JP2009057604A - Film-forming apparatus, film-forming system, and cleaning method of film-forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板等に薄膜を成膜する際にチャンバ内に付着する不要物を除去するクリーニングが可能な成膜装置、成膜システム及び成膜装置のクリーニング方法に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus, a film forming system, and a film forming apparatus cleaning method capable of cleaning to remove unnecessary materials attached to a chamber when a thin film is formed on a semiconductor substrate or the like.
従来、気相成長法により金属膜、例えば、銅の薄膜を作製する場合、銅・ヘキサフロロアセチルアセトナト・トリメチルビニルシラン等の液体の有機金属錯体を原料として用い、固体状の原料を溶媒に溶かし、熱的な反応を利用して気化することにより基板に対する成膜を実現している。 Conventionally, when a metal film, for example, a copper thin film is prepared by vapor deposition, a liquid organometallic complex such as copper, hexafluoroacetylacetonate, and trimethylvinylsilane is used as a raw material, and the solid raw material is dissolved in a solvent. The film formation on the substrate is realized by vaporizing using a thermal reaction.
また、基板が設置されるチャンバ内に塩素ガスを供給し、この塩素ガスをプラズマ発生手段によりプラズマ化し、チャンバ内に配設した銅を含む被エッチング部材を塩素ガスプラズマでエッチングすると共に、被エッチング部材と基板との温度の関係を適切に制御することにより、エッチングされた銅を基板に析出させて銅の薄膜を形成する方法も開示されている(特許文献1〜4等)。
In addition, chlorine gas is supplied into a chamber in which the substrate is installed, and the chlorine gas is converted into plasma by a plasma generating means, and an etching target member containing copper disposed in the chamber is etched with chlorine gas plasma and etched. A method of forming a copper thin film by depositing etched copper on a substrate by appropriately controlling the temperature relationship between the member and the substrate is also disclosed (
このような金属膜を形成する成膜装置では、成膜時に基板表面のみならずチャンバ内壁等に不要な金属膜が付着する。そこで、成膜用のチャンバを大気開放して、薬品等を用いてチャンバ内壁に付着した不要物を拭き取ったり、チャンバ内部に設置しておいた内壁保護ボードを交換したりするクリーニング作業を行っている。 In such a film forming apparatus for forming a metal film, an unnecessary metal film adheres not only to the surface of the substrate but also to the inner wall of the chamber during film formation. Therefore, the film forming chamber is opened to the atmosphere, and chemicals etc. are used to wipe off unnecessary materials adhering to the inner wall of the chamber, or to replace the inner wall protection board installed inside the chamber. Yes.
また、塩素等のハロゲンを含むクリーニングガスをプラズマ化することによってチャンバ内の不要物をエッチングして除去するクリーニング方法を用いることもある(特許文献1〜4等)。
In addition, a cleaning method may be used in which a cleaning gas containing a halogen such as chlorine is turned into plasma to remove unnecessary materials in the chamber by etching (
しかしながら、上記従来技術では、拭き取りや内壁保護ボードの交換のために、成膜チャンバを大気開放する必要があり、作業に時間や手間が掛かるという問題がある。また、大気開放の影響でチャンバ内の状態が変化し、大気開放後に再度成膜を行う際に形成された膜の膜質や歩留り等が低下するという問題もある。 However, in the above prior art, it is necessary to open the film forming chamber to the atmosphere in order to wipe off or replace the inner wall protection board, and there is a problem that it takes time and labor for the work. In addition, there is a problem in that the state in the chamber changes due to the release of the atmosphere, and the film quality, yield, and the like of the film formed when the film is formed again after the release of the atmosphere are reduced.
また、クリーニングガスをプラズマ化してチャンバの内壁やチャンバ内の設置物に付着した不要物をエッチングする場合、大気開放の必要はなく上記問題は回避できるが、プラズマからラジカルをチャンバ内にまんべんなく供給してクリーニングを行う必要がある。そこで、プラズマ発生用のアンテナをチャンバ周辺全体に設けたり、アンテナを移動させる機構を設けたりしているが、装置構成が複雑となり成膜装置の製造コストが高くなる等の問題がある。 In addition, when etching unnecessary substances adhering to the inner wall of the chamber or the installed objects in the chamber by turning the cleaning gas into plasma, it is not necessary to release the atmosphere, but the above problem can be avoided, but radicals are uniformly supplied from the plasma into the chamber. Need to be cleaned. Therefore, an antenna for generating plasma is provided around the entire chamber periphery, or a mechanism for moving the antenna is provided. However, there are problems such as a complicated apparatus configuration and an increased manufacturing cost of the film forming apparatus.
本発明は、従来技術の問題を鑑み、上記課題の少なくとも1つを解決できる成膜装置、成膜システム及び成膜装置のクリーニング方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a film forming apparatus, a film forming system, and a method for cleaning a film forming apparatus that can solve at least one of the above-described problems.
