JP2002129334A - 気相堆積装置のクリーニング方法及び気相堆積装置 - Google Patents

気相堆積装置のクリーニング方法及び気相堆積装置

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JP2002129334A
JP2002129334A JP2000327367A JP2000327367A JP2002129334A JP 2002129334 A JP2002129334 A JP 2002129334A JP 2000327367 A JP2000327367 A JP 2000327367A JP 2000327367 A JP2000327367 A JP 2000327367A JP 2002129334 A JP2002129334 A JP 2002129334A
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gas
temperature
cleaning
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chamber
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Mamiko Miyanaga
真美子 宮永
Yoshikatsu Shirai
喜勝 白井
Masahiro Morimoto
正宏 守本
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Applied Materials Inc
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4405—Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チャンバー内に付着した反応生成物の除去効
率に優れた気相堆積装置のクリーニング方法及び気相堆
積装置を提供する。 【解決手段】 ＣＶＤ装置１のクリーニング方法は、シ
ャワーヘッド４を介してチャンバ２内に成膜ガスを導入
し、ウェハ５上に成膜を行うＣＶＤ装置１のクリーニン
グ方法である。この方法では、フッ素原子を含有してな
る化合物を含むクリーニングガスとしてのＮＦ3ガスを
マイクロ波発生源６４によりマイクロ波に晒して活性化
し、チャンバ２内に導入する。このとき、ヒータープレ
ート７２によりリッド部７を加熱したり、水供給源５０
からのリッド部７への冷却水の供給を停止したりしてリ
ッド部７の温度を上昇させ、クリーニング時におけるシ
ャワーヘッド４の温度を、ウェハ５上に成膜を行う際の
温度よりも上昇させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、気相堆積装置のク
リーニング方法及び気相堆積装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造等に用いる気相堆積
（ＣＶＤ）装置は、複数の貫通孔を有するシャワーヘッ
ドを介してチャンバ内に複数種の成膜ガスを導入し、該
チャンバ内で目的とする化学反応を生じさせて基体上に
薄膜を成長させる装置である。
【０００３】ＣＶＤ装置は、上記の通り成膜ガスの化学
反応により薄膜を成長させる手法をとるため、成膜ガス
の反応により生成された生成物は、基体上のみならずチ
ャンバ内にも付着してしまう。この反応生成物がチャン
バ内に付着すると、成膜に悪影響を及ぼすおそれがある
ため、所定回数の成膜を行う度にチャンバ内のクリーニ
ングが行われる。
【０００４】クリーニングは、従来よりチャンバ内にク
リーニングガス（例えばＮＦ3）を導入すると共に高周
波電圧を印加してＲＦプラズマを生成し、励起された活
性原子により反応生成物の堆積物をエッチングする方法
が一般的であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＲＦプ
ラズマを使用したクリーニング手法では、チャンバー内
におけるパーティクルの発生の問題があった。
【０００６】そこで、かかる問題を改善するよりマイル
ドなクリーニング方法として、チャンバ内でプラズマを
発生させることなくマイクロ波によりクリーニングガス
を活性化し、生成される活性原子をチャンバ内に付着し
た反応生成物と反応させる方法を考えた。しかし、マイ
クロ波を単に用いるクリーニング方法では、クリーニン
グ後においてもシャワーヘッドに反応生成物の一部が除
去されず残ってしまう場合があり、除去効率が悪く成膜
に悪影響を及ぼすおそれがあった。
【０００７】そこで本発明は、チャンバー内に付着した
反応生成物の除去効率に優れた気相堆積装置のクリーニ
