(57)【要約】      （修正有）【課題】成膜室内の部材へのダメージを抑制しつつ、クリーニング速度の均一性を向上させることのできるプラズマＣＶＤ装置の提供。【解決手段】不活性ガスを含む第１のクリーニングガスを成膜室６の外部でプラズマ励起させて第１供給口９から成膜室内に供給する第１供給手段１，２と、フッ素を含むガスが含まれる第２のクリーニングガスをプラズマ励起させずに第２供給口１１から成膜室内に供給する第２供給手段３と、を備え、第１供給口と第２供給口とが成膜室６内の異なる位置に形成されているプラズマＣＶＤ装置とする。【選択図】図１
2011228546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室の内部に保持された基板に成膜処理を施すプラズマＣＶＤ装置であって、
不活性ガスを含む第１のクリーニングガスを前記成膜室の外部で励起させて第１供給口から前記成膜室内に供給する第１供給手段と、
フッ素を含むガスが含まれる第２のクリーニングガスを励起させずに第２供給口から前記成膜室内に供給する第２供給手段と、を備え、
前記第１供給口と前記第２供給口とが前記成膜室内の異なる位置に形成されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記第１供給手段は、前記第１のクリーニングガスを前記成膜室の外部で励起させるリモートプラズマ装置を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記リモートプラズマ装置から前記成膜室に至る経路は耐腐食性材料で構成されるか、または耐腐食性材料でコーティングされていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記第１のクリーニングガスには、フッ素を含むガスが少なくとも１種類以上含まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記成膜室の内部には、基板を保持する基板保持手段と、前記基板保持手段に対向して設けられるプラズマ電極とが設けられ、
前記第１供給口は、前記プラズマ電極に形成され、
前記第２供給口は、前記基板保持手段と前記プラズマ電極を囲む前記成膜室の側面に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記成膜室の内部には、基板を保持する基板保持手段と、前記基板保持手段に対向して設けられるプラズマ電極とが設けられ、
前記第１供給口は、前記基板保持手段と前記プラズマ電極を囲む前記成膜室の側面に形成され、
前記第２供給口は、前記プラズマ電極に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項７】
成膜室の内部に保持された前記基板に成膜処理を施すプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法であって、
不活性ガスを含む第１のクリーニングガスを励起させて第１供給口から前記成膜室内に供給し、
フッ素を含むガスが含まれる第２のクリーニングガスを励起させずに、前記成膜室内であって前記第１供給口と異なる位置に形成された第２供給口から前記成膜室内に供給することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
【請求項８】
前記第１のクリーニングガスと前記第２のクリーニングガスとを前記成膜室内に同時に供給することを特徴とする請求項７に記載のプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
【請求項９】
前記第１のクリーニングガスには、フッ素を含むガスが少なくとも１種類以上含まれることを特徴とする請求項７または８に記載のプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
【請求項１０】
前記成膜室の内部には、基板を保持する基板保持手段と、前記基板保持手段に対向して設けられるプラズマ電極とが設けられ、
前記第１供給口は、前記プラズマ電極に形成され、
前記第２供給口は、前記基板保持手段と前記プラズマ電極を囲む前記成膜室の側面に形成されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載のプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
【請求項１１】
前記成膜室の内部には、基板を保持する基板保持手段と、前記基板保持手段に対向して設けられるプラズマ電極とが設けられ、
前記第１供給口は、前記基板保持手段と前記プラズマ電極を囲む前記成膜室の側面に形成され、
