JP2021057405A - 成膜装置及び成膜装置の運用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜装置において装置内に残留する塩素を効率よく除去する技術を提供する。【解決手段】基板に塩素を含む原料ガスと、原料ガスと反応して第１の反応生成物を生成する第１の反応ガスと、を供給して成膜する成膜装置において、回転テーブル上の吸着領域に原料ガスを吐出すると共に、吸着領域を囲む囲繞領域の内縁を排気する第１の排気口を設け、囲繞領域の外縁にパージガスを吐出するように構成している。そして囲繞領域に対して回転テーブルの周方向に離れた処理領域に塩素と反応して第３の反応生成物を生成する第２の反応ガスを供給するように構成している。このような成膜装置において、成膜処理を行った後、成膜装置のメンテナンスのために真空容器を大気開放する前に、原料ガスの供給を停止した状態で、少なくとも第１の排気口から排気を行い、処理領域に第２の反応ガスを供給している。【選択図】図７

Description

本開示は、成膜装置及び成膜装置の運用方法に関する。

半導体装置の製造工程においては、例えば塩素と塩素以外の元素とからなる化合物からなる原料ガスを用い、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハ）に例えばＳｉ_３Ｎ_４（以下窒化シリコンあるいはＳｉＮと表示する）膜を成膜する技術が知られている。この成膜処理は原料ガスと反応ガスとを交互に複数回ウエハに供給するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）などと呼ばれている手法によって行われる。ＡＬＤを行う成膜装置としては、例えば特許文献１に示すように真空容器内に設けられる回転テーブルにウエハが載置され、当該回転テーブルの回転によって公転するウエハが、原料ガスが供給される雰囲気で構成される処理領域と、反応ガスが供給される雰囲気で構成される処理領域とを繰り返し通過するように構成される装置が知られている。また、これら原料ガスの雰囲気及び反応ガスの雰囲気の他に膜を改質する改質ガスが回転テーブル上に供給され、反応ガス、改質ガスが夫々供給される所定の領域が形成されている。

特許文献２には、基板にシリコン窒化膜を成膜する熱処理装置において、反応管内にアンモニアを供給して、塩素と反応させて塩化アンモニウムを生成し、メンテナンス作業における塩酸の発生を抑制する技術が記載されている。

特開２０１９−３３２２９号公報 特開２００２−３３４８６９号公報

本開示は、このような事情に基づいてなされたものであり、成膜装置において装置内に残留する塩素を効率よく除去する技術を提供することにある。

本開示の成膜装置は、塩素と塩素以外の元素とにより構成される化合物である原料ガスと、前記原料ガスと反応して前記塩素以外の元素を含む第１の反応生成物を生成する第１の反応ガスと、を基板に順番に供給するサイクルを複数回行い、第１の反応生成物の膜を成膜する成膜装置において、
内部を外側の大気雰囲気に開放する大気開放が可能な真空容器の当該内部にて、載置された前記基板を公転させるために回転する回転テーブルと、
前記原料ガスを前記回転テーブル上の第１の領域に吐出する原料ガス吐出口と、
前記第１の領域に対して前記回転テーブルの周方向に離れた第２の領域に、前記第１の反応ガスと、前記大気開放を行うときの当該真空容器内に残留する塩素と大気との反応による第２の反応生成物の生成を防ぐために当該塩素と反応して第３の反応生成物を生成する第２の反応ガスとを、各々供給する反応ガス供給部と、
前記膜を成膜するときに前記第１の領域の雰囲気と第２の領域の雰囲気とを分離する雰囲気分離部と、
前記膜を成膜するときに前記第１の領域の雰囲気、前記第２の領域の雰囲気を夫々専ら排気する第１の排気口、第２の排気口と、
前記回転テーブルの回転中に前記第１の領域、第２の領域への前記原料ガス、前記第１の反応ガスの供給を夫々行い、前記基板に前記膜を成膜する成膜ステップと、前記成膜ステップの後に前記第１の領域への前記原料ガスの供給を停止した状態で、前記第１の排気口及び前記第２の排気口のうち少なくとも前記第１の排気口からの排気を行うと共に、前記第２の領域に前記第２の反応ガスを供給して当該第２の領域から当該第１の排気口へ向かう当該第２の反応ガスの気流を形成する前記大気開放の前処理ステップと、を実行する制御信号を出力する制御部と、
を備えた。

