JP2008235562A - Cleaning method for plasma CVD film forming apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマCVD成膜装置内に堆積した堆積物を除去してクリーニングする際に、地球温暖化物質の排出量が少なく、新たな無害化処理装置を設ける必要がないクリーニング方法を得る。
【解決手段】許容濃度が200ppm以上で、地球温暖係数が1000〜5000で、常温での蒸気圧が5atm以上であるフッ化炭化水素ガスと酸素含有ガスとの混合ガスを用い、クリーニング中のフッ化炭化水素ガスの分解率が90%以上となるようなプラズマ放電条件を採用してクリーニングを実施する。フッ化炭化水素には、炭素数2〜3で、分子内の水素数が1〜2であるものが好ましい。
【選択図】なしThe present invention provides a cleaning method in which deposits deposited in a plasma CVD film-forming apparatus are removed and cleaned, so that a discharge amount of a global warming substance is small and a new harmless treatment apparatus is not required.
SOLUTION: A mixed gas of a fluorinated hydrocarbon gas and an oxygen-containing gas having an allowable concentration of 200 ppm or more, a global warming coefficient of 1000 to 5000, and a vapor pressure at room temperature of 5 atm or more is used. Cleaning is performed under plasma discharge conditions such that the decomposition rate of the activated hydrocarbon gas is 90% or more. The fluorinated hydrocarbon is preferably one having 2 to 3 carbon atoms and 1 to 2 hydrogen atoms in the molecule.
[Selection figure] None
Description
本発明は、プラズマCVD成膜装置のチャンバーおよび排気管路の内部に付着した堆積物を除去するクリーニング方法に関し、特に成膜用ガスにケイ素を含むガスを使用して成膜を行った後にフッ化炭化水素ガスを導入してクリーニングする方法に関する。 The present invention relates to a cleaning method for removing deposits adhering to the inside of a chamber and an exhaust pipe of a plasma CVD film forming apparatus, and in particular, after film formation is performed using a gas containing silicon as a film forming gas. The present invention relates to a method for cleaning by introducing a hydrocarbon gas.
電子デバイス製造プロセスでは、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜などの絶縁膜を形成する工程が多く存在する。これらの絶縁膜を形成する方法として、プラズマCVD法が多く使われている。
プラズマCVD法では、成膜処理に伴いチャンバーや排気管路内にこれら成膜成分を主体とする固体状堆積物が付着する。
In the electronic device manufacturing process, there are many steps of forming an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film. As a method for forming these insulating films, a plasma CVD method is often used.
In the plasma CVD method, a solid deposit mainly composed of these film-forming components adheres to the inside of the chamber and the exhaust pipe along with the film-forming process.
この堆積物は、成膜状態の異常、パーティクルの発生、成膜装置の排気管路系統の閉鎖などの不具合を引き起こすため、成膜頻度に応じてクリーニングする必要がある。
このクリーニング方法としては、活性なフッ素原子により固体状堆積物を四フッ化ケイ素(SiF4)などの揮発性フッ化物へと化学変化させて排気除去するドライクリーニングが広く普及している。
This deposit causes problems such as abnormal film formation, generation of particles, and closure of the exhaust pipe system of the film forming apparatus. Therefore, the deposit needs to be cleaned according to the film forming frequency.
As this cleaning method, dry cleaning in which solid deposits are chemically changed to volatile fluorides such as silicon tetrafluoride (SiF 4 ) by active fluorine atoms and exhausted is widely used.
活性なフッ素原子を生成するためには、分子内にフッ素原子を有するガスが用いられ、一般には、四フッ化メタン(CF4)や六フッ化エタン(C2F6)といった全フッ素置換化合物(PFC)をプラズマ化する方法が用いられている。
しかなしながら、これらのPFCガスは地球温暖化ガスである。半導体産業ではこれらの温暖化物質の排出量に関し、1995年を基準とし、2010年までに10%を削減する目標を掲げている。
In order to generate an active fluorine atom, a gas having a fluorine atom in the molecule is used. Generally, a perfluorinated compound such as tetrafluoromethane (CF 4 ) or hexafluoroethane (C 2 F 6 ) is used. A method of converting (PFC) into plasma is used.
However, these PFC gases are global warming gases. The semiconductor industry has set a goal of reducing these greenhouse gases by 10% by 2010, based on 1995.
