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発明の名称 真空容器内セルフクリーニング方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−224163
公開日 平成6年(1994)8月12日
出願番号 特願平5−10524
出願日 平成5年(1993)1月26日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 渡邉 邦彦 / 田中 政博 / 轟 悟 / 島村 昌期
要約 目的
プラズマ堆積装置のセルフクリーニング終点検出を、安定かつ正確に行なうこと。

構成
プラズマ堆積装置のセルフクリーニング終点検出を、真空容器内の情報をもれなく反映するプロセスパラメータで行なう。具体的には、クリーニング中の真空容器内雰囲気の質量分析を行ない、特定な信号強度の経時変化から終点検出する方法、圧力の変化から終点検出する方法があり、各々四重極型質量分析計等、圧力計等で測定する。
特許請求の範囲
【請求項1】グロー放電を利用して基板上に物質を形成するプラズマ堆積装置の真空容器内を、グロー放電を利用して清浄化するセルフクリーニング方法において、セルフクリーニング時の終点検出を質量分析計によって行なうことを特徴とする真空容器内セルフクリーニング方法。
【請求項2】グロー放電を利用して基板上に物質を形成するプラズマ堆積装置の真空容器内を、グロー放電を利用して清浄化するセルフクリーニング方法において、セルフクリーニング時の終点検出を真空計または圧力計による圧力測定によって行なうことを特徴とする真空容器内セルフクリーニング方法。
【請求項3】請求項1又は2記載のセルフクリーニング方法において、被処理物がシリコン系物質であることを特徴とする真空容器内セルフクリーニング方法。
【請求項4】請求項1又は2記載のセルフクリーニング方法において、被処理物がシリコン系アモルファス物質であることを特徴とする真空容器内セルフクリーニング方法。
【請求項5】請求項4記載の被処理物がプラズマCVD(化学気相蒸着)法で形成した水素化アモルファスシリコン系物質であり、質量数1かつ/または2の信号を質量分析計で測定し終点検出を行なうことを特徴とする請求項1記載の真空容器内セルフクリーニング方法。
【請求項6】請求項4記載の被処理物が窒化シリコン系物質であり、質量数28かつ/または14の信号を質量分析計で測定し終点検出を行なうことを特徴とする請求項1記載の真空容器内セルフクリーニング方法。
【請求項7】請求項4記載の被処理物が酸化シリコン系物質であり、質量数32かつ/または16の信号を質量分析計で測定し終点検出を行なうことを特徴とする請求項1記載の真空容器内セルフクリーニング方法。
【請求項8】請求項1記載のセルフクリーニング方法において、クリーニングガスがMxFy(Mの質量数はm、x,y=整数)で表わされるフッ素系ガスあり、質量数(m×x+19×y)の信号を質量分析計で測定し終点検出を行なうことを特徴とする真空容器内セルフクリーニング方法。
【請求項9】請求項4記載のシリコン系物質のセルフクリーニング方法において、クリーニングガスがMxFyで表わされるフッ素系ガスあり、質量数(28×z+19×y)(x,y,z=整数)の信号を質量分析計で測定し終点検出を行なうことを特徴とする真空容器内セルフクリーニング方法。
【請求項10】放電がマイクロ波放電であることを特徴とする請求項1又は2記載のプラズマ堆積装置の真空容器内セルフクリーニング方法。
【請求項11】放電が電子サイクロトロン共鳴マイクロ波放電であることを特徴とする請求項10記載のプラズマ堆積装置の真空容器内セルフクリーニング方法。
【請求項12】その製造工程に用いるプラズマ堆積装置がセルフクリーニング機能を有する装置であり、セルフクリーニング工程の終点検出を質量分析計によって行なうことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項13】その製造工程に用いるプラズマ堆積装置がセルフクリーニング機能を有する装置であり、セルフクリーニング工程の終点検出を真空計または圧力計による圧力測定によって行なうことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項14】請求項12又は13記載の薄膜トランジスタを、少なくとも表面が絶縁性物質で構成される基板上に複数個配置し、各々のゲート電極を第1のバスラインに接続し、各々のドレイン電極を第2のバスラインに接続し、各々のソース電極を各々の表示画素電極に接続して成ることを特徴とする薄膜トランジスタアクティブマトリクス回路基板。