本開示によれば、成膜装置において装置内に残留する塩素を効率よく除去することができる。

本開示の一実施の形態に係る成膜装置の一例を示す縦断側面図である。 前記成膜装置の一例を示す横断平面図である。 前記成膜装置に設けられるガス給排気ユニットの一例を示す縦断側面図である。 前記ガス給排気ユニットの一例を示す下面図である。 前記成膜装置の作用工程を示すフローチャートである。 成膜処理工程における真空容器内のガスの流れを説明する説明図である。 前処理工程における真空容器内のガスの流れを説明する説明図である。 ガス給排気ユニットの下面におけるガスの拡散を説明する説明図である。

本開示の一実施の形態に係る成膜装置について、図１の縦断側面図、図２の横断平面図を参照しながら説明する。この成膜装置は、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）Ｗの表面に、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）によって窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）を形成するように構成されている。本例の成膜装置では、塩素と塩素以外の元素とにより構成される化合物である原料ガスとしてジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガスを用いている。そしてＤＣＳガスと反応して塩素（Ｃｌ）以外の元素を含む第１の反応生成物であるＳｉＮを生成する第１の反応ガスとしてプラズマ化したアンモニア（ＮＨ_３）ガスを用い、ＤＣＳガスと、プラズマ化したＮＨ_３ガスと、を反応させてウエハＷにＳｉＮ膜を成膜する。明細書では、窒化シリコンについてＳｉ及びＮの化学量論比に関わらずＳｉＮと記載する。従ってＳｉＮという記載には、例えばＳｉ_３Ｎ_４が含まれる。

成膜装置は、扁平な概ね円形の真空容器１１を備え、真空容器１１は、側壁及び底部を構成する容器本体１１Ａと、容器本体１１Ａから着脱自在に構成された天板１１Ｂとにより構成されている。真空容器１１内には、直径３００ｍｍのウエハＷを水平に載置する円形の回転テーブル１２が設けられている。図中１２Ａは、回転テーブル１２の裏面中央部を支持する支持部である。支持部１２Ａの下方には、回転機構１３が設けられ、回転テーブル１２は、成膜処理中において支持部１２Ａを介して鉛直軸周りに上方から見て時計回り方向に回転する。図中Ｘは、回転テーブル１２の回転軸を示す。

図２に示すように回転テーブル１２の上面には、回転テーブル１２の周方向（回転方向）に沿ってウエハＷの載置部である６つの円形の凹部１４が設けられており、各凹部１４にウエハＷが収納される。つまり各ウエハＷは、回転テーブル１２の回転によって公転するように回転テーブル１２に載置される。図１に戻って真空容器１１の底部における回転テーブル１２の下方には同心円状に複数のヒータ１５が設けられ、回転テーブル１２に載置されたウエハＷが加熱されるように構成されている。また図２に示すように真空容器１１の側壁には、ウエハＷの搬送口１６が開口しており、図示しないゲートバルブによって開閉自在に構成されている。真空容器１１は、搬送口１６を介して内部が真空雰囲気である真空搬送室に接続されている。

真空容器１１内における搬送口１６に臨む位置は、ウエハＷの受け渡し位置となっており、当該受け渡し位置に対応する部位には、回転テーブル１２の下方側に凹部１４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。そしてウエハＷは搬送口１６を介して、真空搬送室に設けられた図示しない基板搬送機構により、受け渡し位置に搬送され、基板搬送機構と昇降ピンとの協働作用により、凹部１４に受け渡される。また真空容器１１には真空容器１１内の温度を測定する図示しない温度測定部が設けられている。

回転テーブル１２の上方には、図２に示すようにガス給排気ユニット２と、プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃとが、時計回り方向に、この順に設けられている。ガス給排気ユニット２について、縦断側面図である図３及び下面図である図４も参照しながら説明する。ガス給排気ユニット２は、平面視、回転テーブル１２の中央側から周縁側に向かうにつれて回転テーブル１２の周方向に広がる扇状に形成されており、ガス給排気ユニット２の下面は、回転テーブル１２の上面に近接すると共に対向している。

ガス給排気ユニット２は例えばアルミニウムにより構成され、その下面には、ガス吐出口２１、第１の排気口２２及びパージガス吐出口２３が開口している。図中での識別を容易にするために、図４では、第１の排気口２２及びパージガス吐出口２３に多数のドットを付して示している。ガス吐出口２１は、ガス給排気ユニット２の下面の周縁部よりも内側の扇状領域２４に多数配列されている。このガス吐出口２１は、成膜処理時における回転テーブル１２の回転中にＤＣＳガスを下方にシャワー状に吐出して、ウエハＷの表面全体に供給する。

