JPH03170678A - 反応容器のクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 大容量のプラズマＣＶＤ装置等の反応容器のクリーニン
グ方法に関し、 効率良くプラズマＣＶＤ装置等のの大容量の反応容器を
クリーニングすることのできる反応容器のクリーニング
方法を提供することを目的とし、大容量の反応容器にク
リーニングガスを導入し、主として第１の圧力でクリー
ニングガスのプラズマを発生させてクリーニングを行う
第１の工程と、該大容量反応容器にクリーニングガスを
導入し、主として該第１の圧力と異なる第２の圧力でク
リーニングガスのプラズマを発生させてクリーニングを
行う第２の工程とを有するように構成する．［産業上の
利用分野〕 本発明は化学気相堆積（ＣＶＤ）装置等の反応容器のク
リーニング方法に関し、特に大容量のプラズマＣＶＤ！
Ａ置等の反応容器のクリーニング方法に関する． 最近、大量処理を目指した大容量の反応容器（チャンバ
ー）を有するＣＶＤ装置等が出現している．ここに、大
容量とは１辺が約５０ｃｌを越えるような大きさを言い
、典型的には１辺ないし直径が１ｍ程度ないしそれ以上
のものである．［従来の技術］ 化学気相堆積（ｃｈｅｎｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐ
ｉｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）には熱によって原科ガスを分
解・反応させる熱分解ＣＶＤとプラズマによって原料ガ
スを分解・反応させるプラズマＣＶＤとがある．反応室
ないしは膜生成室となるチャンバーにガス導入手段と排
気手段が設けられ、．原料ガス（および必要に応じて雰
囲気ガス〉を所定圧力導入し、熱またはプラズマによっ
て分解・反応させ、基板上に膜を堆積させる．堆積させ
る膜は、たとえば多結晶シリコン（アモルファスシリコ
ン）、シリコン酸化物（ＳｉＯ　．ないしＳｉｇｈシリ
コン窒Ｘ 化物（Ｓｉ３Ｎ４ないしＳ　ｉ　Ｎ　ｘまたはＳｉＮ）
，シリコン酸化窒化物（ＳｉｘＮ，またはＳｉＯ　Ｎ　
）等である． 生成物は、ウェーハ、リードフレーム、半導体チップを
搭載したリードフレーム等の基板（＃ｉ積の下地となる
ものを基板と呼ぶ）の上のみでなく、治具、チャンバー
内壁等のチャンバー内部にも付着する．特に、ＳｉＯ。

，　ＳｉＮ，　ＳｉＯＮ等の付着は、ある程度以上の厚
さになるとフレーク状にｉｌＩｉｌｉＩ　Ｌて基板上等
にはらはらと落下する．このため、正常にＣＶＤを行う
ためには適宜にチャンバー内部をクリーニングする必要
がある． プラズマＣＶＤ装置の場合、クリーニングは一般的にク
リーニングガス、たとえばＣＦ４、ＳＦ。、０２Ｆθ、
ＮＦ３等をチャンバーに流し、プラズマを発生させてク
リーニングを行う．プラズマ発生用Ｎ　Ｎは、チャンバ
ーが小型の場合には、チャンバー外醐に設けられたコイ
ルの場合もあるが、大容量チャンバーの場合は、ほとん
どチャンバー内に設けられている． クリーニングガスを用いてプラズマＣＶＤ装置をクリー
ニングする場合、チャンバーの容量が大きくなると、ク
リーニングすべき対象面積が増大し、クリーニング能力
が低下する．いわゆるローディング効果である．すなわ
ち、チャンバーの容量が大きくなるにつれて、ローデ，
イング効果によりクリーニングタイムが増加する．この
ため、スループットが低下する．さらに、チャンバーが
大容量化すると、クリーニングガスを用いた従来のクリ
ーニング方法でチャンバー全体をクリーニングすること
がさらに困難になる． ［発明が解決しようとする課題］ 以上説明したように、反応容器が大容量化すると、従来
のクリーニング、ガスによるクリーニング方法でクリー
ニングを行うことは困難になった．この点を解決するた
めに、高周波電力を増大させたクリーニングや、クリー
ニングガスの流量を増大させたクリーニングを試みた．
ｍ々の変更、改良を試みたが、その結果は末だ満足でき