【請求項15】請求項14記載の薄膜トランジスタアクティブマトリクス回路基板上のソース電極に接続された表示画素電極に対向して、対向電極を設けると共に、該表示画素電極と対向電極の間隙に液晶が充填密封されて表示セルを構成して成ることを特徴とする画像表示装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はLSI,薄膜トランジスタ等製造に用いるプラズマ堆積装置に係り、特に装置稼働率の向上、プロセスのクリーン化等に有効なプラズマ堆積装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】LSIや薄膜トランジスタ等の製造に用いるプラズマ堆積装置は、従来からラジオ波帯域の13.56MHz高周波グロー放電を利用したプラズマCVD装置が用いられることが多い。これらの装置ではプロセスの安定化と異物低減のために、一定期間毎の大気開放、清掃を余儀なくされているが、これがプラズマCVD装置の低い稼働率の原因となっている。この課題を解決するため、近年真空容器内を一定期間毎に真空を破ることなくクリーニングする機能、所謂セルフクリーニング機能を備えた装置も発表されている。このセルフクリーニング法はあらかじめクリーニング速度を測定しておき、時間管理を行なうことで終点を判定している。しかしこの方法はセルフクリーニング終点を直接測定していないため、クリーニング残渣や過剰クリーニングによる真空容器内壁の劣化といった問題が生じた。そこでクリーニング終点を直接測定する方法として、特開昭63−35778号公報等に記載されている方法が提案されている。この方法は、あらかじめ真空容器内と接続して設置され、プラズマCVD法で基板と同量または同程度の厚さの膜が形成された水晶発振子を用いて、クリーニングの終点を膜厚の減少量(膜厚0となった点でクリーニング終了)として検出するものである。また、ドライエッチング装置で用いられているように特定のプラズマ発光スペクトルの信号強度を測定して終点検出を行なう方法も提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】以上述べてきたセルフクリーニングの終点検出法は、以下の点が考慮不足であった。まず最も考慮不足であるのは、ドライエッチングの場合は被処理物が一定空間(具体的には基板上)のみに存在するのに対して、セルフクリーニングでは被処理物は真空容器内壁の全体にわたって存在することである。すなわち水晶発振子や発光スペクトル測定器で測定している点以外でクリーニング律速な場所が存在した場合、その部分が完全にクリーニングされる前に終点と測定される可能性があることである。その理由は、成膜時とセルフクリーニング時では使用するガス種や放電条件が異なり、成膜分布とクリーニング分布が必ずしも一致していないからである。発光スペクトル測定器を用いる場合は、一見真空容器内の全ての場所を測定しているようであるが、発光スペクトル測定器は非発光領域からクリーニングに関する情報を得ることは不可能である。このことは大面積にわたって膜堆積が可能な装置、即ち真空容器の体積,表面積が大きくなるにつれて顕著なあい路事項となる。
【0004】第2の問題点は、発光スペクトルを測定する方法ではプラズマ発光を観測するビューポート(石英製窓等)が必要であるが、ドライエッチングの場合と異なりその場所にも成膜されていることである。すなわち、例えばアモルファスシリコンのセルフクリーニングを行なう場合、約400nm以下の波長の光は吸収されるため、正確な測定にはシャッター機構を設ける等の配慮が必要である。
【0005】本発明の目的は、セルフクリーニングの終点検出に関して有効な設備を備えたプラズマ堆積装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するためには、真空容器内全体にわたっての情報を反映したプロセスパラメータを測定する終点検出法を採用すればよい。即ち、発光スペクトルや特定部位の膜厚の経時変化といった空間依存性が比較的少ない強いプロセスパラメータを測定することでセルフクリーニングの終点検出を行なう方法である。
