(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が配設される成膜室と、
一端を成膜ガスの供給源と接続された成膜ガス導入管と、
前記基板に対向して配設され、多数の小孔を介して前記成膜ガス導入管の他端と前記成膜室との間を連通させているシャワープレートと、
前記シャワープレートを通って前記成膜室内に導入された成膜ガスを励起して、前記基板表面で化学反応を起こさせて薄膜を形成させる成膜ガス励起手段と、
クリーニングガスを励起してラジカルを生成させるラジカル生成手段と、
前記ラジカルを含むクリーニングガスを前記成膜室内に導入するクリーニングガス導入手段とを備え、
前記ラジカル生成手段に用いる高周波電源の周波数が１００〜１０００ｋＨｚであり、
前記クリーニングガス導入手段は、前記成膜室の相対向する壁面の一方側から前記成膜室内に連通する第１のクリーニングガス導入管と、他方の壁面側から前記成膜室内に連通する第２のクリーニングガス導入管とを含むとともに、これら第１、第２のクリーニングガス導入管を、前記壁面の中心に対して、それぞれ反対方向にずらして、前記成膜室内に直接連通させることを特徴とするプラズマ成膜装置。
【請求項２】
前記第１、第２のクリーニングガス導入管の内面は、ポリテトラフルオロエチレンでコーティングが施されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項３】
成膜時には、多数の小孔を有するシャワープレートを通して成膜ガスを成膜室内に導入し、この導入された成膜ガスを励起して、前記成膜室内に配設された基板表面で化学反応を起こさせて薄膜を形成させ、
前記成膜室内のクリーニング時には、周波数１００〜１０００ｋＨｚの高周波電力を印加して生成されたラジカルを含むクリーニングガスを、前記成膜室の対向する２つの壁面に前記各壁面の中心に対してそれぞれ反対方向にずらして設けられた複数の導入箇所から直接前記成膜室内に導入して、前記ラジカルと被クリーニング物質との化学反応により前記成膜室内をクリーニングするプラズマ成膜装置のクリーニング方法。
【請求項４】
前記クリーニング時、前記成膜室内に、前記ラジカルを含むクリーニングガスに加えて不活性ガスも導入し、この不活性ガスを励起して不活性イオンを生成させ、前記ラジカルによる化学反応と、前記不活性イオンによるスパッタリングとにより前記成膜室内をクリーニングすることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ成膜装置のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ成膜装置及びそのクリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来のプラズマ成膜装置１を示す。プラズマ成膜装置１は、プラズマＣＶＤ法により基板に薄膜を形成する装置である。真空槽２の上部にはカソード電極４が設けられ、このカソード電極４と対向して成膜室１０内にアノード電極３が配設されている。カソード電極４は高周波電源８と接続され、アノード電極３は接地されている。アノード電極３は基板のサセプタも兼ねており、アノード電極３上に基板９が載置される。
【０００３】
カソード電極４は、断面逆凹字形状を呈し、その上面は貫通されガス導入管１３が接続している。下部には、多数の小孔が形成されたシャワープレート５が、基板９と対向して取り付けられている。
【０００４】
ガス導入管１３は、成膜ガス導入管６の一端と接続され、且つラジカル生成源１１に接続されている。成膜ガス導入管６の他端は、図示しない成膜ガス供給源と接続されている。ラジカル生成源１１は、ガス導入管１２の一端と接続され、ガス導入管１２の他端は、図示しないクリーニングガス供給源と接続されている。
【０００５】
以上のように構成されるプラズマ成膜装置１において、次にその作用について説明する。
【０００６】
例えば、基板９上にＳｉＮX 膜を形成させる場合について説明する。先ず、成膜室１０内を排気口７を介して排気して減圧した後、例えばＳｉＨ4 ガスとＮＨ3 ガスを、成膜ガス導入管６とガス導入管１３を介してシャワープレート５に供給し、それらガスはシャワープレート５の多数の小孔を通って、基板９に対して均一に噴出されて成膜室１０内に導入される。
【０００７】
次に、高周波電源８によってカソード電極４に高周波電力を印加して、成膜室１０内に導入されたガスを分解・反応させて、基板９上にＳｉＮX 膜を堆積させる。
【０００８】
以上のような成膜を繰り返していくと、基板９以外の部分であるシャワープレート５や、アノード、カソードの両電極３、４や、真空槽２の内壁面にもＳｉＮX 膜が付着堆積していく。そこで、この膜を取り除く（クリーニング）する必要がある。
【０００９】
次に、成膜室１０内のクリーニングについて説明する。
【００１０】
