(57)【要約】【課題】プラズマＣＶＤ成膜装置内に堆積した堆積物を除去してクリーニングする際に、チャンバー内部品のダメージを低減しつつ、短時間での処理が可能なクリーニング方法を得る。【解決手段】窒素ガスを主成分として１０〜２０体積％のフッ素ガスを含むフッ素含有ガスに、流量比で１：０．１〜１：１の範囲となるようにヘリウムガスが添加された混合ガスを用い、混合ガス中のフッ素ガスをプラズマ化してクリーニングを実施する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマＣＶＤ成膜装置のチャンバーおよび排気管路内に堆積した堆積物を除去するプラズマＣＶＤ成膜装置のクリーニング方法であって、
窒素ガスを主成分として１０〜２０体積％のフッ素ガスを含むフッ素含有ガスに、流量比で１：０．１〜１：１の範囲となるようにヘリウムガスが添加された混合ガスを用い、
前記混合ガス中のフッ素ガスをプラズマ化してクリーニングを実施することを特徴とするプラズマＣＶＤ成膜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成膜装置のクリーニング方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイス製造プロセスでは、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜などの絶縁膜を形成する工程が多く存在する。これらの絶縁膜を形成する方法として、プラズマＣＶＤ法が多く使われている。
プラズマＣＶＤ法では、成膜処理に伴いチャンバーや排気管路内にこれら成膜成分を主体とする固体状堆積物が付着する。
【０００３】
この堆積物は、成膜状態の異常、パーティクルの発生、成膜装置の排気管路系統の閉鎖などの不具合を引き起こすため、成膜頻度に応じてクリーニングする必要がある。
このクリーニング方法としては、活性なフッ素原子により固体状堆積物を四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）などの揮発性フッ化物へと化学変化させて排気除去するドライクリーニングが広く普及している。
【０００４】
活性なフッ素原子を生成するためには、分子内にフッ素原子を有するガスが用いられる。フッ素原子含有ガスを活性化する方法としては、プラズマ励起させる手法が最も多く用いられている。このプラズマ励起させる手法については、チャンバー内でプラズマ生成するインシチュー（ｉｎ  ｓｉｔｕ）方式と、チャンバー外に備えられた遠隔プラズマ源によりフッ素原子含有ガスを活性化して、活性化したフッ素をチャンバーに導入するリモート方式とがある。
【０００５】
ここで、上記リモート方式の場合、クリーニング速度はチャンバー内へのガスの導入量によって幅広く調整することが可能である。また、リモート方式では、チャンバー内にプラズマを発生させる必要がなく、チャンバー内の部品の劣化進行度が極めて遅くなるため、理想的なクリーニング処理を行うことができる。
【０００６】
一方、インシチュー方式のクリーニングでは、チャンバー内の部品がプラズマに直接曝されるため、部品の劣化進行が速いという問題がある。また、クリーニングガスとして、炭素原子を含有するフッ素系ガスを用いる場合には、ガス吹き出し孔やウエハ載置台表面の炭化が進行し易いという問題がある。なお、三フッ化窒素のように、分子内に炭素原子を含有しないクリーニングガスも広く利用されているが、当該ガスは強力な地球温暖化ガスであり、その使用に当たっては高いエネルギーを要する除害分解装置が必要となるという問題がある。
【０００７】
以上のような背景事情により、究極のクリーニングガスとしてフッ素ガス（Ｆ２）が注目されている（特許文献１を参照）。このフッ素ガスについては、プラズマアシストを必要としない熱ＣＶＤ装置のクリーニングや遠隔プラズマ源によるリモートクリーニングで実績がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１５８１２３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、クリーニングガスとしてフッ素ガスを上述したインシチュー方式に適用した場合、分子の解離エネルギーが著しく低いために、チャンバー内に形成されたプラズマの空間分布が大きく偏り易くなるため、クリーニングの終点時間が不安定化し易いという問題があった。さらに、チャンバー内部品のダメージが進行し易い問題があった。