るものではなかった． 本発明の目的は、効率良く大容量反応容器をクリーニン
グすることのできるクリーニング方法を提供することで
ある． ［課題を解決するための手ｆ！１ クリーニングガスのプラズマを用いたクリーニングにお
いては、ガス圧によってクリーニング率の高いｇｎ域が
変化することが分かった．ガス圧を変えてクリーニング
を行うことによって、大容量の反応容器をクリーニング
する． 第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の原理説明図である．図
において、大容量の反応容器１は、治具や電極等の内部
構造体２を収容し、ガス導入手段３、排気手段４を備え
ている．また、チャンバー１には１３．５６ＨＨ’ｌの
ようなプラズマ発生用電源５と内部のガス圧を測定する
圧力計６を備えている． まず、クリーニングガスをガス導入手段３がら導入し、
圧力を第１の圧力にする．電源５から電力を供給して第
１の圧力でのプラズマ７を発生させる．この第１の圧力
でのプラズマは、たとえば内部楕造体２を主としてエッ
チングするものである， 次に、クリーニングガスを導入して第２の圧力にする．
電源５からプラズマ発生用電力を供給して第２の圧力で
のプラズマ８を発生させる．この第２の圧力でのプラズ
マ８は、第１の圧力でのプラズマ７と異なるものであり
、たとえは、チャンバー１の内壁から内部構造体２の周
辺部を主としてエッチングするものである． ［作用］ ガス分子は、一定の圧力の下で一定の平均自由行程を有
ずる．大容量の反応容器１が大容量化すると、チャンバ
ー１の大きさが平均自由行程に比べて大きくなる。電極
等は、内部構造木２内に装填した基板上に堆積膜を生戊
するのに都合の良いように配置されている．クリーニン
グ時に、ある圧力を選んでクリーニングガスによるクリ
ーニングを行うと、堆積時とほぼ同様な部分についてク
リーニングを適性に行うことはできるが、チャンバー１
が大きいと、チャンバー内壁等の離れた部分のクリーニ
ングを効果的に行うことが困難になる．ガス圧を変える
と平均自由行程も変わり、クリーニングガスによるエッ
チング特性も変化する．チャンバー１の内壁を十分クリ
ーニングできるような別の圧力を選んで、たとえばチャ
ンバー１の内壁から内部楕逍体２０周辺部までのクリー
ニングを行えば、第１の圧力でのクリーニングでは十分
クリーニングできなかった部分がクリーニングできる このように、主として少なくとも２つの異なる圧力でク
リーニングを行うことによって、大容量の反応容器チャ
ンバーのクリーニングを好適に行うことが可能となる． ［実總例］ 本発明の実施例を第２図（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明
する． まず、第２図（Ａ）を参照すると、プラズマＣＶＤ装置
は、大容量のチャンバー１１を有し、その内に内部ｍ造
体１２を収容している．内部梢遣体ｌ２は、接地電位２
４に接続された接地電極２２と高周波な源１５に接続さ
れた高周波電極２３とを含む．基板栽置用の治具は、こ
れらの電極と一体化して設けても良いし、別体として設
けても良い．チャンバー１１には、第１のガスを導入す
る第１ガス導入口１３および第２のガスを導入する第２
ガス導入口２１、および真空排気系１４が接続されてい
る．また、真空計１６がチャンバー１１内の圧力（真空
度）をモニタする．基板上に膜を生成する時は、原料ガ
スを、たとえば第２のガスとして導入口２１より導入し
、高周波電源１５から電力を供給して接地’；ａ極２２
と高周波電極２３との間に高周波電界を印加し、プラズ
マ１７を発生させて基板上にＣＶＤ膜を堆積する． チャンバー１１の内壁等にＣＶＤＭが堆積し、ある程度
の厚さになった時には、以下のようにクリーニングを行
う． まず、チャンバー１１を気密状態にして予備排気を行う
．次に、クリーニングガスを、たとえば第１のガスとし
て導入口１３から導入し、以下、高圧と呼ぶ堆積時と同
等の圧力にする．高周波電源１５から高周波電力を供給
