JPH08330243A

JPH08330243A - プラズマクリーニング方法及びこの方法に使用される配置領域保護体

Info

Publication number: JPH08330243A
Application number: JP7156977A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Tamura; 好宏田村
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1996-12-13
Also published as: KR960042935A; TW295772B; KR100262883B1

Abstract

(57)【要約】【目的】真空容器内の基板ステージの表面などに堆積
した薄膜を除去するプラズマクリーニングを短時間に完
了できるようにする。【構成】基板４０の表面の寸法形状又は基板ステージ
４の表面のうちの基板配置のための領域の寸法形状に適
合した寸法形状の表面を有する誘電体からなる板状の配
置領域保護体４００を基板４０に代えて配置し、エッチ
ング作用のあるガスをガス導入機構２によって真空容器
１内に導入するとともにステージ用高周波電源４１によ
って所定の高周波電力を基板ステージ４に印加し、印加
された高周波電力によって基板ステージ４の表面の近傍
にプラズマを形成し、このプラズマによって基板ステー
ジ４の表面堆積膜を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願の発明は、例えば、半導体装
置の製造工程に使用されるプラズマ気相成長装置等の真
空処理装置において、真空容器の内面や真空容器内の部
材の表面に堆積した薄膜を除去するプラズマクリーニン
グ方法の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の真空処理装置の一例とし
てのプラズマ気相成長装置の概略構成を示す図である。
図５に示すプラズマ気相成長装置は、排気系１１を備え
た真空容器１と、真空容器１内に所定のガスを導入する
ガス導入機構２と、導入されたガスにエネルギーを与え
てプラズマを形成するための電力供給機構３と、薄膜作
成を行う基板４０を配置するための基板ステージ４など
から主に構成されている。

【０００３】図５の装置では、不図示のゲートバルブを
通して基板４０を真空容器１内に搬入して基板ステージ
４上に配置する。排気系１１によって真空容器１内を排
気した後、ガス導入機構によって所定のガスを導入す
る。次に、電力供給機構３によって高周波電力等のエネ
ルギーを真空容器１内のガスに印加し、プラズマを形成
する。そして、プラズマによって生ずる気相反応により
基板４０の表面に所定の薄膜が作成される。例えば、ガ
ス導入機構３によってシランガスと酸素ガスを導入すれ
ば、プラズマによって分解反応等を生じ、酸化硅素の薄
膜が基板４０の表面に作成される。

【０００４】前記構成によるプラズマ気相成長装置にお
いて、薄膜作成処理を繰り返して行うと、基板ステージ
４のプラズマに露出した表面や真空容器１の内面にも酸
化硅素膜が堆積するという現象が生じる。これらの薄膜
が堆積すると、やがては薄膜の内部応力により剥がれ、
微粉末の発生原因となる。この微粉末が基板４０上の酸
化硅素薄膜に付着すると表面欠陥を生じさせ、当該酸化
硅素薄膜の商品価値を低下せしめるという問題を生じ
る。このような問題は、プラズマ気相成長装置に限ら
ず、プラズマエッチング装置等の真空処理装置でも生じ
ている。即ち、エッチングされた材料が基板ステージの
表面や真空容器の内面に堆積して薄膜となり、それが剥
離して生じた微粉末が基板上の回路を損傷させるという
問題があった。

【０００５】このような堆積膜の剥がれを抑制するため
に、剥離する前に堆積膜をエッチングして除去してしま
うプラズマクリーニングの手法が一般的に用いられてい
る。この方法では、フロン１４ガス（ＣＦ⁴ ）：酸素ガ
ス＝８０：２０程度の混合ガスをガス導入機構２によっ
て真空容器１内に導入し、フロン１４ガスおよび酸素ガ
スによるプラズマを生成させ、プラズマの作用により堆
積膜をエッチングして除去する。即ち、プラズマ中では
遊離ＣＦｘ（ｘ＝１，２，３）、ＣＦｘイオン（ｘ＝
１，２，３）、遊離弗素又は弗素イオンが生成され、こ
れらの弗素系活性種又はイオンが堆積膜と反応して揮発
物を生成し、この揮発物が排気系１１によって排出され
ることで堆積膜が除去される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記プラズマクリーニ
ングが行われる真空処理装置において、プラズマは元々
基板の処理のために形成するものとして各部材が構成さ
れている。この点、あまりプラズマに近づけると基板の
ダメージがあるため、基板ステージは、プラズマが形成
される場所から相当程度離れた位置に設置される。この
場合、上記プラズマクリーニングを行った際、基板ステ
ージの表面付近のプラズマ密度は低くならざるを得な
い。この結果、基板ステージの表面に堆積膜を除去する
には、長時間をプラズマクリーニングを行わなければな
らないという問題があった。