【００１０】
ところで、安全性の問題から、フッ素ガスは、高濃度状態で流通はされていない。すなわち、一般に使用できる高濃度ガスとしては、窒素を主成分とする２０％フッ素ガスである。ここで、窒素を主成分とする高濃度フッ素ガスをプラズマ化した場合、フッ素ガス単体と比較してプラズマの空間分布の偏りはわずかに改善される。しかしながら、プラズマ化プロセスの安定性を得るためには低圧条件が必要であり、高速処理が出来ないという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、プラズマＣＶＤ成膜装置内に堆積した堆積物を除去してクリーニングする際に、チャンバー内部品のダメージを低減しつつ、短時間での処理が可能なクリーニング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、プラズマＣＶＤ成膜装置のチャンバーおよび排気管路内に堆積した堆積物を除去するプラズマＣＶＤ成膜装置のクリーニング方法であって、
窒素ガスを主成分として１０〜２０体積％のフッ素ガスを含むフッ素含有ガスに、流量比で１：０．１〜１：１の範囲となるようにヘリウムガスが添加された混合ガスを用い、
前記混合ガス中のフッ素ガスをプラズマ化してクリーニングを実施することを特徴とするプラズマＣＶＤ成膜装置のクリーニング方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のプラズマＣＶＤ成膜装置のクリーニング方法によれば、チャンバー内部品のダメージを低減しつつ、プラズマＣＶＤ成膜装置内に堆積した堆積物を除去して短時間でクリーニングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態であるプラズマＣＶＤ成膜装置のクリーニング方法を実施するための成膜装置の例を示す概略構成図である。
【図２】図２は、クリーニング処理中のプラズマ状態を説明するための図であって、（Ａ）広域放電時及び（Ｂ）局在放電時におけるチャンバー上部電極へのプラズマ接触面積を示す模式図である。
【図３】図３は、試験１の結果を示す図であり、従来のクリーニング用ガスを用いてクリーニングした際の、直流電位（Ｖｄｃ）の時間変化を示したグラフである。
【図４】図４は、試験２の結果を示す図であり、クリーニング用ガスとしてフッ素含有ガスのみを用いてクリーニングした際の、直流電位（Ｖｄｃ）の時間変化を示したグラフである。
【図５】図５は、試験３の結果を示す図であり、フッ素含有ガスとヘリウムガスとの混合ガス中の、フッ素含有ガスに対するヘリウムガスの添加比率を変えてクリーニングした際の、直流電位（Ｖｄｃ）の時間変化を示したグラフである。
【図６】図６は、試験４の結果を示す図であり、フッ素含有ガスとヘリウムガスとの混合ガス中の、フッ素含有ガス中のフッ素ガス濃度を変えてクリーニングした際の、直流電位（Ｖｄｃ）の時間変化を示したグラフである。
【図７】図７は、試験４の結果を示す図であり、フッ素含有ガスとヘリウムガスとの混合ガス中の、フッ素含有ガス中のフッ素ガス濃度とクリーニング処理の完了までの処理時間（クリーニング終点時間）との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した一実施形態であるプラズマＣＶＤ成膜装置のクリーニング方法（以下、単に「クリーニング方法」と称する）について、このクリーニング方法を実施するためプラズマＣＶＤ成膜装置とともに、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１６】
図１は、本実施形態のクリーニング方法を実施するためプラズマＣＶＤ成膜装置の例を示すものである。
このプラズマＣＶＤ成膜装置は、高周波電力を印加してプラズマを発生させる平行平板型などのプラズマ発生手段（図示略）を備え、プラズマ雰囲気中で基板上に酸化ケイ素などの薄膜を形成するためのチャンバー１と、このチャンバー１内に成膜用ガスを導入する原料ガス導入管２と、クリーニング用ガスをなすフッ素含有ガスをチャンバー１内に送り込む第１導入管３と、クリーニング用ガスをなすヘリウムガスをチャンバー１内に送り込む第２導入管４と、チャンバー１内のガスを排気する排気ポンプ５を備えた排気管６とから概略構成されている。
【００１７】