する．すると、接地電極２２と高周波電極２３との対向
電極界に高周波電界が発生し、クリーニングガスがイオ
ン化し、プラズマ１７が発生する，ＣＶＤ生成時と同等
に、内部構造体１２を含む空間内に十分強いクリーニン
グガスのプラズマが発生すると、主として内部横道体１
２を含む領域がエッチングされる．内部構造体１２を含
む領域をよくエッチングできる状態では、クリーニング
ガスのガス分子の平均自由行程Ｃよ、チャンバー１１の
内壁に到達する程は十分大きくない．このため、チャン
バー１１の内壁に近い部分に堆積した膜はなかなかクリ
ーニングされない．内部構造体１２の部分のクリーニン
グが十分行われたならば、排気を行ってチャンバー１１
内を高い真空度にする． 次に、クリーニングガスを再び導入口１３から導入し、
前述の圧力よりも低い圧力である低圧に保つ．高周波電
［１５から接地＠．極２２、高周波電極２３間に高周波
電力を供給し、ｖｈ極間に高周波電界を発生させる．す
ると、低圧でのプラズマ１８が発生する．このプラズマ
は、平均自由行程が長くなっているのでチャンバー１１
の内壁部分をよくクリーニングすることのできるプラズ
マである．すなわち、低圧においては、ガス分子の平均
自由行程が長くなり、電極間でイオン化されたプラズマ
分子がよくチャンバー１１の内壁まで到達することがで
きる． このようにして、チャンバー１１の内壁およびその周辺
部がよくクリーニングされたならば、高周波電力をオフ
し、クリーニングを終了する．プラズマＣＶＤチャンバ
ーに堆積した膜が、Ｓｉ０　２　、ＳｉＯＮ，　ＳｉＮ
等である場合、クリーニングガスとしてはＣＦ４、Ｓ　
ｌ”　８、Ｃ２Ｆ８、ＮＦＳ等を用いることが゛できる
．チャンバー１１は、たとえばステンレス製である． 電極２２、２３は、たとえば、ステンレス、カーホン、
コーティングを施したステンレスやカーボン等で形或さ
れる．高周波電源１５は、たとえば１　３　．　５　６
ｆ４Ｈｚの高周波電源である．なお、高圧でのクリーニ
ングに引き続き低圧でのクリーニングを行う場合を説明
したが、クリーニングガスの圧力変化の態様は、上述の
ものに限らない。

第３図（Ａ）〜（Ｄ）はクリーニングガスの圧力変化の
ｎ様を示すグラフである． 第３図（Ａ＞は、上述した高圧と低圧の２段階゜のり替
え型の圧力変化を示す．なお、高圧でのクリーニングＣ
１と低圧での０２の順序を反転させてもよい．また、両
端にある高圧部分は常圧に開放した状態を示す． 第３図（Ｂ）は、３段階以上の多段階切り替え型の圧力
変化を示す．図においては、第Ｉに高圧でのクリーニン
グＣ３を行い、次に高圧よりも低い中圧でのクリーニン
グＣ４を行い、続いて中圧よりもさらに低い低圧でのク
リーニングＣ５を行う．なお、ここでさらに段数を増加
してもよいことは自明であろう． 第３図（Ｃ）は圧力を連続的に変化させたクリーニング
のモードを示す．予備排気後まず高圧の状態にし、プラ
ズマを発生してクリーニングを開始する．その後次第に
クリーニングガスの圧力を低下させて、全体がクリーニ
ングされたらばクリーニングを終了させる． 第３図（Ｂ）、（Ｃ）の圧力変化を反転させてもよいこ
とは自明であろう． 第３図（Ｄ＞は上に述べた圧力変化を適宜組み合わせた
圧力変化の例を示す．図においては、高圧でのクリーニ
ングＣ１と低圧でのクリーニングＣ２との組み合わせを
２０繰り返し、中間圧力でのクリーニングＣ７を続けて
クリーニングを終了させた場合を示す．なお、この例に
限らず圧力を適当に任意に変化させることは当業者に自
明であろう． なお、本発明の実施副の効果を試すため、従来の技術に
よるクリーニングと上述の２段階圧力変化によるクリー
ニングを比較して行った．また、参考のために、高周波
電力を増大させた場合、クリーニングガスの流量を増加
させた場合のクリーニングら合わせて行った． プラズマＣＶＤチャンバーとして容積が約１ｍ３のもの
を用い、予備的にＳｉＮｌｌｌを約５μｍ堆積させた．
この５μｍＳｉＮ膜をＮＦＳをクリーニングガスとして