PFCガスの排出量を削減する方法として、八フッ化プロパン(C3F8)、環状八フッ化ブタン(c−C4F8)を用いることで、ガスの消費量を減らしたり、排出される地球温暖化物質の総量を減らす方法も知られているが、これらのガスも地球温暖化能(GWP)がCF4以上に高く、抜本的な解決にならない。
一方、GWPが極めて低いガスを利用する方法も考案されているが、一般に、低GWPガスは人体に対する毒性を有するため、従来、CF4やC2F6といった無毒不活性なガスを用いていた装置や設備の場合、新たに、毒性ガスを取り扱うための設備が必要となる。
By using octafluoropropane (C 3 F 8 ) and cyclic butane octafluoride (c-C 4 F 8 ) as a method of reducing PFC gas emissions, gas consumption can be reduced or discharged. There are also known methods for reducing the total amount of global warming substances, but these gases also have a global warming potential (GWP) higher than CF 4 and are not a radical solution.
On the other hand, although a method using a gas with extremely low GWP has been devised, generally, a low GWP gas is toxic to the human body, and thus conventionally a non-toxic inert gas such as CF 4 or C 2 F 6 has been used. In the case of devices and equipment, new equipment for handling toxic gases is required.
日本における高圧ガス保安法では、米国産業衛生学会が定める許容濃度の値が200ppmより低いガスを毒性ガスと定義し、これらのガスの取り扱いに関しては、ガス漏洩を検知する装置、ガス容器を密閉室内に収納して環境排気すること、ガスを許容濃度以下にして排出する燃焼式除害装置などの無害化装置が必要とされる。
しかしながら、これらの機器の追加は、大幅なコスト増加に繋がる。特に、除害装置を導入するためには大面積のスペースが必要であり、既存装置で新規の装置導入スペースがない場合は導入することが出来ない。
表1に一般に知られているクリーニング用フッ素化合物の物性を示す。
In the High Pressure Gas Safety Law in Japan, gases whose allowable concentration values set by the American Society for Occupational Health are lower than 200 ppm are defined as toxic gases. Regarding the handling of these gases, gas leak detectors and gas containers are sealed in sealed rooms. It is necessary to provide a detoxifying device such as a combustion type detoxifying device which is housed in a container and exhausted to the environment, and which discharges the gas at an allowable concentration or less.
However, the addition of these devices leads to a significant cost increase. In particular, in order to introduce an abatement device, a large space is required, and it cannot be introduced when there is no new device introduction space with an existing device.
Table 1 shows the physical properties of generally known fluorine compounds for cleaning.
よって、本発明における課題は、プラズマCVD成膜装置内に堆積した堆積物を除去してクリーニングする際に、地球温暖化物質の排出量が少なく、新たな無害化処理装置を設ける必要がないクリーニング方法を得ることにある。 Therefore, the problem in the present invention is that when the deposit deposited in the plasma CVD film forming apparatus is removed and cleaned, the amount of emission of the global warming substance is small and it is not necessary to provide a new detoxification processing apparatus. There is to get a way.
かかる課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、プラズマCVD成膜装置のチャンバーおよび排気管路内に堆積した堆積物を除去する方法であって、
許容濃度が200ppm以上で、地球温暖係数が1000〜5000で、常温での蒸気圧が5atm以上であるフッ化炭化水素ガスと酸素含有ガスとの混合ガスを用い、
クリーニング中のフッ化炭化水素ガスの分解率が90%以上となるようなプラズマ放電条件を採用してクリーニングを実施することを特徴とするプラズマCVD成膜装置のクリーニング方法である。
To solve this problem,
The invention according to claim 1 is a method for removing deposits deposited in a chamber and an exhaust pipe of a plasma CVD film forming apparatus,
Using a mixed gas of a fluorinated hydrocarbon gas and an oxygen-containing gas having an allowable concentration of 200 ppm or more, a global warming coefficient of 1000 to 5000, and a vapor pressure at room temperature of 5 atm or more,
A cleaning method for a plasma CVD film-forming apparatus, wherein cleaning is performed under plasma discharge conditions such that the decomposition rate of the fluorinated hydrocarbon gas during cleaning is 90% or more.
請求項2にかかる発明は、前記フッ化炭化水素が、炭素数2〜3で、分子内の水素数が1〜2であることを特徴とする請求項1記載のプラズマCVD成膜装置のクリーニング方法である。
The invention according to
本発明によれば、地球温暖化物質の排出量が少なく、新たな無害化処理装置を設ける必要がない。 According to the present invention, the amount of emission of global warming substances is small, and it is not necessary to provide a new detoxification processing apparatus.
