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技術 プラズマCVD装置、プラズマCVD装置用制御プログラムおよびプラズマCVD装置洗浄方法

出願人 株式会社コーテック
発明者 田母神純一小林誠治金津民雄
出願日 2006年10月12日 (14年2ヶ月経過) 出願番号 2006-278335
公開日 2008年4月24日 (12年8ヶ月経過) 公開番号 2008-095150
状態 未査定
技術分野 CVD 半導体のドライエッチング 気相成長(金属層を除く)
主要キーワード 半円球型 電流測定処理 ノーマルクローズ接点 ノーマルオープン接点 電圧測定処理 インピーダンス整合処理 低周波インピーダンス 自動整合
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題

反応チャンバ内プラズマによって効率的な洗浄を行うことのできるプラズマCVD装置、プラズマCVD装置用制御プログラムおよびプラズマCVD装置洗浄方法を得ること。

解決手段

プラズマCVD装置の高周波電源104の出力インピーダンスは50Ωである。洗浄の進行とともにプラズマ化した物質組成が変化して、反応チャンバ内のインピーダンスが変化する。第2の検出部241は電圧および電流の変化を検出し、インピーダンス検出・調整部242はこのインピーダンスが出力インピーダンスと整合するように第2のモータ234を回転させて第2の可変容量コンデンサ225の容量を制御する。

概要

背景

プラズマCVD(Cemical Vapor Deposition)装置は、プラズマ電気化学エネルギを用いることで、従来では1000℃前後の高温で行われていた成膜が、200〜300℃程度の低温で可能になるという特徴を有している。このため、堆積しようとする下地が熱に弱いような場合には、プラズマCVD装置が多用されている。

ところで、プラズマCVD装置を使用してウェハまたはその他の基板上に薄膜成長させると、薄膜は反応チャンバプロセス反応炉)の内壁にも同時に堆積してしまう。反応チャンバ内に成膜のためにウエハを配置しているような場合、内壁に堆積した薄膜が剥がれ落ちると、ウエハの表面にこの薄膜が付着してしまい、製品不良が発生する。このような不具合の発生を防止するために、反応チャンバ内の洗浄周期的に行われるようになっている。その1つとして、反応チャンバ内に配置されている誘導コイルを用いて容量性結合プラズマを発生させて、堆積物を除去する手法が提案されている(たとえば特許文献1参照)。

この提案では、洗浄を行う際に、13.56MHzで4000Wの高周波電力を、反応チャンバ内の誘導コイルに印加する。そして、容量性結合プラズマによって反応チャンバ内のプロセスガスNF3をイオン化させる。イオン化されたプロセスガスNF3は、反応チャンバの内壁に堆積したSiOと反応して、SiF4と揮発性化合物となり、SiO2の除去が行われる。反応チャンバに残留したFイオンは、H2を用いて、残留フッ素除去が行われる。

図5は、誘導コイルに電流を供給する従来の回路を表わしたものである。この回路100は、低周波インピーダンスマッチング回路101と、高周波インピーダンスマッチング回路102を備えており、これらの回路は低周波電源103あるいは高周波電源104の対応するものと接続されるようになっている。ここで、高周波インピーダンスマッチング回路102は、高周波電源104にそれぞれ一端を接続した第1のコンデンサ105および第1のコイル106によって構成されている。第1のコンデンサ105の他端は接地されており、第1のコイル106の他端は第1の真空リレースイッチ107のノーマルオープン(NO)接点を介して誘導コイル下端子109に接続されている。第1のコンデンサ105は、たとえば200pFピコファラッド)の固定容量となっており、第1のコイル106はたとえば0.95μH(マイクロヘンリー)である。

一方、低周波インピーダンスマッチング回路101は、低周波電源103に一端を接続された第2のコイル111と、この第2のコイル111の他端にそれぞれ一端を接続された第2および第3のコンデンサ112、113によって構成されている。第2のコンデンサ112の他端は接地されており、第3のコンデンサ113の他端は第2の真空リレースイッチ114のノーマルクローズNC)接点を介して誘導コイル上端子115に接続されている。第1の真空リレースイッチ107のノーマルオープン接点と、第2の真空リレースイッチ114のノーマルオープン接点は、電気的に導通している。

