(57)【要約】【課題】電極上の付着物に加え、電極の外周近傍に設けられた部材上の付着物を速やかに除去することができる成膜装置のクリーニング方法を提供する。【解決手段】第１の対の電極１１、１２間に第１の条件でプラズマが発生させられる。プラズマ状態の変化に対応して、第１の条件でプラズマを発生させる工程から第２の条件でプラズマを発生させる工程への移行が行われる。第２の条件は、第１の条件に比して、第１の対の電極１１、１２間において外周方向へプラズマを拡げる条件である。第１の対の電極１１、１２間の外周からの光の強度の低下に対応して、第１の条件でプラズマを発生させる工程から第２の条件でプラズマを発生させる工程への移行が行われる。第１および第２の条件の各々はＡｒガスとＮＦ3ガスとの混合ガスを用いるものである。第２の条件は、ＮＦ3ガス流量に対するＡｒガス流量の比率である流量比が高い条件である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の対の電極の間に交流電圧を印加することで発生されたプラズマを用いてシリコン系薄膜の成膜を行なうための成膜装置が有する成膜室内に付着したシリコン系付着物を除去する、成膜装置のクリーニング方法であって、
前記第１の対の電極の間に第１の条件でプラズマを発生させる工程と、
前記第１の対の電極の間のプラズマ状態の変化を検知するために、前記第１の対の電極間の外周からの光の強度を検出する工程と、
前記第１の条件でプラズマを発生させる工程の後に、前記第１の条件と異なる第２の条件でプラズマを発生させる工程とを備え、
前記第１の対の電極間の外周からの光の強度を検出する工程により検出される前記第１の対の電極間の外周からの光の強度の低下に対応して、前記第１の条件でプラズマを発生させる工程から前記第２の条件でプラズマを発生させる工程への移行が行われ、
前記第１および第２の条件の各々はＡｒガスとＮＦ3ガスとの混合ガスを用いるもので
あり、
前記第２の条件は、前記第１の条件に比して、前記第１の対の電極の間において外周方向へプラズマを拡げる条件であり、かつＮＦ3ガス流量に対するＡｒガス流量の比率であ
る流量比が高い条件である、成膜装置のクリーニング方法。
【請求項２】
前記第１の条件におけるプロセスガスの全圧と、前記第２の条件におけるプロセスガスの全圧とが同じとされる、請求項１に記載の成膜装置のクリーニング方法。
【請求項３】
前記第１および第２の条件の各々はＮＦ3ガス流量よりもＡｒガス流量が大きい条件であり、
前記第１の条件は、プラズマの拡がりの程度が互いに等しく、かつＡｒガス流量およびＮＦ3ガス流量が異なる複数の流量比を含む第１の条件群のうちのひとつの条件であり、
前記第２の条件は、プラズマの拡がりの程度が互いに等しく、かつＡｒガス流量およびＮＦ3ガス流量が異なる複数の流量比を含む第２の条件群のうちのひとつの条件であり、
前記第２の条件群に関するＡｒガス流量に対するＮＦ3ガス流量のグラフの曲線の傾き
は、前記第１の条件群に関するＡｒガス流量に対するＮＦ3ガス流量のグラフの曲線の傾
きに比して、Ａｒガス流量が同一の場合、より緩やかである、請求項１または２に記載の成膜装置のクリーニング方法。
【請求項４】
前記成膜室内に第２の対の電極が設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の成膜装置のクリーニング方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の成膜装置のクリーニング方法によって前記シリコン系付着物を除去する工程と、
前記シリコン系付着物を除去する工程の後に、前記成膜装置を用いて前記シリコン系薄膜の成膜を行う工程とを備えた、成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置のクリーニング方法、および成膜方法に関し、特にプラズマを用いて成膜を行うための成膜装置のクリーニング方法、および成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置、薄膜太陽電池などの半導体装置の製造方法において、シリコン系薄膜が成膜されることがある。この成膜は、たとえばプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置によって行われる。この成膜が繰り返されるにしたがって、成膜装置の成膜室内にはシリコン系付着物が蓄積されてくる。この付着物は、成膜室内におけるパーティクルの増大につながるため、定期的に除去される必要がある。すなわち定期的に成膜装置のクリーニングが行われる必要がある。
