JP3122228B2 - プロセス装置 - Google Patents

プロセス装置

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JP3122228B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はプロセス装置に係る。よ
り詳細にはセルフクリーニング機構を設けた高性能なプ
ロセス装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4を用いて従来技術を説明する。
【0003】図4は一般的なプラズマCVD装置の真空
容器断面図である。
【0004】図4において401は高周波発生装置、4
02は上部電極、403はバルブ、404は高周波マッ
チング回路、405は下部電極、406はウェハー、4
07はウェハーを加熱するためのヒーター、408はガ
ス導入口、409は真空排気口である。
【0005】この装置ではウェハー表面に例えばSiO
2 膜を堆積できる。その方法として、まず図には示して
いないが別な真空容器からゲートバルブを介してウェハ
ー406を下部電極の上にセットする。ヒーター407
によりウェハー406を例えば約400℃に加熱してお
いて、ガス導入口408からモノシランガスと酸素ガス
を導入する。そして高周波発生装置401により、例え
ば13.56MHzの周波数をもつ高周波電力を上部電
極402に加えてプラズマを発生させると、ウェハー表
面にSiO2 が堆積する。このとき、ウェハー表面だけ
でなく真空容器内表面のいたるところにSiO2 が付着
する。そして、ウェハー処理枚数が増すにつれて真空容
器内表面に付着するSiO2 も増え、これがはがれてウ
ェハー表面に付着し、例えば半導体製造において歩留ま
りを著しく低下させる。
【0006】この問題を解決するためにクリーニングに
より真空容器内表面に付着した物質を取り除く必要があ
る。
【0007】従来技術におていクリーニング方法として
はウェットクリーニングとドライクリーニングがある。
これらの方法は以下の通りである。
【0008】ウェットクリーニングでは、まずヒーター
407の電源を切り下部電極温度を室温まで下げた後、
真空排気口のバルブ403を閉にしてガス導入口408
からアルゴンガス又は窒素ガスを導入する。そして導入
したガスにより真空容器を真空から大気圧にする。真空
容器内の圧力が大気圧になったらガス導入口408から
のガスの供給を停止し、図には示されていないが真空容
器のふたは取りはずす。そしてパーティクルが発生しに
くい布にイソプロピルアルコールやエタノールなどの有
機溶媒を適度に浸み込ませ、この布で真空容器内表面の
すみずみまで完全にふき取った後、真空容器のふたを取
り付ける。そして真空排気口のバルブ403を開にし真
空容器を真空引きし、ヒーター407の電源を入れて下
部電極を所定の温度にする。さらに真空容器内の真空度
が所定のバックグランド以下になっていることの確認を
行なう。
【0009】また、ドライクリーニングでは、まず、ガ
ス導入口408からF、Cl、Brなどのハロゲン系原
子を持つ活性なガス体を導入して真空容器内の圧力を所
定の圧力にする。そして、例えば13.56MHzの周
波数を有する高周波電力を第1の高周波発生装置401
を用いて上部電極402に加え、真空容器内にプラズマ
を発生させてハロゲン系原子を化学的に活性化する。こ
の活性化したハロゲン系原子が真空容器内表面に付着し
た不純物と化学反応を起こしてガス体となって真空排気
装置により除去される。
【0010】上記従来技術には以下の問題がある。
【0011】まずウェットクリーニングでは、真空容器
内表面に付着した物質を大気圧下において、イソプロピ
ルアルコールやエタノールなどの有機溶媒を浸み込ませ
た布でふき取ることに大きな問題がある。すなわち、大
気圧下でふき取り作業を行なうため大気中の水分が真空
容器内表面に吸着したり、布に浸み込ませた有機溶媒が
真空容器内に残留したり、又、布から発生したパーティ
クルが真空容器内に残ったりする。これらの残留不純物
は、プロセスを行う際にウェハーを汚染し、半導体デバ