低周波電源103は、350kHzから450kHzの電力を供給し、高周波電源104は、5kHzから20MHzの間の所定の電力(たとえば13.56MHzの電力)を供給するようになっている。第1および第2のスイッチ107、114は単極双投スイッチであり、洗浄を行わない期間、すなわち薄膜を成長させる期間では、それぞれ図示とは逆のノーマルクローズ接点接片が接続する状態となっている。この接続状態では、低周波電源103が低周波インピーダンスマッチング回路101を介して誘導コイル上端子115に接続され、誘導コイル下端子109側は接地されている。この接続状態で、図示しないウェハまたはその他の基板上にプラズマを利用して薄膜の形成が行われる。なお、誘導コイル108は、図示しない半円球型ベルジャの内壁に沿って巻回されている。このため、誘導コイル108はその上端側よりも下端側の径が大きくなっている。

プラズマによるドライクリーニングとしての洗浄が行われるときには、第1および第2の真空リレースイッチ107、114の接片が逆方向に切り替わり、図示のようにノーマルオープン接点と接触する状態となる。この接続状態では、高周波電源104が高周波インピーダンスマッチング回路102を介して誘導コイル下端子109および誘導コイル上端子115と接続される。この接続状態で、誘導コイル108は主に容量性結合を介して反応チャンバの内側面を洗浄するために特に適したプラズマを生み出すことになる。

なお、このプラズマによる洗浄が行われる状態で、誘導コイル下端子109および誘導コイル上端子115は同電位に保たれる。したがって、第1の真空リレースイッチ107と第2の真空リレースイッチ114の双方のノーマルオープン接点に高周波インピーダンスマッチング回路102の出力側が接続される必要はない。しかしながら、図5に示した回路では、洗浄時に低周波インピーダンスマッチング回路101から高周波インピーダンスマッチング回路102に回路の接点を切り替えるためと、信頼性を高める観点から、第1の真空リレースイッチ107と第2の真空リレースイッチ114の双方のノーマルオープン接点に同一の電位が加わる回路構成となっている。
特開平09−249976号公報(第00段落、図3)

概要

反応チャンバ内でプラズマによって効率的な洗浄を行うことのできるプラズマCVD装置、プラズマCVD装置用制御プログラムおよびプラズマCVD装置洗浄方法を得ること。プラズマCVD装置の高周波電源104の出力インピーダンスは50Ωである。洗浄の進行とともにプラズマ化した物質組成が変化して、反応チャンバ内のインピーダンスが変化する。第2の検出部241は電圧および電流の変化を検出し、インピーダンス検出・調整部242はこのインピーダンスが出力インピーダンスと整合するように第2のモータ234を回転させて第2の可変容量コンデンサ225の容量を制御する。

目的

そこで本発明の目的は、反応チャンバ内でプラズマによって効率的な洗浄を行うことのできるプラズマCVD装置、プラズマCVD装置用制御プログラムおよびプラズマCVD装置洗浄方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

低周波電源と、この低周波電源よりも出力周波数が高く所定の高周波電源側出力インピーダンスを有する高周波電源と、反応チャンバ内壁に沿って巻回された誘導コイルと、試料に対する薄膜の形成時にはこの誘導コイルの両端を前記低周波電源の両端と一端ずつ対応するように接続して成膜のための誘導結合プラズマを発生させる一方、反応チャンバ内堆積した薄膜を除去する洗浄時には前記誘導コイルの少なくとも一端と前記高周波電源の一端を容量性結合すると共に前記誘導コイルの周囲を前記高周波電源の他端側と共に接地する電源切替手段と、前記洗浄時に前記高周波電源の出力側から前記誘導コイル側を見た装置側インピーダンスを前記高周波電源側出力インピーダンスに整合させるインピーダンス整合手段とを具備することを特徴とするプラズマCVD装置

請求項2

前記インピーダンス整合手段は、前記高周波電源の出力側と地気との間に接続された第1のコンデンサと、前記高周波電源の出力側と前記誘導コイルとを直列接続する第2のコンデンサおよびコイルとを備えたインピーダンス整合回路と、このインピーダンス整合回路の前記第2のコンデンサの容量を調整することで前記装置側インピーダンスを前記高周波電源側出力インピーダンスに整合させる第2のコンデンサ容量調整手段とを具備することを特徴とするプラズマCVD装置。

請求項3

前記インピーダンス整合回路は、その出力側と地気と接続するシャントコンデンサを具備することを特徴とする請求項2記載のプラズマCVD装置。

請求項4

前記第2のコンデンサ容量調整手段は、前記誘導コイル側の電圧を測定する電圧測定手段と前記誘導コイルに流れる電流を測定する電流測定手段と、これらの測定した電圧と電流の比によって前記装置側インピーダンスを演算する装置側インピーダンス演算手段と、この装置側インピーダンス演算手段の演算した前記装置側インピーダンスが前記高周波電源側出力インピーダンスと一致するように第2のコンデンサの容量を調整する容量調整手段とを具備することを特徴とする請求項2または請求項3記載のプラズマCVD装置。