【０００３】
特開平６−３１８５８０号公報（特許文献１）によれば、上記クリーニングを行うためのプラズマが、ＮＦ3ガスおよびＡｒガスの混合ガスを用いて発生させられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３１８５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した付着物は、プラズマを発生させるための電極上に付着するだけでなく、電極の外周近傍に設けられた部材上にも付着する。このような部材としては、たとえば、電極電位を制御するための配線、電極に内蔵されたヒータに電力を供給するための配線、および、電極にプロセスガスを供給するための配管がある。
【０００６】
上述した従来のクリーニング方法では、電極上の付着物は比較的速やかに除去されるものの、電極の外周近傍に設けられた部材上の付着物の除去に長時間を要するという問題があった。
【０００７】
それゆえ本発明の目的は、電極上の付着物に加え、電極の外周近傍に設けられた部材上の付着物を速やかに除去することができる成膜装置のクリーニング方法を提供することであり、またこのクリーニング方法を利用した成膜方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の成膜装置のクリーニング方法は、第１の対の電極の間に交流電圧を印加することで発生されたプラズマを用いてシリコン系薄膜の成膜を行なうための成膜装置が有する成膜室内に付着したシリコン系付着物を除去する、成膜装置のクリーニング方法であって、以下の工程を有する。
【０００９】
第１の対の電極の間に第１の条件でプラズマが発生させられる。次に、第１の条件と異なる第２の条件でプラズマが発生させられる。第２の条件は、第１の条件に比して、第１の対の電極の間において外周方向へプラズマを拡げる条件である。上記のクリーニング方法は、第１の対の電極の間のプラズマ状態の変化を検知する工程をさらに有する。プラズマ状態の変化に対応して、第１の条件でプラズマを発生させる工程から第２の条件でプラズマを発生させる工程への移行が行われる。プラズマ状態の変化を検知する工程は、第１の対の電極間の外周からの光の強度を検出する工程を含む。第１の対の電極間の外周からの光の強度の低下に対応して、第１の条件でプラズマを発生させる工程から第２の条件でプラズマを発生させる工程への移行が行われる。第１および第２の条件の各々はＡｒガスとＮＦ3ガスとの混合ガスを用いるものである。第２の条件は、ＮＦ3ガス流量に対するＡｒガス流量の比率である流量比が高い条件である。
【００１０】
本発明の成膜装置のクリーニング方法によれば、まず第１の条件で発生させられたプラズマによって第１の対の電極上の付着物が除去された後、プラズマの発生条件が第２の条件に切り替えられることで、プラズマが第１の対の電極の外周方向に拡げられる。これにより、電極の外周近傍に設けられた部材上の付着物が速やかに除去される。
【００１１】
好ましくは、上記のクリーング方法において、成膜室内に第２の対の電極が設けられている。
【００１２】
本発明の成膜方法は、上述した成膜装置のクリーニング方法によってシリコン系付着物を除去する工程と、この工程の後に、成膜装置を用いてシリコン系薄膜の成膜を行う工程とを有する。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、電極の外周近傍に設けられた部材上の付着物が速やかに除去される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における成膜装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１におけるインピーダンス整合回路を概略的に示す回路図である。
【図３】図１の成膜装置を用いた成膜方法の様子を概略的に示す断面図である。