【０００７】特に、プラズマ気相成長装置のような薄膜
作成装置では、基板ステージの表面のうち、処理中に基
板によって覆われている領域（以下、配置領域）には薄
膜は堆積しないが、覆われていない表面領域（以下、非
配置領域）には基板と同様に薄膜が堆積する。近年、成
膜速度を向上させる色々な試みがなされているが、この
ような試みによって基板上に速い速度で成膜がなされる
のみならず、基板ステージの非配置領域に厚い薄膜が堆
積することになる。そして、このように厚く堆積した基
板ステージの非配置領域に対して、結果的に低い密度の
プラズマしか供給されないため、上記プラズマクリーニ
ングの長時間化は装置の稼働率を低下せしめる等の深刻
な問題を招いていた。また、基板ステージ以外の例えば
真空容器の内面などの箇所のプラズマクリーニングにお
いても、エッチング速度を充分に高くできず、プラズマ
クリーニング時間を短縮できない問題があった。

【０００８】本願発明は、係る課題を解決するためにな
されたものであり、真空容器内の基板ステージの表面な
どに堆積した薄膜を除去するプラズマクリーニングを短
時間に完了できるようにして、装置の稼動率の向上等を
可能にすることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願の請求項１記載の発明は、排気系を備えた真空
容器と、真空容器内に所定のガスを導入するガス導入機
構と、真空容器内の所定の位置に基板を配置するための
基板ステージと、基板ステージに所定の高周波電力を印
加するステージ用高周波電源とを備えた真空処理装置に
おいて、処理する基板の表面の寸法形状又は基板ステー
ジの表面のうちの基板配置のための領域の寸法形状に適
合した寸法形状の表面を有する誘電体からなる板状の配
置領域保護体を前記基板ステージの表面のうちの基板配
置のための領域に配置してこの領域を覆い、エッチング
作用のあるガスを前記ガス導入機構によって真空容器内
に導入するとともにステージ用高周波電源によって所定
の高周波電力を基板ステージに印加し、印加された高周
波電力によって基板ステージの表面の近傍にプラズマを
形成し、このプラズマによって生じる前記ガスのエッチ
ング作用を利用して基板ステージの表面堆積膜又は真空
容器の内面堆積膜を除去するという構成を有する。同様
に上記目的を達成するため、請求項２記載の発明は、上
記請求項１の構成において、導入されたエッチング作用
のあるガスの圧力を、０．５Ｔｏｒｒから５Ｔｏｒｒの
範囲とする。同様に上記目的を達成するため、請求項３
記載の発明は、上記請求項１又は２の構成において、真
空処理装置は、真空容器内に所定の電力を導入して基板
の処理のためのプラズマを形成する電力供給機構を備え
ており、ステージ用高周波電源とともにこの電力供給機
構を動作させて行う。同様に上記目的達成のため、請求
項４記載の発明は、上記請求項３の構成において、電力
供給機構は、１００ｍＴｏｒｒ以下の圧力にて少なくと
も１０¹⁰ｃｍ^-3以上の密度を有する高密度プラズマを形
成することが可能なものである。同様に上記目的を達成
するため、請求項５記載の発明は、上記請求項１，２，
３又は４記載のプラズマクリーニング方法に使用される
配置領域保護体であるという構成を有する。同様に上記
目的を達成するため、請求項６記載の発明は、上記請求
項５の構成において、石英ガラスから形成されている配
置領域保護体であるという構成を有する。同様に上記目
的を達成するため、請求項７記載の発明は、上記請求項
５又は６の構成において、処理する基板の重量に対して
１０倍以下の重量の配置領域保護体であるという構成を
有する。同様に上記目的を達成するため、請求項８記載
の発明は、上記請求項５又は６の構成において、処理す
る基板の厚さに対して３倍以下の厚さの配置領域保護体
であるという構成を有する。

【００１０】

【実施例】以下、本願発明の実施例を説明する。図１
は、本願発明の実施例のプラズマクリーニング方法が実
施される真空処理装置の概略図であり、一例として図４
と同様にプラズマ気相成長装置の概略構成が示されてい
る。

【００１１】図１に示すプラズマ気相成長装置は、図４
の装置と同様、排気系１１を備えた真空容器１と、真空
容器１内に所定のガスを導入するガス導入機構２と、導
入されたガスにエネルギーを与えてプラズマを形成する
ための電力供給機構３と、薄膜作成を行う基板を配置す
るための基板ステージ４とを有している。さらに、基板
ステージ４に所定の高周波電力を印加するステージ用高
周波電源４１が備えられている。

【００１２】まず、真空容器１は、成膜室１０１と、成
膜室１０１の下側に位置した少し大きな空間の真空排気
室１０２を構成している。そして、成膜室１０１を構成
する部分と真空排気室１０２を構成する部分とが分離可
能に構成されている。これは、真空容器１内の部材のメ
ンテナンス等のためである。また、成膜室１０１の部分
の真空容器１の器壁には不図示のゲートバルブが設けら
れ、真空排気室１０２の部分の器壁には、排気系１１が
つながる排気管１３が設けられている。排気系１１は、
粗引きポンプ１１１と、粗引きポンプ１１１の前段に配
設された主ポンプ１１２と、これらのポンプ１１１，１
１２によって排気する排気経路上に配設された主バルブ
１１３及び可変コンダクタンスバルブ１１４とから主に
構成されている。