図1は、本発明のクリーニング方法を実施するためプラズマCVD成膜装置の例を示すものである。
このプラズマCVD成膜装置は、高周波電力を印加してプラズマを発生させる平行平板型などのプラズマ発生手段(図示略)を備え、プラズマ雰囲気中で基板上に酸化ケイ素などの薄膜を形成するためのチャンバー1と、このチャンバー1内に成膜用ガスを導入する原料ガス導入管2と、クリーニング用ガスをなすフッ化炭化水素ガスをチャンバー1内に送り込む第1導入管3と、クリーニング用ガスをなす酸素含有ガスをチャンバー1内に送り込む第2導入管4と、チャンバー1内のガスを排気する排気ポンプ5を備えた排気管6とから概略構成されている。
FIG. 1 shows an example of a plasma CVD film forming apparatus for carrying out the cleaning method of the present invention.
This plasma CVD film forming apparatus includes a parallel plate type plasma generating means (not shown) for generating plasma by applying high-frequency power, and for forming a thin film such as silicon oxide on a substrate in a plasma atmosphere. A chamber 1, a raw material
この成膜装置による成膜にあたっては、チャンバー1内にシリコン基板などの基板を配置し、原料ガス導入管2からテトラエトキシシラン、酸素、窒素、アンモニアなどを含む原料ガスをチャンバー1内に導入し、プラズマ発生手段を作動させて、プラズマCVD反応により基板上に酸化膜など薄膜を形成する。チャンバ1内のガスは排気ポンプ5により吸引されて排気管6から排出される。
In film formation by this film formation apparatus, a substrate such as a silicon substrate is disposed in the chamber 1, and a source gas containing tetraethoxysilane, oxygen, nitrogen, ammonia, or the like is introduced into the chamber 1 from the source
プラズマCVD成膜装置のチャンバー1およびその排気管6のクリーニングにあたっては、第1導入管3からフッ化炭化水素ガスが質量流量計7を介してその所定量がチャンバー1内に送給され、第2導入管4から酸素含有ガスが質量流量計8を介してその所定量がチャンバー1内に送給される。そして、プラズマ発生手段には図示しない高周波電源からの所定電力の高周波電力が印加され、チャンバー1内のガスを励起し、プラズマを発生させる。チャンバ1内のガスは所定の圧力を保持するようにして排気ポンプ5により吸引されて排気管6から排出される。
In cleaning the chamber 1 and the exhaust pipe 6 of the plasma CVD film forming apparatus, a predetermined amount of fluorinated hydrocarbon gas is fed into the chamber 1 through the mass flow meter 7 from the
本発明で用いられるクリーニング用のガスは、許容濃度が200ppm以上で、地球温暖係数が1000〜5000で、常温での蒸気圧が5atm以上であるフッ化炭化水素ガスと酸素含有ガスとの混合ガスである。
このフッ化炭化水素ガスとして、具体的には四フッ化エタン(CF3CH2F、GWP:1300、許容濃度:1000ppm、蒸気圧:6.6atm)、五フッ化エタン(CF3CHF2、GWP:3400、許容濃度:1000ppm、蒸気圧:12.9atm)、七フッ化プロパン(CF3CHFCF3、GWP:3500、許容濃度:1000ppm、蒸気圧:5.8atm)などの分子内に炭素原子を2から3個、水素原子を1から2個有するフッ素化合物が挙げられる。
The cleaning gas used in the present invention is a mixed gas of a fluorinated hydrocarbon gas and an oxygen-containing gas having an allowable concentration of 200 ppm or more, a global warming coefficient of 1000 to 5000, and a vapor pressure at room temperature of 5 atm or more. It is.
Specific examples of the fluorinated hydrocarbon gas include tetrafluoroethane (CF 3 CH 2 F, GWP: 1300, allowable concentration: 1000 ppm, vapor pressure: 6.6 atm), pentafluoroethane (CF 3 CHF 2 , GWP: 3400, allowable concentration: 1000 ppm, vapor pressure: 12.9 atm), heptafluoropropane (CF 3 CHFCF 3 , GWP: 3500, allowable concentration: 1000 ppm, vapor pressure: 5.8 atm) And fluorine compounds having 2 to 3 hydrogen atoms and 1 to 2 hydrogen atoms.
これらのフッ化炭化水素ガスは、分子内に水素原子を有するが、この水素原子は大気中において水酸ラジカルとの反応性を有しており、赤外線吸収能力は高いものの、GWPは比較的低い値となる。また、大気中における分解反応は、緩やかに進行するため、人体に影響を及ぼす可能性が極めて低く、許容濃度値が高い。
高圧ガス保安法では、これらのガスは無毒不活性な液化高圧ガスの分類になり、ガス漏洩検知器の設置や新規にこれらのガスを分解処理する除害装置の導入は必要なく、従来のクリーニング用のガスであるC2F6と同じ設備でガスを取り扱うことが可能である。
These fluorinated hydrocarbon gases have hydrogen atoms in their molecules, and these hydrogen atoms have reactivity with hydroxyl radicals in the atmosphere and have high infrared absorption ability, but GWP is relatively low. Value. In addition, since the decomposition reaction in the atmosphere proceeds slowly, the possibility of affecting the human body is extremely low and the allowable concentration value is high.
