JP2002222805A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スループットを低下させずに配管の腐食を防
止する。 【解決手段】 原料ガスを処理室１１へ供給するガス供
給配管２３には液体原料を気化させる気化器３０が接続
され、ガス供給配管２３には供給配管用ヒータ２４が敷
設され、供給配管用ヒータ２４と排気配管１３に敷設さ
れた排気配管用ヒータ１４の外側には冷却装置２５が設
備されている。気化器３０には一端がクリーニングガス
供給源５２に接続されたクリーニングガス供給配管５３
の他端が接続されている。 【効果】 クリーニングステップでガス供給配管、排気
配管を強制冷却し、ガス供給配管、排気配管の内面がク
リーニングガスで腐食されるのを防止可能とする迄の時
間を短縮し、ＭＯＣＶＤ装置のスループットが低下する
のを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理装置に関
し、特に、インシチュー（In−situ）チャンバクリーニ
ング技術に係り、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic
Chemical Vapor Deposition ）装置に利用して有効な技
術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memo
rry ）のキャパシタ（Capacitor ）の電極部を形成する
のに、ＲｕＯ₂ （二酸化ルテニウム）の使用が検討され
ている。そして、生産性や膜質等の観点からＤＲＡＭの
製造方法においては、ＲｕＯ₂ はＭＯＣＶＤ装置によっ
て成膜することが要望されている。

【０００３】ＲｕＯ₂ の成膜に使用されるＭＯＣＶＤ装
置は、半導体集積回路の一例であるＤＲＡＭが作り込ま
れる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）を処理する
処理室と、この処理室に一端が接続されたガス供給配管
と、このガス供給配管の他端に接続されて液体原料を気
化させる気化器と、この気化器に液体原料を供給する液
体原料供給配管とを備えており、液体原料供給配管を介
して気化器に液体原料を供給し、この液体原料を気化器
において気化させ、気化させたガスを処理室にキャリア
ガスによって供給することにより処理室内のウエハにＲ
ｕＯ₂ 膜を形成するように構成されている。

【０００４】一般に、ＭＯＣＶＤ装置を含む減圧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成膜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、製品とし
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
ため、従来の減圧ＣＶＤ装置においては処理室内に堆積
膜が形成されるのをインシチューチャンバクリーニング
法を実施することによって防止している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たＭＯＣＶＤ装置においては、ＲｕＯ₂ の成膜に際して
ガス供給配管の温度が１７０℃に配管ヒータによって昇
温されるため、インシチューチャンバクリーニングに際
して、昇温したガス供給配管がクリーニングガスによっ
て腐食されてしまうという問題点が発生する。

【０００６】そこで、ＭＯＣＶＤ装置によるＲｕＯ₂ の
成膜方法においては、配管ヒータへの給電を停止しガス
供給配管の余熱が充分に冷めるのを待ってからクリーニ
ングガスを流す方法を実施することにより、ガス供給配
管のクリーニングガスによる腐食現象を防止すること
が、考えられる。しかし、ガス供給配管が充分に冷める
のを待っていたのでは、ダウンタイムが長期間になるた
め、ＭＯＣＶＤ装置のスループットが低下してしまうと
いう問題点が発生する。

【０００７】本発明の目的は、スループットを低下させ
ずに配管の腐食を防止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】

【課題を解決するための手段】本発明に係る基板処理装
置は、基板を処理する処理室と、この処理室に一端が接
続されたガス配管と、このガス配管の温度を強制的に降
下させる冷却装置とを備えていることを特徴とする。

【０００９】前記した手段によれば、ガス供給配管の温
度を冷却装置によって強制的に降下させることにより、
ガス供給配管の冷却時間を短縮することができるため、
スループットを低下させずに、インシチュークリーニン
グに際してのクリーニングガスによる腐食を防止するこ
とができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に即して説明する。

【００１１】本実施の形態において、本発明に係る基板
処理装置はＭＯＣＶＤ装置として構成されており、この
ＭＯＣＶＤ装置はＤＲＡＭの製造方法におけるキャパシ
タの静電容量部のためのＲｕＯ₂ 膜を成膜するのに使用
されている。