請求項5

前記第2のコンデンサは機械的にその部品を移動させることで容量を変化させるコンデンサであり、前記容量調整手段は、この機械的な移動を行わせるモータを具備することを特徴とする請求項4記載のプラズマCVD装置。

請求項6

前記インピーダンス整合手段は、前記第1のコンデンサの容量を調整することで位相のずれを無くす第1のコンデンサ容量調整手段を具備することを特徴とする請求項2記載のプラズマCVD装置。

請求項7

低周波電源と、この低周波電源よりも出力周波数が高く所定の高周波電源側出力インピーダンスを有する高周波電源と、反応チャンバの内壁に沿って巻回された誘導コイルと、試料に対する薄膜の形成時にはこの誘導コイルの両端を前記低周波電源の両端と一端ずつ対応するように接続して成膜のための誘導結合プラズマを発生させる一方、反応チャンバ内に堆積した薄膜を除去する洗浄時には前記誘導コイルの少なくとも一端と前記高周波電源の一端を接続すると共に前記誘導コイルの周囲を前記高周波電源の他端側と共に接地する電源切替手段を備えたプラズマCVD装置のコンピュータに、前記洗浄時に前記高周波電源の出力側から前記誘導コイル側を見た装置側インピーダンスを前記高周波電源側出力インピーダンスに整合させるインピーダンス整合処理を実行させることを特徴とするプラズマCVD装置用制御プログラム

請求項8

前記プラズマCVD装置は、前記高周波電源の出力側と地気との間に接続された第1のコンデンサと、前記高周波電源の出力側と前記誘導コイルとを直列接続する第2のコンデンサおよびコイルとを備えたインピーダンス整合回路と、このインピーダンス整合回路の前記第2のコンデンサの容量を調整することで前記装置側インピーダンスを前記高周波電源側出力インピーダンスに整合させる第2のコンデンサ容量調整手段とを備えており、前記コンピュータに、前記インピーダンス整合処理として、前記誘導コイル側の電圧を測定する電圧測定処理と、前記誘導コイルに流れる電流を測定する電流測定処理と、これらの処理で測定した電圧と電流の比によって前記装置側インピーダンスを演算する装置側インピーダンス演算処理と、この装置側インピーダンス演算処理で演算した前記装置側インピーダンスが前記高周波電源側出力インピーダンスと一致するように第2のコンデンサの容量を調整する容量調整処理とを実行させることを特徴とする請求項7記載のプラズマCVD装置用制御プログラム。

請求項9

試料に対する薄膜の形成時に用いる低周波電源よりも出力周波数が高く所定の高周波電源側出力インピーダンスを有する高周波電源に、反応チャンバの内壁に沿って巻回された誘導コイルの両端を、可変容量コンデンサを備えたインピーダンス整合回路を介して接続すると共に、前記誘導コイルの周囲を前記高周波電源の他端側と共に接地する電源切替ステップと、この電源切替ステップで前記高周波電源に切り替えた後の前記反応チャンバ内に堆積した薄膜を除去する洗浄の開始時点から洗浄の進行に合わせて、前記高周波電源の出力側から前記誘導コイル側を見た装置側インピーダンスを時間間隔を置いて順次測定する装置側インピーダンス測定ステップと、この装置側インピーダンス測定ステップで測定を行うたびに、前記装置側インピーダンスが高周波電源側出力インピーダンスと整合するように前記可変容量コンデンサの容量を調整する容量調整ステップとを具備することを特徴とするプラズマCVD装置洗浄方法

請求項10

前記インピーダンス整合回路は、前記高周波電源の出力側と地気との間に接続された第1のコンデンサと、前記高周波電源の出力側と前記誘導コイルとを直列接続する第2のコンデンサおよびコイルとを備えており、前記容量調整ステップでは前記第1のコンデンサの容量を変化させることで位相のずれを調整し、第2のコンデンサの容量を変化させることでインピーダンスの調整を行うことを特徴とする請求項9記載のプラズマCVD装置洗浄方法。

技術分野

0001

本発明は、プラズマCVD装置、プラズマCVD装置用制御プログラムおよびプラズマCVD装置洗浄方法に係わり、特にプラズマを用いて洗浄を行うようにしたプラズマCVD装置、プラズマCVD装置用制御プログラムおよびプラズマCVD装置洗浄方法に関する。

背景技術

0002

プラズマCVD(Cemical Vapor Deposition)装置は、プラズマの電気化学エネルギを用いることで、従来では1000℃前後の高温で行われていた成膜が、200〜300℃程度の低温で可能になるという特徴を有している。このため、堆積しようとする下地が熱に弱いような場合には、プラズマCVD装置が多用されている。