Under the High Pressure Gas Safety Law, these gases are classified as non-toxic and inert liquefied high pressure gases, and it is not necessary to install gas leak detectors or newly install a detoxifying device that decomposes these gases. It is possible to handle the gas with the same equipment as C 2 F 6 which is the gas for use.
さらに、これらのガスでは、ガス容器内に充填された状態では液化状態であるが、プラズマCVD成膜装置内に堆積した堆積物を除去してクリーニングする際、その蒸気圧は常温で5atm以上あるため、従来のクリーニング用のガスであるCF4やC2F6と共通の供給設備を用いることが可能である。
フッ化炭化水素ガスの許容濃度が200ppm未満ではクリーニング時の排気ガスをそのまま排気することができず、無害化処理装置が必要になる。地球温暖化係数が1000未満では毒性ガスが多くなり、、5000を超えると排出ガス中の地球温暖化物質量が多くなる。
Furthermore, these gases are in a liquefied state when they are filled in a gas container, but when removing the deposits deposited in the plasma CVD film forming apparatus and cleaning them, the vapor pressure is 5 atm or more at room temperature. Therefore, it is possible to use a common supply facility with CF 4 and C 2 F 6 which are conventional cleaning gases.
If the permissible concentration of the fluorinated hydrocarbon gas is less than 200 ppm, the exhaust gas at the time of cleaning cannot be exhausted as it is, and a detoxification processing apparatus is required. When the global warming potential is less than 1000, the amount of toxic gas increases, and when it exceeds 5000, the amount of the global warming substance in the exhaust gas increases.
また、前記酸素含有ガスには、酸素、酸化窒素などの分子内に酸素原子を含むガスが用いられる。さらに、必要に応じて、アルゴン、ヘリウム、窒素などのガスを同伴させてもよい。 Further, as the oxygen-containing gas, a gas containing oxygen atoms in a molecule such as oxygen or nitrogen oxide is used. Furthermore, a gas such as argon, helium, or nitrogen may be accompanied if necessary.
クリーニングを効率的に実施するためには、フッ化炭化水素ガスの分解率が90%以上となる条件で、分子内のフッ素原子を効率的にクリーニング雰囲気中に放出させることが必要である。この分解率が90%未満では活性なフッ素原子が効率よく生成できず、また未分解のフッ化炭化水素ガスが高濃度で系外に排出されるため、問題となる。
前記フッ化炭化水素ガスに酸素(O2)を添加した混合ガスとした状態でプラズマ放電させ、分子内の炭素原子を二酸化炭素に酸化し、フッ素原子を放出させるために必要な酸素の濃度は、酸化反応(式1)が完全に支配的であると仮定し、α=2xの関係より求められる。
CxHyFz + Oα →xCO2 + yHF + (z−y)F・・・式1
In order to perform the cleaning efficiently, it is necessary to efficiently release fluorine atoms in the molecule into the cleaning atmosphere under the condition that the decomposition rate of the fluorinated hydrocarbon gas is 90% or more. If this decomposition rate is less than 90%, active fluorine atoms cannot be generated efficiently, and undecomposed fluorinated hydrocarbon gas is discharged out of the system at a high concentration.
The concentration of oxygen required for plasma discharge in a mixed gas obtained by adding oxygen (O 2 ) to the fluorinated hydrocarbon gas to oxidize carbon atoms in the molecule to carbon dioxide and release fluorine atoms is as follows: Assuming that the oxidation reaction (Equation 1) is completely dominant, it is obtained from the relationship of α = 2x.
CxHyFz + Oα → xCO 2 + yHF + (z−y) F Equation 1
例えば、七フッ化プロパンと酸素の混合ガス系では、総ガス流量に対して酸素は75%とする。実際にはフッ化炭化水素ガスの分解率が90から100%で変動すること、また、二フッ化カルボニル(COF2)やCF4が生成する副反応も同時進行すること、N2やArなどの添加ガスの効果が加わることから、最終的には上記濃度を中心に、10%程度の幅の中で条件を最適化すれば良い。 For example, in a mixed gas system of heptafluoropropane and oxygen, oxygen is 75% with respect to the total gas flow rate. Actually, the decomposition rate of the fluorinated hydrocarbon gas varies from 90 to 100%, and the side reaction generated by carbonyl difluoride (COF 2 ) and CF 4 proceeds simultaneously, such as N 2 and Ar Therefore, the conditions may be optimized within a range of about 10% centering on the above concentration.