本発明は、成膜を行うチャンバと、ハロゲンを含有するクリーニングガスを前記チャンバ内へ供給するガス供給手段と、前記チャンバ内の前記クリーニングガスの圧力を調整する圧力調整手段と、前記クリーニングガスをプラズマ化するプラズマ発生手段と、を備える成膜装置であって、前記プラズマ発生手段を用いて発生させた前記クリーニングガスのプラズマの作用によって前記チャンバの内壁に付着した不要物をクリーニングする際に、前記圧力調整手段によって前記チャンバ内の前記クリーニングガスの圧力を変更可能であることを特徴とする。 The present invention includes a chamber for forming a film, a gas supply means for supplying a cleaning gas containing halogen into the chamber, a pressure adjusting means for adjusting the pressure of the cleaning gas in the chamber, and the cleaning gas. A plasma generating means for converting into plasma, and when cleaning unnecessary substances attached to the inner wall of the chamber by the action of plasma of the cleaning gas generated using the plasma generating means, The pressure of the cleaning gas in the chamber can be changed by the pressure adjusting means.
このとき、前記クリーニングガスのプラズマからハロゲンのラジカルが前記チャンバ内に付着した不要物へ供給され、そのラジカルの作用によって不要物が除去されるものと推考される。 At this time, it is presumed that halogen radicals are supplied from the cleaning gas plasma to the unwanted matter attached in the chamber, and the unwanted matter is removed by the action of the radicals.
前記圧力調整手段を用いて前記チャンバ内のクリーニング時に前記クリーニングガスの圧力を変化させることによって、前記チャンバ内におけるクリーニングガスプラズマの発生領域を変化させることができ、前記チャンバ内全体を効率良くクリーニングすることが可能となる。 By changing the pressure of the cleaning gas during the cleaning of the chamber using the pressure adjusting means, the generation region of the cleaning gas plasma in the chamber can be changed, and the entire inside of the chamber is efficiently cleaned. It becomes possible.
特に、前記圧力調整手段により、クリーニング初期において前記チャンバ内の前記クリーニングガスを第1の圧力に設定し、その後、前記チャンバ内の前記クリーニングガスを前記第1の圧力よりも低下させることが好適である。これによって、一般的にガス供給の上流側に配置されるプラズマアンテナ近傍にクリーニングガスプラズマを発生させてその周辺の不要物のクリーニングを行った後に、ガス供給の下流側に配置される排気口付近へとクリーニングガスプラズマの発生領域を移動させつつ不要物のクリーニングを行うことができ、効率良く前記チャンバ内の不要物をクリーニングすることができる。 In particular, it is preferable that the pressure adjusting means sets the cleaning gas in the chamber to a first pressure at the initial stage of cleaning, and then lowers the cleaning gas in the chamber below the first pressure. is there. As a result, cleaning gas plasma is generated in the vicinity of the plasma antenna generally disposed upstream of the gas supply to clean the unnecessary objects in the vicinity thereof, and then the vicinity of the exhaust port disposed downstream of the gas supply Unnecessary substances can be cleaned while moving the region where the cleaning gas plasma is generated, and the unnecessary substances in the chamber can be efficiently cleaned.
また、前記クリーニングガスは、希ガスで希釈されたハロゲン含有ガスであることが好適である。ハロゲン(フッ素、塩素等)を含む前記クリーニングガスを希ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴン等)で希釈することによって、より効率良く前記チャンバ内の不要物を除去することができる。これは、希ガスによる不要物のスパッタリング効果等によるものと推考される。 The cleaning gas is preferably a halogen-containing gas diluted with a rare gas. By diluting the cleaning gas containing halogen (fluorine, chlorine, etc.) with a rare gas (helium, neon, argon, etc.), it is possible to more efficiently remove unnecessary substances in the chamber. This is presumed to be due to the sputtering effect of unnecessary substances caused by rare gases.
また、前記チャンバ内へ供給される前記クリーニングガスの流量を調整するガス流量調整手段を備えることが好適である。前記ガス流量調整手段を備えることによって、前記チャンバ内へ供給する前記クリーニングガスの流量を制御することができ、前記チャンバ内の前記クリーニングガスが入れ替わるリフレッシュタイムを変更することができ、不要物の除去に適したリフレッシュタイムにすることができる。 In addition, it is preferable that a gas flow rate adjusting means for adjusting a flow rate of the cleaning gas supplied into the chamber is provided. By providing the gas flow rate adjusting means, the flow rate of the cleaning gas supplied into the chamber can be controlled, the refresh time at which the cleaning gas in the chamber is replaced can be changed, and unnecessary substances can be removed. Refresh time suitable for
また、クリーニング時に前記チャンバに室温から200℃の温度範囲で温度勾配を設けることが可能なことが好適である。例えば、前記プラズマ発生手段に含まれるプラズマアンテナを前記チャンバの周辺に局所的に配置し、クリーニングガスプラズマを前記チャンバ内に局所的に発生させることによって温度勾配を設けることができる。また、例えば、前記チャンバの各所に独立に温度制御可能なヒータを設置し、前記チャンバに温度勾配を設けることもできる。 In addition, it is preferable that a temperature gradient can be provided in the chamber in the temperature range from room temperature to 200 ° C. during cleaning. For example, a temperature gradient can be provided by locally arranging a plasma antenna included in the plasma generating means and generating a cleaning gas plasma locally in the chamber. In addition, for example, heaters capable of independently controlling the temperature can be installed at various locations in the chamber, and a temperature gradient can be provided in the chamber.