【００１２】図１および図２に示されているように、Ｍ
ＯＣＶＤ装置１０は処理室１１を形成したチャンバ１２
を備えており、チャンバ１２は枚葉式コールドウオール
形減圧ＣＶＤ装置に構成されている。チャンバ１２の側
壁の上部には処理室１１を排気するための排気配管１３
が接続されており、排気配管１３の外周には排気配管１
３を加熱する配管ヒータ１４が敷設されている。チャン
バ１２の底壁には支持軸１５が処理室１１に挿通されて
回転自在かつ昇降自在に支承されており、支持軸１５は
図示しない駆動装置によって回転かつ昇降されるように
構成されている。支持軸１５の処理室１１における上面
には被処理基板としてのウエハ１を保持するためのサセ
プタ１６が配置されている。支持軸１５の上端部の内部
にはヒータ１７がサセプタ１６に保持されたウエハ１を
均一に加熱するように装備されている。

【００１３】チャンバ１２の外側にはウエハ移載装置２
０が設備されたロードロックチャンバ１９が隣接して配
置されており、ロードロックチャンバ１９とチャンバ１
２との間にはウエハ搬入搬出口を開閉する第一ゲートバ
ルブ１８が介設されている。ロードロックチャンバ１９
の第一ゲートバルブ１８の反対側にはウエハ１を保持し
たカセット２を収容するカセットチャンバ２２が隣接し
て配置されており、カセットチャンバ２２とロードロッ
クチャンバ１９との間にはウエハ搬入搬出口を開閉する
第二ゲートバルブ２１が介設されている。カセットチャ
ンバ２２の第二ゲートバルブ２１の反対側の側壁にはカ
セット搬入搬出口を開閉するゲート２２ａが取り付けら
れている。

【００１４】チャンバ１２の天井壁には原料ガスを処理
室１１へ供給するためのガス供給配管２３の一端が接続
されており、ガス供給配管２３の他端には液体原料を気
化させるための気化器３０が接続されている。ガス供給
配管２３の全長にはガス供給配管２３を加熱する配管ヒ
ータ（以下、供給配管用ヒータという。）２４が敷設さ
れており、供給配管用ヒータ２４および排気配管１３の
配管ヒータ（以下、排気配管用ヒータという。）１４の
外側には配管ヒータを強制的に冷却するための冷却装置
２５が設備されている。冷却装置２５は供給配管用ヒー
タ２４および排気配管用ヒータ１４を被覆するカバー２
６を備えており、カバー２６には循環配管２７が冷却媒
体としてのクリーンエアをカバー２６の内部に循環させ
ることができるように接続されている。循環配管２７の
途中にはクリーンエアを強制的に循環させるためのブロ
ア２８と、循環するクリーンエアを強制的に冷却するた
めの冷却器２９とが介設されている。

【００１５】気化器３０は気化室３１を形成したチャン
バ３２を備えており、チャンバ３２は壁体に内蔵された
カートリッジヒータ３３によって加熱されるようになっ
ている。チャンバ３２の下壁の中心線上にはガス導出口
３４が気化室３１に連通するように開設されており、ガ
ス導出口３４にはガス供給配管２３が接続されている。
チャンバ３２の気化室３１の上側には原料液体の流量を
調整する可変流量制御弁３５が設置されている。可変流
量制御弁３５は気化室３１の上側に形成された弁通路３
６と、弁通路３６と気化室３１との隔壁に弁通路３６と
気化室３１とを連通させるように開設された弁口３７
と、弁通路３６の弁口３７との対向位置に摺動自在に挿
入された弁体３８と、弁体３８を進退させる駆動装置３
９とを備えており、駆動装置３９をコントローラ４０に
よって制御して弁体３８を進退させることにより液体の
流量を調整するように構成されている。

【００１６】気化器３０の弁通路３６には一端が液体原
料を供給する液体原料供給源４１に接続された液体原料
供給配管４２の他端が接続されており、液体原料供給配
管４２の途中には上流側開閉弁４３、液体流量計４４お
よび下流側開閉弁４５が液体原料供給源４１側から順に
介設されている。また、気化器３０のチャンバ３２の側
壁にはガス導入口４６が気化室３１に連通するように開
設されており、ガス導入口４６には一端がキャリアガス
を供給するキャリアガス供給源４７に接続されたキャリ
アガス供給配管４８の他端が接続されている。キャリア
ガス供給配管４８の途中には可変流量制御弁４９および
開閉弁５０が介設されている。