なお、クリーニングガスの分子内に含まれる炭素原子数が2から3個ではない場合、例えば、1個の場合は、式1より得られるフッ素原子の数が少なく、クリーニング効果が著しく低くなる。また、4個以上の場合、クリーニング性能は期待できるが、液体の蒸気圧が著しく低くなるため、クリーニング工程に使用することができない。同様に、分子内に含まれる水素原子数が3個以上の場合、クリーニング性能が著しく低くなるため、クリーニング工程で使用することはできない。 When the number of carbon atoms contained in the cleaning gas molecule is not 2 to 3, for example, when it is 1, the number of fluorine atoms obtained from Formula 1 is small and the cleaning effect is remarkably reduced. In the case of four or more, cleaning performance can be expected, but the vapor pressure of the liquid is remarkably lowered, so that it cannot be used in the cleaning process. Similarly, when the number of hydrogen atoms contained in the molecule is 3 or more, the cleaning performance is remarkably lowered, so that it cannot be used in the cleaning process.
プラズマ放電に利用するプラズマソースは、低周波、高周波、マイクロ波の何れでも良く、また、印加電力は従来のクリーニング用のガスであるCF4やC2F6を使用する場合と同程度で良く、高密度プラズマソースを用いる必要もないため、プラズマCVD成膜装置に対する制約はない。 The plasma source used for plasma discharge may be any one of low frequency, high frequency, and microwave, and the applied power may be the same as when CF 4 or C 2 F 6 that is a conventional cleaning gas is used. Since there is no need to use a high-density plasma source, there is no restriction on the plasma CVD film forming apparatus.
ところで、分子内に炭素原子を2から3個および水素原子を1から2個有するフッ化炭化水素ガスは、エッチングなどの分野での利用が公知となっている(特許第2988455号)。
エッチングとクリーニングは、どちらも除去対象物をSiF4などのガス状化合物に変化させて系外に排出するものである。
しかしながら、エッチングでは、特定の加工形状を得るために側壁や底部に保護膜を形成させると共に、除去対象部の垂直加工性を得るために、エッチング活性種を電磁界により加速させることが出来るイオンにする必要がある。
Incidentally, a fluorinated hydrocarbon gas having 2 to 3 carbon atoms and 1 to 2 hydrogen atoms in the molecule is known to be used in fields such as etching (Japanese Patent No. 2988455).
In both etching and cleaning, the object to be removed is changed to a gaseous compound such as SiF 4 and discharged out of the system.
However, in etching, a protective film is formed on the side wall and the bottom to obtain a specific processing shape, and in order to obtain the vertical processability of the portion to be removed, the etching active species can be accelerated to an ion by an electromagnetic field. There is a need to.
一方、クリーニングでは、中性なF原子が必要であり、F原子を効率的に得るためには、プラズマ放電時のガス圧力をエッチング条件よりも上げること、適正な印加電力(電力密度)、酸素濃度、総流量を制御し、フッ素化合物ガスの分解率を高くすると共に、分子内炭素の酸化効率が高い条件にすることが必要である。
これらの条件は、F原子を有効に得るための条件であり、公知のエッチング条件とは大幅に異なる。本発明でのフッ化炭化水素ガスを用いる場合には、クリーニング効果を引き出すために適した条件を見出すことが必要である。
On the other hand, neutral F atoms are necessary for cleaning, and in order to obtain F atoms efficiently, the gas pressure at the time of plasma discharge is raised above the etching conditions, proper applied power (power density), oxygen It is necessary to control the concentration and total flow rate, to increase the decomposition rate of the fluorine compound gas, and to make the conditions for high oxidation efficiency of intramolecular carbon.
These conditions are conditions for effectively obtaining F atoms, and are significantly different from known etching conditions. In the case of using the fluorinated hydrocarbon gas in the present invention, it is necessary to find conditions suitable for extracting the cleaning effect.