0003

ところで、プラズマCVD装置を使用してウェハまたはその他の基板上に薄膜成長させると、薄膜は反応チャンバプロセス反応炉)の内壁にも同時に堆積してしまう。反応チャンバ内に成膜のためにウエハを配置しているような場合、内壁に堆積した薄膜が剥がれ落ちると、ウエハの表面にこの薄膜が付着してしまい、製品不良が発生する。このような不具合の発生を防止するために、反応チャンバ内の洗浄が周期的に行われるようになっている。その1つとして、反応チャンバ内に配置されている誘導コイルを用いて容量性結合プラズマを発生させて、堆積物を除去する手法が提案されている(たとえば特許文献1参照)。

0004

この提案では、洗浄を行う際に、13.56MHzで4000Wの高周波電力を、反応チャンバ内の誘導コイルに印加する。そして、容量性結合プラズマによって反応チャンバ内のプロセスガスNF3をイオン化させる。イオン化されたプロセスガスNF3は、反応チャンバの内壁に堆積したSiOと反応して、SiF4と揮発性化合物となり、SiO2の除去が行われる。反応チャンバに残留したFイオンは、H2を用いて、残留フッ素除去が行われる。

0005

図5は、誘導コイルに電流を供給する従来の回路を表わしたものである。この回路100は、低周波インピーダンスマッチング回路101と、高周波インピーダンスマッチング回路102を備えており、これらの回路は低周波電源103あるいは高周波電源104の対応するものと接続されるようになっている。ここで、高周波インピーダンスマッチング回路102は、高周波電源104にそれぞれ一端を接続した第1のコンデンサ105および第1のコイル106によって構成されている。第1のコンデンサ105の他端は接地されており、第1のコイル106の他端は第1の真空リレースイッチ107のノーマルオープン(NO)接点を介して誘導コイル下端子109に接続されている。第1のコンデンサ105は、たとえば200pFピコファラッド)の固定容量となっており、第1のコイル106はたとえば0.95μH(マイクロヘンリー)である。

0006

一方、低周波インピーダンスマッチング回路101は、低周波電源103に一端を接続された第2のコイル111と、この第2のコイル111の他端にそれぞれ一端を接続された第2および第3のコンデンサ112、113によって構成されている。第2のコンデンサ112の他端は接地されており、第3のコンデンサ113の他端は第2の真空リレースイッチ114のノーマルクローズNC)接点を介して誘導コイル上端子115に接続されている。第1の真空リレースイッチ107のノーマルオープン接点と、第2の真空リレースイッチ114のノーマルオープン接点は、電気的に導通している。

0007

低周波電源103は、350kHzから450kHzの電力を供給し、高周波電源104は、5kHzから20MHzの間の所定の電力(たとえば13.56MHzの電力)を供給するようになっている。第1および第2のスイッチ107、114は単極双投スイッチであり、洗浄を行わない期間、すなわち薄膜を成長させる期間では、それぞれ図示とは逆のノーマルクローズ接点接片が接続する状態となっている。この接続状態では、低周波電源103が低周波インピーダンスマッチング回路101を介して誘導コイル上端子115に接続され、誘導コイル下端子109側は接地されている。この接続状態で、図示しないウェハまたはその他の基板上にプラズマを利用して薄膜の形成が行われる。なお、誘導コイル108は、図示しない半円球型ベルジャの内壁に沿って巻回されている。このため、誘導コイル108はその上端側よりも下端側の径が大きくなっている。

0008

プラズマによるドライクリーニングとしての洗浄が行われるときには、第1および第2の真空リレースイッチ107、114の接片が逆方向に切り替わり、図示のようにノーマルオープン接点と接触する状態となる。この接続状態では、高周波電源104が高周波インピーダンスマッチング回路102を介して誘導コイル下端子109および誘導コイル上端子115と接続される。この接続状態で、誘導コイル108は主に容量性結合を介して反応チャンバの内側面を洗浄するために特に適したプラズマを生み出すことになる。

0009

なお、このプラズマによる洗浄が行われる状態で、誘導コイル下端子109および誘導コイル上端子115は同電位に保たれる。したがって、第1の真空リレースイッチ107と第2の真空リレースイッチ114の双方のノーマルオープン接点に高周波インピーダンスマッチング回路102の出力側が接続される必要はない。しかしながら、図5に示した回路では、洗浄時に低周波インピーダンスマッチング回路101から高周波インピーダンスマッチング回路102に回路の接点を切り替えるためと、信頼性を高める観点から、第1の真空リレースイッチ107と第2の真空リレースイッチ114の双方のノーマルオープン接点に同一の電位が加わる回路構成となっている。
特開平09−249976号公報(第00段落、図3