この成膜装置による成膜にあたっては、チャンバー１内にシリコン基板などの基板を配置し、原料ガス導入管２からテトラエトキシシラン、酸素、窒素、アンモニアなどを含む原料ガスをチャンバー１内に導入し、プラズマ発生手段を作動させて、プラズマＣＶＤ反応により基板上に酸化膜など薄膜を形成する。チャンバー１内のガスは排気ポンプ５により吸引されて排気管６から排出される。
【００１８】
プラズマＣＶＤ成膜装置のチャンバー１およびその排気管６のクリーニングにあたっては、第１導入管３からフッ素含有ガスが質量流量計７を介してその所定流量がチャンバー１内に送給され、第２導入管４からヘリウムガスが質量流量計８を介してその所定流量がチャンバー１内に送給される。そして、プラズマ発生手段には図示しない高周波電源からの所定電力の高周波電力が印加され、チャンバー１内のガスを励起し、プラズマを発生させる。チャンバー１内のガスは所定の圧力を保持するようにして排気ポンプ５により吸引されて排気管６から排出される。
【００１９】
本実施形態のクリーニング方法で用いられるクリーニング用のガスは、窒素ガスを主成分として１０〜２０体積％のフッ素ガスを含むフッ素含有ガスとヘリウムガスとが流量比で１：０．１〜１：１の範囲となるように添加された混合ガスである。
【００２０】
上記混合ガスを構成するフッ素含有ガス中のフッ素ガス濃度が１０体積％未満であると、クリーニング速度が低下してクリーニング時間が増加するため、生産性が低下してしまうために好ましくはない。一方、フッ素含有ガス中のフッ素ガス濃度が２０体積％を超えると、フッ素含有ガス中のフッ素ガス濃度が高くなり、取り扱う際の安全性の問題があるため、好ましくはない。
これに対して、混合ガスを構成するフッ素含有ガス中のフッ素ガス濃度が上記範囲内であると、取り扱いの際の安全性を確保しつつ、高いクリーニング速度を維持してクリーニング時間を短縮することができるために好ましい（後述する「試験４」を参照）。
【００２１】
フッ素含有ガスの供給形態としては、特に限定されるものではないが、主成分である窒素（Ｎ２）ガスにフッ素（Ｆ２）ガスが添加されたフッ素含有ガスが充填されたガスボンベあるいはガスタンクから供給することが安全性の観点から好ましい。また、窒素ガスとフッ素ガスとを別々の供給源から供給し、フッ素含有量が上記範囲となるように混合した後に第１導入管３からチャンバー１に供給しても良い。
【００２２】
また、窒素ガスを主成分として１０〜２０体積％のフッ素ガスを含むフッ素含有ガスは、ガス漏洩検知器の設置や新規にこれらのガスを分解処理する除害装置の導入は必要なく、従来のクリーニング用のガスであるＣ２Ｆ６と同じ設備でガスを取り扱うことが可能である。
【００２３】
ところで、上記フッ素含有ガスのみをクリーニング用のガスとして用いると、チャンバー内に形成されるプラズマの空間分布が大きく偏り易く、プラズマ状態が不安定となる。これにより、チャンバー内部品のダメージが局所的に進行しやすくなる場合や、チャンバー内のクリーニング状態が不完全となる場合があった（後述する「試験１」及び「試験２」を参照）。
【００２４】
そこで、本実施形態のクリーニング方法では、クリーニング用のガスとして、上記フッ素含有ガスに、上記フッ素含有ガスの流量比で１：０．１〜１：１の範囲となるようにヘリウムガスが添加された混合ガスを用いることを特徴とする。フッ素含有ガスにヘリウムガスを添加することにより、プラズマの空間分布が広がるため、クリーニング中のプラズマ状態が安定化（すなわち、プロセスが安定化）する。したがって、プロセス圧力を上げるなど、クリーニング処理時間の短縮に繋がる条件を選択することが可能となる。
【００２５】
ヘリウムガスの、フッ素含有ガスに対する流量比が０．１未満であると、クリーニング中のプラズマ状態を充分に安定化させることができないために好ましくない。一方、上記流量比が１を超えると、フッ素含有ガスとヘリウムガスとの混合ガス中のフッ素濃度が減少し、クリーニング処理速度が低下するために好ましくない。
これに対して、ヘリウムガスのフッ素含有ガスに対する流量比が上記範囲内であると、クリーニング中のプラズマ状態が安定化するため、クリーニング処理時間の短縮に繋がる処理条件を選択することが可能となるため好ましい（後述する「試験例３」を参照）。
【００２６】
プラズマ放電に利用するプラズマソースは、低周波、高周波、マイクロ波の何れでも良く、また、印加電力は従来のクリーニング用のガスであるＣＦ４やＣ２Ｆ６を使用する場合と同程度で良く、高密度プラズマソースを用いる必要もないため、プラズマＣＶＤ成膜装置に対する制約はない。