【図４】図１の成膜装置に導入されるプロセスガスの混合比とプラズマの分布との関係を概略的に示す図である。
【図５】図４の流量領域Ｒ１でのプラズマの分布を概略的に示す断面図である。
【図６】図４の流量領域Ｒ２でのプラズマの分布を概略的に示す断面図である。
【図７】図４の流量領域Ｒ３における破線Ｌａ近傍でのプラズマの分布を概略的に示す断面図である。
【図８】図４の流量領域Ｒ３における破線Ｌｂ近傍でのプラズマの分布を概略的に示す断面図である。
【図９】図４の流量領域Ｒ３における破線Ｌｃ近傍でのプラズマの分布を概略的に示す断面図である。
【図１０】図４の流量領域Ｒ４でのプラズマの分布を概略的に示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１におけるクリーニング方法における第１の電極の間の自己バイアスの絶対値の時間変化を概略的に示すグラフ図である。
【図１２】本発明の実施の形態１におけるクリーニング方法における図２のインピーダンス整合回路の回路定数の時間変化を概略的に示すグラフ図である。
【図１３】本発明の実施の形態１におけるクリーニング方法における、第１の電極の対の外周からの光の強度の時間変化を概略的に示すグラフ図である。
【図１４】本発明の実施の形態２における成膜装置の構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
はじめに本実施の形態の成膜装置について、以下に説明する。
【００１６】
図１および図２を参照して、本実施の形態の成膜装置１００は、成膜室１０と、カソード電極１１と、アノード電極１２と、配線２１〜２３と、ガス配管２４と、フィードスルー３１〜３５と、インピーダンス整合回路４１と、電圧計４２と、発光分光装置４３と、流量制御器５１および５２と、ＮＦ3ガスボンベ６１と、Ａｒガスボンベ６２と、ＲＦ(Radio Frequency)電源７１（交流電源）と、真空ポンプ７２と、ヒータ電源７３と、ヒータ素子７４とを有する。
【００１７】
成膜室１０は、成膜処理を行うための真空チャンバである。
カソード電極１１およびアノード電極１２は、互いに対向して配置されることで、１対の電極（第１の対の電極）をなしている。図中、カソード電極１１およびアノード電極１２の間の領域Ｓのうち、その中央部が中央領域ＳＣとして示され、その外周部が外周領域ＳＥとして示されている。
【００１８】
カソード電極１１は、配線２１、フィードスルー３１、およびインピーダンス整合回路４１を順に介して、ＲＦ電源７１に接続されている。またカソード電極１１は、カソード電極１１およびアノード電極１２の間の領域Ｓに向かってプロセスガスを供給するための穴を有する。
【００１９】
アノード電極１２は、配線２２およびフィードスルー３２を順に介して、接地されている。またアノード電極１２の内部にはヒータ素子７４が配置されている。ヒータ素子７４は、配線２３およびフィードスルー３３を順に介して、ヒータ電源７３に接続されている。
【００２０】
ＮＦ3ガスボンベ６１およびＡｒガスボンベ６２のそれぞれは、流量制御器５１および５２によって混合比が制御されたＮＦ3ガスおよびＡｒガスの混合ガスを図中矢印Ｇに示すように供給することができるように接続されている。またフィードスルー３４およびガス配管２４は、この混合ガスをカソード電極１１に供給するように接続されている。
【００２１】
真空ポンプ７２は、成膜室１０内のガスを、図中矢印ＥＶに示すように排気することができるように接続されている。これにより成膜室１０内の圧力を調整することができる。
【００２２】
電圧計４２は、一端がカソード電極１１およびインピーダンス整合回路４１の間に接続され、他端が接地されている。これにより、カソード電極１１およびアノード電極１２の間の自己バイアスの絶対値を検出することができる。
【００２３】
インピーダンス整合回路４１は、図２に示すように、キャパシタンスＣ１およびＣ２と、インダクタンスＬ１とを有する。キャパシタンスＣ１およびＣ２が最適化されることで、カソード電極１１およびアノード電極１２の間に発生されるプラズマのインピーダンスと、ＲＦ電源７１のインピーダンスとの整合が取られる。
【００２４】
発光分光装置４３は、フィードスルー３５を介して、図中破線矢印で示すように、外周領域ＳＥからの光の強度を測定することができるものである。