ング方法及び気相堆積装置を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】発明者らは、上記目的を
達成するため鋭意研究した結果、以下に示す知見を得
た。すなわち、チャンバー内のシャワーヘッドは、成膜
ガスがシャワーヘッド内で反応することを抑制するため
冷却されて低温（例えば３０℃）に維持される。そし
て、この冷却作業はクリーニング時においても継続され
ており、この冷却による低温環境がシャワーヘッドにお
ける反応生成物の除去効率を悪くする要因であると推測
された。そこで、シャワーヘッドの温度を成膜時の温度
よりも上昇させて同様のクリーニングを行うことで、シ
ャワーヘッドにおける反応生成物の除去効率が向上され
ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】すなわち、本発明に係る気相堆積装置のク
リーニング方法は、シャワーヘッドを介してチャンバ内
に成膜ガスを導入し、基体上に成膜を行う気相堆積装置
のクリーニング方法であって、（１）フッ素原子を含有
してなる化合物を含むクリーニングガスをマイクロ波に
晒して活性化し、クリーニングガスの活性種をチャンバ
内に導入するガス導入工程と、（２）シャワーヘッドの
温度を、基体上に成膜を行う際の温度よりも上昇させる
温度上昇工程と、を含んでいる。
【００１０】この方法によれば、シャワーヘッドの温度
を基体上に成膜を行う際の温度よりも上昇させること
で、クリーニングガスの活性種とシャワーヘッドに付着
した反応生成物との反応が促進され、反応生成物の除去
効率が向上する。しかも、チャンバ内でプラズマを発生
させることなくマイクロ波によりクリーニングガスを活
性化するため、チャンバ内におけるパーティクルの発生
が抑制される。
【００１１】本発明に係る気相堆積装置のクリーニング
方法において、シャワーヘッドはチャンバに供給される
冷媒により冷却されており、温度上昇工程では、チャン
バへの冷媒の供給を制限することを特徴としてもよい。
シャワーヘッドは、チャンバに供給される冷媒により冷
却されることがある。したがって、クリーニング時にお
いてはかかる冷媒の供給を制限することで、シャワーヘ
ッドの温度が上昇される。
【００１２】また本発明に係る気相堆積装置のクリーニ
ング方法において、温度上昇工程では、ヒーターにより
シャワーヘッドに熱を加えることを特徴としてもよい。
このようにすれば、シャワーヘッドの温度を速やかに上
昇させることができる。特に、チャンバへの冷媒の供給
を制限し、かつヒーターによりシャワーヘッドに熱を加
えると、シャワーヘッドの温度上昇が効率的に行われ
る。
【００１３】また本発明に係る気相堆積装置のクリーニ
ング方法において、温度上昇工程では、シャワーヘッド
の温度を５０℃以上、好ましくは５０℃〜１５０℃、よ
り好ましくは７０℃〜１００℃、更に好ましくは７５℃
〜８５℃に上昇させると好適である。シャワーヘッドの
温度は通常２０℃〜４５℃程度に維持されるため、クリ
ーニング時にはシャワーヘッドの温度を上記５０℃以上
に上昇させることで、シャワーヘッドに付着した反応生
成物の除去効率が向上する。なお、シャワーヘッドの温
度を５０℃より低くすると反応生成物の除去効率向上の
効果があまり得られなくなる傾向にある。
【００１４】特に、成膜ガスがタングステン原子を含有
する化合物から成るガスを含むときは、シャワーヘッド
の温度は７０℃以上、好ましくは７０℃〜１００℃、よ
り好ましくは７５℃〜８５℃に上昇させると好適であ
る。成膜ガスがタングステン原子を含有する化合物から
成るガスを含むと、基体上には導電性を有するタングス
テン層が形成される。近年、半導体集積回路の微細化等
に伴い、配線抵抗の低減、配線の信頼性向上及び配線レ
ベルでの平坦性の更なる改善という観点から、半導体ウ
ェハ等の基体上に形成される金属配線の一部として、い
わゆるタングステンプラグ（Ｗ−ｐｌｕｇ）が用いられ
るようになってきた。これは、層間結線を形成するため
に絶縁層に設けられた孔（スルーホール、Ｖｉａホール
等）をタングステン（Ｗ）により埋めるものである。こ
のように、タングステン層を形成した後にチャンバ内を
クリーニングするときは、シャワーヘッドの温度を上記
７０℃以上に上昇させると、シャワーヘッドに付着した
反応生成物の除去効率が効果的に向上されることを発明
者は見出した。
【００１５】本発明に係る気相堆積装置は、上記した本
発明に係る気相堆積装置のクリーニング方法を有効に実
施するための装置であり、（１）シャワーヘッドとシャ
ワーヘッドを冷却するための冷媒が通過する循環路とを
含むチャンバと、（２）循環路の一端に接続されて循環