また、前記クリーニングガスは、ハロゲンを5%以上の濃度で含有していることが好適である。また、前記クリーニングガスは、ハロゲンを50%以下の濃度で含有していることが好適であり、ハロゲンを30%以下の濃度で含有していることがより好適である。この濃度範囲とすることによって、前記クリーニングガスのプラズマから適切な量のラジカルを供給することが可能となり、クリーニングをより効果的に行うことができる。 The cleaning gas preferably contains halogen at a concentration of 5% or more. The cleaning gas preferably contains halogen at a concentration of 50% or less, and more preferably contains halogen at a concentration of 30% or less. By setting this concentration range, it becomes possible to supply an appropriate amount of radicals from the plasma of the cleaning gas, and cleaning can be performed more effectively.
また、前記ガス供給手段は、前記クリーニングガスを前記チャンバ内に導入する前に前記クリーニングガスを加熱する加熱手段を含むことが好適である。前記チャンバ内に導入する前に前記クリーニングガスの温度を上げておくことによって、前記チャンバ内で与えるエネルギーを低減することができる。これによりクリーニングの効率を高めることができる。 The gas supply means preferably includes a heating means for heating the cleaning gas before introducing the cleaning gas into the chamber. By increasing the temperature of the cleaning gas before introducing it into the chamber, the energy applied in the chamber can be reduced. Thereby, the cleaning efficiency can be increased.
また、上記本発明における成膜装置は、前記成膜は、前記チャンバ内にプラズマを発生させて前記チャンバ内に設置されたターゲットをエッチングし、当該エッチングによって生成された反応物を基板表面へ供給することによって行われるものであって、前記チャンバ内に対して前記ターゲットを搬入及び搬出するためのターゲット搬送手段を備える成膜システムに設けることができる。 In the film forming apparatus according to the present invention, in the film formation, plasma is generated in the chamber to etch a target installed in the chamber, and a reactant generated by the etching is supplied to the substrate surface. In this case, it can be provided in a film forming system provided with a target transfer means for carrying the target in and out of the chamber.
本発明によれば、成膜装置のチャンバ内に付着した不要物を効率良く除去することができる。 According to the present invention, it is possible to efficiently remove unnecessary substances attached to the chamber of the film forming apparatus.
本発明の実施の形態における半導体製造装置100は、図1に示すように、カセット容器10、搬送室12、搬送機構14、回転ステージ16、ロード室18、共通搬送室20、搬送機構22及び成膜処理モジュール24を含んで構成される。半導体製造装置100は、例えば、半導体基板であるシリコン製基板にダマシン配線を形成する際に用いられる。
As shown in FIG. 1, the
ワークとなる基板は、密閉構造をもったカセット容器10に収納されている。カセット容器10には、例えば、基板が25枚ずつ収納される。カセット容器10は、搬送室12に隣接するカセット台にそれぞれセットされる。
A substrate serving as a workpiece is stored in a
搬送室12は、空間的に外気から遮断されている。搬送室12内には、搬送機構14が設けられている。搬送機構14は、カセット容器10から基板を一枚ずつ取り出して、搬送室12内においてその長手方向に基板を搬送する。搬送機構14によりカセット容器10から取り出された基板は、搬送室12内に設けられた回転ステージ16にセットされ、以後の処理に適した回転位置となるように調整された後、搬送機構14によってロード室18に搬入される。
The
ロード室18に搬入された基板は、共通搬送室20内に設けられた多関節型のロボットアームを有する搬送機構22により成膜処理モジュール24に搬送される。搬送室12とロード室18、及び、ロード室18と共通搬送室20との連通部には、互いに連通する両室間を気密に遮断することが可能なゲートバルブが設けられる。また、成膜処理モジュール24と共通搬送室20との連通部にもゲートバルブが設けられる。ゲートバルブは、基板の搬送時にそれぞれの室内の真空度が劣化することがないようにするために用いられる。
The substrate carried into the
また、搬送機構22を用いて成膜処理モジュール24にターゲット(被エッチング材料)を搬入・搬出できる構成としてもよい。すなわち、成膜処理モジュール24と共通搬送室20との連通部にターゲットを搬送するためのゲートバルブを設け、後述のクリーニング処理を行う際に、搬送機構22によりターゲットを待避させた状態でクリーニングを行うことを可能とする。なお、様々なプロセスモジュール間での自動搬送技術は、例えば、特開2006−165174号公報等で公知である。
Alternatively, the target (material to be etched) may be transferred into and out of the
成膜処理モジュール24は、図2の装置構成概念図に示すように、チャンバ30、プラズマアンテナ32、電源34、整合器36、原料ガス流量制御器38、原料ガスノズル40、クリーニングガス流量制御器42、クリーニングガスノズル44、ターゲット支持部46、基板支持台48、排気口50、自動圧力調整器52、排気ポンプ54、シースヒータ56及びガス加熱部58を含んで構成される。
As shown in the conceptual diagram of the apparatus configuration of FIG. , A
チャンバ30内のターゲット支持部46には被エッチング材料として銅板ターゲット46aが設置される。搬送機構22を用いて、チャンバ30内のターゲット支持部46にターゲット46aを設置し、ターゲット支持部46から共通搬送室20へとターゲット46aを待避させることができる。また、チャンバ30内の基板支持台48には成膜対象となる基板48aが設置される。基板48aは、上記のように搬送機構22を用いてチャンバ30内の基板支持台48に搬入及び設置される。
A
ターゲット46a及び基板48aが設置された後、チャンバ30内は排気口50に接続された排気ポンプ54によって真空に排気される。チャンバ30内を真空に排気した後、原料ガスをチャンバ30内に導入する。原料ガスの流量は原料ガス流量制御器38により調整され、原料ガスノズル40を介してチャンバ30内へ導入される。また、チャンバ30内の原料ガスの圧力は自動圧力調整器52により予め設定された圧力に調整される。自動圧力調整器52は、例えば、排気口50と排気ポンプ54との間に設けられる開閉度が変更できるバルブ等を含み、その開閉度を変更することによって排気口50と排気ポンプ54との間のコンダクタンスを調整することによって排気される原料ガス量を変更し、チャンバ30内の圧力を調整する。自動圧力調整器52は、外部の制御部(図示しない)からの制御信号に基づいて、例えば予め設定された圧力プログラムに従ってチャンバ30内の圧力を自動調整する。
After the
本実施の形態では、原料ガスはハロゲン(フッ素、塩素等)を含むガスとする。原料ガスは希ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴン等)により希釈することが好適である。 In this embodiment mode, the source gas is a gas containing halogen (fluorine, chlorine, or the like). The source gas is preferably diluted with a rare gas (such as helium, neon, or argon).
