JP2007173747A

JP2007173747A - Ｃｖｄ装置およびクリーニング方法

Info

Publication number: JP2007173747A
Application number: JP2005373143A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tsukamoto; 剛史塚本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】ＣＶＤ装置のセルフクリーニングに際し、成膜チャンバ内部に付着する反応生成物を均一にかつ効率良く除去し、クリーニング時間を短縮し、クリーニングガス使用量を低減化する。
【解決手段】成膜チャンバ２と、クリーニング手段３と、制御手段４とを含むＣＶＤ装置１において、成膜チャンバ２内部の反応生成物の付着分布に応じて、ガス導入口１１，１２から成膜チャンバ２内部へのクリーニングガスの供給開始時期および／または供給終了時期を制御手段４ｂによって個別に制御するとともに、ガス導入口１１，１２に接続される第１のガス供給配管１７ａおよび第２のガス供給管１７ｂ毎にそれぞれ第１の励起手段１９ａおよび第２の励起手段１９ｂを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＶＤ装置およびクリーニング方法に関する。

ＣＶＤ装置（化学気相成長装置）は、たとえば、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、太陽電池などの半導体デバイスの製造に際し、半導体ウエハ、ガラスなどの基板表面に絶縁膜、半導体膜などの気相成長膜を形成するために用いられる。ＣＶＤ装置における気相成長膜の形成は、たとえば、その内部に上部電極と、加熱手段が組み込まれた下部電極とが設けられ、成膜用ガスを導入する成膜用ガス導入口と排ガス排出口とが形成された成膜チャンバ内にて行われる。すなわち、下部電極の上面に基板を載置し、成膜用ガス導入口から供給される成膜用ガスを上部電極と下部電極との間に発生させる電界の作用で分解して反応させることにより、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）などの反応生成物を基板表面に付着させる。その際、反応生成物は、基板表面のみならず、成膜チャンバ内壁、上部電極、内部電極の表面などにも付着する。このような反応生成物は、気相成長膜の形成が行われる度に堆積し、堆積の際の応力によって剥離して成膜チャンバ内部を浮遊し、基板表面にダストとして付着し、半導体デバイスに欠陥を発生させる原因になる。したがって、成膜チャンバ内壁面などに付着する反応生成物の除去は、半導体デバイスの不良品率を低下させる上での重要な課題になっている。

このような課題を解決するために、三弗化窒素などのクリーニングガスをマイクロ波、高周波などで励起状態にしてラジカルを発生させ、この励起状態のクリーニングガスと反応生成物とを反応させて反応生成物を気化し、排ガスとして成膜チャンバ外部に排出する、いわゆるセルフクリーニング方式が広く採用されている。

成膜チャンバ内部でクリーニングガスを励起状態にする方式では、成膜チャンバ内壁面、上部電極、内部電極などに損傷を与え、チャンバ内部品の耐用寿命を縮めるおそれがある。そこで、成膜チャンバ外部にクリーニングガスの励起手段を設け、励起状態にあるクリーニングガスを外部から成膜チャンバ内に導入するリモートプラズマ方式がセルフクリーニングの主流となっている。この方式では、チャンバ内部部品損傷の原因となるイオンは成膜チャンバに到達しないため、チャンバ内部品を長寿命化できる利点がある一方、成膜チャンバの外部にある励起手段においてクリーニングガスを励起してラジカルを発生させる構成を採るため、励起手段から成膜チャンバ内に導入される間にクリーニングガス中のラジカルの減少が進む。その結果、クリーニングガスの一部は、反応生成物と反応することなくそのまま成膜チャンバの外部に排出される。したがって、リモートプラズマ方式では、クリーニング所要時間が長く、かつクリーニングガスの使用量が多いという解決すべき課題がある。

このような従来技術の課題に鑑み、たとえば、成膜チャンバの鉛直方向上面および下面にガス導入口が形成され、下部電極の上方および下方からクリーニングガスを供給するＣＶＤ装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このＣＶＤ装置は、下部電極の上方および下方から励起状態にあるクリーニングガスを供給することによって、励起状態にあるクリーニングガスを成膜チャンバ内部全体に均等に拡散させ、成膜チャンバ内部の反応生成物を均一に除去するとともに、クリーニングに要する時間を短縮しかつクリーニングガスの使用量を低減化することを目的とするものである。

このように構成すれば、１箇所のガス導入口から励起状態にあるクリーニングガスを導入するのに比べて、励起状態にあるクリーニングガスの成膜チャンバ内の移動距離を短縮できる。しかしながら、特許文献１のＣＶＤ装置は、１つの励起手段から配管を分岐させて１対のガス導入口に接続する構成を採るので、励起手段からガス導入口までの経路が長くなる。その結果、ガス導入口に達するまでにクリーニングガス中のラジカルが減少するのを避け得ない。たとえば、成膜チャンバの上面と底面との間隔を一般的な５００ｍｍとし、励起手段を成膜チャンバ外部であって、両方の導入口から等距離になる成膜チャンバの上面と底面との中間位置に設けるとすれば、ガス導入口までの経路の長さは２５０ｍｍ以上になり、ラジカルが減少するには充分な長さである。