路に送られる冷媒が通る送り流路と、（３）循環路の他
端に接続されて循環路から排出される冷媒が通る戻り流
路と、（４）送り流路と戻り流路とを連通するバイパス
流路と、（５）バイパス流路に流れる冷媒の流れを制御
する制御弁と、を備える。この気相堆積装置は、シャワ
ーヘッドの温度を変更するためのヒーターを更に備える
と好ましい。
【００１６】また本発明に係る気相堆積装置は、（１）
成膜ガスを導入するためのシャワーヘッドを有するチャ
ンバと、（２）シャワーヘッドの温度を変更するための
ヒーターと、を備える。
【００１７】また本発明に係る気相堆積装置は、クリー
ニングガスをマイクロ波に晒して活性化し、該クリーニ
ングガスの活性種をチャンバ内に導入するクリーニング
ガス導入手段を備えると好ましい。
【００１８】また本発明に係る気相堆積装置は、チャン
バ内にタングステン原子を含有する化合物から成るガス
を供給するガス供給源を備えると好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一の
要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】図１は、本発明に係る気相堆積装置の好適
な一実施形態を概略的に示す構成図（一部断面）であ
る。気相堆積装置（ＣＶＤ装置）１は、Ｓｉから成るウ
ェハ（基体）５が収容されるチャンバ２と、チャンバ２
内に成膜ガスを供給する成膜ガス供給源３０と、を備え
る。
【００２１】チャンバ２は、ウェハ５が載置されるサセ
プタ３を収容するアルミ製の容器部６と、この容器部６
を密閉するアルミ製のリッド部７と、中空の円盤状を成
すシャワーヘッド４とを有している。このシャワーヘッ
ド４は、サセプタ３の上方において上面及び側面がリッ
ド部７に接することにより支持されている。サセプタ３
は、Ｏリング、メタルシール等により、チャンバ２に気
密に設けられると共に、図示しない可動機構により上下
駆動可能に設けられている。これにより、ウェハ５とシ
ャワーヘッド４との間隔が調整されるようになってい
る。さらに、サセプタ３にはヒーター３ａが内設されて
おり、このヒーター３ａによりウェハ５が所望の温度に
加熱される。
【００２２】シャワーヘッド４は、略円筒状を成す胴部
４１を備え、その上端部には中央に後述する各ガスが供
給されるガス供給口９が形成されたベースプレート４３
が設けられている。一方、胴部４１の下端部には、板面
に複数の貫通孔４５ａが形成されたフェイスプレート４
５が設けられている。また、シャワーヘッド４の内部に
は、フェイスプレート４５と略平行になるように、板面
に複数の貫通孔４５ａが形成されたブロッカープレート
４７が設置されている。そして、胴部４１、ベースプレ
ート４３及びブロッカープレート４７によって空間部Ｓ
ａが画成されており、胴部４１、フェイスプレート４５
及びブロッカープレート４７によって空間部Ｓｂが画成
されている。なお、ベースプレート４３は、ブロッカー
プレート４７に対向する面が略平滑面、すなわち、凹凸
部を実質的に有しない面形状とされている。
【００２３】さらに、チャンバ２の容器部６の下部には
開口部４０が設けられている。この開口部４０には、チ
ャンバ２の内部を減圧する真空ポンプ（図示せず）が図
示しない管を介して接続されている。
【００２４】一方、成膜ガス供給源３０は、ＷＦ6ガス
供給源３１、ＳｉＨ4ガス供給源３２、Ａｒガス供給源
３３及びＨ2ガス供給源３４を備えている。これらの各
ガス供給源３１〜３４は、各ガスの質量流量を制御する
ＭＦＣ（質量流量コントローラ）３１ａ〜３４ａが設け
られた管１０を介して、シャワーヘッド４のベースプレ
ート４３に設けられたガス供給口９に接続されている。
これにより、各ガス（ＷＦ6ガス、ＳｉＨ4ガス、Ａｒガ
ス、Ｈ2ガス）が成膜ガス供給源３０からシャワーヘッ
ド４に導入され、空間部Ｓａ又は空間部Ｓｂ内において
十分に混合・分散された後、ブロッカープレート４７及
びフェイスプレート４５を介してチャンバ２内に供給さ
れる。
【００２５】かかるＣＶＤ装置１では、シャワーヘッド
４内において各ガス（ＷＦ6ガス、ＳｉＨ4ガス、Ａｒガ
ス、Ｈ2ガス）が混合・分散されるため、シャワーヘッ
ド４内でＷＦ6ガスとＳｉＨ4ガスとが反応し易くなる傾
向にある。シャワーヘッド４内で両ガスが反応してしま
うと、チャンバ２内に供給したＷＦ6ガスとＳｉＨ4ガス
との濃度比と、サセプタ３上に載置されたウェハ５上に
実際に達したＷＦ6ガスとＳｉＨ4ガスとの濃度比とが異
なって、ウェハ５上への成膜が好適に行われなくなるお
それがある。
【００２６】そこでＣＶＤ装置１は、リッド部７を介し
てシャワーヘッド４を冷却することで、シャワーヘッド
４内でのＷＦ6ガスとＳｉＨ4ガスとの反応を抑制する冷
