒間行い、これを１０分おきに繰り返した。
【００３５】
（実験２）堆積箇所１１３において、上記に示した手法で攪拌機（回転羽根）１１４を回転させながらクリーニングを行った。回転羽根の回転は、連続５回転行い、これを１０分おきに繰り返した。
【００３６】
（実験３）上記実験１および２で行った窒素ガス噴射や回転羽根の回転を一切行うことなくクリーニングを行った。
【００３７】
これらの条件で行ったときのクリーニング開始から終了までの時間をそれぞれ計測し比較した。それぞれのクリーニング時間は、実験１では２３０分、実験２では２１０分、実験３では３７０分であった。
【００３８】
この結果から、実験１および実験２で行った本発明の手法は、実験３で行った従来の手法に比べ時間が短縮されており、本発明の効果が実証された。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の除去方法を実施した反応室及び配管系の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０１  薄膜形成容器
１０２  供給バルブ
１０３  供給ガス配管
１０４  基板ホルダー兼対向電極
１０５  基板
１０６  高周波印加電極
１０７  排気バルブ
１０８  真空排気配管
１０９  真空ポンプ
１１０  排気管
１１１  トラップ
１１２  堆積箇所
１１３  堆積箇所
１１４  攪拌器
１１５  ガス配管
１１６  バルブ
１１７  固定式突起物
１１８  移動式突起物
【図１】
2006086166.tif 000003