【００２７】
クリーニングを効率的に実施するために、プラズマ放電条件としては、クリーニング用のガスである上記混合ガス中のフッ素原子が完全解離となるような条件とすることが好ましい。
【００２８】
具体的に、上記完全解離とするためのプラズマ放電条件としては、例えば高周波電力３〜７Ｗ／ｃｍ２、温度１００〜５００℃、圧力１〜１０ｔｏｒｒ（１３３〜１３３０Ｐａ）、総ガス流量４００〜１０００ｓｃｃｍ、総ガス中に占めるフッ素ガス濃度９〜１８体積％とすることで可能であるが、この範囲に限定されることはなく、この条件は実験的な試行錯誤で決めることが実際的である。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態のクリーニング方法によれば、窒素ガスを主成分として１０〜２０体積％のフッ素ガスを含むフッ素含有ガスとヘリウムガスとが流量比で１：０．１〜１：１の範囲となるように添加された混合ガスをクリーニング用のガスとして用いる構成となっている。
【００３０】
このように、窒素ガスを主成分として１０〜２０体積％のフッ素ガスを含むフッ素含有ガスを用いることにより、取り扱いの際の安全性を確保しつつ、高いクリーニング速度を維持してクリーニング時間を短縮することができる。
【００３１】
また、上記フッ素含有ガスに、上記フッ素含有ガスの流量比で１：０．１〜１：１の範囲となるようにヘリウムガスが添加された混合ガスを用いることにより、クリーニング中のプラズマ状態が安定化するため、チャンバー内部品のダメージを低減することができる。さらに、プラズマ状態が安定化することにより、クリーニング処理時間の短縮に繋がる処理条件を選択することが可能となるため、プラズマＣＶＤ成膜装置内に堆積した堆積物を除去して短時間でクリーニングすることができる。
【００３２】
以下、具体例を示す。
［試験１］
テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）によるシリコン酸化膜成膜用平行平板型プラズマ装置（アプライドマテリアルズ社製Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ５０００、５インチウエハ）を用い、従来の２種のクリーニング用ガスを用いてチャンバークリーニングを実施した。
【００３３】
クリーニング処理中のプラズマ状態は、プラズマ装置のチャンバー上部電極の直流電位（Ｖｄｃ）を計測することで評価した。
【００３４】
ここで、図２に示すように、広域放電時（図２（Ａ））と局在放電時（図２（Ｂ））とではチャンバー上部電極にプラズマが接触する面積が異なる。このチャンバー上部電極へのプラズマ接触面積の変化に伴い、直流電位（Ｖｄｃ）も変化する。また、直流電位（Ｖｄｃ）は、ガスの種類や放電条件によっても変化するが、同一放電条件において直流電位（Ｖｄｃ）が変動するということは、真空チャンバー内におけるプラズマの空間分布が変化していることを示すものである。
【００３５】
本装置では、チャンバーリッド内のＲＦ導波路に高圧プローブを装着し、デジタルオシロスコープにより直流電位（Ｖｄｃ）を測定した。
【００３６】
クリーニングは、シリコン酸化膜を約８，０００Å成長させ、その後に行った。クリーニングの条件は、以下の通りとした。
【００３７】
・高周波印加電力：７５０ｗ
・チャンバー内圧力（高圧クリーニング）：３．５ｔｏｒｒ
・時間：７０秒
・基板温度：３５０℃
・クリーニング用ガス１（比較例１）：六フッ化エタン（５００ｓｃｃｍ）＋酸素（６００ｓｃｃｍ）
・・クリーニング用ガス２（比較例２）：八フッ化エタン（５００ｓｃｃｍ）＋酸素（６００ｓｃｃｍ）
・電極間距離：９９９ｍｉｌｓ
【００３８】
図３は、従来のクリーニング用ガスを用いてクリーニングした際の、直流電位（Ｖｄｃ）の時間変化を示したグラフである。
本試験のクリーニングの条件は、量産装置で幅広く用いられているものであるが、いずれのクリーニング用ガスを用いた直流電位（Ｖｄｃ）の測定結果においても電位変化は低く、安定したプラズマ状態であることが確認された。
【００３９】
［試験２］
試験１と同様に、クリーニング用ガスとして、窒素ガスを主成分として２０体積％のフッ素ガスを含むフッ素含有ガス（クリーニング用ガス３（比較例３））を用いてクリーニングした際の直流電位（Ｖｄｃ）を測定した。測定結果を図４に示す。