プラズマアンテナ32は導体で構成される。プラズマアンテナ32は、チャンバ30の上面に設けられた絶縁体の上蓋30aの外表面に渦巻き状に配置される。なお、プラズマアンテナ32は、チャンバ30の外周面にコイル状に配置してもよい。この場合、プラズマアンテナ32は、金属製のチャンバ30とは電気的に絶縁されるように設けることが好適である。
The
プラズマアンテナ32は、整合器36を介して、電源34と接続される。電源34からプラズマアンテナ32へとRF周波数帯やマイクロ周波数帯の高周波電力を供給する。このとき、チャンバ30内へ供給されている原料ガスに効率よく電力が導入されるように、整合器36を用いてインピーダンスのマッチングを行う。これにより、チャンバ30内に導入されたガスへ電力を供給し、ガスをプラズマ化することができる。
The
チャンバ30内に原料ガスプラズマを発生させることによって、その原料ガスプラズマによるエッチング作用によってターゲット46aから前駆体(CuxCly)を発生させ、この前駆体を還元反応により銅イオンにして基板48aの表面に堆積させる。これにより、基板48aの表面に銅の薄膜が形成される。
By generating the source gas plasma in the
このときの反応は以下の通りである。
(化1)
2Cu+Cl2 → 2CuCl → 2Cu↓+Cl2↑
The reaction at this time is as follows.
(Chemical formula 1)
2Cu + Cl 2 → 2CuCl → 2Cu ↓ + Cl 2 ↑
成膜処理モジュール24における成膜処理後、プラズマアンテナ32からの電力供給及び原料ガスの供給が停止され、チャンバ30内は真空排気される。成膜処理された基板48aは、搬送機構22を用いて共通搬送室20からロード室18へと搬出され、さらに搬送機構14によりカセット容器10へと戻される。このようにして、基板48aへの成膜処理が繰り返し行われる。
After the film forming process in the film forming
基板48aの表面に形成された銅薄膜の不要領域は、CMP装置(Chemical Mechanical Polishing)により効率的に除去することができる。CMP装置は、スラリーを用いて基板48aの表面に形成された銅の薄膜を化学機械的に研磨して除去する装置である。これにより、基板48aの表面を平面的に研磨することができ、基板48aの表面の溝内に堆積された銅だけをダマシン配線パターンとして残すことができる。
An unnecessary region of the copper thin film formed on the surface of the
次に、成膜処理モジュール24のチャンバ30内のクリーニング処理について説明する。クリーニング処理は、チャンバ30内において基板48aに対して金属膜の成膜処理を繰り返し行った際に、図4に示すように、チャンバ30の内壁やチャンバ30内の内容物(ターゲット支持部46,基板支持台48等)に堆積する金属の不要物60を除去するものである。クリーニング処理は、図3のフローチャートに沿って実行される。
Next, the cleaning process in the
ステップS10では、クリーニング処理の準備が行われる。クリーニング処理を行う際には、基板48aをチャンバ30内から搬出すると共に、さらにターゲット46aもチャンバ30内から搬出する。本実施の形態の構成によれば、チャンバ30内を大気開放することなく、搬送機構22を用いてターゲット46aを共通搬送室20へ待避させることができる。
In step S10, a cleaning process is prepared. When performing the cleaning process, the
ステップS12では、チャンバ30内にクリーニングガスを導入する。ターゲット46a及び基板48aがチャンバ30内から搬出された後、チャンバ30内は排気口50に接続された排気ポンプ54によって真空に排気される。チャンバ30内を真空に排気した後、クリーニングガスをチャンバ30内に導入する。クリーニングガスの流量はクリーニングガス流量制御器42により調整され、クリーニングガスノズル44を介してチャンバ30内へ導入される。
In step S <b> 12, a cleaning gas is introduced into the
クリーニングガスはハロゲン(フッ素、塩素等)を含むガスとする。クリーニングガスは希ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴン等)により希釈することが好適である。本実施の形態では、ハロゲンとして塩素を含み、希ガスとしてアルゴンを含むクリーニングガスを使用した例を説明するが、ハロゲンとしてフッ素を用いた場合や希ガスとしてヘリウム又はネオンを用いた場合も同様の作用を得ることができる。 The cleaning gas is a gas containing halogen (fluorine, chlorine, etc.). The cleaning gas is preferably diluted with a rare gas (such as helium, neon, or argon). In this embodiment mode, an example is described in which a cleaning gas containing chlorine as a halogen and argon as a rare gas is used. However, the same applies when fluorine is used as a halogen or helium or neon is used as a rare gas. The effect can be obtained.