この扇状領域２４において、ガス給排気ユニット２の内部には、各ガス吐出口２１にＤＣＳガスを供給できるようにガス流路２５が設けられている。そして、ガス流路２５の上流側は、例えばステンレスなどの金属で構成された配管２０１を介してＤＣＳガスの供給源２６に接続されており、各配管にはマスフローコントローラにより構成される流量調整部Ｍ２０１及びバルブＶ２０１が介設されている。または配管２０１には、パージガス供給用の配管２０３を介してパージガス供給源２７が接続され、各ガス吐出口２１から吐出するガスを、ＤＣＳガスと、例えばＡｒガスなどのパージガスとの間で切り替えることができるように構成されている。図３中のＶ２９は、バルブである。

続いて、上記の第１の排気口２２及びパージガス吐出口２３について説明する。第１の排気口２２は、扇状領域２４（図４参照）を囲む環状の溝であり、パージガス吐出口２３は、ガス給排気ユニット２の下面の周縁部に環状の溝として構成されている。第１の排気口２２及びパージガス吐出口２３は、回転テーブル１２の上面に対向するように、に開口している。パージガス吐出口２３は、回転テーブル１２上にパージガスとして例えばＡｒ（アルゴン）ガスを吐出する。回転テーブル１２上における第１の排気口２２の内側の領域は、ウエハＷの表面へのＤＣＳの吸着が行われる第１の領域である吸着領域Ｒ０を構成する。またパージガス吐出口２３は、吸着領域Ｒ０の雰囲気と、後述する処理領域Ｒ１〜Ｒ３の雰囲気と、を分離する雰囲気分離部に相当する。さらに回転テーブル１２上における吸着領域Ｒ０の周囲は、内縁を第１の排気口２２により排気され、外縁にパージガス吐出口２３から吐出されるパージガスが吹き付けられる囲繞領域ＲＡが形成される。この囲繞領域ＲＡにより吸着領域Ｒ０に供給されたＤＣＳガスが、囲繞領域ＲＡよりも外側に供給されることを抑制することができる。

図３中の２３Ａは、各々ガス給排気ユニット２に設けられる互いに区画されたガス流路である。ガス流路２３Ａの上流端は第１の排気口２２、ガス流路２３Ａの下流端はバルブＶ２０４が介設された例えばステンレス製の排気管２０４を介して、排気装置２８に夫々接続されており、この排気装置２８によって、第１の排気口２２から排気を行うことができる。また、ガス流路２３Ｂの下流端はパージガス吐出口２３、ガス流路２３Ｂの上流端は、例えばステンレス製の配管２０２を介して、Ａｒガスの供給源２９に夫々接続されている。配管２０２には、流量調整部２０及びバルブＶ２０が介設されている。

成膜処理中において、ガス吐出口２１からの原料ガスの吐出、第１の排気口２２からの排気及びパージガス吐出口２３からのパージガスの吐出が共に行われる。それによって、図３中に矢印で示すように回転テーブル１２へ向けて吐出された原料ガス及びパージガスは、回転テーブル１２の上面を第１の排気口２２へと向かい、当該第１の排気口２２から排気される。このようにパージガスの吐出及び排気が行われることにより、吸着領域Ｒ０の雰囲気はパージガス供給部２３から供給されるパージガスにより分離され、当該吸着領域Ｒ０に限定的に原料ガスを供給することができる。

続いてプラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃについて説明する。プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃは、ほぼ同様に構成され、ここではプラズマ形成ユニット３Ａについて説明する。プラズマ形成ユニット３Ａは、回転テーブル１２の中心側から外周側に向かうにつれて広がる概ね扇状に形成されている。図１に示すようにプラズマ形成ユニット３Ａは、マイクロ波を供給するためのアンテナ３１を備えており、当該アンテナ３１は、誘電体板３２と金属製の導波管３３とを備えている。

導波管３３は誘電体板３２上に設けられており、回転テーブル１２の径方向に沿って延在する内部空間３５を備える。導波管３３の下部側には、誘電体板３２に接するように複数のスロット孔３６Ａを備えたスロット板が設けられている。導波管３３には、マイクロ波発生器３７が接続されており、例えば、約２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波管３３に供給する。

また、プラズマ形成ユニット３Ａは、誘電体板３２の下面側にプラズマ形成用ガスを各々供給するガス吐出孔４１と、ガス吐出孔４２と、を備えている。ガス吐出孔４１は、回転テーブル１２の中心部側から外周部側に向かってプラズマ形成用ガスを吐出し、ガス吐出孔４２は、回転テーブル１２の外周部側から中心側に向かって、例えば水素（Ｈ_２）ガス及びアンモニア（ＮＨ_３）ガス、及びパージガスであるＡｒガスが吐出される。図中４３はＨ_２ガスの供給源、図中４４はＮＨ_３ガスの供給源、図中４６は、パージガス供給源である。ガス吐出孔４１及びガス吐出孔４２は、ガス供給機器４５を備えた配管系４０を介してＨ_２ガス供給源４３及びＮＨ_３ガス供給源４４に各々接続されている。

