JP3398027B2 - 気相成長装置及びその洗浄方法 - Google Patents

気相成長装置及びその洗浄方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置の
洗浄方法に係り、特に、チタン酸バリウム／ストロンチ
ウム等の高誘電体又は強誘電体薄膜を基板上に気相成長
させる成膜室を備えた半導体製造装置の該成膜室内に堆
積した反応生成物を除去するのに使用して最適な半導体
製造装置の洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体産業における集積回路の集
積度の向上はめざましく、現状のメガビットオーダか
ら、将来のギガビットオーダを睨んだＤＲＡＭの研究開
発が行われている。かかるＤＲＡＭの製造のためには、
小さな面積で大容量が得られるキャパシタ素子が必要で
ある。このような大容量素子の製造に用いる誘電体薄膜
として、誘電率が１０以下であるシリコン酸化膜やシリ
コン窒化膜に替えて、誘電率が２０程度である五酸化タ
ンタル(Ｔa2Ｏ5 )薄膜、あるいは誘電率が３００程度で
あるチタン酸バリウム(ＢaＴiＯ3)、チタン酸ストロン
チウム(ＳrＴiＯ3)又はこれらの混合物であるチタン酸
バリウムストロンチウム等の金属酸化物薄膜材料が有望
視されている。
【０００３】このような金属酸化物薄膜を基板上に気相
成長させる際には、真空雰囲気とした成膜室内に、１又
は複数の有機金属化合物のガス原料と酸素含有ガスとを
一定の温度に加熱した基板に向けて噴射する、いわゆる
気相成長装置が用いられる。
【０００４】このような装置では、成膜に伴う反応生成
物が成膜室の内周面等に付着し、成膜の品質の低下や装
置の安定稼動の阻害を生じる。従って、所定のタイミン
グで成膜室内に堆積した反応生成物の除去（洗浄）を行
なう必要がある。これは、装置を大気中で開放して機械
的にあるいは化学的に洗浄することによって行われてい
た。
【０００５】また、シリコン酸化膜等の成膜装置におい
ては、ハロゲンガスを用いたプラズマ・エッチングによ
る洗浄法が提案されている。これは、成膜室内にハロゲ
ンガス（例えば、ＳＦ6 ）を導入し、成膜室中でプラズ
マを発生させて、ハロゲンラジカルを生成させて、これ
とチャンバ内壁に付着した反応生成物とを反応させてハ
ロゲン化物となし、このハロゲン化物をガスとして排気
するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、大気中での洗
浄方法では、洗浄時に装置を停止させて、成膜室内の真
空を破壊する必要があり、このため、再立ち上げにかな
りの時間がかかり、半導体製造装置の稼動率を低下させ
てしまう。
【０００７】また、プラズマエッチング法を高・誘電体
薄膜の成膜プロセスに適用しようとしても、生成される
ハロゲン化物が揮発性でないため、成膜室内に反応生成
物が残ってしまう。
【０００８】本発明は上記に鑑み、高・強誘電体薄膜用
の気相成長装置における成膜室内の付着物を、確実に、
しかも装置の稼働率を低下させることなく洗浄できるよ
うにした気相成長装置及びその洗浄方法を提供すること
を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、気密な成膜室の内部に、基板を保持する保持部と、
これに対向して配置した原料ガス噴射ノズルが設けられ
た気相成長装置において、成膜室内部の被洗浄部位に対
向する位置に付着板を着脱自在に支持する付着板支持部
材が設けられ、該被洗浄部位と付着板支持部材の間にプ
ラズマを発生させる手段が設けられていることを特徴と
する気相成長装置である。これにより、成膜室内の所定
部位に堆積した反応生成物を、プラズマ中のイオンを用
いたスパッタリング現象により該部位から弾き飛ばして
付着板に付着させ、これを取り出して成膜室を清浄化す
ることができる。付着板支持部材は、成膜室内に常設し
てもよく、また、成膜室に出し入れ自在に設けてもよ
い。
【００１０】請求項２に記載の発明は、前記付着板は導
電性を有し、前記付着板支持部材には前記付着板に接触
するプラズマ生成用の電極が設けられていることを特徴
とする請求項１に記載の気相成長装置である。これによ
り、付着板と被洗浄部位の間で選択的にプラズマを生成
することができる。プラズマ生成用のガスはシャワヘッ
ドより供給可能である。
【００１１】前記電極を覆う電極カバーを着脱自在に設
けてもよい。成膜処理中は電極カバーにより電極を覆う
ことで、電極面への反応生成物の付着が防止され、付着
板への通電が妨げられない。
【００１２】請求項３に記載の発明は、前記付着板を前
記成膜室の気密性を維持しつつ出し入れする付着板搬送
手段が設けられていることを特徴とする請求項１または
２に記載の気相成長装置である。これにより、成膜室内
の真空を破壊することなく、内部の洗浄を行うことがで
きる。これは、例えば、成膜室に隣接してゲートバルブ
で開閉可能に連絡された気密な補助チャンバを設け、こ
こに付着板を収容し、ロボットアーム等の搬送手段を設
ければよい。
【００１３】請求項４に記載の発明は、気相成長装置の