発明が解決しようとする課題

0010

ところで、この図5に示した回路を使用すると、反応チャンバの内壁に堆積した堆積物の除去を完全に行うことが困難であるという問題があった。これは、イオン化されたプロセスガスNF3が、反応チャンバの内壁に堆積したSiOと反応するときに、洗浄の進行とともにプラズマ化した物質組成が変化して、反応チャンバ内のインピーダンスが変化していくためである。洗浄が進行して、このインピーダンスの変化が大きくなっていくと、高周波インピーダンスマッチング回路102での整合が取れなくなる。この結果、反射波電力が発生し、これによって洗浄に適した化学反応阻害される。この結果、洗浄が不完全となって、残留物を発生させることになる。

0011

そこで本発明の目的は、反応チャンバ内でプラズマによって効率的な洗浄を行うことのできるプラズマCVD装置、プラズマCVD装置用制御プログラムおよびプラズマCVD装置洗浄方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0012

請求項1記載の発明では、(イ)低周波電源と、(ロ)この低周波電源よりも出力周波数が高く所定の高周波電源側出力インピーダンスを有する高周波電源と、(ハ)反応チャンバの内壁に沿って巻回された誘導コイルと、(ニ)試料に対する薄膜の形成時にはこの誘導コイルの両端を低周波電源の両端と一端ずつ対応するように接続して成膜のための誘導結合プラズマを発生させる一方、反応チャンバ内に堆積した薄膜を除去する洗浄時には誘導コイルの少なくとも一端と高周波電源の一端を容量性結合すると共に誘導コイルの周囲を高周波電源の他端側と共に接地する電源切替手段と、(ホ)洗浄時に高周波電源の出力側から誘導コイル側を見た装置側インピーダンスを高周波電源側出力インピーダンスに整合させるインピーダンス整合手段とをプラズマCVD装置に具備させる。

0013

すなわち本発明では、洗浄時に高周波電源の出力側から誘導コイル側を見た装置側インピーダンスを高周波電源側出力インピーダンスに整合させるインピーダンス整合手段をプラズマCVD装置に具備させたので、インピーダンスの不整合による反射波を抑制して、反応チャンバ内でプラズマによって効率的な洗浄を行うことができる。

0014

ここでインピーダンス整合手段は、高周波電源の出力側と地気との間に接続された第1のコンデンサと、高周波電源の出力側と誘導コイルとを直列接続する第2のコンデンサおよびコイルとを備えたインピーダンス整合回路と、このインピーダンス整合回路の第2のコンデンサの容量を調整することで装置側インピーダンスを高周波電源側出力インピーダンスに整合させる第2のコンデンサ容量調整手段とを具備するものであってよい。また、インピーダンス整合回路は、その出力側と地気と接続するシャントコンデンサを具備することで、第2のコンデンサによる整合がとりやすくなる。

0015

第2のコンデンサ容量調整手段は、たとえば誘導コイル側の電圧を測定する電圧測定手段と誘導コイルに流れる電流を測定する電流測定手段と、これらの測定した電圧と電流の比によって装置側インピーダンスを演算する装置側インピーダンス演算手段と、この装置側インピーダンス演算手段の演算した装置側インピーダンスが高周波電源側出力インピーダンスと一致するように第2のコンデンサの容量を調整する容量調整手段によって構成することができる。また、第2のコンデンサが機械的にその部品を移動させることで容量を変化させるコンデンサであれば、容量調整手段は、この機械的な移動をモータによって行わせることができる。第1のコンデンサ容量調整手段は、第1のコンデンサの容量を調整することで位相のずれを無くすことが好ましい。

0016

請求項7記載の発明では、低周波電源と、この低周波電源よりも出力周波数が高く所定の高周波電源側出力インピーダンスを有する高周波電源と、反応チャンバの内壁に沿って巻回された誘導コイルと、試料に対する薄膜の形成時にはこの誘導コイルの両端を低周波電源の両端と一端ずつ対応するように接続して成膜のための誘導結合プラズマを発生させる一方、反応チャンバ内に堆積した薄膜を除去する洗浄時には誘導コイルの少なくとも一端と高周波電源の一端を接続すると共に誘導コイルの周囲を高周波電源の他端側と共に接地する電源切替手段を備えたプラズマCVD装置のコンピュータに、プラズマCVD装置用制御プログラムとして、洗浄時に高周波電源の出力側から誘導コイル側を見た装置側インピーダンスを高周波電源側出力インピーダンスに整合させるインピーダンス整合処理を実行させることを特徴としている。

