JP2013008770A - 成膜装置での堆積物クリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板に薄膜を形成する成膜装置に付着した堆積物をクリーニングする方法を提供する。
【解決手段】基板ステージの温度を非加熱状態〜４００℃、好ましくは２００℃〜４００℃に維持した成膜チャンバー内に水素あるいは水素−アルゴン混合ガスからなる水素系クリーニングガスを供給し、前記成膜チャンバー内に配置した電極にパルス電源装置から電力を印加することで発生したパルスプラズマを成膜チャンバー内の壁面部分に作用させて、成膜装置に付着した堆積物をクリーニングする。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体基板にシリコン膜等の薄膜を形成する成膜システムでの堆積物クリーニング方法に関し、特に、太陽電池製造過程で生じる堆積物のクリーニング方法に関する。

従来、ＣＶＤ成膜装置にあっては、成膜に伴い生じるシリコン系の堆積物がチャンバー内面や、サセプタの表面に付着する。この付着した堆積物を除去するのに、ＮＦ_３等のハロゲンガスを含むクリーニングガスを使用している。ところが、従来のハロゲン系クリーニングガスは、環境負荷が大きく、取り出したクリーニングガスを処理するために、多大なコストを要するという問題があった。

そこで近年、水素−アルゴンガスを使用し、チャンバー内に配置した電極間に電位を印加することにより、チャンバー内をクリーニングする技術が提案されている(特許文献１)。

特表２００７−５３５１１９号公報

前記水素−アルゴンを使用したクリーニング技術は、高周波誘導プラズマ(ＩＣＰ)を利用するものであることから、装置が大掛かりとなり、ランニングコストが高価につくという問題を有している。このため、積層度をあまり求められない半導体基板(例えば太陽電池パネル)の製造には使用しにくいという問題があった。

また、前記水素−アルゴンを使用したクリーニング技術では、水素−アルゴンのガスコストがＮＦ_３の数百分の１程度と安価である一方で、そのクリーニングレートがクリーニングガスとしてＮＦ_３を使用したものに比べて1/1000程度(すなわち数nm/min)であり、コストとクリーニングレートとの積で見ると、高周波誘導プラズマとクリーニングガスの組み合わせでは、クリーニング方法としての十分な能力を発揮できないという問題もあった。

本発明は、このような点に鑑み、積層度をあまり求められない半導体基板の成膜装置に対して最適なクリーニング方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために請求項１に記載の発明は、半導体基板に薄膜を形成する成膜装置に付着した堆積物をクリーニングするにあたり、
基板ステージの温度を非加熱状態〜４００℃に維持した成膜チャンバー内に水素系クリーニングガスを供給し、前記成膜チャンバー内に配置した電極にパルス電源装置から電力を印加することで発生したパルスプラズマを成膜チャンバー内の壁面部分に作用させて、成膜装置に付着した堆積物をクリーニングするようにしたことを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１の方法に使用する水素系クリーニングガスが水素−アルゴン混合ガスであることを特徴とし、請求項３に記載の発明は、請求項１の方法に使用する水素系クリーニングガスが水素ガスであることを特徴としている。

本発明では、成膜チャンバー内に配置した電極にパルス電源装置から電力を印加することで、パルス状にガスプラズマを作用させることができ、成膜装置に付着した堆積物をマイクロメーターレベルでクリーニングすることができる。

高周波誘導プラズマ(ＩＣＰ)では、１０Torr以下の真空雰囲気でないと使用できないことから精密な真空度制御が必要であるが、パルスプラズマは真空域から大気圧まで広い範囲で使用できるため、ラフな圧力制御で一定のプラズマを得ることができ、ハンドリングが容易であるという利点がある。

パルスプラズマは直流電源を使用することができることからシステムを安価に構成することが出来るうえ、パルス幅、デューティ比を選ぶことにより、プラズマ強度を容易に変更することができる利点がある。

さらに、本発明はクリーニングレートが大きく、コストとクリーニングレートとの積もＮＦ_３と比べて大きくなることから、従来のハロゲン系クリーニングガスによるクリーニング方法の代替技術として十分な能力を有している。

そのうえ、本発明では、プラズマとして作用するガス種が水素単独、あるは水素とアルゴンであることから、環境負荷が小さく、ランニングコストを抑えることができる。

図は本発明のクリーニング方法に使用する実験装置の概略構成図である。

この実験装置は、真空容器(１)と、この真空容器(１)内に対向する状態で配置した一対の電極(２)と、該電極(２)に電力を供給するパルスプラズマ発生電源装置(３)と、真空容器(１)内と連通している真空ポンプ(４)とで構成してある。