このプラズマ形成ユニット３Ａは、導波管３３に供給されたマイクロ波がスロット板３６のスロット孔３６Ａを通過し、この誘電体板３２の下方に吐出されたＮＨ_３ガス、Ｈ_２ガス、あるいはこれらの混合ガスをプラズマ化する。またプラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃの下方は、夫々処理領域Ｒ１〜Ｒ３に相当し、プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃは、反応ガス供給部に相当する。また本実施の形態に係る成膜装置においては、第１の反応ガス及び第２の反応ガスとして、共にプラズマ化したＮＨ_３ガスを用いている。従って本例では、第１の反応ガス及び第２の反応ガスは共通である。
また真空容器１１における回転テーブル１２の外側の下方であって、プラズマ形成ユニット３Ｂの外側には第２の排気口５１が開口しており、この排気口５１は真空排気部５０に接続されている。即ち第２の排気口５１は、囲繞領域ＲＡに対して、回転テーブル１２の周方向に離れて設けられていると言える。

図１に示すように成膜装置には、コンピュータからなる制御部１０が設けられており、制御部１０にはプログラムが格納されている。このプログラムについては、成膜装置の各部に制御信号を送信して各部の動作を制御し、後述の成膜処理及びメンテナンスを行う前の前処理が実行されるようにステップ群が組まれている。具体的には、回転機構１３による回転テーブル１２の回転数、ヒータ１５への給電、各ガスの供給及び真空容器１１内の排気などが、例えば成膜処理を行う成膜プログラム及びメンテナンス前の前処理を実行するプログラムによって制御される。これらプログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカードなどの記憶媒体から制御部１０にインストールされている。

続いて本開示に係る成膜装置の作用について説明する。例えばウエハＷにＳｉＮ膜を成膜する成膜装置においては、成膜処理を行っているうちに、例えば真空容器１１の内面にＳｉＮ膜が成膜されてしまうことがある。そして真空容器１１の内面に成膜された膜が厚くなったときに、例えば真空容器１１の温度変化に基づく膜ストレスにより、真空容器１１の内面に付着した膜が剥がれてパーティクルが発生することがある。そこで成膜装置においては、例えば所定の枚数のウエハＷの処理を行うごとに成膜装置を大気開放して真空容器１１内に付着した膜の除去や装置を構成する部品の交換などのメンテナンスを行う。図５は、成膜処理からメンテナンスのための真空容器１１の大気開放への移行を示すフローチャートである。

まず成膜装置は、成膜プログラムを実行するモードに設定されており、例えば所定の処理枚数に到達するまで、ウエハＷの成膜処理を行う（ステップＳ１）。成膜処理について説明すると、例えばまず真空容器１１の搬送口１６に設けたゲートバルブが開かれる。その後真空搬送室に設けた基板搬送機構によって６枚のウエハＷが、回転テーブル１２の各凹部１４に昇降ピンと基板搬送機構との協働作用により受け渡される。

各凹部１４にウエハＷが受け渡されると、ゲートバルブを閉じて、当該真空容器１１内を気密にする。凹部１４に載置されたウエハＷは、ヒータ７によって例えば２５０℃以上、例えば５５０℃に加熱される。そして図６に示すように第２の排気口５１からの排気によって、真空容器１１内が例えば２ｔｏｒｒ（２６６．６Ｐａ）の圧力の真空雰囲気にされると共に、回転テーブル１２が時計回りに例えば２０ｒｐｍの回転数で回転する。

またＨ_２ガスが処理領域Ｒ１、Ｒ２に夫々供給され、ＮＨ_３ガス及びＨ_２ガスが処理領域Ｒ３に供給される。このように各ガスが供給される一方で、各プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃによって各処理領域Ｒ１〜Ｒ３に夫々マイクロ波が供給される。このマイクロ波によって処理領域Ｒ１、Ｒ２にＨ_２ガスのプラズマが夫々形成され、処理領域Ｒ３にＨ_２ガス及びＮＨ_３ガスのプラズマが形成される。さらにガス給排気ユニット２においては、ガス吐出口２１からＤＣＳガスを吐出する。さらにパージガス吐出口２３からパージガス（Ａｒ）ガスを吐出すると共に、第１の排気口２２から排気が行われる。