具体的に前記分解率を90%以上とするためのプラズマ放電条件としては、例えば高周波電力3W/cm2〜6W/cm2、温度300〜500℃、圧力4〜10torr、総ガス流量400〜1000sccm、総ガス中に占めるフッ化炭化水素ガス濃度10〜30体積%とすることで可能であるが、この範囲に限定されることはなく、この条件は実験的な試行錯誤で決めることが実際的である。
Specifically, plasma discharge conditions for setting the decomposition rate to 90% or more include, for example, high frequency power of 3 W /
本発明では、前記フッ化炭化水素ガスの分解率を90%以上としているの、プラズマCVD成膜装置からは未分解の前記フッ化炭化水素ガスが排出される可能性がある。しかし、このフッ化炭化水素ガスは前述の通り、GWPが低く、人体に対する悪影響が少なく、許容濃度が高いので、仮にそのまま大気中に放散されても、問題になるようなことはない。
例えば、総流量が1000sccmで前記フッ化炭化水素ガス濃度が30体積%の場合、未分解のガスは最大で30sccm排出される可能性があるが、通常CVD装置チャンバ内を排気するドライポンプでは、窒素ガスが30slm程度添加されるため、ドライポンプ直後における前記フッ化炭化水素ガス濃度は許容濃度である1000ppmを超えることがない。
In the present invention, since the decomposition rate of the fluorinated hydrocarbon gas is 90% or more, the undecomposed fluorinated hydrocarbon gas may be discharged from the plasma CVD film forming apparatus. However, as described above, this fluorinated hydrocarbon gas has a low GWP, has little adverse effect on the human body, and has a high allowable concentration. Therefore, even if it is released into the atmosphere as it is, there is no problem.
For example, when the total flow rate is 1000 sccm and the fluorinated hydrocarbon gas concentration is 30% by volume, the undecomposed gas may be discharged up to 30 sccm. However, in a dry pump that normally exhausts the inside of the CVD apparatus chamber, Since about 30 slm of nitrogen gas is added, the concentration of the fluorinated hydrocarbon gas immediately after the dry pump does not exceed the allowable concentration of 1000 ppm.
また、本発明では、クリーニングに際して排出される地球温暖化物質は未分解の前記フッ化炭化水素ガスと反応副生成物のCF4、C2F6、CO2などであるが、これら化合物の排出量は少なく、このため二酸化炭素換算排出総重量は少ないものとなる。 In the present invention, the global warming substances discharged during cleaning are the undecomposed fluorinated hydrocarbon gas and reaction byproducts such as CF 4 , C 2 F 6 , and CO 2. The amount is small, so the total carbon dioxide equivalent emission weight is small.
以下、具体例を示す。
[比較例]
テトラエトキシシラン(TEOS)によるシリコン酸化膜成膜用平行平板型プラズマ装置(アプライドマテリアルズ社製Precision5000、5インチウエハ)を用い、六フッ化エタン(C2F6)と酸素の混合ガス系によるチャンバークリーニング性能を評価した。クリーニングの状態は、排気ポンプ後段に設置したフーリエ変換赤外分光器(FT−IR)により、排出されるガスの成分と濃度推移をモニタした。
クリーニングは、シリコン酸化膜を約800nm成長させ、その後に行った。クリーニングの条件は、以下の通りとした。
Specific examples are shown below.
[Comparative example]
Using a parallel plate type plasma apparatus (Precision 5000, 5 inch wafer manufactured by Applied Materials) for forming a silicon oxide film with tetraethoxysilane (TEOS), using a mixed gas system of ethane hexafluoride (C 2 F 6 ) and oxygen Chamber cleaning performance was evaluated. The state of cleaning was monitored by the Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR) installed at the rear stage of the exhaust pump and the components and concentration transition of the discharged gas.
Cleaning was performed after a silicon oxide film was grown to about 800 nm. The cleaning conditions were as follows.
・高周波印加電力:750w
・チャンバー内圧力:3.5torr
・時間:70秒
・温度:400℃
・ガス流量:六フッ化エタン500sccm+酸素600sccm
・電極間距離:999mils
クリーニングにおけるC2F6の分解率は30%となり、未分解のガスが70%排出された。クリーニング中に排出された温暖化物質は、未分解のC2F6と反応副生成物であるCF4とCO2であった。これらの排出重量にそれぞれの地球温暖化係数を乗じて求めたCO2換算排出総重量は、0.027トンとなった。
・ High frequency applied power: 750w
・ In-chamber pressure: 3.5 torr
-Time: 70 seconds-Temperature: 400 ° C
・ Gas flow rate: ethane hexafluoride 500 sccm + oxygen 600 sccm
・ Distance between electrodes: 999 mils
The decomposition rate of C 2 F 6 in cleaning was 30%, and 70% of undecomposed gas was discharged. The warming substances discharged during cleaning were undecomposed C 2 F 6 and reaction byproducts CF 4 and CO 2 . Terms of CO 2 emissions total weight obtained by multiplying the respective global warming potential of these discharge weight became 0.027 tons.