0017

このように洗浄時に高周波電源の出力側から誘導コイル側を見た装置側インピーダンスを高周波電源側出力インピーダンスに整合させる制御をコンピュータを用いて行うことで、インピーダンスの不整合による反射波を抑制して、反応チャンバ内でプラズマによって効率的な洗浄を行うことができる。

0018

ここで、インピーダンス整合処理としては、誘導コイル側の電圧を測定する電圧測定処理と、誘導コイルに流れる電流を測定する電流測定処理と、これらの処理で測定した電圧と電流の比によって装置側インピーダンスを演算する装置側インピーダンス演算処理と、この装置側インピーダンス演算処理で演算した装置側インピーダンスが高周波電源側出力インピーダンスと一致するように第2のコンデンサの容量を調整する容量調整処理を実行させるものであってもよい。

0019

請求項9記載の発明では、(イ)試料に対する薄膜の形成時に用いる低周波電源よりも出力周波数が高く所定の高周波電源側出力インピーダンスを有する高周波電源に、反応チャンバの内壁に沿って巻回された誘導コイルの両端を、可変容量コンデンサを備えたインピーダンス整合回路を介して接続すると共に、誘導コイルの周囲を高周波電源の他端側と共に接地する電源切替ステップと、(ロ)この電源切替ステップで高周波電源に切り替えた後の反応チャンバ内に堆積した薄膜を除去する洗浄の開始時点から洗浄の進行に合わせて、高周波電源の出力側から誘導コイル側を見た装置側インピーダンスを時間間隔を置いて順次測定する装置側インピーダンス測定ステップと、(ハ)この装置側インピーダンス測定ステップで測定を行うたびに、装置側インピーダンスが高周波電源側出力インピーダンスと整合するように可変容量コンデンサの容量を調整する容量調整ステップとをプラズマCVD装置洗浄方法に具備させる。

0020

すなわち本発明では、反応チャンバ内に堆積した薄膜を除去する洗浄を行うとき、まず試料に対する薄膜の形成時に用いる低周波電源から高周波電源に電源を切り替える。そして、インピーダンス整合回路を介して高周波電源を誘導コイルに接続する。そして、高周波電源の出力側から誘導コイル側を見た装置側インピーダンスを時間間隔を置いて順次測定し、装置側インピーダンスに変化が生じたときにはこれを高周波電源側出力インピーダンスに整合するようにインピーダンス整合回路の可変容量コンデンサの容量を調整するようにしている。これにより、インピーダンスの不整合による反射波を抑制して、反応チャンバ内でプラズマによって効率的な洗浄を行うことができる。

発明の効果

0021

以上説明したように本発明によれば、洗浄の進行に従って生じる装置側インピーダンスを、高周波電源の出力インピーダンスに整合させるように調整することにしたので、インピーダンスの不整合による反射波を抑制し、これにより短時間で効果的な洗浄を実現することができる。

発明を実施するための最良の形態

0022

以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

0023

図1は、本発明の一実施例におけるプラズマCVD装置の要部を一部切り欠いた状態で表わしたものである。本実施例のプラズマCVD装置200は、半円球型のベルジャ201を支持筐体部202の上板203に載置した構造となっている。ベルジャ201の内部には、その内壁に沿って、誘導コイル上端子115を上端として螺旋状に誘導コイル108が巻回されるように配置されており、誘導コイル下端子109が誘導コイル108の下端に接続されている。ベルジャ201の外壁頂上には、これを固定するためのベルジャ固定治具207が固設されている。

0024

ベルジャ201および支持筐体部202の内部は、反応チャンバ208を構成している。反応チャンバ208内には図示しないウェハを上面に支持するチャック209が配置されている。支持筐体部202の底部からは真空ポンプによる反応チャンバ208内の排気211が行われるようになっている。

0025

このようなプラズマCVD装置200では、たとえば図示しないウェハを成膜のためにチャック209上に載置する。そして、図5で説明した低周波電源103を低周波インピーダンスマッチング回路101および第2の真空リレースイッチ114を介して誘導コイル上端子115に接続し、誘導コイル下端子109を第1の真空リレースイッチ107を介して接地する。

0026

この状態で反応チャンバ208内には図示しないノズルから反応ガス充填されるようになっており、化学反応によってウェハへの成膜が進行する。このときに、既に説明したようにベルジャ201の内壁にも同様に薄膜が形成されることになる。