【００１３】上記真空容器１は、上側にベルジャー１２
を有している。真空容器１の上部器壁には中央に円形の
開口が設けられ、ベルジャー１２はこの開口に気密に接
続されている。ベルジャー１２は、直径２００ｍｍ程度
の半球状の形状を有するものであり、石英ガラス等の誘
電体で形成されている。真空容器１は、上部の壁の中央
に円形の開口を有し、この開口に気密に接続することで
ベルジャー１２が配設されている。

【００１４】ガス導入機構２は、図６に示す例では、二
つのガス導入系２１，２２から構成されており、二種の
異なるガスを同時に導入できるようになっている。各々
のガス導入系２１，２２は、不図示のガスボンベに接続
された配管２１１，２２１と、配管２１１，２２１の終
端に接続されたガス導入体２１２，２２２とから主に構
成されている。

【００１５】図２は、上記ガス導入体２１２，２２２の
構成を説明する図である。図２に示すように、ガス導入
体２１２，２２２は、断面円形の円環状のパイプから構
成されている。このガス導入体２１２，２２２は、真空
容器１に設けられた支持棒２３によって支持され、真空
容器１の内面に沿う形で水平に配設されている。尚、真
空容器１は、円筒形の場合もあるし、角筒形の場合もあ
る。また、真空容器１の壁を気密に貫通する状態で輸送
管２４が設けられており、この輸送管２４の一端はガス
導入体２１２，２２２に接続されている。ガス導入体２
１２，２２２の他端は図１の配管２１１，２２１に接続
されている。そして、ガス導入体２１２，２２２は、図
２に示すように、その内側面にガス吹き出し口２５を有
している。このガス吹き出し口２５は、直径０．５ｍｍ
程度の開口であり、１０ｍｍ程度の間隔をおいて周上に
設けられている。

【００１６】一方、図１に戻り、電力供給機構３は、ベ
ルジャー１２の周囲を取り囲んで配設された高周波コイ
ル３１と、この高周波コイル３１に整合器３２を介して
高周波電力を供給する高周波電源３３とから主に構成さ
れている。高周波電源３３には、例えば１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電力を発生させるものが採用され、高周波コ
イル３１からベルジャー１２内にこの高周波電力が供給
される。

【００１７】また、真空容器１内のベルジャー１２の下
方位置には、基板ステージ４が設けられている。この基
板ステージ４は、処理を行う基板４０を表面に配置させ
るものであり、金属よりなるステージ本体４０１と、こ
のステージ本体４０１の上面に配設された吸着用誘電体
ブロック４０２とから主に構成されている。基板ステー
ジ４は、静電吸着によって基板４０を表面に吸着する機
構が採用されており、吸着用誘電体ブロック４０２内に
は、吸着電極４０３が埋め込まれている。そして、吸着
電極４０３に所定の電位を与える吸着用電源４０５が設
けられており、これによって誘電体ブロックの表面に静
電気を生じさせて基板を吸着するようになっている。

【００１８】また、基板ステージ４の側面を覆うように
してシールド板４０５が設けられており、シールド板４
０５と基板ステージ４との間には絶縁ブロック４０６が
配置されている。このシールド板４０５は、基板ステー
ジ４の側方にプラズマが回り込んで高周波放電が形成さ
れるのを防止するためのものであり、所定の金属から形
成されて接地されている。前述の通り、基板ステージ４
には、所定の高周波電力を印加するステージ用高周波電
源４１が備えられている。このステージ用高周波電源４
１は、処理時にはプラズマと高周波との相互作用によっ
て基板４０に所定の基板バイアス電圧を印加するように
動作し、プラズマクリーニングの際には後述するように
基板ステージ４の表面近傍にプラズマを形成するように
動作する。

【００１９】上記構成に係るプラズマ気相成長装置は、
まず、真空容器１に設けられた不図示のゲートバルブを
通して基板４０を真空容器１内に搬入し、基板ステージ
４上に配置する。ゲートバルブを閉じて排気系１１を作
動させ、真空容器１内を例えば５ｍＴｏｒｒ程度まで排
気する。次に、ガス導入機構２を動作させ、所定のガス
を所定の流量で真空容器１内に導入する。この際、ガス
は、配管２１１，２２１から輸送管２４を経由してガス
導入体２１２，２２２に供給され、ガス導入体２１２，
２２２のガス吹き出し口２５から内側に吹き出すように
して真空容器１内に導入される。導入されたガスは真空
容器１内を拡散してベルジャー１２内に達する。