パルスプラズマ発生電源装置(３)は図示を省略した商用電源が接続してある。また、電極(２)は円形のステンレス製のものを上下に配置してあり、上部電極(２ｕ)は熱による破壊を防ぐために冷却装置により冷却し、下部電極(２ｄ)はクリーニングしやすくするために、ヒータにより加熱する構造になっている。

また、下部電極(２ｄ)には、絶縁体であるセラミック板(５)を置き、そのセラミック板(５)の中心に１０mmの孔を開け、その上に処理材であるシリコンウエハ(６)を設置した。なお、シリコンウエハ(６)の外側での沿面放電を防止するために、周囲にカプトンテープを貼って固定した。

一対の電極間距離(ギャップ)は１０〜９０mmの間で調整可能に構成してあり、今回は３０mmに固定して実験を行なった。

上述の構成からなる実験装置を使用しての実験では、真空容器(１)内のセラミック板(５)上に処理材であるシリコンウエハ(６)を設置し、真空容器(１)を密閉し、ロータリー式真空ポンプ(４)を作動させて、真空容器(１)内を真空引きした後、２００Ｐaまで水素−アルゴンガスを供給し、パルスプラズマ発生電源装置(３)を用いて低圧下で水素＋アルゴンプラズマを生成し、ガス割合と基板ステージ温度とをパラメータとしてｐ−シリコン膜のクリーニングを行なった。

サンプル１から７について、表１に示す条件でプラズマ処理を行い、高周波グロー放電発光表面分析装置(ＧＤＳ)の測定結果からクリーニングレートを計算した。サンプル試料としてシリコンウエハ上に窒化シリコン膜(０.３μm)＋ｐ−シリコン膜(１.０μm)を成膜したものを使用し、ｐ−シリコンが検出され始めてから、窒素が測定されるまでの時間をクリーニング時間と定義する。
なお、実験条件は以下のように設定した。
電極ギャップ ： ３０mm
気圧 ： ２００Ｐa
パルス幅・周期 ： ４０μｓ／２００μｓ
電圧 ： １．０kＶ
処理時間 ： ３min

ＧＤＳの測定結果を表にまとめると、表２に示すようになる。

未処理のＳiについて、クリーニング時間は２６.０secであることから、厚さ１μmのｐ−Ｓiの測定に２６.０sec必要となることが分かるので、Ｎo.１からＮo.７のサンプルについて、
クリーニング深さ：ｘ(μm)＝１−（クリーニング時間／２６.０）
クリーニングレート：ｃ(μm／min)＝ｘ／３
で求められる。

クリーニングレートを基板温度と混合ガス割合をパラメータとした表に重ね合わせたものを表３に示す。

上述の結果、最も良好なクリーニングレートは、０.１１２μm／minであり、そのときの条件は、水素：アルゴンの比が９：１で、基板加熱温度が３００℃であったが、おおよそマイクロメーターオーダー、すなわち１００ナノメーターオーダーのクリーニングレートを得ることができた。

上記の各実験例では、基板ステージ温度を ２００℃、３００℃、４００℃に加熱したが、実作業では、直前処理の基板ステージ温度(非加熱状態)で行なうようにしてもよい。

本発明は、環境負荷が小さく、またクリーニングレートが大きいことから、半導体基板成膜装置、特に太陽電池パネル用成膜装置をクリーニングするのに適している。

Claims (5)

1. 半導体基板に薄膜を形成する成膜装置に付着した堆積物をクリーニングするにあたり、
   基板ステージの温度を非加熱状態〜４００℃に維持した成膜チャンバー内に水素系クリーニングガスを供給し、前記成膜チャンバー内に配置した電極にパルス電源装置から電力を印加することで発生したパルスプラズマを成膜チャンバー内の壁面部分に作用させて、成膜装置に付着した堆積物をクリーニングするようにした成膜装置での堆積物クリーニング方法。
2. 水素系クリーニングガスが水素ガスとアルゴンガスとの混合ガスである請求項１に記載の成膜装置での堆積物クリーニング方法。
3. 水素系クリーニングガスが水素ガスである請求項１に記載の成膜装置での堆積物クリーニング方法。
4. クリーニング時に基板ステージの温度を２００℃〜４００℃に維持する請求項１から３のいずれか１項に記載の成膜装置での堆積物クリーニング方法。
5. 半導体基板が太陽電池用基板である請求項１〜４のいずれか１項に記載の成膜装置での堆積物クリーニング方法。

Images