【００１７】さらに、気化器３０のチャンバ３２の側壁
にはガス導入口５１が気化室３１に連通するように開設
されており、ガス導入口５１には一端がクリーニングガ
スを供給するクリーニングガス供給源５２に接続された
クリーニングガス供給配管５３の他端が接続されてい
る。クリーニングガス供給配管の途中には開閉弁５４が
介設されている。

【００１８】次に、以上の構成に係るＭＯＣＶＤ装置１
０が使用されるＤＲＡＭのキャパシタの静電容量部のた
めのＲｕＯ₂ 膜形成工程を説明する。

【００１９】本実施の形態において、キャパシタの静電
容量部はＲｕＯ₂ 膜によって形成される。したがって、
ＭＯＣＶＤ装置１０の処理室１１に搬入されるウエハ１
には、キャパシタの静電容量部を形成する前の所定のパ
ターンが形成されている。そして、液体原料供給源４１
にはＲｕ〔Ｃ₂ Ｈ₅ Ｃ₅ Ｈ₄ 〕₂ （ビス・エチルシクロ
・ペンタ・ジエニル・ルテニウム。）が液体原料として
貯溜される。

【００２０】所定のパターンが形成されたウエハ１は複
数枚がカセット２に収納されて、カセットチャンバ２２
のカセット室に搬入される。カセット室のウエハ１は第
二ゲートバルブ２１からロードロックチャンバ１９のロ
ードロック室にウエハ移載装置２０によって搬入され、
さらに、第一ゲートバルブ１８から処理室１１に搬入さ
れて、サセプタ１６の上に移載される。

【００２１】サセプタ１６に受け渡されたウエハ１はヒ
ータ１７によって所定の温度に加熱され、支持軸１５に
よって回転される。処理室１１は排気配管１３に接続さ
れた真空ポンプ（図示せず）によって、所定の圧力に排
気される。

【００２２】液体原料供給配管４２の上流側開閉弁４３
および下流側開閉弁４５が開かれることにより、実線矢
印で示されているように、Ｒｕ〔Ｃ₂ Ｈ₅ Ｃ₅ Ｈ₄ 〕₂
（以下、液体原料という。）６１が液体原料供給源４１
から液体原料供給配管４２を通じて気化器３０の弁通路
３６に供給される。気化器３０の弁通路３６に供給され
た液体原料６１は弁口３７から気化室３１へ可変流量制
御弁３５の弁体３８の開度が規定する流量をもって噴出
する。液体原料６１は弁口３７から噴出する際に微粒化
して噴霧する状態になる。噴霧状態になった液体原料６
１は気化器３０に内蔵されたカートリッジヒータ３３に
よって加熱されることにより効果的に気化して、図１に
破線矢印で示されているように原料ガス６２になる。

【００２３】一方、図１に一点鎖線矢印で示されている
ように、気化室３１にはキャリアガス６３がキャリアガ
ス供給源４７からキャリアガス供給配管４８およびガス
導入口４６を通じて導入される。このキャリアガス６３
の流量は可変流量制御弁４９によって制御され、また、
キャリアガス６３は予め暖められる。例えば、キャリア
ガス６３としてはＮ₂ （窒素）ガス等の不活性ガスが使
用される。

【００２４】気化室３１において液体原料６１が気化し
て構成された原料ガス６２はガス導入口４６から気化室
３１へ導入されるキャリアガス６３と混合し、気化室３
１のガス導出口３４からガス供給配管２３に導出し、供
給配管用ヒータ２４によって加熱されながらガス供給配
管２３を流通して処理室１１に流入する。原料ガス６２
とキャリアガス６３との混合ガスの流量は、液体原料用
の可変流量制御弁３５およびキャリアガス用の可変流量
制御弁４９によって制御される。

【００２５】ここで、気化室３１と処理室１１とを繋い
で原料ガス６２とキャリアガス６３との混合ガスを処理
室１１に供給するガス供給配管２３は供給配管用ヒータ
２４によって、配管内圧力（１５００Ｐａ）に対する気
化温度（１５０℃）以上で、ガス供給配管２３の耐熱温
度（１８０℃）および原料ガスの分解温度以下に加熱さ
れる。また、排気配管１３も排気配管用ヒータ１４によ
って同様に加熱される。例えば、ガス供給配管２３およ
び排気配管１３の温度は約１７０℃に維持される。