【００２０】この状態で電力供給機構３を作動させて、
高周波電源３３から整合器３２を介して高周波コイル３
１に１３．５６ＭＨｚ２０００Ｗ程度の高周波電力を印
加する。同時に、ステージ用高周波電源４１も動作し、
基板４０に所定のバイアス電圧がそれぞれ印加される。
このバイアス電圧は、ステージ用高周波電源４１が与え
る高周波とプラズマとの相互作用により生ずるバイアス
電圧である。電力供給機構３が供給した高周波電力は、
高周波コイル３１を介してベルジャー１２内に導入さ
れ、ベルジャー１２内に存在するガスにエネルギーを与
えてプラズマを生成する。生成されたプラズマは、ベル
ジャー１２から下方の基板４０に向けて拡散する。プラ
ズマ中では、所定の生成物が生じ、この生成物が基板４
０に到達することにより所定の薄膜が作成される。この
際、ステージ用高周波電源４１によって生じたバイアス
電圧により、プラズマ中のイオンが加速されて基板４に
衝突し、この衝突のエネルギーによって成膜が効果的に
行われる。

【００２１】例えば酸化硅素薄膜を作成する場合、第一
のガス導入系２１によってモノシランガスを導入し、第
二のガス導入系２２によって酸素ガスを導入する。モノ
シラン／酸素のプラズマによってモノシランが分解し、
酸素と反応することによって酸化硅素薄膜が作成され
る。尚、図１の装置では、成膜室の圧力が１００ｍＴｏ
ｒｒ以下の領域にて、１０¹⁰ｃｍ^-3以上の高密度プラズ
マが生成できるようになっており、この高密度プラズマ
によって高い成膜速度で薄膜作成できるようになってい
る。

【００２２】さて、上記薄膜作成処理を繰り返していく
と、真空容器１の内面や基板ステージ４の非配置領域等
に薄膜が堆積してくる。相当程度の回数繰り返したら、
薄膜の除去が必要だと判断して、次のようなプラズマク
リーニングを行う。即ち、処理が終了した基板を搬出し
て不図示のゲートバルブを閉め、排気系を１１動作させ
て一旦真空容器１内を排気した後、ゲートバルブを通し
て配置領域保護体４００を真空容器内に搬入する。この
配置領域保護体４００を基板４０と同様に基板ステージ
４に配置する。即ち、基板４０が配置されることによっ
て覆われる配置領域を基板４０と同様に覆うようにし
て、配置領域保護体４００を配置する。

【００２３】次に排気系１１を再び動作させ、０．１Ｔ
ｏｒｒ程度まで真空容器１内を排気する。次に、ガス導
入機構２を動作させて、四弗化炭素ガスを４００ＳＣＣ
Ｍ、酸素ガスを１００ＳＣＣＭの流量で真空容器１内に
導入する。四弗化炭素ガスを導入する構成としては、薄
膜作成に使用するモノシランガスの配管２２１又はプラ
ズマ形成用ガスとしての酸素ガスの配管２１１に接続さ
せてフロン１４ガスの配管２６を設け、各々のバルブの
開閉によって切り替えて導入する構成等が採用できる。

【００２４】そして、排気系に設けられた可変コンダク
タンスバルブ１１４を制御して真空容器１内の圧力を２
Ｔｏｒｒ程度に保ち、この状態で電力供給機構３及びス
テージ用高周波電源４１を動作させる。これによって、
真空容器１内にプラズマが形成されるが、上記基板４０
の処理の際と異なるのが、ステージ用高周波電源４１に
よって基板ステージ４の表面付近にも補助的にプラズマ
が形成されることである。即ち、ステージ用高周波電源
４１が印加した高周波電力は、基板ステージ４の吸着用
誘電体ブロック４０２及び配置領域保護体４００を通し
て基板ステージ４の表面近傍の空間に導入され、当該空
間に存在するガスをプラズマ化する。一方、電力供給機
構３は、基板４の処理の際と同様に、基板ステージ４か
ら相当程度離れた位置で高密度プラズマを形成する。

【００２５】このような二つの場所でプラズマが形成さ
れるため、真空容器１内の広い空間で効率よくプラズマ
が形成される。この結果、真空容器１の内面や基板ステ
ージ４の非配置領域の堆積膜が効率良くエッチングさ
れ、プラズマクリーニングに要する時間を短縮させるこ
とができる。例えば、ステージ用高周波電源４１が与え
る高周波電力が１３．５６Ｈｚ１０００Ｗ程度で、この
電力を配置領域保護体４００の表面の面積で割った電力
密度が０．５Ｗ／ｃｍ² 程度の条件とするとともに、電
力供給機構３が与える高周波電力を１３．５６ＭＨｚ１
００Ｗ程度にし、上記条件でガスを導入した場合には、
従来６０分程度要しているプラズマクリーニングが１０
分程度で終了した。

【００２６】次に、本実施例のプラズマクリーニング方
法に使用される配置領域保護体４００について説明す
る。配置領域保護体４００は、上述の通り、プラズマク
リーニングの際に基板４０に代えて基板ステージ４に配
置されるものである。但し、材質が誘電体に限定される
ことから、「ダミー基板」と呼ぶのは適切でない。

【００２７】配置領域保護体４００の材質が誘電体に限
定されることは、上記説明から明かであるが、ステージ
用高周波電源４１が与える高周波を基板ステージ４の表
面近傍の空間に効率良く伝えるためである。ここで、前
述の通り、基板ステージ４のステージ本体４０１の上面
には吸着用誘電体ブロック４０２が設けられているた
め、配置領域保護体４００を配置しない場合でも、基板
ステージ４の表面の部材は誘電体である。従って、基板
ステージ４の表面近傍の空間への高周波の導入は可能で
ある。