却系を備えている。この冷却系は、冷媒としての冷却水
を供給する水供給源５０と、水供給源５０から供給され
た冷却水をリッド部７に送るための送り流路５１と、リ
ッド部７において熱交換された冷却水を再び水供給源５
０に戻すための戻り流路５２とを有している。
【００２７】リッド部７の内部には水供給源５０から供
給された冷却水が循環する循環路７ａが設けられてお
り、送り流路５１と戻り流路５２とは、循環路７ａの入
口と出口とにそれぞれ接続されている。よって、水供給
源５０から供給された冷却水はリッド部７内部の循環路
７ａを循環し、熱交換によりリッド部７が冷却される。
そして、リッド部７が冷却されることでリッド部７と接
触するベースプレート４３、胴部４１、ブロッカープレ
ート４７及びフェイスプレート４５が冷却され、これに
よりシャワーヘッド４が冷却される。
【００２８】これら送り流路５１と戻り流路５２とは、
チャンバ２の外部においてバイパス流路７０を介して連
通されている。そして、送り流路５１とバイパス流路と
が交差する部位には、三方弁（制御弁）７１が設けられ
ている。
【００２９】これにより、三方弁７１により送り流路５
１を閉鎖してリッド部７への冷却水の供給を止め、バイ
パス流路７０を開放することで、水供給源５０、送り流
路５１、循環路７ａ、戻り流路５２、及び水供給源５０
といった経路で循環する冷却水の流れを変更し、水供給
源５０、送り流路５１、バイパス流路７０、戻り流路５
２、及び水供給源５０といった経路で冷却水を循環させ
ることが可能となる。これにより、リッド部７の温度を
上昇させることが可能となる。
【００３０】また、三方弁７１によりバイパス流路７０
を閉鎖してバイパス流路７０を流れる冷却水の流れを止
め、送り流路５１を開放することで、水供給源５０、送
り流路５１、バイパス流路７０、戻り流路５２、及び水
供給源５０といった経路で循環する冷却水の流れを変更
し、水供給源５０、送り流路５１、循環路７ａ、戻り流
路５２、及び水供給源５０といった経路で冷却水を循環
させることが可能となる。これにより、リッド部７の温
度を低下させることが可能となる。
【００３１】なお、リッド部７の温度を上昇させる場合
に、三方弁７１により送り流路５１を完全に閉鎖してリ
ッド部７への冷却水の供給を完全に停止する必要はな
く、送り流路５１を一部閉鎖してリッド部７への冷却水
の供給を一部制限することによっても、リッド部７の温
度を上昇させることができる。
【００３２】またＣＶＤ装置１は、所定回数の成膜後に
チャンバ２内をクリーニングするためのクリーニングガ
ス導入手段６０を備えている。クリーニングガス導入手
段６０は、フッ素原子を含有してなる化合物を含むクリ
ーニングガス、例えばＮＦ3を供給するＮＦ3ガス供給源
６１を有している。このＮＦ3ガス供給源６１は、管６
３を介して管１０に接続されている。
【００３３】管６３上には、ＮＦ3ガス供給源６１から
供給されるＮＦ3ガスの質量流量を制御するためのＭＦ
Ｃ（質量流量コントローラ）６１ａが設けられている。
また管６３上には、ＮＦ3ガスを活性化させるためのマ
イクロ波発生源６４が設けられている。これにより、Ｎ
Ｆ3ガス供給源６１から供給されたＮＦ3ガスは、マイク
ロ波発生源６４において発生したマイクロ波に晒されて
活性化され、管６３、管１０を通ってガス供給口９から
シャワーヘッド４内に導入される。
【００３４】またＣＶＤ装置１は、リッド部７の温度を
上昇させるためのヒータープレート（ヒーター）７２を
備えている。図２は、本実施形態に係るＣＶＤ装置１を
上面から見た構成を概略的に示す平面図である。図示の
通り、ヒータープレート７２はシリコーンのゴムの中に
電熱線７２ａを張り巡らせたものであり、電源７２ｂか
ら供給される電圧・電流を調整することで、発熱量を調
整可能になっている。このヒータープレート７２は、シ
ャワーヘッド４の上方であってリッド部７の上面に、管
１０を挟んで一対配置されている。
【００３５】またＣＶＤ装置１は、リッド部７の上面に
設置された、リッド部７の温度を検出するための温度検
出手段として熱電対７３を備えている。リッド部７の温
度とシャワーヘッド４の温度との間、特にリッド部７の
温度とフェースプレート４５との間の温度差は予め分か
っているため、熱電対７３を介してリッド部７の温度を
検出することで、シャワーヘッド４、特にフェースプレ
ート４５の温度が分かるようになっている。
【００３６】また、ＣＶＤ装置１は、図１に示すよう
に、三方弁７１の開閉動作やヒータープレート７２のＯ
Ｎ／ＯＦＦ、マイクロ波発生源６４のＯＮ／ＯＦＦを制
御する制御装置８０を備えている。この制御装置８０
は、三方弁７１、ヒータープレート７２、マイクロ波発
生源６４及びＭＦＣ６２と電気的に接続されている。よ