【0007】上記条件を満たすものとして、第1に真空容器内の質量分析があげられる。これは真空容器内に存在する特定質量数の物質の量を反映した信号強度を測定する方法である。例えば四重極型質量分析計等を用いて、真空容器内のプロセスガスの質量分析を行なうことによって、セルフクリーニングの終点検出が可能である。即ち、ある特定の被処理物に由来する物質の量を測定することで、セルフクリーニングの終点検出を行なうことができる。
【0008】今1つのプロセスパラメータは、セルフクリーニング中の圧力を測定する方法である。セルフクリーニングを行なうことにより、反応生成物が生じ、真空容器内の圧力変化が起きる。その圧力変化を測定してセルフクリーニングの終点検出が可能である。例えばダイヤフラムゲージ等を用いての圧力変化の測定から、セルフクリーニングの終点検出を行なうことができる。
【0009】これらの方法は何れも、前述のように従来技術に述べた方法と比較して、真空容器内での空間依存性が比較的少ないプロセスパラメータである。そこで真空容器内の全ての情報を細大もらさず得ることができる。また、これらの方法は比較的簡便な測定器で、即時的に(その場観察で)測定が可能であることも、終点検出法に適していると言える。
【0010】さらに、これらのパラメータは真空容器の大きさに依存しない。即ち、装置が大型化しても同様の技術で対応できる。むしろ大型装置の場合の方が、従来技術と比較して、その利点が顕著に現われる。
【0011】
【作用】真空容器内のセルフクリーニング法は、プラズマ等を用いて反応性ガスを活性化し、化学反応または物理的な衝撃等によって真空容器内壁の被処理物(付着物,堆積物)を除去する方法である。従って一般のドライエッチング(反応性イオンエッチング)法と同様の原理で、被処理物を除去している。しかし、ドライエッチング法の場合、被処理物が真空容器内の特定場所に集中的に存在していることと比較して、セルフクリーニング法の場合は被処理物が真空容器内壁ほぼ全面にわたって存在することが特徴である。従来例ではドライエッチング法の延長としてセルフクリーニング法を位置付けていたため、被処理物の空間分布の点で考慮不足となっていた。このため、終点検出が不正確となり、クリーニング残渣を生じたり、過剰クリーニングによる真空容器内壁の劣化、さらにはスループット向上の点であい路になる等の問題があった。
【0012】本方法は、これらの問題を解決する上で有効であり、真空容器内での空間分布が比較的少ないプロセスパラメータを終点検出の道具として用いている点に特徴がある。
【0013】プロセスパラメータとしては、特定質量数の反応生成物を質量分析することで終点検出する方法、セルフクリーニング中の圧力変化から終点検出する方法を採用した。これらはプラズマ発光スペクトルや特定場所の膜厚変化を測定する従来技術と比較して、空間依存性が少ないプロセスパラメータである。
【0014】セルフクリーニング法は化学変化を利用した技術であるから、反応後の反応生成物が真空容器内に存在する。例えば4フッ化炭素,6フッ化イオウ等のフッ素系ガスを用いてセルフクリーニングを行なうと、反応後は被処理物のフッ化物(例えばシリコンをクリーニングするとフッ化シリコン)が生成される。この量は反応(クリーニング)が進むにつれて増加し、排気系とのバランスでやがて一定量になった後、クリーニング終了とともに急速に減少することが予想される。あるいはセルフクリーニング開始直後直ちに最大値となった後、減少する場合も考えられる。いずれにしても反応生成物の供給は、存在場所によらず真空容器内に被処理物が存在する限り行なわれる。言い替えると、反応生成物が検出されなくなれば、真空容器内に被処理物が存在しないということを意味する。そこで、この反応生成物を質量分析によって検出したり、化学反応に伴う圧力変化を測定することによって、セルフクリーニングの終点検出が可能になる訳である。