ハロゲンの濃度は5%以上となるように調整されることが好適である。また、クリーニングガスは、ハロゲンを50%以下の濃度で含有していることが好適であり、ハロゲンを30%以下の濃度で含有していることがより好適である。この濃度範囲とすることによって、クリーニングガスプラズマを発生させた際にラジカルを効率良く不要物60へ供給することが可能となり、クリーニングをより効果的に行うことができる。また、クリーニングプラズマ内に希ガスのラジカルやイオンが発生し、これらが不要物60に衝突してエネルギーを与えることによって、ハロゲンのラジカルによる不要物60のエッチング作用が促進されてクリーニングを効率良く行うことが可能となる。
The halogen concentration is preferably adjusted to be 5% or more. The cleaning gas preferably contains halogen at a concentration of 50% or less, and more preferably contains halogen at a concentration of 30% or less. By setting this concentration range, it becomes possible to efficiently supply radicals to the
なお、クリーニングガスノズル44は、チャンバ30の排気口50よりもプラズマアンテナ32に近い領域に配設することが好適である。一般的に、排気口50はチャンバ30の下部に設けられ、プラズマアンテナ32は排気口50よりも上部に設けられるので、クリーニングガスノズル44はチャンバ30の上部に配設することが好ましい。このような相対的配置とすることによって、チャンバ30内におけるクリーニングガスの流れを排気口へ向けてスムーズなものにすることができ、このガスの流れによってエッチングされた不要物60を排気口50へと効果的に搬送することができる。さらに、後述するようにクリーニングガスの圧力を変化させて、クリーニングガスのプラズマの発生領域をガスの流れの上流側から下流側へと変えて効率良く不要物60を除去することができる。
The cleaning
さらに、ガス加熱部58を介してクリーニングガスを供給することによって、チャンバ30内へガスを導入する前にガスを予備加熱しておくことも好適である。チャンバ30内に導入する前にクリーニングガスの温度を上げておくことによって、チャンバ30内で与えるエネルギーを低減することができる。これによりクリーニングの効率を高めることができる。
Further, it is also preferable to preheat the gas before introducing the gas into the
ステップS14では、クリーニングガスプラズマを発生させてクリーニング処理を実行する。クリーニングガスをチャンバ30内に導入した状態で、電源34からRF周波数帯やマイクロ周波数帯の高周波電力を出力する。このとき、チャンバ30内へ供給されているクリーニングガスに効率よく電力が導入されるように、整合器36を用いてインピーダンスのマッチングを行う。これによって、プラズマアンテナ32からチャンバ30内のクリーニングガスに対して電力が供給され、チャンバ30内にクリーニングガスプラズマが発生する。
In step S14, a cleaning gas plasma is generated to perform a cleaning process. In a state where the cleaning gas is introduced into the
このとき、クリーニングガスプラズマがプラズマアンテナ32の近傍領域に発生するようにステップS12においてクリーニングガスを第1の圧力P1に調整する。クリーニングガスの圧力がより高くなるほどプラズマはプラズマアンテナ32のより近傍に高密度に集中して発生し、クリーニングガスの圧力がより低くなるほどプラズマの発生領域はプラズマアンテナ32のより遠方に伸びる。そこで、第1の圧力P1は、チャンバ30内にクリーニングガスプラズマが発生する範囲内において、プラズマがプラズマアンテナ32の近傍領域に発生するような圧力とする。
At this time, the cleaning gas is adjusted to the first pressure P1 in step S12 so that the cleaning gas plasma is generated in the vicinity of the
具体的には、自動圧力調整器52により、チャンバ30内のクリーニングガスの圧力を予め設定された第1の圧力P1に調整する。第1の圧力P1は、チャンバ30の内容積等にもよるが、100mTorrから1000mTorr程度の圧力範囲とすることが好適である。
Specifically, the pressure of the cleaning gas in the
これによって、図5に示すように、プラズマアンテナ32の近傍領域に集中するようにドーナツ状のクリーニングプラズマ62が発生する。チャンバ30内にクリーニングプラズマ62を発生させることによって、そのプラズマ62からハロゲン(塩素)のラジカルがチャンバ30内の不要物60へと供給される。これにより、不要物60がエッチングされてCuxCly等の反応物として排気口50から排気される。
As a result, as shown in FIG. 5, a donut-shaped
このとき、チャンバ30に室温から200℃の温度範囲で温度勾配を設けることによってクリーニングをより効果的に行うこともできる。温度勾配は、被クリーニング対象となっている部位の温度が反応物の排出先となる部位の領域よりも高い温度となるように設けることが好ましい。すなわち、ステップS14では、プラズマアンテナ32の近傍の部位の温度が排気口50の近傍の部位の温度よりも高くなるように温度勾配を設けることが好ましい。
At this time, the cleaning can be more effectively performed by providing the
温度勾配は、チャンバ30の外周に設けられたシースヒータ56により設けることができる。チャンバ30の各部にシースヒータ56を分割して設置し、それぞれのシースヒータ56の温度を温度調整器等を用いて調整することによって、チャンバ30に所望の温度勾配を設ける。
The temperature gradient can be provided by a