すなわち、特許文献１のＣＶＤ装置は、成膜チャンバ内でのガスの移動距離を短縮するものの、励起手段からガス導入口までの距離が短縮されていないので、成膜チャンバ内に導入されるクリーニングガス中のラジカル含有量が少なくなる。その結果、クリーニングに長時間を要し、かつクリーニングガスの使用量が多くなるという従来のリモートプラズマ方式の欠点は、充分解決されるに至っていない。

このように、特許文献１のＣＶＤ装置によるクリーニング所要時間の短縮化効果は、充分満足できる水準にはなく、ＣＶＤ装置の稼動時間に占めるクリーニング所要時間の割合は依然として大きなものである。クリーニング所要時間が長くなると、クリーニングガス使用量も必然的に多くなる。したがって、特許文献１のＣＶＤ装置を用いても、半導体デバイスの製造コストの低減を望むことはできない。

特開２００２−２５９１４号公報

本発明の目的は、成膜チャンバ内部に付着する反応生成物を均一にかつ効率良く除去でき、クリーニング時間の短縮化およびクリーニングガス使用量の低減化が可能なセルフクリーニング手段を備えるＣＶＤ装置および該ＣＶＤ装置のクリーニング方法を提供することである。

本発明は、
基板表面に気相成長膜を形成する成膜チャンバに、励起状態にあるクリーニングガスを導入して成膜チャンバ内部に付着する反応生成物を除去するＣＶＤ装置において、
成膜チャンバ壁の異なる位置に複数のガス導入口が形成された成膜チャンバと、
クリーニングガスの供給を行うガス供給手段、ガス供給手段と複数のガス導入口とを接続する配管、配管に設けられてガス供給手段から供給されるクリーニングガスの流量を制御する流量制御手段および配管に設けられて、流量制御手段により流量制御されたクリーニングガスの供給を受け、該クリーニングガスを励起状態に変換して成膜チャンバ内に供給する励起手段を含むクリーニング手段と、
クリーニング手段による励起状態にあるクリーニングガスの成膜チャンバへの供給を制御する制御手段とを含むＣＶＤ装置であって、
励起手段が、
複数のガス導入口にそれぞれ接続される配管毎に設けられることを特徴とするＣＶＤ装置である。

また本発明のＣＶＤ装置は、
成膜チャンバが、
少なくとも１つのガス導入口が形成された成膜チャンバ壁の内壁面の一部または全面に接するように設けられて、ガス導入口から供給される励起状態にあるクリーニングガスを、成膜チャンバ内部に向けて放射状に噴出させる放射状噴出部材を含むことを特徴とする。

さらに本発明のＣＶＤ装置は、
成膜チャンバが、
放射状噴出部材である上部電極と、
鉛直方向において上部電極と対向するように設けられ、成膜を行うための基板を載置する下部電極と、
成膜チャンバの内壁に形成されるガス排気口とを含み、
少なくとも１つのガス導入口が、
下部電極の鉛直方向下方に位置する成膜チャンバ壁に形成されることを特徴とする。

さらに本発明のＣＶＤ装置は、
少なくとも１つのガス導入口が、
下部電極の鉛直方向下方に位置する成膜チャンバ壁における、下部電極中心を基準にしてガス排気口とは反対側の位置に形成されることを特徴とする。

また本発明は、
前述のいずれか１つのＣＶＤ装置におけるクリーニング方法であって、
複数のガス導入口から成膜チャンバ内に励起状態にあるクリーニングガスを導入することを特徴とするクリーニング方法である。

さらに本発明のクリーニング方法は、
複数あるガス導入口毎に、励起状態にあるクリーニングガスの供給開始時期および／または供給終了時期を制御することを特徴とする。

さらに本発明のクリーニング方法は、
複数あるガス導入口毎に、励起状態にあるクリーニングガスの供給時の流量を制御することを特徴とする。

本発明によれば、異なる位置に複数のガス導入口が形成された成膜チャンバと、複数のガス導入口に接続されて、励起状態にあるクリーニングガスを成膜チャンバ内に供給するクリーニング手段と、クリーニング手段による励起状態にあるクリーニングガスの成膜チャンバへの供給を制御する制御手段とを含むＣＶＤ装置が提供される。本発明のＣＶＤ装置によれば、成膜チャンバの異なる位置に複数のガス導入口を形成し、ガス導入口を一つだけ形成する場合に比べて、励起状態にあるクリーニングガスの反応生成物への到達距離を短縮するとともに、複数あるガス導入口に接続される配管毎に励起手段を設けて、励起手段とガス導入口との間の距離を短縮化することによって、成膜チャンバ内部全体に励起状態にあるクリーニングガスを拡散させることができる。その結果、成膜チャンバ内部に付着する反応生成物を均一にかつ効率良く除去でき、クリーニング時間の短縮化およびクリーニングガス使用量の低減化を図ることができる。