前記第２供給口は、前記プラズマ電極に形成されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載のプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤ装置およびそのクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体の製造において、プラズマＣＶＤ装置を用いた成膜処理が行われる。プラズマＣＶＤ装置の成膜室内に設けられたシャワーヘッド電極から成膜室内へ原料ガスを供給し、シャワーヘッド電極に高周波電力を供給すると電極間にプラズマが発生する。プラズマ中で原料ガスが解離され、成膜室内のステージ上に載置された基板に所望の半導体膜、例えばアモルファスシリコンが成膜される。
【０００３】
このような成膜処理の過程で、成膜対象物である基板上だけでなく放電電極や成膜室側面にも不要な膜が付着する。成膜回数を重ねると不要な膜が剥離してパーティクルとなる。このパーティクルの影響で、基板が不良品となってしまう場合がある。このため、放電電極や成膜室側壁に付着した不要な膜を除去するため、定期的にクリーニング処理が行われる。
【０００４】
例えば、クリーニングガス供給源からＮＦ３などのフッ素を含むクリーニングガスを供給し、シャワーヘッド電極に高周波電力を供給することでプラズマが発生する。プラズマによりクリーニングガスは解離し、フッ素ラジカルが生成される。フッ素ラジカルは、成膜室内の不要な膜、例えばアモルファスシリコンと反応しＳｉＦ４として除去される。
【０００５】
しかし、プラズマを発生させるために供給する高周波電力により、特にシャワーヘッド電極がイオン衝撃により損傷を受け、パーティクルの原因となったり、成膜処理への影響が発生したりする。また、損傷によるシャワーヘッド電極の修理・交換により生産性が低下する問題がある。
【０００６】
そこで、イオン衝撃によるシャワーヘッド電極の損傷を防ぐために、成膜室の外でプラズマを発生させ、フッ素ラジカルを成膜室の中に供給するリモートプラズマ装置を用いたクリーニング方法がある。ただし、フッ素ラジカルは、成膜室に至るまでの経路への衝突が原因で減少したり、容器との衝突が原因で減少したりする。また、フッ素ラジカルは拡散長が大きくなるにつれても減少するため、クリーニング速度低下と成膜室内でのクリーニング速度の偏りが問題となる。これらの問題は、クリーニング処理時間の増加だけでなく、クリーニングが早期に終了した部分のオーバーエッチングを招き、成膜処理に影響を及ぼしたり、パーティクルの原因になったりする。特に、近年開発される大型のプラズマＣＶＤではその問題が顕著である。
【０００７】
そこで、リモートプラズマ装置で発生したフッ素ラジカルをシャワーヘッド電極から供給する際に、シャワーヘッド電極に高周波電力を供給することで、配管や拡散板での衝突により減少したフッ素ラジカルを再び増加させ、クリーニング速度を向上させる技術が、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３１９０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の技術によれば、配管や拡散板での衝突により減少したフッ素ラジカルを再び増加させるためにシャワーヘッド電極に高周波電力を供給している。そのため、シャワーヘッド電極部材の損傷とクリーニング速度の偏りは依然として発生しやすいという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、フッ素ラジカルを成膜室内で増加させることで、成膜室内の部材へのダメージを抑制しつつ、クリーニング速度の均一性を向上させることのできるプラズマＣＶＤ装置およびそのクリーニング方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、成膜室の内部に保持された基板に成膜処理を施すプラズマＣＶＤ装置であって、不活性ガスを含む第１のクリーニングガスを成膜室の外部で励起させて第１供給口から成膜室内に供給する第１供給手段と、フッ素を含むガスが含まれる第２のクリーニングガスを励起させずに第２供給口から成膜室内に供給する第２供給手段と、を備え、第１供給口と第２供給口とが成膜室内の異なる位置に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フッ素ラジカルを成膜室内で増加させることで、成膜室内の部材へのダメージを抑制しつつ、クリーニング速度の均一性を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係るプラズマＣＶＤ装置の構成の一例を模式的に示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態２に係るプラズマＣＶＤ装置の構成の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置およびそのクリーニング方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るプラズマＣＶＤ装置の構成の一例を模式的に示す図である。プラズマＣＶＤ装置は、薄膜を形成する雰囲気を内部に形成する成膜室６内に、ステージ（対向電極，基板保持手段）１０と、シャワーヘッド電極（プラズマ電極）７と、を備え、シャワーヘッド電極７とステージ１０の対向する面が互いに平行となるように設置されている。成膜室６にはガス排気管１３が設けられており、このガス排気管１３に接続された真空ポンプなどの排気装置１２によって、成膜室６内のガスが排気され、成膜室６内が所定の真空度に設定される。