ステップS14では、プラズマアンテナ32の近傍にプラズマを発生させて、その近傍の領域に付着した不要物60を除去するので、プラズマアンテナ32の近傍に設けられたシースヒータ56の温度をプラズマアンテナ32から離れた位置(例えば、排気口50付近等)に設けられたシースヒータ56の温度よりも高くすることによって、不要物60のクリーニングを効率良く行うことができる。
In step S14, plasma is generated in the vicinity of the
また、シースヒータ56を用いることなく、クリーニングガスプラズマ自体による加熱によってチャンバ30に温度勾配をつけることもできる。クリーニングガスプラズマがチャンバ30内に発生すると、プラズマ近傍の領域はプラズマ自体で加熱されて温度が高くなり、プラズマから離れるにつれて温度は低くなる。このようにして、チャンバ30の各部に温度勾配をつけることができる。
Further, without using the
ステップS14では、プラズマアンテナ32の近傍にプラズマを発生させて、その近傍の領域に付着した不要物60を除去するので、プラズマアンテナ32の近傍の領域がプラズマによって加熱され、プラズマアンテナ32から離れた位置(例えば、排気口50付近等)よりも温度が高くなり、不要物60のクリーニングを効率良く行うことができる。
In step S14, plasma is generated in the vicinity of the
以上のように、第1の圧力P1下においてクリーニングガスプラズマを発生させることによってプラズマアンテナ32の近傍の領域の不要物60を除去することができる。ただし、プラズマアンテナ32から離れた領域のクリーニングは不十分であり、さらに反応物の一部はプラズマアンテナ32から離れた部位に再吸着する場合もあるので以下の処理でそれらを除去する。
As described above, the
ステップS16では、チャンバ30内に導入するクリーニングガスの圧力を変更する。クリーニングガスの流量はクリーニングガス流量制御器42により調整され、クリーニングガスノズル44を介してチャンバ30内へ導入される。このとき、クリーニングガスプラズマがステップS14よりもプラズマアンテナ32の遠方に発生するようにクリーニングガスを第2の圧力P2に調整する。すなわち、クリーニングガスの圧力が低くなるほどプラズマの発生領域はプラズマアンテナ32のより遠方まで伸びるので、第2の圧力P2が第1の圧力P1よりも低くなるように圧力を調整する。
In step S16, the pressure of the cleaning gas introduced into the
具体的には、自動圧力調整器52により、チャンバ30内のクリーニングガスの圧力を予め設定された第2の圧力P2に調整する。第2の圧力P2は、チャンバ30の内容積等にもよるが、100mTorrから1000mTorr程度の圧力範囲内において第1の圧力P1よりも低い圧力とすることが好適である。
Specifically, the pressure of the cleaning gas in the
このとき、クリーニングガスの組成や濃度、予備加熱はステップS12と同様とすることが好適である。ただし、必要に応じて、これらを変更してもよい。 At this time, the composition, concentration, and preheating of the cleaning gas are preferably the same as in step S12. However, these may be changed as necessary.
ステップS18では、クリーニングガスプラズマを発生させてクリーニング処理を実行する。第2の圧力P2でクリーニングガスをチャンバ30内に導入した状態で、電源34からRF周波数帯やマイクロ周波数帯の高周波電力を出力する。このとき、チャンバ30内へ供給されているクリーニングガスに効率よく電力が導入されるように、整合器36を用いてインピーダンスのマッチングを行う。これによって、プラズマアンテナ32からチャンバ30内のクリーニングガスに対して電力が供給され、チャンバ30内にクリーニングガスプラズマが発生する。
In step S18, a cleaning gas plasma is generated to perform a cleaning process. With the cleaning gas introduced into the
具体的には、図6に示すように、プラズマアンテナ32から離れた領域まで伸びたクリーニングプラズマ62が発生する。チャンバ30内にクリーニングプラズマ62を発生させることによって、そのプラズマ62からハロゲン(塩素)のラジカルがチャンバ30内の不要物60へと供給される。これにより、プラズマアンテナ32から離れた領域に付着した不要物60がエッチングされてCuxCly等の反応物として排気口50から排気される。
Specifically, as shown in FIG. 6, cleaning
このとき、ステップS14と同様に、チャンバ30の各部に室温から200℃の温度範囲で温度勾配を設けることによってクリーニングをより効果的に行うことが好適である。この場合も、温度勾配は、被クリーニング対象となっている部位の温度が反応物の排出先となる部位の領域よりも高い温度となるように設けることが好ましい。すなわち、プラズマ62の発生領域の近傍の部位の温度が排気口50の近傍の部位の温度よりも高くなるように温度勾配を設けることが好ましい。温度勾配は、チャンバ30の外周に設けられたシースヒータ56やクリーニングガスプラズマ62自体によってつけることができる。
At this time, it is preferable to perform cleaning more effectively by providing temperature gradients in the temperature range of room temperature to 200 ° C. in each part of the
例えば、ステップS18では、プラズマアンテナ32の遠方まで伸びたプラズマ62を発生させて不要物60を除去するので、クリーニング対象となっている部位に設けられたシースヒータ56の温度をプラズマ62からさらに離れた位置(例えば、排気口50付近等)に設けられたシースヒータ56の温度よりも高くすることによって、不要物60のクリーニングを効率良く行うことができる。
For example, in step S <b> 18, the
また、例えば、プラズマ62の近傍の領域がプラズマによって加熱され、クリーニング対象となっている部位の温度がプラズマ62からさらに離れた位置(例えば、排気口50付近等)よりも高くなり、不要物60のクリーニングを効率良く行うことができる。