【００２５】
次に本実施の形態の成膜方法について、以下に説明する。
図３を参照して、アノード電極１２上に基板９１が載置される。次に、シリコン系薄膜を成膜するためのプロセスガスが、そのためのガス系統（図示せず）を介して成膜室１０内に導入される。このプロセスガスは、たとえばシランガスおよび水素ガスの混合ガスである。
【００２６】
次にカソード電極１１およびアノード電極１２に間に、インピーダンス整合回路４１を介してＲＦ電源７１から交流電圧が供給される。これによりカソード電極１１およびアノード電極１２の間にプラズマが発生することで、プラズマＣＶＤによるシリコン系薄膜の成膜が行われる。
【００２７】
上記の成膜が繰り返されると、成膜室１０内にシリコン系付着物が蓄積されてくる。この付着物は、カソード電極１１およびアノード電極１２上に付着するだけでなく、両電極の外周近傍に設けられた、配線２１〜２４およびガス配管２４の上にも付着する。
【００２８】
次に上記の付着物を除去するために、後述するクリーニングが行われる。このクリーニングによって付着物が除去された後、成膜が再開される。これにより、よりパーティクルの少ない環境下での成膜が可能となる。
【００２９】
次に、本クリーニング方法で用いられる混合ガスの混合比と、プラズマの分布との関係について、以下に説明する。なお本クリーニング方法では、上記の混合ガスとして、ＡｒガスおよびＮＦ3ガスの混合ガスが矢印Ｇ（図１）に示すように導入されつつ、プラズマが発生させられることで、クリーニングが行われる。
【００３０】
図４を参照して、このプラズマの分布は、ＡｒガスおよびＮＦ3ガスの流量条件に依存して変化し得る。図中、縦軸および横軸のそれぞれは、ＡｒガスおよびＮＦ3ガスの流量を、縦軸および横軸の間で共通の任意単位を用いて示している。
【００３１】
図５を参照して、流量条件が流量領域Ｒ１（図４）にある場合、プラズマは分布ＰＬ１を有する。分布ＰＬ１は中央領域ＳＣに集中しており、電極の損傷が発生しやすい。よって分布ＰＬ１の使用は避けることが好ましい。
【００３２】
図６を参照して、流量条件が流量領域Ｒ２（図４）にある場合、プラズマは分布ＰＬ２を有する。分布ＰＬ２は中央領域ＳＣにやや集中している。
【００３３】
図７を参照して、流量条件が流量領域Ｒ３（図４）における破線Ｌａ近傍にある場合、プラズマは分布ＰＬ３ａを有する。分布ＰＬ３ａは、おおよそ領域Ｓ全体に広がっているが、外周領域ＳＥでのプラズマ放電はやや弱くなっている。
【００３４】
図８を参照して、流量条件が流量領域Ｒ３（図４）における破線Ｌｂ近傍にある場合、プラズマは分布ＰＬ３ｂを有する。分布ＰＬ３ｂは領域Ｓ全体に広がっている。
【００３５】
図９を参照して、流量条件が流量領域Ｒ３（図４）における破線Ｌｃ近傍にある場合、プラズマは分布ＰＬ３ｃを有する。分布ＰＬ３ｃは、おおよそ領域Ｓ全体に広がっているが、外周領域ＳＥでのプラズマ放電はやや強くなっている。
【００３６】
図１０を参照して、流量条件が流量領域Ｒ４（図４）にある場合、プラズマは分布ＰＬ４を有する。分布ＰＬ４は外周領域ＳＥに集中しており、異常放電が発生しやすい。よって分布ＰＬ４の使用は避けることが好ましい。
【００３７】
次に、本実施の形態における具体的なクリーニング方法について、以下に説明する。
はじめに、カソード電極１１およびアノード電極１２の間に、流量領域Ｒ３（図４）における破線ＬａまたはＬｂの流量条件（第１の条件）でプラズマが発生させられる。すなわち分布ＰＬ３ａまたはＰＬ３ｂを有するプラズマが発生させられる。このプラズマが一定時間維持されると、カソード電極１１およびアノード電極１２上の付着物は除去されるが、外周領域ＳＥにおけるプラズマの強度が低いために、外周領域ＳＥ近傍に位置する部材、すなわち配線２１〜２４およびガス配管２４の上の付着物は、この時点ではあまり除去されていない。
【００３８】
また上記のようにカソード電極１１およびアノード電極１２の上の付着物が除去されると、プラズマ状態に変化が生じる。この変化は、以下に示す第１〜第３の検知方法のいずれかによって検知することができる。
【００３９】
図１１を参照して、第１に、カソード電極１１およびアノード電極１２の上の付着物が除去された時点ｔｃで、カソード電極１１およびアノード電極１２の間の自己バイアスの絶対値Ｖｐが低下する。この変化は、電圧計（第１の検知部）４２（図１）によって検知することができる（第１の検知方法）。