イスの特性を劣化させる等の問題を生じていた。
【0012】また、ドライクリーニングでは、真空容器
内に発生したプラズマが真空容器内に充分広がらず、真
空容器内のすみずみまで付着した不純物を取り除くこと
ができない。そのため真空容器内表面の付着した不純物
が増大してきたら、結局は前記の問題を内包したウェッ
トクリーニングにたよらざるをえなかった。
【0013】以上述べたように、従来技術では真空容器
内にパーティクルや不純物が残留し、半導体製造等にお
いて歩留まりの低下を引き起こした。
【0014】さらに、このクリーニング作業のため、装
置の稼働率が著るしく低下することとなり、製造ライン
の生産効率を低下させる等の重大な問題を生じていた。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、チャンバー
を一切大気にさらすことなく、短時間でクリーニングの
可能なプロセス装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明のプロセス装置
は、真空容器内に設けられた第1及び第2の少なくとも
2つの電極を有し、前記第1の電極には第1の周波数も
有する高周波電力が加えられ、前記第2の電極には第1
の周波数とは異なる第2の周波数を有する高周波電力が
加えられ、前記第2の電極上にウェハーを保持する機構
を有し、真空容器に導入したガスをプラズマ励起させる
装置において、前記第2の電極と接地とのあいだのイン
ピーダンスを前記第1の電極と接地とのあいだのインピ
ーダンスより必要に応じて充分大きくすることができる
機構を有することを特徴とする。
【0017】
【作用】第2の電極と接地とのあいだのインピーダンス
を、第1の電極と接地とのあいだのインピーダンスより
充分大きくすることができる機構を作動させることによ
り、真空容器内のプラズマが広がり、化学的に活性化し
たハロゲン系原子が真空容器内のすみずみまで広がって
真空容器内表面に付着した不純物と化学反応を起こして
ガス体となって真空排気装置により除去される。
【0018】その結果、真空容器内のすみずみまで不純
物を取り除くことができる。
【0019】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。
【0020】図1は第1の実施例を示す装置の断面図で
ある。図1において、101は例えば13.56MHz
の周波数を有する高周波発生装置であり、上部電極10
5に接続されている。102はその高周波マッチング回
路である。103はガス導入口であり、例えば材質はS
US316Lで内面が複合電解研磨及び酸化不動態処理
されており口径は1/4インチである。なお、ガスとし
ては、クリーニングを行うときは、例えばCF4 、ウェ
ハープロセスを行うときは、例えばモノシランガスや酸
素ガスを用いた。106はターゲット材で例えば直径5
インチのシリコンウェハーを用いた。
【0021】108は減圧可能な真空容器であり、例え
ば材質はSUS316Lで内面が複合電解研磨及び酸化
不動態処理されており、一辺が300mmの中空立片箱
体状に形成されている。
【0022】104は真空容器108を真空に引くため
の真空排気口であり、真空排気装置は例えばターボ分子
ポンプを用いた。109はフランジであり、例えば材質
はSUS316Lで内面が複合電解研磨及び酸化不動態
処理されており、直径が200mmの円盤状に形成され
ている。
【0023】105及び107はそれぞれ上部及び下部
の電極であり例えば材質はSUS316Lで表面が複合
電解研磨及び酸化不動態処理されておりその大きさは直
径6インチである。112は例えば35MHzの周波数
を有する高周波発生装置であり下部電極107に接続さ
れている。111はその高周波マッチング回路である。
113は、バンドパスフィルターでその回路はコイルと
コンデンサーから成りウェハープロセス時に第1の周波
数、例えば13.56MHzに対して下部の電極を高周
波的に短絡させている。110はコイルであり、例えば
材質は銅であり銅線の外径が1mm、コイルの半径25
mm、コイルの長さが300mm、コイルの巻数が14