この時図６に示すようにパージガス供給口２３から供給されるパージガスと、吸着領域Ｒ０を囲むように設けられたから第１の排気口２２と、により吸着領域Ｒ０と吸着領域Ｒ０の外部とが区画される。そのためガス吐出口２１から供給されるＤＣＳが吸着領域Ｒ０にのみ供給される。また真空容器１１内においては、処理領域Ｒ１、Ｒ２にプラズマ化したＨ_２ガスが供給され、処理領域Ｒ３にプラズマ化したＨ_２ガス及びプラズマ化したＮＨ_３ガスが供給される。これらプラズマ化したＨ_２ガス及びプラズマ化したＮＨ_３ガスは、囲繞領域ＲＡの外縁から供給されるパージガス及び第１の排気口２２の排気と、により区画され第２の排気口５１側に流れて排気される。

そして回転テーブル１２の回転により各ウエハＷが公転し、ウエハＷが吸着領域Ｒ０に位置するとＤＣＳガスが当該ウエハＷの表面に供給されて吸着される。更に回転テーブル１２が回転して、処理領域Ｒ３に至ると、ウエハＷ上に吸着されているＤＣＳとＮＨ_３とが反応して第１の反応生成物であるＳｉＮが生成される。そして本例では、ウエハＷが処理領域Ｒ１〜Ｒ３の下方を通過するときに、ウエハＷにＨ_２ガスがプラズマ化して形成された水素の活性種が供給され、ウエハＷ上に残っているＣｌ（塩素）が取り除かれる。このように回転テーブル１２の回転が続けることでウエハＷが吸着領域Ｒ０、及び処理領域Ｒ１〜Ｒ３を順に、繰り返し複数回通過し、ウエハＷの表面にＳｉＮが堆積して当該ＳｉＮ膜の膜厚が増大する。これによりウエハＷにＳｉＮ膜が成膜される。

このように成膜処理を行っていると、既述のように真空容器１１内にＳｉＮが成膜されてしまい。パーティクルの原因になることから真空容器１１を大気開放し、成膜装置のメンテナンスが行われる。
ところで塩素と塩素以外の化合物、例えばＤＣＳガスを原料ガスとして用いる成膜装置では、真空容器１１の内面、特にガス給排気ユニット２の下面のガス吐出口２１の周囲にＣｌが付着残留していることがある。そしてメンテナンスのために真空容器１１を大気開放したときに成膜装置の外部の大気に含まれる水分と真空容器１１内に付着しているＣｌとが反応し、例えば第２の反応生成物であるＨＣｌが生成されることがある。このような成膜装置においては、ガス吸排気ユニット２の下面などがＨＣｌにより腐食してしまうおそれがある。

そこで本開示に係る成膜装置においては、Ｃｌと大気中の水分との反応によるＨＣｌの生成を防ぐため、真空容器１１を大気開放する前に真空容器１１内にＣｌと反応する第２の反応ガスであるプラズマ化したＮＨ_３ガスを供給する。これによりＣｌとプラズマ化したＮＨ_３ガスとが反応し、第３の反応生成物である塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）を生成される。

図５のフローチャートに戻って、成膜処理を実行し、例えば処理を行ったウエハＷの枚数が所定の枚数の成膜処理が終了（ステップＳ１）すると、次いで成膜装置のモードを成膜処理のモードから、メンテナンスのための前処理を実行するモードに切り替える（ステップＳ２）。その後大気開放前の前処理を実行する（ステップＳ３）。前処理においては、ヒータ１５の加熱温度を成膜処理時の処理温度（５５０℃）に維持し、まずウエハＷを載置していない状態の回転テーブル１２の位置を初期の位置に戻す。次いで図７に示すようにＮＨ_３ガスが処理領域Ｒ１〜Ｒ３に供給される一方で、各プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃによって各処理領域Ｒ１〜Ｒ３に夫々マイクロ波が供給される。これにより各処理領域Ｒ１〜Ｒ３にプラズマ化したＮＨ_３ガスが供給される。さらに第２の排気口５１の排気を停止する。さらに回転テーブル１２を３ｒｐｍの回転数で回転させる。

またガス給排気ユニット２においては、第１の排気口２２から排気し、パージガス吐出口２３からパージガス吐出する。またガス吐出口２１からは、逆流防止用のＡｒガスを吐出する。なおパージガス吐出口２３から吐出するパージガス、及びガス吐出口２１から吐出するＡｒガスの流量は、ガスの逆流を防げる程度の量である。
これにより図７に示すように真空容器１１内に供給されたプラズマ化したＮＨ_３ガスは、各プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃの下方からガス給排気ユニット２に向かって流れる。なお図７では、ガス給排気ユニット２のガス吐出口２１及びパージガス吐出口２３から吐出されるパージガスの流れを示す矢印の記載を省略している。