成膜室内の反応生成物を洗浄する方法であって、前記成
膜室内に付着板を導入する工程と、この付着板と被洗浄
部位の間にプラズマを発生させる工程と、被洗浄部位の
反応生成物を、プラズマ中のイオンによるスパッタリン
グ現象により飛散させ、前記付着板に付着させる工程
と、前記付着板を成膜室から搬出する工程とを有するこ
とを特徴とする気相成長装置の洗浄方法である。
【００１４】請求項５に記載の発明は、前記付着板と成
膜室内の被洗浄部位の相対距離を変えることにより洗浄
箇所を選択することを特徴とする請求項４に記載の気相
成長装置の洗浄方法である。例えば、ステージを上下さ
せる機構は成膜装置に必須のものであり、これを利用し
てステージの上面あるいはシャワヘッドの下面を選択的
に洗浄することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、気相成長装置の全体の構
成を示すもので、成膜室１０の上部に成膜原料ガスを噴
射するシャワヘッド１２が、下部に被成膜基板を保持し
て所定温度に加熱するステージ１４がシャワヘッド１２
と対面して配置されている。このステージ１４は、その
内部に加熱手段としてのヒータ１６が内蔵されていると
ともに、図示しない昇降機構を介して上下動自在に構成
されている。
【００１６】成膜室１０の内部には、付着板２６を支持
する複数（この例では２つ）の支柱２８がステージ１４
を囲むように底板１８に立設されている。この支柱２８
は、絶縁体から構成され、その上端がシャワヘッド１２
の下面とステージ１４の上面との間に位置するように設
定され、その上端に設けられた凹部２８ａ内に、電極３
２が上端部を露出させた状態で収容されている。支柱２
８の上端には、図２及び図３に示すように、成膜処理中
においては中空円板状の電極カバー３６が載せられ、電
極３２への反応生成物の堆積を防止している。
【００１７】付着板２６は、導電体からなる円板状部材
で、後述するように、成膜室１０の所定箇所をスパッタ
洗浄する際に、荷電したスパッタ粒子を付着させるため
に用いられる。 電極３２と、成膜室１０の所定箇所、
つまりシャワヘッド１２、内壁１０ａ、ステージ１４等
の間に直流又は高周波電圧を印加することができる電源
３０が設けられている。
【００１８】成膜室１０に隣接する位置に、開閉自在な
ゲートバルブ２２を介して連絡される補助チャンバ２０
が設けられている。これには、付着板２６を成膜室から
出し入れする搬送アーム２４が配置され、また、付着板
２６と電極カバー３６とを置く台（図示略）が設けられ
ている。補助チャンバ２０には、外部と付着板２６の交
換を行なう別のゲートバルブ（図示略）が設けられてい
る。
【００１９】このような構成の気相成長装置において、
ステージ１４の上面に基板を載置し、成膜室１０内を真
空雰囲気に保持した状態で、ステージ１４に内蔵したヒ
ータ１６を介して基板を加熱しつつ、例えば成膜原料ガ
ス、キャリアガス、酸化ガスとの混合ガスをシャワヘッ
ド１２から基板に向けて噴射することによって、基板の
表面に薄膜が成長する。
【００２０】成膜処理に伴い成膜室１０の壁１０ａ、シ
ャワヘッド１２の下面及びステージ１４の上面等へ堆積
した付着物の清掃を行なうには、以下のような手順を採
る。成膜処理の後、成膜室１０から処理済みの基板と電
極カバー３６を取り出し、ステージ１４を適当な高さに
調整する。成膜室１０及び補助チャンバ２０内を真空雰
囲気に保持した状態でゲートバルブ２２を開き、搬送ア
ーム２４により付着板２６を成膜室１０内に搬入して支
柱２８に載せる。
【００２１】そして、電源３０により、付着板２６と、
洗浄する部位、この例ではシャワヘッド１２の間に直流
又は高周波電圧を付与し、シャワヘッド１２からＡｒ等
の不活性ガスを導入してプラズマを生成する。プラズマ
中のイオンによる物理的スパッタリング現象により、シ
ャワヘッド１２の下面に付着した生成反応物３４が弾き
飛ばされ、これは対向する付着板２６に付着する。所定
時間の洗浄処理の後、ゲートバルブ２２を開いて付着板
２６を成膜室１０から搬出する。
【００２２】この例では、シャワヘッド１２を選択的に
洗浄するために、シャワヘッド１２と付着板２６との幅
Ｗ1 をステージ１４と付着板２６との幅Ｗ2 より狭くな
るようにして、ここに放電させるようにしている。ステ
ージ１４を洗浄する場合は、ステージ１４を上昇させ
て、ステージ１４と付着板２６との幅Ｗ2 をシャワヘッ
ド１２と付着板２６との幅Ｗ1 より狭くし、図４に示す
ように、ここに放電を発生させてステージ１４の表面を
スパッタリングする。
【００２３】成膜室１０の内壁１０ａに付着した生成反
応物を除去（洗浄）するには、成膜室１０の内壁１０ａ
と付着板２６の間に電圧を印加してスパッタリングを施
せばよい。この場合、付着板２６は円板状である必要は
なく、内壁１０ａに沿った円筒状、あるいは円板に円筒
板を載せた形状等の適宜なものが採用されてよい。
【００２４】なお、上記の実施の形態においては、基板
支持構造において、基板をステージ１４上に直接載置す
るようにしたが、基板を受容するための別の部材（サセ
プタ）をステージに載せて用いるようにしてもよい。
【００２５】図５は、この発明の他の実施の形態を示す