本発明のＣＶＤ装置のように、複数あるガス導入口に接続される配管毎に励起手段を設ける構成を採ると、場合によっては、励起手段とガス導入口とを密着させることも可能になる。たとえば、成膜チャンバの上面と底面との間隔を一般的な５００ｍｍとした場合に、特許文献１のＣＶＤ装置のように２５０ｍｍを超える距離が必要になることはなく、励起手段とガス導入口との距離を２５０ｍｍ未満にすることが可能である。したがって、励起状態にあるクリーニングガス中のラジカル含有量をほとんど減らすことなく反応生成物との反応に供することができ、反応生成物と反応することなく排出されるクリーニングガス量を大幅に減らすことができ、クリーニングガス使用量を一層削減でき、セルフクリーニングの効率が向上する。また、前述のようにラジカルを多く含むクリーニングガスを供給できるので、反応生成物が効率良く除去されてクリーニング所要時間が著しく短縮され、ＣＶＤ装置の稼働時間に占めるセルフクリーニング時間の割合を低減化でき、処理能力の高いＣＶＤ装置が提供される。また、成膜処理する基板あたりのクリーニングガス使用量を削減できるので、デバイス製造コストを低減化できる。

さらに本発明のＣＶＤ装置において、制御手段にて、ガス導入口毎にクリーニング手段による励起状態にあるクリーニングガスの供給開始時期および供給終了時期を制御することによって、ラジカル含有量の多いクリーニングガスを反応生成物に接触させることができ、また反応生成物の除去が終わった部分に位置するガス導入口に対してはクリーニングガスの供給を停止できるので、クリーニングガスを無駄に使用することなく、成膜チャンバ内部の反応生成物を均一にかつ効率良く除去できる。したがって、クリーニングガス使用量のより一層の低減化を図り得る。

本発明によれば、少なくとも１つのガス導入口が形成された成膜チャンバ壁の内壁面の一部または全面に接するように、ガス導入口から供給される励起状態にあるクリーニングガスを、成膜チャンバ内部に向けて放射状に噴出させる放射状噴出部材を設けることによって、励起状態にあるクリーニングガスを該ガス導入口周辺の成膜チャンバ内壁面に均等に供給できるので、反応生成物を一層均一に除去できる。

本発明によれば、放射状噴出部材である上部電極と、下部電極と、成膜チャンバの内壁に形成されるガス排気口とを含む成膜チャンバにおいて、少なくとも１つのガス導入口を下部電極の鉛直方向下方に位置する成膜チャンバ壁（以後特に断らない限り「成膜チャンバ底面壁」と称す）に形成することによって、ガス排気口を成膜チャンバ内壁に形成しかつ、たとえば、他のガス導入口を成膜チャンバの上面壁に形成した場合に、ガス排気口および他のガス導入口との位置関係などから、成膜チャンバ内部のクリーニングガスが到達し難い部分にもクリーニングガスを供給できるので、成膜チャンバ内部を全体的に均一にクリーニングでき、クリーニング所要時間の一層の短縮化およびクリーニングガス使用量の一層の低減化を達成でき、クリーニング効率がさらに向上する。

本発明によれば、少なくとも１つのガス導入口を、下部電極の鉛直方向下方に位置する成膜チャンバ壁における、下部電極中心を基準にしてガス排気口とは反対側の位置に形成することによって、ガス導入口の少なくとも１つを成膜チャンバ底面壁に形成することによる前述の利点が最大限に発揮される。成膜チャンバ底面壁におけるガス排気口とは最も離れた位置にガス導入口を形成するのが、前述の利点を発揮する上で特に好ましい。

本発明によれば、前述のいずれか１つのＣＶＤ装置において、複数のガス導入口から成膜チャンバ内に励起状態にあるクリーニングガスを導入するクリーニング方法が提供される。本発明のクリーニング方法によれば、クリーニング所要時間を短縮し、クリーニングガス使用量を低減化しながら、成膜チャンバ内部に付着する反応生成物を均一に除去できる。

本発明によれば、本発明のクリーニング方法において、複数あるガス導入口毎に、励起状態にあるクリーニングガスの供給開始時期および／または供給終了時期を制御するのが好ましい。成膜チャンバ内部における反応生成物の付着度合は一様ではなく、付着量の多い部分と少ない部分とが存在する。そのような場合に、複数のガス導入口においてクリーニングガスの供給開始および供給終了を同時に行うと、付着量の多い部分では反応生成物が充分に除去されないうちに供給が停止され、付着量の少ない部分では反応生成物の除去が終了しても引き続いてクリーニングガスが供給されるので、クリーニングガスの使用量を増大させる。したがって、ガス導入口周辺の成膜チャンバ内壁面における反応生成物の付着量に応じて、ガス導入口毎にクリーニングガスの供給開始時期および供給終了時期を制御することによって、反応生成物の均一な除去、クリーニングガス使用量の低減化などを図り得る。

本発明によれば、本発明のクリーニング方法において、複数あるガス導入口毎に、励起状態にあるクリーニングガスの流量すなわち導入量（または供給量）を制御するのが好ましい。ガス導入口周辺の反応生成物の付着度合に応じて、クリーニングガスの導入量を制御することによって、クリーニング所要時間を短縮し、クリーニングガスを余分に供給することなく、成膜チャンバ内の反応生成物を効率良く除去できる。