ガス給排気ユニット２の下方に到達したプラズマ化されたＮＨ_３ガスは、図８に示すように拡散により、あるいは回転テーブル２の回転により送り込まれて吸着領域Ｒ０に侵入しる。そして吸着領域Ｒ０を流れて、第１の排気口２２から排気される。このようにプラズマ化されたＮＨ_３ガスは、真空容器１１内を広がりながらガス給排気ユニット２の第１の排気口２２に向かって流れ、拡散によりガス給排気ユニット２の下面側に供給される。これにより真空容器１１内に残留するＣｌ、特にガス給排気ユニット２のガス吐出口２１の周囲に多く付着しているＣｌにプラズマ化されたＮＨ_３ガスが供給され、Ｃｌとプラズマ化されたＮＨ_３ガスとが、反応して第３の反応生成物である塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）が生成される。その後ＮＨ_４Ｃｌは、例えば第１の排気口２２に流れ込む排気流に、捕捉されて除去される。
その後、例えばプラズマ化したＮＨ_３ガスを１０分間供給した後、各プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃに供給するマイクロ波を停止すると共に、ＮＨ_３ガスの供給を停止する。さらに回転テーブル１２を停止させ、さらに真空容器１１内の温度を４０℃に降温させる。

ついで第１の排気口２２及び第２の排気口５１から排気を行い、プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃ、及びガス給排気ユニット２におけるパージガス吐出口２３、ガス吐出口２１からパージガスを間欠的に吐出して真空容器１１内のサイクルパージを行う。これにより真空容器１１内に残るプラズマ化したＮＨ_３ガスが除去される。
図５に戻って、このように前処理を実行した後（ステップＳ３）、例えば真空容器１１内に設けられた温度検出部により、真空容器内の温度が予め設定された温度を下回っていることを確認する。さらに例えばガス給排気ユニット２及び各プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃから真空容器１１内にパージガスを供給し、真空容器１１内に真空容器１１内の圧力を大気圧まで上昇させる（ステップＳ５）。その後真空容器１１を真空搬送室から切り離し、天板１１Ｂを容器本体１１Ａから取り外して、真空容器１１を大気開放し、成膜装置の部材の交換や付着物の除去などのメンテナンスを行う。

このように真空容器１１内に残留するＣｌガスにプラズマ化したＮＨ_３ガスを供給し、ＮＨ_４Ｃｌを生成しておくことで、真空容器１１を大気開放し、真空容器１１内に水分を含む大気雰囲気が流れ込んだときにも、水分とＣｌとの反応によるＨＣｌの発生を抑制することができる。これにより成膜装置を構成する金属製の部材の腐食を抑制することができる。

上述の実施の形態に係る成膜装置は、回転テーブル１２上の吸着領域Ｒ０にＤＣＳガスを吐出すると共に、吸着領域Ｒ０を囲むように第１の排気口２２を設けている。そして吸着領域Ｒ０に対して分離された処理領域Ｒ１〜Ｒ３にプラズマ化したＮＨ_３ガスを供給するように構成し、処理領域Ｒ１〜Ｒ３側に第２の排気口５１を設けている。このような成膜装置において、成膜処理を行った後、成膜装置のメンテナンスのために真空容器１１を大気開放する前に、ＤＣＳガスの供給を停止した状態で、第１の排気口２２から排気を行い、処理領域Ｒ１〜Ｒ３にプラズマ化したＮＨ_３ガスを供給している。そのためＣｌが付着しやすい吸着領域Ｒ０に向けてプラズマ化したＮＨ_３ガスを供給することができ、吸着領域Ｒ０に侵入させることができる。従って吸着領域Ｒ０に付着したＣｌをプラズマ化したＮＨ_３ガスと反応させてＮＨ_４Ｃｌとすることができる。これにより真空容器１１を大気開放したときに大気中の水分と成膜装置内に残留するＣｌとの反応によるＨＣｌの生成を抑制することができ、成膜装置に設けられた金属製の部材の腐食を抑制することができる。

