JP2002025914A

JP2002025914A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2002025914A
Application number: JP2000202098A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sakai; 健志坂井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2002-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】減圧ＣＶＤ装置の処理室全体を均一にクリー
ニングする。【解決手段】リモートプラズマ方式のIn−situチャン
バクリーニング法が実施される減圧ＣＶＤ装置におい
て、処理ガスのガス導入口１４にはクリーニングガス供
給装置２３を供給通路２２と供給管２１を介して接続
し、他方、チャンバ２の底壁の支持軸９の周りには複数
個の吹出口２５を有した下側導入口２４を同心円に形成
し、下側導入口２４は連絡通路２６で供給通路２２に接
続する。【効果】クリーニングガス３３を上側のガス導入口１
４の他に下側導入口２４からも処理室３に導入すること
で、クリーニングガス３３を処理室３全体に拡散できる
ため、処理室３全体を均等にクリーニングできる。その
結果、クリーニング時間やガス消費量、ＣＯＯを低減で
き、部品劣化程度の相違を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理装置、特
に、処理ガスを用いて被処理基板に所望の処理を施す基
板処理装置に関し、例えば、半導体装置の製造工程にお
いて、半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化膜
や金属膜等を成膜処理するのに利用して有効な技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、ウエハ
に酸化膜の一例であるＴＥＯＳ（テトラ・エチル・オル
ソ・シリケート）膜を形成する場合には、減圧ＣＶＤ装
置が使用されている。従来のこの種の減圧ＣＶＤ装置と
して、ガス導入口と排気口とを有する処理室と、処理室
において被処理物であるウエハを保持するサセプタと、
処理室に配置されてガス導入口から導入された処理ガス
を流通する流通孔が複数開設されたブロッカプレート
と、処理室においてサセプタに保持されたウエハとブロ
ッカプレートとの間に配置されてブロッカプレートの各
流通孔からの処理ガスを複数の吹出口からウエハに向け
てシャワー状に吹き出すフェイスプレートとを備えてい
るもの、がある。

【０００３】このような減圧ＣＶＤ装置においては、被
処理基板としてのウエハだけでなく処理室内の表面にも
ＴＥＯＳやその他の反応生成物が付着して堆積し、膜
（以下、堆積膜という。）が形成される。この堆積膜が
剥離して処理室内に飛散すると、被処理基板としてのウ
エハに異物として付着し歩留り低下の原因になる。その
ため、従来の減圧ＣＶＤ装置においては、インシチュー
（In−situ）チャンバクリーニング法によって処理室内
に堆積膜が形成されるのを防止することが実施されてい
る。

【０００４】減圧ＣＶＤ装置におけるインシチュー（In
−situ）チャンバクリーニング法としてリモートプラズ
マ方式がある。リモートプラズマ方式はチャンバの処理
室の外でマイクロ波または高周波によって三弗化窒素
（ＮＦ₃ ）プラズマを発生させた後に、弗素ラジカルを
チャンバ内に導入してドライエッチング作用によってク
リーニングを実施する方式である。

【０００５】なお、減圧ＣＶＤ装置を述べてある例とし
ては、株式会社工業調査会１９９４年１１月２５日発行
の「電子材料１９９４年１１月号別冊」Ｐ４４〜Ｐ５
１、がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リモー
トプラズマ方式のインシチュー（In−situ）チャンバク
リーニング法が実施される減圧ＣＶＤ装置においては、
ラジカルの拡散によるクリーニングのため、次のような
問題点があることが本発明者によって明らかにされた。
クリーニングガスの回り込みが悪いため、クリーニング
に要する時間が長くなる。クリーニングレートの速い部
分と遅い部分との差が大きく、クリーニングレートの速
い部分の部品が劣化し易い。ガス使用量が多くなるた
め、コストが高くなる。

【０００７】本発明の目的は、このような問題点を解消
し処理室全体を均一にクリーニングすることができる基
板処理装置を提供することにある。

【０００８】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。

【００１０】すなわち、基板を処理する処理室の内部に
この処理室の外部で発生されたクリーニングガスを導入
して、この処理室をクリーニングする基板処理装置にお
いて、前記クリーニングガスが前記処理室に互いに離れ
た一対の導入口からそれぞれ導入されることを特徴とす
る。

【００１１】前記した手段によれば、クリーニングガス
が処理室の互いに離れた一対の導入口からそれぞれ導入
されるため、クリーニングガスは処理室の全体に均等に
拡散することになり、その結果、処理室はクリーニング
ガスによって全体にわたって均一にクリーニングされ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態であ
る減圧ＣＶＤ装置のクリーニング工程を示す正面断面図
である。図２はその成膜工程を示す一部切断正面図であ
る。