【００２８】しかしながら、配置領域保護体４００を配
置しないで上記プラズマクリーニングを行った場合に
は、吸着用誘電体ブロック４０２の表面が激しくエッチ
ングされる。というのは、基板ステージ４の表面のう
ち、配置領域即ち基板４０の処理の際に基板４０によっ
て覆われる領域の表面には、基板４０の処理中に薄膜が
堆積しないので、上記プラズマクリーニングの際にはエ
ッチング性のガスに直接晒されることにより、激しくエ
ッチングされることになるからである。このような吸着
用誘電体ブロック４０２の表面がエッチングされると、
エッチングが均一に進行しないことによって表面に凹凸
ができ、この結果、静電吸着作用が不均一になる問題が
ある。またひどい場合には、吸着電極４０３の上側の部
分がすべてエッチングされることによって吸着電極４０
３が露出してしまい、静電吸着が不可能になる場合もあ
る。

【００２９】尚、基板ステージ４の表面のうちの非配置
領域では、処理中に薄膜が堆積しており、プラズマクリ
ーニング中がこの薄膜をエッチングするので、下側の基
板ステージ４の表面がエッチングされることはない。ま
た、薄膜を完全に除去した後のクリーニング動作が続く
ことによってこの部分がエッチングされる場合もありう
るが、配置領域ほど多くエッチングされることはない
し、またエッチングされたとしても、元々基板４０を配
置する部分ではないので、基板４０の静電吸着が困難に
なるというような問題は発生しない。

【００３０】本実施例では、このうよな点を考慮し、配
置領域保護体４００を基板４０に代えて基板ステージ４
に配置し、基板ステージ４の配置領域の保護を図ってい
る。この配置領域保護体４００は、処理時に薄膜が堆積
しない部分のみを完全に覆い、薄膜が堆積する部分は覆
わないような形状であることが望ましい。即ち、薄膜が
堆積しない部分の一部に覆わない部分があると、その部
分で上記基板ステージ４のエッチングが生じてしまう
し、薄膜が堆積した部分について一部覆わない部分があ
ると、その部分の薄膜に対してエッチング性のガスを遮
断してしまい、その部分の薄膜が除去されずに残留して
しまうからである。

【００３１】本実施例では、このような点を考慮し、配
置領域保護体４００を誘電体からなる板状の部材で形成
し、その表面の寸法形状を、処理する基板４０の表面の
寸法形状又は基板ステージ４の表面のうちの配置領域の
寸法形状に適合したものとしている。尚、配置領域の寸
法形状は基板４０の表面の寸法形状と同じである場合が
多いが、基板４０の受け渡しのための空間が存在する等
の場合に両者は異なる場合がある。また、上記説明から
分かる通り、上記配置領域保護体４００自体は、プラズ
マクリーニングの最中にエッチングされてしまう。従っ
て、基板４０の処理の際に異物とならない材料を放出す
るような材質であることが好ましく、基板４０が硅素系
半導体からなる場合には、前述の石英ガラスが好適に使
用される。

【００３２】また、配置領域保護体４００は、基板４０
を搬送するとの同じ搬送機構によって真空容器１内に搬
入搬出されるように構成することが、装置や動作の簡略
化の点から好ましい。この場合、基板４０の重量より著
しく重いものは、搬送機構の許容度を越える場合が多
い。この点から、配置領域保護体４００の重量は、基板
４０の重量の１０倍以下であることが好ましい。さら
に、配置領域保護体４００を導入する際には、基板４０
と同様にゲートバルブ等の開口を通過して搬送されるこ
とが好ましいが、あまり厚さが厚くなると開口を通過さ
せることができなくなる。この場合には、真空容器１内
を大気圧に戻した上で真空容器１を分割し、その上で基
板ステージ４に配置するといった厄介な動作が必要にな
ってしまう。この点から、配置領域保護体４００の厚さ
は、基板４０の厚さの３倍以下であることが好ましい。
尚、前述した石英ガラスよりなる配置領域保護体４００
の寸法形状の一例を挙げると、厚さが１．５ｍｍ程度
で、表面の寸法形状が６インチウエハの寸法形状に等し
いものが例えば使用される。

【００３３】次に、上記実施例のプラズマクリーニング
方法を実施する際の圧力について説明する。図３は、本
実施例のプラズマクリーニング方法を実施する際の圧力
について調べた実験の結果を示す図であり、真空容器１
内の圧力と真空容器１内面における酸化硅素膜のエッチ
ング速度の関係を示したグラフである。図３の縦軸はエ
ッチング速度、横軸は成膜室１３内部の圧力を示してい
る。