また本開示に係る成膜装置は、反応ガスとして、例えばヘキサクロロジシランなどを用いることができる。また前処理工程にて供給し、真空容器１１内に残留するＣｌと反応させて第３の反応生成物を生成するための第２の反応ガスとしては、１級、２級アミンを用いることもできる。またこれらの第２の反応ガスは、プラズマ化して供給することに限らず、高温、あるいは高圧処理を行い活性化して供給してもよい。
また成膜処理に用いる原料ガスに含まれるＣｌ以外の元素は、Ｓｉに限らず、例えばチタンであってもよく、Ｃｌ以外の元素を含む膜として、そのように例えばチタンを含む膜を成膜することができる。なおＣｌ以外の元素を含む膜とは、Ｃｌ以外の元素を膜の主成分として含む膜であり、膜の不純物として塩素を含むという意味ではない。

本開示に係るガス給排気ユニット２において、第１の排気口２２、パージガス吐出口２３は、夫々囲繞領域ＲＡの内縁及び外縁に対応する位置に多数の孔部を一列に配置した構成でも良い。このような構成においては、第１の排気口２２となる孔部を結んだものが雰囲気分離部ＲＡの内縁に相当し、パージガス吐出口２３となる孔部を結んだものが雰囲気分離部ＲＡの外縁に相当する。
また本開示は、前処理工程において、回転テーブル１２を回転させない場合にもプラズマ化したＮＨ_３ガスは、拡散により吸着領域Ｒ０に侵入することができるが、回転テーブル１２を回転させることで回転テーブル１２の回転によりプラズマ化したＮＨ_３ガスを吸着領域Ｒ０に送り込むことができる。従ってガス給排気ユニット２の下面にプラズマ化されたＮＨ_３ガスが供給されやすくなる。

また囲繞領域ＲＡに対して第２の排気口５１が回転テーブル１２の周方向に離れて設けられるとは、回転テーブル１２の回転中心Ｘから見てパージガス吐出口２３がある方向とは異なる方向に第２の排気口５１が設けられることである。また前処理工程を行うにあたって、第２の排気口５１から排気を行った状態であってもよい。しかしながら吸着領域Ｒ０側に第２の反応ガスを効率よく供給する観点から第２の排気口５１の排気流量を、第１の排気口２２の排気流量よりも少ないことが好ましい。さらには第２の排気口５１の排気を停止し、第１の排気口２２のみから排気を行い、前処理を実行することがより好ましい。この時また第２の排気口５１は、複数設けられていてもよく、その場合に排気流量は複数の第２の排気口５１の合計の排気流量である。
また本開示にかかる成膜装置は、回転テーブル１２の径方向に沿って分離ガスを吐出する雰囲気分離部を回転テーブル１２の周方向に２つ設けて第１の領域と、第２の領域とを分離し、第１の領域と第２の領域とに夫々第１の排気口と、第２の排気口と、を設けた成膜装置であってもよい。

以上に検討したように、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

１０ 制御部
１１ 真空容器
１２ 回転テーブル
２１ ガス吐出孔
２２ 第１の排気口
２３ パージガス吐出口
５１ 第２の排気口
３Ａ〜３Ｃ プラズマ形成ユニット
ＲＡ 囲繞領域
Ｗ ウエハ

Claims (10)