[実施例1]
CHF2CF3とO2の混合ガス系によるクリーニング条件を最適化するため、3因子3水準の応答局面計画による実験計画法を用い、クリーニング条件の条件依存性を測定した。
変動因子は、総ガス流量を500から1,000sccm、総流量に対するCHF2CF3濃度を20から40%、チャンバー内圧力を3から5torrとした。
固定因子は、RFパワーを750W、電極間距離を999mils、温度を400℃とし、成膜条件は比較例と同一とした。
[Example 1]
In order to optimize the cleaning condition by the mixed gas system of CHF 2 CF 3 and O 2 , the condition dependence of the cleaning condition was measured by using the experimental design method based on the response phase design of the three
The variable factors were a total gas flow rate of 500 to 1,000 sccm, a CHF 2 CF 3 concentration with respect to the total flow rate of 20 to 40%, and a chamber internal pressure of 3 to 5 torr.
The fixed factors were an RF power of 750 W, an interelectrode distance of 999 mils, a temperature of 400 ° C., and the film formation conditions were the same as in the comparative example.
解析の結果、総ガス流量は500sccm、CHF2CF3の濃度は20%、圧力は5Torrでクリーニング処理速度が最大となることが分かった。
また、上記条件範囲の中で、CHF2CF3のプラズマ放電中の分解率は98%以上となった。
同様の実験をCF3CHFCF3に対しても実施し、総流量は500sccm、CF3CHFCF3の濃度は14%、圧力は5torrでクリーニング処理速度が最大となった。この場合も、CF3CHFCF3のプラズマ放電中の分解率は全ての条件で98%以上となった。
As a result of the analysis, it was found that the cleaning process speed was maximized when the total gas flow rate was 500 sccm, the CHF 2 CF 3 concentration was 20%, and the pressure was 5 Torr.
Further, within the above condition range, the decomposition rate of CHF 2 CF 3 during plasma discharge was 98% or more.
A similar experiment was performed on CF 3 CHFCF 3 , and the total flow rate was 500 sccm, the concentration of CF 3 CHFCF 3 was 14%, the pressure was 5 torr, and the cleaning processing speed was maximized. Also in this case, the decomposition rate of CF 3 CHFCF 3 during plasma discharge was 98% or more under all conditions.
なお、それぞれの場合、ガス流量は約2倍まで、また、圧力は約4torrまでの範囲で条件依存性は低く、実際のクリーニング条件は、上記条件に固定されるものではない。 なお、圧力を3torr以下にした場合やCHF2CF3の濃度を30%以上にした場合、ガスの分解率が90%以下になり、また反応副生成物である二フッ化カルボニル(COF2)やC2F6の収率が高くなり、クリーニング処理速度が大幅に遅くなった。
公知のエッチングプロセス圧力は2〜60mtorrとされているが、以上の通り、前記フッ化炭化水素ガスをクリーニングに用いる場合、高酸素濃度かつ高圧力条件に必要条件が存在する。
In each case, the gas flow rate is up to about twice, and the pressure is in the range up to about 4 torr. The condition dependency is low, and the actual cleaning conditions are not fixed to the above conditions. When the pressure is 3 torr or less, or when the concentration of CHF 2 CF 3 is 30% or more, the gas decomposition rate is 90% or less, and carbonyl difluoride (COF 2 ), which is a reaction byproduct, is used. As a result, the yield of C 2 F 6 was increased, and the cleaning processing speed was significantly reduced.
The known etching process pressure is set to 2 to 60 mtorr. As described above, when the fluorinated hydrocarbon gas is used for cleaning, a high oxygen concentration and a high pressure condition are necessary.
[実施例2]
比較例と同様の方法により、CHF2CF3とO2の混合ガス系によるクリーニングの性能評価を行った。それぞれの流量は、CHF2CF3が100sccm、O2は400sccm、圧力は5Torrとし、その他の条件は実施例1と同じにした。
クリーニングを行った時に排出される温暖化物質は、未分解のCHF2CF3(分解率99%)と反応副生成物であるCF4、C2F6とCO2であった。これらの排出重量にそれぞれの地球温暖化係数を乗じて求めたCO2換算排出総重量は、0.0027トンとなり、比較例に比較して90%の削減となった。
[Example 2]
The cleaning performance was evaluated by a mixed gas system of CHF 2 CF 3 and O 2 by the same method as in the comparative example. Each flow rate was set to 100 sccm for CHF 2 CF 3 , 400 sccm for O 2 , and a pressure of 5 Torr. The other conditions were the same as those in Example 1.