【００３４】図３の実験の条件としては、フロン１４ガ
ス流量を４００ＳＣＣＭ、酸素ガス流量を１００ＳＣＣ
Ｍとし、プラズマ生成室に供給する高周波電力を２００
０Ｗ、基板４０に印加する高周波電力を０．５Ｗ／ｃｍ
² とした。尚、可変コンダクタンスバルブ１１４の開度
を調整すると共に、主ポンプ１１２であるターボ分子ポ
ンプの回転数を調整して真空排気することで、真空容器
１内の圧力を０．１Ｔｏｒｒから５Ｔｏｒｒまで変化さ
せた。

【００３５】図３に示す通り、真空容器１内の圧力が
０．１から０．５Ｔｏｒｒの領域では、エッチング速度
は５０ｎｍ／分程度であるが、０．５Ｔｏｒｒを越える
辺りから増加する傾向があり、約２Ｔｏｒｒ付近で４０
０ｎｍ／分の最大値をとり、更に圧力が高い領域ではや
や減少する傾向がある。また、圧力が５Ｔｏｒｒを越え
る領域では、プラズマ放電が不安定となり、プラズマが
生成できなくなる場合もあった。以上の結果から、エッ
チング速度が高くてプラズマクリーニングに適した圧力
領域は、０．５から５Ｔｏｒｒと判断される。

【００３６】上記プラズマクリーニング方法が実施され
る装置として、ヘリコン波プラズマを形成する装置を選
定することも可能である。図４は、この種の装置の概略
を示したものである。ヘリコン波プラズマは、強い磁場
を加えるとプラズマ振動数より低い周波数の電磁波が減
衰せずにプラズマ中を伝搬することを利用するものであ
り、高密度プラズマを低圧で生成できる技術として最近
注目されているものである。プラズマ中の電磁波の伝搬
方向と磁場の方向とが平行のとき、電磁波はある定まっ
た方向の円偏光となり螺旋状に進行する。このことから
ヘリコン波プラズマと呼ばれている。

【００３７】ヘリコン波プラズマを形成する図４の装置
では、図１又は図４の高周波コイル２１に代えて、ルー
プ状のアンテナ２４が配設されている。アンテナ２４
は、一本の丸棒状又は帯板状の部材を曲げて上下二段の
ループ状の形状にしたものである。また、ベルジャー１
２の周囲に磁場形成機構２５を設置している。磁場形成
機構２５は、内側コイル２５ａと外側コイル２５ｂから
なる二重コイルであり、各コイル２５ａ，２５ｂはベル
ジャー１２と同軸上の位置に配設される。内側コイル２
５ａと外側コイル２５ｂは、互いに逆向きの磁場が形成
されるように、コイルの巻き方向と通電方向が調整され
る。磁場形成機構２５を二重コイルの構造とすること
で、所望の磁場を作り易いという利点を有する。磁場形
成機構２５を単一コイルで構成することもできる。尚、
磁場形成機構２５が発生させる磁場は、ベルジャー１２
内部で生成されたプラズマを効率よく成膜室１０１内部
に輸送するので、成膜室１０１内におけるプラズマの高
密度化を促進することができる。その結果、真空容器１
の内面や基板ステージ４の表面に対する上記プラズマク
リーニングをさらに効率化させるという効果もある。

【００３８】本願発明のプラズマクリーニング方法は、
上記プラズマ気相成長装置だけではなく、プラズマを用
いて基板をドライエッチングする装置等のその他の真空
処理装置に対しても有効である。また、エッチング作用
のあるガス、フロン１４ガス（ＣＦ⁴ ）を用いた例につ
いて説明を行ってきたが、フロン１１６ガス（Ｃ
²Ｆ⁶）、６弗化硫黄ガス（ＳＦ⁶ ）を用いたり、酸素ガ
スにアルゴンガスを混合したガス等についても効果が同
様であることは明かである。尚、アルゴンガスを使用す
ると、プラズマ中で生成されるアルゴンイオンはスパッ
タ率が高いので、高効率のスパッタを行いながらプラズ
マクリーニングを行うことができる。さらに、配置領域
保護体４００を形成する材料としては、酸化硅素、石英
ガラス等以外には、酸化アルミニウム、サファイア等が
挙げられる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本願の請求項１又
は５記載の発明によれば、真空容器内の基板ステージの
表面などに堆積した薄膜を除去するプラズマクリーニン
グが短時間に完了でき、装置の稼動率の向上等に寄与で
きる。また、請求項２記載の発明によれば、上記請求項
１の効果に加え、エッチング速度のより高い圧力領域で
クリーニングが行われるので、さらに短時間にプラズマ
クリーニングを完了できる。また、請求項３記載の発明
によれば、上記請求項１又は２の効果に加え、基板の処
理にプラズマが利用できるので、プラズマ気相成長処理
やドライエッチング処理が可能となる。と同時に、プラ
ズマクリーニングの際に基板処理用の電力供給機構が動
作するので、さらに高密度のプラズマが形成され、プラ
ズマクリーニングをさらに短時間に完了させることがで
きる。また、請求項４記載の発明によれば、上記請求項
３の効果に加え、電力供給機構は、１００ｍＴｏｒｒ以
下の圧力にて少なくとも１０¹⁰ｃｍ^-3以上の密度を有す
る高密度プラズマを形成することが可能なので、さらに
プラズマクリーニングを短時間化させることができる。
また、請求項６記載の発明によれば、上記請求項５の効
果に加え、基板が硅素系半導体からなる場合に好適な構
成となる。さらに、請求項７又は８の発明によれば、上
記請求項５又は６の効果に加え、基板の搬入搬出の機構
や動作が既存のもので構成できるので、コスト的に優れ
ているという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施例のプラズマクリーニング方法
が実施される真空処理装置の概略図である。