1. 塩素と塩素以外の元素とにより構成される化合物である原料ガスと、前記原料ガスと反応して前記塩素以外の元素を含む第１の反応生成物を生成する第１の反応ガスと、を基板に順番に供給するサイクルを複数回行い、第１の反応生成物の膜を成膜する成膜装置において、
   内部を外側の大気雰囲気に開放する大気開放が可能な真空容器の当該内部にて、載置された前記基板を公転させるために回転する回転テーブルと、
   前記原料ガスを前記回転テーブル上の第１の領域に吐出する原料ガス吐出口と、
   前記第１の領域に対して前記回転テーブルの周方向に離れた第２の領域に、前記第１の反応ガスと、前記大気開放を行うときの当該真空容器内に残留する塩素と大気との反応による第２の反応生成物の生成を防ぐために当該塩素と反応して第３の反応生成物を生成する第２の反応ガスとを、各々供給する反応ガス供給部と、
   前記膜を成膜するときに前記第１の領域の雰囲気と第２の領域の雰囲気とを分離する雰囲気分離部と、
   前記膜を成膜するときに前記第１の領域の雰囲気、前記第２の領域の雰囲気を夫々専ら排気する第１の排気口、第２の排気口と、
   前記回転テーブルの回転中に前記第１の領域、第２の領域への前記原料ガス、前記第１の反応ガスの供給を夫々行い、前記基板に前記膜を成膜する成膜ステップと、前記成膜ステップの後に前記第１の領域への前記原料ガスの供給を停止した状態で、前記第１の排気口及び前記第２の排気口のうち少なくとも前記第１の排気口からの排気を行うと共に、前記第２の領域に前記第２の反応ガスを供給して当該第２の領域から当該第１の排気口へ向かう当該第２の反応ガスの気流を形成する前記大気開放の前処理ステップと、を実行する制御信号を出力する制御部と、
   を備えた成膜装置。
2. 前記第１の排気口は、前記第１の領域を囲む囲繞領域の内縁を排気すると共に前記雰囲気分離部を構成し、
   前記雰囲気分離部は、前記囲繞領域の外縁にパージガスの吐出を行うパージガス吐出口を備え、
   前記第２の排気口は、前記囲繞領域に対して前記回転テーブルの周方向に離れて設けられる請求項１記載の成膜装置。
3. 前記第１の反応ガス及び第２の反応ガスはアンモニアガスであり、前記塩素以外の元素はシリコンであり、前記第１の反応生成物の膜はシリコン窒化膜である請求項１または２に記載の成膜装置。
4. 前記第２の領域に供給された前記第１の反応ガス及び前記第２の反応ガスをプラズマ化するプラズマ化機構が設けられ、前記第１の反応ガス及び前記第２の反応ガスは、プラズマ化されたアンモニアガスである請求項３記載の成膜装置。
5. 前記前処理ステップにおける前記第２の排気口による排気流量は、前記成膜ステップにおける前記第２の排気口による排気流量よりも小さい請求項１ないし４のいずれか一つに記載の成膜装置。
6. 前記前処理ステップにおいて、前記第２の排気口からの排気を停止する請求項５記載の成膜装置。
7. 前記前処理ステップは、前記第１の排気口からの排気及び前記第２の領域への前記第２の反応ガスの供給を行うと共に前記回転テーブルを回転させる請求項１ないし６のいずれか一つに記載の成膜装置。
8. 前記前処理ステップにおける、前記パージガス吐出口から供給されるパージガスの流量は、前記成膜ステップにおける前記パージガス吐出口から供給されるパージガスの流量よりも小さい請求項１ないし７のいずれか一つに記載の成膜装置。
9. 前記原料ガス吐出口からの前記第１の領域へのパージガスの吐出と、前記第２の領域へのパージガスの吐出と、を行うパージガス供給機構が設けられ、
   前記制御部は、前記前処理ステップの後、前記第１の領域及び前記第２の領域へ各々前記パージガスが吐出されるように制御信号を出力する請求項１ないし７のいずれか一項に記載の成膜装置。
10. 塩素と塩素以外の元素とにより構成される化合物である原料ガスと、前記原料ガスと反応して前記塩素以外の元素を含む第１の反応生成物を生成する第１の反応ガスと、を基板に順番に供給するサイクルを複数回行い、第１の反応生成物の膜を成膜する成膜装置の運用方法において、
    内部を外側の大気雰囲気に開放する大気開放が可能な真空容器の当該内部にて回転テーブルを回転させて、載置された前記基板を公転させる工程と、
    原料ガス吐出口から前記原料ガスを前記回転テーブル上の第１の領域に吐出する工程と、
    前記当該第１の領域の外側に当該原料ガスが供給されることを抑制するために前記回転テーブル上に設けられた排気口により前記第１の領域を囲む囲繞領域の内縁を排気する工程と、
    前記当該第１の領域の外側に当該原料ガスが供給されることを抑制するために前記回転テーブル上に設けられたパージガス吐出口から前記囲繞領域の外縁にパージガスを吐出する工程と、
    前記囲繞領域に対して前記回転テーブルの周方向に離れた第２の領域に、前記第１の反応ガスを供給する工程と、
    前記大気開放が行われるときにおける当該真空容器内に残留する前記塩素と大気との反応による第２の反応生成物の生成を防ぐために、当該塩素と反応して第３の反応生成物を生成するための第２の反応ガスを前記第２の領域に供給する工程と、
    前記囲繞領域に対して前記回転テーブルの周方向に離れて設けられる第２の排気口から前記第２の領域に供給された前記第１の反応ガスを排気する工程と、
    前記回転テーブルの回転中に前記第１の領域、第２の領域への前記原料ガス、前記第１の反応ガスの供給を夫々行うと共に、前記第１の排気口、前記第２の排気口から各々排気を行い、前記基板に前記第１の反応生成物の膜を成膜する成膜工程と、
    前記成膜ステップの後に前記第１の領域への前記原料ガスの供給を停止した状態で、前記第１の排気口及び前記第２の排気口のうち少なくとも前記第１の排気口からの排気を行うと共に、前記第２の領域に前記第２の反応ガスを供給して当該第２の領域から当該第１の排気口へ向かう第２の反応ガスの気流を形成する前記大気開放の前処理工程と、を備える成膜装置の運用方法

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