【００４０】
図４に示すように、クリーニング用ガスとしてフッ素含有ガスのみを用いた場合、クリーニング中の直流電位（Ｖｄｃ）は小刻みに増加と低下とを繰り返しており、プラズマ状態が不安定であることが確認された。また、目視においては、クリーニング終点に近づくにつれて、放電領域がガス吹き出し孔（上部電極）の中心部に偏る傾向であることが確認された。
【００４１】
このような状態でクリーニング処理を繰り返すと、ガス吹き出し孔中心部の劣化が他の部分より早く進行する虞がある。また、チャンバー内のクリーニング状態が不完全となり、パーティクルの発生を引き起こす原因となる。
【００４２】
［試験３］
試験１と同様に、クリーニング用ガスとして、窒素ガスを主成分としてフッ素ガスを含むフッ素含有ガスとヘリウムガスとの混合ガスを用いてクリーニングした際の直流電位（Ｖｄｃ）を測定した。
下表１に、フッ素含有ガスに対するヘリウムガスの添加比率を示す。
また、図５に測定結果を示す。
【００４３】
【表１】
2012156355.tif 000002
【００４４】
図５に示すように、クリーニング用ガスとして、窒素ガスを主成分としてフッ素ガスを含むフッ素含有ガスとヘリウムガスとの混合ガスを用いた場合、ヘリウムガスを０．１以上の比率で添加することにより、クリーニング中の直流電位（Ｖｄｃ）の変化は大幅に低減されることを確認した（クリーニング用ガス４，５）。
このように、フッ素含有ガスにヘリウムガスを添加させることによってプラズマ状態が安定化するため、プロセス圧力を上げるなど、処理時間の短縮に繋がる条件を選択することが可能になる。
【００４５】
これに対して、クリーニング用ガス６では、フッ素含有ガスに対してヘリウムガスを０．０５の比率で添加しているが、クリーニング中の直流電位（Ｖｄｃ）は小刻みに増加と低下とを繰り返しており、プラズマ状態の安定化が充分ではないことが確認された。
一方、ヘリウムガスをフッ素含有ガスに対して流量比で１以上導入した場合、クリーニング速度は１０〜２０％程度遅くなるため、ヘリウムガスの導入量は流量比で１以下が望ましい。
【００４６】
［試験４］
試験１と同様に、クリーニング用ガスとして、窒素ガスを主成分としてフッ素ガスを含むフッ素含有ガスとヘリウムガスとの混合ガスを用いてクリーニングした際の直流電位（Ｖｄｃ）を測定した。ここで、本試験では、クリーニング用ガスを構成するフッ素含有ガス中のフッ素ガス濃度を窒素に対して５〜２０体積％まで変化させると共に、ヘリウムガスをフッ素含有ガスに対して０．１の比率となる添加条件とした（下表２）。
図６に、表２に示すクリーニング用ガスを用いてクリーニングした際の、直流電位（Ｖｄｃ）の時間変化の結果を示す。また、図７に、クリーニング用ガスを構成するフッ素含有ガス中のフッ素ガス濃度とクリーニング処理の完了までの処理時間（クリーニング終点時間）との関係を示す。
【００４７】
【表２】
2012156355.tif 000003
【００４８】
図６に示すように、クリーニング用ガス７〜８は、窒素ガスを主成分としてフッ素ガスを含むフッ素含有ガスに、流量比で０．１となるようにヘリウムガスが添加された混合ガスを用いているため、クリーニング中の直流電位（Ｖｄｃ）の変化はいずれも低いレベルであることを確認した。
【００４９】
しかしながら、図７に示すように、クリーニング終点時間は、クリーニング用ガスを構成するフッ素含有ガス中のフッ素濃度を減少させるに伴い、大幅に増加することが確認された。したがって、クリーニング用ガスを構成するフッ素含有ガス中のフッ素濃度が１０％未満の条件では、クリーニング終点時間が１０〜２０％程度遅くなるため、生産性に問題が生じるおそれがある。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・チャンバー
２・・・原料ガス導入管
３・・・第１導入管
４・・・第２導入管
５・・・排気ポンプ
６・・・排気管
７・・・質量流量計
８・・・質量流量計
【図１】
2012156355.tif 000004
【図２】
2012156355.tif 000005
【図３】
2012156355.tif 000006
【図４】
2012156355.tif 000007
【図５】
2012156355.tif 000008
【図６】
2012156355.tif 000009
【図７】
2012156355.tif 000010