JPH08139036A

JPH08139036A - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH08139036A
Application number: JP6300285A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Oyama; 勝美大山; Masaki Shimono; 正貴下野; Masayuki Hachitani; 昌幸蜂谷
Original assignee: Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1994-11-09
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】ドライエッチングによるクリーニングの終点
を正確に検出することができるプラズマＣＶＤ装置用の
クリーニング終点検出器を提供する。【構成】高周波電源からの電力を整合回路を介して反
応炉に供給し、同時に炉内にフロン系ガスを送入し、プ
ラズマ雰囲気下でフッ素ラジカルを生成することにより
反応炉内部に形成された不要な成膜を除去して反応炉内
部をクリーニングするプラズマＣＶＤ装置において、反
応炉と整合回路とが同軸ケーブルで接続され、整合回路
は、同軸ケーブルのインピーダンスに整合させるための
同調用の第１のコンデンサと、電力の電圧と電流の位相
を調整する第２のコンデンサとを有し、第１および第２
のコンデンサの容量が調整されて前記電力が供給される
ものであって、前記第１および第２のコンデンサの容量
の調整が所定時間の間停止していることを検出すること
により前記クリーニングの終了を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマＣＶＤ装置に関
する。更に詳細には、本発明はプラズマＣＶＤ装置のド
ライエッチングによるクリーニング終点検出器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体ＩＣの製造においては、基板の表
面に酸化シリコンの薄膜を形成する工程がある。薄膜の
形成方法には化学的気相成長法（ＣＶＤ）が用いられて
いる。ＣＶＤ法には、常圧法、減圧法およびプラズマ法
の３方法があるが、最近の高品質で高精度な薄膜が要求
される超ＬＳＩに対してはプラズマ法が好適であるとし
て注目されている。

【０００３】プラズマ法は、真空中に噴射された反応ガ
スに対し、高周波電圧を印加してプラズマ化し、反応に
必要なエネルギーを得るもので、膜厚の均一性と共に良
好な膜質が得られ、しかも、膜形成速度が速いなど多く
の点で優れている。

【０００４】プラズマ法によるシリコン酸化膜の形成材
料には例えば、ＳｉＨ₄ などが使用されてきたが、半導
体デバイスの微細化に伴ってステップカバレージ（段差
被覆性）の低下が問題となってきた。このモノシランガ
スの代わりに、最近、液体のテトラエチルオルソシリケ
ート（ＴＥＯＳ）［Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ ］が使用され
るようになってきた。ＴＥＯＳはステップカバレージに
優れた緻密な膜を形成できるためである。ＴＥＯＳを用
いてシリコン酸化膜を成膜する場合、ＴＥＯＳを加熱し
て気化させ、ＴＥＯＳガスとし、これに酸素ガスを混合
して反応炉に供給する。

【０００５】図４は従来のプラズマＣＶＤ装置１の一例
の模式的構成図である。図において、反応炉（チャン
バ）１０は気密とされ、反応炉１０の蓋板１０２に金属
製のノズル部３０を固定し、その下部にアルミニウム製
で、上面から下面に貫通する微小孔４１を多数有する円
盤状のシャワー電極４０を絶縁リング１０３により支持
する。これを上部電極３２とする。シャワー電極４０に
対して高周波電圧を印加する高周波電源７が設けられて
いる。

【０００６】上部電極３２に対峙して下部電極２０が配
設されている。下部電極２０は支柱２５により支持され
ている。支柱２５の上部にはサセプタ２２が配設され、
サセプタ２２の下部にはヒータユニット２１が配設され
ており、サセプタ２２とヒータユニット２１の周囲には
ヒータカバー２３が設けられている。

【０００７】反応処理においては、反応炉１０の側面１
０５に設けられた搬入／搬出路５０のゲート５１を開
き、キャリヤー５２により基板６を搬入してサセプタ２
２の上面略中央部に載置する。ゲートを閉じて、ダクト
１０４から排気することにより反応炉内部を所定の真空
度にした後、ヒータユニット２１によりサセプタ２２が
加熱され、これに載置された基板６が所定の温度になる
と、インレット３４から所定の反応ガス（例えば、ＴＥ
ＯＳ及び酸素ガス）を反応炉内に送入する。ガスはノズ
ル部３０を経て、シャワー電極４０の微小孔４１より基
板に向けて噴射される。

【０００８】しかし、成膜処理の進行につれて、基板の
表面以外に、反応炉の内壁面の他、シャワー電極４０、
サセプタ２２、ヒータカバー２３などの様々な部材の壁
面にも反応生成物が付着する。このような反応生成物を
そのままにして成膜処理を継続すると、やがては生成物
が剥離し、異物の原因となる。また、炉内のインピーダ
ンスが変化し、高周波出力などに悪影響を及ぼし、結果
的に基板表面に形成されるプラズマＣＶＤ膜の膜厚分
布、膜質特性などを劣化させ、製品不良を引き起こす恐
れがある。このため、枚様式装置の場合、基板数枚〜数
十枚の成膜処理が完了した時点で、必ず炉内クリーニン
グを行い、クリーニング完了後に新たな基板を炉内に搬
入し、新たな成膜処理を開始するようにしている。