5巻のものを用いた。これは約1.6×10-4Hで10
0MHzに対して、そのインピーダンスは100KΩで
ある。114は下部電極107を高周波発生電源112
側かコイル110側に接続するための切換えスイッチで
ある。
【0024】次に、この装置の機能を述べる。この装置
では例えばSiのスパッタリングが可能である。それに
はまず、図には示していないがこの真空容器108と連
接した真空容器からゲートバルブを介してシリコンウェ
ハーを下部電極107にセットする。そして切換えスイ
ッチ114を高周波発生装置112側に接続して置きガ
ス導入口103からアルゴンガスを真空容器108に導
入し高周波装置101により1〜15MHz(本例では
13.56MHz)の周波数を有する高周波電力を上部
電極105に加えて、真空容器108内にプラズマを発
生させる。このとき図には示していないが下部電極10
7の上にセットされたウェハーはヒーターにより例えば
300℃に加熱されており、またシリコンのターゲット
材106は、図には示していないが外部から接地に対し
て例えば−300Vにバイアスがかけられている。本実
施例ではターゲット材に、例えば直流電流を用いてバイ
アスをかけたが、周波数や高周波電力によっては用いな
くてもよい。そうすると、プラズマ中のアルゴンイオン
がシリコンのターゲット材106をスパッタリングし、
スパッタリングされたSiが下部電極107の上にセッ
トされたウェハー上に堆積していく。ここで、高周波発
生装置112により好ましくは30〜50MHz(本例
では35MHz)の周波数を有する高周波電力を下部電
極107に加えてウェハーに例えば+10Vの自己バイ
アスをかけておくと、ウェハー上に堆積したSiが単結
晶となり、低温においてSiの単結晶化が可能となっ
た。
【0025】しかしながらスパッタリングされたSiは
本装置においても真空容器108内表面のいたるところ
にも付着する。前述の従来技術でも述べたようにこれを
取り除く必要がある。
【0026】この真空容器108のクリーニングは例え
ば以下のように行なう。
【0027】まず、切換えスイッチ114をコイル11
0側に接続し、ガス導入口103から例えばCF4 を導
入し、第1の高周波発生装置101により例えば100
MHzの周波数を有する高周波電力を上部電極105に
加えて真空容器108内にプラズマを発生させる。する
とプラズマが真空容器108内に充分広がり、すみずみ
まで表面に付着した不純物を取り除くことができる。
【0028】ここで本実施例においてプラズマが真空容
器108内に広がる理由を簡単に説明する。クリーニン
グで行なうとき第1の高周波は例えば100MHzを用
いたが、この100MHzに対して、真空容器108は
実効的なアースに対してインピーダンスは100Ωであ
った。又、下部電極と接地とのあいだのインピーダンス
は、クリーニング時に切換えスイッチ114をコイル側
に接続するので本実施例では100KΩであった。この
ため、第1の高周波発生装置101により上部電極10
5に高周波電力を加えると、高周波電流は下部電極10
7には流れにくく、真空容器内壁に向かって流れやすい
ためにプラズマが広がる。
【0029】以上述べてきたように、本実施例では真空
容器108を大気解放せずに真空容器108内表面に付
着した不純物を取り除くことができるので、従来技術で
述べたウェットクリーニングのように、大気中の水分が
真空容器108内表面に吸着されることもないし、ウェ
ットクリーニング作業時に用いられる布からの発じんに
よって真空容器108内が汚染されることもない。又、
布に浸み込ませた有機溶媒が真空容器108内に残留す
ることもない。よって、本発明は従来技術のように真空
容器内にパーティクルや不純物が残留せず、半導体製造
において非常に歩留まりの向上に役立つ。
【0030】また、本実施例ではウェットクリーニング
に比べクリーニングにかかる時間が非常に短い時間で可
能である。
【0031】よって、本発明では半導体等の薄膜製造に
おいて歩留まりと同様に重要な装置の稼働率を大幅に向
上できる。
【0032】なお、上記実施例では真空容器108、ガ
ス導入口103、フランジ109、上部電極105及び