【００１３】本実施の形態において、本発明に係る基板
処理装置は、ウエハ１に成膜処理を施す減圧ＣＶＤ装置
として構成されており、被処理物としてのウエハ１を処
理するための処理室３を形成したチャンバ２を備えてい
る。チャンバ２は上下の端面が閉塞した円筒形状に形成
されており、チャンバ２の円筒壁の中間部にはウエハ１
を処理室３に出し入れするための出し入れ口（図示せ
ず）が開設されている。チャンバ２の円筒壁の中間部の
別の位置には排気口４が開設されており、排気口４には
排気管５が接続されている。排気管５は調圧器６を介し
て真空ポンプ等からなる真空排気装置（図示せず）に接
続されており、処理室３を大気圧よりも若干低めの真空
度に排気するようになっている。

【００１４】処理室３の下部にはアルミニウムによって
形成された容積調整リング７が同心円に設置されてお
り、このリング７は処理室３の容積を適宜に調整するよ
うに設定されている。容積調整リング７の内側には整流
リング８が同心円に設置されており、整流リング８は後
記する処理ガスやクリーニングガスを全周にわたって均
一に整流するように設定されている。

【００１５】処理室３の下部の筒心上には支持軸９が配
設されており、支持軸９はエアシリンダ装置等から構成
された昇降駆動装置（図示せず）によって昇降されるよ
うになっている。支持軸９の上端にはウエハ１よりも大
径の円盤形状に形成されたサセプタ１０が同心に配され
て水平に固定されており、サセプタ１０の上面はウエハ
１を保持するようになっている。サセプタ１０の内部に
はヒータ１１が設置されており、ヒータ１１はサセプタ
１０が保持したウエハ１を全体にわたって均一に加熱す
るようになっている。

【００１６】サセプタ１０には複数本のエジェクタピン
１２が周方向に等間隔に配置されて上下方向に摺動自在
に支承されており、また、チャンバ２の支持軸９の外側
には突上台１３が設置されている。そして、サセプタ１
０が支持軸９によってウエハ出し入れ口に下降された際
に、エジェクタピン１２は突上台１３に突き当たって突
き上げられることにより、サセプタ１０の上のウエハ１
を持ち上げてサセプタ１０の上面から浮かせるようにな
っている。

【００１７】チャンバ２の天井壁の中心にはガス導入口
１４が上下方向に開設されており、その下側には内径が
処理室３の内径よりも小さい円盤中空形状のバッファ部
１５が同心的に形成されている。バッファ部１５の上端
部にはブロッカプレート１６がガス導入口１４に近接さ
れて水平に固定されている。ブロッカプレート１６はア
ルミニウムが用いられて厚さ２〜３ｍｍの円盤形状に形
成されており、バッファ部１５の上端部に建て込まれて
固定されている。ブロッカプレート１６にはガス導入口
１４に導入された処理ガスを流通させる流通孔１７が複
数個、全面にわたって放射状に配置されて開設されてお
り、各流通孔１７の口径は等しく設定されている。

【００１８】バッファ部１５のブロッカプレート１６の
下方にはフェイスプレート１８が所定の間隔（５〜１０
ｍｍ程度）をもって水平に固定されている。フェイスプ
レート１８はアルミニウムが用いられて厚さ１０ｍｍ程
度の円盤形状に形成されており、バッファ部１５の段付
き部に建て込まれて固定されている。フェイスプレート
１８にはバッファ部１５に供給された処理ガスを流通し
て処理室３にシャワー状に吹き出させる複数個の吹出口
１９が全面にわたって放射状に配置されて開設されてい
る。

【００１９】ガス導入口１４には処理ガス供給管２０が
接続されており、処理ガス供給管２０はチャンバ２の側
壁を上下に貫通してチャンバ２の下方に導き出されてい
る。処理ガス供給管２０には後記する処理ガスを供給す
るための処理ガス供給源（図示せず）に接続されてい
る。

【００２０】また、ガス導入口１４にはクリーニングガ
ス供給管２１の一端が接続されており、クリーニングガ
ス供給管２１の他端はチャンバ２の側壁に上下方向に貫
通するように開設されたクリーニングガス供給通路２２
の上端に接続されている。クリーニングガス供給通路２
２の下端にはリモートプラズマ方式のインシチューチャ
ンバクリーニング法を実施するためのクリーニングガス
を供給するクリーニングガス供給装置２３がされてい
る。クリーニングガス供給装置２３はマイクロトロンや
平行平板電極等によってマイクロ波や高周波を発生させ
て、例えば、三弗化窒素ガスのプラズマを発生された後
に弗素ラジカルを含むクリーニングガスをクリーニング
ガス供給通路２２に供給するように構成されている。