って、ＭＦＣ６２からのＯＮ信号が制御装置８０に入力
されると、制御装置８０はマイクロ波発生源６４へＯＮ
信号を送り、また送り流路５１を閉鎖してバイパス流路
７０を開放するための信号を三方弁７１に送り、さらに
ヒータープレート７２へＯＮ信号を送る。
【００３７】また、制御装置８０は熱電対７３と電気的
に接続されており、熱電対７３から検出される温度情報
は制御装置８０へフィードバックされ、この温度情報に
基づいて制御装置８０は電熱線７２ａに供給される電圧
・電流を調整する信号をヒータープレート７２に送り、
ヒータープレート７２の発熱量が調整される。
【００３８】次に、このように構成されたＣＶＤ装置１
を用いた本発明に係る気相堆積装置のクリーニング方法
の一例について説明する。ここでは、ウェハ５上にタン
グステン層を形成する成膜工程を含めて説明する。
【００３９】成膜工程では、まずチャンバ２内を真空ポ
ンプにより減圧する。この減圧下において、ウェハ５
（ここでは、ホール、トレンチ等の凹部が形成された、
或いは、形成されていないＳｉウェハ上に、チタン（Ｔ
ｉ）及び窒化チタン（ＴｉＮ）がこの順で堆積されたも
の）を、ロードロックチャンバ、他のチャンバ、他のウ
ェハ準備室等の所定場所からチャンバ２内へと搬送し、
サセプタ３上に載置して収容する。次に、ＡｒガスとＨ
2ガスを、それぞれの供給源３３，３４から管１０を通
してチャンバ２内へ供給すると共に、チャンバ２内が所
定の圧力となるように圧力調整を行う。
【００４０】チャンバ２内の圧力が所定値で安定した
後、成膜ガスとしてＷＦ6ガス及びＳｉＨ4ガスを、それ
ぞれの供給源３１，３２から管１０を通してシャワーヘ
ッド４へ供給する。このとき、水供給源５０、送り流路
５１、循環路７ａ、戻り流路５２、及び水供給源５０と
いった経路で冷却水を循環させ、リッド部７を冷却する
ことでシャワーヘッド４の冷却を行う。
【００４１】シャワーヘッド４の冷却は、フェースプレ
ート４５の温度を２０℃〜４５℃の範囲に維持すように
行うと好ましい。このようにすれば、ＷＦ6ガスとＳｉ
Ｈ4ガスとのシャワーヘッド４内での反応が十分に抑制
される。よって、ウェハ５上に達した両ガスの濃度比
が、成膜ガス供給源３０から供給された両ガスの濃度比
に比して不都合な程度に変化してしまうことを防止でき
る。換言すれば、両ガスの濃度比のバランスを好適に維
持することができる。したがって、核形成において生じ
るタングステンシリサイド（ＷxＳｉy）の組成比を、Ｗ
層の形成に適した所望の組成比とすることが確実にでき
る。その結果、ＷxＳｉy層における結晶構造を所望の好
適な構造ならしめることができ、ＷxＳｉy層及びＷ層の
残留ストレスを十分に低減可能である。これにより、Ｗ
xＳｉy層及びＷ層から構成される配線層の膜特性の劣化
叉は低下を十分に抑止でき、その配線層のストレス及び
抵抗率の増大を抑制できる。
【００４２】また、ＷＦ6ガスとＳｉＨ4ガスとのシャワ
ーヘッド４内の空間部Ｓａ，Ｓｂにおける反応を十分に
抑制できるので、両者の反応生成物に起因するパーティ
クルの発生をも十分に防止できる。
【００４３】ガス供給口９から空間部Ｓａへ導入された
両ガスは、ブロッカープレート４７により分散されて十
分に混合され、複数の貫通孔４７ａを通して空間部Ｓｂ
へ流出する。空間部Ｓｂへ導入されたＷＦ6ガス及びＳ
ｉＨ4ガスの混合ガスは、フェイスプレート４５の貫通
孔４５ａを通してシャワーヘッド４の下方に流出し、ウ
ェハ５上に供給される。
【００４４】一方、ＷＦ6ガス及びＳｉＨ4ガスをチャン
バ２内へ供給すると共に、サセプタ３のヒーター３ａに
電力を供給し、サセプタ３を介してウェハ５が所定温度
となるように加熱する。これにより、ウェハ５上に達し
たＷＦ6ガスとＳｉＨ4ガスとを反応させて、ウェハ５上
に核としてのタングステンシリサイド（ＷxＳｉy）を堆
積せしめる。このＷxＳｉy膜の形成を、所定時間、例え
ば数秒〜十秒程度の間実施した後、ＳｉＨ4ガスの供給
を停止すると共に、ＷＦ6ガスの流量を調整する。これ
により、ウェハ５上のＷxＳｉy膜上にタングステン
（Ｗ）を堆積せしめる。
【００４５】所定の時間、Ｗ層の形成を継続した後、Ｗ
Ｆ6ガス及びＳｉＨ4ガスの供給を停止して成膜を終了す
る。次いで、必要に応じて、チャンバ２内に残留するＷ
Ｆ6ガス及びＳｉＨ4ガスをＡｒガスによりパージした
後、ＷxＳｉy層及びＷ層が形成されたウェハ５をチャン
バ２の外部へ搬出する。
【００４６】この成膜工程を所定回数、例えばウェハ５
について２５枚分の成膜を行った後、チャンバ２内のク
リーニングを行う。クリーニングでは、まずクリーニン
グガスとしてのＮＦ3ガスをチャンバ２内に供給すべ
く、ＮＦ3ガス供給源６１のスイッチをＯＮにする。す