Further, for example, the region in the vicinity of the
以上のように、第2の圧力P2下においてクリーニングガスプラズマを発生させることによってプラズマアンテナ32から離れた領域に付着した不要物60を除去することができる。このように、チャンバ30内のクリーニングガスの圧力を変化させることによって、チャンバ30内におけるクリーニングガスプラズマ62の発生領域を移動させることができ、チャンバ30内全体についてまんべんなく不要物60をより確実かつより効率良く除去することができる。
As described above, by generating the cleaning gas plasma under the second pressure P2, it is possible to remove the
なお、本実施の形態では、クリーニングガスの圧力を2段階に変化させてプラズマ62を発生させることによってチャンバ30内でのプラズマ62の発生領域を変えるものとしたが、これに限定されるものではない。クリーニングガスの圧力の変化は3段階以上としてもよいし、連続的に変化させてもよい。
In this embodiment, the generation region of the
具体的には、クリーニングガスの圧力を100mTorr程度下げる毎にクリーニングガスプラズマ62の発生領域は50mm程度ずつプラズマアンテナ32から離れた位置まで伸びる。したがって、チャンバ30のサイズ・形状やチャンバ30内の各部における不要物60の付着量に応じて、クリーニングが必要な領域付近にプラズマ62が発生するようにクリーニングガスの圧力を調整することが好適である。また、チャンバ30内の各部における不要物60の付着量に応じて圧力を変化させる時間を調整してもよい。
Specifically, every time the pressure of the cleaning gas is reduced by about 100 mTorr, the generation region of the cleaning
また、本実施の形態では、クリーニングガスプラズマ62の発生領域をチャンバ30内の排気の上流側から下流側へと変化させるものとしたが、これに限定されるものではない。ただし、排気の上流側から下流側へとクリーニングガスプラズマ62の発生領域を変化させることによって、不要物60から発生した反応物を排気口50へと効率良く排出することができるという利点がある。
In the present embodiment, the generation region of the cleaning
また、図7に示すように、チャンバ30の排気ラインに吸着トラップ64を設けることも好適である。吸着トラップ64は、室温以下に冷却するための冷却機構を備えており、反応生成物をトラップすることができる。吸着トラップ64には、さらに加熱手段が設けられており、エッチング処理終了後に吸着トラップ64を室温以上に加熱することによって反応生成物を脱離させてトラップを再生することができる。これにより、排気ポンプ54へと流れ込む反応物の量を低減することができ、吸着トラップ64を交換するだけで装置のメンテナンスができるという利点が生ずる。
Further, as shown in FIG. 7, it is also preferable to provide an
10 カセット容器、12 搬送室、14 搬送機構、16 回転ステージ、18 ロード室、20 共通搬送室、22 搬送機構、24 成膜処理モジュール、30 チャンバ、30a 上蓋、32 プラズマアンテナ、34 電源、36 整合器、38 原料ガス流量制御器、40 原料ガスノズル、42 クリーニングガス流量制御器、44 クリーニングガスノズル、46 ターゲット支持部、46a 銅板ターゲット、48 基板支持台、48a 基板、50 排気口、52 自動圧力調整器、54 排気ポンプ、56 シースヒータ、58 ガス加熱部、60 不要物、62 クリーニングプラズマ、64 吸着トラップ、100 半導体製造装置。
10 cassette container, 12 transfer chamber, 14 transfer mechanism, 16 rotary stage, 18 load chamber, 20 common transfer chamber, 22 transfer mechanism, 24 film forming module, 30 chamber, 30a upper lid, 32 plasma antenna, 34 power supply, 36
Claims (13)
ハロゲンを含有するクリーニングガスを前記チャンバ内へ供給するガス供給手段と、
前記チャンバ内の前記クリーニングガスの圧力を調整する圧力調整手段と、
前記クリーニングガスをプラズマ化するプラズマ発生手段と、を備える成膜装置であって、
前記プラズマ発生手段を用いて発生させた前記クリーニングガスのプラズマの作用によって前記チャンバの内壁に付着した不要物をクリーニングする際に、前記圧力調整手段によって前記チャンバ内の前記クリーニングガスの圧力を変更可能であることを特徴とする成膜装置。 A chamber for film formation;
Gas supply means for supplying a cleaning gas containing halogen into the chamber;
Pressure adjusting means for adjusting the pressure of the cleaning gas in the chamber;
A film forming apparatus comprising: plasma generating means for converting the cleaning gas into plasma,
When cleaning unnecessary substances adhering to the inner wall of the chamber by the action of the cleaning gas plasma generated by the plasma generating means, the pressure of the cleaning gas in the chamber can be changed by the pressure adjusting means. A film forming apparatus characterized by the above.