【００２１】チャンバ２の底壁の内部における支持軸９
の周りには、他方の導入口としてのクリーニングガス導
入口（以下、下側導入口という。）２４が円形リング形
状に同心円に形成されており、下側導入口２４には複数
個の吹出口２５が周方向に等間隔に配置されて処理室３
に開口するように開設されている。下側導入口２４はチ
ャンバ２の底壁内部に形成された連絡通路２６によって
クリーニングガス供給通路２２に接続されている。な
お、チャンバ２の上端にはカバー２７が処理ガス供給管
２０およびクリーニングガス供給管２１を被覆するよう
に被せ付けられている。

【００２２】次に、作用を説明する。

【００２３】成膜工程においては、サセプタ１０が支持
軸９によってウエハ出し入れ口に一致された状態で、サ
セプタ１０の上面に被処理物としてのウエハ１がウエハ
移載装置のツィーザ（図示せず）によって移載される。
ウエハ１が移載されると、図２に示されているように、
サセプタ１０はウエハ１が処理室３におけるフェイスプ
レート１８の下面に近接する位置に支持軸９によって上
昇される。また、サセプタ１０に移載されたウエハ１は
ヒータ１１によって温度分布が全体にわたって均一にな
るように加熱される。

【００２４】処理室３が排気口４および排気管５を通じ
て真空排気装置（図示せず）および調圧器６によって大
気圧よりも若干低い真空度に排気される。処理室３の真
空度が安定すると、図２に示されているように、処理ガ
ス３１が処理ガス供給源からガス導入口１４に処理ガス
供給管２０を通じて供給される。例えば、ＴＥＯＳ膜が
ウエハ１に形成される場合には、処理ガス３１としては
シリコン（Ｓｉ）のエチル化合物とオゾン（Ｏ₃ ）が供
給される。

【００２５】ガス導入口１４に導入された処理ガス３１
はブロッカプレート１６の中心の壁面に吹き当たって径
方向外向きに放射状に拡散するように流れることにより
各流通孔１７に均等に分散し、各流通孔１７からバッフ
ァ部１５にそれぞれ流通して行く。各流通孔１７からバ
ッファ部１５に均等に流れ込んだ処理ガス３１はバッフ
ァ部１５において適度に拡散することによりさらに全体
的に均一な分布状態になり、フェイスプレート１８の各
吹出口１９に均等に流入し、各吹出口１９から処理室３
に均等な吹出量をもってシャワー状に吹き出す。

【００２６】各吹出口１９から均等な吹出量をもってシ
ャワー状に吹き出した処理ガス３１はウエハ１の全面に
わたって均等に供給された状態になるため、ウエハ１に
は処理ガス３１が全面にわたって均等に接触する状態に
なる。ウエハ１に全面にわたって均等に接触した処理ガ
ス３１はウエハ１の外方で開設した排気口４から排気さ
れて行く。

【００２７】そして、加熱されたウエハ１に接触した処
理ガス３１はＣＶＤ反応によってウエハ１の表面にＴＥ
ＯＳ膜を形成する。この際、処理ガス３１がウエハ１の
全面にわたって均等に接触するため、処理ガス３１によ
ってウエハ１の上に形成されたＴＥＯＳ膜の膜厚分布は
全面にわたって均一になる。すなわち、ＣＶＤ反応によ
る成膜レートは処理ガス３１のウエハ１に対する供給量
に依存するため、処理ガス３１のウエハ１に対する供給
量が全面にわたって均等であれば、成膜の膜厚分布はウ
エハ１の全面にわたって均一になる。

【００２８】以上のようにして、ＴＥＯＳ膜がウエハ１
に全面にわたって均一に形成され所定の処理時間が経過
すると、サセプタ１０は支持軸９によってウエハ出し入
れ口の位置に下降される。この下降に伴って、エジェク
タピン１２が突上台１３によってサセプタ１０に対して
上昇されるため、サセプタ１０に保持された成膜済みの
ウエハ１はエジェクタピン１２によってサセプタ１０か
ら浮かされる。サセプタ１０から浮かされたウエハ１は
ウエハ移載装置のツィーザ（図示せず）によって下から
受け取られ、ウエハ出し入れ口から搬出される。

【００２９】以降、前述した作業が繰り返されることに
より、ウエハ１にＴＥＯＳ膜が枚葉処理によって形成さ
れて行く。なお、ＴＥＯＳ膜の形成のための処理条件
は、例えば、次の通りである。ヒータ１１の加熱温度は
約５７０℃、処理室３の内圧は約６７〜９３キロパスカ
ル。