【００４０】
図１２を参照して、第２に、インピーダンス整合回路（第２の検知部）４１の回路定数が変化する。すなわちキャパシタンスＣ１およびＣ２が変化する。よって回路定数をモニタすることで、この変化を検知することができる（第２の検知方法）。
【００４１】
図１３を参照して、第３に、外周領域ＳＥにおけるプラズマの強度が低下し、プラズマ分布が中央領域ＳＣに収縮するような変化が生じる。この変化は、発光分光装置（第３の検知部）４３（図１）によって検知することができる（第３の検知方法）。
【００４２】
本実施の形態においては、上記の第１〜第３の検知方法の少なくともいずれかによる検知に対応して、流量条件が、破線Ｌｃ（図４）近傍に位置する条件（第２の条件）へと移行される。すなわち領域Ｓにおける外周方向へプラズマが拡げられる。この結果、分布ＰＬ３ｃを有するプラズマが発生させられる。このプラズマが一定時間維持されると、外周領域ＳＥにおけるプラズマの強度が高いために、外周領域ＳＥ近傍に位置する部材、すなわち配線２１〜２４およびガス配管２４の上の付着物が、効率的に除去される。
【００４３】
以上により、本実施の形態のクリーニング方法が行なわれる。
本実施の形態のクリーニング方法によれば、まず、破線ＬａまたはＬｂ（図４）近傍の流量条件で発生させられた、分布ＰＬ３ａ（図７）またはＰＬ３ｂ（図８）を有するプラズマによって、カソード電極１１およびアノード電極１２（図１）上の付着物が速やかに除去される。
【００４４】
次に流量条件が破線Ｌｃ（図４）近傍の流量条件に切り替えられることで、プラズマが領域Ｓにおける外周方向に拡げられる。これにより、外周領域ＳＥ近傍に設けられた部材、すなわち配線２１〜２４およびガス配管２４の上の付着物が速やかに除去される。
【００４５】
（実施の形態２）
図１４を参照して、本実施の形態の成膜装置は、成膜装置１００（図１：実施の形態１）と異なり、複数の基板上に同時に成膜することができるものである。このために、カソード電極１１ａおよびアノード電極１２ａからなる１対の電極（第２の対の電極）がさらに設けられている。またこの第２の対の電極を、実施の形態１の第１の対の電極（図１：カソード電極１１およびアノード電極１２）と同様に用いるために、成膜装置１００の構成に加えて、配線２１ａ〜２３ａと、ガス配管２４ａと、フィードスルー３１ａ、３２ａ、３３ａおよび３５ａと、インピーダンス整合回路４１ａと、電圧計４２ａと、発光分光装置４３ａと、ヒータ電源７３ａと、ヒータ素子７４ａとが設けられている。
【００４６】
本実施の形態によれば、複数の基板上に同時に成膜する成膜装置を用いた場合においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４７】
また時点ｔｃ（図１１〜図１３）に相当する時点を第２の対の電極についても検知するようにした場合、第１および第２の対の電極の各々の外周近傍に位置する部材上の付着物を、より確実に、かつ効率よく除去することができる。
【００４８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、プラズマを用いて成膜を行うための成膜装置のクリーニング方法および成膜方法に特に有利に適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  成膜室、１１，１１ａ  カソード電極、１２，１２ａ  アノード電極、２１〜２３，２１ａ〜２３ａ  配線、２４，２４ａ  ガス配管、３１〜３５，３１ａ〜３３ａ，３５ａ  フィードスルー、４１，４１ａ  インピーダンス整合回路、４２，４２ａ  電圧計、４３，４３ａ  発光分光装置、５１，５２  流量制御器、６１  ＮＦ3ガスボンベ、６２  Ａｒガスボンベ、７１  ＲＦ電源（交流電源）、７２  真空ポンプ、７３，７３ａ  ヒータ電源、７４，７４ａ  ヒータ素子、１００  成膜装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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