前記圧力調整手段は、クリーニング初期において前記チャンバ内の前記クリーニングガスを第1の圧力に設定し、その後、前記チャンバ内の前記クリーニングガスを前記第1の圧力よりも低下させることを特徴とする成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1,
The pressure adjusting means sets the cleaning gas in the chamber to a first pressure at the initial stage of cleaning, and then lowers the cleaning gas in the chamber below the first pressure. Membrane device.
前記クリーニングガスは、希ガスで希釈されたハロゲン含有ガスであることを特徴とする成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1 or 2,
The film forming apparatus, wherein the cleaning gas is a halogen-containing gas diluted with a rare gas.
前記チャンバ内へ供給される前記クリーニングガスの流量を調整するガス流量調整手段を備えることを特徴とする成膜装置。 It is the film-forming apparatus as described in any one of Claims 1-3,
A film forming apparatus comprising gas flow rate adjusting means for adjusting a flow rate of the cleaning gas supplied into the chamber.
クリーニング時に前記チャンバに室温から200℃の温度範囲で温度勾配を設けることが可能なことを特徴とする成膜装置。 It is the film-forming apparatus as described in any one of Claims 1-4,
A film forming apparatus characterized in that a temperature gradient can be provided in the chamber in a temperature range of room temperature to 200 ° C. during cleaning.
前記クリーニングガスは、ハロゲンを5%以上50%以下の濃度で含有していることを特徴とする成膜装置。 It is the film-forming apparatus as described in any one of Claims 1-5,
The film forming apparatus, wherein the cleaning gas contains halogen in a concentration of 5% to 50%.
前記ガス供給手段は、前記クリーニングガスを前記チャンバ内に導入する前に前記クリーニングガスを加熱する加熱手段を含むことを特徴とする成膜装置。 It is the film-forming apparatus as described in any one of Claims 1-6,
The film supply apparatus includes a heating unit that heats the cleaning gas before introducing the cleaning gas into the chamber.
前記成膜は、前記チャンバ内にプラズマを発生させて前記チャンバ内に設置されたターゲットをエッチングし、当該エッチングによって生成された反応物を基板表面へ供給することによって行われるものであって、
前記チャンバ内に対して前記ターゲットを搬入及び搬出するためのターゲット搬送手段を備えることを特徴とする成膜システム。 Including the film forming apparatus according to claim 1,
The film formation is performed by generating a plasma in the chamber, etching a target installed in the chamber, and supplying a reaction product generated by the etching to the substrate surface,
A film forming system comprising: a target transport unit for transporting the target into and out of the chamber.
前記チャンバ内へ前記クリーニングガスを前記第1の圧力よりも低い圧力で供給しつつ、前記クリーニングガスをプラズマ化して前記チャンバの内壁に付着した不要物をクリーニングする第2のクリーニング工程と、
を含むことを特徴とする成膜装置のクリーニング方法。 A first cleaning step in which cleaning gas containing halogen is supplied to a chamber for film formation at a first pressure, and the cleaning gas is turned into plasma to clean unnecessary substances attached to the inner wall of the chamber;
A second cleaning step in which the cleaning gas is supplied into the chamber at a pressure lower than the first pressure, and the cleaning gas is turned into plasma to clean unnecessary substances attached to the inner wall of the chamber;
A film forming apparatus cleaning method comprising:
前記クリーニングガスは、希ガスで希釈されたハロゲン含有ガスであることを特徴とする成膜装置のクリーニング方法。 A film forming apparatus cleaning method according to claim 9,
The method for cleaning a film forming apparatus, wherein the cleaning gas is a halogen-containing gas diluted with a rare gas.
前記第1のクリーニング工程又は前記第2のクリーニング工程において、前記チャンバに室温から200℃の温度範囲で温度勾配を設けることを特徴とする成膜装置のクリーニング方法。 It is a cleaning method of the film-forming apparatus according to claim 9 or 10,
In the first cleaning step or the second cleaning step, a temperature gradient is provided in the chamber in a temperature range from room temperature to 200 ° C.
前記クリーニングガスは、ハロゲンを5%以上50%以下の濃度で含有していることを特徴とする成膜装置のクリーニング方法。 It is the cleaning method of the film-forming apparatus as described in any one of Claims 9-11,
The cleaning method for a film forming apparatus, wherein the cleaning gas contains halogen in a concentration of 5% to 50%.
前記第1のクリーニング工程又は前記第2のクリーニング工程において、前記クリーニングガスを前記チャンバ内に導入する前に前記クリーニングガスを加熱することを特徴とする成膜装置のクリーニング方法。 A method for cleaning a film forming apparatus according to any one of claims 9 to 12,
In the first cleaning step or the second cleaning step, the cleaning gas is heated before the cleaning gas is introduced into the chamber.
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