ると、ＭＦＣ６２が作動して所定量のＮＦ3ガスが管６
３を通してチャンバ２内に向けて送られると共に、ＭＦ
Ｃ６２のＯＮ信号が制御装置８０に入力される。
【００４７】ＭＦＣ６２のＯＮ信号が制御装置８０に入
力されると、制御装置８０はマイクロ波発生源６４にＯ
Ｎ信号を送る。これにより、マイクロ波が発生して管６
３を通るＮＦ3ガスがマイクロ波に晒され、活性化され
る。そして、活性化されたＮＦ3ガスは管６３、管１０
を通ってガス供給口９からシャワーヘッド４内へ導入さ
れる（ガス導入工程）。
【００４８】また、ＭＦＣ６２のＯＮ信号が制御装置８
０に入力されると、制御装置８０は三方弁７１にリッド
部７への冷却水の供給を制限するための信号を送る。こ
れにより、送り流路５１が閉鎖されリッド部７への冷却
水の供給が止められ、またバイパス流路７０が開放され
る。そして、水供給源５０、送り流路５１、循環路７
ａ、戻り流路５２、及び水供給源５０といった経路で循
環していた冷却水の流れが変更され、水供給源５０、送
り流路５１、バイパス流路７０、戻り流路５２、及び水
供給源５０といった経路で冷却水が循環される。このよ
うに、リッド部７への冷却水の供給が停止されることで
リッド部７の温度が上昇され、これを介してシャワーヘ
ッド４、特にフェースプレート４５の温度が上昇される
（温度上昇行程）。
【００４９】また、ＭＦＣ６２のＯＮ信号が制御装置８
０に入力されると、制御装置８０はヒータープレート７
２にＯＮ信号を送る。これにより、ヒータープレート７
２が発熱を開始してリッド部７の温度が上昇され、これ
を介してシャワーヘッド４、特にフェースプレート４５
の温度が上昇される（温度上昇行程）。
【００５０】ここで、図３及び図４において、ヒーター
プレート７２による加熱を行うことなく、三方弁７１及
びバイパス流路７０によるリッド部７への冷却水の供給
停止のみによりリッド部７の温度を上昇させた場合と、
三方弁７１及びバイパス流路７０によるリッド部７への
冷却水の供給を停止すると共に、ヒータープレート７２
により加熱してリッド部７の温度を上昇させた場合と
で、リッド部７を介するフェースプレート４５の温度の
上昇効率がどのように変化するかを示す実験例を示す。
【００５１】図３に示すように、三方弁７１及びバイパ
ス流路７０によるリッド部７への冷却水の供給停止のみ
によりリッド部７の温度を上昇させた場合、フェースプ
レート４５の温度をクリーニング時に好適な８０℃に上
昇させるのに１時間以上かかった。これに対し、図４に
示すように、三方弁７１及びバイパス流路７０によるリ
ッド部７への冷却水の供給を停止すると共に、ヒーター
プレート７２により加熱してリッド部７の温度を上昇さ
せた場合、フェースプレート４５の温度をクリーニング
時に好適な８０℃に上昇させるのに必要な時間は１５分
程度であった。このように、三方弁７１及びバイパス流
路７０によるリッド部７への冷却水の供給停止と、ヒー
タープレート７２による加熱とを併用してリッド部７の
温度を上昇させれば、極めて短時間でシャワーヘッド４
をクリーニングに最適な状態に持っていくことが可能と
なり、クリーニング作業の効率化が図られる。
【００５２】リッド部７の温度情報は熱電対７３を介し
て制御装置８０にフィードバックされる。制御装置８０
は、当該温度情報に基づいて電圧・電流を制御する信号
をヒータープレート７２に送る。このフィードバック制
御により、リッド部７の温度、すなわちフェースプレー
ト４５の温度が所望の範囲に維持される。
【００５３】ここで、クリーニング時におけるシャワー
ヘッド４の温度、特にフェースプレート４５の温度は５
０℃以上、好ましくは５０℃〜１５０℃、より好ましく
は７０℃〜１００℃、更に好ましくは７５℃〜８５℃に
上昇させると好適である。シャワーヘッド４５の温度は
成膜時に好適な２０℃〜４５℃程度に維持されているた
め、クリーニング時にはシャワーヘッド４５の温度を５
０℃以上に上昇させることで、シャワーヘッド４に付着
した反応生成物の堆積物の除去効率が向上する。なお、
シャワーヘッド４５の温度を５０℃より低くすると堆積
物の除去効率向上の効果があまり得られなくなる傾向に
ある。また、シャワーヘッド４の温度を１５０℃より高
くするとチャンバ２に不具合が生じるおそれが高くなる
傾向にある。
【００５４】特に、ＷＦ6ガスのように成膜ガスがタン
グステン原子を含有する化合物から成るガスを含む本実
施形態のケースでは、シャワーヘッド４の温度を７０℃
以上、好ましくは７０℃〜１００℃、より好ましくは７
５℃〜８５℃に上昇させると好適である。このように、
タングステン層を形成した後にチャンバ内をクリーニン
グするときは、シャワーヘッド４の温度を７０℃以上に