Warming substances discharged when cleaning was performed were undecomposed CHF 2 CF 3 (decomposition rate 99%) and reaction by-products CF 4 , C 2 F 6 and CO 2 . These terms of CO 2 emissions total weight obtained by multiplying the respective global warming potential discharge weight becomes a 0.0027 t became compared to 90% reduction in the comparative example.
本実施例では、圧力を変動させないワンステップクリーニングとしたが、排気系統のクリーニング効果も考慮すると、本条件のような高圧クリーニングに加え、圧力を1〜3torrと低圧にしたクリーニングステップを加えたツーステップクリーニングを行うこともできる。
この条件において、N2、Ar、He、N2Oをそれぞれ100sccm添加した場合も、クリーニング時間や温暖化物質の排出量に変化は無かった。これらの添加ガスは、クリーニング領域を広くしたり、電極劣化の進行速度を低下させる効果が期待されるため、1月に数千枚の処理を実施する量産ラインにおいては、メンテナンス頻度を減少させる効果が見込める。
In this embodiment, the one-step cleaning does not change the pressure. However, in consideration of the cleaning effect of the exhaust system, in addition to the high-pressure cleaning as in this condition, a two-step cleaning with a pressure of 1 to 3 torr is added. Step cleaning can also be performed.
Under these conditions, even when 100 sccm of N 2 , Ar, He, and N 2 O was added, there was no change in the cleaning time and the discharge amount of warming substances. These additive gases are expected to increase the cleaning area and reduce the rate of progress of electrode degradation, so the maintenance frequency is reduced in mass production lines that process thousands of sheets in January. Can be expected.
[実施例3]
比較例と同様の方法により、クリーニングガスとしてCF3CHFCF3とO2の混合ガスを用いた時の性能評価を行った。それぞれの流量は、CF3CHFCF3が80sccm、O2は500sccm、圧力は5torrとし、その他の条件は比較例と同じにした。
クリーニングを行った時に排出される温暖化物質は、未分解のCF3CHFCF3(分解率99%)と反応副生成物であるCF4、C2F6、CO2であった。これらの排出重量にそれぞれの地球温暖化係数を乗じて求めたCO2換算排出総重量は、0.0022トンとなり、比較例に比較して約96%の削減となった。当該ガス系についても、CHF2CF3と同じく、ツーステップクリーニングやN2、Ar、He、N2Oを添加ガスとして加えることができる。
[Example 3]
In the same manner as in the comparative example, performance evaluation was performed when a mixed gas of CF 3 CHFCF 3 and O 2 was used as the cleaning gas. The flow rates of CF 3 CHFCF 3 were 80 sccm, O 2 was 500 sccm, the pressure was 5 torr, and other conditions were the same as in the comparative example.
Warming substances discharged when cleaning was performed were undecomposed CF 3 CHFCF 3 (decomposition rate 99%) and reaction by-products CF 4 , C 2 F 6 and CO 2 . These terms of CO 2 emissions total weight obtained by multiplying the respective global warming potential discharge weight becomes a 0.0022 t, became reduced to about 96% compared to the comparative example. Also in the gas system, as in CHF 2 CF 3 , two-step cleaning and N 2 , Ar, He, and N 2 O can be added as additive gases.
1・・チャンバー、2・・原料ガス導入管、3・・第1導入管、4・・第2導入管、5・・排気ポンプ、6・・排気管、7・・質量流量計、8・・質量流量計 1 .... chamber, 2 .... source gas introduction pipe, 3 .... first introduction pipe, 4 .... second introduction pipe, 5 .... exhaust pump, 6 .... exhaust pipe, 7 .... mass flow meter, ...・ Mass flow meter
Claims (2)
許容濃度が200ppm以上で、地球温暖係数が1000〜5000で、常温での蒸気圧が5atm以上であるフッ化炭化水素ガスと酸素含有ガスとの混合ガスを用い、
クリーニング中のフッ化炭化水素ガスの分解率が90%以上となるようなプラズマ放電条件を採用してクリーニングを実施することを特徴とするプラズマCVD成膜装置のクリーニング方法。 A method for removing deposits deposited in a chamber and an exhaust pipe of a plasma CVD film forming apparatus,
Using a mixed gas of a fluorinated hydrocarbon gas and an oxygen-containing gas having an allowable concentration of 200 ppm or more, a global warming coefficient of 1000 to 5000, and a vapor pressure at room temperature of 5 atm or more,
A cleaning method for a plasma CVD film-forming apparatus, wherein cleaning is performed under plasma discharge conditions such that the decomposition rate of the fluorinated hydrocarbon gas during cleaning is 90% or more.
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