0027

図2は、プラズマCVD装置の洗浄時に誘導コイルに高周波電源を供給する回路部分概要を表わしたものである。本実施例で、高周波電源104には、この高周波電源104の出力インピーダンス(以下、高周波電源側出力インピーダンスという。)を誘導コイル108側のインピーダンスと自動的に整合させるためのインピーダンス自動整合回路221の入力側が接続されており、その出力側は誘導コイル上端子115および誘導コイル下端子109に共通接続されている。図示しない第1および第2の真空リレースイッチによるこの接続関係は、図5で説明した通りである。

0028

インピーダンス自動整合回路221は、その入力側222とアースの間に接続された第1の可変容量コンデンサ223と、前記した入力側222に一端を接続し、他端をコイル224の一端に接続した第2の可変容量コンデンサ225と、コイル224の他端に一端を接続し、他端を接地したシャントコンデンサ226によって構成されている。コイル224の前記した他端とシャントコンデンサ226の前記した一端は、インピーダンス自動整合回路221の出力側227となっており、その電位は誘導コイル下端子109および誘導コイル上端子115と等しくなっている。

0029

図3は、インピーダンス自動整合回路とその整合のための回路部分の原理的な構成を表わしたものである。高周波電源104の出力インピーダンスとしての高周波電源側出力インピーダンスは、50Ω(オーム)となっている。高周波電源104の出力側には、同じく特性インピーダンスが50Ωの同軸ケーブル231の一端が接続されており、その他端がインピーダンス自動整合回路221の入力側に接続されている。インピーダンス自動整合回路221の出力側は誘導コイル下端子109および誘導コイル上端子115を介して誘導コイル108に接続されており、誘導コイル108の周囲を覆うベルジャ201側は接地されている。

0030

第1の可変容量コンデンサ223には、その構成部品を移動させることでその容量を連続的に変化させるための第1のモータ232が破線で示した駆動機構233によって接続されている。第2の可変容量コンデンサ225も、その構成部品を移動させることでその容量を連続的に変化させるための第2のモータ234が同じく破線で示した駆動機構235によって接続されている。また、同軸ケーブル231には第1の検出部236が配置されており、その出力が位相検出・調整部237に接続されている。位相検出・調整部237の出力側は第1のモータドライブ回路238を介して第1のモータ232に接続されている。同軸ケーブル231には第2の検出部241も配置されており、この出力はインピーダンス検出・調整部242に接続されている。インピーダンス検出・調整部242の出力側は第2のモータドライブ回路243を介して第2のモータ234に接続されている。

0031

ここで、第1の可変容量コンデンサ223は80〜800pFの範囲で容量が可変であり、第2の可変容量コンデンサ225は50〜500pFの範囲で容量が可変である。コイル224は、2.7μHのものが使用されている。シャントコンデンサ226は、インピーダンス整合を確実に行うために使用するコンデンサで、本実施例では25pFから50pFの範囲で適切な値に固定して使用するようになっている。本実施例のように誘導コイルを使用して容量性結合によってプラズマを発生させるプラズマCVD装置200では、負荷極端に軽くなり第1の可変容量コンデンサ223の容量分によってインピーダンス整合が妨げられることがあるので、これをシャントコンデンサ226によって調整し、インピーダンスの自動整合を可能にしている。位相検出・調整部237およびインピーダンス検出・調整部242は、CPU(Central Processing Unit)245およびその制御プログラムを格納したメモリ246と共に装置制御部247に配置されている。CPU245は、メモリ246に格納された制御プログラムを実行することにより、洗浄時のインピーダンス検出・調整部242およびこれに付帯する回路の制御を行うようになっている。

0032

本実施例に直接関係するインピーダンス検出・調整部242は、第2の検出部241から実電圧レベルと実電流レベルの検出結果を入力するようになっている。検出された実電圧レベルと実電流レベルの比率が50対1のときに、高周波電源104の出力側から誘導コイル108側を見たインピーダンス(以下、装置側インピーダンスという。)は50Ωとなる。第2のモータ234を駆動する第2のモータドライブ回路243は、装置側インピーダンスが50Ωのときに0V(ボルト)の電圧を第2のモータ234に印加する。この状態では第2のモータ234が停止しており、第2の可変容量コンデンサ225は現在の容量を保持する。

0033

これに対して、検出した装置側インピーダンスが50Ω未満になったとき、第2のモータドライブ回路243は、負の電圧を第2のモータ234に印加する。これにより、第2のモータ234は装置側インピーダンスを増加させる方向に第2の可変容量コンデンサ225の容量を変化させる。これとは逆に、検出した装置側インピーダンスが50Ωを超える値になったとき、第2のモータドライブ回路243は、正の電圧を第2のモータ234に印加する。これにより、第2のモータ234は装置側インピーダンスを減少させる方向に第2の可変容量コンデンサ225の容量を変化させる。洗浄の進行とともに装置側インピーダンスが変化すると、装置制御部247は第2のモータ234の回転方向および回転量を制御して、常に装置側インピーダンスが50Ωに一定するようにインピーダンスの調整を行うことになる。