【０００９】従来のプラズマＣＶＤ装置では、インレッ
ト３４からフロン系ガスを炉内に導入し、高周波電圧を
印加してプラズマ雰囲気下でフッ素ラジカルを生成し、
このフッ素ラジカルで異物を分解除去するドライエッチ
ング法により炉内壁面のクリーニングを行ってきた。プ
ラズマクリーニングの終点はクリーニング終了後フッ素
ラジカル（約７７０ｎｍ）の発光強度が増加する傾向を
光学系によって検出する方法が一般的である。このた
め、従来のプラズマＣＶＤ装置では、反応炉の側壁面の
一つに、窓１０７を設け、この窓１０７に隣接して炉外
に受光系１１０を配設している。しかし、この方法では
成膜時に窓１０７の内壁面にも反応生成物が付着するた
め、フッ素ラジカル発光強度の変化を安定して検出でき
ず、終点にバラツキを生じる。また、反応炉の清掃及び
保守の際に、受光系を損傷したり破損したりすることが
あり、安定した終点検出を維持するのが困難であった。
そのため、エッチング不足又はエッチング過多を起こ
し、異物の多発、膜厚ムラなどの不具合を生じていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
はドライエッチングによるクリーニングの終点を正確に
検出することができるプラズマＣＶＤ装置用のクリーニ
ング終点検出器を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題は、高周波電源
からの電力を整合回路を介して反応炉に供給し、同時に
炉内にフロン系ガスを送入し、プラズマ雰囲気下でフッ
素ラジカルを生成することにより前記反応炉の内部に形
成された不要な成膜を除去して前記反応炉内部をクリー
ニングするプラズマＣＶＤ装置において、前記反応炉と
前記整合回路とが同軸ケーブルで接続され、前記整合回
路は、前記同軸ケーブルのインピーダンスに整合させる
ための同調用の第１のコンデンサと、前記電力の電圧と
電流の位相を調整する第２のコンデンサとを有し、前記
第１および第２のコンデンサの容量が調整されて前記電
力が供給されるものであって、前記第１および第２のコ
ンデンサの容量の調整が所定時間の間停止していること
を検出することにより前記クリーニングの終了を検出す
ることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置により解決され
る。

【００１２】

【作用】成膜を行うと、反応炉内に生成物が付着し、反
応炉内のインピーダンスが増加する。この状態からプラ
ズマクリーニングを行うと反応炉内の生成物が除去さ
れ、次第にインピーダンスは減少し、やがては成膜前の
インピーダンスに復帰する。このインピーダンスの変化
を整合回路の可変コンデンサの位置で捕らえ、終点を検
出する。すなわち、整合状態の変化量を検出し、その検
出値の微分値（変化）がゼロになったところを終点と
し、その信号を高周波電源制御系に送り、ドライエッチ
ング（クリーニング）を終了させる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を具体的に
説明する。

【００１４】図１は本発明によるクリーニング終点検出
器の一例のブロック図である。検出回路６２は、高周波
電源（ＲＦ）６１から整合回路６３に供給する電力ライ
ンにトランス結合して、この電力の電流と電圧とを検出
する。検出された電流と電圧の信号は、マッチングコン
トローラ６４に送出される。マッチングコントローラ６
４は、検出回路６２からの電流信号と電圧信号から、電
圧値／電流値、すなわち、Ｖ／Ｉによりインピーダンス
値を算出して、この値が５０オームになるような制御信
号Ｃ1 をモータ駆動回路６５に送出する。なお、５０オ
ームは、ＣＶＤ装置のウエハに電力を供給する伝送ライ
ンが５０オームの同軸伝送ケーブルであるため、これに
インピーダンス整合させるための値である。５０オーム
以外の同軸ケーブルも使用できる。

【００１５】また、マッチングコントローラ６４は、検
出回路６２からの電流信号と電圧信号から、電圧信号と
電流信号との位相差を検出して、これが一致あるいは最
小になる方向の制御信号Ｃ2 をモータ駆動回路６５に送
出する。

【００１６】モータ駆動回路６５は、制御信号Ｃ1 に応
じて負荷に並列に挿入された可変容量コンデンサ（バリ
アブルコンデンサ）Ｃz の容量を増減するモータＭ1 を
駆動する。さらに、制御信号Ｃ2 に応じて負荷に直列に
挿入された可変容量コンデンサ（バリアブルコンデン
サ）Ｃh の容量を増減するモータＭ2 を駆動する。これ
によりバリアブルコンデンサＣz は、出力インピーダン
スが５０オームになるようにその回転量が調整され、バ
リアブルコンデンサＣh は、電圧と電圧の位相差が一致
あるいは最小になるように調整される。