図１は、本発明の実施の第１形態であるＣＶＤ装置１の構成を模式的に示す断面図である。

ＣＶＤ装置１は、成膜チャンバ２と、クリーニング手段３と、制御手段４とを含んで構成される。

成膜チャンバ２は内部空間を有する容器状部材であり、その内部には上部電極５および下部電極７が設けられ、その外部にはＲＦ電源８が設けられる。

上部電極５は、成膜チャンバ２の上面壁２ｂの内壁に接するように設けられる板状電極である。上部電極５は、厚み方向の貫通孔であるガス噴出孔６が複数形成され、クリーニングガスを成膜チャンバ２の内部にシャワー状に噴出させる放射状噴出部材としての機能をも有する。本実施の形態では、ガス噴出孔６は、隣り合うガス噴出孔６同士が等間隔を有するようにして約５０００個形成される。上部電極５によれば、気相成長膜の形成時に放電を行い、下部電極７との間に電界を形成して気相成長反応を促進するとともに、成膜チャンバ２のセルフクリーニング時にクリーニングガスをシャワー状に噴出して、クリーニングガスを成膜チャンバ２内部全体に均一に放散させ得る。本実施の形態では、上部電極５は成膜チャンバ２の上面壁２ｂに接するように設けられるけれども、それに限定されず、たとえば０．５〜５ｍｍ程度の僅かな間隔を空けて上面壁２ｂから離隔するように設けることもできる。

下部電極７は、鉛直方向において上部電極５に対向しかつ上部電極５に平行になるように設けられ、上部電極５の放電により、上部電極５との間に電界を形成する。下部電極７は上部電極５に対向する上面に気相成長膜を形成しようとする基板１００を載置する板状電極であり、加熱手段９が埋め込まれる。加熱手段９にはヒータなどが用いられ、基板１００を所定の温度範囲に加熱する。下部電極７は、その中心部分から下部電極７の下方に延びるように設けられる軸体７ａによって、上下移動可能に支持される。軸体７ａ自体は、図示しない駆動手段により上下移動可能に支持される。下部電極７は、軸体７ａを介してアースされる。

ＲＦ電源８は成膜チャンバ２の外部に設けられて、上部電極５に電気的に接続され、上部電極５に電圧を印加する。ＲＦ電源８は、気相成長膜の形成時において、後述するように成膜チャンバ２内に成膜用ガスを導入して成膜チャンバ２内の圧力が安定した後に起動され、上部電極５に電圧を印加し、これによって上部電極５は放電を行う。本実施の形態では、ＲＦ電源８は周波数１３．５６ＭＨｚの交流電圧を上部電極５に印加する。

また成膜チャンバ２には、ガス排気口１０、一方のガス導入口１１および他方のガス導入口１２が形成される。

ガス排気口１０は、成膜反応後の成膜用ガス、クリーニング終了後（反応生成物との反応終了後）のクリーニングガスなど（以後特に断らない限りこれらのガスを「排ガス」と総称する）を成膜チャンバ２の外部に排出するために、成膜チャンバ２の側壁２ａに形成される。ガス排気口１０はガス排気管１３に接続され、ガス排気管１３上に設けられる圧力制御弁１４と真空ポンプ１５とを介して、成膜チャンバ２の外部に排出される。すなわち、排ガスの排出経路は、ガス排気口１０、ガス排気管１３、圧力制御弁１４、ガス排気管１３および真空ポンプ１５の順番である。圧力制御弁１４は、成膜チャンバ２内の圧力をほぼ一定の値に保つために設けられる。真空ポンプ１５は圧力制御弁１４を介してガス排気管１３内を減圧し、成膜チャンバ２内部の排ガスを排出するために設けられる。真空ポンプ１５による吸引および圧力制御弁１４による圧力調整を受けながら、ガス排気口１０から成膜チャンバ２の外部へ排ガスが排出される。

一方のガス導入口１１は、成膜チャンバ２の鉛直方向における上面壁２ｂの中心部に形成される。ガス導入口１１は、後述するクリーニング手段３から励起状態にあるクリーニングガス（以後特に断らない限り「励起ガス」と称す）を導入される。ガス導入口１１から成膜チャンバ２内に導入される励起ガスは、上部電極５のガス噴出孔６を流過してシャワー状に噴射され、成膜チャンバ２内部に均一に行き渡る。本実施の形態では、ガス導入口１１には励起ガスだけでなく、成膜用ガスも導入される。成膜用ガスが導入されるのは、基板１００の表面に気相成長膜を形成する時であり、励起ガスが導入されるのは、成膜チャンバ２内のセルフクリーニングを行う時である。

他方のガス導入口１２は、成膜チャンバ２の底面壁２ｃにおける、軸体７ａを基準にしてガス排気口１０とは反対側に形成される。ガス導入口１２は、底面壁２ｃにおけるガス排出口１０とはできるだけ離れた位置に形成するのが好ましい。本実施の形態では、ガス導入口１２には励起ガスのみが導入される。

ガス排気口１０およびガス導入口１１，１２が前述のような位置関係にあることによって、ガス導入口１１，１２に励起ガスを導入する場合に、励起ガスが成膜チャンバ２内の全体に均一に行き渡り、成膜チャンバ２の内部に堆積する反応生成物を均一にかつ効率良く除去できる。