もので、成膜室１０に隣接する補助チャンバ２０に、付
着板２６を取り扱うためのロボットアーム４０を設置し
ている。この補助チャンバ２０は、先の実施の形態と同
様に気密に構成され、ゲートバルブ２２と対向する側に
は、ロボットアーム４０を図示しない駆動機構に接続す
るための接続口４２が設けられ、これはベローズ４４に
より覆われている。ロボットアーム４０の先端にはリン
グ状の把持部４６が設けられ、これの上面には電極部４
８が露出して設けられている。この電極４８には導線５
０が接続され、これは補助チャンバの電流導入端子５２
を介して外部電源３０に接続されている。
【００２６】この実施の形態において成膜室１０の洗浄
を行なう場合は、ゲートバルブ２２を開いてロボットア
ーム４０を挿入し、その高さを調整した後に電圧を掛
け、スパッタリングを行なう。従って、成膜室１０に支
柱を設ける必要がないので、先の実施の形態に比較して
成膜室１０の構造を簡素化することができる。また、電
極部４８を覆うためのカバーを置く工程が不要なので作
業を短縮することができる。補助チャンバには置き台５
４が設けられ、付着板２６を仮置きしたり、処理済み又
は未処理の基板を置くために用いられる。また、付着板
２６の洗浄等の作業用に蓋５６が設けられている。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
成膜室内の所定部位に堆積した反応生成物を、プラズマ
を用いたスパッタリングにより該部位から弾き飛ばして
付着板に付着させ、これを取り出しすことにより、高・
強誘電体薄膜用の気相成長装置における成膜室内の付着
物を、確実に、しかも装置の稼働率を低下させることな
く洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のシャワヘッドを洗浄して
いる状態を示す断面図である。
【図２】同じく、成膜プロセス時におけるホルダの上端
にカバーを被せた状態の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示すステージを洗浄
している状態の要部を示す断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施の形態の気相成長装置
を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 成膜室 １０ａ 内壁 １２ シャワヘッド １４ ステージ ２０ 補助チャンバ ２２ ゲートバルブ ２６ 付着板 ２８ 支柱 ３０ ＤＣ電源又は高周波電源 ３２，４８ 電極部 ３４ 反応生成物 ４０ ロボットアーム
フロントページの続き (72)発明者 斉藤 真佐雄 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会 社 荏原製作所内 (56)参考文献 特開 平８−298244（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−16895（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/31 C23C 16/44 C23F 4/00 H01L 21/205

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 気密な成膜室の内部に、基板を保持する
    保持部と、これに対向して配置した原料ガス噴射ノズル
    が設けられた気相成長装置において、 成膜室内部の被洗浄部位に対向する位置に付着板を着脱
    自在に支持する付着板支持部材が設けられ、 該被洗浄部位と付着板支持部材の間にプラズマを発生さ
    せる手段が設けられていることを特徴とする気相成長装
    置。
  2. 【請求項２】 前記付着板は導電性を有し、前記付着板
    支持部材には前記付着板に接触するプラズマ生成用の電
    極が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の
    気相成長装置。
  3. 【請求項３】 前記付着板を前記成膜室の気密性を維持
    しつつ出し入れする付着板搬送手段が設けられているこ
    とを特徴とする請求項１または２に記載の気相成長装
    置。
  4. 【請求項４】 気相成長装置の成膜室内の反応生成物を
    洗浄する方法であって、 前記成膜室内に付着板を導入する工程と、 この付着板と被洗浄部位の間にプラズマを発生させる工
    程と、 被洗浄部位の反応生成物を、プラズマ中のイオンによる
    スパッタリング現象により飛散させ、前記付着板に付着
    させる工程と、 前記付着板を成膜室から搬出する工程とを有することを
    特徴とする気相成長装置の洗浄方法。
  5. 【請求項５】 前記付着板と成膜室内の被洗浄部位の相
    対距離を変えることにより洗浄箇所を選択することを特
    徴とする請求項４に記載の気相成長装置の洗浄方法。
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