成膜時と同様に排気口７を介して成膜室１０内を減圧した後、ガス導入管１２を通じて、例えばＮＦ3 ガスがラジカル生成源１１に供給され、ここでＮＦ3 ガスにマイクロ波を印加して、フッ素ラジカルを生成させる。フッ素ラジカルを含んだＮＦ3 ガスは、ガス導入管１３及びシャワープレート５を通って成膜室１０内に導入される。そして、フッ素ラジカルが被クリーニング物質（ＳｉＮX 膜）と化学反応することにより、真空槽２の内壁面などに堆積したＳｉＮX 膜を取り除く。取り除かれたＳｉＮX 膜は、クリーニングガスとともに排気口７より排気される。
【００１１】
このように、予めクリーニングガスのラジカルを成膜室１０の外部で生成させてから導入するという方法は、クリーニングガスを成膜室１０内に導入した後、成膜時と同様に高周波電源８によりカソード電極４に高周波電力を印加して、クリーニングガスのラジカルを成膜室１０内で生成させるという方法に比べて、シャワープレート５の受けるプラズマダメージを軽減できるという利点がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ラジカルを、多数の小孔を有し通過性の悪いシャワープレート５を通して成膜室１０内に導入した場合、シャワープレート５を通過する過程でラジカルの多くが消滅してしまい、クリーニングレートの低下を招くという問題があった。
【００１３】
更に、シャワープレート５で消滅してしまうラジカルのことを考慮して、より多くのラジカルを生成させるべく、２．４５ＧＨｚという非常に周波数の高いマイクロ波を用いたラジカル生成源１１を用いているが、これは高価でありコスト高となっていた。
【００１４】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、成膜室内に導入される過程でのラジカルの消滅を防いで、成膜室外で生成されたクリーニングガスのラジカルが効率よく成膜室内でのクリーニングに利用されるようにしたプラズマ成膜装置及びそのクリーニング方法を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するにあたり、本発明の請求項１によるプラズマ成膜装置は、クリーニングガス導入手段を成膜室内に直接連通させて、ラジカルの効率的な成膜室内への導入を図っている
【００１６】
また、本発明の請求項４によるプラズマ成膜装置のクリーニング方法では、成膜室内のクリーニング時、ラジカル生成手段で生成されたラジカルを、シャワープレートを通さずに直接成膜室内に導入している。
【００１７】
また、本発明の請求項５によるプラズマ成膜装置のクリーニング方法では、ラジカルによる化学反応に加えて、イオンのスパッタリングによってもクリーニングするようにしており、ラジカルのみではクリーニングが不十分な膜や、クリーニングしきれない箇所に対して、短時間でのクリーニングを実現する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、従来と同じ構成部分には同一の符号を付し詳細な説明は省略する。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるプラズマ（ＣＶＤ）成膜装置２０を示す。真空槽２の上部には、高周波電源８と接続されたカソード電極４が設けられ、このカソード電極４と対向して成膜室１０内に、接地され基板９を載置支持するアノード電極３が配設されている。
【００２０】
カソード電極４の上面は貫通され成膜ガス導入管１５が接続している。カソード電極４の下部には、多数の小孔が形成されたシャワープレート５が、基板９と対向して取り付けられている。
【００２１】
真空槽２の外部には、ラジカル生成手段２１が設けられ、ラジカル生成手段２１の入口側は配管２２を介して図示しないクリーニングガス供給源と接続されている。ラジカル生成手段２１は、配管２２を介して導入されるクリーニングガスを収容するチャンバと、このチャンバ内のクリーニングガスに高周波電力を印加して、ラジカルを生成させる高周波電源などから成る。ラジカル生成手段２１の出口側は、バルブ２４を介してクリーニングガス導入管２３の一端と接続され、クリーニングガス導入管２３の他端は、真空槽２の側壁におけるシャワープレート５とアノード電極３との間の部分を貫通している。従って、クリーニングガス導入管２３は成膜室１０内に直接連通している。
【００２２】
成膜時には、従来と同様、成膜室１０内を排気口７を介して排気して減圧した後、成膜ガス（ＳｉＨ4 ガス、ＮＨ3 ガスなど）を成膜ガス導入管１５を介してシャワープレート５に供給し、このガスはシャワープレート５の多数の小孔を通って、基板９に対して均一に噴出されて成膜室１０内に導入される。そして、高周波電源８によってカソード電極４に高周波電力を印加して、導入された成膜ガスを分解・反応させて、基板９上に薄膜（ＳｉＮX 膜）を堆積させる。
【００２３】