クリーニング手段３は、第１のクリーニング手段３ａと、第２のクリーニング手段３ｂとを含む。

クリーニング手段３ａは、ガス供給手段１６と、共通配管１７と、第１のガス供給配管１７ａと、第１の流量制御手段１８ａと、第１の励起手段１９ａとを含む。第１のクリーニング手段３ａにおけるガスの流過経路は、ガス供給手段１６、共通配管１７、第１のガス供給配管１７ａ、第１の流量制御手段１８ａ、第１のガス供給配管１７ａ、後述の第１の制御手段４ａ、第１のガス供給配管１７ａ、第１の励起手段１９ａ、第１のガス供給配管１７ａおよびガス導入口１１の順番である。クリーニング手段３ａは、後述するように、クリーニングガスだけでなく、成膜用ガスをも成膜チャンバ２に供給する。

クリーニング手段３ｂは、ガス供給手段１６と、共通配管１７と、第２のガス供給配管１７ｂと、第２の流量制御手段１８ｂと、第２の励起手段１９ｂとを含む。第２のクリーニング手段３ｂにおけるガスの流過経路は、ガス供給手段１６、共通配管１７、第２のガス供給配管１７ｂ、第２の流量制御手段１８ｂ、第２のガス供給配管１７ｂ、後述の第２の制御手段４ｂ、第２のガス供給配管１７ｂ、第２の励起手段１９ｂ、第２のガス供給配管１７ｂおよびガス導入口１２の順番である。クリーニング手段３ｂは、後述するように、クリーニングガスのみを成膜チャンバ２に供給する。

ガス供給手段１６は、図示しない配管によって接続されるガスボンベ、ガス製造装置などのガス源から供給されるクリーニングガスまたは成膜用ガスを、クリーニング手段３を介して成膜チャンバ２に送給する。ガス供給手段１６からガス導入口１１，１２に向う方向が、ガス流過方向である。ガス供給手段１６とガス源とを接続する配管上には図示しない切換え手段が設けられ、ガス供給手段１６に供給するガス種を切換える。ガス供給手段１６が成膜チャンバ２にクリーニングガスを送給する場合は、まず、ガス供給手段１６とガス源とを接続する配管上の切換え手段をガス供給手段１６にクリーニングガスが供給されるように切換え、次に第１のガス供給配管１７ａ上に設けられる第１の制御手段４ａおよび第２のガス供給配管１７ｂ上に設けられる第２の制御手段４ｂを開放し、ガス供給手段１６は供給されたクリーニングガスを第１のクリーニング手段３ａおよび第２のクリーニング手段３ｂを通じて成膜チャンバ２に送給する。またガス供給手段１６が成膜チャンバ２に成膜用ガスを送給する場合は、まず、ガス供給手段１６とガス源とを接続する配管上の切換え手段をガス供給手段１６に成膜用ガスが供給されるように切換え、次に第１のガス供給配管１７ａ上に設けられる第１の制御手段４ａを開放し、かつ第２のガス供給配管１７ｂ上に設けられる第２の制御手段４ｂを閉鎖し、ガス供給手段１６は供給された成膜用ガスを第１のクリーニング手段３ａのみを通じて成膜チャンバ２に送給する。本実施の形態では、成膜用ガスには、モノシラン（ＳｉＨ_４）、アンモニア（ＮＨ_３）、窒素（Ｎ_２）などを含む混合ガスが用いられる。また本実施の形態では、クリーニングガスには、三弗化窒素が用いられる。

共通配管１７は、分岐部１７ｃにおいて、第１のガス供給配管１７ａと第２のガス供給配管１７ｂとに分岐する。第１のガス供給配管１７ａは、一方が成膜チャンバ２のガス導入口１１に接続され、他方が分岐部１７ｃを介してガス供給手段１６に接続され、成膜用ガスまたはクリーニングガスをガス供給手段１６からガス導入口１１に向けて流過させる。また第２のガス供給配管１７ｂは、一方が成膜チャンバ２のガス導入口１２に接続され、他方が分岐部１７ｃを介してガス供給手段１６に接続され、クリーニングガスをガス供給手段１６からガス導入口１２に向けて流過させる。

第１の流量制御手段１８ａは、ガス導入口１１とガス供給手段１６とを接続する第１のガス供給配管１７ａ上に設けられ、第１のガス供給配管１７ａ内におけるガス流量を制御する。第２の流量制御手段１８ｂは、ガス導入口１２とガス供給手段１６とを接続する第２のガス供給配管１７ｂ上に設けられ、第２のガス供給配管１７ｂ内におけるガス流量を制御する。第１の流量制御手段１８ａおよび第２の流量制御手段１８ｂは互いに独立して制御が可能である。第１の流量制御手段１８ａおよび第２の流量制御手段１８ｂにはたとえば流量制御弁が用いられ、流量制御弁の弁開度を調整することにより、流量制御が行われる。また、ガス流過方向における第１の流量制御手段１８ａおよび第２の流量制御手段１８ｂよりも下流側の第１のガス供給配管１７ａおよび第２のガス供給配管１７ｂ上に図示しない流量検知手段を設け、流量検知手段による検知結果に応じて流量制御弁の弁開度を調整してもよい。第１の流量制御手段１８ａおよび第２の流量制御手段１８ｂによるガス流量の制御は、成膜チャンバ２内において、反応生成物の付着度合が部分的に異なる場合などに行われる。たとえば、ガス導入口１１周辺の方が、ガス導入口１２周辺よりも反応生成物の付着量が多い場合は、第１の流量制御手段１８ａおよび第２の流量制御手段１８ｂの弁開度を調整して、ガス導入口１１に導入されるクリーニングガス量が、ガス導入口１２に導入されるクリーニングガス量よりも多くになるように制御を行えばよい。