【００１７】バリアブルコンデンサＣz ，バリアブルコ
ンデンサＣh の回転量は、ポテンションメータとしての
可変抵抗器６６，６７でそれぞれ電圧値として検出され
る。可変抵抗器６６，６７の電圧値は、Ａ／Ｄ変換回路
（Ａ／Ｄ）６８によりそれぞれデジタル値に変換され
て、コントローラ６９に送出される。

【００１８】コントローラ６９は、ＭＰＵ６９ａとメモ
リ６９ｂとで構成されていて、Ａ／Ｄ６８からのデジタ
ル値をメモリ６９ｂに記憶するとともに、１つ前に記憶
された値と現在値とを比較してこれらがほぼ等しい範囲
にあるか否かをＡ／Ｄ６８からの信号を受ける都度判定
する。この判定の結果、ほぼ等しい状態が数回判定され
たときには、反応炉内部の生成膜が除去されたとものと
してドライエッチング終了信号を高周波電源制御系・ガ
ス制御系７０に送出する。ここで、高周波電源制御系・
ガス制御系７０は高周波電源６１及びガス供給源７１に
それぞれ信号を送り、高周波電圧の印加停止及びフロン
系ガスの供給停止を行わせる。

【００１９】図２及び図３はクリーニング時間に対する
可変容量コンデンサの電圧変化の関係を示す特性図であ
る。図２は同調側の可変容量コンデンサＣｈの特性図で
あり、図３は負荷側の可変容量コンデンサＣｚの特性図
である。同調側の可変容量コンデンサＣｈのｄＶ／ｄｔ
がゼロになる時間と、負荷側の可変容量コンデンサＣｈ
のｄＶ／ｄｔがゼロになる時間とに不一致が生じた場
合、先にゼロになった方の結果を優先させてエッチング
を終了させるか、又は両方ともゼロになるまでエッチン
グを継続する。ｄＶ／ｄｔがゼロを示す連続判定回数は
任意に設定することができる。例えば、１回でもよい
し、数回検出し、ｄＶ／ｄｔがゼロ以外の変動値を示さ
ないことを確認してから終点判定することもできる。

【００２０】別法として、終点検出後、高周波電源制御
系・ガス制御系７０にドライエッチング終了信号を送出
する時間を遅らせることによりオーバーエッチングの時
間を任意に設定することもできる。例えば、終点検出
後、この時間だけをソフト的にプログラム処理すること
により、意図的なオーバーエッチングを実施することが
できる。

【００２１】本発明の方式では、可変容量コンデンサの
位置で終点を検出する方法について記載したが、反応炉
内のインピーダンス変化を読取っても同様の効果が得ら
れ、本発明の方式と併用すれば、ドライエッチング終点
検出精度を更に一層向上させることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ドライエッチングの終点をインピーダンスの変化点と考
え、マッチングボックスの整合状態により捕捉する。こ
の整合状態の変化量を検出し、その検出値の微分値がゼ
ロになった点を終点とし、その信号を高周波電源及びガ
スの制御系に送り、ドライエッチングを終了させる。こ
れにより、極めて安定的にジャストエッチング状態が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のドライエッチングによるクリーニング
終点検出器の一例のブロック図である。

【図２】クリーニング時間に対する同調側可変容量コン
デンサの電圧変化の関係を示す特性図である。

【図３】クリーニング時間に対する負荷側可変容量コン
デンサの電圧変化の関係を示す特性図である。

【図４】従来のプラズマＣＶＤ装置の一例の概要断面図
である。

【符号の説明】

１プラズマＣＶＤ装置６基板７高周波電源１０反応炉２０下部電極２１ヒータユニット２２サセプタ２３ヒータカバー２５支柱３２上部電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波電源からの電力を整合回路を介し
て反応炉に供給し、同時に炉内にフロン系ガスを送入
し、プラズマ雰囲気下でフッ素ラジカルを生成すること
により前記反応炉の内部に形成された不要な成膜を除去
して前記反応炉内部をクリーニングするプラズマＣＶＤ
装置において、前記反応炉と前記整合回路とが同軸ケーブルで接続さ
れ、前記整合回路は、前記同軸ケーブルのインピーダン
スに整合させるための同調用の第１のコンデンサと、前
記電力の電圧と電流の位相を調整する第２のコンデンサ
とを有し、前記第１および第２のコンデンサの容量が調
整されて前記電力が供給されるものであって、前記第１
および第２のコンデンサの容量の調整が所定時間の間停
止していることを検出することにより前記クリーニング
の終了を検出することを特徴とするプラズマＣＶＤ装
置。
【請求項２】第１および第２のコンデンサのうちの何
れかのコンデンサの容量の調整が所定時間の間停止して
いることを検出することにより前記クリーニングの終了
を検出する請求項１のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】第１および第２のコンデンサの両方のコ
ンデンサの容量の調整が所定時間の間停止していること
を検出することにより前記クリーニングの終了を検出す
る請求項１のプラズマＣＶＤ装置。