成膜室１０内のクリーニング時には、排気口７を介して成膜室１０内を減圧した後、配管２２を通じて、クリーニングガスとして例えばＮＦ3 ガスがラジカル生成源２１に供給され、ここでＮＦ3 ガスに高周波（４００ｋＨｚ）を印加して、フッ素ラジカルを生成させる。そして、バルブ２４を開いて、フッ素ラジカルを含んだＮＦ3 ガスは、クリーニングガス導入手段としてのガス導入管２３を通って成膜室１０内に直接導入され、フッ素ラジカルが被クリーニング物質（ＳｉＮX 膜）と化学反応することにより、成膜室１０内をクリーニングする。
【００２４】
このように、本実施の形態では、ラジカルは、コンダクタンスが小さいシャワープレート５を通らずに、直接被クリーニング空間である成膜室１０内に導入されるので、生成されたラジカルが成膜室１０に至る前に消滅するのをを防いで、効率よくクリーニングを行うことができる。図４に示すように、”発明（ラジカルのみ）”で示される本実施の形態におけるＳｉＮX 膜のクリーニングレートは、シャワープレート５を通過させる従来に比べて、約２０倍となっている。しかも、従来はラジカル生成手段として２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生器を用いてラジカルを生成したが、本実施の形態ではこのような高価なものを用いなくとも、より低化価格な４００ｋＨｚの周波数の高周波電源を用いて、図４に示すような結果を得ている。なお、４００ｋＨｚに限らず、１００〜１０００ｋＨｚの範囲で同等の効果が得られている。このように、１０００ｋＨｚ以下の高周波電源を用いることにより、従来に比べてコストの低下が図れる。
【００２５】
また、クリーニングガス導入管２３の内面には、ポリテトラフルオロエチレン（商品名：テフロン）がコーティングされており、ラジカルの搬送中におけるガス導入管２３内での消滅を防いで、生成されたラジカルの寿命を大幅に延ばしている。
【００２６】
また、ＳｉＮX 膜に関しては、ラジカルのみでも十分なクリーニングレート（クリーニング速度）が得られるが、ラジカルのみの場合、指向性が強く、シャワープレート５やアノード電極３の周辺部で膜が除去されずに残ってしまうおそれがある。このため、クリーニング時に、フッ素ラジカルを含むＮＦ3 ガスに加えて、スパッタ用の不活性ガスとしてＡｒガスも成膜室１０内に導入し、成膜時に使用した高周波電源８によってカソード電極４に周波数２７．１２ＭＨｚ、電力密度０．１５Ｗ／ｃｍ2 の高周波電力を印加して、ＡｒガスをＡｒイオン（Ａｒ+ ）と電子に電離させ、ラジカルによる化学反応に加えて、Ａｒイオンのスパッタリングによってもクリーニングするようにする。これにより、成膜室１０内がより均一にクリーニングされて、クリーニング効率を更に高めることができる。なお、Ａｒガスの成膜室１０内への導入は、クリーニングガス導入管２３または成膜ガス導入管１５より行われる。あるいは、別途スパッタ用ガス導入管を設けても良い。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００２８】
本実施の形態では、第１の実施の形態と同じプラズマ成膜装置２０において、ＳｉＯ2 膜を成膜する。成膜ガスとして、例えばＳｉＨ4 ガスとＮ2Ｏ ガスを使用して、第１の実施の形態と同様に基板９上に成膜を行う。そして、成膜室１０内のクリーニング時には、フッ素ラジカルを含んだＮＦ3 ガスが、ガス導入管２３を通って成膜室１０内に直接導入され、フッ素ラジカルが被クリーニング物質（ＳｉＯ2 膜）と化学反応することにより、成膜室１０内をクリーニングする。
【００２９】
しかし、ラジカルを効率よく導入しても、ＳｉＯ2 などの膜種に関してはラジカルだけでは十分なクリーニングレートが得られない。そこで、Ａｒガスも成膜室１０内に導入し、高周波電源８によってカソード電極４に高周波電力を印加して、Ａｒイオンを生成させ、Ａｒイオンのスパッタリングによってもクリーニングするようにする。
【００３０】
図５に、ラジカル（フッ素ラジカル）のみでクリーニングを行った場合と、イオン（Ａｒ+ ）のみでクリーニングを行った場合と、ラジカル（フッ素ラジカル）とイオン（Ａｒ+ ）を用いてクリーニングを行った場合についての、ＳｉＯ2 膜のクリーニングレートの比較結果を示す。イオンのみでクリーニングを行った場合において、カソード電極４に印加した高周波は、周波数２７．１２ＭＨｚ、電力密度０．６７Ｗ／ｃｍ2 であり、ラジカルとイオンを用いてクリーニングを行った場合においては、カソード電極４に印加した高周波は、イオンのみのクリーニングの場合と同じ周波数で、電力密度は半分である。ラジカルのみではクリーニングレートは小さいが、ラジカルとイオンとの組み合わせでは、イオン単独の場合と同等のクリーニングレートが得られる。この際、高周波の印加パワーはイオン単独の場合の約半分程度に抑えることができるため、その分、シャワープレート５へのプラズマダメージが低減でき劣化を防げる。