上昇させると、シャワーヘッド４に付着した反応生成物
の除去効率が向上されることを発明者は見出した。すな
わち、シャワーヘッド４の温度を上昇させずにマイクロ
波を用いてクリーニングを行った場合、シャワーヘッド
に付着した青色の反応生成物が十分に除去されなかった
のに比べて、本実施形態に係るクリーニング方法では、
一見したのでは分からないくらいに反応生成物が十分に
除去され、除去効率が向上されることが確認された。
【００５５】クリーニングが終了すると、ＮＦ3ガス供
給源６１のスイッチをＯＦＦにしてＮＦ3ガスの供給を
停止する。すると、ＭＦＣ６２が作動してＭＦＣ６２の
ＯＦＦ信号が制御装置８０に入力される。
【００５６】ＭＦＣ６２のＯＦＦ信号が制御装置８０に
入力されると、制御装置８０はマイクロ波発生源６４に
ＯＦＦ信号を送る。これにより、マイクロ波発生源６４
は運転を停止する。また、ＭＦＣ６２のＯＦＦ信号が制
御装置８０に入力されると、制御装置８０はヒータープ
レート７２にＯＦＦ信号を送る。これにより、ヒーター
プレート７２は発熱を停止する。
【００５７】また、ＭＦＣ６２のＯＦＦ信号が制御装置
８０に入力されると、制御装置８０は三方弁７１にリッ
ド部７への冷却水の供給を再開するための信号を送る。
これにより、バイパス流路７０が閉鎖されバイパス流路
７０への冷却水の供給が止められ、また送り流路５１が
開放される。そして、水供給源５０、送り流路５１、バ
イパス流路７０、戻り流路５２、及び水供給源５０とい
った経路で循環していた冷却水の流れが変更され、水供
給源５０、送り流路５１、循環路７ａ、戻り流路５２、
及び水供給源５０といった経路で冷却水が循環される。
このように、リッド部７への冷却水の供給が再開される
ことでリッド部７の温度が低下される。
【００５８】次いで、必要に応じて、チャンバ２内に残
留するＮＦ3ガスを取り除き、再び成膜工程に戻る。以
上のクリーニング工程に必要な典型的な所要時間は、ク
リーニングガスを流し始めてから２０分程度である。
【００５９】以上、本実施形態に係る気相堆積装置のク
リーニング方法及び気相堆積装置によれば、シャワーヘ
ッド４の温度をウェハ５上に成膜を行う際の温度よりも
上昇させているため、クリーニングガスとしてのＮＦ3
ガスの活性種とチャンバ２内に付着した反応生成物との
反応が促進され、シャワーヘッド４に付着した反応生成
物の除去効率の向上を図ることが可能となる。また、シ
ャワーヘッド４に付着する反応生成物の除去効率の向上
が図られるため、フェイスプレート４５等の部材のクリ
ーニングの頻度、あるいは交換頻度を低減することが可
能となり、ＣＶＤ装置１をより長期間、安定的に継続し
て運転することが可能となる。
【００６０】また本実施形態では、ヒータープレート７
２による加熱とリッド部７への冷却水の供給停止とを併
用してリッド部７、すなわちシャワーヘッド４の温度を
上昇させているため、極めて短時間でシャワーヘッド４
をクリーニングに最適な状態に持っていくことが可能と
なり、クリーニング作業の効率化を図ることが可能とな
る。
【００６１】また本実施形態では、クリーニングガスと
してのＮＦ3ガスをマイクロ波に晒して活性化している
ため、チャンバ２内でプラズマを発生し活性化させてク
リーニングを行う場合と比べてパーティクル等の発生を
抑制することが可能となり、より好適な状態で成膜を行
うことが可能となる。
【００６２】なお、本発明は上記した実施形態に限定さ
れることなく、種々の変形が可能である。
【００６３】例えば、本実施形態に係るクリーニング方
法及び気相堆積装置は、タングステンチャンバ以外のチ
ャンバに用いてもよい。また、リッド部７への冷却水の
供給を制限する手法として、バイパス流路及び三方弁を
用いることなく、送り流路５１を閉鎖したり、また送り
流路５１から分岐路を設けて冷却水を放流したりするな
ど、リッド部７への冷却水の供給を制限する手法であれ
ばいずれを用いてもよい。また、制御装置８０によりＣ
ＶＤ装置１を自動的に制御するのではなく、操作者によ
る操作に基づいてＣＶＤ装置１を制御してもよい。
【００６４】
【発明の効果】本発明によれば、チャンバー内に付着し
た反応生成物の除去効率に優れた気相堆積装置のクリー
ニング方法及び気相堆積装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る気相堆積装置の好適な一実施形態
を概略的に示す構成図（一部断面）である。
【図２】本発明に係る気相堆積装置の好適な一実施形態
を上面から見た構成を概略的に示す平面図である。
【図３】三方弁及びバイパス流路によるリッド部への冷
却水の供給停止のみによりリッド部の温度を上昇させた
場合における、リッド部を介するフェースプレートの温