0034

図4は、プラズマCVD装置の洗浄時に装置制御部の行う装置側インピーダンス制御の様子を表わしたものである。図3と共に説明する。装置制御部247は、第2の検出部241から実電圧レベルと実電流レベルの検出結果を入力することで、装置側インピーダンスの演算を行う(ステップS301)。そして、検出された現在の装置側インピーダンスが50Ωであるかどうかをチェックし(ステップS302)、50Ωである場合には(Y)、第2のモータドライブ回路243の出力を0Vに制御して第2のモータ234の駆動を停止状態とする(ステップS303)。これにより、第2の可変容量コンデンサ225は現在の容量のままとなる。

0035

この時点で、装置制御部247は洗浄が終了したかどうかを判別して(ステップS304)、洗浄中であれば(N)、再びステップS301に戻って処理を再開する。洗浄が終了すれば(ステップS304:Y)、洗浄時における装置側インピーダンスの制御が終了する(エンド)。

0036

一方、ステップS302で演算結果が50Ωではなかった場合(N)、50Ω未満であるかどうかの判別が行われる(ステップS305)。50Ω未満であれば(Y)、第2のモータドライブ回路243の出力を所定の負の電圧に一定時間設定して第2のモータ234を駆動し、第2の可変容量コンデンサ225の容量を所定量だけ変化させる(ステップS306)。そして、ステップS304に進む。

0037

これに対して、ステップS305で装置側インピーダンスが50Ωを超過していると判別された場合には(N)、第2のモータドライブ回路243の出力を所定の正の電圧に一定時間設定して第2のモータ234を駆動し、第2の可変容量コンデンサ225の容量を所定量だけ逆方向に変化させる(ステップS307)。そして、ステップS304に進むことになる。

0038

このようにして装置側インピーダンスの演算が間隔を置いて繰り返されることにより、常に装置側インピーダンスが50Ωあるいはその近傍になる制御が行われ、高周波電源側出力インピーダンスと整合が取れる結果として良好な洗浄が継続して行われることになる。

0039

図3に示した位相検出・調整部237は、第1の検出部236から得られた交流波形の比較によって、第1のモータ232の回転を制御し、第1の可変容量コンデンサ223の容量を調整して、位相の進みや遅れのない交流波形に制御する。この制御の手法はインピーダンスの整合と類似するので、詳細な説明は省略する。

0040

なお、実施例では調整の目標となる装置側インピーダンスを50Ωとしたが、高周波電源側出力インピーダンスに応じてこれを変更してよいことはもちろんである。また、第2のモータ234に対する電圧の正負種別についても、実施例に限定されるもでないことも当然である。

0041

また、実施例では図3に示したように、第2の可変容量コンデンサ225とコイル224の直列回路における第2の可変容量コンデンサ225を高周波電源104に近い側に配置したが、図で左右逆の配置として、コイル224を高周波電源104に近くしてもよいことは当然である。

0042

更に、自動整合を行う場合には、位相の検出とインピーダンスの検出を同時に行い、第1および第2のモータ232、234を同時に駆動して、第1および第2の可変容量コンデンサ223、225を同時に調整するようにしてもよい。また、図3に示した第1および第2のコンデンサ223、225は、インピーダンス調整位相調整役割を実施例と逆にすることも可能である。

図面の簡単な説明

0043

本発明の一実施例におけるプラズマCVD装置の要部を一部切り欠いた状態で表わした概略構成図である。
本実施例でプラズマCVD装置の洗浄時に誘導コイルに高周波電源を供給する回路部分の概要を表わした回路図である。
本実施例でインピーダンス自動整合回路とその整合のための回路部分の原理的な構成を表わした回路図である。
本実施例でプラズマCVD装置の洗浄時に装置制御部の行うインピーダンス制御の様子を表わした流れ図である。
誘導コイルに電流を供給する従来の回路を表わした回路図である。

符号の説明

0044

104高周波電源
108誘導コイル
200プラズマCVD装置
201ベルジャ
208反応チャンバ
221インピーダンス自動整合回路
223 第1の可変容量コンデンサ
224コイル
225 第2の可変容量コンデンサ
226シャントコンデンサ
232 第1のモータ
234 第2のモータ
236 第1の検出部
237位相検出・調整部
241 第2の検出部
242インピーダンス検出・調整部
243 第2のモータドライブ回路
245 CPU
246 メモリ

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