【図２】図１のガス導入体２１２，２２２の構成を説明
する図である。

【図３】本実施例のプラズマクリーニング方法を実施す
る際の圧力について調べた実験の結果を示す図である。

【図４】本実施例のプラズマクリーニング方法が実施さ
れる他の装置の概略構成を示した図である。

【図５】従来の真空処理装置の一例としてのプラズマ気
相成長装置の概略構成を示す図である。

【符号の説明】

１真空容器１０１成膜室１１排気系１２ベルジャー２ガス導入機構３電力供給機構４基板ステージ４０基板４００配置領域保護体４０１ステージ本体４０２吸着用誘電体ブロック４０３吸着電極４１ステージ用高周波電源

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【手続補正書】

【提出日】平成７年９月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】図５の装置では、不図示のゲートバルブを
通して基板４０を真空容器１内に搬入して基板ステージ
４上に配置する。排気系１１によって真空容器１内を排
気した後、ガス導入機構２によって所定のガスを導入す
る。次に、電力供給機構３によって高周波電力等のエネ
ルギーを真空容器１内のガスに印加し、プラズマを形成
する。そして、プラズマによって生ずる気相反応により
基板４０の表面に所定の薄膜が作成される。例えば、ガ
ス導入機構２によってシランガスと酸素ガスを導入すれ
ば、プラズマによって分解反応等を生じ、酸化硅素の薄
膜が基板４０の表面に作成される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】このような堆積膜の剥がれを抑制するため
に、剥離する前に堆積膜をエッチングして除去してしま
うプラズマクリーニングの手法が一般的に用いられてい
る。この方法では、フロン１４ガス（ＣＦ _４）：酸素ガ
ス＝８０：２０程度の混合ガスをガス導入機構２によっ
て真空容器１内に導入し、フロン１４ガスおよび酸素ガ
スによるプラズマを生成させ、プラズマの作用により堆
積膜をエッチングして除去する。即ち、プラズマ中では
遊離ＣＦｘ（ｘ＝１，２，３）、ＣＦｘイオン（ｘ＝
１，２，３）、遊離弗素又は弗素イオンが生成され、こ
れらの弗素系活性種又はイオンが堆積膜と反応して揮発
物を生成し、この揮発物が排気系１１によって排出され
ることで堆積膜が除去される。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【実施例】以下、本願発明の実施例を説明する。図１
は、本願発明の実施例のプラズマクリーニング方法が実
施される真空処理装置の概略図であり、一例として図５
と同様にプラズマ気相成長装置の概略構成が示されてい
る。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】図１に示すプラズマ気相成長装置は、図５
の装置と同様、排気系１１を備えた真空容器１と、真空
容器１内に所定のガスを導入するガス導入機構２と、導
入されたガスにエネルギーを与えてプラズマを形成する
ための電力供給機構３と、薄膜作成を行う基板４０を配
置するための基板ステージ４とを有している。さらに、
基板ステージ４に所定の高周波電力を印加するステージ
用高周波電源４１が備えられている。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】また、真空容器１内のベルジャー１２の下
方位置には、基板ステージ４が設けられている。この基
板ステージ４は、処理を行う基板４０を表面に配置させ
るものであり、金属よりなるステージ本体４０１と、こ
のステージ本体４０１の上面に配設された吸着用誘電体
ブロック４０２とから主に構成されている。基板ステー
ジ４は、静電吸着によって基板４０を表面に吸着する機
構が採用されており、吸着用誘電体ブロック４０２内に
は、吸着電極４０３が埋め込まれている。そして、吸着
電極４０３に所定の電位を与える吸着用電源４０４が設
けられており、これによって誘電体ブロックの表面に静
電気を生じさせて基板を吸着するようになっている。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】さて、上記薄膜作成処理を繰り返していく
と、真空容器１の内面や基板ステージ４の非配置領域等
に薄膜が堆積してくる。相当程度の回数繰り返したら、
薄膜の除去が必要だと判断して、次のようなプラズマク
リーニングを行う。即ち、処理が終了した基板を搬出し
て不図示のゲートバルブを閉め、排気系１１を動作させ
て一旦真空容器１内を排気した後、ゲートバルブを通し
て配置領域保護体４００を真空容器内に搬入する。この
配置領域保護体４００を基板４０と同様に基板ステージ
４に配置する。即ち、基板４０が配置されることによっ
て覆われる配置領域を基板４０と同様に覆うようにし
て、配置領域保護体４００を配置する。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】図３の実験の条件としては、フロン１４ガ