【００３０】ところで、以上の成膜処理においては、被
処理基板としてのウエハ１だけでなく処理室３内の表面
にもＴＥＯＳやその他の反応生成物が付着して堆積し膜
（堆積膜）が形成される。この堆積膜が剥離して処理室
３内に飛散すると、ウエハ１に異物として付着し歩留り
低下の原因になる。

【００３１】そのため、本実施の形態に係る減圧ＣＶＤ
装置においては、リモートプラズマ方式によるインシチ
ュー（In−situ）チャンバクリーニング法によって処理
室３内に堆積膜が形成されるのを防止することが実施さ
れる。このクリーニング法は一回の成膜処理毎や複数回
毎に定期的に実施してもよいし、堆積膜の膜厚に対応し
て不定期的に実施してもよい。

【００３２】リモートプラズマ方式のインシチュー（In
−situ）チャンバクリーニング法によるクリーニング工
程の実施に際して、図１に示されているように、クリー
ニングガス供給装置２３には三弗化窒素ガス３２が供給
され、クリーニングガス供給装置２３においてマイクロ
波や高周波によって三弗化窒素のプラズマが発生され、
弗素ラジカルを含むクリーニングガス３３がクリーニン
グガス供給通路２２に供給される。クリーニングガス供
給通路２２に供給されたクリーニングガス３３はクリー
ニングガス供給管２１を通じてガス導入口１４に送給さ
れるとともに、連絡通路２６を通じて下側導入口２４に
送給される。この際、処理室３は排気口４および排気管
５を通じて真空排気装置および調圧器６によって所定の
真空度に排気される。また、サセプタ１０にはウエハ１
が載置されない。

【００３３】上側のガス導入口１４に送給されたクリー
ニングガス３３は処理ガス３１の場合と同様に、ガス導
入口１４から放射状に拡散するように流れて各流通孔１
７からバッファ部１５に流通し、バッファ部１５におい
て適度に拡散してフェイスプレート１８の各吹出口１９
からシャワー状に吹き出す。各吹出口１９からシャワー
状に吹き出したクリーニングガス３３は処理室３を拡散
してサセプタ１０や容積調整リング７、整流リング８お
よび処理室３の壁面の表面に接触する。

【００３４】他方、下側導入口２４に送給されたクリー
ニングガス３３は複数個の吹出口２５からそれぞれ均等
に吹き出され、処理室３の下部空間に全周にわたって均
一に拡散して行き、サセプタ１０の下面や容積調整リン
グ７、整流リング８、エジェクタピン１２、突上台１３
および処理室３の壁面の表面に接触する。

【００３５】そして、これらの表面に接触したクリーニ
ングガス３３はドライエッチング反応によってこれらの
表面に付着した異物や膜をエッチングすることにより除
去する。この際、クリーニングガス３３が処理室３の内
部空間における全ての表面に均等に接触するため、処理
室３の内部空間における全ての表面はクリーニングガス
３３によって均等にクリーニングされることになる。す
なわち、ドライエッチング反応によるエッチングレート
はクリーニングガス３３の接触量に依存するため、クリ
ーニングガス３３の接触量が全体にわたって均等であれ
ば、クリーニングレートは全体にわたって均等になる。

【００３６】なお、クリーニング工程の処理条件は、例
えば、次の通りである。クリーニングガス３３の供給流
量は９５０ＳＣＣＭ（スタンダード立方センチメートル
毎分）、ヒータ１１の加熱温度は５７０℃、処理室３の
内圧は約２００パスカル、処理時間は８０〜１５０秒。

【００３７】前記実施の形態によれば、次の効果が得ら
れる。

【００３８】1) クリーニングガス３３を上側のガス導
入口１４の他に下側導入口２４からも処理室３に導入す
ることにより、クリーニングガス３３を処理室全体に拡
散させることができるため、処理室３を全体にわたって
均等にクリーニングすることができる。

【００３９】2) 処理室３を全体にわたって均等にクリ
ーニングすることにより、クリーニングレートの速い部
分と遅い部分とが発生するのを防止することができるた
め、クリーニングに要する時間を短縮することができる
とともに、クリーニングレートの相違による部品の劣化
の程度の相違を防止することができる。

【００４０】3) クリーニング時間の短縮により、クリ
ーニングガスの原料ガス（三弗化窒素）の使用量を低減
することができるとともに、減圧ＣＶＤ装置の実質稼働
時間を延長することができる。