【００３１】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１、第２の実施の形態と同じ構成部分には同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。
【００３２】
図２は、本実施の形態によるプラズマ成膜装置３０の縦断面図を示し、図３は、図２における[３]−[３]線方向の断面図である。本実施の形態のプラズマ成膜装置３０は、大型基板に対応した装置である。
【００３３】
図１に示される、第１、第２の実施の形態では、成膜室１０の横方向からラジカルが導入されるので、被クリーニング膜は、ガス導入口２３の出口付近から順次クリーニングされていく。基板９のサイズが４００ｍｍ×５００ｍｍ程度であれば問題ないが、７３０ｍｍ×９２０ｍｍなどのように基板サイズが大型化するのに伴い、成膜室１０も大型化し、ガス導入口２３の出口付近とここから離れた箇所においてクリーニングレートに差が出て、全体としてクリーニングレートの低下を招く。
【００３４】
そこで、本実施の形態では、図２、３に示されるように、成膜室１０の相対向する壁面２ａ、２ｂのうち一方の壁面２ａ側から成膜室１０内に連通する第１のクリーニングガス導入管３３ａと、他方の壁面２ｂ側から成膜室１０内に連通する第２のクリーニングガス導入管３３ｂとを設け、これら２カ所から成膜室１０内にラジカルを含むクリーニングガスを導入するようにしている。これら第１、第２のクリーニングガス導入管３３ａ、３３ｂは、図３に示されるように、壁面２ａ、２ｂの中心に対して、それぞれ反対方向にずらして配設されている。お互いに対向させるようにして設けても良いが、このようにずらした方が、より均一にクリーニングガスを成膜室１０内に導入できる。
【００３５】
このような構成とすることにより、大型の装置において１カ所にしかクリーニングガス導入口を設けない場合に比べて、クリーニングレートを約３倍にすることができた。また、ラジカルを生成させるための、周波数１００〜１０００ｋＨｚ程度の高周波電源は、マイクロ波発生器に比べ、構造が簡単でコンパクトであり、価格も１／３程度である。従って、複数個の設置が容易でコストもそれほどかからない。
【００３６】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００３７】
以上の実施の形態では、クリーニングガスとしてＮＦ3 を用いたが、これに限らず、ＣＦ4 、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ3、ＣＨＦ3 、ＳＦ6 などを用いても良い。スパッタクリーニング用の不活性ガスもＡｒガスに限ることはない。また、基板に成膜すべき膜（あるいは、被クリーニング物質）もＳｉＮX 膜や、ＳｉＯ2 膜に限ることはない。更に、イオンを生成させるためにカソード電極４に印可する高周波も、上記実施の形態の周波数、電力密度に限らず、周波数１０〜１００ＭＨｚ、電力密度０．０３〜０．７Ｗ／ｃｍ2 の範囲で適宜調整可能である。
【００３８】
また、複数個のクリーニングガス導入管を設ける場合、第３の実施の形態のように２個に限らず、それ以上の個数を設けても良く、また、真空槽２の側壁に限らず上壁や底壁に設けても良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、成膜室内のクリーニングにおいて、生成されたラジカルのクリーニングへの利用効率を高めて、クリーニングレートを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１、第２の実施の形態によるプラズマ成膜装置の縦断面図である。
【図２】本発明の第３の実施の形態によるプラズマ成膜装置の縦断面図である。
【図３】図２における[３]−[３]線方向の断面図である。
【図４】従来と本発明の第１の実施の形態とにおけるＳｉＮX 膜のクリーニングレートの比較を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるＳｉＯX 膜のクリーニングレートを示すグラフである。
【図６】従来のプラズマ成膜装置の縦断面図である。
【符号の説明】
２      真空槽
３      アノード電極
４      カソード電極
５      シャワープレート
９      基板
１０    成膜室
２０    プラズマ成膜装置
２１    ラジカル生成手段
２３    クリーニングガス導入管
３０    プラズマ成膜装置
３１ａ  ラジカル生成手段
３１ｂ  ラジカル生成手段
３３ａ  クリーニングガス導入管
３３ｂ  クリーニングガス導入管
【図１】
0004730572.tif 000002
【図２】
0004730572.tif 000003
【図３】
0004730572.tif 000004
【図４】
0004730572.tif 000005
【図５】
0004730572.tif 000006
【図６】
0004730572.tif 000007