【0015】被処理物,クリーニングガス、及びクリーニング条件等によって、クリーニング中の反応生成物の存在量、反応圧力は変わってくる。そこで予め反応生成物の種類の予想や質量分析,圧力変化等の測定を行なった上で、最もセルフクリーニング状態を反映しているプロセスパラメータを採用すればよい。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1〜図6により説明する。
【0017】(実施例1)第1の実施例は、図1に示すような高周波プラズマCVD装置を用いたセルフクリーニングの例である。以下、本装置を用いてセルフクリーニング法によって、真空容器1内に付着した水素化アモルファスシリコン膜を除去、清浄化する方法について述べる。
【0018】本装置は、既に100回の成膜(1回当りの成膜は約200nm)を行なっており、真空容器1内には最も厚い電極2上付近で約0.02mm、その他の真空容器1内壁で約0.01mmの厚さの水素化アモルファスシリコン膜が付着している状態である。なお、基板ホルダー3上は成膜時には基板が載っているため、ほとんど膜の付着は見られない。
【0019】図2は、本状態のプラズマCVD装置を6フッ化イオウを用いてセルフクリーニングした場合の、質量数2の信号強度の経時変化を、四重極型質量分析計5を用いて測定した結果である。本実験のセルフクリーニング条件は、ガス流量毎分200cm3、高周波パワー1000W、圧力は約50Paであった。本図より信号強度は、クリーニング時間の増加と共に単調に減少し、ある時間の後は一定値となっていることがわかる。この点は水素化アモルファスシリコン膜中に存在する水素の供給が終了したこと、即ち真空容器1に付着した水素化アモルファスシリコンがなくなりセルフクリーニングが終了したことを意味している。実際にこのような終点検出で管理したセルフクリーニングを施した真空容器1内を観察すると、真空容器1内全ての場所で、完全にセルフクリーニングが行なわれていることが確認された。また、質量数1の信号強度も同様の変化が確認された。更に、フッ化シリコン系の信号強度(例えば質量数70等)を測定しても同様の変化が確認され、セルフクリーニングの終点検出に利用できることがわかった。
【0020】(実施例2)第2の実施例は、図3に示すような電子サイクロトロン共鳴マイクロ波プラズマCVD装置でのセルフクリーニングの場合である。本実施例での被処理物は、窒化シリコンである。実施例1と同様に、本装置も既に100回の成膜(1回当りの成膜は約200nm)を行なっており、真空容器1内には最も厚いガス吹出板14付近で約0.02mm、その他の真空容器1内壁で約0.005mmの厚さの窒化シリコン膜が付着している状態である。なお、基板ホルダー3上は成膜時には基板が載っているため、ほとんど膜の付着は見られない。
【0021】図4は、本状態の電子サイクロトロン共鳴マイクロ波プラズマCVD装置を6フッ化イオウを用いてセルフクリーニングした場合の、質量数28の信号強度の経時変化を、四重極型質量分析計5を用いて測定した結果である。本実験のセルフクリーニング条件は、ガス流量毎分350cm3、マイクロ波パワー1500Wであった。本図より信号強度は、クリーニング時間の増加と共に単調に減少し、ある時間の後は一定値となっていることがわかる。この点は窒化シリコン膜中に存在する窒素の供給が終了したこと、即ち真空容器1に付着した窒化シリコンがなくなりセルフクリーニングが終了したことを意味している。実際にこのような終点検出で管理したセルフクリーニングを施した真空容器1内を観察すると、真空容器1内全ての場所で、完全にセルフクリーニングが行なわれていることが確認された。また、質量数14の信号強度も同様の変化が確認された。
【0022】(実施例3)第3の実施例は、実施例2と同じ電子サイクロトロン共鳴マイクロ波プラズマCVD装置でのセルフクリーニングの場合である。本実施例での被処理物は、酸化シリコンである。この場合も実施例2と同様に、質量数32、あるいは質量数16の信号強度等を測定することにより、セルフクリーニングの終点検出を行なうことができる。
【0023】(実施例4)第4の実施例は、実施例2と同じ電子サイクロトロン共鳴マイクロ波プラズマCVD装置でのセルフクリーニングの場合である。本実施例での被処理物は、水素化アモルファスシリコンである。本実施例での質量分析の対象は反応生成物ではなく、クリーニングガスに起因する信号強度である。その変化からセルフクリーニング終点検出を行う方法について述べる。