下部電極107は例えばその材質がSUS316Lで内
面又は表面が複合電解研磨及び酸化不動態処理されてい
るものを用いたが、これは真空容器内面が、クリーニン
グの時に化学的に活性化したハロゲン原子に曝されて
も、腐食しないようにするためである。また、用途によ
ってはその他の材質及び形状のものを用いてもよい。そ
の他の材質として、例えばSUS316L又はアルミニ
ウムに例えばニッケルリンメッキを行ない表面にフッ化
処理したものを用いてもよい。要は、化学的に活性なハ
ロゲン系原子に曝されても腐食されないものであればよ
い。
【0033】真空排気装置には上記実施例ではターボ分
子ポンプを用いたが用途によってはその他の真空ポンプ
も用いてもよいことはいうまでもない。
【0034】ターゲット材106には上記実施例では例
えば直径5インチのシリコンのウェハーを用いたが用途
によってはその他の材料を用いてもよい。
【0035】第1の高周波発生装置101で加えられる
高周波電力の第1の周波数は上記実施例では100MH
zを用いたが100MHz以上の任意の周波数でよい
(なお、100〜200MHzの周波数が好ましい)。
100MHz以上に設定してクリーニングを行う場合に
は、ターゲット106におけるセルフバイアスが小さく
なり、ターゲット106のスパッタリングが抑制される
ため真空容器のクリーニング中に新たな汚染をまねくこ
とを十分防止することができる。
【0036】また、上記実施例ではガス導入口103か
ら導入するガスとしてCF4 を用いたが、F、Cl、B
rなどのハロゲン系原子を持つガスやこれらと同類な活
性なガスを用いてもよい。特に、ガスの中でもガス分子
の結合エネルギーが小さい(好ましくは、4eV/mo
lecule以下)ガス、例えば、CCl4は、図3に
示すように、13.56MHzの周波数を有する高周波
電力を加えてプラズマを発生させた場合、クリーニング
プロセス圧力が110mTorr以上では、高周波電力
を大きくしていくとイオンエネルギー(Eion)は、
低い値でほとんど変化しないが、イオン密度の大きさを
表すフラックスパラメーターは増加していく。この傾向
は100MHz以上の場合においても同様である。これ
により、クリーニングプロセスを効率的に行うために高
周波電力を増加させたとき、イオンエネルギーは低い値
に保ったままイオン密度のみを大きくすることが可能で
ある。よって、クリーニングプロセスにおいて、プラズ
マに曝される、例えば真空管内表面や電極表面に施され
た、例えば酸化不動体皮膜がダメージを受けずに、表面
の不純物が効率的に除去可能となる。また、CCl4
外のガスとしては、SF6,PCl3,NF3,HBr,
HI,Br2などのガスなどがある。
【0037】なお、フラックスパラメーターは次式によ
って定義される(特願平2−252847号参照)。
【0038】Flux=Pwrf/Vpp ここでPwrfは電極に供給される高周波電力、Vpp
は電極での高周波振幅である。
【0039】さらに、コイル110では上記実施例では
例えばその材質が銅であり、銅線の外径が1mm、コイ
ルの半径が25mm、コイルの長さが300mm、コイ
ルの巻数が145巻のものを用いたが、用途によってそ
の他の材質で任意のコイル形状でよい。要は、切換えス
イッチ114をコイル110側に接続したとき下部電極
と接地とのあいだのインピーダンスが上部電極と接地と
のあいだのインピーダンスより充分大きければよい。ま
た、上記実施例ではコイルのインダクタンスは固定のも
のを用いたが可変のものを用いてもよい。
【0040】また、本実施例のクリーニングプロセス
は、ウェハープロセス直後に、真空容器108にゲート
バルブを介して連設する真空容器にウェハーを搬送した
後に毎回行なってもよい。これにより、ウェハープロセ
ス直前の真空容器108内の状態が毎回同じ状態とな
り、ゆらぎのないウェハープロセスが可能となる。ま
た、ウェハーを数枚処理した後にクリーニングしてもよ
い。
【0041】さらに、上記実施例では、ウェハープロセ
スとして、例えばシリコンのスパッタリングプロセスを
行い、クリーニングプロセスで真空容器内表面に付着し