第１の励起手段１９ａは、ガス導入口１１と第１の流量制御手段１８ａとの間の第１のガス供給配管１７ａ上に設けられ、クリーニングガスからラジカルを含む励起ガスを生成させる。第２の励起手段１９ｂは、ガス導入口１２と第２の流量制御手段１８ｂとの間の第２のガス供給配管１７ｂ上に設けられ、クリーニングガスからラジカルを含む励起ガスを生成させる。第１の励起手段１９ａおよび第２の励起手段１９ｂは、ガス導入口１１，１２に接続される第１のガス供給配管１７ａおよび第２のガス供給配管１７ｂ毎に設けられるという構成上の特徴を有する。これによって、第１の励起手段１９ａとガス導入口１１との距離短縮および／または第２の励起手段１９ｂとガス導入口１２との距離短縮を容易に実施できるようになる。したがって、励起ガス中のラジカル含有量を反応生成物の除去に有効な程度に保持したまま、該励起ガスを成膜チャンバ２内に導入できる。第１の励起手段１９ａおよび第２の励起手段１９ｂには、マイクロ波照射装置、高周波照射装置などが用いられる。ガス供給手段１６から第１の流量制御手段１８ａおよび第２の流量制御手段１８ｂを介して第１のガス供給配管１７ａおよび第２のガス供給配管１７ｂを流過してくるクリーニングガスにマイクロ波、高周波などを照射することにより、ラジカルを含む励起ガスが生成する。本実施の形態では、クリーニングガスに２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射する。

クリーニング手段３ａによれば、ガス供給手段１６から共通配管１７内に供給されるクリーニングガスが、分岐部１７ｃを介して第１のガス供給配管１７ａ内を流過し、ガス第１の流量制御手段１８ａによる流量制御を受け、さらに第１の励起手段１９ａにより励起されてガス導入口１１から成膜チャンバ２内に導入される。成膜ガスもクリーニングガスと同様の経路で成膜チャンバ２内に導入される。ただし、成膜ガスが導入される際は、第1の励起手段１９ａは起動しない。

またクリーニング手段３ｂによれば、ガス供給手段１６から共通配管１７内に供給されるクリーニングガスが、分岐部１７ｃを介して第２のガス供給配管１７ｂ内を流過し、第２の流量制御手段１８ｂによる流量制御を受け、さらに第２の励起手段１９ｂにより励起されてガス導入口１２から成膜チャンバ２内に導入される。

制御手段４は、第１の制御手段４ａと、第２の制御手段４ｂと、ＣＰＵ２０とを含む。
第１の制御手段４ａは、第１の流量制御手段１８ａと第１の励起手段１９ａとの間の第１のガス供給配管１７ａ上に設けられ、クリーニングガスまたは成膜用ガスの成膜チャンバ２への供給開始および供給終了を制御する。

第２の制御手段４ｂは、第２の流量制御手段１８ｂと第２の励起手段１９ｂとの間の第２のガス供給配管１７ｂ上に設けられ、クリーニングガスの成膜チャンバ２への供給開始および供給終了を制御する。

第１の制御手段４ａ，４ｂにはたとえば開閉弁が用いられる。開閉弁を開放することによってクリーニングガスの成膜チャンバ２への導入（供給）が開始され、開閉弁を閉じることによってクリーニングガスの成膜チャンバ２への導入（供給）が停止する。第１の制御手段４ａおよび第２の制御手段４ｂはＣＰＵ２０に電気的に接続される。

ＣＰＵ２０は記憶部と演算部と制御部とを含み、ＣＶＤ装置１の全動作を制御し、ここでは第１の制御手段４ａおよび第２の制御手段４ｂによるクリーニングガスの供給開始および供給終了を制御する。本実施の形態では、成膜チャンバ２内において、反応生成物の付着度合が部分的に異なることに基づいて、クリーニングガスの供給開始および供給終了の制御を行う。成膜チャンバ２内における反応生成物の付着度合の分布は、成膜チャンバ２の内部形状、ガス導入口の形成位置、気相成長膜の組成、成膜用ガスの流量、上部電極５に印加される交流電圧値、気相成長温度、気相成長時間などに応じて、実験値、経験値として予め決定され、ＣＰＵ２０の記憶部に入力される。すなわち記憶部には、気相成長反応毎の前記各項目のデータと反応生成物の付着度合の分布との関係がテーブルとして入力される。

ＣＰＵ２０の演算部では、前回のセルフクリーニングと今回のセルフクリーニングとの間に行われた気相成長反応における前記各項目のデータを記憶部から取り出し、さらに前記テーブルと比較して、ガス導入口１１，１２周辺における反応生成物の付着度合の分布を判定し、クリーニングガスの導入量（流量）、ガス導入口１１，１２毎のクリーニングガス供給開始時期および供給終了時期を判定する。