ス流量を４００ＳＣＣＭ、酸素ガス流量を１００ＳＣＣ
Ｍとし、ベルジャー１２に供給する高周波電力を２００
０Ｗ、基板４０に印加する高周波電力を０．５Ｗ／ｃｍ
２とした。尚、可変コンダクタンスバルブ１１４の開度
を調整すると共に、主ポンプ１１２であるターボ分子ポ
ンプの回転数を調整して真空排気することで、真空容器
１内の圧力を０．１Ｔｏｒｒから５Ｔｏｒｒまで変化さ
せた。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】ヘリコン波プラズマを形成する図４の装置
では、図１又は図４の高周波コイル２１に代えて、ルー
プ状のアンテナ３４が配設されている。アンテナ３４
は、一本の丸棒状又は帯板状の部材を曲げて上下二段の
ループ状の形状にしたものである。また、ベルジャー１
２の周囲に磁場形成機構３５を設置している。磁場形成
機構３５は、内側コイル３５ａと外側コイル３５ｂから
なる二重コイルであり、各コイル３５ａ，３５ｂはベル
ジャー１２と同軸上の位置に配設される。内側コイル３
５ａと外側コイル３５ｂは、互いに逆向きの磁場が形成
されるように、コイルの巻き方向と通電方向が調整され
る。磁場形成機構３５を二重コイルの構造とすること
で、所望の磁場を作り易いという利点を有する。磁場形
成機構３５を単一コイルで構成することもできる。尚、
磁場形成機構３５が発生させる磁場は、ベルジャー１２
内部で生成されたプラズマを効率よく成膜室１０１内部
に輸送するので、成膜室１０１内におけるプラズマの高
密度化を促進することができる。その結果、真空容器１
の内面や基板ステージ４の表面に対する上記プラズマク
リーニングをさらに効率化させるという効果もある。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】本願発明のプラズマクリーニング方法は、
上記プラズマ気相成長装置だけではなく、プラズマを用
いて基板をドライエッチングする装置等のその他の真空
処理装置に対しても有効である。また、エッチング作用
のあるガス、フロン１４ガス（ＣＦ _４）を用いた例につ
いて説明を行ってきたが、フロン１１６ガス（Ｃ
_２Ｆ_６）、６弗化硫黄ガス（ＳＦ _６）を用いたり、酸素
ガスにアルゴンガスを混合したガス等についても効果が
同様であることは明かである。尚、アルゴンガスを使用
すると、プラズマ中で生成されるアルゴンイオンはスパ
ッタ率が高いので、高効率のスパッタを行いながらプラ
ズマクリーニングを行うことができる。さらに、配置領
域保護体４００を形成する材料としては、酸化硅素、石
英ガラス等以外には、酸化アルミニウム、サファイア等
が挙げられる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気系を備えた真空容器と、真空容器内
に所定のガスを導入するガス導入機構と、真空容器内の
所定の位置に基板を配置するための基板ステージと、基
板ステージに所定の高周波電力を印加するステージ用高
周波電源とを備えた真空処理装置において、処理する基
板の表面の寸法形状又は基板ステージの表面のうちの基
板配置のための領域の寸法形状に適合した寸法形状の表
面を有する誘電体からなる板状の配置領域保護体を前記
基板ステージの表面のうちの基板配置のための領域に配
置してこの領域を覆い、エッチング作用のあるガスを前
記ガス導入機構によって真空容器内に導入するとともに
ステージ用高周波電源によって所定の高周波電力を基板
ステージに印加し、印加された高周波電力によって基板
ステージの表面の近傍にプラズマを形成し、このプラズ
マによって生じる前記ガスのエッチング作用を利用して
基板ステージの表面堆積膜又は真空容器の内面堆積膜を
除去することを特徴とする基板ステージのプラズマクリ
ーニング方法。
【請求項２】前記導入されたエッチング作用のあるガ
スの圧力を、０．５Ｔｏｒｒから５Ｔｏｒｒの範囲とす
ることを特徴とする請求項１記載のプラズマクリーニン
グ方法。
【請求項３】前記真空処理装置は、真空容器内に所定
の電力を導入して基板の処理のためのプラズマを形成す
る電力供給機構を備えており、前記ステージ用高周波電
源とともにこの電力供給機構を動作させて行うことを特
徴とする請求項１又は２記載のプラズマクリーニング方
法。
【請求項４】前記電力供給機構は、１００ｍＴｏｒｒ
以下の圧力にて少なくとも１０¹⁰ｃｍ^-3以上の密度を有
する高密度プラズマを形成することが可能なものである
ことを特徴とする請求項３記載のプラズマクリーニング
方法。
【請求項５】請求項１，２，３又は４記載のプラズマ
クリーニング方法に使用される配置領域保護体。
【請求項６】石英ガラスから形成されていることを特
徴とする請求項６記載の配置領域保護体。
【請求項７】処理する基板の重量に対して１０倍以下
の重量であることを特徴とする請求項５又は６記載の配
置領域保護体。
【請求項８】処理する基板の厚さに対して３倍以下の
厚さであることを特徴とする請求項５又は６記載の配置
領域保護体。