度上昇の様子を示すグラフである。
【図４】三方弁及びバイパス流路によるリッド部への冷
却水の供給停止と、ヒータープレートによる加熱とを併
用してリッド部の温度を上昇させた場合における、リッ
ド部を介するフェースプレートの温度上昇の様子を示す
グラフである。
【符号の説明】
１…ＣＶＤ装置（気相堆積装置）、２…チャンバ、４…
シャワーヘッド、５…ウェハ（基体）、７…リッド部、
３０…成膜ガス供給源、３１…ＷＦ6ガス供給源、４１
…胴部、４３…ベースプレート、４５…フェイスプレー
ト、４７…ブロッカープレート、５１…送り流路、５２
…戻り流路、６０…クリーニングガス導入手段、６４…
マイクロ波発生源、７０…バイパス流路、７１…三方弁
（制御弁）、７２…ヒータープレート（ヒーター）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮永 真美子 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 (72)発明者 白井 喜勝 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 (72)発明者 守本 正宏 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 AA04 AA06 BA20 BA29 BA48 DA06 KA22 KA26 5F045 AA06 AB30 AB40 AC01 AC02 AC16 AF03 AF10 BB15 DP03 EB06 EC07 EE13 EF05 EJ01 EJ09 EK07 EM10 GB05 GB15

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シャワーヘッドを介してチャンバ内に成
    膜ガスを導入し、基体上に成膜を行う気相堆積装置のク
    リーニング方法であって、 フッ素原子を含有してなる化合物を含むクリーニングガ
    スをマイクロ波に晒して活性化し、該クリーニングガス
    の活性種を前記チャンバ内に導入するガス導入工程と、 前記シャワーヘッドの温度を、前記基体上に成膜を行う
    際の温度よりも上昇させる温度上昇工程と、を含む気相
    堆積装置のクリーニング方法。
  2. 【請求項２】 前記シャワーヘッドは前記チャンバに供
    給される冷媒により冷却されており、前記温度上昇工程
    では、該チャンバへの該冷媒の供給を制限する請求項１
    に記載の気相堆積装置のクリーニング方法。
  3. 【請求項３】 前記温度上昇工程では、ヒーターにより
    前記シャワーヘッドに熱を加える請求項１又は請求項２
    に記載の気相堆積装置のクリーニング方法。
  4. 【請求項４】 前記温度上昇工程では、前記シャワーヘ
    ッドの温度を５０℃以上に上昇させる請求項１〜３のい
    ずれかに記載の気相堆積装置のクリーニング方法。
  5. 【請求項５】 前記成膜ガスはタングステン原子を含有
    する化合物から成るガスを含み、前記温度上昇工程で
    は、前記シャワーヘッドの温度を７０℃以上に上昇させ
    る請求項１〜４のいずれかに記載の気相堆積装置のクリ
    ーニング方法。
  6. 【請求項６】 シャワーヘッドと該シャワーヘッドを冷
    却するための冷媒が通過する循環路とを含むチャンバ
    と、 前記循環路の一端に接続されて該循環路に送られる前記
    冷媒が通る送り流路と、 前記循環路の他端に接続されて該循環路から排出される
    前記冷媒が通る戻り流路と、 前記送り流路と前記戻り流路とを連通するバイパス流路
    と、 前記バイパス流路に流れる前記冷媒の流れを制御する制
    御弁と、を備える気相堆積装置。
  7. 【請求項７】 前記シャワーヘッドの温度を変更するた
    めのヒーターを備える請求項６に記載の気相堆積装置。
  8. 【請求項８】 成膜ガスを導入するためのシャワーヘッ
    ドを有するチャンバと、 前記シャワーヘッドの温度を変更するためのヒーター
    と、を備える気相堆積装置。
  9. 【請求項９】 クリーニングガスをマイクロ波に晒して
    活性化し、該クリーニングガスの活性種を前記チャンバ
    内に導入するクリーニングガス導入手段を備える請求項
    ６〜８のいずれかに記載の気相堆積装置。
  10. 【請求項１０】 前記チャンバ内にタングステン原子を
    含有する化合物から成るガスを供給するガス供給源を備
    える請求項６〜９のいずれかに記載の気相堆積装置。
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