【００２６】処理室１１に流入した原料ガス６２は充分
に気化しているため、ＲｕＯ₂ となってサセプタ１６に
保持されて加熱されたウエハ１の上に熱ＣＶＤ反応によ
って堆積する。この堆積により、ウエハ１の表面にはＲ
ｕＯ₂ 膜（図示せず）が形成される。

【００２７】ＲｕＯ₂ 膜の形成処理について予め設定さ
れた時間が経過すると、気化器３０の可変流量制御弁３
５、液体原料供給配管４２の下流側開閉弁４５およびキ
ャリアガス供給配管４８の開閉弁５０が閉じられること
により、液体原料６１およびキャリアガス６３の供給が
停止される。

【００２８】以上のようにしてＲｕＯ₂ 膜を形成された
ウエハ１はウエハ移載装置２０によって処理室１１から
搬出され、ロードロック室を経てカセット室のカセット
２に戻される。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ＲｕＯ₂ 膜が形成処理されて行く。

【００２９】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１１内の表
面にもＲｕＯ₂ 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１１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。

【００３０】そのため、本実施の形態に係るＭＯＣＶＤ
装置１０においては、インシチューチャンバクリーニン
グ法によって処理室１１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。このチャンバクリーニング法
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、堆積膜の膜厚に対して不定期的に実施してもよ
い。以下、インシチューチャンバクリーニング法につい
て説明する。

【００３１】ウエハ１が処理室１１から搬出された後
に、ＭＯＣＶＤ装置１０がクリーニングモードに切り換
えられると、図２に示されているように、液体原料供給
配管４２の両開閉弁４３、４５、可変流量制御弁３５お
よびキャリアガス供給配管４８の開閉弁５０が閉じられ
る。また、サセプタ１６のヒータ１７が４００℃程度に
昇温されて維持される。

【００３２】ヒータ１７の温度が一定に安定すると、ク
リーニングガス供給配管５３の開閉弁５４が開かれ、図
２に波線矢印で示されているように、クリーニングガス
供給源５２に貯留されたＣｌＦ₃ （三弗化塩素）がクリ
ーニングガス６４として、クリーニングガス供給配管５
３、ガス導入口５１、気化室３１、ガス導出口３４およ
びガス供給配管２３を経由して処理室１１に供給され
て、排気配管１３から排気される。

【００３３】処理室１１を流通するクリーニングガス６
４はヒータ１７によって加熱されて活性化するため、処
理室１１の内面およびサセプタ１６の表面の堆積膜をエ
ッチング反応によって除去する。すなわち、処理室１１
の内面およびサセプタ１６の表面はクリーニングガス６
４によってクリーニング（清浄化）される。

【００３４】ここで、ＭＯＣＶＤ装置１０においては成
膜処理に際してガス供給配管２３が供給配管用ヒータ２
４によって、また、排気配管１３が排気配管用ヒータ１
４によって、例えば約１７０℃に昇温されているため、
クリーニングガス６４が加熱されて活性化されることに
より、ガス供給配管２３および排気配管１３の内面がク
リーニングガスによって腐食されてしまう。しかし、供
給配管用ヒータ２４および排気配管用ヒータ１４への給
電を停止しガス供給配管２３および排気配管１３の余熱
が自然に冷めるのを待ってからクリーニングガス６４を
流す方法を実施することによりガス供給配管２３および
排気配管１３の内面のクリーニングガス６４による腐食
現象を防止していたのでは、ダウンタイムが長期間にな
るため、ＭＯＣＶＤ装置１０のスループットが低下して
しまう。

【００３５】そこで、本実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装
置１０においては、クリーニングガス６４が流通される
以前にガス供給配管２３および排気配管１３の温度を冷
却装置２５によって強制的に降下させることにより、ガ
ス供給配管２３および排気配管１３の冷却時間を短縮さ
せてスループットを低下させずにインシチュークリーニ
ングに際してのクリーニングガス６４による腐食が防止
される。