ＣＰＵ２０の制御部は、演算部による判定結果に応じて第１の制御手段４ａおよび４ｂに制御信号を送り、第１の制御手段４ａおよび第２の制御手段４ｂを個別に制御する。たとえば、ガス導入口１１の周辺における反応生成物付着量が、ガス導入口１２の周辺における反応生成物付着量よりも多い場合は、クリーニング手段３ａの開放時間をクリーニング手段３ｂの開放時間よりも長くすればよい。なおＣＰＵ２０は、成膜を行う場合には、第１の制御手段４ａを開放し、第２の制御手段４ｂを閉鎖する制御を行う。

制御手段４によれば、第１の制御手段４ａおよび第２の制御手段４ｂが、ＣＰＵ２０による制御を受けて、第１の流量制御手段１８ａと第１の励起手段１９ａとの間および第２の流量制御手段１８ｂと第２の励起手段１９ｂとの間において、第１のガス供給配管１７ａおよび第２のガス供給配管１７ｂを個別に開放または閉鎖することによって、クリーニングガスのガス導入口１１，１２から成膜チャンバ２内への導入（供給）を個別に開始または停止することができる。

以下、本発明ＣＶＤ装置１の成膜動作について説明する。
まず、半導体ウエハ、ガラスなどからなる基板１００をロボットなどの搬送手段を用いて、成膜チャンバ２内の下部電極７上に載置する。次に、第１の制御手段４ａを開放し、第１のクリーニング手段３ａを通じてガス供給手段１６から成膜チャンバ２内に、モノシラン（ＳｉＨ_４）、アンモニア（ＮＨ_３）、窒素（Ｎ_２）などを含む混合ガスである成膜用ガスを導入する。成膜チャンバ２内に導入される成膜用ガスは上部電極５のガス噴出孔６からシャワー状に放散される。成膜用ガスの供給開始および供給停止は第１の制御手段４ａにより制御され、成膜用ガスの流量は第１の流量制御手段１８ａにより制御される。なお、第１のクリーニング手段３ａ内にクリーニングガスが残留する場合には、窒素などの不活性ガスを流すことによってクリーニングガスを系外に排出してもよい。

成膜用ガスの成膜チャンバ２への導入を開始し、流量が安定し、さらに圧力制御弁１４の開度を調整して成膜チャンバ２内の圧力を２００Ｐａ程度に調整する。成膜チャンバ２内の圧力が安定した後、ＲＦ電源８を起動し、周波数１３．５６ＭＨｚの交流電圧を上部電極５に印加する。上部電極５はＲＦ電源８による交流電圧の印加を受けて、下部電極７との間に電界を形成する。この電界によって成膜用ガスが化学的に分解されて反応が進行し、基板１００の表面にシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）などが形成される。

成膜動作終了後、シリコン窒化膜などが表面に形成された基板１００をロボットなどの搬送手段を用いて、成膜チャンバ２の外に搬出する。

成膜動作を実行する際に、基板１００の表面だけでなく、成膜チャンバ２の内壁などにも窒化シリコン（ＳｉＮｘ）などの反応生成物が付着する。前述のような成膜動作が繰返し実行されると、成膜チャンバ２の内壁などに堆積する反応生成物が増加し、堆積の際の応力によって成膜チャンバ２の内壁から剥離する。剥離した反応生成物の一部は成膜チャンバ２の内部を浮遊し、基板１００の表面にダストとして付着することがある。このダストが付着した基板１００を用いて半導体デバイスを製造すると、半導体デバイスに欠陥が生じ、不良の原因になる。このような機構による不良発生を防止するために、セルフクリーニングを実施する。

次に、本発明ＣＶＤ装置１のセルフクリーニング動作について説明する。
まず、圧力制御弁１４を全開にする。次に、三弗化窒素（ＮＦ_３）などのクリーニングガスを、第１のクリーニング手段３ａおよび第２のクリーニング手段３ｂを経て、それぞれガス導入口１１，１２から成膜チャンバ２内に導入する。なお、共通配管１７、第１のクリーニング手段３ａおよび第２のクリーニング手段３ｂにおける第２のガス供給配管１７ｂの分岐部１７ｃから制御部４ｂとの間に成膜用ガスが残留する場合には、第１の励起手段１９ａおよび第２の励起手段１９ｂを作動させる前に、窒素ガスなどの不活性ガスを流して系外に排出してもよい。

第１のクリーニング手段３ａによれば、ガス供給手段１６から、共通配管１７、第１のガス供給配管１７ａ、第１の流量制御手段１８ａおよび第１の制御手段４ａを経て第１の励起手段１９ａに至り、第１の励起手段１９ａにおいてクリーニングガスに２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射して励起ガスを生成させ、この励起ガスがガス導入口１１から成膜チャンバ２内に導入される。成膜チャンバ２内に導入された励起ガスは上部電極５のガス噴出孔６からシャワー状に放散される。第１のクリーニング手段３ａによる励起ガスの成膜チャンバ２への供給開始および供給終了は第１の制御手段４ａにより制御される。第１のクリーニング手段３ａにおけるクリーニングガスの流量は、第１の流量制御手段１８ａにより制御される。