【００１６】
ステージ１０は、電気的に接地されており、成膜処理を施す基板（図示せず）を保持する構造となっている。シャワーヘッド電極７は、ステージ１０と対向する対向面８に複数の吹出口９が形成されている。この吹出口９から成膜室６内へ原料ガスを供給し、シャワーヘッド電極７に高周波電力を供給すると電極間にプラズマが発生する。プラズマ中で原料ガスが解離され、成膜室６内のステージ１０上に載置された基板に所望の半導体膜、例えばアモルファスシリコンが成膜される。なお、基板に半導体膜を形成するためのその他の構成は、従来のプラズマＣＶＤ装置と同様のものを用いればよいため、詳細な説明や図示は省略する。
【００１７】
プラズマＣＶＤ装置は、基板への成膜処理終了後に成膜室６内のクリーニングを行うために、第１クリーニングガス供給源１、リモートプラズマ装置２、第２クリーニングガス供給源３をさらに備える。
【００１８】
第１クリーニングガス供給源１は、第１のクリーニングガスをリモートプラズマ装置２に供給する。第１のクリーニングガスには、Ｆ２、ＮＦ３、ＣｌＦ３などのフッ素を含むガスが少なくとも１種類以上含まれる。また、第１のクリーニングガスには、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎｅなどの不活性ガスが少なくとも１種類以上含まれる。すなわち、第１のクリーニングガスは、フッ素を含むガスと不活性ガスとが混合された混合ガスである。
【００１９】
リモートプラズマ装置２は、成膜室６内のシャワーヘッド電極７から成膜室６の外部に延びる配管４に接続される。リモートプラズマ装置２は、プラズマを発生させて、第１クリーニングガス供給源１から供給されたフッ素を含むガスから、フッ素ラジカルを生成する。また、リモートプラズマ装置２は、プラズマを発生させて、第１クリーニングガス供給源１から供給された不活性ガスから、励起状態の不活性ガス原子や不活性ガス分子を生成する。リモートプラズマ装置２で生成されたフッ素ラジカルや、励起状態の不活性ガス原子や不活性ガス分子は、拡散板５を通ってシャワーヘッド電極７の吹出口９から成膜室６内に供給される。このように、第１のクリーニングガスを成膜室６の外部で励起させて成膜室内に供給する第１供給手段が、第１クリーニングガス供給源１とリモートプラズマ装置２とを有して構成される。また、本実施の形態１では、シャワーヘッド電極７の吹出口９が第１供給口として機能する。
【００２０】
第２クリーニングガス供給源３は、成膜室６に形成された供給口１１に接続される。供給口１１は、ステージ１０とシャワーヘッド電極７を囲む成膜室６の側面に形成される。本実施の形態１では、図１に示すように成膜室６の左右に１つずつ供給口１１を設けているが、その数に制限はない。第２クリーニングガス供給源３は、第２のクリーニングガスを供給口１１から成膜室６内に供給する。
【００２１】
第２のクリーニングガスには、Ｆ２、ＮＦ３、ＣｌＦ３などのフッ素を含むガスが少なくとも１種類以上含まれる。このように、第２のクリーニングガスを励起させずに成膜室６内に供給する第２供給手段が、第２クリーニングガス供給源３を有して構成される。また、本実施の形態１では、供給口１１が第２供給口として機能する。
【００２２】
次に、成膜室６内のクリーニングについて説明する。基板への成膜処理終了後、ステージ１０上の基板を成膜室６から取り出し、クリーニング処理を開始する。まず、第１クリーニングガス供給源１から、リモートプラズマ装置２に第１のクリーニングガスが供給される。
【００２３】
リモートプラズマ装置２は、プラズマを発生させて、フッ素ラジカルや、励起状態の不活性ガス原子や不活性ガス分子を生成する。そして、リモートプラズマ装置２で生成されたフッ素ラジカルや、励起状態の不活性ガス原子や不活性ガス分子が、シャワーヘッド電極７の吹出口９から成膜室６内に供給される。
【００２４】
フッ素ラジカルや、励起状態の不活性ガス原子や不活性ガス分子が供給されるのと併せて、第２クリーニングガス供給源３から第２のクリーニングガスが成膜室６内に供給される。
【００２５】
ここで、フッ素ラジカルは寿命が比較的短い。そのため、シャワーヘッド電極７から離れるほどフッ素ラジカルが減少してしまい、シャワーヘッド電極７部分やその周辺部分よりも、成膜室６内の周囲部分（例えば側面）でクリーニング速度が低下しやすくなる。すなわち、成膜室６内で、クリーニング速度に偏りが生じてしまう。