【００４１】4) 前記3)により、減圧ＣＶＤ装置の処理
能力（スループット）を高めることができるととも、コ
スト・オブ・オーナシップ（Cost of ownersip。ＣＯ
Ｏ。）を低減することができる。ちなみに、ＣＯＯ〔円
／枚〕＝〔初期投資額（イニシャルコスト）＋直材費用
（ランニングコスト）〕／原価償却迄のウエハ処理枚
数、である。

【００４２】5) 処理室３内に堆積膜が形成されるのを
防止することにより、堆積膜が剥離して処理室３内に飛
散するのを防止することができるため、飛散による歩留
り低下を未然に防止することができる。

【００４３】6) 一方のクリーニングガス導入口は処理
ガスの導入口１４を共用することにより、構造が複雑に
なるのを回避することができるばかりでなく、処理ガス
の流通経路をもクリーニングガスによってクリーニング
することができる。

【００４４】7) 他方のクリーニングガス導入口２４は
一方のクリーニングガス導入口１４にクリーニングガス
を供給する供給通路２２に連絡通路２６によって接続す
ることにより、構造を簡単化することができる。

【００４５】8) 他方のクリーニングガス導入口２４に
複数個の吹出口２５を設けることにより、クリーニング
ガス３３を処理室３の下部空間に全体にわたって均等に
吹き出すことができるため、クリーニングガス３３を処
理室３の全体にわたって均等に拡散させることができ
る。

【００４６】以上本発明者によってなされた発明を実施
の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施
の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４７】例えば、一方のクリーニングガス導入口は
処理ガスのガス導入口を兼用するように構成するに限ら
ず、専用のクリーニングガス導入口を設けてもよい。

【００４８】他方のクリーニングガス導入口は一方のク
リーニングガス導入口にクリーニングガスを供給する供
給通路に接続するに限らず、クリーニングガス供給装置
に直接的に接続してもよい。

【００４９】クリーニングガスの原料ガスとしては、三
弗化窒素ガスを使用するに限らず、他のエッチングガス
を使用することができる。

【００５０】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるＴＥＯ
Ｓ膜を形成する減圧ＣＶＤ装置について説明したが、そ
れに限定されるものではなく、その他の酸化膜や金属膜
等を形成する減圧ＣＶＤ装置や減圧ＣＶＤ装置およびプ
ラズマＣＶＤ装置、さらには、ドライエッチング装置等
の基板処理装置全般に適用することができる。

【００５１】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００５２】クリーニングガスを上側のガス導入口の他
に下側導入口からも処理室に導入することにより、クリ
ーニングガスを処理室全体に拡散させることができるた
め、処理室を全体にわたって均等にクリーニングするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である減圧ＣＶＤ装置の
クリーニング工程を示す正面断面図である。

【図２】その成膜工程を示す一部切断正面図である。

【符号の説明】

１…ウエハ（被処理基板）、２…チャンバ、３…処理
室、４…排気口、５…排気管、６…調圧器、７…容積調
整リング、８…整流リング、９…支持軸、１０…サセプ
タ、１１…ヒータ、１２…エジェクタピン、１３…突上
台、１４…ガス導入口（一方のクリーニングガス導入
口）、１５…バッファ部、１６…ブロッカプレート、１
７…流通孔、１８…フェイスプレート、１９…吹出口、
２０…処理ガス供給管、２１…クリーニングガス供給
管、２２…クリーニングガス供給通路、２３…クリーニ
ングガス供給装置、２４…下側導入口（他方のクリーニ
ングガス導入口）、２５…吹出口、２６…連絡通路、２
７…カバー、３１…処理ガス、３２…三弗化窒素ガス、
３３…クリーニングガス。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を処理する処理室の内部にこの処理
室の外部で発生されたクリーニングガスを導入して、こ
の処理室をクリーニングする基板処理装置において、前
記クリーニングガスが前記処理室に互いに離れた一対の
導入口からそれぞれ導入されることを特徴とする基板処
理装置。
【請求項２】前記導入口が複数個の吹出口を備えてい
ることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】前記処理室に前記基板を保持するサセプ
タが配設されており、前記導入口の一方がこのサセプタ
の一方の片側に配設され、前記導入口の他方がこのサセ
プタの他方の片側に配設されていることを特徴とする請
求項１または２に記載のに記載の基板処理装置。
【請求項４】前記他方の導入口が前記一方の導入口の
クリーニングガス供給通路に接続されていることを特徴
とする請求項１、２または３に記載の基板処理装置。
【請求項５】前記クリーニングガスが、原料ガスがマ
イクロ波または高周波によって励起されたラジカルを含
むことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の
基板処理装置。