【0024】本装置も実施例2と同様に、既に100回の成膜(1回当りの成膜は約200nm)を行なっており、真空容器1内には最も厚いガス吹出板14付近で約0.02mm、その他の真空容器1内壁で約0.005mmの厚さの水素化アモルファスシリコン膜が付着している状態である。なお、基板ホルダー3上は成膜時には基板が載っているため、ほとんど膜の付着は見られない。
【0025】図5は、本状態の電子サイクロトロン共鳴マイクロ波プラズマCVD装置を6フッ化イオウを用いてセルフクリーニングした場合の、質量数89の信号強度の経時変化を、四重極型質量分析計5を用いて測定した結果である。本実験のセルフクリーニング条件は、ガス流量毎分350cm3、マイクロ波パワー1500Wであった。本図より信号強度は、クリーニング初期ではほぼ一定値であるが、急激に増加し、初期値より大きな値で再び一定となっていることがわかる。このことは、クリーニング初期には6フッ化イオウがある程度消費されているため、信号強度は低い値を示しており、クリーニング終了と共に消費が終了し信号強度は高い値となったことを示している。即ち信号強度が急激に増加した点は、6フッ化イオウの消費が終了したこと、つまり真空容器1内のセルフクリーニングが終了したことを意味している。実際にこのような終点検出で管理したセルフクリーニングを施した真空容器1内を観察すると、真空容器1内全ての場所で、完全にセルフクリーニングが行なわれていることが確認された。
【0026】(実施例5)第5の実施例は、実施例2と同じ電子サイクロトロン共鳴マイクロ波プラズマCVD装置でのセルフクリーニングの場合である。本実施例での被処理物は、水素化アモルファスシリコンである。本実施例では、圧力測定によるセルフクリーニング終点検出を行なう方法について述べる。
【0027】本装置も実施例2と同様に、既に100回の成膜(1回当りの成膜は約200nm)を行なっており、真空容器1内には最も厚いガス吹出板14付近で約0.02mm、その他の真空容器内壁で約0.005mmの厚さの水素化アモルファスシリコン膜が付着している状態である。なお、基板ホルダー3上は成膜時には基板が載っているため、ほとんど膜の付着は見られない。
【0028】図6は、本状態の電子サイクロトロン共鳴マイクロ波プラズマCVD装置を6フッ化イオウを用いてセルフクリーニングした場合の圧力変化を、ダイヤフラムゲージを用いて測定した結果である。本実験のセルフクリーニング条件は、ガス流量毎分350cm3、マイクロ波パワー1500Wであった。本図より圧力は、クリーニング時間の増加と共にゆっくりと増加し、ある時間を境に急激に減少し一定値となっていることがわかる。これは水素化アモルファスシリコン膜中に存在する水素が放出されるため、セルフクリーニング初期には圧力が上昇するが、クリーニングが終了すると水素供給がなくなるため圧力が急激に減少していると考えられる。即ち真空容器1中の水素化アモルファスシリコンがなくなった点で圧力の急激な変化が観測される。実際にこのような終点検出で管理したセルフクリーニングを施した真空容器1内を観察すると、真空容器1内全ての場所で、完全にセルフクリーニングが行なわれていることが確認された。
【0029】以上述べてきたように、本発明の終点検出法を用いると、セルフクリーニングの管理が確実に行われる。また、本実施例ではシリコン系物質のクリーニング、フッ素系ガスを用いたクリーニングに限って効果を記述したが、例えば金属や金属酸化膜のクリーニング、塩素系ガスを用いたクリーニング等の場合も同様に、特定の質量数の信号強度や圧力を測定することで、セルフクリーニングの終点検出が可能である。この場合、そのクリーニング状態を最も反映したプロセスパラメータを採用すること、出来れば複数のプロセスパラメータでセルフクリーニングの終点管理を行うこと等の配慮、工夫が必要である。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、真空容器の大きさ,形状、被処理物の空間分布状態、測定装置の位置、空間分解能等を考慮することなく、安定かつ正確なセルフクリーニング終点検出が簡便に行なえるという効果がある。




 

 


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