たシリコンの堆積物を除去したが、ウェハープロセスと
してその他の、例えばCVDプロセスやRIEプロセス
などのプロセスを行い、クリーニングプロセスで真空容
器内表面に付着する、例えばSi、SiO2、フッ素化
合物、炭素化合物などの堆積物を除去してもよい。
【0042】図2は第2の実施例を示すものである。
【0043】本実施例は第1実施例においてコイル11
0と第2の電極107とのあいだにコンデンサー201
を入れたもので他の構成は第1実施例と同様であるので
重複した説明は省略する。
【0044】コンデンサ201は容量が10pFのもの
を用いた。第1実施例と同じく真空容器108内にプラ
ズマを発生させるとプラズマは真空容器108内に充分
広がり、すみずみまで表面に付着した不純物を取り除く
ことができた。
【0045】なお、上記実施例ではコンデンサー201
は10pFのものを用いたが任意の固定した容量のもの
又は可変のものを用いても良い。要は、切換えスイッチ
114をコイル110側に接続したとき下部電極と接地
とのあいだのインピーダンスが上部電極と接地とのあい
だのインピーダンスより充分大きければよい。
【0046】さらに、本実施例ではコイルとコンデンサ
ーを直列に接続したが、並列回路でもよい。
【0047】
【発明の効果】本発明によれば、チャンバーを一切大気
にさらすことなく、短時間でクリーニングの可能なプロ
セス装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例に係わる半導体プロセス装置の真空
容器部概略模式図である。
【図2】第2実施例に係わる半導体プロセス装置の真空
容器部概略模式図である。
【図3】CCl4を励起した時のイオンエネルギー(E
ion)とフラックスパラメーターとの関係を示すグラ
フ。
【図4】従来技術に係わる半導体プロセス装置の真空容
器部概略模式図である。
【符号の説明】
101 第1の高周波発生装置、 102 第1の高周波マッチング回路、 103 ガス導入口、 104 真空排気口、 105 上部電極、 106 シリコンのターゲット、 107 下部電極、 108 真空容器、 109 フランジ、 110 コイル、 111 第2の高周波マッチング回路、 112 第2の高周波発生装置、 113 バンドパスフィルター、 114 切換えスイッチ、 201 コンデンサー。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器内に設けられた第1及び第2の
    少なくとも2つの電極を有し、前記第1の電極には第1
    の周波数を有する高周波電力が加えられ、前記第2の電
    極には前記第1の周波数とは異なる第2の周波数を有す
    る高周波電力が加えられ、前記第2の電極上にウェハを
    保持する機構を有し、前記真空容器に導入したガスをプ
    ラズマ励起させる装置において、前記第2の電極と接地
    とのあいだのインピーダンスを前記第1の電極と接地と
    のあいだのインピーダンスより、必要に応じて充分大き
    くすることができる機構を有することを特徴とするプロ
    セス装置。
  2. 【請求項2】 前記第2の電極と接地とのあいだのイン
    ピーダンスを、必要に応じて大きくする機構として、コ
    イル若しくはコイルとコンデンサーを組合わせた回路を
    用いることを特徴とする請求項1に記載のプロセス装
    置。
  3. 【請求項3】 前記1項のガスは活性なガスであり、た
    とえばF、Cl、Brなどのハロゲン系原子を持つガス
    であることを特徴とする請求項1に記載のプロセス装
    置。
  4. 【請求項4】 前記第1の周波数が100MHz以上、
    前記第2の周波数が10〜50MHzの値を有すること
    を特徴とする請求項1に記載のプロセス装置。
  5. 【請求項5】 前記第1の周波数が1〜15MHz、第
    2の周波数が30〜50MHzの値を有することを特徴
    とする請求項1に記載のプロセス装置。
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