【００２６】
一方、本実施の形態１では、シャワーヘッド電極７から励起状態の不活性ガス原子や不活性ガス分子も供給される。ここで、励起状態の不活性ガス原子や不活性ガス分子は、フッ素ラジカルよりも寿命が長く、多くの励起状態の不活性ガス原子や不活性ガス分子が成膜室６内の周囲部分まで到達する。そして、供給口１１から供給された第２のクリーニングガスを構成するフッ素を含むガスが、励起状態の不活性ガス原子や不活性ガス分子の持つエネルギーによって解離されることで、フッ素ラジカルが生成される。
【００２７】
すなわち、成膜室６内の周囲部分で発生したフッ素ラジカルによって、成膜室６内の周囲部分も効率よくクリーニングすることができ、成膜室６内でのクリーニング速度の偏りを抑えることができる。また、成膜室６内でのクリーニング速度の偏りを抑えることで、成膜室６内のクリーニング時間の短縮や、オーバーエッチングの抑制を図ることができる。また、成膜室６内のクリーニング時に、シャワーヘッド電極７に高周波電極を供給せずに済むため、シャワーヘッド電極７の長寿命化を図ることができる。
【００２８】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係るプラズマＣＶＤ装置の構成の一例を模式的に示す図である。上記実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施の形態２では、第１クリーニングガス供給源１およびリモートプラズマ装置２を、成膜室６に形成された供給口１１に接続し、第２クリーニングガス供給源３を配管４に接続する。すなわち、本実施の形態２では、供給口１１が第１供給口として機能し、シャワーヘッド電極７の吹出口９が第２供給口として機能する。
【００２９】
成膜処理終了後のクリーニング処理は、実施の形態１と同様に、成膜室６へのフッ素ラジカル、および励起状態の不活性ガス原子や不活性ガス分子の供給により行われる。ただし、フッ素ラジカルは供給口１１から供給され、励起状態の不活性ガス原子や不活性ガス分子はシャワーヘッド電極７の吹出口９から供給される。図２では、リモートプラズマ装置２と供給口１１をそれぞれ１つずつ示しているが、これらの数に制限はなく、複数設けるほうがより好ましい。
【００３０】
上述したようにフッ素ラジカルの寿命が短いため、フッ素ラジカルが供給される供給口１１付近と比較して、シャワーヘッド電極７付近や、成膜室６のうち供給口１１の反対側となる側面付近では、クリーニング速度が遅くなりやすい。
【００３１】
一方、供給口１１から供給される励起状態の不活性ガス原子や不活性ガス分子は、フッ素ラジカルよりも寿命が長いため、多くの励起状態の不活性ガス原子や不活性ガス分子がシャワーヘッド電極７付近や、成膜室６のうち供給口１１の反対側となる側面付近まで到達する。そして、シャワーヘッド電極７の供給口９から供給された第２のクリーニングガスを構成するフッ素を含むガスが、励起状態の不活性ガス原子や不活性ガス分子の持つエネルギーによって解離されることで、フッ素ラジカルが生成される。
【００３２】
すなわち、シャワーヘッド電極７付近や、成膜室６のうち供給口１１の反対側となる側面付近で発生したフッ素ラジカルによって、シャワーヘッド電極７付近や、成膜室６のうち供給口１１の反対側となる側面付近も効率よくクリーニングすることができ、成膜室６内でのクリーニング速度の偏りを抑えることができる。また、成膜室６内でのクリーニング速度の偏りを抑えることで、成膜室６内のクリーニング時間の短縮や、オーバーエッチングの抑制を図ることができる。また、成膜室６内のクリーニング時に、シャワーヘッド電極７に高周波電極を供給せずに済むため、シャワーヘッド電極７の長寿命化を図ることができる。
【００３３】
なお、リモートプラズマ装置２から成膜室６に至る接ガス部を、耐腐食性材料で構成したり、耐腐食性材料でコーティングしたりすることで、接ガス部の劣化を抑えて、プラズマＣＶＤ装置の長寿命化を図ることができる。なお、耐腐食性材料としては、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどのセラミックや、ハステロイ、インコネルなどの金属材が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、成膜室のクリーニングに有用である。
【符号の説明】
【００３５】
１  第１クリーニングガス供給源（第１供給手段）
２  リモートプラズマ装置（第１供給手段）
３  第２クリーニングガス供給源（第２供給手段）
４  配管
５  拡散板
６  成膜室
７  シャワーヘッド電極（対向電極，プラズマ電極）
８  対向面
９  吹出口
１０  ステージ（基板保持手段）
１１  供給口
１２  排気装置
１３  ガス排気管
【図１】
2011228546.tif 000003
【図２】
2011228546.tif 000004