エッチングした． まず従来例として、圧力は約０．ＩＴｏｒｒに保ったま
まエッチングを行った． 実施例による方法としては、最初に高圧として圧力Ｉ　
Ｔｏｒｒのエッチングを行い、次に、低圧として圧力約
０．ＯＩＴｏｒｒのエッチングを行った．なお、この高
圧と低圧でのエッチングのエッチング時間は均等にした
． また、第１の参考例として、高周波電力を５割増しにし
たエッチングを行った．すなわち、従来例と実施例によ
るエッチングにおいては、高周波電力は１．０ＫＷで行
ったが、高周波電力増大の参考例では、約１．５ＫＨの
電力で行った．第２の参考例として、クリーニングガス
の流量を約５割増加させてクリーニングを行った．すな
わち、他の場合は、ＮＦ３の流量を８　０　０　ＳＣＣ
Ｈとしたが、この第２の参考例では、１．２３ＩＨで行
った， 以上の４つの場合について、厚さ約５μｍのＳＮ膜がエ
ッチングされるまでのクリーニングタイムを測定した．
その結果を以下に示す．−１（− 従来例 ３０１ｌ＋ｎ ２段階圧力変化 １２ｌ ｎ ＲＦ電力増大　　　　２１ｍｉｎ ガス流量増大　　　　２　４　ｎｉｎ この表から明らかなように、ガス圧力を変化させること
によってクリーニングタイムは半分以下に減少した．こ
の効果は高周波電力増大やガス流量増大の効果を大きく
上回るものであった．なお、クリーニングガスの圧力変
化と共に、高周波電力増大やガス流量増大を組み合わせ
て行うこともできる． また、ＣＶＤ装置のチャンバーのクリーニングを例とし
て説明したが、以上説明したクリーニング方法は、ＣＶ
Ｄ装置以外のたとえばスバッタリング装置、エッチング
装置等のチャンバーのクリーニングに（Ｊ適用可能であ
る． 以上実施例に沿って説明したが、本発明はこれらに制限
されるものではない．ｆＳとえば、種々の変更、改良、
組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう， ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、プラズマＣＶＤ
装置のチャンバーが大容量化し、従来のクリーニングで
はクリーニング時間が非常に長くなるような場合に、ク
リーニング時間を大きく短縮することができる。

そのため、スループッ１・が増大する．＝ｌ．Ｉ２１面
の簡ＩＮな説明 第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の原理説明図、第２図＜
Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例によるプラズマＣＶＤチ
ャンバーのクリーニング方法を説明するための概略図、 第３図（Ａ）〜（Ｄ）はクリーニングガスの圧力変化の
態様を示すグラフである． 図において、 ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ １１ １２ １３ １４ １５ １６ １７ １８ 反応容器（チャンバー） 内部構造体 ガス導入手段 排気手段 電源 圧力計 第１の圧力でのプラズマ 第２の圧力でのプラズマ 反応容器（チャンバー） 内部楕遣体 第１ガス導入口 真空排気系 高周波電源 真空計 高圧でのプラズマ 低圧でのプラズマ ２ｌ ２２ ２３ ２４ 第２ガス譚入口 接地電極 高周波電極 接地電位 ５：電源 プラズマ 本発明の原理説明図 （Ａ）准Ｕ圧でのクリーニノグ （Ｂ）低圧でのクリーニング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）．大容量の反応容器（１）にクリーニングガスを
   導入し、主として第１の圧力でクリーニングガスのプラ
   ズマ（７）を発生させてクリーニングを行う第１の工程
   と、 該大容量の反応容器（１）にクリーニングガスを導入し
   、主として該第１の圧力と異なる第２の圧力でクリーニ
   ングガスのプラズマ（８）を発生させてクリーニングを
   行う第２の工程とを有する反応容器のクリーニング方法
   。