【００３６】すなわち、クリーニングガス６４が処理室
１１に流通される以前に、図２に鎖線矢印で示されてい
るように、冷媒としてのクリーンエア６５がカバー２６
の内部にブロア２８の運転によって流通され、クリーン
エア６５がガス供給配管２３および排気配管１３に接触
して温度を奪うことにより、ガス供給配管２３および排
気配管１３の温度は約１７０℃から約８０℃に強制的に
急降下される。ちなみに、ガス供給配管２３および排気
配管１３の温度を奪うことにより相対的に加熱されたク
リーンエア６５は冷却器２９によって冷却されて循環さ
れる。このようにして、ガス供給配管２３および排気配
管１３の温度が約８０℃に降下されると、クリーニング
ガス６４が活性化するのを抑えることができるため、ガ
ス供給配管２３および排気配管１３の内面はクリーニン
グガス６４によって腐食されることはない。

【００３７】前記実施の形態によれば、次の効果が得ら
れる。

【００３８】1) クリーニングステップにおいてガス供
給配管および排気配管の温度を強制的に降下させること
により、ガス供給配管および排気配管の内面がクリーニ
ングガスによって腐食される現象が発生するのを防止可
能とするまでの時間を短縮することができるため、ＭＯ
ＣＶＤ装置のスループットが低下するのを防止すること
ができる。

【００３９】2) 例えば、自然冷却によって腐食防止可
能温度まで降下させるのに三時間を要した場合には、本
実施の形態によれば、冷却装置による強制冷却によって
一時間に短縮することができる。

【００４０】3) インシチューチャンバクリーニング法
を確実に実施するとともに、実施期間を短縮することに
より、ＭＯＣＶＤ装置の成膜の膜質やその他の品質およ
び信頼性を高めることができるとともに、生産性を高め
ることができる。

【００４１】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
い範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもな
い。

【００４２】例えば、冷却装置としては、クリーンエア
を循環させる冷却装置を使用するに限らず、クリーンエ
アを流通させる冷却装置、冷却水やその他の冷却媒体を
循環または流通させる冷却装置等を使用してもよい。

【００４３】チャンバは枚葉式コールドウオール形ＣＶ
Ｄ装置に構成するに限らず、枚葉式ホットウオール形Ｃ
ＶＤ装置や枚葉式ウオーム（Warm）ウオール形ＣＶＤ装
置等に構成してもよい。また、基板処理装置はＭＯＣＶ
Ｄ装置に限らない。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スループットを低下させずに配管の腐食を防止すること
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ＭＯＣＶＤ装置を
示す縦断面図である。

【図２】そのインシチューチャンバクリーニング時を示
す縦断面図である。

【符号の説明】

１…ウエハ（基板）、１０…ＭＯＣＶＤ装置（基板処理
装置）、１１…処理室、１２…チャンバ、１３…排気配
管、１４…排気配管用ヒータ、１５…支持軸、１６…サ
セプタ、１７…ヒータ、１８…第一ゲートバルブ、１９
…ロードロックチャンバ、２０…ウエハ移載装置、２１
…第二ゲートバルブ、２２…カセットチャンバ、２３…
ガス供給配管、２４…供給配管用ヒータ、２５…冷却装
置、２６…カバー、２７…循環配管、２８…ブロア、２
９…冷却器、３０…気化器、３１…気化室、３２…チャ
ンバ、３３…カートリッジヒータ、３４…ガス導出口、
３５…可変流量制御弁、３６…弁通路、３７…弁口、３
８…弁体、３９…駆動装置、４０…コントローラ、４１
…液体原料供給源、４２…液体原料供給配管、４３…上
流側開閉弁、４４…液体流量計、４５…下流側開閉弁、
４６…ガス導入口、４７…キャリアガス供給源、４８…
キャリアガス供給配管、４９…可変流量制御弁、５０…
開閉弁、５１…ガス導入口、５２…クリーニングガス供
給源、５３…クリーニングガス供給配管、５４…開閉
弁、６１…液体原料、６２…原料ガス（気化ガス）、６
３…キャリアガス、６４…クリーニングガス、６５…ク
リーンエア（冷却媒体）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を処理する処理室と、この処理室に
   一端が接続されたガス配管と、このガス配管の温度を強
   制的に降下させる冷却装置とを備えていることを特徴と
   する基板処理装置。