また第２のクリーニング手段３ｂによれば、ガス供給手段１６から、共通配管１７、第２のガス供給配管１７ｂ、第２の流量制御手段１８ｂおよび第２の制御手段４ｂを経て第２の励起手段１９ｂに至り、第２の励起手段１９ｂにおいてクリーニングガスに２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射して励起ガスを生成させ、この励起ガスがガス導入口１２から成膜チャンバ２内に導入される。第２のクリーニング手段３ｂによる励起ガスの成膜チャンバ２への供給開始および供給終了は第２の制御手段４ｂにより制御される。第２のクリーニング手段３ｂにおけるクリーニングガスの流量は、第２の流量制御手段１８ｂにより制御される。

第１の制御手段４ａ、第２の制御手段４ｂ、第１の流量制御手段１８ａおよび第２の流量制御手段１８ｂを用いて、たとえば、第１のクリーニング手段３ａおよび第２のクリーニング手段３ｂの成膜チャンバ２への励起ガスの供給開始を同時に行い、第１のクリーニング手段３ａによるガス供給時間を３００秒、第２のクリーニング手段３ｂによるガス供給時間を１２０秒とし、第１のクリーニング手段３ａにおけるクリーニングガス流量を３０００ｓｃｃｍ、第２のクリーニング手段３ｂにおけるクリーニングガス流量を３００ｓｃｃｍとすることで、第１のクリーニング手段３ａのみでクリーニングガスを流量３０００ｓｃｃｍで供給する場合、第１のクリーニング手段３ａおよび第２のクリーニング手段３ｂで同時に供給開始・終了する場合と比較して、クリーニングガスと成膜チャンバ２内のすべての反応生成物との反応が終了するのに必要となるクリーニングガスの量を削減し、クリーニングガスと成膜チャンバ２内のすべての反応生成物との反応が終了するまでの時間を短縮することができる。

本発明の実施の第１形態であるＣＶＤ装置の構成を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ＣＶＤ装置
２成膜チャンバ
２ａ側壁
２ｂ上面壁
２ｃ底面壁
３クリーニング手段
３ａ第１のクリーニング手段
３ｂ第２のクリーニング手段
４ａ第１の制御手段
４ｂ第２の制御手段
５上部電極
６ガス噴出孔
７下部電極
７ａ軸体
８ＲＦ電源
９加熱手段
１０ガス排気口
１１，１２ガス導入口
１３ガス排気管
１４圧力調整弁
１５真空ポンプ
１６ガス供給手段
１７共通配管
１７ａ第１のガス供給配管
１７ｂ第２のガス供給配管
１７ｃ分岐部
１８ａ第１の流量制御手段
１８ｂ第２の流量制御手段
１９ａ第１の励起手段
１９ｂ第２の励起手段

Claims

基板表面に気相成長膜を形成する成膜チャンバに、励起状態にあるクリーニングガスを導入して成膜チャンバ内部に付着する反応生成物を除去するＣＶＤ装置において、
成膜チャンバ壁の異なる位置に複数のガス導入口が形成された成膜チャンバと、
クリーニングガスの供給を行うガス供給手段、ガス供給手段と複数のガス導入口とを接続する配管、配管に設けられてガス供給手段から供給されるクリーニングガスの流量を制御する流量制御手段および配管に設けられて、流量制御手段により流量制御されたクリーニングガスの供給を受け、該クリーニングガスを励起状態に変換して成膜チャンバ内に供給する励起手段を含むクリーニング手段と、
クリーニング手段による励起状態にあるクリーニングガスの成膜チャンバへの供給を制御する制御手段とを含むＣＶＤ装置であって、
励起手段は、
複数のガス導入口にそれぞれ接続される配管毎に設けられることを特徴とするＣＶＤ装置。
成膜チャンバは、
少なくとも１つのガス導入口が形成された成膜チャンバ壁の内壁面の一部または全面に接するように設けられて、ガス導入口から供給される励起状態にあるクリーニングガスを、成膜チャンバ内部に向けて放射状に噴出させる放射状噴出部材を含むことを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ装置。
成膜チャンバは、
放射状噴出部材である上部電極と、
鉛直方向において上部電極と対向するように設けられ、成膜を行うための基板を載置する下部電極と、
成膜チャンバの内壁に形成されるガス排気口とを含み、
少なくとも１つのガス導入口は、
下部電極の鉛直方向下方に位置する成膜チャンバ壁に形成されることを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ装置。
少なくとも１つのガス導入口は、
下部電極の鉛直方向下方に位置する成膜チャンバ壁における、下部電極中心を基準にしてガス排気口とは反対側の位置に形成されることを特徴とする請求項３記載のＣＶＤ装置。
請求項１〜４のいずれか１つのＣＶＤ装置におけるクリーニング方法であって、
複数のガス導入口から成膜チャンバ内に励起状態にあるクリーニングガスを導入することを特徴とするクリーニング方法。
複数あるガス導入口毎に、励起状態にあるクリーニングガスの供給開始時期および／または供給終了時期を制御することを特徴とする請求項５記載のクリーニング方法。
複数あるガス導入口毎に、励起状態にあるクリーニングガスの供給時の流量を制御することを特徴とする請求項５または６記載のクリーニング方法。